JP2008275251A - 空気調和機の室外機 - Google Patents

Abstract

【課題】空気調和機の室外機において、低コスト、高効率、高信頼性を維持しつつ、低騒音化を図ること。
【解決手段】空気調和機の室外機は、側面及び背面に吸込み口を有すると共に上面に吹出し口を有する筐体と、筐体の吸込み口に沿って配置された室外熱交換器と、筐体の吹出し口から空気を上方へ吹出すように配置され室外送風機と、室外送風機の下方に配置された複数の圧縮機とを備える。複数の圧縮機の内の少なくとも１台の圧縮機１０４は回転子にかご型導体及び永久磁石を備えて商用電源で駆動される自己始動式同期電動機を内蔵した定速圧縮機で構成されている。そして、定速圧縮機１０４を覆うように設けた防水性及び遮音性を有するゴム製の防水カバー５１０と、防水カバーの内側に位置して定速圧縮機１０４の胴体部外周を覆うように設け且つ繊維径２〜４μｍの極細ポリプロピレン繊維を主成分とした吸音カバー５２０とからなる防音カバーを備えている。
【選択図】図６

Description

本発明は、空気調和機の室外機に係り、特に商用電源で駆動される自己始動式同期電動機を内蔵した圧縮機を備えた空気調和機の室外機に好適なものである。

近年、地球温暖化防止、ランニングコスト低減ニーズの高まりにより、店舗やオフィスビルのエネルギー消費量の多くを占める空気調和機の省エネルギー化が推進されている。ヒートポンプ空気調和機の消費電力低減の手段としては、圧縮機、熱交換器、送風機など構成機器の高性能化が追求されている。

その中でも空気調和機の消費電力の大部分を占めるのは圧縮機駆動用電動機の消費電力であり、近年の制御技術の発達や希土類ネオジウムを使用した高性能磁石材料の開発により、例えば特開平８−４７２０７号公報（特許文献１）に記載されているようにインバータ駆動による永久磁石同期電動機を内蔵した圧縮機が開発され、空気調和機の消費電力低減がなされている。また、例えば特開２００１−２２７７７８号公報（特許文献２）に記載されているように、電動機の回転子に永久磁石とかご型導体を有した商用電源で自己始動可能な同期電動機を内蔵した圧縮機とすることにより、空気調和機の高効率化と低コスト化を図ることが提案されている。

特開平８−４７２０７号公報 特開２００１−２２７７７８号公報

一方、コンビニエンスストアの普及や高層マンションの普及に伴って、ビル屋上に設置されることの多かったマルチパッケージエアコンが住宅地に設置される機会が多くなり、近隣への騒音が問題となってきている。そのパッケージエアコンの室外機から発せられる騒音には、主に送風機音と圧縮機の運転音がある。送風機音についてはその低騒音化が進みつつあるが、一方の圧縮機の運転音については以下の理由により問題となってきている。

省エネルギー化を図るために室外熱交換器の伝熱面積を増加させる必要があり、一方、コンパクト化の観点から筐体の据付面積を維持する必要がある。その結果として、筐体表面積に占める室外熱交換器の吸込み面積の割合（筐体の吸込口面積）が増加傾向にある。特にビル用マルチパッケージエアコンで多く見られる上吹き型室外機においては、遮音効果のある板金カバーの面積が著しく減少し、圧縮機の運転音に対する遮音効果が大幅に低下してきている。

また、家庭用ルームエアコンや比較的小容量のパッケージエアコンで多く採用される横吹き型室外機や、筐体を上下に仕切って上部に熱交換器、下部に圧縮機を配置する形態を採用する上吹き型室外機では、圧縮機を個別の機械室に格納できるために遮音性や防水性に優れている。しかし、搭載できる圧縮機の台数がスペース的に限られてしまうため、大容量のパッケージエアコンで多く採用される上吹き型室外機では、個別の機械室に圧縮機を搭載しないことが多い。この場合、圧縮機が直接風雨に晒されるおそれがあるので、防水性と遮音性を有するゴム製の防水カバーで圧縮機を覆うことにより対処しているが、商用電源で駆動される自己始動式同期電動機を内蔵した圧縮機については防音効果が十分でなかった。

即ち、特許文献２の圧縮機では、永久磁石モータ特有のコギング音が特定周波数（電源周波数×極数とスロット数の最小公倍数±２×電源周波数）で発生し、商用電源駆動であるために発生する特定周波数が固定であり、その特定周波数が共振や共鳴などの騒音を発生させた場合、対策が極めて困難である。特にマルチパッケージエアコンでは、コギング周波数が数ｋＨｚと比較的高周波数となることが多いため、振動モードが高次の複雑なモードとなり、構造的な対策手段を見出すのが非常に困難であった。

本発明の目的は、低コスト、高効率、高信頼性を維持しつつ、低騒音化が図れる空気調和機の室外機を得ることにある。

前述の目的を達成するために、本発明は、側面及び背面に吸込み口を有すると共に上面に吹出し口を有する筐体と、前記筐体の吸込み口に沿って配置された室外熱交換器と、前記筐体の吹出し口から空気を上方へ吹出すように配置され室外送風機と、前記室外送風機の下方に配置された複数の圧縮機とを備え、前記複数の圧縮機の内の少なくとも１台は回転子にかご型導体及び永久磁石を備えて商用電源で駆動される自己始動式同期電動機を内蔵した定速圧縮機で構成されている空気調和機の室外機において、前記定速圧縮機を覆うように設けた防水性及び遮音性を有するゴム製の防水カバーと、前記防水カバーの内側に位置して前記定速圧縮機の胴体部外周を覆うように設け且つ繊維径２〜４μｍの極細ポリプロピレン繊維を主成分とした吸音カバーとからなる防音カバーを備えたことにある。

係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）前記圧縮機の底部の潤滑油を加熱する電気ヒーターを前記圧縮機の外周下部に備え、前記防水カバーは前記電気ヒーターを覆うように設置され、前記吸音カバーは前記電気ヒーターの設置部分を除く前記圧縮機の胴体部の概ね全面を覆うように設置されていること。
（２）前記防水カバーは、前記圧縮機の胴体部を覆う防水カバー本体と、前記圧縮機の上面部を覆う防水カバーキャップとで構成され、前記吸音カバーは前記防水カバー本体の内側に設けた筒状部材で構成されていること。
（３）前記自己始動式同期電動機で構成した圧縮機のみを前記防水カバー及び前記吸音カバーで２重に覆い、その他の圧縮機を前記防水カバーのみで覆ったこと。

係る本発明の空気調和機の室外機によれば、低コスト、高効率、高信頼性を維持しつつ、低騒音化を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態の室外機について図１から図８を用いて説明する。

まず、本実施形態の室外機１の全体概要を図１及び図２を参照しながら説明する。図１は本実施形態の空気調和機の室外機１の縦断面概略図、図２は図１の室外機１の横断面概略図である。

室外機１は、筐体３００、室外熱交換器２００、室外送風機１００、圧縮機１０３、１０４、防音カバー５００を備えた上吹き型室外機である。この室外機１は、ビルの屋上の他に、マンションのベランダや、住宅地のコンビニエンスストアの屋外などにも設置される。

筐体３００は、側面カバー３０１、サービスカバー３０２及び底板３０３を備えて構成されている。この筐体３００は、側面及び背面に吸込み口３０４、３０５を有すると共に、上面に吹出し口３０６を有している。側面に広い吸込み口３０４を有することにより、室外空気の吸い込み抵抗の低減、室外熱交換器２００の伝熱面積の拡大を図って省エネルギー化することができる。一方で、遮音効果のある板金カバーである側面カバー３０１の面積が著しく減少することとなり、圧縮機１０３、１０４から発生する騒音が筐体３００の外部に漏れ易くなっている。サービスカバー３０２は、筐体３００の正面側に脱着可能に設置され、外気を遮断している。

室外熱交換器２００は、平面コ字状のフィンチューブ型熱交換器で構成され、筐体３００の吸込み口３０４、３０５に沿って複数配置されている。この室外熱交換器２００は、内部を通る冷媒は、外部を通る室外空気と熱交換し、冷房時に室外空気へ放熱、暖房時に室外空気から吸熱する。正面側に室外熱交換器２００は設けない理由は、圧縮機１０３、１０４を前面側に設置し、サービスカバー３０２を取り外して圧縮機１０３、１０４がメンテナンスできるように考慮したものである。

室外送風機１００は、送風機モータ１０１により駆動され、室外空気を吸込み口３０４、３０５から室外熱交換器２００を通して吸込み、吹出し口３０６から空気を上方へ吹出すように筐体３００内の上部に配置されている。

複数の圧縮機１０３、１０４は、室外送風機１００の下方で室外熱交換器２００の前方に位置して、底板３０３上に配置されている。１台の圧縮機１０３は、回転鉄心にかご型導体と着磁された永久磁石を備え、インバータで駆動される自己始動式同期電動機を内蔵した回転数可変圧縮機である。他の３台の圧縮機１０４は、回転鉄心にかご型導体と着磁された永久磁石を備え、商用電源で駆動される自己始動式同期電動機を内蔵した定速圧縮機である。

このように全ての圧縮機１０３、１０４の駆動に自己始動式同期電動機を用いることにより、誘導電動機を用いることと比較して高効率化を図ることができる。また、３台の圧縮機１０３に商用電源で駆動される自己始動式同期電動機を内蔵した定速圧縮機を用いることにより、インバータで駆動される自己始動式同期電動機を内蔵した回転数可変圧縮機を用いることに比較して低コスト化を図ることができる。そして、回転数可変圧縮機１０４のインバータ駆動制御と、他の定速圧縮機１０３のオンオフ制御を組合せることにより、低コストで、任意の容量制御が可能である。

次に、図３及び図４を参照しながら、定速圧縮機１０４について詳細を説明する。図３は図１の定速圧縮機１０４の縦断面図、図４は図３の定速圧縮機１０４の回転子の横断面図である。

定速圧縮機１０４は、スクロール圧縮機で構成され、密閉容器６１０の内部に、圧縮機構部６２０、自己始動式同期電動機６３０、回転軸６４０、軸受６５０、給油ポンプ６６０及び電気ヒーター６８０を備えて構成されている。

密閉容器６１０は、胴体部６１１、上キャップ６１２及び下キャップ６１３からなり、縦長に形成されている。下キャップ６１３は、潤滑油６７０を貯留する密閉容器６１０の底部（潤滑油貯蔵部）を構成する。

圧縮機構部６２０は、固定スクロール６２１、旋回スクロール６２２等からなり、吸入パイプ６２３から冷凍サイクルの冷媒を吸込んで圧縮し、密閉容器６１０に吐出する。密閉容器６１０に吐出された冷媒は、吐出パイプ６２４から冷凍サイクルに流出される。

自己始動式同期電動機６３０は、胴体部６１１に固定された固定子６３１、固定子６３１内で回転される回転子６３２からなる。この自己始動式同期電動機６３０は、回転子６３２の外周近傍に周方向に沿ってかご型導体６３２ａを形成すると共に、回転子６３２に永久磁石６３２ｂを埋設したものである。この自己始動式同期電動機６３０では、回転子６００が同期速度に達するまでは誘導電動機として作用し、その後同期電動機として駆動することで、インバータを用いずに始動可能でありながら、同期電動機と同等の効率を実現でき、高効率化と低コスト化が実現できる。

圧縮機構部６２０と自己始動式同期電動機６３０とは、上下に配置され、回転軸６４０により連結されている。回転軸６４０は、回転子６３２に固定して設けられ、回転子６３２の駆動力を圧縮機構部６２０に伝達する。軸受６５０は、回転子６３２の上下に位置して、回転軸６４０を軸支する。給油ポンプ６６０は、潤滑油貯蔵部６１３に貯留された潤滑油６７０を軸受６５０及び圧縮機構部６２０に供給するように、回転軸６４０の下端部に装着されている。

電気ヒーター６８０は、底部に貯留された潤滑油６７０を保温するために、密閉容器６１０の下部（具体的には胴体部６１１の下端部）外周に巻設されている。換言すれば、圧縮機停止時等に潤滑油６７０の温度が低下すると、潤滑油６７０の粘度が低下し、軸受６５０が損傷してしまうおそれがあるため、電気ヒーター６８０により潤滑油６７０を加熱するように構成されている。この電気ヒーター６８０は、ヒーター線の周囲をシリコーンゴム等の絶縁体で被覆して漏電等を防ぐ構造となっている。

次に、図５から図８を参照しながら、防音カバー５００について説明する。図５は図３の定速圧縮機１０４に防音カバー５００を設けた状態の断面図、図６は図３の定速圧縮機１０４への防音カバー５００の組み立て方法の説明図、図７は極細ポリプロピレン繊維の吸音カバーとフェルト構成された吸音カバー及びグラスウールで構成された吸音カバーとの各種性能を比較した図、図８は防水カバー及び吸音カバーの有無による騒音低減効果を示す図である。なお、図５では、防音カバー５００のみを断面して示す。

定速圧縮機１０４は、防水性及び遮音性を有するゴム製の防水カバー５１０と、吸音性を有する吸音カバー５２０とからなる防音カバー５００で覆われている。

防音カバー５００の組み立て方法を説明する。防水カバー本体５１１及び吸音カバー５２０は平板状に製作された後に筒状に形成され、吸音カバー５２０は防水カバー本体５１１の内側に両面テープなどにより固定される。この２重とされた防水カバー本体５１１及び吸音カバー５２０は定速圧縮機１０４の側面に巻き付けられ、紐５１１ａで遊端部が結合される。防水カバーキャップ５１２は上方から防水カバー本体５１１の上面開口を覆うように取付けられ、紐５１２ａにより防水カバー本体５１１に結合される。

防水カバー５１０は、定速圧縮機１０４の側面外周全体（電気ヒーター６８０を含む）を覆う防水カバー本体５１１と、定速圧縮機１０４の上面及び防水カバー本体５１１の上面開口を覆う防水カバーキャップ５１２とから構成されている。上吹き型室外機１では、筐体３００の上面に形成された吹出し口３０６より雨水入り込むことがあるが、防水カバー５１０によってその雨水が定速圧縮機１０４に直接当たることを防止でき、定速圧縮機１０４の信頼性を維持することができる。

吸音カバー５２０は、繊維径２〜４μｍの極細ポリプロピレン繊維を主成分とした吸音シートで構成され、防水カバー５１０の内側に位置して定速圧縮機１０４の電気ヒーター６８０を除く胴体部の外周を覆うように設けられている。この吸音カバー５２０は、図７に示すように、フェルト構成された比較例１の吸音カバー及びグラスウールで構成された比較例２の吸音カバーに比較して、吸音性能、疎水性・保水性、難燃性、耐熱性、強度、環境、軽量・薄さの点で優れている。

吸音カバー５２０は、繊維径２〜４μｍの極細ポリプロピレンで構成されており、繊維間に多くの空気を含有できるので、吸音性に優れると同時に、軽量性、薄さ（省スペース性）にも優れる。この吸音カバー５２０は、図８に示すように、防水カバー無しの場合に対し約１０ｄＢの騒音低減効果があり、防水カバーのみの場合に対して４．９ｄＢの騒音低減効果がある。

更に、吸音カバー５２０は、この吸音カバー５２０と電気ヒーター６８０との隙間に保水される恐れがあることも考慮し、圧縮機１０４の潤滑油貯蔵部６１３を除く胴体部６０６のみに吸音カバー５２０を設け、電気ヒーター６８０を避けた位置に設けてある。

なお、回転数可変圧縮機１０３は、インバータで駆動されることを除いて、定速圧縮機１０４と基本的な構造は同一である。そして、この回転数可変圧縮機１０３は、吸音カバー５２０を省略して、防水シート５１０のみで覆われている。これによって、低コスト化を図ることができる。

本発明の一実施形態の空気調和機の室外機の縦断面概略図である。 図１の室外機の横断面概略図である。 図１の定速圧縮機の縦断面図である。 図３の定速圧縮機の回転子の横断面図である。 図３の定速圧縮機に防音カバーを設けた状態の断面図である。 図３の定速圧縮機への防音カバーの組み立て方法の説明図である。 図３の極細ポリプロピレン繊維の吸音カバーと比較例１のフェルトで構成された吸音カバー及び比較例２のグラスウールで構成された吸音カバーとの各種性能を比較した図である。 防水カバー及び吸音カバーの有無による騒音低減効果を示す図である。

符号の説明

１…室外機、１００…室外送風機、１０１…送風機モータ、１０３…回転数可変圧縮機、１０４…定速圧縮機、２００…室外熱交換器、３００…筐体、３０１…側面カバー、３０２…サービスカバー、３０３…底板、５００…防音カバー、５１０…防水カバー、５１１…防水カバー本体、５１２…防水カバーキャップ、５２０…吸音カバー、６１０…密閉容器、６１１…胴体部、６１２…上キャップ、６１３…下キャップ（潤滑油貯蔵部）、６２１…固定スクロール、６２２…旋回スクロール、６２３…吸入パイプ、６２４…吐出パイプ、６３１…固定子、６３２…回転子、６３２ａ…かご型導体、６３２ｂ…永久磁石、６２０…圧縮機構部、６３０…自己始動式同期電動機、６４０…回転軸、６５０…軸受、６６０…給油ポンプ、６７０…潤滑油、６８０…電気ヒーター。

Claims (4)

1. 側面及び背面に吸込み口を有すると共に上面に吹出し口を有する筐体と、
   前記筐体の吸込み口に沿って配置された室外熱交換器と、
   前記筐体の吹出し口から空気を上方へ吹出すように配置され室外送風機と、
   前記室外送風機の下方に配置された複数の圧縮機とを備え、
   前記複数の圧縮機の内の少なくとも１台は回転子にかご型導体及び永久磁石を備えて商用電源で駆動される自己始動式同期電動機を内蔵した定速圧縮機で構成されている空気調和機の室外機において、
   前記定速圧縮機を覆うように設けた防水性及び遮音性を有するゴム製の防水カバーと、前記防水カバーの内側に位置して前記定速圧縮機の胴体部外周を覆うように設け且つ繊維径２〜４μｍの極細ポリプロピレン繊維を主成分とした吸音カバーとからなる防音カバーを備え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、前記圧縮機の底部の潤滑油を加熱する電気ヒーターを前記圧縮機の外周下部に備え、前記防水カバーは前記電気ヒーターを覆うように設置され、前記吸音カバーは前記電気ヒーターの設置部分を除く前記圧縮機の胴体部の概ね全面を覆うように設置されていることを特徴とする空気調和機の室外機。
3. 請求項２において、前記防水カバーは、前記圧縮機の胴体部を覆う防水カバー本体と、前記圧縮機の上面部を覆う防水カバーキャップとで構成され、前記吸音カバーは前記防水カバー本体の内側に設けた筒状部材で構成されていることを特徴とする空気調和機の室外機。
4. 請求項１において、前記自己始動式同期電動機で構成した圧縮機のみを前記防水カバー及び前記吸音カバーで２重に覆い、その他の圧縮機を前記防水カバーのみで覆ったことを特徴とする空気調和機の室外機。

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