(57)【要約】【課題】室外機の小型化によりベルマウス入口の絞り部を構成できず、風路から気流が剥がれること。【解決手段】筐体と熱交換器と軸流送風機とを備え、筐体は、熱交換器と軸流送風機を保持しており、軸流送風機によって発生する気流の上流側に熱交換器を軸流送風機に隣接して配しており、軸流送風機は、軸流ファンとベルマウスを有し、ベルマウスは、軸流ファンを囲繞する略円筒状であり、熱交換器とベルマウスの間に仕切板をさらに備え、軸流送風機とベルマウスの上流側に配されている熱交換器との間に設けた整流効果を有さない仕切板を、気流の下流側に向かって凸となるノズル状にすることで気流を整流する。【選択図】図３
2020173075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と熱交換器と軸流送風機とを備え、
前記筐体は、前記熱交換器と前記軸流送風機を保持しており、
前記軸流送風機によって発生する気流の上流側に前記熱交換器を前記軸流送風機に隣接して配しており、
前記軸流送風機は、軸流ファンとベルマウスを有し、
前記ベルマウスは、前記軸流ファンを囲繞する略円筒状であり、
前記熱交換器と前記ベルマウスの間に仕切板をさらに備えた冷凍サイクル装置であって、
前記軸流ファンの回転軸方向において、前記仕切板は、前記ベルマウスに重複しないように、気流の下流側に向かって凸のノズル状とした冷凍サイクル装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷媒を用いて気温や水温を調節する冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の冷凍サイクル装置は主に屋外の空気と装置内に充填されている冷媒との間で熱を授受する熱交換器を備えており、熱交換器に風を送ることで熱の移動を促進している。そのため冷凍サイクル装置の室外機において、軸流送風機のベルマウスの入口側に絞り部を設けることで、室外機の側面から吸い込んだ気流を軸流送風機の吹出方向に９０度曲げる際にベルマウス表面から気流が剥がれるのを抑制して空気抵抗を小さくし、送風性能の向上を図って冷凍サイクル装置の性能を向上していた。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、特許文献１に記載された従来の冷凍サイクル装置の室外機２２を示すものである。室外機２２は、筐体６３と、軸流ファン７１と、ベルマウス８１と、ベルマウスの入口側の絞り部８３と、室外熱交換器４１と、から構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１０３３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら従来の冷凍サイクル装置２０の室外送風機６１には、室外機２２の小型化によって軸流ファン７１の周囲のＲやテーパーを設ける空間が狭くなり、ベルマウス８１の入口に絞り部８３を構成できずにベルマウス８１の入口部で気流が剥がれるという課題があった。それによって気流が剥がれない場合よりも気流の経路の曲率半径が大きくなるため風路が狭くなって抵抗が増大し、送風効率が低下して冷凍サイクル装置２０の性能が低下していた。
【０００６】
本発明は、従来の課題を解決するもので、ベルマウス８１の入口部で気流が剥がれないようにして送風効率を向上させることによって、性能を向上させた冷凍サイクル装置２０を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従来の課題を解決するために、本発明の冷凍サイクル装置は、筐体と熱交換器と室外送風機とを備え、筐体は、熱交換器と室外送風機を保持しており、室外送風機によって発生する気流の上流側に熱交換器を室外送風機に隣接して配しており、室外送風機は、軸流ファンとベルマウスを有し、ベルマウスは、軸流ファンを囲繞する略円筒状であり、熱交換器とベルマウスの間に仕切板をさらに備えた冷凍サイクル装置であって、軸流ファンの回転軸方向において、仕切板は、ベルマウスに重複しないように、気流の下流側に向かって凸のノズル状とした冷凍サイクル装置としたものである。
【０００８】
これによって、気流が風路の壁面から剥がれるのを抑制できるので、空気抵抗を低減できて送風効率を向上することができ、冷凍サイクル装置の性能を向上することができる。すなわち、以下の通り性能が向上する。まず熱交換器を通して筐体側面から流入する気流は、軸流ファンの吐出方向へ概ね９０度曲げられる。一般的に気流は風路の壁面が緩やかに曲がっている場合は壁面に沿って流れるが、角部を有する場合や曲率が大きい場合には
壁面から剥がれる。そして気流が剥がれてしまうと剥がれない場合の壁面の最小半径に比べて気流の経路の曲率半径が大きくなるため、所定の風路の断面積よりも実質的な断面積が狭くなり空気抵抗は大きくなる。
【０００９】
従来は室外機送風機の風量を踏まえてベルマウスの入口部に半径４０〜８０ｍｍ程度の丸みを付けた絞り部を設けることで気流の剥がれを抑制していたが、ベルマウスの高さはファンと同等であり、室外機の小型化に伴って軸流ファン外周のスペースが狭くなって丸みを付けられず、気流が剥がれてしまっていた。それに対し、熱交換器とベルマウスとの間に、軸流ファンによって発生する気流の下流側に向かって丸みをつけた仕切板を設けることで気流の剥がれが抑制されることとなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の冷凍サイクル装置は、ベルマウスの入口部での気流の剥がれを抑制できるので、空気抵抗を低減できて、送風効率が向上するので、冷凍サイクル装置の性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における室外機を小型化した場合の室外送風機の周辺の拡大図
【図３】本発明の実施の形態１における小型化した室外機に丸みを有する仕切板を設けた室外送風機の周辺の拡大図
【図４】従来の冷凍サイクル装置の室外機の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明は、筐体と熱交換器と室外送風機とを備え、筐体は、熱交換器と室外送風機を保持しており、室外送風機によって発生する気流の上流側に熱交換器を室外送風機に隣接して配しており、室外送風機は、軸流ファンとベルマウスを有し、ベルマウスは、軸流ファンを囲繞する略円筒状であり、熱交換器とベルマウスの間に仕切板をさらに備えた冷凍サイクル装置であって、軸流ファンの回転軸方向において、仕切板は、ベルマウスに重複しないように、気流の下流側に向かって凸のノズル状とした冷凍サイクル装置とした。熱交換器とベルマウスとの間に丸みをつけた仕切板を設けることで、気流の剥がれが抑制されることとなり、ベルマウスの入口部での気流の剥がれを抑制できるので、空気抵抗を低減できて、送風効率が向上するので、冷凍サイクル装置の性能を向上することができる。
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における冷凍サイクル装置の構成図を示すものである。
【００１５】
図２は、本発明の第１の実施の形態における室外機２２を小型化した場合の室外送風機６１の周辺の拡大図を示すものである。
【００１６】
図３は、本発明の第１の実施の形態における小型化した室外機２２に本願を適用した場合の室外送風機６１の周辺の拡大図を示すものである。
【００１７】
図１において、冷凍サイクル装置２０は、主回路２１と、圧縮機３０と、室外熱交換器
４１と、室内熱交換器４２と、四方弁５０と、室外膨張弁５５と、室内膨張弁５６と、冷媒貯留槽５７と、室外送風機６１と、室内送風機６２と、を備えており、室外熱交換器４１で放熱するとともに室内熱交換器４２で吸熱する、もしくは室外熱交換器４１で吸熱するとともに室内熱交換器４２で放熱するという動作を切り替えることが可能な構成となっている。冷凍サイクル装置２０を、空気を加熱または冷却することを目的として用いた装置がエアコン等と呼ばれ、水を加熱または冷却することを目的として用いた装置がチラー等と呼ばれる。
【００１８】
また、冷凍サイクル装置２０の形態として、圧縮機３０と、室外熱交換器４１と、四方弁５０と、室外膨張弁５５と、冷媒貯留槽５７と、室外送風機６１と、を含む室外機２２、および、室内熱交換器４２と、室内膨張弁５６と、室内送風機６２と、を含む室内機２３、でユニットを分離して構成することもあるし、室外機２２と、室内機２３と、を一体のユニットとして構成することもある。また、室外機２２と室内機２３を分離する構成においても、室外機２２と室内機２３が同数の場合と、室外機２２よりも室内機２３の台数が多い場合と、がある。
【００１９】
本実施の形態においては、家庭用エアコンや店舗用エアコンに多く見られる、室外機２２と室内機２３が分離しており、室外機２２と室内機２３が１台ずつであるエアコンの構成例を示す。
【００２０】
主回路２１は、室外熱交換器４１で放熱して室内熱交換器４２で吸熱する動作を行う場合には、圧縮機３０、四方弁５０の第１経路５１、室外熱交換器４１、室外膨張弁５５、冷媒貯留槽５７、室内膨張弁５６、室内熱交換器４２をこの順に接続しており、室内熱交換器４２から四方弁５０の第２経路５２を経由して圧縮機３０に戻す回路である。圧縮機３０と四方弁５０の第１経路５１を流路９１によって、四方弁５０の第１経路５１と室外熱交換器４１を流路９２によって、室外熱交換器４１と室外膨張弁５５を流路９３によって、室外膨張弁５５と冷媒貯留槽５７を流路９４によって、冷媒貯留槽５７と室内膨張弁５６を流路９５によって、室内膨張弁５６と室内熱交換器４２を流路９６によって、室内熱交換器４２と四方弁５０の第２経路５２を流路９７によって、四方弁５０の第２経路５２と圧縮機３０を流路９８によって、接続している。また、室外熱交換器４１で吸熱して室内熱交換器４２で放熱する動作を行う場合には、圧縮機３０、四方弁５０の第３経路５３、室内熱交換器４２、室内膨張弁５６、冷媒貯留槽５７、室外膨張弁５５、室外熱交換器４１をこの順に接続しており、室外熱交換器４１から四方弁５０の第４経路５４を経由して圧縮機３０に戻す回路である。圧縮機３０と四方弁５０の第３経路５３を流路９１によって、四方弁５０の第３経路５３と室内熱交換器４２を流路９７によって、室内熱交換器４２と室内膨張弁５６を流路９６によって、室内膨張弁５６と冷媒貯留槽５７を流路９５によって、冷媒貯留槽５７と室外膨張弁５５を流路９４によって、室外膨張弁５５と室外熱交換器４１を流路９３によって、室外熱交換器４１と四方弁５０の第４経路５４を流路９２によって、四方弁５０の第４経路５４と圧縮機３０を流路９８によって、接続している。冷凍サイクル装置２０の動作の別による主回路２１の切り替えは四方弁５０により行うようにしている。主回路２１の内部にはＲ３２やＲ４１０Ａに代表される冷媒と、圧縮機３０の摺動部を潤滑するための圧縮機油を封入している。
【００２１】
圧縮機３０は、ロータリー式圧縮機、すなわち、円筒形の内部空間を有するシリンダと、シリンダの内部の中心軸に対して偏心して配したローターと、シリンダ壁面に設けたスリットに摺動自由に収納されていて先端がローターの円筒面に常に接する構成にした仕切弁と、シリンダにおいて仕切弁の両側に主回路２１への連通孔と、を備えている。
【００２２】
室外熱交換器４１および室内熱交換器４２は、フィンアンドチューブ式熱交換器、すなわち、厚さ０．１ｍｍ程度のアルミニウムの板に直径５ｍｍ〜８ｍｍ程度の複数個の丸穴
が開いていて且つ丸穴が襟状に曲げられているフィンと、銅またはアルミニウムの管と、を備え、数百枚のフィンを並べて丸穴に管を挿入し、管を押し広げてフィンに密着するようにして構成している。
【００２３】
四方弁５０は、内部に備える弁を用いて、第１経路５１と第２経路５２、もしくは、第３経路５３と第４経路５４の組み合わせを切り替えることが可能な構成にしている。
【００２４】
室外膨張弁５５と室内膨張弁は、主回路２１に対して冷媒が流れる経路の断面積を小さくする、または、閉塞と開放を切り替える等して、部分的に冷媒を流れにくくする構成にしている。
【００２５】
冷媒貯留槽５７は、容器と、主回路２１へ接続するための２つの連通孔と、を備え、連通孔から容器内部の下部まで管が延びており、容器の下部に溜まった液相の冷媒を主回路２１に戻す構成にしている。
【００２６】
室内送風機６２は、ターボファンや、シロッコファンや、クロスフローファンを用いるのが一般的であるが、軸流ファンを用いたものもある。
【００２７】
室外送風機６１は、軸流ファン７１と、ベルマウス８１と電動機８２と、を備える。軸流ファン７１によって発生する空気の流れの上流側から下流側へ向かう方向において、室外熱交換器４１と、電動機８２と、軸流ファン７１と、ベルマウス８１と、をこの順に配置している。軸流ファン７１は電動機８２の回転シャフトに固定している。電動機８２は室外機２２に固定している。ベルマウス８１は、軸流ファン７１の回転軸に対して周方向に、所定の隙間を有して軸流ファン７１を囲繞する略円筒形の形態であって、回転軸方向に少なくとも部分的に軸流ファン７１と重なるように配置し、室外機２２に固定している。軸流ファン７１は回転軸の周りに等間隔に３枚の羽根を有している。
【００２８】
特に、図３において、室外機２２はベルマウス８１と、室外熱交換器４１と、の間に、ベルマウス８１に重複しないように気流の下流側に向かって凸のノズル状の仕切板８４を有している。
【００２９】
以上のように構成された冷凍サイクル装置２０および室外送風機６１について、以下その動作、作用を説明する。
【００３０】
まず、冷凍サイクル装置２０が室外熱交換器４１で放熱するとともに室内熱交換器４２で吸熱する動作を行う場合は、主回路２１において、主回路２１に封入した冷媒が低温低圧の気相の状態で圧縮機３０に吸入され、圧縮機３０によって高温高圧の気相の状態に圧縮される。冷媒は四方弁５０によって流れの方向が選択されて室外熱交換器４１へ流れ、室外熱交換器４１によって放熱して中温中圧の液相の状態となる。冷媒は冷媒貯留槽５７に蓄えられた後に、室内膨張弁５６で冷媒の流れる量が調整されて吐出され、室内熱交換器４２において外気から吸熱して蒸発し、低温低圧の気相の状態に戻り、再び圧縮機３０によって高温高圧の気相の状態に圧縮される。この一連の動作によって、冷媒を介して室内の熱を室外に移動することになるので、エアコンにおける冷房動作となる。
【００３１】
また、冷凍サイクル装置２０が室外熱交換器４１で吸熱するとともに室内熱交換器４２で放熱する動作を行う場合は、主回路２１において、主回路２１に封入された冷媒が低温低圧の気相の状態で圧縮機３０に吸入され、圧縮機３０によって高温高圧の気相の状態に圧縮される。冷媒は四方弁５０によって流れの方向が選択されて室内熱交換器４２へ流れ、室内熱交換器４２によって放熱して、中温中圧の液相の冷媒となる。冷媒は冷媒貯留槽５７に蓄えられた後に、室外膨張弁５５で冷媒の流れる量が調整されて吐出され、室外熱
交換器４１において外気へ放熱して蒸発し、低温低圧の気相の状態に戻り、再び圧縮機３０によって高温高圧の気相の状態に圧縮される。この一連の動作によって、冷媒を介して室外の熱を室内に移動することになるので、エアコンにおける暖房動作となる。
【００３２】
なお、室外熱交換器４１で放熱または吸熱する際に、軸流ファン７１を併用することによって、室外機２２の効率向上を図っている。すなわち、軸流ファン７１を併用しない場合は、室外熱交換器４１は熱い空気は鉛直上方または下方に移動するという自然な空気の流れで放熱するので空気の入れ替えが少なく室外機２２の効率が低いのに対して、軸流ファン７１を併用する場合は、室外熱交換器４１は軸流ファン７１によって生じる空気の流れで放熱するので空気の入れ替えが多く室外機２２の効率を向上することができる。
【００３３】
特に、室外送風機６１は以下のように送風効率を向上している。図２に示すように、室外機２２を小型化すると、ベルマウス８１の入口側に絞り部８３を設けることができなくなって室外熱交換器４１を通過して室外機２２の内部に流入する気流はベルマウス８１から剥がれてしまい、壁面ではなく大気空間中に風路を形成する。気流が剥がれたベルマウス８１側は停滞もしくは流れが渦を巻く剥離泡８５であり、剥離泡８５の内部の空気は動いていたとしても室外機２２の外に吹き出されないため送風機としては壁が形成されるのとほぼ同義である。そして剥離泡８５の半径は壁面が丸みを有していて気流が壁面に沿って流れる場合の壁面の最小半径よりも大きいので、風路の断面積が小さくなり、空気抵抗が増大する。そのため図３に示すように、ベルマウス８１と室外熱交換器４１との間に、剥離泡８５よりも小さな半径で気流の下流側に向かって凸となる仕切板８４を設けることで、気流の剥がれを抑制し、剥離泡８５が形成される場合に比べて空気抵抗を低下させている。
【００３４】
以上のように、本実施の形態においては、筐体６３と室外熱交換器４１と室外送風機６１とを備え、筐体６３は室外熱交換器４１と室外送風機６１を保持しており、室外送風機６１によって発生する気流の上流側に室外熱交換器４１を室外送風機６１に隣接して配しており、室外送風機６１は軸流ファン７１とベルマウス８１を有しており、ベルマウス８１は軸流ファン７１を囲繞する略円筒状であり、室外熱交換器４１とベルマウス８１の間に仕切板８４をさらに備えた冷凍サイクル装置２０であって、軸流ファン７１の回転軸方向において仕切板８４はベルマウス８１に重複しないように、気流の下流側に向かって凸のノズル状とした冷凍サイクル装置２０とした。室外熱交換器４１とベルマウス８１との間に丸みをつけた仕切板８４を設けることで、ベルマウス８１の入口部での気流の剥がれを抑制できるので、空気抵抗を低減できて、送風効率が向上するので、冷凍サイクル装置２０の性能を向上することができる。
【００３５】
なお、冷凍サイクル装置２０において以下の構成であっても良い。
【００３６】
圧縮機３０の圧縮形式については、ロータリー式でも良いし、スクロール式やレシプロ式やターボ式でも良い。また圧縮機３０の動力については、圧縮機３０の内部に備えられた電動機でも良いし、圧縮機とは独立した電動機を動力としても良いし、電動機ではなく原動機を動力としても良い。気相の冷媒を圧縮できる機構であれば、その形式や動力は問わない。
【００３７】
なお、室内機２３は、室内の空気を温度調節する代わりに水を温度調節するチラーモジュールであっても良く、単独の筐体という形態を取らずに化学物質の分留設備等に一体に組み込まれていても良い。主回路２１から外部へ熱交換が可能な構成であれば、温度調節する対象や形態は問わない。
【００３８】
なお、室内熱交換器４２は、扁平管を並べた形態の熱交換器であっても、直径の異なる
円筒管を同軸に配した熱交換器であっても、容器の内部に管を並べた熱交換器であっても良い。流体間で熱を授受する構成であれば形式は問わない。
【００３９】
なお、室外熱交換器４１は、扁平管を並べた形態の熱交換器であっても良い。軸流ファン７１によって発生する空気の流れを通過させることで熱交換が促進できる構成であれば形式は問わない。
【００４０】
なお、主回路２１に封入する冷媒は相変化を伴わないＣＯ２等であってもよく、冷媒の種類は問わない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上のように、本発明にかかる冷凍サイクル装置は性能が高いので、エアコンの他に、チラー等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００４２】
２０    冷凍サイクル装置
２１    主回路
２２    室外機
２３    室内機
３０    圧縮機
４１    室外熱交換器
４２    室内熱交換器
５０    四方弁
５１    第１経路
５２    第２経路
５３    第３経路
５４    第４経路
５５    室外膨張弁
５６    室内膨張弁
５７    冷媒貯留槽
６１    室外送風機
６２    室内送風機
６３    筐体
７１    軸流ファン
８１    ベルマウス
８２    電動機
８３    絞り部
８４    仕切板
８５    剥離泡
９１〜９８    流路 
【図１】
2020173075.tif 000003
【図２】
2020173075.tif 000004
【図３】
2020173075.tif 000005
【図４】
2020173075.tif 000006