特許 7467025 送風機および空気調和機の室内ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-05

(45)【発行日】2024-04-15

(54)【発明の名称】送風機および空気調和機の室内ユニット

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/28 20060101AFI20240408BHJP

   F24F 1/0022 20190101ALI20240408BHJP

【ＦＩ】

F04D29/28 R

F24F1/0022

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018058639

(22)【出願日】2018-03-26

(65)【公開番号】P2019167939

(43)【公開日】2019-10-03

【審査請求日】2020-07-03

【審判番号】

【審判請求日】2022-08-26

(73)【特許権者】

【識別番号】505461072

【氏名又は名称】東芝キヤリア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田畑 佳輝

(72)【発明者】

【氏名】深澤 佑介

【合議体】

【審判長】柿崎 拓

【審判官】村上 聡

【審判官】伊藤 秀行

(56)【参考文献】

【文献】特開平８－１５９０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２１６４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１１７２３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

F04D29/28

F04D29/30

F24F 1/00

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータの回転軸に取り付けられるボス部と、前記ボス部を囲む複数の貫通穴とを備えた主板と、
前記主板と対向して配置されるシュラウドと、
前記主板と前記シュラウドとの間において合成樹脂により前記主板と一体に形成され、内部が前記貫通穴と連通するとともに前記主板側から前記シュラウド側に凹んだ凹部を含む複数のブレードと、を有する羽根車を備え、
前記ブレードは、前記主板に接した部分における前縁部から後縁部に向かう領域と、前記シュラウドに接した部分における前縁部から後縁部に向かう領域とが、前記モータの前記回転軸の軸方向から見て交差するように、前記主板側から前記シュラウド側にかけて、前記回転軸の軸方向に捩れた形状を有し、
前縁部から後縁部にいたる領域のうち厚みが最大となる最厚部の厚みが、前記主板との境界面における前記前縁部から前記後縁部までの弦長の１５％から２５％の範囲に設定され、前記凹部の深さが、前記ブレードの全長の８０％以上に設定され、
前記凹部の輪郭形状は、前記主板側から前記シュラウド側に向かい前記ブレードに沿って先細り状に肉抜きされ、
前記シュラウドは、複数の前記ブレードを覆うようにリング状に形成され、径方向に沿って傾斜し、
複数の前記ブレードには、それぞれ、前記主板と反対側に突起部が設けられ、
前記突起部は、径方向に沿って傾斜した前記シュラウドに接合されるように径方向に沿って真っ直ぐに傾斜して延在されている送風機。

【請求項2】

前記前縁部から前記最厚部までの距離が、前記弦長の１５％から３０％の範囲に設定された、請求項１に記載の送風機。

【請求項3】

前記シュラウドと、複数の前記ブレードとが、接合されている、請求項１に記載の送風機。

【請求項4】

箱状の本体と、
前記本体内に収容された熱交換器と、
前記本体内に収容され、前記熱交換器に空気を送風する請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の送風機と、を具備した空気調和機の室内ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、送風機および空気調和機の室内ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

天井裏に吊り下げられる天井埋め込み形の室内ユニットは、熱交換器で熱交換された空気を室内に送風する送風機を搭載している。この種の送風機に用いられる羽根車は、モータの回転軸に連結された主板と、主板と向かい合うリング状のシュラウドと、主板とシュラウドとの間に介在された複数のブレードと、を主要な要素として備えている。

【0003】

従来の羽根車は、主板とブレードとが一体に射出成形されているとともに、羽根車の軽量化を図るために、ブレードが主板に向けて開口された中空状に形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００５－１５５５１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来の羽根車は、射出成形時にブレードの表面にヒケが発生した場合、外形形状の寸法公差を満たさない可能性がある。この場合、その羽根車を備えた送風機や、その送風機を備えた空気調和機の室内ユニットは、所期の性能を満たさない虞がある。

【0006】

本発明の目的は、ヒケを抑制した羽根車を備えた送風機を得ることにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施形態によれば、送風機は、羽根車を備えている。前記羽根車は、モータの回転軸に取り付けられるボス部と前記ボス部を囲む複数の貫通穴とを備えた主板と、前記主板と対向して配置されるシュラウドと、前記主板と前記シュラウドとの間において合成樹脂により前記主板と一体に形成され内部が前記貫通穴と連通するとともに前記主板側から前記シュラウド側に凹んだ凹部を含む複数のブレードと、を有する。

【0008】

前記ブレードは、前記主板に接した部分における前縁部から後縁部に向かう領域と、前記シュラウドに接した部分における前縁部から後縁部に向かう領域とが、前記モータの前記回転軸の軸方向から見て交差するように、前記主板側から前記シュラウド側にかけて、前記回転軸の軸方向に捩れた形状を有し、前縁部から後縁部にいたる領域のうち厚みが最大となる最厚部の厚みが、前記主板との境界面における前記前縁部から前記後縁部までの弦長の１５％から２５％の範囲に設定され、前記凹部の深さが、前記ブレードの全長の８０％以上に設定されている。前記凹部の輪郭形状は、前記主板側から前記シュラウド側に向かい前記ブレードに沿って先細り状に肉抜きされている。前記シュラウドは、複数の前記ブレードを覆うようにリング状に形成され、径方向に沿って傾斜し、複数の前記ブレードには、それぞれ、前記主板と反対側に突起部が設けられ、前記突起部は、径方向に沿って傾斜した前記シュラウドに接合されるように径方向に沿って真っ直ぐに傾斜して延在されている。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、空気調和機に用いられる天井埋め込み形の室内ユニットの斜視図である。

【図2】図２は、天井埋め込み形の室内ユニットの断面図である。

【図3】図３は、羽根車の斜視図である。

【図4】図４は、羽根車の側面図である。

【図5】図５は、羽根車の底面図である。

【図6】図６は、羽根車の上面図である。

【図7】図７は、ブレードの側面図である。

【図8】図８は、図７のＦ８－Ｆ８線に沿う底面図である。

【図9】図９は、図７のＦ９－Ｆ９線に沿う断面図である。

【図10A】図１０Ａは、実施形態に関して、前縁部から最厚部までの距離が、弦長の１５％から３０％に設定されているブレードを示す模式図である。

【図10B】図１０Ｂは、対比例３に関して、前縁部から最厚部までの距離が、弦長の１４％以下に設定されているブレードを示す模式図である。

【図10C】図１０Ｃは、対比例４に関して、前縁部から最厚部までの距離が、弦長の３１％以上に設定されているブレードを示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、実施形態について図面を参照して説明する。

【0011】

図１は、空気調和機に用いられる天井埋め込み形の室内ユニット１の斜視図、図２は、室内ユニット１の断面図である。

【0012】

図１および図２に示すように、室内ユニット１は、天井裏に据え付けられた本体１ａと、本体１ａの下端に取り付けられた化粧パネル２と、を主要な要素として備えている。本体１ａは、天井ｃに設けられた開口部ａに室内側から挿入されるとともに、複数の吊りボルト（図示せず）を介して天井裏の梁から吊り下げられている。

【0013】

本体１ａは、下向きに開口された箱型の要素であって、本体１ａの内部の中央部に送風機３が配置されている。送風機３は、モータ４によって駆動される羽根車５を備えている。羽根車５としては、軸方向から空気を吸い込んで周方向に吐き出す、いわゆるターボファンを用いている。羽根車５の上端は、本体１ａの天板１ｂで覆われているので、羽根車５の下端が吸込み側となる。

【0014】

羽根車５の吹き出し側となる羽根車５の周囲に熱交換器６が配置されている。熱交換器６の下にドレン水を受けるドレンパン７が配置されている。ドレンパン７の内側にベルマウス８が取り付けられている。ベルマウス８は、羽根車５の吸込み側と向かい合う吸込口９を構成している。

【0015】

化粧パネル２は、本体１ａの下端を室内から覆っている。化粧パネル２は、天井ｃの下面から室内に露出されているとともに、本体１ａの外周面と天井ｃの開口部ａとの間の隙間を覆い隠している。

【0016】

図１に示すように、化粧パネル２は、吸込みグリル１０とパネル本体１１とを備えている。吸込みグリル１０は、吸込口９と向かい合うように化粧パネル２の中央部に設けられている。

【0017】

化粧パネル２のパネル本体１１は、吸込みグリル１０を取り囲む四つの辺を有する四角い枠状に形成され、本体１ａの下端に連結されている。さらに、パネル本体１１は、四つの吹出口１２を有している。吹出口１２は、熱交換器６で熱交換された空気を化粧パネル２の四方向に吹き出す要素であって、パネル本体１１の四つの辺に夫々設けられている。

【0018】

パネル本体１１の吹出口１２に夫々空気の吹き出し方向を変化させるフラップ１３が設けられている。フラップ１３は、パネル本体１１に回動可能に支持されている。

【0019】

空気調和機が運転を停止している状態では、吹出口１２がフラップ１３によって閉じられている。空気調和機が運転を開始すると、フラップ１３が吹出口１２の内側で所望の角度に回動し、吹出口１２が開放される。さらに、送風機３が駆動され、室内の空気が吸込みグリル１０から吸込口９を介して羽根車５に吸い込まれる。羽根車５に吸い込まれた空気は、熱交換器６に向けて吐出されるとともに、熱交換器６を通過する過程で冷媒と熱交換される。熱交換された空気は、吹出口１２からフラップ１３に案内されて室内に吹き出される。

【0020】

羽根車５は、加熱溶融させた合成樹脂材料を金型内に射出注入して冷却固化させることで得られた成形品であって、主板２１、シュラウド２２、および複数のブレード２３を有している。

【0021】

主板２１は、図３から図６に示すように、円盤状に形成された支持部２１ａを備えている。支持部２１ａは、複数のブレード２３を同心円上に支持している。支持部２１ａの中央に、ボス部２１ｂが備えられている。ボス部２１ｂは、モータ４の回転軸４ａに取り付けられる。支持部２１ａの同心円上に、ボス部２１ｂを囲むようにして、複数の貫通穴２１ｃが備えられている。主板２１は、複数のブレード２３と一体に射出成形されている。

【0022】

シュラウド２２は、図３から図５に示すように、主板２１と対向して配置され、複数のブレード２３を覆っている。シュラウド２２は、リング状に形成され、径方向に沿って傾斜している。シュラウド２２は、複数のブレード２３の主板２１と反対側に設けられた突起部２３ｇに対して、例えば超音波溶接によって接合されている。

【0023】

ブレード２３は、図３から図９に示し、熱交換器６によって熱交換された空気を室内に送風する。ブレード２３は、図３から図５に示すように、主板２１とシュラウド２２との間に介在されているとともに、羽根車５の周方向に間隔を存して並んでいる。

【0024】

ブレード２３は、図６から図９に示すように、翼形状からなり、主板２１側からシュラウド２２側に凹んだ凹部２３ｆを備えている。凹部２３ｆは、主板２１の支持部２１ａに備えられた貫通穴２１ｃと連通している。凹部２３ｆは、射出成形用の金型が挿入された箇所であって、いわゆる肉抜き（肉盗み）に相当する。ブレード２３は、後述する構成によって、図７および図９に示すように、凹部２３ｆの深さＬ２を、高さ（全長）Ｌ３の８０％以上に設定することができる。すなわち、ブレード２３は、十分に肉盗みを設けることができる。

【0025】

ブレード２３は、図８に示すように、羽根車５の前縁部２３ａから後縁部２３ｂにいたる領域Ａのうち前縁部２３ａから厚みＬ１が最大となる最厚部２３ｃまでの領域Ｂが、主板２１側からシュラウド２２側に向かうにしたがって、正圧面２３ｄから負圧面２３ｅに傾斜している。ブレード２３の正圧面２３ｄとは、羽根車５の外周側に位置するブレード２３の面のことである。ブレード２３の負圧面２３ｅとは、羽根車５の内周側に位置するブレード２３の面のことである。

【0026】

このような構成によって、ブレード２３は、主板２１側からシュラウド２２側にかけて、モータの４回転軸４ａの軸方向に捩れた形状を有している。詳細には、主板２１に接した部分における前縁部２３ａから後縁部２３ｂに向かう領域Ｃと、シュラウド２２に接した部分における前縁部２３ａから後縁部２３ｂに向かう領域Ｄとが、モータ４の回転軸４ａの軸方向から見て交差している。

【0027】

ここで、ブレード２３は、図８に示すように、最厚部２３ｃの厚みＬ１ｍａｘが、主板２１との境界面における前縁部２３ａから後縁部２３ｂまでの弦長Ｌ４の１５％から２５％の範囲に設定されている。また、ブレード２３は、前縁部２３ａから最厚部２３ｃまでの距離Ｌ５が、弦長Ｌ４の１５％から３０％の範囲に設定されている。

【0028】

本実施形態において、主板２１と一体に形成されたブレード２３は、正圧面２３ｄから負圧面２３ｅに傾斜している。ブレード２３は、最厚部２３ｃの厚みＬ１ｍａｘが、主板２１との境界面における前縁部２３ａから後縁部２３ｂまでの弦長Ｌ４の１５％から２５％の範囲に設定されている。

【0029】

このような構成によって、羽根車５を備えた送風機３、および送風機３を備えた空気調和機の室内ユニット１は、所期の性能を満たすことができる。所期の性能とは、モータ４に所定の電力を供給した場合における羽根車５の送風量、モータ４を所定の回転数によって回転させた場合における羽根車５の騒音や振動の上限値、および羽根車５の外観の基準値などに関するものである。具体的に、表１を参照しながら説明する。

【0030】

表１に、ブレードの性能に関する、最厚部の厚みＬ１ｍａｘと、前縁部から後縁部までの弦長Ｌ４との割合を表す。性能に関して、最良を◎、良を○、可を△、および不可を×で表している。

【0031】

【表1】

【0032】

本実施形態のブレード２３は、表１に表すように、最厚部２３ｃの厚みＬ１ｍａｘが弦長Ｌ４の１５％から２５％の範囲に設定されていることから、傾斜した形状であっても、凹部２３ｆが正圧面２３ｄや負圧面２３ｅを貫通することがない。この結果、ブレード２３は、凹部２３ｆが外部に露出することなく、設計通りの外形形状を満たすことができ、所期の性能を実現することができる。

【0033】

ブレード２３は、いわゆる肉抜き（肉盗み）に相当する凹部２３ｆを備えることによって、相対的に肉厚が薄い部分と厚い部分との差を小さく構成していることから、射出成形時の保圧時間を長時間に設定することなくヒケを抑制できる。特に、ブレード２３は、主板２１と一体に成形することを考慮して十分な厚みを備えているが、十分に肉抜きできる凹部２３ｆを備えることによって、相対的に肉厚が薄い部分と厚い部分との差を小さく構成することができる。これにより、ブレード２３は、製造に要するタクトを増大させることなく、すなわち射出成形時の保圧時間を長時間に設定することなく、外形形状の寸法公差を満たすことができる。この結果、ブレード２３は、生産性を確保した上で、所期の性能を満たすことができる。

【0034】

特に、ブレード２３を有する羽根車５は、いわゆるターボファンであって、比較的風量が多く風圧が高く設定される送風機３に備えられる。したがって、ヒケを抑制したブレード２３を用いることが、非常に重要である。

【0035】

さらに、ブレード２３は、凹部２３ｆを備えることによって、体積を削減することができる。これにより、羽根車５の成形に必要な合成樹脂材料の量を削減することができ、かつ、羽根車５を備えた送風機３や空気調和機を軽量化することができる。この結果、羽根車５を備えた送風機３、および送風機３を備えた空気調和機の室内ユニット１は、コスト削減によって生産性を高めるとともに、軽量化によって天井のような設置スペースに必要な剛性を緩和することができる。

【0036】

対比例１として、表１に表すように、厚みＬ１ｍａｘが弦長Ｌ４の１５％未満のブレードを用いた場合、設計上、シュラウド側の前縁部が主板側の前縁部に対してはみ出してしまう。このため、シュラウド側の先端まで凹部を十分に形成することができない。すなわち、十分な肉抜き（肉盗み）を備えることができない。この結果、対比例１のブレードを用いた場合、射出成形時にヒケが発生し易く、所期の性能を満たすことが難しい。なお、対比例１のブレードにおいて、射出成形時にヒケを抑制するためには、射出成形時の保圧時間を長く設定する必要があり、生産性が著しく低下する。

【0037】

対比例２として、表１に表すように、厚みＬ１ｍａｘが弦長Ｌ４の２５％を超えるブレードを用いた場合、隣り合うブレードの間の空間が狭まる。隣り合うブレードの間は、通風路を構成することから、送風量が減少する。この結果、対比例２のブレードを用いた場合、送風効率が低下する。なお、対比例２のブレードにおいて、送風量を維持するためには、回転数を上げる必要があり、電力消費量が増加するとともに騒音や振動が上昇する。

【0038】

本実施形態において、ブレード２３は、前縁部２３ａから最厚部２３ｃまでの距離Ｌ５が、前縁部２３ａから後縁部２３ｂまでの弦長Ｌ４の１５％から３０％の範囲に設定されている。

【0039】

このような構成によって、羽根車５を備えた送風機３、および送風機３を備えた空気調和機の室内ユニット１は、所期の性能を満たすことができる。具体的に、表２および図１０Ａないし図１０Ｃを参照しながら説明する。

【0040】

表２に、ブレードの性能に関する、前縁部から最厚部までの距離Ｌ５と、前縁部から後縁部までの弦長Ｌ４との割合を表す。性能に関して、最良を◎、良を○、可を△、および不可を×で表している。

【0041】

【表2】

【0042】

本実施形態として、表２および図１０Ａに示すように、距離Ｌ５が弦長Ｌ４の１５％から３０％のブレード２３を用いた場合、前縁部２３ａから流入した空気を速やかに後縁部２３ｂから吹き出させることができる。すなわち、本実施形態のブレード２３を用いた場合、正圧面２３ｄに沿った空気の流れＲ１、および負圧面２３ｅに沿った空気の流れＲ２において、エネルギーの損失を十分に抑制することができる。したがって、前縁部２３ａから流入した空気は、送風効率を維持して、騒音を抑えることができる。この結果、本実施形態のブレード２３を用いた場合、送風機３、および送風機３を備えた空気調和機の室内ユニット１は、所期の性能を満たすことができる。

【0043】

対比例３として、表２および図１０Ｂに示すように、主板１２１と一体形成され距離Ｌ５が弦長Ｌ４の１４％以下のブレード１２３を用いた場合、前縁部１２３ａから流入した空気が、その前縁部１２３ａに衝突する割合が増大する。すなわち、前縁部１２３ａにおいてエネルギーが大きく損失した後に、正圧面１２３ｄに沿った空気の流れＲ１１、および負圧面１２３ｅに沿った空気の流れＲ１２が発生する。したがって、前縁部１２３ａから流入した空気は、大幅に減少して、後縁部１２３ｂから吹き出される。この結果、対比例３のブレード１２３を用いた羽根車１０５は、送風効率が低下する。

【0044】

対比例４として、表２および図１０Ｃに示すように、主板２２１と一体形成され距離Ｌ５が弦長Ｌ４の３１％以上のブレード２２３を用いた場合、前縁部２２３ａから流入した空気は、後縁部２２３ｂに到達するまでに大きく分断される。特に、正圧面２２３ｄに沿った空気の流れＲ２１と、負圧面２２３ｅに沿った空気の流れＲ２２は、最厚部を通過した後に大きく剥離される。したがって、前縁部２２３ａから流入した空気によって、後縁部２２３ｂに大きな後流渦が発生する、この結果、対比例４のブレード２２３を用いた羽根車２０５は、後流渦によって騒音が増大する。

【0045】

本実施形態において、ブレード２３は、主板２１に接した部分における前縁部２３ａから後縁部２３ｂに向かう領域Ｃと、シュラウド２２に接した部分における前縁部２３ａから後縁部２３ｂに向かう領域Ｄとが、回転軸４ａの軸方向から見て交差している。

【0046】

このように、ブレード２３は、領域Ｃと領域Ｄとが交差するように比較的大きく捩れていても、最厚部２３ｃの厚みＬ１ｍａｘが弦長Ｌ４の１５％から２５％の範囲に設定されている。このため、ブレード２３を製造するときに、凹部２３ｆが正圧面２３ｄおよび負圧面２３ｅを貫通することがない。この結果、ブレード２３は、凹部２３ｆが外部に露出することなく、設計通りの外形形状を満たすことができ、所期の性能を実現することができる。

【0047】

本実施形態において、シュラウド２２と、複数のブレード２３とが、接合されている。

【0048】

したがって、羽根車５を製造するために必要なコストおよび工数を削減することができる。すなわち、二次加工として、２つの部品を接合するだけで、羽根車５を製造することができる。２つの部品とは、シュラウド２２と、主板２１と一体に成形された複数のブレード２３である。この結果、羽根車５を備えた送風機３、および送風機３を備えた空気調和機の室内ユニット１は、その生産性を高めるとともに、廉価に製造することができる。

【0049】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0050】

１…室内ユニット、２…送風機、３…熱交換器、４…モータ、４ａ…回転軸、５…羽根車、２１…主板、２１ａ…支持部、２１ｂ…ボス部、２１ｃ…貫通穴、２２…シュラウド、２３…ブレード、２３ａ…前縁部、２３ｂ…後縁部、２３ｃ…最厚部、２３ｄ…正圧面、２３ｅ…負圧面、２３ｆ…凹部、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…領域、Ｌ１…ブレード２３の厚み、Ｌ１ｍａｘ…ブレード２３の最厚部２３ｃの厚み、Ｌ２…ブレード２３の凹部２３ｆの深さ、Ｌ３…ブレード２３の高さ（全長）、Ｌ４…ブレード２３の前縁部２３ａから後縁部２３ｂまでの弦長、Ｌ５…ブレード２３の前縁部２３ａから最厚部２３ｃまでの距離。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図10C】