JP2015081691A - 空気調和機の室外機 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、上吹きタイプの空気調和機の室外機において、ファン効率と信頼性を向上することにある。
【解決手段】
プロペラファン106とモータ107とで構成された送風機と、送風機の上流側に配置された熱交換器109と、プロペラファン106の外周を囲むダクト104a，105aとを備え、ダクト104a，105aの上端部に吹出し口105が形成された上吹きタイプの空気調和機の室外機において、前記ダクトは、ベルマウス部104aによって構成される入口側部分と、下流側に向かって円錐状に直径が次第に増加する吹出しテーパ面部105aを構成する出口側部分とを備え、吹出しテーパ面部105aの上流側端部の位置を、プロペラファン106の後縁最下流側の位置と、高さ方向に略同一にする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、上吹きタイプの空気調和機の室外機に関し、送風性能を向上させる室外機吹出し口周りの構造に関する。

本技術分野の背景技術として、特開2008-89271号公報（特許文献１）がある。この公報には、上吹きタイプの空気調和機の室外機における送風性能向上の手段が記載されている。この室外機では、プロペラファン（羽根）を包囲するダクト部を、プロペラファンの径方向外側を包囲する筒状のベルマウスと、ベルマウスの空気吹き出し方向の端部からプロペラファンの径方向外側に向かって延在する平面部と、平面部の径方向外側端部から空気吹き出し方向に向かって延在する筒状のマウスリングとで構成し、プロペラファンを囲うマウスリングを、プロペラファンの外周と後縁の交点付近でベルマウス径が急拡大するように構成している。

特開2008-89271号公報

近年の空気調和機の開発課題は高効率化（省エネ化）である。従って各要素部品の高効率化の検討がなされており、空気調和機の室外機の送風系も検討対象となっている。室外機の送風系の高効率化の要件としては、主にファン効率向上とモータ効率向上とがあげられる。ここでは前者に対して注目する。

ファン効率向上は、高効率ファンを開発するか、あるいはファンの性能を十分に引き出すベルマウスを開発するか、で実現できる。特に後者のベルマウスは、室外機の形態によっても最適形状が変化する。例えば、先行技術では上吹きタイプの室外機に対してマウスリング吹出し側を急拡大して効率向上を図っている。もちろん先行技術が最適なものとは限らず、今後更なる効率向上が望まれる。

ところで、上吹きタイプの室外機において先行技術を適用すると、信頼性における課題が発生する。以下にその一つのパターンを説明する。冬季において、外の気温が0℃より少し高く、雪にならない程度の雨が降っている状況を想定する。この状況で暖房運転すると、室外機吹出し温度は0℃を下回るため、室外機吹出し口の急拡大部に溜まった雨が凍ってしまう。また保護網についた雨粒も凍り、無数のつららに成長する。

この状態が長時間続くと急拡大部の氷が成長し、ファン側にせり出し、やがてファンと接触する。ファンは氷を削りながら回転するが、その削られた氷が、吹出し口保護網に成長した無数のつららに衝突すると、つららが破壊されてファンに落下する。落ちたつららはファンに弾かれ保護網に衝突する。すると他のつららが落下する。この現象が一瞬のうちに起り、保護網に付いていたつららが一斉にファンに落下する。そして終にはこの落下の衝撃でファン(樹脂製)が破壊されてしまう。

このような現象が起こり得る地域では、ファンを金属製にしたり、防雪フードを取り付ける等の対策が行われる。しかし、これらの対策は、ファン材質が限定されたり、組立工数の増加につながる。また、このような現象の発生頻度が少なく、現象の程度の低い地域では、このような対策を行うことなく、ファンが破壊されるリスクを低減できる、ベルマウスを含む吹出し口の開発が望まれる。

本発明の目的は、上吹きタイプの空気調和機の室外機において、ファン効率と信頼性を向上することにある。

上記課題を解決するために、本発明の上吹きタイプの空気調和機の室外機は、プロペラファンとモータとで構成された送風機と、前記送風機の上流側に配置された熱交換器と、前記プロペラファンの外周を囲むダクトとを備え、前記ダクトの上端部に吹出し口が形成された上吹きタイプの空気調和機の室外機において、前記ダクトは、ベルマウス部によって構成される入口側部分と、下流側に向かって円錐状に直径が次第に増加する吹出しテーパ面部を構成する出口側部分とを備え、前記吹出しテーパ面部の上流側端部の位置を、前記プロペラファンの後縁最下流側の位置と、高さ方向に略同一にしたものである。

本発明の上吹きタイプの空気調和機の室外機により、ファン効率と信頼性とを向上することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例にかかる上吹きタイプの空気調和機の室外機の縦断面図である。 図１のＡより見た熱交換器とプロペラファンとの位置関係を表した図である。 本発明に係る吹出しテーパの上面図である。 図３のＢ−Ｂ断面図であり、上カバとの接続構造を示す図である。 図１のプロペラファン周りの拡大図である。 従来の上吹きタイプの空気調和機の室外機の縦断面図である。 本発明に係る吹出しテーパの角度に対する風量増加（ＣＡＥ結果）を表す図である。 本発明に係る吹出しテーパの効率向上を表す図である。

以下、本発明に係る一実施例について、図面を用いて説明する。

図１に、本発明の一実施例に係る上吹きタイプの空気調和機の室外機の縦断面を示す。

図１を用いて、本実施例における室外機の構成を説明する。上吹きタイプの室外機101は、筐体101ａの下部に設けられた底ベース102と筐体101ａの上面を覆う上カバ104との間に、圧縮機等のタンク類103と、プロペラファン106とモータ107とで構成された送風機と、送風機の上流側に配置された熱交換器109とを備えている。底ベース102の下面側には底ベース脚部が設けられ、タンク類103は底ベース102上に載置されている。熱交換器109は室外機101の４側面のうち３面から空気を吸込むようにコの字に配置されている。室外機101は、熱交換器の無い１側面が正面101a（図２参照）として構成されている。

上カバ104は、プロペラファン106の外周を囲うベルマウス104aが一体に形成されている。上カバ104の上面には、吹出し口105が形成された吹出しテーパ105aが取り付けられている。ベルマウス104aと吹出しテーパ105aとは、プロペラファン106の外周を囲い、送風機の入口から出口までの送風路となるダクトを形成している。吹出しテーパ105aは、ベルマウス104aの出口（上カバ104）から吹出し口105にむかって徐々に径が大きくなる形状に形成されている。吹出しテーパ105aの入口（上流端）とベルマウス104aの出口との交点（接続点）の位置112と、プロペラファン106の後縁最下流側の位置113とを、高さ方向に略同位置になるように構成した。

図２に、図１の矢印Ａ方向より見た熱交換器109とプロペラファン106との位置関係を示す。

図２に示すように、熱交換器109とプロペラファン106とは、プロペラファン106の外周を熱交換器109が囲うように配置されている。なお、本実施例の室外機においては、四角形を成す４つの側面のうち、熱交換器が配置されていない１つの側面が正面101aとして構成されている。

次に、図１及び図６を用いて、本実施例の室外機の効果について説明する。

まず、従来の上吹きタイプの空気調和機の室外機について説明する。図６に、従来の上吹きタイプの空気調和機の室外機を示す。なお、図６では、プロペラファン106の回転軸に平行な断面（縦断面）を示している。

従来の上吹きタイプの空気調和機の室外機401は、従来のベルマウス402の吹出し部に拡大部403を設けて効率向上を図っていた。上記の「発明が解決しようとする課題」で述べた通り、拡大部403において氷が成長し、最終的にはプロペラファン106（樹脂製）が破壊される可能性があった。

本実施例では、図６の拡大部403に代わる構成として、吹出しテーパ105ａを備えている。吹出しテーパ105ａは、図１に示す通り、ベルマウス104ａの出口から吹出し口105に向かってテーパ（斜め）面を構成している。すなわち、上カバの上端面に開口するベルマウス104ａの出口開口面から吹出し口105に向かって、プロペラファン106の回転中心軸線106c（図５参照）に対して傾斜したテーパ面を設けている。この吹出しテーパ105ａによるテーパ面はベルマウス104ａの出口を形成する円形の開口縁に沿って環状を成している。

この構造によれば、図６の拡大部403のような回転中心軸線106cと直交する平面および角部が形成されないため、ベルマウス104ａの吹出し部に雨水が溜まることは無い。このため、氷の成長によるプロペラファン106の破壊のリスクを軽減することができる。これにより、プロペラファン106の材料が金属に限定されることがなくなり、樹脂を用いる等、材料選択の自由度が大きくなる。

次に、図３及び図４を用いて、本実施例に係る吹出しテーパ105ａの構造について、詳細に説明する。図３に本発明に係る吹出しテーパの上面図を、図４に図３のＢ−Ｂ断面図を示す。なお、図４は吹出しテーパ105ａと上カバ104との接続構造図を示す。

本実施例では、吹出しテーパ105ａは樹脂製であり、射出成形にて成形している。吹出しテーパ105aは上カバ104にネジ303で固定される。ネジ303による締結部には、ザグリ面105aaが形成され、ザグリ面105aaにネジ303が挿通される貫通孔105abが形成されている。なお、吹出しテーパ105ａの上カバ104との固定部を図4のようなネジ固定周りの形にすれば、金型分割面301を境に金型を上下に分割（型抜き方向302）するだけで成形できる。従って他の製造法より低コストで成形できる。

なお、図３及び図４の構成を板金深絞り加工でも構成できる。或いは、板金貼り合せでも吹出しテーパ105ａを構成することができる。

また、本実施例では、上カバ104とベルマウス104ａとは同一材料を用いて一体に成形されている。具体的には、上カバ104とベルマウス104ａとは板金の深絞りで形成されている。一方、吹出しテーパ105ａは樹脂で形成される。そして、上カバ104とベルマウス104ａとからなる一体成形部品に、上カバ104およびベルマウス104ａとは別体に成形された吹出しテーパ105ａが組み付けられている。

ここで吹出しテーパ105ａを板金にした場合の効果を説明する。

上述したように、上カバ104とベルマウス104ａとからなる一体成形部品は板金で形成されており、吹出しテーパ105ａで形成されている。このため、上カバ104と吹出しテーパ105ａとの線膨張係数が異なる。室外機101が配置される環境温度の変化により、上カバ104と吹出しテーパ105ａとは膨張収縮を繰り返すが、上カバ104と吹出しテーパ105ａとに膨張収縮の差が生じる。この膨張収縮の差により、ネジ303による締結部において、上カバ104と吹出しテーパ105ａとの間にずれが生じる可能性がある。膨張収縮を繰り返すことにより、樹脂製の吹出しテーパ105ａのザグリ面105aaや貫通孔105abが次第に削れ、上カバ104と吹出しテーパ105ａとの締結状態に緩みが生じる。その結果、上カバ104と吹出しテーパ105ａとの間のガタツキによる騒音が発生する可能性がある。樹脂製の吹出しテーパ105ａの場合、このような騒音に対する対策が必要になる場合があるが、吹出しテーパ105ａを板金製にすることにより、上カバ104と吹出しテーパ105ａとの間の線膨張係数の差がなくなり、上カバ104と吹出しテーパ105ａとの締結状態の緩みを防止できる。従って吹出しテーパ105ａは板金製とすることにより、樹脂製とは異なる効果が得られる。

図５に図１のプロペラファン106周りの拡大図を示す。図５は、本実施例の室外機101において、送風性能が向上する吹出しテーパ角度やプロペラファン106とベルマウス104ａとの適正な位置関係を示している。

図５に示すように、上カバ104と吹出しテーパ105ａとの成す角αは45°〜65°が望ましい。すなわち、プロペラファン106の回転中心軸線106cと吹出しテーパ105ａとの成す角（90°−α）は25°〜45°が望ましい。また、プロペラファン106とベルマウス104ａとの位置関係は、プロペラファン106の高さH0、ベルマウスダクト部を含むベルマウス105ａの高さH1、及びベルマウスダクト部の長さH2とした場合、H1/H0＝0.54〜1.25、及びH2/H0＝0.5〜1.0とすることが望ましい。なお、ベルマウスダクト部はベルマウス105ａの口径が変化する部分の下流側に続く、軸方向に径が同一に形成された筒状部である。

図７に本発明の吹出しテーパの角度に対する風量増加（CAE結果）を表す図を示す。図7は、従来ベルマウスを搭載した室外機において、同一ファン回転数時の吹出しテーパ角度に対する風量増加割合（率）、すなわち従来ベルマウスに対する送風性能向上の程度を示している。

図７より、従来ベルマウスの拡大部403の寸法をL、従来ベルマウスの拡大部403の高さ及び本実施例における吹出しテーパの高さをh、プロペラファン106の径をDと表した場合、h/D=0.147及びL/D=0.0625の関係では、吹出しテーパ角度45°及び60°は、従来ベルマウスと比較して風量が増加していることがわかる。一方、吹出しテーパ角度75°では、従来ベルマウスと比較して、風量が低下しているのがわかる。吹出しテーパ角度75°では、吹出しテーパ角度45°や60°と比較して、吹出し口面積が小さくなり、そのため圧力損失が増大しているのが原因と思われる。これらのデータから従来ベルマウスと同等の風量が出る吹出しテーパ角度を多項式近似式で推定すると、図７の実線が風量増加割合1.000のラインと交わる点から、70°と75°との中間の角度と推定できる。風量増加割合が1.000％を超え、最大値近傍の比較的大きな増加割合を示す範囲から、吹出しテーパ角度は45°〜65°が望ましいことが言える。

図８に本発明の吹出しテーパの効率向上を表す図を示す。図８は従来ベルマウスとプロペラファンとの組合せと、本実施例の吹出しテーパベルマウスとプロペラファンとの組合せでのファン単体性能(静圧/効率)を示している。なお、図８は吹出しテーパベルマウスの効果を表す概念図で、吹出しテーパ角度α=45°〜65°では従来ベルマウスと比較して効率が向上することを示している。

図８より、本実施例の吹出しテーパベルマウスの方が効率は高くなることがわかる。図中の効率向上範囲に室外機の動作点があれば送風効率が向上する。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

101 上吹きタイプの空気調和機の室外機
101a室外機正面
102 底ベース
102a底ベース脚部
103 圧縮機等のタンク類
104 上カバ
104aベルマウス
105 吹出し口
105a吹出しテーパ
106 プロパラファン
106a前縁
106b後縁
107 モータ
108 モータクランプ
109 熱交換器
110 電気箱
111 保護網
112 テーパとベルマウス出口の交点の位置
113 プロペラファンの後縁最下流側の位置
201 ファン回転方向
301 金型分割面
302 型抜き方向
303 ネジ
401 従来の上吹きタイプの空気調和機の室外機
402 従来のベルマウス
403 拡大部

Claims (7)

1. プロペラファンとモータとで構成された送風機と、前記送風機の上流側に配置された熱交換器と、前記プロペラファンの外周を囲むダクトとを備え、前記ダクトの上端部に吹出し口が形成された上吹きタイプの空気調和機の室外機において、
   前記ダクトは、ベルマウス部によって構成される入口側部分と、下流側に向かって円錐状に直径が次第に増加する吹出しテーパ面部を構成する出口側部分とを備え、
   前記吹出しテーパ面部の上流側端部の位置を、前記プロペラファンの後縁最下流側の位置と、高さ方向に略同一にしたことを特徴とする上吹きタイプの空気調和機の室外機。
2. 請求項１に記載の上吹きタイプの空気調和機の室外機において、
   筐体の上面を覆う上カバを備え、前記入口部のベルマウス部は前記上カバに開口するベルマウスダクト部を備え、前記吹出しテーパ面部は前記ベルマウスダクト部の前記上カバにおける開口面に接続されていることを特徴とする上吹きタイプの空気調和機の室外機。
3. 請求項２に記載の上吹きタイプの空気調和機の室外機において、
   前記上カバの水平面と前記吹出しテーパ面部の成す角度αを45°〜65°としたことを特徴とする上吹きタイプの空気調和機の室外機。
4. 請求項３に記載の上吹きタイプの空気調和機の室外機において、
   前記プロペラファンの高さをH0、前記ベルマウスダクトを含む前記ベルマウスの高さをH1、及び前記ベルマウスダクト部の長さをH2とするとき、H1/H0＝0.54〜1.25、及びH2/H0＝0.5〜1.0としたことを特徴とする上吹きタイプの空気調和機の室外機。
5. 請求項３又は４に記載の上吹きタイプの空気調和機の室外機において、
   前記吹出しテーパ面部は樹脂製とし、前記吹出しテーパ面部の上下方向に２分割された金型で射出成形されたことを特徴とする上吹きタイプの空気調和機の室外機。
6. 請求項３又は４に記載の上吹きタイプの空気調和機の室外機において、
   前記吹出しテーパ面部は板金製としたことを特徴とする上吹きタイプの空気調和機の室外機。
7. 請求項６に記載の上吹きタイプの空気調和機の室外機において、
   前記ベルマウスを深絞り加工にて前記上カバと一体に成形したことを特徴とする空気調和機の室外機。

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