特開 2024-126872 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】P2024126872

(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 R

F04D29/44 X

F04D29/66 H

F04D29/66 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023035582

(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

3H130DA02Z

3H130DD01Z

3H130EA06A

3H130EA07A

3H130EA08A

3H130EB01A

3H130EB05A

(57)【要約】      （修正有）

【課題】圧力損失を低減して風量および圧力等の送風性能を改善し、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計る。
【解決手段】ケーシング１１０は、羽根部１５４の外周に対向する内周面が巻き始めＰから巻き終わりＱに向かうに従って回転軸１５３からの距離が漸次大きくなる渦巻き部１３１と、渦巻き部の巻き終わりにおける接線方向に添う方向に巻き終わりから延在して吹出口１３２に至るディフューザ部１３３とを備えている。ディフューザ部に、径方向外側に突出する頂部１４３を有する凸部１４０を設け、凸部は、吹出口側へ向かうに従って回転軸からの距離が漸次大きくなり頂部に至る第１の面１４１と、頂部から吹出口側に向けて延在し、第１の面に対して回転軸へ接近するように傾斜する第２の面１４２とを備えた。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、前記羽根車の前記複数の羽根に対向する内周面が巻き始めから巻き終わりに向かうに従って前記回転軸からの距離が漸次大きくなる渦巻き部と、吹出口を有し該渦巻き部の前記巻き終わりに接続されるディフューザ部とを備え、
前記ディフューザ部に、径方向外側に突出する頂部を有する凸部を設け、
前記凸部は、前記吹出口側へ向かうに従って前記回転軸からの距離が漸次大きくなり前記頂部に至る第１の面と、前記頂部から前記吹出口側に向けて延在し、前記第１の面の下流側端部から前記回転軸へ接近するように傾斜する第２の面とを備えた遠心送風機。

【請求項2】

前記凸部は、前記ディフューザ部の前記回転軸方向両端部から間隔を空けて中央部に配置されている請求項１に記載の遠心送風機。

【請求項3】

前記凸部の前記回転軸方向の幅は、上流側から下流側へ向かって徐々に広くなる請求項１に記載の遠心送風機。

【請求項4】

前記第１の面および前記第２の面に隣接する部分に、前記吹出部側へ向かって拡開するとともに、前記回転軸方向へ向かって下り勾配となる一対の第３の面を備えた請求項１に記載の遠心送風機。

【請求項5】

前記第２の面は、前記第１の面の前記吹出口側端部の前記軸方向中間部から前記吹出口側に向けて延在し、
前記第３の面は、前記頂部の両側の前記第１の面の両端部から前記第２の面に隣接して前記吹出口側に向かって延在する請求項４に記載の遠心送風機。

【請求項6】

前記第１の面と前記第３の面の前記回転軸方向に隣接する部分に、前記吹出口側に向かって拡開するとともに、前記回転軸方向へ向かって下り勾配となる一対の第４の面を備えた請求項５に記載の遠心送風機。

【請求項7】

筺体に、請求項１乃至６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。

【請求項8】

前記遠心送風機は、前記第２の面の前記吹出口側の端部、または前記端部よりも前記吹出口側の位置で前記筐体の内部に固定されるための固定板を備え、
前記第１の面が前記筐体の内面に平行に対向するように固定される、
請求項７に記載の空気調和機。

【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】

遠心ファンに含まれるシロッコファンが備えるケーシングは、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）。巻終りを通過した空気流は、ディフューザ部においてこ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送風性能の悪化につながっていた。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吹出口から吹き出される空気の風速が急激に低下することでディフューザ部の舌部付近を流れる風速の低い空気の流れを誘引できず、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部を再循環してしまい、風量が低下するおそれがある。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、流路抵抗を低減しつつ、風速の急激な低下に起因する風量の低下を抑制す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、複数の羽根を備えモータの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、前記羽根車の前記複数の羽根に対向する内周面が巻き始めから巻き終わりに向かうに従って前記回転軸からの距離が漸次大きくなる渦巻き部と、吹出口を有し該渦巻き部の前記巻き終わりに接続されるディフューザ部とを備え、前記ディフューザ部に、径方向外側に突出する頂部を有する凸部を設け、前記凸部は、前記吹出口側へ向かうに従って前記回転軸からの距離が漸次大きくなり前記頂部に至る第１の面と、前記頂部から前記吹出口側に向けて延在し、前記第１の面の下流側端部から前記回転軸へ接近するように傾斜する第２の面とを備えた遠心送風機である。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、流路抵抗を低減しつつ、風速の急激な低下による風量を改善し、しかも、風量の低下を抑制することができる遠心送風機が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１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】本発明の第１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4】第１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5】第１実施形態の遠心送風機を示す側面図である。

【図6】第１実施形態の遠心送風機を示す断面図である。

【図7】第１実施形態の遠心送風機から固定板と羽根車を省いた斜視図である。

【図8】第１実施形態の遠心送風機から固定板を省いた平面図である。

【図9】図６のIX－IX線断面図である。

【図10】図６のＸ－Ｘ線断面図である。

【図11】本発明の第２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12】第２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13】第２実施形態の遠心送風機を示す平面図である。

【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および図２を参照して第１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、仕切板１３に遠心送風機１００が取り付けられることで左室１０ａと右室１０ｂに仕切られている。

【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。

【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３～図１０を参照して第１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、その側面を覆う側壁部１２０と、外周面を覆う外周壁部１３０とを有する。側壁部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の端部にはベルマウス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。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の外周壁部１３０の内側には、渦巻き状の流路である渦巻き部１３１（図６参照）が形成されている。渦巻き部１３１は、外周壁部１３０と羽根部１５４の間の隙間が最小となる部分を巻き始め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、巻き終わりＱから下流側に離間した箇所に、凸部１４０が形成されている。

【0018】

凸部１４０は、巻き終わりＱにおける接線に添って延在する第１の面１４１を備えている。第１の面１４１は、吹出口１３２よりも軸方向の幅が狭い矩形状をなし、吹出口１３２側（下流側）に向かうに従って回転軸１５３から徐々に離間する。また、第１の面１４１は、下流側に向かって軸方向の幅が一様であり、図２に示すように、筺体１０の上面１０ｃに対して平行に対向するように配置されている。

【0019】

第１の面１４１の下流側に隣接して第２の面１４２が形成されている。第２の面１４２は、下流側に向かうに従って軸方向の幅が漸次増加するとともに、第１の面１４１から下流側に向かって下り勾配となるように傾斜している。すなわち、第２の面１４２は、第１の面１４１の下流側端部から回転軸１５３へ接近するように傾斜している。これにより、第１の面１４１と第２の面１４２との境界に、径方向外側に突出する頂部１４３が形成されている。

【0020】

凸部１４０には、第１の面１４１および第２の面１４２に軸方向に隣接する一対の第３の面１４４が形成されている。一対の第３の面１４４は、上流側から下流側へ向かって軸方向の幅が拡がるとともに、第１、第２の面１４１，１４２に対して軸方向に向かって下り勾配となる傾斜面に形成されている。

【0021】

以上のように、第１、第２、第３の面１４１，１４２，１４４からなる凸部１４０は、ディフューザ部１３３において軸方向の中央部に配置されており、かつ、軸方向の幅は、上流側から下流側へ向かって徐々に広くなっている。すなわち、側壁部１２０と凸部１４０とは隙間を空けて形成されている。

【0022】

第２の面１４２の下流側端部の位置に、第１の面１４１と直交する固定板１１１（図３～図６に示す）が固定されている。固定板１１１は矩形の板であり、側壁部１２０および外周壁部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２の面１４２の下流側端部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。

【0023】

ディフューザ部１３３の固定板１１１から吹出口１３２までの部分には、第２の面１４２の下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、巻き終わりＱから吹出口１３２に向かうに従って徐々に増加しており、側壁部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。

【0024】

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。

【0025】

ここで、第１の面１４１は、吹出口１３２側へ向かうに従って回転軸１５３からの距離が漸次大きくなり頂部１４３に至るので、空気の流路断面積が徐々に増加して流路抵抗が低減され、風量および圧力損失等の送風性能を改善することができる。また、頂部１４３から吹出口１３２側に向けて延在する第２の面１４２は、第１の面１４１に対して回転軸１５３へ接近するように傾斜していることで、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１３３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１３１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。

【0026】

特に、ディフューザ部１３３では、吸込口１２１から吸引される空気は主板１５１に沿って羽根部１５４の遠心方向に排出されて渦巻き部１３１に流入し、回転軸１５３を中心とした旋回流となりディフューザ部１３３に至るので、主板１５１の径方向であるディフューザ部１３３の軸方向中央部では風速が速く圧力損失が増加し易いが、上記第１実施形態では、凸部１４０をディフューザ部１３３の軸方向両端部から間隔を空けて中央部に配置しているから、中央部における流路断面積を増加させて流路抵抗を低減することができ、風量および圧力損失等の送風性能を改善することができる。

【0027】

また、上記第１実施形態では、凸部１４０の軸方向の幅を上流側から下流側へ向かって徐々に広くしているから、軸方向中央部の風の流れを両端部側に分散させて風速分布の偏りを抑制することで流路抵抗を低減することができ、風量および圧力損失等の送風性能をさらに改善することができる。

【0028】

さらに、上記第１実施形態では、第１の面１４１および第２の面１４２に軸方向に隣接し、軸方向へ向かって下り勾配の傾斜面となる第３の面１４４を設けているので、凸部１４０の軸方向中央部の風の流れを両端部側に分散させる上記第１実施形態では、第３の面１４４側で風の流れがさらに分散されることで風速分布の偏りを抑制し、流路抵抗がさらに低減される。

【0029】

また、上記第１実施形態の空気調和機１では、固定板１１１を仕切板１３に取り付けて左室１０ａと右室１０ｂとのシール性を確保しているが、シール性を確保するために固定板１１１と仕切板１３との接触面積を大きくする必要がある。この点、上記第１実施形態では、第１の面１４１は筺体１０の上面１０ｃに平行であり、固定板１１１は、第１の面１４１に対して下り勾配となる第２の面１４２の下流側端部（またはそれより下流側）に配置している。つまり、筺体１０の上面１０ｃまでの距離が長い位置に固定板１１１を配置しているから、固定板１１１の高さを長くすることができ、仕切板１３との接触面積を大きくしてシール性を確保することができる。

【0030】

４．第２実施形態
図１１～図１３を参照して本発明の第２実施形態を説明する。なお、以下の説明においては、上記第１実施形態と同等の構成要素には同符号を付してその説明を省略する。第２実施形態の遠心送風機２００では、凸部２４０の第１の面２４１は、上記第１実施形態と同様に、巻き終わりＱから下流側へ離間した位置から吹出口１３２側へ向けて延在するが、第２の面２４２は、第１の面２４１の吹出口１３２側端部の軸方向中間部から固定板１１１まで形成されている。

【0031】

第２の面２４２は、下流側に向かうに従って軸方向の幅が漸次増加するとともに、第１の面２４１に対して下流側に向かって下り勾配となるように傾斜している。すなわち、第２の面２４２は、第１の面２４１の下流側端部から回転軸１５３（図６参照）へ接近するように傾斜している。これにより、第１の面２４１と第２の面２４２との境界に、径方向外側に突出する頂部２４３が形成されている。

【0032】

凸部２４０には、第１の面２４１および第２の面２４２に隣接して、一対の第３の面２４４が固定板１１１まで形成されている。一対の第３の面２４４は、頂部２４３の両側の第１の面２４１の両端部から下流側へ向かって軸方向の幅が拡がるとともに、第１、第２の面２４１，２４２に対して軸方向に向かって下り勾配となる傾斜面に形成されている。

【0033】

第１の面２４１と第３の面２４４の軸方向に隣接する部分には、一対の第４の面２４６が固定板１１１まで形成されている。一対の第４の面２４６は、第１の面２４１の両側部から下流側へ向かって軸方向の幅が拡がるとともに、軸方向に向かって下り勾配となる傾斜面に形成されている。

【0034】

上記構成の遠心送風機２００においては、上記第１実施形態と同等の作用および効果を奏することは勿論のこと、第１の面２４１と第３の面２４４の軸方向に隣接する部分に、第１の面２４１の側部から下流側へ向かって拡開するとともに、軸方向に向かって下り勾配となる一対の第４の面２４６を形成しているから、凸部２４０の軸方向中央部の風の流れを両端部側に分散させる上記第２実施形態では、第４の面２４６側で風の流れがさらに分散され、流路抵抗がさらに低減される。よって、風量および圧力等の送風性能をさらに改善することができる。

【0035】

５．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）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。

【0036】

ii）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。
iii）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】

【0037】

１…空気調和機、１０…筺体、１０ａ…左室、１０ｂ…右室、１０ｃ…上面、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…側壁部、１２１…吸込口、１２２…ベルマウス、１３０…外周壁部、１３１…渦巻き部、１３２…吹出口、１３３…ディフューザ部、１３４…舌部、１４０，２４０…凸部、１４１，２４１…第１の面、１４２，２４２…第２の面、１４３，２４３…頂部、１４４，２４４…第３の面、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、２４６…第４の面、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】

【図12】

【図13】