JP3805538B2

JP3805538B2 - 空気調和機の室外ユニット

Info

Publication number: JP3805538B2
Application number: JP30409798A
Authority: JP
Inventors: 伸祐袴家; 芳廣高田; 昭二高久; 英範横山; 素生森本; 砂穂舟越; 厚大塚
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-10-26
Filing date: 1998-10-26
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2018-10-26
Also published as: JP2000130799A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプロペラファンを有する空気調和機の室外ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気調和機の室外ユニットにおいては、プロペラファンが送風用として、業務用から家庭用のものまで幅広く利用されている。空気調和機の室外ユニットにおいては、省電力化のニーズが強まっており、その有力な手段として室外ユニットの高風量化、高効率化が挙げられる。また、高風量化に伴い騒音が増大するため、高風量、高効率とともに、低騒音のプロペラファンが求められている。
【０００３】
プロペラファンはボスの外周部に翼を配置して構成され、回転による翼の揚力を利用して送風するものである。その際、吹き出し側のプロペラファンの外周では、ボス近傍に比べてファンの回転と同一方向に旋回する旋回流が増加し、この旋回流は軸方向の流れ、すなわち軸流に転向されなければエネルギの損失となり、プロペラファンの空力性能の低下につながる。
【０００４】
室外ユニットにおいて、吹き出し側におけるプロペラファン外周の旋回流を低減し、軸流の風量を増大させるものとして、たとえば特開平４−１３４１２４号公報、特開平８−２５４１１９号公報記載の技術がある。
【０００５】
また、室外ユニットには、通常、プロペラファンの吹き出し側に事故防止のため安全防護グリルが取り付けられており、さらに、プロペラファンの上流側に駆動源となるモータをモータステーで固定する構造になっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、空力・騒音面で最適に設計されたプロペラファンは径に比例した旋回を与えるため、プロペラファンから吹き出る旋回流は、プロペラファンのボス側に比べて外周側で大きいが、上記従来技術においては、静圧回収ベーンの上流側に安全防護グリルが取り付けられているため、静圧回収ベーンで減速する前の高速の旋回流が安全防護グリルに衝突して衝突損失が大きくなり、このため静圧回収ベーンの効果を充分に発揮することについて配慮されていなかった。また、安全防護グリルから発生する騒音も大きくなる、ということに対して配慮されていなかった。
【０００７】
さらに、プロペラファンの上流側にモータステーを配置した場合、モータステーから生じる後流の乱れがプロペラファンに流入し、羽根枚数×回転数の周波数とその高次周波数で発生する羽根音(離散周波数音)が大きくなるばかりでなく、上流側の抵抗となるため送風効率が低減し、かつ、構造上からも部品点数が多くコスト増加につながる、ということについて配慮されていなかった。
【０００８】
本発明の目的は、プロペラファンの高風量化、高効率化により省電力化を図り、また、低騒音化を図ることのできる空気調和機の室外ユニットを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、プロペラファン、空気流の有する動圧エネルギーを静圧エネルギーに変換するための静圧回収ベーン、外部から異物の侵入を防止するための安全防護グリル及びこれらを収納するための枠体を備える空気調和機の室外ユニットにおいて、前記静圧回収ベーンは、前記プロペラファンの後縁より下流の前記プロペラファン前面に放射状に配設され、前記安全防護グリルは、前記静圧回収ベーンの下流側に周状に配置され、放射状に配設された前記静圧回収ベーンは、その翼弦長が中央部から外周に向かうに従って大きくなるように形成されたことにある。
係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）下流側から見て、前記静圧回収ベーンに相当する部分の前記安全防護グリルを前記静圧回収ベーンの圧力面側に延長して連結部材とし、当該連結部材で前記静圧回収ベーンと前記安全防護グリルとを連結して、前記静圧回収ベーンと前記安全防護グリルとを一体に形成したこと。
（２）前記プロペラファンの後縁側に、空気流を案内するマウスリングを配設したこと。
（３）前記マウスリングの後部には、前部よりも大径の拡大吹き出し口が形成されたこと。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明に係る空気調和機の室外ユニットの第１の実施例の側面図、図２は図１の実施例の室外ユニットの正面図、図３の（ａ）は図１の実施例の室外ユニットの一部斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面展開図を示す。
【００１４】
図において、１は室外ユニットの枠体で、この枠体１の内部には伝熱管内を流れる熱媒体と伝熱管外を流れる空気との間で熱交換させるための熱交換器２が収納されている。３はモータステーで、圧力損失が極力小さくなる形状に形成されており、その中央にモータ４が取り付けられている。５はプロペラファンで、前記モータ４の駆動軸に連結されている。６はマウスリングで、前記プロペラファン５の後縁側に位置して吹き出される空気流を案内し、このマウスリング６の後部には前部より大径の拡大吹き出し口６Ａが形成されている。７は静圧回収ベーンで、空気流の有する動圧エネルギーを静圧エネルギーに変換して回収するためのものである。この静圧回収ベーン７は、その中央に位置する静圧回収ベーン支持部材８によって支持され、その翼弦長は中央部から外周に向かうに従って大きくなるように形成されている。また、この静圧回収ベーン７は前記プロペラファン５の後縁より下流側に位置している。９は安全防護グリルで、外部から異物の侵入による事故を防止するためのもので、前記静圧回収ベーン７の中央部から外周部まで、各ベーン間の下流側に形成されている。また、これら室外ユニットの枠体１、静圧回収ベーン７、静圧回収ベーン支持部材８及び安全防護グリル９は一体に形成されている。１０は電気部品で、たとえば前記モータ４及び図示していない圧縮機の回転数を制御するためのインバータ回路などを収納している。１１は連結部材で、前記静圧回収ベーン７と安全防護グリル９とを連結している。
【００１５】
上記構成の室外ユニットは、図２に示すように、モータ４の駆動によりプロペラファン６が実線矢印で示す反時計方向に回転すると、図１に示すように、空気は実線矢印のように左方から右方向へ流れ、拡大吹き出し口６Ａから放出される。熱交換器２においては、伝熱管内を流れる熱媒体と伝熱管外を流れる空気との間で熱交換が行われる。
【００１６】
なお、室外ユニットは、熱交換器２、モータステー３、モータ４、プロペラファン及び電気品１０等と、枠体１、静圧回収ベーン７、静圧回収ベーン支持部材８及び安全防護グリル９の一体形成品と、前記静圧回収ベーン７に嵌合しているマウスリング６とは分離可能になっている。
【００１７】
上述するように本実施例によれば、静圧回収ベーン７と安全防護グリル９とを一体に形成することにより、下流側から見て、静圧回収ベーン７に相当する部分の安全防護グリル９を静圧回収ベーン７の圧力面側に延長して連結部材１１を設けることによって空隙をなくすことができ、室外ユニットの枠体１、安全防護グリル９、静圧回収ベーン７及び静圧回収ベーン支持部材８の一体形成が容易になり、一体成形することでコストを低減できる効果がある。
【００１８】
次に図により、プロペラファン５により発生する空気流の旋回流と軸流との関係を説明すると、図４は図３の（ａ）で示した静圧回収ベーン７のＡ−Ａ’断面において展開した空気流の変換図である。
【００１９】
回転しているプロペラファン５からの吹き出し流れ、すなわち静圧回収ベーン７への流入速度は、回転軸下流に対してβ₁（流入角）の角度で静圧回収ベーン７に入る。流入速度は、軸方向に流れる軸流速度とプロペラファン５の回転方向に流れる旋回速度の２方向のベクトル成分とに分けられる。軸流速度は風量に関わる速度であるが、旋回速度は軸方向に対して直角、すなわち周方向成分であるために、風量には関係せず、単に空気を掻き回すだけであり、軸方向にスムーズに転向させないと損失エネルギとなる。
【００２０】
プロペラファン５において、この損失エネルギは効率低下をもたらすため、プロペラファン５の後縁の下流側に静圧回収ベーン７を配置し、旋回速度を小さくし、周方向のエネルギ損失となる旋回流を静圧として回収することで、軸流風量を増加することができる。静圧回収ベーン７の有無によってはプロペラファン５の駆動力に影響を与えないため、軸流風量の増加が高効率化につながる。
【００２１】
また、プロペラファン５の後縁より下流側に配置した静圧回収ベーン７により、プロペラファン５からの旋回流を減速することができるため、静圧回収ベーン７（プロペラファン５と同程度の騒音を発生する）の騒音を低減できる効果がある。
【００２２】
さらに、拡大吹き出し口６Ａからの流れが静圧回収ベーン７で十分減速した後に安全防護グリル９に衝突するため、衝突損失が少なく、安全防護グリル９から発生する音を低減できる効果がある。
【００２３】
さらに、プロペラファン５が外周側に向かうに従い、大きな旋回速度を与えるために軸中心から外周に向かって翼弦長（Ｃ）を大きくすることで、翼面上において緩やかな減速が可能となり、静圧回収ベーン７の損失低減が図れる。
【００２４】
図５ないし図７により、本発明に係る実施例と従来のものとの特性を比較して示す。
【００２５】
図では、各径での静圧回収ベーン７の断面をアメリカ航空局（ＮＡＳＡ）の前身のＮＡＣＡで開発、制定された翼型規格ＮＡＣＡ６５−（１８）１０の翼型、ソリティディ（翼弦長Ｃと翼間長ｔの比）を０．６、転向角（流入角β₁と流出角β₂の差）を約２０度とした場合の測定結果を示す。ここで、静圧回収ベーン７は翼型に限定するものではなく、平板翼や前縁を丸めた形状の平板でもよい。
【００２６】
まず、図５はプロペラファン５の一定回転数での各風量（％）に対する流出旋回速度（％）の変化の特性図を示す。
【００２７】
本実施例（破線で示す）と従来（実線で示す）のものとを比較すると、静圧回収ベーン７により、本実施例のものは従来のものと比較して各風量において流出旋回速度を減少することができ、たとえば動作点となる従来風量１００％において旋回速度は約５０％低減できる効果がある。
【００２８】
ちなみに、風量（％）はプロペラファン５が一定回転数であっても、熱交換器２に着霜して通風抵抗が変化した場合、またはフインピッチが変わった場合などで変化する。
【００２９】
次に図６は、プロペラファン５の一定回転数での各風量（％）に対する静圧（％）の変化の特性図を示す。
【００３０】
本実施例では、静圧回収ベーン７を有することで、各風量点で損失エネルギであった流出旋回速度を静圧として回収できており、動作点となる従来風量１００％において、静圧を約２７％回復できる効果がある。
【００３１】
さらに図７は、プロペラファン５の一定回転数での各風量（％）に対する全圧効率（％）の変化の特性図を示す。
【００３２】
本実施例では、静圧回復により、全風量域において動圧と静圧とを総合した全圧効率が増加し、従来風量点１００％では全圧効率が約１３％増加する。静圧回収ベーン７による効率向上の効果は低風量域ほど顕著である。低風量域は空気調和機の暖房時または低温暖房時に相当し、熱交換器２に着霜する運転状態において、風量低下を防止できるとともに、プロペラファン５の消費電力を低減できる効果がある。
【００３３】
図８及び図９は、本発明に係る第２の実施例の室外ユニットの側面図と正面図とを示す。
【００３４】
本実施例は、枠体１２及び全防護グリル１３を一体に形成し、また拡大吹き出し口１４Ａを形成したマウスリング１４、静圧回収ベーン１５及び静圧回収ベーン支持部材１６を一体に形成したものである。静圧回収ベーン１５は安全防護グリル１３と別体で構成しているため、プロペラファン５から吹き出す流出旋回速度が静圧回収ベーン１５で軸流速度に変換されて十分に減速した後で、安全防護グリル１３に衝突するため、安全防護グリル１３から発生する騒音を、さらに低減できる効果がある。
【００３５】
また、安全防護グリル１３の形状は、図２で示す実施例のような放射状である必要はなく、衝突速度が遅いため、デザイン面で優れている図９のような格子状にすることができる。
【００３６】
図１０の（ａ）は、本発明に係る第３の実施例の室外ユニットの側面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面における展開図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面における第４の実施例の展開図を示す。
【００３７】
プロペラファン５の後縁より下流側であって、マウスリング１８に形成した二重拡大吹き出し口１８Ａの中央部にモータ４を配置し、このモータ４をモータ支持部材１９で支持している。このモータ支持部材１９は、室外ユニットの枠体１７に支持された静圧回収ベーン２０に支持され、さらに、この静圧回収ベーン２０に前記モータ支持部材１９が支持されている。前記静圧回収ベーン２０は中央部から外周方向に向かうに従って翼弦長が大きくなるように形成され、静圧回収ベーン７の下流側には安全防護グリル２１が形成されている。また、静圧回収ベーン２０はモータ４を支持する必要があるため、モータ４の振動に耐えることができる補強部材を埋め込んで構成される。（ｂ）には、静圧回収ベーン２０の負圧面側の一部分に補強部材２２を埋め込んでいるが、（ｃ）に示すように、補強部材２２は静圧回収ベーン２０の圧力面側に埋め込んでもよい。また、静圧回収ベーン２０全体を補強部材２２で構成してもよく、さらに、図示していないが、静圧回収ベーン２０内に複数個の補強部材を埋め込んでもよい。
【００３８】
静圧回収ベーン２０の効果は図１の第１の実施例と同様であるが、プロペラファン５の下流側にモータ４を配置することで、プロペラファン５の上流側に位置していたモータステーが不要になり、このため室外ユニットを構成する部品点数の低減になり、コスト低減と室外ユニットの小型・薄型化を図れる効果がある。
【００３９】
また、プロペラファン５の上流側の圧力損失が低減するために、プロペラファン５の送風効率の向上と、プロペラファン５の上流側の流れにモータステーから発生する後流の乱れが存在しないため、羽根枚数×回転数の周波数、及び、その高次周波数で発生する羽根音(離散周波数音)を低減できる効果がある。
【００４０】
さらに、拡大吹き出し部を二重にすることで、プロペラファン５から吹き出した流れが、径方向に広がり、安全防護グリル２１の通過面積が増加して軸流速度が低下するとともに、安全防護グリル２１の圧力損失が低減し、結果的に騒音を大きくすることなく風量増加を図れる。
【００４１】
なお、上記実施例は空気調和機の室外ユニットに関して述べたが、冷蔵庫等の送風ユニットに用いることもできる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、空気調和機の室外ユニットにおいて、プロペラファンの高風量化、高効率化により省電力化と、低騒音化を図れる、という効果がある。
【００４３】
また、同一風量の場合にはプロペラファンを小型化することができることから、室外ユニットの低コスト・小型ユニット化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気調和機の室外ユニットの第１の実施例の側面図である。
【図２】図１の実施例の室外ユニットの正面図である。
【図３】（ａ）は図１の実施例の室外ユニットの一部斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面展開図である。
【図４】図３（ａ）で示した静圧回収ベーンのＡ−Ａ’断面において展開した空気流変換図である。
【図５】プロペラファンの一定回転数での各風量（％）に対する流出旋回速度（％）の変化の特性図である。
【図６】プロペラファンの一定回転数での各風量（％）に対する静圧（％）の変化の特性図である。
【図７】プロペラファンの一定回転数での各風量（％）に対する全圧効率（％）の変化の特性図である。
【図８】本発明に係る空気調和機の室外ユニットの第２の実施例の側面図である。
【図９】図８の実施例の室外ユニットの正面図である。
【図１０】（ａ）は、第３の実施例の室外ユニットの側面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面における展開図、（ｃ）は第４の実施例のＢ−Ｂ’断面における展開図である。
【符号の説明】
１，１２，１７・・・室外ユニットの枠体、２・・・熱交換器、３・・・モータステー、４・・・モータ、５・・・プロペラファン、６，１４，１８・・・マウスリング、７，１５，２０・・・静圧回収ベーン、８，１６・・・静圧回収ベーン支持部材、９，１３，２１・・・安全防護グリル、６Ａ，１４Ａ，１８Ａ・・・拡大吹き出し口、１０・・・電気品、１１・・・連結部材、１８Ａ・・・二重拡大吹き出し口、１９・・・モータ支持部材、１５，２２・・・補強部材Ｃ・・・翼弦長、ｔ・・・翼間長、β₁・・・流入角、β₂・・・流出角。

Claims

プロペラファン、空気流の有する動圧エネルギーを静圧エネルギーに変換するための静圧回収ベーン、外部から異物の侵入を防止するための安全防護グリル及びこれらを収納するための枠体を備える空気調和機の室外ユニットにおいて、
前記静圧回収ベーンは、前記プロペラファンの後縁より下流の前記プロペラファン前面に放射状に配設され、
前記安全防護グリルは、前記静圧回収ベーンの下流側に周状に配置され、
放射状に配設された前記静圧回収ベーンは、その翼弦長が中央部から外周に向かうに従って大きくなるように形成された空気調和機の室外ユニット。
請求項１において、
下流側から見て、前記静圧回収ベーンに相当する部分の前記安全防護グリルを前記静圧回収ベーンの圧力面側に延長して連結部材とし、当該連結部材で前記静圧回収ベーンと前記安全防護グリルとを連結して、前記静圧回収ベーンと前記安全防護グリルとを一体に形成した空気調和機の室外ユニット。
請求項１または２において、
前記プロペラファンの後縁側に、空気流を案内するマウスリングを配設したことを特徴とする空気調和機の室外ユニット。
請求項３において、
前記マウスリングの後部には、前部よりも大径の拡大吹き出し口が形成されたことを特徴とする空気調和機の室外ユニット。