JP2017053510A - 空気調和機の室外機 - Google Patents

Abstract

【課題】室外熱交換器が本来持っている伝熱性能を発揮し、省エネルギー性を向上させた空気調和機の室外機を提供する。【解決手段】水平方向に向いた回転軸Ｏが熱交換器２３の高さ方向又は幅方向の中心からオフセットされて配置された軸流ファン２４と、筺体２１ａ内における、熱交換器２３と軸流ファン２４との間の、オフセットの方向とは反対方向の位置に、軸流ファン２４に近接する側３１ｂが回転軸Ｏに向けて傾斜するように配置された案内羽根３１とを空気調和機Ｓの室外機２１に備える。【選択図】図５

Description

本発明は、空調を行う空気調和機を構成する室外機に関する。

従来、空気調和機を構成する室外機では、冷媒を圧縮するための圧縮機と、外気と冷媒との間で熱の授受を行う熱交換器と、熱交換器に空気を送る軸流ファンと、圧縮機や軸流ファンを制御するための電装品が納められている。
たとえば、特許文献１では、圧縮機は、仕切板によって室外機内の片側に形成される機械室内に収容されている。また、電装部品は、機械室内に収まらない大きさのため、電装品箱に収容された状態で、機械室の上部に配置されている。そして、軸流ファンは、電装品箱を避けるために、室外機の高さ方向における中心よりも下側へオフセットして設置されている。

特開２０１２−９３０４２

ところで、室外機は、熱交換器の伝熱面積をより広くするために、熱交換器の熱交換部が、室外機の底部から天井部までを占めている。
このため、軸流ファンが、熱交換器の高さ方向の中心から下側にオフセットされている構成では、天井部側と床部側とで、熱交換器に流入する空気の風速に差が生じてしまい、熱交換器の伝熱性能を十分に発揮できないという問題がある。
そこで、本発明は、熱交換器が本来持っている伝熱性能を発揮し、省エネルギー性を向上させた空気調和機の室外機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、空気調和機の室外機に、水平方向に向いた回転軸が熱交換器の高さ方向又は幅方向の中心からオフセットされて配置された軸流ファンと、筺体内における、熱交換器と該軸流ファンとの間の該オフセットの方向とは反対方向の位置に、該軸流ファンに近接する側が該回転軸に向けて傾斜するように配置された案内羽根とを備えることを特徴とする。

本発明によると、熱交換器が本来持っている伝熱性能を発揮し、省エネルギー性を向上させた空気調和機の室外機を提供することができる。

第１実施例の空気調和機を示す構成図である。 第１実施例の室外機の外観を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は右側面図、（ｄ）は背面図である。 本発明の第１の実施例における室外機の内部構成を示す上面図である。 本発明の第１の実施例における室外機の内部構成を示す正面図である。 本発明の第１の実施例における室外機の内部構成を示す左側面図である。 本発明の第２の実施例における室外機の内部構成を示す左側面図である。 本発明の第３の実施例の、室外機の内部構成を示す上面図である。 本発明の第４の実施例の、室外機の内部構成を示す上面図である。

以下、本発明を実施するための第１実施例について、図面を用いて説明する。まず、空気調和機の全体構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施例に係る空気調和機の構成図である。

空気調和機Ｓは、室内を快適な温度や湿度に調整するもので、室内に設置される室内機１１と、室外に設置される室外機２１と、空気調和機Ｓの運転モードを設定するリモコン（図示せず）と、室内機１１と室外機２１とを繋ぐ接続配管Ｐとを備えている。

室内機１１は、図１に示すように、室内熱交換器１２と、室内送風機１３とを備えている。
室外機２１は、圧縮機２２と、室外熱交換器（熱交換器）２３と、軸流ファン２４と、絞り装置２５と、四方弁２６とを備えている。
このような室内機１１と室外機２１を接続配管Ｐで接続し、接続配管Ｐ内を冷媒が循環することによって、冷凍サイクルを構成している。

次に、冷凍サイクルの各要素の作用を説明する。
冷房運転の場合、まず、低圧のガス状冷媒は、圧縮機２２で圧縮され、高温高圧のガス状態となる。高温高圧のガス状冷媒は、室外熱交換器２３で、軸流ファン２４によって室外機２１内に吸込まれた外気に放熱して凝縮し、高圧の液状態となる。高圧の液状冷媒は、絞り装置２５で、減圧されて一部が気化し、低温低圧の気液二相状態となる。低温低圧の気液二相状態の冷媒は、接続配管Ｐを通じて、室内機１１の室内熱交換器１２に送られる。そして、低温低圧の気液二相状態の冷媒は、室内熱交換器１２で室内空気から吸熱して蒸発し、低圧のガス状態となる。低圧のガス状冷媒は、接続配管Ｐを通じて、室外機２１へ送られ、四方弁２６を通って再び圧縮機２２で圧縮される。
そして、室内送風機１３によって室内機１１内に吸込まれた室内空気は、室内熱交換器１２を通過する際に、室内熱交換器１２内を循環する冷媒によって、冷却、除湿され、空調風として、室内に送風される。

暖房運転の場合は、冷房運転の場合に対して、四方弁２６によって、冷媒流路が切り替えられる。圧縮機２２で圧縮された高温高圧のガス状冷媒は、四方弁２６と接続配管Ｐを通じて室内機１１の室内熱交換器１２に送られる。高温高圧のガス状冷媒は、室内熱交換器１２で室内空気に放熱して凝縮し、高圧の液状冷媒となる。高圧の液状冷媒は、接続配管Ｐを通って室外機２１に送られて、絞り装置２５の作用で減圧され、低温低圧の気液二相状態となる。低温低圧の気液二相状態の冷媒は、室外熱交換器２３で、軸流ファン２４によって室外機２１内に吸込まれた外気から吸熱して蒸発し、低圧のガス状冷媒となる。低圧のガス状冷媒は、室外熱交換器２３でガス状となった冷媒は、四方弁２６を通って再び圧縮機２で圧縮される。
そして、室内送風機１３によって室内機１１内に吸込まれた室内空気が、室内熱交換器１２を通過する際に、室内熱交換器１２内を循環する冷媒によって、加熱され、空調風として、室内に送風される。

次に、図２〜図５を用いて、室外機２１の構造について説明する。図２は室外機２１の外観を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は右側面図、（ｄ）は背面図である。
図２に示すように、室外機２１の筐体２１ａは、前面、右側面、左側面、上面に、それぞれ前面パネル２１ｂ、右側面パネル２１ｃ、左側面パネル２１ｄ、上面カバー２１ｅが配置され、箱状に形成されている。また、筐体２１ａの背面には、室外熱交換器２３が全面に露出している。
筐体２１ａの前面には、中に収容される軸流ファン２４と対向する部位に、円形の吹出し孔２１ｆが開口し、吹出し孔２１ｆには、同心円状の格子からなるファングリル２１ｇが設置されている。
右側面パネル２１ｃと左側面パネル２１ｄの背面側には、複数の矩形孔２１ｈが格子状に開口しており、矩形孔２１ｈを通じて、側面側からも室外熱交換器２３に空気が吸込まれるように構成されている。

図３は室外機２１の内部構成を示す上面図である。図４は室外機２１の内部構成を示す正面図である。図５は室外機２１の内部構成を示す左側面図である。なお、図３、図４は内部構造の説明のため、前面パネル２１ｂ、側面パネル２１ｃ、２１ｄ、および上面カバー２１ｅを省略している。
図３に示すように、室外機２１は、仕切板２７によって、内部が、図中の右下に設定される機械室Ｒ１と、熱交換室Ｒ２に分けられている。
機械室Ｒ１には、前述の圧縮機２２、絞り装置２５、四方弁２６等が収容されている。また、機械室Ｒ１の上部には、機械室Ｒ１上を覆いつつ、熱交換室Ｒ２にせり出すように、電装品箱２８が配置される。電装品箱２８には、圧縮機２２や、軸流ファン２４を制御する回路基板（図示せず）等の電装品が収容されている。

熱交換室Ｒ２には、室外熱交換器２３、軸流ファン２４、案内羽根３１が収容されている。
室外熱交換器２３は、図３に示すように、略Ｕ字形状に形成され、筐体２１ａの背面に露出しつつ、左側面と、機械室Ｒ１の部位を除く右側面に面するように、熱交換室Ｒ２内に縦置きに配置されている。
軸流ファン２４は、プロペラ２４ａと室外ファンモータ２４ｂとで構成されている。プロペラ２４ａは、扇状の羽根２４ｃが、回転軸Ｏ周りに等角度間隔で３枚配置されている。室外ファンモータ２４ｂは、プロペラ２４ａを回転軸Ｏ周りに回転させる。軸流ファン２４は、プロペラ２４ａの回転面Ｆが、室外熱交換器２３の正面側に面しつつ、室外ファンモータ２４ｂがプロペラ２４ａと室外熱交換器２３との間に位置する向きで、熱交換室Ｒ２内に配置されている。また、室外ファンモータ２４ｂは、支持部材３２を介して、熱交換室Ｒ２内に設置されている。
また、軸流ファン２４は、室外熱交換器２３の高さ中心Ａ（高さ方向の中心）に対して、回転軸Ｏが下方にオフセットして配置されている（図４参照）。
そして、軸流ファン２４は、背面側から外気を筐体２１ａ内部に吸い込み、正面側から空気を吹き出す。つまり、軸流ファン２４は、室外熱交換器２３が気流の上流側となるように回転する。

案内羽根３１は、図４に示すように、室外熱交換器２３と軸流ファン２４との間における軸流ファン２４がオフセットされた方向とは反対の方向の位置に、支持部材３２を介して、１枚設置されている。つまり、回転軸Ｏよりも上方、且つ回転するプロペラ２４ａの上端よりも低い位置に、案内羽根３１は設置されている。
案内羽根３１は、水平方向に沿って、室外熱交換器２３の正面側と平行に配置される平板状部材で構成され、室外熱交換器２３側に位置する上流縁３１ａよりも、軸流ファン２４側に位置する（軸流ファン２４に近接する側の）下流縁３１ｂが、回転軸Ｏに向けて傾斜するように配置される。つまり、図５において、右下がりになるように配置されている。
また、本実施例の案内羽根３１は、回転軸Ｏに沿った方向に寸法が一定に設定されている。なお、本実施例では、案内羽根３１は、鉄系の素材を長方形の平板状に成形した部材で構成されている。
このように熱交換室Ｒ２内が構成され、軸流ファン２４が稼働することで、図５に示すように、外気が室外熱交換器２３を通じて熱交換室Ｒ２内に取入れられ、前面の吹出し孔２１ｆから吹出される。そして、外気が室外熱交換器２３を通過する際に、室外熱交換器２３内を循環する冷媒と外気との間で熱の授受が行われる。

以上説明したように、案内羽根３１の下面によって、流れが偏向される（図５参照）とともに、案内羽根３１の上面に沿って流れる（コアンダー効果）ことによって、プロペラ２４ａよりも上方に位置する室外熱交換器２３を通過した外気が、軸流ファン２４に導かれる。そして、プロペラ２４ａよりも上方に位置する室外熱交換器２３を通過する外気の流れがスムーズになって、流速が上がり、室外熱交換器２３に流入する外気の風速分布が均一化する。これにより、室外熱交換器２３が本来持っている伝熱性能を十分に発揮し、冷凍サイクルの効率が改善されて、省エネルギー性を向上させることができる。

また、本実施例では、案内羽根３１が、支持部材３２に固定されている。これは、空力的に重要となるプロペラ２４ａの上流部における外気の流れを乱さずに、プロペラ２４ａよりも上方に位置する室外熱交換器２３を通過した外気を、軸流ファン２４に導くことを意図している。例えば、案内羽根３１を、室外熱交換器２３の正面側の部位に固定した場合には、本実施例よりも上流側に案内羽根３１が設置されるため、軸流ファン２４の作動効率への影響が大きくなってしまう。

なお、案内羽根３１は室外熱交換器２３の下流側に設置されているため、冷房運転時には外気よりもさらに高い温度環境に曝され、暖房運転時には外気よりもさらに低い温度環境に曝されることになる。そこで、本実施例では、案内羽根３１に鉄系の素材を用いている。
これにより、過酷な温度環境下においても、案内羽根３１は、変形せずに、その形状が正しく保たれる。案内羽根３１の形状が正しく保たれることで、製品の信頼性を確保しつつ、省エネルギー性の高い空気調和機Ｓを提供することができる。
また、案内羽根３１に、鉄系の素材ではなく、アルミニウム合金を用いてもよい。この場合は、鉄系の素材で案内羽根３１を形成した場合よりも軽量化を図ることができる。

次に、本発明の第２実施例について、図６を用いて詳細に説明する。図６は第２実施例における室外機２１の内部構成を示す左側面図である。なお、図６は内部構造の説明のため、前面パネル２１ｂ、側面パネル２１ｃ、２１ｄ、および上面カバー２１ｅを省略している。また、上記第１実施例と共通する構成については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
本実施例と上記第１実施例では、案内羽根の断面形状が異なる（図６参照）。本実施例の案内羽根３１Ａは、上方へ凸に湾曲する円弧状の断面形状を有している。つまり、案内羽根３１Ａが、室外熱交換器２３の高さ中心Ａを挟んで、軸流ファン２４の回転軸Ｏの反対側の方向に向かって凸に湾曲する断面形状を備えている。なお、上流縁３１ａよりも下流縁３１ｂが、回転軸Ｏに近接し、図６において、右下がりになるように配置される点は、上記第１実施例と同様である。

以上説明したように、案内羽根３１Ａが上方へ凸に湾曲していることで、案内羽根３１Ａの上面における気流のはく離が抑制されて、コアンダー効果がより強く発揮される。そして、プロペラ２４ａよりも上方に位置する室外熱交換器２３を通過する外気の流れが、さらにスムーズになって、流速が上がり、室外熱交換器２３に流入する外気の風速分布が均一化する。これにより、室外熱交換器２３が本来持っている伝熱性能を十分に発揮し、冷凍サイクルの効率がさらに改善されて、省エネルギー性をより向上させることができる。

次に、本発明の第３実施例について、図７を用いて詳細に説明する。図７は第３実施例における室外機２１の内部構成を示す上面図である。なお、図７は内部構造の説明のため、前面パネル２１ｂ、側面パネル２１ｃ、２１ｄ、および上面カバー２１ｅを省略している。また、上記第１実施例と共通する構成については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
本実施例と上記第１実施例では、図７における案内羽根の左右方向に沿った寸法が異なっており、本実施例の案内羽根３１Ｂは、軸流ファン２４の回転軸Ｏを含む垂直な面ＦＡに対して対称な形状を備えている。つまり、図７に示すように、案内羽根３１Ｂは、平面視にて、軸流ファン２４の回転軸Ｏに対して対称な形状を備えている。また、案内羽根３１Ｂは、プロペラ２４ａが回転している状態の投影面内に収まるように、左右方向の寸法が設定されている。

以上説明したように、平面視にて、案内羽根３１Ｂが、軸流ファン２４の回転軸Ｏに対して対称な形状を備えていることによって、案内羽根３１Ｂを、支持部材３２に対して力学的なバランスが取れた状態で固定することができる。これにより、運転中の振動や、製品輸送中に衝撃力が作用しても、案内羽根３１Ｂの形態をより確実に維持することが可能となる。また、案内羽根３１Ｂを力学的にバランスが取れた状態で設置できることによって、案内羽根３１Ｂを支えるためだけに部材を用意する必要がないため、コストの増大を抑制することができる。
なお、本実施例では、案内羽根３１Ｂの断面形状が、第１実施例と同様に、平板状に形成されているが、上記第２実施例のように、湾曲した断面形状を具備してもよい。

次に、本発明の第４実施例について、図８を用いて詳細に説明する。図８は第４実施例における室外機２１の内部構成を示す上面図である。なお、図８は内部構造の説明のため、前面パネル２１ｂ、側面パネル２１ｃ、２１ｄ、および上面カバー２１ｅを省略している。また、上記第１実施例と共通する構成については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
本実施例と上記第１実施例では、図８における案内羽根の左右方向の寸法、および端部の形状が異なっている。本実施例の案内羽根３１Ｃは、回転軸Ｏを含む垂直な面ＦＡからの距離に応じて、回転軸Ｏに沿った方向の寸法Ｌが変化しており、案内羽根３１Ｃの機械室側端部における、回転軸Ｏに沿った方向の寸法Ｌが、階段状に半減している。これにより、案内羽根３１Ｃは、機械室Ｒ１を避けつつ、機械室Ｒ１と室外熱交換器２３との間まで延長されている。

以上説明したように、案内羽根３１Ｃの機械室側端部における、回転軸Ｏに沿った方向の寸法Ｌが、回転軸Ｏを含む垂直な面ＦＡからの距離に応じて、階段状に半減していることによって、機械室Ｒ１との干渉を避けつつ、案内羽根３１Ｃの左右方向の寸法を最大限に広げることができる。
これにより、案内羽根３１Ｃの翼面積が増大し、室外熱交換器２３の高さ方向の風速分布をより効果的に均一化することができる。

Ｓ 空気調和機
２１ 室外機
２１ａ 筐体
２３ 室外熱交換器（熱交換器）
２４ 軸流ファン
３１、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ 案内羽根
３１ａ 上流縁
３１ｂ 下流縁
３２ 支持部材
Ａ 室外熱交換器の高さ中心
Ｆ 軸流ファンの回転面
ＦＡ 回転軸Ｏを含む垂直な面
Ｌ 案内羽根の回転軸に沿った方向の寸法
Ｏ 軸流ファンの回転軸

Claims (7)

1. 筺体と、
   縦置きの熱交換器と、
   水平方向に向いた回転軸が該熱交換器の高さ方向又は幅方向の中心からオフセットされて配置された軸流ファンと、
   該筺体内における、該熱交換器と該軸流ファンとの間の該オフセットの方向とは反対方向の位置に、該軸流ファンに近接する側が該回転軸に向けて傾斜するように配置された案内羽根と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に記載の空気調和機の室外機において、
   前記回転軸は、前記熱交換器の高さ方向の中心よりも下方にオフセットされて配置され、
   前記案内羽根は、水平方向に沿って配置された板状部材からなることを特徴とする空気調和機の室外機。
3. 請求項１、または請求項２に記載の空気調和機の室外機において、
   前記軸流ファンは、前記熱交換器が気流の上流側となるように回転することを特徴とする空気調和機の室外機。
4. 請求項３に記載の空気調和機の室外機において、
   前記案内羽根は、その断面形状が、前記オフセットの方向とは反対の方向に向かって凸に湾曲する板状部材からなることを特徴とする空気調和機の室外機。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の空気調和機の室外機において、
   前記案内羽根は、
   前記回転軸を含む垂直な面に対して対称な形状を備えることを特徴とする空気調和機の室外機。
6. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の空気調和機の室外機において、
   前記案内羽根は、
   前記回転軸を含む垂直な面からの距離に応じて、該回転軸に沿った方向の寸法が変化することを特徴とする空気調和機の室外機。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の空気調和機の室外機において、
   前記案内羽根は、前記軸流ファンを支持する支持部材に取り付けられていることを特徴とする空気調和機の室外機。

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