JP4690682B2

JP4690682B2 - 空調機

Info

Publication number: JP4690682B2
Application number: JP2004259549A
Authority: JP
Inventors: 政広有永; 邦彦加賀; 彰二山田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2024-09-07
Also published as: JP2006077585A

Description

本発明は、ＯＡ機器や空調機の室外または室内ユニットなどに搭載されている送風機に関する。本発明はまた空調機に関する。

ＯＡ機器や空調機の室外ユニットなどには、用途に応じて送風機として軸流ファンや遠心ファンが搭載されている。例えば特許文献１には、空調機の室外ユニットとして、室外ユニットの背面および一側面にＬ字形の熱交換器、室外ユニットの中央に軸流ファン、軸流ファンの外周部にベルマウスを設けたものが開示されている。

なお、特許文献２には、ファンの外周とベルマウスとの隙間を周方向に不均一にする軸流ファンが開示されている。
特開２０００−２０５６０１号公報特開２００１−３４９３００号公報

かかる室外ユニットでは、上記一側面とは反対側の側面側には、圧縮機が配置された機械室が設けてあり、軸流ファン等を配置した送風室とは仕切板により仕切られているため、送風室は軸流ファンに対し対称形状ではなく、軸流ファンの送風上流側における流入速度分布（方向および速さ）が周方向不均一になる。ところが、ベルマウスは、吸込用開口部から吹出用開口部に到る内面の高さおよび曲率半径が周方向に関して一定の軸対称形状のもの（例えば、所定の曲率半径で吸込側に開口した吸込用開口部と、該空気吸込用開口部から略等径で吹出方向に延びる所定幅のガイド部とが連続した形状をなす。）が使用されているため、熱交換器側面部からの気流をベルマウスに沿って滑らかに流すようにしても、熱交換器背面部を通過した後仕切板に沿ってファンに向かう気流は、ベルマウスに沿って流れずファン径方向成分を有する状態でファンに流入するため、軸流ファンにトルクがかかり、同一の風量および静圧を得るには軸流ファンを駆動するモータの出力を増加させる必要がある。その結果、静圧効率［＝（風量×静圧）／モータ出力×１００％］が低下するとともに、軸流ファンの回転数増加による騒音が増加する。また、仕切板からの流れにより仕切板とファン外周との間の空間で剥離渦が発生して空気が乱れることによる騒音も増加する。

そこで、本発明は、空調機の室外ユニットなどに用いられ、静圧効率を高め、騒音を低下させた送風機を提供することを目的とする。

本発明はまた、静圧効率を高め、騒音を低下させた空調機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る送風機の一態様は、
所定の軸線周りに回転可能なボス部およびボス部の外周に取り付けられた複数の羽根を備えた軸流ファンと、軸流ファンの羽根の外周端より外側に設けられ、少なくとも吸込側開口部の内周の曲率半径が周方向に関して異なるベルマウスと、を備えることを特徴とする。

本発明に係る空調機は、
室内ユニットおよび室外ユニットを備えた空調機において、
室内または室外ユニット本体内に配置された軸流ファンと、軸流ファンの羽根の外周に設けられ吹出側開口部の端面が上記本体の前面パネルに取り付けられたベルマウスと、上記本体の背面および一側面に設けたＬ字状の熱交換器と、上記一側面と反対側に位置し、仕切板を介して軸流ファンが配置された空間と仕切られたチャンバと、を備え、ベルマウスは、少なくとも吸込側開口部の内周の曲率半径が上記仕切板側で上記一側面側より大きくなるように形成され、上記曲率半径は、周方向に関して連続的に変化し、上記仕切板は、上記本体の背面側から上記ベルマウスに向けて形成された傾斜部分を有し、上記ベルマウスの上記仕切板側は、吸気用開口部の端面の接線方向が上記仕切板の上記傾斜部分からの主流方向にほぼ一致するように形成され、上記仕切板の上記傾斜部分と上記ベルマウスの上記端面とが接続されることを特徴とする。

本発明に係る送風機の一態様によれば、軸流ファンの周囲の部材の配置・構成に合わせてベルマウスの形状を少なくとも吸込側開口部の内周の曲率半径が周方向に関して異なように設定することで、軸流ファンの送風上流側における流入速度分布が周方向不均一であっても、ベルマウスの吸込用開口部に流入する気流をベルマウスに沿って滑らかに流すことが可能となる。その結果、軸流ファンにかかるトルクを抑制でき、静圧効率を上げるとともに騒音を低下できる。

本発明に係る空調機によれば、熱交換器側面側からベルマウスの吸込用開口部に流入する気流と、熱交換器背面部を通過した後仕切板に沿って流れて吸込用開口部に流入する気流とを、流入速度分布が異なるが、ベルマウスに沿って滑らかに流すことができる。その結果、軸流ファンにかかるトルクを抑制でき、静圧効率を上げるとともに騒音を低下できる。

以下、添付図面を参照して本発明に係る実施の形態を説明する。なお、本願明細書では、方向を表す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」、およびこれらの用語を含む別の用語）を適宜用いるが、説明に用いる図面中の方向を示すだけのものであって、これらの用語によって本発明が限定的に解釈されるべきでない。以下、本発明に係る送風機を空調機の室外ユニットに適用した例を説明するが、当該送風機は室内ユニットやその他の装置に適用できる。

図１は、本発明に係る送風機の一実施形態を備えた、空調機の室外ユニットを示す。この室外ユニット２は、本体として略直方体形状の外観をなすハウジング３を有し、ハウジングの内部空間は、仕切板４により右側にチャンバとして機械室６が形成され、送風室８と分離されている。機械室６には圧縮機１０等が配置されている。送風室８の中央部には、ボス部１２およびボス部外周に取り付けた複数の羽根１４を有する軸流ファン１６が配置されている。ボス部１２は、ハウジング３の床板１８に固定された保持部材２０により保持されたモータ２２に回転可能に駆動連結されている。ハウジング３の背面壁および左側面壁にそれぞれ形成された吸込口に対向して、Ｌ字形状の熱交換器２４が設けてある。さらに、ハウジング３の前壁２５に形成された円状の吹出口の前方にファングリル２６が取り付けてある。熱交換器２４による熱交換率をできるだけ高めるために、熱交換器背面部２４ａは、ハウジング３の背面略全長にわたって設けられ、これに対応して、仕切板４は、熱交換器背面部２４ａの最も右側の部分から空気が送風室８に流れ込むように背面右側近傍から左側前方に向けて形成された傾斜部分４ａを有する。仕切板４はまた、この傾斜部分４ａ以外に、送風室８のスペースを確保するために、傾斜部分４ａの終端からほぼ軸方向に沿って伸びハウジング前壁２５に接続された垂直部分４ｂを有する。ここで、図１は、ボス部１２の軸線を含み熱交換器２４のフィンにほぼ垂直な平面による送風機の切断面である。

図２も参照して、軸流ファン１６の羽根１４の外周端より外側にベルマウス２８が配置されている。ベルマウス２８の吹出側開口部は、ハウジング前壁２５の円状吹出し口と同一の外径を有し、その端面がファングリル２６に取り付けてある。代わりに、ベルマウス２８の吹出側開口部の端面は前壁２５に取り付けてもよい。前壁２５とファングリル２６は、送風機２の前面パネルを構成する。ベルマウス２８は、吸込用開口部から吹出用開口部に到る内面（ボス部１２の軸線と同一平面にある内周線）の曲率半径（以下、単に曲率半径という。）が周方向に連続的に変化させており、仕切板４側の曲率半径が熱交換器側面部２４ｂ側より大きくなるように形成されている。

より詳しくは、ベルマウス２８の熱交換器側面２４ｂ側の吸込用開口部は、図１の部分拡大図である図３に示すように、ベルマウス２８の切断面の吸込用開口部の端面の接線方向が熱交換器側面部２４ｂ側から流入する気流の主流方向（軸流ファン１６の径方向とほぼ平行）にほぼ一致するように形成されている。さらに、ベルマウス２８の熱交換器側面部２４ｂ側の曲率半径は、ベルマウス２８内で剥離が生じない程度に小さくしてある。一方、ベルマウス２８の仕切板４側は、図１に示すように、吸込用開口部の端面の接線方向が仕切板傾斜部分４ａからの主流方向にほぼ一致し且つ吸込用開口部の端面が傾斜部分４ａの終端近くに位置するよう形成されている。

かかる構成を備えた室外ユニット２の利点を説明するために、比較例として図４に示す室外ユニット２’について言及する。この室外ユニット２’は、曲率半径が周方向不均一のベルマウス２８の代わりに、曲率半径および高さ（軸方向長さ）が周方向均一のベルマウス２８’を備えている以外は、室外ユニット２と同様の構成を有する。熱交換器側面部２４ｂ側からベルマウス２８’の吸込用開口部に流入する気流は、ベルマウス２８’に沿って滑らかに流れる。しかしながら、熱交換器背面２４ａ部を通過した後仕切板傾斜部分４ａに沿って流れて吸込用開口部に流入する気流は、ベルマウス２８’に沿って流れず径方向成分を有する状態でファンに流入するため、軸流ファン１６にトルクがかかり、その結果、静圧効率が低下する。また、ベルマウス２８’と仕切板４との間の空間で剥離渦４０が発生するため、軸流ファン１６に流入する気流が乱れ、騒音が増加する。

これに対し、本実施形態では、ベルマウス２８の仕切板４側の吸込用開口部の形状が仕切板傾斜部分４ａからの主流方向にほぼ一致するため、熱交換器背面２４ａ部を通過した後仕切板傾斜部分４ａに沿って流れて吸込用開口部に流入する気流は、ベルマウス２８に沿って滑らかに流れる。その結果、軸流ファン１６にかかるトルクを抑制でき、静圧効率を上げるとともに騒音を低下できる。また、ベルマウス２８は周方向に関して高さが異なり、ベルマウス２８の仕切板４側の吸込用開口部の端面が傾斜部分４ａの終端近くに位置するため、剥離渦が小さく騒音を低下できる。なお、ベルマウス２８の吸込用開口部の端面の接線方向にほぼ一致するようにベルマウス内に流入した気流は、コアンダ効果（流れの中に物体を置いたときにその物体に沿って流れようとする流体の性質）によりベルマウスに沿って流れて吹出用開口部から流出するため、ベルマウス２８内で剥離が生じることが抑制される。

ベルマウス２８の曲率半径を周方向に連続的に変化させる（したがって、ベルマウスの内周面に段差が生じない）ことにより、周方向全てに関して流れがベルマウス２８に沿って滑らかに流れるようになり、ベルマウス２８内に剥離が生じるのを抑制できる。さらに、この構成は、軸流ファン１６から吹出した気流とファングリル２６との衝突による騒音が低下する効果を有することが本発明者により確認されている。これは、軸流ファン１６の送風上流側では流速分布が熱交換器側面部２４ｂ側では速く仕切板４側では遅いのに対し、同一風量に対し軸流ファン１６の送風下流側における流速分布が周方向に均一化される方向に遷移（流速の差が小さくなる）し最大速度が減少するためと考えられるが、詳細は不明である。

以上の説明は、本発明の一実施形態に係るもので、本発明はこれに限らず種々改変可能である。例えば、上記実施形態では、仕切板傾斜部分４ａとベルマウス２８は間隔をあけて配置したが、図５に示す室外ユニット２Ａのように、ベルマウス２８Ａを仕切板傾斜部分４ａに接続するように形成してもよい。この場合、上記実施形態のように仕切板垂直部分４ｂ近傍に剥離渦が生じるのを防止できる。

また、図６に示す室外ユニット２Ｂのように、ベルマウス２８Ｂがハウジング前壁としても機能するような構成を有してもよい。

さらに、上記実施形態では、ボス部１２の軸線を含む任意の平面で切断したときのベルマウスの各内周線の曲率半径は一定としたが（すなわち内周線が円弧状）、一定でない場合も本発明の範囲内に含まれる。例えば、図７に示す室外ユニット２Ｃは、各内周線の送風上流側と送風下流側とで曲率半径および曲率中心の位置を異ならせたベルマウス２８Ｃを備えている。具体的には、速度の大きな気流が流入するベルマウス２８Ｃの熱交換器側面部２４ｂ側では、吸込用開口部の曲率半径を小さくし吹出用開口部の曲率半径を大きくしている。速度の小さな気流が流入するベルマウス２８Ｃの仕切板４側では、吸込用開口部の曲率半径を大きくし吹出用開口部の曲率半径を小さくしている。上記実施形態と異なり、ベルマウス２８Ｃの吹出用開口部がディフューザ流路として機能するため、送風下流側で速度が減少し、ファングリル２６への衝突に伴う騒音を低減できる。また、送風下流側で速度が減少することで、動圧の静圧への変換効率が向上するので、静圧効率が向上する。仕切板４側では、吹出用開口部の曲率半径を小さくしてディフューザ流路の広がり角を小さくしているが、これは、速度の小さな気流が吹出用開口部付近で剥離するのを抑制するためである。

加えて、上記実施形態では、軸流ファンを備えた送風機を説明したが、所定の軸線周りに回転可能なボス部およびボス部の外周に取り付けられた複数の羽根を備えた遠心ファンと、遠心ファンの送風上流側に設けられ、吐出側開口部の内径が羽根の外周端よりも小さいベルマウス（気流供給部材）であって、少なくとも吸込側開口部の内周の曲率が周方向に関して異なるものと、を備えた送風機も本発明の範囲内に含まれる。この構成において、遠心ファンの周囲の部材の配置・構成に合わせてベルマウスの形状を設定することで、ベルマウスの吸込用開口部に流入する気流を、ベルマウスに沿って滑らかに流すことが可能となり、その結果、遠心ファンにかかるトルクを抑制でき、静圧効率を上げるとともに騒音を低下できる。

本発明に係る送風機の一実施形態を備えた、空調機の室外ユニットを示す平面図。図１の軸流ファンのみを背面側から見た図。図１の部分拡大図。比較例である空調機の室外ユニットを示す平面図。本発明に係る送風機の変形例を備えた、空調機の室外ユニットを示す平面図。本発明に係る送風機のさらに別の変形例を備えた、空調機の室外ユニットを示す平面図。本発明に係る送風機のさらに別の変形例を備えた、空調機の室外ユニットを示す平面図。

符号の説明

２室外ユニット
３ハウジング（本体）
４仕切板
６機械室（チャンバ）
８送風室（軸流ファン配置空間）
１２ボス部
１４羽根
１６軸流ファン
２４熱交換器
２４ａ熱交換器背面部
２４ｂ熱交換器側面部
２５前壁
２６ファングリル
２８ベルマウス

Claims

室内ユニットおよび室外ユニットを備えた空調機において、
室内または室外ユニット本体内に配置された軸流ファンと、
軸流ファンの羽根の外周に設けられ吹出側開口部の端面が上記本体の前面パネルに取り付けられたベルマウスと、
上記本体の背面および一側面に設けたＬ字状の熱交換器と、
上記一側面と反対側に位置し、仕切板を介して軸流ファンが配置された空間と仕切られたチャンバと、
を備え、
ベルマウスは、少なくとも吸込側開口部の内周の曲率半径が上記仕切板側で上記一側面側より大きくなるように形成され、
上記曲率半径は、周方向に関して連続的に変化し、
上記仕切板は、上記本体の背面側から上記ベルマウスに向けて形成された傾斜部分を有し、
上記ベルマウスの上記仕切板側は、吸気用開口部の端面の接線方向が上記仕切板の上記傾斜部分からの主流方向にほぼ一致するように形成され、
上記仕切板の上記傾斜部分と上記ベルマウスの上記端面とが接続される、
ことを特徴とする空調機。
ベルマウスは、軸流ファンの軸線を含む任意の平面で切断したときの各内周線の長さが、上記仕切板側で上記一側面側より大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１の空調機。