JPWO2013008472A1 - 軸流送風機および空気調和機の室外機 - Google Patents

Abstract

回転軸周りに配置された複数の羽根と、複数の羽根を囲んで配置されるオリフィスリングとを備え、吸い込み側に非軸対称流れが形成される通路構造の吸い込み通路に適用される軸流送風機であって、回転軸周りの異なる位置におけるオリフィスリングの高さが、それぞれの吸い込み通風抵抗の大きさに合わせて異ならせることにより、通風抵抗の大小に対応でき、送風性能の適正化が図れる。

Description

本発明は、軸流送風機に関するものであり、特に空気調和機の室外機の送風機等に使用される軸流送風機に関する。

従来、この種の軸流送風機は様々な用途を有しており、例えば特許文献１に示すように空気調和機の室外機に用いられている。ここで、空気調和機の室外機に用いられている従来の軸流送風機について、図７および図８を用いて説明する。なお、図７は従来の室外機を上方から見たときの断面図であり、図８は、従来の室外機に用いられている軸流送風機の拡大断面図である。

図７に示すように、従来の室外機５０は、外気の吸い込み口５１ａと吹き出し口５１ｂとを有するケーシング５１と、ケーシング５１内の吹き出し口５１ｂの近傍に配置された軸流送風機５２と、ケーシング５１内の吸い込み口５１ａに配置された熱交換器５６とを備える。さらに、室外機５０のケーシング５１内の図示右側には、圧縮機が配置されている圧縮機室５７が設けられている。軸流送風機５２は、回転軸５３に取り付けられた複数の羽根５４と、回転軸５３を介してそれぞれの羽根５４を回転駆動させるモータ５５とを備える。ケーシング５１内において、軸流送風機５２のそれぞれの羽根５４を囲むように、略円筒形状のオリフィスリング５８が備えられている。図８に示すように、それぞれの羽根５４を囲むオリフィスリング５８は一定の高さ（回転軸５３沿いの方向の長さ）Ｈ３に形成されている。

ここで、図７の室外機５０において、軸流送風機５２の吹き出し側を正面（図７の下側）とし、これに対向する吸い込み側を背面（図７の上側）とし、図７の左側を左側面、右側を右側面とする。

このような従来の室外機５０では、軸流送風機５２を回転駆動させると、背面側および左側面側の吸い込み口５１ａを通して外気がケーシング５１内に取り込まれ、それぞれの熱交換器５６を通過することにより、外気との間で熱交換が行われる。その後、ケーシング５１内に取り込まれた外気は、オリフィスリング５８の内面に沿うようにして吹き出し口５１ｂを通してケーシング５１外へと吹き出される。

このような構成では、それぞれの羽根５４の回転駆動によって形成された空気の流れ（気流）を、オリフィスリング５８により吹き出し側へと方向付けることができる。これにより、軸流送風機の送風性能の向上と騒音低減という効果を得ることができる。

特開平９−１７０７８６号公報

しかしながら、このような従来の室外機５０では、ケーシング５１内の右側面側に圧縮機室５７が配置されているため、軸流送風機５２により形成される吸い込み側の気流が、回転軸５３に関して非軸対称流れとなる。そのため、軸流送風機５２の回転軸５３に対して左側面側の吸い込み空間と、右側面側の吸い込み空間とでは、吸い込み側通風抵抗が異なる。このような場合にあっては、オリフィスリング５８を設けた場合であっても、軸流送風機における適正な送風性能を発揮できないという課題がある。

本発明は、上述の課題を解決するものであって、吸い込み側に非軸対称流れが形成される通風構造の吸い込み通路に適用され、適正な送風性能を実現できる軸流送風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、本発明は以下のように構成する。

本発明の一の態様によれば、回転軸周りに配置された複数の羽根と、前記複数の羽根を囲んで配置されるオリフィスリングとを備え、吸い込み側に非軸対称流れが形成される通路構造の吸い込み通路に適用される軸流送風機であって、前記回転軸周りの異なる位置における前記オリフィスリングの高さが、それぞれの吸い込み通風抵抗の大きさに合わせて異なる、軸流送風機を提供する。

本発明によれば、吸い込み側に非軸対称流れが形成される通風構造の吸い込み通路に適用可能であって、適正な送風性能を実現できる軸流送風機を提供できる。

本発明の一の実施の形態に係る室外機の上方から見たとき断面図 図１の軸流送風機およびオリフィスの詳細断面図 （Ａ）は室外機の上方から見た断面図であり、（Ｂ）は室外機を正面側から見た図であり、軸流送風機とオリフィスリングとの関係を示す図 定性的通風抵抗を示す図 軸流送風機の送風特性と、位置Ａ、Ｃにおける通風抵抗特性を示す図 図１のオリフィスの部分断面図 従来の室外機の上方から見たとき断面図 図７のオリフィスの詳細断面図

第１の発明の軸流送風機は、回転軸周りに配置された複数の羽根と、前記複数の羽根を囲んで配置されるオリフィスリングとを備え、吸い込み側に非軸対称流れが形成される通路構造の吸い込み通路に適用される軸流送風機であって、前記回転軸周りの異なる位置における前記オリフィスリングの高さが、それぞれの吸い込み通風抵抗の大きさに合わせて異なるように構成されている。

このような構成によれば、非軸対称流れが形成される通風構造に伴う回転軸周りの回転方向における吸い込み側通風抵抗の大きさの大小を、回転軸周りのそれぞれの位置におけるオリフィスリングの高さを異ならせることにより調整することができる。よって、吸い込み側に非軸対称流れが形成される通風構造の吸い込み通路に適用可能であって、適正な送風性能を実現できる軸流送風機を提供できる。

第２の発明は、第１の発明の軸流送風機において、前記オリフィスリングにおいて、前記吸い込み通風抵抗の大きい部分の前記オリフィスリングの高さが、前記吸い込み通風抵抗の小さい部分の前記オリフィスリングの高さよりも大きく設定されるようにしている。

これにより、オリフィスリングの回転方向のそれぞれの位置における高さを、通風抵抗の大小に応じて設定できる。よって、吸い込み側に非軸対称流れが形成される通風構造の吸い込み通路に適用可能であって、適正な送風性能を実現できる軸流送風機を提供できる。

第３の発明は、第１または第２の発明の軸流送風機において、前記オリフィスリングは、吸い込み側に向かって拡径する吸い込み側リング部分と、吹き出し側に向かって拡径する吹き出し側リング部分と、前記吸い込み側および前記吹き出し側リング部分をつなぐストレート円筒状の中間リング部分とにより構成され、それぞれの吸い込み通風抵抗の大きさに合わせて、前記中間リング部分の高さを異ならせるようにしている。

これにより、騒音低減に寄与する部分である吸い込み側リング部分および吹き出し側リング部分の高さ（長さ）を一定としながら、通風抵抗の大きさに応じて中間リング部分の高さを調整することができる。よって、軸流送風機の送風性能を適正なものとしながら、騒音低減効果を高めることができる。

第４の発明は、第３の発明の軸流送風機において、前記吸い込み側リング部分は、吸い込み側に向かって拡径するとともに一定の曲率の略円弧状断面を有し、前記吹き出し側リング部分は、吹き出し側に向かって拡径するとともに一定の曲率の略円弧状断面を有するようにしている。これにより、軸流送風機の送風性能を適正としながら、騒音低減効果を高めることができる。

第５の発明の空気調和機の室外機は、第１から第４の発明の軸流送風機と、圧縮機と、熱交換器と、前記軸流送風機とを収容するケーシングとを備え、前記ケーシングは、前記軸流送風機の吸い込み側に非軸対称流れが形成される通路構造の吸い込み通路を内部に形成するものである。これにより、吸い込み側に非軸対称流れが形成される通風構造の吸い込み通路を有する空気調和機の室外機に適用される軸流送風機において、適正な送風性能を実現できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の一の実施の形態に係る空気調和機の室外機を上方から見た断面図であり、図２はこの室外機に用いられる軸流送風機の詳細断面図である。

図１に示すように、空気調和機の室外機１０は、外気の吸い込み口１ａと吹き出し口１ｂとを有するケーシング１と、ケーシング１内の吹き出し口１ｂの近傍に配置された軸流送風機２と、ケーシング１内の吸い込み口１ａに配置された熱交換器６とを備える。さらに、室外機１０のケーシング１内の図示右側には、圧縮機が配置されている圧縮機室７が設けられている。

軸流送風機２は、回転軸３に取り付けられた複数の羽根４（あるいは羽根車）と、回転軸３を介してそれぞれの羽根４を回転駆動させるモータ５とを備える。ケーシング１内において、軸流送風機２のそれぞれの羽根４を囲むように、略円筒形状のオリフィスリング８が備えられている。

ここで、図１の室外機１０において、軸流送風機２の吹き出し側を正面（図１の下側）とし、これに対向する吸い込み側を背面（図１の上側）とし、図１の左側を左側面、右側を右側面とする。

このような本実施の形態の室外機１０では、軸流送風機２を回転駆動させると、背面側および左側面側の吸い込み口１ａを通して外気がケーシング１内に取り込まれ、それぞれの熱交換器６を通過することにより、外気との間で熱交換が行われる。その後、ケーシング１内に取り込まれた外気は、オリフィスリング８の内面に沿うようにして吹き出し口１ｂを通してケーシング１外へと吹き出される。

図２に示すように、本実施の形態では、軸流送風機２のそれぞれの羽根４を囲むオリフィスリング８は、回転軸３周り（回転方向あるいは円周方向）のそれぞれの位置において異なる高さ（Ｈ１、Ｈ２など）を有している点において、従来のオリフィスリング５８とは異なる構成を有している。

本実施の形態の室外機１０では、非軸対称流れが形成される通風構造に伴う回転軸３周りの回転方向における吸い込み側通風抵抗の大きさの大小に応じて、回転軸３周りのそれぞれの位置におけるオリフィスリング８の高さを異ならせている。具体的には、オリフィスリング８において、吸い込み通風抵抗の大きい部分のオリフィスリング８の高さが、吸い込み通風抵抗の小さい部分のオリフィスリング８の高さよりも大きくなるように、オリフィスリング８の高さを設定している。図２に示す例では、左側面側のオリフィスリング８の高さＨ１よりも、右側面側のオリフィスリング８の高さＨ２が大きく設定されている。

ここで、室外機１０内における軸流送風機２の吸い込み側通風抵抗とオリフィス８の高さとの関係について、図３および図４を用いて説明する。なお、図３（Ａ）は室外機１０の上方から見た断面図であり、図３（Ｂ）は室外機１０を正面側から見た図であり、軸流送風機２とオリフィスリング８との関係を示す図である。また、図４は、オリフィスリング８の回転方向（円周方向）の位置と吸い込み側通風抵抗との関係を示す図である。

図３（Ａ）に示すように、室外機１０では、ケーシング１内の右側面側に圧縮機室７が配置されているため、軸流送風機２により形成される吸い込み側の気流が、回転軸３に関して非軸対称流れとなる。そのため、軸流送風機２の回転軸３に対して左側面側の吸い込み空間と、右側面側の吸い込み空間とでは、吸い込み側通風抵抗が異なる。具体的には、室外機１０のケーシング１において、左側面および背面に吸い込み口５１ａおよび熱交換器６が配置されているのに対して、右側面側には圧縮機室７が配置されている。そのため、軸流送風機２の左側面側の吸い込み空間における通風抵抗よりも、右側面側の吸い込み空間における通風抵抗が大きくなる。なお、本実施の形態では、ケーシング１内において、軸流送風機２の吸い込み側であって、圧縮機室７を除く空間が、吸い込み側通路となっている。

ここで、図３（Ｂ）に示すように、オリフィスリング８の内周面近傍における右側面側の位置Ａを基点（角度θが０（ｄｅｇ））として、反時計方向の角度θが９０（ｄｅｇ）の位置をＢ、角度θが１８０（ｄｅｇ）の位置をＣ、角度θが−９０（ｄｅｇ）の位置をＤ（すなわち、角度θが２７０（ｄｅｇ））とする。オリフィスリング８の内周面近傍における回転軸３周りのそれぞれの位置と、吸い込み側通風抵抗（定性的通風抵抗）との関係は、図４のように表される。

まず、圧縮機室７に最も近い位置Ａ（θ＝０ｄｅｇ）では、吸い込み側通風抵抗Ｒ_Ａが最大値となっており、位置Ｂ（θ＝９０ｄｅｇ）あるいは位置Ｄ（θ＝−９０ｄｅｇ）に向かうにしたがって吸い込み側通風抵抗Ｒ_Ｂ、Ｒ_Ｄは徐々に小さくなっている（すなわち、連続的に小さくなっている）。回転軸３に関して、位置Ａと対称の位置にある位置Ｃ（θ＝１８０ｄｅｇ）では、吸い込み側通風抵抗Ｒ_Ｃが最小値となっている。なお、図３（Ｂ）に示すオリフィスリング８の内周面近傍の測定点Ｓにおいて静圧を測定し、測定された静圧の大きさに応じて、通風抵抗を推定したものを定性的通風抵抗として図４に示している。

本実施の形態のオリフィスリング８では、回転軸３周りの位置による通風抵抗の大きさに応じて、通風抵抗が大きい位置については、オリフィスリング８の高さを大きく設定し、通風抵抗が小さい位置については、オリフィスリング８の高さを小さく設定している。具体的には、図２に示すように、通風抵抗Ｒ_Ｃが最小値となる位置Ｃにおけるオリフィスリング８の高さＨ１よりも、通風抵抗Ｒ_Ａが最大値となる位置Ａにおけるオリフィスリング８の高さＨ２が大きく設定されている（すなわち、Ｈ１＜Ｈ２）。

次に、オリフィスリング８の高さＨ（Ｈ１、Ｈ２など）と、軸流送風機２の送風特性との関係について説明する。軸流送風機２の送風特性として、Ｐ（静圧）−Ｑ（風量）の特性と、位置Ａおよび位置Ｃにおける通風抵抗特性（吸い込み側通路の通風抵抗と風量との関係）とについて、図５に示す。なお、図５のグラフでは、縦軸に静圧（あるいは通風抵抗）Ｐを示し、横軸に風量Ｑを示している。

図５において、軸流送風機２にてオリフィスリングの高さをＨ１（Ｈ１＜Ｈ２）とした場合のＰ−Ｑ特性を点線にて示す（Ｐ−Ｑ特性Ｈ１）。位置Ａの通風抵抗特性曲線および位置Ｃの通風抵抗特性曲線と、Ｐ−Ｑ特性Ｈ１との交点、すなわち動作点Ｘ１、Ｘ２が軸流送風機２にて発揮される特性となる。具体的には、オリフィスリングの高さをＨ１とした場合には、位置Ａ（動作点Ｘ１）にて風量Ｑ１が得られ、位置Ｃ（動作点Ｘ２）にて風量Ｑ２が得られる。

次に、図５において、軸流送風機２にてオリフィスリングの高さをＨ２（Ｈ１＜Ｈ２）とした場合のＰ−Ｑ特性を実線にて示す（Ｐ−Ｑ特性Ｈ２）。位置Ａの通風抵抗特性曲線と、Ｐ−Ｑ特性Ｈ２との交点、すなわち動作点Ｘ３が、軸流送風機２にて発揮される特性となる。具体的には、オリフィスリングの高さをＨ２とした場合には、位置Ａ（動作点Ｘ３）にて風量Ｑ３（Ｑ１＜Ｑ３＜Ｑ２）が得られる。

ここで、軸流送風機２全体として送風性能を適正化するためには、位置Ａと位置Ｃとの間の風量の差が小さい方が良い。位置Ａにおいて、オリフィスリング８の高さをＨ１からＨ２へと変えることにより、風量をＱ１からＱ３へと増加させることができ、位置Ａの風量Ｑ３と位置Ｃの風量Ｑ２との差を小さくできる。

なお、図５を用いた説明では、オリフィスリング８における位置Ａと位置Ｃとを例としたが、その他の位置についても同様な考え方を適用できる。すなわち、それぞれの位置において通風抵抗の大きさに応じてオリフィスリング８の高さを調整することにより、それぞれの位置間における風量差を低減できる。

このように本実施の形態では、軸流送風機２の回転軸３周りの位置における吸い込み側通風抵抗の大きさに応じて、オリフィスリング８の高さを連続的に変化させることにより、各位置（Ａ〜Ｄ）における風量を所定の風量に近づけることにより、送風性能の適正化を図ることができる。

ここで、オリフィスリング８の部分拡大断面図を図６に示す。図６に示すように、オリフィスリング８は、吸い込み側に向かって拡径する（開口径が拡大する）吸い込み側リング部分１１と、吹き出し側に向かって拡径する吹き出し側リング部分１２と、吸い込み側リング部分１１および吹き出し側リング部分１２をつなぐストレート円筒状の中間リング部分１３とにより構成されている。

さらに、吸い込み側リング部分１１は、吸い込み側に向かって拡径するとともに一定の曲率（例えば曲率Ｒ１）の略円弧状断面を有し、吹き出し側リング部分１２は、吹き出し側に向かって拡径するとともに一定の曲率（例えばＲ２）の略円弧状断面を有する。

このような構成のオリフィスリング８において、それぞれの位置における吸い込み通風抵抗の大きさに合わせて、中間リング部分１３の高さ（長さ）Ｌを変えることにより、オリフィスリング８の高さを変えている。

このように、オリフィスリング８に、一定の曲率の略円弧状断面を有する吸い込み側リング部分１１および吹き出しリング部分１２が備えられていることにより、軸流送風機２の送風騒音を低減できる。なお、このように略円弧状断面を有するオリフィスリングは、徐変オリフィスと呼ぶことができる。また、吸い込み側リング部分１１および吹き出しリング部分１２の形状（曲率や高さなど）を変えることなく、中間リング部分１３の高さＬを変えることで、オリフィスリング８の高さを変えるようにすることで、送風騒音の低減効果を得ることができるとともに、送風性能を適正化できる。

なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

以上のように、本発明にかかる軸流送風機は、吸い込み側に非軸対称流れが形成される通路構造の吸い込み通路に適用でき、送風性能の適正化を図ることができるため、様々な冷熱機器の軸流送風機に適用できる。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

２０１１年７月１３日に出願された日本国特許出願Ｎｏ．２０１１−１５４５３４号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に取り入れられるものである。

１ ケーシング
２ 軸流送風機
３ 回転軸
４ 羽根
５ モータ
６ 熱交換器
７ 圧縮機室
８ オリフィスリング
１０ 室外機

Claims (5)

1. 回転軸周りに配置された複数の羽根と、前記複数の羽根を囲んで配置されるオリフィスリングとを備え、吸い込み側に非軸対称流れが形成される通路構造の吸い込み通路に適用される軸流送風機であって、
   前記回転軸周りの異なる位置における前記オリフィスリングの高さが、それぞれの吸い込み通風抵抗の大きさに合わせて異なる、軸流送風機。
2. 前記オリフィスリングにおいて、前記吸い込み通風抵抗の大きい部分の前記オリフィスリングの高さが、前記吸い込み通風抵抗の小さい部分の前記オリフィスリングの高さよりも大きく設定されている、請求項１に記載の軸流送風機。
3. 前記オリフィスリングは、吸い込み側に向かって拡径する吸い込み側リング部分と、吹き出し側に向かって拡径する吹き出し側リング部分と、前記吸い込み側および前記吹き出し側リング部分をつなぐストレート円筒状の中間リング部分とにより構成され、
   それぞれの吸い込み通風抵抗の大きさに合わせて、前記中間リング部分の高さを異ならせている、請求項１または２に記載の軸流送風機。
4. 前記吸い込み側リング部分は、吸い込み側に向かって拡径するとともに一定の曲率の略円弧状断面を有し、
   前記吹き出し側リング部分は、吹き出し側に向かって拡径するとともに一定の曲率の略円弧状断面を有する、請求項３に記載の軸流送風機。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載の軸流送風機と、
   圧縮機と、熱交換器と、前記軸流送風機とを収容するケーシングとを備え、
   前記ケーシングは、前記軸流送風機の吸い込み側に非軸対称流れが形成される通路構造の吸い込み通路を内部に形成する、空気調和機の室外機。

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