JP2015175236A - 送風機、換気装置及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】さらに高い効率を有する送風機等を得る。
【解決手段】回転軸を中心に回転して気体の流れを発生させる複数の翼３を有する羽根車１と、羽根車１の翼３の回転方向に沿って、翼３の外周端より外側に壁面を形成し、気体を整流するベルマウス４と、ベルマウス４の内壁面の翼３との対向部分に少なくとも設置され、ベルマウス４の内壁面と翼３との隙間の部分に柔毛素材を有する柔毛素材部５とを備え、ベルマウス４は、柔毛素材部５を設置する部分における内壁面と気体流入側における内壁面との間に段差を有し、柔毛素材部５は、柔毛素材の先端とベルマウス４の気体流入側における内壁面とが連なるように設置される。
【選択図】図６

Description

この発明は、例えば空気調和装置、給湯装置等の冷凍サイクル装置、換気装置等に用いる送風機等に関するものである。

冷媒回路を構成して冷媒を循環させ、対象空間等の加熱、冷却等を行う冷凍サイクル装置、換気を行う換気装置等においては、例えば翼を有する羽根車を回転させて空気の流れを発生させる送風機を有している。送風機には、空気を整流して導入し、発生した圧力差を保持するベルマウスを有していることが多い。

従来の送風機では、ベルマウスの高さ範囲内で、翼の径方向周縁部に沿って、翼表面に対して所定の高さを有する補助翼を設けることにより、翼の先端とベルマウスとの隙間を空気が逆流するときの逆流路を長くすることができるものがある（例えば、特許文献１参照）。その結果、空気の逆流量が減少して渦の発生を抑制することができ、渦の発生に伴う騒音を低減することができる。また、補助翼を、翼の径方向周縁部に沿って設けている。つまり、翼にのみ補助翼を設けている（各補助翼が環状に繋がっていない）。このため、補助翼の表面積が小さく、羽根車が回転した時に補助翼が連れ回る空気量を低減でき、回転トルクの増大を抑え、ファン効率を向上することができる。

特開２０００−３１４３９４号公報（図２，９）

このような送風機にあっては、補助翼により、ある程度の漏れ流れの量を抑制し、騒音を低減することはできる。しかし、羽根車が回転したときに補助翼が連れ回る空気量を完全に無くすことができないため、回転トルクが増大し、効率がさほど向上しないという課題があった。

この発明は、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、さらに高い効率を有する送風機等を得ることを目的としている。

この発明に係る送風機は、回転軸を中心に回転して気体の流れを発生させる複数の翼を有する羽根車と、羽根車の翼の回転方向に沿って、翼の外周端より外側に壁面を形成し、気体を整流するベルマウスと、ベルマウスの内壁面の少なくとも翼との対向部分に設置され、ベルマウスの内壁面と翼との隙間の部分に柔毛素材を有する柔毛素材部とを備え、ベルマウスは、柔毛素材部を設置する部分における内壁面と気体流入側における内壁面との間に段差を有し、柔毛素材部は、柔毛素材の先端がベルマウスの気体流入側における内壁面と連なるように設置されるものである。

この発明によれば、ベルマウスの内壁面において、少なくとも翼と対向する部分に、柔毛素材で構成した柔毛素材部を設置するようにしたので、翼とベルマウスとの間にできる空間である翼端隙間を柔毛素材により狭小化することができる。このため、漏れ流れ量の抑制等をはかることができ、送風に係る効率をさらに向上させることができる。このとき、柔毛素材の先端とベルマウスの気体流入側における内壁面とが連なるようにしたので、羽根車とベルマウスとの接触等による破損等を防ぎ、気流乱れの発生を防ぐことができる。

本発明の実施の形態１による送風機の概略を示す図である。 一般的な軸流式又は斜流式送風機について、ベルマウス及び翼外周端近傍部分を拡大した図である。 送風機において発生する漏れ流れの概略を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係るベルマウス流入側の内壁面と柔毛素材の先端との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る送風機の空気流入側と空気流出側との開口幅の関係を示す図である。 本発明の実施の形態２による送風機の概略を説明する図である。 本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の構成例を表す図である。

以下、この発明の実施の形態に係る送風機等について図面等を参照しながら説明する。以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。また、図における上方を「上側」とし、下方を「下側」として説明する。さらに、添字で区別等している複数の同種の機器等について、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字を省略して記載する場合がある。そして、図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による送風機の概略を示す図である。図１（ａ）はベルマウス断面と羽根車側面とで送風機の主要部分を示した図である。また、図１（ｂ）は空気入口側から見た正面図である。本実施の形態の送風機は、例えば換気や空調用途に用いられる。そして、回転軸を中心として、羽根車１をモータ（電動機）等で回転させることによって、図１（ａ）において上方から下方に向かう気体（ここでは空気とする）の流れを発生させる軸流式又は斜流式送風機である。

本実施の形態の送風機は羽根車１とベルマウス４とを有している。羽根車１はハブ２の周囲に複数（本実施の形態では５枚）の翼（羽根）３を有する。翼３は、ハブ２との接合縁、回転方向に向いた前縁と、前縁に対向する後縁と、接合縁と対向して前縁と後縁とを繋ぐ外周縁とを有している。そして、接合縁、前縁、後縁及び外周縁で囲まれる曲面を形成している。また、ベルマウス４は、羽根車１の周方向（回転方向）に沿って羽根車１を覆い（羽根車１の周囲を囲み）、羽根車１の回転により吸引される空気の整流と発生した圧力の保持をはかる。このため、羽根車１の周囲に、円管状に壁面が形成されることになる。ベルマウス４は、空気流入側（図１の上側）においては、羽根車１がスムーズに空気を取り込めるように、Ｒ取りされた滑らかな曲面形状をしている。空気流出側においても同様である。また、ベルマウスは、柔毛素材を設置する部分における内壁面と気体流入側における内壁面との間に段差を有し、柔毛素材部は、柔毛素材の先端がベルマウスの気体流入側における内壁面と連なる、または若干低くなるように設置されている。

図２は一般的な軸流式又は斜流式送風機について、ベルマウス及び翼外周端近傍部分を拡大した図である。羽根車１を良好に動作させるためには、静止構造物であるベルマウス４壁面と回転構造物である羽根車１（翼３）との接触を避けることが必要となる。このため、基本的には翼端隙間（翼３の外周端とベルマウス４との隙間。ファンギャップ）が必須となる。

図３は送風機において発生する漏れ流れの概略を説明する図である。モータにより羽根車１が所定の方向（図１（ｂ）の矢印方向）に回転すると、ベルマウス４の空気流入側から空気が吸い込まれ、各翼３間を通ってベルマウス４の空気流出側に送られる。このとき、図４に示すように、翼端隙間が広いと、翼３の両面側に生じる圧力差により正圧側から負圧側へ空気が流れ（漏れ流れ）、その漏れ流れに伴って送風機の昇圧量が低下して効率が低下する。また、強く乱れた流れが発生するため騒音が生じる。

そこで、本実施の形態の送風機では、図１等に示すように、ベルマウス４の内壁面側に翼端隙間の極小化をはかる柔毛素材部５を設置する。柔毛素材部５を設置することで、翼端隙間を狭小化し、漏れ流れ量を低減しつつ、翼３（羽根車１）とベルマウス４との接触による不具合（羽根車の破損、異音発生、回転停止、トルク増大等）を回避することができる。さらに、漏れ流れが発生しても、柔毛素材部５に侵入した漏れ流れは柔毛のパイル間を通過する際の通風抵抗により乱れた流れは整流されるため、剛体壁による翼端隙間狭小化よりも更に高い騒音低減効果を得ることができる。さらに、柔毛素材を設置する部分における内壁面と気体流入側における内壁面との間に段差を有し、柔毛素材部は、柔毛素材の先端がベルマウスの気体流入側における内壁面と連なる、または若干低くなるように設置している。図４（ａ）は柔毛素材の先端がベルマウスの気流流入側における内壁面より高いもの、図４（ｂ）は柔毛素材の先端がベルマウスの気流流入側における内壁面と連なるもの、図４（ｃ）は柔毛素材の先端がベルマウスの気流流入側における内壁面より若干低いものを示す。図中矢印で気流を模式的に示している。図４（ａ）では段差によって生じた気流の乱れは下流域まで影響を及ぼし、図４（ｂ）では乱れは発生しない。図４（ｃ）では段差部で若干の乱れは発生するものの、直ぐに柔毛部で乱れは散逸され、下流域にまで影響を及ぼさない。このため、柔毛素材の先端がベルマウスの気体流入側における内壁面と連なる、または若干低くなるように設置することで剛壁上を流れてきた気流が滑らかに柔毛素材部に導入されて羽根車に乱れた気流が流れ込むのを防ぐことができる。

ここで、翼端隙間を極小にするため、柔毛素材部５を構成する柔毛については、翼端隙間をゼロにする毛足長さとし、柔軟性に富んだ細径繊維であることが好ましい。一般的には、軸流式又は斜流式の送風機において、ベルマウス４と翼３との間（従来の翼端隙間）は、羽根車１の直径の１％程度で構成されているものが多い。そこで、柔毛の毛足長さを羽根車直径の１％より長くすることで翼端隙間をゼロにすることができる。また、そこで、羽根車１と柔毛素材部５の柔毛とが接触しても、擦過抵抗、擦過音等を生じない程度の硬さ、密度等となるように、繊維植毛（パイル）を柔毛として柔毛素材部５を構成する。パイルとしては、市場流通している太さ１７デシテックス及び長さ４ｍｍ以下の素材を使用するのが一般的である。柔毛素材となる繊維は、使用環境に応じ、耐熱性、耐油性、耐水性等を有する材料を選定する。例えば、ナイロン、レーヨン、ポリエステル等を用いる。

柔毛素材部５の製造方法としては、例えば静電植毛、テープ、接着剤を使った接着、インサート成型等をベルマウス４に対して行う。ここで、図１では、柔毛素材部５は好ましい羽根車外周端の翼高さ以上に設置した例を示しているが、これに限定するものではない。例えば、それよりも短い範囲に柔毛素材部５を設置しても設置高さに応じた効果を得ることができる。また、ベルマウスアッシーにおいて、柔毛素材使用部位と柔毛未使用部位とを別部品で制作し、組立てる構造とすることで、植毛部位の製造を簡素化でき、安価な構成とすることができる。

さらに、例えば送風機の空気流入側に、空気中の粉塵、油煙等の柔毛素材に付着する可能性のある物質を濾し取るエアフィルターを設置するとよい。柔毛素材部５の汚れ等の対策を行うことで信頼性を向上させることができる。

また、柔毛が基部の面に垂直に直立している場合は羽根車１に接触する長さであるが、基部の面に対して傾斜して固定されるか、又は垂直に固定されているが途中で曲げているかすることにより、柔毛が羽根車１に接触しない構造としてもよい。特に柔毛の先端が羽根車１の回転方向に向くように斜めになっていると、羽根車１が柔毛に接触しても柔毛が倒れやすく、柔毛に対するダメージを低減することができるので望ましい。

図５は本発明の実施の形態１に係る送風機の空気流入側と空気流出側との開口幅の関係を示す図である。ここで、空気流入側の開口幅をＤｉとし、空気流出側の開口幅をＤｏとする。図５（ａ）は空気流入側と空気流出側との開口幅が同じ（Ｄｉ＝Ｄｏ）タイプの送風機を表している。また、図５（ｂ）は空気流出側の開口幅が空気流入側との開口幅よりも広い（Ｄｉ＜Ｄｏ）タイプの送風機を表している。さらに、図５（ｃ）は空気流入側の開口幅が空気流出側との開口幅よりも広い（Ｄｉ＞Ｄｏ）タイプの送風機を表している。

以上のように、実施の形態１の送風機によれば、ベルマウス４の内壁面に柔毛素材部５を設置することにより、羽根車１とベルマウス４との接触による不具合（羽根車の破損、異音発生、回転停止、トルク増大など）を回避することができ、翼端隙間の狭小化をはかることができる。翼端隙間を狭小化することにより、漏れ流れの発生を低減することができるので、送風に係る効率をさらに向上させることができる。また、騒音の発生を抑制することができる。また、発生した漏れ流れについても、柔毛素材の間に入り込み、柔毛素材による通風抵抗によって乱れた流れが整流されることで、より騒音低減効果を上げることができる。以上の効果は、翼端隙間が狭いほど高くなる。そして、補助翼がないので、補助翼が連れ回る空気量を完全になくすことができる。

実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２による送風機の概略を説明する図である。図６（ａ）は柔毛素材の先端部分とベルマウス４の空気流出側の壁面の高さとを合わせていない構成を示す図である。図６（ｂ）は柔毛素材の先端部分とベルマウス４の空気流出側の壁面の高さとを合わせた構成を示す図である。

実施の形態１で説明したように、柔毛素材部５をベルマウス４に設置することで、翼端隙間を狭くして送風に係る効率向上をはかることができる。このため、回転軸方向において、羽根車１とベルマウス４とが重複しない部分は基本的に翼端隙間とは関係ないため、特に柔毛素材を付す必要がない。しかしながら、従来の構成のベルマウス４の内壁面にそのまま柔毛素材を付すと、ベルマウス４の壁面と柔毛素材部５との間に段差が生じることになる。特に空気の流入側に段差が発生すると、流入する空気に乱れが発生して翼３を通過する空気の流れに影響する。

そこで、図６に示すように、本実施の形態の送風機では、ベルマウス４において、少なくとも柔毛素材を付する部分の内壁面が、空気流入側の壁面よりも低くなるように段差を付けて形成する。そして、ベルマウス４に付した柔毛素材の先端部分とベルマウス４の空気流入側の壁面とが揃うように柔毛素材部５を設置する。そして、ベルマウス４の空気流入側に形成されたＲ等の滑らかな形状から柔毛素材の先端高さが滑らかに結ぶことができるようにする。これによって、ベルマウス４の空気流入側の壁面と柔毛素材部５との間に段差が生じないようにし、送風機に流入する空気が乱れないようにする。

ここで、柔毛素材部５を設置して翼端隙間がゼロとなるようにするときには、製造寸法誤差、組立て誤差、振れ回り振動などが生じても、ベルマウス４の壁面と翼３とが接触しないように、ベルマウス４に柔毛素材部５を設置する位置を調整することが望ましい。柔毛との接触だけだと、翼３及びベルマウス４の破損、送風の停止等の不具合の発生を抑制することができる。

また、柔毛素材により整流等されることで、ベルマウス４の空気流出側については、必ずしも段差をなくす必要はないが、製造等の関係で、図６（ｂ）のように柔毛素材の先端部分とベルマウス４の空気流出側の壁面とを揃えるようにしてもよい。

以上のように、実施の形態２の送風機によれば、ベルマウス４の空気流入側の内壁面と柔毛素材部５との間に段差をなくすように、ベルマウス４の内壁面を形成し、柔毛素材部を設置するようにしたので、気流乱れの発生を防ぐことができる。このため、騒音の発生を抑制することができる。また、図６に示すように羽根車１とベルマウス４とが重複しない部分に柔毛を付さないことで、コスト低減等をはかることができる。

実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の構成例を表す図である。ここで、図７では冷凍サイクル装置として空気調和装置を示している。図７において、図１等において説明したものについては、同様の動作を行うものとする。図７の空気調和装置は、室外機（室外ユニット）１００と室内機（室内ユニット）２００とをガス冷媒配管３００、液冷媒配管４００により配管接続する。室外機１００は、圧縮機１０１、四方弁１０２、室外熱交換器１０３、膨張弁１０４及び室外送風機１０５を有している。また、室内機２００は室内熱交換器２０１を有している。

圧縮機１０１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。ここで、特に限定するものではないが、圧縮機１０１を例えばインバータ回路等により、運転周波数を任意に変化させることにより、圧縮機１０１の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を変化させることができるようにしてもよい。四方弁１０２は、たとえば冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換えるための弁である。

室外熱交換器１０３は、冷媒と空気（室外の空気）との熱交換を行う。たとえば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。そして、上述した実施の形態１又は実施の形態２で説明した送風機を室外送風機１０５として用いる。

絞り装置（流量制御手段）等の膨張弁１０４は冷媒を減圧して膨張させるものである。たとえば電子式膨張弁等で構成した場合には、制御手段（図示せず）等の指示に基づいて開度調整を行う。室内熱交換器２０１は、例えば空調対象となる空気と冷媒との熱交換を行う。暖房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。また、冷房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。そして、上述した実施の形態１又は実施の形態２で説明した送風機を室内送風機２０２として用いるようにしてもよい。

以上のように実施の形態３の冷凍サイクル装置によれば、実施の形態１及び実施の形態２で説明した送風機を室外送風機１０５として用いることで、装置全体としても効率向上をはかることができる。

上述の実施の形態３では冷凍サイクル装置について説明したが、実施の形態１又は実施の形態２の送風機を、例えば換気装置等に用いることができる。

１ 羽根車、２ ハブ、３ 翼、４ ベルマウス、５ 柔毛素材部、１００ 室外機、１０１ 圧縮機、１０２ 四方弁、１０３ 室外熱交換器、１０４ 膨張弁、１０５ 室外送風機、２００ 室内機、２０１ 室内熱交換器、２０２ 室内送風機、３００ ガス冷媒配管、４００ 液冷媒配管。

Claims (5)

1. 回転軸を中心に回転して気体の流れを発生させる複数の翼を有する羽根車と、
   該羽根車の翼の回転方向に沿って、前記翼の外周端より外側に壁面を形成し、前記気体を整流するベルマウスと、
   該ベルマウスの内壁面の少なくとも前記翼との対向部分に設置され、該ベルマウスの内壁面と前記翼との隙間の部分に柔毛素材を有する柔毛素材部と
   を備え、
   前記ベルマウスは、前記柔毛素材部を設置する部分における内壁面と気体流入側における内壁面との間に段差を有し、
   前記柔毛素材部は、前記柔毛素材の先端が前記ベルマウスの気体流入側における内壁面と連なるように設置されることを特徴とする送風機。
2. 前記柔毛素材を細径繊維で構成することを特徴とする請求項１に記載の送風機。
3. 気体流入側にエアフィルターを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の送風機。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の送風機を有することを特徴とする換気装置。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の送風機を有することを特徴とする冷凍サイクル装置。

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