JP4874360B2 - 羽根車並びに多翼送風機並びに空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、羽根車並びにこの羽根車と駆動装置を有する多翼送風機、並びに多翼送風機と熱交換器とを収納する風路を介して連通する空気吸込口および空気吹出口を有する空気調和機に関するものである。なお、空気調和機として、天井埋込形空気調和機を例に説明する。

円板状の主板と、主板に対向して配置されたリング状の側板と、主板と側板の間に設けられ両端が主板と側板の外周に沿って固着された複数の翼と、を備えて構成される羽根車を、羽根車の側板と対向する位置にベルマウスが設けられた吸込口を備えたスクロールケーシングに収納した送風機が知られている（下記特許文献１の図４及び図５参照）。このような多翼送風機では、吹出口の風速分布が不均一になるため、送風効率が悪い。また、吹出口や羽根車内の風速が不均一であるため、局所的に風速が高い個所が存在し、騒音源となり、騒音が増大する。そこで、この問題を解決するための従来技術として吹出口や羽根車内の風速分布を均一にするために翼の回転中心軸方向の途中に、内径が側板または主板のそれと等しい１つ以上の円環状のリングを、回転中心軸方向のピッチを主板側よりも側板側を大きくして配設したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３２０４９０号公報（第３頁〜第５頁、図１〜図３）

しかし、上記特許文献１で示される多翼送風機では、各リングの内径が等しく、風速分布均一化効果を最大限得るためにはリングの枚数を多くしなければならず、製造コストが増大するという課題があった。

本発明は上記のような問題を解決するために為されたものであり、製造コストを増大させずに低騒音で、かつ振れが少なく強度が高い羽根車、並びにこの羽根車を備えた多翼送風機、並びにこの多翼送風機を用いた空気調和機を得ることを目的とする。

本発明の羽根車は、円板状の主板と、主板に対向して配置されたリング状の側板と、前記主板と前記側板との間に設けられ両端が前記主板と前記側板の外周に沿って固着された複数の翼から成る翼群と、を備え、外径が翼群の外径と略等しく、内径が翼群の内径よりも小さいリング状の仕切板を主板から側板にかけて複数配設し、主板側の仕切板の内径を、側板側の仕切板の内径よりも小さくしたものである。

本発明によれば、上記構成により、製造コストを増大させずに吹出口の風速分布の均一化効果を高めることにより送風効率を向上させ、騒音を低減することができる。また、仕切板により翼を固定するため、羽根車の振れが少なく強度が高くなり、羽根車がスクロールケーシングにあたって起こる異常音や破損を抑制することができる。

本発明の実施の形態１の羽根車を示す鳥瞰図である。 従来の多翼送風機の吹出口における、吹出口に垂直な風速分布の解析結果を示す図である。 従来の多翼送風機の羽根車における主板から側板にかけての翼間の風量分布の解析結果を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る多翼送風機の吹出口における、吹出口に垂直な風速分布の解析結果を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る多翼送風機の羽根車における主板から側板にかけての翼間の風量分布の解析結果を示す図である。 本発明の実施の形態１の多翼送風機を搭載した空気調和機を示す側面から見た断面図である。 本発明の実施の形態２の多翼羽根車１を示す鳥瞰図である。 本発明の実施の形態３の多翼送風機を示す断面図である。 従来の多翼送風機の基本構造を示す鳥瞰図及び上方から見た断面図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の羽根車１を示す鳥瞰図である。
図１に示すように、本実施の形態１の多翼送風機２０の羽根車１は、円板上の主板２とリング状の側板３との間に複数の翼から成る翼群４を備えており、翼群４の主板２から側板３にかけて回転中心軸方向に略均等にリング状の仕切板５が複数設けられている。

このリング状の仕切板５の外径は翼群４の外径と略等しいが、この仕切板５の内径は翼群４の内径よりも小さく、主板２側の仕切板５の内径が、側板３側の仕切板５の内径よりも小さい。

次に、従来の多翼送風機および本発明の実施の形態１の多翼送風機を動作させた場合の仕切板５の役割について説明する。
図２に仕切板５のない従来の多翼送風機２０の吹出口６における、吹出口６に垂直な風速分布の解析結果を示す。一般的に動作点が締切側（低風量帯）では、スクロールケーシング７と羽根車１との距離が最も短い舌部１７近傍の羽根車１の翼間で羽根車１の外から中へ逆流が起こり、それに伴い、吹出口６においても逆流が生じる場合があることが知られている。図２の中心部分の塗り潰していない領域が、吹出口６から羽根車１に風が逆流している箇所である。
このように仕切板５がない場合、吹出口６の風速分布は不均一であり、翼幅の中央辺りで吹出口６から羽根車１に流れが逆流する領域があることがわかる。これにより、空気調和機にこの仕切板５のない従来の多翼送風機２０を搭載した場合、風速分布が不均一な流れが空気調和機内の部品、例えば熱交換器等と干渉し、騒音が増大する。

図３は仕切板５のない従来の多翼送風機の羽根車における主板から側板にかけての翼間の風量分布の解析結果を示す図である。仕切板５のない従来の羽根車では、各翼間の風量が主板側に偏っていることがわかる。これは図９に示した流線のようにベルマウス２３から流入した空気の大部分がその慣性力により主板２側へ直進し、主板２近傍の羽根車１で多量の空気が加速されるとともに、羽根車１の側板３近傍の羽根車１には、空気が流入しにくく少量の空気しか加速されないために生じるものである。これにより、送風効率が落ち、騒音値が増大する。

以上のような多翼送風機２０の吹出口６における風速分布の不均一を解消するため、前述の特許文献１の図２では、翼群４の回転中心軸方向の途中に、内径が等しい複数の円環状のリングを、回転中心軸方向のピッチを主板側よりも側板側を大きくして配設している。

このように内径が等しい複数の円環状リング配設した場合、吹出風速分布均一化効果を最大限得るためにはリングの枚数が多くなってしまい、製造コストが増大する。

図４は本発明の実施の形態１に係る多翼送風機２０の吹出口６における、吹出口に垂直な風速分布の解析結果を示す図であり、仕切板５を主板から側板の間の翼群に２枚均等に設けた多翼送風機２０の吹出口６における、吹出口６に垂直な風速分布の解析結果を示している。吹出口６では、図２のような塗り潰していない領域、つまり吹出口６から羽根車１に風が逆流する領域がなくなっていることがわかる。これは、主板２側の仕切板５の内径が、側板３側の仕切板５の内径よりも小さいため、吸込口８より流入した流れは、主板２側よりも側板３側の翼間に流入しやすくなり、翼間の風量分布が均一化する。よって、送風効率が向上し、騒音を低減することができる。
これより、側板３側よりも主板２側の内径が小さい仕切板５を設置したことにより、仕切板枚数を多くしなくても吹出口６から羽根車１内に逆流する流れがなくなり、吹出口６の風速分布が従来よりも均等になる。よって、製造コストを増大させずに、送風効率が向上し、騒音値を低減することができる。

図５は仕切板５を主板から側板の間の翼群４に２枚均等に設けた多翼送風機２０の羽根車１における主板２から側板３にかけての翼間の風量分布の解析結果を示す図である。側板３側よりも主板２側の内径が小さい仕切板５を設けた場合、主板２から側板３にかけて、翼間の風量分布がほぼ均一となり、送風効率が向上し、騒音値を低減することができる。

また、従来の羽根車１を回転させた際、羽根車１のバランスの良し悪しによって、羽根車１が振れてしまい、羽根車１とスクロールケーシング７が衝突し、異常音が発生する場合がある。しかし、仕切板５を羽根車１に設けることにより、翼群４が仕切板５により固定され、羽根車１の振れが抑制され、異常音の発生を防止することができる。

また、羽根車１の回転中心軸と垂直方向の力に対する強度が向上し、輸送時の破損を防止することができる。

以上のように、多翼送風機２０の羽根車１に本発明の実施の形態１の仕切板５を設けることにより、製造コストを削減しつつ、吹出口６の風速分布均一化効果を高め、逆流を抑制することにより騒音値を減少させることができる。また、回転時の振れを抑制し、異常音の発生を防止することができる。さらに、羽根車１の強度を向上させることができる。

これまで、仕切板５は主板２から側板３にかけて均等に設けた例を説明したが、仕切板５で区切られる距離を主板２側の方が小さくなるように設けた場合、さらに側板３側に流れやすくなり、吹出口６の風速分布均一化効果が一層高まる。

また、これまで片側吸込みの多翼送風機を例にとって説明したが、両側吸込の多翼送風機でも同様な効果を得ることができる。

次に、本発明の実施の形態１の多翼送風機を空気調和機に搭載した場合について説明する。
図６は本発明の実施の形態１の多翼送風機２０を搭載した空気調和機を示す側面から見た断面図である。図６に示すように、空気調和機の箱状の装置本体９の後部下面に、室内空気を導入するためのユニット吸込口１０が設けられている。通常、ユニット吸込口１０には、塵埃等を除去するフィルタが設けられている。

装置本体９内のユニット吸込口１０の近傍には、本発明の実施の形態１の多翼送風機２０が設けられている。本発明の実施の形態１の多翼送風機２０は電動機２１により駆動される。

装置本体９内の風路１２には、冷凍サイクルを構成する熱交換器１３が本発明の実施の形態１の多翼送風機２０の下流側に配置され、ここで室内空気と冷媒とが熱交換を行う。熱交換器１３を通過した空気を二次空気と呼ぶ。熱交換器１３の下部には、熱交換器１３から滴下した水を受けるドレンパン１４が設けられている。

ユニット吹出口１５は、装置本体９の前部下面に、吸込口１０と同一高さに設けられており、ドレンパン１４の側壁１４ａがユニット吹出口１５の一部を形成している。

ドレンパン側壁１４ａ上部には、風路１２内の流れを偏向させる偏向板１８が設けられている。

以上のように構成された空気調和機において、運転を開始した場合、本発明の実施の形態１の多翼送風機２０が動作することにより、ユニット吸込口１０から流入した室内空気は、熱交換器１３において冷媒と熱交換し、二次空気となる。熱交換器１３から排出された二次空気は、偏向板１８により流れ方向を偏向され、ユニット吹出口１５に導かれ、室内に吹出される。

このように、空気調和機に用いられる多翼送風機２０の下流側には、熱交換器や偏向板等が設けられることが多く、これらが騒音源となる。そこで、空気調和機に、吹出口の風速分布が均一化された本発明の実施の形態１の多翼送風機２０を搭載することにより、熱交換器等との干渉が抑制され、騒音値を低減することができる。

実施の形態２．
この実施の形態２では、多翼送風機２０の仕切板５の外径を、複数の翼で構成した翼群の外径よりも小さくした場合の形態について説明する。
図７は本発明の実施の形態２の羽根車１を示す鳥瞰図である。
前述の実施の形態１のものと同一機能部分には同一符号を付して重複した構成の説明を省略し、相違する構成について説明する。

この実施の形態２では、多翼送風機２０の仕切板５の外径が翼群４で構成される羽根車１の外径よりも小さいので、その分風速が低下し、回転音の原因となる圧力変動も小さくなる。従って、翼枚数×回転数で算出される特定の周波数の騒音値である回転音の増大を防止することができ、仕切り板５を備えることによる吹出口６の風速分布の均一化との相乗効果によって騒音を低減することができる。
また、空気調和機に、本発明の実施の形態３の多翼送風機２０を搭載することにより、空気調和機内部の部品、例えば熱交換器等との干渉が抑制され、騒音値を低減することができる。

実施の形態３．
この実施の形態３では、スクロールケーシングの舌部に、回転中心軸方向距離が仕切板と一致する箇所に凹部を設け、回転中心軸とは垂直な方向に他箇所よりも羽根車から離した場合の形態について説明する。
図８は本発明の実施の形態３の羽根車１を示す断面図である。
前述の実施の形態１のものと同一機能部分には同一符号を付して重複した構成の説明を省略し、相違する構成について説明する。

この実施の形態３では、羽根車１を収納するスクロールケーシング７には回転中心軸と略平行に形成された舌部１７が設けられており、スクロールケーシング７の舌部１７には、回転軸方向距離が仕切板５と一致する箇所に凹部１７ａが設けられており、回転中心軸とは垂直な方向に他箇所よりも羽根車１から離れている。これにより、仕切板５による圧力変動と凹部１７ａとの干渉を抑制することができる。従って、翼枚数×回転数で算出される特定の周波数の騒音値である回転音の増大を防止することができ、仕切板５を備えることによる吹出口６の風速分布の均一化との相乗効果によって騒音を低減することができる。この凹部の形状は、円弧、鋸型、曲線型等が考えられるが、凹部であれば騒音低減効果はあるので、特に限定はしない。
また、空気調和機に、本発明の実施の形態３の多翼送風機２０を搭載することにより、空気調和機内部の部品、例えば熱交換器等との干渉が抑制され、騒音値を低減することができる。

１ 羽根車、２ 主板、３ 側板、４ 翼群、５ 仕切板、６ 吹出口、７ スクロールケーシング、８ 吸込口 ９ 装置本体、１０ ユニット吸込口、１２ 風路、１３ 熱交換器、１４ ドレンパン、１４ａ ドレンパン側壁、１５ ユニット吹出口、１７ 舌部、１７ａ 凹部、１８ 偏向板 ２０ 多翼送風機、２１ 電動機、２２ 軸、２３ ベルマウス。

Claims (6)

1. 円板状の主板と、前記主板に対向して配置されたリング状の側板と、前記主板と前記側板との間に設けられ両端が前記主板と前記側板の外周に沿って固着された複数の翼から成る翼群と、を備え、外径が前記翼群の外径と略等しく内径が前記翼群の内径よりも小さいリング状の仕切板を前記主板から前記側板にかけて複数配設し、前記主板側の前記仕切板の内径を、前記側板側の前記仕切板の内径よりも小さくしたことを特徴とする羽根車。
2. 円板状の主板と、前記主板に対向して配置されたリング状の側板と、前記主板と前記側板との間に設けられ両端が前記主板と前記側板の外周に沿って固着された複数の翼から成る翼群と、を備え、外径が前記翼群の外径よりも小さく、内径が前記翼群の内径よりも小さいリング状の仕切板を前記主板から前記側板にかけて複数配設し、前記主板側の前記仕切板の内径を、前記側板側の前記仕切板の内径よりも小さくしたことを特徴とする羽根車。
3. 前記仕切板は、前記翼群の前記主板から前記側板にかけて回転中心軸方向に略均等な距離に設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の羽根車。
4. 前記仕切板は、前記翼群の前記主板から前記側板にかけて、前記仕切板で区切られる距離を前記主板側の方が小さくなるように設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の羽根車。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の羽根車を収納するとともに、前記回転中心軸と略平行に形成された舌部を有するスクロールケーシングを備え、前記舌部において、回転中心軸方向において位置が前記仕切板の配置位置と一致する箇所が前記回転中心軸とは垂直な方向に他の箇所よりも前記羽根車から離れていることを特徴とする多翼送風機。
6. 請求項５に記載の多翼送風機を搭載した空気調和機。

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