JP4441665B2 - 空調用室外機および空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空調用室外機に関する。

空気調和装置は、室内の空気を冷やしたり、温めたりするものであり、冷媒を圧縮機により圧縮し、圧縮された冷媒が通流する熱交換器に外気をファンにより送風し、送風された外気により熱交換器内の冷媒を凝縮又は蒸発させる室外機と、凝縮又は蒸発した冷媒により室内空気を冷暖する室内機を備えている。

このような空気調和装置の室外機は、筐体の側面に形成された吸い込み口から外気を吸込み、吸込んだ外気を熱交換器に通気させた後に筐体の頂部に配設された円筒状の風洞を介して排出するファンを備えている。この室外機のファンは、風洞内に位置して筐体内に配設されるが、ファンの外径先端と風洞の内面との間のギャップ（隙間）を小さくすることにより、ファンの漏れ流量を低減して吹出し風量を確保するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−１３７９７０号公報

ところで、ファンは、回転による遠心力や経年劣化に起因して径方向に変形することがある。例えば、樹脂系の材料からファンを形成したときは、ファンの径方向の変形量は増大する。したがって、特許文献１のようにファンと風洞との間のギャップを小さくすると、ファンが径方向に変形した場合、ファンの外径先端が風洞の内面に接触することがあり、ファンの円滑な回転に支障を来たすことがある。

本発明の課題は、所要の吹き出し風量を確保しつつ、ファンと風洞の接触を回避する空調用室外機を実現することにある。

上記課題を解決するため、本発明の空調用室外機は、筐体と、筐体の側面に形成された吸い込み口と、吸込み口に配設された熱交換器と、筐体の頂部に配設された円筒状の風洞と、風洞内に位置され空気吹出し方向を上側に向けたファンを備え、ファンよりも空気の流れの下流側の前記風洞の内面に、その内面から中心に向って突出された平板で形成された環状のリングが設けられ、このリングはファンの上端縁から上側に所定距離だけ離れた位置に設けられるとともに、ファンのファン径よりも内径が大きく形成されてなることを特徴とする。

これによれば、ファンの外径先端からファンの径方向に生じる気流が、下流側のリングの底面と風洞の内面に衝突して渦流が発生し、ファンと風洞の内面との間に逆向きの渦流層が形成される。この渦流層は、実質的に静止した空気通流用ガイドとして作用し、ファンから吹出される空気は、渦流層に沿ってスムースに吹出し口に導かれる。その結果、ファンと風洞内面との間に十分なギャップを設けても、ファンの吹出し風量が確保されるとともに、ファンと風洞との接触を回避できる。

この場合において、リングの内径をファンのファン径と同等、もしくはファン径よりも大きく形成する。これにより、ファンから吹出される空気の流れが環状部材により阻害されることがないから、ファンの吹出し風量を確保できる。

また、リングの内径縁を風洞の軸心に向うにつれて上側又は下側に湾曲して形成することができる。これによれば、リングにより形成される渦流が整流されるため、渦流の大きさや速度の変動が低減されることから、安定な渦流層を形成できると共に、騒音の発生を抑えることができる。

また、風洞の内面からのリングの突出幅を周方向に沿って異ならせ、リングの円環中心軸とファンの回転軸を一致してリングを設けることができる。これにより、風洞の軸心とファンの軸心がずれた空調用室外機にリングを配設することが可能になる。

本発明によれば、所要の吹き出し風量を確保しつつ、ファンと風洞の接触を回避する空調用室外機を実現することができる。

（実施形態１）
本発明を適用した空気調和装置の第１の実施形態について図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明を適用した空気調和装置の系統図である。図１に示すように、空気調和装置は、オフィスビルの屋上などに配設される室外機１０と、オフィスの天井などに配設される室内機１２などから構成される。

室外機１０は、冷媒を圧縮する圧縮機１４と、冷房運転時には凝縮器として作用してガス冷媒の熱を大気に放熱させて冷媒を凝縮し、暖房運転時には蒸発器として作用して液冷媒の蒸発熱を大気に放熱する熱交換器１６と、熱交換器１６に外気を通気させる送風機としてのファン１７と、主に暖房運転時に減圧手段として作用する絞り機構１８などを備えている。なお、冷媒の流れを変えて冷房運転と暖房運転を切り換える四方切換弁１９が配設されている。

室内機１２は、主に冷房運転時に減圧手段として作用する絞り機構２０と、冷房運転時には蒸発器として作用して液冷媒の蒸発熱を大気に放熱し、暖房運転時に凝縮器として作用してガス冷媒の熱を大気に放熱させて冷媒を凝縮する熱交換器２２と、熱交換器２２に室内空気を通気させる送風機としてのファン２４などを備えている。

図２は、本発明に係る室外機１０の内部構成図である。図２Ａに示すように、上吹き型に構成される空調用の室外機１０は、筐体２６と、筐体２６の側面に形成された吸込み口２８と、吸込み口２８に配設された熱交換器１６と、筐体２６の頂部に配設された円筒状の風洞３０と、風洞３０内に位置されたファン１７などを備えている。風洞３０は、空気吸込み側の開口が裾広がりに形成されており、その開口が筐体２６の頂部開口に接合されている。なお、風洞３０の吹出し口３２に、吹出しグリル３３が取り付けられている。ファン１７は、樹脂系の材料から形成された複数の翼を有し、モータ３４に駆動軸３６を介して吹出し方向を上側に向けて支持されたプロペラ側の軸流ファンである。モータ３４は、筐体２６の内壁に固定された水平のクランプ３８の上面に取り付けられている。

ここで、ファン１７よりも空気の流れの下流側の風洞３０の内面に、その内面から中心に向って突出された環状部材としてのリング４０が設けられている。より具体的には、リング４０は、内周円の半径がファン１７のファン半径よりも所定量Ｘだけ大きく形成され、ファン１７の上端縁から上側に所定間隔Ｙだけ離れた位置に設けられている。なお、筐体２６内に、圧縮機１４のタンク４２や、モータ３４に電力を供給する電源などが収納された電気箱４４が配設されている。

このように構成される室外機１０では、電源から電力がモータ３４に供給されると、モータ３４により駆動軸３６を介してファン１７が軸回転される。ファン１７が回転することにより、外気が吸込み口２８から横方向に吸い込まれる。吸い込まれた外気は、熱交換器１６を通気した後、上向きに流れを変えて風洞３０を介して吹出しグリル３３から室外に排出される。

本実施形態によれば、図２Ｂに示すように、ファン１７の外径先端からファン１７の径方向に生じる気流が、リング４０の底面と風洞３０の内面に衝突して渦流４６（旋回流）が発生し、ファン１７と風洞３０の内面との間に逆向きの渦流層が形成される。この渦流層は、実質的に静止した空気通流用ガイドとして作用し、ファン１７から吹出される空気は、渦流層に沿ってスムースに吹出し口３２に導かれる。その結果、ファン１７と風洞３０の内面との間に十分なギャップを設けても、ファン１７の吹出し風量が確保されるとともに、ファン１７の例えば羽根と風洞３０との接触を回避できる。

また、リング４０底面と風洞３０内面との間に、一定の閉空間（ポケット）が形成されるため、その閉空間で形成される渦流４６は、大きさなどが殆ど変動しない定常なものとなる。したがって、渦流４６の変動に起因して発生する騒音を低減することができる。

また、リング４０上面と風洞３０内面との間の空間にも渦流４８が発生し、発生した渦流４８の渦流層が吹出し用ガイドとして作用するため、リング４０を通過した空気は、その渦流層に沿ってスムースに吹出し口３２から排出される。

さらに、本実施形態によれば、室外機１０の組立作業等に起因して、ファン１７の軸心と風洞３０の軸心に微小なズレがある場合でも、ファン１７と風洞３０との間に十分なギャップが確保されているから、ファン１７の例えば羽根と風洞３０との接触を回避できる。

また、室外機１０が外気温０°付近の場所に配設された場合、主として暖房運転として稼動されるため、吹出し口３２から吹出される空気が氷点下になることがある。その場合、ファン１７及び風洞３０に雨の水滴が付着すると、付着した雨の水滴が吹出し空気によって冷却されて氷になる。付着した氷が時間の経過と伴に成長すると、その氷にファン１７の外径先端が衝突することがあり、ファン１７の円滑な回転が妨げられたり、場合によってはファン１７が損傷を受けたりする。この点、本実施形態によれば、ファン１７及び風洞３０に氷が付着したとしても、ファン１７と風洞３０の内面との間に十分なギャップが確保されているから、ファン１７の例えば羽根と風洞３０との接触を回避できる。

（実施形態２）
本発明を適用した空気調和装置の第２の実施形態について図３を参照して説明する。本実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、リング４０に代えて、風洞３０の軸心に向うにつれて内径縁が下側に湾曲して形成されたリング５０を設けることにある。したがって、第１の実施形態と同一の部分については説明を省略し、相違点ついて説明する。なお、相互に対応する箇所については同一の符号を付して説明する。

図３に示すように、リング５０は、風洞の軸心に向うにつれて内径縁が下側に湾曲して形成されている。すなわち、リング５０は、ファン１７側に向って徐々に絞られ、下流側が裾広がりとなった筒体として形成されている。

このようにすれば、第１の実施形態の効果に加えて、ファン１７の外径先端から径方向に生じる気流は、リング５０の内径円の湾曲により、リング５０の底面に沿って風洞３０の内面に衝突する一定の流れが生じることになる。したがって、リング５０底面と風洞３０内面との間に形成される渦流４６が整流されるため、渦流４６の大きさや速度の変動が低減される。その結果、渦流４６により形成される渦流層が安定すると共に、騒音の発生を一層抑えることができる。

要するに、リング５０の底面と風洞３０の内面との間に形成された一定の閉空間（ポケット）の状態が維持されることから、そのポケットで形成される渦流４６が整流されることにより、渦流層が安定になると共に騒音の発生が抑制される。

（実施形態３）
本発明を適用した空気調和装置の第３の実施形態について図４を参照して説明する。本実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、リング４０に代えて、風洞３０の軸心に向うにつれて内径縁が上側に湾曲して形成されたリング５２を設けることにある。したがって、第１の実施形態と同一の部分については説明を省略し、相違点ついて説明する。なお、相互に対応する箇所については同一の符号を付して説明する。

図４に示すように、リング５２は、風洞の軸心に向うつれて内径縁が上側に湾曲して形成されている。すなわち、リング５２は、吹出し口３２側に向って徐々に絞られ、上流側が裾広がりになった筒体として形成されている。なお、リング５２は、図３のリング５０を天地逆さまにしたものと実質的に同じものである。

このようにすれば、第１の実施形態の効果に加えて、リング５２の上面と風洞３０の内面との間に形成される渦流４８は、リング５２の内径縁の湾曲部により一定の流れが生じることになる。したがって、リング５２上面と風洞３０内面との間に形成される渦流４８の大きさや速度の変動が低減されることから、渦流４８により形成される渦流層が安定になると共に、騒音の発生を一層抑制することができる。

要するに、リング５２の上面と風洞３０の内面との間に形成された一定の閉空間（ポケット）の状態が維持されることから、そのポケットで形成される渦流４８が整流されることにより、渦流層が安定になると共に騒音の発生が抑制される。

（実施形態４）
本発明を適用した空気調和装置の第４の実施形態について図５を参照して説明する。本実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、リング４０に代えて、内径縁の断面形状が半円形に形成されたリング５４を設けることにある。したがって、第１の実施形態と同一の部分については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、相互に対応する箇所については同一の符号を付して説明する。

図５に示すように、リング５４は、内径縁の軸方向における断面形状が半円形に形成されている。すなわち、リング５４の内径縁の角を取り除くことによって、内径縁が内側に丸みを有して形成されている。

このようにすれば、第１の実施形態の効果に加えて、ファン１７から吹出される空気がリング５４を通過する際、通過する空気がリング５４の内径縁によって剥離することが低減されることから、リング５４をスムースに通過することができると共に、騒音の発生を抑制できる。

また、リング５４の内径縁の形状は図５の形態に限られず、ほぼ円形や円弧形などに形成することができる。要は、リング５４の空気の通気抵抗を小さくするように内径縁を形成すればよい。

（実施形態５）
本発明を適用した空気調和装置の第５の実施形態について図６を参照して説明する。本実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、リング４０に代えて、テーパ形リング５６を設けることにある。したがって、第１の実施形態と同一の部分については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、相互に対応する箇所については同一の符号を付して説明する。

図６に示すように、テーパ形リング５６は、内径縁が吹出し口３２側に湾曲し、湾曲した縁部が吹き出し口３２の開口縁に向って傾斜して形成されている。すなわち、テーパ形リング５６の水平方向の断面積が、吹出し口３２に向うにつれて径方向に徐々に広くなるように形成されている。

このようにすれば、第１の実施形態の効果に加えて、ファン１７から吹出される空気は、強制的にテーパ形リング５６の傾斜に沿って吹出し口３２に導かれることになる。したがって、吹出し空気の通流路の面積は、吹出し口３２に向って徐々に広くなるため、吹出し口３２から吹出される際の空気の吹出し速度を徐々に小さくすることができる。その結果、吹出し空気が例えば吹出しグリル３３と接触する際の流速が小さくなることから、騒音の発生が抑制される。

例えば、一般に、室外機１０の小型化を図る場合、筐体２６の幅を小さくしたり、電気箱４４の位置を変更することが行われるが、その小型化に起因して筐体２６内で空気の流れが片寄ることがある。より具体的には、熱交換器１６や電気箱４４がファン１７の吸込み側近傍に配設されると、熱交換器１６や電気箱４４によって吸込み空気の流れが制限されるため、風洞３０内の空気の流れが一定方向に片寄る場合がある。この点、本実施形態によれば、熱交換器１６や電気箱４４の位置に起因して風洞３０内で空気の流れが片寄る場合でも、ファン１７から吹出される空気をテーパ形リング５６の傾斜に沿って吹出し口３２に強制的に導くことができる。したがって、ファン１７から吹出された空気の通流路の断面積が、吹出し口３２に向うにつれて径方向に徐々に広くなることから、吹出し口３２から吹出される際の空気の吹出し速度が低減されるため、騒音の発生が抑制される。要するに、ファン１７から吹出された空気は、テーパ形リング５６により静圧回復されることから、騒音を低減することができる。

（実施形態６）
本発明を適用した空気調和装置の第６の実施形態について図７を参照して説明する。本実施形態が、第１の実施形態と異なる点は、リング４０に代えて、外径円の中心と内径円の中心がずれた偏心リング５８を設けることにある。したがって、第１の実施形態と同一の部分については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、相互に対応する箇所については同一の符号を付して説明する。

図７Ａは、室外機の水平方向から見た構成図であり、図７Ｂは、室外機の上側から見た構成図である。図７に示すように、偏心リング５８は、風洞３０の内面からの突出幅が周方向に沿って異なって形成されており、外径円の中心と内径円の中心が偏心している。このような偏心リング５８は、円環中心軸（内径円の中心軸）とファン１７の回転軸１７ａが一致して設けられている。

これによれば、第１の実施形態の効果に加えて、ファン１７の軸心と風洞３０の軸心がずれた室外機１０でも、偏心リング５８を配設することが可能になる。

例えば、一般に、室外機１０の小型化を図る場合、筐体２６の幅を小さくしたり、電気箱４４の位置を変更することが行われるが、吸込み口２８から筐体２６内に吸い込まれた空気は、一定の距離を水平方向に進んだ後に、上方向に流れを変えて風洞３０に導かれるため、熱交換器１６とファン１７との間に一定の距離を確保する必要があり、ファン１７の軸心を風洞３０の軸心からずらして室外機１０を構成することがある。このように室外機１０が構成されたときでも、本実施形態によれば、偏心リング５８を設けることが可能になる。

また、熱交換器１６や電気箱４４の配設位置に起因して、偏心リング５８を通過する空気の流速分布に片寄りが生じるときでも、偏心リング５８の風洞３０の内面からの突出幅を変更することにより、リング５２上面と風洞３０内面との間に形成される渦流層の大きさを調整することができるため、吹出し口３２から吹出される際の流速を均一にすることができる。すなわち、空気の流速分布に対応させて偏心リング５８を形成することにより、小型化による騒音増加を抑制した室外機１０を実現することができる。

以上、第１ないし第６の実施形態に基づき本発明を説明したが、これに限られるものではない。例えば、ファン１７としてプロペラ型の軸流ファンを用いた例を説明したが、斜流ファンを用いた室外機にも本発明を適用できる。要するに、所要の吹き出し風量を確保しつつ、ファン１７の例えば羽根と風洞３０の接触を回避する室外機に本発明を適用すればよい。

本発明の空気調和装置の系統図である。 本発明の第１の実施形態の室外機の構成図である。 本発明の第２の実施形態の室外機の構成図である。 本発明の第３の実施形態の室外機の構成図である。 本発明の第４の実施形態の室外機の構成図である。 本発明の第５の実施形態の室外機の構成図である。 本発明の第６の実施形態の室外機の構成図である。

符号の説明

１０ 室外機
１２ 室内機
１６ 熱交換器
１７ ファン
２６ 筐体
２８ 吸込み口
３０ 風洞
４０ リング

Claims (4)

1. 筐体と、該筐体の側面に形成された吸い込み口と、該吸込み口に配設された熱交換器と、前記筐体の頂部に配設された円筒状の風洞と、該風洞内に位置され空気吹出し方向を上側に向けたファンを備えた空調用室外機において、
   前記ファンよりも空気の流れの下流側の前記風洞の内面に、該内面から中心に向って突出された平板で形成された環状のリングが設けられ、該リングは、前記ファンの上端縁から上側に所定距離だけ離れた位置に設けられるとともに、前記ファンのファン径よりも内径が大きく形成されてなることを特徴とする空調用室外機。
2. 前記リングは、前記風洞の軸心に向うにつれて内径縁が上側又は下側のいずれか一方に湾曲して形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の空調用室外機。
3. 前記リングは、前記風洞の内面からの突出幅が周方向に沿って異なり、該リングの円環中心軸と前記ファンの回転軸が一致して設けられてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の空調用室外機。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の空調用室外機を備えてなる空気調和装置。

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