JP2014016084A - 空気調和機の室外ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】ユニットサイズを大きくすることなく、熱交換器の実装体積を増加させて熱交換性能を向上させることができる室外ユニットを得る。
【解決手段】空気調和機の室外ユニット５０は、熱交換器７、少なくとも１つのファン４、圧縮機９、及び、これらを内蔵し、吸込み口６及び吹出し口２が形成された箱状のケーシング１を備え、圧縮機９は、吸込み口６から流入した空気が熱交換器７及びファン４を通って吹出し口２へ流れる風路の熱交換器７とファン４との間に配置されている構成。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和機の室外ユニットに関するものである。

従来の空気調和機の室外ユニットは、熱交換器、ファン及び圧縮機等の構成機器とそれらを内蔵する箱状のケーシングとで構成される。この室外ユニットは、配管で接続された室内ユニットとの間で冷媒を循環させ、上記熱交換器に通風した空気との間で放熱又は吸熱させることにより、部屋を冷房又は暖房する。このような従来の空気調和機の室外ユニットとしては、放熱又は吸熱効率を上げることにより空気調和機の性能の向上を図ったものとして、箱状のケーシングの２面が利用できるように、当該２面に沿って熱交換器をＬ字状に配置したり、ユニットサイズを大きくし、圧縮機の配置を工夫して３面が利用できるように、当該３面に沿って熱交換器をコの字状に配置にしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、特許文献１に開示された室外ユニットでは、圧縮機はケーシング内の熱交換器に対して区画された収納スペース内に収納されている。

特開２００６−５７８６４号公報

従来の空気調和機の室外ユニットにおいて、ユニットサイズを大きくすることなく、さらに性能を向上させるための１つの方法としては、天板や底板面に沿って熱交換器を配置することが考えられる。しかしながら、このような方法では、天板や底板面近傍に十分な吸い込みスペースを設ける必要があるなど、室外ユニットの設置の際に制約を受けてしまう。また、組立が複雑になるなど製造性の低下を招いてしまう。また、上述の通り、熱交換器が配置可能なスペースは限られているため、熱交換器の実装体積の増加に限界がある。

また、従来の空気調和機の室外ユニットにおいて、ユニットサイズを大きくすることなく、さらに性能を向上させるための別の方法としては、熱交換器を通風方向に厚く構成することも考えられる。しかしながら、このような方法では、空気の下流側ほど空気と冷媒との温度差は小さくなるため、厚さの増加とともに熱交換性能の向上は飽和する。さらに、通風抵抗つまりファン入力は熱交換器の厚さにほぼ比例して増加するため、熱交換器の厚さを増加して実装体積を増加してもそれに見合うだけの室外ユニットの性能向上は期待できない。また、風量を増加させると、上記空気と冷媒との温度差の低下は抑制され、ほぼ風量に比例して熱交換性能は増加するが、熱交換器の通過風速増加に伴い通風抵抗つまりファン入力はそれ以上に増加するため、効率よく室外ユニットの性能を向上させることができない。

このように、従来の空気調和機の室外ユニットは、室外ユニットの性能を向上させるためには、ユニットサイズを大きくせざるを得ないという問題点があった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ユニットサイズを大きくすることなく、熱交換器の実装体積を増加させて熱交換性能を向上させることができる室外ユニットを得ることを目的としている。

本発明に係る空気調和機の室外ユニットは、熱交換器、少なくとも１つのファン、圧縮機、及び、これらを内蔵し、吸込み口及び吹出し口が形成された箱状のケーシングを備えた空気調和機の室外ユニットにおいて、圧縮機は、吸込み口から流入した空気が熱交換器及びファンを通って吹出し口へ流れる風路の熱交換器とファンとの間に配置されているものである。

本発明に係る室外ユニットは、圧縮機を、吸込み口から流入した空気が熱交換器及びファンを通って吹出し口へ流れる風路の熱交換器とファンとの間に配置することにより、ユニットサイズを大きくすることなく熱交換器体積を増加させることができる。また、吸い込み面積が大きくなるようにケーシング内に熱交換器を実装することができるので、熱交換性能の増加と通風抵抗の低下によるファン入力の低減の両立が図れ、また、風量を増加させても、通風抵抗の増加つまりはファン入力の増大を抑制しつつ熱交換性能の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和機の室外ユニットを示す外観斜視図である。 図１におけるＡ−Ａ断面模式図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和機の室外ユニットと比較例との比較説明図である。 本発明の実施の形態３に係る空気調和機の室外ユニットを示す外観斜視図である。 図４におけるＤ−Ｄ断面模式図である。 本発明の実施の形態４に係る空気調和機の室外ユニットを示す外観斜視図である。

以下、本発明に係る空気調和機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。なお、各実施の形態を通して同一符号は、特に断らない限り同一又は相当部品（部分）を表すものとする。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機の室外ユニット５０を示す外観斜視図である。また、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面模式図である。なお、図２に示す白抜き矢印は、室外ユニット５０を流れる空気の流れを示すものである。

図１において、室外ユニット５０は、吸込み口６及び吹出し口２が形成された箱状のケーシング１を備えている。ケーシング１は、例えば、底面部となるベース板１ａと、前面部を形成し、吹出し口２が形成されたフロントパネル１ｂと、吸込み口６となる範囲以外の側面部及び後面部を形成するサイドパネル１ｃと、天面部を形成する天板１ｄとから構成される。すなわち、本実施の形態１では、吸込み口６はケーシング１の両側面と背面の３面に形成され、吹出し口２はケーシング１の前面に形成されている。そして、このケーシング１内には、ベース板１ａ上に、熱交換器７及び圧縮機９が固定されている。また、図示しない支持部材（ステー）を介してファン４がベース板１ａ上に取り付けられている。このファン４は吹出し口２と対向するように配置されており、吹出し口２の外周部には、ファン４の外周部を取り囲むようにベルマウス３が設けられている。ここで、ケーシング１内には、ファン４が駆動することによって、吸込み口６から流入した空気が、熱交換器７及びファン４を通って吹出し口２へ流れる風路が形成される。圧縮機９は、この風路の熱交換器７とファン４との間に設置されている。また、圧縮機９の配管、膨張弁等の付属部品も熱交換器７とファン４との間のスペースに設置されている。

ファン４は軸流ファンであり、ボス４ｂと、このボス４ｂの外周部に設けられた複数の羽根４ａと、ボス４ｂの中心を回転軸としてボス４ｂ及び羽根４ａを回転させるファンモーター５とを備えている。本実施の形態１では、羽根幅を小さくし、羽根枚数を多くして、羽根４ａの回転軸方向の長さが短くなるように構成している。図では例えば従来羽根枚数が３枚であったものを６枚にしている。また、図２に示すように、ファンモーター５はボス４ｂ内に内蔵されている。これにより、ファン４の全長をさらに短くすることができ、ケーシング１の奥行き寸法を短くすることができる。なお、上記の支持部材（ステー）はファンモーター５の外郭に連結してファンモーター５を支持している。

ここで、熱交換器７は、図２に示すように、平面視でコの字状に折り曲げて配置されている。つまり、本実施の形態１に係る熱交換器７は、２つの折れ曲がり部が形成され、熱交換器７の通風面積が十分大きくなるように、ケーシング１内でその両側面と背面に沿って配置されている。なお、熱交換器７は、フィン・チューブ型と呼ばれるものであり、フィン７１と伝熱管（図示せず）とで構成されている。フィン７１は、紙面直交方向（ベース板１ａに対し垂直方向）に伸びた短冊状の板で、空気が流れるすきまが形成されるように一定の間隔を設けて水平方向に複数積層されている。冷媒が流通する上記伝熱管は、積層されたフィン７１を貫通して垂直方向に複数段設けられている。なお、図では熱交換器７は列数が１列のものを示しているが、列数は２列以上であっても良い。また、伝熱管は多穴の扁平形状の、いわゆる扁平管であっても良い。

次に、本実施の形態１に係る室外ユニット５０の動作について説明する。
図２において、空気の流れを白抜き矢印で示すように、ファン４により発生させる空気の流れは、吸込み口６から、ベース板１ａ、フロントパネル１ｂ、サイドパネル１ｃ及び天板１ｄで形成されたケーシング１内の風路に流入し、吹出し口２から排出される。つまり、ファン４が回転駆動することにより、室外ユニット５０近傍の空気は、吸込み口６から上記風路内に流入し、風路内に配置された熱交換器７のフィン７１間を通って、吹出し口２から排出される。熱交換器７のフィン７１間を通る空気は、この間、熱交換器７を流通する冷媒と熱交換する。

このように、本実施の形態１においては、熱交換器７を平面視でコの字状に配置しているため、熱交換器７の吸込み面積を十分大きく確保できる。このため、熱交換器７の通風速度を下げて熱交換器７の通風抵抗、つまりはファン入力を低減させることができる。また、熱交換器７の体積増加に応じて風量を増加させても、通風面積も同時に増加させているため、熱交換器７の通風速度の増加が抑制され、通風抵抗の増大を招くことなく、効率よく熱交換器７の熱交換性能を向上させることができる。

また、ファン４の回転軸方向長さが短くなるように構成することにより、圧縮機９を熱交換器７とファン４との間に配置できるので、ユニットサイズ、特に奥行き方向を大きくする必要がない。なお、本実施の形態１では、１台のファン４を用いたが、熱交換器７の実装体積増加に応じて風量を増加させる場合、複数のファン４を用いてもよい。また、圧縮機９の設置位置は、熱交換器７とファン４との間であればよく、熱交換器７のコーナー部近傍に限らず中央部、つまりファン４の後方部に圧縮機９を配置してもよい。圧縮機９を熱交換器７とファン４との間の中央部に配置した場合、熱交換器７とファン４の配置が対称となるので、空気の流れが一様になり、圧力損失を低下してファン入力を低減させることができる。また、圧縮機９を熱交換器７とファン４の間に限らず、熱交換器７のコーナー部近傍に設置しても良い。

以上のように、本実施の形態１に係る室外ユニット５０は、ファン４の回転軸方向長さを短くして圧縮機９を熱交換器７とファン４との間に配置したので、ユニットサイズを大きくすることなく、熱交換器７の実装体積を増加させることができる。また、通風面積が大きくなるように熱交換器７が実装されているので、熱交換性能の増加と通風抵抗（つまりはファン入力）の低減の両立が図れる。また、風量を増加させても、熱交換器７の通風抵抗の増大を抑制しつつ熱交換性能の向上を図ることができる。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る空気調和機の室外ユニットと比較例との比較説明図である。図３（ａ）、（ｂ）は、実施の形態２に係る空気調和機の室外ユニット５０の概略の正面図と断面図を示し、図３（ｃ）、（ｄ）は、比較例としての室外ユニット５０Ａの概略の正面図と断面図を示す。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＢ−Ｂ断面模式図、図３（ｄ）は、図３（ｃ）におけるＣ−Ｃ断面模式図である。なお、白抜き矢印は、室外ユニット５０、５０Ａを流れる空気の流れを示すものである。

図３の（ａ）と（ｃ）および（ｂ）と（ｄ）を比較してわかるように、本実施の形態２に係る室外ユニット５０と比較例の室外ユニット５０Ａとは、同じ大きさであらわされている。この場合、比較例の室外ユニット５０Ａは、圧縮機９を設置するための、ケーシング１の内部を仕切り板８で仕切られた機械室１０を有する。そのため、室外ユニット５０Ａのファン４はファン直径が小さくなっている。また、熱交換器７も設置スペースが小さくなくなるため、平面視でＬ字状に形成されている。

一方、本実施の形態２に係る室外ユニット５０は、羽根幅を小さくし、羽根枚数を多くして、羽根４ａの回転軸方向の長さが短くなるように構成しているので、機械室が不要となり、ファン直径を大きくすることができる。つまり、羽根径を熱交換器７の長さＬに応じて大きくして１台のファン４で所定の風量を発生させるようにしている。このように羽根直径を大きくして１台のファン４で所定の風量を発生させることにより、ファン４を比較的低回転数で効率良く運転でき、また騒音を抑制することができる。

以上のように構成された本実施の形態２に係る室外ユニット５０においては、実施の形態１で示した効果に加え、羽根直径を大きくして１台のファン４で所定の風量を発生させるようにしている。羽根直径を大きくして１台のファン４で所定の風量を発生させることにより、ファン４を比較的低回転数で効率良く運転でき、また騒音を抑制することができるという効果がある。

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係る空気調和機の室外ユニット５０を示す外観斜視図である。また、図５は、図４におけるＤ−Ｄ断面模式図である。なお、図５に示す白抜き矢印は、室外ユニット５０を流れる空気の流れを示すものである。本実施の形態３に係る室外ユニット５０は熱交換器７をファン４に対向して平板状に形成したものである。そのため、空気の吸込み口６はケーシング１の背面部に設けられている。その他の構成は実施の形態１または実施の形態２と同様である。

また、図５中の白抜き矢印からわかるように、本実施の形態３に係る室外ユニット５０においては、吸込み口６から吸い込まれた空気は、直線状に風路内を通過してファン４から排出される。このため、空気の曲がりや拡大・縮小などに起因する圧力損失、いわゆる形状損失が少なく、風路内での圧力損失の多くは熱交換器７を通過する際に発生する圧力損失となるので、ファン入力の低減を図ることができる。また、本実施の形態３に係る室外ユニット５０においては、ファン４の回転軸にほぼ並行に空気が流入するという、軸流ファンに適した流入条件となるため、ファン効率が向上する。このため、ファン入力が低減するとともに、乱れの少ない流れがファン４に流入するので、騒音も低減することができる。

以上のように構成された本実施の形態３に係る室外ユニット５０においては、実施の形態１で示した効果に加え、風路内の圧力損失を低減できるのでファン入力低減を図ることができる。

実施の形態４．
実施の形態１から実施の形態３で示した室外ユニット５０に、例えば以下に示すようなファン４を採用してもよい。なお、本実施の形態４で特に記述しない項目については実施の形態１、実施の形態２又は実施の形態３と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図６は、本発明の実施の形態４に係る空気調和機の室外ユニット５０を示す外観斜視図である。

図６に示すように、本実施の形態４に係るファン４は、羽根４ａの外周部とボス４ｂとの間に、隣接する羽根４ａを接続する中間リング１００が形成されている。より詳しくは、羽根４ａは、ボス４ｂと中間リング１００との間の内周羽根１０１と、中間リング１００の外周側に設けられた外周羽根１０２と、で構成されている。また、本実施の形態４では、外周羽根１０２の枚数を内周羽根１０１の枚数より多くして、ファン４の空力性能を確保している。

以上のように構成された本実施の形態４に係る室外ユニット５０においては、実施の形態１から実施の形態３で示した効果に加えて以下の効果を奏する。
実施の形態１から実施の形態３で示したファン４は、羽根４ａの幅を小さくし、羽根４ａの枚数を多くして、羽根４ａの回転軸方向の長さが短くなるように構成している。
一方、本実施の形態４で示したファン４は、中間リング１００で羽根４ａを中継させることによって、羽根４ａの根元強度を向上させることができる。そのため、より一層、羽根４ａの幅を小さくし、羽根４ａの枚数を多くすることができる。また、本実施の形態４で示したファン４は、実施の形態１から実施の形態３で示したファン４よりも、回転軸方向の長さを短くでき、ファン４の薄型化を図ることができる。

このように、ファン４の羽根４ａの軸方向長さがより小さくなるため、室外ユニット５０内に熱交換器７を実装するスペースが増加するので、熱交換器７の実装体積を増加することができる。

なお、本実施の形態４では、隣接する羽根４ａを接続するリングを羽根４ａの略中間部に設けたが、リングを羽根４ａの外周部にさらに設けても勿論よい。この場合、羽根４ａの強度をさらに向上させることができる。

１ ケーシング、１ａ ベース板、１ｂ フロントパネル、１ｃ サイドパネル、１ｄ 天板、２ 吹出し口、３ ベルマウス、４ ファン、４ａ 羽根、４ｂ ボス、５ ファンモーター、６ 吸込み口、７ 熱交換器、８ 仕切り板、９ 圧縮機、１０ 機械室、５０ 室外ユニット、７１ フィン、１００ 中間リング、１０１ 内周羽根、１０２ 外周羽根。

Claims (7)

1. 熱交換器、少なくとも１つのファン、圧縮機、及び、これらを内蔵し、吸込み口及び吹出し口が形成された箱状のケーシングを備えた空気調和機の室外ユニットにおいて、
   前記圧縮機は、前記吸込み口から流入した空気が前記熱交換器及び前記ファンを通って前記吹出し口へ流れる風路の前記熱交換器と前記ファンとの間に配置されていることを特徴とする空気調和機の室外ユニット。
2. 前記熱交換器は、所定の間隔を設けて積層された複数のフィンと、これらフィンを貫通する伝熱管と、を備え、平面視でコの字状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の室外ユニット。
3. 前記熱交換器は、所定の間隔を設けて積層された複数のフィンと、これらフィンを貫通する伝熱管と、を備え、ファンに対向して平板状に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の室外ユニット。
4. 前記ファンは、複数の羽根、ボス及びモーターを備え、前記モーターが前記ボスに内蔵されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の空気調和機の室外ユニット。
5. 前記ファンは、複数の羽根、ボス及びモーターを備え、前記羽根の外周部と前記ボスとの間に、隣接する前記羽根を接続する中間リングが形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の空気調和機の室外ユニット。
6. 前記ファンは、複数の羽根、ボス及びモーターを備え、前記羽根の外周部に、隣接する前記羽根を接続する外周リングが形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の空気調和機の室外ユニット。
7. 前記圧縮機は、前記熱交換器と前記ファンとの間の中央部に配置され、
   前記熱交換器は、前記ファン及び前記圧縮機に対し対称に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の空気調和機の室外ユニット。

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