JP5061447B2 - 送風機 - Google Patents

Description

本発明は、換気扇、空気清浄機、除湿機等に用いられる送風機に関する。

従来、この種の送風機は、集塵フィルタ、または脱臭フィルタ等とは別に機器内に備えられ、フィルタの高性能化を満たすために高圧損風路となり、高静圧において充分な風量が確保できる遠心ファンが用いられていた（例えば、特許文献１参照）。

以下、その送風機について、図１３を参照しながら説明する。

図１３に示すように、容器１０１に空気を取り入れる吸込み口１０２、遠心ファン１０３、遠心ファン１０３を駆動するためのモータ１０４、さらにその下流に空気を浄化するフィルタ１０５が備えられる。ここで矢印は空気の流れを示しており、ファンの回転により吸込み口１０２から空気が吸込まれ、遠心ファン１０３により昇圧され、昇圧された旋回流れが、容器１０１の内面で流れの方向を変えられて下流に配置されたフィルタ１０５を通過して空気を送り出す構造となっていた。
特開平１１−３７５２５号公報（図１）

このような従来の送風機では、翼間において、ファン周方向には翼面で流れを整えるものの、軸方向には流れを規制するものが無く、流れの乱れや戻りを生じ性能低下をきたすことがある。また、集塵、脱臭等の機能を持たせる場合には、送風機と別にフィルタを搭載する必要があり、小型化の妨げとなる。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、高効率の羽根ならびに羽根自体が集塵機能を併せ持った送風機を提供することを目的としている。

本発明の送風機は、セル空部が中心から放射状に並ぶようリング状に形成されて積層された円筒状、もしくは円錐状のハニカムコアを円盤状の主板に固定し、円板の中心に軸を設けて支持し回転させることにより内径側から外径側へ送風を行う羽根車を有し、前記羽根車の上流の空気を帯電させ、前記羽根車の前記ハニカムコアに導電体を、前記軸に回転子を備え、前記回転子を用いて前記導電体に電気を流して電場をかけ続けることを特徴としたものである。

この手段により、ファン周方向、軸方向のそれぞれに仕切りをもつハニカムコアが、周方向だけでなく、軸方向にも整流の役目を持ち、送風機の効率向上が可能となる。また、この手段により、微細な塵埃を除去したい場合においても、セルサイズを小さくすることなく流路を確保したまま塵埃を取り除くことができ、高効率な送風性能と、高効率な集塵性能を実現できる。

また、他の手段は、前記ハニカムコアの内径よりも小さい径をもつベルマウス状の吸込み口を前記羽根車の上流に備えたことを特徴としたものである。

この手段により、ベルマウス状の湾曲した吸込み口がハニカムコア流入部に向けて乱れの少ない気流を導くことになり、送風機の効率向上が可能となる。また、この手段は、特にファン吸込み空間と吹出し空間を仕切る必要がある場合に有効である。

また、他の手段は、前記ハニカムコアの二組を円盤状の前記主板の両面に固定したことを特徴としたものである。

この手段により、羽根車軸方向の両側に２箇所の吸込みを設けることができ、同じ羽根車高さを持つ羽根車と比較して、より広い吸込み面積となり吸込み効率の向上が可能となり、風量の増加が容易となる。

また、他の手段は、前記ハニカムコアの内径よりも小さい径をもつベルマウス状の吸込み口を、前記羽根車を挟むように前記羽根車の両側に備えたことを特徴としたものである。

この手段により、羽根車軸方向の両側に２箇所の吸込みを設けた場合に、その両側においてハニカムコア流入部に向けて乱れの少ない気流を導き、送風機の効率向上が可能となる。

また、他の手段は、前記主板に１つ、もしくは２つ以上の穴を有することを特徴としたものである。

この手段により、主板の穴が空気の通路となり、羽根車の裏側からも空気を送り込むことができる。また、羽根車軸方向の両側に２箇所の吸込みを設ける場合には、静圧の低い吸込み側に、静圧の高い吸込み側からも空気が流入することで、全体での吸込み風量を多くすることが可能となる。

また、他の手段は、前記羽根車の外周側にスクロール状のケーシングを備えたことを特徴としたものである。

この手段により、羽根車から流出した空気をロスなく収集でき、特に、羽根車軸と垂直方向に吹出し口を設ける場合に、送風機の効率向上が可能となる。

また他の手段は、任意の軸垂直断面上において、通風路である前記セル空部を形成する前記ハニカムコアのセル仕切りを湾曲させ、前記ハニカムコアの流入方向と半径方向とのなす角度θ１と流出方向と半径方向とのなす角度θ２が異なる角度であることを特徴としたものである。

この手段により、ハニカムコアのセル内風路を曲げることになり、ハニカムコア流入部では定格回転数に応じてロスの少ないθ１を設定し、ハニカムコア流出部では送風特性の仕様に応じて最適なθ２を設定でき、送風機の効率向上が可能となる。

本発明によれば、このような従来の課題を解決するものであり、高効率の羽根ならびに羽根自体が集塵機能を併せ持った送風機を提供できる。

本発明の請求項１記載の発明は、セル空部が中心から放射状に並ぶようリング状に形成されて積層された円筒状、もしくは円錐状のハニカムコアを円盤状の主板に固定し、円板の中心に軸を設けて支持し、モータ等により回転させることにより内径側から外径側へ送風を行う羽根車を有し、前記羽根車の上流の空気を帯電させ、前記羽根車の前記ハニカムコアに導電体を、前記軸に回転子を備え、前記回転子を用いて前記導電体に電気を流して電場をかけ続ける送風機であり、ファン周方向、軸方向のそれぞれに仕切りをもつハニカムコアが、周方向だけでなく、軸方向にも整流の役目を持ち、送風機の効率向上が可能となる。また、セルサイズを小さくすることなく流路を確保したまま微細な塵埃を取り除くことができ、高効率な送風性能と、高効率な集塵性能を実現できる。

また、請求項２記載の発明は、前記ハニカムコアの内径よりも小さい径をもつベルマウス状の吸込み口を前記羽根車の上流に備えたことを特徴としたものであり、ベルマウス状の湾曲した吸込み口がハニカムコア流入部に向けて乱れの少ない気流を導くことになり、ファン吸込み空間と吹出し空間を仕切る場合に送風機の効率向上が可能となる。

また、請求項３記載の発明は、前記ハニカムコアの二組を円盤状の前記主板の両面に固定したことを特徴としたものであり、羽根車軸方向の両側に２箇所の吸込みを設けることができ、片側の吸込みで羽根車高さを羽根車径の０．８倍以上に増やしても、吸込み面積が少ないために風量が増加しにくくなるが、この手段により、羽根車高さが羽根車径の０．８倍以上になっても風量の増加が容易となる。

また、請求項４記載の発明は、前記ハニカムコアの内径よりも小さい径をもつベルマウス状の吸込み口を、前記羽根車を挟むように前記羽根車の両側に備えたことを特徴としたものであり、請求項３の２箇所の吸込み口を設けてファン吸込み空間と吹出し空間を仕切る場合に、両方の吸込み口にベルマウス状の吸込み口を設けることにより、ベルマウス状の湾曲した吸込み口がハニカムコア流入部に向けて乱れの少ない気流を導き送風機の効率向上が可能となる。

また、請求項５記載の発明は、前記主板に１つ、もしくは２つ以上の穴を有することを特徴としたものであり、羽根車軸方向の両側に２箇所の吸込みを設ける場合に、静圧の低い吸込み側に、静圧の高い吸込み側からも空気が流入することで、全体での吸込み風量を多くすることが可能となる。

また、請求項６記載の発明は、前記羽根車の外周側にスクロール状のケーシングを備えたことを特徴としたものであり、羽根車から流出した空気をロスなく収集でき、羽根車軸と垂直方向に吹出し口を設ける場合に、送風機の効率向上が可能となる。

また、請求項７記載の発明は、任意の軸垂直断面上において、通風路である前記セル空部を形成する前記ハニカムコアのセル仕切りを湾曲させ、前記ハニカムコアの流入方向と半径方向とのなす角度θ１と流出方向と半径方向とのなす角度θ２が異なる角度であることを特徴としたものであり、ハニカムコア流入部では、流量Ｑ、流入部全面積Ｓ、流入箇所周速Ａの関係がθ１＝ｔａｎ（Ａ×Ｓ÷Ｑ）となるようなロスの少ないθ１を設定し、ハニカムコア流出部では送風特性の仕様に応じて最適なθ２を設定し、送風機の効率向上をはかることが可能となる。

（参考の形態１）
図１は参考の形態１における送風機の羽根車１の斜視図であって、セル空部２が中心から放射状に並ぶようリング状に形成されて積層された円筒状のハニカムコア３を円盤状の主板４に備え、主板４の中心に軸５を設けて支持される構成となっている。

上記構成において、図１の中の矢印は風の流れを示しており、羽根車１をモータ等により回転させることで、セル空部２内の空気が遠心力により内径側から外形側へと移動し、全体として吸込み側６から吹出し側７へと向かう流れが起こるが、ファン周方向、軸方向のそれぞれに仕切りをもつハニカムコア３が、一般的な周方向のみしか流れを制限しない遠心ファンと比較して、周方向だけでなく、軸方向にも整流の役目を持ち、乱れの低減、または部分的に内径側へ戻ろうとする流れを抑制し、送風機の効率向上が可能となる。

なお、参考の形態１において、セル空部２では個々の風路が極端に狭いために、セルサイズよりも大きな異物が送風される空気内に存在する場合には、セル空部２の入口で引っかかる。このことを利用して、対象とする塵埃サイズよりもセルサイズを小さくすることで集塵の機能を併せ持った送風機とすることができる。また、セル空部２を通過する送風される空気は、多くの羽根車１の表面に接することになる。このことを利用して、ハニカムコア３を活性炭やゼオライト等の脱臭の機能を持つ素材とすることで、脱臭部材としても効率的に働き、また、ハニカムコア３をシリカゲルやゼオライト等の除湿の機能を持つ素材とすることで、除湿部材としても効率的に働き、羽根車１を送風の機能としてだけでなく、脱臭・除湿の機能を併せ持った送風機とすることができる。

（参考の形態２）
図２は実施の形態２における送風機の羽根車１の斜視図であって、セル空部２が中心から羽根車１の半径方向に角度をなして放射状に並ぶようリング状に形成されて積層された円錐状のハニカムコア３を円錐上の主板４に備え、主板４の中心に軸５を設けて支持される構成となっている。

上記構成において、図２の中の矢印は風の流れを示しており、羽根車１をモータ等により回転させることで、セル空部２内の遠心力による内径側から外形側への空気の移動と、セル空部２が羽根車１の半径方向に角度をなして放射状に並び空気を掻くことによるセル空部方向への移動がおこり、斜流ファンに似た働きをなす。このとき、ファン周方向、軸方向のそれぞれに仕切りをもつハニカムコア３が、一般的な周方向のみしか流れを制限しない斜流ファンと比較して、周方向だけでなく、軸方向にも整流の役目を持ち、乱れの低減、と部分的に内径側へ戻ろうとする流れを抑制し、送風機の効率向上が可能となる。

なお、参考の形態２においても、実施の形態１と同様に、ハニカムコア３に集塵や脱臭、除湿の機能を持たせても良い。

（参考の形態３）
図３は参考の形態３における垂直断面図、図４は同水平断面図であって、セル空部２が中心から放射状に並ぶようリング状に形成されて積層された円筒状のハニカムコア３を円盤状の主板４に備え、主板４の中心に軸５を設けた羽根車１と、羽根車１外周側のスクロール状のケーシング８と、ケーシング８吸込み側に、ハニカムコア３内径よりも小さい径を持つベルマウス状の吸込み口１０２とを備えた構成となっている。

上記構成において、羽根車１をモータ等により回転させることで、吸込み側６から吹出し側７へと向かう流れが起こる。このとき、ベルマウス状の湾曲した吸込み口１０２はハニカムコア流入部に向けて乱れの少ない気流を導きロスを抑え、スクロール状のケーシング８は羽根車から流出した気流のロスを抑えて空気を収集し吹出し、送風機の効率向上が可能となる。

なお、参考の形態３においても、実施の形態１と同様に、ハニカムコア３に集塵や脱臭、除湿の機能を持たせても良い。

（実施の形態１）
図５は実施の形態１の垂直断面図であって、リング状に形成されて積層された電気集塵の集塵部となる電場をかけたハニカムコア３を円盤状の主板４に備え、主板４の中心に軸５を設けた羽根車１と、羽根車１外周側のスクロール状のケーシング８と、ケーシング吸込み側に、ハニカムコア３内径よりも小さい径を持つベルマウス状の吸込み口１０２とを備え、さらに吸込み口１０２の上流側に吸込み空気を帯電させるための電気集塵の荷電部９を備えた構成となっている。

上記構成において、羽根車１をモータ等により回転させることで、荷電部９、吸込み口１０２を通過して吸込み側６から吹出し側７へと向かう流れが起こり、荷電部９を通過する際に帯電された空気は、電場をかけたハニカムコア３を通過する際にクーロン力（静電気力）により羽根車１表面に塵埃が吸着し、集塵の機能を併せ持った送風機とすることができる。

なお、実施の形態１において、ハニカムコア３は、電荷を与え永久分極させた誘電体から構成されているものでは、複雑な機構無しに集塵の効果が得られ、軸５に回転子などを用いて、ハニカムコア３内に備えられた導電体に電気を流して電場をかけ続けた場合には、長時間経過しても性能の落ちにくい集塵の効果が得られる。

（参考の形態４）
図６は参考の形態４の斜視図、図７は同垂直断面図であって、セル空部２が中心から放射状に並ぶようリング状に形成されて積層された円筒状のハニカムコア３二組を主板穴１０の空いた円盤状の主板４の両面に備え、主板４の中心に軸５を設けた羽根車１と、羽根車１外周側のスクロール状のケーシング８と、二組のハニカムコア３それぞれに対応する吸込み側に、ハニカムコア３内径よりも小さい径を持つベルマウス状の二つの吸込み口１０２とを備えた構成となっている。

上記構成において、羽根車１をモータ等により回転させることで、吸込み側６から吹出し側７へと向かう流れが起こる。このとき、ベルマウス状の湾曲した吸込み口１０２はハニカムコア３流入部に向けて乱れの少ない気流を導きロスを抑え、スクロール状のケーシング８は羽根車から流出した気流のロスを抑えて空気を収集し吹出し、送風機の効率向上が可能となる。また、ハニカムコア３二組を円盤状の主板４の両面に備えたことにより、羽根車１軸方向の両側に２箇所の吸込みを設けることができ、吸込み面積が少なくなるために風量が増加しにくくなる羽根車１高さが羽根車径の０．８倍以上になっても風量の増加が容易となる。さらに、主板４に主板穴１０を設けていることにより、静圧の低い吸込み側に、静圧の高い吸込み側からも空気が流入することで、全体での吸込み風量を多くすることが可能となる。

なお、参考の形態４において、吸込み側６と吹出し側７を仕切る必要がない場合には、吸込み方向に対して垂直な半径方向への吹出しとなるが、この場合ケーシング８を設けなくても良い。また、主板４に主板穴１０を設けているが、設けなくても二方向から吸込む風量増加の効果は得られる。さらに、参考の形態１、実施の形態１と同様に、ハニカムコア３に集塵や脱臭、除湿の機能を持たせても良い。

（参考の形態５）
図８は参考の形態５の水平断面図であって、セル空部２が中心から放射状に並ぶようリング状に形成されて積層された円筒状のハニカムコア３を円盤状の主板４に備え、主板４の中心に軸５を設けて支持される構成となっている。ここで、通風路であるセル空部２を形成するハニカムコア３のセル仕切りは湾曲しており、ハニカムコア３の流入方向と半径方向とのなす角度θ１と流出方向と半径方向とのなす角度θ２は異なっている。

上記手段により、羽根車１をモータ等により回転させることで、吸込み側６から吹出し側７へと向かう流れが起こるが、ハニカムコア流入部１１では、流量Ｑ、流入部全面積Ｓ、流入箇所周速Ａの関係がθ１＝ｔａｎ（Ａ×Ｓ÷Ｑ）となるようなロスの少ないθ１を設定し、ハニカムコア流出部１２では送風特性の仕様に応じて最適なθ２を設定し、送風機の効率向上をはかることが可能となる。

なお、参考の形態５においても、参考の形態１、実施の形態１と同様に、ハニカムコア３に集塵や脱臭、除湿の機能を持たせても良い。

（参考の形態６）
図９は参考の形態６の斜視図であって、等幅の面方向に曲率を持ったシート１３をセル高さ１４一定で折目を曲線形状に折り曲げてリング状に成型する過程のコルゲートシートである。このコルゲートシートを積層、もしくは平面のシートでサンドイッチ構造にして積層することでハニカムコアを構成する。図１０は参考の形態６の１ピッチ周方向断面図であって、曲率を持ったシート１３であるために、ハニカムコア流入部１１に相当する流入部シート断面１５の長さは流出部シート断面１６の長さと比較して短く、ハニカムコア流出部１２に相当する流出部シート断面１６の長さは流入部シート断面１５の長さと比較して長い構成となっている。

上記構成において、リング状のコルゲートシートを成型する際に、シート１３のひずみを生じずに、無理なくリング形状にハニカムコアを成型でき、かつ、折目を曲線形状に折り曲げているために、ハニカムコア流入部１１とハニカムコア流出部１２の半径方向に対する最適な角度設定でき、送風性能の向上をはかることが可能となる。

なお、参考の形態６において、シートを折目を曲線形状に折り曲げて成型しているが、送風機としての仕様によって、また、成型の容易化によって折目を直線形状に折り曲げても、シート１３のひずみを生じずに、無理なくリング形状にハニカムコアを成型できる。また、図９において、シート１３の折り曲げはエッジを持って三角形状となるよう折り曲げているが、四角形状の折り方や、緩やかな波形状の折り方でもよい。

（参考の形態７）
図１０は参考の形態７の斜視図、図１１は同１ピッチ周方向断面図であって、等幅の直線状のシート１３を、内径側のハニカムコア流入部１１に相当する流入部シート断面１５はセルピッチ１７を小さく、かつセル高さ１４を大きくし、外径側のハニカムコア流出部１２に相当する流出部シート断面１６はセルピッチ１７を大きく、かつセル高さ１４を小さくして折り曲げることにより、等幅の直線状シートの条件である１ピッチ辺りのシート断面の長さは同一のままに、湾曲したリング形状に成型する過程のコルゲートシートである。このコルゲートシートを積層、もしくは平面のシートでサンドイッチ構造にして積層することでハニカムコアを構成する。

上記構成において、リング状のコルゲートシートを成型する際に、シート１３のひずみを生じずに、無理なくリング形状にハニカムコアを成型することが可能となる。

なお、参考の形態７において、等幅の直線状のシート１３から成型しているが、面方向に曲率を持ったシートでも良く、この場合はシートの曲率と成型したコルゲートシートの曲率を大きく変化させることができる。また、送風機としての仕様によって、また、成型の容易化によって、シートの折り方は折目が直線形状でも曲線形状でも無理なくリング形状にハニカムコアを成型できる。さらに、図９、図１０において、シート１３の折り曲げはエッジを持って三角形状となるよう折り曲げているが、四角形状の折り方や、緩やかな波形状の折り方でもよい。

本発明にかかる送風機は、羽根車内部流れの乱れや戻りの抑制と部材の統合をし、高効率の羽根ならびに羽根自体が集塵機能を併せ持った送風機を提供できる。

本発明の参考の形態１の斜視図 本発明の参考の形態２の斜視図 本発明の参考の形態３の垂直断面図 同上水平断面図 本発明の実施の形態１の垂直断面図 本発明の参考の形態４の斜視図 同上垂直断面図 本発明の参考の形態５の水平断面図 本発明の参考の形態６斜視図 同上周方向断面図 本発明の参考の形態７斜視図 同上周方向断面図 従来の送風機の構造を示す図

符号の説明

１ 羽根車
２ セル空部
３ ハニカムコア
４ 主板
５ 軸
６ 吸込み側
７ 吹出し側
８ ケーシング
９ 荷電部
１０ 主板穴
１１ ハニカムコア流入部
１２ ハニカムコア流出部
１３ シート
１４ セル高さ
１５ 流入部シート断面
１６ 流出部シート断面
１７ セルピッチ
１０２ 吸込み口

Claims (7)

1. セル空部が中心から放射状に並ぶようリング状に形成されて積層された円筒状、もしくは円錐状のハニカムコアを円盤状の主板に固定し、前記主板の中心に軸を設けて支持し回転させることにより内径側から外径側へ送風を行う羽根車を有し、前記羽根車の上流の空気を帯電させ、前記羽根車の前記ハニカムコアに導電体を、前記軸に回転子を備え、前記回転子を用いて前記導電体に電気を流して電場をかけ続けることを特徴とした送風機。
2. 前記ハニカムコアの内径よりも小さい径をもつベルマウス状の吸込み口を前記羽根車の上流に備えたことを特徴とした請求項１に記載の送風機。
3. 前記ハニカムコアの二組を円盤状の前記主板の両面に固定したことを特徴とした請求項１に記載の送風機。
4. 前記ハニカムコアの内径よりも小さい径をもつベルマウス状の吸込み口を、前記羽根車を挟むように前記羽根車の両側に備えた請求項３に記載の送風機。
5. 前記主板に１つ、もしくは２つ以上の穴を有することを特徴とした請求項１から４いずれかに記載の送風機。
6. 前記羽根車の外周側にスクロール状のケーシングを備えたことを特徴とした請求項１から５のいずれかに記載の送風機。
7. 任意の軸垂直断面上において、通風路である前記セル空部を形成する前記ハニカムコアのセル仕切りを湾曲させ、前記ハニカムコアの流入方向と半径方向とのなす角度θ１と流出方向と半径方向とのなす角度θ２が異なる角度であることを特徴とした請求項１から６のいずれかに記載の羽根車。

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