JP2007309632A - 空気調和機の室外機及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】
小形化を図ると共に、小形化による送風性能の低下を防止し、且つ騒音低減も可能な空気調和機の室外機を得る。
【解決手段】
空気調和機の室外機は、底ベース102と、底ベースの上部に配置される熱交換器107と、底ベースに対向して配置されたシュラウド103と、このシュラウドに囲われるように配置されたプロペラファン104とこのプロペラファンを駆動するモータとを有する送風機とを備えている。前記プロペラファンのシュラウドの最上流位置からの突き出し量をht、プロペラファンの高さをHとしたとき、-0.2≦ht/H≦0.2となるように構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は空気調和機の室外機及び空気調和機に関し、特に外気を水平方向から熱交換器に吸込み筐体上部に設けたプロペラファンにより上方に吹き出すようにした室外機の構造に関する。

空気調和機の室外機の送風性能を向上させるようにしたものとして特許文献１に記載されたものがある。これによれば、ベルマウスのアール面を制御部側よりも熱交換器部側の方を大きくして、熱交換器部側の通風抵抗を減らすようにしている。

空気調和機の室外機をコンパクト化するようにしたものとしては特許文献２に記載されたものがある。これによれば、断面コの字形熱交換器の曲げ角度を非対称にし、且つベルマウスのアール面を、断面コの字形熱交換器に合わせて非対称にして送風性能を向上させている。

空気調和機の室外機の騒音を低減するようにしたものとしては特許文献３に記載されたものがある。これによれば、送風ファンを円筒形のベルマウスで完全に囲み、送風ファンとベルマウスとの隙間（ギャップ）を周方向に均一にし、送風ファンに吸込まれる流れを安定させることで騒音低減を図るようにしている。

特開2002-221341号公報（4頁-図1） 特開2004-156872号公報（6頁-代表図） 特開2001-33066号公報（4頁-図1）

一般的に、ビル・店舗用の空気調和機の室外機はビルの屋上や建物と建物の間に置かれることが多い。そのため隣接する建物の住民、あるいは働いている人達は室外機の運転音を常に耳にすることになるため、低騒音の空気調和機の室外機が求められており、また近年の空気調和機の室外機はそのニーズに応えるべく技術開発が進み、年々低騒音化されている。

ところで、空気調和機の室外機は上記のような場所に置かれるため、小形化も求められており、特に都市のビル密集地帯のように設置場所に限りがあるところではそのニーズが強い。また、小形の室外機はトラック等にたくさん乗せることができるため運搬性が良く、設置作業が容易になるため、空気調和機の設置施工業者からの要望も高く、低騒音化同様、年々進歩し、小形化されている。従来、空気調和機の室外機は２個のファンを使用することが多かったが、最近では1個のファンで室外機を構成し、更に小形化し、且つ低騒音化も実現するために、上記特許文献１〜３に記載されたものなどが開発されてきた。

特許文献１や特許文献２のものは送風性能を向上させ、室外機の小形化も図れるものであるが、現在では更なる送風性能の向上や小形化が要求されている。低騒音化に関しては、特許文献３のようにファンの吸込み流れの不均一による騒音増加を、ファンをベルマウスで完全に囲うことで、吸込み流れの均一化を図り、騒音増加を抑えている。しかし、ファンをベルマウスで完全に囲うと、ベルマウス部の通風抵抗が増加し、結果として、室外機の必要風量を実現するのにファン回転数を大きく設定する必要があり、騒音は増加する傾向となる。一般的に、空気調和機の室外機用のプロペラファンは完全な軸流ファンではないため、ある程度の径方向吸込み流れがあった方が、ファン性能は向上する。しかし、径方向吸込み流れがありすぎると、小形化された室外機では騒音増加の原因となることがわかった。

本発明の目的は、小形化を図ると共に小形化による送風性能の低下を防止できる空気調和機の室外機を得ることにある。
本発明の他の目的は、騒音低減を図ることのできる空気調和機の室外機を得ることにある。

上記目的を達成するため、本発明の第1の特徴は、底ベースと、この底ベースの上部に配置された熱交換器と、前記底ベースに対向して配置されたシュラウドと、このシュラウドに囲われるように配置されたプロペラファンと該プロペラファンを駆動するモータを有する送風機とを備えた空気調和機の室外機において、前記プロペラファンが前記シュラウドの送風に対する最上流位置から突き出した突き出し量をht、プロペラファンの高さをHとしたとき、−0.2≦ht/H≦0.2となるように構成したことにある。

ここで、前記プロペラファンの送風に対する最上流位置と前記シュラウドの送風に対する最上流位置とを略同位置にするのが望ましい。

また、シュラウドの円筒部最上流位置と熱交換器の最上部のファン軸方向距離Δｈをプロペラファンの直径Ｄで除した値Δｈ／Dが0.126〜0.217、好ましくは0.155〜0.217の範囲になるように構成すると良い。

本発明の第２の特徴は、底ベースと、この底ベースの上部に配置された熱交換器と、前記底ベースに対向して配置されたシュラウドと、このシュラウドに囲われるように配置されたプロペラファンと該プロペラファンを駆動するモータを有する送風機とを備えた空気調和機の室外機において、前記プロペラファンの直径をＤ、前記シュラウドの送風に対する最上流位置と前記熱交換器の最上部位置とのプロペラファン軸方向距離をΔｈとしたとき、0.126≦Δh/D≦0.217となるように構成したことにある。

上記において、前記シュラウドの円筒部の送風に対する上流側に略円弧部を備え、この略円弧部の平均半径（Ｒ）寸法を前記プロペラファンの高さ（Ｈ）で割った値Ｒ／Ｈが0.123〜0.3、好ましくは0.123〜0.185の範囲になるように構成すると良い。

本発明の第３の特徴は、圧縮機と室外熱交換器と減圧器とを備える室外機と、室内熱交換器を備える室内機とを備え、前記室外機は、底ベースと、この底ベースの上部に配置された熱交換器と、前記底ベースに対向して配置されたシュラウドと、このシュラウドに囲われるように配置されたプロペラファンと該プロペラファンを駆動するモータを有する送風機とを備えた空気調和機において、前記プロペラファンが前記シュラウドの送風に対する最上流位置から突き出した突き出し量をht、プロペラファンの高さをHとしたとき、−0.2≦ht/H≦0.2となるように構成したことにある。

ここで、前記プロペラファンの送風に対する最上流位置と前記シュラウドの送風に対する最上流位置とが略同位置にするのが望ましい。また、前記シュラウドの円筒部の送風に対する上流側に略円弧部を備え、この略円弧部の平均半径（Ｒ）寸法を前記プロペラファンの高さ（Ｈ）で割った値Ｒ／Ｈが0.123〜0.3の範囲になるように構成すると良い。

本発明によれば、小形化を図ると共に小形化による送風性能の低下を防止できる空気調和機の室外機を得ることができる。また、騒音低減を図ることのできる空気調和機の室外機を得ることも可能となる。更に、上記室外機を有する空気調和機を得ることができる。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

図1は、本発明の実施例１に係る空気調和機の室外機を示す側面図である。底ベース102と、底ベース102に対向して配置されたシュラウド103の間には、プロペラファン104とモータ106で構成された送風機と、熱交換器107が配置されており、プロペラファン104はシュラウド103に囲われるように配置されている。シュラウド103のプロペラファン104を囲む部分は円筒形に構成され、また熱交換器107は底ベースの辺に沿うように配置され、底ベース102の幅あるいは奥行の小さい方の寸法は、この底ベースの幅あるいは奥行の小さい方の寸法をプロペラファン104の直径で除した値が1.165〜1.475となるように構成されている。前記送風機を駆動することにより、熱交換器107の外側から内側に向い且つ送風機が配置されている方向に空気の流れが生じ、送風機通過後はシュラウド103から空気調和機の室外機101の上方に空気を吹きだすように構成されている。プロペラファン104の送風に対する最上流位置104ａとシュラウド円筒部の送風に対する最上流位置103ａとは、軸方向に略同位置（121の位置）となるように構成されている。105は送風機のモータ106を取り付けるモータクランプ、108は圧縮機等のタンク類、109は電気箱、110は前カバーである。図示はしていないが、本実施例の空気調和機は、室外機に設けられた圧縮機、四方弁、室外熱交換器及び減圧器と、室内機に設けられた室内熱交換器が冷媒配管により接続されて冷凍サイクルを構成しているものである。

図２は図１の実施例１を正面から見た図、図３は図２の平面図である。本実施例の構成を図1〜図３を用いて詳しく説明する。本実施例では、シュラウド103の円筒部の送風に対する最上流位置と熱交換器107の最上部のファン軸方向距離Δｈをプロペラファン104の直径Dで除した値が、0.126〜0.217、望ましくは0.155〜0.217に構成している。

また、シュラウド103の送風に対する最上流部の円筒部と底ベース102に対向するシュラウド103の平板部の交差部に略円弧部103bを設け、その円弧部103bの平均Ｒ寸法をプロペラファン104の高さHで除した値が0.123〜0.3、望ましくは0.151〜0.228となるように構成している。

また、図３に示すように、熱交換器107は底ベース102の辺に沿うように配置され、底ベース102の角部に相当する部分では、円弧に曲げて構成され、該熱交換器107の曲げ角度θは90°〜100°に構成されている。更に、熱交換器107とプロペラファン104の平面方向（径方向）の位置関係ΔLは、ΔL≧0になるように構成されている。

図４に比較例の空気調和機の室外機を示す。この比較例の室外機の構成は、図1の空気調和機の室外機と基本的には同じであるが、図1と異なる点はファン周りの構成である。図４に示す比較例の空気調和機の室外機では、熱交換器107に垂直方向で重なるようにプロペラファン104が配置され、プロペラファン104の周りにはベルマウス201が配置され、このベルマウス201はシュラウド103に取り付けられている。また、シュラウド103の開口部面積はベルマウス201の開口部面積よりも大きく構成され、このシュラウド開口部面積を大きく構成することで、通風抵抗を小さくして騒音低減を図っている。更に、プロペラファン104を熱交換器107と垂直方向に重なるように配置したことにより、プロペラファン104の径方向吸込み流れを積極的に形成させ、送風性能向上を図るようにしている。しかし、この比較例の空気調和機の室外機では、シュラウド103の開口部面積をベルマウス201の開口部面積より大きくする必要があるため、室外機の十分な小形化を図れないという課題がある。また、プロペラファン104を熱交換器と垂直方向に重なるように配置しているので、ファン回転の騒音が熱交換器を通過して外部に洩れるため、特に熱交換器部分からの騒音が増加するという課題もあった。

本実施例では、これらの上記課題を解決するために、図1〜図３に示す空気調和機の室外機の構成としたものである。
図５〜図１０により、本実施例の更に詳細な構成と効果を説明する。
プロペラファンは、一般に、完全な軸流ファンではないため、ある程度の径方向吸込み流れがあった方がファン性能は向上する。本実施例では、このプロペラファンの特性を利用するため、以下の構成としている。

プロペラファンの径方向吸込み流れの増加を図るため、図５に示すように、熱交換器107の上部とシュラウド円筒部の送風に対する最上流位置の距離（図１のΔｈ）を大きく、すなわちＡ部を大きく構成した場合、プロペラファンの直径に対して室外機の幅や奥行が十分大きい場合には効果があるが、室外機の小形化を実現できない。本実施例では、図４に示すベルマウス201を排除し、シュラウド103の内壁をプロペラファン104に近接させることで小形化を図れる構成の室外機としているが、図５に示すように、プロペラファンとシュラウドの内壁302との距離が近くなるので、十分な径方向吸込み流れ301を形成させることはできず、逆にＡ部で空気の流れが乱れて騒音増加の原因となることがわかった。

そこで本実施例の室外機では、プロペラファン周りの構成を図６のようにしている。即ち、シュラウド103の円筒部はプロペラファン104を囲むように構成され、プロペラファンとシュラウドの軸方向位置関係は、プロペラファンの送風に対する最上流位置と、シュラウド円筒部の送風に対する最上流位置とが、軸方向に同位置（303の位置）となるように構成されている。このように構成することにより、以下の効果がある。即ち、プロペラファンをシュラウドで囲むことにより、遮音による騒音低減を実現でき、またプロペラファンは円筒部に囲われているため、圧力性能が向上し、熱交換器を通過する空気の流れ202の増加を実現できる。また、シュラウド円筒部最上流側に空気の流れを滑らかにファンに導くように円弧部Ｒを設け、更にプロペラファンの径方向吸込み流れ301の増加を狙い、熱交換器上部とシュラウド円筒部最上流位置を離して空間Ｂ部を形成している。このような構成とすることにより、ファンへの径方向吸込み流れを形成し、送風性能を向上させることができる。

図６では、プロペラファンの最上流位置と、シュラウド円筒部の最上流位置とが軸方向に同位置（303の位置）とする例を説明したが、プロペラファンの最上流位置とシュラウド円筒部の最上流位置とは必ずしも同位置にしなくても、略同位置であれば、ほぼ同様の効果が得られることを図８及び図９を用いて以下説明する。

図８において、プロペラファン104がシュラウド103の最上流部から突き出した量htをプロペラファンファンの突き出し量と呼ぶ。ここで、突き出し量htが負の場合は、プロペラファン104の最上流位置がシュラウドの最上流位置よりも上にあることを意味している。

図９は、突き出し量htを羽根高さHで除した値ht／Hと風量比との関係を示す図で、風量比とは、突き出し量が０（ht／H＝０）の場合の風量を1.00とし、羽根高さHに対して突き出し量htを変化させたときの風量の変化量比である。図９ではht／Hが正の場合についてのみ示しているが、ht／Hが負の場合にも正の場合と同様に、ht／Hが０に近づくにつれ風量比が大きくなっている。この図９から、ht/Hが0.2よりも小さい範囲で多くの風量が得られ、送風性能を向上させることができることが分かった。ht/Hが負の場合も同様に、−0.2≦ht/H の範囲で高い送風性能が得られることがわかった。これらのことから、−0.2≦ht/H≦0.2の範囲とすることで高い送風性能が得られ、特にht/Hが略0の時に最大の送風性能が得られることが分かった。

図７は熱交換器上部とシュラウド円筒部の送風に対する最上流位置とのファン軸方向寸法Δｈを図６の例と比較し大きくしたもので、空間Ｃ部を拡大した例である。この例でも、図1で説明したのと同様に、シュラウドの円筒部最上流位置と熱交換器の最上部のファン軸方向距離Δｈをプロペラファンの直径Dで除した値が、0.126〜0.217、好ましくは0.155〜0.217の範囲で構成する。Δｈ＞0.217であると、シュラウド内壁302増加（空間Ｃ部の拡大）による通風抵抗が大きくなり、送風性能向上は期待できなくなる。図１０は、Δh／Dと風量比との関係を示す図である。この図に示すように、0.155≦Δh／Dの範囲では、Δh／Ｄが大きいほど風量が顕著に向上しているが、Δh／Ｄが0.217を超えると風量の増加はほとんどなくなり、逆に室外機が大形化するデメリットが大きくなるので、風量と室外機寸法のバランスを考慮すると0.126≦Δh/D≦0.217、望ましくは0.155≦Δh/D≦0.217となるように構成するのが良いことがわかる。

図６のシュラウド円筒部の送風に対する最上流側に空気の流れを滑らかにファンに導くように形成した円弧部Ｒ（図1参照）における平均Ｒ寸法を、プロペラファン104の高さHで除した値Ｒ／Ｈが0.123〜0.3、好ましくは0.123〜0.185の範囲になるようにで構成すると送風性能向上を実現できる。Ｒ／Ｈの範囲が前記範囲以外になるようにＲ寸法を形成すると、例えばＲ／Ｈ＜0.123では空気の流れを滑らかにファンに導くことができなくなり、またＲ／Ｈ＞0.3（或いは0.185）では、図５の場合と同様な状態となり、空気の流れが乱れ、送風性能の向上は期待できなくなる。

本実施例において、熱交換器107は図３に示すように配置される。熱交換器107の曲げ角度θを90°〜100°に構成すると、熱交換器の周長を大きく取ることができ、プロペラファンの径方向吸込み面積を大きくできるから送風性能の向上を図れる。また、図３のΔLはΔL≧０となるように構成されている。仮に、ΔL＜０とする、即ちファンと熱交換器とが平面方向（径方向）で重なった場合、熱交換器を通過して送風機に吸込まれる空気の流れは、急な角度で曲がることになるので、通風（曲がり）抵抗が増加し、送風性能の低下を招くことになる。

本実施例の作用、効果を以下にまとめる。
（１）プロペラファンをシュラウドで囲む構成としているから、遮音による騒音低減を実現でき、またプロペラファンは円筒部に囲われているため圧力性能が向上し、熱交換器を通過する空気量を増大できる。
（２）熱交換器上部とシュラウド円筒部最上流位置との間を離して空間を設けているので、プロペラファンへの径方向吸込み流れ301を増加でき、送風性能の向上を図ることができる。
（３）シュラウド円筒部最上流側に空気の流れを滑らかにファンに導くように円弧部Ｒを設けているので、ファン径方向吸込み流れを形成し易くでき、この点からも送風性能を向上できる。
（４）熱交換器107の曲げ角度θを90°〜100°に構成しているので、熱交換器の周長を大きく取ることができ、プロペラファンの径方向吸込み面積を大きくできるから送風性能の向上を図れる。また、プロペラファンと熱交換器とが平面方向で重ならないように熱交換器を配置しているので、熱交換器を通過した空気はファンに滑らかに吸込まれから、通風抵抗が小さくなり、送風性能を向上できる。

本発明の実施例１に係る空気調和機の室外機の側断面図。 図１に示す空気調和機の室外機の正面断面図（縦断面図）。 図２の平面図。 比較例を説明する空気調和機の室外機の側断面図。 実施例１の効果を説明するための比較例を示す部分断面図。 実施例１の効果を説明する部分断面図。 図６に示す実施例１の変形例を説明する部分断面図。 プロペラファンの最上流位置とシュラウド円筒部の最上流位置との位置関係を（プロペラファンの突き出し量）を説明する説明図。 突き出し量htを羽根高さHで除した値ht／Hと風量比との関係を示す線図。 シュラウドの円筒部最上流位置と熱交換器の最上部のファン軸方向距離Δｈをプロペラファンの直径Dで除した値Δh／Dと風量比との関係を示す線図。

符号の説明

101…空気調和機の室外機、102…底ベース、103…シュラウド、103ａ…シュラウド円筒部の送風に対する最上流位置、103ｂ…シュラウドの略円弧部、104…プロペラファン、104ａ…プロペラファンの送風に対する最上流位置、105…モータクランプ、106…モータ、107…熱交換器、108…圧縮機等のタンク類、109…電気箱、110…前カバー、111…ファン回転方向、201…ベルマウス、202…熱交換器を通過する空気の流れ、301…シュラウド円筒部最上流と熱交換器上部との間の空間部（懐）における空気の流れ（径方向吸込流れ）、302…シュラウド内壁、303…プロペラファンの最上流位置とシュラウド円筒部の最上流位置とが同位置となる軸方向同位置。

Claims (10)

1. 底ベースと、この底ベースの上部に配置された熱交換器と、前記底ベースに対向して配置されたシュラウドと、このシュラウドに囲われるように配置されたプロペラファンと該プロペラファンを駆動するモータを有する送風機とを備えた空気調和機の室外機において、
   前記プロペラファンが前記シュラウドの送風に対する最上流位置から突き出した突き出し量をht、プロペラファンの高さをHとしたとき、
   −0.2≦ht/H≦0.2
   となるように構成したことを特徴とする空気調和機の室外機。
2. 請求項１において、前記プロペラファンの送風に対する最上流位置と前記シュラウドの送風に対する最上流位置とが略同位置であることを特徴とする空気調和機の室外機。
3. 請求項１または２において、シュラウドの円筒部最上流位置と熱交換器の最上部のファン軸方向距離Δｈをプロペラファンの直径Ｄで除した値Δｈ／Dが0.126〜0.217の範囲になるように構成したことを特徴とする空気調和機の室外機。
4. 請求項項３において、前記値Δｈ／Dを0.155〜0.217の範囲としたことを特徴とする空気調和機の室外機。
5. 底ベースと、この底ベースの上部に配置された熱交換器と、前記底ベースに対向して配置されたシュラウドと、このシュラウドに囲われるように配置されたプロペラファンと該プロペラファンを駆動するモータを有する送風機とを備えた空気調和機の室外機において、
   前記プロペラファンの直径をＤ、前記シュラウドの送風に対する最上流位置と前記熱交換器の最上部位置とのプロペラファン軸方向距離をΔｈとしたとき、
   0.126≦Δh/D≦0.217
   となるように構成したことを特徴とする空気調和機の室外機。
6. 請求項１〜５の何れかにおいて、前記シュラウドの円筒部の送風に対する上流側に略円弧部を備え、この略円弧部の平均半径（Ｒ）寸法を前記プロペラファンの高さ（Ｈ）で割った値Ｒ／Ｈが0.123〜0.3の範囲になるように構成したことを特徴とする空気調和機の室外機。
7. 請求項６において、前記値Ｒ／Ｈを0.123〜0.185の範囲としたことを特徴とする空気調和機の室外機。
8. 圧縮機と室外熱交換器と減圧器とを備える室外機と、室内熱交換器を備える室内機とを備え、前記室外機は、底ベースと、この底ベースの上部に配置された熱交換器と、前記底ベースに対向して配置されたシュラウドと、このシュラウドに囲われるように配置されたプロペラファンと該プロペラファンを駆動するモータを有する送風機とを備えた空気調和機において、
   前記プロペラファンが前記シュラウドの送風に対する最上流位置から突き出した突き出し量をht、プロペラファンの高さをHとしたとき、
   −0.2≦ht/H≦0.2
   となるように構成したことを特徴とする空気調和機。
9. 請求項８において、前記プロペラファンの送風に対する最上流位置と前記シュラウドの送風に対する最上流位置とが略同位置であることを特徴とする空気調和機。
10. 請求項８または９において、前記シュラウドの円筒部の送風に対する上流側に略円弧部を備え、この略円弧部の平均半径（Ｒ）寸法を前記プロペラファンの高さ（Ｈ）で割った値Ｒ／Ｈが0.123〜0.3の範囲になるように構成したことを特徴とする空気調和機。

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