JP2014020741A - ヒートポンプ装置およびそれを備えた温水生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送風ファンの風上側の羽根先端で発生する空気の圧力変動を抑制し、騒音の低減を図ったヒートポンプ装置を提供すること。
【解決手段】ヒートポンプ装置１は、送風室２と機械室２０とを区画する仕切板２１とを備え、圧縮機１０は仕切板２１に近接して配設され、かつ、仕切板２１は圧縮機１０に略対向する位置に、送風室２側に突出する凸部を有するとともに、凸部の最大突出部を送風ファン３の径方向外方端部に略対向するように形成する。これによって、送風ファン３の風上側の羽根先端付近では仕切板２１と送風ファン３の風上側間の流路が減少し、送風ファン３の湾曲した羽根先端に沿って回り込む回転成分を有する空気流れが減少して空気の速度変化成分が減少し、圧力変動を抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、騒音を低減させる仕切板を備えたヒートポンプ装置に関するものである。

従来、この種のヒートポンプ装置では、空気熱交換器付近の空気を吸引し、ヒートポンプ装置の作動媒体である冷媒と熱交換をさせ、熱交換を行った後の空気をヒートポンプ装置の外部へ排出する。このとき、空気の流路を形成するために、ヒートポンプ装置内には仕切板が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

図５は、特許文献１に記載された従来のヒートポンプ装置を示すものである。

図５（ａ）に示すように、ヒートポンプ装置１００には、送風ファン１１１、および空気熱交換器１１２が配設された送風室１２０と、圧縮機２１０が配設された機械室２２０とが、仕切板３１０によって区画され構成されている。

また、図５（ｂ）に示すように、仕切板３１０は、仕切板３１０と送風ファン１１１の風上側の径方向外方端部（羽根先端）との距離が略最小となる位置（風上側流路１１４）から、空気の流れ（気流）の下流方向に向かって、送風ファン１１１の回転軸１１０と略平行に配設され、ヒートポンプ装置１００の側面には、開口部１１３が設けられている。

このヒートポンプ装置における作用について、説明する。

ヒートポンプ装置１００において、送風ファン１１１が回転した場合、ヒートポンプ装置１００の側面に配設されたＬ字型の空気熱交換器１１２の外側にある空気は、空気熱交換器１１２へ吸引される。空気熱交換器１１２では、この吸引された空気と、空気熱交換器１１２に配設されている伝熱管内を流通する冷媒との熱交換が行われ、熱交換後の空気は、送風室１２０内へ流入する。

流入した空気は、回転する送風ファン１１１によりエネルギーを与えられて圧力と速度を高め、ヒートポンプ装置１００の風下側に配設された開口部１１３を介して、ヒートポンプ装置１００の外部へ排出される。

特開２００８−１９６７７７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、空気熱交換器を通過後の空気が、仕切板と送風ファンによって形成される流路を通過する場合、空気の流れ（気流）は送風ファン回転軸と略平行の流路を通過し、送風ファンに到達する。

このとき、気流は回転する送風ファンの風上側の羽根によって乱される。送風ファンの径方向外方端部（羽根先端）の風上側では、湾曲した羽根先端に沿って正圧面（圧力面）側から負圧面側へ回り込む回転成分を有する空気流れ（漏れ流れ）が発生し、空気の回転による速度変化成分が増大して空気の圧力変動（圧力変動波）が増大し、この圧力変動波が気流下流方向へ伝播して開口部を通してヒートポンプ装置の外部へ放出される。その結
果、圧力変動波の振幅が大きい場合には、送風騒音の原因となることがあった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、送風ファンの風上側の羽根先端で発生する空気の圧力変動を抑制し、騒音の低減を図ったヒートポンプ装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ装置は、送風ファン、空気熱交換器が配設された送風室と、圧縮機が配設された機械室と、前記送風室と前記機械室とを区画する仕切板とを備え、前記圧縮機は前記仕切板に近接して配設され、かつ、前記仕切板は、前記圧縮機に略対向する位置に、前記送風室側に突出する凸部を有するとともに、前記凸部の最大突出部を、前記送風ファンの径方向外方端部近傍に配置したことを特徴とするものである。

これにより、最大突出部の存在により、送風ファンの風上側の羽根先端付近では、最大突出部がない場合に比べて、仕切板と送風ファンの風上側によって形成される空気の流路が減少することで、送風ファンの風上側の羽根先端付近では、湾曲した羽根先端に沿って正圧面（圧力面）側から負圧面側へ回り込む回転成分を有する空気流れ（漏れ流れ）が減少し、その結果、空気の回転による速度変化成分が減少し、送風ファンの風上側の羽根先端で発生する空気の圧力変動を抑制できる。

本発明によれば、送風ファンの風上側の羽根先端で発生する空気の圧力変動を抑制し、騒音の低減を図ったヒートポンプ装置を提供できる。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の上面図 本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の斜視図 （ａ）従来のヒートポンプ装置の仕切板の上面図（ｂ）本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の仕切板の上面図 本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の他の斜視図 （ａ）従来のヒートポンプ装置の上面図（ｂ）従来のヒートポンプ装置の斜視図

第１の発明は、送風ファン、空気熱交換器が配設された送風室と、圧縮機が配設された機械室と、前記送風室と前記機械室とを区画する仕切板とを備え、前記圧縮機は前記仕切板に近接して配設され、かつ、前記仕切板は、前記圧縮機に略対向する位置に、前記送風室側に突出する凸部を有するとともに、前記凸部の最大突出部を、前記送風ファンの径方向外方端部近傍に配置したことを特徴とするヒートポンプ装置である。

これにより、最大突出部の存在により、送風ファンの風上側の羽根先端付近では、最大突出部がない場合に比べて、仕切板と送風ファンの風上側によって形成される空気の流路が減少することで、送風ファンの風上側の羽根先端付近では、湾曲した羽根先端に沿って正圧面（圧力面）側から負圧面側へ回り込む回転成分を有する空気流れ（漏れ流れ）が減少し、その結果、空気の回転による速度変化成分が減少し、送風ファンの風上側の羽根先端で発生する空気の圧力変動を抑制できる。

従って、送風室側に突出する凸部最大突出部において空気の圧力変動（圧力変動波）が抑制されるため、騒音の低減を図ることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明におけるヒートポンプ装置において、前記凸部の最大突出部と前記送風ファンの径方向外方端部とが略対向した位置から、前記仕切板と前記送風ファンの回転軸との距離が、空気下流方向に向かって長くなるように、前記仕切板を形成したことを特徴とするものである。

ここで送風室では、送風ファンの回転により旋回流が発生し、空気の速度変化が発生しているため、空気の圧力変動波が発生しているが、仕切板と送風ファンによって形成される空気の流路において、空気の圧力変動波は気流の下流方向に向かって流路面積が拡大していく流路を通過するため、その結果、空気の速度が低下し、圧力変動波の振幅を減衰することができ、送風室側に突出する凸部最大突出部の空気下流側において、空気の圧力変動波の抑制が更に可能となるので、ヒートポンプ装置から生じる騒音を一層低減できる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明のヒートポンプ装置について、機械室に冷媒と熱媒体とを熱交換する熱交換器を配設したことを特徴とするもので、送風室側に突出する凸部に近接して圧縮機を配設することで、仕切板が送風室側に凸部を有しない場合と比べ、機械室における圧縮機の占有スペースの比率が減少し、その結果、機械室に他の機器類を配設するスペースが生じる。

従って、機械室に冷媒熱媒体熱交換器を追加設置でき、熱交換した熱媒体を暖房機器（床暖房、自然対流を利用したパネルヒータ等）、給湯機器などに幅広く使用することができる。

以下、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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１に、本発明の第１の実施の形態に係るヒートポンプ装置１の概略構成図（上面図）を示し、図２に本発明の第１の実施の形態に係るヒートポンプ装置１の概略構成図（斜視図）を示す。

このヒートポンプ装置１は、空気を流通させる送風室２と、冷媒を循環させる圧縮機１０を配設した機械室２０とを備えている。冷媒としては、例えば、Ｒ４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒、Ｒ４１０Ａ等の擬似共沸混合冷媒、またはＲ３２等の単一冷媒等を用いることができる。

送風室２には、送風ファン３、および空気熱交換器４が配設され、空気がヒートポンプ装置１の外部へ排出される開口部５が設けられている。送風ファン３は、回転軸６を中心にして回転する。

送風室２と機械室２０とを区画するために、仕切板２１が配設されている。圧縮機１０は仕切板２１に近接して配設され、かつ、仕切板２１は圧縮機１０に略対向する位置に、送風室２側に突出する凸部を有するとともに、凸部の最大突出部を送風ファン３の径方向外方端部（送風ファン３の羽根先端）に略対向するように形成されている。

仕切板２１において、凸部の最大突出部と、送風ファン３の径方向外方端部とが略対向した位置から、仕切板２１と送風ファン３の回転軸６との距離が、空気流れの下流方向に向かって増大する。

ヒートポンプ装置１では、空気熱交換器４が冷媒の蒸発器（放熱器）として動作する場
合、放熱器（蒸発器）として動作する熱交換器が必要となり、本実施例では、この熱交換器は冷媒と熱媒体とを熱交換させる冷媒熱媒体熱交換器３０として、機械室２０内に設けられている。

以上のように構成されたヒートポンプ装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、図１では送風ファン３が回転した場合の空気の流れ（気流）方向を矢印で示している。

ヒートポンプ装置１において、送風ファン３が回転した場合、ヒートポンプ装置１の側面に配設されたＬ字型の空気熱交換器４の気流上流側にある空気は、空気熱交換器４へ吸引される。

空気熱交換器４では、この吸引された空気と、空気熱交換器４に配設されている伝熱管内を流通する冷媒との熱交換が行われ、熱交換後の空気は、送風室２内へ流入する。

流入した空気は、回転する送風ファン３によりエネルギーを与えられて圧力と速度を高め、仕切板２１と送風ファン３によって形成される空気の流路を通過する。

従来の技術である図３（ａ）では、送風ファン３の羽根先端である径方向外方端部の風上側（風上側径方向外方端部７）では、湾曲した羽根先端に沿って圧力面である正圧面３ａ側から負圧面３ｂ側へ回り込む回転成分を有する空気流れ（漏れ流れ）が発生し、空気の回転による速度変化成分が増大して空気の圧力変動（圧力変動波）が増大し、この圧力変動波が気流下流方向へ伝播して開口部を通してヒートポンプ装置１の外部へ放出され、その結果、圧力変動波の振幅が大きい場合には、送風騒音の原因となることがあった。

それに対し、本実施の形態である図３（ｂ）では、最大突出部の存在により、送風ファン３の風上側の羽根先端付近（風上側径方向外方端部７）では、最大突出部がない場合に比べて、仕切板２１と送風ファン３の風上側によって形成される空気の流路（風上側流路８）が減少する。

よって、送風ファン３の風上側の羽根先端付近では、湾曲した羽根先端に沿って正圧面３ａ側から負圧面３ｂ側へ回り込む回転成分を有する空気流れ（漏れ流れ）が減少し、送風ファン３の風上側の羽根先端で発生する空気の圧力変動が抑制される。

従って、送風室側に突出する凸部最大突出部において空気の圧力変動（圧力変動波）が抑制されるため、騒音の低減を図ることができる。

また、送風室２では、送風ファン３の回転により旋回流が発生し、空気の速度変化が発生しているため、空気の圧力変動波が発生している。

よって、空気の圧力変動波は気流の下流方向に向かって流路面積が拡大していく流路を通過する。その結果、空気の速度が低下し、圧力変動波の振幅が減衰する。

従って、送風室２側に突出する凸部最大突出部の空気下流側において、空気の圧力変動波の抑制が更に可能となるので、ヒートポンプ装置１から生じる騒音を一層低減できる。

更に、送風室２側に突出する凸部に近接して圧縮機１０を配設することにより、仕切板２１が送風室２側に凸部を有しない場合と比べ、機械室２０における圧縮機１０の占有スペースの比率が減少する。その結果、機械室２０に他の機器類を配設するスペースが生じ
る。

従って、機械室２０に冷媒熱媒体熱交換器３０を限られたスペースに追加設置でき、熱交換した熱媒体を暖房機器（床暖房、自然対流を利用したパネルヒータ等）、冷房機器（強制対流を利用したファンコンベクタ等）、給湯機器などに幅広く使用することができ、利用可能となる。

以上のように、本実施の形態においては、送風ファン３、空気熱交換器４が配設された送風室２と、圧縮機１０が配設された機械室２０と、送風室２と機械室２０とを区画する仕切板２１とを備え、圧縮機１０は仕切板２１に近接して配設され、かつ、仕切板２１は圧縮機１０に略対向する位置に、送風室２側に突出する凸部を有するとともに、凸部の最大突出部を送風ファン３の径方向外方端部に略対向するように形成したものである。

これによって、最大突出部の存在により、送風ファン３の風上側の羽根先端付近では、最大突出部がない場合に比べて、仕切板２１と送風ファン３の風上側によって形成される空気の流路が減少する。

よって、送風ファン３の風上側の羽根先端付近では、湾曲した羽根先端に沿って正圧面３ａ（圧力面）側から負圧面３ｂ側へ回り込む回転成分を有する空気流れ（漏れ流れ）が減少する。その結果、空気の回転による速度変化成分が減少し、送風ファン３の風上側の羽根先端で発生する空気の圧力変動が抑制される。従って、送風室２側に突出する凸部最大突出部において空気の圧力変動（圧力変動波）が抑制されるため、騒音の低減を図ることができる。

また、ヒートポンプ装置１について、仕切板２１において、凸部の最大突出部と、送風ファン３の径方向外方端部とが略対向した位置から、仕切板２１と送風ファン３の回転軸６との距離が、空気流れの下流方向に向かって増大するものである。

ここで送風室２では、送風ファン３の回転により旋回流が発生し、空気の速度変化が発生しているため、空気の圧力変動波が発生している。

よって、仕切板２１と送風ファン３によって形成される空気の流路において、空気の圧力変動波は気流の下流方向に向かって流路面積が拡大していく流路を通過する。その結果、空気の速度が低下し、圧力変動波の振幅が減衰する。従って、送風室２側に突出する凸部最大突出部の空気下流側において、空気の圧力変動波の抑制が更に可能となるので、ヒートポンプ装置１から生じる騒音を一層低減できる。

更に、ヒートポンプ装置１について、機械室２０に、冷媒と熱媒体とを熱交換させる冷媒熱媒体熱交換器３０を配設したものである。

これによって、送風室２側に突出する凸部に近接して圧縮機１０を配設する。よって、仕切板２１が送風室２側に凸部を有しない場合と比べ、機械室２０における圧縮機１０の占有スペースの比率が減少する。その結果、機械室２０に他の機器類を配設するスペースが生じる。

従って、機械室２０に冷媒熱媒体熱交換器３０を追加設置して、熱交換した熱媒体を暖房機器（床暖房、自然対流を利用したパネルヒータ等）、給湯機器などに幅広く使用することができ温水生成装置として利用可能となる。

なお、図２では、ヒートポンプ装置１の下部から略上部に亘って、仕切板２１は圧縮機
１０に略対向する位置に、送風室２側に突出する凸部を有するとともに、凸部の最大突出部を送風ファン３の径方向外方端部に略対向するように形成しているが、ヒートポンプ装置１を駆動する電気部品の配設都合等によっては、図４に示すように、複数の送風ファン３を備えた場合には、凸部の最大突出部を一つの送風ファン３の径方向外方端部に略対向するように形成してもよい。

本発明は、夜間や狭小地で運転を行った場合に、発生する騒音の低減が求められるヒートポンプ装置に特に有用である。

１ ヒートポンプ装置
２ 送風室
３ 送風ファン
４ 空気熱交換器
６ 回転軸
１０ 圧縮機
２０ 機械室
２１ 仕切板
３０ 冷媒熱媒体熱交換器

Claims (3)

1. 送風ファン、空気熱交換器が配設された送風室と、圧縮機が配設された機械室と、前記送風室と前記機械室とを区画する仕切板とを備え、前記圧縮機は前記仕切板に近接して配設され、かつ、前記仕切板は、前記圧縮機に略対向する位置に、前記送風室側に突出する凸部を有するとともに、前記凸部の最大突出部を、前記送風ファンの径方向外方端部近傍に配置したことを特徴とするヒートポンプ装置。
2. 前記凸部の最大突出部と前記送風ファンの径方向外方端部とが略対向した位置から、前記仕切板と前記送風ファンの回転軸との距離が、空気下流方向に向かって長くなるように、前記仕切板を形成したことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
3. 前記請求項１または２に記載のヒートポンプ装置の機械室に、冷媒と熱媒体とを熱交換する熱交換器を配設したことを特徴とする温水生成装置。