JP2010196694A - 遠心式送風機、及び空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 送風機を回転させる際の駆動力（消費動力）を小さくできると共に、その送風機から吹き出す風量を大きくすることが可能な遠心式送風機を提供する。
【解決手段】 主板３、及び複数の羽根板２からなる羽根車１と、吸込口、及び吹出口を有する側板４と、を備えた遠心式送風機において、前記吸込口の高さＨ、前記吹出口の高さｈ、前記羽根車の直径Ｄ、前記吸込口の直径ｄとしたとき、０．５＜ｈ／Ｈ＜０．８、かつ０．７８＜ｄ／Ｄ＜０．８４であることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、空気調和機などに用いられる遠心式送風機、及びその送付機を備えた空気調和装置に関する。

一般に、遠心送風機は空気調和機などの送風機として幅広く使用されており、近年は特に高性能化・低騒音化に対する要請が非常に強くなっており、羽根車形状の改善による性能改善方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平６−１０１６９６号公報

しかしながら、さらに近年は送風機の風量を向上し、省エネルギー化の観点から送風機の駆動力（モーター負荷）を小さくすることが求められている。

そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、送風機の駆動力を小さくできる遠心式送風機を提供することにある。

上記目的を達成するため、主板、及び複数の羽根板からなる羽根車と、吸込口、及び吹出口を有する側板と、を備えた遠心式送風機において、前記吸込口の高さＨ、前記吹出口の高さｈ、前記羽根車の直径Ｄ、前記吸込口の直径ｄとしたとき、０．５＜ｈ／Ｈ＜０．８、かつ０．７８＜ｄ／Ｄ＜０．８４であることを特徴とする。

この場合において、前記羽根車の直径Ｄ、前記吸込口の直径ｄが、０．８０＜ｄ／Ｄ＜０．８３であってもよい。

シミュレーションによると、０．５＜ｈ／Ｈ＜０．８、かつ０．７８＜ｄ／Ｄ＜０．８４で設計した場合、風量（Ｑ）ｍ^３／ｓの向上と、モーター負荷Ｗａｔｔの低減を同時に満足できることが判明している。さらに望ましくは、送風機を、ｈ／Ｈ＝０．６５、かつ０．８０＜ｄ／Ｄ＜０．８３で設計した場合、モーター負荷Ｗａｔｔを、さらに低減できることが判明している。

前記側板の吸い込み部の角度θが、ほぼ９０°であってもよい。

前記側板の第１の曲線部の曲率半径Ｒ１が、２０ｍｍ＜Ｒ１＜２７ｍｍ、前記側板の第２の曲線部の曲率半径Ｒ２が、８５ｍｍ＜Ｒ２＜１１０ｍｍ、望ましくは、９０ｍｍ＜Ｒ２＜１０５ｍｍであってもよい。

シミュレーションによると、側板の吸い込み部の角度θを、θ＝９０°に近づけると共に、第１の曲線部の曲率半径Ｒ１を、２０ｍｍ＜Ｒ１＜２７ｍｍに設計し、第２の曲線部の曲率半径Ｒ２を、８５ｍｍ＜Ｒ２＜１１０ｍｍ、望ましくは、９０ｍｍ＜Ｒ２＜１０５ｍｍに設計することで、風量（Ｑ）ｍ^３／ｓの向上と、モーター負荷Ｗａｔｔの低減を同時に満足できることが判明している。

本発明によれば、送風機を、０．５＜ｈ／Ｈ＜０．８、かつ０．７８＜ｄ／Ｄ＜０．８４で設計することにより、風量（Ｑ）ｍ^３／ｓの向上と、モーター負荷Ｗａｔｔの低減を同時に満足できる。

以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は本実施の形態に係る天井埋込型空気調和装置の室内機の設置状態を示す図である。なお、以下の説明において、上下左右等の方向は設置状態に対応する方向である。

この室内機１０は、装置本体２０（筐体２１）が天井裏に設置され、化粧パネル１００が天井から露出したいわゆる天井カセット形に構成され、より正確には、４つの吹出口１２０を有する４方向天井カセット形に構成されている。

装置本体２０は、その外ケースを構成する金属製の筐体２１を備え、この筐体２１の内部には、遠心式送風機３３（図２参照）や熱交換器（室内熱交換器）等の空調部品が収容される。筐体２１は、金属板の板金加工で形成され、天板部（天板）２１ｂと、天板部２１ｂの外縁に沿って下方へ延出する側板部（側板）２１ｃとを備えて下側全面が開口する箱型形状に形成されている。

筐体２１の側板部２１ｃの外面であって４つの角部には、装置本体２０を吊り下げるための吊り金具２８がそれぞれ設けられている。この吊り金具２８は、天井裏の吊りボルト２９に取り付けられ、装置本体２０が吊り下げられる態様で支持される。また、天井面に格子状に設けられた保持バーに装置本体２０を固定することもできる。

化粧パネル１００は、装置本体２０の下部、つまり、筐体２１の下部に取り付けられる。この化粧パネル１００は、樹脂製パネルで形成され、筐体２１の下側開口よりも大型の矩形状とされ、その中央部に室内空気を取り込むための１つの吸込口１１０を有し、この吸込口１１０の周囲に化粧パネル１００の４辺に沿って延在し、熱交換後の空気を吹き出すための複数（本例では４つ）の吹出口１２０を有している。

この化粧パネル１００の吸込口１１０には、吸込グリル１１１が着脱自在に取り付けられ、この吸込グリル１１１には、図示せぬエアフィルタが装着され、このエアフィルタにより吸込口１１０に吸い込まれる室内空気を清浄化する。また、化粧パネル１００の吹出口１２０には、風向き変更用のルーバ１２２が配置されており、このルーバ１２２は図示せぬモーターの駆動により回動する。

化粧パネル１００の４つの角部には、コーナーパネル１０２が取り付けられている。コーナーパネル１０２は、化粧パネル１００の下側に向けて取り外し可能に構成され、このコーナーパネル１０２を外したときに、上述した吊り金具２８と吊りボルト２９との係合位置まで取付作業者の手が入るような大きさを有している。

図２は室内機１０の装置本体２０の斜視図であり、この室内機１０をビルの高層階等のビル管理法の適用を受ける場所に設置する場合に対応してメーカーがオプションとして用意する外気導入用の部品をあわせて記載しており、符号５０は、外気導入用の通風ダクトを示し、符号５５は、通風ダクト５０を室内機１０の筐体２１に連結するためのダクト連結部品を示し、符号６０は、室内機１０の筐体２１内に取り付けられる外気導入ボックス（外気導入部品）を示している。

筐体２１の内側には、発泡スチロール製の断熱材３０が配設される。この断熱材３０は、筐体２１の天板部（天板）２１ｂの略全面に配置される天板断熱部と、筐体２１の側板部２１ｃの略全面に配置される側板断熱部３０ｃとを一体に備えて下方が開口する箱型形状に形成されている。すなわち、この断熱材３０は、筐体２１の内面全体を覆って筐体２１内部と外部との間を断熱した断熱構造にし、この断熱された内部空間に遠心式送風機３３や熱交換器等の空調部品が収容される。

遠心式送風機３３は、図２に示すように、筐体２１の略中央（天板部２１ｂの中央部分に相当する位置）に設けられ、筐体２１の天板部２１ｂにモーター軸を下向きにして取り付けられるファンモーター３３ａと、ファンモーター３３ａのモーター軸に取り付けられる羽根車１とで構成され、羽根車１の回転により化粧パネル１００の吸込口１１０から被調和室の空気（室内空気）を吸い込んで遠心方向に吹き出す。

図３は、遠心式送風機３３の上面図、図４は、図３のＩＩ−ＩＩ断面図である。

図３及び図５において、１は羽根車であり、この羽根車１は、複数の羽根板２と、羽根板２を固定した主板３と、羽根板２の反主板側端面に固定し吸込口４ａを有する側板４とにより構成されている。図５において、５は羽根車１に直結したモ−ターであり、モ−ター５は、モーター５および羽根車１を収納するケーシング（図示せず）に固定されている。この遠心式送風機３３は、モーター５を駆動すると、羽根車１が回転し、吸込口４ａから吸い込んだ空気を、遠心力により側方に吹き出す。

本発明者らは、遠心式送風機３３の風量向上と、モーター５の負荷の軽減を同時に満足させるための送風機の形状因子をシミュレーションにより導き出した。図４において、まず、吸込口の高さＨ、吹出口の高さｈ、羽根車１の直径Ｄ、吸込口４ａの直径ｄをパラメーターとした場合に、これら形状値の変化が、遠心式送風機３３の風量向上と、モーター５の負荷の軽減にどのように作用するかをつき止めた。

図５は、横軸に、吸い込み・ファン直径比率（ｄ／Ｄ）、左側の縦軸に、風量（Ｑ）ｍ^３／ｓ、右側の縦軸に、モーター負荷Ｗａｔｔを示す。図中において、菱形はｈ／Ｈ＝０．５０の送風機、丸はｈ／Ｈ＝０．６５の送風機、三角はｈ／Ｈ＝０．８０の送風機である。このシミュレーションによると、まず、ｈ／Ｈ＝０．６５（丸印）、かつｄ／Ｄ＝０．８２の近傍で設計した送風機が、風量（Ｑ）ｍ^３／ｓが最も多く、モーター負荷Ｗａｔｔが最小で、最も高い性能を備えることが判明した。

ここで、遠心式送風機３３の風量（Ｑ）ｍ^３／ｓを詳細に見ると、０．５０＜ｈ／Ｈ＜０．８０のすべての送風機で、ｄ／Ｄ＝０．７８まで全体的に増加傾向にある。

ｈ／Ｈ＝０．６５（丸印）の送風機は、ｄ／Ｄ＝０．７８から、ｄ／Ｄ＝０．８２まで増加し、それを過ぎると、減少に転じる。また、ｈ／Ｈ＝０．５０（菱形印）の送風機は、ｄ／Ｄ＝０．７８を過ぎると、ｄ／Ｄ＝０．８２までほぼ等しく、それを過ぎると再び増加に転じる。ｈ／Ｈ＝０．８０（三角印）の送風機は、ｄ／Ｄ＝０．７８を過ぎても、ｈ／Ｈ＝０．８５まで増加傾向が継続する。

そこで、０．７８＜ｄ／Ｄ＜０．８５の範囲に限定して、前述のｈ／Ｈ＝０．５（菱形印）、ｈ／Ｈ＝０．６５（丸印）、及びｈ／Ｈ＝０．８（三角印）以外に、ｈ／Ｈ＝０．５５（かける印）、ｈ／Ｈ＝０．６０（四角印）、及びｈ／Ｈ＝０．７０（かける印に縦線）のデータ（実線）を更に追加したものが図６である。

追加した３つのデータの傾向を更に分析すると、ｈ／Ｈ＝０．５５（かける印）、及びｈ／Ｈ＝０．７０（かける印に縦線）の送風機は、ｄ／Ｄ＝０．７８を過ぎても、ｈ／Ｈ＝０．８５まで増加傾向が継続する。また、ｈ／Ｈ＝０．６０（四角印）の送風機は、ｄ／Ｄ＝０．７８から、ｄ／Ｄ＝０．８２まで増加し、それを過ぎても、増加も減少もしなくなる。

この結果、図６の横軸方向に示した、０．７８＜ｄ／Ｄ＜０．８５の範囲においては、ｈ／Ｈ＝０．６５（丸印）で設計した送風機が高い風量を維持し、ｈ／Ｈ＝０．６５より小さくても、大きくても、風量が小さくなる。

一方、遠心式送風機３３のモーター負荷Ｗａｔｔを見ると、図５の横軸方向に示した、０．６５＜ｄ／Ｄ＜０．８５の範囲においては、ｈ／Ｈ＝０．５（菱形印）、ｈ／Ｈ＝０．６５（丸印）、及びｈ／Ｈ＝０．８（三角印）については、モーター負荷Ｗａｔｔは全体的に徐々に減少し、ｈ／Ｈ＝０．６５（丸印）のとき、ｄ／Ｄ＝０．８２の近傍で極小値が現れる。
そこで、０．７８＜ｄ／Ｄ＜０．８５の範囲に限定して、前述のｈ／Ｈ＝０．５（菱形印）、ｈ／Ｈ＝０．６５（丸印）、及びｈ／Ｈ＝０．８（三角印）以外に、ｈ／Ｈ＝０．５５（かける印）、ｈ／Ｈ＝０．６０（四角印）、及びｈ／Ｈ＝０．７０（かける印に縦線）のデータ（破線）を更に追加したものが図６である。

追加した３つのデータを含めて傾向を更に分析すると、ｄ／Ｄ＝０．７８から、ｄ／Ｄ＝０．８０までの間は、ｈ／Ｈ＝０．５５（かける印）の送風機が、最もモーター負荷Ｗａｔｔが低く、その他の値はそれより高い。しかし、ｄ／Ｄ＝０．８０から０．８３までの間は、ｈ／Ｈ＝０．６５（丸印）の送風機のモーター負荷Ｗａｔｔが低くなる。

モーター負荷Ｗａｔｔに関しては、０．７８＜ｄ／Ｄ＜０．８５、もしくは、０．７９＜ｄ／Ｄ＜０．８４が望ましく、さらに望ましくは、０．８０＜ｄ／Ｄ＜０．８３であることが判明した。

このシミュレーションから、遠心式送風機３３の風量（Ｑ）ｍ^３／ｓを高く維持しつつ、モーター負荷Ｗａｔｔの低減を図るためには、ｈ／Ｈ＝０．６５（丸印）、かつ０．８０＜ｄ／Ｄ＜０．８３の設計が望ましいことが判明した。

以上のように、本実施の形態の遠心式送風機３３は、０．５＜ｈ／Ｈ＜０．８、かつ０．７８＜ｄ／Ｄ＜０．８５で設計した場合、風量（Ｑ）ｍ^３／ｓの向上と、モーター負荷Ｗａｔｔの低減を同時に満足できることが判明した。さらに望ましくは、送風機を、ｈ／Ｈ＝０．６５、かつ０．８０＜ｄ／Ｄ＜０．８３で設計した場合、モーター負荷Ｗａｔｔを、さらに低減できることが判明した。

図７は、図４に示す遠心式送風機３３の側板（シュラウド）４を拡大した図である。

この遠心式送風機３３の側板４は、ほぼ直線で延びた吸い込み部４ｂと、吸い込み部４ｂに連なる第１の曲線部４ｃと、第１の曲線部４ｃに連なる第２の曲線部４ｄとで構成される。第１の曲線部４ｃの曲率半径Ｒ１と、第２の曲線部４ｄの曲率半径Ｒ２との間には、Ｒ１＜Ｒ２の関係があり、しかも、この送風機では、図４に示すように、羽根板２が、側板４の内側で第１の曲線部４ｃを越えて、吸い込み部４ｂまで延びている。

上記曲率半径Ｒ１、及び上記曲率半径Ｒ２をパラメーターとして、これら形状値の変化が、遠心式送風機３３の風量（Ｑ）ｍ^３／ｓ向上と、モーター５の負荷Ｗａｔｔの軽減にどのように作用するかをつき止めた。

図８は、吸い込み部４ｂの角度θと、風量（Ｑ）ｍ^３／ｓ、モーター負荷Ｗａｔｔとの関係を示し、図９は、第１の曲線部４ｃの曲率半径Ｒ１と、風量（Ｑ）ｍ^３／ｓ、モーター負荷Ｗａｔｔとの関係を示し、図９は、第２の曲線部４ｄの曲率半径Ｒ２と、風量（Ｑ）ｍ^３／ｓ、モーター負荷Ｗａｔｔとの関係を示す。

まず、図８に示すように、吸い込み部４ｂの角度θが増加すると、モーター負荷Ｗａｔｔが減少し、θ＝９０°付近に至ると、モーター負荷Ｗａｔｔが最小値となる。一方、風量（Ｑ）ｍ^３／ｓは、吸い込み部４ｂの角度θが増加すると増加し、θ＝９０°に至ると、それ以降、変化が見られない。

従って、このシミュレーションの結果では、側板４の吸い込み部４ｂの角度θを、θ＝９０°に近づけることが望ましい。

図９に示すように、第１の曲線部４ｃの曲率半径Ｒ１に関しては、２０ｍｍ＜Ｒ１＜２７ｍｍの範囲で、風量（Ｑ）ｍ^３／ｓ向上、及びモーター負荷Ｗａｔｔ軽減が図れることが判明した。曲率半径Ｒ１が、２７ｍｍを超えると、風量（Ｑ）ｍ^３／ｓが減少に転じ、モーター負荷Ｗａｔｔが上昇に転じる。

従って、このシミュレーションの結果では、曲率半径Ｒ１を、２０ｍｍ＜Ｒ１＜２７ｍｍに設計することが望ましい。

図１０に示すように、第２の曲線部４ｄの曲率半径Ｒ２に関しては、Ｒ２＝９０ｍｍで極大値が現れることが判明した。

風量（Ｑ）ｍ^３／ｓは、Ｒ２＝９０ｍｍまで増加傾向にあり、Ｒ２＝９０ｍｍを超えると、緩やかな減少に転じる。一方、モーター負荷Ｗａｔｔは、Ｒ２＝９０ｍｍまで減少傾向にあり、Ｒ２＝９０ｍｍを超えると、緩やかな上昇に転じる。

従って、このシミュレーションの結果では、曲率半径Ｒ２を、８５ｍｍ＜Ｒ２＜１１０ｍｍ、望ましくは、９０ｍｍ＜Ｒ２＜１０５ｍｍに設計する。

以上のように、本実施の形態の遠心式送風機は、側板４の吸い込み部４ｂの角度θを、θ＝９０°に近づけると共に、第１の曲線部４ｃの曲率半径Ｒ１を、２０ｍｍ＜Ｒ１＜２７ｍｍに設計し、第２の曲線部４ｄの曲率半径Ｒ２を、８５ｍｍ＜Ｒ２＜１１０ｍｍ、望ましくは、９０ｍｍ＜Ｒ２＜１０５ｍｍに設計することで、風量（Ｑ）ｍ^３／ｓの向上と、モーター負荷Ｗａｔｔの低減を同時に満足できる。

室内機の装置本体を示す斜視図である。 装置本体を下方から見た平面図である。 本発明の一実施の形態を示す遠心式送風機の上面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 吸込みファン直径比率と風量とモーター負荷の関係を示す図である。 吸込みファン直径比率と風量とモーター負荷の関係を示す図である。 側板の拡大断面図である。 側板の角度θと風量とモーター負荷の関係を示す図である。 曲率半径Ｒ１と風量とモーター負荷の関係を示す図である。 曲率半径Ｒ２と風量とモーター負荷の関係を示す図である。

１ 羽根車
２ 羽根板
３ 主板
４ 側板
５ モーター
１０ 室内機（空気調和装置）
２０ 装置本体
２１ 筐体
３０ 断熱材
３３ 送風機
５０ 通風ダクト
５５ ダクト連結部品
１００ 化粧パネル
１１０ 吸込口
１１１ 吸込グリル
１２０ 吹出口

Claims (6)

1. 主板、及び複数の羽根板からなる羽根車と、吸込口、及び吹出口を有する側板と、を備えた遠心式送風機において、前記吸込口の高さＨ、前記吹出口の高さｈ、前記羽根車の直径Ｄ、前記吸込口の直径ｄとしたとき、０．５＜ｈ／Ｈ＜０．８、かつ０．７８＜ｄ／Ｄ＜０．８４であることを特徴とする遠心式送風機。
2. 前記羽根車の直径Ｄ、前記吸込口の直径ｄが、０．８０＜ｄ／Ｄ＜０．８３であることを特徴とする請求項１記載の遠心式送風機。
3. 前記側板の吸い込み部の角度θが、ほぼ９０°であることを特徴とする請求項１または２記載の遠心式送風機。
4. 前記側板の第１の曲線部の曲率半径Ｒ１が、２０ｍｍ＜Ｒ１＜２７ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項記載の遠心式送風機。
5. 前記側板の第２の曲線部の曲率半径Ｒ２が、８５ｍｍ＜Ｒ２＜１１０ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項記載の遠心式送風機。
6. 請求項１乃至５のうち、いずれかの遠心式送付機は、箱体の筐体内に設けられ、更に熱交換器を備えたことを特徴とする空気調和装置。