JP6970359B2

JP6970359B2 - 送風装置及びそれを備えた冷凍装置

Info

Publication number: JP6970359B2
Application number: JP2020015707A
Authority: JP
Inventors: 明楠 ▲高▼田; 要丸山; 匡史東田; 作舟陳
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2020-01-31
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2040-01-31
Also published as: JP2021124023A; WO2021153246A1

Description

本開示は、ベルマウスと当該ベルマウスの内側に配設されたファンとを有する送風装置及びそれを備えた冷凍装置に関する。

特許文献１には、ベルマウスと、複数の羽根を有し、前記ベルマウスの内側に配設されたファンとを有する送風装置が開示されている。この送風装置では、静圧上昇の目的で、ベルマウスの下流側端部の内周面に、下流側に向かって外周側に傾斜するベルマウス側傾斜面を形成している。

国際公開第２０１７／１４５３７０号

ところで、特許文献１のような構成の送風装置では、ベルマウスとファンとの接触を確実に防止するためにベルマウスとファンとの隙間を大きくすると、ベルマウスとファンとの隙間から上流側に回り込む空気が増大し、送風性能が悪化する。しかし、特許文献１では、かかる問題に対して何ら対策を講じていない。

本開示の目的は、漏れ流れを利用して、ベルマウス下流側にディフューザを設けることで、静圧を上昇させることである。。

本開示の第１の態様は、ベルマウス（12）と、複数の羽根（22）を有し、前記ベルマウス（12）の内側に配設されたファン（20）とを有する送風装置であって、前記ベルマウス（12）の下流側端部の内周面には、ベルマウス側傾斜面（13a）が形成され、前記ファン（20）の羽根（22）の外周端には、リング（23）が接続され、当該リング（23）の下流側端部の外周面には、ファン側傾斜面（24a）が形成され、前記ファン（20）のファン側傾斜面（24a）と前記ベルマウス（12）のベルマウス側傾斜面（13a）とは、互いに対向するとともに、下流側に向かって外周側に傾斜していることを特徴とする。

第１の態様では、リング（23）の下流側端部の外周面を下流側に向かってベルマウス（12）側に傾斜させているので、リング（23）の下流側端部の外周面を下流側に向かって外周側に傾斜させない場合に比べ、リング（23）の下流端とベルマウス（12）との間隔を狭くできる。したがって、リング（23）の下流端を回り込んでベルマウス（12）とファン（20）との隙間に侵入する空気を削減し、送風性能を向上できる。

また、ベルマウス（12）の下流側端部の内周面にベルマウス側傾斜面（13a）を形成し、ベルマウス（12）の下流側端部の内側の空間を下流側に向かって徐々に幅広にしているので、ベルマウス（12）の下流側端部の内周面をファン（20）の回転軸（A）に対して傾斜させない場合に比べ、ファン（20）から送られる空気の動圧が低くなる。したがって、ファン（20）から送られる空気の静圧を高くできる。

本開示の第２の態様は、第１の態様において、前記ファン（20）のファン側傾斜面（24a）の当該ファン（20）の回転軸（A）方向に対する傾斜角度（β）は、３０°以下に設定されていることを特徴とする。

第２の態様では、ファン（20）のファン側傾斜面（24a）の当該ファン（20）の回転軸（A）方向に対する傾斜角度（β）を３０°以下に設定しているので、３０°よりも大きく設定した場合に比べ、はく離による圧力損失が低減する。したがって、ファン（20）から送られる空気の静圧を高められる。

本開示の第３の態様は、第１又は第２の態様において、前記ベルマウス側傾斜面（13a）の下流側端部には、下流側傾斜面（14a）が形成され、前記下流側傾斜面（14a）の前記ファン（20）の回転軸（A）方向に対する傾斜角度（α1）は、前記ファン側傾斜面（24a）の前記回転軸（A）方向に対する傾斜角度（β）よりも大きく設定され、前記ベルマウス（12）の下流側傾斜面（14a）の下流端は、前記ファン（20）のリング（23）の下流端よりも下流側に位置していることを特徴とする。

第３の態様では、ベルマウス側傾斜面（13a）の下流側端部を、ファン（20）のファン側傾斜面（24a）と同じ傾斜角度でファン（20）の回転軸（A）方向に対して傾斜させた場合に比べ、ファン（20）のリング（23）の内側から周方向外側に流れた空気が下流側傾斜面（14a）に沿って下流側に流れやすい。

本開示の第４の態様は、第３の態様において、前記ベルマウス側傾斜面（13a）における下流側傾斜面（14a）の上流側には、上流側傾斜面（15a）が形成され、前記下流側傾斜面（14a）の前記回転軸（A）方向に対する傾斜角度（α1）は、前記上流側傾斜面（15a）の前記回転軸（A）方向に対する傾斜角度（α2）よりも大きく設定されていることを特徴とする。

本開示の第５の態様は、第３又は第４の態様において、前記下流側傾斜面（14a）の前記回転軸（A）方向に対する傾斜角度（α1）は、８０°以下であることを特徴とする。

第５の態様では、下流側傾斜面（14a）の前記回転軸（A）方向に対する傾斜角度（α1）を８０°以下に設定しているので、８０°よりも大きく設定した場合に比べ、はく離による圧力損失が低減する。したがって、ファン（20）から送られる空気の静圧を高められる。

本開示の第６の態様は、第１〜第５の態様において、前記ベルマウス側傾斜面（13a）は、内周側に突出するように湾曲していることを特徴とする。

本開示の第７の態様は、第１〜第６の態様に係る送風装置（5）を備えた冷凍装置（1）である。

図１は、実施形態に係る送風装置を備えたチラー装置の斜視図である。図２は、図１のII−II線における断面図である。図３は、ファンの斜視図である。図４は、図２のIV部拡大図である。図５は、ファン側傾斜面のファンの回転軸方向に対する傾斜角度と、静圧効率上昇率との関係を示すグラフである。図６は、下流側傾斜面のファンの回転軸方向に対する傾斜角度と、静圧効率上昇率との関係を示すグラフである。図７は、実施形態の変形例の図４相当図である。

以下、実施形態について図面に基づいて説明する。

図１は、冷凍装置としてのチラー装置（1）を示す。このチラー装置（1）は、水平方向に一列に配列された４対の熱交換器（3a,3b）を備えている。各対の熱交換器（3a,3b）は、上方に向かってその配列方向に互いに離間するようにＶ字状をなしている。これら４対の熱交換器（3a,3b）の上方には、本発明の実施形態に係る送風装置（5）が配設されている。送風装置（5）は、上記４対の熱交換器（3a,3b）を上方から覆い、かつ板面を上下方向に向けた金属製の上面パネル（10）を備えている。上面パネル（10）には、図２に示す送風口（11）が、熱交換器（3a,3b）の配列方向に４行、熱交換器（3a,3b）の配列方向に対して直角な方向に２列形成されている。熱交換器（3a,3b）の配列方向に対して直角な方向に並んだ２つの送風口（11）は、共通の１対の熱交換器（3a,3b）に上方から臨んでいる。各送風口（11）の内側には、図３にも示す金属製のファン（20）がその回転軸（A）を上下方向に向けた状態で配設されている。ファン（20）は、駆動手段（図示せず）の駆動により上方に送風するように回転する。したがって、本実施形態では、上側が下流側、下側が上流側となる。ファン（20）の下流側には、図１にのみ示す送風グリル（7）が配設されている。上面パネル（10）、ファン（20）、上記駆動手段（図示せず）、及び送風グリル（7）によって、送風装置（5）が構成されている。

上記上面パネル（10）の送風口（11）の周縁部には、略筒状のベルマウス（12）が下方に向かって一体に突設されている。このベルマウス（12）は、周方向及び回転軸（A）方向全体に亘って略一定の厚さ（Ｔ）で形成されている。図４にも示すように、ベルマウス（12）の下流側端部（基端部）には、下流側に向かって外周側に傾斜するベルマウス側傾斜部（13）が全周に亘って形成されている。ベルマウス側傾斜部（13）は、その下流側部分を構成するテーパー形状の下流側傾斜部（14）と、当該下流側傾斜部（14）よりもファン（20）の回転軸（A）方向に対して小さく傾斜し、当該下流側傾斜部（14）の上流側に形成されたテーパー形状の上流側傾斜部（15）とで構成されている。ベルマウス側傾斜部（13）の内周面は、下流側に向かって外周側に傾斜するベルマウス側傾斜面（13a）を構成している。ベルマウス側傾斜面（13a）の下流側端部には、上記下流側傾斜部（14）の内周面からなる下流側傾斜面（14a）が形成され、ベルマウス側傾斜面（13a）における下流側傾斜面（14a）の上流側には、上記上流側傾斜部（15）の内周面からなる上流側傾斜面（15a）が形成されている。下流側傾斜部（14）、下流側傾斜面（14a）、上流側傾斜部（15）、及び上流側傾斜面（15a）は、それぞれ、図２に示すような径方向断面において直線状をなす。

ベルマウス側傾斜部（13）の下流側傾斜部（14）及び下流側傾斜面（14a）のファン（20）の回転軸（A）方向に対する傾斜角度（α1）は、上流側傾斜部（15）及び上流側傾斜面（15a）のファン（20）の回転軸（A）方向に対する傾斜角度（α2）よりも大きく、かつ８０°以下に設定されている。

ベルマウス側傾斜部（13）の上流側傾斜部（15）及び上流側傾斜面（15a）のファン（20）の回転軸（A）方向に対する傾斜角度（α2）は、０°よりも大きく、かつ３０°以下に設定されている。つまり、以下の式１が成立する。

０°＜α２≦３０°・・・（式１）
なお、傾斜角度（α2）は、８°以上２２°以下に設定することが好ましい。

ベルマウス（12）のベルマウス側傾斜部（13）を除く部分、すなわちベルマウス側傾斜部（13）の上流側の部分は、円筒状に形成されている。

上記ファン（20）は、ハブ（21）と、当該ハブ（21）から径方向外側に向けて一体に突設された５枚の羽根（22）とを有している。これら羽根（22）の外周端には、略筒状のリング（23）がこれら羽根（22）及びハブ（21）を外周側から囲むように接続されている。リング（23）は、周方向及び回転軸（A）方向全体に亘って略一定の厚さ（ＴＨ）で形成されている。リング（23）の下流側端部には、下流側に向かって外周側に傾斜するファン側傾斜部（24）が全周に亘って形成されている。当該ファン側傾斜部（24）の外周面は、下流側に向かって外周側に傾斜するファン側傾斜面（24a）を構成している。ファン側傾斜部（24）及びファン側傾斜面（24a）のファン（20）の回転軸（A）方向に対する傾斜角度（β）は、ベルマウス側傾斜部（13）の上流側傾斜部（15）のファン（20）の回転軸（A）方向に対する傾斜角度（α2）と等しく設定されている。つまり、ファン側傾斜部（24）及びファン側傾斜面（24a）のファン（20）の回転軸（A）方向に対する傾斜角度（β）は、０°よりも大きく、かつ３０°以下に設定されている。したがって、ベルマウス側傾斜部（13）の下流側傾斜部（14）及び下流側傾斜面（14a）のファン（20）の回転軸（A）方向に対する傾斜角度（α1）は、ファン側傾斜部（24）及びファン側傾斜面（24a）のファン（20）の回転軸（A）方向に対する傾斜角度（β）よりも大きい。つまり、以下の式２が成立する。

α２＝β＜α１≦８０°・・・（式２）
なお、傾斜角度（α1）は、２５°以上７５°以下に設定することが好ましく、傾斜角度（β）は、８°以上２２°以下に設定することが好ましい。

リング（23）の上流側端部には、上流側に向かって斜め外周側に突出する突出部（25）が全周に亘って形成されている。突出部（25）の基端部は、内周側に突出するように湾曲している。

リング（23）のファン側傾斜部（24）及び突出部（25）を除く部分、すなわちファン側傾斜部（24）の上流側であってかつ突出部（25）の下流側の部分は、円筒状に形成されている。

上述のように構成されたファン（20）は、上記ベルマウス（12）の内側に配設されている。ファン（20）のファン側傾斜面（24a）とベルマウス（12）のベルマウス側傾斜面（13a）の上流側傾斜面（15a）とは、互いに平行に対向している。また、ベルマウス側傾斜部（13）の下流側傾斜部（14）は、ファン（20）のリング（23）の下流端よりも下流側に突出している。つまり、ベルマウス（12）の下流側傾斜面（14a）の下流端は、ファン（20）のリング（23）の下流端よりも下流側に位置している。

上述のように構成されたチラー装置（1）では、図示しない駆動手段の駆動によりファン（20）を回転させると、熱交換器（3a,3b）を通過した空気がファン（20）の回転方向に旋回する旋回気流となって上方へ吹き出される。図４中、このときの空気の流れを矢印で示す。図４中、一部の空気は、矢印Ａ２で示すように、ベルマウス（12）とファン（20）との隙間から上流側に回り込む。このような漏れ流れは、矢印Ａ１で示すように上流側（下方）から下流側（上方）に外周側に広がりながらスムーズに流れる空気の流れを誘引する。また、ベルマウス（12）の下流側端部の内周面にベルマウス側傾斜面（13a）を形成し、ベルマウス（12）の下流側端部の内側の空間を下流側に向かって徐々に幅広にしているので、ベルマウス（12）の下流側端部の内周面をファン（20）の回転軸（A）に対して傾斜させない場合に比べ、ファン（20）から送られる空気の動圧を低くできる。したがって、ファン（20）から送られる空気の静圧を高くできる。また、ファン（20）のファン側傾斜面（24a）の当該ファン（20）の回転軸（A）方向に対する傾斜角度（β）を３０°以下に設定しているので、３０°よりも大きく設定した場合に比べ、はく離による圧力損失が低減する。したがって、ファン（20）から送られる空気の静圧を高められる。また、ベルマウス側傾斜面（13a）の下流側端部を、ファン（20）のファン側傾斜面（24a）よりも大きい傾斜角度でファン（20）の回転軸（A）方向に対して傾斜させているので、ファン（20）のファン側傾斜面（24a）と同じ傾斜角度でファン（20）の回転軸（A）方向に対して傾斜させた場合に比べ、ファン（20）のリング（23）の内側から周方向外側に流れた空気が下流側傾斜面（14a）に沿って下流側に流れやすい。さらに、下流側傾斜面（14a）の前記回転軸（A）方向に対する傾斜角度（α1）を８０°以下に設定しているので、８０°よりも大きく設定した場合に比べ、はく離による圧力損失が低減する。したがって、ファン（20）から送られる空気の静圧を高められる。

図５中、下流側傾斜部（14）及び下流側傾斜面（14a）のファン（20）の回転軸（A）方向に対する傾斜角度（α1）を４５°、上流側傾斜部（15）及び上流側傾斜面（15a）のファン（20）の回転軸（A）方向に対する傾斜角度（α2）を１５°に設定し、かつ座標（C51）に示すように、ファン側傾斜部（24）及びファン側傾斜面（24a）のファン（20）の回転軸（A）方向に対する傾斜角度（β）を１５°に設定したとき、座標（C50）に示すように当該傾斜角度（β）を０°に設定した場合に比べ、静圧効率が約２％上昇する。

また、図５中、座標（C52）に示すように、傾斜角度（α1）を４５°、傾斜角度（α2）を１５°に設定し、かつ傾斜角度（β）を３０°に設定したとき、当該傾斜角度（β）を０°に設定した場合に比べ、静圧効率が約０．２％低下する。

また、図５中、座標（C53）に示すように、傾斜角度（α1）を４５°、傾斜角度（α2）を１５°に設定し、かつ傾斜角度（β）を４５°に設定したとき、当該傾斜角度（β）を０°に設定した場合に比べ、静圧効率が約０．７％低下する。

図５のグラフにより、傾斜角度（β）を８°以上２２°以下に設定した場合に、当該傾斜角度（β）を０°に設定した場合に比べ、特に効果的に静圧効率を高められると推測される。

また、図６中、座標（C61）に示すように、上流側傾斜部（15）及び上流側傾斜面（15a）のファン（20）の回転軸（A）方向に対する傾斜角度（α2）とファン側傾斜部（24）及びファン側傾斜面（24a）のファン（20）の回転軸（A）方向に対する傾斜角度（β）とを１５°に設定した状態で、下流側傾斜部（14）及び下流側傾斜面（14a）のファン（20）の回転軸（A）方向に対する傾斜角度（α1）を３０°に設定したとき、座標（C60）に示すように、当該傾斜角度（α1）を１５°に設定した場合に比べ、静圧効率が約０．７２％上昇する。

また、図６中、座標（C62）に示すように、上記傾斜角度（α2,β）を１５°に設定した状態で、傾斜角度（α1）を４５°に設定したとき、当該傾斜角度（α1）を１５°に設定した場合に比べ、静圧効率が約０．９５％上昇する。

また、図６中、座標（C63）に示すように、上記傾斜角度（α2,β）を１５°に設定した状態で、傾斜角度（α1）を６０°に設定したとき、当該傾斜角度（α1）を１５°に設定した場合に比べ、静圧効率が約１．０％上昇する。

また、図６中、座標（C64）に示すように、上記傾斜角度（α2,β）を１５°に設定した状態で、傾斜角度（α1）を７５°に設定したとき、当該傾斜角度（α1）を１５°に設定した場合に比べ、静圧効率が約０．６％上昇する。

さらに、図６中、座標（C65）に示すように、上記傾斜角度（α2,β）を１５°に設定した状態で、傾斜角度（α1）を約８０°に設定したとき、当該傾斜角度（α1）を１５°に設定した場合に比べ、静圧効率が約０．１５％上昇する。

図６のグラフにより、傾斜角度（α1）を２５°以上７５°以下に設定した場合に、当該傾斜角度（α1）を１５°に設定した場合に比べ、特に効果的に静圧効率を高められると推測される。

したがって、本実施形態によれば、リング（23）の下流側端部の外周面を下流側に向かってベルマウス（12）側に傾斜させているので、リング（23）の下流側端部の外周面を下流側に向かって外周側に傾斜させない場合に比べ、リング（23）の下流端とベルマウス（12）との間隔を狭くできる。したがって、送風時にリング（23）の下流側端部を回り込んでベルマウス（12）とファン（20）との隙間に侵入する空気を削減し、送風性能を向上できる。

なお、上記実施形態では、ベルマウス側傾斜面（13a）、及びファン側傾斜面（24a）を、径方向断面において直線状をなす面で構成したが、図７に示すように、内周側に突出するように湾曲する面で構成してもよい。なお、ベルマウス側傾斜面（13a）、上流側傾斜面（15a）、下流側傾斜面（14a）、及びファン側傾斜面（24a）のうちの一部又は全部を湾曲面とした場合、その傾斜は、径方向断面におけるその下流端及び上流端を結ぶ直線Ｌの傾斜であると定義する。

また、上記実施形態では、本発明を、上方に送風する送風装置（5）に適用したが、本発明は、下方に送風する送風装置や、ファンの回転軸を水平方向に向けた送風装置、すなわち水平方向に送風する送風装置にも適用できる。

また、上記実施形態では、ファン（20）に５枚の羽根（22）を設けたが、５枚以外の複数枚の羽根（22）を設けてもよい。

以上説明したように、本開示は、送風装置及びそれを備えた冷凍装置について有用である。

１チラー装置（冷凍装置）
５送風装置
１２ベルマウス
１３ａベルマウス側傾斜面
１４ａ下流側傾斜面
１５ａ上流側傾斜面
２０ファン
２２羽根
２３リング
２４ａファン側傾斜面
Ａ回転軸
α１，α２，β 傾斜角度

Claims

ベルマウス（12）と、複数の羽根（22）を有し、前記ベルマウス（12）の内側に配設されたファン（20）とを有する送風装置であって、
前記ベルマウス（12）の下流側端部の内周面には、ベルマウス側傾斜面（13a）が形成され、前記ベルマウス側傾斜面（13a）の下流側端部には、下流側傾斜面（14a）が形成され、前記ベルマウス側傾斜面（13a）における前記下流側傾斜面（14a）の上流側には、上流側傾斜面（15a）が形成され、前記下流側傾斜面（14a）及び前記上流側傾斜面（15a）は、それぞれ、径方向断面において直線状をなし、
前記ファン（20）の羽根（22）の外周端には、リング（23）が接続され、当該リング（23）の下流側端部の外周面には、ファン側傾斜面（24a）が形成され、
前記ファン（20）のファン側傾斜面（24a）と前記ベルマウス（12）のベルマウス側傾斜面（13a）とは、互いに対向するとともに、下流側に向かって外周側に傾斜し、前記ベルマウス（12）の下流側傾斜面（14a）の下流端は、前記ファン（20）のリング（23）の下流端よりも下流側に位置し、
前記下流側傾斜面（14a）の前記ファン（20）の回転軸（A）方向に対する傾斜角度（α1）は、前記上流側傾斜面（15a）の前記回転軸（A）方向に対する傾斜角度（α2）及び前記ファン側傾斜面（24a）の前記回転軸（A）方向に対する傾斜角度（β）よりも大きく設定され、２５°以上７５°以下であることを特徴とする送風装置。
請求項１に記載の送風装置において、
前記ファン（20）のファン側傾斜面（24a）の当該ファン（20）の回転軸（A）方向に対する傾斜角度（β）は、８°以上２２°以下に設定されていることを特徴とする送風装置。
請求項１又は２に記載の送風装置において、
前記ベルマウス（12）のベルマウス側傾斜面（13a）の上流側の部分は、円筒状に形成されていることを特徴とする送風装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の送風装置を備えた冷凍装置。