JP6422591B2 - 空気調和装置の室外ユニット - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器および送風機を有する空気調和装置の室外ユニットに関するものである。

従来から、空気調和装置用の室外ユニットは、筐体内に熱交換器及び熱交換器に送風する送風機を収容した構造を有している。このうち、熱交換器は筐体の側面側に配置され、送風機は筐体の上部側に配置されたいわゆるトップフロー型の室外ユニットが知られている（例えば特許文献１、２参照）。特許文献１には、断面長方形の筐体の４面に熱交換器が配置され、筐体の上部には送風機が配置されているとともに、筐体の上部には送風機を囲うようにベルマウスが設けられた空気調和機用室外機が開示されている。特許文献２には、断面長方形の筐体の上部に送風機を囲うようにベルマウスが設けられており、ベルマウスは、所定の径及び所定の角度を有することが開示されている。

特開２００３−２５４５６５号公報 国際公開第２０１２／０３５５７７号

しかしながら、特許文献１、２のように、筐体の断面が長方形状に形成されている場合、熱交換器とベルマウスとの距離が短辺側と長辺側とにおいて異なる。このため、熱交換器から吸い込まれた気流が送風機を介してベルマウスに至る際に空気の渦が発生し、渦による騒音が生じる場合がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、騒音を低減することができる空気調和装置の室外ユニットを提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和装置の室外ユニットは、第１側面と第１側面に隣接する第２側面とを有し、第１側面及び第２側面にそれぞれ開口部を有する直方体状の筐体と、筐体内に配置された熱交換器と、筐体の上部であって、第１側面との距離より第２側面との距離の方が大きくなる位置に配置され、回転軸を中心に回転して上方に送風を行う送風機と、筐体の上部に送風機を囲うように設けられ、上方に向かうにつれて広がるように形成されたフレア部を有するベルマウスとを備え、フレア部は、筐体の第１側面側に設けられ、回転軸に対し第１広がり角度で傾斜した第１フレア部と、筐体の第２側面側に設けられ、回転軸に対し第１広がり角度より大きい第２広がり角度で傾斜した第２フレア部とを有し、第１広がり角度αｌ及び第２広がり角度αｓは、第２側面側の熱交換器の内側上端と送風機の外周下端とを結ぶ仮想線と回転軸とのなす第２流出側角度βｓ、第１側面側の熱交換器の内側上端と送風機の外周下端とを結ぶ仮想線と回転軸とのなす第１流出側角度βｌ、Δβ＝βｓ−βｌとしたとき、βｓ＞βｌ、かつ、βｓ＋Δβ＞αｓ＞αｌ＞βｌ−Δβとなるように形成されている。

本発明に係る空気調和装置の室外ユニットによれば、第２フレア部の回転軸に対する第２広がり角度は、第１フレア部の回転軸に対する第１広がり角度より大きいことにより、筐体が断面長方形に形成され筐体の側面及び熱交換器と送風機との距離が相違する場合であっても、空気の渦の発生を予構成して騒音を低減することができる。

本発明の実施の形態１の空気調和装置の室外ユニットの斜視図である。 本発明の実施の形態１の空気調和装置の室外ユニットの内部構成を平面的に示す模式図である。 図２の空気調和装置の室外ユニットにおけるＩ−Ｉ断面図である。 図２の空気調和装置の室外ユニットにおけるＩＩ−ＩＩ断面図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の室外ユニットのＩ−Ｉ断面図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の室外ユニットのＩＩ−ＩＩ断面図である。 本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の室外ユニットのＩ−Ｉ断面図である。 本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の室外ユニットのＩＩ−ＩＩ断面図である。 本発明の実施の形態４の空気調和装置の室外ユニットにおけるＩ−Ｉ断面図である。 図９におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面であって、送風機のプロペラの回転軸を中心とする円筒断面の平面展開図である。 本発明の空気調和装置の室外ユニットのベルマウス部の断面図である。 本発明のプロペラファンが２台で構成される空気調和装置の室外ユニットの内部構成を平面的に示す上面図である。

実施の形態１．
以下、本発明に係る空気調和装置の室外ユニットの実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１の空気調和装置の室外ユニットの斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１の空気調和装置の室外ユニットの内部構成を平面的に示す模式図である。図１及び図２の空気調和装置の室外ユニット１は、いわゆるトップフロー型の室外ユニットであって、例えば冷媒配管を介して室内機に接続されてヒートポンプ式の冷媒回路を構成している。空気調和装置の室外ユニット１は、筐体２と、筐体２内に収容された熱交換器３と、熱交換器３に送風する送風機４とを有している。また、筐体２の下部には図示しない圧縮機等が収容されている。

筐体２は、略直方体状に形成されており、例えば水平断面（ＸＹ断面）が長方形状に形成されている。筐体２は、幅方向（矢印Ｘ方向）の長さＬｌを有する長辺側の第１側面２ｌと、奥行き方向（矢印Ｙ方向）の長さＬｓ（＜Ｌｌ）を有し、第１側面２ｌに隣接する短辺側の第２側面２ｓを有している。筐体２は、第１側面２ｌ及び第２側面２ｓのそれぞれに空気の吸込口になる開口部２ａを有している。図１及び図２においては、四方の第１側面２ｌ及び第２側面２ｓにそれぞれ開口部２ａが形成されている。

熱交換器３は、例えばＬ字型に形成されたフィンチューブ式の熱交換器からなり、筐体２内に配置されている。すなわち、Ｌ字型に形成された１つの熱交換器３は、第１側面２ｌ及び第２側面２ｓの開口部２ａにわたり配置されており、筐体２内には２つのＬ字型の熱交換器が設置されている。熱交換器３は、第１側面２ｌ側と第２側面２ｓ側とにおいて、熱交換器３の高さ位置は同一になるように設置されている。そして、熱交換器３は、送風機４の作動により、開口部２ａから筐体２内へ吸い込み込まれる空気と冷媒との熱交換を行う。なお、熱交換器３がＬ字型に形成された場合について例示しているが、この形状に限定されず、種々の公知の形状を採用することができる。たとえば、熱交換器３は平板状に形成されており、各側面の開口部２ａにそれぞれ配置されるようにしてもよい。

送風機４は、例えばプロペラファンからなり、筐体２の上部に配置されている。送風機４は、回転軸ＦＣを中心に回転するボス４ａと、ボス４ａの外周に取り付けられた複数のプロペラ４ｂとを有する。そして、送風機４は、筐体２の高さ方向（矢印Ｚ方向）に延びる回転軸ＦＣを中心に回転し、筐体２の側面の開口部２ａから筐体２内へ空気を吸い込み、熱交換器３により熱交換された空気を上方に送風する。

送風機４は、第１側面２ｌとの距離ΔＤｌより第２側面２ｓとの距離ΔＤｓの方が大きくなる位置に配置されている。図２においては、送風機４の回転軸ＦＣは、筐体２のＸＹ断面の略中心になる位置に設定されている。筐体２は、断面長方形状に形成されているため、第２側面２ｓ側の熱交換器３と送風機４との距離ΔＤｓは、第１側面２ｌ側の熱交換器３と送風機４との距離ΔＤｌより長くなる。

筐体２の上部には、例えばＸＹ平面において楕円状に形成された環状のベルマウス１０が設けられており、送風機４はベルマウス１０に囲われた状態で設置されている。なお、ベルマウス１０は、筐体２と一体的に設けられていてもよいし、別体として成形され筐体２に固定されたものでもよい。ベルマウス１０は、上方に向かって徐々に広がるフレア部１３を有し、空気流れの下流側に向かって開口径が大きくなるように形成されている。具体的には、ベルマウス１０は、筐体２側から上方へ向かうにつれて狭まるように形成された曲面状の空気流入部１１と、空気流入部１１上に形成され、上方へ向かって延びる直線部１２と、直線部１２上に形成され、上方に向かって徐々に広がるフレア部１３とを有する。

空気流入部１１は、上方に向かって徐々に開口径が小さくなるようなフレア形状を有している。直線部１２は、例えば回転軸ＦＣと並行になるように形成されており、送風機４はベルマウス１０の直線部１２に囲われた状態で設置されている。フレア部１３は、直線部１２から上方に向かって徐々に開口径が大きくなるようなフレア形状を有する。なお、ベルマウス１０が直線部１２を有する場合について例示しているが、空気流入部１１上にフレア部１３が形成され、空気流入部１１とフレア部１３とが連続した曲面で形成されてもよい。

図３は、図２の空気調和装置の室外ユニットのＩ−Ｉ断面図である。図４は、図２の空気調和装置の室外ユニットのＩＩ−ＩＩ断面図である。図３及び図４に示すように、フレア部１３は、第１側面２ｌ側に設けられた第１フレア部１３ｌと、奥行き方向（矢印Ｙ方向）に設けられた第２フレア部１３ｓとを有する。そして、第２フレア部１３ｓの第２広がり角度αｓは、第１フレア部１３ｌの第１広がり角度αｌより大きくなるように形成されている（αｓ＞αｌ）。なお、第１フレア部１３ｌと第２フレア部１３ｓとの接合部分は、第２広がり角度αｓの第２側面２ｓ側から第１広がり角度αｌの第１側面２ｌ側へ行くにつれて円周に沿って徐々に広がり角度が小さくなるように、円周方向において連続した曲面で形成されている。

図１から図４を参照して、空気調和装置の室外ユニット１における空気の流れについて説明する。送風機４が作動したとき、空気が開口部２ａの全てから筐体２内に吸い込まれる。上述のように、熱交換器３と送風機４との距離は、第１側面２ｌ側より第２側面２ｓ側の方が長い（図２におけるΔＤｓ＞ΔＤｌ）。筐体２の第２側面２ｓ側では熱交換器３と送風機４との距離が離れているため、図３に示すように、送風機４への吸い込み流れＦｓｉは、仕事量が多く遠心作用が強いプロペラ４ｂの外周４Ｐ側へ誘引される。その結果、送風機４から吹き出される空気の吹出流れＦｓｏの回転軸ＦＣに対する角度は大きくなる。

一方、筐体２の第１側面２ｌ側では熱交換器３と送風機４の距離が近接しており、送風機４への吸い込み流れＦｌｉは、熱交換器３を通過したときにはほぼ水平の流れに強制される。よって、プロペラ４ｂの仕事量が少なく遠心作用が弱いプロペラ４ｂの内周４Ｉ側へ誘引される。その結果、送風機４から吹き出される吹き出し流れＦｌｏの回転軸ＦＣに対する角度は小さくなる。

このとき、ベルマウス１０から吹き出される空気流れの特性に合わせて、第２側面２ｓ側の第２広がり角度αｓが、第１広がり角度αｌより大きくなるように形成される（αｌ＞αｓ）。これにより、空気流れがベルマウス１０の壁面に沿いやすくなり、騒音源となる空気の渦の発生を抑え、低騒音化することができる。

実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の室外ユニットのＩ−Ｉ断面図であり、図６は本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の室外ユニットのＩＩ−ＩＩ断面図であり、図５及び図６を参照して実施の形態２に係る空気調和装置の室外ユニット１００について説明する。なお、図５及び図６の空気調和装置の室外ユニット１００において、図３及び図４の空気調和装置の室外ユニット１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図５及び図６の空気調和装置の室外ユニット１００においては、第１広がり角度αｌ及び第２広がり角度αｓは、熱交換器３と送風機４との位置関係も考慮して規定される。

すなわち、図５に示すように、筐体２の第１側面２ｌ側において、熱交換器３の内側上端３Ｕと送風機４の外周下端４Ｕとを仮想線で結び、仮想線と回転軸ＦＣとの角度を第１流出側角度βｌとする。同様に、筐体２の第１側面２ｌ側においても、熱交換器３の内側上端３Ｕと送風機４の外周下端４Ｕとを仮想線で結び、仮想線と回転軸ＦＣとの角度を第２流出側角度βｓとする。また、第１流出側角度βｌと第２流出側角度βｓとの差分Δβ＝βｓ−βｌとする。このとき、第２側面２ｓ側の第２広がり角度αｓ及び第１側面２ｌ側の第１広がり角度αｌは、βｓ＞βｌ、かつ、βｓ＋Δβ＞αｓ＞αｌ＞βｌ−Δβとなるように形成されている。

ここで、上述のように、熱交換器３と送風機４との距離は、第１側面２ｌ側より第２側面２ｓ側の方が長い。したがって、図５及び図６に示すように、第２流出側角度βｓは第１流出側角度βｌより大きくなる（βｓ＞βｌ）。すると、第２流出側角度βｓの第２側面２ｓ側において、吸い込み流れＦｓｉ（図３参照）は、プロペラ４ｂの仕事量が多く遠心作用が強い外周４Ｐ側へ誘引され、送風機４からの吹き出し流れＦｓｏ（図３参照）の外周４Ｐ側への角度が大きくなる。そこで、第２側面２ｓ側の第２広がり角度αｓが吹き出し流れＦｏが適合するように、第１側面２ｌ側の第１広がり角度αｌより大きく設定される。

一方、第１流出側角度βｌの第２側面２ｓ側において、吸い込み流れＦｌｉ（図４参照）はプロペラ４ｂの仕事量が少なく遠心作用が弱い内周４Ｉ側へ誘引され、送風機４からの吹き出し流れＦｌｏの外周４Ｐ側への角度が小さくなる。そこで、第１側面２ｌ側の第１広がり角度αｌが吹き出し流れＦｏが適合するように、第２側面２ｓ側の第２広がり角度αｓより小さく設定される。

ただし、第１流出側角度βｌと第２流出側角度βｓとは異なる角度になるため、両者の差であるΔβが吸い込み流れＦｓｉ、Ｆｌｉの角度変動の最大振幅となり得る。吹き出し流れＦｓｏ、Ｆｌｏの角度変動も、吸い込み流れＦｓｉ、Ｆｌｉの角度変動と同等の影響を受ける。

そこで、βｓ＋Δβ＞αｓ＞αｌ＞βｌ−Δβに設定することにより、第１広がり角度αｌ及び第２広がり角度αｓが吹き出し流れＦｌｏ、Ｆｓｏの角度に適合し、空気流れがベルマウス１０壁面に一層沿いやすくなり、騒音源となる渦の発生を抑え、低騒音化することができる。特に、フレア部１３の広がり角度と仮想角度とが略同一である場合（αｌ＝βｌ、αｓ＝βｓ）、最も吸い込み流れがスムーズになる。

実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の室外ユニットのＩ−Ｉ断面図であり、図８は本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の室外ユニットのＩＩ−ＩＩ断面図であり、図７及び図８を参照して実施の形態２に係る空気調和装置の室外ユニット２００について説明する。なお、図７及び図８の空気調和装置の室外ユニット２００において、図３及び図４の空気調和装置の室外ユニット１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

図７及び図８において、ベルマウス２１０における空気流入部は、筐体２の第１側面２ｌ側に設けられた第１空気流入部１１ｌと、筐体２の第２側面２ｓ側に設けられた第２空気流入部１１ｓとを有している。そして、第１空気流入部１１ｌ及び第２空気流入部１１ｓにおける上流側（筐体２側）の端部１１ｘと下流側（直線部１２側）の端部１１ｙとを仮想線で結ぶ。図７の第１側面２ｌ側の仮想線と回転軸ＦＣとの第１流入側角度γｌと、図８の第２側面２ｓ側の仮想線と回転軸ＦＣとの第２流入側角度γｓとは、γｓ＞γｌとなる関係を有している。

上述のように、第２側面２ｓ側の吸い込み流れＦｓｉ（図３参照）は、仕事量が多く遠心作用が強いプロペラ４ｂの外周４Ｐ側へ誘引される。第１側面２ｌ側の空気吸い込み流れＦｌｉ（図４参照）は、プロペラ４ｂの仕事量が少なく遠心作用が弱い内周４Ｉ側へ誘引される。このため、第２側面２ｓ側の回転軸ＦＣに対する吸い込み流れＦｓｉの角度は、回転軸ＦＣに対する第１側面２ｌ側の吸い込み流れＦｌｉの角度より大きくなる。これに合わせて、第２流入側角度γｓが第１流入側角度γｌより大きくなるように形成される。

実施の形態３によれば、ベルマウス１０の空気流入部１１が吸い込み気流角度に適合し、吹き出し気流角度が安定する。その結果、空気流れがベルマウス１０壁面に一層沿いやすくなり、騒音源となる渦の発生を抑え、低騒音化することができる。なお、この場合であっても、実施の形態１、２のようなフレア部１３を有することにより、騒音の発生を低減させることができる。

実施の形態４．
図９は、本発明の実施の形態４の空気調和装置の室外ユニットにおけるＩ−Ｉ断面図である。なお、図９の空気調和装置の室外ユニット３００において、図３の空気調和装置の室外ユニット１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

図９において、送風機４のプロペラ４ｂは、前傾角δｚだけ筐体２側に傾いた形状を有している。具体的には、プロペラ４ｂの翼弦中心線４ｃが上流側（筐体２側）に前傾角δｚだけ傾斜している。図１０は、図９におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面であって、プロペラ４ｂの回転軸ＦＣを中心とする円筒断面の平面展開図である。図１０に示すように、翼前縁４ｘと翼後縁４ｙを結ぶ線分の二等分点が翼弦中心点４ｚである。翼弦中心点４ｚを送風機４の半径方向に結んだ線分または曲線が図９の翼弦中心線４ｃになる。プロペラ４ｂの外周４Ｐにおける翼弦中心点４ｚと内周４Ｉにおける翼弦中心点４ｚを結ぶ直線と回転軸ＦＣとの成す角が前傾角δｚである。そして、第２広がり角度αｓは、前傾角δｚより大きく形成されている（αｓ＞δｚ）。

このように、送風機４の吹き出し流れＦｏｓは、翼弦中心線４ｃの略法線方向に向くことから、αｓ＞δｚとすることにより、流れがベルマウス１０の壁面に衝突せず、滑らかに沿いやすくなり、騒音源となる渦の発生を抑え、低騒音化できる。なお、この場合であっても、実施の形態１、２のようなフレア部１３を有することにより、騒音の発生を低減させることができる。さらに、実施の形態３のような空気流入部１１を設けることにより、さらに騒音の発生を低減させることができる。

本発明の実施の形態は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。例えば、ベルマウス１０のフレア部１３は、略直線状に形成された場合について例示しているが、これに限るものではない。図１１は、本発明の空気調和装置の室外ユニットのベルマウス部の断面図である。図１１に示すように、ベルマウス１０のフレア部１３は、曲線状であってもよい。このとき、第１広がり角度αｌ及び第２広がり角度αｓは、上流端１３ｘと下流端１３ｙを結ぶ直線と回転軸ＦＣとの成す角度として表される。

また、上記各実施の形態において、筐体２に１台の送風機４が設置された場合について例示しているが、送風機４が複数台設置されていてもよい。図１２は、本発明のプロペラファンが２台で構成される空気調和装置の室外ユニットの内部構成を平面的に示す上面図である（ベルマウスは図示省略）。図１２の場合、第１側面２ｌ及び第２側面２ｓは、筐体２全体の長方形の辺の長短ではなく、ファン１台あたりで見た場合の長短を基準に規定される。具体的には、図１２においては、奥行き方向（矢印Ｙ方向）の側面が第１側面２ｌになり、幅方向（矢印Ｘ方向）が第２側面２ｓ側になる。

１、１００、２００、３００ 空気調和装置の室外ユニット、２ 筐体、２ａ 開口部、２ｌ 第１側面、２ｓ 第２側面、３ 熱交換器、３Ｕ 内側上端、４ 送風機、４Ｉ 内周、４Ｐ 外周、４Ｕ 外周下端、４ａ ボス、４ｂ プロペラ、４ｃ 翼弦中心線、４ｘ 翼前縁、４ｙ 翼後縁、４ｚ 翼弦中心点、１０、２１０ ベルマウス、１１ 空気流入部、１１ｌ 第１空気流入部、１１ｓ 第２空気流入部、１１ｘ 端部、１１ｙ 端部、１２ 直線部、１３ フレア部、１３ｌ 第１フレア部、１３ｓ 第２フレア部、１３ｘ 上流端、１３ｙ 下流端、ＦＣ 回転軸、ΔＤｌ 距離、ΔＤｓ 距離、Δβ 差分、αｌ 第１広がり角度、αｓ 第２広がり角度、βｌ 第１流出側角度、βｓ 第２流出側角度、γｌ 第１流入側角度、γｓ 第２流入側角度、δｚ 前傾角。

Claims (6)

1. 第１側面と前記第１側面に隣接する第２側面とを有し、前記第１側面及び前記第２側面にそれぞれ開口部を有する直方体状の筐体と、
   前記筐体内に配置された熱交換器と、
   前記筐体の上部であって、前記第１側面との距離より前記第２側面との距離の方が大きくなる位置に配置され、回転軸を中心に回転して上方に送風を行う送風機と、
   前記筐体の上部に前記送風機を囲うように設けられ、上方に向かうにつれて広がるように形成されたフレア部を有するベルマウスと
   を備え、
   前記フレア部は、
   前記筐体の前記第１側面側に設けられ、回転軸に対し第１広がり角度で傾斜した第１フレア部と、
   前記筐体の前記第２側面側に設けられ、回転軸に対し前記第１広がり角度より大きい第２広がり角度で傾斜した第２フレア部と
   を有し、
   前記第１広がり角度αｌ及び前記第２広がり角度αｓは、第２側面側の前記熱交換器の内側上端と前記送風機の外周下端とを結ぶ仮想線と前記回転軸とのなす第２流出側角度βｓ、第１側面側の前記熱交換器の内側上端と前記送風機の外周下端とを結ぶ仮想線と前記回転軸とのなす第１流出側角度βｌ、Δβ＝βｓ−βｌとしたとき、βｓ＞βｌ、かつ、βｓ＋Δβ＞αｓ＞αｌ＞βｌ−Δβとなるように形成されている空気調和装置の室外ユニット。
2. 前記第１広がり角度αｌと前記第１流出側角度βｌとは同一の角度であり、前記第１広がり角度αｌと前記第１流出側角度βｌとは同一の角度である請求項１に記載の空気調和装置の室外ユニット。
3. 前記ベルマウスは、前記筐体側から上方へ向かうにつれて狭まるように形成された曲面状の空気流入部を有し、
   前記空気流入部は、前記筐体の第１側面側に設けられた第１空気流入部と、前記筐体の第２側面側に設けられた第２空気流入部とを有し、
   前記第２空気流入部の上端と下端とを結ぶ仮想線と回転軸との成す第２流入側角度は、前記第１空気流入部の上端と下端とを結ぶ仮想線と回転軸との成す第１流入側角度より大きい請求項１または２に記載の空気調和装置の室外ユニット。
4. 前記送風機は、回転軸を中心に回転するボスと、前記ボスの外周に取り付けられ、前傾角だけ筐体側に傾いた複数のプロペラとを有し、
   前記第２広がり角度は、前記前傾角より大きく形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和装置の室外ユニット。
5. 前記第１フレア部及び前記第２フレア部は、平板状に形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気調和装置の室外ユニット。
6. 前記第１フレア部及び前記第２フレア部は、曲面状に形成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の空気調和装置の室外ユニット。

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