特開 2024-126866 遠心送風機および空気調和機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024126866

(43)【公開日】2024-09-20

(54)【発明の名称】遠心送風機および空気調和機

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/44 20060101AFI20240912BHJP

   F04D 29/66 20060101ALI20240912BHJP

【ＦＩ】

F04D29/44 U

F04D29/66 H

F04D29/66 N

F04D29/44 X

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023035576

(22)【出願日】2023-03-08

(71)【出願人】

【識別番号】000006611

【氏名又は名称】株式会社富士通ゼネラル

(74)【代理人】

【識別番号】100096884

【弁理士】

【氏名又は名称】末成 幹生

(72)【発明者】

【氏名】澤田 大貴

【テーマコード（参考）】

3H130

【Ｆターム（参考）】

3H130AA13

3H130AB26

3H130AB45

3H130AC11

3H130BA03A

3H130BA66A

3H130BA68A

3H130CA07

3H130CA09

3H130CA21

3H130EA07A

3H130EA08A

3H130EB01A

3H130EB05A

(57)【要約】      （修正有）

【課題】流路抵抗を低減して風量および圧力等の送風性能を改善し、しかも、風速の急激な低下に起因するサージングの発生を抑制して運転の安定化を図ることができる遠心送風機を提供する。
【解決手段】モータと、複数の羽根を備えモータの回転軸に接続されて回転することで複数の羽根の間を介して遠心方向に排気を行う羽根車と、回転軸方向の端部に吸込口１２１を備え、羽根車を収容するケーシング１１０とを備える遠心送風機である。ケーシングは、羽根車の外周に対向する内周面と回転軸との距離が巻き始めから巻き終わりに向かうに従って漸次大きくなる渦巻き部を備え、渦巻き部は、羽根車の外周側を覆う外周板部１３０と、中央部に吸込口を有する側板部１２０とを備え、側板部の径方向外側寄りの位置に、回転軸方向両側に突出する凸部１４０を、巻き始めと巻き終わりの中間部から巻き終わりに向かって延在させた。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の羽根を備え回転軸に接続されて回転することで前記複数の羽根の間を介して遠心方向に排気を行う羽根車と、
前記回転軸方向の端部に吸込口を備え、前記羽根車を収容するケーシングと、
を備え、
前記ケーシングは、前記回転軸と前記回転軸に平行な前記羽根車の前記複数の羽根に対向する内周面に重なる任意の直線との距離が巻き始めから巻き終わりに向かうに従って漸次大きくなる渦巻き部を備え、
前記渦巻き部は、前記羽根車の外周側を覆う外周板部と、中央部に前記吸込口を有する側板部とを備え、
前記側板部の径方向外側寄りの位置に、前記側板部から前記回転軸方向外側に突出する凸部を、前記巻き始めと前記巻き終わりの中間部から前記巻き終わりに向かって延在させた遠心送風機。

【請求項2】

前記凸部は、前記中間部から下流側に延在して前記回転軸方向の突出量が所定の割合で増加する第１凸部と、該第１凸部の端部から下流側に延在して前記回転軸方向の突出量の増加率が前記第１凸部の増加率よりも少ない第２凸部と、該第２凸部の端部から下流側に延在して軸方向の突出量が一定の第３凸部と、該第３凸部の端部から下流側に延在して前記回転軸方向の突出量が所定の割合で減少する第４凸部とを備えた請求項１に記載の遠心送風機。

【請求項3】

前記回転軸と直交する方向から視たときに、前記第１凸部の延在開始点と前記第４凸部の延在終了点とを結んだ直線は、前記第４凸部側へ向け拡開している請求項２に記載の遠心送風機。

【請求項4】

前記第１凸部の前記回転軸方向から視た前記回転軸方向と直交する方向に沿う幅は、前記第２凸部側へ向かうに従って増加する請求項２に記載の遠心送風機。

【請求項5】

前記第２凸部は、前記回転軸方向から視た前記回転軸方向と直交する方向に沿う幅が前記第３凸部側へ向かうに従って増加する第１の部分と、前記回転軸方向から視た前記回転軸方向と直交する方向に沿う幅が前記第１の部分から前記第３凸部側へ向かうに従って減少する第２の部分とを備えた請求項２に記載の遠心送風機。

【請求項6】

前記第３凸部の軸方向から視た前記回転軸方向と直交する方向に沿う幅は、前記吹出口側へ向かうに従って減少し、前記第４凸部の前記回転軸方向から視た前記回転軸方向と直交する方向に沿う幅は、前記吹出口側へ向かうに従って増加する請求項２に記載の遠心送風機。

【請求項7】

前記渦巻き部の前記巻き終わりにおける接線方向に沿う方向に前記巻き終わりから延在して吹出口に至るディフューザ部を備え、前記第４凸部は、前記ディフューザ部に達している請求項２に記載の遠心送風機。

【請求項8】

筺体に、請求項１乃至７のいずれかに記載の遠心送風機と、熱交換器と、を備えた空気調和機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、遠心送風機及びこれを備えた空気調和機に関する。

【背景技術】

【0002】

シロッコファンのケーシングは、例えばインボリュート曲線に従って流路断面積が拡大するように形成された渦巻部と、渦巻部終端である巻終り部と吹出口とを接続するディフューザ部とから構成される（例えば特許文献１参照）。巻終り部を通過した空気流は、ディフューザ部においてそれまでの旋回流からディフューザ壁面に平行な直線的な空気流へ変化する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－６１２７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般に、ディフューザ部は、巻終り部から吹出口にかけて流路断面積が拡大していくように設計されるが、ディフューザ部における流路抵抗が風量の低下につながっていた。そこで、ディフューザ部の流路抵抗を低減するため、吹出口の流路断面積を拡大させてディフューザ部の流路断面積の拡大率を大きくすることが考えられる。しかしながら、流路断面積の拡大率を大きくすることでディフューザ部の内面付近において剥離流が発生することにより静圧が低下し、風量が不安定となるおそれがある。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、流路抵抗を低減して風量を改善し、しかも、静圧の低下を抑制して運転の安定化を計ることができる遠心送風機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、複数の羽根を備え回転軸に接続されて回転することで前記複数の羽根の間を介して遠心方向に排気を行う羽根車と、前記回転軸方向の端部に吸込口を備え、前記羽根車を収容するケーシングと、を備え、前記ケーシングは、前記回転軸と前記回転軸に平行な前記羽根車の前記複数の羽根に対向する内周面に重なる任意の直線との距離が巻き始めから巻き終わりに向かうに従って漸次大きくなる渦巻き部を備え、前記渦巻き部は、前記羽根車の外周側を覆う外周板部と、中央部に前記吸込口を有する側板部とを備え、前記側板部の径方向外側寄りの位置に、前記側板部から前記回転軸方向外側に突出する凸部を、前記巻き始めと前記巻き終わりの中間部から前記巻き終わりに向かって延在させた遠心送風機である。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、風量の多いケーシングの外周側で空気の流路断面積が増加して流路抵抗が低減され、風量を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態の空気調和機を示す平断面図である。

【図2】図１のII－II線断面図である。

【図3】実施形態の遠心送風機を示す断面図である。

【図4】図３のIV－IV線断面図である。

【図5】図３のＶ－Ｖ線断面図である。

【図6】実施形態の遠心送風機を斜め前方から視た斜視図である。

【図7】実施形態の遠心送風機を斜め後方から視た斜視図である。

【図8】実施形態の遠心送風機を横置きにして後方から視た斜視図である。

【図9】実施形態の遠心送風機を示す側面図である。

【図10】実施形態の遠心送風機を示す平面図である。

【図11】実施形態の遠心送風機を示す裏面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

１．空気調和機の全体構造
図１～図５を参照して実施形態の空気調和機１について説明する。これらの図において符号１０は筺体である。筺体１０は、図中左側の端面に開放された空気吸込部１１と右側の端面に開放された空気吹出部１２とを備えている。空気吸込部１１と空気吹出部１２はそれぞれ矩形状に形成されている。筺体１０の内部には仕切板１３が取り付けられることで左室１０ａと右室１０ｂに仕切られ、仕切板１３に遠心送風機１００が取り付けられている。

【0010】

遠心送風機１００はケーシング１１０を備え、ケーシング１１０には、固定板１１１が固定されている。固定板１１１は仕切板１３にボルト、ナット等により取り付けられており、これにより、遠心送風機１００は、左室１０ａに配置されるとともに、左室１０ａと右室１０ｂは、仕切板１３と固定板１１１によって、右室１０ｂの空気が左室１０ａへ漏れるのを防ぐようにシール性が確保されている。

【0011】

遠心送風機１００はシロッコファンであり、ケーシング１１０に羽根車１５０を収容し、羽根車１５０の円板状をなす主板１５１にファンモータ１５２の回転軸１５３を接続して構成されている。主板１５１には円筒状をなす羽根部１５４が取り付けられている。羽根部１５４は、一対の環状部材１５４ａに複数の羽根１５４ｂの一端が固定されたもので、羽根１５４ｂの他端を主板１５１に固定することで主板１５１に固定されている。羽根１５４ｂは前向き羽根であり、羽根部１５４は図２において時計回りの方向に回転する。なお、図３～図５では回転軸１５３の図示を省略している。

【0012】

筺体１０の右室１０ｂには、筺体１０に固定したブラケット１４に取り付けられた熱交換器１６０が配置されている。熱交換器１６０は、遠心送風機１００から送られる空気に対して除湿、冷却、または加温して空気吹出部１２から放出する。なお、熱交換器１６０は遠心送風機１００の上流側に配置することもできる。すなわち、右室１０ｂに遠心送風機１００を配置し、左室１０ａに熱交換器１６０を配置することもできる。

【0013】

２．遠心送風機の構成
図６～図１１を参照して実施形態の遠心送風機１００を説明する。なお、以下の説明においては、ファンモータ１５２の回転軸１５３の方向を「軸方向」と称し、軸方向と直交する方向を「径方向」と称する。また、「上」および「下」といった方向を示す用語は、図３における上、下を示すものとする。さらに、空気流の流れる方向を「上流側」および「下流側」と称する。

【0014】

遠心送風機１００のケーシング１１０は、軸方向に直交する平面に沿って２分割したものを樹脂で射出成形し、成形した部品を接着や溶着等によって結合したものである。ケーシング１１０は、その側面を覆う側板部１２０と、外周面を覆う外周板部１３０とを有する。側板部１２０は、羽根部１５４の内側空間に空気を導く吸込口１２１を備え、吸込口１２１は、羽根部１５４の内側空間を臨む位置に設けられた円形の開口である。

【0015】

吸込口１２１は羽根部１５４と同心円状をなしており、その内径は羽根１５４ｂの内径よりも大きく設定されている。吸込口１２１の縁部にはベルマウス１２２が形成されている。ベルマウス１２２は、軸方向内側へ向かって徐々に内径が減少しており、吸込口１２１に吸い込まれた空気は、ベルマウス１２２を通過することで風速が上昇する。ベルマウス１２２は、テーパ状または断面弧状に形成されている。そして、羽根部１５４に吸い込まれた空気は、羽根１５４ｂの間を通って羽根部１５４の遠心方向に排気される。

【0016】

ケーシング１１０の外周板部１３０の内側には、渦巻き状の流路である渦巻き部１３１（図３参照）が形成されている。渦巻き部１３１は、外周板部１３０と羽根部１５４の間の隙間が最小となる部分（舌部１３４近傍）を巻き始めＰとし、そこから周方向に進むに従って隙間（断面積）が徐々に大きくなる構造を有している。たとえば、渦巻き部１３１は、インボリュート曲線に添った断面形状を有している。なお、渦巻き部１３１の断面形状はインボリュート曲線に限定されず、例えばアルキメデス螺旋など任意の渦巻形状を採用することができる。

【0017】

渦巻き部１３１は巻き終わりＱまで任意の曲線に沿う形状を成している。すなわち、渦巻き部１３１のインボリュート曲線に沿った断面形状は巻き終わりＱで終了し、巻き終わりＱからその先は、矩形状の開口からなる吹出口１３２に至る流路を形成するディフューザ部１３３が設けられている。渦巻き部１３１では空気流は回転軸１５３を中心とした旋回流となるが、ディフューザ部１３３では直線的な空気流となる。そして、側板部１２０の径方向外側寄りの位置に、側板部１２０から軸方向外側に突出する凸部１４０が形成されている。

【0018】

凸部１４０は、巻き始めＰと巻き終わりＱの中間部であって巻き終わりＱ寄りの位置から巻き終わりＱを超えた位置まで連続して設けられている。凸部１４０は、図１０に示すように、最も上流側から下流側にかけて軸方向の突出量が徐々に増加する第１凸部１４１を備えている。また、図９に示すように、第１凸部１４１の軸方向から視た軸方向と直交する方向に沿う幅（内周端から外周端までの距離）は、第２凸部１４２側へ向かうに従って増加している。したがって、第１凸部１４１では、下流側へ向かうに従って流路断面積が増加している。

【0019】

凸部１４０は、第１凸部１４１の端部に連続する一端から下流側の他端にかけて軸方向の突出量の増加率が第１凸部１４１の増加率よりも少ない第２凸部１４２を備えている。図９に示すように、第２凸部１４２は、軸方向から視た軸方向と直交する方向に沿う幅（内周端から外周端までの距離）が第３凸部１４３側へ向かうに従って増加する第１の部分１４２ａと、軸方向から視た軸方向と直交する方向に沿う幅（内周端から外周端までの距離）が第１の部分１４２ａから第３凸部１４３側へ向かうに従って減少する第２の部分１４２ｂとを備えている。したがって、第１の部分１４２ａでは、第１凸部１４１よりも少ない増加率で流路断面積が増加するが、第２の部分１４２ｂで流路断面積が一定で変化しない、若しくは、減少する。また、第２凸部１４２は、ディフューザ部１３３に達している。

【0020】

凸部１４０は、第２凸部１４２の端部から下流側に延在して軸方向の突出量が一定の第３凸部１４３を備えている。図９に示すように、第３凸部１４３の軸方向から視た軸方向と直交する方向に沿う幅（内周端から外周端までの距離）は、下流側へ向かうに従って減少している。このため、第３凸部１４３では、下流側へ向かうに従って流路断面積が減少している。

【0021】

凸部１４０は、第３凸部１４３の端部から下流側に延在して軸方向の突出量が徐々に減少する第４凸部１４４を備えている。このため、第４凸部１４４では下流側へ向かうに従って流路断面積が減少している。図９に示すように、第４凸部１４４の軸方向から視た軸方向と直交する方向に沿う幅（内周端から外周端までの距離）は、吹出口１３２側へ向かうに従って増加している。このため、第４凸部１４４では、流路断面積は下流側へ向かうに従ってさらに減少している。

【0022】

図１０に示すように、軸方向と直交する方向から視たときに、第１凸部１４１の上流側の始点Ｌ１と第４凸部１４４の下流側の終点Ｌ２とを結んだ直線Ｌは、第４凸部１４４側へ向けケーシング１１０中央から軸方向外側へ傾斜している。また、第１凸部１４１、第２凸部１４２、第３凸部１４３、および第４凸部１４４は渦巻き部１３１を流れる空気の流れ方向に沿う稜線１４１ｃ，１４２ｃ，１４３ｃ，１４４ｃを有し、各稜線１４１ｃ，１４２ｃ，１４３ｃ，１４４ｃは連続している。

【0023】

第１凸部１４１～第４凸部１４４からなる凸部１４０は、軸方向で対称に形成されているが、非対称であっても差し支えない。また、第２凸部１４２や第３凸部１４３を省略することも可能である。

【0024】

第４凸部１４４の下流側端部１４４ｂの位置に、固定板１１１が固定されている。固定板１１１は矩形の板であり、側板部１２０および外周板部１３０から上下方向および左右方向に突出している。固定板１１１は、ケーシング１１０と一体に射出成形により形成されているが、ケーシング１１０と別に作製してケーシング１１０に接着等の手段で取り付けてもよい。固定板１１１は、第４凸部１４４の下流側端部１４４ｂの位置に配置されているが、その位置よりも下流側に配置されてもよい。

【0025】

図３に示すように、固定板１１１から吹出口１３２までの部分には、固定板１１１よりも上流側端部から上方へ向けて傾斜する拡開部１４５が形成されている。拡開部１４５と、拡開部１４５に対向する下壁部１４６との距離は、吹出口１３２に向かうに従って徐々に増加しており、側板部１２０と、拡開部１４５と、下壁部１４６とにより形成される流路断面積は、吹出口１３２に向かうに従って徐々に増加している。

【0026】

３．作用および効果
ファンモータ１５２が回転することにより、羽根部１５４が回転し、羽根１５４ｂの作用により吸込口１２１から空気が吸引される。吸引された空気はケーシング１１０内で羽根１５４ｂの隙間を通って遠心方向に排出され、渦巻き部１３１からディフューザ部１３３へと流れ、吹出口１３２から吹き出される。

【0027】

ここで、側板部１２０の径方向外側寄りの位置に、側板部１２０から軸方向両側に突出する凸部１４０が形成され、凸部１４０は、巻き始めＰと巻き終わりＱの中間部であって巻き終わりＱ寄りの位置から巻き終わりＱを超えた位置まで連続して設けられているから、凸部１４０が無い場合と比べて風量の多いケーシング１１０の外周側で空気の流路断面積が増加して流路抵抗が低減され、風量を改善することができる。

【0028】

特に、上記実施形態では、凸部１４０は、最も上流側から延在して回転軸方向の突出量が所定の割合で増加する第１凸部１４１と、第１凸部１４１の端部から下流側に延在して軸方向の突出量の増加率が第１凸部１４１の増加率よりも少ない第２凸部１４２と、第２凸部１４２の端部から下流側に延在して軸方向の突出量が一定の第３凸部１４３と、第３凸部１４３の端部から下流側に延在して軸方向の突出量が所定の割合で減少する第４凸部１４４とを備えている。

【0029】

このような構成では、第１凸部１４１と第２凸部１４２とで流路断面積が増加して流路抵抗が低減されて風量が改善される。また、第３凸部１４３と第４凸部１４４では、一度増加させた流路断面積を減少させ一度増加させた空気の流路断面積を減少させることで風速の急激な低下が抑制されるので、ディフューザ部の舌部１３４付近を流れる風速の低い空気の流れを誘引できずに当該箇所の空気が吹出口から吹き出されることなく逆流して渦巻き部を再循環してしまうことを抑制して運転の安定化を図ることができる。

【0030】

また、上記実施形態では、軸方向と直交する方向から視て、第１凸部１４１の延在開始点と第４凸部１４４の延在終了点とを結んだ直線Ｌは、第４凸部１４４側へ向け軸方向外側へ傾斜しているから、凸部１４０全体として空気の流路断面積が増加して流路抵抗が低減され、風量を改善することができる。

【0031】

上記実施形態では、第１凸部１４１、第２凸部１４２、第３凸部１４３、および第４凸部１４４は空気の流れ方向に沿う稜線１４１ａ，１４２ａ，１４３ａ，１４４ａを有し、各稜線１４１ａ，１４２ａ，１４３ａ，１４４ａは互いに連続しているから、渦巻き部１３１を流れる空気の流れを阻害しない。

【0032】

上記実施形態では、第１凸部１４１の軸方向から視た軸方向と直交する方向に沿う幅（内周端から外周端までの距離）は、第２凸部１４２側へ向かうに従って増加しているから、軸方向の突出量の増加と相まって流路断面積が更に増加して流路抵抗が低減され、風量を一層改善することができる。

【0033】

また、第２凸部１４２は、軸方向から視た軸方向と直交する方向に沿う幅（内周端から外周端までの距離）が、第３凸部１４３側へ向かうに従って増加する第１の部分１４２ａと、第１の部分１４２ａから第３凸部１４３側へ向かうに従って減少する第２の部分１４２ｂとを備えているから、流路断面積を第１の部分１４２ａで増加させるが、第２の部分１４２ｂで流路断面積を一定に維持する、又は、減少させることで風速の急激な低下が抑制されるので、運転の安定化を図ることができる。

【0034】

そして、第３凸部１４３の軸方向から視た軸方向と直交する方向に沿う幅（内周端から外周端までの距離）は、吹出口１３２側へ向かうに従って減少し、第４凸部１４４の軸方向から視た軸方向と直交する方向に沿う幅（内周端から外周端までの距離）は、吹出口１３２側へ向かうに従って増加しているから、それらの部分では流路断面積が減少する。したがって、風速の急激な低下が抑制し、運転の安定化を図ることができる。

【0035】

また、サージングが発生し易い巻き終わりＱに接続するディフューザ部１３３の入口から下流側の部分に流路断面積の増加する第３凸部１４３と、流路断面積が減少する第４凸部１４４が存在するので、流路断面積の急激な増加が抑えられて風速の急激な低下が抑えられる。

【0036】

４．変更例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように種々の変更が可能である。
ｉ）第４凸部１４４は、下流側の端部がディフューザ１３３内に凹む形状や、下流方向に延在する複数の凹形状を形成したものであってもよい。

【0037】

ii） 送風ファン１５０の羽根部１５４に代えて主板に複数の羽根を固定したインペラを使用することができる。

【0038】

iii）空気調和機１では、２個の送風ファン１５０を用いているが、送風ファン１５０は１個あるいは３個以上であってもよい。
iv）空気調和機１には加湿器やエアフィルタを設置することができる。

【符号の説明】

【0039】

１…空気調和機、１０…筺体、１０ａ…左室、１０ｂ…右室、１１…空気吸込部、１２…空気吹出部、１３…仕切板、１４…ブラケット、１００，２００…遠心送風機、１１０…ケーシング、１１１…固定板、１２０…側板部、１２１…吸込口、１２２…ベルマウス、１３０…外周板部、１３１…渦巻き部、１３２…吹出口、１３３…ディフューザ部、１３４…舌部、１４０…凸部、１４１…第１凸部、１４２…第２凸部、１４２ａ…第１の部分、１４２ｂ…第２の部分、１４３…第３凸部、１４４…第４凸部、１４１ｃ，１４２ｃ，１４３ｃ，１４４ｃ…稜線、１４４ｂ…下流側端部、１４５…拡開部、１４６…下壁部、１５０…送風ファン、１５１…主板、１５２…ファンモータ、１５３…回転軸、１５４…羽根部１５４ａ…環状部材、１５４ｂ…羽根、１６０…熱交換器、Ｌ１…始点、Ｌ２…終点、Ｐ…巻き始め、Ｑ…巻き終わり。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】