JP6984043B2 - 遠心送風機、送風装置、空気調和装置及び冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
[遠心送風機1]
図1は、本発明の実施の形態1に係る遠心送風機1の斜視図である。図2は、本発明の実施の形態1に係る遠心送風機1の吸込口5側からみた概念図である。なお、図2は、後述する回転軸RSの軸方向において、スクロールケーシング4の中央部分の断面を示す概念図である。以下の説明では、回転軸RSの軸方向において、スクロールケーシング4の中央部分の断面で説明するが、回転軸RSの軸方向において、スクロールケーシング4の他の部分の断面であってもよい。なお、以下に説明する遠心送風機1の構成は、回転軸RSの軸方向において、少なくとも一部に存在すればよく、あるいは、回転軸RSの軸方向において全ての領域で存在してもよい。図1及び図2を用いて、遠心送風機1の基本的な構造について説明する。遠心送風機1は、例えば、シロッコファン、あるいは、ターボファン等の多翼遠心型の遠心送風機1であり、気流を発生させるファン2と、ファン2を収納するスクロールケーシング4とを有する。
ファン2は、モータ等(図示は省略)によって回転駆動され、回転で生じる遠心力により、径方向外方へ空気を強制的に送出するものである。ファン2は、図1に示すように、円盤状の主板2aと、主板2aの周縁部2a1に設置される複数枚の翼2dと、を有する。なお、主板2aは板状であればよく、円盤状以外の形状(例えば多角形状)であってもよい。主板2aの中心部には、モータ(図示は省略)が接続される軸部2bが設けられている。ファン2は、主板2aと複数の翼2dとにより、筒形状に構成され、軸部2bの回転軸RSの軸方向において、主板2aと反対側の端部に、主板2aと複数の翼2dとで囲まれた空間に気体を流入させるための吸込口2eが形成されている。
スクロールケーシング4は、ファン2を収納し、ファン2から吹き出された空気を整流する。スクロールケーシング4は、スクロール部41と、吐出部42と、を有する。
スクロール部41は、ファン2が発生させた気流の動圧を静圧に変換する風路を形成する。スクロール部41は、ファン2を構成する軸部2bの回転軸RSの軸方向からファン2を覆い、空気を取り込む吸込口5が形成された側壁4aと、ファン2を軸部2bの回転軸RSの径方向から囲む周壁4cと、を有する。また、スクロール部41は、吐出部42と周壁4cの巻始部41aとの間に位置して曲面を構成し、ファン2が発生させた気流を、スクロール部41を介して吐出口42aに導く舌部43を有する。なお、回転軸RSの径方向とは、回転軸RSに垂直な方向である。周壁4c及び側壁4aにより構成されるスクロール部41の内部空間は、ファン2から吹き出された空気が周壁4cに沿って流れる空間となっている。
側壁4aは、ファン2の回転軸RSの軸方向に対して略垂直に配置されてファン2を覆う。スクロールケーシング4の側壁4aには、ファン2とスクロールケーシング4の外部との間を空気が流通できるように、吸込口5が形成されている。吸込口5は円形状に形成され、吸込口5の中心とファン2の軸部2bの中心とがほぼ一致するように配設される。側壁4aの当該構成により、吸込口5近傍の空気は滑らかに流動し、また、吸込口5からファン2に効率よく流入する。遠心送風機1は、軸部2bの回転軸RSの軸方向において、主板2aの両側に、吸込口5が形成された側壁4aを有する両吸込タイプのスクロールケーシング4を有する。すなわち、遠心送風機1は、スクロールケーシング4が側壁4aを二つ有し、側壁4aはそれぞれ対向するように配置されている。なお、遠心送風機1は、軸部2bの回転軸RSの軸方向において、主板2aの片側にのみ吸込口5が形成された側壁4aを有する片吸込タイプのスクロールケーシング4であってもよい。この場合、遠心送風機1のスクロールケーシング4は、吸込口5が形成された側壁4aと、当該側壁4aに対向するように配置された吸込口5が形成されていない側壁(図示は省略)とを有する。
周壁4cは、ファン2を軸部2bの径方向から囲み、複数の翼2dと対向する内周面を構成する。周壁4cは、ファン2の翼2dの空気の吹き出し側と対向する。周壁4cは、例えば、ファン2の回転軸RSの軸方向と平行に配置されてファン2を覆う。周壁4cは、図2に示すように、舌部43との境界に位置する巻始部41aからファン2の回転方向Rに沿って舌部43から離れた側の吐出部42とスクロール部41との境界に位置する巻終部41bまで設けられている。巻始部41aは、湾曲面を構成する周壁4cにおいて、ファン2の回転により発生する気流の上流側の端部であり、巻終部41bは、ファン2の回転により発生する気流の下流側の端部である。
吐出部42は、ファン2が発生させ、スクロール部41を通過した気流が吐出される吐出口42aを形成する。吐出部42は、周壁4cに沿って流動する空気の流れ方向に直交する断面が、矩形状となる中空の管で構成される。図1及び図2に示すように、吐出部42は、ファン2から送り出されて周壁4cとファン2との間隙を流動する空気を、スクロールケーシング4の外部へ排出するように案内する流路を形成する。
スクロールケーシング4において、吐出部42のディフューザ板42cと、周壁4cの巻始部41aとの間に舌部43が形成されている。舌部43は、渦巻状流路の巻き終わりから巻き始めへの空気の流入を抑制する。また、舌部43は、通風路の上流部に設けられ、ファン2の回転方向Rに向かう空気の流れと、通風路の下流部から吐出口42aに向かう吐出方向の空気の流れと、を分流させる役割を有する。舌部43は、スクロール部41と吐出部42との境界部分に設けられ、スクロールケーシング4の内部に膨出する凸部である。舌部43は、スクロールケーシング4において、軸部2bの回転軸RSの軸方向と平行な方向に延びている。舌部43は、吐出部42の端部と周壁4cの巻始部41aとの間に位置して曲面を構成し、ファン2が発生させた気流を、スクロール部41を介して吐出口42aに導く。
図3は、図2の遠心送風機1のB部の拡大図である。なお、図3では、実施の形態1の遠心送風機1の周壁4cは、後述する基準周壁CLと比較するために、長破線で示している。図2及び図3を用いて、実施の形態1の遠心送風機1の構造について説明する。
ファン2が回転すると、スクロールケーシング4の外の空気は、吸込口5を通じてスクロールケーシング4の内部に吸い込まれる。スクロールケーシング4の内部に吸い込まれる空気は、ベルマウス3に案内されてファン2に吸い込まれる。ファン2に吸い込まれた空気は、複数の翼2dの間を通る過程で、動圧と静圧とが付加された気流となってファン2の径方向外側に向かって吹き出される。ファン2から吹き出された気流は、スクロール部41において周壁4cの内側と翼2dとの間を案内される間に動圧が静圧に変換され、スクロール部41を通過後、吐出部42に形成された吐出口42aからスクロールケーシング4の外へ吹き出される。
遠心送風機1は、ファン2の回転方向Rにおいて、巻始部41aから最接近部41cにかけて周壁4cと回転軸RSとの間の距離が近づくように形成された縮小部4dを有する。また遠心送風機は、縮小部4dと最接近部41cとの間に周壁4cと回転軸RSとの間の距離が拡大する膨出部4c1を有する。そのため、遠心送風機1は、舌部43から最接近部41cにかけて、周壁4cとファン2の外周部FLとの間の距離が徐々に狭くなった後、最接近部41cの前で周壁4cとファン2の外周部FLとの間の距離が拡大する。遠心送風機1は、最接近部41cの前で周壁4cとファン2の外周部FLとの間の距離が広がることで風量を確保する。そして、遠心送風機1は、風量が確保された分の気体が最接近部41cを通過することで気体の風速が上昇するため、スクロール部41で効率よく圧力を上昇させることが可能となる。
[遠心送風機1D]
図7は、本発明の実施の形態2に係る遠心送風機1Dの部分拡大図である。図8は、図7の遠心送風機1D及び比較例の遠心送風機における、それぞれの角度θと距離Lとの関係を表す図である。なお、図1〜図6の遠心送風機1等と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。実施の形態2に係る遠心送風機1Dは、実施の形態1に係る遠心送風機1における周壁4cの形状が異なるものである。従って、以下の説明では、図7及び図8を用いて、実施の形態2に係る遠心送風機1Dの周壁4cの構成を中心に説明する。
遠心送風機1Dは、周壁4cにおいて、回転軸RSと周壁4cとの間の距離が一定になる等距離部4c3を有する。遠心送風機1Dは、等距離部4c3を有することで、回転軸RSと周壁4cとの間の距離が一定となり、風速の変動を低減することができる。そのため、遠心送風機1Dは、等距離部4c3において壁面圧力の変動を抑制することができ、騒音を抑制することができる。
[遠心送風機1H]
図11は、本発明の実施の形態3に係る遠心送風機1Hの吸込口側からみた概念図である。図12は、図11の遠心送風機1HのB2部の拡大図である。図13は、図12のB−B線断面図である。なお、図1〜図10の遠心送風機1等と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。実施の形態3に係る遠心送風機1Hは、実施の形態1に係る遠心送風機1における周壁4cの構成が異なるものである。従って、以下の説明では、図11〜図13を用いて、実施の形態3に係る遠心送風機1Hの周壁4cの構成を中心に説明する。
[送風装置30]
図19は、本発明の実施の形態4に係る送風装置30の構成を示す図である。図1〜図10の遠心送風機1等と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。実施の形態4に係る送風装置30は、例えば、換気扇、卓上ファンなどである。送風装置30は、実施の形態1に係る遠心送風機1又は実施の形態2に係る遠心送風機1Dと、遠心送風機1等を収容するケース7とを備えている。ケース7には、吸込口71及び吐出口72の二つの開口が形成されている。送風装置30は、図19に示すように、吸込口71と吐出口72とが対向する位置に形成されている。なお、送風装置30は、例えば、吸込口71又は吐出口72のいずれか一方が遠心送風機1の上方又は下方に形成されているなど、必ずしも吸込口71と吐出口72とが対向する位置に形成されていなくてもよい。ケース7内は、吸込口71が形成されている部分を備えた空間SP1と吐出口72が形成されている部分を備えた空間SP2とが、仕切板73で仕切られている。遠心送風機1は、吸込口71が形成されている側の空間SP1に吸込口5が位置し、吐出口72が形成されている側の空間SP2に吐出口42aが位置する状態で設置される。
送風装置30は、モータ6の駆動によってファン2が回転すると、吸込口71を通じてケース7の内部に空気が吸い込まれる。ケース7の内部に吸い込まれた空気は、ベルマウス3に案内され、ファン2に吸い込まれる。ファン2に吸い込まれた空気は、ファン2の径方向外側に向かって吹き出される。ファン2から吹き出された空気は、スクロールケーシング4の内部を通過後、スクロールケーシング4の吐出口42aから吹き出され、ケース7の吐出口72から吹き出される。
実施の形態4に係る送風装置30は、実施の形態1に係る遠心送風機1又は実施の形態2に係る遠心送風機1Dを備えるため、スクロール部41で効率よく圧力を上昇させることができる。また、送風装置30は、騒音の低減を実現できる。
[空気調和装置40]
図20は、本発明の実施の形態5に係る空気調和装置40の斜視図である。図21は、本発明の実施の形態5に係る空気調和装置40の内部構成を示す図である。図22は、本発明の実施の形態5に係る空気調和装置40の断面図である。図23は、本発明の実施の形態5に係る空気調和装置40の変形例の断面図である。なお、図1〜図10の遠心送風機1等と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。また、図21では、空気調和装置40の内部構成を示すために、上面部16aは省略している。実施の形態5に係る空気調和装置40は、実施の形態1に係る遠心送風機1及び実施の形態2に係る遠心送風機1Dのいずれか1つ以上と、遠心送風機1等の吐出口42aと対向する位置に配置された熱交換器10と、を備える。また、実施の形態5に係る空気調和装置40は、空調対象の部屋の天井裏に設置されたケース16を備えている。なお、以下の説明において、遠心送風機1と示す場合には、実施の形態1に係る遠心送風機1又は実施の形態2に係る遠心送風機1Dのいずれか1つを用いるものである。
ケース16は、図20に示すように、上面部16a、下面部16b及び側面部16cを含む直方体状に形成されている。なお、ケース16の形状は、直方体状に限定されるものではなく、例えば、円柱形状、角柱状、円錐状、複数の角部を有する形状、複数の曲面部を有する形状等、他の形状であってもよい。ケース16は、側面部16cの1つとして、ケース吐出口17が形成された側面部16cを有する。ケース吐出口17の形状は、図20で示すように矩形状に形成されている。なお、ケース吐出口17の形状は、矩形状に限定されるものではなく、例えば、円形状、オーバル形状等でもよく、他の形状であってもよい。ケース16は、側面部16cのうち、ケース吐出口17が形成された面の裏となる面に、ケース吸込口18が形成された側面部16cを有している。ケース吸込口18の形状は、図21で示すように矩形状に形成されている。なお、ケース吸込口18の形状は、矩形状に限定されるものではなく、例えば、円形状、オーバル形状等でもよく、他の形状であってもよい。ケース吸込口18には、空気中の塵埃を取り除くフィルタが配置されてもよい。
モータ6の駆動によって、ファン2が回転すると、空調対象空間の空気は、ケース吸込口18又はケース吸込口18aを通じてケース16の内部に吸い込まれる。ケース16の内部に吸い込まれた空気は、ベルマウス3に案内され、ファン2に吸い込まれる。ファン2に吸い込まれた空気は、ファン2の径方向外側に向かって吹き出される。ファン2から吹き出された空気は、スクロールケーシング4の内部を通過後、スクロールケーシング4の吐出口42aから吹き出され、熱交換器10に供給される。熱交換器10に供給された空気は、熱交換器10を通過する際に、熱交換され、温度及び湿度調整される。熱交換器10を通過した空気は、ケース吐出口17から空調対象空間に吹き出される。
実施の形態5に係る空気調和装置40は、実施の形態1に係る遠心送風機1又は実施の形態2に係る遠心送風機1Dを備えるため、スクロール部41で効率よく圧力を上昇させることができる。また、送風装置30は、騒音の低減を実現できる。
[冷凍サイクル装置50]
図26は、本発明の実施の形態6に係る冷凍サイクル装置50の構成を示す図である。なお、実施の形態6に係る冷凍サイクル装置50の室内機200には、実施の形態1に係る遠心送風機1又は実施の形態2に係る遠心送風機1Dが用いられる。また、以下の説明では、冷凍サイクル装置50について、空調用途に使用される場合について説明するが、冷凍サイクル装置50は、空調用途に使用されるものに限定されるものではない。冷凍サイクル装置50は、例えば、冷蔵庫あるいは冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、冷凍装置、給湯器などの、冷凍用途又は空調用途に使用される。
室外機100は、圧縮機101、流路切替装置102、室外熱交換器103、及び膨張弁105を有している。圧縮機101は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。ここで、圧縮機101は、インバータ装置を備えていてもよく、インバータ装置によって運転周波数を変化させて、圧縮機101の容量を変更することができるように構成されてもよい。なお、圧縮機101の容量とは、単位時間当たりに送り出す冷媒の量である。流路切替装置102は、例えば四方弁であり、冷媒流路の方向の切り換えが行われる装置である。冷凍サイクル装置50は、制御装置110からの指示に基づいて、流路切替装置102を用いて冷媒の流れを切り換えることで、暖房運転又は冷房運転を実現することができる。
室内機200は、冷媒と室内空気との間で熱交換を行う室内熱交換器201及び、室内熱交換器201が熱交換を行う空気の流れを調整する室内送風機202を有する。室内熱交換器201は、暖房運転時には、凝縮器の働きをし、冷媒配管300から流入した冷媒と室内空気との間で熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液化させ、冷媒配管400側に流出させる。室内熱交換器201は、冷房運転時には蒸発器の働きをし、膨張弁105によって低圧状態にされた冷媒と室内空気との間で熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発させて気化させ、冷媒配管300側に流出させる。室内送風機202は、室内熱交換器201と対面するように設けられている。室内送風機202には、実施の形態1に係る遠心送風機1又は実施の形態2に係る遠心送風機1Dのいずれか1つ以上が適用される。室内送風機202の運転速度は、ユーザの設定により決定される。室内送風機202には、インバータ装置を取り付け、ファンモータ(図示は省略)の運転周波数を変化させてファン2の回転速度を変更してもよい。
次に、冷凍サイクル装置50の動作例として冷房運転動作を説明する。圧縮機101によって圧縮され吐出された高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置102を経由して、室外熱交換器103に流入する。室外熱交換器103に流入したガス冷媒は、室外送風機104により送風される外気との熱交換により凝縮し、低温の冷媒となって、室外熱交換器103から流出する。室外熱交換器103から流出した冷媒は、膨張弁105によって膨張及び減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒は、室内機200の室内熱交換器201に流入し、室内送風機202により送風される室内空気との熱交換により蒸発し、低温低圧のガス冷媒となって室内熱交換器201から流出する。このとき、冷媒に吸熱されて冷却された室内空気は、空調空気となって、室内機200の吐出口から空調対象空間に吹き出される。室内熱交換器201から流出したガス冷媒は、流路切替装置102を経由して圧縮機101に吸入され、再び圧縮される。以上の動作が繰り返される。
ベルマウス、4 スクロールケーシング、4a 側壁、4c 周壁、4c1 膨出部、4c2 膨出部、4c3 等距離部、4c4 等距離部、4c5 等距離部、4c6 等距離部、4ca 周壁、4cb 周壁、4cc 周壁、4ce 周壁、4cf 周壁、4cg 周壁、4d 縮小部、4d1 縮小部、4d2 縮小部、4d3 縮小部、5 吸込口、6 モータ、6a 出力軸、7 ケース、9 ファンモータ、9a モータサポート、10 熱交換器、16 ケース、16S ケース壁部、16a 上面部、16b 下面部、16c 側面部、17 ケース吐出口、18 ケース吸込口、18a ケース吸込口、19 仕切板、30 送風装置、40 空気調和装置、41 スクロール部、41a
巻始部、41b 巻終部、41c 最接近部、42 吐出部、42a 吐出口、42b
延設板、42c ディフューザ板、42d 第1側板、42e 第2側板、43 舌部、44 凸部、50 冷凍サイクル装置、71 吸込口、72 吐出口、73 仕切板、100 室外機、101 圧縮機、102 流路切替装置、103 室外熱交換器、104 室外送風機、105 膨張弁、110 制御装置、200 室内機、201 室内熱交換器、202 室内送風機、300 冷媒配管、400 冷媒配管。
Claims (19)
- 回転駆動されるファンと、
前記ファンを収納するスクロールケーシングと、
を備え、
前記スクロールケーシングは、
前記ファンから吹き出された空気の流れを分流させる舌部との境界を巻始部として渦巻形状に形成された周壁を有し、
前記周壁において、前記周壁と前記ファンの回転軸との間の距離が最小となる位置を最接近部と定義した場合に、
前記周壁は、
前記ファンの回転方向において、前記巻始部から前記最接近部にかけて前記周壁と前記回転軸との間の距離が近づくように形成された縮小部と、前記縮小部と前記最接近部との間に前記周壁と前記回転軸との間の距離が拡大し、又は、前記周壁と前記回転軸との間の距離が一定に形成されている膨出部と、を有する遠心送風機。 - 前記スクロールケーシングは、
前記巻始部から前記最接近部にかけて、
前記縮小部において、前記周壁と前記ファンの外周部との間に形成される気体の流路が徐々に縮小した後、
前記膨出部において、前記流路が拡大する請求項1に記載の遠心送風機。 - 前記膨出部は、
前記巻始部から前記最接近部にかけて一定の割合で前記周壁が前記回転軸に近づいていく仮想の基準周壁と比較して、前記ファンの径方向に膨出する請求項1又は2に記載の遠心送風機。 - 前記周壁は、
前記巻始部と前記最接近部との間において、
前記周壁が前記回転軸に近づく部分から離れる部分の境界部となる第1変曲部と、
前記周壁が前記回転軸から離れる部分から近づく部分の境界部となる第2変曲部と、
を有し、
前記第2変曲部は、前記膨出部に位置している請求項1〜3のいずれか1項に記載の遠心送風機。 - 前記周壁は、
前記第1変曲部から前記第2変曲部にかけて、前記回転軸から徐々に離れるように構成されている請求項4に記載の遠心送風機。 - 前記周壁は、
前記縮小部と前記最接近部との間において、前記周壁と前記回転軸との距離が一定に形成されている等距離部を有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の遠心送風機。 - 前記周壁は、
前記巻始部から前記最接近部にかけて
前記周壁が前記ファンの外周部に近づく部分から前記周壁と前記ファンの外周部との間の距離が一定となる部分の境界部となる第1変曲部と、
前記周壁と前記ファンの外周部との間の距離が一定となる部分から近づく部分の境界部となる第2変曲部と、
を有し、
前記第2変曲部は、前記膨出部に位置し
前記等距離部は、前記第1変曲部と前記第2変曲部との間に形成されている請求項6に記載の遠心送風機。 - 前記膨出部の前記周壁と前記回転軸との間の距離は、前記巻始部の前記周壁と前記回転軸との間の距離よりも小さい請求項1〜7のいずれか1項に記載の遠心送風機。
- 前記周壁は、
前記最接近部の内壁から前記スクロールケーシングの内部に向かって突出する凸部を有する請求項1〜8のいずれか1項に記載の遠心送風機。 - 前記凸部は、
前記ファンの回転軸方向で前記周壁の全ての範囲に形成されている請求項9に記載の遠心送風機。 - 前記凸部は、
前記ファンの回転軸方向で前記周壁の一部分に形成されている請求項9に記載の遠心送風機。 - 前記凸部は、
前記ファンの回転軸方向で複数形成されている請求項9に記載の遠心送風機。 - 前記凸部は、
前記ファンの回転軸方向で一定の厚さで形成されている請求項9〜12のいずれか1項に記載の遠心送風機。 - 前記凸部は、
前記ファンの回転軸方向で部分によって厚さが異なるように形成されている請求項9〜12のいずれか1項に記載の遠心送風機。 - 請求項1〜14のいずれか1項に記載の遠心送風機と、
当該遠心送風機を収容するケースと、
を備えた送風装置。 - 請求項1〜14のいずれか1項に記載の遠心送風機と、
当該遠心送風機の吐出口と対向する位置に配置された熱交換器と、
を備える空気調和装置。 - 前記遠心送風機と、前記熱交換器とを収納し、前記遠心送風機に流入する気体が通過するケース吸込口が形成されたケース壁部を有するケースを更に備え、
前記回転軸の垂直断面において、
前記回転軸を通り前記ケース壁部と平行な仮想の平面部と、前記ケース壁部との間に、前記最接近部が配置される請求項16に記載の空気調和装置。 - 前記遠心送風機と、前記熱交換器とを収納し、前記遠心送風機に流入する気体が通過するケース吸込口が形成されたケース壁部を有するケースを更に備え、
前記回転軸の垂直断面において、
前記回転軸から前記ケース壁部に垂直となる線を基準線とした場合に、前記基準線と前記巻始部との間に前記最接近部が配置されている請求項16に記載の空気調和装置。 - 請求項1〜14のいずれか1項に記載の遠心送風機を備えた冷凍サイクル装置。
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