JP2006250409A - 送風装置および空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸流ファンの吹出し気流における動圧エネルギ成分の大きい旋回方向の気流を、ファン軸線方向に変換でき、かつ場合に応じて吹出し方向の変更制御が可能で、ファン入力を抑制することができるようにする。
【解決手段】 軸流ファン３を有し、軸流ファン３の吹出し口７に、軸流ファン３の吹出し気流の主として旋回方向成分を、旋回方向とファン軸線方向の間で選択的に変化させる複数の可動ベーン６を設け、可動ベーン６によって軸流ファン３の吹出し気流の主として旋回方向成分を、旋回方向とファン軸線方向の間で選択的に変化させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、軸流ファンの吹出し気流の方向制御が可能な送風装置およびその特性を利用した空気調和機に関する。

軸流ファンの吹出し気流を方向制御するものとして、軸流ファンの吹出し気流の径方向広がり角度に合わせた断面形状を有するベーン（平板翼列）を、空気調和機室外機の軸流ファン下流に設置し、空気調和機室外機の吹出し気流を周囲環境に応じて、例えば上方（ファン軸線に対し交差する方向）へ向けるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、軸流ファンが搭載された天井設置の空気調和機室内機のケーシングにおける下端面周辺部に吸入口を、下端面の前記吸入口より中央寄りに環状の吹出口を設けるとともに、この環状の吹出口の内縁と外縁にそれぞれ可動フラップを設け、これら内外縁部の可動フラップにより、室内へ吹出す気流の吹出方向制御を行うようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。

また、吹き出し側の軸流ファンの外周に発生するファン回転と同一方向に旋回する旋回流（吹出し気流の旋回成分：動圧エネルギ）をファン軸線方向に転向させる（静圧エネルギに変換する）静圧回収ベーンを軸流ファンの下流に安全防護グリル及び室外ユニットの枠体と一体に形成して、エネルギの損失および軸流ファンの空力性能の低下を防止するようにした空気調和機の室外機も知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開平７−２２５０３５号公報（第１頁、図１） 特開２００１−２７２０５３号公報（第４頁、図６） 特開２０００−１３０７９９号公報（第４頁、図３及び図４）

しかしながら、軸流ファンの吹出し気流の径方向広がり角度に合わせた断面形状を有するベーン（平板翼列）によって、軸流ファンの吹出し気流をファン軸線に対し交差する方向へ向けるようにしたものにあっては、軸流ファン吹出し気流の径方向への広がり方向に合わせたベーン設計であるが、軸流ファンの吹出し気流は、一般的に径方向成分よりも旋回方向成分が大きく、その旋回方向への流れに対する考慮がされていなければ、吹出し気流に対する大きな抵抗となり、ファン入力増加、騒音増加を招いてしまう。さらに、吹出し気流の方向を自在に変更できるものではなく、場合に応じて吹出し方向を変えることができないという問題があった。

また、軸流ファンを有する天井設置の空気調和機室内機のケーシング下端面における環状吹出口の内縁と外縁にそれぞれ設けた可動フラップにより、室内へ吹出す気流の吹出方向制御を行うようにしたものにあっても、吹出し気流の旋回成分である動圧エネルギが活用されておらず、ファン入力が大きいという問題があった。

また、空気調和機の室外機の軸流ファンの下流に安全防護グリル及び室外ユニットの枠体と一体に形成した静圧回収ベーンにより、吹出し気流の動圧エネルギ（旋回成分）を静圧エネルギ（ファン軸線方向成分）に変換するようにしたものにあっては、ベーン設置角度が固定されるため、場合に応じて吹出し方向を変えることができず、冷房運転や暖房運転に応じて吹出し方向を変える必要のある空気調和機の室内機へ適用できるものではなかった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、軸流ファンの吹出し気流における動圧エネルギ成分の大きい旋回方向の気流を、ファン軸線方向に変換でき、かつ場合に応じて吹出し方向の変更制御が可能で、ファン入力を抑制することができる送風装置および空気調和機を得ることを目的とする。

本発明に係る送風装置は、軸流ファンを有し、軸流ファンの吹出し口に、軸流ファンの吹出し気流の主として旋回方向成分を、旋回方向とファン軸線方向の間で選択的に変化させる複数の可動ベーンを設けたものである。

本発明の送風装置によれば、軸流ファンの吹出し気流における動圧エネルギ成分の大きい旋回方向の気流を、可動ベーンによってファン入力を抑制しつつファン軸線方向に転向させることができるとともに、場合に応じて吹出し方向を、ファン入力を抑制しつつ旋回方向に変更制御することができる。このため、空気調和機の室内機への適用が可能となる。

実施の形態１．
以下、図示実施形態により本発明を説明する。
図１は本発明の実施の形態１に係る送風装置を適用したセパレート型空気調和機の天井埋込型室内機を示す側面断面図、図２はその室内機の下面図であり、天井に設置した室内機を下から見た図である。図３はその室内機の軸流ファンの軸線を中心とした仮想円筒を図２のＡ−Ａ線に沿って断面しそれを平面的に展開して示す軸流ファンの翼後縁部と可動ベーンの非稼働時の図、図４はその吹出し気流を旋回方向へ向ける場合の可動ベーンの態様を示す図３相当図、図５はその吹出し気流をファン軸線方向へ向ける場合の可動ベーンの態様を示す図３相当図である。

本実施形態の送風装置すなわちセパレート型空気調和機の天井埋込型室内機１に搭載された送風装置２は、軸流ファン３と、軸流ファン３の外周を囲むベルマウス４と、軸流ファン３を駆動するファンモータ５と、軸流ファン３の吹出し気流の方向を制御する複数の可動ベーン６とから構成されている。

これを更に詳述すると、各可動ベーン６は、それぞれ扇形パネルからなり、軸流ファン３の環状の吹出し口７（＝室内機１の気流吹出し口）の外周縁を形成する室内機１の下端パネル１３及び内周縁を形成する吹出し中央蓋１４の間に、それぞれファン軸線を中心とする放射方向に向けて、かつそれぞれ扇形幅寸法Ｂ（図３）が径方向外周側へ向かうに連れて大きくなる向きに配置されて架設され、それぞれに独立させて設けたベーンモータ１０により、放射線上にあるそれぞれの軸線を中心に回転駆動されるようになっている。また、各可動ベーン６を形成する扇形パネルは、放射線上にあるそれぞれの軸線を円弧の内側とするように湾曲して構成されている。そして各可動ベーン６は、吹出し口７を気流が通過しない状態下（非稼働時）においては、図２及び図３のように隣接する可動ベーン６相互の側縁部が接近して吹出し口７を塞ぐような角度位置にくるように設定されている。なお、各図中の符号１２は軸流ファン３の翼後縁部を示す。

室内機１は、図１のように天井８に埋め込む状態で取り付けるようになっており、その下端面中央部には前述の可動ベーン６を設置した吹出し口７が設けられ、その下端面周辺部には機内への気流の流入口となる吸込み口９が設けられている。吸込み口９から軸流ファン３に至る風路の途中には、軸流ファン３を取り囲むように熱交換器１１（図２に破線で示す）が設置されている。熱交換器１１には、吸込み口９から軸流ファン３に向かい気流が通過するように多数の隙間が形成されており、熱交換器１１の内部を流れる冷媒と熱交換器１１を通過する気流との間で熱交換が行われるようになっている。

次に動作について説明する。
前述の構成を有する室内機１においては、ファンモータ５により回転する軸流ファン３の作用により、気流が室内機内部へ各吸込み口９から流入し、吹出し口７から室内へ吹出す。室内機１を流れる気流は、熱交換器１１を通過する際にその温度が上昇または下降させられて、また時には水分含有率を低下させられて室内へ吹出す。これにより、室内の温度が制御される。

室内機１の運転中には、吹出し口７に設置された可動ベーン６は、図３に示した状態から図４又は図５に示すように回転して、気流が通過できるように開口する。さらに可動ベーン６は、その回転位置によって吹出し気流の方向を制御する。

次に、軸流ファン３の吹出し気流と可動ベーン６による吹出し気流の方向制御について図４及び図５に基づき更に詳しく説明する。流れのベクトルは、時間および空間で変動をもつが、ここでは説明を容易にするために現象を論じるに当たり問題のない範囲で平均値を用いて説明する。軸流ファン３の回転方向を正としてθ、軸流ファン３の軸方向流れの下流側を正としてｚとする。ｕは軸流ファン３の翼の周速を示す。気流は図面に垂直な方向である径方向成分も有するが、軸流ファン３においては軸方向、旋回方向の流れが主成分となるため、径方向成分の流れについての説明は省略する。

まず、吹出し気流を旋回方向へ向ける場合（冷房運転モード）について説明する、図４のように可動ベーン６への流入気流である軸流ファン３の吹出し気流は、速度ｃ１であり、θ方向、ｚ方向にｃθ１、ｃｚ１の成分を持ち、流出角度（ファン軸線に対し吹出し気流が実際に流出する方向の軸線までの旋回方向角度）はβ１である。可動ベーン６は、設置角度γが流出角度β１とほぼ同じとなるように設定されている。ここで、設置角度γとは、図４のようにファン軸線と可動ベーン６の円弧両端間を結ぶ線（弦）とで成す角度をいう。また可動ベーン６は、その湾曲している凹面６ａ側が軸流ファン側を向くように回動位置が設定される。これにより、可動ベーン６を通過する気流は流れの方向が変化し、可動ベーン６からの吹出し気流ｃ２はファン軸線方向成分ｃｚ２が小さくなり、旋回速度成分ｃθ２が大きくなる。その結果、もとの軸流ファン吹出し気流に比べて、流出角度が大きく、流速が大きいｃ２となる。

このように、可動ベーン６を湾曲形成し、図４のようにその反りの凹面６ａを軸流ファン側に向け、設置角度γを軸流ファン吹出し気流の流出角度β１とほぼ同じとなるようにすることで、可動ベーン６の流入側の形状を抵抗が少なく、可動ベーン６の流出側の形状を設置角度γよりも旋回方向へ向いた形状とすることができる。これにより、各可動ベーン６を、軸流ファン吹出し気流ｃ１を旋回方向へ転向させる翼列として機能させることができ、軸流ファン３の吹出し気流を旋回方向へ向ける作用を可動ベーン６の抵抗を抑制して得ることができる。なお、吹出し流れの角度は軸流ファン３の半径位置によって異なる場合があるが、その場合は最も気流速度ｃ１が大きい半径位置で設定すべきである。一般的には半径比（特定半径／外周半径）が０．８〜０．９５の間の半径位置で最も気流速度ｃ１が大きくなる。

次に、吹出し気流をファン軸方向へ向ける場合（暖房運転モード）について説明する。図５のように可動ベーン６への流入気流である軸流ファン３の吹出し気流は、速度ｃ１であり、θ方向、ｚ方向にｃθ１、ｃｚ１の成分を持ち、流出角度はβ１である。可動ベーン６は、設置角度γが流出角度β１よりも小さく、かつｚ方向からなるファン軸線と流入側の可動ベーン６の接線とで成す入口角度ξが、流出角度β１とほぼ同じとなるように設定されている。これにより、可動ベーン６を通過する気流は流れの方向が変化し、可動ベーン６からの吹出し気流ｃ２は、旋回速度成分ｃθ２が小さくなる。その結果、もとの軸流ファン吹出し気流に比べて、流出角度を小さくすることができる。

この図５のように可動ベーン６の反りの凸面６ｂを軸流ファン側に向け、ファン軸線と流入側の可動ベーン６の接線とで成す入口角度ξを軸流ファン吹出し気流の流出角度β１とほぼ同じとなるようにすることで、可動ベーン６の流入側の形状を抵抗が少なく、可動ベーン６の流出側の形状を設置角度γよりもファン軸線方向へ向いた形状とすることができる。これにより、各可動ベーン６を、軸流ファン吹出し気流ｃ１をファン軸線方向へ転向させる翼列として機能させることができ、軸流ファン３の吹出し気流をファン軸線方向へ向ける作用を可動ベーン６の抵抗を抑制して得ることができる。また、旋回成分が小さくなり、動圧エネルギが静圧エネルギへ変換されることで、ファンモータ５の入力を低減することができる。なお、ここでも吹出し流れの角度は軸流ファン３の半径位置によって異なる場合があるが、その場合は最も気流速度ｃ１が大きい半径位置、つまり半径比（特定半径／外周半径）が０．８〜０．９５の間の半径位置で設定すればよい。

このように、本実施形態の送風装置、すなわちセパレート型空気調和機の天井埋込型室内機では、反りを有する可動ベーン６によって吹出し気流を旋回方向やファン軸線方向へ転向制御することが可能となっている。したがって、図４のように可動ベーン６の反りの凹面６ａを軸流ファン側に向け、旋回方向へ流れを向けるように位置させることにより、室内機１の吹出し気流を旋回方向へ向ける水平吹きを、軸流ファン３の騒音増加、ファンモータ５の入力増加を抑制しつつ実現することができる。また、図５のように可動ベーン６の反りの凸面６ｂを軸流ファン側に向け、ファン軸線方向へ流れを向けるように位置させることにより、室内機１の吹出し気流を床面に向ける下吹きを、軸流ファン３の騒音増加を抑制し、ファンモータ５の入力を小さくして実現することができる。すなわち、場合に応じて吹出し方向の変更制御が可能となる。

また、吹出し口７を気流が通過しない状態下（非稼働時）においては、各可動ベーン６相互の側縁部が接近して吹出し口７を塞ぐような角度位置にくるようにしているので、非稼働時に室内機１の内部を目隠しすることができ、美観に優れる室内機１とすることができる。

ところで、軸流ファン３の吹出し気流ｃ１は、外周側で流速が速く、内周側で流速が遅い。本実施形態のように流速の速い外周側位置では可動ベーン６の幅を広くし、流速の遅い内周側位置では可動ベーン６の幅を狭くすることで、吹出し気流に対して余分な抵抗が生じずに効率的に方向制御を行うことができ、かつ騒音増加を抑制する効果が得られる。

実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２に係る送風装置の要部である可動ベーンを前述の図５と同位置から見た図である。なお、可動ベーン以外の構成は前述の実施の形態１と同一であるため、説明にあたっては前述の図１及び図２を参照するものとする。

本実施形態の送風装置は、各可動ベーン６Ａが、それぞれ平面を組合わせた山形パネルからなり、これにより反り（屈曲面）が形成されるように構成したもので、それぞれ平面的にみて扇形状を呈し、室内機１の下端パネル１３及び吹出し中央蓋１４の間に、それぞれファン軸線を中心とする放射方向に向けて、かつそれぞれ扇形幅寸法Ｂ（図３参照）が径方向外周側へ向かうに連れて大きくなる向きに配置されて架設され、それぞれに独立させて設けたベーンモータ１０により、放射線上にあるそれぞれの軸線を中心に回転駆動されるようになっていて、吹出し口７を気流が通過しない状態下（非稼働時）においては、図２のように隣接する可動ベーン６Ａ相互の側縁部が接近して吹出し口７を塞ぐような角度位置にくるように設定されている。それ以外の構成は前述の実施の形態１のものと同一であり、実施の形態１のもつ効果を全て備えている。

すなわち、本実施形態の送風装置、すなわちセパレート型空気調和機の天井埋込型室内機でも、反り（屈曲面）を有する山形の可動ベーン６Ａによって吹出し気流を旋回方向やファン軸線方向へ転向制御することが可能となっている。したがって、図４のように可動ベーン６Ａの反り（屈曲面）の凹面６ａを軸流ファン側に向け、旋回方向へ流れを向けるように位置させることにより、室内機１の吹出し気流を旋回方向へ向ける水平吹きを、軸流ファン３の騒音増加、ファンモータ５の入力増加を抑制しつつ実現することができる。また、図５のように可動ベーン６Ａの反り（屈曲面）の凸面６ｂを軸流ファン側に向け、ファン軸線方向へ流れを向けるように位置させることにより、室内機１の吹出し気流を床面に向ける下吹きを、軸流ファン３の騒音増加を抑制し、ファンモータ５の入力を小さくして実現することができる。すなわち、場合に応じて吹出し方向の変更制御が可能となる。

本実施形態の送風装置においては、前述の実施の形態１のものと同様の効果に加え、可動ベーンを注型製造する場合に型の形状を簡易にすることができるので、製造コストを抑制することができるという利点がある。ただ屈曲点部分で流れの剥離、よどみが生成されるので、入力や騒音という空力の観点から見れば、前述の実施の形態１のように滑らかな曲面で反りを形成することが望ましい。

なお、前述の各実施の形態では各可動ベーン毎にベーンモータ１０を設置するようにしたものを示したが、これに限るものでなく、例えば吹出し中央蓋１４の内部にベーンモータ１０を単一設置し、このベーンモータ１０の動力をギヤ機構等からなる連動機構を介して各可動ベーンに伝えるようにしてもよく、この場合にはベーンモータ１０の数が減った分、コストを削減することができる。もちろん設置の場所よっては、手動で各可動ベーンを動かせるようにしてもよく、この場合にはベーンモータ１０を不要にすることができる。この手動方式の場合でも入力低減効果は同等に得られることは言うまでもない。

本発明の実施の形態１に係る送風装置を適用したセパレート型空気調和機の天井埋込型室内機を示す側面断面図である。 本発明の実施の形態１に係る送風装置を適用したセパレート型空気調和機の天井埋込型室内機の下面図である。 本発明の実施の形態１に係る送風装置を適用したセパレート型空気調和機の天井埋込型室内機の軸流ファンの軸線を中心とした仮想円筒を図２のＡ−Ａ線に沿って断面しそれを平面的に展開して示す軸流ファンの翼後縁部と可動ベーンの非稼働時の図である。 本発明の実施の形態１に係る送風装置を適用したセパレート型空気調機の天井埋込型室内機の吹出し気流を旋回方向へ向ける場合の可動ベーンの態様を示す図３相当図である。 本発明の実施の形態１に係る送風装置を適用したセパレート型空気調機の天井埋込型室内機の吹出し気流をファン軸線方向へ向ける場合の可動ベーンの態様を示す図３相当図である。 本発明の実施の形態２に係る送風装置の要部である可動ベーンを図５と同位置から見た図である。

符号の説明

３ 軸流ファン、６，６Ａ 可動ベーン、６ａ 湾曲面の凹面、６ｂ 湾曲面の凸面、７ 吹出し口、１３ 下端パネル（吹出し口の外周縁部）、１４ 吹出し中央蓋（吹出し口の内周縁部）、Ｂ 扇形幅寸法。

Claims (6)

1. 軸流ファンを有し、軸流ファンの吹出し口に、軸流ファンの吹出し気流の主として旋回方向成分を、旋回方向とファン軸線方向の間で選択的に変化させる複数の可動ベーンを設けたことを特徴とする送風装置。
2. 前記軸流ファンの吹出し口は、環状に形成されてなり、
   前記複数の可動ベーンは、それぞれ扇形パネルからなり、前記環状の吹出し口の外周縁部と内周縁部との間に、それぞれファン軸線を中心とする放射方向に向けて、かつそれぞれ扇形幅寸法が径方向外周側へ向かうに連れて大きくなる向きに配置されて架設され、前記ファン軸線を中心とする放射線上にあるそれぞれの軸線を中心に回転可能に構成されていることを特徴とする請求項１記載の送風装置。
3. 前記扇形パネルは、前記放射線上にあるそれぞれの軸線を円弧または山形の内側とするように湾曲または屈曲して構成されており、前記軸流ファンの吹出し気流の旋回方向吹きでは、その湾曲面または屈曲面の凹面を前記軸流ファンの翼側に向け、前記軸流ファンの吹出し気流のファン軸線方向吹きでは、その湾曲面または屈曲面の凸面を前記軸流ファンの翼側に向けることを特徴とする請求項２記載の送風装置。
4. 前記複数の可動ベーンは、隣接する可動ベーン相互の側縁部が接近する角度位置となるように向けることで、前記吹出し口を塞ぐことができるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の送風装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の送風装置を有する室内機を備えた空気調和機。
6. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の送風装置を有する室内機を、吹出し面を下向きにして天井に設置し、吹出し気流の旋回方向となる水平吹き、吹出し気流のファン軸方向となる下吹きを制御することを特徴とする空気調和機。
   

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