JP7462843B2 - 室外機、および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本開示は、室外機、および冷凍サイクル装置に関する。

例えば、特許文献１には、プロペラファンとプロペラファンの周囲を覆うベルマウスとを備える空気調和機の室外機が記載されている。

実開平８－３０７号公報

上記のような室外機において、プロペラファンが回転すると、プロペラファンとベルマウスとの隙間の空気は、プロペラファンの回転方向に移動しようとする。しかしながら、ベルマウスは筐体に固定されているため、ベルマウスの内周面に接した空気は、静止し続けようとする。これにより、プロペラファンには、ベルマウス近傍の空気との摩擦により、プロペラファンの回転を止める向きのブレーキ力が生じる。したがって、プロペラファンに掛かる負荷が大きくなり、プロペラファンの送風効率が低下する問題があった。

ここで、送風効率を向上させる方法としては、例えば、特許文献１に記載されているように、プロペラファンとベルマウスとの隙間を小さくして、プロペラファンとベルマウスとの隙間から軸方向に漏れ出る気流を減らす方法が知られている。しかしながら、プロペラファンとベルマウスとの隙間が小さくなるほど、プロペラファンがベルマウス近傍で静止している空気から受ける摩擦の影響は大きくなり、プロペラファンに生じるブレーキ力は大きくなる。そのため、単純にプロペラファンとベルマウスとの隙間を小さくするだけでは、送風効率を十分に向上できない問題があった。

本開示は、上記の事情に鑑みて、送風ファンの送風効率を向上できる構造を有する室外機、およびそのような室外機を備える冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本開示に係る室外機の一つの態様は、冷凍サイクル装置の室外機であって、開口部を有する筐体と、前記筐体の内部において前記開口部と対向して配置された回転翼を有する送風ファンと、前記回転翼の少なくとも一部を前記回転翼の回転軸回りに囲む環状のベルマウスと、前記筐体に取り付けられたベアリングと、を備え、前記ベルマウスは、前記筐体に対して前記ベアリングを介して前記回転軸回りに回転可能に取り付けられ、前記筐体および前記回転翼に対して前記回転軸回りに相対回転可能である。

本開示に係る冷凍サイクル装置の一つの態様は、上記の室外機を備える。

本開示によれば、冷凍サイクル装置の室外機において、送風ファンの送風効率を向上できる。

実施の形態１における冷凍サイクル装置の概略構成を示す模式図である。 実施の形態１における室外機を示す斜視図である。 実施の形態１におけるファングリルを取り外した状態の室外機を前方から見た図である。 実施の形態１における室外機の一部を上方から見た部分断面図である。 実施の形態１における室外機の一部を示す斜視図である。 実施の形態１におけるベルマウスを示す斜視図である。 実施の形態１におけるベルマウスの一部および固定部材を示す斜視図である。 実施の形態１における室外機から吹き出される空気の流れを説明するための図である。 ファンギャップに介在する空気の速度分布について説明するための図である。 実施の形態２における室外機を前方から見た図である。 実施の形態２における室外機の一部を上方から見た部分断面図である。 実施の形態３における室外機の一部を上方から見た部分断面図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施の形態について説明する。なお、本開示の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、各構造における縮尺および数などを、実際の構造における縮尺および数などと異ならせる場合がある。

また、図面には、適宜、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を示している。Ｘ軸は、以下の実施の形態の室外機の前後方向を示している。Ｙ軸は、前後方向と直交する室外機の幅方向を示している。Ｚ軸は、鉛直方向を示している。前後方向、幅方向、および鉛直方向は、互いに直交する方向である。前後方向のうちＸ軸の矢印が向く側（＋Ｘ側）は室外機の前側であり、前後方向のうちＸ軸の矢印が向く側と逆側（－Ｘ側）は室外機の後側である。幅方向は、室外機の左右方向である。幅方向のうちＹ軸の矢印が向く側（＋Ｙ側）は室外機の左側であり、幅方向のうちＹ軸の矢印が向く側と逆側（－Ｙ側）は室外機の右側である。以下の説明においては、幅方向のうちＹ軸の矢印が向く側（＋Ｙ側）、すなわち左側を“幅方向一方側”と呼び、幅方向のうちＹ軸の矢印が向く側と逆側（－Ｙ側）を“幅方向他方側”と呼ぶ。鉛直方向のうちＺ軸の矢印が向く側（＋Ｚ側）は上側であり、鉛直方向のうちＺ軸の矢印が向く側と逆側（－Ｚ側）は下側である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における冷凍サイクル装置１００の概略構成を示す模式図である。実施の形態１において冷凍サイクル装置１００は、空気調和機である。図１に示すように、冷凍サイクル装置１００は、室外機１０と、室内機２０と、循環経路部１８と、を備える。室外機１０は、室外に配置されている。室内機２０は、室内に配置されている。室外機１０と室内機２０とは、冷媒１９が循環する循環経路部１８によって互いに接続されている。

冷凍サイクル装置１００は、循環経路部１８内を流れる冷媒１９と室内機２０が配置された室内の空気との間で熱交換を行うことによって、室内の空気の温度を調整可能である。冷媒１９としては、例えば、地球温暖化係数（ＧＷＰ：Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｒｍｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）が低いフッ素系冷媒、または炭化水素系冷媒などが挙げられる。

室外機１０は、筐体１１と、圧縮機１２と、熱交換器１３と、流量調整弁１４と、送風ファン１５と、四方弁１６と、制御部１７と、を有する。筐体１１の内部には、圧縮機１２、熱交換器１３、流量調整弁１４、送風ファン１５、四方弁１６、および制御部１７が収容されている。

圧縮機１２と熱交換器１３と流量調整弁１４と四方弁１６とは、循環経路部１８のうち筐体１１の内部に位置する部分に設けられている。圧縮機１２と熱交換器１３と流量調整弁１４と四方弁１６とは、循環経路部１８のうち筐体１１の内部に位置する部分によって接続されている。

四方弁１６は、循環経路部１８のうち圧縮機１２の吐出側に繋がる部分に設けられている。四方弁１６は、循環経路部１８の一部の経路を切り替えることで、循環経路部１８内を流れる冷媒１９の向きを反転させることができる。四方弁１６によって繋がれる経路が図１の四方弁１６に実線で示す経路である場合、冷媒１９は、循環経路部１８内を図１に実線の矢印で示す向きに流れる。一方、四方弁１６によって繋がれる経路が図１の四方弁１６に破線で示す経路である場合、冷媒１９は、循環経路部１８内を図１に破線の矢印で示す向きに流れる。

室内機２０は、筐体２１と、熱交換器２２と、送風ファン２３と、を有する。筐体２１の内部には、熱交換器２２、および送風ファン２３が収容されている。室内機２０は、室内機２０が配置された室内の空気を冷やす冷房運転と、室内機２０が配置された室内の空気を暖める暖房運転とが可能である。

室内機２０が冷房運転される場合、循環経路部１８内を流れる冷媒１９は、図１に実線の矢印で示す向きに流れる。つまり、室内機２０が冷房運転される場合、循環経路部１８内を流れる冷媒１９は、圧縮機１２、室外機１０の熱交換器１３、流量調整弁１４、および室内機２０の熱交換器２２をこの順に通って圧縮機１２に戻るように循環する。冷房運転において、室外機１０内の熱交換器１３は凝縮器として機能し、室内機２０内の熱交換器２２は蒸発器として機能する。

一方、室内機２０が暖房運転される場合、循環経路部１８内を流れる冷媒１９は、図１に破線で示す向きに流れる。つまり、室内機２０が暖房運転される場合、循環経路部１８内を流れる冷媒１９は、圧縮機１２、室内機２０の熱交換器２２、流量調整弁１４、および室外機１０の熱交換器１３をこの順に通って圧縮機１２に戻るように循環する。暖房運転において、室外機１０内の熱交換器１３は蒸発器として機能し、室内機２０内の熱交換器２２は凝縮器として機能する。

次に、室外機１０について、より詳細に説明する。図２は、室外機１０を示す斜視図である。図３は、ファングリル６０を取り外した状態の室外機１０を前方（＋Ｘ方）から見た図である。図４は、室外機１０の一部を上方から見た部分断面図である。図５は、室外機１０の一部を示す斜視図である。図４では、筐体１１の背面パネルの図示を省略している。図５では、筐体１１の一部の図示を省略している。

図２から図４に示すように、室外機１０の筐体１１は、略直方体箱状である。筐体１１は、開口部１１ｂを有する。開口部１１ｂは、筐体１１のうち前側（＋Ｘ側）に位置する前面パネル１１ａに設けられている。開口部１１ｂは、前面パネル１１ａを前後方向（Ｘ軸方向）に貫通し、前方に開口している。開口部１１ｂは、後述する回転軸ＡＸを中心とする円形状の穴である。図４に示すように、開口部１１ｂの内縁部には、後方（－Ｘ方）に突出するベアリング保持部１１ｃが設けられている。ベアリング保持部１１ｃは、回転軸ＡＸを中心とし、前後方向の両側に開口する円筒状である。ベアリング保持部１１ｃの内周面は、開口部１１ｂの内周面を構成している。ベアリング保持部１１ｃは、後述するベアリング４０を内部に保持している。

筐体１１の内部には、筐体１１の内部をファン室１１ｅと機械室１１ｆとに幅方向（Ｙ軸方向）に仕切る仕切部材１１ｄが設けられている。ファン室１１ｅ内には、熱交換器１３と送風ファン１５とが収容されている。図４および図５に示すように、実施の形態１において熱交換器１３は、鉛直方向に見て、略Ｌ字形状である。熱交換器１３は、幅方向に延びる第１部分１３ａと、第１部分１３ａの幅方向他方側（－Ｙ側）の端部から前方（＋Ｘ方）に延びる第２部分１３ｂと、を有する。図４に示すように、機械室１１ｆは、ファン室１１ｅの幅方向一方側（＋Ｙ側）に位置する。図示は省略するが、機械室１１ｆ内には、圧縮機１２および制御部１７が収容されている。

実施の形態１において送風ファン１５は、プロペラファンである。図４および図５に示すように、送風ファン１５は、熱交換器１３の前方（＋Ｘ方）に位置する。より詳細には、送風ファン１５は、熱交換器１３の第１部分１３ａの前方に位置し、第２部分１３ｂの幅方向一方側（＋Ｙ側）に位置する。図４に示すように、送風ファン１５は、モータ１５ａと、回転翼１５ｂと、を有する。モータ１５ａは、前方に突出するシャフト１５ｃを有する。シャフト１５ｃの前側の端部には、回転翼１５ｂが固定されている。

回転翼１５ｂは、モータ１５ａによって回転軸ＡＸ回りに回転させられる。回転軸ＡＸは、前後方向（Ｘ軸方向）に延びる仮想軸である。つまり、実施の形態１において、回転軸ＡＸの軸方向は、前後方向である。以下の説明においては、回転軸ＡＸを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、回転軸ＡＸ回りの周方向を単に「周方向」と呼ぶ。

回転翼１５ｂは、筐体１１の内部において開口部１１ｂと対向して配置されている。図３に示すように、前方（＋Ｘ方）から見て、回転翼１５ｂの全体は、開口部１１ｂの内縁よりも内側に位置する。図４に示すように、回転翼１５ｂは、開口部１１ｂの後方（－Ｘ方）に位置する。回転翼１５ｂは、モータ１５ａのシャフト１５ｃに固定された基部１５ｄと、基部１５ｄから径方向外側に突出する複数の羽根部１５ｅと、を有する。複数の羽根部１５ｅは、周方向に沿って複数配置されている。実施の形態１において羽根部１５ｅは、３つ設けられている。回転翼１５ｂが回転すると、筐体１１の背面パネルに設けられた図示しない吸気口から筐体１１内に空気が吸い込まれる。回転翼１５ｂによって筐体１１内に吸い込まれた空気は、熱交換器１３および回転翼１５ｂを通過して、開口部１１ｂから筐体１１の前方に吹き出される。

室外機１０は、ベルマウス３０と、ベアリング４０と、固定部材５０と、をさらに有する。ベルマウス３０は、送風ファン１５から前方（＋Ｘ方）に吹き出される空気を案内する部材である。ベルマウス３０は、シュラウドとも呼ばれる。ベルマウス３０は、固定部材５０によってベアリング４０に固定され、ベアリング４０を介して筐体１１に取り付けられている。ベルマウス３０は、回転翼１５ｂの少なくとも一部を回転翼１５ｂの回転軸ＡＸ回りに囲む環状である。実施の形態１においてベルマウス３０は、回転翼１５ｂの前側部分を回転軸ＡＸ回りに囲んでいる。回転翼１５ｂの後側部分は、ベルマウス３０よりも後方（－Ｘ方）に突出している。

ベルマウス３０と回転翼１５ｂとの径方向の間には、隙間が設けられている。当該隙間をファンギャップＧ１と呼ぶ。ファンギャップＧ１は、ベルマウス３０の内周面３０ａと、羽根部１５ｅの径方向外縁部１５ｆとの径方向の隙間である。

図６は、ベルマウス３０を示す斜視図である。図４および図６に示すように、ベルマウス３０は、前方（＋Ｘ方）に開口するラッパ形状である。実施の形態１においてベルマウス３０は、回転軸ＡＸを中心とし、前後方向（Ｘ軸方向）の両側に開口する円筒状である。ベルマウス３０は、基部３１と、前側拡径部３２と、後側拡径部３３と、を有する。

基部３１の内径および基部３１の外径は、それぞれ一定である。前側拡径部３２は、基部３１の前端部に繋がっている。前側拡径部３２の内径および前側拡径部３２の外径は、それぞれ前方に向かうに従って大きくなっている。後側拡径部３３は、基部３１の後端部に繋がっている。後側拡径部３３の内径および後側拡径部３３の外径は、それぞれ後方（－Ｘ方）に向かうに従って大きくなっている。前側拡径部３２の前後方向（Ｘ軸方向）の寸法は、後側拡径部３３の前後方向の寸法よりも大きい。基部３１の径方向内側および後側拡径部３３の径方向内側には、回転翼１５ｂの前側部分が配置されている。図６の例においてベルマウス３０の前側拡径部３２は、周方向に沿った４箇所が切り欠かれた形状となっている。

図４に示すように、ベアリング４０は、開口部１１ｂの内側に配置されている。実施の形態１においてベアリング４０は、ボールベアリングである。ベアリング４０は、内輪４１と、外輪４２と、複数のボール４３と、を有する。内輪４１および外輪４２は、回転軸ＡＸを中心とする円環状である。外輪４２は、内輪４１の径方向外側に位置する。複数のボール４３は、内輪４１と外輪４２との径方向の間に位置する。複数のボール４３は、内輪４１と外輪４２との径方向の間において、周方向に沿って並んで配置されている。内輪４１と外輪４２とは、複数のボール４３を介して、回転軸ＡＸ回りに互いに相対回転可能に連結されている。

外輪４２は、ベアリング保持部１１ｃの内周面、すなわち開口部１１ｂの内周面に固定されている。これにより、ベアリング４０は、筐体１１に取り付けられている。内輪４１は、固定部材５０を介して、ベルマウス３０の外周面に固定されている。内輪４１に固定されたベルマウス３０は、筐体１１に固定された外輪４２に対して、回転軸ＡＸ回りに相対回転可能となっている。つまり、ベルマウス３０は、筐体１１に対して回転軸ＡＸ回りに相対回転可能である。このように、実施の形態１においてベルマウス３０は、筐体１１に対して、ベアリング４０を介して回転軸ＡＸ回りに回転可能に取り付けられている。また、ベルマウス３０は、回転翼１５ｂに固定されていないため、回転翼１５ｂに対しても回転軸ＡＸ回りに相対回転可能である。

図７は、ベルマウス３０の一部および固定部材５０を示す斜視図である。図７に示すように、固定部材５０は、ベルマウス３０とベアリング４０の内輪４１とを固定する金具である。固定部材５０は、第１固定部５１と、第２固定部５２と、連結部５３と、を有する。

第１固定部５１および第２固定部５２は、板面が径方向を向く略長方形板状である。第１固定部５１および第２固定部５２は、周方向に沿って湾曲している。第１固定部５１は、ベルマウス３０の基部３１の外周面に固定されている。第２固定部５２は、内輪４１の内周面に固定されている。第２固定部５２は、第１固定部５１よりも径方向外側かつ前方（＋Ｘ方）に位置する。第２固定部５２は、前側拡径部３２の径方向外側に位置する。連結部５３は、板面が前後方向（Ｘ軸方向）を向く略長方形板状である。連結部５３は、第１固定部５１の前側の端部と第２固定部５２の後側（－Ｘ側）の端部とを繋いでいる。図４に示すように、実施の形態１において固定部材５０は、周方向に間隔を空けて複数設けられている。固定部材５０は、例えば、周方向に沿って一周に亘って等間隔に４つ設けられている。

室外機１０は、回転翼１５ｂと対向して配置されたファングリル６０をさらに有する。ファングリル６０は、回転翼１５ｂの前方に位置する。ファングリル６０は、筐体１１の外部に位置する。図２に示すように、ファングリル６０は、開口部１１ｂおよび回転翼１５ｂを前方から覆っている。ファングリル６０の外周縁部は、筐体１１の前面パネル１１ａの前面に固定されている。ファングリル６０によって、使用者などが回転する回転翼１５ｂに誤って触れることを抑制できる。

実施の形態１においてファングリル６０は、前方（＋Ｘ方）から見て略長方形状である。ファングリル６０は、複数の第１グリル部６１と、複数の第２グリル部６２と、を有する。複数の第１グリル部６１は、鉛直方向に延びる棒状である。複数の第１グリル部６１は、幅方向（Ｙ軸方向）に間隔を空けて配置されている。複数の第２グリル部６２は、幅方向に延びる棒状である。複数の第２グリル部６２は、鉛直方向に間隔を空けて配置されている。複数の第１グリル部６１と複数の第２グリル部６２とによって、ファングリル６０は、格子状に形成されている。

図８は、室外機１０から吹き出される空気の流れを説明するための図である。図８においては、ファングリル６０を取り外した状態の室外機１０を示している。筐体１１の内部において送風ファン１５の回転翼１５ｂが回転すると、空気が開口部１１ｂから室外機１０の前方（＋Ｘ方）に吹き出される。図８に示すように、送風ファン１５によって室外機１０の前方に吹き出される空気は、前方に進みつつ回転軸ＡＸ回りに径方向外側に広がりながら旋回する螺旋状の旋回流ＡＦとなる。旋回流ＡＦにおける空気の速度Ｖは、回転軸ＡＸの軸方向、すなわち前後方向（Ｘ軸方向）に沿った軸方向成分Ｖｘと、回転軸ＡＸの径方向に沿った径方向成分Ｖｒと、回転軸ＡＸ回りの周方向に沿った周方向成分Ｖθと、を含む。一般的には、風量に相当する軸方向成分Ｖｘは径方向成分Ｖｒおよび周方向成分Ｖθよりも大きくなり、かつ、回転翼１５ｂの回転に起因する周方向成分Ｖθは径方向成分Ｖｒよりも大きくなる傾向がある。

空気を送る回転翼１５ｂの下流側、すなわち前側（＋Ｘ側）の圧力は、回転翼１５ｂの上流側、すなわち後側（－Ｘ側）の圧力よりも高くなる。そのため、回転翼１５ｂを後側から前側に通過した空気の一部は、ベルマウス３０と回転翼１５ｂとの隙間、すなわちファンギャップＧ１を介して、圧力が高い前側から圧力の低い後側へと流れる。そのため、送風ファン１５によって送られた空気がファンギャップＧ１を介して後側に漏れて、送風ファン１５の送風量が低下する場合がある。したがって、一般的には、ファンギャップＧ１を小さくする方が、送風ファン１５の送風効率を向上できるとされている。

しかしながら、ファンギャップＧ１を小さくし過ぎると、回転翼１５ｂが回転した際に羽根部１５ｅが遠心力で延びてベルマウス３０に衝突する恐れもある。また、筐体１１と回転翼１５ｂとの少なくとも一方が振動するなどにより、羽根部１５ｅがベルマウス３０に接触する恐れもある。また、量産される室外機１０においては各部の寸法にバラつきが生じるため、ファンギャップＧ１の大きさにもバラつきが生じる。これらを考慮して、ファンギャップＧ１は、回転翼１５ｂがベルマウス３０に接触しないように或る程度余裕を持って大きく設計する必要がある。そのため、ファンギャップＧ１を小さくすることには限界があり、ファンギャップＧ１を小さくすることによる送風ファン１５の送風効率の向上にも限界がある。

また、ファンギャップＧ１には空気が介在する。そのため、回転翼１５ｂが回転する際には、回転翼１５ｂと空気との摩擦により、回転翼１５ｂには回転翼１５ｂの回転を止める向きにブレーキ力が生じる。ファンギャップＧ１が小さくなるほど、空気との摩擦の影響が大きくなり、回転翼１５ｂに生じるブレーキ力が大きくなる。したがって、ファンギャップＧ１を小さくすると、上述したように送風量の低下を抑制できる一方で、ファンギャップＧ１に介在する空気によって回転翼１５ｂに生じるブレーキ力が大きくなる。そのため、単純にファンギャップＧ１を小さくしても送風効率を向上できない場合がある。

以上に説明したように、ファンギャップＧ１を小さくして送風ファン１５の送風効率を向上させようとする手法は、各部の寸法上の制約から限界があるだけでなく、回転翼１５ｂと空気との摩擦によって、却って送風効率を低下させてしまう恐れもある。したがって、ファンギャップＧ１を単に小さくすることによっては、送風ファン１５の送風効率を十分に向上できない問題があった。

これに対して、実施の形態１によれば、ベルマウス３０は、筐体１１および回転翼１５ｂに対して回転軸ＡＸ回りに相対回転可能である。つまり、ベルマウス３０が筐体１１および回転翼１５ｂに対して自由に回転可能な状態になっている。そのため、ファンギャップＧ１に介在する空気が回転翼１５ｂにつられて回転翼１５ｂが回転する向きに移動しようとすると、ベルマウス３０は、ベルマウス３０の内周面３０ａに接触する空気から受ける摩擦力によって、回転翼１５ｂが回転する向きと同じ向きに回転軸ＡＸ回りに回転し始める。これにより、ベルマウス３０が筐体１１に固定されてベルマウス３０の内周面３０ａに接触する空気が静止し続けようとする場合に比べて、ファンギャップＧ１に介在する空気が、回転翼１５ｂが回転する向きに流れやすくなる。したがって、ファンギャップＧ１に介在する空気が回転翼１５ｂの回転を阻害しにくくなり、ファンギャップＧ１に介在する空気から回転翼１５ｂが受けるブレーキ力を低減できる。そのため、送風ファン１５の送風効率を向上できる。

図９は、ファンギャップＧ１に介在する空気の速度分布について説明するための図である。図９に実線で示す速度分布ＶＤ１は、実施の形態１におけるファンギャップＧ１に介在する空気の速度分布である。図９に二点鎖線で示す速度分布ＶＤ２は、ベルマウス３０が筐体１１に対して回転不能に固定されている場合のファンギャップＧ１に介在する空気の速度分布である。

図９に示すように、ベルマウス３０が筐体１１に固定されている場合の速度分布ＶＤ２では、ベルマウス３０の内周面３０ａにおいて空気が静止し続けようとするため、ベルマウス３０の内周面３０ａにおける空気の速度と、羽根部１５ｅの径方向外縁部１５ｆにおける空気の速度との差が比較的大きい。これにより、速度分布ＶＤ２では、ベルマウス３０の内周面３０ａにおける空気の速度勾配ＶＲｂ２、および羽根部１５ｅの径方向外縁部１５ｆにおける速度勾配ＶＲｆ２が比較的大きくなる。

ここで、流体が接触する物体の表面に生じる摩擦力（せん断応力）は、当該物体の表面における流体の速度勾配に比例することが知られている。具体的に、摩擦力（せん断応力）をτとし、速度勾配を（ｄｖ／ｄｒ）とすると、τ＝μ×（ｄｖ／ｄｒ）という関係を満たすことが知られている。ここで、μは、空気の粘性係数である。そのため、ベルマウス３０が筐体１１に固定されて空気の速度分布が速度分布ＶＤ２となる場合には、ベルマウス３０の内周面３０ａに生じる摩擦力も、羽根部１５ｅの径方向外縁部１５ｆに生じる摩擦力も比較的大きくなる。したがって、空気との摩擦によって回転翼１５ｂに生じるブレーキ力が比較的大きくなる。

一方、実施の形態１における速度分布ＶＤ１では、ベルマウス３０が回転することで内周面３０ａに接触する空気も回転翼１５ｂと同じ向きに移動しようとするため、ベルマウス３０の内周面３０ａにおける空気の速度と、羽根部１５ｅの径方向外縁部１５ｆにおける空気の速度との差が、速度分布ＶＤ２に比べて小さくなる。これにより、速度分布ＶＤ１では、ベルマウス３０の内周面３０ａにおける空気の速度勾配ＶＲｂ１、および羽根部１５ｅの径方向外縁部１５ｆにおける速度勾配ＶＲｆ１が、速度分布ＶＤ２における速度勾配ＶＲｂ２，ＶＲｆ２よりも小さくなる。したがって、実施の形態１では、ベルマウス３０の内周面３０ａに生じる摩擦力も、羽根部１５ｅの径方向外縁部１５ｆに生じる摩擦力も、ベルマウス３０が筐体１１に固定されている場合に比べて小さくなる。そのため、空気との摩擦によって回転翼１５ｂに生じるブレーキ力を小さくすることができる。したがって、送風ファン１５の送風効率を向上できる。

図９に示すように、ベルマウス３０の回転速度Ｖｂは、例えば、回転翼１５ｂの回転速度Ｖｆよりも小さくなる。図９では、ベルマウス３０の回転速度Ｖｂが、回転翼１５ｂの回転速度Ｖｆの半分以下である場合の例を示している。ベルマウス３０の回転速度Ｖｂは、ファンギャップＧ１に介在する空気によってベルマウス３０に生じる摩擦力、すなわちベルマウス３０を回転させようとする力と、ベアリング４０における内輪４１がボール４３から受ける摩擦力などのベルマウス３０が受ける回転抵抗とが釣り合う速度となる。冷凍サイクル装置１００の運転状態などによって、回転翼１５ｂの回転速度Ｖｆが変化すると、ベルマウス３０の回転速度Ｖｂは、回転翼１５ｂの回転速度Ｖｆに応じて上述した力が釣り合う回転速度に自動的に収束する。

このように、ベルマウス３０の回転速度Ｖｂは、例えば内輪４１とボール４３との摩擦力が増大するようなほどに大きくなるわけではなく、回転翼１５ｂが回転する際にファンギャップＧ１に介在する空気から受ける摩擦力に応じて、最も負荷が掛からずに回転する回転速度になる。そのため、空気を介してベルマウス３０を回転させるために送風ファン１５に過度な負荷が掛かることがなく、ベルマウス３０の回転速度Ｖｂは、回転翼１５ｂの回転速度Ｖｆに応じて、送風ファン１５に掛かる負荷が最小となるように自動的に調整される。これにより、回転翼１５ｂの回転速度Ｖｆが変化しても、その回転速度Ｖｆに応じて送風ファン１５に掛かる負荷を最小にすることができる。したがって、送風ファン１５の消費電力を低減できる。このような効果は、送風ファン１５の回転数が無段階で変化するようなインバータ方式の空気調和機に適用される場合に、より有用である。

また、実施の形態１によれば、ベルマウス３０は、筐体１１に対して、ベアリング４０を介して回転軸ＡＸ回りに回転可能に取り付けられている。そのため、ベルマウス３０を、筐体１１および回転翼１５ｂに対して、容易に回転軸ＡＸ回りに相対回転可能にできる。また、ベアリング４０を用いることで、ベルマウス３０が回転する際にベルマウス３０に生じる回転抵抗を小さくできる。

実施の形態２．
図１０は、実施の形態２の室外機２１０を前方（＋Ｘ方）から見た図である。図１１は、室外機２１０の一部を上方から見た部分断面図である。なお、以下の説明において、上述した実施の形態と同様の構成については、適宜同一の符号を付すなどにより、説明を省略する場合がある。

図１０に示すように、実施の形態２においてファングリル２６０は、回転軸ＡＸを中心とする円形状である。ファングリル２６０は、複数の第１グリル部２６１と、複数の第２グリル部２６２と、を有する。複数の第１グリル部２６１は、回転軸ＡＸを中心とする円環状である。複数の第１グリル部２６１は、径方向に間隔を空けて並んで配置されている。径方向内側に位置する第１グリル部２６１ほど内径が小さく、径方向外側に位置する第１グリル部２６１ほど内径が大きい。複数の第２グリル部２６２は、最も径方向内側に位置する第１グリル部２６１から最も径方向外側に位置する第１グリル部２６１まで径方向に直線状に延びている。複数の第２グリル部２６２は、周方向に間隔を空けて並んで配置されている。複数の第２グリル部２６２のそれぞれは、複数の第１グリル部２６１と繋がっている。ファングリル２６０において第１グリル部２６１が占める割合は、ファングリル２６０において第２グリル部２６２が占める割合よりも大きい。

ファングリル２６０は、ファングリル２６０を回転軸ＡＸの軸方向、すなわち前後方向（Ｘ軸方向）に貫通する複数の貫通穴２６３を有する。複数の貫通穴２６３は、径方向に隣り合う一対の第１グリル部２６１と周方向に隣り合う一対の第２グリル部２６２とによって囲まれた内側にそれぞれ形成されている。貫通穴２６３は、回転軸ＡＸ回りの周方向に延びる円弧状である。

図１１に示すように、ファングリル２６０の径方向外縁部は、ベアリング４０の内輪４１の前側（＋Ｘ側）の面に固定されている。これにより、実施の形態２においてファングリル２６０は、ベアリング４０を介して、ベルマウス３０に固定されている。これにより、ファングリル２６０は、ベルマウス３０と共に回転軸ＡＸ回りに回転可能になっている。つまり、実施の形態２においてファングリル２６０は、筐体１１および回転翼１５ｂに対して回転軸ＡＸ回りに相対回転可能である。室外機２１０のその他の構成は、実施の形態１の室外機１０のその他の構成と同様である。

図８を用いて説明したように、送風ファン１５から吹き出される空気は、回転軸ＡＸ回りに旋回する旋回流ＡＦとなっている。旋回流ＡＦとなって吹き出される空気の一部は、ファングリル２６０を通過する際に、ファングリル２６０の第１グリル部２６１または第２グリル部２６２に衝突する。これにより、送風ファン１５によって吹き出される空気に圧力損失が生じる。したがって、送風ファン１５の送風効率が低下する恐れがある。

これに対して、実施の形態２によれば、ファングリル２６０は、筐体１１および回転翼１５ｂに対して回転軸ＡＸ回りに相対回転可能である。つまり、ファングリル２６０が筐体１１および回転翼１５ｂに対して自由に回転可能な状態になっている。そのため、旋回流ＡＦとなって吹き出される空気がファングリル２６０を通過しようとする際、ファングリル２６０に回転軸ＡＸ回りの流体力が加えられると、当該流体力によってファングリル２６０が、回転翼１５ｂが回転する向きと同じ向きに回転軸ＡＸ回りに回転し始める。これにより、ファングリル２６０が筐体１１に固定されて静止している場合に比べて、空気がファングリル２６０から受ける抵抗を低減することができる。したがって、送風ファン１５によって吹き出された空気がファングリル２６０を通過する際に生じる圧力損失を低減できる。そのため、送風ファン１５の送風効率をより向上できる。

また、実施の形態２によれば、ファングリル２６０は、ベルマウス３０に固定されている。そのため、ベルマウス３０とファングリル２６０とが共に回転軸ＡＸ回りに回転する。これにより、旋回流ＡＦとなって吹き出される空気からファングリル２６０が受ける回転軸ＡＸ回りの力を、ベルマウス３０を回転軸ＡＸ回りに回転させる力としても利用できる。また、ファンギャップＧ１に介在する空気からベルマウス３０が受ける回転軸ＡＸ回りの力を、ファングリル２６０を回転軸ＡＸ回りに回転させる力としても利用できる。したがって、ベルマウス３０とファングリル２６０とを共に回転軸ＡＸ回りに回転させやすくできる。そのため、回転翼１５ｂに生じるブレーキ力、および送風ファン１５によって吹き出された空気がファングリル２６０を通過する際に生じる圧力損失をより低減できる。これにより、送風ファン１５の送風効率をより向上できる。

ここで、ファングリル２６０を通過する空気が受ける圧力損失について、より詳細に考える。空気の圧力損失は、空気がファングリル２６０を構成する第１グリル部２６１および第２グリル部２６２に対して垂直に衝突した場合に大きくなり、空気が第１グリル部２６１および第２６２に沿って流れる場合に小さくなる。上述したように、送風ファン１５によって室外機１０の外部に旋回流ＡＦとして吹き出される空気の速度Ｖは、軸方向成分Ｖｘと、周方向成分Ｖθと、径方向成分Ｖｒと、を含む。軸方向成分Ｖｘに関しては、ファングリル２６０に垂直に衝突する向きの速度成分であるため、圧力損失を低減することは難しい。

一方、周方向成分Ｖθおよび径方向成分Ｖｒについては、ファングリル２６０がどのような形状であるかによって、圧力損失が変動する。例えば、ファングリル２６０において周方向に延びる部分が多ければ、当該部分に垂直に衝突する径方向成分Ｖｒが受ける圧力損失は大きくなる。また、例えば、ファングリル２６０において径方向に延びる部分が多ければ、当該部分に垂直に衝突する周方向成分Ｖθが受ける圧力損失は大きくなる。ここで、上述したように、周方向成分Ｖθは、径方向成分Ｖｒよりも大きくなりやすい。そのため、周方向成分Ｖθが受ける圧力損失を低減させた方が、径方向成分Ｖｒが受ける圧力損失を低減させるよりも効果的である。つまり、ファングリル２６０の形状を、径方向に延びる部分が少ない形状とすることで、ファングリル２６０を通過する空気に生じる圧力損失を好適に低減できる。

これに対して、実施の形態２によれば、ファングリル２６０は、回転軸ＡＸ回りの周方向に延びる複数の貫通穴２６３を有する。そのため、ファングリル２６０の形状を、周方向に延びる部分が多く、径方向に延びる部分が少ない形状にしやすい。これにより、周方向成分Ｖθが受ける圧力損失を好適に低減でき、ファングリル２６０を通過する空気に生じる圧力損失を好適に低減できる。したがって、送風ファン１５の送風効率をより向上できる。

また、実施の形態２ではファングリル２６０も回転翼１５ｂが回転する向きに回転するため、ファングリル２６０のうち径方向に延びる部分、すなわち第２グリル部２６２が、回転翼１５ｂが回転する向きに周方向に移動する。つまり、ファングリル２６０が回転することで、周方向成分Ｖθに圧力損失を生じさせやすい部分が、周方向成分Ｖθの向きと同じ向きに移動する。これにより、周方向成分Ｖθがファングリル２６０のうち径方向に延びる部分に衝突しにくくなり、周方向成分Ｖθに生じる圧力損失をより低減できる。したがって、送風ファン１５の送風効率をより向上できる。

また、実施の形態２では、複数の第１グリル部２６１は、回転軸ＡＸを中心とする同心円状に配置されている。そのため、ファングリル２６０が回転軸ＡＸ回りに回転しても、ファングリル２６０の回転角度によらず、いずれの周方向位置においても第１グリル部２６１の形状は同じである。そのため、ファングリル２６０の回転角度によらず、周方向成分Ｖθに生じる圧力損失を好適に低減することができる。

実施の形態３．
図１２は、実施の形態３における室外機３１０の一部を上方から見た部分断面図である。なお、以下の説明において、上述した実施の形態と同様の構成については、適宜同一の符号を付すなどにより、説明を省略する場合がある。

実施の形態３において送風ファン３１５のモータ３１５ａにおけるシャフト３１５ｃは、回転翼１５ｂを前後方向（Ｘ軸方向）に貫通し、回転翼１５ｂよりも前方（＋Ｘ方）に突出している。シャフト３１５ｃのうち回転翼１５ｂから前方に突出している部分は、回転翼１５ｂから回転軸ＡＸに沿って突出する突出部３１５ｇである。実施の形態３において突出部３１５ｇは、回転軸ＡＸを中心とする円柱状である。突出部３１５ｇの前側の端部は、開口部１１ｂから筐体１１の外部に突出している。送風ファン３１５のその他の構成は、実施の形態１の送風ファン１５のその他の構成と同様である。

実施の形態３においてファングリル３６０は、突出部３１５ｇに対して回転軸ＡＸ回りに回転可能に取り付けられている。ファングリル３６０は、実施の形態２とは異なり、ベルマウス３０に固定されていない。これにより、ファングリル３６０とベルマウス３０とは、互いに回転軸ＡＸ回りに相対回転可能である。

ファングリル３６０は、突出部３１５ｇの前側（＋Ｘ側）の端部にベアリング３７０を介して取り付けられている。実施の形態３においてベアリング３７０は、ファングリル３６０を回転軸ＡＸ回りに回転可能に支持するボールベアリングである。ファングリル３６０は、後側（－Ｘ側）の面の径方向の中央部に、ベアリング３７０を保持するベアリング保持部３６３を有する。ベアリング保持部３６３は、回転軸ＡＸを中心とし、後方に開口する円筒状である。

ファングリル３６０は、筐体１１から前方（＋Ｘ方）に離れて配置されている。ファングリル３６０とベルマウス３０およびベアリング４０との前後方向（Ｘ軸方向）の間には、隙間Ｇ２が設けられている。ファングリル３６０の径方向外縁部は、ベアリング４０の内輪４１の前方に隙間Ｇ２を介して対向して配置されている。ファングリル３６０のその他の構成は、実施の形態２のファングリル２６０のその他の構成と同様である。室外機３１０のその他の構成は、実施の形態２の室外機２１０のその他の構成と同様である。

実施の形態３によれば、ファングリル３６０とベルマウス３０とは、互いに回転軸ＡＸ回りに相対回転可能である。つまり、ファングリル３６０とベルマウス３０とは、互いに自由に回転軸ＡＸ回りに回転可能である。そのため、ファングリル３６０の回転速度とベルマウス３０の回転速度とは、それぞれが空気から受ける回転力とベアリングなどから受ける回転抵抗との釣り合いにより、それぞれ送風ファン３１５に掛かる負荷が最小となるように自動的に調整される。したがって、送風ファン３１５の消費電力をより低減できる。

また、実施の形態３によれば、送風ファン３１５は、回転翼１５ｂから回転軸ＡＸに沿って突出する突出部３１５ｇを有する。ファングリル３６０は、突出部３１５ｇに対して回転軸ＡＸ回りに回転可能に取り付けられている。そのため、ファングリル３６０を、ベルマウス３０と回転軸ＡＸ回りに相対回転可能に配置することが容易である。

また、実施の形態３によれば、ファングリル３６０とベルマウス３０およびベアリング４０との前後方向の間、つまり回転軸ＡＸの軸方向の間には、隙間Ｇ２が設けられている。そのため、ファングリル３６０とベルマウス３０とが互いに異なる回転速度で回転しても、ファングリル３６０がベルマウス３０およびベアリング４０に接触して擦れることを抑制できる。

以上に本開示における実施の形態について説明したが、本開示は上述した各実施の形態の構成のみに限定されず、以下の構成および方法を採用することもできる。

ベルマウスは、筐体および回転翼に対して回転翼の回転軸回りに相対回転可能であれば、室外機のいずれの箇所にどのように取り付けられていてもよい。ベルマウスは、例えば、上述した実施の形態３のファングリル３６０のように、回転翼から回転軸方向に突出する突出部にベアリングなどを介して回転可能に取り付けられてもよい。この場合、ベルマウスは、例えば、ベルマウス本体部と、送風ファンの突出部にベアリングを介して回転可能に連結される連結部と、径方向に延びて当該連結部とベルマウス本体部とを繋ぐスポーク部と、を有する。

ベルマウスを回転可能に支持するベアリングとファングリルを回転可能に支持するベアリングとは、どのような種類のベアリングであってもよく、互いに異なる種類のベアリングであってもよい。ベルマウスを回転可能に支持するベアリングおよびファングリルを回転可能に支持するベアリングは、ボールベアリング以外の転がり軸受であってもよいし、滑り軸受であってもよいし、軸受と軸との隙間に油などの流体を封入して用いる流体軸受であってもよい。上述した実施の形態のように、ベルマウスがボールベアリングなどの転がり軸受の内輪に固定される場合、ベルマウスと内輪とは、どのように互いに固定されてもよい。ベルマウスと内輪とは、上述した固定部材５０などの他の部材を介さずに、互いに直接的に固定されてもよい。

ベルマウスを構成する材料は、特に限定されない。ベルマウスは、金属製であってもよいし、樹脂製であってもよい。ベルマウスを樹脂製とする場合、ベルマウスを金属製とする場合に比べて、ベルマウスの質量を小さくしやすい。これにより、ベルマウスを回転させやすくできる。

ファングリルが、筐体、回転翼、およびベルマウスに対して回転軸回りに相対回転可能である場合、ファングリルは、筐体に対してベアリングを介して回転可能に取り付けられてもよい。ファングリルの形状は、特に限定されない。ファングリルは、上述した実施の形態２の複数の第１グリル部２６１の代わりに回転軸回りに渦巻状に延びるグリル部を有する形状であってもよい。ファングリルを構成する材料は、特に限定されない。ファングリルは、金属製であってもよいし、樹脂製であってもよい。ファングリルを樹脂製とする場合、ファングリルを金属製とする場合に比べて、ファングリルの質量を小さくしやすい。これにより、ファングリルが回転可能な場合、ファングリルを回転させやすくできる。

送風ファンに設けられた突出部は、回転翼から回転軸に沿って突出していれば、どのような構成であってもよい。例えば、上述した実施の形態３において、突出部３１５ｇは、モータ３１５ａのシャフト３１５ｃの一部としたが、これに限られない。突出部３１５ｇは、シャフト３１５ｃとは別体で、例えば、回転翼１５ｂの基部１５ｄに設けられた部分であってもよい。

本開示の室外機が備えられる冷凍サイクル装置は、冷媒が循環する冷凍サイクルを利用する装置であればよく、空気調和機に限られない。冷凍サイクル装置は、ヒートポンプ給湯器などであってもよい。

以上、本明細書において説明した各構成および各方法は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。

１０，２１０，３１０…室外機、１１…筐体、１１ｂ…開口部、１５，３１５…送風ファン、１５ｂ…回転翼、３０…ベルマウス、４０…ベアリング、６０，２６０，３６０…ファングリル、１００…冷凍サイクル装置、２６３…貫通穴、３１５ｇ…突出部、ＡＸ…回転軸

Claims (8)

1. 冷凍サイクル装置の室外機であって、
   開口部を有する筐体と、
   前記筐体の内部において前記開口部と対向して配置された回転翼を有する送風ファンと、
   前記回転翼の少なくとも一部を前記回転翼の回転軸回りに囲む環状のベルマウスと、
   前記筐体に取り付けられたベアリングと、
   を備え、
   前記ベルマウスは、前記筐体に対して前記ベアリングを介して前記回転軸回りに回転可能に取り付けられ、前記筐体および前記回転翼に対して前記回転軸回りに相対回転可能である、室外機。
2. 前記回転翼と対向して配置されたファングリルを備え、
   前記ファングリルは、前記筐体および前記回転翼に対して前記回転軸回りに相対回転可である、請求項１に記載の室外機。
3. 前記ファングリルは、前記ベルマウスに固定されている、請求項２に記載の室外機。
4. 前記ファングリルと前記ベルマウスとは、互いに前記回転軸回りに相対回転可能である、請求項２に記載の室外機。
5. 前記送風ファンは、前記回転翼から前記回転軸に沿って突出する突出部を有し、
   前記ファングリルは、前記突出部に対して前記回転軸回りに回転可能に取り付けられている、請求項４に記載の室外機。
6. 前記ファングリルは、前記回転軸回りの周方向に延びる複数の貫通穴を有する、請求項２から５のいずれか一項に記載の室外機。
7. 前記回転翼と対向して配置されたファングリルを備え、
   前記ファングリルは、前記回転軸回りの周方向に延びる複数の貫通穴を有する、請求項１に記載の室外機。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の室外機を備える、冷凍サイクル装置。

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