JP2000304347A - 熱交換ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換ユニットにおける熱交換器への気流流
入時に発生する特定周波数騒音を低減する。 【解決手段】 熱交換器６の前面に熱交換器６と垂直に
複数のフランジ１０を設けて気流の流入角度が大きくな
るようガイドする熱交換ユニットにおいて、羽根車５の
外径をＤ、羽根車５と熱交換器６の最近接距離をｙ、羽
根車５の中心を通る直線が熱交換器６の垂線となる熱交
換器前面の点をＦ_cとすると、Ｆ_cとフランジ１０との熱
交換器６に平行な方向の距離ｘが、 を満足する位置に前記フランジ１０を設ける。又、前記
フランジ１０の高さｈが を満足させることにより、羽根車５の回転騒音も低減す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換ユニットに
関するものであり、特に羽根車からの気流を熱交換器に
押し込む際に発生する熱交換ユニットの特定周波数騒音
を低減することに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】羽根車と熱交換器とを配置し、羽根車か
ら吹き出された気流を熱交換器に押し込むことで熱交換
をする熱交換ユニットの一例として、天井埋込形空気調
和機がある。実開平５−３８１６号公報に開示されたそ
の天井埋込形空気調和器の例を図９に示す。図におい
て、１はユニットケースで、天井孔と同心的に梁から吊
っている。２は天井材、３はユニットケース１の底部中
央部に取り付けられた送風機でモータ４と羽根車５とに
より構成されている。６は熱交換器で多数の熱交換用の
フィンから構成されており、ユニットケース１の底部で
送風機３を囲むように枠状に取り付けられている。７は
熱交換器６の端部に取り付けられたドレインパン、８は
そのドレインパンに嵌着されたベルマウス、９は前記熱
交換器６をケース１に固定している熱交換器押さえで、
その熱交換器押さえには１０のフランジが設けられ、そ
のフランジ１０は、例えば図１０に示すように熱交換器
６の周囲の複数箇所で熱交換器６に直角になるように配
置されている。

【０００３】その動作は、図９において羽根車５がモー
タ４の駆動力で回転することにより空気を外周部へ吹き
出し、その吹き出された空気が熱交換器押さえ９に設け
られたフランジ１０にガイドされて熱交換器６に向けら
れ、その熱交換器６の多数のフィンの間を前記空気が通
過する過程で熱交換が行われる。熱交換された後の空気
は、吹き出しダクト１１に導かれ、吹き出し口１２を介
して室内側に吹き出される。

【０００４】上記のような熱交換の過程において、羽根
車５によって吹き出されて移動する気流が、固定された
熱交換器６に到達した際に風切り音を発生させる。前記
吹き出される空気は、概略羽根車５の接線方向に吹き出
され、熱交換器６とはある角度を持って当たることとな
り、この条件次第で前記風切り音のレベルにも差が生ず
る。上記従来例では、熱交換器６と直角になるように熱
交換器押さえ９にフランジ１０を多数設け、熱交換器６
に対する気流の流入角を大きくすることによって、熱交
換器６から発生する風切り音を低減しようとしたもので
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来例のような羽根車
５と熱交換器６の配置において、熱交換器６から特定周
波数騒音が発生する位置は局所的なものであり、従来例
の構造によって熱交換器６から発生する特定周波数騒音
を低減することは偶発的なものであった。上記従来例の
効果は、主に気流の熱交換器６流入時の圧力損失を低減
することで、羽根車５の回転数を低くしても同等の送風
性能を得ることができ、回転数の低下により羽根車５か
ら発生する広帯域騒音を低減するものである。

【０００６】このため製品としての騒音は小さくなる
が、熱交換器６から発生する音は依然として十分低減さ
れていないという問題があった。効果的な特定周波数騒
音の低減には、騒音の発生箇所の特定と、物理現象に基
づいて特定周波数騒音の発生位置にフランジ１０を設け
る必要がある。また、フランジ１０の寸法が大きくなる
と羽根車５とフランジ１０が接近し、羽根車５の羽根枚
数と回転数から決まる回転音が増大するという欠点があ
った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、羽根車５の気流吹き出し側に熱交換器６を配置し、
熱交換器６をユニットケース１に装着する熱交換器押さ
え９と、前記吹き出された気流を熱交換器に向けてガイ
ドするフランジ１０とを設けた熱交換ユニットにおい
て、羽根車５の外径をＤ、羽根車５と熱交換器６との最
近接距離をｙ、羽根車５の中心を通る直線が熱交換器６
の垂線となる熱交換器６前面の点をＦ_c、Ｆ_cとフランジ
１０との間の熱交換器と平行な方向の距離をｘとする
と、 を満足するｘの位置に、フランジ１０を設置することを
特徴としている。

【０００８】請求項２に記載の本発明にかかる熱交換ユ
ニットは、請求項１の位置に設けられた熱交換器押さえ
９のフランジ１０の高さｈを を満足するように決定することを特徴としている。

【０００９】また請求項３に記載の本発明にかかる熱交
換ユニットは、前記複数のフランジの一部又は全数が、
前記熱交換器押さえと一体に形成されていることを特徴
としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】実施の形態１ 図１は本発明に係る熱交換ユニットの羽根車５と熱交換
器６及び熱交換器押さえ９の配置、熱交換器押さえ９に
設けられるフランジ１０の寸法の関係を示す上面図であ
る。５は遠心羽根車、６は熱交換器、９は熱交換器押さ
え、１０はフランジである。図中Ｄは羽根車５の外径、
ｙは羽根車５と熱交換器６の最近接距離、θは羽根車５
の回転方向に描いた接線と熱交換器６とのなす角、Ｌは
θが定義される上記接線と熱交換器６との交点と上記接
線の羽根車５との接点までの距離、ｈはフランジ１０の
熱交換器６前面からの高さ、ｘはθを決定する羽根車５
の接線と熱交換器６との交点と、羽根車５の中心を通る
直線が熱交換器６の垂線となる熱交換器６前面の点Ｆ_c
との距離である。請求項１の発明は特定周波数騒音の発
生箇所を明らかにし、騒音の低減に効果的なフランジ１
０の設置位置を示すものである。

【００１１】図２は、気流流入角0°の特定周波数騒音
発生時と、流入角を大きくして騒音の発生がないときの
熱交換器前面近傍の流れ場を測定した結果である。位置
ｔは図３に示すように熱交換器６の配置と直角な方向を
示し、ｔ＝0は熱交換器前面を、ｔ＞０は熱交換器外部
を、ｔ＜０は熱交換器内部を示す。図２より、騒音発生
時には熱交換器への流入直後で大きな乱れ度（変動速度
ｕ’/平均流速Ｕ）があることがわかる。可視化実験、
数値解析の結果、このときには熱交換器流入直後に停留
渦を形成していることがわかった。

【００１２】図３は、熱交換器６から発生する特定周波
数騒音のメカニズムを示す図である。特定周波数騒音の
発生箇所では熱交換器６のフィン１５の間に渦１６が停
留し、上流側フィン１５のエッジから発生した擾乱１７
が停留渦になって再度上流側フィンエッジに到達する。
これにより擾乱１７の発生をさらに促進するというフィ
ードバック機構によってある特定周波数の擾乱１７を発
達させる。このため、発達する擾乱１７と一致する単一
周波数の顕著な音波１８が発生する。特定周波数騒音の
発生は熱交換器６への気流の流入角と流入速度との２つ
の条件によるものであることが基礎実験から明らかにな
った。

【００１３】図４は、ある気流速度における基礎実験か
ら得られた気流流入角と音圧レベルの関係である。図中
の音圧レベルは、熱交換器６から発生する単一周波数騒
音のピーク値を示しており、広帯域空力音は対象として
いない。図４より、流入角が２５゜以下で特定周波数騒
音が急激に増加することがわかる。

【００１４】図５は流入角０゜における気流速度と、特
定周波数騒音の音圧レベルとの関係である。特定周波数
騒音の音圧レベルは、気流速度の６乗に比例することが
わかる。遠心羽根車４から吹き出される気流は、速度の
大部分を旋回方向成分が占めるため、気流方向は羽根車
５の回転方向に描いた羽根車５の外周の接線に沿ったも
のであると近似できる。このことから、上記接線と熱交
換器６とのなす角θは、およそ気流の流入角であるとみ
なすことができる。また、この接線がなす線分の長さＬ
は、幾何学的に次式のように求められる。 また、このＬは で最小値 となり、この点はＦｃに一致し、最大流速U_maxをもつ。

【００１５】図５に示すように音圧レベルが気流速度の
６乗に比例することより、最大流入速度の位置での音圧
レベルを最大音圧レベルであるとすれば、流速が最大流
速の約７０％の位置での音圧レベルは最大音圧レベルよ
りも約１０ｄＢ低くなる。図４で示したように特定周波
数騒音発生のための流入角の条件は０°＜θ＜２５°で
ある。一般に、羽根車５と熱交換器６の配置は を満足し、θ＝２５゜となる位置がＦｃより気流の下流
側にある。熱交換器６前面の流速がＬの逆数に比例する
とすれば、θ＝２５゜で最大音圧レベル、θ＜２５゜で
は徐々に音圧レベルは小さくなる。よって、流入角、流
速の両方の条件を満足し、かつ製品騒音への寄与が大き
な騒音発生箇所は、 を満たす範囲である。このとき騒音発生範囲ｘは である。この範囲はＤとｙの組み合わせにより様々な幅
をもつ。この範囲中でできるだけ気流の上流側にフラン
ジ１０を設けるのが有効であるが、ｘの幅が大きいとき
は、この範囲内において複数のフランジ１０を設けても
よい。

【００１６】実施の形態２ 請求項２の発明は、請求項１の範囲に設置されたフラン
ジ１０の騒音低減に効果的な寸法を示す。騒音発生範囲
において、フランジ１０の上流側では気流を堰き止める
ことで熱交換器６前面の圧力上昇による気流の減速と流
入角の増大、下流側ではフランジ１０の背面の負圧を利
用した気流の回り込みによる流入角の増大によって騒音
を低減することが目的であるため、その形状は比較的任
意で、熱交換器６と垂直な方向のフランジ１０の高さｈ
が重要になる。フランジ１０の高さｈを大きくすればフ
ランジ１０の上流側での圧力上昇が大きくなるので、熱
交換器６に流れ込む気流の流入角は大きくなり、下流側
では死水域と気流の回り込みによって特定周波数騒音の
発生は小さくなるのであるが、遠心羽根車５とフランジ
１０端部が接近しすぎると羽根車５の出口気流の圧力変
動とフランジ１０の端部との干渉による回転音が大きく
なる。図６は、羽根車５の外周とフランジ１０の先端部
との距離をｄとした場合の、フランジ１０の高さｈと回
転音発生周波数での音圧レベルの関係である。図よりｄ
は羽根車５の外径Ｄの５％以上であることが望ましい。

【００１７】フランジ１０の熱交換器６からの高さをｈ
とすると、羽根車５の外周とフランジ１０の端部との距
離ｄは で表される。この距離が羽根車５の外径の５％以上にな
るには を満足すればよい。

【００１８】図７は、上記フランジ１０の実施の形態を
示す斜視図である。上記フランジ１０の個数は任意であ
り、また熱交換器押さえ９に対して気流の上流側、下流
側のどちらか一方あるいは両方に設けても差し支えな
い。１つの熱交換器押さえ９に複数のフランジ１０を設
けた場合、その大きさは羽根車５との間の距離ｄが短い
方のフランジが上記寸法関係を満足していればよい。更
に上流側に凸あるいは下流側に凸面の曲面により構成さ
れてもよい。図７において、（ａ）は気流の上流側にフ
ランジ１０を設けた場合、（ｂ）は、上流側及び下流側
の両方に設けた場合、（ｃ）は曲面状のフランジを設け
た場合のそれぞれ例を示したものである。

【００１９】発明の効果から明らかなように、寸法、位
置が上記フランジ１０と同様の条件を満たしていれば、
熱交換器押さえ９と一体にフランジ１０を形成してもよ
く、こうすることにより部品点数が少なくでき、コスト
的にも有利となる。必要に応じ、フランジ１０を別部品
として設け、別手段によって熱交換器９もしくはユニッ
トケース１など他の要素に固定することももちろん可能
である。請求項３の発明は、この複数のフランジ１０の
全数もしくはその一部が、前記熱交換器押さえ９と一体
に形成され、コスト的に有利な熱交換器ユニットを実現
するものである。

【００２０】図８は、請求項１、請求項２を満足するフ
ランジ１０を設けることにより得られた天井埋込形空気
調和機の１／３オクターブ騒音レベルであり、回転音の
増大なく熱交換器６から発生する特定周波数騒音を約１
０ｄＢ低減できたことを示している。

【００２１】

【発明の効果】請求項１の本発明によれば、特定周波数
騒音を発生する熱交換器の位置を羽根車の外径Ｄ、羽根
車と熱交換器との最短距離ｙの二つのパラメータによっ
て正確に予測でき、この位置にフランジを設置すること
により、効果的な特定周波数騒音の低減が実現できる。

【００２２】請求項２の本発明によれば、請求項１を満
足する位置に設けられるフランジの大きさを最適化し、
回転音の増大なく、熱交換器から発生する特定周波数騒
音を低減できる。

【００２３】又請求項３の本発明によれば、前記フラン
ジを前記熱交換器押さえと一体成形することにより、部
品点数が削減でき、コスト的にも有利な状況下で上記特
定周波数騒音を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる熱交換ユニットの羽根車、熱
交換器、フランジの位置関係を示す説明図である。

【図２】 熱交換器からの位置と流入空気の乱れ度との
相関を示すグラフである。

【図３】 流入空気による特定周波数騒音の発生メカニ
ズムを示す説明図である。

【図４】 空気流入角度と音圧ピークレベルとの相関を
示すグラフである。

【図５】 空気流入速度と音圧ピークレベルとの相関を
示すグラフである。

【図６】 羽根車とフランジとの間隔、及び回転音発生
周波数の音圧レベルとの相関を示すグラフである。

【図７】 フランジの実施の形態を示す斜視図である。

【図８】 本発明にかかる装置の騒音低減効果を示すグ
ラフである。

【図９】 従来技術による熱交換ユニットの断面図であ
る。

【図１０】 従来技術による熱交換ユニットの平面配置
図である。

【符号の説明】

１ ユニットケース、 ５ 羽根車、６ 熱交換器、
９ 熱交換器押さえ、１０ フランジ、 １６ 渦、
１７ 擾乱、 １８ 音波。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 尚史 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3L051 BE04 BJ10 3L065 DA15

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ユニットケースと、 そのユニットケースの中央部に取り付けられたモータ及
   び羽根車からなる送風機と、 その送風機の羽根車の気流吹き出し側周囲に配置された
   熱交換器と、 その熱交換器をユニットケースに装着するための熱交換
   器押さえと、 前記吹き出された気流を熱交換器の方向へガイドする複
   数のフランジと、からなる熱交換ユニットにおいて、 前記羽根車の外径をＤ、その羽根車と前記熱交換器との
   最近接距離をｙ、羽根車の中心を通る直線が熱交換器の
   垂線となる熱交換器前面の点をＦ_cとすると、Ｆ_cと前記
   フランジとの間の熱交換器に平行な方向の距離ｘが、 を満足する位置に、前記フランジを設けることを特徴と
   する熱交換ユニット。
2. 【請求項２】 前記フランジの高さｈが、 を満足することを特徴とする、請求項１にかかる熱交換
   ユニット。
3. 【請求項３】 前記複数のフランジの一部又は全数が、
   前記熱交換器押さえと一体に形成されていることを特徴
   とする、請求項１又は２にかかる熱交換ユニット。