JP2011080368A - 空気調和機のダブルプラグファン構造 - Google Patents

Abstract

【課題】
送風機の駆動モータの回転軸と前記送風機の回転軸に直結した空気調和機であって、駆動モータの回転数が一定であっても、要求される風量になるように、的確に効率よく制御でき騒音も少ない空気調和機のプラグファンを提供する。
【解決手段】
プラグファンの回転軸を駆動モータの回転軸に直結した空気調和機において、左右対称の一対のインレットコーンを軸方向の位置に調整する調整盤上に設け、該インレットコーンの縮小した対向する円筒状開口部に対して回動自在に接続する左右対称の先端円形外枠を設け、該両先端円形外枠の間に前記回転軸に固着された隔壁円盤を設け、前記先端円形外枠と隔壁円盤の間には回転軸の回転中心から外側に向かう複数の翼部を配設し、前記先端円形外枠と隔壁及び翼部をユニットとして前記回転軸に対して交換可能にした空気調和機のダブルプラグファン構造。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機の送風機、特に、二枚の回転円板に回転中心から外側に向かう複数の翼部を配置して遠心力を用いて送風するプラグファン等の遠心送風機の技術分野に属する。

従来、空気調和機の送風機は、二枚の回転円板に回転中心から外側に向かう複数の翼部を配置し、翼部と空気の遠心力を用いて送風する送風機、例えば、翼型送風機、チューブラ送風機、プラグファン等の遠心送風機が多用される傾向にある。
ところで、これら空気調和機のプラグファン（送風機）において、プラグファンのランナ(翼部)は幅や径が異なる数種類のものを用意しておき、空気調和機のシステムが指定する風量と静圧が得られるランナを選択し、その回転数を算出し、算出された回転数に一致する駆動モータを用いるが、通常の場合には空気調和機のプラグファンに用いる駆動モータの回転数は、交流電源を使用する場合にポールの数によって決まっており、例えば、５０Hzの交流電源で４Ｐでは1500rpm、６Ｐでは1000rpm、６０Hzの交流電源で４Ｐでは1800rpm、６Ｐでは1200rpmであるため、ベルトとプーリでの変速機、歯車式変速機、電源周波数のインバーター等を用いて、送風機が必要される回転数に変速していた。
しかしながら、変速機やインバーターは高価であり、また、変速機やインバーターは寿命があり、更に、保守の面からもそれだけ点検箇所や補修箇所が多くなるといった問題点があった。
また、変速機やインバーターを用いることなく駆動モータを直結する場合もあるが、この場合にはランナは風量過多の状態から、別途設けた風量調整ダンパ等で要求風量まで絞る方法もあるが、ダンパで負荷をかけて風量を絞ることになるため、その分だけエネルギーを余分に必要とするといった問題点があった。

そこで、本発明者らは、特許文献１に開示されているように、空気調和機のプラグファンの回転軸を駆動モータの回転軸に直結し、プラグファンのランナは二枚の円形外枠を設け、一方の円形外枠の回転中心に開口部を設け、開口部に続く回転中心に空洞部を設け、空洞部の周りに回転中心から外側に向かう複数の翼部を二枚の円形外枠の間に配置し、開口部から空気を吸い込み前記翼部と空気の遠心力を用いて円形外枠の外周側に送風し、翼部には空気流が触れるブレード幅を調節する調節手段を設け、調整手段によって所望の風量に変更した空気調和機のプラグファン構造を提供している。
すなわち、前記空気調和機のプラグファン構造は、結果として、ランナである翼部への空気の供給量を変化させ、翼部と空気の遠心力を用いて外側に送風する空気量を調整し、要求される風量及び静圧になるようにプラグファンを調整し、駆動モータの回転数に一致するようにしている。しかし、かなりの改善が見られたが、風量の制御も充分ではなく、また、騒音も発生しやすかった。

特開２００５−１４７６２９号公報

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、駆動モータとプラグファンの回転軸に駆動モータの回転軸を直結する空気調和機において、駆動モータの回転数が一定であっても、プラグファンである送風機側で要求される風量になるようにし、更に風量を増やすことができ、翼部による騒音を減少させ、従来のように、変速機やインバーターを用いることなく、プラグファンを的確に効率よく制御し、騒音も少ない空気調和機のプラグファン構造を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、プラグファンの回転軸を駆動モータの回転軸に直結した空気調和機において、左右対称の一対のインレットコーンを軸方向の位置に調整する調整盤上に設け、該インレットコーンの縮小した対向する円筒状開口部に対して回動自在に接続する左右対称の先端円形外枠を設け、該両先端円形外枠の間に前記回転軸に固着された隔壁円盤を設け、前記先端円形外枠と隔壁円盤の間には回転軸の回転中心から外側に向かう複数の翼部を配設し、前記先端円形外枠と隔壁及び翼部をユニットとして前記回転軸に対して交換可能にしたことを特徴とした空気調和機のダブルプラグファン構造である。
請求項２の発明は、請求項１において、前記隔壁の左右の翼部は、一方の翼部は他方における翼部と次の翼部との中間位置に配設し、交互に千鳥足状に設けたことを特徴とする空気調和機のダブルプラグファン構造である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２において、前記回転軸は送風室の枠体の外側に配置したモータにより駆動されることを特徴とする空気調和機のダブルプラグファン構造。

請求項１の空気調和機のダブルプラグファン構造の発明によれば、対向するダブルのインレットコーン及びプラグファンとしたことで、流体力学的に抵抗の少ないスムーズな両吸引構造となり効率が飛躍的に向上する。
また、駆動モータの回転軸とプラグファンの回転軸に直結したので、駆動モータの回転数を変えなくても、幅の異なったプラグファンを適宜交換することによって、プラグファン(送風機)側の要求される所望の風量になるように制御することができ、従来のように、ベルトとプーリでの変速機、歯車式変速機、電源周波数のインバーターは必要なく、変速機やインバーターを不必要とする分だけコストを安くでき、変速機やインバーターの寿命や保守の面からも点検箇所や補修箇所が不必要になり、また、従来の駆動モータを直結する場合のように、ランナは風量過多の状態から、別途設けた風量調整ダンパ等で要求風量まで絞って、エネルギーロスを生じさせることがなく、駆動モータの能力を１００％に近い状態で稼働させることができ、渦流を少なくし効率良く送風することができ、騒音も少なくすることができる。
特に、請求項２の空気調和機のダブルプラグファン構造の発明によれば、隔壁の左右の翼部は、一方の翼部が他方の翼部の中間位置に配設され、交互に千鳥足状に設けることによって、隔壁の強度が増すとともに、左右の翼部によって生じる風切音の波長の移相が互いに逆になり打ち消しあって風切音を小さくすることができる。
また、請求項３の空気調和機のダブルプラグファン構造の発明によれば、プラグファンの交換作業がモータとは切り離して簡単に作業でき、また、駆動モータ自体の保守が容易であるのと、駆動モータの発熱による空気をプラグファン室２２の外に放出することができる。

本発明の実施例の送風室の概略を示す正面からの断面図、 図１の側面図、 本発明のプラグファンのユニットの斜視図、 図１のＡ−Ａ線での断面図である。

従来のプラグファンを一対にし対向させダブルプラグファンユニットとし、空気調和機の能力に合ったユニットを取り付け、送風効率を高めるともに、プラグファン（送風機）側の要求される所望の風量になることを実現した。
以下、本発明の空気調和機のダブルプラグファン構造の実施例を図面に沿って説明する。

図１は、空気調和機１にダブルプラグファン構造を配置した送風室２の正面断面図で、コイルやフィルターを通過した空気は左右に分かれて、左右の空気供給室２１（２１ａ，２１ｂ）に導入され、中央のプラグファン室２２に吸い込まれる。
送風室２の中央のプラグファン室２２には、左右に一対のプラグファン３が配置され、プラグファン３に対しては左右の空気供給室２１に向けて拡大開口するインレットコーン３１が配置され、このインレットコーン３１は送風室２の枠体２３に調整盤２４を介して所定位置に固定されている。この調整盤２４の上下端は枠体２３に設けられ固定部材２５の所定位置にボルト等の固定手段２６によって固定されるが、固定部材２５には左右方向の複数の位置に雌ネジが設けられ、適正な雌ネジを選択してインレットコーン３１を適正位置に固定できるようになっている。
この調整盤２４の構成としては、逆に、固定部材２５のボルト等の固定手段２６で固定する位置を一カ所にしておき、調整盤２４の折れ曲がった脚部の長さ(調整盤２４の面とボルト２６位置の長さ)について、異なった距離の複数の調整盤２４を用意しておき、所望のプラグファンユニット４に合わせて取り付けるようにしてもよい。
一方、プラグファン３を駆動する駆動モータ５は枠体２３の外側に設けられたモータ架台２７に配置され、回転軸５１はカップリング５２を介してプラグファン回転軸３２に接続され、プラグファン回転軸３２は左右一対の軸受け３３a,３３bによって支持され、そのほぼ中央にプラグファン３の隔壁３４を取付部材３４１を介して固着する。したがって、モータ５が回転すると隔壁３４が回転しプラグファン３も回転する。
なお、本実施例ではカップリング５２を介して駆動モータを送風室２の枠体２３の外側に設け、図１に示すように、駆動モータ５を気密に枠体２３の外側の適所にモータ架台２７に設けてあるが、プラグファン３の交換作業がモータ５とは切り離して簡単に作業でき、また、駆動モータ５自体の保守が容易であるのと、駆動モータ５の発熱による空気を、プラグファン室２２の外側に放出するためである。

プラグファン３は、中央の円盤状の隔壁３４に対向して左右に一対の先端円形外枠３５を設け、その先端の小径の筒状開口３５１は円筒状で、前記インレットコーン３１の先端の小径開口３１１から空気が漏れないように、回転しても小径開口３１１を筒状開口が覆うように取り付けられている。
そして、隔壁３４と左右の先端円形外枠３５との間には、図４に示すように、回転軸３２の回転中心から外側に向かう複数の翼部３６を、回転軸３２の同一円周上に等間隔に配設し、図４の矢印方向に回転すると、翼部３６と空気の遠心力によって送風する遠心送風機を形成している。
また、隔壁３４の左右の翼部３６a,３６bは、図４に示すように、隔壁３４の一方の翼部３６aは、他方の翼部３６ｂと次の翼部３６ｂ'の中間位置に配設し、全体として交互に千鳥足状に設けている。これは、隔壁３４の強度が増すとともに、左右の翼部３６によって生じる風切音の波長の移相が互いに逆になり、打ち消しあって風切音が小さくなるようにするものである。このように、隔壁３４と先端円形外枠３５と翼部３６とは、図１及び図３に示すように、プラグファンユニット４にして隔壁３４の取付部材３４１によって回転軸３２に一括して固着する。

このプラグファン３は外側に空気を供給するが、プラグファン３の送風口３７を囲むように、断面が螺旋状のプラグファンガイド３８が設けられ、プラグファン３の送風口３７からの給気を集めて、上方の給気ダクト２８に送風し、効率の良い吹き出しが可能となる。
このように、ダブルのプラグファンを対向して設けた本実施例では、両インレットコーン３１や左右の翼部での広い面積に沿って空気が吸い込まれ、流体力学的に抵抗の少ないスムーズな両吸引構造となっているので効率がアップし、従来のシングルのプラグファンでの平均効率６５％に対して、同じ仕様の本実施例のダブルプラグファンでは７５％を達成し、実に１０％以上も飛躍的に効率がアップした。また、同じ条件のシロッコファンを基準にすると、２３.１％の省エネルギーが実現できた。

ところで、本発明のダブルプラグファン３の送風機のもう一つの特徴は、空気調和機１のプラグファン３の回転軸３２を駆動モータ５の回転軸５１にカップリング５２を介して直結して駆動し、言い換えれば、変速機やインバーターを介在させずに駆動させることである。
したがって、通常の場合には空気調和機のプラグファンに用いる駆動モータの回転数は、交流電源を使用する場合にポールの数によって決まっており、例えば、５０Hzの交流電源で４Ｐでは1500rpm、６Ｐでは1000rpm、６０Hzの交流電源で４Ｐでは1800rpm、６Ｐでは1200rpmであるため、従来では、ベルトとプーリでの変速機、歯車式変速機、電源周波数のインバーター等を用いて、送風機が必要とされる回転数に変速していたが、本発明ではこれに換えて、プラグファン３の翼部３６の幅の異なったプラグファンユニット４（図３参照）を用意しておき、必要とされる風量が得られるプラグファンユニット４を選択して、回転軸３２に取り付ければよい。
すなわち、空気調和機１の送風機においては、プラグファン３が先端円形外枠３５と隔壁３４との距離である翼部３６の幅（ランナ幅、ブレード幅）と翼部３６の傾斜角度・長さが一定の場合は、プラグファン３の回転数によって風量と静圧とは共に変化するが、回転数が一定の場合において、（１）翼部の傾斜角・長さが同じで、翼部３６の幅を変化させた場合には、静圧はほとんど変化しないが、風量は比例的に変化する。（２）ランナ径を変化させた場合、翼部３６の形状・長さが、ランナ径を代表長さとした比例形状であり、かつ、翼部３６の取付角度が同一であれば、静圧はランナ径の２乗に、風量はランナ径の３乗に比例して変化する。
この場合の風量の過不足分は、翼部の幅で調整すればよい。ただし、ランナが径方向へ大きくなる場合ランナ径に合わせてインレットコーン形状、プラグファン形状とも比例的に変化するため、結果的にプラグファンユニット４の大きさも比例的に変化させる必要がある。

本発明は、空気調和機１のプラグファン３の回転軸３２と駆動モータ５の回転軸５１とを直結しても、翼部３６の幅を変化させた場合には、静圧はほとんど変化しないが、風量は比例的に変化することに着目して、交流モータのように回転数が一定であっても、翼部の幅、すなわち、先端円形外枠３５と隔壁３４との距離を変化させて、空気調和機１のプラグファン３が要求される風量（及び静圧）になるように的確に効率よく制御できるようにしたものである。
勿論、翼部３６の幅の変更は、事前に設計プログラムより算出される翼部の傾斜角・長さ、幅に近いプラグファンユニットを選択しても、その都度製作してもよい。
ここで、プラグファンユニット４を交換すると、当然インレットコーン３１の小径開口３１１とプラグファン３の小径の筒状開口３５１の位置関係も変化するが、例えば、図３において、プラグファン３の左右の先端円形外枠３５a（３５）が異なったプラグファンユニット４に交換すると、翼部３６の幅が小さくなるので、先端円形外枠３５a',３５b'の位置になってしまう。この場合には調整盤２４を左右に移動してインレットコーン３１の位置を移動させ(図１の矢印Ｃ)、元の小径開口３１１と筒状開口３５１の位置関係にして固定すればよい。

以上のように、本発明の実施例の空気調和機のダブルプラグファン構造は、対向するダブルのインレットコーン３１及びプラグファン３としたことで、流体力学的に抵抗の少ないスムーズの両吸引構造となり効率が飛躍的に向上する。
また、駆動モータ５の回転軸５１とプラグファン３の回転軸３２に直結したので、駆動モータ５の回転数を変えなくても、幅の異なったプラグファンユニット４を適宜交換することにより、プラグファン３(送風機)側が要求される所望の風量になるように制御することができ、従来のように、ベルトとプーリでの変速機、歯車式変速機、電源周波数のインバーターは必要なく、変速機やインバーターを不必要とする分だけコストを安くでき、変速機やインバーターは寿命や保守の面からも点検箇所や補修箇所が不必要になる。

また、従来の駆動モータを直結する場合のように、ランナ(翼部)は風量過多の状態から、別途設けた風量調整ダンパ等で要求される風量まで絞って、エネルギーロスを生じさせることがなく、駆動モータの能力を１００％に近い状態で稼働させることができ、渦流を少なくし効率良く送風することができ、騒音も少なくすることができる。特に、隔壁の左右の翼部は、一方の翼部は他方の翼部と次の翼部の中間位置に配設し、交互に千鳥足状に設けることによって、隔壁の強度が増すとともに、左右の翼部によって生じる風切音の波長の移相が互いに逆になり打ち消しあって風切音が小さくなる。
なお、本発明の特徴を損なうものでなければ、上記の実施例に限定されるものでないことは勿論であり、プラグファンに限らず、翼部と空気の遠心力を用いて送風する送風機、例えば、翼型送風機、チューブラ送風機等の遠心送風機に用いてもよい。

１・・空気調和機
２・・送風室、２１,２１a,２１b・・空気供給室、２２・・プラグファン室、

２３・・枠体、２４・・調整盤、２５・・固定部材、
２６・・固定手段(ボルト)、２７・・モータ架台、２８・・給気ダクト、
３・・プラグファン、３１,３１a,３１b・・インレットコーン、
３１１・・小径開口、
３２・・回転軸、３３a,３３b・・軸受け、３４・・隔壁、
３４１・・取付部材、３５,３５a,３５a',３５b,３５b'・・先端円形外枠、
３５１・・小径の筒状開口、
３６,３６a,３６b,３６b'・・翼部、３７・・送風口、
３８・・プラグファンガイド
４・・プラグファンユニット、
５・・モータ、５１・・回転軸、５２・・カップリング、

Claims (3)

1. プラグファンの回転軸を駆動モータの回転軸に直結した空気調和機において、左右対称の一対のインレットコーンを軸方向の位置に調整する調整盤上に設け、該インレットコーンの縮小した対向する円筒状開口部に対して回動自在に接続する左右対称の先端円形外枠を設け、該両先端円形外枠の間に前記回転軸に固着された隔壁円盤を設け、前記先端円形外枠と隔壁円盤の間には回転軸の回転中心から外側に向かう複数の翼部を配設し、前記先端円形外枠と隔壁及び翼部をユニットとして前記回転軸に対して交換可能にしたことを特徴とした空気調和機のダブルプラグファン構造。
2. 請求項１において、前記隔壁の左右の翼部は、一方の翼部は他方における翼部と次の翼部の中間位置に配設し、交互に千鳥足状に設けたことを特徴とする空気調和機のダブルプラグファン構造。
3. 請求項１又は請求項２において、前記回転軸は送風室の枠体の外側に配置したモータにより駆動されることを特徴とする空気調和機のダブルプラグファン構造。

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