JP2011111998A - 送風機のベルマウス構造 - Google Patents

Abstract

【課題】同じ風量を保ちつつも、送風機の回転数及び駆動力の低減を同時に満足できる送風機のベルマウス構造を提供すること。
【解決手段】プロペラファン２４の周囲に設けられ、このプロペラファン２４の吸込側の空気を吹出側に案内するベルマウス構造において、吹出開口２５Ａに連通してプロペラファン２４の軸方向に略沿って延びる吹出壁部４０と、この吹出壁部４０に連なり吸込開口２５Ｂに向かって拡径するように傾斜する傾斜壁部４１とを備え、ベルマウス２５の全高Ｈ、傾斜壁部４１の高さｈ、当該傾斜壁部４１の傾斜角度βとしたときに、０．３３≦ｈ／Ｈ≦０．４２、かつ、６０°≦β≦７０°としたことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、空気調和装置等に使用される送風機のベルマウス構造に関する。

一般に、例えばプロペラファン等の軸流型送風機は、空気調和機などの送風機として幅広く使用されており、送風用の羽根車の周囲には、吸込側の空気を吹出側にスムーズにガイドして漏れ量を少なくするベルマウスが設けられている。この種の送風機では、近年、高性能化・低騒音化に対する要請が非常に強くなっており、ベルマウス形状の改善による性能改善方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００４−２１１９７１号公報

さらに、近年は送風機の風量を向上し、省エネルギー化の観点から送風機の駆動力（モーター負荷）を小さくすることが求められている。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、同じ送風量を保ちつつも、送風機の回転数及び駆動力の低減を同時に満足できる送風機のベルマウス構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、軸流型送風機の羽根車の周囲に設けられ、この羽根車の吸込側の空気を吹出側に案内する送風機のベルマウス構造において、吹出開口に連通して前記羽根車の軸方向に略沿って延びる吹出壁部と、この吹出壁部に連なり吸込開口に向かって拡径するように傾斜する傾斜壁部とを備え、ベルマウスの全高Ｈ、傾斜壁部の高さｈ、当該傾斜壁部の傾斜角度βとしたときに、０．３３≦ｈ／Ｈ≦０．４２、かつ、６０°≦β≦７０°としたことを特徴とする。

この構成において、前記吹出壁部と前記傾斜壁部との連接部開口の直径Ｄ、前記羽根車の直径ｄとしたときに、１．０２＜Ｄ／ｄ＜１．０３であってもよい。前記吸込開口から前記羽根車の羽根の中で当該吸込開口に最も近い位置までの高さｈＬとしたときに、０．２４≦ｈＬ／ｈ≦０．４であってもよい。

また、前記吸込開口から前記羽根車の羽根の中で前記吹出開口に最も近い位置までの高さｈＺとしたときに、０．８７５≦ｈＺ／Ｈ≦０．９２５であってもよい。また、前記軸流型送風機はプロペラファンである構成としても良い。また、前記プロペラファンの羽根車は、側面視で前記ベルマウスと完全にオーバーラップする位置に配置されてもよい。

また、本発明は、熱交換器に対して送風する軸流型送風機と、この送風機の羽根車の周囲に設けられ、この羽根車の吸込側の空気を吹出側に案内するベルマウスとを備える空気調和装置において、前記ベルマウスは、吹出開口に連通して前記羽根車の軸方向に略沿って延びる吹出壁部と、この吹出壁部に連なり吸込開口に向かって拡径するように傾斜する傾斜壁部とを備え、当該べルマウスの全高Ｈ、傾斜壁部の高さｈ、当該傾斜壁部の傾斜角度βとしたときに、０．３３≦ｈ／Ｈ≦０．４２、かつ、６０°≦β≦７０°としたことを特徴とする。

本発明によれば、ベルマウスを、０．３３≦ｈ／Ｈ≦０．４２、かつ、６０°≦β≦７０°で設計することにより、同じ送風量を保ちつつ、送風機の回転数及び駆動力の低減を同時に満足することができる。

本発明の一実施の形態を示す空気調和装置の室外ユニットの側断面図である。 室外ユニットの内部構成を示す上面図である。 Ａは、ベルマウスとプロペラファンとの配置関係を示す側面図であり、Ｂは、ベルマウスの部分断面図である。 同一運転点におけるベルマウスの傾斜壁部の高さ比率と当該傾斜壁部の傾斜角度とプロペラファンの回転数とモーター負荷の関係を示す図である。 ベルマウスとプロペラファンの直径比率とプロペラファンの回転数とモーター負荷の関係を示す図である。 傾斜壁部の高さに対する吸込開口からプロペラファンの下端点までの高さ比率とプロペラファンの回転数とモーター負荷の関係を示す図である。 ベルマウスの高さに対する吸込開口からプロペラファンの上端点までの高さ比率とプロペラファンの回転数とモーター負荷の関係を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
本実施形態に係る空気調和装置は、室外ユニット１０と室内ユニット（図示せず）とから構成されており、冷媒配管により接続された冷媒回路に冷媒を流して、冷房運転および暖房運転を行う。室外ユニット１０は、室外に設置され、室外空気と熱交換して冷房運転時には冷媒を凝縮させて外気に熱を放出し、暖房運転時には冷媒を蒸発させて外気から熱を取り込むものである。なお、以下に述べる上下および左右といった方向は、室外ユニット１０を設置した状態でその前面側から見た場合の方向を示している。

図１は、室外ユニット１０の側断面図であり、図２は、室外ユニット１０の内部構成を示す上面図である。室外ユニット１０は、略直方体箱形状のユニットケース（筐体）１１を備え、このユニットケース１１は、底板１２と、この底板１２の４隅から鉛直方向に延びる支柱１４と、前面パネル１５（図２）を有して構成される。
底板１２上には、図２に示すように、上面視略コ字形状に屈曲されて形成された熱交換器２１が配置され、この熱交換器２１の上部には送風機（軸流型送風機）２２が配置される。熱交換器２１は、ユニットケース１１の側面部を構成し、このユニットケース１１の左側面から背面及び右側面に沿わせて配置されている。
送風機２２は、図１に示すように、熱交換器２１の上方に配置されるファンモーター２３と、このファンモーター２３の軸に取り付けられたプロペラファン（羽根車）２４とを備えて構成される。隣接する支柱１４、１４間には、熱交換器２１の上端に相当する位置で当該支柱１４、１４を連結する連結部材１６、１６が設けられ、ファンモーター２３は、これら連結部材１６、１６間に架け渡された一対の支持フレーム１７、１７に固定される。
プロペラファン２４の周囲には、プロペラファン２４の吸込側の空気を吹出側に案内するベルマウス２５が設けられ、このベルマウス２５の吹出開口２５Ａは、プロペラファン２４への人体などの接触を防止するファンガード（図示せず）で覆われる。また、ベルマウス２５の周囲には、発泡スチロール等の断熱材２６を介して化粧パネル（図示せず）が設けられている。
ファンモーター２３によりプロペラファン２４が回転駆動されると、室外ユニット１０の周囲、より具体的には図中矢印Ｘで示すように、ユニットケース１１の前面を除いた左側面側、背面側及び右側面側から外気がユニットケース１１内に吸い込まれ、このユニットケース１１の上面部に設けられたベルマウス２５の吹出開口２５Ａを通じて外に排出される。つまり、この室外ユニット１０は、上面から熱交換後の空気を吹き出す上面吹き出しタイプに構成されている。

ユニットケース１１内には、底板１２上に、冷媒回路の一部を構成する圧縮機（図示せず）、アキュムレータ３１、オイルセパレーター３２及びレシーバータンク３３が設けられるとともに、四方弁（図示せず）や膨張弁（図示せず）といった弁体などの冷媒回路構成部品が配管接続されて収容される。これら冷媒回路構成部品の配管の一端側は、熱交換器２１を介して室内ユニットと配管接続され、当該冷媒回路構成部品の配管の他端側は室内ユニットに配管接続され、これにより、冷媒を循環する冷媒回路が構成される。
また、本構成では、圧縮機は、ユニットケース１１の前面側に配置され、この圧縮機の上方空間に空気調和装置を制御する制御基板などの各種電装ユニットを配設した電装ボックス３４が配置される。このため、前面パネル１５を取り外すことによって、作業者が前面側からユニットケース１１内の部品のメンテナンス作業を容易に行うことができる。符号３５は、圧縮機の上方に設けられ、圧縮機に直接雨滴がかからないようにするためのカバー板である。

次に、ベルマウスの構成について説明する。
ベルマウス２５は、樹脂成型によって形成され、軽量化及び所望な形状の実現を可能としている。ベルマウス２５は、図３Ａに示すように、吹出開口２５Ａと、この吹出開口２５Ａよりも拡径した吸込開口２５Ｂとを備えて筒状に形成されており、吹出開口２５Ａに連通してプロペラファン２４の軸方向に略沿って延びる吹出壁部４０と、この吹出壁部４０に連なり吸込開口２５Ｂに向かって徐々に拡径するように傾斜する傾斜壁部４１とを備える。
吹出壁部４０は、プロペラファン２４で送風される空気を吹出開口２５Ａに案内するものであり、吹出開口２５Ａ面に対する角度αは、直角もしくは直角よりもわずかに小さな角度（本実施形態では角度α＝８９°）に設定されている。また、吹出壁部４０の上端部（吹出開口側端部）４０Ａは、所定の曲率半径で外方に環状に曲げ形成されて吹き抜け時の通風抵抗を抑制している。
また、傾斜壁部４１は、プロペラファン２４が運転する際に、ユニットケース１１内の空気をベルマウス２５内にスムーズに送るものであり、図３Ｂに示すように、吹出壁部４０と連接部４２によって一体に連結されている。傾斜壁部４１は、吸込開口２５Ｂに向かうにつれ外側に広がり、この吸込開口２５Ｂ面に対する傾斜角度βで環状に屈曲されて形成されている。また、傾斜壁部４１の下端部（吸込開口側端部）４１Ａは、吸込開口２５Ｂ面に沿って外側に屈曲されている。

プロペラファン２４は、ファンモーター２３（図１）のモーター軸に固定されたハブ４５と、このハブ４５の外周に所定の翼角を有して所定の間隔で一体成形された複数枚の羽根４６，４６・・とを備える。このプロペラファン２４は、図３Ａに示すように、側面視でベルマウス２５と完全にオーバーラップする位置に配置されている。この構成によれば、プロペラファン２４が動作する領域をベルマウス２５で覆っているため、プロペラファン２４で送風される空気をすべてベルマウス２５で案内することができ、プロペラファン２４の送風量の向上を図ることができる。

本発明者らは、送風機２２の同一運転点におけるプロペラファン２４の回転数とファンモーター２３の負荷の軽減を同時に満足させるためのベルマウス２５形状因子をシミュレーションにより導き出した。ここで、送風機２２の同一運転点とは、風量Ｑ（ｍ³/ｍｉｎ）及び静圧（ｍｍＡｑ）が同一の運転条件をいう。図３において、まず、ベルマウス２５の高さＨ、傾斜壁部４１の高さｈ、傾斜壁部４１の傾斜角度β、連接部４２におけるベルマウス２５の直径Ｄ、プロペラファン２４の直径ｄ、吸込開口２５Ｂからプロペラファン２４の羽根４６の上端点（吹出開口２５Ａに最も近い位置）４６Ａまでの高さｈＺ、吸込開口２５Ｂからプロペラファン２４の羽根４６の下端点（吸込開口２５Ｂに最も近い位置）４６Ｂまでの高さｈＬをパラメーターとした場合に、これら形状値の変化が、同一運転点におけるプロペラファン２４の回転数とファンモーター２３の負荷の軽減にどのように作用するかをつき止めた。

図４は、横軸に、吸込み口角度、すなわちベルマウス２５の傾斜壁部４１の傾斜角度β、左側の縦軸にモーター負荷（Ｗ）、右側の縦軸にプロペラファン２４の回転数（ｒｐｍ）を示す。送風機２２を風量Ｑが（２００ｍ³/ｍｉｎ）、静圧が（６ｍｍＡｑ）の同一条件で運転する際に、ベルマウス２５の傾斜壁部４１の高さ比率ｈ／Ｈ、傾斜壁部４１の傾斜角度βをそれぞれ変化させて、プロペラファン２４の回転数とファンモーター２３負荷とがどのように変化するかをシミュレーションした。
このシミュレーションによると、ｈ／Ｈ＝０．３３（黒丸印、黒四角印）、かつ、傾斜角度β＝６０°の近傍で設計したベルマウス２５が、プロペラファン２４の回転数及びファンモーター２３の負荷が最小で最も高い性能を備えることが判明した。

傾斜角度βが７０°より大きな範囲では、０．２０≦ｈ／Ｈ≦０．６７のすべてのベルマウスで、モーター負荷及び回転数は、傾斜角度が増加するに連れて増加する傾向にある。一方、傾斜角度βが７０°以下の範囲では、ｈ／Ｈ＝０．６７のベルマウスで、モーター負荷及び回転数が極端に高い値となっている。
モーター負荷でみると、ｈ／Ｈ＝０．２０、０．３３のベルマウスでは、傾斜角度βが６０°付近に極小点を有し、６０°より小さくても大きくてもモーター負荷が増加する。ここで、ｈ／Ｈ＝０．２０は、傾斜角度β＝７０での値がこれらの中で突出して大きくなっている。ｈ／Ｈ＝０．４２、０．５０のベルマウスでは、傾斜角度βが５０°から６０°までは減少し、６０°から７０°までは略一定の値となる。
また、回転数でみると、ｈ／Ｈ＝０．５０のベルマウスでは、傾斜角度βが５０°から７０°まで減少する傾向にある。ｈ／Ｈ＝０．４２のベルマウスでは、傾斜角度βが５０°から６０°までは減少し、６０°から７０°までは略一定の値となる。ｈ／Ｈ＝０．３３のベルマウスでは、傾斜角度βが６０°付近に極小点を有し、６０°より小さくても大きくても回転数が増加する。ｈ／Ｈ＝０．２０のベルマウスでは、傾斜角度βが５０°から６０°までは略一定に推移するももの、６０°から７０°までは上昇する傾向にある。

このシミュレーションから、プロペラファン２４の回転数及びファンモーター２３の負荷の軽減を図るためには、０．３３≦ｈ／Ｈ≦０．４２、かつ、６０°≦β≦７０°の設計が望ましいことが判明した。
以上のように、本実施の形態のベルマウスは、０．３３≦ｈ／Ｈ≦０．４２、かつ、６０°≦β≦７０°で設計した場合、同じ送風量を保ちつつ、プロペラファン２４の回転数及びモーター負荷の低減を同時に満足することができることが判明した。

図５は、ｈ／Ｈ＝０．３３、かつ、傾斜角度β＝６０°でベルマウス２５を設計した場合におけるベルマウス２５とプロペラファンの直径比率（Ｄ／ｄ）とプロペラファンの回転数とモーター負荷の関係を示す図である。
この図５に示すように、モーター負荷及び回転数は、直径比率Ｄ／ｄが増加するに連れて増加する傾向にある。このため、モーター負荷及び回転数の軽減を図るためには、直径比率Ｄ／ｄの値を極力小さい値にすることが望ましい。一方、直径比率Ｄ／ｄの値を小さくすると、プロペラファン２４の羽根４６がベルマウス２５の内面に接触する恐れが生じる。このため、モーター負荷及び回転数の軽減と、プロペラファン２４とベルマウス２５との接触を抑制する観点から、このシミュレーションの結果では、１．０２＜Ｄ／ｄ＜１．０３の範囲で設計することが望ましく、さらに、１．０２２５≦Ｄ／ｄ≦１．０２８５の範囲で設計することが望ましい。

図６は、傾斜壁部４１の高さｈに対する吸込開口２５Ｂからプロペラファン２４の下端点４６Ｂまでの高さ比率ｈＬ／ｈとプロペラファンの回転数とモーター負荷の関係を示す図である。このシミュレーションの結果では、モーター負荷については、ｈＬ／ｈが増加するに連れてモーター負荷も増加する傾向にあるが、回転数については、ｈＬ／ｈ＝０．２４もしくはｈＬ／ｈ＝０．３付近に極小値が現れることが判明した。
従って、このシミュレーションの結果では、プロペラファン２４を、０．２４≦ｈＬ／ｈ≦０．４０の範囲を満足するように配置することが望ましい。これにより、プロペラファン２４の回転数及びモーター負荷の更なる低減を図ることができる。

図７は、ベルマウス２５の高さＨに対する吸込開口２５Ｂからプロペラファン２４の上端点４６Ａまでの高さ比率ｈＺ／Ｈとプロペラファンの回転数とモーター負荷の関係を示す図である。このシミュレーションの結果では、モーター負荷については、ｈＺ／Ｈが増加するに連れてモーター負荷も増加する傾向にあるが、回転数については、ｈＺ／Ｈ＝０．９付近に極小値が現れることが判明した。
従って、このシミュレーションの結果では、プロペラファン２４を、０．８６６≦ｈＺ／Ｈ≦０．９３３の範囲を満足するように配置することが望ましく、さらには、プロペラファン２４を、０．８７５≦ｈＺ／Ｈ≦０．９２５の範囲を満足するように配置することが望ましい。これにより、プロペラファン２４の回転数及びモーター負荷の更なる低減を図ることができる。

以上のように、本実施の形態のベルマウス２５は、０．３３≦ｈ／Ｈ≦０．４２、かつ、６０°≦β≦７０°で設計するとともに、ベルマウス２５の連接部４２開口の直径Ｄを、１．０２＜Ｄ／ｄ＜１．０３とし、プロペラファン２４をベルマウス２５内に、０．２４≦ｈＬ／ｈ≦０．４０、かつ、０．８６６≦ｈＺ／Ｈ≦０．９３３を満足するように配置することにより、同じ風量を保ちつつ、プロペラファン２４の回転数及びモーター負荷の低減を同時に満足することができる。
また、本実施形態によれば、プロペラファン２４は、側面視でベルマウス２５と完全にオーバーラップする位置に配置されるため、プロペラファン２４が動作する領域をベルマウス２５で覆うことにより、プロペラファン２４で送風される空気をすべてベルマウス２５で案内することができ、プロペラファン２４の送風量の向上を図ることができる。

１０ 室外ユニット
１１ ユニットケース
１２ 底板
２１ 熱交換器
２２ 送風機
２３ ファンモーター
２４ プロペラファン（羽根車）
２５ ベルマウス
２５Ａ 吹出開口
２５Ｂ 吸込開口
３１ アキュムレータ
３２ オイルセパレーター
３３ レシーバータンク
３４ 電装ボックス
４０ 吹出壁部
４１ 傾斜壁部
４２ 連接部
４６ 羽根
４６Ａ 上端点
４６Ｂ 下端点

Claims (6)

1. 軸流型送風機の羽根車の周囲に設けられ、この羽根車の吸込側の空気を吹出側に案内する送風機のベルマウス構造において、
   吹出開口に連通して前記羽根車の軸方向に略沿って延びる吹出壁部と、この吹出壁部に連なり吸込開口に向かって拡径するように傾斜する傾斜壁部とを備え、ベルマウスの全高Ｈ、傾斜壁部の高さｈ、当該傾斜壁部の傾斜角度βとしたときに、０．３３≦ｈ／Ｈ≦０．４２、かつ、６０°≦β≦７０°としたことを特徴とする送風機のベルマウス構造。
2. 前記吹出壁部と前記傾斜壁部との連接部開口の直径Ｄ、前記羽根車の直径ｄとしたときに、１．０２＜Ｄ／ｄ＜１．０３であることを特徴とする請求項１記載の送風機のベルマウス構造。
3. 前記吸込開口から前記羽根車の羽根の中で当該吸込開口に最も近い位置までの高さｈＬとしたときに、０．２４≦ｈＬ／ｈ≦０．４であることを特徴とする請求項１または２に記載の送風機のベルマウス構造。
4. 前記吸込開口から前記羽根車の羽根の中で前記吹出開口に最も近い位置までの高さｈＺとしたときに、０．８７５≦ｈＺ／Ｈ≦０．９２５であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の送風機のベルマウス構造。
5. 前記軸流型送風機はプロペラファンであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の送風機のベルマウス構造。
6. 前記プロペラファンの羽根車は、側面視で前記ベルマウスと完全にオーバーラップする位置に配置されることを特徴とする請求項５に記載の送風機のベルマウス構造。

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