JP4521867B2 - 空気調和機の室外機 - Google Patents

Description

本発明はプロペラファンとシュラウドを備えた空気調和機の室外機に関し、特に、プロペラファン回転による流体加振が原因で生じる室外機の振動及び送風騒音を低減するものに好適である。

室外機のファンの流体加振に起因する振動を低減するため、プロペラファンの外周面に配置されたベルマウスの反熱交換器側において、その円周方向の一部を下方に延長し、制振部とすることが知られ、例えば、特許文献１に記載されている。

また、遮音効果を高めるため、ベルマウスを二重構造に形成することが知られ、例えば、特許文献２に記載されている。

特開平11-173605号公報 5頁−第１図

特開2001-174003号公報 4頁−第1図

上記従来技術において、特許文献１のものでは、ファンの流体加振力を遮断する効果が小さく、制振部及びベルマウスが金属のような剛体か、あるいはゴムのような制振部材にしなければ十分でなく、コスト面でも不利となる。また、熱交換器側は制振部を設けることができないので、ファン音は熱交換器を通過し外に洩れてしまう。

さらに、ベルマウスを二重壁として遮音効果を高めてもファンの加振力が大きければ、ベルマウスより振動が伝播して筐体の振動が大きくなる。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、騒音及び振動の低減を図ると共に、より小型化された空気調和機の室外機を提供することにある。また、比較的に加振力の大きなファンを用いてもその振動が室外機全体に伝播しないようにすることにある。

上記目的を達成するために、本発明は、空気の吹出口が形成されたシュラウドと、前記吹出口の内側に配置されモータの回転軸に固定されて回転するプロペラファンと、前記シュラウドと底ベースとの間で筐体の背側面に配置された熱交換器と、を備え、前記プロペラファンの回転によって背側面から空気を吸入し前記熱交換器を通して前記吹出口から排出する空気調和機の室外機において、前記シュラウド内に収納され、前記熱交換器の上方に配置された２枚翼の前記プロペラファンと、前記プロペラファンの外周面と所定間隔を有して囲うように円筒形状とされた前記シュラウドと、該シュラウド外周面であってその円周方向に略等間隔に設けられた３本のリブと、を備えたものである。

さらに、上記のものにおいて、前記リブの高さは、前記シュラウドの板厚に対して１から５倍であることが望ましい。

さらに、上記のものにおいて、前記シュラウドは前記プロペラファンの上流側に配置されたベルマウスと該ベルマウスの上部に取り付けられたダクトとを有し、該ダクトは前記ベルマウスに３本のボルトで固定されたことが望ましい。

さらに、上記のものにおいて、前記シュラウドは前記プロペラファンの上流側に配置されたベルマウスと該ベルマウスの上部に取り付けられたダクトとを有し、該ダクトは３角形状とされたことが望ましい。

本発明によれば、プロペラファンを囲うように配置された円筒形状のシュラウドにプロペラファンの翼枚数と関係した数のリブを設けたので、プロペラファン回転によって生じる流体加振力による振動の伝播を抑制し、振動及び騒音の低減された空気調和機の室外機を得ることができる。

一般的に、ビル・店舗用の空気調和機の室外機はビルの屋上や建物と建物の間に置かれることが多い。そのため隣接する建物の住民、あるいは働いている人達は室外機の運転音を常に耳にすることになるため、低騒音の空気調和機の室外機が求められている。また、小型化も求められており、特に都市のビル密集地帯のように設置場所に限りがあるところではそのニーズが強い。さらに、小型の室外機は、トラック等にたくさん乗せられるため運搬性が良くなり、また設置作業が容易になる。このニーズに対して最近の室外機は、従来は送風機を２台使用していたものを、送風機１台にして室外機を小型化することで対応している。しかし、この構成だと送風機１台で従来の２台分の風量を確保しなければならないため、ファンの径を大きくしたり、ファン回転数を上げたり、ファンとベルマウスの径方向隙間を小さくして、漏れ流量を減らして風量を上げたりして対応する必要があるが、これらはファンの流体加振による室外機の振動増大および騒音増大になる。

騒音低減には騒音の原因であるファンそのものを低騒音ファンとして、新規開発することも一つの手段であり、空気調和機の室外機に一般的に使われるプロペラファンは、翼枚数が騒音に関係している。つまり、翼は騒音を発生させる源で、翼が４枚であれば音源が４箇所となり、２枚であれば音源が２箇所となり、２枚翼ファンは音源が減り、その分騒音も小さくなる。しかし、所定の風量を出すのに、２枚翼ファンは４枚翼ファンと比較して１枚当たりの風量が大きくなり、ファン回転による流体加振力は４枚翼ファンより大きくなる。

以下、本発明の実施例を、図を用いて説明する。
図1は、第１の実施の形態に係る空気調和機の室外機を示し、底ベース102と、底ベース102に対向して配置されたシュラウド103の間に、２枚翼のプロペラファン105とモータ107で構成された送風機と、熱交換器108を配置している。また、プロペラファン105は、モータ107で駆動され、モータ107は熱交換器108と前カバー111の間に渡って取り付けられたモータクランプ106に固定される。さらに、圧縮機等のタンク類109、電気箱110が図のように配置されている。
プロペラファン105は、ファン回転軸方向で、熱交換器108と被ること無く配置され、プロペラファン105を囲うように配置された円筒形シュラウド103は、プロペラファン105の翼枚数に１を加えた３本のリブ104が図２に示すようにファン回転方向（シュラウド103の円周方向）に略等間隔に設けられている。リブ104は、円筒形シュラウド103の板厚に対して同程度から３〜５倍程度の高さになっていれば効果的であり、材料費を安価に、成形性（シュラウド103を合成樹脂で成形する場合）を良くすることができる。また、その断面形状は、円形（板厚と同程度の肉厚）又は長方形状の薄板状としている。

図３にリブ104が無い従来のシュラウドにおける固有振動の変形１次モードを、図４に２枚翼のプロペラファンによりシュラウドが受ける流体加振力の方向を示す。つまり、シュラウド（ベルマウス）は固有振動数を持っており、その1次のモードが最も現れやすく、翼通過周波数と合致（共振）した場合、あるいは、1次モードの最大変位を生じる方向に外力が加えられた場合、その形は図３に示すように、円筒形のシュラウド（ベルマウス）が潰れるような形302となる。一方、２枚翼のプロペラファンは、流体力の方向が図４の流体力の方向402となると、シュラウド(ベルマウス)固有振動の変形１次モードの最大変位を生じる方向と、図４に示すシュラウド(ベルマウス)が受けるプロペラファン流体加振力の方向が一致し、シュラウド(ベルマウス)の振動が大となる。すなわち、たとえ円筒形のシュラウド（ベルマウス）の固有振動数と翼通過周波数とが合致しなくとも近ければ、２枚翼ファンの回転中の流体加振力が作用した場合、その力を受けたシュラウド（ベルマウス）は、固有振動数１次モードの最大変形方向が強度的に最も弱いため、振動が大となる。

図５は、従来の室外機における振動伝播を示し、プロペラファン105の流体力により加振されたベルマウス201は、その振動エネルギをシュラウド103に伝播し、振動伝播経路502より室外機の前カバー111へ伝わり、前カバー111の振動が大となる。その他、シュラウド103や室外機の側面へも伝わる。これらの振動を防止するには、上述したようにシュラウド103及びベルマウス201の固有振動モードを生じる周波数と、プロペラファンの流体加振力による翼通過周波数（羽音）とを一致させなければ良い。
また、流体力が加えられても、固有振動（Ｎ−1）次（Ｎ：翼枚数、２枚翼では1次）モードの変形にならないような構造にすれば良い。

そこで図１に示すようにリブ104を設ければ、シュラウド103及びベルマウス201の１次の固有振動モード及びそのモードを生じる周波数が変わり、２枚翼によるプロペラファンによって生じる流体加振力の翼通過周波数と一致しなくなり、振動及びその伝達率を小さくすることができる。

シュラウド103及びベルマウス201とプロペラファン105のファン軸方向の被りを小さくする（プロペラファン105をシュラウド103に収納させない）すればシュラウド103及びベルマウス201はプロペラファン105からの流体加振力を受けなくなるが、ファンの性能が落ち、一般的に圧力が取れなくなる。また、プロペラファン105をシュラウド(ベルマウス201)に収納させないと、例えば熱交換器108側から騒音601が洩れる。
そこで、本実施例では、プロペラファン105と熱交換器108を被らないようにして騒音の漏れを無くし、ファン性能を確保するためにベルマウスを兼用するシュラウド103の中にプロペラファン105を収納し、さらにプロペラファン105の流体加振による振動で室外機の振動が大とならないように、シュラウド103に流体加振を防止するリブ104を設けている。リブ104の本数は、プロペラファン105の翼枚数Ｎと関係し、翼枚数プラス1、あるいはマイナス1本で構成すれば、シュラウド103の１次あるいは（Ｎ−１）の固有振動モードを生じる周波数とプロペラファン105によって生じる流体加振力の翼通過周波数とが室外機として使用される回転数範囲において一致しなくなり、振動及び騒音の低減を図ることができる。プロペラファン105の翼枚数とリブ104の本数との関係は、プロペラファン105の翼枚数をＮとしてリブ104の本数を１を加えた本数Ｎ＋１、あるいは１を減じてＮ−１、例えば３枚翼のプロペラファン105でリブの本数は4本、あるいは２本とすることが良い。

特に、プロペラファン105の翼枚数を２枚として１枚当たりの風量を多くして、リブ104を３箇所設けることとすれば、プロペラファン105による音源が少なく、羽音が小さくなる。そして、その場合、所定の風量を出すためにプロペラファン105の流体加振力が大きくなるが、３箇所に設けられたリブ104によって、室外機全体に振動が伝播することを防ぐことができ、室外機の低騒音化と共に、小型化を図ることができる。

図６に第２の実施の形態に係る空気調和機の室外機を示し、ベルマウス201にダクト701を設けた状態を示している。ダクト701をベルマウス210に固定するのにボルト(長尺ネジ)を用い、上からダクト701を貫通してベルマウス210のメネジ部でネジ止めされる。このボルト(長尺ネジ)を図２で説明したリブ104と兼用すれば良く、プロペラファン105の翼枚数２に１を加えた３本のボルト(長尺ネジ)をプロペラファン回転方向に略等間隔に設ける。ボルト(長尺ネジ)の固定部ではベルマウス210は周辺の板厚に対して肉厚が厚くされ丸穴が開けられているので、ボルト(長尺ネジ)を固定することでリブ104と同様に剛性が高まり、ベルマウス201の固有振動モードを生じる周波数が変わり、プロペラファン105による加振力の周波数と大きく異ならせることができ、振動の低減を図ることができる。
図７は、リブ104の断面形状を長方形の角形リブ801とした場合の室外機の平面図を示し、円筒形シュラウド103の板厚に対して少なくとも３〜５倍程度の高さを持った薄板状のリブである。これによって、円筒形シュラウド103の固有振動モードを変えると共に、剛性をより高めることができる。

図８はシュラウド901を円筒形ではなく、プロペラファンの翼枚数２枚プラス1の三角形状としたものであり、図９はその斜視図である。つまり、ベルマウス201は円筒形状とし、ベルマウス201が固定されているシュラウド901は、固有振動モードを変えるために三角形状とし、その角は図２におけるリブ104と同じ位置となるように配置している。そして、２枚翼のプロペラファンによって生じる加振力が室外機全体の振動の増大とならないようにしたものである。

以上述べたように、プロペラファンの翼枚数と関係して、つまり翼枚数と異なるようにシュラウド（ベルマウス）のリブを設けることにより、プロペラファンの回転によって生じる流体加振力による振動の伝播を抑制することができる。そして、プロペラファンの翼枚数を２とした場合、騒音源が減って翼騒音を小さくでき、その分プロペラファンの回転数を増大して風量を大きくすれば室外機の小型化を図ることができる。

本発明の一実施の形態による室外機を示す断面図。 本発明の一実施の形態による室外機を示す上面図。 従来の室外機におけるシュラウド固有振動モードの説明図。 従来の室外機におけるシュラウドがプロペラファンから受ける加振力の説明図。 従来の室外機における振動伝播を示す断面図。 本発明に係わる他の実施の形態による室外機を示す断面図。 図６の上面図。 本発明に係わるさらに他の実施の形態による室外機を示す断面図。 図８の特徴部を示す斜視図。

符号の説明

１０２…底ベース、１０３…シュラウド、１０４…リブ、１０５…プロペラファン、
１０６…モータクランプ、１０７…モータ、１０８…熱交換器、１０９…圧縮機等のタンク類、１１０…電気箱、１１１…前カバー、１１２…ファン回転方向、２０１…ベルマウス、３０１…シュラウド（ベルマウス）、３０２…固有振動モード、３０３…変形方向、４０１…流体力による変形形状、４０２…流体力の方向（流体加振の方向）、５０１…振動方向、５０２…振動伝播経路、６０１…騒音、７０１…ダクト、７０２…ボルト（長尺ネジ）、８０１…角形リブ、９０１…三角形シュラウド、９０２…ワキカバ。

Claims (4)

1. 空気の吹出口が形成されたシュラウドと、前記吹出口の内側に配置されモータの回転軸に固定されて回転するプロペラファンと、前記シュラウドと底ベースとの間で筐体の背側面に配置された熱交換器と、を備え、前記プロペラファンの回転によって背側面から空気を吸入し前記熱交換器を通して前記吹出口から排出する空気調和機の室外機において、
   前記シュラウド内に収納され、前記熱交換器の上方に配置された２枚翼の前記プロペラファンと、
   前記プロペラファンの外周面と所定間隔を有して囲うように円筒形状とされた前記シュラウドと、
   該シュラウド外周面であってその円周方向に略等間隔に設けられた３本のリブと、
   を備えたことを特徴とする空気調和機の室外機。
2. 請求項１に記載のものにおいて、前記リブの高さは、前記シュラウドの板厚に対して１から５倍であることを特徴とする空気調和機の室外機。
3. 請求項１に記載のものにおいて、前記シュラウドは前記プロペラファンの上流側に配置されたベルマウスと該ベルマウスの上部に取り付けられたダクトとを有し、該ダクトは前記ベルマウスに３本のボルトで固定されたことを特徴とする空気調和機の室外機。
4. 請求項１に記載のものにおいて、前記シュラウドは前記プロペラファンの上流側に配置されたベルマウスと該ベルマウスの上部に取り付けられたダクトとを有し、該ダクトは３角形状とされたことを特徴とする空気調和機の室外機。

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