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