JP2010196945A - 室外ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】外気を室外熱交換器内をほぼ最短距離で通過するようにして、室外ユニットの熱交換性能の向上を図る。
【解決手段】筐体３内を上下に区画して上部を熱交換室５、下部を機械室７とし、熱交換室５の側面５Ｂ，５Ｃに室外熱交換器２７ａ，２７ｂ、上面５Ａに室外ファン２１ａ、２１ｂを備え、この室外ファン２１ａ、２１ｂの運転により、室外熱交換器２７ａ，２７ｂを通じて熱交換室５内に吸い込まれた空気を当該熱交換室５の上面５Ａから吹き出す構成を備え、室外熱交換器２７ａ，２７ｂの空気吸い込み側に、当該室外熱交換器２７ａ，２７ｂに対して略垂直方向に延びて当該室外熱交換器２７ａ，２７ｂに流入する空気を整流する第１〜第３の整流部材３３Ａ〜３３Ｃを設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和装置の室外ユニットに関する。

一般に、筐体内を上下に区画して上部を熱交換室、下部を機械室とし、前記熱交換室の側面に熱交換器、上面に送風ファンを備え、この送風ファンの運転により、前記熱交換器を通じて前記熱交換室内に吸い込まれた空気を当該熱交換室の上面から吹き出す室外ユニットが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３３６７８６号公報

ところで、この種の室外ユニットでは、送風ファンが熱交換室の上面に配置されているため、この熱交換室の上部においては、熱交換器に対して略垂直に空気が流入するものの、下部においては、送風ファンに向かう空気流が生じ、この空気が熱交換器を斜めに通過するように流れていた。
この場合、熱交換器を通過する距離が長くなるため、すでに熱交換された空気（外気）がより長い時間をかけて熱交換器を通過することになり、熱交換のロスが大きくなるという問題があった。更に、熱交換器を通過する距離が長くなると、通風時の圧力損失が大きくなるため、必要な空気流量を確保するために送風ファンの動力（消費電力量）が増大し、場合によっては、送風ファンのモーターの容量アップが必要となるといった問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、熱交換器を通過する空気の流れを好ましい向きにすることで、熱交換性能の向上を図ることを目的とする。

上述課題を解決するため、本発明は、筐体内を上下に区画して上部を熱交換室、下部を機械室とし、前記熱交換室の側面に熱交換器、上面に送風ファンを備え、この送風ファンの運転により、前記熱交換器を通じて前記熱交換室内に吸い込まれた空気を当該熱交換室の上面から吹き出す室外ユニットにおいて、前記熱交換器の空気吸い込み側に、当該熱交換器に対して略垂直方向に延びて当該熱交換器に流入する空気を整流する整流板を配置したことを特徴とする。

この構成によれば、熱交換器に吸い込まれる空気が整流板によって整流される。この整流板は、熱交換器の空気吸い込み側に、この熱交換器に対して略垂直方向に延びているため、この熱交換器に吸い込まれた空気が当該熱交換器内をほぼ最短距離で通過するように整流できる。これにより、空気が効率良く熱交換器を通過するため、室外ユニットの熱交換性能を向上できる。更に、空気が最短距離で通過することにより、熱交換器を通過する際の圧力損失を低減することができるため、送風ファンの消費電力の低減を図ることができる。

上記構成において、前記整流板間のピッチは、前記熱交換室の外側に突出する当該整流板の高さ寸法と略同一に形成されている構成としても良い。

また、上記構成において、前記整流板の高さは、前記送風ファンから近い側に比べて、この送風ファンから遠い側を高く形成した構成としても良い。

また、上記構成において、前記整流板は、ハニカム状に形成されている構成としても良い。

本発明によれば、熱交換器の空気吸い込み側に、当該熱交換器に対して略垂直方向に延びて当該熱交換器に流入する空気を整流する整流板を配置したため、熱交換器に吸い込まれた空気が当該熱交換器内をほぼ最短距離で効率良く通過するように整流されることにより、室外ユニットの熱交換性能を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る室外ユニット１の縦断面視図である。本実施形態の室外ユニット１は、ガスヒートポンプエアコン（いわゆる、ＧＨＰ）の室外ユニットとして構成されている。すなわち、室外ユニット１は、略直方体形状の筐体３を備え、この筐体３には、その内部を上下に区画して上部を熱交換室５、下部を機械室７とする仕切板９が設けられている。
機械室７には、ガスエンジン１１と、このガスエンジン１１で駆動される圧縮機１０、及び、この圧縮機１０に接続されて冷凍サイクルを構成する各種機器類、並びに、排ガスの排熱と冷媒の間で熱交換させて排熱利用するための排ガス熱交換器１３や排気マフラー１５、オイルタンク１７等が設けられている。

熱交換室５の上面５Ａには、図示は省略したが、２つの通風孔１９ａ，１９ｂが並べて設けられ、これら通風孔１９ａ，１９ｂの直下には、それぞれ室外ファン（送風ファン）２１ａ、２１ｂが配置される。これら室外ファン２１ａ，２１ｂは、モーター２３と、このモーター２３の出力軸に設けられた羽根２５とを備え、この羽根２５が回転することにより、熱交換室５内の空気が通風孔１９ａ，１９ｂを通じて図１中において上向きに吹き出される。

また、熱交換室５の側面５Ｂ，５Ｃには、それぞれ、室外熱交換器（熱交換器）２７ａ，２７ｂが配設される。室外ファン２１ａ、２１ｂが運転されると、熱交換室５内の空気が、通風孔１９ａ，１９ｂを通じて外部に吹き出されることにより、室外熱交換器２７ａ，２７ｂを通って外気（空気）が熱交換室５内に吸い込まれ、これら室外熱交換器２７ａ，２７ｂを通る外気によって冷媒が熱交換される。なお、図１中において符号Ｘで示す２点鎖線は、室外熱交換器２７ａ，２７ｂの高さ方向の中心を示している。
室外熱交換器２７ａ，２７ｂは、間隔を空けて並べられ、その間隙を空気が流動する多数のフィンと、これらのフィンに挿入され、内部を冷媒が流動する多数の伝熱管（冷媒配管）とを備えた、いわゆる、フィンチューブ式熱交換器として構成されている。本実施形態では、室外熱交換器２７ａ，２７ｂの各々が熱交換室５の両側面５Ｂ，５Ｃを構成している。つまり、図１に示した熱交換室５の前面、および熱交換室６０の背面は、それぞれ、室外熱交換器２７ａ，２７ｂにより構成されている。

室外熱交換器２７ａ，２７ｂの外側（すなわち空気吸い込み側）には、室外熱交換器２７ａ，２７ｂに流入する空気を整流する整流板ユニット２９が設けられている。この整流板ユニット２９は、図２Ａ、Ｂに示すように、室外熱交換器２７ａ（２７ｂ）に対して略垂直方向に延びる複数の整流板３１を組み合わせて形成される整流部材３３と、この整流部材３３の周囲に設けられる枠材３５とを備える。整流板ユニット２９は、枠材３５を介して、筐体３の各フレーム３Ａ及び３Ｂにねじ止めされている。

整流部材３３は、整流板３１を正六角形状に配置するとともに、この正六角形を平面に充填したハニカム状に形成される。この構成では、正六角形に形成した整流板３１を平面に充填したハニカム状に配置したことにより、整流部材３３の開口面積を大きく確保できるとともに、整流板３１の使用量を低減することができ、整流部材３３での圧力損失を小さく抑えることができる。なお、整流部材の形状は、正三角形や正方形を平面に充填したハニカム形状としても良い。

また、整流部材３３は、整流板３１間のピッチＰと、室外熱交換器２７ａの表面から熱交換室５の外側に突出する当該整流板３１の高さＨとが略同一に形成されている。このように、整流板３１間のピッチＰと整流板３１の高さＨとを略同一（Ｐ≒Ｈ）とすることにより、整流部材３３の各ハニカム内の空気（外気）の流れがスムーズになり、室外熱交換器２７ａ（２７ｂ）に流れ込む空気は、この室外熱交換器２７ａ（２７ｂ）に対して略直角、すなわち当該室外熱交換器２７ａ（２７ｂ）を最短距離で通過する方向となり、結果的に圧力損失並びに熱交換率の低下を小さく抑えることができる。
例えば、Ｐ＞Ｈとなるように整流部材３３を形成した場合、各ハニカムに流れ込む空気は、各ハニカムの内壁（整流板３１）に付着しつつ流れる、いわゆる「コアンダ効果」が生じる。これにより、整流部材３３の出側、すなわち室外熱交換器２７ａ（２７ｂ）の空気入口側では、その風速がハニカム形状に対応して不均一になりやすい。
また、Ｐ＜Ｈとなるように整流部材３３を形成した場合、各ハニカムの開口部の目が細かくなるために、整流部材３３全体として通風抵抗が大きくなり、室外熱交換器２７ａ（２７ｂ）の空気入口側での風速低下が生じやすい。また、高さＨの増加に伴い、整流部材３３が大型化するため、取り付けスペースの大型化や材料費のコストアップという問題が
想定される。このような問題は、ピッチＰに対して高さＨが大きくなるほど顕在化するため、ピッチＰと高さＨの関係がＨ／Ｐ≒１〜２程度が望ましく、更にはＨ／Ｐ≒１となるように整流部材３３が形成されるこのが望ましい。

本実施形態では、整流部材３３は、高さの異なる整流板３１Ａ〜３１Ｃで形成される３つの整流部材３３Ａ〜３３Ｃを備え、これら整流部材３３Ａ〜３３Ｃが室外熱交換器２７ａ（２７ｂ）の高さ方向に順次配置されている。
具体的には、最も高さＨ１の低い整流板３１Ａで形成された第１の整流部材３３Ａは、図２Ｂに示すように、室外ファン２１ａ、２１ｂに近い領域、すなわち中心線Ｘ−Ｘよりも高い、室外熱交換器２７ａ（２７ｂ）の上部領域に配置される。また、最も高さＨ３の低い整流板３１Ｃで形成された第３の整流部材３３Ｃは、室外ファン２１ａ、２１ｂから遠く離れた領域、すなわち中心線Ｘ−Ｘよりも低い、室外熱交換器２７ａ（２７ｂ）の下部領域に配置される。さらに、高さＨ１よりも高く、高さＨ２よりも低い整流板３１Ｂで形成された第２の整流部材３３Ｂは、第１の整流部材３３Ａと第３の整流部材３３Ｃとの間に配置される。

上述のように、室外熱交換器２７ａ（２７ｂ）の下部領域においては、室外ファン２１ａ、２１ｂに向かう斜めの空気流が生じ、この空気が室外熱交換器２７ａ（２７ｂ）を斜めに通過するように流れていた。
本実施形態では、整流板３１Ｃの高さＨ３を、室外ファン２１ａ、２１ｂから遠く離れた、室外熱交換器２７ａ（２７ｂ）の下部領域側ほど高く形成している。この構成によれば、室外熱交換器２７ａ（２７ｂ）内を斜めに通過しようとする空気の流れが、高く形成された整流板３１Ｃによって整流され、室外熱交換器２７ａ（２７ｂ）を最短距離で通過するように流れる。このため、空気が効率良く室外熱交換器２７ａ（２７ｂ）を通過するため、室外ユニット１の熱交換性能の向上を図ることができる。
ここで、第３の整流部材３３Ｃは、整流板３１Ｃの高さＨ３と、当該整流板３１Ｃ間のピッチＰ３とが略同一に形成されているため、整流効果の向上を図るべく整流板３１Ｃの高さＨ３を高く形成したとしても、その分、整流板３１Ｃ間のピッチＰ３が大きく形成される。このため、整流効果を確保しつつ、圧力損失を小さく抑えることができる。

次に、図１を参照して、室外熱交換器２７ａ、２７ｂを通る外気の流れについて説明する。
室外ファン２１ａ、２１ｂによって熱交換室５から空気が吸い出されると、図１の矢印Ａ，Ｂに示すように、外気が室外熱交換器２７ａ、２７ｂを通って熱交換室５に取り込まれる。
ここで、室外ファン２１ａ、２１ｂが空気を吹き出す方向と、熱交換室５に外気が流入する方向とは、図１に明らかなように直交している。つまり、矢印Ａ，Ｂに示すように、ほぼ水平方向に熱交換室５に流入した外気は、熱交換室６０内で上向きに転向して、室外ファン２１ａ、２１ｂによって送風される。
このため、室外ファン２１ａ、２１ｂによる吹き出し方向の影響を受けて、外気が室外熱交換器２７ａ、２７ｂの中を通過する間に、上向きに流れようとする現象が生じることがある。この現象は、室外ファン２１ａ、２１ｂから離れるにつれて、より起きやすくなり、室外ファン２１ａ、２１ｂに近い矢印Ａの位置よりも、室外ファン２１ａ、２１ｂから遠く離れた矢印Ｂの位置で起きやすい。

一方、室外ユニット１においては、熱媒体としての外気が室外熱交換器２７ａ、２７ｂを最短距離で通過することが望ましい。これは、外気が短時間で室外熱交換器２７ａ、２７ｂを通過すれば、室外熱交換器２７ａ、２７ｂとの温度差が大きく熱交換性の高い外気が短時間で多量に供給されることになるので、高い熱交換性能が期待できるためである。また、本実施形態の室外ユニット１のように、ガスヒートポンプエアコン式の室外ユニット１では、一般的に、室外熱交換器２７ａ、２７ｂの空気下流側にラジエータ（不図示）が配設されていることが多い。このため、外気がラジエータの内部を最短距離で通過するようにすれば、室外熱交換器２７ａ、２７ｂだけでなくラジエータにおいても熱交換性能を高める効果が期待できる。

本実施形態の室外ユニット１においては、図２Ａ，Ｂに示したように室外熱交換器２７ａ、２７ｂの空気吸い込み側に整流板ユニット２９を配置したことにより、図２Ｂ中に符号Ｗで示す方向に外気を整流する。つまり、熱交換室５に流入する外気を、図１においてほぼ水平に流れるように整流する。この外気の流れは室外熱交換器２７ａ、２７ｂの内部を最短距離で通過する方向であり、上記のように熱交換効率の向上が期待できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、室外熱交換器２７ａ、２７ｂに吸い込まれる外気は、各整流部材３３Ａ〜３３Ｃの整流板３１Ａ〜３１Ｃによって整流される。この整流板３１Ａ〜３１Ｃは、室外熱交換器２７ａ、２７ｂの空気吸い込み側に、この室外熱交換器２７ａ、２７ｂに対して略垂直方向に延びているため、この室外熱交換器２７ａ、２７ｂに吸い込まれた空気が、当該室外熱交換器２７ａ、２７ｂ内をほぼ最短距離で通過するように整流される。これにより、外気が効率良く室外熱交換器２７ａ、２７ｂを通過するため、室外ユニット１の熱交換性能を向上できる。更に、外気が室外熱交換器２７ａ、２７ｂを最短距離で通過することにより、室外熱交換器２７ａ、２７ｂを通過する際の圧力損失を低減することができるため、室外ファン２１ａ、２１ｂの消費電力の低減を図ることができる。

また、本実施形態によれば、整流板３１Ａ〜３１Ｃ間のピッチＰ１〜Ｐ３は、それぞれ熱交換室５の外側に突出する当該整流板３１Ａ〜３１Ｃの高さＨ１〜Ｈ３と略同一に形成されているため、各整流部材３３Ａ〜３３Ｃを通じて、室外熱交換器２７ａ（２７ｂ）に流入する空気の風速の均一化を図ることができるとともに、当該風速の低下を抑えることができる。このため、室外熱交換器２７ａ（２７ｂ）に流入する空気は、この室外熱交換器２７ａ（２７ｂ）に対して略直角、すなわち当該室外熱交換器２７ａ（２７ｂ）を最短距離で通過する方向となり、結果的に圧力損失並びに熱交換率の低下を小さく抑えることができる。

また、本実施形態によれば、整流板３１Ａ〜３１Ｃの高さＨ１〜Ｈ３は、室外ファン２１ａ、２１ｂから近い側に比べて、この室外ファン２１ａ、２１ｂから遠い側ほど高く形成したため、室外熱交換器２７ａ、２７ｂの内部で斜め上向きに外気が流れやすい場所で、外気の流れを水平方向に整流することによって、外気が室外熱交換器２７ａ、２７ｂ内を最短距離で通過するという理想的な状態を、効率よく実現することができる。この場合、室外ファン２１ａ、２１ｂから遠い側に位置する整流板３１Ｃでは、この整流板３１Ｃの高さＨ３と、当該整流板３１Ｃ間のピッチＰ３とが略同一に形成されているため、整流効果の向上を図るべく整流板３１Ｃの高さＨ３を高く形成したとしても、その分整流板３１Ｃ間のピッチＰ３が大きく形成される。このため、整流効果を確保しつつ、圧力損失を小さく抑えることができる。

また、本実施形態によれば、整流板３１を正六角形状に配置するとともに、この正六角形を平面に充填したハニカム状に形成されるため、整流部材３３の開口面積を大きく確保できるとともに、整流板３１の使用量を低減することができ、整流部材３３での圧力損失を小さく抑えることができる。

なお、上記実施の形態は本発明を適用した一態様を示すものであって、本発明は上記実施の形態に限定されない。
上記実施形態では、整流部材３３は、整流板３１をハニカム状となるように配置しているが、これに限るものではなく、例えば、帯状に形成された整流板を所定の間隔をあけて略平行に配置したり、この整流板を鋸歯状や波形状に形成して、これらを所定の間隔をあけて略平行に配置したりする構成としても良い。
また、上記実施形態では、整流板の高さを３段階に設定したが、これに限るものではなく、２段階や４段階以上に設定してもよく、更には、整流板の高さをリニアに変更する構成としても良い。
さらに、上記実施形態では、室外熱交換器２７ａ、２７ｂの空気吸い込み側（すなわち室外熱交換器２７ａ、２７ｂの外側）にのみ、整流板ユニット２９を設ける構成について説明したが、これに限るものではなく、室外熱交換器２７ａ、２７ｂの空気吹き出し側（熱交換室５内側）にも整流板ユニット２９を設けても良い。

室外ユニットの縦断面視図である。 整流板の要部を示す図であり、図２Ａは整流板の正面視における要部拡大図であり、図２Ｂは図２ＡのＹ−Ｙ断面図である。

１ 室外ユニット
３ 筐体
５ 熱交換室
５Ａ 上面
５Ｂ、５Ｃ 側面
７ 機械室
９ 仕切板
１０ 圧縮機
１１ ガスエンジン
１９ａ，１９ｂ 通風孔
２１ａ，２１ｂ 室外ファン
２７ａ，２７ｂ 室外熱交換器
２９ 整流板ユニット
３１、３１Ａ〜３１Ｃ 整流板
３３、３３Ａ〜３３Ｃ 整流部材
３５ 枠材
Ｐ１〜Ｐ３ ピッチ
Ｈ１〜Ｈ３ 高さ

Claims (4)

1. 筐体内を上下に区画して上部を熱交換室、下部を機械室とし、前記熱交換室の側面に熱交換器、上面に送風ファンを備え、この送風ファンの運転により、前記熱交換器を通じて前記熱交換室内に吸い込まれた空気を当該熱交換室の上面から吹き出す室外ユニットにおいて、前記熱交換器の空気吸い込み側に、当該熱交換器に対して略垂直方向に延びて当該熱交換器に流入する空気を整流する整流板を配置したことを特徴とする室外ユニット。
2. 前記整流板間のピッチは、前記熱交換室の外側に突出する当該整流板の高さ寸法と略同一に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の室外ユニット。
3. 前記整流板の高さは、前記送風ファンから近い側に比べて、この送風ファンから遠い側を高く形成したことを特徴とする請求項２に記載の室外ユニット。
4. 前記整流板は、ハニカム状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の室外ユニット。

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