JPWO2011092751A1 - 送風機及びこの送風機を搭載した空気調和装置 - Google Patents

Abstract

送風性能を維持しつつ薄型化することが可能な送風機を得る。送風機は、回転中心となるボス１及びこのボス１の外周面に設けられた複数の主羽根３を有する羽根車５を備えた送風機において、主羽根３及び主羽根３に設けられた部材のうち少なくとも一方に支持され副羽根４を有する。

Description

本発明は送風機及びこの送風機を搭載した空気調和装置に関し、特に薄型化を可能にした送風機及びこの送風機を搭載した空気調和装置に関するものである。

軸流送風機や斜流送風機は、回転中心となるボス及びこのボスの外周面に設けられた複数の羽根を有する羽根車を備えており、従来より種々の構成の送風機が提案されている。例えば、このような送風機としては、「円筒状のボス部と、このボス部に放射状に取付けられた複数の羽根とを有したプロペラファンであって、ファン回転軸を軸心とするうす肉円筒状のエアガイダを、前記羽根の外周端部に線状に密着させてこの羽根と一体に形成したことを特徴とするプロペラファン」（例えば特許文献１参照）というものが提案されている。特許文献１に記載のプロペラファンは、ファン回転軸を軸心とするうす肉円筒状のエアガイダを羽根の外周端部に線状に密着させてこの羽根と一体に形成し、羽根の外周端に生じる漏れ流れを抑制し、低騒音化を図っている。

実開昭６２−１５２０９８号公報（実用新案登録請求の範囲、第１図）

従来の送風機の羽根は、一般的に、外周側の高さが内周側（ボス側）の高さよりも高くなっている。このため、このような軸流送風機や斜流送風機を薄型化しようとした場合、羽根の高さ（特に外周側の羽根の高さ）を低くする必要がる。このとき、送風機の送風性能（風量、昇圧量等）を維持しようとすると、羽根枚数の増加や羽根の取付け角の変更が必要となる。しかしながら、羽根枚数を増加させることはボスに支持される羽根の枚数を増加させることとなり、ボス周辺の風量低下や羽根の取付強度不足等を招くという問題点があった。また、羽根枚数を増加させずに送風機を薄型化するために羽根の取付け角を変更すると、最適動作風量が変化してしまうという問題点があった。つまり、従来は、送風機の送風性能を維持しつつ、軸流送風機や斜流送風機等を大幅に薄型化することが困難であるという問題点があった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、送風機の送風性能を維持しつつ薄型化することが可能な送風機を得ることを目的としている。

本発明に係る送風機は、回転中心となるボス及びこのボスの外周面に設けられた複数の第１の羽根を有する羽根車を備えた送風機において、前記第１の羽根及び前記第１の羽根に設けられた部材のうち少なくとも一方に支持される第２の羽根を有するものである。

また、本発明に係る空気調和装置は、上述の送風機を搭載したものである。

本発明によれば、ボス以外の箇所で支持される第２の羽根を有するので、ボス周辺部の風量低下を招かずに、送風機の羽根枚数（第１の羽根の枚数＋第２の羽根の枚数）を部分的に増加させることができる。このため、第２の羽根が設けられた付近の第１の羽根の高さを抑制することができる。したがって、送風機の送風性能を維持しつつ、軸流送風機や斜流送風機等を薄型化することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る送風機の一例を示す正面図である。 羽根の設置構成（設置姿勢や設置枚数等）と空力性能との関係を説明する説明図である。 本発明の実施の形態１に係る送風機の別の一例を示す正面図である。 本発明の実施の形態１に係る送風機のさらに別の一例を示す正面図である。 本発明の実施の形態２に係る送風機の一例を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態３に係る送風機の一例を示す正面図である。 本発明の実施の形態３に係る送風機の別の一例を示す正面図である。 本発明の実施の形態４に係る送風機の一例を示す正面図である。 本発明の実施の形態４に係る送風機の別の一例を示す正面図である。 本発明の実施の形態５に係る送風機の一例を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態６に係る空気調和装置の一例を示す縦断面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る送風機の一例を示す正面図である。
本実施の形態１に係る送風機１００は、回転中心となるボスの外周面に複数の羽根が設けられた、軸流送風機や斜流送風機等である。この送風機１００は、羽根車５及び筐体６を備えている。

羽根車５は、回転中心となるボス１、ボス１の外周面に支持された複数の主羽根３、及び主羽根３の外周側に設けられたリング状部材２を備えている。また、本実施の形態１に係る羽根車５は、内周側（ボス１側）に向かってリング状部材２に支持された複数の副羽根４を備えている。これら副羽根４は、ボス１の外周面に支持されていない。これにより、送風機１００に設けられた羽の枚数（主羽根３の枚数＋副羽根４の枚数）を増加させている。
ここで、主羽根３が本発明における第１の羽根に相当し、副羽根４が本発明における第２の羽根に相当する。

この羽根車５の外周側には、羽根車５の外周部と所定の空隙を介して、筐体６が設けられている。つまり、羽根車５は筐体６に収められている。
羽根車５のボス１はモーター（図示せず）と接続されており、このモーターの駆動力によって羽根車５が回転する。

ここで、本実施の形態１に示す構成によって送風機１００の羽根枚数を増やすことの効果を説明する。
図２は、羽根の設置構成（設置姿勢や設置枚数等）と空力性能との関係を説明する説明図である。なお、図２（ａ）は、軸流送風機や斜流送風機に用いられる一般的な羽根車を示す正面図である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）に一点鎖線で示した位置の円筒断面を平面展開した翼列の断面図である。

翼列の空力性能は、翼弦長Ｌ及び隣合う羽根の間隔ｔにより定義される弦節比σ＝Ｌ／ｔで関係付けられる。ここで、翼弦長Ｌは、羽根３０３の前縁と後縁とを結んだ直線の長さである。一般的に、弦節比σが一定である相似形の翼列は、ほぼ等しい空力性能が得られることがわかっている。つまり、翼弦長Ｌの短い羽根（高さを抑制した羽根）で翼弦長Ｌの長い羽根（高さの高い羽根）と等しい空力性能を得るには、羽根の枚数を増やせば良いことがわかる。

しかしながら、従来の構成で羽根の枚数を増加させることは、ボス３０１の外周面に支持される羽根３０３の枚数が増加することを意味する。羽根肉厚の薄型化には製造上、強度上の制約と限界があるため、羽根３０３の枚数を増やすことにより、ボス３０１周辺部の風路を塞いでしまうこととなる。このため、従来の構成で羽根３０３の枚数を増加させた場合、ボス３０１周辺部の風量が低下してしまう。

また、羽根３０３の枚数を増加させずに翼弦長Ｌを短くする（羽根の高さを抑制する）構成としては、羽根３０３の取付け角を変更するという構成も考えられる。しかしながら、羽根３０３の取付け角を変更すると、気流と羽根３０３の迎角が変わる。このため、送風機は、効率の高い動作風量が変化してしまい、従来送風機との互換性が損なわれてしまう。

一方、本実施の形態１に示す構成によって送風機１００（羽根車５）の羽根枚数を増やす場合、ボス１に支持される羽根の枚数を増加させる必要がない。副羽根４は、リング状部材２、つまりボス１以外に接続されているからである。このため、ボス１周辺部の風量が低下することなく、翼弦長Ｌを短くする（羽根５の高さを抑制する）ことができる。また、主羽根３及び副羽根４は、迎角を変更する必要もない。

以上、このように構成された送風機１００においては、送風機１００の送風性能を維持しつつ、副羽根４が配置された範囲における主羽根３の翼弦長Ｌを短くすることができる。このため、送風機１００は、送風機１００の送風性能を維持しつつ、薄型化（羽根車５の回転軸方向の寸法を低減させること）が可能となる。

なお、副羽根４の支持構成は、図１の構成に限定されるものではない。
図３は、本発明の実施の形態１に係る送風機の別の一例を示す正面図である。
図３に示す送風機１０１は、主羽根３の外周部に突片９が設けられている。そして、副羽根４は、内周側（ボス１側）に向かってこの突片９に支持されている。つまり、送風機１０１は、送風機１００のリング状部材２を複数に分断した構成となっている。

図４は、本発明の実施の形態１に係る送風機のさらに別の一例を示す正面図である。
送風機１００及び送風機１０１は、主羽根３に設けられた部材（リング状部材２、突片９）によって支持されていた。一方、図４に示す送風機１０２は、主羽根３に副羽根４が直接支持されている。

つまり、副羽根４は、ボス１以外に支持されていればよいということである。副羽根４がボス１以外に支持されていれば、送風機の送風性能を維持しつつ、副羽根４が配置された範囲における主羽根３の翼弦長Ｌを短くすることができる。このため、送風機は、送風性能を維持しつつ、薄型化（羽根車５の回転軸方向の寸法を低減させること）が可能となる。

実施の形態２．
実施の形態１で示したように、副羽根４を支持する構成には、種々の構成を採用することができる。この中でも、リング状部材２で副羽根４を支持する構成は、以下のような効果を得ることもできる。なお、本実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図５は、本発明の実施の形態２に係る送風機の一例を示す縦断面図である。本実施の形態２に係る送風機１０３は、実施の形態１で示した送風機１０１と同様に、リング状部材２によって副羽根４を支持している。つまり、各主羽根３の外周部は、リング状部材２によって連結されている。換言すると、各主羽根３は、ボス１に加え、リング状部材２によっても支持されている。

ボス１に支持される主羽根３は、羽根車５の回転によって遠心力が作用するため、ボス１との接合部分の強度対策が必要になる。このため、内周側（ボス１側）の翼肉厚を厚くして翼弦長を長くする必要性や、主羽根３の外周側（筐体６側）の重量を小さくする設計制約が生じる。

しかしながら、本実施の形態２に係る送風機１０３においては、羽根車５の回転によって主羽根３に作用する遠心力は、リング状部材２によっても支持される。このため、主羽根３のボス１との接合部分における翼肉厚や翼弦長等、主羽根３の設計自由度を高くすることができる。
なお、図５では、主羽根３と副羽根４の形状が異なっているが、主羽根３と副羽根４の形状（より詳しくは接合箇所を除く形状）を等しくてもよい。

実施の形態３．
例えば、副羽根４を以下のように支持することも可能である。なお、本実施の形態３において、特に記述しない項目については実施の形態１又は実施の形態２と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図６は、本発明の実施の形態３に係る送風機の一例を示す正面図である。本実施の形態３に係る送風機１０４は、実施の形態１で示した送風機１００に、リング状部材１０が追加されている。リング状部材１０は、各主羽根３の略中央部を接続するように設けられている。そして、副羽根４は、主羽根３の外周部に設けられたリング状部材２に加え、このリング状部材１０にも支持されている。

このように構成された送風機１０４においては、副羽根４を２箇所で支持することができるため、副羽根４の振動を抑制し、副羽根４の強度を向上することができる。

なお、副羽根４の支持構成は、図６の構成に限定されるものではない。
図７は、本発明の実施の形態３に係る送風機の別の一例を示す正面図である。
図７に示す送風機１０５は、実施の形態１で示した送風機１００に、突片１１が追加されている。突片１１は、各主羽根３の略中央部に設けられている。そして、副羽根４は、主羽根３の外周部に設けられたリング状部材２に加え、この突片１１にも支持されている。つまり、送風機１０５は、送風機１０４のリング状部材１０を複数に分断した構成となっている。

また例えば、実施の形態１で示した送風機１０１にリング状部材１０や突片１１を設け、副羽根４を２箇所で支持する構成としてもよい。
また例えば、実施の形態１で示した送風機１０２に実施の形態１で示したリング状部材２や突片９を設け、副羽根４を２箇所で支持する構成としてもよい。
また例えば、本実施の形態３で示した送風機１０４や送風機１０５の副羽根４を、隣接する主羽根３に直接支持させてもよい。このように構成することにより、副羽根４を２箇所以上で支持することができる。

つまり、副羽根４が複数の箇所で支持されていればよいということである。副羽根４が複数の箇所で支持されていれば、副羽根４の振動を抑制し、副羽根４の強度を向上することができる。

実施の形態４．
実施の形態１〜実施の形態３までは、主羽根３と副羽根４の枚数を同数とし、回転方向においてこれらを交互に配置していた。これに限らず、主羽根３及び副羽根４は、例えば以下のように配置することができる。なお、本実施の形態４において、特に記述しない項目については実施の形態１〜実施の形態３と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図８は、本発明の実施の形態４に係る送風機の一例を示す正面図である。
図８に示す送風機１０６は、副羽根４が３枚であるのに対し、主羽根３が６枚設けられている。そして、羽根車５の回転方向に見た場合、主羽根３が２枚設けられた後に副羽根４が１枚設けられている。これら主羽根３及び副羽根４は、隣接する羽根の間隔（周方向間隔）がほぼ均一となっている。

図９は、本発明の実施の形態４に係る送風機の別の一例を示す正面図である。
図９に示す送風機１０７は、副羽根４が６枚であるのに対し、主羽根３が３枚設けられている。そして、羽根車５の回転方向に見た場合、主羽根３が１枚設けられた後に副羽根４が２枚設けられている。これら主羽根３及び副羽根４は、隣接する羽根の間隔（周方向間隔）がほぼ均一となっている。

このように副羽根４の枚数を主羽根３の枚数の約数又は倍数とし、主羽根３及び副羽根４の間隔（周方向間隔）をほぼ均一に構成することで、種々の設計仕様の羽根車において、回転時も動バランスを保ち、安定した動作が可能な羽根車を得ることができる。

実施の形態５．
実施の形態１〜実施の形態４においては、外部駆動のモーターをボス１に接続し、羽根車５を回転させていた。これに限らず、例えば以下のような構成のモーターによって羽根車５を回転させてもよい。なお、本実施の形態５において、特に記述しない項目については実施の形態１〜実施の形態４と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。また、以下の説明では、実施の形態２で示した送風機１０３に本実施の形態５に係るモーターを採用した場合について説明する。

図１０は、本発明の実施の形態５に係る送風機の一例を示す縦断面図である。
本実施の形態５に係る送風機１０８は、以下の点が実施の形態２で示した送風機１０３と異なる。まず、本実施の形態５に係る送風機１０８は、実施の形態２の送風機１０３に設けられていた外部駆動のモーター（ボス１と接続されていたモーター）が設けられていない。そして、外部駆動のモーターに換えて、回転子７と固定子８を備えたモーター１２が設けられている。

より詳しくは、回転子７は羽根車５の外周部に設けられている。本実施の形態５に係る送風機１０８はその外周部にリング状部材２が設けられているので、回転子７をリング状部材２の外周部に設けている。また、固定子８は、回転子７と対向するように筐体６に設けられている（配置されている）。そして、これら回転子７及び固定子８を備えたモーター１２の駆動力で、羽根車５が回転する。

このように構成された送風機１０８においては、外部駆動のモーターを設置するペースが不要となる。このため、送風機１０８をより薄型化することが可能となる。また、径の大きな箇所でモーター１２を構成することができるので、同等の磁気吸引力の発生（等しいモーター消費電力）でも大きなトルクの生成が容易となる。このため、同等コストでの高効率化が可能で、又は同等性能のモーターを安価な磁石や電機子で構成することが可能になることにより、小型で安価な送風機１０８を得ることもできる。

なお、本実施の形態５では送風機１０３に本実施の形態５に係るモーター１２を採用した例について説明したが、送風機１００〜１０２，１０４〜１０７に本実施の形態５に係るモーター１２を採用しても勿論よい。

実施の形態６．
図１１は、本発明の実施の形態６に係る空気調和装置の一例を示す縦断面図である。この図１１は、実施の形態１に係る送風機１００を、空気調和装置の室内機２００に用いた例を示している。また、図１１は、図の左側を室内機２００の前面側として示している。図１１に基づいて、室内機２００の構成について説明する。
なお、室内機２００の送風機として、送風機１０１〜１０８を用いても勿論よい。

室内機２００は、冷媒を循環させる冷凍サイクルを利用することで室内等の空調対象域に空調空気を供給するものである。この室内機２００は、主に、室内空気を内部に吸い込むための吸込口１１１及び空調空気を空調対象域に供給するための吹出口１１５が形成されている筐体１１０と、この筐体１１０内に収納され、吸込口１１１から室内空気を吸い込み、吹出口１１５から空調空気を吹き出す送風機１００と、吸込口１１１から送風機１００までの風路に配設され、冷媒と室内空気とで熱交換することで空調空気を作り出す熱交換器１１４と、を有している。

吸込口１１１は、筐体１１０の上部に開口形成されている。吹出口１１５は、筐体１１０の下部（より詳しくは、筐体１１０の前面部下側）に開口形成されている。送風機１００は、吸込口１１１の下流側でかつ、熱交換器１１４の上流側に配設されている。また、送風機１００は、紙面直交方向に例えば３つ並べられている。なお、送風機１００の設置数は、あくまでも一例である。要求される風量等に応じて、送風機１００の設置数を適宜変更すればよい。

熱交換器１１４は、送風機１００の風下側に配置されている。この熱交換器１１４は、筐体１１０の前面側に配置された前面側熱交換器１１４ａと、筐体１１０の背面側に配置された背面側熱交換器１１４ｂと、から構成されている。この熱交換器１１４には、例えばフィンチューブ型熱交換器等を用いるとよい。また、吸込口１１１には、グリル１１２やフィルター１１３が設けられている。さらに、吹出口１１５には、気流の吹出し方向を制御する機構、例えば図示省略のベーン等が設けられている。

ここで、室内機２００内における空気の流れについて簡単に説明する。
まず、室内空気は、送風機１００によって筐体１１０の上部に形成されている吸込口１１１から室内機２００内に流れ込む。このとき、フィルター１１３によって空気に含まれている塵埃が除去される。この室内空気は、熱交換器１１４を通過する際、熱交換器１１４内を流れる冷媒によって加熱又は冷却されて空調空気となる。そして、空調空気は、筐体１１０の下部に形成されている吹出口１１５から室内機２００の外部、つまり空調対象域に吹き出されるようになっている。

このように構成された室内機２００（空気調和装置）においては、小形化（薄型化）及び低コスト化が可能な送風機１００を用いている。このため、本実施の形態６に係る室内機２００は、小型化（薄型化）することが可能となる。また、室内機２００を低コスト化することが可能となる。
また、このように構成された室内機２００（空気調和装置）においては、送風性能を維持しつつ小型化（薄型化）を図った送風機１００を用いている。このため、同サイズで室内機を製作した場合、従来の室内機よりも風量の大きな室内機を得ることができる。

１ ボス、２ リング状部材、３ 主羽根、４ 副羽根、５ 羽根車、６ 筐体、７ 回転子、８ 固定子、９ 突片、１０ リング状部材、１１ 突片、１２ モーター、１００〜１０８ 送風機、１１０ 筐体、１１１ 吸込口、１１２ グリル、１１３ フィルター、１１４ 熱交換器、１１４ａ 前面側熱交換器、１１４ｂ 背面側熱交換器、１１５ 吹出口、２００ 室内機（空気調和装置）、３０１ ボス（従来）、３０３ ボス（従来）。

Claims (6)

1. 回転中心となるボス及び該ボスの外周面に設けられた複数の第１の羽根を有する羽根車を備えた送風機において、
   前記第１の羽根及び前記第１の羽根に設けられた部材のうち少なくとも一方に支持される第２の羽根を有することを特徴とする送風機。
2. 前記第１の羽根の外周部には、これら第１の羽根の外周部を連結するリング状部材が設けられ、
   前記第２の羽根は、該リング状部材に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の送風機。
3. 前記第２の羽根は、複数の箇所で支持されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の送風機。
4. 前記第２の羽根の数は、前記第１の羽根の数の約数又は倍数であり、
   前記第２の羽根及び前記第１の羽根は、それぞれの間隔がほぼ均一となるように配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の送風機。
5. 前記羽根車を回転させるモーターと、
   前記羽根車の外周側に所定の空隙を介して設けられた筐体と、
   を備え、
   前記モーターの回転子は、前記羽根車の外周部に設けられ、
   前記モーターの固定子は、前記回転子と対向するように前記筐体に設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の送風機。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の送風機を搭載したことを特徴とする空気調和装置。

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