JP5558449B2 - 送風機、室外機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば空気調和機、給湯器等の冷凍サイクル装置を構成する熱交換器等に送風を行うための送風機等に関するものである。

例えば、冷媒回路を構成して、冷媒を循環させて対象空間等の加熱、冷却等を行う冷凍サイクル装置では、室内機と室外機とに分けて構成することが多い。そして、このような室外機（室外ユニット）では、翼（プロペラ）を有するプロペラファンを回転させて空気の流れを発生させ、送風（冷却、排熱等）を行っている。

従来、省エネルギー化、低騒音化等の要求に対応するファン高効率化を目的として、室外機の吹出口側に円筒状の直管部と直管部の両端部分が直管部に対して内径が増加する吸込口と吹出口を有するベルマウスを設けた送風機を有する室外機がある。このような室外機において、ベルマウスの吹出口側と室外機の前面パネルとが連なるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ベルマウスの強度増強を目的として、ベルマウスの外周に補強リブを複数設けた送風機を有する室外機が提案されている（例えば、特許文献２参照）。ここで、補強リブは吹出口の中心に対してベルマウスの壁ほぼ同角度で傾斜させている。

特開２００３−１８４７９７号公報(第９項、第１図) 特開２０００−１１１０９８号公報(第５項、第２図)

このような室外機では、例えば、背面と側面側から熱交換器を通過して、気流が室外機の送風室内部に流入するようにしていた。このとき、例えば円形状のファン、ベルマウスに対して、送風室を構成する筐体等は直方体形状である等、ベルマウスと筐体等の形状が違うと、ベルマウスと筐体（送風室）の壁面との距離が一定にならない。そして、例えば、ベルマウスと筐体の壁面との距離が一定でないことが原因となって、ベルマウス外周からファンに吸込まれる気流の風量分布が周方向で不均一となってしまっていた。そのため、例えばファンの回転に伴う翼周りの流れの変動が大きくなり、騒音の原因となっていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、例えばベルマウスと筐体の壁面との距離が一定でないような場合でも、低騒音、高効率をはかることができる送風機等を得ることを目的とするものである。

本発明に係る送風機は、略直方体状の筐体と、筐体内において回転軸を中心に回転して気体の流れを発生させる複数の翼を有するプロペラファンと、筐体内においてプロペラファンの翼の回転方向に壁面を形成し、プロペラファンによる気体の流れを整流するベルマウスと、筐体の気体が流れる方向と対向する面に、ベルマウスの開口形状と合わせて設けられた吹出口と、筐体において回転軸と平行となる面とベルマウスとが近くなるベルマウスの外側の部分に、筐体の吹出口を有する面と接し、気流を上流へ偏向するよう形成された案内板とを備えたものである。

本発明によれば、ベルマウスの外側の部分に案内板を設けることにより、例えばベルマウスの周囲に回り込んで旋回する旋回流を案内板１６に衝突させてプロペラファンに流入させることで、プロペラファンへの気体の流入量を増やし、高効率の送風機を得ることができる。このとき、旋回流を案内板に衝突させるようにすることで、衝突により上流側に向かう気流の位置が固定され、気流の変動を抑えることができ、プロペラファンに流入する気流を安定させることができる。そして、例えば、筐体において回転軸と対向する面とは異なる面とベルマウスとの間が近い部分に案内板を形成することにより、この部分における吸気側からの流入量の少なさを旋回流で補うことで、プロペラファンにおける流入量差（圧力差）を小さくし、振動を抑制して騒音を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る室外機を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る室外機の構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係るファングリル９ａを外した構成図である。 本発明の実施の形態１に係る室外機内部構成を説明するための図である。 室外機内における気流を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係る室外機内の構成等を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る室外機の内部を示す図である。 本発明の実施の形態４に係る室外機の内部を示す図である。 本発明の実施の形態５に係る空気調和装置の構成図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について説明する。
図１は本発明の実施の形態１に係る室外機の吹出口から見た斜視図である。また、図２は上面側から室外機の構成を説明するための図である。ここでは、冷凍サイクル装置として空気調和装置を代表とし、空気調和装置の室外機について説明するが、例えば給湯器用の室外機等も同様の構成とすることができる。

図１及び図２に示すように、室外機本体１９は、２つの側面１９ａ及び１９ｃ、上面１９ｅ、底面１９ｆ並びに後述するプロペラファン５の回転軸１７の方向に対向する面となる前面１９ｂ及び背面１９ｄを有するほぼ直方体の筐体で構成されている。側面１９ａ及び背面１９ｄは外部から空気を吸込むための開口部分を有している。また、前面１９ｂは外部に空気を吹出す吹出口９となる開口部分を有している。そして、吹出口９は、物体等とファン５との接触を防止して安全をはかるためにファングリル９ａで覆われている。

また、空気調和装置の室外機本体１９内には、ボス（プロペラボス）１８の周囲に複数枚（例えば３枚）の翼４を有するプロペラファン５（以下、単にファン５と記す）が収容設置されている。ファン５は背面１９ｄ側にあるファンモータ６で回転駆動される。そして、室外機本体１９内部はセパレータ３によって、ファン５が設置されている送風室１と圧縮機１１等が設置されている機械室２に分けられている。図２に示すように、側面１９ａと背面１９ｄの内側には略Ｌ字状の熱交換器１０が設けられている。

上述したように、熱交換器１０、前面パネル８等で囲まれた送風室１にファン５が設置されている。ファン５の半径方向外側には、翼４の回転方向に沿って、翼４の外周端より外側に壁面を形成したベルマウス７が取り付けられる。ベルマウス７は、室外機の前面パネル８と一体または別体として取り付けられ、吹出口９と開口形状を合わせるように吹出口９の外周を囲んでいる。ベルマウス７は吸込側と吹出側とを区切って、ファン５による空気の流れを整流し、吹出口９近傍の風路を構成する。

図３は吹出口９を覆うファングリル９ａを取り外した室外機の構成図である。また、図４は室外機本体１９の内部構成等を説明するために前面パネル８等を取り外した構成図である。次に室外機本体１９の内部構成等について説明する。

前述したように、室外機本体１９の外側からベルマウス７を覆うようにファングリル９ａが前面パネル８に取り付けられている。そして、ファン５の吸込み側には熱交換器１０が側面１９ａと背面１９ｄにかけてＬ字状に設けられている。熱交換器１０は、例えば、板状の面が平行になるように並設された複数のフィンと、その並設方向に各フィンを貫通する伝熱管で構成されるフィンチューブ型の熱交換器である。伝熱管内には、冷媒回路を循環する冷媒が循環する。本実施の形態の熱交換器１０は、伝熱管が室外機本体１９の側面１９ａと背面１９ｄにかけてＬ字状に伸び、図４に示すように、上面１９ｅと底面１９ｆとに略垂直な方向（上下方向）に複数段の伝熱管が並んで、それぞれフィンを貫通して構成している。また、熱交換器１０は、配管１２等を介して圧縮機１１と接続し、空気調和装置の冷媒回路を構成する。そして、基板箱１４内の基板１３は室外機内に搭載された機器を制御する制御装置を有している。

次にベルマウス７の形状について説明する。ベルマウス７は、形状等により分類した入口部、直管部及び出口部で構成する。例えば円筒形状の直管部は、ベルマウス７において径が最小となる部分である。また、入口部は、直管部からベルマウス７の入口端まで、ファン５側に凸となる曲面で回転軸１７との距離を広げて形成した部分である。そして、出口部は、直管部から出口端まで、直線的に回転軸１７との距離を広げ、例えばテーパ状になるように形成した部分である。ベルマウス７の出口端と吹出口９とは連通する。

図５は室外機内における気流等を説明する図である。ここで、例えば、室外機本体１９（送風室１）は直方体形状であるため、回転軸と対向する面以外の面（例えば側面１９ａ、上面１９ｅ、底面１９ｆ）とベルマウス外周面７ｂとの距離は場所によって壁面の距離が異なる。例えば、図５（ａ）に示すように、上下左右方向の距離は、対角部方向の距離と比べて相対的に短くなっている。また、送風室１内においては、上下左右方向の空間より対角部方向における空間の方が大きい。

図６は実施の形態１に係る室外機内の構成等を示す図である。本実施の形態では、ベルマウス外周面７ｂと筐体壁面（例えば上面１９ｅ）との間において、（対角部等と比べて相対的に）距離が短くなる部分（例えば、ベルマウス７の最上部分における位置）に、平板である案内板１６を設ける。ここでは、平板とするが厚み等について限定するものではない。このとき、案内板１６は、前面１９ｂ（前面パネル８）と接するようにし、ベルマウス外周面７ｂ（円筒面）に対して略垂直に形成されるように設置する（案内板１６の平面は側面１９ａ、１９ｃと平行となっている）。ここで、案内板１６は、例えばベルマウス７の上部又は下部の一方に取り付ければ、発明の目的を達成することができるが、例えば、上部と下部との両方、上部から周方向に９０度おきに取り付ける（側面１９ａ、１９ｃの方向にも取り付ける）等するとなおよい。

次に、本実施の形態の室外機における送風動作について説明する。例えば室外機において、ファン５が回転すると、室外機本体１９の外部から内部に空気が吸い込まれる。これにより、側面１９ａまたは背面１９ｄの熱交換器１０に空気が流入して熱交換がなされる。その後、ファン５、さらにベルマウス７を通過して、吹出口９から室外機外部に空気が吹き出される。このとき、図２に示すように、吹出口９から室外機外部に導かれる気流Ａが発生する。

次に、図５と図６に基づいて、本実施の形態におけるベルマウス７付近の気流の流れについて案内板１６がない場合との比較において説明する。例えば図５に示すように、室外機本体１９の背面１９ｄの対角部から送風室１に流入した気流の一部は、前面パネル８に向かった後、ベルマウス外周面７ｂを回り込み、ベルマウス風上側端部１５と上面１９ｅとの間が接近する（近くなる）前面パネル８の中央付近（例えば中央部分が最も近くなる）で左右からの気流（ベルマウス７周辺を旋回する旋回流）が衝突する。衝突する点は、図５のように案内板１６がなければ、ベルマウス風上側端部１５の最上部と上面１９ｅとの距離や翼４の回転位置により左右（側面１９ａ、１９ｃとを結ぶ方向）に変化する。このとき、ベルマウス外周面７ｂを通過する気流の風速は、ベルマウス風上側端部１５に比べて、前面パネル８側の方が大きい風速分布となっている。衝突した後、気流Ｂは前面パネル８からベルマウス風上側端部１５の方（上流側）へ向きを変えてベルマウス外周面７ｂに沿って流れ、ベルマウス風上側端部１５を回り込み、ファン５の回転によりベルマウス７の内周側に流入する。ここで、ベルマウス風上側端部１５と上面１９ｅとの距離が短い前面パネル８の中央付近において、気流Ｂが衝突する点は、ファン５の回転と共に左右方向に振動する。

前述したように、本実施の形態の送風機においては、ベルマウス７のベルマウス外周面７ｂと筐体壁面（例えば上面１９ｅ）との距離が短い部分（ベルマウス７と室外機本体１９の壁面との距離が近くなる部分）に案内板１６を取り付ける。この結果、図６に示すように、ベルマウス外周面７ｂを回り込んだ気流は案内板１６にぶつかった後、前面パネル８側から上流側へ向かう。案内板１６を設置したことで、気流は、気流同士ではなく、固定位置にある案内板１６にぶつかって上流側へ向かう。このため、気流が上流側へ向かう位置を固定させることができ、ベルマウス外周面７ｂに回り込んだ気流が安定してファン５に吸い込まれる。

以上のように、実施の形態１の冷凍サイクル装置の室外機では、室外機が有する送風機において、ベルマウス外側（ベルマウス外周面７ｂ）に案内板１６を取り付けることにより、ベルマウス外周面７ｂに回り込んだ気流を案内板１６に衝突させ、ベルマウス風上側端部１５側（上流側）に向かわせてファン５に吸い込ませることができる。これにより、送風機の送風量を増加することができ、高効率の送風機を得ることができる。このとき、位置が固定した案内板１６に気流をぶつけるようにすることで、気流が上流側へ向かう位置が変動せず、ファン５に吸い込まれる気流を安定させることができる。また、ベルマウス７の外周面７ｂと筐体の前面１９ｂとの距離が短い部分に案内板１６を形成することにより、この部分において、従来、流入量が少なかったベルマウス７に流入する空気の量が多くなり、ベルマウス７に流入する気体の流入量が均一となるようにすることができ、ファン５の回転方向における流入量差（圧力差）を小さくすることができる。これにより、流入量差によって翼面に発生する力の変動を小さくし、ファン５の振動を抑制することができ、それによって発生する騒音を抑制することができる。また、高効率の送風機により、冷媒と空気（気体）との熱交換を効率よく行うことができる熱交換器を得ることができる。

実施の形態２．
上述の実施の形態では特に示さなかったが、本実施の形態では、案内板１６の寸法について説明する。例えば回転軸１７方向の寸法については、前面パネル８（前面１９ｂ）を起点として前面パネル８に接するようにし、前面パネル８からベルマウス風上側端部１５までの間とする。また、上下方向（案内板高さ方向）の寸法についてはベルマウス外周面７ｂを起点にしてベルマウス外周面７ｂに接するようにし、ベルマウス外周面７ｂから上面１９ｅまでの間とする（ベルマウス７の上部に設けている場合）。

本実施の形態においても実施の形態１と同様の効果が得られる。特にベルマウス外周面７ｂを回り込んだ気流の中でも風速が大きい部分となる前面パネル８側を起点に案内板１６を設置するようにしたため、ベルマウス外周面７ｂに回り込んだ気流をさらにファン５に吸い込ませることができる。

以上のように、実施の形態２の冷凍サイクル装置の室外機においても、風速の大きい前面パネル８側に案内板１６を設置したため、実施の形態１と同様にベルマウス外周面７ｂに沿って前面パネル８から上流の熱交換器１０へ向かう気流Ｂを安定してファン５に吸い込ませることができる。このため、低騒音、高効率の室外機を得ることができる。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の室外機の内部を示すための図である。図７では、室外機から室外機の上面１９ｅ、側面１９ａ、熱交換器１０及びファンモータ６を取り除いて示している。

本実施の形態では、案内板１６の寸法について、回転軸１７方向の寸法については前面パネル８からベルマウス風上側端部１５までとする。また、上下方向（案内板高さ方向）の寸法についてはベルマウス外周面７ｂから上面１９ｅまでとする（ベルマウス７の上部に設けている場合）。このため、ベルマウス外周面７ｂと上面１９ｅとに接する。本実施の形態においては、ベルマウス７と上面１９ｅとの間の空間が、案内板１６によって２つに分かれ、遮断される。

本実施の形態でも、実施の形態１及び実施の形態２と同様の効果が得られる。さらに本実施の形態では、ベルマウス外周面７ｂ側を案内板１６で遮断するようにしたので、ベルマウス外周面７ｂに回り込んだ気流が、すべて上流側に向き、ファン５に吸い込ませることができる。

以上のように、実施の形態３の冷凍サイクル装置の室外機においても、実施の形態１及び実施の形態２の室外機と同様にベルマウス外周面７ｂに沿って前面パネル８から上流の熱交換器１０へ向かう気流Ｂを、安定してファン５に吸い込ませることができる。さらに、ベルマウス外周面７ｂ側の風路を案内板１６で完全に塞ぐようにしたので、気流Ｂをすべてファン５に吸い込ませることができ、さらに低騒音、高効率の室外機を得ることができる。

実施の形態４．
図８は本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の室外機の内部を示すための図である。図８では、室外機から室外機の上面１９ｅ、側面１９ａ、熱交換器１０及びファンモータ６を取り除いて示している。

本実施の形態では、案内板１６の設置方向について、案内板１６が回転軸１７に対して傾きを有するようにして（角度をつけて）、前面パネル８、ベルマウス外周面７ｂに接するように設置する。案内板１６傾ける方向については、ベルマウス外周面７ｂを回り込んだ気流Ｂが、ファン５の回転方向と同一方向に予旋回を付与されてファン５に吸い込まれるような方向とする。

気流Ｂに予旋回が付与されてファン５に吸い込まれるようにすることで、ファン５の側面から吸い込まれる気流とファン５との間の相対速度が低下し、気流が翼４からはく離することを抑えることができる。

以上のように、実施の形態４の冷凍サイクル装置の室外機によれば、案内板１６を回転軸１７に対して傾けて設置したため、実施の形態１〜３と同様にベルマウス外周面７ｂに回り込んだ気流を安定してファン５に吸い込ませることができると共に、気流に予旋回を付与することで、ファン５に吸い込まれた気流が翼４からはく離することを抑えることができる。このため、低騒音、高効率の室外機を得ることができる。

実施の形態５．
図９は本発明の実施の形態５に係る空気調和装置の構成図である。本実施の形態では、上述した送風機等を備える室外機１００を有する冷凍サイクル装置について、空気調和装置について説明する。図９の空気調和装置は、室外機１００と室内機２００とを備え、これらが冷媒配管で連結され、冷媒回路を構成して冷媒を循環させている。冷媒配管のうち、気体の冷媒（ガス冷媒）が流れる配管をガス配管３００とし、液体の冷媒（液冷媒。気液二相冷媒の場合もある）が流れる配管を液配管４００とする。

室外機１００は、本実施の形態においては、圧縮機１０１、四方弁１０２、室外側熱交換器１０３、室外側送風機１０４、絞り装置（膨張弁）１０５で構成する。

圧縮機１０１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。ここで、圧縮機１０１は、インバータ装置等を備え、運転周波数を任意に変化させることにより、圧縮機１０１の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を細かく変化させることができるものとする。四方弁１０２は、制御装置（図示せず）からの指示に基づいて冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える。

また、室外側熱交換器１０３は、冷媒と空気（室外の空気）との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、液配管４００から流入した低圧の冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、四方弁１０２側から流入した圧縮機１０１において圧縮された冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させる。室外側熱交換器１０３には、冷媒と空気との熱交換を効率よく行うため、上述の実施の形態１〜３で説明したベルマウス７、ファン５等、案内板１６等を有する室外側送風機１０４が設けられている。室外側送風機１０４についても、インバータ装置によりファンモータの運転周波数を任意に変化させてファン５の回転速度を細かく変化させるようにしてもよい。絞り装置１０５は、開度を変化させることで、冷媒の圧力等を調整するために設ける。

一方、室内機２００は、負荷側熱交換器２０１及び負荷側送風機２０２で構成される。負荷側熱交換器２０１は冷媒と空気との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては凝縮器として機能し、ガス配管３００から流入した冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液化（又は気液二相化）させ、液配管４００側に流出させる。一方、冷房運転時においては蒸発器として機能し、例えば絞り装置１０５により低圧状態にされた冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発させて気化させ、ガス配管３００側に流出させる。また、室内機２００には、熱交換を行う空気の流れを調整するための負荷側送風機２０２が設けられている。この負荷側送風機２０２の運転速度は、例えば利用者の設定により決定される。特に限定するものではないが、負荷側送風機２０２にも実施の形態１〜４で説明した送風機を用いるようにすることができる。

以上のように実施の形態５の空気調和装置では、実施の形態１〜３において説明した送風機を室外機１００に用いることで、低騒音等を実現し、損傷等を防止することができる。

本発明の活用例として、冷凍サイクル装置を構成する室外機、例えば空気調和機や給湯器などの室外機、その他、送風機が設置される各種装置や設備などに広く利用することができる。

１ 送風室、２ 機械室、３ セパレータ、４ 翼、５ ファン、６ ファンモータ、７ ベルマウス、７ｂ ベルマウス外周面、８ 前面パネル、９ 吹出口、９ａ ファングリル、１０ 熱交換器、１１ 圧縮機、１２ 配管、１３ 基板、１４ 基板箱、１５ ベルマウス風上側端部、１６ 案内板、１７ 回転軸、１８ ボス、１９ 室外機本体、１９ａ，１９ｃ 側面、１９ｂ 前面、１９ｄ 背面、１９ｅ 上面、１９ｆ 底面、１００ 室外機、１０１ 圧縮機、１０２ 四方弁、１０３ 室外側熱交換器、１０４ 室外側送風機、１０５ 絞り装置、２００ 室内機、２０１ 負荷側熱交換器、２０２ 負荷側送風機、３００ ガス配管、４００ 液配管。

Claims (5)

1. 略直方体状の筐体と、
   前記筐体内において、回転軸を中心に回転して気体の流れを発生させる複数の翼を有するプロペラファンと、
   前記筐体内において前記プロペラファンの翼の回転方向に壁面を形成し、前記プロペラファンによる前記気体の流れを整流するベルマウスと、
   前記筐体の前記気体が流れる方向と対向する面に、前記ベルマウスの開口形状と合わせて設けられた吹出口と、
   前記筐体において前記回転軸と平行となる面と前記ベルマウスとが近くなる前記ベルマウスの外側の部分に、前記筐体の前記吹出口を有する面と接し、気流を上流へ偏向するよう形成された案内板と
   を備えることを特徴とする送風機。
2. 前記案内板の平面部分における寸法が、前記回転軸方向に対しては、前記筐体の前記吹出口を有する面から前記ベルマウスの気体流入側の端部以内となるように形成し、前記プロペラファンの径方向に対しては、前記ベルマウスの外周面から前記筐体の前記回転軸と対向する面とは異なる面以内となるように形成することを特徴とする請求項１に記載の送風機。
3. 前記案内板は、さらに前記ベルマウスの外側面と接するように形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の送風機。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の送風機と、
   前記送風機を収容する筐体内に設けられ、空気との熱交換を行う熱交換器と
   を備えたことを特徴とする室外機。
5. 吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、熱交換により前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮に係る冷媒を減圧させるための絞り装置と、熱交換により前記冷媒を蒸発させる蒸発器とを配管接続して冷媒回路を構成する冷凍サイクル装置において、
   請求項４に記載の室外機の熱交換器を前記凝縮器又は前記蒸発器とすることを特徴とする冷凍サイクル装置。