JP2018036001A - クロスフローファン、及びそれを用いた空調機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、風量分布に対応した形状対策を施した実用的な熱交換機能付きのクロスフローファンを提供することにある。
【解決手段】クロスフローファン１００では、入口部６１Ａと出口部６１Ｂとの間に第１ブレード６４Ａ群と第２ブレード６４Ｂ群とを配置し、中空フィンプレート６５を第１ブレード６４Ａ群と第２ブレード６４Ｂ群との間に配置することによって、仮に第１ブレード６４Ａ群で偏流が生じていても、第１ブレード６４Ａを流れてきた冷却水を一旦集合させて第２ブレード６４Ｂ群へ冷却水を再分岐させるので、冷却水の偏流を解消する機会が与えられる。さらに、冷却水流路が中空フィンプレート６５で拡大するので、それがマフラー効果を発揮して騒音を抑制することもできる。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、熱交換機能と送風機能とを兼ね備えた熱交換機能付きクロスフローファン、及びそれを用いた空調機に関する。

従来、熱交換器内部を通過する熱媒体と熱交換器外部を通過する空気との熱交換を促進する機器として、羽根車をモータで回転させる送風機が広く普及している。

その一方で、近年、羽根車内部に熱媒体が流通可能な流路を形成して羽根車自体を熱交換器として利用する熱交換機能付き送風機の研究も行われている。

例えば、特許文献１（特開２０１１−２１８７号公報）には、羽根部の内部に冷媒が通過可能な流路を備えた熱交換ファンが開示されている。具体的には、羽根車の回転軸の一端部がモータの中心部に挿通され、その軸内部を冷媒が通過して羽根内部の冷媒流路に分流する構成である。

上記の送風機は、気体が羽根車の軸に直角な断面内で通り抜けるクロスフローファン（JIS B 0132）に相当するが、元々、クロスフローファンを通過する風量の分布自体が左右及び中央で不均一であるため、羽根内部に熱媒体が流れた場合には温度も左右及び中央で不均一となる。それゆえ、予め、風量分布がわかっているならば、風量の多い部分に多くの流体を流通させるのが望ましい。

しかしながら、上記の熱交換ファンは、風量分布に対応した形状対策が施されているようには見受けられず、実用的とは言い難い。

本発明の課題は、風量分布に対応した形状対策を施した実用的な熱交換機能付きのクロスフローファンを提供することにある。

本発明の第１観点に係るクロスフローファンは、回転する羽根車を備えるクロスフローファンであって、羽根車が、流体を導入する入口部と、流体を排出する出口部と、第１中空ブレード群及び第２中空ブレード群と、中空部材とを有している。第１中空ブレード群及び第２中空ブレード群は、入口部と出口部との間に配置され流体を内部に通す。中空部材は、第１中空ブレード群と第２中空ブレード群との間に配置され、第１中空ブレード群内を流れてきた流体を集合させ、第２中空ブレード群へ流体を分岐させる。

例えば、入口部から出口部にかけて、一つのブレード群だけが存在した場合、ブレード群への流入時に偏流が生じると、流体は偏流が解消される機会がないまま終端まで到達する。逆に、ブレード群の各ブレードに均一に分流したにもかかわらず、流れの途中で偏流が生じることもある。このような場合、唯でさえ風量分布が不均一であるので、最悪の場合、風量の少ないところに多くの流体が流通することも起こりうる。

これに対し、このクロスフローファンでは、入口部と出口部との間に第１中空ブレード群と第２中空ブレード群とを配置し、中空部材を第１中空ブレード群と第２中空ブレート群との間に配置することによって、仮に第１中空ブレード群で偏流が生じていても、第１中空ブレードを流れてきた流体を集合させて第２中空ブレード群へ流体を分岐させるので、流体の偏流を解消する機会が与えられる。

その結果、一つのブレード群だけが存在する場合に比べて、流体の偏流の発生が抑制され、少なくとも、風量の少ないところに多くの流体が流通するような事態を抑制することができる。

さらに、流体流路が中空部材で拡大するので、それがマフラー効果を発揮して騒音を抑制することもできる。

本発明の第２観点に係るクロスフローファンは、第１観点に係るクロスフローファンであって、中空部材が短円筒形状である。

このクロスフローファンでは、短円筒形状の中空部材に入った流体は、中空部材の回転によって流体に圧力が作用し、粗密なく流体が分布する。それゆえ、流体がブレード群の各ブレードに均等に分流するので、偏流が回避される。

本発明の第３観点に係るクロスフローファンは、第１観点又は第２観点に係るクロスフローファンであって、第１中空ブレード群のブレード数と第２中空ブレード群のブレード数が異なる。

このクロスフローファンでは、例えば、風量が多くなる側にブレード数が多いブレード群を配置することによって、風量が多い領域を通過する流体の分流路が多くなり、その分、熱交換が促進されるので、熱交換性能が高まる。

本発明の第４観点に係るクロスフローファンは、第１観点から第３観点のいずれか１つに係るクロスフローファンであって、羽根車の長手方向中央部で最多のブレード数となるように第１中空ブレード群又は第２中空ブレード群を配置する。

このクロスフローファンでは、クロスフローファンの特徴として、風量は中央が多くなるので、中央に位置するブレード群のブレード数を他のブレード群のブレード数より増やすことによって、中央を流れる流体の分流路が多くなり、その分、熱交換が促進されるので、熱交換性能が高まる。

本発明の第５観点に係るクロスフローファンは、第１観点から第４観点のいずれか１つに係るクロスフローファンであって、第１中空ブレード群又は第２中空ブレード群のブレードを貫通させて支持する連結プレートをさらに備える。

このクロスフローファンでは、連結プレートは、ブレード群のブレードを貫通させる構造であり、各ブレードが連結プレートで支持されることによって、羽根車が全体的に補強される。

本発明の第６観点に係るクロスフローファンは、第１観点から第５観点のいずれか１つに係るクロスフローファンであって、第１中空ブレード群のブレードのスキュー角と第２中空ブレード群のブレードのスキュー角とが異なる。

このクロスフローファンでは、第１中空ブレード群と第２中空ブレード群とでブレードのスキュー角が異なるので、スキュー角が変化しない先行技術（特許文献１）よりも回転音が抑制される。

本発明の第７観点に係るクロスフローファンは、第１観点から第６観点のいずれか１つに係るクロスフローファンであって、第１中空ブレード群および第２中空ブレード群と、中空部材とが、炉中ロウ付けにより接合される。

このクロスフローファンでは、少なくとも手動ロウ付けよりも生産性が高く、合理的である。

本発明の第８観点に係るクロスフローファンは、第１観点から第７観点のいずれか１つに係るクロスフローファンであって、羽根車が、第１中空ブレード群および第２中空ブレード群を含めて少なくとも３個のブレード群を有する。

このクロスフローファンでは、位置に応じてブレード群のブレード数を異ならせた配置が可能となるので、ブレード群ごとに流れる流体流量を設定しておき、風量分布に併せて配置することが可能となり、熱交換性能の向上を図ることができる。

本発明の第９観点に係る空調機は、第１観点から第８観点のいずれか１つに係るクロスフローファンを備えた空調機である。

この空調機では、送風機能と熱交換機能とを兼ね備えたクロスフローファンを採用することにより、空調機のさらなる小形化を実現することができる。

本発明の第１観点に係るクロスフローファンでは、入口部と出口部との間に第１中空ブレード群と第２中空ブレード群とを配置し、中空部材を第１中空ブレード群と第２中空ブレート群との間に配置することによって、仮に第１中空ブレード群で偏流が生じていても、第１中空ブレードを流れてきた流体を集合させて第２中空ブレード群へ流体を分岐させるので、流体の偏流を解消する機会が与えられる。

その結果、一つのブレード群だけが存在する場合に比べて、流体の偏流の発生が抑制され、少なくとも、風量の少ないところに多くの流体が流通するような事態を抑制することができる。

さらに、流体流路が中空部材で拡大するので、それがマフラー効果を発揮して騒音を抑制することもできる。

本発明の第２観点に係るクロスフローファンでは、短円筒形状の中空部材に入った流体は、中空部材の回転によって流体に圧力が作用し、粗密なく流体が分布する。それゆえ、流体がブレード群の各ブレードに均等に分流するので、偏流が回避される。

本発明の第３観点に係るクロスフローファンでは、例えば、風量が多くなる側にブレード数が多いブレード群を配置することによって、風量が多い領域を通過する流体の分流路が多くなり、その分、熱交換が促進されるので、熱交換性能が高まる。

本発明の第４観点に係るクロスフローファンでは、クロスフローファンの特徴として、風量は中央が多くなるので、中央に位置するブレード群のブレード数を他のブレード群のブレード数より増やすことによって、中央を流れる流体の分流路が多くなり、その分、熱交換が促進されるので、熱交換性能が高まる。

本発明の第５観点に係るクロスフローファンでは、連結プレートは、ブレード群のブレードを貫通させる構造であり、各ブレードが連結プレートで支持されることによって、羽根車が全体的に補強される。

本発明の第６観点に係るクロスフローファンでは、第１中空ブレード群と第２中空ブレード群とでブレードのスキュー角が異なるので、スキュー角が変化しない先行技術（特許文献１）よりも回転音が抑制される。

本発明の第７観点に係るクロスフローファンでは、少なくとも手動ロウ付けよりも生産性が高く、合理的である。

本発明の第８観点に係るクロスフローファンでは、位置に応じてブレード群のブレード数を異ならせた配置が可能となるので、ブレード群ごとに流れる流体流量を設定しておき、風量分布に併せて配置することが可能となり、熱交換性能の向上を図ることができる。

本発明の第９観点に係る空調機では、送風機能と熱交換機能とを兼ね備えたクロスフローファンを採用することにより、空調機のさらなる小形化を実現することができる。

本発明の第１実施形態に係るクロスフローファンを用いた空調機の構成図。 利用側ユニットを吹出口下方から視たときの外観図。 利用側ユニットを吸込口上方から視たときの外観図。 利用側ユニットの側断面図。 クロスフローファン及びそれを支持する支持枠の斜視図。 クロスフローファンの断面図。 伝熱管を変更したクロスフローファンの断面図。 第１シャフト及び第２シャフトを外した羽根車の正面図。 羽根車を図５のＡ−Ａ線で切断したときの当該羽根車の断面図。 ブレードの断面図。 本発明の第２実施形態に係るクロスフローファンを用いた空調機の構成図。

以下図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

＜第１実施形態＞
（１）空調機１の概要
図１は、本発明の第１実施形態に係る熱交換機能付きクロスフローファン１００を用いた空調機１の構成図である。図１において、空調機１は熱源側ユニット１０と利用側ユニット３０とを備えている。

熱源側ユニット１０は、利用側ユニット３０に冷却水を供給する。利用側ユニット３０は、配管２０によって熱源側ユニット１０と結ばれており、熱源側ユニット１０で生成された冷却水は、配管２０を通って利用側ユニット３０に到達し、吸熱して再び配管２０を通って熱源側ユニット１０へ戻ってくる。

（１−１）熱源側ユニット１０
熱源側ユニット１０は、第１ポンプ１１と、第２ポンプ１２と、熱交換器１５と、集合冷却器１７とを備えている。熱源側ユニット１０には、一つ若しくは二以上の熱交換器１５が設けられており、熱交換器１５ごとに第１ポンプ１１及び第２ポンプ１２が設置されている。

配管２０から戻ってきた温度上昇した冷却水は、第１ポンプ１１によって熱交換器１５へ引き入れられて冷却される。冷却された冷却水は、第１ポンプ１１によって再び配管２０へ送られる。なお、配管２０と第１ポンプ１１とは、送水用ヘッダー１９ａを介して接続されている。また、配管２０から戻ってきた水は、返水用ヘッダー１９ｂを介して熱交換器１５に流れる。

熱交換器１５は冷却水配管１６によって集合冷却器１７と結ばれており、冷却用水は第２ポンプ１２によって熱交換器１５と集合冷却器１７との間を循環する。

したがって、熱交換器１５からの排熱によって温度上昇した冷却用水は、集合冷却器１７に送られて必要な温度まで冷却され、再び熱交換器１５に戻ってくる。

（１−２）利用側ユニット３０
図２Ａは、利用側ユニット３０を吹出口３１ｂ下方から視たときの外観図である。また、図２Ｂは、利用側ユニット３０を吸込口３１ａ上方から視たときの外観図である。さらに、図２Ｃは、利用側ユニット３０の側断面図である。

図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃにおいて、利用側ユニット３０は、吸込口３１ａ及び吹出口３１ｂを有する本体ケーシング３１によって外郭が形成されている。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、本体ケーシング３１の天面に吸込口３１ａが設けられ、下面には吹出口３１ｂが形成されている。吹出口３１ｂは、モータ駆動によりスイングするフラップ３２によって開閉される。

図２Ｃに示すように、本体ケーシング３１内にクロスフローファン１００が搭載されている。本実施形態では、クロスフローファン１００は、空気が羽根車６０の軸に直角な断面内で通り抜けるクロスフローファン（JIS B 0132）に相当する。

図３は、クロスフローファン１００及びそれを支持する支持枠７８の斜視図である。支持枠７８は、羽根車６０の背面側と下方側とを覆うように略Ｌ字状に形成された構造体である。

羽根車６０は、熱媒体が流通可能な熱交換器を兼ねており、クロスフローファン１００は、熱交換器機能付きクロスフローファンである。以下、クロスフローファン１００について説明する。

（２）クロスフローファン１００の構成
図４Ａは、クロスフローファン１００の断面図である。図４Ａにおいて、クロスフローファン１００は、モータ５０と、モータ５０によって駆動される羽根車６０とを有している。羽根車６０は、長細い円筒形状に形成されており、長軸が水平になるように配置される。

（２−１）モータ５０
モータ５０は、アウターロータ型のモータであり、固定子５１と回転子５３とを有している。

（２−１−１）固定子５１
固定子５１は、磁界を発生させるための鉄心やコイルなどを収納する円柱部５１１を有しており、回転子５３の内周面と一定の隙間を保って配置される。また、固定子５１は、円柱部５１１の中央を軸方向に貫通する円筒空間である貫通空間５１０をさらに有している。

（２−１−２）回転子５３
回転子５３は、微小な磁石粒を含む樹脂材料により形成されており、固定子５１から発生する磁力により回転する。

回転子５３は、固定子５１の外径よりも僅かに大きい内径を成す円筒壁５３１を有しており、その円筒壁５３１で囲まれた空間内に、固定子５１の円柱部５１１が一定の隙間を保って配置される。つまり、回転子５３は、固定子５１の径方向外側に配置される。

（２−２）羽根車６０
図４Ａに示すように、羽根車６０は、第１エンドプレート６２Ａ、第２エンドプレート６２Ｂ、中空フィンプレート６５、第１シャフト６１１、第２シャフト６１２、伝熱管６３及びブレード６４を有している。

また、図５は、第１シャフト６１１及び第２シャフト６１２を外した羽根車６０の正面図である。以下、図４Ａ及び図５を用いて各部の説明を行う。

（２−２−１）第１エンドプレート６２Ａ、第２エンドプレート６２Ｂ
第１エンドプレート６２Ａ及び第２エンドプレート６２Ｂは、羽根車６０の両側に配置される円盤状の中空部材であり、熱伝導性の高い金属、例えば、アルミニウム若しくはアルミニウム合金から成形される。

第１エンドプレート６２Ａの中央には、伝熱管６３の第１管６３１及び第２管６３２が嵌合する程度の貫通孔が設けられている。また、第２エンドプレート６２Ｂの中央には、伝熱管６３の第２管６３２及び第３管６３３が嵌合する程度の貫通孔が設けられている。

また、第１エンドプレート６２Ａには、ブレード６４の一端が嵌合する複数のブレード挿入孔が、その外周縁に沿って、一定の間隔で、中心を取り囲むように設けられている。同様に、第２エンドプレート６２Ｂにも、ブレード６４の他端が嵌合する複数のブレード挿入孔が、その外周縁に沿って、一定の間隔で、中心を取り囲むように設けられている。

また、第１エンドプレート６２Ａには、モータ５０の回転子５３が同軸上に配置され、機械的に連結されている。

（２−２−２）中空フィンプレート６５
中空フィンプレート６５は、第１エンドプレート６２Ａと第２エンドプレート６２Ｂとの間に配置される円盤状（短円筒形状）の中空部材であり、熱伝導性の良い金属、例えば、アルミニウム若しくはアルミニウム合金で成形されている。この実施形態では、第１エンドプレート６２Ａと第２エンドプレート６２Ｂとの間に１９個の中空フィンプレート６５が同軸上に等間隔で配置されている。

中空フィンプレート６５の中央には、伝熱管６３の第２管６３２が嵌合する程度の貫通孔が設けられている。また、中空フィンプレート６５には、ブレード６４の一端が嵌合する複数のブレード挿入孔が、その外周縁に沿って、一定の間隔で、中心を取り囲むように設けられている。

（２−２−３）第１シャフト６１１
第１シャフト６１１は第１エンドプレート６２Ａの回転軸線上に配置され、第１エンドプレート６２Ａに連結されている。本実施形態では、第１シャフト６１１は固定子５１の貫通空間５１０に挿入され、固定子５１の外側で軸支される。

また、第１シャフト６１１には、その中央を軸に沿って貫く貫通孔が形成されており、その内側は予めネジ切りされている。

第１シャフト６１１は、支持枠７８側に回転可能に保持され、羽根車６０が回転する際の回転軸となる。

（２−２−４）第２シャフト６１２
第２シャフト６１２は第２エンドプレート６２Ｂの回転軸線上に配置され、第２エンドプレート６２Ｂに連結されている。また、第２シャフト６１２にも、その中央を軸に沿って貫く貫通孔が形成されており、その内側は予めネジ切りされている。

第２シャフト６１２は、支持枠７８側に回転可能に保持され、羽根車６０が回転する際の回転軸となる。

（２−２−５）伝熱管６３
伝熱管６３は、第１管６３１、第２管６３２及び第３管６３３とで構成されている。

（２−２−５−１）第１管６３１
第１管６３１は、第１シャフト６１１を貫通して第１エンドプレート６２Ａに至る。第１管６３１の一端は、第１エンドプレート６２Ａの中空部６２Ａａ内に露出するように第１エンドプレート６２Ａと接合されている。

接合方法としては、例えば、第１エンドプレート６２Ａの中央の貫通孔に第１管６３１の一端を中空部６２Ａａに露出するまで挿入し、その状態でロウ付けする方法が採用される。

（２−２−５−２）第２管６３２
第２管６３２は、第１エンドプレート６２Ａとそれに隣接する中空フィンプレート６５との間、及び互いに隣接する中空フィンプレート６５の間、並びに中空フィンプレート６５とそれに隣接する第２エンドプレート６２Ｂとの間を結ぶ。

例えば、第２管６３２の一端が一つの第１エンドプレート６２Ａの中空部６２Ａａ内に露出するように第１エンドプレート６２Ａと接合され、第２管６３２の他端が中空フィンプレート６５の中空部６５ａ内に露出するように中空フィンプレート６５と接合される。

同様に、別の第２管６３２の一端が一つの中空フィンプレート６５の中空部６５ａ内に露出するように中空フィンプレート６５と接合され、当該第２管６３２の他端が隣接する中空フィンプレート６５の中空部６５ａ内に露出するように当該中空フィンプレート６５と接合される。

同様に、さらに別の第２管６３２の一端が一つの中空フィンプレート６５の中空部６５ａ内に露出するように中空フィンプレート６５と接合され、当該第２管６３２の他端が第２エンドプレート６２Ｂの中空部６２Ｂａ内に露出するように第２エンドプレート６２Ｂと接合される。

第２管６３２と、第１エンドプレート６２Ａ、中空フィンプレート６５、第２エンドプレート６２Ｂとの接合方法は、第１エンドプレート６２Ａの中央の貫通孔に第２管６３２の一端を中空部６２Ａａに露出するまで挿入し、さらに中空フィンプレート６５の中央の貫通穴に第２管６３２の他端を中空部６５ａに露出するまで挿入し、その状態でロウ付けする方法が採用される。

同様に、中空フィンプレート６５の中央の貫通孔に第２管６３２の一端を中空部６５ａに露出するまで挿入し、さらに第２エンドプレート６２Ｂの中央の貫通穴に第２管６３２の他端を中空部６２Ｂａに露出するまで挿入し、その状態でロウ付けする方法が採用される。

（２−２−５−３）第３管６３３
第３管６３３は、第２エンドプレート６２Ｂから突出して第２シャフト６１２を貫通する。第３管６３３の一端は、第２エンドプレート６２Ｂの中空部６２Ｂａ内に露出するように第２エンドプレート６２Ｂと接合されている。

接合方法としては、第１管６３１の場合と同様に、第２エンドプレート６２Ｂの中央の貫通孔に第３管６３３の一端を中空部６２Ｂａに露出するまで挿入し、その状態でロウ付けする方法が採用される。

（２−２−６）ブレード６４
図６は、羽根車６０を図５のＡ−Ａ線で切断したときの当該羽根車６０の断面図である。図６において、複数のブレード６４は、中空フィンプレート６５の外周縁に沿って、一定の間隔で、中心を取り囲むように配置されている。

ブレード６４は軸方向の側面を中空フィンプレート６５で覆われているので、図６の実線矢印Ｂ方向に回転しても軸方向からの空気の流入はなく、空気は羽根車６０の軸に直角な断面内で通り抜ける（破線矢印参照）。

図７は、ブレード６４の断面図である。図７において、ブレード６４は中空構造である。但し、内部に熱媒体を流通させて熱交換機能を持たせるため、熱伝導性の高い金属、例えば、アルミニウム若しくはアルミニウム合金で押出成形されている。ブレード６４は、第１ブレード６４Ａと、第２ブレード６４Ｂとを含んでいる。

また、第１ブレード６４Ａ群の各ブレードのスキュー角と第２ブレード６４Ｂ群の各ブレードのスキュー角とは異なり、スキュー角が変化しない先行技術（特許文献１）よりも回転音が抑制されている。

さらに、ブレード６４では、風量分布と熱交換量とのバランスを調整するため、第１ブレード６４Ａ群及び第２ブレード６４Ｂ群のブレード数を異ならせている。本実施形態では、ブレード数の多い第２ブレード６４Ｂ群を中央部に配置し、それらを挟むようにブレード数が第２ブレード６４Ｂ群よりも少ない第１ブレード６４Ａ群を配置している。

勿論、風量分布と熱交換量とのバランス調整をより細かく設定するために、第１ブレード６４Ａ群と第２ブレード６４Ｂ群との間に、さらにブレード数の異なるブレード群を配置して、少なくとも３個のブレード群とすることも可能である。

（２−２−６−１）第１ブレード６４Ａ
第１ブレード６４Ａは、一端が第１エンドプレート６２Ａ又は第２エンドプレート６２Ｂに接合され、他端が中空フィンプレート６５に接合される。

第１ブレード６４Ａの一端は、第１エンドプレート６２Ａの中空部６２Ａａ内、又は第２エンドプレート６２Ｂの中空部６２Ｂａ内に露出するように第１エンドプレート６２Ａ又は第２エンドプレート６２Ｂに接合されている。

そして、第１ブレード６４Ａの他端は、中空フィンプレート６５の中空部６５ａ内に露出するように中空フィンプレート６５と接合されている。

なお、第１ブレード６４Ａと、第１エンドプレート６２Ａ及び中空フィンプレート６５、との接合方法は、第１エンドプレート６２Ａのブレード挿入孔に第１ブレード６４Ａ群の各ブレードの一端を中空部６２Ａａに露出するまで挿入し、その状態でロウ付けする方法が採用される。同様に、中空フィンプレート６５のブレード挿入孔にも、当該各ブレードの他端を中空部６５ａに露出するまで挿入し、その状態でロウ付けする方法が採用される。

（２−２−６−２）第２ブレード６４Ｂ
第２ブレード６４Ｂは、一端が互いに隣接する中空フィンプレート６５の一方に接合され、他端が他方の中空フィンプレート６５に接合される。第２ブレード６４Ｂ群は、風量の多い羽根車６０の中央部に配置されるので、ブレード数が第１ブレード６４Ａ群よりも多く設定され、熱交換量の増大を図っている。

第２ブレード６４Ｂの両端は、中空フィンプレート６５の中空部６５ａ内に露出するように中空フィンプレート６５と接合されている。

なお、第２ブレード６４Ｂと中空フィンプレート６５との接合方法は、中空フィンプレート６５のブレード挿入孔に第２ブレード６４Ｂ群の各ブレードの端を中空部６５ａに露出するまで挿入し、その状態でロウ付けする方法が採用される。

（２−２−７）連結プレート６６
連結プレート６６は、第１ブレード６４Ａ群または第２ブレード６４Ｂ群の各ブレードを貫通させて支持する。各ブレードが連結プレート６６で支持されることによって、羽根車６０が全体的に補強される。なお、連結プレート６６は、樹脂又は金属で成形されており、本実施形態では樹脂製である。

（２−３）ロータリージョイント７１
ロータリージョイント７１は、熱媒体を静止部から回転部へ移送する部材であり、静止部に相当するジョイントハウジング７１１と回転部に相当するジョイントシャフト７１３とを有している。ジョイントシャフト７１３の一部は、ジョイントハウジング７１１内のベアリング軸受け（図示せず）によって回転可能に保持されている。

（２−３−１）ジョイントハウジング７１１
ジョイントハウジング７１１には、流路７１１ａが形成されている。また、ジョイントハウジング７１１には、その側方から流路７１１ａに合流する流通口７１１ｂが形成されている。流通口７１１ｂは、配管２０を介して熱源側ユニット１０と繋がっており、熱媒体が出入りする。

（２−３−２）ジョイントシャフト７１３
ジョイントシャフト７１３には、回転軸と同心の筒状の流路７１３ａが形成されている。ジョイントシャフト７１３の先端部は、第１シャフト６１１の端部に連結されるため、ジョイントシャフト７１３の先端部は予めネジ切りされている。

それゆえ、ジョイントシャフト７１３の先端部を第１シャフト６１１の貫通孔の内側に螺合させることによって、ジョイントシャフト７１３の先端部と第１シャフト６１１の端部との連結が完了する。

同様に、ジョイントシャフト７１３の先端部を第２シャフト６１２の貫通孔の内側に螺合させることによって、ジョイントシャフト７１３の先端部と第２シャフト６１３の端部との連結が完了する。

（３）クロスフローファン１００の動作
モータ５０の固定子５１に通電されると、回転子５３が回転し、その回転子５３に同軸に固定された羽根車６０も回転する。羽根車６０の回転によって、ブレード６４が周囲の空気を取り込む。

取り込まれた空気は、羽根車６０の中心を貫く伝熱管６３、及び伝熱管６３に接合された中空フィンプレート６５の表面を通過して、羽根車６０の軸に直角な断面内で通り抜けていく。

図１において、熱媒体としての冷却水は、熱源側ユニット１０から配管２０を介して利用側ユニット３０に到達する。

図４Ａにおいて、冷却水は一つのロータリージョイント７１から入り、第１管６３１を経由して第１エンドプレート６２Ａの中空部６２Ａａに流れる。冷却水の水圧に加えて、第１エンドプレート６２Ａの回転による遠心力で、冷却水は中空部６２Ａａを隅々まで充たす。その後、冷却水は第２管６３２、複数の第１ブレード６４Ａそれぞれの内部を経由して中空フィンプレート６５に至る。

冷却水の水圧に加えて、中空フィンプレート６５の回転による遠心力で、冷却水は中空部６５ａを隅々まで充たす。その後、冷却水は第２管６３２、複数の第２ブレード６４Ｂそれぞれの内部を経由して隣接する中空フィンプレート６５に至る。

このように、分流した冷却水を一旦集合させてから再び分流させる構成を採ることによって、上流側で発生した偏流を解消することができる。冷却水は、この流れを繰返しながら第２エンドプレート６２Ｂに至る。

ブレード６４自体が回転しているので、ブレード６４内を通過する冷却水とブレード６４の回転によって発生する空気流との熱交換によって、空気流の熱量が冷却水に奪われる。また、冷却水は、第２管６３２及び中空フィンプレート６５を介して、ブレード６４の回転によって発生する空気流と熱交換を行う。このように、熱交換によって冷却された空気は利用側ユニット３０から吹き出されて、周囲空間を冷却する。

冷却水は、熱交換しながら第２エンドプレート６２Ｂに到達する。第２エンドプレート６２Ｂの中空部６２Ｂａは、熱交換よって温度上昇した冷却水で満たされるが、後続する冷却水の圧力で中央に集合し、伝熱管６３の第３管６３３に流れ、もう一つのロータリージョイント７１から出て行く。

（４）その他の構成
上記第１実施形態では、第１エンドプレート６２Ａと中空フィンプレート６５との間、及び中空フィンプレート６５と第２エンドプレート６２Ｂとの間が第２管６３２で繋がり、冷却水の流通が可能となっているが、使用条件等により複数のブレード６４それぞれ分流量への影響を排除したい場合には、図４Ｂに示すように、第２管６３２のみを塞いでもよい。

（５）第１実施形態の特徴
（５−１）
クロスフローファン１００では、入口部６１Ａと出口部６１Ｂとの間に第１ブレード６４Ａ群と第２ブレード６４Ｂ群とを配置し、中空フィンプレート６５を第１ブレード６４Ａ群と第２ブレード６４Ｂ群との間に配置することによって、仮に第１ブレード６４Ａ群で偏流が生じていても、第１ブレード６４Ａを流れてきた冷却水を一旦集合させて第２ブレード６４Ｂ群へ冷却水を再分岐させるので、冷却水の偏流を解消する機会が与えられる。

その結果、一つのブレード群だけが存在する場合に比べて、冷却水の偏流の発生が抑制され、少なくとも、風量の少ないところに多くの冷却水が流通するような事態を抑制することができる。

さらに、冷却水流路が中空フィンプレート６５で拡大するので、それがマフラー効果を発揮して騒音を抑制することもできる。

（５−２）
クロスフローファン１００では、短円筒形状の中空フィンプレート６５に入った冷却水は、中空フィンプレート６５の回転によって冷却水に圧力が作用し、粗密なく冷却水が分布する。それゆえ、冷却水がブレード群の各ブレードに均等に分流するので、偏流が回避される。

（５−３）
クロスフローファン１００では、その特徴として、風量は中央が多くなるので、中央に位置するブレード群のブレード数を他のブレード群のブレード数より増やすことによって、中央を流れる冷却水の分流路が多くなり、その分、熱交換が促進されるので、熱交換性能が高まる。

（５−４）
クロスフローファン１００では、第１ブレード６４Ａ群と第２ブレード６４Ｂ群とでブレードのスキュー角が異なるので、スキュー角が変化しない先行技術（特許文献１）よりも回転音が抑制される。

（５−５）
クロスフローファン１００では、位置に応じてブレード群のブレード数を異ならせた配置が可能となるので、ブレード群ごとに流れる冷却水流量を設定しておき、風量分布に併せて適切なブレード群を配置することが可能となり、熱交換性能の向上を図ることができる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、クロスフローファン１００に冷却水を流通させる空調機について説明したが、ここでは、クロスフローファンに冷媒を流通させる空調機について説明する。

（１）空調機２０１の構成
図８は、本発明の第２実施形態に係るクロスフローファンを用いた空調機の概略構成図である。空調機２０１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転によって、ビル等の室内の冷暖房を行う装置である。空調機２０１は、熱源側ユニットである一台の室外ユニット２２０と、それに並列に接続された複数台（本実施形態では、４台）の利用側ユニットである室内ユニット２４０と、室外ユニット２２０と室内ユニット２４０とを接続する液冷媒連絡管２８１およびガス冷媒連絡管２８２とを備えている。

空調機２０１の冷媒回路２１１は、室外ユニット２２０と、室内ユニット２４０と、液冷媒連絡管２８１およびガス冷媒連絡管２８２とが接続されることによって構成されている。

（１−１）室内ユニット２４０
室内ユニット２４０は、ビル等の室内の天井に吊り下げ等により、または、室内の壁面に壁掛け等により設置されている。

室内ユニット２４０は、冷媒回路２１１の一部を構成する室内側冷媒回路２１１ａを有している。この室内側冷媒回路２１１ａには、室内膨張弁２４１と、熱交換機能付きクロスフローファン２００とが含まれている。なお、本実施形態では、室内ユニット２４０それぞれに室内膨張弁２４１が設けられているが、これに限らずに、膨張機構（膨張弁を含む）が室外ユニット２２０に設けられてもよいし、室内ユニット２４０や室外ユニット２２０とは独立した接続ユニットに設けられてもよい。

（１−１−１）室内膨張弁２４１
室内膨張弁２４１は、電動式膨張弁である。室内膨張弁２４１は、室内側冷媒回路２１１ａ内を流れる冷媒の流量の調節等を行うために、熱交換機能付きクロスフローファン２００の液側に接続される。また、室内膨張弁２４１は、冷媒の通過を遮断することもできる。

（１−１−２）クロスフローファン２００
熱交換機能付きクロスフローファン２００は、第１実施形態のクロスフローファン１００を原形とし、耐圧性を向上させた上で採用する。ここでは、図４Ａを用いて説明する。

クロスフローファン２００は、室内ユニット２４０内に室内空気を吸入して、自身の熱交換機能を発揮して冷媒と熱交換させた後に、供給空気として室内に供給する。また、クロスフローファン２００は、空気の風量を所定風量範囲において変更することができる。

また、クロスフローファン２００では、風量固定モードと風量自動モードとをリモコン等の入力装置を介して選択することができる。

ここで、風量固定モードとは、風量が最も小さい弱風、風量が最も大きい強風、および弱風と強風との中間程度の中風の３種類の固定風量に設定するモードである。また、風量自動モードとは、過熱度ＳＨや過冷却度ＳＣなどに応じて弱風から強風までの間において自動的に変更するモードである。

例えば、利用者が「弱風」、「中風」、および「強風」のいずれかを選択した場合には風量固定モードとなり、「自動」を選択した場合には、運転状態に応じて自動的に風量が変更される風量自動モードとなる。

なお、本実施形態では、クロスフローファン２００の風量のファンタップは「弱風」、「中風」、および「強風」の３段階で切り換えられる。ここで、この切り換え段数は３段階に限らずに、例えば１０段階などであってもよい。

クロスフローファン２００の風量は、モータ５０の回転数によって演算される。ここで、風量の演算は、モータ５０の電流値に基づいて演算されてもよいし、設定されているファンタップに基づいて演算されてもよい。

（１−２）室外ユニット２２０
室外ユニット２２０は、ビル等の室外に設置されており、液冷媒連絡管２８１およびガス冷媒連絡管２８２を介して室内ユニット２４０に接続されており、室内ユニット２４０とともに冷媒回路２１１を構成している。

室外ユニット２２０は、冷媒回路２１１の一部を構成する室外側冷媒回路２１１ｂを有している。この室外側冷媒回路２１１ｂは、圧縮機２２１と、四路切換弁２２２と、室外熱交換器２２３と、室外膨張弁２３８と、アキュムレータ２２４と、液側閉鎖弁２２６と、ガス側閉鎖弁２２７とを有している。

（１−２−１）圧縮機２２１
圧縮機２２１は容量可変式圧縮機であり、そのモータ２２１ｍの駆動はインバータにより回転数が制御される。本実施形態において、圧縮機２２１は１台のみであるが、これに限定されず、空調室内機の接続台数等に応じて、２台以上の圧縮機が並列に接続されていても良い。

（１−２−２）四路切換弁２２２
四路切換弁２２２は、冷媒の流れの方向を切り換える弁である。冷房運転時、四路切換弁２２２は圧縮機２２１の吐出側と室外熱交換器２２３のガス側とを接続するとともに圧縮機２２１の吸入側（具体的には、アキュムレータ２２４）とガス冷媒連絡管２８２側とを接続する（冷房運転状態：図１の四路切換弁２２２の実線を参照）。

その結果、室外熱交換器２２３は冷媒の凝縮器として、熱交換機能付きクロスフローファン２００は冷媒の蒸発器として機能する。

暖房運転時、四路切換弁２２２は、圧縮機２２１の吐出側とガス冷媒連絡管２８２側とを接続するとともに圧縮機２２１の吸入側と室外熱交換器２２３のガス側とを接続する（暖房運転状態：図１の四路切換弁２２２の破線を参照）。

その結果、熱交換機能付きクロスフローファン２００は冷媒の凝縮器として、室外熱交換器２２３は冷媒の蒸発器として機能する。

（１−２−３）室外熱交換器２２３
室外熱交換器２２３は、クロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。但し、これに限定されず、他の型式の熱交換器であっても良い。

室外熱交換器２２３は、冷房運転時には冷媒の凝縮器として機能し、暖房運転時には冷媒の蒸発器として機能する。室外熱交換器２２３は、そのガス側が四路切換弁２２２に接続され、その液側が室外膨張弁２３８に接続されている。

（１−２−４）室外膨張弁２３８
室外膨張弁２３８は、電動膨張弁であり、室外側冷媒回路２１１ｂ内を流れる冷媒の圧力や流量等の調節を行う。室外膨張弁２３８は、冷房運転時の冷媒回路２１１における冷媒の流れ方向において室外熱交換器２２３の下流側に配置されている。

（１−２−５）室外ファン２２８
室外ファン２２８は、吸入した室外空気を室外熱交換器２２３に送風して冷媒と熱交換させる。室外ファン２２８は、室外熱交換器２２３に送風する際の風量を可変することができる。室外ファン２２８は、プロペラファン等であり、ＤＣファンモータ等からなるモータ２２８ｍによって駆動される。

（１−２−６）液側閉鎖弁２２６及びガス側閉鎖弁２２７
液側閉鎖弁２２６及びガス側閉鎖弁２２７は、液冷媒連絡管２８１及びガス冷媒連絡管２８２との接続口に設けられる弁である。

液側閉鎖弁２２６は、冷房運転時の冷媒回路２１１における冷媒の流れ方向において室外膨張弁２３８の下流側であって液冷媒連絡管２８１の上流側に配置されている。ガス側閉鎖弁２２７は、四路切換弁２２２に接続されている。液側閉鎖弁２２６及びガス側閉鎖弁２２７は、冷媒の通過を遮断することができる。

（１−３）冷媒連絡管２８１，２８２
冷媒連絡管２８１，２８２は、空調機２０１をビル等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒管である。冷媒連絡管２８１，２８２は、設置場所や空調室外機と空調室内機との組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用されるので、空調機２０１の据付時には、冷媒連絡管２８１，２８２の長さや管径等の設置条件に応じた適正な量の冷媒が充填される。

（２）運転動作
次に、本実施形態に係る空調機２０１の運転動作について説明する。空調機２０１では、冷房運転と暖房運転とが切り換えて行われる。

（２−１）冷房運転
冷房運転では、図８に示す四路切換弁２２２が実線で示す状態となり、室外膨張弁２３８は全開となり、圧縮機２２１、熱交換機能付きクロスフローファン２００、室外ファン２２８が運転状態となる。これにより、冷媒回路２１１では、室外熱交換器２２３が凝縮器となり、クロスフローファン２００が蒸発器となる冷凍サイクルが行われる。

具体的には、圧縮機２２１で圧縮された高圧冷媒は、室外熱交換器２２３を流れ、室外空気と熱交換する。室外熱交換器２２３では、高圧冷媒が室外空気へ放熱して凝縮する。室外熱交換器２２３で凝縮した冷媒は、室内ユニット２４０へ送られる。室内ユニット２４０では、冷媒が室内膨張弁２４１で減圧された後、ロータリージョイント７１を介してクロスフローファン２００の入口部６１Ａに流入する（図９Ａ参照）。

冷媒は、第１エンドプレート６２Ａ内部に均等に拡散して複数のブレード６４のそれぞれ内部に分流する。その後、各ブレード６４を流れる冷媒は中空フィンプレート６５で集合し、各ブレード６４で発生した偏流を解消する。そして、中空フィンプレート６５で集合した冷媒は、再び複数のブレード６４のそれぞれの内部に均等に分流し、次の中空フィンプレート６５に向かう。冷媒は、このような流れを繰り返して、最終的に第２エンドプレート６２Ｂに集合し、出口部６１Ｂから流出する。

室内ユニット２４０では、室内空気がクロスフローファン２００を通過する際に、第１エンドプレート６２Ａ、第２エンドプレート６２Ｂ、中空フィンプレート６５、及びブレード６４を介して冷媒と熱交換し、冷媒は室内空気から吸熱して蒸発し、空気は冷媒によって冷却される。

クロスフローファン２００で冷却された空気は、室内空間へ供給される。また、クロスフローファン２００で蒸発した冷媒は、ロータリージョイント７１を介して室外ユニット２２０に戻り、圧縮機２２１に吸入され再び圧縮される。

（２−２）暖房運転
暖房運転では、図８に示す四路切換弁２２２が破線で示す状態となり、室内膨張弁２４１は全開となり、圧縮機２２１、熱交換機能付きクロスフローファン２００、室外ファン２２８が運転状態となる。これにより、冷媒回路２１１では、クロスフローファン２００が凝縮器となり、室外熱交換器２２３が蒸発器となる冷凍サイクルが行われる。

具体的には、圧縮機２２１で圧縮された高圧冷媒は、室内ユニット２４０のクロスフローファン２００を流れる。

室内ユニット２４０では、冷媒の流れ方向が冷房運転時とは逆方向になるので、ロータリージョイント７１を介してクロスフローファン２００の出口部６１Ｂから流入する（図９Ａ参照）。

そして、冷媒は、第２エンドプレート６２Ｂ内部に均等に拡散して複数のブレード６４のそれぞれの内部に分流する。その後、各ブレード６４を流れる冷媒は中空フィンプレート６５で集合し、各ブレード６４で発生した偏流を解消する。そして、中空フィンプレート６５で集合した冷媒は、再び複数のブレード６４のそれぞれの内部に均等に分流し、次の中空フィンプレート６５に向かう。冷媒は、このような流れを繰り返して、最終的に第１エンドプレート６２Ａに集合し、入口部６１Ａから流出する。

室内ユニット２４０では、室内空気がクロスフローファン２００を通過する際に、第２エンドプレート６２Ｂ、第１エンドプレート６２Ａ、中空フィンプレート６５、ブレード６４を介して冷媒と熱交換し、冷媒は室内空気へ放熱して凝縮し、空気は冷媒によって加熱される。

クロスフローファン２００で加熱された空気は、室内空間へ供給される。また、クロスフローファン２００で凝縮した冷媒は、ロータリージョイント７１を介して室外ユニット２２０に戻り、室外膨張弁２３８で減圧された後、室外熱交換器２２３を流れる。室外熱交換器２２３では、冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器２２３で蒸発した冷媒は、圧縮機２２１に吸入され再び圧縮される。

（３）第２実施形態の特徴
（３−１）
クロスフローファン２００では、入口部６１Ａと出口部６１Ｂとの間に第１ブレード６４Ａ群と第２ブレード６４Ｂ群とを配置し、中空フィンプレート６５を第１ブレード６４Ａ群と第２ブレード６４Ｂ群との間に配置することによって、仮に第１ブレード６４Ａ群で偏流が生じていても、第１ブレード６４Ａを流れてきた冷媒を集合させて第２ブレード６４Ｂ群へ冷媒を分岐させるので、冷媒の偏流を解消する機会が与えられる。

その結果、一つのブレード群だけが存在する場合に比べて、冷媒の偏流の発生が抑制され、少なくとも、風量の少ないところに多くの冷媒が流通するような事態を抑制することができる。

さらに、冷媒流路が中空フィンプレート６５で拡大するので、それがマフラー効果を発揮して騒音を抑制することもできる。

（３−２）
クロスフローファン２００では、短円筒形状の中空フィンプレート６５に入った冷媒は、中空フィンプレート６５の回転によって冷媒に圧力が作用し、粗密なく冷媒が分布する。それゆえ、冷媒がブレード群の各ブレードに均等に分流するので、偏流が回避される。

（３−３）
クロスフローファン２００では、その特徴として、風量は中央が多くなるので、中央に位置するブレード群のブレード数を他のブレード群のブレード数より増やすことによって、中央を流れる冷媒の分流路が多くなり、その分、熱交換が促進されるので、熱交換性能が高まる。

（３−４）
クロスフローファン２００では、第１ブレード６４Ａ群と第２ブレード６４Ｂ群とでブレードのスキュー角が異なるので、スキュー角が変化しない先行技術（特許文献１）よりも回転音が抑制される。

（３−５）
クロスフローファン２００では、位置に応じてブレード群のブレード数を異ならせた配置が可能となるので、ブレード群ごとに流れる冷媒流量を設定しておき、風量分布に併せて適切なブレード群を配置することが可能となり、熱交換性能の向上を図ることができる。

上記の通り、本発明に係る熱交換機能付きクロスフローファンは空調機の利用側ユニットに有用であるが、容量の拡大等により将来的には、冷凍装置の熱源側ユニットにも有用である。

６０ 羽根車
６１Ａ 入口部
６１Ｂ 出口部
６４Ａ 第１ブレード６４Ａ（第１中空ブレード群）
６４Ｂ 第２ブレード６４Ｂ（第２中空ブレード群）
６５ 中空フィンプレート（中空部材）
６６ 連結プレート
１００ クロスフローファン
２００ クロスフローファン

特開２０１１−２１８７号公報

Claims (9)

1. 回転する羽根車（６０）を備えるクロスフローファンであって、
   前記羽根車（６０）が、
   流体を導入する入口部（６１Ａ）と、
   前記流体を排出する出口部（６１Ｂ）と、
   前記入口部（６１Ａ）と前記出口部（６１Ｂ）との間に配置され前記流体を内部に通す第１中空ブレード群（６４Ａ）および第２中空ブレード群（６４Ｂ）と、
   前記第１中空ブレード群（６４Ａ）と前記第２中空ブレード群（６４Ｂ）との間に配置され、前記第１中空ブレード群（６４Ａ）内を流れてきた前記流体を集合させ、前記第２中空ブレード群（６４Ｂ）へ前記流体を分岐させる中空部材（６５）と、
   を有する、
   クロスフローファン。
2. 前記中空部材（６５）は、短円筒形状である、
   請求項１に記載のクロスフローファン。
3. 前記第１中空ブレード群（６４Ａ）のブレード数と前記第２中空ブレード群（６４Ｂ）のブレード数が異なる、
   請求項１又は請求項２に記載のクロスフローファン。
4. 前記羽根車（６０）の長手方向中央部で最多のブレード数となるように前記第１中空ブレード群（６４Ａ）又は前記第２中空ブレード群（６４Ｂ）を配置する、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のクロスフローファン。
5. 前記第１中空ブレード群（６４Ａ）又は前記第２中空ブレード群（６４Ｂ）のブレードを貫通させて支持する連結プレート（６６）をさらに備える、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のクロスフローファン。
6. 前記第１中空ブレード群（６４Ａ）のブレードのスキュー角と前記第２中空ブレード群（６４Ｂ）のブレードのスキュー角とが異なる、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のクロスフローファン。
7. 前記第１中空ブレード群（６４Ａ）および前記第２中空ブレード群（６４Ｂ）と、前記中空部材（６５）とが、炉中ロウ付けにより接合される、
   請求項１から請求項６に記載のクロスフローファン。
8. 前記羽根車（６０）は、前記第１中空ブレード群（６４Ａ）および前記第２中空ブレード群（６４Ｂ）を含めて少なくとも３個のブレード群（６４）を有する、
   請求項１から請求項７に記載のクロスフローファン。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のクロスフローファンを備えた、
   空調機。

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