JP6078269B2 - 送風ユニット - Google Patents

Description

本発明は、送風ユニットに関する。

従来から、空気調和機（以下、空調機という）の送風や産業機械の冷却用としてケーシングを使用しないプラグファンが使用されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に示す空調機は、ヒートポンプ式空調機であってプラグファンをファン室内に配設したものであり、外形を小さくすることが要求される。このため、ファン室（送風ユニット）のスペースに制約があり、ファンと吹出口の距離が十分確保できずに効率が低下する問題がある。この問題を解消するため、円錐曲面ガイドをファン室の内壁のダクト接続口近傍に配設している。

特開２００５−１６７９１号公報

しかしながら、かかる従来の空調機は、建物の設置場所のスペースに合せて設計される、いわゆるオーダーメイドで製作されることが多い。このため、ファン室の寸法も設置場所に対応させて変わり、円錐曲面ガイドをそれぞれの空調機毎に用意しなければならず、製造工数が多大になる問題があった。また、圧力損失や効率のさらなる向上が望まれている。

そこで、本発明は、製造工数が少なく、圧力損失が低くて高効率の送風ユニットを提供するものである。

本発明に係る送風ユニットは、上方に吸込口および下方に吹出口を有し、側方が複数の側面によって囲まれた筐体と、該筐体の内部に収容されたプラグファンと、を備えている。
前記プラグファンは、主板と、該主板の上方に配置されて吸気口を有する側板と、これらの主板と側板の間に配置されると共に周方向に沿って所定間隔をおいて複数配置された羽根とを有する。
前記送風ユニットは、前記筐体における底面に設けられた吹出口の幅寸法が、前記複数の側面のうち対向する一対の側面同士の離間距離よりも小さく形成されている。
前記筐体の内部における前記プラグファンと吹出口との間であって前記プラグファンの下方に、前記プラグファンの外径よりも大きな外径を有すると共に外周縁が円形に形成され、前記主板と平行に延在する整流板を配置している。 前記プラグファンの吸気口から吸い込まれた空気は、羽根に沿ってプラグファンの側方向へ吹き出されたのち、整流板の外周縁の側方から下側に回り込み、前記吹出口から排出されるように構成されている。

本発明に係る送風ユニットによれば、前記吹出口の幅寸法が、前記複数の側面のうち対向する一対の側面同士の離間距離よりも小さいため、前記筐体の内部には、側面と底面とが交差する部位に角部が形成される。従って、プラグファンから吹き出される空気は、側面を伝って角部の底面に当たって渦流が形成されるため、吹出口から排出される空気の風速分布が径方向に沿った部位ごとに不均等になって圧力損失が増大する。

これに対して、本願発明では、整流板を配置しているため、プラグファンから吹き出された空気の流れが整流されることにより、整流板がない場合に比べて渦流が小さくなる。従って、吹出口から排出される空気の風速分布が径方向に沿った部位ごとに均等になって圧力損失が小さくなる。また、単に整流板を設けるのみであるため、製造工数も少なくてすむ。

図１は、本発明の第１実施形態による送風ユニットを示す斜視図であり、筐体を構成する手前側の側壁を省略している。 図２は、図１のプラグファンと円板状整流板を示す斜視図である。 図３は、第１実施形態による円板状整流板を示す斜視図である。 図４は、第２実施形態による円環状整流板を示す斜視図である。 図５は、第３実施形態による円錐台状整流板を示す斜視図である。 図６は、第１実施例による筐体内の空気流れを示す概略図である。 図７は、第２実施例による筐体内の空気流れを示す概略図である。 図８は、第３実施例による筐体内の空気流れを示す概略図である。 図９は、比較例による筐体内の空気流れを示す概略図である。 図１０は、本発明例および比較例について、風量と静圧との関係を示すグラフである。 図１１は、本発明例および比較例について、風量と静圧効率との関係を示すグラフである。 図１２は、本発明例および比較例について、風量と静圧との関係を示すグラフであり、円環状整流板の内径と外径をいろいろ変えている。 図１３は、本発明例および比較例について、風量と静圧効率との関係を示すグラフであり、円環状整流板の内径と外径をいろいろ変えている。 図１４は、本発明例および比較例について、風量と静圧との関係を示すグラフであり、円環状整流板の外径をいろいろ変えている。 図１５は、本発明例および比較例について、風量と静圧効率との関係を示すグラフであり、円環状整流板の外径をいろいろ変えている。 本図のうち、図１６（ａ）は、プラグファンと円錐台状整流板の寸法を示す斜視図であり、図１６（ｂ）は、本発明例および比較例について、風量と静圧との関係を示すグラフである。 図１７は、本発明例および比較例について、風量と静圧効率との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

[第１実施形態]
図１に示すように、本発明の第１実施形態による送風ユニット１は、筐体３とプラグファン５と円板状整流板７（整流板）とを備えている。

前記筐体３は、直方体状の箱に形成されており、上側に配置された上面９と、下側に配置された底面１１と、側方を四方から取り囲む４枚の側面１３とから構成されている。なお、図１では、筐体３の内部を明瞭に示すために、手前側の側面１３を省略して記載している。前記上面９には、中央に円形の孔が形成され、この孔が空気の吸込口１５になっている。前記底面１１には、矩形状の孔が形成され、この孔が吹出口１７になっている。なお、吹出口１７の下方には、角筒状のダクト１９が接続されている。

ここで、上面９の大きさは、横方向の幅寸法がＷｃ１で前後方向の奥行寸法がＷｃ２に設定されている。従って、左右方向に対向する一対の側面同士１３，１３の離間距離もＷｃ１に設定されている。Ｗｃ１は例えば１１３４ｍｍが好ましく、Ｗｃ２は例えば１１３４ｍｍが好ましい。また、側面１３の高さはＨｃに設定されており、Ｈｃは例えば８５０ｍｍが好ましい。前記吹出口１７の幅寸法Ｗｏは、例えば６３０ｍｍが好ましい。そして、吹出口１７の幅寸法Ｗｏは、側面同士１３，１３の離間距離Ｗｃ１よりも小さく設定されている。

前記プラグファン５は、図１，２に示すように、下側に配置された円盤状の主板２１と、該主板２１から上方に向けて所定間隔をおいて対向配置されると共に中央に吸気口２３を有する側板２５と、これらの主板２１および側板２５の間に周方向に沿って所定間隔をおいて複数配置された羽根２７と、を備えている。これらの主板２１、側板２５および羽根２７は全て鋼板パネルまたはアルミニウム板をプレス成形して形成されており、それぞれが溶接やカシメ等によって結合されて一体になっている。なお、材質は鋼板やアルミニウムに限定されず、樹脂等でも良い。プラグファン５は、下側に配置されたモータ２９によって回転することによって、プラグファン５の側方から空気Ａが吹き出される。なお、モータ２９は筐体３に支持されている。

図２に示すように、側板２５の外径（プラグファン５の外径）はＤｆに設定され、側板２５の内径はｄｆに設定されている。また、プラグファン５の高さはＨｆに設定されている。前記Ｄｆは例えば６３０ｍｍ、ｄｆは４４０ｍｍ、Ｈｆは２６０ｍｍが好ましい。

前記筐体３の内部においては、前記プラグファン５と吹出口１７との間に、前記プラグファン５の外径よりも大きな外径を有すると共に外周縁が円形に形成された円板状整流板７（整流板）を配置している。プラグファン５の下端と円板状整流板７との上下方向距離はｈであり、このｈは例えば５０ｍｍが好ましい。

前記円板状整流板７（整流板）は、図３に示すように、外径がＤｐａに設定された円板であり、外径Ｄｐａは、プラグファン５の外径Ｄｆよりも大きく形成されている。具体的には、円板状整流板７の外径Ｄｐａは、プラグファン５の外径Ｄｆの１５０〜１７０％に設定されている。即ち、Ｄｐａ＝１．５Ｄｆ〜１．７Ｄｆである。なお、円板状整流板７は、４本の支持脚３１（一部不図示）を介して筐体３の側面１３に支持されている。また、本実施形態では、円板状整流板７の材質は鋼板であるが、樹脂等でも良い。

前述した構成を有する送風ユニット１においては、筐体３の上面９に形成した吸込口１５から空気Ａが取り入れられ、この空気Ａはプラグファン５に吸気口２３から入り回転する羽根２７に沿って側方に排出されたのち、円板状整流板７の外周縁の側方から下側に回り込み、底面１１に形成した吹出口１７からダクト１９に流れ込む。

[第２実施形態]
次いで、第２実施形態について説明するが、前述した第１実施形態と同一構造については説明を省略する。

第２実施形態では、図１で説明した第１実施形態の送風ユニット１に対して円板状整流板７の代わりに円環状整流板４１（整流板）を配設している。円環状整流板４１を配置する位置は、第１実施形態と同じである。

図４に示すように、前記円環状整流板４１は、平板状に形成され、外径がＤｐｂで内径がｄｐｂに設定されている。外周縁および内周縁ともに平面視が円形に形成されており、円環状整流板４１の中心はプラグファン５の中心軸に一致している。このように、円環状整流板４１は、円板の中央部に円形の孔４１ａが形成された平板状に形成されている。

また、前記円環状整流板４１の外径Ｄｐｂは、プラグファン５の外径Ｄｆよりも大きく形成されている。具体的には、円環状整流板４１の外径Ｄｐｂは、プラグファン５の外径Ｄｆの１５０〜１７０％に設定されている。即ち、Ｄｐｂ＝１．５Ｄｆ〜１．７Ｄｆである。

そして、円環状整流板４１の外径Ｄｐｂと内径ｄｐｂとの寸法差（Ｄｐｂ−ｄｐｂ）は、プラグファン５の外径Ｄｆの２０〜６０％に設定されている。具体的には、（Ｄｐｂ−ｄｐｂ）＝０．２Ｄｆ〜０．６Ｄｆである。

[第３実施形態]
次いで、第３実施形態について説明するが、前述した第１，第２実施形態と同一構造については説明を省略する。

第３実施形態では、図１で説明した第１実施形態の送風ユニット１に対して円板状整流板７の代わりに円錐台状整流板５１（整流板）を配設している。円錐台状整流板５１を配置する位置は、第１実施形態と同じである。

前記円錐台状整流板５１は、図５に示すように、中央部に円形の孔５１ａが形成されると共に、側面５３が中央から外周に向かうに従って空気流れの下流側（図５の下側）に向けて傾斜する円錐台形状に形成されている。外径がＤｐｃで内径がｄｐｃに設定されている。また、側面視において側面５３が水平面となす傾斜角θは、０°〜２０°が好ましい。

なお、前記円錐台状整流板５１の外径Ｄｐｃは、プラグファン５の外径Ｄｆよりも大きく形成されている。具体的には、円錐台状整流板５１の外径Ｄｐｃは、プラグファン５の外径Ｄｆの１５０〜１７０％に設定されている。即ち、Ｄｐｃ＝１．５Ｄｆ〜１．７Ｄｆである。

次いで、実施例を通じて本発明を更に詳しく説明する。

[第１実施例]
まず、図６に示すように、前述した第１実施形態に対応させ、プラグファン５の下方に円板状整流板７を配置した場合における筐体３内の空気流れをシミュレーションした。筐体３の側方は側面１３によって囲まれており、底面１１の中央部には、吹出口１７が形成されている。吹出口１７の寸法は、対向する一対の側面１３，１３の離間距離よりも小さく形成されている。なお、筐体３の底部には、側面１３の下部と底面１１の外周部とで画成される角部１４が形成されている。

シミュレーションソフトは、ANSYS社のFluent（登録商標）を用い、風量は１４０００ｍ^３／ｈに設定した。複数の矢印が筐体３内における各部位における空気Ａの流れの大きさと方向を示しており、黒丸が測定点の位置を示し、矢印の長さが風速の大きさを示し、矢印の方向が空気流れの方向を示す。

プラグファン５から側方に向けて空気Ａが吹き出されたのち、円板状整流板７の外周側を下方に回り込んで、円板状整流板７と筐体３の側面１３と底面１１とで囲まれる部位に弱い渦流６１，６３が形成される。即ち、後述する図９の比較例と比べると、渦流６１，６３を構成する空気Ａの流速が小さくなっている。図６では、断面を示しているため、左右一対に渦流６１，６３が発生しているように見えるが、前記渦流６１，６３は周方向に沿って円環状に一体に形成されている。そして、底面１１の吹出口１７においては、幅方向に沿った各部位にほぼ均等の間隔で略同一方向および略同一大きさの空気Ａが吹き出される。このように、吹出口１７における風速分布は良好になり、圧力損失が小さくなる。

[第２実施例]
次に、図７に示すように、前述した第２実施形態に対応させ、プラグファン５の下方に円環状整流板４１を配置した場合における筐体３内の空気Ａの流れをシミュレーションした。シミュレーションの条件は、第１実施例と同じである。

プラグファン５から側方に向けて空気Ａが吹き出されたのち、円環状整流板４１の外周側を下方に回り込んで、円環状整流板４１と筐体３の側面１３と底面１１とで囲まれる部位に弱い渦流６５，６７が形成される。また、円環状整流板４１の中央部の孔から下方に向けて空気Ａが流れる。ここで、渦流６５，６７の内周側の空気流れは上方に向かい、円環状整流板４１の中央部の孔から流れる空気流れは下方に向かうため、両者は互いに相殺しあって渦流６５，６７の大きさが第１実施例よりも小さくなる。そして、底面１１の吹出口１７においては、径方向の中央部の広い範囲にほぼ均等の間隔で略同一方向および略同一大きさの空気Ａが吹き出される。このように、吹出口１７における風速分布は第１実施例よりもさらに良好になり、圧力損失が小さくなる。

[第３実施例]
次に、図８に示すように、前述した第３実施形態に対応させ、プラグファン５の下方に円錐台状整流板５１を配置した場合における筐体３内の空気Ａの流れをシミュレーションした。シミュレーションの条件は、第１実施例および第２実施例と同じである。

プラグファン５から側方に向けて空気Ａが吹き出されたのち、円錐台状整流板５１の外周側を下方に回り込んで、円錐台状整流板５１と筐体３の側面１３と底面１１とで囲まれる部位に弱い渦流６９，７１が形成される。そして、底面１１の吹出口１７においては、径方向の中央部の広い範囲にほぼ均等の間隔で略同一方向および略同一大きさの空気Ａが吹き出される。このように、吹出口１７における風速分布は第１実施例および第２実施例よりもさらに良好になり、圧力損失も小さくなる。

[比較例]
次に、図９に示すように、比較例として、プラグファン５の下方に整流板を配置しない場合における筐体３内の空気Ａの流れをシミュレーションした。シミュレーションの条件は、第１〜第３実施例と同じである。

プラグファン５から側方に向けて空気Ａが吹き出されたのち、プラグファン５と筐体３の側面１３と底面１１とで囲まれる部位に、前記第１〜第３実施例よりも大きくて風速の速い渦流７３，７５が形成される。そして、底面１１の吹出口１７においては、径方向の中央部では風速が小さく、幅方向の外側では風速が大きくなる。このように、吹出口１７における風速分布は第１〜第３実施例よりも不均等になり、圧力損失が大きくなる。なお、プラグファン５の右下近傍に風速が特に大きな部位７７が発生していることが確認でき、この部位に圧力損失が発生していると推測される。

[静圧および静圧効率と風量との関係]
以下に、図１０〜図１７を用いて、静圧および静圧効率と風量との関係を説明する。なお、シミュレーションソフトは、ANSYS社のFluentを用いた。

図１０および図１１において、「整流板１００８穴無」とは外径が１００８ｍｍの円板状整流板を用いた場合（本発明例）を示し、「整流板１００８−７５０穴有」とは外径が１００８ｍｍで内径が７５０ｍｍの円環状整流板（本発明例）を用いた場合を示す。また、「比較例（引用文献）」とは前記背景技術で挙げた引用文献１の円錐曲面ガイドを用いた場合を示し、「比較例（整流板無）とは整流板を設けない場合を示す。この図１０、図１１に示すように、ほぼ全ての風量の範囲において、比較例よりも本発明例の方が高い静圧および静圧効率を示すことが判明した。

図１２および図１３においては、円環状整流板（本発明例）と比較例とを比較した。なお、円環状整流板の大きさについては、外径が１００８ｍｍに対して内径が６２５ｍｍ、７５０ｍｍ、８７５ｍｍの３種類に変化させた。また、外径が９４５ｍｍに対して内径が６２５ｍｍ、７５０ｍｍ、８７５ｍｍの３種類に変化させた。この図１２、図１３に示すように、ほぼ全ての風量の範囲において、比較例よりも本発明例の方が高い静圧および静圧効率を示すことが判明した。

図１４および図１５においては、円環状整流板（本発明例）と比較例とを比較した。なお、円環状整流板の大きさについては、内径が７５０ｍｍに対して外径が８１９ｍｍ、８８２ｍｍ、９４５ｍｍ、１００８ｍｍの３種類に変化させた。この図１４、図１５に示すように、ほぼ全ての風量の範囲において、比較例よりも本発明例の方が高い静圧および静圧効率を示すことが判明した。

図１６および図１７においては、円錐台状整流板５１（本発明例）と比較例とを比較した。なお、図１６（ａ）に示すように、円錐台状整流板５１は、プラグファン５よりも５０ｍｍだけ下側に配置されている。円錐台状整流板５１の大きさについては、外径が１００８ｍｍで内径が７５０ｍｍとした。また、側面５３の傾斜角は、０°（傾斜無）、１０°、２０°に変化させた。この図１６（ｂ）、図１７に示すように、ほぼ全ての風量の範囲において、比較例よりも本発明例の方が高い静圧および静圧効率を示すことが判明した。

ところで、本発明は、前記実施形態に例をとって説明したが、本送風ユニット１の各部の寸法は相似形の送風ユニットにおいては相似の特性を示すこと、また送風機の比例法則に従い静圧、静圧効率、風量の値も推測可能であるので、この実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。

次いで、本実施形態による作用効果を説明する。

（１）本実施形態による送風ユニット１は、吸込口１５および吹出口１７を有し、側方が複数の側面１３によって囲まれた筐体３と、該筐体３の内部に収容されたプラグファン５と、を備え、前記筐体３における底面１１に設けられた吹出口１７の幅寸法Ｗｏが、前記複数の側面１３のうち対向する一対の側面同士１３，１３の離間距離Ｗｃ１よりも小さく形成されている。前記筐体３の内部における前記プラグファン５と吹出口１７との間に、前記プラグファン５の外径Ｄｆよりも大きな外径を有すると共に外周縁が円形に形成された整流板（円板状整流板７、円環状整流板４１、円錐台状整流板５１）を配置している。

前記吹出口１７の幅寸法Ｗｏが、前記複数の側面１３のうち対向する一対の側面同士１３，１３の離間距離Ｗｃ１よりも小さいため、前記筐体３の内部には、側面１３と底面１１とが交差する部位に角部１４が形成される。従って、プラグファン５から吹き出される空気Ａは、側面１３を伝って角部１４の底面１１に当たって渦流が形成されるため、吹出口１７から排出される空気Ａの風速分布が径方向に沿った部位ごとに不均等になって圧力損失が増大する。

これに対して、本願発明では、整流板７，４１，５１を配置しているため、プラグファン５から吹き出された空気Ａの流れが整流されることにより、整流板がない場合に比べて渦流が小さくなる。従って、吹出口１７から排出される空気Ａの風速分布が径方向に沿った部位ごとに均等になって圧力損失が小さくなる。

（２）前記整流板は、円板に形成された円板状整流板７である。このように、非常に単純な形状の整流板であるため、製造工数が少なくてすむ。

（３）前記整流板は、円板の中央部に円形の孔４１ａが形成された円環状整流板４１である。このように、非常に単純な形状の整流板であるため、製造工数が少なくてすむ。また、前記第２実施例で説明したように、渦流６５，６７の内周側の空気流れは上方に向かい、円環状整流板４１の中央部の孔４１ａから流れる空気流れは下方に向かうため、両者は互いに相殺しあって渦流６５，６７の大きさがさらに小さくなる。

（４）前記整流板は、中央部に円形の孔５１ａが形成されると共に、側面５３が中央から外周に向かうに従って空気流れの下流側に向けて傾斜する円錐台形状に形成された円錐台状整流板５１である。従って、プラグファン５から吹き出された空気Ａは、傾斜した側面５３に沿って斜めに流れると共に中央部の孔５１ａからも下流側に流れるため、渦流がさらに小さくなる。

（５）前記整流板の外径（Ｄｐａ、Ｄｐｂ、Ｄｐｃ）は、プラグファン５の外径Ｄｆの１５０〜１７０％に設定されている。１５０％未満の場合は、整流板の外径が小さすぎて整流板による空気Ａの整流効果が小さくなる。また、１７０％よりも大きくなると、整流板の外径が大きくなりすぎて整流板と筐体３の側面１３との隙間が小さくなりすぎてしまい、当該隙間から下流側に流れる空気Ａの流速が大きくなり、圧力損失が大きくなり性能が低下する。

（６）前記円環状整流板４１の外径Ｄｐｂと内径ｄｐｂとの寸法差（Ｄｐｂ−ｄｐｂ）は、プラグファン５の外径Ｄｆの２０〜６０％に設定されている。円環状整流板４１の寸法差（Ｄｐｂ−ｄｐｂ）がプラグファン５の外径Ｄｆの２０％未満の場合は、円環状整流板４１で整流させる面積が小さくなりすぎるため、整流効果が不足する。また、６０％よりも大きい場合は、中央の孔を通過する空気Ａの量が少なすぎて、渦流を小さくする効果が少なくなるため、好ましくない。

（７）前記円錐台状整流板５１の側面５３の傾斜角θは、側面視で０〜２０°に設定されている。傾斜角θが２０°よりも大きいと、側面５３が垂直方向に近づきすぎて、空気Ａの整流効果が小さくなる。

１…送風ユニット
３…筐体
５…プラグファン
７…円板状整流板（整流板）
１３…側面
１５…吸込口
１７…吹出口
４１…円環状整流板（整流板）
５１…円錐台状整流板（整流板）
５３…側面

Claims (7)

1. 上方に吸込口および下方に吹出口を有し、側方が複数の側面によって囲まれた筐体と、該筐体の内部に収容されたプラグファンと、を備え、
   前記プラグファンは、主板と、該主板の上方に配置されて吸気口を有する側板と、これらの主板と側板の間に配置されると共に周方向に沿って所定間隔をおいて複数配置された羽根とを有し、
   前記筐体における底面に設けられた吹出口の幅寸法が、前記複数の側面のうち対向する一対の側面同士の離間距離よりも小さく形成された送風ユニットであって、
   前記筐体の内部における前記プラグファンと吹出口との間であって前記プラグファンの下方に、前記プラグファンの外径よりも大きな外径を有すると共に外周縁が円形に形成され、前記主板と平行に延在する整流板を配置し、
   前記プラグファンの吸気口から吸い込まれた空気は、羽根に沿ってプラグファンの側方向へ吹き出されたのち、整流板の外周縁の側方から下側に回り込み、前記吹出口から排出されるように構成されたことを特徴とする送風ユニット。
2. 前記整流板は、円板に形成された円板状整流板であることを特徴とする請求項１に記載の送風ユニット。
3. 前記整流板は、円板の中央部に円形の孔が形成された円環状整流板であることを特徴とする請求項１に記載の送風ユニット。
4. 前記整流板は、中央部に円形の孔が形成されると共に、側面が中央から外周に向かうに従って空気流れの下流側に向けて傾斜する円錐台形状に形成された円錐台状整流板であることを特徴とする請求項１に記載の送風ユニット。
5. 前記整流板の外径は、プラグファンの外径の１５０〜１７０％に設定されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の送風ユニット。
6. 前記円環状整流板の外径と内径との寸法差は、プラグファンの外径の２０〜６０％に設定されたことを特徴とする請求項３に記載の送風ユニット。
7. 前記円錐台状整流板の側面の傾斜角は、側面視で０〜２０°に設定されてなることを特徴とする請求項４に記載の送風ユニット。

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