JP2016099054A - 室外機 - Google Patents

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Mitsuhiro Tanaka
三博 田中
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Abstract

【課題】本発明の課題は、熱交面積を確保しつつ、電線及び配管に関わるコスト増大の抑制と、組立性及びメンテナンス性の向上とを両立した室外機を提供することにある。【解決手段】室外機100では、電装品箱40のうち小奥行き部41は上部第1熱交換部31aと対向するものの、両者の間に隙間Gが設けられているので、熱交換面積の減少にはならず且つ小奥行き部41の存在によって下部第1熱交換部31bへの空気の流通が増加する。その結果、小奥行き部41と上部第1熱交換部31aとが対向していない構成との対比において、同等程度の熱交換量が確保される。【選択図】図2

Description

本発明は、室外機、特に制御基板等の電気部品が収納された電装品箱が配置される室外機に関する。
室外機の小型・高性能化を実現する上で、熱交換器の配置及び電装品箱のレイアウトは重要である。例えば、熱交面積を十分に確保するために、特許文献1(特開2007−218534号公報)に記載の室外機は電装品箱を上部に搭載し、特許文献2(特開2013−76478号公報)に記載の室外機は電装品箱を角部に収納している。
しかしながら、特許文献1(特開2007−218534号公報)に記載の室外機では、電装品箱を上部に搭載したことによって、電装品箱までの電線が長くなる上にメンテナンス性が低下する。また、特許文献2(特開2013−76478号公報)に記載の室外機では、電装品箱を角部に収納したことによって、構造が複雑になる上に放熱設計が難しい。
本発明の課題は、熱交面積を確保しつつ、電線及び配管に関わるコスト増大の抑制と、組立性及びメンテナンス性の向上とを両立した室外機を提供することにある。
本発明の第1観点に係る室外機は、側面から吸い込んだ空気を上方へ吹き出す、上吹き型の室外機であって、立方体形状のケーシングと、ケーシング内に収納される熱交換器と、ケーシング内に収納される電装品箱とを備えている。熱交換器は、ケーシングの4側面それぞれに対向するように配置される。また、熱交換器は、ケーシングの4側面のうち正面に相当する第1面に対向して配置される第1熱交換部を有している。電装品箱は、小奥行き部と、大奥行き部とを有している。小奥行き部は、第1面と第1熱交換部との間において第1熱交換部と対向する。大奥行き部は、第1面のうち第1熱交換部と対向しない部分において第1熱交換部の側方に並ぶ。そして、第1熱交換部と小奥行き部との間に所定隙間が確保されている。
この室外機では、電装品箱のうち小奥行き部は第1熱交換部と対向するものの、両者の間に隙間が設けられているので、熱交換面積の減少にはならない。その結果、小奥行き部と第1熱交換部とが対向していない構成との対比において、同等程度の熱交換量が確保される。
本発明の第2観点に係る室外機は、第1観点に係る室外機であって、小奥行き部が、第1熱交換部の上部と対向している。
この室外機では、第1熱交換部の上部と対向する小奥行き部の存在によって第1熱交換部の下部への空気の流通が増加する。
本発明の第3観点に係る室外機は、第1観点又は第2観点に係る室外機であって、所定隙間が第1熱交換部の厚み寸法の50%以上に設定されている。
本発明の第4観点に係る室外機は、第1観点又は第2観点に係る室外機であって、小奥行き部の高さ寸法は、第1熱交換部の高さ寸法の20%以上に設定されている。
本発明の第5観点に係る室外機は、第2観点に係る室外機であって、第1熱交換部が、小奥行き部に対向する上部と、小奥行き部に対向しない下部とに分割されている。
この室外機では、第1熱交換部を上部と下部とに分割したことによって、第1熱交換部の上部と小奥行き部との間の隙間を一定寸法に設定し易くなる。
本発明の第6観点に係る室外機は、第1観点から第4観点のいずれか1つに係る室外機であって、第1熱交換部が、その一側端が第1面から離れる方向に傾斜している。
この室外機では、第1熱交換部と小奥行き部との間の隙間は横に行くほど大きくなるので、一定寸法に設定することはできないが、熱交換器の製造コストを低減することができる。
本発明の第7観点に係る室外機は、第1観点から第6観点のいずれか1つに係る室外機であって、電装品箱が、弱電部品が実装されている基板を小奥行き部に収納し、強電部品が実装されている基板を大奥行き部に収容する。
この室外機では、発熱量の大きいパワーデバイスを、小奥行き部よりも通風量が大きい大奥行き部に配置することによって、適切な放熱性を確保することができる。
本発明の第1観点、第3観点及び第4観点のいずれかに係る室外機では、電装品箱のうち小奥行き部は第1熱交換部と対向するものの、両者の間に隙間が設けられているので、熱交換面積の減少にはならない。その結果、小奥行き部と第1熱交換部とが対向していない構成との対比において、同等程度の熱交換量が確保される。
本発明の第2観点に係る室外機では、第1熱交換部の上部と対向する小奥行き部の存在によって第1熱交換部の下部への空気の流通が増加する。
本発明の第5観点に係る室外機では、第1熱交換部を上部と下部とに分割したことによって、第1熱交換部の上部と小奥行き部との間の隙間を一定寸法に設定し易くなる。
本発明の第6観点に係る室外機では、第1熱交換部と小奥行き部との間の隙間は横に行くほど大きくなるので、一定寸法に設定することはできないが、熱交換器の製造コストを低減することができる。
本発明の第7観点に係る室外機では、発熱量の大きいパワーデバイスを、小奥行き部よりも通風量が大きい大奥行き部に配置することによって、適切な放熱性を確保することができる。
本発明の一実施形態に係る室外機の外観斜視図。 図1において正面板の一部を破断させて内部を可視化させた状態の室外機の外観斜視図。 室外機を図1の天板側から視て、且つ天板、送風ファン等を除いた状態の当該室外機の平面図。 室外機を図1の右側面板側から視て、且つ右側面板、熱交換器、圧縮機等を除いた状態の当該室外機の側面図。 電装品箱の外観斜視図。 電装品箱の小奥行き部と熱交換器の上部第1熱交換部の隙間Gと熱交換器を通過する空気の風速vとの関係を測定するための実験装置を示す平面図。 電装品箱と第1熱交換部との隙間Gと、風速測定部を通過する空気の風速vとの関係を示すグラフ。 第1変形例に係る室外機を天板側から視て、且つ天板、送風ファン等を除いた状態の当該室外機の平面図。 第2変形例に係る室外機を右側面板側から視て、且つ右側面板、熱交換器、圧縮機等を除いた状態の当該室外機の側面図。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
(1)室外機100の構成
図1は、本発明の一実施形態に係る室外機100の外観斜視図である。図1において、室外機100は、外殻を形成するケーシング20を備え、さらにそのケーシング20に収容される熱交換器30、圧縮機33(図2参照)、電装品箱40、及び横ステー45,46を備えている。室外機100は、空気を側面から吸入して熱交換した後に天面から吹き出すタイプである。
(1−1)ケーシング20
ケーシング20は、略直方体形状であり、主として、4つの角部にそれぞれ配置される支柱201〜204と、正面板21と、左側面板22と、背面板23と、右側面板24と、天板25と、底板26(図2参照)とから構成されている。
そして、ケーシング20の左側面板22、支柱201及び支柱202は一体に成形され、右側面板24、支柱203及び支柱204が一体に成形されている。なお、明細書中において「左右」をいうときには、正面側から見た場合を基準とするものとする。
左側面板22及び右側面板24には、室外機100のケーシング20内に空気を吸い込むための空気吸込口20aが設けられている。空気吸込口20aは、正面板21及び天板25近傍を除く左側面板22及び右側面板24の全面に形成された複数の開口から成る。また、背面板23は、格子状の軟骨線のグリルとなっており、背面板23を介したケーシング20内への空気の吸い込みも可能となっている。
正面板21は、支柱201及び支柱204の外側に装着される。また、背面板23は、支柱202及び支柱203の外側に装着される。また、上下方向に延びる2本の支柱201及び支柱204には、その中央部付近に中央部横ステー45が、さらに上部付近には上部横ステー46が架けられている。支柱201及び支柱204は、中央部横ステー45及び上部横ステー46によって互いに連結されている。
ケーシングの天板25は、その外周縁部が支柱201〜204あるいは左側面板22、右側面板24及び背面板23に固定されている。天板25には、円孔が開けられている。この円孔は、送風ファン36,37の羽根車の周囲に配置される略円筒形状のベルマウス27に対応するし、ベルマウス27とともに室外機100の空気吹出口20bを形成している。そして、空気吹出口20bを覆うようにして格子状の軟鋼線のファンカバー(図示せず)が取り付けられる。
また、正面板21は、天板25の下側に配置される上部正面板21aと、上部正面板21aの下側かつ左側に配置される左側中部正面板21bと、左側中部正面板21bの下側に配置される左側下部正面板21cと、上部正面板21aの下側かつ右側に配置される右側中部正面板21dと、右側中部正面板21dの下側に配置される右側下部正面板21eとから構成されている。このように、正面板21は、上中下又は左右に5分割の構造になっている。
図2は、図1において正面板21の一部を破断させて内部を可視化させた状態の室外機の外観斜視図である。図2において、底板26上には、熱交換器30や圧縮機33等の機器やこれらの機器を接続する配管等の室外側冷媒回路を構成する機器及び配管類が据え付けられている。すなわち、室外側冷媒回路を構成する機器及び配管類は、主として、ケーシング20の下部に配置されている。
(1−2)熱交換器30
熱交換器30は、左側面板22、背面板23、右側面板24及び正面板21に対向するように配置される。そして、熱交換器30のパイプの内部を流れる冷媒と、左側面板22及び右側面板24に形成された空気吸込口20a、グリル形状の背面板23を介してケーシング20内へ吸入された空気との間で熱交換が行われる。 図3は、室外機100を図1の天板25側から視て、且つ天板25、送風ファン36,37等を除いた状態の当該室外機100の平面図である。図3において、熱交換器30は、第1熱交換部31を有している。第1熱交換部31は、ケーシング20の正面板21に対向して配置されている。
また、第1熱交換部31は、上部第1熱交換部31aと、下部第1熱交換部31bとに分割されている。上部第1熱交換部31aは、図2及び図3に示すように電装品箱40に対向している。
また、下部第1熱交換部31bは、上部第1熱交換部31aの下方に位置しており、電装品箱40と対向していないので、その分だけ正面板21に近接している。
(1−3)圧縮機33
圧縮機33は、インバータにより回転数制御が為される1台の容量可変のインバータ圧縮機33aと、オンオフ制御が為される2台の定容量圧縮機33b,33cとが組み合わされたものである。
(1−4)送風ファン36,37
送風ファン36,37は、プロペラファンであり、ケーシング20の上部に設けられた空気吹出口20b付近に配置されている。送風ファン36,37は、複数のプロペラ翼36a,37aと、プロペラ翼36a,37aの内周部を固定するハブ36b,37bと、ハブ36b,37bを回転駆動するファンモータ36c,37cと、を有している。
送風ファン36,37が駆動されると、ケーシング20内部に気流が形成される。すなわち、空気が側面板22,24及び背面板23を介してケーシング20の外部から内部へと吸い込まれ、熱交換器30を通り抜けて送風ファン36,37の近傍の空間に達し、その後、空気吹出口20bを介してケーシング20の内部から外部へと吹き出されることになる。
(1−5)電装品箱40
図4は、室外機100を図1の右側面板24側から視て、且つ右側面板24、熱交換器30、圧縮機33等を除いた状態の当該室外機100の側面図である。図4において、電装品箱40は、右側中部正面板21dの裏において、電装品箱40が中央部横ステー45及び上部横ステー46によって支持されている。電装品箱40には、インバータや制御基板等の各種電気部品が収納されている。
電装品箱40は、右側中部正面板21dを取り外すことにより室外機100の正面側からアクセス可能である。
図5は、電装品箱40の外観斜視図である。図5において、電装品箱40は、箱本体430と、蓋部材440とを有している。箱本体430は、一方向が開口し、その開口に対向する底面が段上に成形された箱状の部材である。蓋部材440は、箱本体430の開口を覆うように配置される板状の部材である。蓋部材440は、ネジ止めによって箱本体430に固定される。電装品箱40は箱本体430の開口が蓋部材440で塞がれた状態で、蓋部材440が鉛直方向になるようにケーシング20に据付けられる。
箱本体430は、蓋部材440が嵌め込まれる枠縁431と、枠縁431に対向する底面部432と、枠縁431の各辺と対向する底面部432の各辺とを繋ぐ4つの側面を有する。4つの側面は、蓋部材440側から視て上側面433a、右側面433b、下側面433c、左側面433dから成る。
箱本体430の上側面433aには、固定部材434が取り付けられている。固定部材434は、上部横ステー46に対して電装品箱40を固定する(図4参照)。
箱本体430の底面部432は、枠縁431からの奥行きが浅い浅底面432a、枠縁431からの奥行きが深い深底面432b、及び浅底面432aと深底面432bとを結ぶ繋ぎ面432cから成る。
蓋部材440の上端は、上方かつ電装品箱40の内部へと向かって傾斜しており、蓋部材440が箱本体430にはめ込まれた状態において、上端付近に開口部441が形成され、電装品箱40の手前側空間と電装品箱40の外部とが連通する。
蓋部材440には、開口部441の右下に窓部442が設けられている。窓部442は使用時には蓋がされているが、点検時等にはその蓋を外すことが可能である。例えば、制御基板上のスイッチが窓部442に対向するように配置されることによって、サービスパーソンがスイッチを操作して点検用の運転モードに切り替えることができる。
(1−5−1)小奥行き部41と大奥行き部42
ここで、図5において繋ぎ面431cを通る鉛直面を仮想鉛直面Pとし、仮想鉛直面Pから右側面433b側にある部分を小奥行き部41とよび、仮想鉛直面Pから左側面433d側にある部分を大奥行き部42とよぶ。
図2及び図3に示すように、熱交換器30の第1熱交換部31のうち、上部第1熱交換部31aが小奥行き部41に隙間Gを隔てて対向している。隙間Gは、上部第1熱交換部31aの厚み寸法tの50%以上に設定され、本実施形態では20mm〜40mm程度に設定されている。
(1−5−2)隙間Gの設定根拠
図6は、電装品箱40の小奥行き部41と熱交換器30の上部第1熱交換部31aとの隙間Gと熱交換器30を通過する空気の風速vとの関係を測定するための実験装置を示す平面図である。
図6において、実験装置100Mは、ケーシング20M、熱交換器30M、送風ファン36M及び電装品箱41Mを備えている。ケーシング20Mは、略直方体形状であり、熱交換器30M、送風ファン36M及び電装品箱41Mを収納している。
なお、図示していないが、ケーシング20Mの左側面板及び右側面板には、本実施形態のケーシング20と同様の空気吸込口が設けられている。また、背面板は、本実施形態のケーシング20と同様、格子状の軟骨線のグリルとなっており、背面板を介したケーシング20M内への空気の吸い込みも可能となっている。
熱交換器30Mは、左側面板、背面板、右側面板及び正面板に対向するように配置されている。熱交換器30Mは、本実施形態の第1熱交換部31に相当する第1熱交換部31Mを有している。第1熱交換部31は、ケーシング20Mの正面板に対向して配置されている。
送風ファン36Mは、プロペラファンであり、ケーシング20Mの上部に設けられた空気吹出口付近に配置されている。
電装品箱41Mは、本実施形態の電装品箱40の小奥行き部41を模した形状を成している。第1熱交換部31Mは、上端から鉛直下方40cmの高さ位置に渡って電装品箱41Mと隙間Gを隔てて対向しており、この部分を風速測定部とする。また、隙間Gは、0〜100mmまで可変である。
上記のような構成の実験装置100Mにおいて、先ず電装品箱41Mが無い状態で風速測定部に風速0.95m/sの空気が通過するように送風ファン36を稼動させる。次に、電装品箱41Mと第1熱交換部31Mとの隙間Gを20mm、40mm、80mmと変えて、風速測定部の風速を測定する。そして、その結果が図7に示す「電装品箱41Mと第1熱交換部31Mとの隙間Gと、風速測定部を通過する空気の風速vとの関係を示すグラフ」である。
図7において、隙間G=20mmのときは風速v=0.8m/sであり電装品箱41Mが無い状態と比べて15%のダウンである。また、隙間G=40mmのときは風速v=0.90m/sであり電装品箱41Mが無い状態と比べて5%の風量ダウンである。さらに、隙間G=80mmのときは風速v=0.95m/sであり変化はない。
今回、隙間G=20mmにおける風速vの15%のダウン、及び隙間G=40mmにおける風速vの5%のダウンが許容できるか否かの判断について、熱交全面で風量ダウンが5%未満か否かを基準とした。
詳細な計算方法は割愛するが、隙間G=20mmにおける風速vの15%ダウンは風量2.1%ダウンに相当し、隙間G=40mmにおける風速vの5%ダウンは風量0.7%ダウンに相当する。したがって、隙間G=20mm〜40mmであれば、熱交換面積の減少にはならず、採用可能である。
上記の通り、小奥行き部41は上部第1熱交換部31aと対向するものの、両者の間に隙間Gが設けられているので、熱交換面積の減少にはならない。
また、小奥行き部41の高さ寸法hは、上部第1熱交換部31aの上端から下部第1熱交換部31bの下端までの鉛直距離、すなわち第1熱交換部31の高さ寸法Hの20%以上に設定されている。
本実施形態では、小奥行き部41は弱電部品が実装されている基板を収納し、大奥行き部42は強電部品が実装されている基板を収容している。
(2)室外ユニットにおける運転時の気流
室外機100の運転中は、送風ファン36,37が駆動されることにより、左側面板22と右側面板24に形成された空気吸込口20a及び格子状のグリルとなっている背面板23を介して、ケーシング20内に空気が吸入される。ケーシング20内に吸入された空気は、左側面板22、右側面板24及び背面板23に対向して設けられた熱交換器30を通過する(図3の白塗り矢印参照)。
また、右側面板24に形成された空気吸込口20aから吸い込まれた空気の一部は、隙間Gを通って上部第1熱交換部31aを通過する(図3の黒塗り矢印参照)。さらに、正面板21と下部第1熱交換部31bとの隙間を通って下部第1熱交換部31bを通過する(図3の網掛け矢印参照)。このとき、熱交換器30を通過する空気と熱交換器30を構成するパイプ内を流れる冷媒との間では、熱交換が行われる。なお、下部第1熱交換部31bへの空気の流通量は、小奥行き部41の存在によってそれが無い状態よりも増加している。
そして、図4に示すように、熱交換後の空気は、ケーシング20の中央付近へと向かうとともに、上方に向かって流れて送風ファン36,37の近傍に達し、送風ファン36,37のプロペラ翼36a,37aによって上方に掻き出されるようにして、天板25に形成された空気吹出口20bを介してケーシング20の外部へと吹き出される。
例えば、電装品箱40の底面部432付近には、流線F(図4参照)のような気流が生じている。また、室外機100の運転中は、送風ファン36,37の稼動により、電装品箱40内部にも気流が形成される。具体的には、右側中部正面板21d及び右側下部正面板21eに形成された開口部28a,28b(図1参照)を介してケーシング20の外部から内部へと吸い込まれた空気が、電装品箱40内へと取り込まれる。電装品箱40内に取り込まれる空気は、その多くが熱交換後ではなく、熱交換前の空気である。
電装品箱40内に取り込まれた空気は、蓋部材440に形成されている開口部441(図5参照)を介して電装品箱40の外部へと流出する。
(3)特徴
(3−1)
室外機100では、電装品箱40のうち小奥行き部41は上部第1熱交換部31aと対向するものの、両者の間に隙間Gが設けられているので、熱交換面積の減少にはならず且つ小奥行き部41の存在によって下部第1熱交換部31bへの空気の流通が増加する。その結果、小奥行き部41と上部第1熱交換部31aとが対向していない構成との対比において、同等程度の熱交換量が確保される。
(3−2)
室外機100では、第1熱交換部31を上部第1熱交換部31aと下部第1熱交換部31bとに分割したことによって、上部第1熱交換部31aと小奥行き部41との間の隙間を一定寸法に設定し易くなる。
(3−3)
室外機100では、発熱量の大きいパワーデバイスを小奥行き部41よりも通風量が大きい大奥行き部42に配置することによって、適切な放熱性を確保することができる。
(4)変形例
(4−1)第1変形例
図8は、第2変形例に係る室外機110を天板側から視て、且つ天板、送風ファン等を除いた状態の当該室外機110の平面図。である。図8において、この室外機110では、第1熱交換部31の一側端が正面板21から離れる方向に傾斜している。
第1熱交換部31の上部と小奥行き部41との間の隙間は横に行くほど大きくなるので、一定寸法に設定することはできないが、第1熱交換部31を上部と下部とに分割する必要がない分、熱交換器30の製造コストを低減することができる。
(4−2)第2変形例
図9は、第2変形例に係る室外機120を右側面板側から視て、且つ右側面板、熱交換器、圧縮機等を除いた状態の当該室外機120の側面図である。図9において、この室外機120では、第1熱交換部31の上端が正面板21から離れる方向に傾斜している。
第1熱交換部31の上部と小奥行き部41との間の隙間は鉛直上方に行くほど大きくなるので、一定寸法に設定することはできないが、第1熱交換部31を上部と下部とに分割する必要がない分、熱交換器30の製造コストを低減することができる。
本発明は、電装品箱内部の通風性を簡易に高めることにより、電気部品の冷却を促すことができるという効果を有し、冷凍装置の室外ユニットとして有用である。
20 ケーシング
21 正面板(第1面)
30 熱交換器
31 第1熱交換部
31a 上部第1熱交換部(第1熱交換部の上部)
31b 下部第1熱交換部(第1熱交換部の下部)
40 電装品箱
41 小奥行き部
42 大奥行き部
100 室外機
110 室外機
特開2007−218534号公報 特開2013− 76478号公報

Claims (7)

  1. 側面から吸い込んだ空気を上方へ吹き出す、上吹き型の室外機であって、
    立方体形状のケーシング(20)と、
    前記ケーシング内に収納され、前記ケーシングの4側面それぞれに対向するように配置される熱交換器(30)と、
    前記ケーシング内に収納される電装品箱(40)と、
    を備え、
    前記熱交換器(30)は、前記ケーシングの前記4側面のうち正面に相当する第1面(21)に対向して配置される第1熱交換部(31)を有し、
    前記電装品箱(40)は、
    前記第1面(21)と前記第1熱交換部(31)との間において前記第1熱交換部(31)と対向する小奥行き部(41)と、
    前記第1面(21)のうち前記第1熱交換部(31)と対向しない部分において前記第1熱交換部(31)の側方に並ぶ大奥行き部(42)と、
    を有し、
    前記第1熱交換部(31)と前記小奥行き部(41)との間に所定隙間(G)が確保されている、
    室外機(100)。
  2. 前記小奥行き部(41)は、前記第1熱交換部(31)の上部と対向する、
    請求項1に記載の室外機(100)。
  3. 前記所定隙間(G)は、前記第1熱交換部(31)の厚み寸法の50%以上に設定されている、
    請求項1又は請求項2に記載の室外機(100)。
  4. 前記小奥行き部(41)の高さ寸法は、前記第1熱交換部の高さ寸法の20%以上に設定されている、
    請求項1又は請求項2に記載の室外機。
  5. 前記第1熱交換部(31)は、前記小奥行き部(41)に対向する上部(31a)と、前記小奥行き部(41)に対向しない下部(31b)とに分割されている、
    請求項2に記載の室外機(100)。
  6. 前記第1熱交換部(31)は、その一側端が前記第1面(21)から離れる方向に傾斜している、
    請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の室外機(110)。
  7. 前記電装品箱(40)は、弱電部品が実装されている基板を前記小奥行き部(41)に収納し、強電部品が実装されている基板を前記大奥行き部(42)に収容する、
    請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の室外機(100,110)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2019032142A (ja) * 2017-08-09 2019-02-28 ダイキン工業株式会社 冷凍装置の室外ユニット
CN110986192A (zh) * 2019-11-12 2020-04-10 珠海格力电器股份有限公司 电器盒散热装置及包括其的空调器室外机和空调器

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