JP5389076B2 - 送風機および空気調和機の室外機 - Google Patents

Description

この発明は送風機などに係るものである。特に回転軸が同一方向となるように並んだ複数のプロペラファンが吹き出す気流を回転軸と直交する特定の方向に排気するための案内風路を備える送風機に関するものである。

従来の送風機には、例えば回転軸方向と直交する一方向にプロペラファンの吹き出し気流を案内する風路の中のプロペラファンと対向する位置に、プロペラファンの吹き出し気流を衝突させるようにしたものがある。これにより吹き出し気流の径方向成分を高めて、さらに、その板の背面を風路とすることにより案内風路内において気流が混合することによる損失を抑制し、案内風路の軸方向高さを抑えることができる（例えば、特許文献１参照）。

また、１台のプロペラファンを備える空気調和機ではあるが、プロペラファンと対向する位置に設けた板にプロペラファンの吹き出し気流を衝突させるようにしたものがある。これにより吹き出し気流の径方向成分を高める。そして、さらにその板の背面を風路とすることにより、案内風路内において気流が混合することによる損失を抑制して、空気調和機の上方へ排気させることができる（例えば、特許文献２参照）。

特許第３７２４２７３号公報（第１−４図、１１図） 特許第３６３２１１７号公報（第１−１８図）

上記の先行技術では、複数台のプロペラファンからの気流を、回転軸と直交する特定の方向に排気させることができる。ただ、プロペラファンの吹き出し気流をファンと対向する板に衝突させて径方向に向き変えた流れを、その板の背面の風路へ導く際に案内風路の抑制された軸方向の寸法のなかで向きを変えるため、流れの曲率が大きく、大きな曲がり損失を伴ってしまう。曲がり損失を小さくしようとすれば案内風路軸方向寸法が大きくなってしまう、という課題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、複数台のプロペラファンの吹き出し気流を回転軸と直交する特定の方向に、限られたスペースの中で効率良く排気することができる送風機を得ることを目的とするものである。

この発明に係る送風機は、回転軸がほぼ平行となるように並び、空気を吹き出す方向が同じ方向となる２台以上のプロペラファンと、プロペラファンが空気を吸い込む側の空間と空気を吹き出す側の空間とを仕切る正面板と、各プロペラファンに対応して設けられ、プロペラファンが吹き出した空気を衝突させて回転軸とほぼ直交する方向に空気の流れを変化させるための案内正面板および回転軸とほぼ直交する方向に流れる空気を誘導して排気口から排気させるための案内側板を有して風路を形成する案内風路手段とを備え、案内風路手段は、案内側板に沿って排気口に向かう空気の流れる距離を大きくするために排気口の回転軸と直交する方向における幅を、正面板と案内正面板との間の幅よりも拡げ、隣接するプロペラファンに対応する案内風路手段同士を、回転軸方向に一部重ねて構成し、さらに、排気口に直接向かう流れ成分を多く含む空気の風路となる主案内風路と、案内側板に沿って排気口に向かう流れ成分を多く含む空気の風路となる副案内風路とで案内風路手段を構成し、副案内風路を、隣接するプロペラファンの主案内風路部分に重ねて各プロペラファンの正面板が一列に並ぶようにする。

この発明の送風機は、排気口の回転軸と直交する方向における幅を拡げることで、案内側板に沿って排気口に向かう空気の流れの曲率が小さくなるため、曲がり損失を小さくすることができる。また、案内風路手段を隣接するプロペラファン同士で一部重なるようにするので、幅を拡げたとしても送風機の全体寸法を小さくすることができる。

この発明の実施の形態１における送風機１の正面図である。 この発明の実施の形態１における送風機１の上面図である。 図２に示すＡ−Ａ’断面図である。 図２に示すＢ−Ｂ’断面図である。 この発明の実施の形態２に係る送風機１の正面図である。 この発明の実施の形態２に係る送風機１の上面図である。 図６に示すＣ−Ｃ’断面図である。 この発明の実施の形態３を示す室外機１６の正面図である。 この発明の実施の形態３に係る室外機１６の左側面図である。 この発明の実施の形態３に係る室外機１６の背面図である。 図８に示すＤ−Ｄ’断面図である。 この発明の実施の形態３に係る室外機１６の設置例である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における送風機１の正面図である。図１では、プロペラファン２の回転中心を通過する仮想軸（回転軸）に沿って吹き出し側から吸込み側の方向に見るものである。また、図２は送風機１を上面（図１における紙面上側）から見た図である。図１および図２に基づいて本実施の形態の送風機１の構成などについて説明する。

本実施の形態の送風機１は複数のプロペラファン２を備える。図１などではプロペラファン２を３台搭載した形態の送風機１を例として表している。ここで、それぞれのプロペラファン２およびそれに関連する風路などを区別して表現できるように、必要に応じてi 、ii、iii の記号を添える場合がある。それぞれのプロペラファン２は、プロペラファン２を回転させるファンモータ３と連結している。各プロペラファン２はそれぞれの回転軸が平行になるように配置されている。また、プロペラファン２の吸い込み側の空間である吸い込み空間４と吹き出し側の空間である吹き出し空間５とは気流を通過させる孔を設けた正面板６で分けられている。ここで、プロペラファン２の回転軸と平行となり、相対的な方向として吸い込み空間４側から吹き出し空間５側の方向（向き）を回転軸方向７と呼ぶこととする。回転軸方向７は図１では紙面から紙面垂直に離れる方向になる。

排気方向８は回転軸と垂直な方向に設定される。図１では紙面に対して上方向となり、図２では紙面から紙面垂直に離れる方向になる。プロペラファン２が吹き出す空気を設定した排気方向８から排気させるために、正面板６よりも吹き出し空間５側に、空気を排気する開口部分となるとなる排気口（吐出口）１２に導く案内風路手段９を各プロペラファン２に対して備える。案内風路手段９は、案内正面板１０、案内背面板１１および案内側板１４から構成される。案内正面板１０は、風路の回転軸方向外向き（空気が吹き出す方向）の壁となり、プロペラファン２が吹き出す空気が回転軸方向外向きへ向かって発散するのを防ぐための板である。案内背面板１１は案内正面板１０に対向するプロペラファン２側にある板である。また、案内側板１４は、ファン回転方向１５に沿う形で設けられ、案内背面板１１、風路の回転軸方向と直行する方向の壁となる板である。ここで、本実施の形態では、排気口１２（排気口１２に導く風路）について、回転軸方向７の幅よりも回転軸方向７に直交する方向の幅の方が長い。そして、拡がった分を隣接するプロペラファン２に対応する案内風路手段９と重ねて構成する。

各案内風路手段９により形成される風路は、本実施の形態では主案内風路９ａと副案内風路９ｂに大別される。このため、本実施の形態では、排気口１２についても主排気口１２ａと副排気口１２ｂに分かれている。主案内風路９ａは、プロペラファン２から吹き出された空気のうち、排気方向８側に直接流れる成分を多く含む空気を、プロペラファン２との距離が短い主排気口１２ａに案内する風路である。副案内風路９ｂはプロペラファン２から吹き出された空気のうち、排気方向８と反対の向き側に流れる成分を多く含む空気を、プロペラファン２との距離が長い副排気口１２ｂに案内する風路である。本実施の形態では、図１のファン回転方向１５が示すように、プロペラファン２が図１の正面視で反時計回りに回転するため、副案内風路９ｂは図１の正面視において、主案内風路９ａの右側に位置する風路となる。このため、プロペラファン２i が吹き出した空気を導く副案内風路９ｂi はプロペラファン２iiが吹き出した空気を排気する主案内風路９ａと正面視だと重なって見える。また、プロペラファン２iiが吹き出した空気を導く副案内風路９ｂiiはプロペラファン２iii が吹き出した空気を排気する主案内風路９ａと正面視において重なって見える。

また、図２のように上面から見ると、プロペラファン２i が吹き出した空気を排気する副排気口１２ｂi は、プロペラファン２iiの主排気口１２ａよりも回転軸方向７に対して外側に位置する。また、プロペラファン２iiが吹き出した空気を排気する副排気口１２ｂiiはプロペラファン２iii の主排気口１２ａよりも回転軸方向７に対して外側に位置する。図２の矢印は、プロペラファン２から吹き出し主排気口１２ａ、副排気口１２ｂからそれぞれ排気された空気の流れを表す。このように各案内風路手段９は回転軸方向７について段構成となるが、各プロペラファン２は段構成ではなく、一列に並べることができる。これにより、例えば、プロペラファン２を搭載する筐体内において、回転軸方向７における送風機１の幅を小さくすることができ、筐体内の空間を有効に利用することができる。

図３は図２に示すＡ―Ａ’断面を示す図である。また、図４は図２のＢ−Ｂ’断面を示す図である。次に送風機１を動作させたときの空気の流れなどについて説明する。図３および図４において、白抜き線の矢印は気流の向きを示す。また、図４において、主案内風路９ａから副案内風路９ｂに向かおうとする空気の流れは破線の矢印で示している。ここで、図が複雑になることを避けるため、便宜上、図３および図４にはプロペラファン２i に係る気流のみを示すものとする。また、説明についても、プロペラファン２i を代表として説明するが、プロペラファン２ii、プロペラファン２iii に関しても同様である。

ファンモータ３が回転駆動することにより、プロペラファン２が回転する。本実施の形態では、図３のファン回転方向１５に示すように正面視で反時計回転に回転する。プロペラファン２が回転すると、その昇圧作用により正面板６で分けられた吹き出し空間５の圧力が相対的に高くなり、吸い込み空間４の圧力が相対的に低くなる。プロペラファン２は、吸い込み空間４側の周囲の空気を吸い込み、吹き出し空間５側に吹き出す。吹き出し空間５ではプロペラファン２から排気口１２へ向けた流れが生じる。

例えば、吹き出し空間５では、プロペラファン２に対向する案内正面板１０により回転軸方向７に対する空間寸法が規定されるので、空気は回転軸方向７に発散されずに径方向に向いて流れる。また、さらにプロペラファン２の吹き出し流れは旋回成分を多分に含むので、吹き出し空間５において、プロペラファン２周りの流れは、図３に示すようにファン回転方向１５を向いて流れ、径方向外側に広がる流れとなる。

これらプロペラファン２から吹き出す流れのうち、排気方向８に向いて流れる空気は、主案内風路９ａを通り主排気口１２ａから排気される。排気方向８と反対方向に向いた流れは、図４に示すように、図３の断面位置から、図４の断面位置へ流れる方向を変化させて副案内風路９ｂを通過し、副排気口１２ｂから排気される。

以上のように、実施の形態１の送風機１は、複数のプロペラファン２からの吹き出し空気を回転軸方向７と直交する排気方向８へ導く際、排気方向８とは反対方向へ向いた流れの空気を、大きな曲率半径を持った副案内風路９ｂにより、排気方向８へ導くようにした。このとき、大きな曲率半径の案内側板１４により空気の流れる向きを変えていって副排気口１２ｂに導くため、空気の流れの曲率を小さくすることができ、曲がり損失を小さくできる。また、吹き出した空気の流れを曲げる方向が隣接するプロペラファン２の方向となるので、排気口１２が拡がって案内風路手段９が大きくなっても、案内風路手段９の副案内風路９ｂの部分と、隣接するプロペラファン２の案内風路手段９の主案内風路９ａ部分とを重ねて配置するようにすることで、送風機１において、プロペラファン２が並ぶ方向における寸法を小さくすることができる。このため、本実施の形態によれば、複数のプロペラファン２を備えて、回転軸と直交する方向へ空気を排気する場合に、送風機１の動力を小さくしつつ、寸法を小さくすることができる。

実施の形態２．
次に吹き出し空間５側の風路を簡易にした実施の形態を示す。
図５は、この発明の実施の形態２における送風機１を示す正面図であり、プロペラファン２の回転軸に沿って吹き出し側から吸込み側の方向に見るものである。図６は、図５の上面図である。実施の形態２において、図１と同じ符号を付している手段などについては、実施の形態１で説明したことと同様の動作などを行う。

排気方向８は回転軸と垂直な方向に設定され、正面板６の吹き出し空間５にはプロペラファン２が吹き出す空気を排気方向８に対向するように設けられた排気口１２に導く案内風路手段９を備える。ここで、実施の形態１の案内風路手段９は、図２に示すように、プロペラファン２（主案内風路９ａ）を一列に並べつつ、寸法を小さくするために、主排気口１２ａと、主排気口１２ａよりも回転軸方向７に対して外側に位置する副排気口１２ｂとを有していた（２つに分けていた）。本実施の形態は、各プロペラファン２の配置を段状に配置するようにしたものである。このため、本実施の形態の案内風路手段９は、図６に示すように、各プロペラファン２から吹き出した空気が排気する排気口１２は分かれていない。

このため、本実施の形態の案内風路手段９では、案内背面板１１を一枚板で構成することができる。そして、プロペラファン２から吹き出された空気のうち、排気方向８側に流れる空気を排気口１２に案内する風路と排気方向８と反対の向き側に流れる空気を排気口１２に案内する風路とを同じ平面で構成することができる。このため、排気方向８と反対の向き側に流れる空気と案内背面板１１との衝突を抑え、圧力損失を抑えることができる。

図７は図６に示すＣ―Ｃ’断面を示す図である。次に実施の形態２の送風機１を動作させたときの空気の流れなどについて説明する。図７において白抜き線の矢印は気流の向きを示す。ここで、図が複雑になることを避けるため、便宜上、図７にはプロペラファン２i に係る気流のみを示すものとする。また、説明についても、プロペラファン２i を代表として説明するが、プロペラファン２ii、プロペラファン２iii に関しても同様である。

ファンモータ３が回転駆動することにより、プロペラファン２が回転する。本実施の形態では、図７のファン回転方向１５に示すように正面視で反時計回転に回転する。プロペラファン２が回転すると、その昇圧作用により正面板６で分けられた吹き出し空間５の圧力が相対的に高くなり、吸い込み空間４の圧力が相対的に低くなる。プロペラファン２は、吸い込み空間４側の周囲の空気を吸い込み、吹き出し空間５側に吹き出す。吹き出し空間５ではプロペラファン２から排気口１２へ向けた流れが生じる。

例えば、吹き出し空間５では、プロペラファン２に対向する案内正面板１０により回転軸方向７に対する空間寸法が規定されるので、空気の流れは回転軸方向７に発散されずに径方向に向く。また、さらにプロペラファン２の吹き出し流れは旋回成分を多分に含むので、吹き出し空間５において、プロペラファン２周りの流れは、図３に示すようにファン回転方向１５を向いて流れ、径方向外側に広がる流れとなる。

これらプロペラファン２から吹き出す空気の流れのうち、排気方向８に向いて流れる空気は排気口１２から排気される。また、排気方向８と反対方向に向いた空気の流れは、図７に示すように、弓状の案内側板１４に沿って小さな曲率で排気方向８へと向きを変えて排気口１２に導かれる。そして、排気口１２から空気が排気される。

以上のように、本実施の形態の送風機１は、実施の形態１の送風機１と同様に、排気方向８と反対側に吹き出された空気の曲がり損失を小さくしながら、排気口１２に導くことができる案内風路手段９を有することで、プロペラファン２が吹き出す空気を所定の排気方向に効率よく排気させることができる。また、寸法を小さくすることができる。さらに、本実施の形態では、案内背面板１１を一枚板となるような構成とすることで、案内風路手段９の構成が簡単で、排気方向８側に流れる空気を排気口１２に案内する風路と排気方向８と反対の向き側に流れる空気を排気口１２に案内する風路とを同じ平面空間とすることができる。

実施の形態３．
図８は本発明の実施の形態３に係る室外機１６の正面図である。また、図９は実施の形態３に係る室外機１６を左側からみた側面図である。そして、図１０は実施の形態３に係る室外機１６の背面図である。そして、図１１は図８の室外機１６のＤ−Ｄ’断面の上面図である。実施の形態３は、この発明の送風機１を、例えばヒートポンプ装置であるセパレート型空気調和機の室外機１６に適用した例を示すものである。

図８などに示す送風機１は、実施の形態１において説明した形態の送風機１としている。プロペラファン２の吸い込み空間４を覆うように熱交換器１７を設置する。図９に見る室外機１６の側面には外気が熱交換器１７へ吸い込まれる際の通路となる複数の側面開口部１８がある。また、図１０に示すように、背面には外気が熱交換器１７へ吸い込まれる際の通路となる複数の背面開口部１９がある。ここで、本実施の形態における熱交換器１７は、内部を冷媒が循環するパイプの外表面に伝熱用の多層形状のフィンを設けたものである。ただ、熱交換器１７の種類はこれに限定するものではない。

図１１に示すように、図８から見た側面の反対側の端部にある機械室２０には、圧縮機２１など熱交換器１７と配管接続して冷媒回路を構成する機器、ヒートポンプ装置を制御する電気回路（制御装置、基板）などが格納されている。

次に動作について説明する。実施の形態１で説明したように、ファンモータ３の回転駆動によりプロペラファン２が回転すると吸い込み空間４の圧力が低下する。熱交換器１７の吸い込み空間４側と外気側との圧力差に応じて、外気が熱交換器１７のフィン間を介して送風機１の吸い込み空間４に流入する。

熱交換器１７のパイプ内部には外気温度よりも高温または低温の冷媒が循環し、外気が熱交換器１７を通過する際に熱交換を行う。熱交換を行い温度が上昇または低下した空気は、案内風路手段９を通って、排気方向８である上方にある排気口１２から排気される。この風量が多いほど熱交換量を多くすることができ、室外機１６の効率を高くすることができる。上述したように、送風機１においては損失が少ないため、空気の流れを阻害せず、排気する風量を多くすることができる。

以上のように、実施の形態３の送風機１は、空気調和機の室外機１６に適用することにより、排気方向８が回転軸方向７に対してほぼ垂直となる方向（図１０では上方）に行う室外機１６について、吹き出し気流の損失を小さく実現することができる。図１２に示すような建物２２と建物２２の間の隙間に設置しても、建物２２の壁面によって空気の流れを阻害しないため、高い効率を維持できる。以上のようにすることで、設置場所の自由度が高い、効率的な室外機１６の構成を実現することができる。

この発明に係る送風機の活用例として、実施の形態３においては、空気調和機の室外機に適用することを例に挙げた。送風機１はこれに限らず、換気装置、屋内空気循環装置などにも広く利用することができる。

１ 送風機、２ プロペラファン、３ ファンモータ、４ 吸い込み空間、５ 吹き出し空間、６ 正面板、７ 回転軸方向、８ 排気方向、９ 案内風路手段、９ａ 主案内風路、９ｂ 副案内風路、１０ 案内正面板、１１ 案内背面板、１２ 排気口、１２ａ 主排気口、１２ｂ 副排気口、１４ 案内側板、１５ ファン回転方向、１６ 室外機、１７ 熱交換器、１８ 側面開口部、１９ 背面開口部、２０ 機械室、２１ 圧縮機、２２ 建物。

Claims (2)

1. 回転軸がほぼ平行となるように並び、空気を吹き出す方向が同じ方向となる２台以上のプロペラファンと、
   前記プロペラファンが空気を吸い込む側の空間と空気を吹き出す側の空間とを仕切る正面板と、
   各プロペラファンに対応して設けられ、前記プロペラファンが吹き出した空気を衝突させて前記回転軸とほぼ直交する方向に前記空気の流れを変化させるための案内正面板および前記回転軸とほぼ直交する方向に流れる空気を誘導して排気口から排気させるための案内側板を有して風路を形成する案内風路手段とを備え、
   前記案内風路手段は、前記案内側板に沿って前記排気口に向かう空気の流れる距離を大きくするために前記排気口の前記回転軸と直交する方向における幅を、前記正面板と前記案内正面板との間の幅よりも拡げ、隣接するプロペラファンに対応する前記案内風路手段同士を、前記回転軸方向に一部重ねて構成し、
   さらに、前記排気口に直接向かう流れ成分を多く含む空気の風路となる主案内風路と、前記案内側板に沿って前記排気口に向かう流れ成分を多く含む空気の風路となる副案内風路とで前記案内風路手段を構成し、
   前記副案内風路を、隣接するプロペラファンの主案内風路部分に重ねて各プロペラファンの正面板が一列に並ぶようにすることを特徴とする送風機。
2. 請求項１に記載の送風機と、
   該送風機の空気を吸い込む側に配置された熱交換器と
   を備えることを特徴とする空気調和機の室外機。

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