JP4253618B2 - ファンガード - Google Patents

Description

本発明は、例えば空気調和装置の室外機の送風ユニット等に備えられるファンガードに係る。特に、本発明は、空気がファンガードを通過する際に生じる音を抑制するための対策に関する。

従来より、例えば下記の特許文献１や特許文献２に開示されているように、空気調和装置の室外機の送風ユニットには、送風ファンの吹き出し側にファンガードが設けられている。このファンガードは、送風ファンを保護する機能だけでなく、送風ユニット（特に横吹きタイプ）内に人が手を入れてしまうことを阻止し、また、送風ユニット（特に縦吹きタイプのもの）内に落下物などが入り込んでしまうことを阻止する機能を備えた部材である。また、このファンガードの構成としては種々のものがあり、例えば、金属線材を渦巻き状や環状に形成したものや、樹脂を格子状に成形したものが一般に使用されている。

そして、空気調和装置の運転時には、送風ファンが回転駆動し、室外機内に空気導入口から空気排出口に亘る気流が発生する。そして、この室外機内に導入した空気と熱交換器内を流れる冷媒との間で熱交換を行って冷媒の凝縮動作（冷房運転時）などを行わせるようにしている。
特開平８−１８９６７１号公報 特開２００１−２０８３７５号公報

ところで、上述した送風ファンの回転駆動に伴う気流が発生すると、送風ファンによって吹き出された空気は、その直下流側に配設されているファンガードを通過して装置外に排出されることになるが、この際、ファンガードを構成する線材近傍を空気が通過する際に空気の渦流（上記線材の延長方向に略平行に延びる軸線を有する渦流）が生じ、この渦流が原因で送風音（騒音）が発生して、装置の静粛性を阻害するといった状況が生じていた。

ファンガードを構成する線材（桟部材）の本数を少なくすれば渦流の発生箇所を少なくできて音の発生を抑えることはできるが、これでは送風ファンの保護等といったファンガード本来の機能が損なわれてしまう。また、送風ファンの回転数を低く設定してファンガードを通過する空気の流速を低下させることによっても音の発生を抑えることはできるが、これでは室外機に導入される空気量が不足し、室外機の能力が十分に得られない可能性がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ファンガード本来の機能（ファンの保護機能等）を維持しつつ、また空気の流速を低下させることなしに、音の発生を抑制することができるファンガードを提供することにある。

−発明の概要−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決手段は、「音響出力」が「相関長（相関スケール）」に比例することに着目し、相関スケールを短くするための手段をファンガード自体に備えさせるようにした。

−解決手段−
具体的に、本発明は、送風ファンを有する送風ユニットの空気吹き出し口に配設され且つ桟部材により構成されたファンガードを前提とする。このファンガードに対し、桟部材に、この桟部材近傍を通過した後に形成される空気渦流の軸心長さである相関スケールを縮小するための相関スケール縮小手段を設けている。

「音響出力」は、「音源の変動強さ」と「相関スケール」と「伝達関数」との積で表され、本解決手段では、このうち「相関スケール」に着目し、ファンガードに相関スケール縮小手段を備えさせることによって「音響出力」の抑制を図っている。つまり、桟部材の各所で発生する空気渦流に対してそれらの相関スケールを縮小させる（個々の空気渦流の軸心長さを短くする）ことによって、ファンガード周辺全体における音の発生を抑制している。その結果、送風ユニットの静粛化を図ることができる。

上記相関スケール縮小手段としては、種々の形態が掲げられる。以下に各形態を列挙する。

先ず、桟部材の長手方向に延びる軸心を螺旋中心とする螺旋状体を桟部材の外面に突設することで相関スケール縮小手段を構成する。

また、桟部材の長手方向に延びる軸心を螺旋中心とする螺旋状凹陥部を桟部材の外面に形成することで相関スケール縮小手段を構成する。

加えて、空気流通方向の上流側から下流側に亘って桟部材に貫通形成された複数の貫通孔により相関スケール縮小手段を構成する。

これら何れの形態においても、発生する空気渦流は、その軸心方向で分断されたものとして形成され、個々の相関スケールを縮小させることができて、ファンガード周辺全体における音の発生を抑制することができる。

また、上述した各解決手段のうち少なくとも２つの構造を組み合わせたファンガードも本発明の技術的思想の範疇である。

以上説明したように、本発明では、ファンガードを構成する桟部材の近傍を通過した後に形成される空気渦流の軸心長さである相関スケールを縮小するための相関スケール縮小手段をファンガード自体に備えている。このため、ファンガード周辺全体における音の発生を抑制することができる。その結果、ファンガード本来のファン保護機能を維持しつつ、また空気の流速を低下させることなしに、音の発生を抑制することが可能になり、送風ユニットの静粛化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本形態では、ＧＨＰ（ガスヒートポンプ）の室外機の送風ユニットに備えられたファンガードに本発明を適用した場合について説明する。

−ＧＨＰ室外機の全体構成−
図１は本形態に係るＧＨＰ室外機の内部構成を示す斜視図、図２はその正面図、図３はその平面図である。

これら図に示すように、ＧＨＰ室外機のパッケージ４は上下に分割された２つの装置室１，２で構成されており、上側が熱交換室１であり、下側がエンジンルーム２となっている。ここで、熱交換室１は、後述する熱交換のために外気が通風できる空間であり、エンジンルーム２は吸気管や排気管を通じてのみ外部とつながる略密閉状態である。尚、上記熱交換室１には、ＧＨＰの冷媒回路の室外熱交換器（図示省略）や、エンジン冷却水回路のラジエータ（図示省略）が収容されており、この熱交換室１に導入された空気が、室外熱交換器内を流れる冷媒やラジエータ内を流れる冷却水との間で熱交換を行うようになっている。

エンジンルーム２内には、エンジン３１、冷媒圧縮機２１及びアキュムレータ２７等が設置され、エンジン３１には吸気サイレンサ８や排気サイレンサ９等が付設されている。また、エンジン３１の底部付近には、エンジン３１の潤滑油を貯留するオイルパン５及びこのオイルパン５に連通する補助オイルパン６が配置されている。また、このエンジンルーム２内には、制御装置等の電装部材が収納された電装ボックス１１及び後述する冷媒回路２０を構成する配管等が設置されるとともに、オイルパン５とは別個に設けられ潤滑油を貯留しているオイルタンク１０が配置されている。

このオイルタンク１０と上記補助オイルパン６とは連結されており、連結途中に介装された潤滑油ポンプ１８により、オイルタンク１０内に貯留された潤滑油を補助オイルパン６へ補充するように構成されている。

また、エンジンルーム２の上側に設けられている上記熱交換室１の天井面には、放熱用のファン１５，１５を備えた送風ユニット５０が設けられている。一方、熱交換室１の側面には、この熱交換室１に外気を導入するための導入開口が形成されている。そして、上記室外熱交換器やラジエータは、この導入開口に臨む位置に配置されている。これにより、上記放熱用のファン１５，１５が回転駆動すると、上記導入開口から送風ユニット５０の排出開口に向かう気流が発生して、室外熱交換器内を流れる冷媒やラジエータ内を流れる冷却水と、熱交換室１に導入された外気との間で熱交換が行われるようになっている。つまり、室外熱交換器内を流れる冷媒と外気との間での熱交換によって、冷房運転時には冷媒の凝縮動作が、暖房運転時には冷媒の蒸発動作が行われる。また、ラジエータ内を流れる冷却水と外気との間での熱交換によって、エンジンのウォータジャケット内を流れる冷却水温度を低くしてエンジンのオーバヒートを防止している。また、上記熱交換室１の天井面には、排気口１４が開口され、排気サイレンサ９を通過した後のエンジン３１からの排気をこの排気口１４から外部へ排出するように構成されている。

−ファンガードの構成−
本形態の特徴は、上記室外熱交換器を流れる冷媒やラジエータを流れる冷却水との間で熱交換を行うための外気を熱交換室１内に導入するための上記送風ユニット５０に備えられたファンガード５１の構成にある。このファンガード５１は、放熱用のファン１５の吹き出し側に設けられて、このファン１５を保護している。本形態のものでは、熱交換室１の天井面の２箇所にファン１５，１５が配設されているため、ファンガード５１，５１も各ファン１５，１５の上方（空気流通方向下流側）に位置するように２箇所に配設されている。また、熱交換室１の天井面には、各ファン１５，１５の配設位置に対応して筒型のシュラウド３，３が設けられており（図２参照）、各ファンガード５１，５１は、これらシュラウド３，３の上端開口を覆うように配設されている。

図４はファンガード５１の平面図である。この図４に示すように、ファンガード５１は、平面視円形であって、外縁フレーム５２及び放射状フレーム５３を備え、線材（以下、桟部材と呼ぶ）５４が、これら外縁フレーム５２及び放射状フレーム５３に支持されながら所定ピッチ（半径方向ピッチ）を存して渦巻き状に成形されて構成されている。上記外縁フレーム５２、放射状フレーム５３及び桟部材５４は何れも金属製であって、図４に示す形状に成形された後にコーティング材槽内に浸漬されることによって表面全体が樹脂コーティングされている。尚、本形態におけるファンガード５１は外径寸法が６００ｍｍであり、桟部材５４のピッチは２０ｍｍに設定されている。これら寸法はこれに限るものではない。

そして、本形態に係るファンガード５１は、空気が通過した際に形成される空気渦流（桟部材５４の延長方向に略平行に延びる軸線を有する渦流）の軸心長さである相関スケールを縮小するための手段（相関スケール縮小手段）を備えている。以下、このファンガード５１に備えられた相関スケール縮小手段の複数形態について説明する。

（第１形態）
本形態は、図５（ファンガード５１の一部の桟部材５４を示す平面図）に示すように、桟部材５４の長手方向（ファンガード５１の周方向）に延びる軸心を螺旋中心とする螺旋状体５５を桟部材５４の外面に突設することで相関スケール縮小手段を構成している。

この螺旋状体５５としては、紐状の部材を桟部材５４の外面に巻き付けてこの外面に接着（接着剤などによる）したものであってもよいし、上記コーティング材槽内への浸漬工程をこの紐状の部材を桟部材５４の外面に巻き付けた後に行って、この紐状の部材を桟部材５４と一体的にコーティングすることで一体化するようにしてもよい。更には、ファンガード５１全体を樹脂成形品とし、上記螺旋状体５５を成形するためのキャビティを成形型内に設けておいて、上記外縁フレーム５２、放射状フレーム５３、桟部材５４、螺旋状体５５を一体成形するようにしてもよい。尚、この螺旋状体５５としては、一条に限らず複数条に形成してもよい。

このようにして螺旋状体５５を桟部材５４の外面に突設したことによる効果についての実験を行った。その結果を図６に示す。本実験では、螺旋状体５５を設けない従来品、螺旋状体５５を設け且つその螺旋ピッチを１００ｍｍに設定したもの、螺旋状体５５を設け且つその螺旋ピッチを６０ｍｍに設定したもののそれぞれについてファンガード周辺部で発生する音圧レベルを測定することにより行った。

図６から明らかなように、螺旋状体５５を設けない従来品に比べて螺旋状体５５を設けたものの方が音圧レベルが低く、空気渦流の相関スケールを縮小したことによる効果が確認された。また、螺旋ピッチを１００ｍｍに設定したものに比べて螺旋ピッチを６０ｍｍに設定したものの方が僅かに音圧レベルが低く、空気渦流の相関スケールを小さくするほど効果が大きいことが確認された。

（第２形態）
本形態は、図７（ファンガード５１の一部の桟部材５４を示す平面図）に示すように、桟部材５４の長手方向に延びる軸心を螺旋中心とする螺旋状凹陥部５６を桟部材５４の外面に形成することで相関スケール縮小手段を構成している。

本形態のファンガード５１の製造としても、金属製の桟部材５４に螺旋状凹陥部５６を予め形成しておいてコーティングを行うようにしたり、ファンガード５１全体を樹脂成形品とし、上記螺旋状凹陥部５６を成形するためのキャビティを成形型内に設けておいて、上記外縁フレーム５２、放射状フレーム５３、桟部材５４、螺旋状凹陥部５６を一体成形するようにしてもよい。更には、桟部材５４の外面にその長手方向に沿って延びる溝を形成しておき、桟部材５４を、その軸心回りに捻ることによって螺旋状凹陥部５６を形成するようにしてもよい。尚、この螺旋状凹陥部５６も、一条に限らず複数条に形成してもよい。

（第３形態）
本形態は、桟部材５４の表面に突設された複数の突起により相関スケール縮小手段を構成するものである。具体的な構成としては、図８（ファンガード５１の一部の桟部材５４を示す平面図）に示すように、桟部材５４の長手方向に所定間隔を存して円盤状の仕切板６１，６１，…を設けるものが掲げられる。この仕切板６１，６１，…同士の間隔寸法は一定寸法であってもよいし、互いに異なる寸法（ランダム配置）に設定してもよい。

また、桟部材５４の表面に複数の突起を設ける別の構成としては、図９（ファンガード５１の一部の桟部材５４を示す平面図）に示すように、微粒子状の球状突起６２，６２，…を桟部材５４の表面に設けるものが掲げられる。

これら仕切板６１や球状突起６２を形成するための手法としては、ファンガード５１全体を樹脂成形品として、仕切板６１や球状突起６２を桟部材５４に一体成形することが容易に作製できて好ましい。

（第４形態）
本形態は、桟部材５４の表面に設けられた複数の凹部により相関スケール縮小手段を構成するものである。具体的な構成としては、図１０（ファンガード５１の一部の桟部材５４を示す平面図）に示すように、桟部材５４の長手方向に所定間隔を存して小径部６３，６３，…を設けるものが掲げられる。この小径部６３，６３，…同士の間隔寸法は一定寸法であってもよいし、互いに異なる寸法（ランダム配置）に設定してもよい。

また、桟部材５４の表面に複数の凹部を設ける別の構成としては、図１１（ファンガード５１の一部の桟部材５４を示す平面図）に示すように、球状凹陥部６４，６４，…を桟部材５４の表面に設けるものが掲げられる。

これら小径部６３や球状凹陥部６４を形成するための手法としても、ファンガード５１全体を樹脂成形品として、小径部６３や球状凹陥部６４を桟部材５４に一体成形することが容易に作製できて好ましい。

（第５形態）
本形態は、桟部材５４における空気流通方向の下流側縁部に相関スケール縮小手段を設けたものである。具体的な構成としては、図１２（ａはファンガード５１の一つの桟部材５４を示す側面図であり、ｂはａにおけるｂ−ｂ線に沿った断面図である）に示すように、桟部材５４の上端部（空気流通方向の下流側縁部）に、桟部材長手方向に沿って山型の凸部７１と凹部７２とを交互に形成している。

この凸部７１及び凹部７２を交互に形成するための手段としては、ファンガード５１全体を樹脂成形品とし、上記凸部７１及び凹部７２を成形するためのキャビティを成形型内に設けておいて、上記外縁フレーム５２、放射状フレーム５３、桟部材５４、凸部７１及び凹部７２を一体成形することが掲げられる。

（第６形態）
本形態は、図１３（ａはファンガード５１の一部の桟部材５４を示す平面図であり、ｂはａにおけるｂ−ｂ線に沿った断面図である）に示すように、空気流通方向（鉛直方向）に亘って桟部材５４を貫通する複数の貫通孔７３，７３，…により相関スケール縮小手段を構成している。

この貫通孔７３，７３，…を形成するための手段としても、ファンガード５１全体を樹脂成形品とし、上記貫通孔７３，７３，…を成形するためのキャビティを成形型内に設けておいて、上記外縁フレーム５２、放射状フレーム５３、桟部材５４、貫通孔７３，７３，…を一体成形することが掲げられる。

（第７形態）
本形態は、相関スケール縮小手段以外の手段を講じてファンガード周辺での音の発生を抑制するものであって、桟部材５４の断面形状を改良したものである。

具体的な構成としては、図１４（ａはファンガード５１の一部の桟部材５４を示す平面図であり、ｂはａにおけるｂ−ｂ線に沿った断面図である）に示すように、桟部材５４を、空気の流れ方向を長手方向とする断面流線形状（翼型）に形成している。これにより、桟部材５４からの空気の剥離現象が抑制され、音の発生を抑制できる。

また、別の構成としては、図１５（ａはファンガード５１の一つの桟部材５４を示す平面図であり、ｂはａにおけるｂ−ｂ線に沿った断面図である）に示すように、桟部材５４を、空気の流れ方向を長手方向とする断面楕円形状に形成している。これによっても、桟部材５４からの空気の剥離現象が抑制され、音の発生を抑制できる。

−その他の実施形態−
上述した実施形態では、ＧＨＰの室外機の送風ユニットに備えられたファンガードに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、他の機器（ＥＨＰの室外機など）に備えられる送風ユニットのファンガードへの適用も可能である。

また、上述した各形態に係る構成は桟部材５４の全体に設ける必要はなく、特に音の発生の大きい箇所、例えばファンガード５１の外周部近傍の桟部材５４のみに設けてもよい。例えば、ファンガード５１の桟部材５４が１０周の渦巻き状に成形されている場合に、外周側の５周分だけに上述した形態に係る構成を採用するといった構成である。

更に、上述した各形態に係る構成は、互いに組み合わせて使用してもよい。例えば第１形態と第２形態とを組み合わせて、螺旋状体５５と螺旋状凹陥部５６とが桟部材５４の長手方向に交互に設けられた構成や、第３形態と第４形態とを組み合わせて、球状突起６２と球状凹陥部６４とが桟部材５４の表面に共存する構成とすることなどが掲げられる。

また、ファンガード５１の構成として、線材を渦巻き状に成形したものに限らず、径の異なる複数の環状の線材を同心円上に配置したものや、格子状に成形したものに対しても本発明は適用可能である。

また、上述した実施形態では、熱交換室１の天井面に備えられた送風ユニット５０のファンガード５１について説明したが、側面に備えられる送風ユニットのファンガードに対しても本発明は適用可能である。

実施形態に係るＧＨＰ室外機の内部構成を示す斜視図である。 実施形態に係るＧＨＰ室外機の内部構成を示す正面図である。 実施形態に係るＧＨＰ室外機の内部構成を示す平面図である。 ファンガードの平面図である。 第１形態に係るファンガードの一部の桟部材を示す平面図である。 螺旋状体を設けたことによる効果を確認するために行った実験の結果を示す図である。 第２形態に係るファンガードの一部の桟部材を示す平面図である。 第３形態に係るファンガードの一部の桟部材を示す平面図である。 第３形態の他の構成に係るファンガードの一部の桟部材を示す平面図である。 第４形態に係るファンガードの一部の桟部材を示す平面図である。 第４形態の他の構成に係るファンガードの一部の桟部材を示す平面図である。 第５形態に係るファンガードであって、（ａ）は一つの桟部材を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるｂ−ｂ線に沿った断面図である。 第６形態に係るファンガードであって、（ａ）は一部の桟部材を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるｂ−ｂ線に沿った断面図である。 第７形態に係るファンガードであって、（ａ）は一部の桟部材を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるｂ−ｂ線に沿った断面図である。 第７形態の他の構成に係るファンガードであって、（ａ）は一部の桟部材を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるｂ−ｂ線に沿った断面図である。

符号の説明

１５ 送風ファン
５０ 送風ユニット
５１ ファンガード
５４ 桟部材
５５ 螺旋状体（相関スケール縮小手段）
５６ 螺旋状凹陥部（相関スケール縮小手段）
６１ 仕切板（相関スケール縮小手段）
６２ 球状突起（相関スケール縮小手段）
６３ 小径部（相関スケール縮小手段）
６４ 球状凹陥部（相関スケール縮小手段）
７１ 凸部（相関スケール縮小手段）
７２ 凹部（相関スケール縮小手段）
７３ 貫通孔（相関スケール縮小手段）

Claims (4)

1. 送風ファンを有する送風ユニットの空気吹き出し口に配設され且つ桟部材により構成されたファンガードにおいて、
   上記桟部材には、この桟部材近傍を通過した後に形成される空気渦流の軸心長さである相関スケールを縮小するための相関スケール縮小手段が設けられ、該相関スケール縮小手段は、桟部材の長手方向に延びる軸心を螺旋中心とする螺旋状体が桟部材の外面に突設された構成となっていることを特徴とするファンガード。
2. 送風ファンを有する送風ユニットの空気吹き出し口に配設され且つ桟部材により構成されたファンガードにおいて、
   上記桟部材には、この桟部材近傍を通過した後に形成される空気渦流の軸心長さである相関スケールを縮小するための相関スケール縮小手段が設けられ、該相関スケール縮小手段は、桟部材の長手方向に延びる軸心を螺旋中心とする螺旋状凹陥部が桟部材の外面に形成された構成となっていることを特徴とするファンガード。
3. 送風ファンを有する送風ユニットの空気吹き出し口に配設され且つ桟部材により構成されたファンガードにおいて、
   上記桟部材には、この桟部材近傍を通過した後に形成される空気渦流の軸心長さである相関スケールを縮小するための相関スケール縮小手段が設けられ、該相関スケール縮小手段は、空気流通方向の上流側から下流側に亘って桟部材に貫通形成された複数の貫通孔により構成されていることを特徴とするファンガード。
4. 上記請求項１〜３記載のうち少なくとも２つの構造が組み合わされて構成されていることを特徴とするファンガード。

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