JP7493608B2 - 遠心送風機及び空気調和装置 - Google Patents
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Description
[遠心送風機100]
図1は、実施の形態1に係る遠心送風機100を模式的に示す斜視図である。図2は、実施の形態1に係る遠心送風機100を回転軸RSと平行に見た構成を模式的に示す外観図である。図3は、図2に示す遠心送風機100のA-A線断面を模式的に示した断面図である。図1~図3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。
スクロールケーシング40は、遠心送風機100用の羽根車10を内部に収納し、羽根車10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40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、羽根車10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、羽根車10を構成するボス部11bの回転軸RSの軸方向から羽根車10を覆い空気を取り込む吸込口45が形成された側壁44aと、羽根車10をボス部11bの回転軸RSの径方向から羽根車10を囲む周壁44cと、を有する。
側壁44aは、羽根車10の回転軸RSの軸方向において、羽根車10の両側に配置されている。スクロールケーシング40の側壁44aには、羽根車10とスクロールケーシング40の外部との間を空気が流通できるように、吸込口45が形成されている。
周壁44cは、羽根車10が発生させた気流を、湾曲する壁面に沿わせて吐出口42aに導く壁である。周壁44cは、互いに対向する側壁44aの間に設けられた壁であり、羽根車10の回転方向Rに沿った湾曲面を構成する。周壁44cは、例えば、羽根車10の回転軸RSの軸方向と平行に配置されて羽根車10を覆う。なお、周壁44cは、羽根車10の回転軸RSの軸方向に対して傾斜した形態であってもよく、回転軸RSの軸方向と平行に配置される形態に限定されるものではない。
吐出部42は、羽根車10が発生させ、スクロール部41を通過した気流が吐き出される吐出口42aを形成する。吐出部42は、周壁44cに沿って流動する空気の流れる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ている。なお、吐出部42の断面形状は、矩形に限定されるものではない。吐出部42は、羽根車10から送り出されて周壁44cと羽根車10との間隙を流動する空気を、スクロールケーシング40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40において、吐出部42のディフューザ板42cと、周壁44cの巻始部41aとの間に舌部43が形成されている。舌部43は、所定の曲率半径で形成されており、周壁44cは、舌部43を介してディフューザ板42cと滑らかに接続されている。
図4は、実施の形態1に係る遠心送風機100を構成する羽根車10の斜視図である。図5は、図4に示す羽根車10の反対側の斜視図である。図6は、実施の形態1に係る遠心送風機100の、主板11の一方の面側における羽根車10の平面図である。図7は、実施の形態1に係る遠心送風機100の、主板11の他方の面側における羽根車10の平面図である。図8は、図6に示す羽根車10のB-B線位置の断面図である。図4~図8を用いて羽根車10について説明する。
主板11は板状であればよく、例えば多角形状等、円盤状以外の形状であってもよい。主板11の厚さは、回転軸RSを中心とする径方向において、図3に示すように、中心に向かって壁の厚さが厚くなるように形成されてもよく、回転軸RSを中心とする径方向において一定の厚さに形成されてもよい。また、主板11は一枚の板状部材で構成されたものに限らず、複数枚の板状部材を一体的に固定して構成されたものでもよい。
羽根車10は、ボス部11bの回転軸RSの軸方向において、複数の羽根12の主板11と反対側の端部に取り付けられた環状の側板13を有している。側板13は、羽根車10の外周側面10aに設けられており、羽根車10において、主板11と対向して配置されている。側板13は、回転軸RSを中心とする径方向において羽根12の外側に設けられている。側板13は、羽根車10における気体の吸込口10eを形成する。側板13は、複数の羽根12を連結することで、各羽根12の先端の位置関係を維持し、かつ、複数の羽根12を補強している。
複数の羽根12は、図4に示すように、一端が主板11と接続され、他端が側板13と接続されており、主板11の仮想の回転軸RSを中心とする周方向CD上に配列されている。複数の羽根12のそれぞれは、主板11と側板13との間に配置されている。複数の羽根12は、ボス部11bの回転軸RSの軸方向において、主板11の両側に設けられている。各羽根12は、主板11の周縁部において、互いに一定の間隔をあけて配置されている。
図10は、図9に示す羽根車10のC-C線断面における羽根12を表す模式図である。図11は、図9に示す羽根車10のD-D線断面における羽根12を示す模式図である。なお、図9に示す羽根車10の中間位置MPは、第1翼部112aを構成する複数の羽根12において、回転軸RSの軸方向における中間の位置を示している。また、図9に示す羽根車10の中間位置MPは、第2翼部112bを構成する複数の羽根12において、回転軸RSの軸方向における主板11と側板13との間の中間の位置を示している。
第1羽根12Aは、図10に示す第1断面と図11に示す第2断面との比較において、翼長L1a>翼長L1bの関係を有する。すなわち、複数の羽根12のそれぞれは、第1領域における翼長が第2領域における翼長よりも長く形成されている部分を有する。より具体的には、第1羽根12Aは、回転軸RSの軸方向において、主板11側から側板13側に向かって、翼長が小さくなるように形成されている部分を有する。
第1羽根12Aは、図10及び図11に示すように、外周端15Aを含み前向羽根として構成された第1シロッコ翼部12A1と、内周端14Aを含み後向羽根として構成された第1ターボ翼部12A2とを有する。羽根車10の径方向において、第1シロッコ翼部12A1は第1羽根12Aの外周側を構成し、第1ターボ翼部12A2は、第1羽根12Aの内周側を構成する。すなわち、第1羽根12Aは、羽根車10の径方向において、回転軸RSから外周側に向かって、第1ターボ翼部12A2、第1シロッコ翼部12A1の順に構成されている。
図10に示すように、第1断面における第1羽根12Aの第1シロッコ翼部12A1の出口角を出口角α1とする。出口角α1は、回転軸RSを中心とする円C3の円弧と外周端15Aとの交点において、円の接線TL1と、外周端15Aにおける第1シロッコ翼部12A1の中心線CL1とがなす角度と定義する。この出口角α1は、90度よりも大きい角度である。
第1羽根12Aは、図10及び図11に示すように、第1ターボ翼部12A2と第1シロッコ翼部12A1との間の繋ぎの部分として第1ラジアル翼部12A3を有している。第1ラジアル翼部12A3は、羽根車10の径方向に直線状に延びるラジアル翼として構成されている部分である。
複数の羽根12のうち周方向CDで互いに隣り合う2つの羽根12の間隔を翼間と定義したときに、図10及び図11に示すように、複数の羽根12の翼間は、前縁14A1側から後縁15A1側に向かうにしたがって広がっている。同様に、複数の羽根12の翼間は、前縁14B1側から後縁15B1側に向かうにしたがって広がっている。
図12は、図6に示す羽根車10の範囲Eにおける羽根車10の部分拡大図である。図12を用いて羽根12の翼厚Tについて説明する。図12は、図8の白抜き矢印で示した視点Vの方向に見た場合の羽根車10の拡大した平面図である。
図13は、図2に示す遠心送風機100のA-A線断面において羽根車10とスクロールケーシング40との関係を示す模式図である。図14は、図13に示す羽根車10において、回転軸RSと平行に見たときの羽根12とベルマウス46との関係を示す模式図である。図13及び図14に示すように、複数の羽根12のそれぞれの外周端により構成される羽根外径ODは、スクロールケーシング40を構成するベルマウス46の内径BIよりも大きい。なお、複数の羽根12の羽根外径ODは、図10及び図11に示す第1羽根12Aの外径OD1及び外径OD2、並びに、第2羽根12Bの外径OD3及び外径OD4と等しい(羽根外径OD=外径OD1=外径OD2=外径OD3=外径OD4)。
図1を用いて遠心送風機の動作について説明する。遠心送風機100は、モータ(図示は省略)が駆動すると、モータシャフトが接続された主板11が回転し、主板11を介して、複数の羽根12が回転軸RSを中心に回転する。これにより、遠心送風機100は、スクロールケーシング40の外部にある空気が吸込口45から羽根車10の内部に吸い込まれ、羽根車10の昇圧作用により羽根車10からスクロールケーシング40の内部に吹き出される。羽根車10からスクロールケーシング40の内部に吹き出された空気は、スクロールケーシング40の周壁44cによって形成される拡大風路で減速されて静圧を回復し、図1に示す吐出口42aから外部に吹き出される。
図19は、比較例に係る遠心送風機100Lの断面図である。遠心送風機100Lは、羽根車10Lがモータ等の駆動源50に接続されている。比較例に係る遠心送風機100Lは、範囲WSで示すベルマウス46の内周側端部46bよりも外側に位置する羽根12の部分が、シロッコ翼部23を形成する部分だけである。そのため、羽根車10Lから吹き出されてベルマウス46の内側壁面に沿う気流ARは、羽根車10Lの内部に再流入の際に、出口角が大きく、また、気流の流入速度が大きくなるシロッコ翼部23の部分に衝突する。シロッコ翼部23に衝突する気流ARは、遠心送風機100Lから生じる騒音の原因となり、また、入力悪化の原因となる。入力悪化とは、例えば気流と羽根12との衝突が羽根車10Lの回転に対する抵抗となり遠心送風機100Lに必要な電力が増大すること等をいう。
図20は、実施の形態2に係る遠心送風機100の図6に示す羽根車10の範囲Eにおける羽根車10の部分断面図である。なお、図1~図19の遠心送風機100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100は、実施の形態1に係る遠心送風機100の羽根12の翼厚Tを更に特定するものである。
実施の形態2に係る遠心送風機100は、回転軸RSの軸方向の各断面において、羽根車10の内周側から外周側に向かうにつれてターボ翼部を構成する羽根12の翼厚Tが一定の厚さに形成されている。そのため、当該構成を有する遠心送風機100は、当該構成を有さない遠心送風機100Lと比較して、羽根車から空気が吹き出される際の急な圧力変動が抑制され、羽根車10から吹き出される空気の風量を増大させることができる。その結果、当該構成を有する遠心送風機100の羽根車10から吹き出される空気は、ベルマウス46の内側壁面に沿って羽根車10の内周側に多く流れ込み、出口角が小さく、また、気流の流入速度が小さくなるターボ翼部に衝突する。
図21は、実施の形態3に係る遠心送風機100の羽根車10とベルマウス46との関係を示す概念図である。なお、図1~図20の遠心送風機100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100は、実施の形態1及び実施の形態2に係る遠心送風機100の羽根車10とスクロールケーシング40との関係を更に特定するものである。遠心送風機100は、羽根車10が出力軸51を介してモータ等の駆動源50に接続されている。
実施の形態3の遠心送風機100の外周側領域部26は、第1領域及び第2領域において、径方向におけるシロッコ翼部23の占める割合が、ターボ翼部24の占める割合よりも大きく形成されている。当該構成有する遠心送風機100は、当該構成を有さない遠心送風機100Lと比較して、羽根車10から吹き出される気流の圧力を上げ、風量を増やすことができる。そのため、当該構成を有する遠心送風機100は、ベルマウス46の内側壁面に沿って羽根車10に再流入する気流ARが、出口角が小さく、また、気流の流入速度が小さくなるターボ翼部24に衝突する。その結果、遠心送風機100は、ベルマウス46の内側壁面に沿う気流が羽根車10の内部に再流入する際に、気流によって生じる騒音が抑制され、また、入力悪化が抑制される。
図22は、実施の形態4に係る遠心送風機100を模式的に示す断面図である。図23は、実施の形態4に係る遠心送風機100の図6に示す羽根車10の範囲Eにおける羽根車10の部分拡大図である。なお、図1~図21の遠心送風機100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に係る遠心送風機100は、実施の形態1~実施の形態3に係る遠心送風機100の羽根車10の構成を更に特定するものである。
実施の形態4に係る遠心送風機100は、ターボ翼部24とシロッコ翼部23とが分離されていることで、シロッコ翼部23への気流の流入に伴う損失を低減できる。分離されたターボ翼部24から漏れた気流がターボ翼部24の後ろ側に抜けた後に、ターボ翼部24の後側に配置されたシロッコ翼部23で回収されることによって損失を低減できる。また、実施の形態4に係る遠心送風機100は、実施の形態1~実施の形態3に係る遠心送風機100と同様の構成を備えているため、実施の形態1~実施の形態3に係る遠心送風機100と同様の効果を発揮させることができる。
図24は、実施の形態5に係る遠心送風機100を模式的に示す断面図である。図25は、実施の形態5に係る遠心送風機100の図6に示す羽根車10の範囲Eにおける羽根車10の部分拡大図である。なお、図1~図23の遠心送風機100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5に係る遠心送風機100は、実施の形態4に係る遠心送風機100の羽根車10の構成を更に特定するものである。
実施の形態5に係る遠心送風機100は、ターボ翼部24とシロッコ翼部23とが分離されていることで、シロッコ翼部23への気流の流入に伴う損失を低減できる。分離されたターボ翼部24から漏れた気流がターボ翼部24の後ろ側に抜けた後に、ターボ翼部24の後側に配置されたシロッコ翼部23で回収されることで損失を低減できる。また、実施の形態5に係る遠心送風機100は、実施の形態1~実施の形態4に係る遠心送風機100と同様の構成を備えているため、実施の形態1~実施の形態4に係る遠心送風機100と同様の効果を発揮させることができる。
[空気調和装置140]
図26は、実施の形態6に係る空気調和装置140の一例を示す斜視図である。図27は、実施の形態6に係る空気調和装置140の内部構成の一例を示す斜視図である。図28は、実施の形態6に係る空気調和装置140の内部構成の一例を概念的に示す側面図である。なお、実施の形態6に係る空気調和装置140に用いられる遠心送風機100については、図1~図25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。また、図27では、空気調和装置140の内部構成を示すために、上面部16aは省略している。図26~図28を用いて遠心送風機100を備えた空気調和装置140について説明する。
筐体16は、図26に示すように、箱状に形成されており、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、筐体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。空気調和装置140が天井吊り下げ型の装置である場合には、筐体16は天井に設置される。
駆動源50は、例えば、モータである。駆動源50は、筐体16に固定されたモータサポート9aによって支持されている。駆動源50は、出力軸51を有する。出力軸51は、モータシャフトであって、筐体吸入口18が形成された入口壁部16c1及び筐体吹出口17が形成された出口壁部16c2に対して平行に延びるように配置されている。
遠心送風機100は、羽根車10と、ベルマウス46が形成されたスクロールケーシング40とを備えている。遠心送風機100は、実施の形態1~実施の形態5の遠心送風機100である。遠心送風機100は、図28に示すように、スクロールケーシング40が仕切板19に固定されており、吐出部42が熱交換室32に配置され、スクロール部41が送風室31に配置されている。
熱交換器15は、上述したように遠心送風機100の吐出口42aと対向する位置に配置され、筐体16内において、遠心送風機100が吐出する空気の風路上に配置されている。熱交換器15は、筐体吸入口18から筐体16内に吸い込まれ、筐体吹出口17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15は、公知の構造のものを適用できる。
駆動源50の駆動によって、羽根車10が回転すると、空調対象空間の空気は、筐体吸入口18を通じて筐体16の内部に吸い込まれる。筐体16の内部に吸い込まれた空気は、ベルマウス46に沿って流れ、羽根車10の内部に吸い込まれる。羽根車10に吸い込まれた空気は、羽根車10の径方向外側に向かって吹き出される。
ベルマウス46の吸入口形成側SUは、筐体吸入口18に面しているため、舌部形成側SDよりも風速の速い気流がベルマウス46の壁面に沿って流れる。風速の速い気流は、風速の遅い気流よりもベルマウス46の壁面から剥離しやすくなる。
[空気調和装置140]
図30は、実施の形態7に係る空気調和装置140の内部構成の一例を概念的に示す側面図である。なお、実施の形態7に係る空気調和装置140に用いられる遠心送風機100については、図1~図29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。また、実施の形態7に係る空気調和装置140は、実施の形態6の空気調和装置140と同様の構成を有していてもよい。図30を用いて実施の形態7に係る空気調和装置140について説明する。
実施の形態7に係る空気調和装置140のスクロールケーシング40は、第2拡大率ER2が第1拡大率ER1よりも大きくなるように形成されている。すなわち、空気調和装置140は、舌部43側に位置するスクロールケーシング40のスクロール拡大率よりも、筐体吸入口18側に位置するスクロールケーシング40のスクロール拡大率が大きい。
Claims (9)
- 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、一端側が前記主板と接続され、他端側が前記側板と接続されており、前記主板の仮想の回転軸を中心とする周方向に配列した複数の羽根と、を有する羽根車と、
渦巻形状に形成された周壁と、前記主板と前記複数の羽根とによって形成される空間に連通する吸込口を形成するベルマウスを有する側壁と、を有し、前記羽根車を収納するスクロールケーシングと、
を備え、
前記側板は、前記羽根車の外周側面に設けられており、
前記複数の羽根のそれぞれは、
前記回転軸を中心とする径方向において前記回転軸側に位置する内周端と、
前記径方向において前記内周端よりも外周側に位置する外周端と、
前記外周端を含み出口角が90度よりも大きい角度に形成された前向羽根を構成するシロッコ翼部と、
前記内周端を含み後向羽根を構成するターボ翼部と、
前記回転軸の軸方向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主板側に位置する第1領域と、
前記第1領域よりも前記側板側に位置する第2領域と、
を有し、
前記複数の羽根のそれぞれは、
前記第1領域における翼長が前記第2領域における翼長よりも長く形成されており、
前記第1領域及び前記第2領域において、前記径方向における前記ターボ翼部の占める割合が、前記シロッコ翼部の占める割合よりも大きく形成されており、
前記軸方向における前記複数の羽根の前記側板側の端部において、前記複数の羽根のそれぞれの前記内周端により構成される羽根内径よりも外周側に位置する前記複数の羽根の部分を外周側羽根部と定義した場合に、
前記外周側羽根部は、
前記径方向において内周側から外周側に向かうにつれて前記羽根の翼厚が薄くなるように形成されており、前記複数の羽根のうち前記周方向で互いに隣り合う2つの羽根の間隔は、前記内周端から前記外周端に向かうにしたがって広がっている遠心送風機。 - 前記シロッコ翼部のみが、前記径方向において内周側から外周側に向かうにつれて前記羽根の翼厚が薄くなるように形成されている請求項1に記載の遠心送風機。
- 前記複数の羽根は、
前記軸方向の各断面において、前記羽根車の内周側から外周側にかけて前記ターボ翼部を構成する前記羽根の翼厚が一定の厚さに形成されている請求項1又は2に記載の遠心送風機。 - 前記複数の羽根のそれぞれは、
前記径方向において、前記ターボ翼部と前記シロッコ翼部とが分離している請求項1~3のいずれか1項に記載の遠心送風機。 - 前記複数の羽根は、
それぞれの前記外周端により構成される羽根外径が、前記ベルマウスの内径よりも大きく形成されており、
前記径方向において前記ベルマウスの内周側の端部である内周側端部よりも外周側に位置する前記複数の羽根の部分を外周側領域部と定義した場合に、
前記外周側領域部は、
前記第1領域及び前記第2領域において、前記径方向における前記シロッコ翼部の占める割合が、前記ターボ翼部の占める割合よりも大きく形成されている請求項1~4のいずれか1項に記載の遠心送風機。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載の遠心送風機を備えた、空気調和装置。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載の遠心送風機と、
前記遠心送風機と対向するように配置された熱交換器と、
前記遠心送風機及び前記熱交換器を収納し、前記遠心送風機に吸い込まれる空気が流入する筐体吸入口と、前記遠心送風機から吐出されて前記熱交換器を通過した空気が流出する筐体吹出口とが形成された筐体と、
を有し、
前記スクロールケーシングは、
前記羽根車から吹き出された空気の流れを分流させる舌部を有し、
前記遠心送風機を前記回転軸の軸方向に見た場合に、前記回転軸に対して前記舌部の形成側を舌部形成側と定義し、前記回転軸に対して前記筐体吸入口の形成側を吸入口形成側と定義し、前記舌部形成側において、前記径方向における前記ベルマウスの内周縁部と外周縁部との間の距離を第1距離と定義し、前記吸入口形成側において、前記径方向における前記ベルマウスの内周縁部と外周縁部との間の距離を第2距離と定義した場合に、前記第1距離が前記第2距離よりも小さくなるように形成された空気調和装置。 - 前記羽根車と前記周壁との間を流れる空気の流れる方向において、前記空気の流れる方向の上流側から下流側に向かう場合の前記羽根車と前記周壁との間の距離が拡大する割合をスクロール拡大率と定義し、前記舌部形成側の前記スクロールケーシングにおける前記スクロール拡大率を第1拡大率と定義し、前記吸入口形成側の前記スクロールケーシングにおける前記スクロール拡大率を第2拡大率と定義した場合に、
前記スクロールケーシングは、
前記第2拡大率が前記第1拡大率よりも大きくなるように形成された請求項7に記載の空気調和装置。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載の遠心送風機と、
前記遠心送風機と対向するように配置された熱交換器と、
前記遠心送風機及び前記熱交換器を収納し、前記遠心送風機に吸い込まれる空気が流入する筐体吸入口と、前記遠心送風機から吐出されて前記熱交換器を通過した空気が流出する筐体吹出口とが形成された筐体と、
を有し、
前記スクロールケーシングは、
前記羽根車から吹き出された空気の流れを分流させる舌部を有し、
前記遠心送風機を前記回転軸の軸方向に見た場合に、前記回転軸に対して前記舌部の形成側を舌部形成側と定義し、前記回転軸に対して前記筐体吸入口の形成側を吸入口形成側と定義し、前記羽根車と前記周壁との間を流れる空気の流れる方向において、前記空気の流れる方向の上流側から下流側に向かう場合の前記羽根車と前記周壁との間の距離が拡大する割合をスクロール拡大率と定義し、前記舌部形成側の前記スクロールケーシングにおける前記スクロール拡大率を第1拡大率と定義し、前記吸入口形成側の前記スクロールケーシングにおける前記スクロール拡大率を第2拡大率と定義した場合に、
前記スクロールケーシングは、
前記第2拡大率が前記第1拡大率よりも大きくなるように形成された空気調和装置。
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