WO2023157289A1

WO2023157289A1 - クロスフローファン

Info

Publication number: WO2023157289A1
Application number: PCT/JP2022/006913
Authority: WO
Inventors: 奈穂安達; 惇司河野
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2022-02-21
Filing date: 2022-02-21
Publication date: 2023-08-24

Abstract

羽根車の端部における失速を抑制し、失速耐力を向上できるクロスフローファンを提供する。このため、クロスフローファン（１００）は、複数の支持部材及び隣り合う支持部材の間に設けられた複数の翼を備えた羽根車（１１０）と、羽根車の回転軸の一端に設けられたモータ（１５０）と、羽根車の外周から間隔をあけて回転軸方向にわたって配置されたスタビライザ（２２０）と、スタビライザの羽根車に対向する面に羽根車側に突出して設けられ、回転軸方向にわたって配置された凸部（２２１）と、を備える。凸部の回転軸方向におけるモータ側の端部は、凸部の回転軸方向における中央部よりも、羽根車の回転方向の下流側に配置される。

Description

クロスフローファン

　本開示は、クロスフローファンに関するものである。

　クロスフローファンにおいては、ファンと、ファンの軸方向に沿って配置されたスタビライザと、スタビライザのファンと対向する側とは反対側に設けられ、ファンへの軸方向に垂直な方向の空気流量を調整する整流部を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

日本特開２０１８－１３８８５４号公報

　特許文献１に示されるようなクロスフローファンは、モータ側の整流部の、整流部及びファンが並ぶ方向の長さを短くすることにより、ファン内部の流れが乱れる傾向にあるモータ側の端部への流入風量を増加させている。しかしながら、このようなクロスフローファンにおいては、スタビライザに整流部を設けて、ファンの回転軸方向における端部の流入風量を増加させるため、主にスタビライザに近い側の流入風量が増加する。スタビライザに近い側の流入風量を増加させた結果、スタビライザから遠いリアガイド側の流入風量に対しスタビライザ側の流入風量が過大となり、ファンケーシングの上流側からの流出が増加し、失速耐力が低下するおそれがある。

　本開示は、このような課題を解決するためになされたものである。その目的は、羽根車のモータ側の端部における失速を抑制し、失速耐力を向上することが可能であるクロスフローファンを提供することにある。

　本開示に係るクロスフローファンは、回転軸方向に予め設定された間隔で配置され、円形又は円環形の平板状を呈する複数の支持部材、及び、隣り合う前記支持部材の間に設けられ、前記支持部材の外周寄りで、かつ、周方向に間隔をあけて配置された複数の翼を備えた羽根車と、前記羽根車の前記回転軸の一端に設けられたモータと、前記羽根車の外周から間隔をあけて前記回転軸方向にわたって配置されたスタビライザと、前記スタビライザの前記羽根車に対向する面に前記羽根車側に突出して設けられ、前記回転軸方向にわたって配置された凸部と、を備え、前記凸部の前記回転軸方向における前記モータ側の端部は、前記凸部の前記回転軸方向における中央部よりも、前記羽根車の回転方向の下流側に配置される。

　本開示に係るクロスフローファンによれば、羽根車のモータ側の端部における失速を抑制し、失速耐力を向上することが可能であるという効果を奏する。

実施の形態１に係るクロスフローファンを備えた空気調和機の断面図である。実施の形態１に係るクロスフローファンのケーシングを除く構成を示す図である。実施の形態１に係るクロスフローファンのスタビライザを羽根車側から見た図である。実施の形態１に係るクロスフローファンを備えた空気調和機の断面図である。実施の形態１に係るクロスフローファンを備えた空気調和機の断面図である。実施の形態１に係るクロスフローファンの変形例のスタビライザを羽根車側から見た図である。実施の形態１に係るクロスフローファンの変形例の要部を拡大して示す断面図である。

　本開示に係るクロスフローファンを実施するための形態について添付の図面を参照しながら説明する。各図において、同一又は相当する部分には同一の符号を付して、重複する説明は適宜に簡略化又は省略する。以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を表現することがある。なお、本開示は以下の実施の形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において、各実施の形態の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、又は各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

実施の形態１．
　図１から図７を参照しながら、本開示の実施の形態１について説明する。図１はクロスフローファンを備えた空気調和機の断面図である。図２はクロスフローファンのケーシングを除く構成を示す図である。図３はクロスフローファンのスタビライザを羽根車側から見た図である。図４及び図５はクロスフローファンを備えた空気調和機の断面図である。図６はクロスフローファンの変形例のスタビライザを羽根車側から見た図である。図７はクロスフローファンの変形例の要部を拡大して示す断面図である。

　本開示に係るクロスフローファンを備えた冷凍サイクル装置の一例として、空気調和機の構成例を説明する。なお、本開示に係るクロスフローファンを備えた冷凍サイクル装置としては、空気調和機の他に、例えばショーケース等を挙げることができる。また、後述するように、空気調和機は送風する機能を有している。したがって、ここで説明する空気調和機は、本開示に係るクロスフローファンを備えた送風装置の一例でもある。なお、本開示に係るクロスフローファンを備えた送風装置としては、空気調和機の他に、例えばサーキュレータ、タワー型扇風機等を挙げることができる。

　この実施の形態に係る冷凍サイクル装置である空気調和機は、図１に示す室内機１と室外機（図示せず）とを備えている。室内機１は、空気調和の対象となる室の内部すなわち室内に設置される。室外機は、当該室の外部すなわち室外に設置される。

　室内機１と室外機とは図示しない冷媒配管で接続されている。室内機１は、クロスフローファン１００及び熱交換器１４を備えている。室外機は、いずれも図示しない室外機ファン、熱交換器、圧縮機、膨張弁及び四方弁等を備えている。冷媒配管は、室内機１の熱交換器１４と室外機の熱交換器（図示せず）との間で循環的に設けられている。冷媒配管内には冷媒が封入されている。冷媒配管内に封入される冷媒は、例えば、ジフルオロメタン（ＣＨ２Ｆ２：Ｒ３２）等である。冷媒配管は、室内機１の熱交換器１４と、室外機の四方弁、圧縮機、熱交換器及び膨張弁とを環状に接続している。したがって、室内機１の熱交換器と室外機の熱交換器との間で冷媒が循環する冷媒回路が形成されている。

　室外機の圧縮機は、供給された冷媒を圧縮して当該冷媒の圧力及び温度を高める機器である。圧縮機は、例えば、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機、レシプロ圧縮機等を用いることができる。膨張弁は、室外機の熱交換器で凝縮された冷媒を膨張させ、当該冷媒を減圧する。

　室内機１の熱交換器１４は、熱交換器１４に流入した冷媒と熱交換器１４の周囲の空気との間で熱を交換させる。クロスフローファン１００は、室内の空気が熱交換器１４の周囲を通過するように送風し、熱交換器１４における冷媒と空気との間での熱交換を促進するとともに、熱交換により加熱又は冷却された空気を再び室内に送り出す。室外機の熱交換器は、当該熱交換器に流入した冷媒と当該熱交換器の周囲の空気との間で熱を交換させる。室外機ファンは、室外の空気が室外機の熱交換器の周囲を通過するように送風し、当該熱交換器における冷媒と空気との間での熱交換を促進する。

　このようにして構成された冷媒回路は、室内機１の熱交換器１４及び室外機の熱交換器のそれぞれにおいて冷媒と空気の間で熱交換を行うことにより、室内機１と室外機との間で熱を移動させるヒートポンプとして働く。この際、四方弁を切り換えることにより、冷媒回路における冷媒の循環方向を反転させて空気調和機の冷房運転と暖房運転とを切り換えることができる。

　図１に示すように、室内機１は筐体１０を備えている。筐体１０は室内に設置される。筐体１０の内部には、熱交換器１４及びクロスフローファン１００が収容されている。筐体１０の上面部には、吸込口１１が形成されている。吸込口１１は、外部から筐体１０の内部に空気を取り込むための開口である。筐体１０の下面には、吹出口１２が形成されている。吹出口１２は、筐体１０の内部から外部へと空気を排出するための開口である。

　筐体１０の内部には、吸込口１１から吹出口１２へと通じる風路が形成されている。吸込口１１には、フィルタ１３が設置されている。フィルタ１３は、吸込口１１から筐体１０の内部へと入る空気から、比較的大きなごみ、塵、埃等を取り除くためのものである。

　筐体１０内の風路におけるフィルタ１３の風下側には、熱交換器１４が設置されている。熱交換器１４は、筐体１０内の風路を流れる空気と熱交換を行って、風路を流れる空気を加熱又は冷却する。空気を加熱するか冷却するかは、空気調和機が暖房運転であるか冷房運転であるかによる。

　前述した風路における熱交換器１４の風下側には、クロスフローファン１００が設置されている。クロスフローファン１００は、吸込口１１から吹出口１２へと向かう空気流を、筐体１０内の風路中に生成するためのものである。筐体１０内におけるクロスフローファン１００の羽根車の後面側には、リアガイド２１０が設けられている。また、筐体１０内におけるクロスフローファン１００の羽根車の前面側には、スタビライザ２２０が設けられている。

　リアガイド２１０は、熱交換器１４側から吹出口１２側にいくに従って、クロスフローファン１００の羽根車からの距離が拡大する螺旋状に配置されている。クロスフローファン１００の羽根車の前面側のスタビライザ２２０は、羽根車の吹出口１２側において後面側に舌状に突出している。これらのリアガイド２１０及びスタビライザ２２０により、クロスフローファン１００のケーシング２００が構成されている。クロスフローファン１００のケーシング２００の内部には、クロスフローファン１００の羽根車が収容される。そして、このようなケーシング２００を設けることで、クロスフローファン１００の羽根車が図中の矢印で示す回転方向Ｒに回転した時に、以下のような空気の流れが生成される。すなわち、流路抵抗が最も小さい熱交換器１４側から羽根車の翼間に空気が吸い込まれる。そして、吸い込まれた空気は羽根車を貫くように流れて、流路抵抗が次に小さい吹出口１２側に吹き出す。

　吹出口１２には、風向板１５が設けられている。風向板１５は、吹出口１２から吹き出す空気の吹き出し角度を調整するためのものである。図１では、風向板１５のうちの上下風向板が図示されている。上下風向板の向きを変えることで、室内機１は、送風方向を上下に変更可能である。また、ここでは図示が省略されているが、吹出口１２には、風向板１５として左右風向板も設けられている。左右風向板は、吹出口１２から吹き出す空気の左右方向の吹き出し角度を調整するためのものである。

　クロスフローファン１００が動作すると、吸込口１１から吹出口１２へと向かう空気流が風路中に生成されて、吸込口１１から空気が吸い込まれ、吹出口１２から空気が吹き出される。吸込口１１から吸い込まれた空気は、筐体１０内部の風路を、フィルタ１３、熱交換器１４、クロスフローファン１００の順に通過する空気流となり、吹出口１２から吹き出す。この際、クロスフローファン１００の風下側に配置された風向板１５により、吹出口１２から吹き出される風の方向すなわち送風方向が調整される。以上のように構成された空気調和機の室内機１は、室内に送風する。そして、室内機１は、送風する気流の温度及び風向を変更可能である。

　図２に示すように、クロスフローファン１００は、羽根車１１０及びモータ１５０を備えている。羽根車１１０は、支持部材１２０、翼１３０及び回転軸１４０を備えている。モータ１５０は、回転軸１４０を中心に羽根車１１０を回転させる。モータ１５０は、羽根車１１０の回転軸１４０の一端に設けられている。

　羽根車１１０は、複数の支持部材１２０を備えている。支持部材１２０は、円形又は円環形を呈する平板状の部材である。複数の支持部材１２０は、回転軸１４０に平行な方向（以下、回転軸１４０方向ともいう）に予め設定された間隔で配置されている。羽根車１１０の回転軸１４０は、複数の支持部材１２０の円形又は円環形の中心を貫通して設けられている。隣り合う支持部材１２０の間には、複数の翼１３０が設けられている。複数の翼１３０は、支持部材１２０の外周寄りに設けられている。複数の翼１３０は、支持部材１２０の周方向に沿って間隔をあけて整列されている。一対の支持部材１２０の間に支持される複数の翼１３０により１連が構成される。クロスフローファン１００の羽根車１１０は、回転軸１４０方向に７連から１４連程度が連なって構成されている。

　前述したように、クロスフローファン１００のケーシング２００は、リアガイド２１０及びスタビライザ２２０により構成されている。クロスフローファン１００のケーシング２００の内部に羽根車１１０が収容される。ケーシング２００の一部であるスタビライザ２２０は、羽根車１１０の外周から間隔をあけて配置される。また、スタビライザ２２０は、回転軸１４０方向にわたって配置されている。

　図１に示すように、この実施の形態に係るクロスフローファン１００は、凸部２２１を備えている。凸部２２１は、スタビライザ２２０の羽根車１１０に対向する面に設けられている。凸部２２１は、スタビライザ２２０の羽根車１１０に対向する面から羽根車１１０側に突出している。

　図３は、スタビライザ２２０の羽根車１１０に対向する面を羽根車１１０側から見た図である。同図に示すように、凸部２２１は、回転軸１４０方向にわたって配置されている。図示の例では、凸部２２１は、回転軸１４０方向にわたって滑らかに連続している。

　凸部２２１の回転軸１４０方向における両端部は、凸部２２１の回転軸１４０方向における中央部よりも、羽根車１１０の回転方向Ｒの下流側に配置されている。すなわち、凸部２２１の回転軸１４０方向におけるモータ１５０側の端部は、凸部２２１の回転軸１４０方向における中央部よりも、羽根車１１０の回転方向Ｒの下流側に配置されている。そして、凸部２２１の回転軸１４０方向におけるモータ１５０と反対側の端部も、凸部２２１の回転軸１４０方向における中央部よりも、羽根車１１０の回転方向Ｒの下流側に配置されている。なお、回転方向Ｒの矢印は、回転方向Ｒの下流側から上流側へと向かっている。

　図４に示すのは、回転軸１４０方向における中央部の断面図である。図５に示すのは、回転軸１４０方向における端部の断面図である。これらの図中において、羽根車１１０が回転方向Ｒに回転する時に生成される気流を矢印で示している。これらの図に示すように、羽根車１１０が回転方向Ｒに回転すると、熱交換器１４側から羽根車１１０を貫くように流れて吹出口１２側に吹き出す気流が生成される。また、羽根車１１０から吹出口１２側に吹き出した気流の一部は、ケーシング２００のスタビライザ２２０側に巻き込まれるように再流入する。

　スタビライザ２２０側に再流入した気流は、羽根車１１０の中心すなわち回転軸１４０側に戻り、ケーシング２００内から再び吹出口１２側に吹き出す。このようにして、スタビライザ２２０側には定在する循環流が生成される。この循環流は、再流入した後に主にスタビライザ２２０の羽根車１１０に対向する面に沿って流れる。

　前述したように、この実施の形態に係るクロスフローファン１００においては、スタビライザ２２０の羽根車１１０に対向する面に凸部２２１が設けられている。スタビライザ２２０側に再流入した気流は、この凸部２２１に当たって羽根車１１０側へと戻される。このため、循環流が定在する位置及び大きさは、凸部２２１の位置により決まる。循環流の一部は、ケーシング２００から気流が吹き出す領域（以降において、ファン吹出領域ともいう）内に存在する。

　スタビライザ２２０の回転軸１４０方向における中央部では、図４に示すように、回転方向Ｒの上流側、すなわち、スタビライザ２２０における吹出口１２側寄りに凸部２２１が配置されている。このため、循環流が定在する位置がスタビライザ２２０の吹出口１２側寄りになる。その結果、循環流の大きさが縮小し、同じ風量を得るために必要なクロスフローファン１００のモータ１５０の軸出力、すなわち、羽根車１１０の軸入力を低減させることができる。

　一方、スタビライザ２２０の回転軸１４０方向における両端部では、図５に示すように、回転方向Ｒの下流側、すなわち、スタビライザ２２０における熱交換器１４側寄りに凸部２２１が配置されている。このため、循環流が定在する位置がスタビライザ２２０の熱交換器１４側寄りになる。その結果、循環流のファン吹出領域にかかる部分が縮小され、通風抵抗を低減させることができる。

　特に、羽根車１１０のモータ１５０側の端部は、羽根車１１０の回転軸１４０とモータ１５０とを連結させるためのねじ等が占めるスペースが必要であり、翼１３０の枚数が回転軸１４０方向の中央部と比較して少ない。このため、羽根車１１０のモータ１５０側の端部では、流れが不安定になり失速しやすい。

　この実施の形態に係るクロスフローファン１００においては、スタビライザ２２０の羽根車１１０に対向する面に凸部２２１を設け、凸部２２１の回転軸１４０方向におけるモータ１５０側の端部は、凸部２２１の回転軸１４０方向における中央部よりも、羽根車１１０の回転方向Ｒの下流側に配置されている。このため、羽根車１１０のモータ１５０側の端部では、循環流が定在する位置がケーシング２００内の奥側に移動し、循環流がファン吹出領域にかかる部分が縮小されて通風抵抗を低減させることができる。また、羽根車１１０の中央部では循環流の大きさを縮小させて、同じ風量を得るために必要な軸入力を低減させることができる。したがって、軸入力の増加を抑制しつつ、羽根車１１０のモータ１５０側の端部においてリアガイド２１０側に逆流する等の失速を抑制することが可能である。

　また、羽根車１１０のモータ１５０と反対側の端部においても、クロスフローファン１００の設置箇所の周囲の状況を受けやすく、流れが不安定になり失速しやすい。例えば、ここで説明した空気調和機の室内機１に設けられるクロスフローファン１００では、モータ１５０と反対側の端部においては、筐体１０内の背面側にある配管等の設置スペースの影響を受け、流入する風量が低い場合がある。このような場合、羽根車１１０モータ１５０と反対側の端部では、流入する風量が低いために回転軸１４０方向の中間部よりも失速しやすい。

　そこで、凸部２２１の回転軸１４０方向におけるモータ１５０と反対側の端部を、凸部２２１の回転軸１４０方向における中央部よりも、羽根車１１０の回転方向Ｒの下流側に配置する。このようにすることで、羽根車１１０のモータ１５０と反対側の端部では、循環流が定在する位置がケーシング２００内の奥側に移動し、循環流がファン吹出領域にかかる部分が縮小されて通風抵抗を低減させることができる。また、羽根車１１０の中央部では循環流の大きさを縮小させて、同じ風量を得るために必要な軸入力を低減させることができる。したがって、クロスフローファン１００の軸入力の増加を抑制しつつ、羽根車１１０のモータ１５０と反対側の端部における失速を抑制することが可能である。

　また、凸部２２１は、回転軸１４０方向にわたって滑らかに連続している。このため、循環流が凸部２２１に衝突する際に生じる擾乱を抑制することができ、クロスフローファン１００の軸入力の増大を抑制しつつ、失速耐力を向上することが可能である。

　次に、この実施の形態に係るクロスフローファン１００の変形例について説明する。図６に示すのは、この実施の形態に係るクロスフローファン１００の第１変形例である。この第１変形例は、凸部２２１の羽根車１１０に対向する面の面積を、回転軸１４０方向で変化させたものである。凸部２２１は、ファン対向面２２２を有している。ファン対向面２２２は、凸部２２１の羽根車１１０に対向する面である。そして、図６に示す構成例では、回転軸１４０方向における両端部のファン対向面２２２の面積は、回転軸１４０方向における中央部のファン対向面２２２の面積よりも大きい。すなわち、凸部２２１の回転軸１４０方向におけるモータ１５０側の端部の羽根車１１０に対向する面の面積は、凸部２２１の回転軸１４０方向における中央部の羽根車１１０に対向する面の面積よりも大きい。また、図示の例では、凸部２２１の回転軸１４０方向におけるモータ１５０とは反対側の端部の羽根車１１０に対向する面の面積も、凸部２２１の回転軸１４０方向における中央部の羽根車１１０に対向する面の面積よりも大きい。

　このような第１変形例に係るクロスフローファン１００によれば、羽根車１１０のモータ１５０側の端部において、凸部２２１のファン対向面２２２の面積が大きいため、通風抵抗を増大させ、循環流の風量を低減させることができる。前述したように、この実施の形態に係るクロスフローファン１００では、羽根車１１０のモータ１５０側の端部では、循環流が定在する位置がケーシング２００内の奥側に移動するため、循環流が大きくなりやすい。羽根車１１０のモータ１５０側の端部における凸部２２１のファン対向面２２２の面積を大きくすることで、循環流の風量を低減させて、循環流を小さくすることができる。したがって、クロスフローファン１００の軸入力の増大をさらに抑制しつつ、失速耐力を向上することが可能である。

　図７に示すのは、この実施の形態に係るクロスフローファン１００の第２変形例である。この第２変形例においては、同図に示すように、凸部２２１のファン対向面２２２が、羽根車１１０の回転方向Ｒの上流側から下流側に行くにつれて羽根車１１０との距離が次第に近くなるように形成されている。このため、凸部２２１のファン対向面２２２により、循環流を羽根車１１０側に円滑に誘導できる。したがって、特に筐体１０前面側の熱交換器１４を通過してケーシング２００に入る主流に循環流が衝突する際に生じる気流の乱れを抑制し、クロスフローファン１００の軸入力の増大をさらに抑制しつつ、失速耐力を向上することが可能である。

　本開示は、羽根車と、羽根車の回転軸の一端に設けられたモータと、羽根車の外周から間隔をあけて回転軸方向にわたって配置されたスタビライザとを備えたクロスフローファンに利用できる。また、本開示は、クロスフローファンを備えた送風装置及び冷凍サイクル装置にも利用できる。

　　１　　室内機
　１０　　筐体
　１１　　吸込口
　１２　　吹出口
　１３　　フィルタ
　１４　　熱交換器
　１５　　風向板
１００　　クロスフローファン
１１０　　羽根車
１２０　　支持部材
１３０　　翼
１４０　　回転軸
１５０　　モータ
２００　　ケーシング
２１０　　リアガイド
２２０　　スタビライザ
２２１　　凸部
２２２　　ファン対向面

Claims

　回転軸方向に予め設定された間隔で配置され、円形又は円環形の平板状を呈する複数の支持部材、及び、隣り合う前記支持部材の間に設けられ、前記支持部材の外周寄りで、かつ、周方向に間隔をあけて配置された複数の翼を備えた羽根車と、
　前記羽根車の前記回転軸の一端に設けられたモータと、
　前記羽根車の外周から間隔をあけて前記回転軸方向にわたって配置されたスタビライザと、
　前記スタビライザの前記羽根車に対向する面に前記羽根車側に突出して設けられ、前記回転軸方向にわたって配置された凸部と、を備え、
　前記凸部の前記回転軸方向における前記モータ側の端部は、前記凸部の前記回転軸方向における中央部よりも、前記羽根車の回転方向の下流側に配置されたクロスフローファン。
　前記凸部の前記回転軸方向における前記モータと反対側の端部は、前記凸部の前記回転軸方向における中央部よりも、前記羽根車の回転方向の下流側に配置された請求項１に記載のクロスフローファン。
　前記凸部は、前記回転軸方向にわたって滑らかに連続している請求項１又は請求項２に記載のクロスフローファン。
　前記凸部の前記回転軸方向における前記モータ側の端部の前記羽根車に対向する面の面積は、前記凸部の前記回転軸方向における中央部の前記羽根車に対向する面の面積よりも大きい請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のクロスフローファン。
　前記凸部の前記羽根車に対向する面は、前記羽根車の回転方向の上流側から下流側に行くにつれて前記羽根車との距離が次第に近くなるように形成された請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のクロスフローファン。