JP4654965B2 - 冷凍サイクル装置の室外機 - Google Patents

Description

本発明は、ファン駆動により流入する空気と熱交換器管内の冷媒とで熱交換を行う冷凍サイクル装置の室外機に関するものであり、特に遮音構造に関するものである。

従来の冷凍サイクル装置の室外機では、室外機本体側面に設けられた空気の吸い込み口に、開口部と音反射部からなる吸い込みパネルを設け、運転時のファン騒音を低減させる構成としている。音反射部の構成としては、開口部の形状を内側に傾斜したベーン形状としたり、水平ベーンを設けたり、ファンに近いパネルの開口部の面積を小さくしている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００５−２２１１７４号公報（第３−４頁、図２，３）

このような冷凍サイクル装置の室外機にあっては、吸い込みパネルの構成において、熱交換器に対向するパネル面が多く存在するために、空気の流入に対して大きな抵抗が生じる。そのためパネルを設置することにより熱交換量が低減するという問題点があった。
またファンを低回転で運転する等、騒音が問題にならない時にも、抵抗となるパネルが存在するため風量が低減するので、能力を確保するためにファン回転数をあげ、わざわざファン騒音が大きくなるという問題点もあった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、熱交換能力を大きく低減することなく、低騒音な冷凍サイクル装置の室外機を得ることを目的としている。

この発明に係る冷凍サイクル装置の室外機は、室外機本体の上部に設置された送風機と、上記室外機本体内部に設けられ、上記室外機本体外部より流入する空気と熱交換する熱交換器と、室外機設置面に対しそれぞれ所定の角度で傾斜して併設された略平板状の複数の金属板及び該複数の金属板を支持するパネル枠部より構成され、上記熱交換器の空気流入側または空気流出側に対向して上記室外機本体の側面に設置されたパネルとを備えたものである。

この発明によれば、略平板状の複数の金属板が室外機設置面に対しそれぞれ所定の角度で傾斜して併設された構成のパネルを、熱交換器の空気流入側または空気流出側に対向して室外機本体の側面に設けるので、室外機本体外部から流入する空気の流入抵抗を大きく増やすことなく、ファンやファンモータ等の騒音を遮音することができる。その結果、熱交換器の熱交換能力を大きく低減することなく、低騒音な冷凍サイクル装置の室外機を得ることができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による冷凍サイクル装置の室外機を示す斜視図である。図２は図１のＡ部の詳細図である。また、図３は図１の冷凍サイクル装置の室外機を平面Ｂでカットした際の断面図、図４は図３のＣ部を拡大して説明する図である。
室外機本体（筐体）３の上部にはファン（送風機）１（図１には図示せず）が設置されており、ファンモータ２に接続されている。ファンモータ２は筐体３に固定されている（固定部、表示せず）。
筐体３の内部には、垂直に配置した熱交換器４１と斜めに配置した熱交換器４２とで構成された逆Ｍ字状の熱交換器４が配置されている。
斜めに配置した熱交換器４２の下の、筐体３の下部には、圧縮機、冷媒配管、制御盤等（表示せず）が配置された機械室５がある。
垂直に配置した熱交換器４１の外側の、筐体３の側面には、熱交換器４１の空気流入側に対向してパネル７があり、筐体３にボルト止め（図示せず）されている。また、上記パネル７は、略平板状の複数の金属板が室外機設置面に対しそれぞれ所定の角度θで傾斜して併設されたがらり状金属板６と、上記がらり状金属板６を支持するパネル枠９とで構成されている。
図２は、がらり状金属板６をパネル枠９に溶接で固定したパネル例を示しており、パネル枠９は、熱交換器内を流れる空気の流れ方向に沿ったパネル枠の長さが、上記流れ方向に垂直な方向のパネル枠の厚みより長くなるように構成し、熱交換器４１に対向する面積が最小となるようにしている。
また、がらり状金属板６は、図４に示すように、各金属板の板面が、室外機設置面に平行な平面（水平面）Ｄに対し、筐体内部側の金属板端部６ａを基点として上側に傾斜しており、傾斜の角度θが、０度以上９０度未満となるように構成されている。

ファン１を駆動すると、がらり状金属板６の間を通って熱交換器４１へ筐体外部の空気が流入し、流入した外部空気は熱交換器管内の冷媒との間で熱交換を行った後、ファン１を通過して装置上方に吐出される。斜めに配置した熱交換器４２へは筐体側面の側面穴８から機械室５を経由して筐体外部の空気が流入し、該外部空気は熱交換器管内の冷媒との間で熱交換を行った後、ファン１を通過して装置上方に吐出される。

このような構成によれば、ファン１やファンモータ２から放射された騒音は、がらり状金属板６に遮られて筐体外部へは直接放射されない。
また、熱交換器４１からみると、熱交換器４１に近接配置されているパネル７は、がらり状金属板６の厚み分と、パネル枠部９の厚み分のみでしか、熱交換器４１への風路を塞いでいないため、空気の流入抵抗が大きくならない。
なお、パネル枠部９を筐体側面に設置する際に、熱交換器４１に対向する面が無いように、熱交換器４１がない位置に設け、パネル枠９が熱交換器４１への風路を塞がないように配置すれば、さらに空気の流入抵抗を小さくすることができる。

また、がらり状金属板６を構成する各金属板は略平板としているため、溶接や曲げ加工でパネル７を容易に作ることが可能である。

なお、がらり状金属板６の材質は例えば、鉄鋼、ステンレス鋼、アルミ合金等が考えられるが、遮音量は密度×厚みに比例するため、できるだけ重い材質で厚い板の方が、遮音効果は大きい。

ファン１は通常、高さ約１９０ｍｍの所に設置されており、一般的に人間の頭よりも上に設置されていることが多い。直接人間の耳にファン騒音が届かないようにするには、最低でも外部からファン１が見えないようにする必要がある。そのため、前述のように、がらり状金属板６の板面の傾斜の角度θが、０度以上となるように構成されている。また、上記傾斜角度θが９０度となると熱交換器４１とがらり状金属板６とが平行になり、通風できなくなる。そのため９０度未満にする必要がある。

図５は、ファン１のトルクが充分に大きく、流量が一定の場合において、がらり状金属板６のすきまの距離Ｌ１（図４において、金属板に垂直な方向の金属板間の距離）を通過する風速ｖ１が熱交換器４１の中を通過する風速ｖ２に比べて増速する比ｖ１／ｖ２と、傾斜角度θとの関係を説明するグラフである。横軸を傾斜角度θ、縦軸を増速比ｖ１／ｖ２としている。
これによると傾斜角度θが７０度以上になると、急激に増速し、がらり状金属板６のすきまを流れる風速ｖ１が増大することがわかる。がらり状金属板６のすきまを流れる風速ｖ１が増大し、上記風速ｖ１が熱交換器内を流れる風速ｖ２に比べ、著しく大きくなると圧力損失が急激に増える。また、ファン１の騒音のみならず、風切り音がさらに加わる場合もあるので、望ましくはθを６０度以下とするとよい。即ち、隣りあったがらり状金属板６間の距離Ｌ１が、筐体内部側（熱交換器４１側）のがらり状金属板端部６ａ間の距離Ｌ２の半分以上であることが望ましい。

また、図６は板金のプレス加工によりがらり状金属板６を形成した例であり、図７は図６のＡ部の詳細図である。パネル７を、角度θで傾斜したがらり状金属板６と、パネル枠部９０と、金属板脚部９１とから構成し、パネル枠部９０が熱交換器４１に対向しないように、あるいは対向する面積が最小となるように構成すれば、金属板脚部９１及びがらり状金属板６は、空気が流れる熱交換器の厚み方向に対して傾斜して設けられているので、熱交換器を完全に塞ぐ部分を最小にしてパネル７を構成することができる。

また、図８（ａ）は熱交換器４１とファン１との間にパネル７を設置した例である。がらり状金属板６を備えたパネル７を熱交換器４１の内側に、熱交換器４１の空気流出側と対向して設置しても、外側に設置した場合と同様の効果がある。
この場合の傾斜角度θに関しても、図８（ｂ）に示すように、上記実施の形態と同様に、各金属板の板面が、室外機設置面に平行な面Ｄに対し、筐体内部側の金属板端部６ａを基点として上側に傾斜し、該傾斜の角度θは０度以上９０度未満であるが望ましい。
さらに、ファン１のトルクが充分に大きく、流量が一定の場合において、がらり状金属板６のすきまを流れる風速ｖ１が熱交換器４１の中を流れる風速ｖ２に比べて増速する比ｖ１／ｖ２と、傾斜角度θとの関係に関しても、図５と同様の特性があり、傾斜角度θが７０度以上になると、急激に増速し、がらり状金属板６のすきまを流れる風速ｖ１が増大する。その結果、圧力損失が急激に増えるので、望ましくはθを６０度以下とするとよい。

以上のように、本実施の形態による室外機では、複数の金属板が室外機設置面に対しそれぞれ所定の角度で傾斜して併設された構成のパネルを、熱交換器の空気流入側または空気流出側に対向して室外機本体の側面に設け、さらに複数の金属板を支持するパネル枠部を、熱交換器に対向する面積が最小となるように構成したので、室外機本体外部から流入する空気の流入抵抗を大きく増やすことなく、ファンやファンモータ等の騒音を遮音することができる。
また、がらり状金属板は、各金属板の板面が、室外機本体内部側の金属板端部を通り室外機設置面に平行な面に対し、上側に傾斜し、該傾斜の角度を０度以上９０度未満としたので、ファンやモータの騒音が直接人間の耳に届かないようにすることができる。

実施の形態２．
図９は本発明の実施の形態２による冷凍サイクル装置の室外機を示す斜視図である。また図１０は図９の冷凍サイクル装置の室外機を平面Ｂでカットした際の断面図である。図９，図１０に示すようにがらり状金属板６の取り付け角度（傾斜の角度θ）がファン１から離れるにつれて小さく、ファン１に近い金属板ほど大きくなるようにした。
このような構成によれば、ファン１（図９にはファン図示せず）から上流側に放射された騒音１００が球状に広がっていくのに対して、がらり状金属板６の板面の法線１０１がファンに向く傾向にあるため、ファンからの放射音を遮断しやすく、外部に漏れるファン音やファンモータ音を低減できる。

空気は空気抵抗の小さな経路で流れようとするため、熱交換器４１のファン１近傍の場所から多く流入する傾向にある。そのため熱交換器４１の通過風速は熱交換器４１の場所により不均一となり、ファン１から離れた熱交換器４１の場所では風量が小さく、熱交換量も小さくなる。本実施の形態のように、ファン１近傍のがらり状金属板６の傾斜角度θを大きくすれば、ファン１近傍での流入抵抗が大きくなるため、ファン１から離れた熱交換器４１の場所からの流入量が増し、熱交換量が熱交換器４１の全面で平均化される傾向にある。

なお、上記実施の形態では、がらり状金属板６の傾斜角度を、ファン１近傍に近づくについれて徐々に変化させる構成のものを示したが、段階的に変化する構成であってもよい。

また、図９では、がらり状金属板６のパネル枠９を山形鋼で構成し、熱交換器４１内を流れる空気の流れ方向に沿ったパネル枠の面に、各金属板を溶接してパネル７にしたもので、熱交換器４１に対向するパネル枠９の面積が最小となるようにしたが、パネル枠９は実施の形態１の図１または図６と同様の構成であってもよい。

以上のように、本実施の形態では、がらり状金属板６の傾斜の角度θが、ファン１から遠い金属板ほど小さくなるようにしたので、ファン１やファンモータ２から放射される騒音を遮音すると同時に、ファン１から離れた位置の熱交換器４からの空気流入量を増やすことができ、熱交換効率を向上させることができる。

実施の形態３．
図１１は本発明の実施の形態３による冷凍サイクル装置の室外機のパネル７の構造の一例を説明する斜視図であり、複数の金属板の傾斜の角度を可変できる構成としている。
図において、パネル枠部９と接合するがらり状金属板６の両端部の、筐体外部側の金属板端部はパネル枠部９とピン結合１０しており、傾斜方向に回転の自由度を持つ構成となっている。
また、がらり状金属板６の両端部の、筐体内部側の金属板端部は連結棒１１で各がらり状金属板６が連結されており、この連結棒１１が、例えば図１１に示すように、位置１１ａから位置１１ｂに移動することにより、がらり状金属板６は一斉に揺動運動を行い、傾斜角度が一斉に変化する。
連結棒１１の下方はステップモータ１２と結合した連結部材１３とピン結合されており、ステップモータ１２の回転角で連結部材１３が回転し、連結棒１１を移動させる。また、連結部材１３にはストッパ１４が設けられており、異常があっても回転角が制限される構造になっている。
このような構成でパネル７を形成すれば、ステップモータ１２の回転角を制御することにより、がらり状金属板６の取り付け角度（傾斜の角度θ）を可変にすることができる。

冷凍サイクル装置の室外機を高負荷運転する際には、ファン１を高速で運転し、大風量を流す必要がある。この時にファン騒音が大きくなる。そこで、装置外に空気吸い込み側から漏れないようにするために、ステップモータ１２の回転角を制御し、がらり状金属板６の取り付け角度（傾斜の角度θ）が大きくなるようにする。通常運転時はファン騒音は小さいので、高効率運転を重視して傾斜角度を小さくし、風量低減を抑える。

なお、本実施の形態の構成の室外機に対し、風速センサ（図示せず）や温度センサ（図示せず）を用いて、実運転状態をモニタリングしながら、傾斜角度を自動制御することも可能となる。

また、がらり状金属板６の傾斜角度を可変できる構成としては、図１１に示す構成に限らない。

以上のように、本実施の形態では、がらり状金属板の傾斜角度を可変できるように構成したので、運転条件と連動して騒音と空気流量の制御ができるようになる。

実施の形態４．
図１２は本発明の実施の形態４による冷凍サイクル装置の室外機を示す斜視図である。また、図１３は図１２の冷凍サイクル装置の室外機を平面Ｂでカットした際の断面図である。
図１３において、略平板状のがらり状金属板６の短辺の長さ（筐体内部側端部と筐体外部側端部との間の長さに対応）をスパンｓ、熱交換器４１に最も近い位置での１つ隣のがらり状金属板６間の距離（図４において、筐体内部側のがらり状金属板端部６ａ間の距離Ｌ２に対応）をピッチｐとする。図１２，図１３に示すようにファン１に近づくにつれて、がらり状金属板６のスパンｓを短く、がらり状金属板６のピッチｐを密に設けている。
このような構成にすれば、ファン１から上流側に放射された騒音１００を効果的に遮音することができる。

騒音１００は球状に広がっていくので、単位面積あたりの音響エネルギーは音源から離れるにつれて小さくなる。そのため、音源に近い位置で音波が外部に漏れると大きな騒音となる。ファン騒音は一般に５００Ｈｚ以下の低い周波数騒音であり、波長は常温の空気で約０．７ｍ以上となる。低い周波数ほど隙間が小さくなれば音が通過しなくなり、回り込み（回折）による音の伝搬もしにくくなる。したがって、ファン１近傍のがらり状金属板６のピッチｐを小さくすることにより、ファン１に近い吸い込み口からの騒音が抑えられ、音を効果的に遮音する構造とすることができる。

また、風と金属板との摩擦抵抗は風速の２乗に比例する。吸い込み風速はファン１近傍の方が一般に大きいため、ファン１近傍のがらり状金属板６のスパンｓを短くすることにより、摩擦損失を小さくすることができる。その結果、風量低減を抑えることができる。また、ファン１近傍のピッチｐを密にしても、空気の流入量を大きく減らすことがない。

なお、上記実施の形態では、がらり状金属板６のスパンｓ及びピッチｐを、ファン１近傍に近づくにつれて徐々に変化させる構成のものを示したが、段階的に変化する構成であってもよい。

以上のように、本実施の形態では、ファン１に近づくにつれてがらり状金属板６のスパンｓを短く、ピッチｐを密に設ける構造としたので、ファン１近傍の流入量を大きく減らすことなく、ファン１の近くで騒音を低減することができる。

なお、上記各実施の形態において。筐体の側面から流入する空気と熱交換する熱交換器４１は、筐体の側面に沿って、筐体設置面に対して垂直に設けられ、パネル７に密着した構成のものを示したが、密着していなくてもパネル７に対向配置されていればよく、また、パネル７が設けられる室外機側面に対し、斜めに配置されるものであってもよい。

本発明の実施の形態１による冷凍サイクル装置の室外機を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係わるがらり状金属板の詳細を示す図である。 本発明の実施の形態１による冷凍サイクル装置の室外機を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係わるがらり状金属板及び熱交換器の詳細を示す図である。 本発明の実施の形態１に係わるがらり状金属板の傾斜角度とがらり状金属板のすきまの流速の増速比との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１による冷凍サイクル装置の他の構成の室外機を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係わるがらり状金属板の詳細を示す図である。 本発明の実施の形態１による冷凍サイクル装置のさらに他の室外機を示す図である。 本発明の実施の形態２による冷凍サイクル装置の室外機を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２による冷凍サイクル装置の室外機を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係わるパネルの構造を説明する斜視図である。 本発明の実施の形態４による冷凍サイクル装置の室外機を示す斜視図である。 本発明の実施の形態４による冷凍サイクル装置の室外機を示す断面図である。

符号の説明

１ ファン、２ ファンモータ、３ 筐体、４，４１，４２ 熱交換器、５ 機械室、６ がらり状金属板、７ パネル、８ 側面穴、９ パネル枠部、１０ ピン結合、１１ 連結棒、１２ ステップモータ、１３ 連結部材、１４ ストッパ。

Claims (5)

1. 室外機本体の上部に設置された送風機と、上記室外機本体内部に設けられ、上記室外機本体外部より流入する空気と熱交換する熱交換器と、略平板状の複数の金属板及び該複数の金属板を支持するパネル枠部より構成され、上記複数の各金属板の板面が、室外機設置面に平行な面に対し、室外機本体内部側の金属板端部を基点として上側に傾斜しており、該傾斜の角度は０度より大きく９０度未満であり、上記金属板の室外機本体内部側端部と室外機本体外部側端部との長さが、送風機に近い金属板ほど短く、かつ上記金属板の併設ピッチが密に設けられており、上記熱交換器の空気流入側または空気流出側に対向して上記室外機本体の側面に設置されたパネルを備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置の室外機。
2. パネル枠部は、熱交換器に対向する面積が最小となるように構成したことを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置の室外機。
3. 熱交換器内を流れる空気の流れ方向に沿ったパネル枠部の長さは、上記流れ方向に垂直な方向のパネル枠の厚みより長くなるように構成したことを特徴とする請求項２記載の冷凍サイクル装置の室外機。
4. 複数の金属板は、送風機から遠い金属板ほど、上記金属板の傾斜の角度が小さいことを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置の室外機。
5. 複数の金属板の傾斜の角度を可変できる構成としたことを特徴とする請求項１記載の冷凍サイクル装置の室外機。

Images