JP2009281682A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】空調性能が高く静音性に優れた空気調和機を提供する。
【解決手段】ベルマウス４の吹出側の壁部４３にその周方向へ所定間隔で複数個の開口６、６、・・を設けることで、該開口６部分に循環流が生じ、この循環流の流量だけ上記吹出グリル５側へ流れる気流量が減少し、該吹出グリル５の流通抵抗による不必要なファン静圧の上昇が抑制される。また、上記循環流によってベルマウス４の吹出側の周縁部分での静圧上昇が抑制されることで、吹出グリル側への吹出気流の風速分布が改善され、不必要なファン静圧の上昇が回避される。これらの相乗効果として、ファンモータの入力が低減され、空気調和機の省エネ性が向上する。さらに、上記各開口６、６、・・相互を、上記ベルマウス４の軸方向へ、又は径方向へ、又は軸方向と径方向の双方へ、偏位させたことで、各開口６、６、・・のそれぞれにおける音圧レベルの周期的な変化が小さくなり、耳障り感が減殺され、空気調和機の低騒音性が向上する。
【選択図】図２

Description

本願発明は、熱交換器を通過した空気流をファンによりベルマウスを通して機外へ吹出すようにした空気調和機、特に室外機に関するものである。

一般に、室外機においては、送風手段としてプロペラファン等の軸流ファンが採用される。この場合、上記ファンは、その外周側がベルマウスによって囲まれ、該ファンからの気流は上記ベルマウスを通り、さらに該ベルマウスの吹出側に近接対向状態で配置された吹出グリルを通して機外へ吹出されるようになっている（例えば、特許文献１ 参照）。

ところで、このような構成をもつ室外機においては、上述のように空気の吹出側に吹出グリルが設けられているため、この吹出グリル自体がファンからの吹出気流の通風抵抗となり、ファン静圧が上昇することになる。また、上記吹出グリルの通風抵抗によって該吹出グリル側における吹出気流の風速分布が該吹出グリルの中心寄りに偏ることによっても、ファン静圧が上昇することになる。このような吹出グリルの通風抵抗に起因する不必要なファン静圧の上昇は、モータ入力の増加を招来し、延いては室外機の省エネ性の阻害要因となる。従って、このような不必要なファン静圧の上昇を抑制する技術の開発が要請されるところである。

一方、室外機、特に横吹型の室外機においては、不必要なファン静圧の抑制という要求と相反して、ファン静圧を高めるという要求も存在する。即ち、横吹型の室外機においては、台風等の強風時には風が吹出グリル側から機内に吹き込み、この逆風によってファンにはこれを逆回転させる力が作用することから、これに対抗する観点から、ファンの高静圧化が要求されるものである。また、上記逆風によってファンが逆回転されると、これに伴ってモータも逆回転して逆起電力を発生し、この逆起電力がモータの許容逆起電力を超えるとモータの損傷につながるため、この逆風に対するモータの耐力を確保することも必要となるものである。

このようなファンの高静圧化の要請に応えるものとして、特許文献２には、ファンガイドの吸込側から吹出側に向けて、回転軸に閉口もしくは斜め内向き方向に貫通する複数の通風孔を同一円周上に設け、ファンガイドから吹出された空気流の一部を、上記通風孔を通してその吹出側から吸込側へ流入させることで循環流を生成させ、これによって空気流の剥離を抑制し、ファンの高静圧化を図る技術が提案されている。

しかし、このように複数の通風孔を同一円周上に設けた場合には、ファンの回転に依存する周期的な騒音、即ち、回転するファンの各羽根からそれぞれ吹出される空気流が上記複数の通風孔を通過する際に生じる風切音であって、これが羽根の数だけ合成されてその音圧レベルが周期的に大きく変動する音、所謂「ＮＺ音」が発生し、これが耳障りな騒音として認識され、その結果、室外機の静音化が阻害されることになる。

特開平１０−３００１３０号公報 実開昭６１−１９７２９８号公報

以上のような事情に鑑み、本発明は、不必要なファン静圧の上昇を招来することなく、適正なファン静圧を確保することで、空調性能が高く静音性に優れた空気調和機を提供することを目的としてなされたものである。

本願発明ではかかる課題を解決するための具体的手段として次のような構成を採用している。

本願の第１の発明では、ベルマウス４の内周側に配置されたファン３からの気流を、該ベルマウス４の吹出側の前方に配置された吹出グリル５を通して吹出すようにした空気調和機において、上記ベルマウス４の吹出側の壁部４３にその周方向へ所定間隔で複数個の開口６、６、・・を設けるとともに、該各開口６、６、・・相互を、上記ベルマウス４の軸方向へ、又は径方向へ、又は軸方向と径方向の双方へ、偏位させたことを特徴としている。

本願の第２の発明では、上記第１の発明に係る空気調和機において、上記開口６を、上記ベルマウス４の周方向に延びるスリット溝で構成したことを特徴としている。

本願の第３の発明では、上記第１又は第２の発明に係る空気調和機において、上記ベルマウス４における上記開口６が設けられる部位を湾曲面形状、又はテーパ面形状としたことを特徴としている。

本願発明では次のような効果が得られる。

（ａ）本願の第１の発明に係る空気調和機によれば、上記ベルマウス４の吹出側の壁部４３にその周方向へ所定間隔で複数個の開口６、６、・・を設けているので、上記ファン３からの吹出気流が上記ベルマウス４の吹出側から上記吹出グリル５を通って機外へ吹出される場合、該吹出気流のうち、上記ベルマウス４の内周面の近傍を流れる気流の一部が上記開口６を通って該ベルマウス４の外周側へ流出し、再度、該ベルマウス４の吸い込み側に流入し、ここに循環流が生じる。このように上記ファン３からの吹出気流の一部が上記開口６から上記ベルマウス４の外周側へ流れることで、この漏出量だけ上記吹出グリル５側へ流れる気流量が減少し、それだけ該吹出グリル５の流通抵抗による不必要なファン静圧の上昇が抑制される。

また、上記ベルマウス４の吹出側の周縁部分での静圧上昇が抑制されることで、上記ファン３からの吹出気流が、上記吹出グリル５の中央寄りに偏ることなくその周縁側へも流れ、該吹出気流の上記吹出グリル５における風速分布が改善され、該吹出グリル５の流通抵抗による不必要なファン静圧の上昇が回避される。

これらの不必要なファン静圧の上昇抑制の相乗効果として、ファンモータの入力が低減され、空気調和機の省エネ性が向上することになる。

なお、この場合、上記開口６からの気流の漏出量だけ吹出風量が減少するが、この吹出風量の減少によるデメリットと、ファンモータの入力の低減というメリットを比較勘案すれば、空気調和機全体として省エネ性の向上というメリットの方が大きいといえる。

さらに、この発明では、上記各開口６、６、・・を設けたことで、上記ファン３の各羽根から吹出される吹出気流が上記各開口６、６、・・を通過する際には風切音が発生することになる。この場合、従来のように上記各開口６、６、・・が同一円周上に設けられていると、各開口６、６、・・のそれぞれにおける音圧レベルが羽根の枚数分だけ合成されて、音圧レベルが周期的に大きく変動する音、所謂「ＮＺ音」が発生し、この周期的に表われる大きな音圧レベルの変化が耳障りな騒音として認識される。しかし、この発明のように、上記各開口６、６、・・相互を、上記ベルマウス４の軸方向へ、又は径方向へ、又は軸方向と径方向の双方へ、偏位させると、羽根の先端から各開口６、６、・・に至る距離が異なることから、この距離差に対応する時間だけ各開口６、６、・・において発生する音圧の位相がずれ、各開口６、６、・・のそれぞれにおける音圧レベルを羽根の枚数分だけ合成した場合、音圧レベルの周期的な変化が小さくなり、耳障り感が減殺され、空気調和機の低騒音性が向上することになる。

（ｂ）本願の第２の発明に係る空気調和機によれば、上記開口６を、上記ベルマウス４の周方向に延びるスリット溝で構成しているので、例えば、上記開口６を丸穴等の比較的周方向の長さが小さい開口とする場合に比して、音圧レベルのピーク点の数が少なく（換言すれば、音圧レベルの変動間隔が長くなり）、耳障り感がより一層減殺され、延いては空気調和機の低騒音性がさらに向上することになる。

（ｃ）本願の第３の発明に係る空気調和機によれば、上記（ａ）又は（ｂ）に記載の効果に加えて以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記ベルマウス４における上記開口６が設けられる部位を湾曲面形状、又はテーパ面形状としているので、該部位に設けられた上記開口６において循環流がスムーズに生成され、該循環流による不必要なファン静圧の上昇抑制効果がさらに促進される。

以下、本願発明を好適な実施形態に基づいて具体的に説明する。
Ａ：第１の実施形態
図１及び図２には、本願発明に係る空気調和機の第１の実施形態として、後方吸込・前方吹出型の室内機Ｚ１を示している。

Ａ−１；室内機Ｚの構成
上記室内機Ｚ１は、ケーシング１の前面に吹出グリル５を、背面から天面にかけて吸込グリル９を、それぞれ設けている。そして、上記ケーシング１内には、上記吸込グリル９に対向するようにして熱交換器２を配置する一方、上記吹出グリル５の内面側に離間対向するようにしてファン３を配置するとともに、該ファン３と上記吹出グリル５の間には該ファン３の外周側を取り囲むようにしてこれと同心上にベルマウス４が配置されている。

上記ファン３は、ファンモータ８のモータ軸に取付けられたボス３２の外周に複数（この実施形態では三枚）の羽根３１を設けて構成される。

上記ベルマウス４は、図４に拡大図示するように、全体として短管状形態を有し、その軸方向の一端側を円弧状の断面形状をもつ吸込側壁部４１、他端側を円弧状の断面形状をもつ吹出側壁部４３とするとともに、これらの中間部分を円筒状の筒状壁部４２としている。また、上記ベルマウス４の吹出側壁部４３部分には、その周方向に延びるスリット溝で構成される複数個（この実施形態では４個）の開口６、６、・・が、周方向に所定寸法ずつ離間した状態で形成されている。

そして、これら４個の開口６、６、・・は、同一円周上に設けられるのではなく、上記ベルマウス４の径方向においては、図５及び図６に示すように、交互に寸法Ｓだけ偏位して、また上記ベルマウス４の軸方向においては、図７及び図８に示すように、交互に寸法ｈだけ偏位して、設けられている。

以上のように構成された上記ベルマウス４は、図１〜図３に示すように、上記吹出側壁部４３の端面を、穴開き平板状のベース板７を介して上記吹出グリル５の内側端面に衝合状態で取付けられている。なお、この場合、この実施形態では、図２に示すように、上記ファン３は、その前端部が上記ベルマウス４の吸込側壁部４１と所定寸法だけ軸方向に重合するように、上記ベルマウス４との軸方向における取付位置が相対的に設定されている。

Ａ−２：作用効果等
続いて、上記室内機Ｚ１の作用効果等について説明する。

上記室内機Ｚ１は、上記ファンモータ８によって上記ファン３が回転駆動されると、該ファン３によって上記吸込グリル９側から外気が機内に吸い込まれる。この吸込空気は、上記熱交換器２を通過する際に該熱交換器２内を循環する冷媒と熱交換して温風又は冷風として、矢印Ａ１で示すように、上記ファン３から上記吹出グリル５を通して機外へ吹出される。

この場合、上記吹出グリル５が吹出気流Ａ１に対して通風抵抗となり、またこの通風抵抗に起因して上記吹出グリル５において上記吹出気流Ａ１が該吹出グリル５の中央寄りに偏り、これらの相乗作用によって上記ファン３の静圧が必要以上に増大し、それに伴ってファン入力が増加し、延いては室内機Ｚ１の省エネ運転性が阻害されることは既述の通りである。

しかし、この実施形態の室内機Ｚ１においては、上記ベルマウス４の吹出側の壁部４３にその周方向へ所定間隔で複数個の開口６、６、・・を設けているので、図３に示すように、上記ファン３からの吹出気流Ａ１が上記ベルマウス４の吹出側から上記吹出グリル５を通って機外へ吹出される場合、該吹出気流Ａ１のうち、上記ベルマウス４の内周面の近傍を流れる気流の一部が、矢印Ａ２で示すように、上記開口６を通って該ベルマウス４の外周側へ流出し、再度、該ベルマウス４の吸い込み側に流入し、ここに循環流Ａ２が生じる。このように上記循環流Ａ２が発生することで、この循環流Ａ２による漏出量だけ上記吹出グリル５側へ流れる気流量が減少し、それだけ該吹出グリル５の流通抵抗による不必要なファン静圧の上昇が抑制されることになる。

また、この場合、上記ベルマウス４の吹出側の周縁部分での静圧上昇が抑制されることで、上記ファン３からの吹出気流Ａ１が、上記吹出グリル５の中央寄りに偏ることなくその周縁側へも流れ、該吹出気流Ａ１の上記吹出グリル５における風速分布が改善され、該吹出グリル５の流通抵抗による不必要なファン静圧の上昇が回避される。

これらの不必要なファン静圧の上昇抑制の相乗効果として、ファンモータ８の入力が低減され、結果的に、上記室内機Ｚ１の省エネ性が促進されることになる。

なお、この場合、上記開口６からの気流の漏出量だけ吹出風量が減少するが、この吹出風量の減少によるデメリットと、ファンモータの入力の低減というメリットを比較勘案すれば、室内機Ｚ１としての省エネ性の向上というメリットの方が大きい。なお、このようなファン３のモータ入力の低減効果は、図１７に示すように本願発明者の実験によって検証されたところである。

一方、この実施形態の室内機Ｚ１では、上記ベルマウス４に上記各開口６、６、・・を設けているので、上記ファン３の各羽根から吹出される吹出気流が上記各開口６、６、・・を通過する際には風切音が不可避的に発生することになる。

この場合、図１４に示すように、上記各開口６、６、・・が同一円周上に設けられていると、各開口６、６、・・のそれぞれにおける音圧レベル（音圧レベル曲線「Ｌａ１」参照）が羽根３１の枚数分（ここでは３枚分）だけ合成されて、音圧レベル（音圧レベル曲線「Ｌｂ１」参照）が周期的に大きく変動（音圧レベル変動幅「Ｈ１」参照）する音、所謂「ＮＺ音」が発生し、この周期的に表われる大きな音圧レベルの変化が耳障りな騒音として認識され、室内機Ｚ１の静粛運転性が阻害されることは既述の通りである。

ところが、この実施形態に係る室内機Ｚ１では、上述のように上記各開口６、６、・・相互を、上記ベルマウス４の軸方向と径方向の双方へ偏位させており、これによって騒音の耳障り感が減殺され、室内機Ｚ１の低騒音性が向上することになる。即ち、
上記各開口６、６、・・相互を、図５及び図６に示すように上記ベルマウス４の径方向へ寸法Ｓだけ偏位させるとともに、図７及び図８に示すように上記ベルマウス４の軸方向へ寸法ｈだけ偏位させると、上記ベルマウス４の径方向及び軸方向の双方においてその外側寄りに位置する開口６と、上記ベルマウス４の径方向及び軸方向の双方においてその内側寄りに位置する開口６との間においては、上記ファン３の羽根３１の外周縁からの直線距離が相違することになる。

このような上記ファン３の羽根３１の外周縁から上記開口６に至る直線距離の相違は、該羽根３１の外周縁から吹出されて上記開口６に到達するまでの時間に差が生じるということであり、係る時間差は図１５に音圧レベル曲線「Ｌａ３」、「Ｌａ４」で示すように、位相差として表われる。従って、この位相の異なる音圧レベルが合成された場合、図１５に音圧レベル曲線「Ｌｂ２」で示すように、音圧レベルの周期的な変動（音圧レベル変動幅「Ｈ２」参照）が、上記各開口６、６、・・を同一円周上に設けた場合の音圧レベル（音圧レベル曲線「Ｌｂ１」参照）の周期的な変動幅よりも「ΔＨ」だけ小さくなり、音圧レベル曲線がより直線に近くなり、これによって騒音の耳障り感が減殺され、室内機Ｚ１の低騒音性が向上することになる。このような低騒音性は、図１６の実験結果からわかるように、上記ファン３の低周波数域においてもっと顕著に表われるものであり、実用上極めて有効なものである。

さらに、この実施形態の室内機Ｚ１では、上記開口６を、上記ベルマウス４の周方向に延びるスリット溝で構成しているので、例えば、上記開口６を丸穴等の比較的周方向の長さが小さい開口とする場合に比して、音圧レベルのピーク点の数が少なく（換言すれば、音圧レベルの変動間隔が長くなり）、それだけ耳障り感がより一層減殺され、延いては室内機Ｚ１の低騒音性がさらに向上することになる。

また、この実施形態の室内機Ｚ１では、図３に示すように、上記ベルマウス４の吹出側壁部４３を湾曲面形状とし、この湾曲面部分に上記開口６を形成しているので、該湾曲面に沿って流れる気流が上記開口６にスムーズに流入し、該開口６を通って流れる循環流Ａ２の生成がより確実となり、この結果、該循環流Ａ２による不必要なファン静圧の上昇抑制効果がさらに促進され、延いては上記室内機Ｚ１の省エネ性がさらに促進されることになる。
Ｂ：第２の実施形態
図９及び図１０には、本願発明に係る空気調和機の第２の実施形態として室内機Ｚ２を示している。この室内機Ｚ２は、上記第１の実施形態に係る室内機Ｚ１における上記ファン３及びベルマウス４を、縦長のケーシング１の前面の上下二位置に設けられた上下一対の吹出グリル５，５の内面側にそれぞれ対向配置して構成される。

このような上下二連の室内機Ｚ２においても、上記各ファン３，３に対応させて設けられる上記ベルマウス４，４の吹出側壁部４３に上記開口６を、該ベルマウス４の軸方向と径方向の双方へ偏位させて設けることで、上記第１の実施形態に係る室内機Ｚ１の場合と同様に、上記吹出グリル５の通風抵抗に起因するファン３の不必要な静圧上昇の抑制によるファン入力の低減効果、及び上記開口６の形成に起因するＮＺ音の低減効果が得られるものである。
Ｃ：第３の実施形態
図１１及び図１２には、本願発明に係る空気調和機の第３の実施形態として室内機Ｚ３を示している。この室内機Ｚ３は、上記第１及び上記第２の実施形態に係る室内機Ｚ１、Ｚ２が共に、後方吸込・前方吹出型の室内機であったのに対して、後方吸込・上方吹出型としたものである。

この室内機Ｚ３は、上記第１の実施形態に係る室内機Ｚ１における上記ファン３及びベルマウス４を、縦長のケーシング１の上面に設けられた吹出グリル５の内面側（下面側）に対向配置して構成される。

このような上方吹出の室内機Ｚ３においても、上記ファン３に対応させて設けられる上記ベルマウス４，４の吹出側壁部４３に上記開口６を、該ベルマウス４の軸方向と径方向の双方へ偏位させて設けることで、上記第１の実施形態に係る室内機Ｚ１の場合と同様に、上記吹出グリル５の通風抵抗に起因するファン３の不必要な静圧上昇の抑制によるファン入力の低減効果、及び上記開口６の形成に起因するＮＺ音の低減効果が得られるものである。
Ｄ：第４の実施形態
図１３には、本願発明に係る空気調和機の第４の実施形態としての室内機Ｚ４に設けられたファン３及びベルマウス４の一部を示している。この実施形態では、上記ベルマウス４の吹出側壁部４３をテーパ面形状とし、この部分に上記開口６を形成したものであり、これ以外の構成は全て第１の実施形態の室内機Ｚ１の場合と同様である。

この実施形態のように、上記ベルマウス４のテーパ面形状とされた吹出側壁部４３部分に上記開口６を設けた場合においても、該開口６を湾曲面状の吹出側壁部４３に設けた上記第１及び第２の実施形態に係る室内機Ｚ１、Ｚ２の場合と同様に、
該テーパ面に沿って流れる気流が上記開口６にスムーズに流入し、該開口６を通って流れる循環流Ａ２の生成がより確実となり、その結果、上記吹出グリル５の通風抵抗に起因するファン３の不必要な静圧上昇の抑制によるファン入力の低減効果、及び上記開口６の形成に起因するＮＺ音の低減効果が得られるものである。

本願発明の第１の実施の形態に係る空気調和機の平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。 図１のＩＩＩ部の拡大図である。 図１に示したベルマウスの斜視図である。 図１に示したベルマウスの平面図である。 図５のＶＩ部の拡大図である。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視図である。 図７のＶＩＩＩ部の拡大図である。 本願発明の第２の実施の形態に係る空気調和機の平面図である。 図１のＸ−Ｘ矢視図である。 本願発明の第３の実施の形態に係る空気調和機の正面図である。 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ矢視図である。 本願発明の第４の実施の形態に係る空気調和機の要部図である。 本願発明におけるＮｚ音特性図である。 従来構造におけるＮｚ音特性図である。 空気調和機の「回転数−騒音」特性図である。 空気調和機の「風量−入力」特性図である。

符号の説明

１ ・・ケーシング
２ ・・熱交換器
３ ・・ファン
４ ・・ベルマウス
５ ・・吹出グリル
６ ・・開口
７ ・・ベース板
８ ・・ファンモータ
９ ・・吸込グリル
３１ ・・羽根
３２ ・・ボス
４１ ・・吸込側壁部
４２ ・・筒状壁部
４３ ・・吹出側壁部
Ａ１ ・・吹出気流
Ａ２ ・・循環流
Ｚ１〜Ｚ４ ・・空気調和機

Claims (3)

1. ベルマウス（４）の内周側に配置されたファン（３）からの気流を、該ベルマウス（４）の吹出側の前方に配置された吹出グリル（５）を通して吹出すようにした空気調和機において、
   上記ベルマウス（４）の吹出側の壁部（４３）にその周方向へ所定間隔で複数個の開口（６）、（６）、・・が設けられるとともに、該各開口（６）、（６）、・・相互が、上記ベルマウス（４）の軸方向へ、又は径方向へ、又は軸方向と径方向の双方へ、偏位していることを特徴とする空気調和機。
2. 請求項１において、
   上記開口（６）が、上記ベルマウス（４）の周方向に延びるスリット溝であることを特徴とする空気調和機。
3. 請求項１又は２において、
   上記ベルマウス（４）における上記開口（６）が設けられる部位が湾曲面形状、又はテーパ面形状とされていることを特徴とする空気調和機。

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