JP2008202870A

JP2008202870A - 空気調和機の室外機

Info

Publication number: JP2008202870A
Application number: JP2007040225A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Izumi; 善樹泉
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-02-21
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2008-09-04

Abstract

【課題】空気調和機の室外機に、各々翼が翼形形状をした厚翼からなる２重反転ファンを採用し、静圧効率の向上によりファンモータ入力を低減して低騒音を実現する。
【解決手段】室外機１に縦型圧縮機３、熱交換器２、熱交換促進用のファンとして反回転（互いに反対方向に回転）するプロペラファン５，６を設け、翼型形状をした厚翼で構成して、２個のプロペラファンのうち風上側プロペラファン５を回転させるファンモータ７と、ファンモータ７の回転方向を反転して伝達する反転機構８とを備え、風上側プロペラファン５の同軸上で下流側に反転機構８により反回転する風下側プロペラファン６を備え、風上側プロペラファン５と風下側プロペラファン６とは、各々翼２０，２５形状が弦形状の湾曲方向が逆であり、同一軸心方向から見てほぼ線対称に形成され、互いに反対方向に回転しながら気流方向は同一となるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機の室外機などに用いられる熱交換促進用の送風機に関するもので、特に送風機のファン効率（静圧効率）向上と低騒音化の技術に関するものである。

この種の空気調和機は、熱交換器と送風機とを有する室内機と、圧縮機と熱交換器と送風機とを有する室外機とを配管で結んで冷凍サイクルを形成し、冷凍サイクル内に充填した冷媒の熱搬送によって冷房運転又は暖房運転することによって室内の空気調和を行っている。室外機において、送風機は熱交換器の熱交換促進を行うものとしてファンとファンモータとを備えて構成されるが、この送風機の風量は空気調和機の能力を大きく左右するとともに、騒音まで含めた性能に大きな影響がある。特に、暖房運転において室外機の熱交換器に空気中の水分が凝縮して露となって付着し、それが熱交換器を通過する気流を妨げるようになる。其れがさらに低温になると露が氷や霜となって目詰まりするようにな状態となるため、そのような状況でも風量の低下を抑制し、騒音を低減するためにも送風機のファン効率の向上は重要である。

空気調和機の室外機などに用いられる熱交換促進用の送風機と、その動圧を回収してファン効率を高めることを目的として後置静翼に関する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

図４は、従来の空気調和機の室外機の横断面図である。８３が圧縮機スペース、８４が本体外箱、８１が熱交換器、８２がファンモータ、８７がオリフィスであり、熱交換促進用の送風機８５とその動圧を回収する後置静翼８６をファンモータ８２の同一軸心上に風上側から配置して構成している。
特開２００２−８１６９５号公報

しかしながら、上記従来の構成では、送風機８５の絶対速度Ｃ_２の周方向成分Ｖ_θを後置静翼８６で回収しても、静翼による回収ではＶ_θを回収しきれず、動圧の静圧への変換には限界があった。即ち此処で言う動圧Ｐｄ＝０．５＊ρ＊Ｖ_θ ^２（ρ：密度で単位はＫｇ・ｓｅｃ２・ｍ４であり、Ｃ_２とＶ_θの単位はｍ／ｓｅｃ）である。ちなみに、Ф４１５ｍｍの翼枚数２枚からなる送風機８５に後置静翼８６を装着した場合、動作点静圧効率の向上は、比率で約７％であった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、送風機のファン効率（静圧効率）を向上して静圧と風量を大きく増加させる、あるいは送風抵抗に対しても風量の低下を抑制し、更に格段の騒音を低減することができる空気調和機の室外機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の空気調和機の室外機は、圧縮機と、熱交換器と、前記熱交換器の熱交換促進用ファンとして、翼枚数が複数枚よりなる２個のプロペラファンを翼形形状をした厚翼にて構成して備えて、前記２個のプロペラファンは同軸上に近接して設け、互いに反対方向に回転しながら気流方向は同一となるように構成したものである。

これによって、２個のプロペラファンのうち風上側となるプロペラファンの後流の回転エネルギー（回転に伴う無駄となるエネルギー）を、近接して反回転（互いに反対方向に回転）する風下側となるプロペラファンで回収し、更に風下側プロペラファン後流の回転流をほぼ零とする事ができる。すなわち、空気調和機の室外機にサイズの大きい（奥行きが本発明のプロペラファン２個分と同等程度の）プロペラファン一つのみ使用する場合に比較して、動作点ファン効率を大きく向上することができて、静圧と風量を大きく増加することが出来る。その結果、ファンモータ入力を大きく低減できて空気調和機のＣＯＰや期間消費電力を低減することが可能となる。更に翼形形状をした厚翼から構成されたプロペラファンを用いるので、流れの境界層制御ができて流動剥離が生じにくく、その結果、低騒音を実現できるものである。

本発明の空気調和機の室外機は、風上側プロペラファン後流の回転エネルギー（回転流に伴う無駄となるエネルギー）を反回転する風下側プロペラファンで回収し、更に風下側プロペラファン後流の回転流をほぼ零とすることができるので、空気調和機の室外機にサイズの大きいプロペラファン一つのみ使用する場合に比較して、静圧と風量を大きく増加させることが出来て、動作点ファン効率を大きく向上させる事が可能となる。、風上下側プロペラファンそれぞれの翼形状が翼形形状をした厚翼であるので低騒音を実現できる。その結果、ファンモータ入力を大きく低減できて空気調和機のＣＯＰや期間消費電力を低減することが可能と共に、格段の低騒音を実現できるものである。

第一の発明は、圧縮機と、熱交換器と、前記熱交換器の熱交換促進用ファンとして、翼枚数が複数枚よりなる２個のプロペラファンを備えて、２個のプロペラファンを翼形形状をした厚翼から構成して、前記２個のプロペラファンは同軸上に近接して設け、互いに反対方向に回転しながら気流方向は同一となるように構成したものである。

これによって、２個のプロペラファンのうち風上側となるプロペラファンの後流の回転エネルギー（回転に伴う無駄となるエネルギー）を、近接して反回転（互いに反対方向に回転）する風下側となるプロペラファンで回収し、更に風下側プロペラファン後流の回転流をほぼ零とする事ができる。すなわち、空気調和機の室外機にサイズの大きい（奥行きが本発明のプロペラファン２個分と同等程度の）プロペラファン一つのみ使用する場合に比較して、動作点ファン効率を大きく向上することができて、静圧と風量を大きく増加することが出来る。更に、風上下側プロペラファンそれぞれの翼枚数が１枚であるので、翼面積投入が最も少なくて充分に空力仕事を果たすことが可能なので、流体摩擦が少なくなり結果として、動作点のファン効率（静圧効率）をより更に向上させることができる。その結果、ファンモータ入力を大きく低減できて空気調和機のＣＯＰや期間消費電力を低減することが可能となる。さらに、２個のプロペラファンを厚翼から構成しているので、流れの境界層制御ができて流動剥離を低減して低騒音を実現できるものである。

第二の発明は、１個のファンモータと、ファンモータの回転方向を反転して伝達する反転機構とを備え、翼枚数が１枚からなる２個のプロペラファンの内、一方のプロペラファンをファンモータで駆動し、他方のプロペラファンを反転機構で駆動するように構成したものである。此れによって、１個のファンモータで２個のプロペラファンを互いに反対方向に回転するように駆動することが可能であり、重量のあるファンモータが一つなので空気調和機の室外機の構成部品が少なく、低コストで軽量に生産することができる。

第三の発明は、圧縮機、熱交換器、熱交換促進用のファンとして反回転（互いに反対方向に回転）する翼枚数が複数枚からなる２個のプロペラファンを設け且つ翼形形状をした厚翼で構成し、２個のプロペラファンのうち風上側プロペラファンを回転させるファンモ
ータと、ファンモータの回転方向を反転して伝達する反転機構とを備え、風上側プロペラファンの同軸上で下流側に反転機構により反回転する風下側プロペラファンを備え、風上側プロペラファンと風下側プロペラファンとは、各々翼形状が弦形状の湾曲方向が逆であり、同一軸心方向から見てほぼ線対称に形成され、互いに反対方向に回転しながら気流方向は同一となるように構成し、風上側から熱交換器、ファンモータ台に支えられたファンモータにより駆動される風上側プロペラファン、反転機構、風下側プロペラファン、前面グリルの順に構成した事を特徴とする空気調和機の室外機を構成してなるものである。

上記構成によって、２個のプロペラファンのうち風上側となるプロペラファンの後流の回転エネルギー（回転に伴う無駄となるエネルギー）を、近接して反回転（互いに反対方向に回転）する風下側となるプロペラファンで回収し、更に風下側プロペラファン後流の回転流をほぼ零とする事ができる。すなわち、空気調和機の室外機にサイズの大きい（奥行きが本発明のプロペラファン２個分と同等程度の）プロペラファン一つのみ使用する場合に比較して、動作点ファン効率を大きく向上することができて、静圧と風量を大きく増加することが出来る。結果として、動作点のファン効率（静圧効率）をより更に向上させることができる。その結果、ファンモータ入力を大きく低減できて空気調和機のＣＯＰや期間消費電力を低減することが可能となる。

更に、プロペラファンが翼型形状をした厚翼で構成しているので流れの境界層制御ができて剥離を低減できて低騒音を実現できる。ファンモータは一つであるが、風上側プロペラファン後流の同一軸心上のギアボックスに内臓されたギア形状などの組み合わせにより、ファンモータの軸の回転方向を風下側プロペラファンに反回転方向として伝達することが可能であり、ファンモータが一つなので空気調和気の室外機の構成部品が少なく低コストに生産できる。

また、風上側から熱交換器、ファンモータ台に支えられたファンモータにより駆動される風上側プロペラファン、反転機構、風下側プロペラファン、前面グリルの順に構成しているので、熱交換器より最も遠くに２個のプロペラファンを配置しているので、熱交換器への風速分布が更に均一となり熱交換促進が優れ、且つ熱交換器と風上側プロペラファンの風切り騒音を発生させない。２個のプロペラファンの風下側に、ファンモータやモータ台がないので、通風抵抗がすくない。更に、反回転する２個のプロペラファンは、回転騒音（離散音）を生じやすいので、通風抵抗が少ないのは、２重反転ファンにとって低騒音化への寄与が大きく、欠かせない技術要件である。さらに、この様に空気調和気室外機を構成することは、上述した２重反転ファンならではの低騒音要件を具現化するためには、室外機を最もコンパクト化できる技術構成である。

第四の発明は、２重反転ファンの厚翼の翼形形状をした翼の自乗平均半径位置における最大厚みｔと弦長Ｃの比ｔ／Ｃが、５％〜１２％にするものである。この場合に、厚さ一定の薄翼に比較して、厚翼自体の低騒音効果が、際立って発揮できるものである。

第５の発明は、反転機構は、風上側プロペラファンのハブ内部、もしくは風下側プロペラファンのハブ内部、あるいは風上側及び風下側プロペラファンの両方のハブ内部に収納されたもので、２個のプロペラファンの間に反転機構を配備する必要がなく、風上側及び風下側プロペラファン同士を近接して構成することが可能となるので、室外機を省スペース化できるものである。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第一の実施の形態における空気調和気の室外機の横断面図である。図
２は、同室外機をＡ方向から見た風上側プロペラファンの平面図である。図３は、同室外機をＡ方向から見た風下側プロペラファンの平面図である。

図１において、１は室外機であり、２は熱交換器、３は縦型圧縮機、４は防音版、５は風上側プロペラファン、６は風下側プロペラファン、７はファンモータ、８はファンモータ７の回転方向を反転して伝達するメカニズムを有したギアなどを収納するギアボックス（反転機構）、９はオリフィス、１０は前面グリル、１１はファンモータ台である。風上側プロペラファン５と風下側プロペラファン６は、熱交換器２に送風作用を生じ熱交換促進用の送風機（２重反転ファン）として作用する。

図２において、風上側プロペラファン５の翼２０は、翼枚数が２枚からなり、２１が外周縁を構成するチップ、２２が前縁、２３が後縁、２４がハブである。図３において、風下側プロペラファン６の翼２５は翼枚数が１枚からなり、２６がチップ、２７が前縁、２８が後縁、２９がハブである。Ｂ_１とＢ_２が、風上下プロペラファン５，６の自乗平均半径位置での、円筒を示している。

空気の流動は、それぞれの前縁２２、２７から流入し、後縁２３、２８から流出するのを基本としている。前縁２２、２７は回転方向に前進している。この前縁２２、２７は螺旋曲線で構成されているが、前縁２２、２７は直線状で、３角状の翼（３角翼）を直線状に前縁に密着して外周側に取り付け、そして尚、翼２０、２５の半径をほぼ同一になるように構成しても良い。

すなわち縦型圧縮機３と、熱交換器２と、熱交換器２の熱交換促進用ファンとして、翼枚数が２枚よりなる２個のプロペラファン５，６を備えて、２個のプロペラファン５，６は同軸上に近接して設け、互いに反対方向に回転しながら気流方向は同一となるように構成したものである。

上記構成によって、２個のプロペラファン５，６のうち風上側となるプロペラファン５の後流の回転エネルギー（回転に伴う無駄となるエネルギー）を、近接して反回転（互いに反対方向に回転）する風下側となるプロペラファン６で回収し、更に風下側プロペラファン６後流の回転流をほぼ零とする事ができる。すなわち、空気調和機の室外機１にサイズの大きい（奥行きが本発明のプロペラファン２個分と同等程度の）プロペラファン一つのみ使用する場合に比較して、動作点ファン効率を大きく向上することができて、静圧と風量を大きく増加することが出来る。風上下側プロペラファン５，６それぞれの翼形形状をした厚翼であるので、格段の低騒音を果たすことが可能である。動作点のファン効率（静圧効率）をより更に向上させることができる。その結果、ファンモータ７入力を大きく低減できて空気調和機のＣＯＰや期間消費電力を低減することが可能となる。更に風上下側プロペラファン５，６それぞれの翼形形状をした厚翼であるので、流れの境界層制御ができて流動剥離を低減できて格段の低騒音を果たすことが可能である
（実施の形態２）
図１は、本発明の第二の実施の形態における空気調和機の室外機の横断面図でもある。図１において、１個のファンモータ７と、ファンモータ７の回転方向を反転して伝達する反転機構８とを備え、翼枚数が２枚からなる２個のプロペラファン５，６の内、風上側プロペラファン５をファンモータ７で駆動し、風下側プロペラファン６を反転機構８で駆動するように構成したものである。そして風上下側プロペラファン５，６を翼形形状をした厚翼で構成したものである。

此れによって、１個のファンモータ７で２個のプロペラファン５，６を互いに反対方向に回転するように駆動することが可能であり、重量のあるファンモータ７が一つなので空気調和機の室外機１の構成部品が少なく、低コストで軽量に生産することができる。風上
下側プロペラファン５，６が厚翼なので、格段の低騒音も発揮できる。

（実施の形態３）
図１は、本発明の第３の実施の形態における空気調和機の室外機の横断面図でもある。図２は、同室外機をＡ方向から見た風上側プロペラファンの平面図である。図３は、同室外機をＡ方向から見た風下側プロペラファンの平面図である。

本発明の第三の実施の形態は、圧縮機３、熱交換器２、熱交換促進用のファンとして反回転（互いに反対方向に回転）する翼枚数が２枚からなる２個のプロペラファン５，６を設け、２個のプロペラファンのうち風上側プロペラファン５を回転させるファンモータ７と、ファンモータ７の回転方向を反転して伝達する反転機構８とを備え、風上側プロペラファン５の同軸上で下流側に反転機構８により反回転する風下側プロペラファン６を備え、風上側プロペラファン５と風下側プロペラファン６とは、各々翼形状が弦形状の湾曲方向が逆であり、同一軸心方向から見てほぼ線対称に形成され、互いに反対方向に回転しながら気流方向は同一となるように構成してなるものである。風上下側プロペラファン５，６を翼形形状をした厚翼で構成したものであう。風上側から熱交換器２、ファンモータ台１１に支えられたファンモータ７により駆動される風上側プロペラファン５、反転機構８、風下側プロペラファン６、前面グリル１０の順に構成した室外機を構成してなるものである。

上記構成によって、２個のプロペラファンのうち風上側となるプロペラファン５の後流の回転エネルギー（回転に伴う無駄となるエネルギー）を、近接して反回転（互いに反対方向に回転）する風下側となるプロペラファン６で回収し、更に風下側プロペラファン６後流の回転流をほぼ零とする事ができる。すなわち、空気調和機の室外機にサイズの大きい（奥行きが本発明のプロペラファン２個分と同等程度の）プロペラファン一つのみ使用する場合に比較して、動作点ファン効率を大きく向上することができて、静圧と風量を大きく増加することが出来る。更に、風上下側プロペラファンそれぞれの翼枚数が２枚であるので、翼面積投入が最も少なくて充分に空力仕事を果たすことが可能なので、流体摩擦が少なくなり結果として、動作点のファン効率（静圧効率）をより更に向上させることができる。その結果、ファンモータ入力を大きく低減できて空気調和機のＣＯＰや期間消費電力を低減することが可能となる。風上下側プロペラファン５，６を翼形形状をした厚翼で構成したので流れの境界層制御ができて剥離を低減できて、格段の低騒音を実現できるものである。

ファンモータ７は一つであるが、風上側プロペラファン５後流の同一軸心上のギアボックス８に内臓されたギア形状などの組み合わせにより、ファンモータ７の軸の回転方向を風下側プロペラファン６に反回転方向として伝達することが可能であり、ファンモータ７が一つなので空気調和気の室外機の構成部品が少なく低コストに生産できる。また、風上側から熱交換器２、ファンモータ台１１に支えられたファンモータ７により駆動される風上側プロペラファン５、反転機構８、風下側プロペラファン６、前面グリル１０の順に構成しているので、熱交換器２より最も遠くに２個のプロペラファン５，６を配置しているので、熱交換器２への風速分布が更に均一となり熱交換促進が優れ、且つ熱交換器２と風上側プロペラファン５の風切り騒音を発生させない。２個のプロペラファンの風下側に、ファンモータ７やモータ台１１がないので、通風抵抗がすくない。更に、反回転する２個のプロペラファン５，６は、回転騒音（離散音）を生じやすいので、通風抵抗が少ないのは、２重反転ファンにとって低騒音化への寄与が大きく、欠かせない技術要件である。さらに、この様に空気調和気室外機を構成することは、上述した２重反転ファンならではの低騒音要件を具現化するためには、室外機を最もコンパクト化できる技術構成である。

（実施の形態４）
図１は、本発明の第４の実施の形態における空気調和気の室外機の横断面図でもあり、此れを転用して説明する。図４は、本発明の第４の実施の形態４に於ける、風上下プロペラファン５，６の自乗平均半径位置Ｂ_１，Ｂ_２で切断した展開した翼２０，２５の断面図である。図５は、厚翼の最大厚みｔと翼弦長Ｃの比と風量２０ｍ^３／ｍｉｎでの騒音（Ａ）との相関図である。

厚翼の翼形形状をした翼の自乗平均半径位置における最大厚みｔと弦長Ｃの比ｔ／Ｃが、５％〜１２％である時に、低騒音性が発揮されるが、それ以外の領域では、騒音低減が飽和しており効果がない。ここで、Ａ_１は負圧面、Ａ_２は圧力面を示している。

（実施の形態５）
図１は、本発明の第５の実施の形態における空気調和気の室外機の横断面図でもあり、此れを転用して説明する。図１において、反転機構８は、風上側プロペラファン５のハブ２４内部、もしくは風下側プロペラファン６のハブ２９内部、あるいは風上側及び風下側プロペラファン５，６の両方のハブ２４，２９内部に収納されたもので、２個のプロペラファンの間に反転機構８を配備する必要がなく、風上側及び風下側プロペラファン５，６同士を近接して構成することが可能となるので、室外機１を省スペース化できるものである。

以上のように本発明のかかる、空気調和機の室外機は、風上側プロペラファン後流の回転エネルギー（回転流に伴う無駄となるエネルギー）を反回転する風下側プロペラファンで回収し、更に風下側プロペラファン後流の回転流をほぼ零とすることができるので、空気調和機の室外機にサイズの大きいプロペラファン一つのみ使用する場合に比較して、静圧と風量を大きく増加させることが出来て、動作点ファン効率を大きく向上させる事が可能となる。結果として、動作点のファン効率（静圧効率）をより更に向上させることができる。その結果、ファンモータ入力を大きく低減できて空気調和機のＣＯＰや期間消費電力を低減することが可能となる。また、翼形形状をした厚翼を用いるので格段の低騒音を実現できる。この技術は、ルームエアコンや店舗用パケージエアコンなど、各種の空気調和機に適用できるものである。また、この２重反転ファンは、ファンを用いる工業製品である民生用機器に展開可能である。すなわち、換気扇、扇風機、コンピュータ冷却ファンなどとしても展開可能である。

本発明の実施の形態１，２，３，４，５における空気調和機の室外機の横断面図本発明の実施の形態１，３における空気調和機の室外機の風上側プロペラファンのＡ方向平面図本発明の実施の形態１，３における空気調和機の室外機の風下側プロペラファンのＡ方向平面図本発明の実施の形態４に於ける、風上下プロペラファンの自乗平均半径位置での翼の展開図本発明の実施の形態４に於ける、翼最大厚み／弦長と風量２０ｍ^３／ｍｉｎでの騒音（Ａ）との相関図従来の実施例の空気調和機の室外機の横断面図

符号の説明

１空気調和機の室外機
２熱交換器
３縦型圧縮機
４防音版
５風上側プロペラファン
６風下側プロペラファン
７ファンモータ
８反転機構
９オリフィス
１０前面グリル
１１ファンモータ台
２０，２５翼
２１，２６チップ
２２，２７前縁
２３，２８後縁
２４，２９ハブ

Claims

圧縮機と、熱交換器と、前記熱交換器の熱交換促進用ファンとして、翼枚数が複数枚よりなる２個のプロペラファンを翼形形状をした厚翼にて形成して備えて、前記２個のプロペラファンは同軸上に近接して設け、互いに反対方向に回転しながら気流方向は同一となるように構成したことを特徴とする空気調和機の室外機。
１個のファンモータと、前記ファンモータの回転方向を反転して伝達する反転機構とを備え、翼枚数が複数枚からなる２個のプロペラファンの内、一方のプロペラファンを前記ファンモータで駆動し、他方のプロペラファンを前記反転機構で駆動するようにしたことを特徴とする請求項１記載の空気調和機の室外機。
圧縮機、熱交換器、熱交換促進用のファンとして反回転（互いに反対方向に回転）する翼枚数が複数枚からなる２個のプロペラファンを設け前記プロペラファンを翼形形状をした厚翼から構成し、前記２個のプロペラファンのうち風上側プロペラファンを回転させるファンモータと、前記ファンモータの回転方向を反転して伝達する反転機構とを備え、前記風上側プロペラファンの同軸上で下流側に前記反転機構により反回転する風下側プロペラファンを備え、前記風上側プロペラファンと前記風下側プロペラファンとは、各々翼形状が弦形状の湾曲方向が逆であり、同一軸心方向から見てほぼ線対称に形成され、互いに反対方向に回転しながら気流方向は同一となるように構成し、風上側から前記熱交換器、ファンモータ台に支えられた前記ファンモータにより駆動される前記風上側プロペラファン、前記反転機構、前記風下側プロペラファン、前面グリルの順に構成した事を特徴とする空気調和機の室外機。
厚翼の翼形形状をした翼の自乗平均半径位置における最大厚みｔと弦長Ｃの比ｔ／Ｃが、５％〜１２％である請求項１〜３のうちいずれか一項記載の空気調和機の室外機。
反転機構は、風上側プロペラファンのハブ内部、もしくは風下側プロペラファンのハブ内部、あるいは風上側及び風下側プロペラファンの両方のハブ内部に収納したことを特徴とする請求項２〜４のうちいずれか一項記載の空気調和機の室外機。