JP2013011235A - 送風機、室外機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ファン外周縁と側壁の距離による不均一性がある場合でも、気流の周方向流量分布を均一にして、低騒音、高効率をはかることができる送風機等を得る。
【解決手段】回転軸１７を中心に複数の翼４を有するファン５と、ファン５の翼の回転方向に沿って、翼の外周端より外側に、円筒状の壁面となる直管部、直管部よりも気体の吹出側となる出口部及び吸込側となる入口部を構成する壁面を形成し、気体を整流するためのベルマウス７と、送風室１を形成し、回転軸１７方向にベルマウス７の出口部に合わせた吹出口を有する直方体状の筐体となる室外機本体１９とを備え、ベルマウス７の入口部は、回転軸１７とベルマウス風上側端部１５との距離が、回転軸１７と直管部における壁面との距離より長く、さらに、室外機の壁と直管部との距離が短い部分における回転軸とベルマウス風上側端部１５との距離が、直管部との距離が長い室外機の角部に対応する回転軸とベルマウス風上側端部１５との距離よりも長くなるように構成するものである。
【選択図】図７

Description

この発明は、例えば空気調和機や給湯器などの冷凍サイクル装置を構成する際、熱交換器等を有する送風機等に関するものである。

冷媒回路を構成し、冷媒を循環させて対象空間等の加熱、冷却等を行う冷凍サイクル装置では、室内機と室外機とに分けて構成することが多い。そして、このような室外機（室外ユニット）では、翼（プロペラ）を有するプロペラファンを回転させて空気の流れを発生させ、送風（冷却、排熱等）を行っている。

従来の冷凍サイクル装置の室外機において、省エネルギー化や低騒音化要求に対応するファン高効率化を目的として、室外機吹出口のベルマウス吸込側壁部を、吸込口の内周面から径方向外方に向かって半円状に湾曲する断面形状とするようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。これにより吸込口部分において空気がはく離するのを抑制するようにしている。

また、前面パネルが四角形であるため、対角部と辺中央部で羽根車と側壁の距離が異なり、ベルマウスの流入気流の方向が変化しているが、ベルマウス吸込側先端の湾曲部の曲率を各辺の中央部で最大とし、対角部で最小とすることで気流の急激な曲折による気流のはく離を抑えるようにしたものが提案されている。（例えば、特許文献２参照。）

特許第３０８４７９０号公報（第５項、第１図、第４図） 特公平７―１１７０７７号公報（第３項、第１図、第３図、第４図）

このような室外機では、例えば、背面と側面側から熱交換器を通過して、気流が室外機の送風室内部に流入するようにしていた。このとき、例えば、円形状のファン、ベルマウスに対して送風室を構成する筐体等は直方体形状である等、ベルマウスと筐体等の形状が違うことが原因で、ファン側面からの吸込み気流の風量分布が周方向で不均一となってしまっていた。そのため、例えばファンの回転に伴う翼周りの流れの変動が大きくなり、騒音の原因となっていた。

本発明は、例えば形状が異なることにより、ファン外周縁のベルマウスと送風室（筐体）の壁面等の距離が不均一である場合でも、吸込気流の周方向流量分布を均一化して、低騒音、高効率をはかることができる送風機等を得ることを目的とするものである。

本発明に係る送風機は、回転軸を中心に回転して気体の流れを発生させる複数の翼を有するプロペラファンと、プロペラファンの翼の回転方向に沿って、翼の外周端より外側において、円筒状の壁面となる直管部、直管部よりも気体の吹出側となる出口部及び吸込側となる入口部を構成する壁面を形成し、気体を整流するためのベルマウスと、ファン及びベルマウスを設置するための送風室を形成し、回転軸方向にベルマウスの出口部に合わせた吹出口を有する直方体状の筐体とを備え、ベルマウスの入口部は、回転軸と入口側の端部との距離が、回転軸と直管部における壁面との距離より長く、さらに、筐体壁と直管部との距離が短い部分における回転軸と入口側の端部との距離が、直管部との距離が長い筐体角部に対応する回転軸と入口側の端部との距離よりも長くなるように構成する。

本発明によれば、ベルマウスの入口部について、筐体壁面と直管部との距離が短い部分における回転軸と入口側の端部との距離が、直管部との距離が長い筐体角部の壁に対応する回転軸と入口側の端部との距離よりも長くなるように構成したので、ベルマウスの形状と筐体壁面との形状が異なることで、筐体壁面と直管部との距離が均一でない場合においても、ファンに流入する気流を周方向で均一化することができる。このため、低騒音、高効率の送風機を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る室外機を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る室外機の構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係るファングリル９ａを外した構成図である。 本発明の実施の形態１に係る室外機内部構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係り、室外機内の気流を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係り、室外機内の気流を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係り、ベルマウス７とブロック片１６との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る室外機のベルマウス７にブロック片１６を取り付けたことによる気流の関係を説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係る室外機の内部を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る室外機の内部を示す図である。 本発明の実施の形態４に係る空気調和装置の構成図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について説明する。
図１は本発明の実施の形態１に係る室外機の吹出口側から見た斜視図である。また、図２は上面側から室外機の構成を説明するための図である。ここでは、冷凍サイクル装置として空気調和装置を代表とし、空気調和装置の室外機について説明するが、例えば給湯機用の室外機等も同様の構成とすることができる。

図１等に示すように、室外機本体１９は、２つの側面１９ａ及び１９ｃ、前面１９ｂ、背面１９ｄ、上面１９ｅ並びに底面１９ｆを有する筐体で構成されている。側面１９ａ、１９ｃ及び背面１９ｄは外部からの空気を吸い込むために開口部分を有している。また、前面１９ｂは外部に空気を吹出す吹出口９となる開口部分を有している。そして、吹出口９は、物体等とファン５との接触を防止して安全をはかるためにファングリル９ａで覆われている。

また、空気調和装置の室外機本体１９内には、ボス（プロペラボス）１８の周囲に複数（例えば３枚）の翼４を有するプロペラファン５（以下、単にファン５と記す）が設置されている。ファン５は背面側にあるファンモータ６で回転駆動される。そして、室外機本体１９内部はセパレータ３によってファン５が設置されている送風室１と圧縮機１１等が設置されている機械室２に分けられている。側面１９ａと背面１９ｄの内側には略Ｌ字状の熱交換器１０が設けられている。ここで、以下においては、図１に示すように、側面１９ａと１９ｃとに略垂直な方向をＸ方向、上面１９ｅと底面１９ｆとに略垂直な方向をＹ方向、ファン５の回転軸１７の方向をＺ方向として説明するものとする。

上述したように、熱交換器１０、前面パネル８等で囲まれた送風室１には、ファン５が設置されている。ファン５の半径方向外側には、翼４の回転方向に沿って、翼の外周端より外側に、吹出口９の外周を囲むようにベルマウス７が室外機の前面パネル８と一体または別体として取り付けられる。このベルマウス７は吸込み側と吹出し側とを区切って吹出口９近傍の風路を構成するものである。ベルマウス７については後述する。

図３は吹出口９を覆うファングリル９ａを取り外した室外機の構成図である。また、図４は室外機本体１９の内部構成等を説明するために前面パネル８等を取り外した構成図である。次に室外機本体１９の内部構成等について説明する。

前述したように、室外機本体１９の外側からベルマウス７を覆うようにファングリル９ａが前面パネル８に取り付けられている。そして、ファン５の吸込み側には熱交換器１０が側面１９ａと背面１９ｄにかけて略Ｌ字状に設けられている。この熱交換器１０は、板状の面が略平行になるように並設された複数のフィンと、その並設方向に各フィンを貫通する伝熱管で構成される。そして伝熱管内には、冷媒回路を循環する冷媒が通過する。本実施の形態の熱交換器１０は、伝熱管が室外機本体１９の側面１９ａと背面１９ｄにかけて略Ｌ字状に伸び、図４に示すようにＹ方向に複数段の伝熱管がフィンを貫通するように構成される。また、熱交換器１０は、配管１２等を介して圧縮機１１と接続し、空気調和装置の冷媒回路を構成する。そして、基板箱１４内の基板１３により室外機内に搭載された機器を制御する。

図５は背面側及び上面側からの室外機のベルマウス７と気流との関係を説明するための図である。また、図６は側面側からのベルマウス７と気流との関係を説明するための図である。図５に示すように、入口部において空気が流入する入口側の端部をベルマウス風上側端部１５とする。ここで図６（ａ）は、図３において、回転軸１７を含む平面で、室外機本体１９の上面１９ｅに対して垂直な方向（ａ―ａ１）に室外機を切った断面（ａ―ａ１方向の断面）を表している。また、図６（ｂ）は、回転軸１７を含む平面で、室外機本体１９の送風室角部から回転軸１７に向かう方向（ｂ―ｂ１）に室外機を切った断面（ｂ―ｂ１方向の断面）を表している。

次にベルマウス７の形状について説明する。ベルマウス７は、形状等により分類した入口部、直管部及び出口部で構成する。例えば円筒形状の直管部（Ｐｂ₂ −Ｐｂ₃ 間）は、ベルマウス７において径（回転軸１７とベルマウス７の壁面との間の距離）が最小となる部分である。また、入口部は、直管部Ｐｂ₂ からベルマウス７の入口端Ｐｂ₁ まで、ファン５側に凸となる曲面で回転軸１７との距離を広げて形成した部分である。出口部は、直管部Ｐｂ₃ から出口端Ｐｂ₄ まで、直線的に回転軸１７との距離を広げ、例えばテーパ状になるように形成した部分である。出口端Ｐｂ₄ と吹出口９とは連通する。

図７はベルマウス７とブロック片１６との関係を示す図である。また、図８は側面側からの実施の形態１に係る室外機のベルマウス７にブロック片１６を取り付けたことによる気流の関係を説明するための図である。本実施の形態では、ａ―ａ１方向の断面における回転軸１７からベルマウス風上側端部１５までの長さＲａが、ｂ―ｂ１方向の断面における回転軸１７から入口端Ｐｂ₁ までの距離（ベルマウス７の入口端における半径）Ｒｂより長くなるようにする。このため、入口端Ｐｂ₁ と連通するように、Ｘ方向における上部または下部の少なくとも一方にブロック片１６を取り付け、ベルマウス風上側端部１５をＲａまで拡大させる。ここで、ブロック片１６を少なくとも一方に取り付ければ、発明の目的を達成することができるが、図７及び図８で示すように両方取り付けることが望ましい。

ブロック片１６は、入口端Ｐｂ₁ から連続してＸ方向に延びるように取り付けられる。そして、図７に示すように、回転軸１７を含み、室外機の送風室角部を通る面で挟まれたエリアＡ内に存在するように取り付けられる。ここで、回転軸１７を通るＸ方向に延びた線を中心として同じ幅となる（線対称となる）ようにすることが望ましい。ブロック片１６の幅については、エリアＡの幅を最大とし、ボス１８の幅を最小とする。

本実施の形態では、ブロック片１６を別パーツとしてベルマウス７に取付けるなどして、ブロック片１６とベルマウス７とを分けて説明しているが、これに限定するものではない。例えばブロック片１６をベルマウス７と共に板金一体でプレス成型するなどして、ベルマウス７の一部として、上部、下部におけるベルマウス風上側端部１５を拡大するように形成することも可能である。

次に、本実施の形態の室外機における送風動作について図に基づいて説明する。室外機において、ファン５が回転すると、室外機本体１９の外部から外部空気を吸い込む。これにより側面１９ａまたは背面１９ｄの熱交換器１０に空気が流入して熱交換がなされる。その後、ファン５、さらにベルマウス７を通過して、吹出口９から室外に空気が吹き出される。このとき、図２等に示すように、吹出口９から室外に導かれる気流Ａが発生する。

次に、図５〜図８に基づいて、本実施の形態におけるベルマウス７付近の気流の流れについて説明する。例えば、図５等に示すように、室外機本体１９の背面１９ｄの対角部から送風室１に流入した気流の一部は、前面パネル８に向かった後、ベルマウス外周面７ｂを回り込み、ベルマウス風上側端部１５と上面１９ｅが接近する前面パネル８の中央付近で前面パネル８から上流へ向かう。この気流Ｂはベルマウス外周面７ｂに沿って流れ、入口端Ｐｂ₁ を回り込んでベルマウス７を通過する（気流Ｂ）。室外機の背面１９ｄから直接ベルマウス７に流入する気流Ｃと気流Ｂとがぶつかる境界Ｑａと、ａ―ａ１方向の断面における回転軸１７からの半径Ｒｂの円筒面Ｑｂがぶつかる点を合流点Ｑとする。

前述したように、ブロック片１６を取り付けて、ａ―ａ１方向等、ベルマウス７の上部、下部において、回転軸１７を中心とした入口端Ｐｂ_1'までベルマウス風上側端部１５を直線的に拡大する。この結果、図７に示すように、前面パネル８から前記合流点Ｑまでの距離はＺ１からＺ２となって前面側に移行し、図５及び図６で示すベルマウス形状と比べて前面パネル８から上流へ向かう流れが減少する。そして、ｂ―ｂ１方向の断面におけるファン側面からの吸込み分布と等しくなる。

以上のように、実施の形態１の冷凍サイクル装置の室外機が有する送風機によれば、ベルマウス７にブロック片１６を取り付けることにより、上部、下部におけるベルマウス７入口部を拡大し、前面パネル８から上流へ向かう流れが減少することで、Ｑ点がベルマウス７寄りになるようにし、ａ―ａ１方向の断面とｂ―ｂ１方向の断面におけるファン側面からの吸込み分布が等しくなるようにしたので、ファン側面からの吸込気流の周方向における風量分布の均一化を図ることができる。このため、翼周りの流れが一定となり、翼面に発生する力の変動を小さくすることができるので、低騒音化をはかることができる。

また、入口端Ｐｂ₁ と室外機の上面１９ｅまたは底面１９ｆが接近する部分で、入口端にブロック片１６をつけることで、ベルマウス外周面７ｂに沿って前面パネル８から上流の熱交換器１０へ向かう気流Ｂを減少させることができるため、気流の流入抵抗を低減することができる。

実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の室外機の内部を示すための図である。図９では、室外機から室外機の上面１９ｅ、側面１９ａ、熱交換器１０及びファンモータ６を取り除いて示している。

本実施の形態では、前述したように、ブロック片１６の幅をエリアＡの全範囲に広げたものである。本実施の形態でも、実施の形態１と同様の効果が得られ、さらにベルマウス外周面７ｂに沿って前面パネル８から上流の熱交換器１０へ向かう気流Ｂを減少させることできる。

以上のように、実施の形態２の冷凍サイクル装置の室外機によれば、エリアＡの全範囲にブロック片１６の幅を広げるようにしたので、実施の形態１と同様に、ベルマウス外周面７ｂに沿って前面パネル８から上流の熱交換器１０へ向かう気流Ｂを減少させることができるため、気流の流入抵抗を低減できる。このため、低騒音、高効率の室外機を得ることができる。

実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の室外機の内部を示すための図である。図１０では、室外機から室外機の上面１９ｅ、側面１９ａ、熱交換器１０及びファンモータ６を取り除いて示している。

本実施の形態では、ブロック片１６により、回転軸１７を含み、室外機の壁面に伸びる断面で抽出されたベルマウス風上側端部１５の長さを、回転軸１７と室外機本体１９の壁面の距離が短い場所の方が長い場所に比べて大きくなるように構成する。これにより流れの急激な変化を抑えることができる。

また、このとき、回転軸１７を含む鉛直面により抽出されたａ−ａ１方向の断面で、ベルマウス風上側端部１５の内径が最大となるようにする。このため、ベルマウス外周面７ｂに沿って前面パネル８から上流の熱交換器１０へ向かう気流Ｂの風速が最も大きくなるところで、回転軸１７を含む鉛直面により抽出された断面形状で、ベルマウス風上側端部１５の内径が最大となるため、気流Ｂを抑制することができる。

さらに、本実施の形態では、回転軸１７を含む鉛直面により抽出された断面形状で、ベルマウス風上側端部１５の内径が最大となるようにした上で、内径が周方向で滑らかに変化させるようにしている。ベルマウス風上側端部１５に周方向で段差がなく滑らかにつながっているため、さらに流れの急激な変化を抑えることができる。ここで、風の変化を抑制するためには段差ができるだけない方がよいが、例えばベルマウス風上側端部１５を滑らかに形成できないような場合には、例えば多段構成にすることもできる。

以上のように、実施の形態３の室外機においても、実施の形態１及び実施の形態２と同様に、ベルマウス外周面７ｂに沿って前面パネル８から上流の熱交換器１０へ向かう気流Ｂを減少させることができるため、気流の流入抵抗を低減できる。このため、低騒音、高効率の室外機を得ることができる。さらに、本実施の形態では、ベルマウス風上側端部１５を連続的に変化させるようにしたので、流れの急激な変化を抑えることができる。

実施の形態４．
図１１は本発明の実施の形態４に係る空気調和装置の構成図である。本実施の形態では、上述した送風機等を備える室外機１００を有する冷凍サイクル装置について、空気調和装置について説明する。図１１の空気調和装置は、室外機１００と室内機２００とを備え、これらが冷媒配管で連結され、冷媒回路を構成して冷媒を循環させている。冷媒配管のうち、気体の冷媒（ガス冷媒）が流れる配管をガス配管３００とし、液体の冷媒（液冷媒。気液二相冷媒の場合もある）が流れる配管を液配管４００とする。

室外機１００は、本実施の形態においては、圧縮機１０１、四方弁１０２、室外側熱交換器１０３、室外側送風機１０４、絞り装置（膨張弁）１０５で構成する。

圧縮機１０１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。ここで、圧縮機１０１は、インバータ装置等を備え、運転周波数を任意に変化させることにより、圧縮機１０１の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を細かく変化させることができるものとする。四方弁１０２は、制御装置（図示せず）からの指示に基づいて冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える。

また、室外側熱交換器１０３は、冷媒と空気（室外の空気）との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、液配管４００から流入した低圧の冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、四方弁１０２側から流入した圧縮機１０１において圧縮された冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させる。室外側熱交換器１０３には、冷媒と空気との熱交換を効率よく行うため、上述の実施の形態１〜３で説明したベルマウス７、ファン５等、ブロック片１６等を有する室外側送風機１０４が設けられている。室外側送風機１０４についても、インバータ装置によりファンモータの運転周波数を任意に変化させてファン５の回転速度を細かく変化させるようにしてもよい。絞り装置１０５は、開度を変化させることで、冷媒の圧力等を調整するために設ける。

一方、室内機２００は、負荷側熱交換器２０１及び負荷側送風機２０２で構成される。負荷側熱交換器２０１は冷媒と空気との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては凝縮器として機能し、ガス配管３００から流入した冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液化（又は気液二相化）させ、液配管４００側に流出させる。一方、冷房運転時においては蒸発器として機能し、例えば絞り装置１０５により低圧状態にされた冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発させて気化させ、ガス配管３００側に流出させる。また、室内機２００には、熱交換を行う空気の流れを調整するための負荷側送風機２０２が設けられている。この負荷側送風機２０２の運転速度は、例えば利用者の設定により決定される。特に限定するものではないが、負荷側送風機２０２にも実施の形態１〜３で説明した送風機を用いるようにすることができる。

以上のように実施の形態４の空気調和装置では、実施の形態１〜３において説明した送風機を室外機１００に用いることで、低騒音等を実現し、損傷等を防止することができる。

本発明の活用例として、冷凍サイクル装置を構成する室外機、例えば空気調和機や給湯器などの室外機、その他、送風機が設置される各種装置や設備などに広く利用することができる。

１ 送風室、２ 機械室、３ セパレータ、４ 翼、５ ファン、６ ファンモータ、７ ベルマウス、７ｂ ベルマウス外周面、８ 前面パネル、９ 吹出口、９ａ ファングリル、１０ 熱交換器、１１ 圧縮機、１２ 配管、１３ 基板、１４ 基板箱、１５ ベルマウス風上側端部、１６ ブロック片、１７ 回転軸、１８ ボス、１９ 室外機本体、１９ａ，１９ｃ 側面、１９ｂ 前面、１９ｄ 背面、１９ｅ 上面、１９ｆ 底面、１００ 室外機、１０１ 圧縮機、１０２ 四方弁、１０３ 室外側熱交換器、１０４ 室外側送風機、１０５ 絞り装置、２００ 室内機、２０１ 負荷側熱交換器、２０２ 負荷側送風機、３００ ガス配管、４００ 液配管。

Claims (7)

1. 回転軸を中心に回転して気体の流れを発生させる複数の翼を有するプロペラファンと、
   該プロペラファンの翼の回転方向に沿って、前記翼の外周端より外側において、円筒状の壁面となる直管部、前記直管部よりも気体の吹出側となる出口部及び吸込側となる入口部を構成する壁面を形成し、前記気体を整流するためのベルマウスと、
   前記ファン及び前記ベルマウスを設置するための送風室を形成し、前記回転軸方向に前記ベルマウスの前記出口部に合わせた吹出口を有する直方体状の筐体とを備え、
   前記ベルマウスの前記入口部は、前記回転軸と入口側の端部との距離が、前記回転軸と前記直管部における壁面との距離より長く、さらに、前記筐体壁と前記直管部との距離が短い部分における前記回転軸と前記入口側の端部との距離が、前記直管部との距離が長い前記筐体角部に対応する前記回転軸と前記入口側の端部との距離よりも長くなるように構成することを特徴とする送風機。
2. 前記筐体角部壁面に対応する前記回転軸と前記入口側の端部との距離よりも長い部分における幅を、前記プロペラファンのボスの幅以上、前記筐体角部壁面と前記回転軸とを結ぶ線が前記開口端と交わる位置以下とし、回転軸を通る鉛直方向の線を中心として同じ長さとすることを特徴とする請求項１に記載の送風機。
3. 前記ベルマウスの前記入口部において、前記筐体壁面と前記直管部との距離が短い部分における前記回転軸と前記入口側の端部との距離が最も長くなるように構成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の送風機。
4. 前記ベルマウスの前記入口部において、前記筐体壁面と前記直管部との距離が短い部分における前記回転軸と前記入口側の端部との距離を最も長くし、前記筐体壁面と前記直管部との距離の長さに対応して徐々に短くしていくことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の送風機。
5. 前記開口端から前記筐体壁面に向けて延びる板状のブロック片を前記ベルマウスの前記入口部に取り付けて、前記回転軸と前記入口側の端部との距離を長くすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の送風機。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の送風機と、
   前記送風機における筐体内のファンの吸込み側に設けられ、空気との熱交換を行う熱交換器と
   を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置の室外機。
7. 吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、熱交換により前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮に係る冷媒を減圧させるための絞り装置と、熱交換により前記冷媒を蒸発させる蒸発器とを配管接続して冷媒回路を構成する冷凍サイクル装置において、
   請求項６に記載の室外機の熱交換器を前記凝縮器又は前記蒸発器とすることを特徴とする冷凍サイクル装置。

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