JP2005002911A

JP2005002911A - 送風ユニット

Info

Publication number: JP2005002911A
Application number: JP2003167921A
Authority: JP
Inventors: Shimei Tei; 志明鄭
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2005-01-06
Anticipated expiration: 2023-06-12
Also published as: JP4403730B2

Abstract

【課題】圧電ファンよりなる送風ユニットの静圧性能を向上させ、その送風能力を高める。
【解決手段】送風ユニットを、一対の圧電体２，２と該一対の圧電体２，２の間に挟持されて往復振動する薄板形状のブレード３とからなる圧電ファン１と、該圧電ファン１の上記ブレード３の先端部付近に位置して、送風可能な状態で、該ブレード３の空気吸込部側領域と空気吹出部側領域とを仕切る仕切板７とから構成し、空気吸込部側と空気吹出部側に圧力差を形成することにより、有効に静圧性能、送風性能を向上させた。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、圧電ファンを用いた送風ユニットの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に圧電ファンは、一対の圧電体と、該一対の圧電体の間に挟持された弾性率の大きい薄板よりなるブレードと、上記圧電体およびブレードの基端側を固定する固定部材と、該固定部材の他端側に設けられた電源端子部とから構成されている（いわゆるバイモルフ素子構造）。
【０００３】
今、上記電源端子部を介して上記一対の圧電体に正弦波の駆動電圧を印加すると、何れか一方側の圧電体が伸びる一方、他方側の圧電体が縮み、印加される駆動電圧の極性に応じて所定の周期で屈曲作動するようになり、上記固定部材部分を固定して、その共振周波数の正弦波駆動電圧を与えるようにすると、上記ブレードが、所定の振幅で、うちわ状に振動する。そして、ブレードが中正点に復元するときに、押し出された空気が前面方向に飛び出し、風を発生させる（例えば特許文献１，特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１１０７９６号公報（第１−３頁、図１−２）
【特許文献２】
特開昭６２−５５５００号公報（第１−４頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これら各特許文献に示される従来の圧電ファンは、何れも圧電ファン単体としてオープン状態での使用が想定されるに停っており、例えば具体的に空気調和機等の送風ユニットとして考えた場合、静圧性能が低く、空気吸込側と空気吹出側との圧力差が取れないので、極めて送風効率が悪く、送風ユニットとして有効な送風性能が得られない問題がある。
【０００６】
本願発明は、このような事情に鑑み、上記圧電ファンのブレードの空気吸込部側と空気吹出部側との間に位置して、それら両者の間を送風可能な状態で仕切る仕切板を設けることにより、効果的に静圧性能を向上させ、有効な圧力差を取れるようにして、空気調和機等の送風ユニットとして機能し得る程度にまで送風性能を増大させた圧電ファンを使用した送風ユニットを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、上記の目的を達成するために、次のような課題解決手段を備えて構成されている。
【０００８】
（１）第１の課題解決手段
この発明の第１の課題解決手段は、一対の圧電体２，２と該一対の圧電体２，２の間に挟持されて往復振動する薄板形状のブレード３とからなる圧電ファン１と、該圧電ファン１の上記ブレード３の先端部付近に位置して、送風可能な状態で、該ブレード３の空気吸込部側領域と空気吹出部側領域とを仕切る仕切板７とからなることを特徴としている。
【０００９】
このような構成では、上記圧電ファン１の空気吸込部側と空気吹出部側とが、上記円弧板形状の仕切板７によって送風可能なクローズド状態に仕切られ、そのブレード３の先端３ｂ側からの風のみが空気吹出口方向に吹き出されて行くようになり、ブレード３の空気吸込部側と空気吹出部側との間に十分な圧力差を確保することができるようになる。つまり、静圧性能が大きく向上する。
【００１０】
その結果、圧電ファン１のブレード３の基部側から先端側に到る全域部分の周囲から均等に空気が吸込まれて空気吹出口方向に吹き出されるようになり、送風性能が大きく増大する。
【００１１】
（２）第２の課題解決手段
この発明の第２の課題解決手段は、上記第１の課題解決手段の構成において、仕切板７は、全体としてブレード３の振動軌跡に沿った円弧板形状のものに形成され、ブレード３が振動自在に嵌合されるブレード嵌合口７ｃが設けられていることを特徴としている。
【００１２】
このような構成によると、ブレード３の空気吸込部側と空気吹出部側とのシール状態が一層良好になり、より静圧性能、送風性能が向上する。
【００１３】
（３）第３の課題解決手段
この発明の第３の課題解決手段は、上記第２の課題解決手段の構成において、ブレード嵌合口７ｃは、ブレード３の振幅に対応して形成されていることを特徴としている。
【００１４】
このような構成によれば、ブレード３の振動特性に制約を与えることなく、所定の振幅での安定した駆動を行うことができる。
【００１５】
（４）第４の課題解決手段
この発明の第４の課題解決手段は、上記第２又は第３の課題解決手段の構成において、ブレード嵌合口７ｃの口縁部７０は、空気吸込面７０ａ側がアール面に形成されていることを特徴としている。
【００１６】
上記のように、圧電ファン１の空気吸込部側と空気吹出部側との間に仕切板７を設けると、圧電ファン１の送風手段としての静圧性能が向上し、送風能力が増大する。
【００１７】
しかし、上記仕切板７のブレード嵌合口７ｃの口縁部が単に口部を切り抜いただけのストレートなエッジ状態となっていると、ブレード３の幅方向両縁側からブレード嵌合口７ｃを通って空気吹出口方向に吹き出される空気流のブレード嵌合口７ｃの吸込側部分での導入がスムーズではなく、乱れが発生する。そして、この乱れが、騒音の原因となり、また静圧性能、送風性能を阻害する。
【００１８】
そこで、上記ブレード嵌合口７ｃの口縁部７０の空気吸込側面７０ａをアール面に形成し、該アール面を利用してスムーズに空気を吸込むようにすると、上記のような気流の乱れを低減し、騒音が低減されるとともに、より静圧性能、送風性能が向上する。
【００１９】
（５）第５の課題解決手段
この発明の第５の課題解決手段は、上記第２，第３又は第４の課題解決手段の構成において、ブレード嵌合口７ｃの口縁部７０は、空気吹出面７０ｂ側がアール面に形成されていることを特徴としている。
【００２０】
このような構成によれば、同空気吹出側面７０ｂのアール面によって、さらに上記空気吹出部側の気流の流れもスムーズになって、騒音が可及的に低減されるとともに、さらに静圧性能、送風性能が向上する。
【００２１】
【発明の効果】
以上の結果、本願発明によると、静圧性能、送風性能の高い、低騒音、低コストの送風ユニットを実現することが可能となり、空気調和機等の送風ユニットとしても有効に使用できるようになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１〜図５は、空気調和機の壁掛型室内機に適用した本願発明の実施の形態１に係る送風ユニットの構成および作用を示している。
【００２３】
すなわち、この実施の形態では、圧電ファンが、空気調和機の室内機における送風ユニットとして構成されている。
【００２４】
そして、その場合において、特に圧電ファンの静圧性能を有効に向上させることによって、送風機としての送風性能を有効にアップし、送風性能を向上させたことを特徴としている。
【００２５】
図１〜図５中、先ず符号１は、圧電ファンである。該圧電ファン１は、例えば圧電セラミック等よりなる一対の圧電体２，２と、該一対の圧電体２，２の間に挟持された弾性率の大きい例えばプラスチック製の薄板よりなるブレード３と、上記圧電体２，２およびブレード３の基端側を固定する固定部材８と、該固定部材８の他端側に設けられた電源端子部９とから構成されている（いわゆるバイモルフ素子構造）。ブレード３は、一対の圧電体２，２よりも長さが長く、所望の風量を得るに十分な振幅と羽根幅のものに形成されている。
【００２６】
今、上記電源端子部９を介して上記一対の圧電体２，２に正弦波の駆動電圧を印加すると、何れか一方側の圧電体２が伸びる一方、他方側の圧電体２が縮み、印加される駆動電圧の極性に応じて所定の周期で屈曲作動するようになり、上記固定部材８部分を固定して、その共振周波数の正弦波駆動電圧を与えるようにすると、上記ブレード３が、所定の振幅で、うちわ状に振動する。そして、ブレード３が中正点に復元するときに、押し出された空気が前面方向に飛び出し、風を発生させる。
【００２７】
この時の風速および風量は、上記共振周波数やブレード３の先端振幅、羽根幅に依存する。またブレード３の先端振幅は、印加される駆動電圧の大きさに依存する。
【００２８】
このような構成の圧電ファン１では、多翼ファン（シロッコファン）のような回転機構等の摺動部がないので、耐久性に優れ、またコイル部がないので電磁ノイズも発生しない。また、消費電力量も小さく、送風時の騒音も低い。
【００２９】
一方、符号５は、例えば図２に示すような壁掛け型の空気調和機用室内機の本体ケーシングであり、建物の壁Ａの上部に、天井Ｂとの間に所定の間隔をおいて設置されるように構成されている。そして、該本体ケーシング５の正面部と天面部には、各々空気吸込用の開口４ａ，４ａが、また底面には空気吹出用の開口４ｂが各々開口されており、上記正面側、天面側各空気吸込用開口４ａ，４ａの内側には、当該各開口面に対応して内部に冷媒が流れる鉤形の空気熱交換器１０が設けられている。
【００３０】
そして、上記圧電ファン１は、該構造の本体ケーシング５内において、上記空気吸込用の開口４ａ，４ａおよび空気熱交換器１０、空気吹出用の開口４ｂに対して、例えば図１および図２に示すように設置固定され、上述のように、その共振周波の正弦波駆動電圧で駆動された時に、例えば図２中に仮想線で示すように、上記各空気吸込用開口４ａ，４ａから均等に空気を吸込み、上記空気熱交換器１０の正面側部分および天面側部分の各々を均等に通して、グリル部６を備えた底面側空気吹出用の開口４ｂから下方にスムーズに吹き出す。
【００３１】
ところで、この場合、当該空気吹出用の開口４ｂに対して、上記圧電ファン１のブレード３先端が単にオープンな状態で対応しているだけの場合には、すでに従来の問題点として述べたように、静圧性能が低く、空気吸込側と空気吹出側との圧力差が取れないので、極めて送風効率が悪く、送風ユニットとして有効な送風性能が得られない。
【００３２】
そこで、この実施の形態では、当該圧電ファン１のブレード３の空気吸込部側と空気吹出部側との間、より具体的には圧電ファン１のブレード３と本体ケーシング５の空気吹出用の開口４ｂとの間、さらに具体的には、同部分における圧電ファン１のブレード３の先端３ｂ部分に位置して、圧電ファン１側と空気吹出用の開口４ｂ側とをクローズド状態に仕切る仕切板７を設けて、上記ブレード３の空気吹出部側と空気吸込部側との間に有効な圧力差が生じるように構成している。
【００３３】
この仕切板７は、例えば図３に詳細に示されているように、全体として上記ブレード３の先端３ｂの振動軌跡に対応して円弧板形状に構成され、同円弧板７ａ部分には、上記ブレード３の先端３ｂの幅と振幅（最大振幅）に対応してブレード３の先端（チップ位置）３ｂを振動自在に所定の隙間を有して嵌合（遊嵌）させるブレード嵌合口７ｃが設けられている。一方、その両端側は、平板形状の仕切壁７ｂ，７ｂに構成されている。該仕切壁７ｂ，７ｂ部分は、当該仕切板７自体を本体ケーシング５の側板間に固定する機能をも有している。
【００３４】
したがって、このような構成では、上記圧電ファン１と空気吹出用の開口４ｂとは、上記円弧板形状の仕切板７によってクローズド状態に仕切られ、ブレード３の先端３ｂ側からの風のみが、上記ブレード嵌合口７ｃから上記空気吹出用開口４ｂ側に吹き出されて行くようになり、ブレード３の空気吹出部側と空気吸込部側との間に十分な圧力差を確保することができるようになる。つまり、静圧性能が大きく向上する。
【００３５】
その結果、例えば図４および図５に示すように、この実施の形態の構成では、圧電ファン１のブレード３の基部３ａ側から先端３ｂ側に到る全域部分の周囲から均等に空気が吸込まれて空気吹出用の開口４ｂ側に吹き出されるようになり、図２のように上記空気熱交換器１０の各部を通る空気の流速分布が全体に亘って効果的に均一化される。
【００３６】
その結果、空気熱交換器１０の熱交換性能も向上する。
【００３７】
（実施の形態２）
次に図６〜図７は、本願発明の実施の形態２に係る送風ユニットの要部の構成と作用を示している。
【００３８】
上記実施の形態１の構成のように、圧電ファン１のブレード３と本体ケーシング５の空気吹出用開口４ｂとの間に仕切板７を設けると、圧電ファン１の送風手段としての静圧性能が向上し、送風能力が増大する。
【００３９】
しかし、上記実施の形態１の構成では、上記仕切板７のブレード嵌合口７ｃの口縁部が単に口部を切り抜いただけのストレートなエッジ状態となっている。そのため、ブレード３の幅方向両縁側からブレード嵌合口７ｃを通って空気吹出用開口４ｂ方向に吹き出される空気流のブレード嵌合口７ｃ吸込側部分での導入がスムーズではなく、乱れが発生している。そして、この乱れが、騒音の原因となっているとともに、やはり静圧性能、送風性能を阻害している。
【００４０】
そこで、この実施の形態では、上記ブレード嵌合口７ｃの口縁部７０を、図６〜図８のように空気吸込側に折り曲げて、その空気吸込側面７０ａを特に図８に拡大して示すような曲率の大きなアール面に形成し、該アール面を利用してスムーズに空気を吸込むようにすることによって、上記のような気流の乱れを低減し、騒音を低減するとともに、より静圧性能、送風性能を向上させるようにしたことを特徴としている。
【００４１】
その他の部分の構成および作用は、全て上述の実施の形態１の構成および作用と同一である。従って、その対応する説明を援用して、具体的な説明を省略する。
【００４２】
（実施の形態３）
次に図９〜図１１は、本願発明の実施の形態３に係る送風ユニットの要部の構成と作用を示している。
【００４３】
上記実施の形態１の構成のように、圧電ファン１のブレード３と本体ケーシング５の空気吹出用の開口４ｂとの間に仕切板７を設けると、圧電ファン１の送風手段としての静圧性能が向上し、送風能力が増大する。
【００４４】
しかし、上記実施の形態１の構成では、上記仕切板７のブレード嵌合口７ｃの口縁部が単に口部を切り抜いただけのストレートなエッジ状態となっている。そのため、ブレード３の幅方向両縁側からブレード嵌合口７ｃを通って空気吹出用の開口４ｂ方向に吹き出される空気流のブレード嵌合口７ｃ吸込側部分での導入がスムーズではなく、乱れが発生している。そして、この乱れが、騒音の原因となり、また静圧性能、送風性能を阻害していた。
【００４５】
そこで、上記実施の形態２の構成のように、上記ブレード嵌合口７ｃの口縁部７０を空気吸込側に折り曲げて、その空気吸込側面７０ａを図８に示すような曲率の大きなアール面に形成し、該アール面を利用してスムーズに空気を吸込むようにすると、上記のような吸込側での気流の乱れが低減され、その分静圧性能、送風性能を向上させ、騒音を低減させることができる。
【００４６】
しかし、該実施の形態２の構成の場合、上記気流ガイド用のアール面は同口縁部７０の空気吸込側面７０ａ部分にしか設けられていない。
【００４７】
したがって、ブレード嵌合口７ｃの空気吹出面側エッジ部によって空気吹出面側部分において乱れが生じやすく、それが静圧性能、送風性能を悪化させているとともに騒音の原因ともなっている。
【００４８】
そこで、この実施の形態では、上記実施の形態２の構成に加えて、さらに上記口縁部７０の空気吹出側面７０ｂをも、図１１に拡大して詳細に示すように、所定の曲率のアール面に形成したことを特徴とするものである。
【００４９】
このような構成によれば、同アール面の空気吹出側面７０ｂによって、上記空気吹出側の気流の流れがスムーズになって、騒音が可及的に低減されるとともに、さらに静圧性能、送風性能が向上する。
【００５０】
その他の部分の構成および作用は、全て上述の実施の形態１の構成および作用と同一である。従って、その対応する説明を援用して、具体的な説明を省略する。
【００５１】
（実施の形態４）
次に図１２は、本願発明の実施の形態４に係る送風ユニットの構成と作用を示している。
【００５２】
この実施の形態の構成は、例えば上述の実施の形態１の構成における圧電ファン１を複数台並設するとともに、それぞれの仕切板７を図示のように両端７ｂ，７ｂ側で相互に連結して一体化し、個々の送風能力とともに、そのトータルの送風能力を十分に増大させ、大型の熱交換器１０に対応できるようにしたことを特徴としている。
【００５３】
このような構成によると、上記実施の形態１と同様の理由で、個々の圧電ファン１，１・・・の静圧性能、送風性能を可及的有効に向上させることができることはもちろん、それらが複数台組み合わされることから、トータルとしての送風能力の大きな送風ユニットを、低騒音、低コストに提供することができるようになる。
【００５４】
その結果、空気熱交換器１０の熱交換能力の増大要求にも自由に対応できるようになり、空気調和装置の空調能力増大にも問題なく対応することができる。
【００５５】
なお、この場合、上記複数台の圧電ファン１，１・・・は、例えば図示のように偶数台設けるようにし、それらの内の相互に隣合う圧電ファン１，１同士の駆動位相を逆にし（１８０°）、相互の振動が吸収されるような駆動方法が採用される。
【００５６】
このような構成を採用すると、駆動時の機械的な振動および騒音が共に有効に低減され、本質的に静粛性の高い圧電ファンを用いた送風ユニットの特徴を可及的有効に活かすことができる。
【００５７】
なお、上述の構成は、上述のような実施の形態１の構成による場合のみならず、上記実施の形態２，３の構成によっても全く同様に実現することができ、より低騒音で、より静圧性能、送風性能の高いものとすることができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施の形態１に係る送風ユニットを採用して構成した空気調和機用室内機の全体的な構成を示す正面側から見た縦断面図である。
【図２】同室内機の全体的な構成を示す右側面側から見た縦断面図である。
【図３】同室内機の送風ユニット部分の一部切欠斜視図である。
【図４】同送風ユニット部分の左側面側から見た縦断面図である。
【図５】同送風ユニット部分の上面側から見た水平断面図である。
【図６】本願発明の実施の形態２に係る送風ユニットを採用して構成した空気調和機用室内機の送風ユニット部分の左側面側から見た縦断面図である。
【図７】同送風ユニット部分の上面側から見た水平断面図である。
【図８】同送風ユニット部分の要部であるブレード嵌合口の口縁部の拡大断面図である。
【図９】本願発明の実施の形態３に係る送風ユニットを採用して構成した空気調和機用室内機の送風ユニット部分の左側面側から見た縦断面図である。
【図１０】同送風ユニット部分の上面側から見た水平断面図である。
【図１１】同送風ユニット部分の要部であるブレード嵌合口の口縁部の拡大断面図である。
【図１２】本願発明の実施の形態４に係る送風ユニットを採用して構成した空気調和機用室内機の全体的な構成を示す正面側から見た縦断面図である。
【符号の説明】
１は圧電ファン、２は圧電体、３はブレード、４ａは空気吸込用の開口、４ｂは空気吹出用の開口、５は本体ケーシング、６は吹出グリル、７は仕切板、７ａは円弧板部、７ｂは仕切壁部、７ｃはブレード嵌合口、８は固定部材、９は電源端子部、１０は空気熱交換器、７０は口縁部、７０ａは空気吸込側面、７０ｂは空気吹出側面である。

Claims

一対の圧電体（２），（２）と該一対の圧電体（２），（２）の間に挟持されて往復振動する薄板形状のブレード（３）とからなる圧電ファン（１）と、該圧電ファン（１）の上記ブレード（３）の先端部付近に位置して、送風可能な状態で、該ブレード（３）の空気吸込部側領域と空気吹出部側領域とを仕切る仕切板（７）とからなることを特徴とする送風ユニット。
仕切板（７）は、全体としてブレード（３）の振動軌跡に沿った円弧板形状のものに形成され、ブレード（３）が振動自在に嵌合されるブレード嵌合口（７ｃ）が設けられていることを特徴とする請求項１記載の送風ユニット。
ブレード嵌合口（７ｃ）は、ブレード（３）の振幅に対応して形成されていることを特徴とする請求項２記載の送風ユニット。
ブレード嵌合口（７ｃ）の口縁部（７０）は、空気吸込面（７０ａ）側がアール面に形成されていることを特徴とする請求項２又は３記載の送風ユニット。
ブレード嵌合口（７ｃ）の口縁部（７０）は、空気吹出面（７０ｂ）側がアール面に形成されていることを特徴とする請求項２，３又は４記載の送風ユニット。