JP2018115807A

JP2018115807A - 空気調和機の室外機

Info

Publication number: JP2018115807A
Application number: JP2017006739A
Authority: JP
Inventors: 岩瀬　拓; Taku Iwase; 拓岩瀬; 岸谷　哲志; Tetsushi Kishitani; 哲志岸谷
Original assignee: Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Current assignee: Hitachi Johnson Controls Air Conditioning Inc
Priority date: 2017-01-18
Filing date: 2017-01-18
Publication date: 2018-07-26

Abstract

【課題】ファンの翼前縁とリングの位置関係を規定して、ファンと空気調和機の室外機の高効率化と低コスト化を図る。【解決手段】ボスと、複数の翼と、該複数の翼の外端を囲むリングからなるリングファンと、該リングファンを回転駆動させるファン駆動部と、前記リングファンの側方に配置される熱交換器と、を備える空気調和機の室外機であって、前記リングファンは、翼前縁が回転方向に凸となる形状であり、その頂点が翼前縁の外端よりも内周側に位置することを特徴とする空気調和機の室外機。【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機の室外機に係り、特に、リングファンを搭載した空気調和機の室外機に関する。

空気調和機の室外機を高効率化する技術として、リングファンの適用が知られている。リングファンは、車両用エンジンの冷却に広く利用される、ファンの翼の外縁部を筒状リングで囲ったものである。これを用いることで、リングのないプロペラファンに比べて翼端渦を抑制でき、効率を高めることができる。

車両用のリングファンとしては、例えば、特許文献１（特に、図１）に記載されたものがある。ここに記載されたリングファンは、リング、シュラウド間のクリアランスと、シュラウドの寸法を適正な比率に設計することによって、高効率化と騒音低減を図ったものである。

また、空気調和機の室外機用のリングファンとしては、例えば、特許文献２（特に、図３）に記載されたものがある。この室外機は、翼と一体化したリングと、静止するシュラウドの形状を工夫することで、リングとシュラウド間の漏れ流れを抑制して、高効率化を図ったものである。

さらに、空気調和機の室外機用のリングファンの他の例としては、特許文献３（特に、図１）に記載されたものがある。この室外機は、リングの形状を工夫することで、リング内側の流れの剥離を抑制して、高効率化を図ったものである。

特開２００２−２７６５９８号公報特開２００８−５７４８０号公報特開２０１３−５３５３２号公報

空気調和機の室外機では、ファンの正面と側方、もしくは、側方のみに熱交換器が配置される構成が一般的である。そのため、必然的に、側方の熱交換器からファンの側方へ向かう流れが生じる。この流れがあるため、特許文献１に記載の、翼端前縁をリングで覆い強度を高めた車両用リングファンを空気調和機の室外機に流用すると、ファン側方からの流れがリングを乗り越えて翼に入ることになる。この流れは、翼端前縁で乱流となり、翼端前縁の仕事効率の低下を招き、その結果、ファンの側方から吸い込まれる流量が低下して、熱交換器の速度分布が悪化するという問題があった。

また、特許文献２の図３や特許文献３の図１では、翼前縁がリング上流側よりも突出した形状となっているため、特許文献１のような翼端前縁での乱流発生という問題はないが、吸込側に最も突出した前縁端部から翼端渦が巻き上がるため、リングファン本来の作用である翼端渦の抑制効果が薄くなり、効率が悪化するという問題がある。

さらに、特許文献２や特許文献３のように、翼前縁の最外周が突出する形状の場合、所望の風量を得るにはファンの軸方向の高さを確保する必要があり、ファンの薄型化が困難となる。空気調和機の室外機に採用される通常のファンは、樹脂を射出成型して製造されるものが多いが、ファンが軸方向に高くなると、射出成型に用いる金型も大型化し、製造コストが増加するという問題もある。

本発明の目的は、このような課題を解決するためになされたもので、リングファンの翼前縁の形状を適切に設計することで、高効率化と低コスト化を両立させた空気調和機の室外機を得ることにある。

本発明の空気調和機の室外機は、ボスと、複数の翼と、該複数の翼の外端を囲むリングからなるリングファンと、該リングファンを回転駆動させるファン駆動部と、前記リングファンの側方に配置される熱交換器と、を備える空気調和機の室外機であって、前記リングファンは、翼前縁が回転方向に凸となる形状であり、その頂点が翼前縁の外端よりも内周側に位置するものとした。

本発明によれば、高効率化と低コスト化を両立したリングファンと、それを用いた空気調和機の室外機を得ることができる。

実施例１の空気調和機の室外機を示す上面視断面図実施例１のリングファンを吸込側からみた平面図参考例の空気調和機の室外機を示す上面視断面図参考例のリングファンを吸込側から見た平面図実施例２の空気調和機の室外機を示す上面視断面図実施例３の空気調和機の室外機を示す上面視断面図実施例４の空気調和機の室外機を示す側面視断面図

以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。

本発明の実施例１の空気調和機の室外機１０１を説明する前に、図３及び図４を用いて、参考例の室外機１００を説明する。図３は参考例の空気調和機の室外機１００を示す上面視断面図であり、図４はリングファン２０を吸込側から見た平面図である。

図３に示すように、参考例の室外機１００は、水平方向から外気を熱交換器１に吸い込み、リングファン２０により横方向に噴き出すようにした横吹きタイプの室外機であり、主に、熱交換器１と、リングファン２０と、ファン駆動部であるモータ３と、圧縮機等を収納する機械室１１と、で構成される。熱交換器１の断面形状は略Ｌ字型であり、リングファン２０の側方に位置する面１ａと、吸込側正面に位置する面１ｂを有している。また、リングファン２０は、複数枚の翼４０、略円筒状のリング５、モータ３の回転軸に接続される略円柱状のボス６で構成され、リング５は、複数枚の翼４０の夫々の外端と接続した構造である。このリングファン２０は、シュラウド１０に嵌合し、かつ、ガード９で覆われた状態でモータ３の回転軸に装着されている。

リングファン２０を回転駆動させると、図３に示す、熱交換器１の面１ａからリング５を乗り越えて、翼４０に流入する流れＳ０と、面１ｂから直接、翼４０に流入する流れＴ０が生じる。

次に、図４を用いて、流れＳ０、Ｔ０がリングファン２０に流入した後の、翼４０の負圧面での流れを説明する。翼４０を平面視すると、翼前縁７０と翼後縁８０はともに、外端が前縁方向に突出した湾曲形状となっている。翼４０に直接流入した流れＴ０は、翼中間を流れる流れβ０となり、翼前縁７０から翼後縁８０に略円周方向の経路で向かうため、流れβ０に対して翼４０は有効に仕事をする。一方、リング５を乗り越えて流入した流れＳ０は、翼端前縁の流れα０となるが、翼後縁８０の方向に滑らかに流れることができず、大部分はリング５に向かう。そのため、流れα０に対して翼４０は有効に仕事をすることができない。その結果、参考例ではリングファン２０が側方の面１ａを介して吸い込む流量が低下し、熱交換器１の速度分布が悪化するという問題があった。

次に、図１、図２を用いて、参考例の問題を解消する、本発明の空気調和機の室外機の実施例１を説明する。図１は実施例１の空気調和機の室外機１０１を示す上面視断面図、図２はリングファン２１を吸込側からみた平面図である。なお、図１、図２の構成のうち、図３、図４と同等の構成については、同一符号を付し、重複説明を省略する。

図１に示すように、翼４を上面視したとき、翼前縁７は吸込側に凸の形状となっている。翼前縁７の最も吸込側を頂点Ｘ１、リング５との接合部を接合点Ｙ１とすると、翼前縁７は、頂点Ｘ１が接合点Ｙ１よりも吸込側、かつ、内周側に位置する曲線形状である。なお、頂点Ｘ１は、翼４の幅中央よりも外周側に位置するのが望ましく、図２では翼４の幅の１／４程度内周側に位置している。また、接合点Ｙ１は、リング５の吸込側端部５１よりも吐出側に位置する形状である。さらに、リング５は、吸込側端部５１が熱交換器端部１ｃよりも吸込側に位置し、吐出側端部５６が熱交換器端部１ｃよりも吐出側に位置する形状である。

また、図２に示すように、翼４を平面視したとき、翼前縁７は、回転方向に凸の形状となっており、頂点Ｘ１が最も前縁方向に突出し、接合点Ｙ１が頂点Ｘ１より後縁方向に位置する曲線形状である。

参考例の図３と同様に、本実施例においても、リングファン２１を回転駆動させると、図１に示す、熱交換器１の面１ａからリング５を乗り越えて、翼４に流入する流れＳ１と、面１ｂから直接、翼４に流入する流れＴ１が生じる。

翼前縁７を、図１、図２のように構成することによって、頂点Ｘ１と接合点Ｙ１の間の領域である翼端前縁には、翼４の圧力面と負圧面の圧力差による流れＵが生じる。この流れＵの影響により、翼端前縁の流れα１は翼後縁８に向かうため、翼端前縁の流れα０がリング５に向かう参考例に比べて、翼端前縁は有効に仕事をするようになり、リングファン全体としても効率が向上する。

その結果、参考例に比べて、リングファン２１の側方から吸い込まれる流量が増加し、熱交換器１の特に面１ａでの速度分布が改善するので、リングファン２１と室外機１０１の高効率化が図られる。

以上で説明した本実施例のリングファンを用いることで、リングファンの高さを多少高くするだけで、側方からの吸い込み風量を大きく増加させることができ、空気調和機の室外機としての性能を大きく向上させることができる。また、本実施例のリングファンを樹脂で製造する場合には、射出成型に用いる金型の大型化に伴うコストアップを抑制できるので、室外機の性能向上に要するコストアップも抑制することができる。

本発明の実施例２の空気調和機の室外機１０２を、図５を用いて説明する。なお、実施例１と共通する点は重複説明を省略する。

図５は実施例２の室外機１０２を示す上面視断面図である。実施例１では、接合点Ｙ１をリング５の吸込側端部５１より吐出側に配置したが、本実施例では、翼前縁７における翼４とリング５の接合点Ｙ２と、リング５の吸込側端部５２を、回転軸Ａ方向に一致させる構造とした。

これによって、熱交換器１の面１ａから翼４に流入する流れＳ２は、実施例１の流れＳ１に比べて、リング５を乗り越えた後、すぐに頂点Ｘ２と接合点Ｙ２で構成される翼端前縁に流入することになる。そのため、翼端前縁は更に有効に仕事をするようになり、リングファン２２と室外機１０２の更なる高効率化を図ることができる。

本発明の実施例３の空気調和機の室外機１０３を、図６を用いて説明する。なお、上述の実施例と共通する点は重複説明を省略する。

図６は実施例３の室外機１０３を示す上面視断面図である。実施例２では、頂点Ｘ２を吸込側に大きく突出させたが、本実施例では、翼前縁７の頂点Ｘ３から接合点Ｙ３までの翼端前縁７３を、リング５の吸込側端部５３に沿った形状とした。すなわち、図６に示す左右の吸込側端部５３を結ぶ直線上に、頂点Ｘ３、接合点Ｙ３が配置される形状とした。これによって、実施例２のリングファン２２の回転軸方向の高さＨ２に比べて、本実施例のリングファン２３の高さＨ３を小さくすることができる。

これにより、室外機１０３を薄型化することができ、室外機の低コスト化を図ることができる。さらに、リングファン２３の高さが小さいことは、熱交換器１の面１ｂとリングファン２との距離を遠ざけることができ、面１ｂの風速分布が均一化することができる。その結果、熱交換器の圧力損失の低減と、熱交換器の性能が向上し、室外機の高効率化が図られる。

また、リングファン２３を樹脂製とし、射出成型により一体成型で製作すれば、リングファン２３の高さＨ３が低減したことによって、金型の低コスト化も図ることができる。

本発明の実施例４の空気調和機の室外機１０４を、図７を用いて説明する。なお、上述の実施例と共通する点は重複説明を省略する。

実施例４は、実施例１から３とは異なり、水平方向から外気（流れＶ）を熱交換器に吸い込み、リングファンによって上方に吹き出す、上吹きタイプの室外機に関するものである。

図７に示す室外機１０４は、底ベース１８、底ベース１８に対向するように上方に設けられたシュラウド１５、底ベース１８とシュラウド１５に挟まれるように設けられた熱交換器１４、底ベース１８の上に設置された圧縮機１６やアキュムレータ１７などの冷凍サイクルを構成するための部品、これらの部品を制御するための電気箱１３、電気箱１３の上方に配置されたモータステー１２、モータ３４、リングファン２４から構成される。

リングファン２４は実施例１と同様の構造とする。リングファン２４のリング５の吸込側端部５４よりも、リングファン２４の側方に位置する熱交換器端部１４ｃのほうが吐き出し側に位置するように配置する。このような構造とすることによって、実施例４の室外機１０４でも実施例１と同様の効果を得ることができる。

１：熱交換器、
１ａ：リングファンの側方に位置する面、
１ｂ：リングファンの吸込側正面に位置する熱交換器の面、
１ｃ、１４ｃ：熱交換器端部、
２０、２１、２２、２３、２４：リングファン、
３、３４：モータ、
４、４０：翼、
５：リング、
５０、５１、５２、５３、５４：リングの吸込側端部、
５５、５６、５７、５８、５９：リングの吐出側端部、
６：ボス、
７、７０：翼前縁、
８、８０：翼後縁、
９：ガード、
１０：シュラウド、
１１：機械室、
１２：モータステー、
１３：電気箱、
１４：熱交換器、
１５：シュラウド、
１６：圧縮機、
１７：アキュムレータ、
１８：底ベース、
１００、１０１、１０２、１０３、１０４：室外機、
Ａ：回転軸、
Ｂ：回転方向、
Ｈ２、Ｈ３：リングファンの高さ、
Ｓ０、Ｔ０、Ｔ１、Ｓ２、Ｕ、α０、α１、β０、β１：流れ、
Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３：頂点、
Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３：接合点

Claims

ボスと、複数の翼と、該複数の翼の外端を囲むリングからなるリングファンと、
該リングファンを回転駆動させるファン駆動部と、
前記リングファンの側方に配置される熱交換器と、
を備える空気調和機の室外機であって、
前記リングファンは、翼前縁が回転方向に凸となる形状であり、その頂点が翼前縁の外端よりも内周側に位置することを特徴とする空気調和機の室外機。
請求項１に記載の空気調和機の室外機において、
前記リングの吸込側端部と、前記翼前縁の外端と前記リングの接合点が一致することを特徴とする空気調和機の室外機。
請求項１に記載の空気調和機の室外機において、
前記翼前縁は、吸込側に凸となる形状であることを特徴とする空気調和機の室外機。
請求項２に記載の空気調和機の室外機において、
筐体の上面視で、前記頂点から前記接合点までの翼前縁が、前記吸込側端部に沿った形状であることを特徴とする空気調和機の室外機。
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、
筐体の上面視で、前記リングの吸込側端部が前記熱交換器の吐出側端部よりも吸込側に位置し、前記リングの吐出側端部が前記熱交換器の吐出側端部よりも吐出側に位置することを特徴とする空気調和機の室外機。
請求項１〜５の何れか１項に記載の空気調和機の室外機において、
前記リングファンは、前記翼と前記リングが一体となった樹脂製であることを特徴とする空気調和機の室外機。
請求項１〜６の何れか１項に記載の空気調和機の室外機において、
前記翼前縁は、前記頂点が最も前縁方向に突出していることを特徴とする空気調和機の室外機。