JP2009103353A - 空気調和機の室外機 - Google Patents

Abstract

【課題】ファンを大型化しても熱変形による振動や風漏れがなく、外力に対しても剛性が強く、高信頼性、低コスト化及び静音化を図った空気調和機の室外ユニットを提供する。
【解決手段】筐体上部に配置された軸流ファンの吹出面を筐体の上面とし、前記筐体上面は板金製の中央に開口部を有する上面カバーと、上方へ向かう略円筒状の樹脂製吹出ダクトとで構成された空気調和機の室外機において、前記吹出ダクトは概ね外縁部が前記上面カバーに固定部にて取付けられると共に、熱変形を吸収する熱変形吸収部が設けられた。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機の室外機に係り、特にビル用マルチパッケージエアコンで多く見られる上吹きタイプの室外機の樹脂製吹出ダクトの支持構造に関する。

近年、地球温暖化防止、ランニングコスト低減ニーズの高まりにより、店舗やオフィスビルのエネルギー消費量の多くを占める空気調和機の省エネ化が推進されている。電動機を用いたヒートポンプ式空気調和機の消費電力低減の手段としては圧縮機、熱交換器、送風機など各構成機器の高性能・高効率化が追求されている。

また、コンビニエンスストア等の普及に伴い住宅地に設置される機会が多くなったことや、ビル屋上に設置されることの多かったビル用マルチパッケージエアコンにおいても、高層マンションの普及等に伴い、近隣からの騒音クレームがたびたび問題となる。空冷ヒートポンプ式空気調和機の騒音源としては主として圧縮機や送風機等が挙げられ、様々な技術が開示されている。

上記のような課題を解決する手段として、例えば搭載する送風機の個数を増やせば送風機１個当たりの回転数を下げることができるため、送風音と消費電力を低減することができる。しかし一方では、材料費高騰、市場売価ダウン等、製品売価に占める材料費の割合は増加の一途であり、いたずらに部品点数を増加したり、製品サイズを大きくすることはコストアップに繋がり、しいては製品利益を圧迫させてしまう。

このような背景から、送風機の個数を増やさずに、ファンの大口径化により回転数を低減させ、高効率化と低騒音化を図るとともに、ベルマウスを含めた吹出ダクトの高性能化にも配慮し、曲面や曲げ・拡大部等を多用した複雑な形状を採用するケースが少なくない。このような観点から特許文献１（特開２００５−１２７５７８号公報）に開示された技術に見られるように、ベルマウスや吹出ダクトには形状的な自由度が高い樹脂材料を用いることが多く、更にコスト的なメリットから、筐体上面を覆う上面カバー、ベルマウス、吹出ダクトとは一体の樹脂成形部品として構成するのが望ましい。

特開２００５−１２７５７８号公報 特開平７−６３３７３号公報

しかし、大型化したファンを囲うベルマウスや吹出ダクトを樹脂材料で構成しようとすると、非常に大型な部品となってしまい、成形設備が対応できないケースや、成形コスト、金型製作費等が割高となってしまい、結果として部品コストの増加を招く。特にビル用マルチパッケージエアコンでは、必要容量に合わせた幅寸法違いの数種類の筐体で構成されることが多く、同一ファンであっても、筐体の種類ごとに個別の金型が必要となり、金型償却費や管理費等も増加してしまう。そこで、共通部分で且つ曲面を多用するベルマウスと吹出ダクト部のみを樹脂材料で構成し、筐体幅寸法に直接左右される上面カバー部とは分離構造とすることで１種類の金型で対応できるし、部品サイズも小さくできるので、部品コストの増加を最小限に押さえることができる。

しかしながら、樹脂部品を板金部品にネジ固定すると、互いの線膨張係数の違いにより、樹脂部品が変形してしまったり、締結部に過大な力が加わるので、ネジが緩んだり、最悪の場合破損に至る。特に吹出口近傍では、熱交換器による熱交換後の空気が通過するため、冷房運転時と暖房運転時とでは、１００℃近い温度差が生じるケースもある。一般的な汎用樹脂を用いた場合、ネジ穴が数ミリも移動してしまう場合も少なくない。

このような課題に対し、特許文献２（特開平７−６３３７３号公報）に開示された技術を挙げることが出来る。すなわち、樹脂部品の取付け方法を引掛け爪の掛合構造とすることで、熱変形を吸収させ、破損を防いでいる。

しかしながら、ファン近傍は振動の大きな部位でもあるため、掛合構造では振動により樹脂が摩耗し、最悪、脱落に至る。同様に、ネジ穴を長穴にすれば熱変形を吸収可能だが、ネジの緩みを招き、ガタ発生や摩耗に繋がる。

一方、ネジ固定部周囲にスリットを設ける等、柔支持にすれば熱応力は軽減できるが、同時に強度や剛性の低下を招き、振動増大やびびり音発生、最悪の場合、台風時や積荷時等には破損に至る恐れもある。更には熱変形増加を招き、上面カバーと吹出ダクトとの隙間が発生し、風漏れを起こしてしまう。

本発明の目的は、ファンを大型化しても熱変形による振動や風漏れがなく、外力に対しても剛性が強く、高信頼性、低コスト化及び静音化を図った空気調和機の室外ユニットを提供することにある。

本発明は、筐体上部に配置された軸流ファンの吹出面を筐体の上面とし、前記筐体上面は板金製の中央に開口部を有する上面カバーと、上方へ向かう略円筒状の樹脂製吹出ダクトとで構成された空気調和機の室外機において、前記吹出ダクトは概ね外縁部が前記上面カバーに固定部にて取付けられると共に、熱変形を吸収する熱変形吸収部が設けられたことを特徴とする。

また、前記吹出ダクトは前記上面カバーに固定されるフランジ部とこのフランジ部から立ち上がる円筒部からなり、前記熱変形吸収部は前記フランジ部に略円周方向に設けられている。

また、前記熱変形吸収部は前記フランジ部の前記上面カバーとの固定部より内側に略円周方向に設けられている。

また、前記吹出ダクトは前記上面カバーに固定されるフランジ部とこのフランジ部から立ち上がる円筒部からなり、前記熱変形吸収部は前記円筒部に縦向きに複数設けられている。

また、前記熱変形吸収部は前記円筒部から前記フランジ部にかけて、前記フランジ部の前記上面カバーとの固定部間に放射方向に設けられている。

また、前記熱変形吸収部は前記吹出ダクトの表面に曲げ状態に突設されたリブである。また、前記リブは断面が略三角形に曲げ状態に形成されている。また、前記リブは断面が略円弧状に曲げ状態に形成されている。また、前記熱変形吸収部または前記リブは複数個連続して断面が略波形に曲げ状態に形成されている。また、前記吹出ダクト上端には径が拡大する拡大部が設けられ、前記拡大部と前記熱変形吸収部または前記リブにほぼ平行な傾斜面が形成されている。

本発明によれば、ファンを大型化しても熱変形による振動や風漏れがなく、外力に対して剛性を強くでき、高信頼性、低コスト化及び静音化を図ることができる。

以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。図１〜図３、図５、図６は本発明の実施例１を示すものであり、図１は正面図、図２は側面の断面図、図３は平面図で（ａ）は上面カバーと吹出しダクトを除いて示し、（ｂ）は上面カバーと吹出しダクトのみを示す。

室外機の筐体１０上部に配置されたファンモータ２０１により軸流ファン２００が駆動される。軸流ファンの駆動により筐体の側面から背面にかけて配置された熱交換器４００より外気が吸込まれ、熱交換された後、上面カバー１０１の開口部１０６、吹出ダクト１００、ファンガード３０２へと通過し、筐体１０の上方に向かって吹出される。熱交換器４００の水平断面は開口側に向かって開いた略コの字形を形成しており、製品を横並びに連続設置させた場合でも、側面吸込口を遮蔽してしまうのを防止している。そのため、図３（ａ）で熱交換器４００の側面においては、略三角形の隙間３０７が生じてしまうため、塞ぎ板３０１で外気の吸込みを塞いでいる。

尚、正面側に熱交換器４００は設けない理由は、圧縮機等の冷凍サイクル部品４０１や制御基板等を収納した電気箱４０３への工事・メンテナンス等を考慮したものであり、筐体正面側は脱着可能な正面カバー３０４によって外気を遮断している。

更に吹出ダクト１００及び上面カバー１０１の詳細について説明する。吹出ダクト１００と上面カバー１０１とは分離構造で構成されており、吹出ダクト１００のフランジ部１０６の外縁部で、ネジ固定部１０３でネジ数点で固定されている。筐体幅寸法の異なる他容量の機種にも流用しやすいよう、共通部分で且つ曲面の多い吹出ダクト１００は樹脂で構成され、平坦部が多く筐体幅寸法に直接左右する上面カバー１０１は中央に開口部１０６を有する板金で構成されている。

また、吹出ダクト１００は下端でベルマウス１０５と一体化しており、ラウンドが施されたフランジ部１０６を形成している。更に吹出ダクト１００の上端側には内径が拡大した拡大部１０２を設けている。これは、吹出面積を可能限り大きく確保することで風速を減速させ、ファンガード３０２から生じる風切り音や圧力損失の低減に効果があり、低騒音化と省エネ化に寄与している。

次に熱変形の形態を説明する。図４は樹脂製吹出ダクト１００と板金製上面カバー１０１をネジ固定部１０３で固定した場合の熱変形の方向を矢印で示したもので、本図では常温で組み立てられた状態から冷房運転したことにより、室外機が加熱されて膨張変形を示す。熱変形量は「熱変形量＝長さ×線膨張係数×温度差」式で表わされ、比較的薄肉形状においては、剛性に係らず、線膨張係数と長さと温度差で変形量はほぼ決まってしまう。

通常の強度設計は、ある想定された外力に対応した強度向上を図るものであるから、板厚アップや補強リブ、ネジ追加等、剛性を向上させることで対処できる。しかし、熱変形の場合は、上式のように剛性の大小に係らず変形量が決まってしまう為、板厚アップやリブ追加等で剛性を上げてしまうと、固定部に作用する応力が増加してしまう。特に面内剛性（面方向の剛性）は、面外方向に比べ極端に剛性が高いため、図４に示すように温度差の大きな部位で異種材料を面内方向に固定するケースでは、固定部に過大な力が加わりやすい。

変形方向は形状や固定方法等による剛性バランスによって大きく異なるが、図４の例では円筒部１０４及びフランジ部１０６では径が拡大する方向９０１へ変形しようとする。しかしながら、この変形はフランジ部１０６の面内方向の剛性が非常に高い方向の変形であるため、結果としてネジ固定部１０３に過大な力が作用する。更に、周方向の変形９０２も生じるため、各ネジとネジの中央付近で上下方向に隙間が発生し、風漏れや振動によるびびり音を招く結果となる。また、意匠面でも合わせ面の隙間は外観上も好ましくない。

実施例１はこれらの課題を解決するために、吹出ダクト１００の略円周方向に熱変形を吸収する熱変形吸収部５００を設け、円周方向の熱変形を吸収する柔構造となるように構成されている。図５は本発明の実施例１の吹出ダクト１００を上面カバー１０１に固定した状態の斜視図、図６は図５におけるＡ−Ａ断面図である。図１〜図３と同一符号は同一部位を表わす。

本実施例では、フランジ部１０６のネジ固定部１０３の内径側に、外縁に沿った略円周方向に熱変形吸収部として曲げ状態に突設された円周リブ５００を設けており、具体的には樹脂成形時に断面が中空の曲げ状態の円弧状リブ５０３が成形される。この円弧状リブ５０３はフランジ部１０６の径方向の熱変形に応じて、円弧状リブの曲げ構造の両下端部が接近あるいは離れる撓み変形を起こすため、熱変形を効果的に吸収することができる。従って、フランジ部１０６の径方向の熱変形によって、ネジ固定部１０３に作用する力を軽減することができる。

一方、室外機は外に設置されるが、台風時のような横荷重に対してはリブは補強の作用を果たすため、ネジ固定部１０３に作用する力を分散・軽減させる効果もある。このような構成とすることで、信頼性と低コスト化、ひいては静音性と省エネ性に優れた空気調和機の室外機を提供できる。

図７は本発明の実施例２を示すものであり、図６と同位置における断面図で、同一符号は同一部位を表わす。１０２は前述のように送風機の吹出し口の面積を拡大して騒音を下げるために、吹出ダクト１００の上端部に設けた拡大部である。円筒部１０４の成形金型は型抜きを容易にするため、スライド構造にするのが通常である。しかしながら、前記拡大部１０２を設けると、前記実施例１のような円弧状リブ５０３があると、型抜き構造が複雑なスライド機構となり、成形コストがかかる。

実施例２では、拡大部１０２の裏面の傾斜面１０２ａに概ね平行となる傾斜面５０２ａを有するように、断面が中空の曲げ状態の略三角形リブ５０２を形成している。このリブ５０２の形成により、吹出ダクト１００の上端部に拡大部１０２があっても、金型のスライド構造としては、図７の斜め矢印方向に抜けやすくなり、単純化でき生産性の向上も図ることができる。

図８は本発明の実施例３を示すものであり、図６と同位置における断面図であり、同一符号は同一部位を表わす。実施例１及び２で示すリブを複数個（図では２個）連続して略波形に曲げ状態に断面波形リブ５０４が形成されている。このようにリブを波形に形成することにより、１個のリブより大きな撓み変形量（バネ効果）を得ることができ、更に外力に対する補強効果も向上する。逆に言えば、同等の効果（撓み量）を得るのに、必要なリブ高さを低く（小さく）抑えることができ、高さが低い分だけ金型のスライド構造を単純化できる。この実施例ではリブとして、実施例２の略三角形リブを複数個連続して波形リブ５０４に形成しているが、拡大部１０２の裏面の傾斜面１０２ａに概ね平行となる傾斜面５０４ａをリブ５０４に形成すれば、金型のスライド構造として図の斜め矢印方向に抜けやすくなり、単純化でき生産性の向上も図ることができる。

なお、リブ５０４として前記略三角形リブの他に円弧状リブ５０３を連続的に設けても良い。この実施例でも他の実施例と同様な効果を得ることができ、生産性の向上も図ることができる。

図９は本発明の実施例４を示す吹出ダクト１００の斜視図であり、同一符号は同一部位を表わす。本実施例では、拡大部１０２からフランジ部１０６にかけて縦向きに連続して放射方向（半径方向）に突出したの放射リブ５０１を設けている。そしてこの放射リブ５０１は、各ネジ固定部１０３の間に１本づつ位置させているので、円筒部１０４の周方向に複数本設けられている。このリブ５０１は、実施例１と同様に断面が中空の曲げ状態の円弧状リブであるが、実施例２の断面が中空の曲げ状態の略三角形リブでも良い。

吹出ダクト１００の熱膨張・熱収縮の方向は、それぞれ円筒部１０４では径方向、フランジ部１０６では周方向となるので、リブ５０１は２方向の熱変形方向に対して撓み変形（バネ効果）し、熱による膨張・収縮の変形を効果的に吸収できる。

また、このリブ５０１の本数を周方向に増やすか、連続して並べて連続した波形に形成すれば、実施例３と同様に大きな撓み変形量（バネ効果）を得ることができ、更に金型のスライド構造も単純化できる。一方、台風時のような横荷重や、積荷時の上下方向等については補強リブとして機能する。

図１０に本発明の効果を示す。縦軸にネジ固定部１０３への応力をリブ無しを１００％として示し、横軸にリブ無しと、有りの場合を並べて示す。図から分かるように、リブがある場合は、ネジ固定部１０３に作用する応力は４３％で、リブが無い場合の１００％と比べ半分以下に低減している。更には、実施例４の場合、円筒部１０４の金型のスライド構造は水平方向のスライドで構成できるため、金型構造が単純化できる。従って、他の実施例と同様な効果を得ることができ、更に生産性の向上も図ることができる。

本発明の実施例１の空気調和機の室外機の正面図。 本発明の実施例１の空気調和機の室外機の側面の断面図。 本発明の実施例１の空気調和機の室外機の平面図。 熱変形の形態の説明図。 本発明の実施例１の空気調和機の室外機の吹出ダクトおよび上面カバーの斜視図。 本発明の実施例１の空気調和機の室外機の部分断面図。 本発明の実施例２の空気調和機の室外機の部分断面図。 本発明の実施例３の空気調和機の室外機の部分断面図。 本発明の実施例４の吹出ダクトの斜視図。 本発明の実施例４の吹出ダクトの効果を示す特性図。

符号の説明

１０…筐体、１００…吹出ダクト、１０１…上面カバー、１０２…出口拡大部、１０２ａ…傾斜面、１０３…固定部（ネジ固定部）、１０４…円筒部、１０５…ベルマウス部、１０６…フランジ部、２００…軸流ファン、２０１…ファンモータ、３００…横フレーム、３０１…塞ぎ板、３０２…ファンガード、３０３…側面カバー、３０４…正面カバー、３０５…縦フレーム、３０６…ベース、３０７…熱交換器上面の隙間、４００…熱交換器、４０１…圧縮機等の冷凍サイクル部品、４０２…足部、４０３…電気箱、５００…円周リブ、５０１…放射リブ、５０２…三角形リブ、５０３…円弧状リブ、５０４…波形リブ、５０４ａ…傾斜面、９００…空気の流れ、９０１…径方向の熱変形、９０２…周方向の熱変形、９０３…端面の熱変形。

Claims (10)

1. 筐体上部に配置された軸流ファンの吹出面を筐体の上面とし、前記筐体上面は板金製の中央に開口部を有する上面カバーと、上方へ向かう略円筒状の樹脂製吹出ダクトとで構成された空気調和機の室外機において、
   前記吹出ダクトは概ね外縁部が前記上面カバーに固定部にて取付けられると共に、熱変形を吸収する熱変形吸収部が設けられ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、前記吹出ダクトは前記上面カバーに固定されるフランジ部とこのフランジ部から立ち上がる円筒部からなり、前記熱変形吸収部は前記フランジ部に略円周方向に設けられたことを特徴とする空気調和機の室外機。
3. 請求項２に記載の空気調和機の室外機において、前記熱変形吸収部は前記フランジ部の前記上面カバーとの固定部より内側に略円周方向に設けられたことを特徴とする空気調和機の室外機。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和機の室外機において、前記吹出ダクトは前記上面カバーに固定されるフランジ部とこのフランジ部から立ち上がる円筒部からなり、前記熱変形吸収部は前記円筒部に縦向きに複数設けられたことを特徴とする空気調和機の室外機。
5. 請求項４に記載の空気調和機の室外機において、前記熱変形吸収部は前記円筒部から前記フランジ部にかけて、前記フランジ部の前記上面カバーとの固定部間に放射方向に設けられたことを特徴とする空気調和機の室外機。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の空気調和機の室外機において、前記熱変形吸収部は前記吹出ダクトの表面に曲げ状態に突設されたリブであることを特徴とする空気調和機の室外機。
7. 請求項６に記載の空気調和機の室外機において、前記リブは断面が略円弧状に曲げ状態に形成されたことを特徴とする空気調和機の室外機。
8. 請求項６に記載の空気調和機の室外機において、前記リブは断面が略三角形に曲げ状態に形成されたことを特徴とする空気調和機の室外機。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の空気調和機の室外機において、前記熱変形吸収部または前記リブは複数個連続して断面が略波形に曲げ状態に形成されたことを特徴とする空気調和機の室外機。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の空気調和機の室外機において、前記吹出ダクト上端には径が拡大する拡大部が設けられ、前記拡大部と前記熱変形吸収部または前記リブにほぼ平行な傾斜面を形成さ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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