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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022152380
(43)【公開日】2022-10-12
(54)【発明の名称】空気調和装置
(51)【国際特許分類】
   F24F 1/0067 20190101AFI20221004BHJP
   F04D 17/04 20060101ALI20221004BHJP
   F24F 13/24 20060101ALI20221004BHJP
   F24F 1/0025 20190101ALI20221004BHJP
   F28F 1/32 20060101ALI20221004BHJP
【FI】
F24F1/0067
F04D17/04
F24F13/24
F24F1/0025
F28F1/32 L
F28F1/32 W
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021055135
(22)【出願日】2021-03-29
(71)【出願人】
【識別番号】000006611
【氏名又は名称】株式会社富士通ゼネラル
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】澤田 大貴
【テーマコード(参考)】
3H130
3L049
3L051
【Fターム(参考)】
3H130AA13
3H130AB26
3H130AB54
3H130AC11
3H130BA13Z
3L049BC01
3L049BD02
3L051BE09
(57)【要約】
【課題】熱交換器と貫流ファンとの間における空気の流速が速い部分で、貫流ファンが発生する翼ピッチ音または熱交換器が発生する風切り音を低減し、翼ピッチ音や風切り音による騒音を低減する。
【解決手段】送風機は、間隔をあけて配列された複数の伝熱管を有する熱交換器と、回転軸の軸方向に沿って延ばされると共に回転軸まわりに配列された複数の翼を有し、熱交換器を通過した空気が流入する貫流ファンと、を備える。回転軸の軸方向に直交する平面上で、複数の伝熱管は、熱交換器と貫流ファンとの間の熱交換器を通過する空気の流れ方向に沿う距離が最小距離となる第1部分において第1管ピッチで配列されると共に、第1部分に隣り合う第2部分において第2管ピッチで配列され、第1管ピッチが第2管ピッチよりも小さい。
【選択図】図7
【特許請求の範囲】
【請求項1】
間隔をあけて配列された複数の伝熱管を有する熱交換器と、
回転軸の軸方向に沿って延ばされると共に前記回転軸まわりに配列された複数の翼を有し、前記熱交換器を通過した空気が流入する貫流ファンと、を備える空気調和装置であって、
前記回転軸の軸方向に直交する平面上で、前記複数の伝熱管は、前記熱交換器と前記貫流ファンとの間の前記熱交換器を通過する空気の流れ方向に沿う距離が最小距離となる第1部分において第1管ピッチで配列されると共に、前記第1部分に隣り合う第2部分において第2管ピッチで配列され、
前記第1管ピッチは、前記第2管ピッチよりも小さい、空気調和装置。
【請求項2】
間隔をあけて配列された複数のフィンを有する熱交換器と、
回転軸の軸方向に沿って延ばされると共に前記回転軸まわりに配列された複数の翼を有し、前記熱交換器を通過した空気が流入する貫流ファンと、を備える空気調和装置であって、
前記回転軸の軸方向に直交する平面上で、前記複数のフィンにおける前記貫流ファン側の一側端は、当該一側端に沿う方向において、前記熱交換器を通過する空気の流速が速い第1部分と、前記第1部分よりも前記空気の流速が遅い第2部分と、を有し、
前記第1部分において、前記複数のフィンの前記一側端は、前記貫流ファン側へ延ばされた突出部を有する、空気調和装置。
【請求項3】
前記第1部分は、前記熱交換器と前記貫流ファンとの間が最小距離となり、
前記第2部分は、前記フィンの前記一側端に沿う方向において前記第1部分に隣り合っている、
請求項2に記載の空気調和装置。
【請求項4】
前記貫流ファンは、前記複数の翼が所定の翼ピッチで配列され、
前記回転軸の軸方向に直交する平面上で、前記貫流ファンの外周における前記最小距離の位置を通る接線の方向に沿う前記第1部分の範囲は、前記翼ピッチの2倍以下の範囲である、
請求項1または3に記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、空気調和装置に関する。
【背景技術】
【0002】
空気調和装置の室内機は、熱交換器と、熱交換器を通過した空気が流入する貫流ファンと、を備える。この種の室内機では、貫流ファンにおいて、翼の回転時に翼ピッチ音(周期音)が発生し、回転時の騒音になる。
【0003】
関連技術の室内機としては、熱交換器が有するフィン同士の対向面に突起を形成することで、熱交換器と貫流ファンとの間の距離が近い部分で熱交換器から貫流ファンに流入する風速を一定にして、騒音を低減することが知られている(特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平6-34154号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述した室内機では、熱交換器と貫流ファンとの間の距離が近いほど、熱交換器と貫流ファンとの間の空間での空気抵抗が少なく、貫流ファンによって吸引される吸引力が大きいので、貫流ファンに流入する空気の流速が速くなる。このため、熱交換器と貫流ファンとの間の距離が近い部分において貫流ファンが発生する翼ピッチ音が大きくなり、翼ピッチ音による騒音が大きくなる。また、貫流ファンから送られた空気が流入する熱交換器を備える送風機では、流速分布がある空気が熱交換器に流入する場合、熱交換器に流入する空気の気流が速い部分において、熱交換器の伝熱管度同士の流路を空気が通過するときに発生する風切り音が大きくなり、風切り音による騒音が大きくなる。
【0006】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、熱交換器と貫流ファンとの間における空気の流速が速い部分で、貫流ファンで発生する翼ピッチ音または熱交換器が発生する風切り音を低減することが可能になり、翼ピッチ音や風切り音による騒音を低減できる空気調和装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本願の開示する送風機の一態様は、間隔をあけて配列された複数の伝熱管を有する熱交換器と、長手方向が回転軸の軸方向に沿っていると共に回転軸まわりに配列された複数の翼を有し、熱交換器を通過した空気が流入する貫流ファンと、を備える空気調和装置であって、回転軸の軸方向に直交する平面上で、複数の伝熱管は、熱交換器と貫流ファンとの間の熱交換器を通過する空気の流れ方向に沿う距離が最小距離となる第1部分において第1管ピッチで配列されると共に、第1部分に隣り合う第2部分において第2管ピッチで配列され、第1管ピッチは、第2管ピッチよりも小さい。
【発明の効果】
【0008】
本願の開示する空気調和装置の一態様によれば、熱交換器と貫流ファンとの間における空気の流速が速い部分で、貫流ファンが発生する翼ピッチ音または熱交換器が発生する風切り音を低減することが可能になり、翼ピッチ音や風切り音による騒音を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1図1は、実施例1の室内機を示す断面図である。
図2図2は、実施例1の室内機の貫流ファンを示す斜視図である。
図3図3は、実施例1の室内機の熱交換器を示す平面図である。
図4図4は、実施例1の室内機の熱交換器を示す正面図である。
図5図5は、実施例1における熱交換器を示す側面図である。
図6図6は、実施例1における熱交換器を示す斜視図である。
図7図7は、実施例1の室内機における第1部分の範囲を説明するための断面図である。
図8図8は、比較例における熱交換器を示す側面図である。
図9図9は、比較例における熱交換器を示す斜視図である。
図10図10は、実施例1における騒音レベルを説明するための図である。
図11図11は、実施例2における熱交換器を示す側面図である。
図12図12は、実施例2における熱交換器を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下に、本願の開示する空気調和装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例によって、本願の開示する送風機が限定されるものではない。
【実施例0011】
図1は、実施例1の室内機を示す断面図である。図2は、実施例1の室内機の貫流ファンを示す斜視図である。図1に示すように、本願の開示する送風機は、冷凍サイクル装置、例えば、空気調和機(図示せず)を構成する室内機1である。実施例1の室内機1は、熱交換器5と、熱交換器5を通過した空気が流入する貫流ファン6と、貫流ファン6から送られる気流の流路を形成するファンケーシング7と、熱交換器5、貫流ファン6、ファンケーシング7を内部に収容する本体ケーシング8と、を備える。本体ケーシング8は、空気の吸い込み口8a及び吹き出し口8bを有する。
【0012】
貫流ファン6は、図2に示すように、複数の翼12が回転軸13まわりに配列された羽根車11を備える。羽根車11は、回転軸13の軸方向Xに複数配列されており、各羽根車11の間に仕切板14を挟んで連結されている。回転軸13の軸方向Xにおける両端には、回転軸13を備える端板15が設けられており、ファンケーシング7の図示しない軸受けに貫流ファン6の両端の回転軸13が回転可能に支持されている。
【0013】
また、各羽根車11は、回転軸13まわりの周方向、つまり複数の翼12の配列方向に対して互いにずらされて連結されている。これにより、各羽根車11は、回転軸13の軸方向Xに並ぶ羽根車11間で翼ピッチ音に位相差が生じるので、貫流ファン6の回転時の騒音を抑えられる。
【0014】
(貫流ファンの構成)
実施例1の貫流ファン6としては、空気の流れが、回転軸13の軸方向Xと交差する方向に貫流ファン6を貫通する。
【0015】
貫流ファン6は、図2に示すように、長手方向が回転軸13の軸方向Xに沿っていると共に、図1に示すように、回転軸13まわりに所定の翼ピッチPで配列された複数の翼12を備える(等ピッチ配列)。図1に示すように、翼12の翼面17は、貫流ファン6の回転方向Rとは逆方向に向かって凸となるように湾曲しており、正圧面17aと負圧面17bを有する。翼12は、貫流ファン6の回転中心O側に位置する内周側部18aと、回転中心O側とは反対側に位置する外周側部18bと、を有する。なお、実施例1の貫流ファン6は、翼12が等ピッチ配列にされたが、等ピッチ配列に限定するものではなく、翼12が不等ピッチ配列にされてもよい。
【0016】
(熱交換器の構成)
本実施例では、室内機1の前面側、すなわち吹き出し口8b側近傍に配置される熱交換器5について説明するが、室内機1の上部に配置される他の熱交換器5に適用されてもよく、本実施例と同様の効果が得られる。図3は、実施例1の室内機1の熱交換器5を示す平面図である。図4は、実施例1の室内機1の熱交換器5を示す正面図である。
【0017】
図3及び図4に示すように、熱交換器5は、扁平面(幅広な面)が対向するように積層され、冷媒が流通する複数の扁平伝熱管21と、複数の扁平伝熱管21の端部が接続され、扁平伝熱管21に冷媒を分流する管状のヘッダ22と、複数の扁平伝熱管21の他端が接続され、扁平伝熱管21から流出した冷媒が合流する管状のヘッダ23と、扁平伝熱管21に接合された平板形状の複数のフィン24と、を備える。
【0018】
扁平伝熱管21は、図3において矢印で示す、室内機1の外部の空気が熱交換器5を通過する流れ方向Dと直交する方向に延びている。扁平伝熱管21の断面形状は、熱交換器5を通過する空気の流れ方向Dに直交する、図4中の上下方向である一方向(以下、扁平方向と称する。)につぶれた扁平状に形成されている。室内機1の外部の空気は、貫流ファン6によって吸い込まれることで、熱交換器5を通過する。図4に示すように、各扁平伝熱管21は、外周面のうちの扁平面が互いに対向するように上下方向に積層されている。
【0019】
各扁平伝熱管21は、長手方向(図3、4中の左右方向)の一端部がヘッダ22に接続されており、他端部がヘッダ23に接続されている。また、ヘッダ22とヘッダ23の間には、扁平伝熱管21の長手方向と交差するように複数のフィン24が配置されている。複数のフィン24は、複数の扁平伝熱管21の配列方向と交差する方向に所定の間隔をあけて配列されている。室内機1に供給された冷媒は、配管25からヘッダ22へ供給され、各扁平伝熱管21に分流される。各扁平伝熱管21内を流通する際に、フィン24を介して空気と熱交換した冷媒は、ヘッダ23に流出し、ヘッダ23で合流した冷媒が、配管26を通って室内機1から送り出される。
【0020】
(実施例1の要部)
図5は、実施例1における熱交換器5を示す側面図である。図6は、実施例1における熱交換器5を示す斜視図である。図5に示すように、回転軸13の軸方向Xに直交する平面上(図5の紙面上)で、熱交換器5は、熱交換器5のフィン24と貫流ファン6の翼12との間の、熱交換器5を通過する空気の流れ方向Dに沿う距離が最小距離Kminとなる部分を含む第1部分S1を有する。回転軸13の軸方向Xに直交する平面上で、複数の扁平伝熱管21は、最小距離Kminとなる部分を含む第1部分S1において第1管ピッチQ1で配列されると共に、第1部分S1に隣り合う第2部分S2の各々において第2管ピッチQ2で配列されている。なお、実施例1において、回転軸13の軸方向Xに直交する平面は、扁平伝熱管21の長手方向に直交する熱交換器5の断面とも言い換えられる。
【0021】
第2部分S2は、貫流ファン6の周方向において第1部分S1の両側にそれぞれ位置する。図5及び図6に示すように、第1管ピッチQ1は、第2管ピッチQ2よりも小さい。本実施例において、第2部分S2は、第1部分S1と、フィン24の一側端24aの長手方向(図5の上下方向)の両端の各々との間を指している。なお、図1では、第1管ピッチQ1及び第2管ピッチQ2の各大きさ、扁平伝熱管21の個数等を模式的に示している。
【0022】
また、図5及び図6に示すように、各フィン24は、複数の扁平伝熱管21が第1管ピッチQ1及び第2管ピッチQ2でそれぞれ配置されるように、各扁平伝熱管21が挿入される溝27が形成されている。
【0023】
図7は、実施例1の室内機における第1部分の範囲を説明するための断面図である。図7に示すように、回転軸13の軸方向Xに直交する平面において、貫流ファン6の外周における最小距離Kminの位置を通る接線Tの方向に沿う第1部分S1の範囲は、翼ピッチPの2倍以下の範囲である。第1部分S1の範囲は、貫流ファン6の回転中心Oまわりの回転角が30度程度に相当であり、他の部分と比較して流速の大きい。ここで、貫流ファン6の外周とは、回転軸13の軸方向Xに直交する平面において、複数の翼12の各外周側部18bを結ぶ仮想円の円周を指す。また、本実施例では、第1部分S1の範囲は、第1部分S1の範囲の両端に配置された各扁平伝熱管21の厚みの中心線同士の間の範囲を指す。
【0024】
(翼ピッチ音が低減する原理)
本実施例において、貫流ファン6の翼12で発生する翼ピッチ音が低減する原理について、本実施例における熱交換器5と比較例の熱交換器とを比較して説明する。図8は、比較例における熱交換器を示す側面図である。図9は、比較例における熱交換器を示す斜視図である。図8図9及び図5図6において、矢印の太さが流速の大きさを示しており、細字矢印よりも太字矢印が、流速が速いことを示している。また、図8図9及び図5図6に示す破線は、空気の流れ方向Dに直交する平面上における流速分布を模式的に示している。
【0025】
一般に、回転軸13の軸方向Xに直交する平面において、熱交換器のフィンと貫流ファン6の翼12との間の、熱交換器を通過する空気の流れ方向に沿う距離が最小距離Kminとなる部分を含む第1部分S1から貫流ファン6側へ流れる空気の流速は速い。一方、熱交換器のフィンと貫流ファン6の翼12との間の距離が、第1部分S1よりも大きい第2部分S2から貫流ファン6側へ流れる空気の流速は遅い。
【0026】
つまり、フィンと貫流ファン6との間の距離が近い第1部分S1では、熱交換器を通過した空気が、熱交換器と貫流ファン6との間で流速が低下することなく貫流ファン6に流入するので、第1部分S1の流速が速く保たれる。これに対して、フィンと貫流ファン6との間の距離が離れた第2部分S2では、熱交換器を通過した空気の流速が、熱交換器と貫流ファン6との間の空間の空気抵抗等で低下するので、第2部分S2の流速が遅くなる。
【0027】
また、貫流ファン(クロスフローファン)の場合、貫流ファン6の内側における吹き出し口8b側に偏って偏心渦が発生し、この偏心渦に伴う気流によって貫流ファン6の風上側から空気を吸引し、貫流ファン6の風下側に空気を吹き出す。熱交換器と貫流ファン6との間の空気の流れにおいて、貫流ファン6の偏心渦からの距離が近いと貫流ファン6による吸引力が強くなり、貫流ファン6の偏心渦からの距離が遠いと吸引力が弱くなる。このような吸引力の強弱により、熱交換器から貫流ファン6に流入する空気の流速に、上述のような速度差が生じる。
【0028】
したがって、図8及び図9に示すように、比較例の熱交換器105では、熱交換器105を通過する空気の流れ方向Dにおいて、熱交換器105の上流側から一定の流速で熱交換器105に流入した空気は、熱交換器105の下流側から出るときに、フィン114の長手方向において流速に分布が生じる。ここで、比較例の熱交換器105は、第2部分S2の流速が適切となるように設定された場合、第1部分S1の流速が速くなる。このため、特に流速が速くなる第1部分S1において、貫流ファン6の翼12で生じる翼ピッチ音が大きくなり、翼ピッチ音による騒音が大きくなる不都合がある。
【0029】
上述の比較例に対して、実施例1における熱交換器5は、図5図7に示すように、第1部分S1における複数の扁平伝熱管21の第1管ピッチQ1は、第2部分S2における複数の扁平伝熱管21の第2管ピッチQ2よりも小さい。つまり、実施例1では、熱交換器5と貫流ファン6との間で流速が速くなる第1部分S1の第1管ピッチQ1が小さくされている。このため、第1部分S1において、扁平伝熱管21同士の間を通過する空気の流路が狭くなるので、流路の流動抵抗が増えることで流速が低下する。このように最小距離Kminとなる部分を含む第1部分S1における空気の流速を低下させることで、第1部分S1において貫流ファン6が発生する翼ピッチ音を低減できるので、翼ピッチ音による騒音を低減できる。
【0030】
図10は、実施例1における騒音レベルを説明するための図である。図10において、縦軸が、騒音レベル[dB]を示し、横軸が騒音の周波数[Hz]を示す。図10において、実施例1の室内機1を破線で示し、比較例の室内機を実線で示す。
【0031】
比較例の室内機は、図8及び図9に示す熱交換器105を備えており、複数の扁平伝熱管21が一定の管ピッチで配列されている。一方、実施例1の室内機1は、図5及び図6に示す熱交換器5を備えており、第1部分S1における複数の扁平伝熱管21が、第2部分S2における第2管ピッチQ2よりも小さい第1管ピッチQ1で配列されている。これにより、実施例1の室内機1では、第1部分S1において貫流ファン6が発生する翼ピッチ音が低減される。このため、実施例1の室内機1は、図10に示すように、比較例と比べて、矢印H1で示す1次の周波数付近と、矢印H2で示す2次の周波数付近において、翼ピッチ音による騒音レベルを低減できる。
【0032】
(実施例1の効果)
上述したように実施例1の室内機1は、回転軸13の軸方向Xに直交する平面上で、複数の扁平伝熱管21が、熱交換器5と貫流ファン6との間の、熱交換器5を通過する空気の流れ方向Dに沿う距離が最小距離Kminとなる部分を含む第1部分S1において第1管ピッチQ1で配列されると共に、第1部分S1に隣り合う第2部分S2において第2管ピッチQ2で配列される。第1管ピッチQ1は、第2管ピッチQ2よりも小さい。これにより、最小距離Kminとなる部分を含む第1部分S1における空気の流速が低下するので、第1部分S1で貫流ファン6が発生する翼ピッチ音を低減することが可能になり、翼ピッチ音による騒音を低減できる。
【0033】
以下、他の実施例について図面を参照して説明する。他の実施例において、上述した実施例1と同一の構成部材には、実施例1と同一の符号を付して説明を省略する。実施例2、3における熱交換器は、フィンの一側端の形状が、実施例における熱交換器5のフィン24と異なる。
【実施例0034】
図11は、実施例2における熱交換器を示す側面図である。図12は、実施例2における熱交換器を示す斜視図である。図11及び図12に示すように、実施例2における熱交換器41は、熱交換器41を通過する空気の流れ方向Dにおける上流側に配置される複数の上流側フィン44と、流れ方向Dにおける下流側に配置される複数の下流側フィン45と、を有する。
【0035】
回転軸13の軸方向Xに直交する平面上で、複数の下流側フィン45における貫流ファン6側の一側端45aは、この一側端45aの長手方向に沿う方向において、熱交換器41を通過する空気の流速が速い第1部分S1と、第1部分S1よりも空気の流速が遅い第2部分S2と、を有する(図8参照)。第1部分S1は、熱交換器41と貫流ファン6との間の、熱交換器41を通過する空気の流れ方向Dに沿う距離が最小距離Kminとなる部分を含む。第2部分S2は、下流側フィン45の一側端45aに沿う方向において第1部分S1に隣り合っている。
【0036】
第2部分S2において、複数の下流側フィン45の一側端45aには、回転軸13の軸方向Xに直交する平面において、熱交換器41を通過する空気の流れ方向Dに直交する方向に沿って凹凸部31が形成されている。つまり、凹凸部31は、下流側フィン45の一側端45aの長手方向に沿って形成されている。また、第1部分S1において、複数の下流側フィン45は、貫流ファン6側の一側端45aが、貫流ファン6側へ延ばされた突出部28を有する。
【0037】
また、回転軸13の軸方向Xに直交する平面上で、下流側フィン45の凹凸部31は、貫流ファン6の外周の接線方向(図7参照)に沿う第1部分S1の範囲の中央に対して対称に形成されている。言い換えると、凹凸部31は、下流側フィン45の一側端45aの長手方向における中央に対して対称に形成されている。実施例2においても、下流側フィン45の長手方向における第1部分S1の範囲は、上述した実施例1と同様に設定されている。
【0038】
図11に示すように、第1部分S1において、貫流ファン6との間の距離が近い突出部28を流れる空気の流速は、突出部28による流動抵抗によって、貫流ファン6との間の距離が遠い凹部を流れる空気の流速よりも低下する。このため、熱交換器41を通過する空気の流れ方向Dに沿って、突出部28を流れる空気によって貫流ファン6の翼12が発生する翼ピッチ音が低減される。
【0039】
なお、図示しないが、下流側フィン45は、凹凸部31が形成される代わりに、第2部分S2全体が、第1部分S1よりも前面側に下流側フィン45の一側端45aが配置されてもよい。また、下流側フィン45は、第1部分S1が貫流ファン6側に最も近づくように、下流側フィン45の一側端45a全体が円弧状に形成されてもよい。
【0040】
実施例2によれば、熱交換器41を通過する空気の流速が第2部分S2よりも速い第1部分S1の空気の流速が低下するので、第1部分S1で貫流ファン6が発生する翼ピッチ音を低減することが可能になり、実施例1において図10に示した騒音レベルと同様に、翼ピッチ音による騒音を低減できる。
【符号の説明】
【0041】
1 室内機(送風機)
5 熱交換器
6 貫流ファン
12 翼
13 回転軸
21 扁平伝熱管(伝熱管)
24 フィン
28 突出部
31 凹凸部
45 下流側フィン
S1 第1部分
S2 第2部分
P 翼ピッチ
Q1 第1管ピッチ
Q2 第2管ピッチ
Kmin 最小距離
D 流れ方向
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12