(57)【要約】【課題】制約のある狭いスペースにおいても、コンパクトで送風効率の良い空気調和機のファン室を提供する。【解決手段】空気流に対して直角断面が矩形の空気調和機のファン室であって、該ファン室の下流には給気ダクトへのダクト接続口が設けられ、ダクト接続口の上流近傍にはファン室の内壁に向かって空気を放出する遠心翼型ファンを設けるとともに、該遠心翼型ファンの直径が前記ダクト接続口の直径とほぼ等しいか又はそれ以上であり、前記矩形の空気調和機のファン室の内壁とダクト接続口とは次第に縮小するような表面が平滑な円錐曲面ガイドを設けた空気調和機のファン室である。【選択図】図４
2005016791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気流に対して直角断面が矩形の空気調和機のファン室であって、該ファン室の下流には給気ダクトへのダクト接続口が設けられ、ダクト接続口の上流近傍にはファン室の内壁に向かって空気を放出する遠心翼型ファンを設けるとともに、該遠心翼型ファンの直径が前記ダクト接続口の直径とほぼ等しいか又はそれ以上であり、前記矩形の空気調和機のファン室の内壁とダクト接続口とは次第に縮小するような表面が平滑な円錐曲面ガイドが設けられていることを特徴とする空気調和機のファン室。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空気調和機において、給気、排気等を送風するファン室の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空気調和機、特に、ヒートポンプ式空気調和機においては、室外機を空気調和機内に組み込んで一体化した装置は知られており、これらの空気調和機は、熱源が空気調和機内に設けられているため、室内空気を室外機に通すことによって熱回収が可能となり、外気処理も簡単となり、給気の温度制御も簡単となるという利点がある。
本出願人も、室外機を空気調和機内に組み込んで一体化した空気調和機を提案しており（特許文献１参照）、この空気調和機は外気を給気と排気とに分配するダンパと、還気を給気と排気とに分配するダンパとを単一のダンパとし、該ダンパで外気、還気、給気、排気の空気量を同時に制御する空気調和機で、排気側と給気側には熱交換コイルを配置し、これらのコイルをヒートポンプで稼働する空気調和機を提案している。
【０００３】
【特許文献１】
特願２００２−３５３２７５号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の室外機を空気調和機内に組み込んで一体化した空気調和機はファン室のスペースに制約があり、ファンと吹出口の距離が十分とれず送風抵抗が大きく効率が下がるという問題点があり、ファン自体も大きなものは使用できないという問題点があった。
本発明は、上記の課題に鑑み、制約のある狭いスペースにおいても、コンパクトで送風効率の良い空気調和機のファン室を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、空気流に対して直角断面が矩形の空気調和機のファン室であって、該ファン室の下流には給気ダクトへのダクト接続口が設けられ、ダクト接続口の上流近傍にはファン室の内壁に向かって空気を放出する遠心翼型ファンを設けるとともに、該遠心翼型ファンの直径が前記ダクト接続口の直径とほぼ等しいか又はそれ以上であり、前記矩形の空気調和機のファン室の内壁とダクト接続口とは次第に縮小するような表面が平滑な円錐曲面ガイドが設けられていることを特徴とする空気調和機のファン室である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な空気調和機のファン室に適用した１実施例を図面に沿って説明する。
図１は本実施例の空気調和機１は一体型のヒートポンプ空調システムであって、空気調和機１自体は、戸外から外気（ＯＡ）、居室から環気（ＲＡ）を吸引して、空調した給気（ＳＡ）を給気ダクト２１によって居室に供給、熱回収した排気（ＥＡ）を排気ダクト２２から排出する。
ここで、図１および図２に沿って、空気調和機１の詳細を説明するが、空気調和機１の外枠１１は閉鎖されており、この装置外枠１１の内部にはヒートポンプ空調システム３が設けられ、圧縮機３１、切替弁３２、室内側コイル３３、室外側コイル３４が設けられている。
【０００７】
室内側コイル３３は給気室４に設けられ、給気室４の側面は仕切壁１２と制御系が格納された制御室１３の外壁１３１からなり、給気室４には各居室に空調された空気を供給する給気口４１および給気ダクト２１への接続口４１１が設けられており、図３で詳細に説明するように、給気口４１の上流の近傍には遠心翼型ファンであるプラグファン４３、および、ファンを駆動する駆動モータ４４がプラグファン４３の給気口４１側のファン回転軸４３４に設けられている。
そして、給気室４に隣接して仕切壁１２を介して居室からの還気を受け入れる還気室５および還気口５１が設けられ、還気室５にはエアフィルタ５２が設けられ、給気口４１は給気ダクト２１に、還気口５１は還気ダクト（図示せず）に連通している。
【０００８】
一方、戸外に面する側には、仕切壁１４を隔てて外気室６、外気口６１およびエアフィルタ６２と、排気室７および排気口７１が設けられ、排気室７の側面は仕切壁１４と圧縮機３１が格納された駆動室１５の外壁１５１からなり、排気室７には室外側コイル３４と排気口７１の上流の近傍には遠心翼型ファンであるプラグファン７３、および、ファンを駆動する駆動モータ７４が、プラグファン７３の排気口７１側のファン回転軸７３４に設けられている。そして、仕切壁１２によって形成された還気室５を介して居室からの還気（ＲＡ）を導入する。
空気調和機１の中央部で前記の給気室４、還気室５、外気室６、排気室７に隣接して空気切替室８が設けられ、これらの室の仕切壁１２、１４と外壁１３１，１５１の端部に接するように単一のダンパ８１が設けられている。このダンパ８１の作動は、回動軸８２を中心として回動し、回動軸８２にはダンパ操作機構８３が連設され、手動またはアクチエータ或いはステップモータを制御することにより駆動される。
【０００９】
ヒートポンプ空調システム３は、冷房時と暖房時とを切替弁３２によって切り替える。先ず、冷房時には室内側コイル３３が蒸発器として働き新鮮な外気や還気の一部（或いは全部）を冷やし、室外側コイル３４は凝縮器として働き室内からの還気或いは外気を通風して、熱交換して戸外に排気する。そして、暖房時には、切替弁３２によって室内側コイル３３が凝縮器として働き新鮮な外気や還気の一部（或いは全部）を暖め、室外側コイル３４は蒸発器として働き室内からの還気を通風して、熱交換して戸外に排気する。
このように、ヒートポンプ空調システム３を用いたのは、室内の還気を室外側コイル３４を通過させることによって熱回収ができるからである。
【００１０】
室内側コイル３３と室外側コイル３４には、図２に示すように、ドレン水処理手段９が設けられているが、図２に示すように、室内側コイル３３と室外側コイル３４の下部にはそれぞれドレンパン９１、９２が固着され、各ドレンパン９１、９２にはドレン水を汲み出すホース（図示せず）から吸い出され、室外側コイル３４の近傍での吐出風速が大きな箇所に設けた噴霧ノズルから霧吹きの原理を用いて、室外側コイル３４へ噴霧状にして吹きつけ、冷房時の成績係数（ＣＯＰ）を向上させる。
【００１１】
次に、空気切替室８には回動する単一のダンパ８１が設けられているが、このダンパ８１の動作を説明する。
（１）図１の状態は、外気（ＯＡ）の全部が空調されて給気（ＳＡ）され、還気（ＲＡ）の全部が排気（ＥＡ）される場合である。
具体的には、ダンパ８１をダンパ操作機構８３によって反時計方向に制限位置にまで回動させ、ダンパ８１の上端部８１１が仕切壁１４の端部１４１と密接し、ダンパ８１の上端部８１１と制御室１３の外壁１３１の角部１３２との間に空間を形成し、外気室６と給気室４の全部が連通し、一方、ダンパ８１の下端部８１２が仕切壁１２の端部１２１と密接して、ダンパ８１の下端部８１２と駆動室１５の外壁１５１の角部１５２との間に空間を形成し、還気室５と排気室７の全部が連通している。
したがって、図１の矢印のように、外気（ＯＡ）の全部が空調されて給気（ＳＡ）され、還気（ＲＡ）の全部が排気（ＥＡ）される。
【００１２】
（２）図１とは逆に、ダンパ８１をダンパ操作機構８３によって時計方向に制限位置にまで回動させ、ダンパ８１の上端部８１１が制御室１３の外壁１３１の角部１３２と密接し、ダンパ８１の上端部８１１と仕切壁１４の端部１４１との間に空間を形成し、外気室６と排気室７の全部が連通し、一方、ダンパ８１の下端部８１２が駆動室１５の外壁１５１の角部１５２と密接して、ダンパ８１の下端部８１２と仕切壁１２の端部１２１との間に空間を形成して、還気室５と給気室４の全部が連通している。
したがって、外気ＯＡを取り入れること無く、外気ＯＡの全部が排気ＥＡされ、還気ＲＡの全部が再び給気ＳＡされる。
【００１３】
（３）上述した（１）と（２）の中間の状態を説明する。
具体的には、ダンパ８１をダンパ操作機構８３によってダンパ８１の上端部８１１を、仕切壁１４の端部１４１と制御室１３の外壁１３１の角部１３２の間の任意の位置に停止させ、この際に、単一のダンパ８１であることからダンパ８１の下端部８１２は仕切壁１２の端部１２１と駆動室１５の外壁１５１の角部１５２との任意の位置に停止した状態である。
したがって、外気ＯＡの一部と還気ＲＡの一部が空調されて給気ＳＡされ、還気ＲＡの一部と外気ＯＡの一部が排気ＥＡされる。
この場合には、ダンパ８１の回動角度によって、外気ＯＡと還気ＲＡとの分配混合の割合、それに伴って還気ＲＡにおける排気（ＥＡ）の割合を任意に制御できる。
【００１４】
次に、ファン室を構成する給気室４とプラグファン４３について、詳細に説明する。
ファン室である給気室４の枠体は、図１および図２に示すように、上下方向は上外枠体１６と下外枠体１７から構成され、左右方向は還気室５の仕切壁１２と制御室１３の外壁１３１から構成される断面矩形の室であり、前後方向は上流に室内側コイル３３が配置され下流に給気口４１が配置されている。この給気口４１の外側には、給気ダクト２１に接続するダクト接続口４１１が設けられ、この接続口４１１に給気ダクト２１を固着する。
そして、給気口４１の上流の近傍には、図３に示すような、遠心翼型ファンであるプラグファン４３、および、ファンを駆動する駆動モータ４４がプラグファン４３の給気口４１側の頭部４４１に設けられており、給気室４内のデッドスペースを少なくして給気室４自体も小型・コンパクトにしている。送風機としてプラグファン４３を用いたのは、他の送風機と比べて効率がよく、例えば、ファン同じ遠心ファンであるシロッコファンと比べても格段に静圧効率がよく、しかも、吐出方向が自在であって、本実施例のように一旦給気室４の内壁４６に向かって放出し、内壁に沿ってプラグファン４３のファン回転軸４３４の給気口４１に向かって送風しても、効率がほとんど低下しないからである。
【００１５】
プラグファン４３は、複数枚の翼４３１が給気口４１側の円板状のエンドプレート４３２とコイル３３側の円板４３３と間に、間隔を置いて固定されており、コイル３３側の円板状のシュラウド４３３の中央には吸気口４３５が設けられ、給気口４１側の円板エンドプレート４３２の中心部であるファン回転軸４３４には駆動モータ４４が接続され、この駆動モータ４４は給気室４の内壁４６に固定部材４５を介して固定されている。また、コイル３３側のシュラウド４３３中央の吸気口４３５に数ｍｍの隙間を隔てて、空気流の円錐台形筒状のガイドであるインレットコーン４７（図１，図２を参照）が取り付けられており、コイル３３を通過した空調空気の全てを吸気口４３５に案内している。
この際、本実施例の空気調和機のファン室は、ヒートポンプ空調システムを一体に組み込んだためスペース的に制約があり、前後方向の室内側コイル３３と給気口４１と距離を十分長くすることができず、プラグファン４３のエンドプレート４３２と給気口４１との距離も給気口４１の直径とほぼ同程度である。
プラグファン４３は一般的にはファンの直径が大きい程送風能力は高いが、プラグファン４３の直径も給気口４１のダクト接続口４１１の直径とほぼ等しいか又はそれ以上の直径としている。
前記矩形の空気調和機のファン室である給気室４の内壁４６とダクト接続口４１１とは、図４に示すように、次第に縮小するような滑らかな円錐曲面ガイド４６１が形成され、この円錐曲面ガイド４６１は樹脂や発泡スチロールで成型し、円錐曲面ガイド４６１の表面はできる限り平滑にしてある。
以上、給気室４について詳細に説明したが、排気室７も同様な構成であって、給気ダクト接続口４１１は排気ダクト接続口７１１に対応し、同様に、プラグファン４３はプラグファン７３、翼４３１は翼７３１、円板４３２，４３３は、円板７３２，７３３、ファン回転軸４３４はファン回転軸７３４、吸気口４３５は吸気口７３５、駆動モータ４４は駆動モータ７４、モータ固定部材４５はモータ固定部材７５、内壁４６は内壁７６、円錐曲面ガイド４６１は円錐曲面ガイド７６１、インレットコーン４７はインレットコーン７７にそれぞれ対応しているので、説明は省略する。
したがって、図１〜図３において、空気の流れはコイル３３（３４）を通過した空気の流れは、矢印Ａで示すように、インレットコーン４７（７７）にガイドされ、プラグファン４３（７３）のシュラウド４３３（７３３）中央の吸気口４３５（７３５）に吸い込まれ、次いで、矢印Ｂに示すように、プラグファン４３（７３）の回転する翼４３１（７３１）によって遠心力が作用し、給気室４或いは排気室７の内壁４６（４７）側に放出され、更に、矢印Ｃに示すように、円錐曲面ガイド４６１（７６１）に沿って、渦を生じることなく、スムースに給気口４１或いは排気口７１に導かれる。
【００１６】
［作用］
ここで、前記円錐曲面ガイド４６１がある場合と、ガイド４６１が無い場合とでの静圧効率を実験によって比較し、その効果を確認した。
給気室４として、幅６０ｃｍで高さ５５ｃｍの断面矩形であって奥行き６０ｃｍの立方体を用意し、外側に円形ダクトを取り付ける直径４５ｃｍのダクト接続口を設け、この立方体の内部に小径の駆動モータ（２００Ｖ／０．７５ｋＷ）を固定し、この駆動モータの空気吸口側の先端にプラグファンを接続し、更に、吸引口４３５にはインレットコーンを接続して、プラグファンは円形ダクトとほぼ同外形直径４０ｃｍとした。
そして、プラグファンの回転数が通常使用する２０００ｒｐｍと２１００ｒｐｍにおいて、図５のグラフ１に示すように、風量ｍ３／ｈとダクト接続口での全静圧Ｐａとの関係と、図６のグラフ２に示すように、風量ｍ３／ｈと駆動モータの入力値ｋＷ（消費電力）との関係を測定し、図７のグラフ３に示すように、風量ｍ３／ｈにおける静圧効率を算出した。
【００１７】
図５〜図７の結果をみると、グラフ１では回転数が２０００ｒｐｍと２１００ｒｐｍにおいて、円錐曲面ガイド４６１がある場合は明らかに静圧は高くなり、特に、風量が多くなるとその傾向は顕著になる。しかも、その際の入力値ｋＷ（消費電力）も、グラフ２では回転数が２１００ｒｐｍではほとんど変わらず、回転数が２０００ｒｐｍでは明らかに下がった。
そして、両者を総合した静圧効率は、グラフ３に示すように、回転数が２０００ｒｐｍにおいては、風量３４００ｍ３／ｈの近傍では効率０．０４向上し、風量４０５０ｍ３／ｈの近傍では効率０．０７向上した。また、回転数が２１００ｒｐｍにおいては、風量３６００ｍ３／ｈの近傍では効率０．０４向上し、風量３８００ｍ３／ｈの近傍では効率０．０６向上した。
このように、本実施例では、送風機としてプラグファンを用いることによって、比較的小さな入力値ｋＷ（消費電力）で大きな静圧が得られるとともに、円錐曲面ガイド４６１を設けることによって更にに効率が向上する。
なお、本発明の特徴を損うものでなければ、上記の実施例に限定されるものでないことは勿論である。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スペースに制約がある空気流に対して直角断面が矩形の空気調和機のファン室において、効率の高いプラグファンなどの遠心翼型ファンを設けて、かつ、遠心翼型ファンの直径もダクト接続口の直径とほぼ等しいか又はそれ以上にし、ファン室の内壁に向かって空気を放出するようにしたので、比較的大きな静圧が得られ、また、ファン室の内壁とダクト接続口とは次第に縮小するような表面が平滑な円錐曲面ガイドを設けたことにより、更に静圧効率が高まるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のファン室を用いた空気調和機の全体の内部をを説明した平面図である。
【図２】図１の中央の側断面である。
【図３】図１のファン室に用いるプラグファンと駆動モータの斜視図である。
【図４】図１の円錐曲面ガイドの斜視図と、円錐曲面ガイドを嵌め込む給気室の枠体の一部の斜視図である。
【図５】風量ｍ３／ｈとダクト接続口での全静圧Ｐａと関係のグラフ１を示す図である。
【図６】風量ｍ３／ｈと駆動モータの入力値ｋＷ（消費電力）と関係のグラフ２を示す図である。
【図７】風量ｍ３／ｈにおける静圧効率の関係のグラフ３を示す図である。
【符号の説明】
ＯＡ…外気、ＥＡ…排気、ＳＡ…給気、ＲＡ…還気
１…空気調和機、１１…装置外枠、１２…仕切壁、１２１…端部、１３…制御室、
１３１…外壁、１３２…隅部、１４…仕切壁、１４１…端部、１５…駆動室、１５１…外壁、
１５２…隅部、１６…上外枠体、１７…下外枠体
２１…給気ダクト、２２…排気ダクト
３…ヒートポンプ空調システム、３１…圧縮機、３２…切替弁、
３３…室内側コイル、３４…室外側コイル、
４…給気室、４１…給気口、４１１…給気ダクト接続口、４３…プラグファン、
４３１…翼、４３２…エンドプレート、４３３…シュラウド、４３４…ファン回転軸、
４３５…吸気口、４４…駆動モータ、４５…モータ固定部材、４６…内壁、
４６１…円錐曲面ガイド、４７…インレットコーン、
５…還気室、５１…還気口、５２…フィルター、
６…外気室、６１…外気口、６２…フィルター、
７…排気室、７１…排気口、７１１…排気ダクト接続口、
７３…プラグファン、７３１…翼、７３２…エンドプレート、７３３…シュラウド、
７３４…ファン回転軸、７３５…吸気口、７４…駆動モータ、７５…モータ固定部材、
７６…内壁、７６１…円錐曲面ガイド、７７…インレットコーン、
８…空気切替室、８１…ダンパ、８２…回動軸、８３…ダンパ操作機構、
９１，９２…ドレンパン、
【図１】
2005016791.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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