JP2006189000A - 空気調和室外機ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 空気調和室外機ユニットのファンが発生するＮＺ周波数音に対応し、送風性能を低下させることなく、低周波域のＮＺ周波数音まで共鳴による消音を可能にする。
【解決手段】 シュラウド４−１内に同心状に配置され、ＤＣモータ２で駆動されて定速回転する軸流ファン３と、この軸流ファン３を通る空気流の上流側に配置され、前記空気流と熱交換する熱交換器５と、前記シュラウド４−１の外側に下流側にかけて延在配置されて前記軸流ファンの吐出空気流路を形成するシュラウドカバー４−２と、それらを収容する筐体１を含んで空気調和室外機ユニットを形成し、前記シュラウドカバー４−２の背面と筐体１に蔽囲された箱体８からなる空洞部を備え、前記空洞部内部を軸流ファン３の軸線に平行な仕切壁でそれぞれ容積の異なる複数の区画に区画し、各区画ごとに前記吐出空気流路と連通する開口穴１３を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気調和室外機に係り、特に、送風機吐出空気流路周囲に空洞部を配設して消音する空気調和室外機ユニットに関する。

一般に、Ｚ枚の羽根を備えたファンが毎秒Ｎ回転すると、その羽根枚数Ｚと回転数Ｎの積であるＮＺに相当する周波数音やその整数倍の周波数音が発生する。従来、空気調和室外機の送風機（ファン）の回転騒音に関し、送風性能を低下させること無く回転騒音の低減を図る手段の一つとして、特許文献１に記載された方法がある。これは、空気をファンへ導入するベルマウスの湾曲部の外側に、湾曲部の壁面を含む周壁で囲まれた環状の空洞部を形成し、その空洞部内を仕切り板で複数に分割するとともに、空洞部内外を連通する開口を前記湾曲部の内径側壁面に設け、該開口から空洞部に向かって延在する筒状部材を設置して共鳴器を形成し、その共鳴周波数をファンのＮＺ周波数音及びその整数倍の周波数音と一致させるものである。また、送風機以外では、圧縮機の騒音低減のために共鳴器を考案した特許文献２の例がある。この例は、圧縮機の外周部にそれぞれ開口を備えた複数の内部ケースを連続して並べて共鳴器を形成した、吸音材形の共鳴器である。

特開平１０−２２７２９９号公報（第１−４頁） 特開２００２−２４３２１１号公報（第１−５頁）

特許文献１に記載の例では、送風機用ファンの吸い込み口周りに配設された空気の導入案内の役目をするベルマウスの外側空間にこのベルマウス外壁を包含するように構成した空洞部を共鳴器として活用している。しかし、ベルマウス外周部に共鳴器を形成するので、その大きさはファン吸い込み側に配置される熱交換器との関係等のため、自ずから限定される。

また従来、ファンの駆動は回転数を一定にコントロールできない誘導電動機、すなわちＡＣモータを適用したケースが多い。このＡＣモータでファンを駆動すると電圧変動などのためファンの回転数を一定に保つことは困難であり、このためＮＺ周波数音が変化し、配設した共鳴器の共鳴周波数と一致しなくなり、消音出来ない場合がある。一方、ファンの羽根枚数が少ない場合は、前記ＮＺ周波数音が比較的低い周波域で発生する。

よって、ファンから発生するＮＺ周波数音と、共鳴器の大きさや開口部形態できまる共鳴周波数を一致させるには、ファンの回転数を常に計画回転数に保持するとともに、特に低周波域に共鳴周波数が発現するよう空洞部容積を大きくすることが望ましい。

本発明の課題は、空気調和室外機ユニットのファンが発生するＮＺ周波数音に対応し、送風性能を低下させることなく、低周波域のＮＺ周波数音まで共鳴による消音を可能にすることである。

前記課題は、円筒部材内に該円筒部材と同心状に配置され、直流モータで駆動されて定速回転する軸流ファンと、この軸流ファンを通る空気流の上流側に配置され、該空気流と熱交換する熱交換器と、前記円筒部材の外側にかつ前記円筒部材から前記円筒部材の空気流下流側に延在配置されて前記軸流ファンの吐出空気流路を形成する吐出流路形成部材と、を含んで形成され、前記吐出流路形成部材はその背面に蔽囲された空洞部を備えるとともに該空洞部を前記吐出空気流路と連通する開口を備えてなる空気調和室外機ユニットにより解決される。

具体的には、前記吐出流路形成部材を、前記円筒部材と同心状にその外側に、前記円筒部材から吐き出し空気流下流側に延在するように設けられた外周側円筒部材で形成し、前記空洞部を、前記外周側円筒部材の外側を囲んで形成され、内部が軸流ファンの軸線に平行な仕切壁でそれぞれ容積の異なる複数の区画に仕切られていて、各区画ごとに前記吐出空気流路と連通する開口を備えているものとする。

上記構成によれば、軸流ファンが定速回転するのでＮＺ周波数の変動が少なく、ヘルムホルツ共鳴による消音が効果的に実現できる。また、空洞部が、熱交換器のない、軸流ファンの吐出側に形成されるので、空洞部の容積を大きくすることが可能になる。このため、空洞部を低周波数域におけるヘルムホルツ共鳴器として利用することが可能になり、羽根数の少ない軸流ファンのＮＺ周波数音の消音に有効になる。さらに、前記空洞部が、軸流ファンが内装されている円筒部材の外側に配置された吐出空気流路の外側に形成されるから、吐出空気流路の断面積は前記円筒部材の断面積よりも大きく、流路抵抗が増加して送風性能が低下する恐れがない。

また、前記吐出流路形成部材を、前記円筒部材の半径方向外側から前記軸流ファン軸線方向下流側に向かって立ち上がり、次いで前記円筒部材の軸線方向下流側で前記円筒部材の軸線方向に吐出される吐出空気流路を遮るように湾曲し、前記軸流ファンの吐出空気流の方向を、軸流ファン軸線方向から斜め乃至横方向に導くように形成配置された吐出空気誘導部材としてもよい。この場合、前記空洞部は、前記吐出空気誘導部材を壁面の一部として前記吐出空気誘導部材の前記吐出空気流路と反対側に形成する。

この構成によっても、軸流ファンが定速回転するのでＮＺ周波数の変動が少なく、ヘルムホルツ共鳴による消音が効果的に実現できる。また、空洞部が、熱交換器のない、軸流ファンの吐出側に形成されるので、空洞部の容積を大きくすることが可能になる。このため、空洞部を低周波数域におけるヘルムホルツ共鳴器として利用することが可能になり、羽根数の少ない軸流ファンのＮＺ周波数音の消音に有効になる。さらに、前記空洞部が、軸流ファンが内装されている円筒部材の外側に配置された吐出空気流路の外側に形成されるから、吐出空気流路の断面積は前記円筒部材の断面積よりも大きく、流路抵抗が増加して送風性能が低下する恐れがない。

本発明によれば、空気調和室外機ユニットの送風性能を低下させることなく、低周波域のＮＺ周波数音まで共鳴による消音が可能になる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の第１の実施の形態に係る空気調和室外機ユニットを示す。なお、以下の説明で、上下は、図１における上下を示し、上流側、下流側は、空気調和室外機ユニット内を流れる空気流の上流側、下流側である。図１においては、上側が下流側（吐出側）、下側の側面が上流側（吸込み側）となる。

図示の空気調和室外機ユニットは、軸線を上下方向にして配置された円筒部材である円筒状のシュラウド４−１と、シュラウド４−１に、吹き出し側を上にして同心状に内装されている複数の羽根を備えた軸流ファン３と、軸流ファン３の下方に配置され、軸流ファン３をモータシャフトを介して一定速度で回転駆動するＤＣモータ２と、軸流ファン（以下、ファンという）３の吸い込み側外周部に配置された熱交換器５と、前記シュラウド４−１の外周側に同心状に配置されてシュラウド４−１を支持する外側円筒部材であるシュラウドカバー４−２と、これらを収容する角柱状の筐体１と、を含んで構成されている。

シュラウド４−１は、下端部が外周側にラッパ状に開いて吸い込み空気をファン３に導入するように形成され、上端部外周に形成された鍔状の部材を介してシュラウドカバー４−２の内周面に固着されている。シュラウド４−１の上端は、ファン３の羽根の上端とほぼ同じ高さになっている。

シュラウドカバー４−２の下端部は、シュラウド４−１の下端部よりも上側で、シュラウド４−１と同様に、外周側にラッパ状に開いてファン３の軸線に直交する平面をなす形状に形成され、その外周端は筐体１の内周面に結合されている。前記熱交換器５は、前記平面の下方に配置されている。

ファン３がＤＣモータ２に駆動されて回転すると、外部の空気が筐体１の側面から熱交換器５を通って筐体１内に取り込まれ、ファン３に駆動されて、シュラウド４−１の内周側、シュラウドカバー４−２の内周側を経て、筐体１の上部の吹出口１４から吐き出される。シュラウドカバー４−２の、シュラウド４−１の下流端よりも下流側の内周面は、ファン３の吐出空気流路を形成しており、シュラウドカバー４−２は、吐出流路形成部材として機能する。

シュラウドカバー４−２の上端と筐体１の上端は同じ高さに形成され、シュラウドカバー４−２の上端と筐体１の上端の間は天板１ａで塞がれている。すなわち、シュラウドカバー４−２と前記天板１ａと筐体１とで、シュラウドカバー４−２の外側に蔽囲された空洞部が形成されている。そして、この空洞部は、図２の平面図（ａ）に示すように、ファン３の軸線に平行な半径方向に延びる仕切壁３０で、ファン３の回転方向３1下流側から上流側に向かって順に、それぞれ異なる大きさ（容積）の区画、すなわち、空洞部９，１０，１１，１２に区切られている。

本実施の形態では、空洞部９はファン３の回転に伴って発生する４次のＮＺ周波数音、空洞部１０は３次のＮＺ周波数音、空洞部１１は２次のＮＺ周波数音、更に空洞部１２は１次のＮＺ周波数音と共鳴するように空洞部の大きさが設計された共鳴器となっている。また図２の縦断面図（ｂ）に模式的に示すように、各空洞部の内周面、すなわち、シュラウドカバー４−２の円筒部壁面には、周方向の中央位置に、開口穴１３が設けられている。言い換えると、吐出流路円筒面の外壁側に、それぞれ異なる容積の複数の空胴部からなる箱体８が、ファンの周方向に配設されているのである。

図３は、本実施の形態の共鳴器部分だけの形態を斜視図で示す。ここで夫々共鳴器として機能する空洞部９〜１２は、ファン３の回転方向３1上流側から１次のＮＺ周波数音と共鳴する空洞部１２が配置され、回転方向３１の下流側に向かって順に２次、３次、４次のＮＺ周波数音と共鳴する大きさの空洞部となるように配設されている。

図４は本実施の形態に係る空気調和室外機ユニットの、ファン３と熱交換器５とシュラウド４−１とシュラウドカバー４−２及び空洞部１２の位置関係を表す部分断面図である。本図に、シュラウドカバー４−２上部とその外周壁を囲む筐体１の平面寸法内の範囲で設置された複数の空洞部の中の、羽根音である１次共鳴周波数対応の共鳴器である空洞部１２の位置及びその形態がよく表されている。特に空洞部１２の形状、配置と上部に開けられている開口穴１３の位置と吹出口１４の関係がよく分かる。

図５は、ＮＺ周波数共鳴器となる空洞部１２を独立した箱体で設置した場合の構成を示す。図７、図８、図９は、何れも本ＮＺ周波数共鳴器となる空洞部９、１０、１１の夫々を独立の箱体で設置した場合の構成を示す。本形態においても複数の空洞部を一体として共鳴器を形成、配設しても、基本的には効果は同様である。尚何れの共鳴器においても雨水等の浸入に対して排水できる小穴を形成する場合がある．
次に、ＮＺ共鳴周波数について説明する。ＮＺ周波数音という場合、Ｎがファンの回転数、Ｚは羽根枚数であり、その積の１次から整数倍次がファンによる流体騒音であるＮＺ周波数音となる。この発生音を低減するための共鳴器である箱体の共鳴周波数は次の関係で求まる。図６は、ＮＺ周波数共鳴器となる空洞部１２を一例とした共鳴器のカットモデル断面図で、図５のＡ−Ａ面での断面を示す。ここでヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数Ｆ_reは、空洞部１２の容積ｖ、空洞部１２を形成する壁面１６の一部壁面に開けられた開口穴１３の断面積a、その開口穴１３が形成されている壁面の厚さに相当する首長さｄ、及び音速Ｖ_０から、次式で求まる。

式１の関係から共鳴周波数のパラメータは、音速がほぼ同じとすれば空洞部の容積ｖと首長さｄ及び開口部の面積ａで決まる。図１４に、空気流路周囲に、内径Ｄ_０、外径Ｄ、高さｈ、壁面厚さｄの空洞部を設け、この空洞部を区画してそれぞれ首長さｄで面積ａの開口穴１３を設けた共鳴器（８連）とした場合のＣＡＥ解析による共鳴周波数計算モデルを、また図１５にはその計算結果を示した。図１５のグラフ（ａ）が空洞部の外径Ｄを変えて容積ｖを変化した場合の共鳴周波数を、またグラフ（ｂ）は開口穴１３の面積aを変えて共鳴周波数を、それぞれ計算したものである。

図１５に示された結果から、共鳴周波数Ｆ_reを低減させるにはパラメータaを小さくすることも、ｖを大きくすることも、大きい効果があることがわかる。しかし空洞部の容積ｖは空気調和室外機ユニットの外形的な制約から決まるものであり、極端に大きな容積は採用できない。したがって、共鳴周波数の決定に際しては、自ずから開口穴の面積aや、開口穴が形成される壁面の厚み、すなわち首長さｄを含めて調整することが必要となる。 図１２は、本実施の形態の空気調和室外機ユニットと、空洞部で形成された共鳴器が付いていない場合の空気調和室外機ユニットについて、ファン音1次のＮＺ周波数騒音の低減量をパワー量で比較した結果を比較して示す。図示のように、共鳴器が付いていない場合の空気調和室外機ユニットのファン音1次のＮＺ周波数騒音のパワー量を１００％とした時、本実施の形態の空気調和室外機ユニットのファン音1次のＮＺ周波数騒音のパワー量は８５％に低減できた。

上述のように、本実施の形態によれば、ファン３をＤＣモータ２により一定速度で回転駆動することで、空気調和室外機ユニットのファン３が発生するＮＺ周波数音の変動が抑制され、さらに、ＮＺ周波数音に対応して共鳴器として機能する空洞部をファン３の吐出側に形成することで、低周波域のＮＺ周波数音まで共鳴による消音が可能になった。また、共鳴器として機能する空洞部をその背後に形成する吐出流路形成部材（シュラウドカバー４−２）を、ファン３を同心状に内装するシュラウド４−１の径よりも大きい内径の円筒で形成することで、ファン３の送風性能を低下させることなく、大容積の空洞部をファン３と出側に構成して低周波域の共鳴器とすることができた。
（第２の実施の形態）
また、空気調和室外機ユニットから発せられる送風騒音は、図１１のグラフ２２に示すように、ファンの回転によるＮＺ周波数音の他に広帯域の騒音パワーがあり、実際にはこちらの騒音エネルギーの方が大きいことが一般的である。図１１のグラフ２２は周波数範囲５ＫＨzまでのスペクトル分析結果を、またグラフ２４はグラフ２２の丸部２３あたりを拡大分析したもので、特に低次のＮＺ周波数音が顕著に表れている。

図１０に示す第２の実施の形態は、これらを考慮し、共鳴器を構成する空洞部の内側壁面に、厚みｔの吸音材２１を塗付したもので、広帯域騒音は吸音材２１で低減し、特に耳障りに聞こえるＮＺ周波数音は本ヘルムホルツ共鳴器で減音するものである。他の構成は前記第１の実施の形態と同じであるので、説明を省略する。

本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態による効果に加え、広帯域騒音を低減する効果が得られた。
（第３の実施の形態）
屋外に設置されることの多い空気調和室外機ユニットは、防雪フードや風向板を備えることがある。図１３に示す本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なるのは、共鳴器を構成する空洞部はシュラウドカバーの背面に設けられているのではなく、空気調和室外機ユニットの防雪フードや風向板を利用して共鳴器となる空洞部を形成した点である。他の構成は前記第１の実施の形態と同じであるので、説明を省略する。

本実施の形態に係る空気調和室外機ユニットは、前記筐体１の背面側上端全幅からファン３軸線方向下流側（図上、上方）に向かって立ち上がり、次いで前記シュラウドカバー４−２の軸線方向下流側で前記円筒部材の軸線方向に吐出される吐出空気流路を遮るように前面側に半円弧型に湾曲し、前記ファン３の吐出空気流の方向を、ファン軸線方向から前面側斜め上方乃至前面方向に導くように形成配置された吐出空気誘導部材（兼防雪フード）２６ａを備えている。吐出空気誘導部材２６の両側面は、筐体１の両側面から立ち上がる側壁２６ｂで塞がれている。

吐出空気誘導部材２６ａの背面には、吐出空気誘導部材２６ｃが吐出空気誘導部材２６ａと間隔を置いて配置され、その間が蔽囲された空洞部１９を形成している。吐出空気誘導部材２６ａの幅方向中央で、かつ、吐出空気が当たる位置に、空洞部１９と吐出空気流路を連通する開口穴１３が形成されている。空洞部１９の大きさ（容積）は、吐出空気誘導部材２６ａと吐出空気誘導部材２６ｃの間隔を加減することで、１次のＮＺ周波数音に共鳴させる大きさに近づけることができる。

上記構成によれば、ファン３から吐出された空気は、吐出空気誘導部材２６ａに当たって流路を曲げられ、ファン軸線方向から前面側斜め上方乃至前面方向に導かれる。その際、吐出空気誘導部材２６ａを壁面の一部として吐出空気誘導部材２６ａの背後に形成された空洞部１９が吐出空気流に対して共鳴器として作用して、吐出空気流の音波振動を吸収し、消音する。

本実施の形態においても、設置されている吐出空気誘導部材２６ａの背面に空洞部１９が形成されて共鳴器となるので、吐出空気の流れを妨げる新たな構成はなく、ファン３の送風性能を低下させることはない。

なお、上記各実施の形態においては、開口穴１３の首長さｄの調整については説明していないが、開口穴１３の空洞側に管状の部材を設けることにより、首長さｄは容易に調節可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る空気調和室外機ユニットを示す斜視図である。 図１の軸流ファン上方における平面断面図及び縦断面図である。 第１の実施の形態における共鳴器を構成する複数の空洞部を示す斜視図である。 第１の実施の形態の部分の詳細を示す断面図である。 第１の実施の形態の羽根音1次のＮＺ周波数音に対応する共鳴器をなす空洞部の形態を示す斜視図である。 図５に示す空洞部の開口穴を表す断面図である。 第１の実施の形態の羽根音４次のＮＺ周波数音に対応する共鳴器をなす空洞部の形態を示す斜視図である。 第１の実施の形態の羽根音３次のＮＺ周波数音に対応する共鳴器をなす空洞部の形態を示す斜視図である。 第１の実施の形態の羽根音２次のＮＺ周波数音に対応する共鳴器をなす空洞部の形態を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態を示す断面図である。 空気調和室外機ユニットの騒音周波数分析結果を示すグラフである。 本発明の実施の形態と共鳴器を取り付けていない空気調和室外機ユニットの騒音パワー量を比較して示す図である。 本発明の第３の実施の形態を示す斜視図である。 ＣＡＥ解析による共鳴周波数計算モデルを示す斜視図である。 図１４に示す共鳴周波数計算モデルを用い、空洞部容積、開口穴面積を変えて計算した計算結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 筐体
１ａ 天板
２ ＤＣモータ
３ 軸流ファン
４−１ シュラウド
４−２ シュラウドカバー
５ 熱交換器
８ 箱体
９，１０，１１，１２ 空洞部
１３ 開口穴
１４ 吹出し口
２１ 吸音材
２６ａ 吐出空気誘導部材
３０ 仕切板

Claims (4)

1. 円筒部材内に該円筒部材と同心状に配置され、直流モータで駆動されて定速回転する軸流ファンと、この軸流ファンを通る空気流の上流側に配置され、前記空気流と熱交換する熱交換器と、前記円筒部材の外側にかつ前記円筒部材から前記円筒部材の前記空気流下流側に延在配置されて前記軸流ファンの吐出空気流路を形成する吐出流路形成部材と、を含んで形成され、前記吐出流路形成部材はその背面に蔽囲された空洞部を備えるとともに前記空洞部を前記吐出空気流路と連通する開口を備えてなる空気調和室外機ユニット。
2. 請求項１記載の空気調和室外機ユニットにおいて、前記吐出流路形成部材は、前記円筒部材と同心状にその外側に、前記円筒部材から吐き出し空気流下流側に延在するように設けられた外周側円筒部材であり、前記空洞部は、前記外周側円筒部材の外側を囲んで形成され、内部が軸流ファンの軸線に平行な仕切壁でそれぞれ容積の異なる複数の区画に仕切られていて、各区画ごとに前記吐出空気流路と連通する開口を備えていることを特徴とする空気調和室外機ユニット。
3. 請求項１記載の空気調和室外機ユニットにおいて、前記吐出流路形成部材は、前記円筒部材の半径方向外側から前記軸流ファン軸線方向下流側に向かって立ち上がり、次いで前記円筒部材の軸線方向下流側で前記円筒部材の軸線方向に吐出される吐出空気流路を遮るように湾曲し、前記軸流ファンの吐出空気流の方向を、軸流ファン軸線方向から斜め乃至横方向に導くように形成配置された吐出空気誘導部材を含んでなり、前記空洞部は、前記吐出空気誘導部材を壁面の一部として前記吐出空気誘導部材の前記吐出空気流路と反対側に形成されていることを特徴とする空気調和室外機ユニット。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の空気調和室外機ユニットにおいて、前記空洞部の内面に吸音材が装着されていることを特徴とする空気調和室外機ユニット。
   

Images