JP2013044481A - ヒートポンプ装置の室外ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】圧力損失の低減および送風効率の向上を図ることができるヒートポンプ装置の室外ユニットを提供する。
【解決手段】ヒートポンプ装置の室外ユニット１は、内部空間が風路室１０Ａと機械室１０Ｂに仕切られた筐体１０を備えている。風路室１０Ａ内には、長辺部２ａおよび短辺部２ｂを有するＬ字型の熱交換器２と、プロペラファン３とが配置されている。筐体１０の天板１５と底板１６のうち、プロペラファン３の回転方向において熱交換器２の短辺部２ｂの下流側に位置する一方には整流部材５が取り付けられている。整流部材５は、筐体１０の背板１１に設けられた主吸込口１１ａ側を向く第１傾斜面５１と、筐体１０の第１側板１３に設けられた副吸込口１３ａ側を向く第２傾斜面５２とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ装置の室外ユニットに関する。

従来から、ヒートポンプ装置の室外ユニットとして、Ｌ字型の熱交換器を内蔵する室外ユニットが知られている。例えば、特許文献１には、図５に示すような室外ユニット１００が開示されている。

室外ユニット１００は、平面視で長方形状の、長辺側に吸込口１１１および吐出口１１２が設けられ、短辺側にもう１つの吸込口１１１が設けられた筐体１１０を備えている。筐体１１０の内部空間は仕切り板１４０によって長手方向に分断されており、風路室と機械室とに仕切られている。機械室内には圧縮機１５０が配置され、風路室内には筐体１１０の隣り合う二辺に沿った長辺部１２１および短辺部１２２を有するＬ字型の熱交換器１２０が配置されている。また、風路室には、熱交換器１２０の長辺部１２１と対向するようにプロペラファン１３０が配置されている。そして、プロペラファン１３０が回転すると、２つの吸込口１１１を通じて外部から空気が吸い込まれて熱交換器１２０に供給され、熱交換器１２０内を流れる冷媒と熱交換した後の空気が吹出口１１２から外部に吹き出される。

また、Ｌ字型の熱交換器を内蔵するものではないが、特許文献２には、図６に示すような室外ユニット２００が開示されている。この室外ユニット２００では、筐体２１０の上面および下面に、プロペラファン２３０の軸方向と直交する方向に延びるガイド片２４０が設けられている。ガイド片２４０は、熱交換器２２０を通過したプロペラファン２３０の軸方向に流れる空気をプロペラファン２３０に向かってガイドする。

特開２００９−２１０１８５号公報 特開平１−１３１８３５号公報

しかしながら、図５に示すようなＬ字型の熱交換器１２０を内蔵する室外ユニット１００では、熱交換器１２０を通過した空気の一部が、プロペラファン１３０の回転方向の力を受けてプロペラファン１３０の周囲を通過し、仕切り板１４０に衝突して渦を発生するという課題があった。例えばプロペラファン１３０の回転方向が吹出口１１２から見て時計回りである場合には、図７に示すように、ファン上部空間１５０において熱交換器１２０の長辺部１２１および短辺部１２２を通過する気流さらにはそれらの間の屈曲部を通過する気流によって風路室の対角線に沿うような気流（破線矢印で図示）が形成され、この気流の仕切り板１４０への衝突により渦が発生する。このような渦の発生は、圧力損失の増大および送風効率の低下を招来し、ヒートポンプ装置のＣＯＰ（Coefficient of Performance）が低下する原因となる。

なお、特許文献２に開示された室外ユニット２００のように、プロペラファン１３０の軸方向の流れを制御するだけでは、短辺側の吸込口１１１から吸い込まれた空気がプロペラファン１３０の回転方向の力を受けて仕切り板１４０に衝突することを防ぐことができず、ヒートポンプ装置のＣＯＰを改善することができない。

本発明は、このような事情に鑑み、圧力損失の低減および送風効率の向上を図ることができるヒートポンプ装置の室外ユニットを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、主吸込口が設けられた背板、副吸込口が設けられた第１側板、吹出口が設けられた表板、第１側板と対向する第２側板、天板および底板を有する筐体と、前記筐体の内部空間を前記第１側板側の風路室と前記第２側板側の機械室に仕切る仕切り板と、前記風路室内に配置された、前記背板に沿う長辺部および前記第１側板に沿う短辺部を有するＬ字型の熱交換器と、前記仕切り板と前記熱交換器の短辺部との間に前記熱交換器の長辺部と対向するように配置されたプロペラファンと、前記天板と前記底板のうち、前記プロペラファンの回転方向において前記短辺部の下流側に位置する一方に取り付けられた整流部材と、を備え、前記整流部材は、前記主吸込口側を向き、前記主吸込口から前記熱交換器の長辺部を通過して前記天板または前記底板に沿って流れる空気を前記プロペラファンに向かってガイドする第１傾斜面と、前記副吸込口側を向き、前記副吸込口から前記熱交換器の短辺部を通過して前記天板または前記底板に沿って流れる空気を前記プロペラファンに向かってガイドする第２傾斜面とを有する、ヒートポンプ装置の室外ユニットを提供する。

上記の構成によれば、プロペラファンの回転方向の下流側では主吸込口から吸い込まれた空気と副吸込口から吸い込まれた空気の双方がプロペラファンの周囲を通過することが整流部材によって規制される。これにより、圧力損失の低減および送風効率の向上を図ることができ、ヒートポンプ装置のＣＯＰを改善することができる。

本発明の一実施形態に係るヒートポンプ装置の室外ユニットを示す斜視図 図１の室外ユニットを示す正面図 図１の室外ユニットを示す縦断面図 （ａ）および（ｂ）は整流部材における第１傾斜面と第２傾斜面との接続部分のパターンを示す斜視図 従来のヒートポンプ装置の室外ユニットを示す横断面図 従来の別の室外ユニットを示す縦断面図 図５の室外ユニットにおける空気の流れを示す斜視図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の実施形態によって限定されるものではない。

図１〜３に、本発明の一実施形態に係るヒートポンプ装置の室外ユニット１を示す。この室外ユニット１は、平面視で長方形状の筐体１０を備えている。

筐体１０は、前記長方形状の短手方向で互いに対向する表板１２および背板１１と、前記長方形状の長手方向で互いに対向する第１側板１３および第２側板１４を有している。また、筐体１０は、それらの板１１〜１４で取り囲まれる内部空間を上方から塞ぐ天板１５と、前記内部空間を下方から塞ぐ底板１６を有している。筐体１０の内部空間は、仕切り板１７によって第１側板１３側の風路室１０Ａと第２側板１４側の機械室１０Ｂとに仕切られている。

風路室１０Ａ内には、Ｌ字型の熱交換器２とプロペラファン３が配置されており、機械室１０Ｂ内には、縦型の圧縮機４が配置されている。例えば、室外ユニット１が用いられるヒートポンプ装置がルームエアコンである場合、冷房運転時には圧縮機４から吐出された冷媒が熱交換器２内を流れて冷却され、暖房運転時には圧縮機４に吸入される冷媒が熱交換器２内を流れて加熱される。

熱交換器２は、例えばフィンチューブ型熱交換器であり、背板１１に沿う長辺部２ａと、第１側板１３に沿う短辺部２ｂを有している。圧縮機４は、表板１２と第２側壁１４のコーナー近くに配置されており、熱交換器２のＬ字と略対角に位置している。仕切り板１７は、背板１１側の端部では熱交換器２の長辺部２ａの端面と接し、表板１２側の端部では第１側板１３に向かって張り出すように構成されている。

背板１１には、熱交換器２の長辺部２ａと重なり合う矩形領域に主吸込口１１ａが設けられており、第１側板１３には、熱交換器２の短辺部２ｂと重なり合う矩形領域に副吸込口１３ａが設けられている。主吸込口１１ａおよび副吸込口１３ａは、それぞれ多数の開口からなる。一方、表板１２には、円形状の吹出口１２ａが設けられている。また、表板１２には、吹出口１２ａを縁取るように、プロペラファン３との間に一定のクリアランスを形成する筒状のベルマウス１２ｂが取り付けられている。

プロペラファン３は、仕切り板１７と熱交換器２の短辺部２ｂとの間に、熱交換器２の長辺部２ａと対向するように配置されている。換言すれば、プロペラファン３は、熱交換器２の長辺部２ａに垂直な回転軸を有している。本実施形態では、プロペラファン３は、吹出口１２ａから見て時計回りに回転する。プロペラファン３は、当該プロペラファン３と熱交換器２の長辺部２ａの間に配置されたモータ３１によって回転させられる。

プロペラファン３が回転すると、主吸込口１１ａおよび副吸込口１３ａを通じて外部から空気が吸い込まれて熱交換器２に供給され、熱交換器２内を流れる冷媒と熱交換した後の空気が吹出口１２ａから外部に吹き出される。

さらに、本実施形態では、仕切り板１７への空気の衝突によって渦が発生することを防止する構成が採用されている。具体的には、プロペラファン３の回転方向において熱交換器２の短辺部２ｂの下流側に位置する天板１５に整流部材５が取り付けられている。

整流部材５は、天板１５との間に空間を確保するように構成された板状の部材であり、主吸込口１１ａ側を向くように天板１５から斜め下に延びる第１傾斜面５１と、副吸込口１３ａ側を向くように天板１５から斜め下に延びる第２傾斜面５２を有している。また、整流部材５は、第１傾斜面５１の下端および第２傾斜面５２の下端を二辺とする、天板１５に平行な平面部５３を有している。

より詳しくは、第１傾斜面５１は、天板１５上に背板１１に平行な基線を形成する上端を有しており、その基線からプロペラファン３に近づくように傾斜している。このため、主吸込口１１ａから熱交換器２の長辺部２ａを通過して天板１１に沿って流れる空気は、第１傾斜面５１によりプロペラファン３に向かってガイドされる。

第２傾斜面５２は、天板１５上に第１側板１３に平行な基線を形成する上端を有しており、その基線からプロペラファン３に近づくように傾斜している。このため、副吸込口１３ａから熱交換器２の短辺部２ｂを通過して天板１５に沿って流れる空気は、プロペラファン３に向かってガイドされる。

すなわち、熱交換器２の長辺部２ａを通過する第１の気流は、コアンダ効果によって整流部材５の第１傾斜面５１に沿った流れとなる。第１傾斜面５１に沿った流れは、プロペラファン３の例えば中心に向かい、プロペラファン３にスムーズに引き込まれる。また、熱交換器２の短辺部２ｂを通過する第２の気流は、同じくコアンダ効果によって整流部材５の第２傾斜面５２に沿った流れとなる。第２傾斜面５２に沿った流れは、プロペラファン３の例えば中心に向かい、プロペラファン３にスムーズに引き込まれる。これにより、主吸込口１１ａから吸い込まれた空気および副吸込口１３ａから吸い込まれた空気の双方がプロペラファン３の回転方向の力を受けてプロペラファン３の周囲を通過することが規制され、仕切り板１７への衝突による渦の発生を抑制することができる。その結果、圧力損失を低減させるとともに送風効率を向上させることができ、ヒートポンプ装置のＣＯＰを改善することができる。

第１傾斜面５１の角度θ１と第２傾斜面５２の角度θ２とは同じであってもよいが、異なっていることが好ましい。熱交換器２の長辺部２ａを通過する、プロペラファン３の回転軸に平行な第１の気流は相対的に流速が速く、熱交換器２の短辺部２ｂを通過する、プロペラファン３の回転軸に垂直な第２の気流は相対的に流速が遅い。そこで、第１の気流および第２の気流をプロペラファン３へスムーズに導くという観点、および気流が乱れることを抑制するという観点から、第１の気流および第２の気流の流速に応じて第１傾斜面５１の角度θ１と第２傾斜面５２の角度θ２を適切に設定することが好ましい。

例えば、第１傾斜面５１の角度θ１を第２傾斜面５２の角度θ２よりも大きくする。これにより、第１傾斜面５１から剥離してプロペラファン３に引き込まれる気流と、第２傾斜面５２から剥離してプロペラファン３に引き込まれる気流の角度を異ならせることができる。そのため、それぞれの気流が互いに干渉し難くなり、気流の乱れを抑制することができる。その結果、圧力損失をさらに低減させるとともに送風効率をさらに向上させて、ヒートポンプ装置のＣＯＰをよりいっそう改善することができる。

なお、第１傾斜面５１と第２傾斜面５２の角度の大小関係については、特に限定しないが、Ｌ字型の熱交換器２の長辺部２ａおよび短辺部２ｂの長さ、熱交換器２からプロペラファン３までの距離等によって適宜設計することが望ましい。

また、第２傾斜面５２に関しては、当該第２傾斜面５２の下端が、水平方向において、プロペラファン３の中心からプロペラファン３の回転領域における熱交換器２の短辺部２ｂに最も接近する点までの範囲Ａ内に位置していることが好ましい。これにより、第２傾斜面５２の終端から剥離した気流をプロペラファン３の中心側に向かわせてプロペラファン３に引き込ませやすくすることができる。なお、第２傾斜面５２の上端については、範囲Ａ内に位置していてもよいし、範囲Ａから外に位置していてもよい。

整流部材５に設けられた平面部５３は、ファン上部空間を狭くする役割を果たす。すなわち、プロペラファン３の翼端と平面部５３との隙間がプロペラファン３の回転方向に向かって狭くなっている。このため、第２傾斜面５２の終端から剥離した気流がプロペラファン３の回転方向の力によってプロペラファン３の回りを旋回する流れになっても、気流がファン上部空間を通過し難く、より確実にプロペラファン３に引き込ませることができる。そのため、平面部５３が設けられていない場合に比べて、圧力損失の低減および送風効率の向上の効果をより高くすることができる。

また、本実施形態では、整流部材５で規定される空間内に、圧縮機４の駆動を制御するインバータ４１が配置されている。これにより、室外ユニット１の内部に風路室１０Ａを広く確保し、気流の偏りや風速を低減することができる。これにより、圧力損失をさらに低減することができる。

図４（ａ）に示すように、第１傾斜面５１と第２傾斜面５２とは稜線５４を形成するように接続されていてもよい。ただし、図４（ｂ）に示すように、第１傾斜面５１と第２傾斜面５２の間には、それらの双方に滑らかにつながる、換言すればそれらの双方に正接する曲面５５が設けられていることが好ましい。これにより、第１傾斜面５１と第２傾斜面５２とが連続的に接続される。この構成によれば、熱交換器２のＬ字の屈曲部分付近を斜めに通過する気流を整流部材５の曲面５５によって滑らかに第１傾斜面５１および第２傾斜面５２に導くことができ、気流の乱れを抑制できる。そのため、稜線５４が形成される場合に比べ、圧力損失の低減および送風効率の向上の効果をより高くすることができる。

整流部材５は、仕切り板１７から離間していてもよいが、仕切り板１７に当接していることが好ましい。この構成によれば、整流部材５の位置ずれが生じないため、安定した整流効果が得られる。

さらに、本実施形態では、底板１６に副整流部材６が取り付けられている。ただし、副整流部材６は、必ずしも必要ではなく、省略されてもよい。

図７に示すように、副整流部材６が設置されていないファン下部空間では、特に大きな渦は発生し難いものの、ファンの回転方向の力により、主に熱交換器２の長辺部２ａの下部付近を通過した気流が、プロペラファン３の回転方向の力を受けてプロペラファン３に引き込まれず、ファン下部空間を通過する。この気流は、熱交換器２の短辺部２ｂの下部付近を通過した気流と干渉し、気流の乱れを発生させる。

これに対して、本実施形態のように、ファン下部空間に副整流部材６が設置されていれば、ファン下部空間においても気流をプロペラファン３にスムーズに案内することができるとともに、気流の干渉による乱れを抑制できる。

副整流部材６の構成は、基本的に整流部材５と同様である。具体的に、副整流部材６は、底板１６との間に空間を確保するように構成された板状の部材であり、主吸込口１１ａ側を向くように底板１６から斜め上に延びる第１傾斜面６１と、副吸込口１３ａ側を向くように底板１６から斜め上に延びる第２傾斜面６２を有している。また、整流部材６は、第１傾斜面６１の上端および第２傾斜面６２の上端を二辺とする、底板１６に平行な平面部６３を有している。

より詳しくは、第１傾斜面６１は、底板１６上に背板１１に平行な基線を形成する下端を有しており、その基線からプロペラファン３に近づくように傾斜している。このため、主吸込口１１ａから熱交換器２の長辺部２ａを通過して底板１６に沿って流れる空気は、第１傾斜面６１によりプロペラファン３に向かってガイドされる。

第２傾斜面６２は、底板１６上に第１側板１３に平行な基線を形成する下端を有しており、その基線からプロペラファン３に近づくように傾斜している。このため、副吸込口１３ａから熱交換器２の短辺部２ｂを通過して底板１６に沿って流れる空気は、プロペラファン３に向かってガイドされる。

第１傾斜面６１および第２傾斜面６２の角度は、ファン上部空間に設置された整流部材５の第１傾斜面５１および第２傾斜面５２の角度と等しいことが好ましい。また、熱交換器２の長辺部２ａの下部付近を通過する気流の一部は仕切り板１７に沿って流れるため、副整流部材６は第１傾斜面６１が仕切り板７と接するように構成されていることが好ましい。

また、本実施形態では、副整流部材６で規定される空間内に、加熱手段２２（一例として電気ヒータ）が配置されている。加熱手段２２は、筐体１０の底板１６上に堆積する氷を溶かすためのものである。

冬季等の低外気温度で熱交換器２を蒸発器として使用すると、熱交換器２に霜が付着する。熱交換器２の着霜による閉塞を避けるため、一時的に熱交換器２に高温冷媒を流すことで霜を溶かす除霜運転を行う場合がある。除霜運転を行うと熱交換器２に付着した霜が溶けて筐体１０の底板１６上に水が溜まり、これが氷結することで氷が堆積する。底壁１６上に堆積した氷は気流の乱れの発生要因となる。

これに対し、本実施形態では、加熱手段２２によって底板１６上に堆積した氷を溶かすことができるため、気流の乱れを低減できる。しかも、副整流部材６によって規定される空間を合理的に利用して加熱手段２２を配置することができる。また、除霜運転によって生成された水は第１傾斜面６１および第２傾斜面６２に沿って流れるため、排水性を向上させることができる。

なお、前記実施形態では、プロペラファン３が吹出口１２ａから見て時計回りに回転するが、プロペラファン３は吹出口１２ａから見て反時計回りに回転してもよい。この場合、底板１６に整流部材５を取り付け、天板１５に副整流部材６を取り付ければよい。

また、整流部材５は、天板１５に固定される箱体の一部（例えば、６つの壁のうちの隣り合う側壁および底壁）で構成されていてもよい。この点は、副整流部材６でも同様である。さらに、整流部材５および副整流部材６は、必ずしも天板１５または底板１６との間に空間を確保するように構成されている必要はなく、平面部５３，６３を有さずに第１斜面５１，６１および第２斜面５２，６２のみを有するＬ字型の形状を有していてもよい。この場合には、圧縮機４の駆動を制御するインバータ４１を機械室１０Ｂ内に配置してもよい。

本発明は、ルームエアコン、給湯器、暖房機等のヒートポンプ装置に適用可能である。

１ 室外ユニット
１０ 筐体
１０Ａ 風路室
１０Ｂ 機械室
１１ 背板
１１ａ 主吸込口
１２ 表板
１２ａ 吹出口
１３ 第１側板
１３ａ 副吸込口
１４ 第２側板
１５ 天板
１６ 底板
１７ 仕切り板
２ 熱交換器
２ａ 長辺部
２ｂ 短辺部
３ プロペラファン
４ 圧縮機
４１ インバータ
５ 整流部材
６ 副整流部材
５１，６１ 第１傾斜面
５２，６２ 第２傾斜面
５４ 曲面
７ 加熱手段

Claims (8)

1. 主吸込口が設けられた背板、副吸込口が設けられた第１側板、吹出口が設けられた表板、第１側板と対向する第２側板、天板および底板を有する筐体と、
   前記筐体の内部空間を前記第１側板側の風路室と前記第２側板側の機械室に仕切る仕切り板と、
   前記風路室内に配置された、前記背板に沿う長辺部および前記第１側板に沿う短辺部を有するＬ字型の熱交換器と、
   前記仕切り板と前記熱交換器の短辺部との間に前記熱交換器の長辺部と対向するように配置されたプロペラファンと、
   前記天板と前記底板のうち、前記プロペラファンの回転方向において前記短辺部の下流側に位置する一方に取り付けられた整流部材と、を備え、
   前記整流部材は、前記主吸込口側を向き、前記主吸込口から前記熱交換器の長辺部を通過して前記天板または前記底板に沿って流れる空気を前記プロペラファンに向かってガイドする第１傾斜面と、前記副吸込口側を向き、前記副吸込口から前記熱交換器の短辺部を通過して前記天板または前記底板に沿って流れる空気を前記プロペラファンに向かってガイドする第２傾斜面とを有する、ヒートポンプ装置の室外ユニット。
2. 前記第２傾斜面の角度は、前記第１傾斜面の角度と異なっている、請求項１に記載のヒートポンプ装置の室外ユニット。
3. 前記第１傾斜面と前記第２傾斜面の間には、それらの双方になめらかにつながる曲面が設けられている、請求項１または２に記載のヒートポンプ装置の室外ユニット。
4. 前記整流部材は、前記仕切り板に当接している、請求項１〜３のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置の室外ユニット。
5. 前記機械室内に配置された圧縮機をさらに備え、
   前記整流部材は、前記天板または前記底板との間に空間を確保するように構成されており、前記整流部材で規定される空間内に、前記圧縮機の駆動を制御するインバータが配置されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置の室外ユニット。
6. 前記プロペラファンは前記吹出口から見て時計回りに回転し、前記整流部材は前記天板に取り付けられている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置の室外ユニット。
7. 前記底板に取り付けられた副整流部材をさらに備え、
   前記副整流部材は、前記主吸込口側を向き、前記主吸込口から前記熱交換器の長辺部を通過して前記底板に沿って流れる空気を前記プロペラファンに向かってガイドする第１傾斜面と、前記副吸込口側を向き、前記副吸込口から前記熱交換器の短辺部を通過して前記底板に沿って流れる空気を前記プロペラファンに向かってガイドする第２傾斜面とを有する、請求項６に記載のヒートポンプ装置の室外ユニット。
8. 前記副整流部材は、前記底板との間に空間を確保するように構成されており、前記副整流部材で規定される空間内に加熱手段が配置されている、請求項７に記載のヒートポンプ装置の室外ユニット。

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