JP7003301B2 - 遠心送風機及びそれを用いた空気調和機 - Google Patents
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Description
[遠心送風機100の構成]
図1は、本発明の実施の形態1に係る遠心送風機100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100の側面図である。図1及び図2を用いて、遠心送風機100の基本的な構造について説明する。遠心送風機100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、半径方向外方へ空気を強制的に送出するものである。遠心送風機100は、回転体である主板10と、主板10に対向した略円環状の側板20と、主板10及び側板20との間に設けられた複数の翼30と、を備えている。
主板10は、回転軸RSを中心に回転する回転体である。主板10は、遠心送風機100の回転軸RSに沿って投影的に見て円形をなしており、主板10の径方向中央部分は、側板20に向けて山状に盛り上がる略円錐形状に形成されている。すなわち、主板10は、中央側から外周側に向かって、後述する吸込口102から離れる方向に向かう傾斜面を形成している。主板10は、主板10の中心部、すなわち、山状の盛り上がりの頂上部分に、ボス12を有している。ボス12は、モータ(図示は省略)の回転軸が固定される部分であり、ボス12にはモータの回転軸が接続される。主板10は、モータ(図示は省略)が駆動することにより、回転軸RSを中心に回転駆動される。なお、回転軸RSは、主板10の回転軸であると共に、遠心送風機100の回転軸でもある。
側板20は、主板10と対向して配置されている。側板20は、断面略円弧状の円環であって、吸込み導風壁を形成している。側板20は、いわゆるシュラウドである。側板20は、遠心送風機100の回転軸RSに沿って投影的に見て円環状をなしており、側板20は、径方向の外側から中央側に向かって山状に盛り上がっている。そして、側板20の中央には、吸込口102が形成されている。より詳細には、側板20は、内周縁側の端部22が遠心送風機100の吸込口102を形成し、吸込口102から主板10に近づくほど径が大きくなるように径方向内側に向けて膨らむ湾曲状に形成されている。円環状に形成された側板20の外周縁を構成する側板外周縁部24は、側板20の構成部分の中で、径が最も大きく、主板10に最も近い位置に配置されている。側板20の外径OSは、主板10の外径OMよりも大きい。なお、遠心送風機100は、側板20の外径OSが、主板10の外径OMよりも大きい構成に限定されるものではなく、側板20の外径OSが、主板10の外径OMと等しくてもよく、あるいは、主板10の外径OMより小さくてもよい。側板20は、複数の翼30を連結することで、各翼30の先端の位置関係を維持し、かつ、複数の翼30の強度を補強している。
翼30は、主板10が回転しているときに主板10と共に回転し、主板10の中心から外周側へと向かう気流を発生させる。複数の翼30は、主板10と側板20との間に配置されている。複数の翼30はそれぞれ、遠心送風機100の回転軸RSの軸方向において、一端側が主板10に接合され、他端側が側板20に接合されている。複数の翼30は、回転軸RSを中心とする円周上に配置されており、各翼30は、主板10の周方向に所定の間隔をあけて配置されている。翼30は、主板10の回転方向Rに対して後ろ向きに延びるように形成されている。
遠心送風機100は、ボス12に接続されたモータの回転によって、主板10が回転すると、主板10に固定された翼30が回転軸RSを中心に周方向に移動する。そして、主板10が回転方向Rに回転すると、遠心送風機100の外の空気は、吸込口102を通じて主板10及び側板20と複数の翼30とで囲まれる空間に吸い込まれる。そして、遠心送風機100は、翼30が主板10と共に回転することで、主板10と複数の翼30とで囲まれる空間に吸い込んだ空気を隣接する翼30同士の間に通して、主板10の径方向外方に送り出す。
遠心送風機100は、中間断面MSよりも側板20側の位置にある断面CSにおいて翼弦距離Daが最大値を有する。遠心送風機は、一般に側板側よりも主板側に空気の流れが偏りやすい。しかし、遠心送風機100は、主板10側と比較して側板20側の翼30の翼弦距離Daを大きくし、主板10側よりも側板20側の翼面積を大きくすることで側板20側の風速が増加するため、吹き出される空気の風速分布の均一化を図ることができる。また、遠心送風機100は、主板10側と比較して側板20側の翼30の外径を大きくすることで、側板20側の翼30の仕事が増え、風速が増加するため、吹き出される空気の風速分布の均一化を更に図ることができる。そして、遠心送風機100は、吹出風速の分布を均一化することで、偏った流れによる高風速域による圧力損失が低減されるため、ファン効率を改善することができる。
図6は、本発明の実施の形態2に係る遠心送風機100の回転軸RSに垂直な面における翼30の断面図である。図7は、本発明の実施の形態2に係る遠心送風機100の側方概念図である。図8は、本発明の実施の形態2に係る遠心送風機100の翼30の入口角αと、断面CRの位置との関係を示した図である。図9は、図7及び図8の位置Pbにおける遠心送風機100の回転軸RSに垂直な面における翼30の断面図である。図10は、図7及び図8の位置Pcにおける遠心送風機100の回転軸RSに垂直な面における翼30の断面図である。図11は、図7及び図8の位置Pdにおける遠心送風機100の回転軸RSに垂直な面における翼30の断面図である。なお、図1~図5の遠心送風機100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100は、実施の形態1に係る遠心送風機100における翼30の構成を更に特定するものである。従って、以下の説明では、図6~図11を用いて、本発明の実施の形態2に係る遠心送風機100の翼30の構成を中心に説明する。
図6に示すように、主板10の回転軸RSに垂直な面による複数の翼30の各断面CRにおいて、翼30の入口角αを翼30の中心線CLと、翼30の前縁部35を通る回転軸RSを中心とした仮想の円C1の前縁部35における接線TL1とがなす角度と定義する。なお、主板10の回転軸RSに垂直な面による複数の翼30の各断面CRは、翼30の第2断面と定義する。図7~図11に示すように、複数の翼30の入口角αは、複数の翼30の前縁部35における主板10と側板20との間の中間位置Pmよりも側板20側の位置にある断面CRにおいて最小値を有する。より詳細には、位置Pbの入口角α1及び位置Pcの入口角α2が示すように、翼30の入口角αは、主板10から側板20に向かうにつれて減少し、主板10と側板20との中間位置Pmよりも側板20側で最小値となる。そして、位置Pcの入口角α2及び位置Pdの入口角α3が示すように、翼30の入口角αは、最小値となる入口角α2を有する位置Pcから側板20に向かうにつれて増加する。なお、前縁部35における主板10と側板20との間の中間位置Pmとは、主板10と側板20との間における前縁部35に沿った長さの中間である。
本発明の実施の形態2に係る遠心送風機100は、複数の翼30の入口角αが、複数の翼30の前縁部35における主板10と側板20との間の中間位置Pmよりも側板20側の位置にある断面CRにおいて最小値を有する。遠心送風機100は、中間位置Pmよりも側板20側の位置の翼30の入口角αを小さくすることで、翼30の前縁部35で気流の剥離が抑制されるため、側板20側の風速が増加し、更に吹き出される空気の風速分布の均一化を図ることができる。
図12は、本発明の実施の形態3に係る遠心送風機100の回転軸RSに垂直な面における翼30の断面図である。図13は、本発明の実施の形態3に係る遠心送風機100における翼30の反り高さHと、断面CRの位置との関係を示した図である。なお、図1~図11の遠心送風機100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100は、実施の形態1又は実施の形態2に係る遠心送風機100における翼30の構成を更に特定するものである。従って、以下の説明では、図12及び図13を用いて、本発明の実施の形態3に係る遠心送風機100の翼30の構成を中心に説明する。
図12に示すように、回転軸RSに垂直な面における複数の翼30の各断面CRにおいて、複数の翼30のそれぞれにおける前縁部35と後縁部36とを結んだ直線SLから翼30の中心線CLまで垂直に結んだ距離を翼30の反り高さHと定義する。反り高さHは、翼30の前縁部35及び翼30の後縁部36では零となる。図12に示すように、翼30の断面CRは、外周側の曲率の大きい曲線と、内周側の曲率の小さい曲線又は直線とから構成され、反り高さHが最大となる最大反り高さHaの位置は、前縁部35と後縁部36との間を直線で結んだ距離の中間位置CMよりも後縁部36寄りに位置する。なお、翼30の断面CRにおいて、外周側とは後縁部36側であり、内周側とは前縁部35側である。
本発明の実施の形態3に係る遠心送風機100の翼30の反り高さHは、主板10と側板20との間の中間位置Pmよりも側板20側の位置にある断面CRにおいて最大値を有する。遠心送風機100は、主板10と側板20との間の中間位置Pmよりも側板20側の反り高さHを大きくし、側板20側の仕事を増やすことで、側板20側の風速を増加させ、更に吹き出される空気の風速分布の均一化を図ることができる。
図14は、本発明の実施の形態4に係る遠心送風機100の回転軸RSに垂直な面における翼30の断面図である。図15は、本発明の実施の形態4に係る遠心送風機100の側方概念図である。図16は、本発明の実施の形態4に係る遠心送風機100の翼30の出口角βと、断面CRの位置との関係を示した図である。図17は、図15及び図16の位置Peにおける遠心送風機100の回転軸RSに垂直な面における翼30の断面図である。図18は、図15及び図16の位置Pfにおける遠心送風機100の回転軸RSに垂直な面における翼30の断面図である。図19は、図15及び図16の位置Pgにおける遠心送風機100の回転軸RSに垂直な面における翼30の断面図である。なお、図1~図13の遠心送風機100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に係る遠心送風機100は、実施の形態1に係る遠心送風機100における翼30の構成を更に特定するものである。従って、以下の説明では、図14~図19を用いて、本発明の実施の形態4に係る遠心送風機100の翼30の構成を中心に説明する。
主板10の回転軸RSに垂直な面による複数の翼30の各断面CRにおいて、翼30の出口角βを翼30の中心線CLと、翼30の後縁部36を通る回転軸RSを中心とした仮想の円C2の後縁部36における接線TL2とがなす角度と定義する。図15に示すように、翼30の出口角βは、位置Peの出口角β1、位置Pfの出口角β2及び位置Pgの出口角β3に示すように、主板10から側板20に向うにつれて増加する。すなわち、数の翼30の出口角βは、複数の翼30の後縁部36における主板10と側板20との間の中間の位置Pfに対して、主板10側の位置にある断面CRの出口角βよりも側板20側の位置にある断面CRの出口角βの方が大きい。なお、後縁部36における主板10と側板20との間の中間の位置Pfとは、主板10と側板20との間における後縁部36に沿った長さの中間である。
本発明の実施の形態4に係る遠心送風機100は、翼30の出口角βが、主板10から側板20に向うにつれて増加する。本発明の実施の形態4に係る遠心送風機100は、主板10側よりも側板20側の出口角βを大きくし、側板20側の翼30の仕事を増やすことで、側板20側の風速を増加させることができ、更に吹き出される空気の風速分布の均一化を図ることができる。また、遠心送風機100は、主板10側より側板20側の翼外径を大きくすることで側板20側の気流が増加しているため、側板20側の出口角βを大きくしても翼面での気流の剥離が抑制されている。
[空気調和機200の構成]
図20は、本発明の実施の形態5に係る遠心送風機100が搭載される空気調和機200の断面図である。空気調和機200は、床置形の装置である。ただし、空気調和機200は、床置形の態様に限定されるものではなく、天井埋設型等他の態様であってもよい。空気調和機200は、空気調和機200の外郭を構成する筐体210と、筐体210の内部に配置される熱交換器220と、筐体210の内部に配置され熱交換器220を通過する空気の流れを形成する遠心送風機100とを有する。
筐体210は、直方体状に形成されている。なお、筐体210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。筐体210の上面部211には吸込口212が形成されており、筐体210の下面部213には吹出口214が形成されている。吸込口212は、遠心送風機100の動作によって筐体210の外部から内部へ空気を吸入させるための開口であり、吹出口214は、遠心送風機100の動作によって筐体210の内部から外部へ空気を吐出させるための開口である。なお、吸込口212と吹出口214との形成位置は当該構成に限定されるものではない。例えば、吸込口212と吹出口214とが同一面に形成されてもよく、あるいは、何れか一方が側面に形成されてもよい。筐体210の内部には、遠心送風機100と、熱交換器220とが収容されている。筐体210の内部空間は、熱交換器220が収容されている空間S11と、遠心送風機100が収容されている空間S12とが、仕切板215によって仕切られている。筐体210には、空気調和機200を制御するための電気品250が設けられている。
遠心送風機100は、筐体210に形成された吸込口212から筐体210内に吸い込まれ、筐体210に形成された吹出口214から空調対象空間へと吹き出される空気の流れを形成する。遠心送風機100は、ベルマウス230を備えている。ベルマウス230は、仕切板215と遠心送風機100の間に配置されている。遠心送風機100は、モータ240と接続されている。モータ240は、筐体210の下面部213に固定されたモータサポート241によって支持されている。モータ240は、出力軸242を有する。遠心送風機100のボス12は、モータ240の出力軸242に取り付けられている。
なお、筐体210内に配置される遠心送風機100の数は1つに限定されるものではなく、複数でもよい。
熱交換器220は、遠心送風機100が形成する筐体210内の空気の流れ方向において、遠心送風機100の上流側に配置されている。熱交換器220は、筐体210の吸込口212から筐体210内に吸い込まれ、吹出口214から空調対象空間へと吹き出される空気の温度を調整する。なお、熱交換器220は、公知の構造のものを適用できる。遠心送風機100が形成する筐体210内の空気の流れ方向において、熱交換器220の上流側にはフィルタ221が着脱自在に配置されている。フィルタ221は、熱交換器220を通過する前に空気から塵埃を取り除く。熱交換器220の下方には、凝縮水を回収するためのドレンパン222が設けられている。
遠心送風機100の翼30が主板10と共に回転すると、空調対象空間の空気は、筐体210の吸込口212を通じて筐体210の内部に吸い込まれる。筐体210に吸い込まれた空気は、フィルタ221を通過した後、熱交換器220を通過する。熱交換器220を通過する空気は、熱交換器220を通過する際に、熱交換器220の内部を流れる冷媒と熱交換され、温度及び湿度調整される。熱交換器220を通過した空気は、ベルマウス230に案内され、遠心送風機100に吸い込まれる。遠心送風機100に吸い込まれた空気は、翼30間を通過し、主板10の径方向外側に向かって吹き出される。遠心送風機100から吹き出された空気は、筐体210の下面部213に形成された吹出口214から空調対象空間に吐出される。
空気調和機200は、実施の形態1~実施の形態4に係る遠心送風機100のいずれか1つを備えるため、吹き出だされる空気の風速分布の均一化を図ることができ、ファン効率を改善することができる。また、実施の形態1~実施の形態4に係る遠心送風機100のいずれか1つを備えるため、ベルマウスの後流及びベルマウスと側板20との隙間から流入する空気の漏れ流れによる乱れた空気の流れの衝突による騒音を抑制することができる。
Claims (10)
- 回転駆動される主板と、
前記主板と対向して配置される環状の側板と、
前記主板と前記側板との間に配置されている複数の翼と、
を備え、
前記主板に平行な面による前記複数の翼の各断面を第1断面と定義し、
前記第1断面において、前記主板の回転軸を中心とした前記複数の翼のそれぞれの内周端と外周端との間の直線距離を翼弦距離と定義し、
前記主板の外周縁部と前記側板の外周縁部とによって形成される空気の吹出口の、前記回転軸の延びる方向の開口幅の中間位置を通る前記回転軸に対する垂直面において、前記外周端を有する前記第1断面を中間断面と定義した場合に、
前記中間断面よりも前記側板側の位置にある前記第1断面において前記翼弦距離が最大値を有し、
前記翼弦距離が、前記主板から前記側板に向かうにつれて増加し、前記主板と前記側板との間の前記中間断面よりも前記側板側の位置で最大となった後、前記側板に向かうにつれて減少する遠心送風機。 - 回転駆動される主板と、
前記主板と対向して配置される環状の側板と、
前記主板と前記側板との間に配置されている複数の翼と、
を備え、
前記主板に平行な面による前記複数の翼の各断面を第1断面と定義し、
前記第1断面において、前記主板の回転軸を中心とした前記複数の翼のそれぞれの内周端と外周端との間の直線距離を翼弦距離と定義し、
前記主板の外周縁部と前記側板の外周縁部とによって形成される空気の吹出口の、前記回転軸の延びる方向の開口幅の中間位置を通る前記回転軸に対する垂直面において、前記外周端を有する前記第1断面を中間断面と定義した場合に、
前記中間断面よりも前記側板側の位置にある前記第1断面において前記翼弦距離が最大値を有し、
前記回転軸に垂直な面による前記複数の翼の各断面を第2断面と定義した場合に、
前記第2断面における前記複数の翼の入口角は、
前記複数の翼の前縁部における前記主板と前記側板との間の中間位置よりも前記側板側の位置にある前記第2断面において最小値を有し、
前記入口角が、最小値となる前記入口角を有する前記第2断面の位置から前記側板に向かうにつれて増加する遠心送風機。 - 回転駆動される主板と、
前記主板と対向して配置される環状の側板と、
前記主板と前記側板との間に配置されている複数の翼と、
を備え、
前記主板に平行な面による前記複数の翼の各断面を第1断面と定義し、
前記第1断面において、前記主板の回転軸を中心とした前記複数の翼のそれぞれの内周端と外周端との間の直線距離を翼弦距離と定義し、
前記主板の外周縁部と前記側板の外周縁部とによって形成される空気の吹出口の、前記回転軸の延びる方向の開口幅の中間位置を通る前記回転軸に対する垂直面において、前記外周端を有する前記第1断面を中間断面と定義した場合に、
前記中間断面よりも前記側板側の位置にある前記第1断面において前記翼弦距離が最大値を有し、
前記回転軸に垂直な面による前記複数の翼の各断面を第2断面と定義し、
前記第2断面において、前記複数の翼のそれぞれにおける前縁部と後縁部とを結んだ直線から翼の中心線まで垂直に結んだ距離を翼の反り高さと定義した場合に、
前記反り高さは、
前記複数の翼の前縁部における前記主板と前記側板との間の中間位置よりも前記側板側の位置にある前記第2断面において最大値を有し、
前記反り高さが、最大値となる前記反り高さを有する前記第2断面の位置から前記側板に向かうにつれて減少する遠心送風機。 - 前記回転軸に垂直な面による前記複数の翼の各断面を第2断面と定義した場合に、
前記第2断面における前記複数の翼の入口角は
前記複数の翼の前縁部における前記主板と前記側板との間の中間位置よりも前記側板側の位置にある前記第2断面において最小値を有する請求項1に記載の遠心送風機。 - 前記入口角が、最小値となる前記入口角を有する前記第2断面の位置から前記側板に向かうにつれて増加する請求項4に記載の遠心送風機。
- 前記第2断面において、前記複数の翼のそれぞれにおける前縁部と後縁部とを結んだ直線から翼の中心線まで垂直に結んだ距離を翼の反り高さと定義した場合に、
前記反り高さは、
前記複数の翼の前縁部における前記主板と前記側板との間の中間位置よりも前記側板側の位置にある前記第2断面において最大値を有する請求項4又は5に記載の遠心送風機。 - 前記反り高さが、最大値となる前記反り高さを有する前記第2断面の位置から前記側板に向かうにつれて減少する請求項6に記載の遠心送風機。
- 前記回転軸に垂直な面による前記複数の翼の各断面を第2断面と定義し、
前記第2断面における前記複数の翼の出口角は
前記複数の翼の後縁部における前記主板と前記側板との間の中間位置に対して前記主板側の位置にある前記第2断面の前記出口角よりも前記側板側の位置にある前記第2断面の前記出口角の方が大きい請求項1に記載の遠心送風機。 - 前記第2断面における前記複数の翼の出口角は
前記複数の翼の後縁部における前記主板と前記側板との間の中間位置に対して前記主板側の位置にある前記第2断面の前記出口角よりも前記側板側の位置にある前記第2断面の前記出口角の方が大きい請求項2~7のいずれか1項に記載の遠心送風機。 - 請求項1~9のいずれか1項に記載の遠心送風機と、
熱交換器と、
を備えた空気調和機。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2019/004355 WO2020161850A1 (ja) | 2019-02-07 | 2019-02-07 | 遠心送風機及びそれを用いた空気調和機 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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