JP4722555B2 - 遠心式送風機 - Google Patents

Description

本発明は、遠心式送風機に関し、とくに、両軸遠心式多翼送風機に関する。

従来から、車両用空調装置の送風機、とくに建設機械のキャビン内に、例えばオペレータ席とフロアの間の隙間等に搭載される薄型空調装置用の送風機として、両軸モータの各回転軸に多翼ファンと内部がスクロール構造に構成されたケーシングとを設けた両軸ファンを用いることが知られている。このような両軸ファンにおける空気の吸入は、両側のファンともに行われ、従来から吸入を妨げないよう搭載時に設計的な配慮、例えば各ファンの空気吸込口にケーシングの外側に向かって拡径されたベルマウスを設けるような設計的な配慮がなされている（例えば、特許文献１）。

近年の建設機械においては、キャビン内の居住性や快適性の向上を目的に空調装置の搭載スペースが益々限られ、ファンの吸入を妨げないようなスペースを確保することが難しくなっている。搭載条件によっては両軸ファンの片側のみの吸入となってしまう場合もある。しかし、このような両軸ファンにおいて吸入が片側のみの場合、送風性能低下と同時に吸入側のファンに多くの空気が供給され、各ファンの送風バランスは著しく偏ってしまうことになる。偏った送風は熱交換器の温度分布を乱し、その結果、熱交換器の性能を十分に引き出すことができなくなって、空調装置の冷房性能を著しく低下させてしまう。

このような問題に対し、吸入量の少ないファンの吸入経路を確保することにより送風バランスはある程度は改善されるが、装置全体が大きくなり、限られた搭載スペースに配置することが困難となる。

また、両軸遠心式多翼送風機のモータ冷却についても以下のような問題が考えられる。すなわち、従来、両軸遠心式多翼送風機のモータ冷却は、空気をファンにより送風する際に発生する、空調ユニット内静圧やブロアケーシング内静圧とブロアモータ内静圧との差圧を利用して行われることが知られている。そのため、モータ内へ冷却用空気を送風するための付属部品（バイプ、ホース等）が必要となる。また、ユニットからの送風では、例えば、エバポレータに付着する水が経路を伝わり浸入しない配慮が必要になる。

また、前述したように、近年の建設機械はキャビン内の居住性や快適性の向上を目的に空調装置の搭載スペースが限られるので、搭載条件によってはキャビン内に設置したユニット本体（空調機能部）へキャビン外に設置された送風機から壁面の穴を通して送風する場合がある。このとき、両軸ブロワモータの冷却はユニット本体から壁面の専用孔を通したバイプを利用してモータ内部へ送風する必要があり、専用バイプとともに、気漏れを防止するシール（パッキン）が必要となる。また、上記同様、エバポレータからの水の浸入を配慮した構造が必要となる。ブロアモータの寿命は、モータ内部のブラシ温度に依存しており、モータ運転時のブラシ温度が高い場合、寿命は低下する。
特開２００４−１６９５７９号公報

そこで本発明の課題は、装置全体の大きさを変えることなく、片側吸入となる場合における両軸ファンの送風性能低下と送風バランスの偏りを改善し、空調装置の冷房性能低下を防ぐことができるようにした両軸遠心式多翼送風機を提供することにある。

また、本発明のもう一つの課題は、部品点数を削減しつつブロワモータを効果的に冷却し、モータのブラシ温度上昇を抑えてモータ寿命の延長が可能な両軸遠心式多翼送風機を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る遠心式送風機は、両軸モータの各回転軸に接続された多翼ファンと、各多翼ファンを収納し、内部がスクロール構造に構成された各ケーシングと、両ケーシングを覆うカバーとを有する遠心式送風機であって、前記カバーは、各ケーシングからの空気吐出口に対応した箇所の他に、一方のケーシングの空気吸入口に対応する箇所にのみ開口部を有し、前記一方のケーシングのスクロール部内の空気吐出口側部分が、仕切板によって２層スクロール構造に構成されており、該２層スクロール構造によって分離された一部の吐出風が前記カバー内に流出されることを特徴とするものからなる。

すなわち、一方のケーシングの空気吸入口に対応する箇所にのみ開口部を有するカバーを設けて、設計的に最初から片側吸入構造とし、片側吸入に伴う問題を、この遠心式送風機内の構造によって改善することを可能としたものである。

この遠心式送風機においては、上記２層スクロール構造によって分離された一部の吐出風を他方のケーシングの空気吸入口へと導くガイド部が、カバーに設けられていることが好ましい。

また、上記他方のケーシングに収納された多翼ファンの、多翼ファン部と上記回転軸とを接続する主板が、軸方向外端寄りに配置されていることが好ましい。

すなわち、吸入側ファンのスクロールを２層（ダブルスクロール）にし、吸入側ファンから吐出される空気の一部を反吸入側ファンに送ることができるようにし、反吸入側のファンでは、送られてきた空気を効率よく吸入するためにモータ側の吸入路が拡大されるようにファン主板を軸方向外端寄りに配置するのである。

また、より円滑な空気吸入を可能にするため、各ケーシングの空気吸入口に、ケーシングの外側に向かって拡径されたベルマウスが設けられていることが好ましい。

また、上記２層スクロール構造によって分離された一部の吐出風のさらに一部を、モータにモータ冷却風として導くモータ冷却風ガイドが、上記カバー内に設けられていることが好ましい。モータ冷却風は、例えばモータあるいはモータカバーに設けられている冷却風吸入口へと導かれ、そこからモータ内に導入される。このモータ冷却風ガイドは上記カバーと一体的に設けることができる。あるいは、このモータ冷却風ガイドは、上記カバーとは別のモータカバーと一体的に設けることもできる。

このような本発明に係る遠心式送風機においては、カバーの開口部が設けられている吸入側ファンのスクロール吸入口から外部空気が吸入され、吸入された空気は、スクロール内にてファンにより加速されスクロール吐出口より送風される。この送風の一部が、他方の（反吸入側の）ファンへの供給空気として用いられる。とくに、この吸入側ファンのスクロール内に構成される２層スクロール構造により空気は分離され、例えば外周側の空気はファン全体を内装するカバー内に送風されて反吸入側ファンの吸入口へと供給される。この供給空気により反吸入側ファンに対する吸入経路を格別に確保しなくても、ファンの吸入不足が補われ、各ファンの送風量をほぼ等しくすることが可能になって、送風バランスが改善される。

また、反吸入側ファンへの空気供給経路にモータ冷却風ガイドを設けておくことにより、冷却風導入用に多数の部品を使用することなく、効率よくモータ内に冷却風を供給できるようになる。

このように、本発明に係る遠心式送風機によれば、次のような種々の効果が得られる。１．両軸ファン片側吸入時における送風バランスが改善され、送風対象となる熱交換器の温度分布を安定させることができる。
２．問題なく片側吸入構造を達成でき、キャビン内搭載における設計自由度が飛躍的に向上し、従来技術ではなし得なかった車両レイアウトが可能となり、キャビン内の居住性や快適性の向上に大きく寄与できる。
３．ファンユニットを内装するカバーが送風機の騒音を遮断するため、騒音の低減をはかることもできる。
４．反吸入側に配置されるファンの吸入経路を格別に確保する必要がないため、装置全体の小型化をはかることができる。
５．従来構造においても、少なくともモータ回転部に対してはカバーが設けられており、このカバーを本発明におけるカバーに構成すれば、実質的に部品点数の増加を招くことなく製作が可能である。また、吸入側スクロールの少なくとも一部は、ファン全体を内装するカバーにより構成することも可能であるため、この点からも従来装置と比較して部品点数の増加を招くことなく製作が可能となる。
６．モータ冷却風ガイドを設けておくことにより、モータ冷却風専用のパイプやそのシール機構を設けることなく、効果的にモータを冷却できるようになり、モータ冷却のための部品点数の削減も可能になる。
７．モータ冷却に関し、エバポレータ等からの水の侵入を考慮する必要がなく、メンテナンス作業性の向上が可能になる。
８．さらに、モータ冷却風ガイドの長さ等を調整することで、反吸入側のファンへの供給空気の量と、モータ冷却のための空気の量との配分を容易に行うこともできる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１〜図３は、本発明の第１実施態様に係る遠心式送風機を示している。図１において、１は遠心式送風機全体を示しており、例えば、車両用空調装置の送風機、とくに建設機械のキャビン内に、例えばオペレータ席とフロアの間の隙間等に搭載される薄型空調装置用の送風機として用いられ、熱交換器（例えば、冷媒の蒸発器）への送風用に用いられる。

遠心式送風機１は、図１に示すように、両軸モータ２の各回転軸３、４に接続された多翼ファン５、６（吸入側ファン５と反吸入側ファン６）と、各多翼ファン５、６を収納し、内部がスクロール構造に構成された各ケーシング７、８（スクロールケーシング）と、両ケーシング７、８を覆うカバー９（ブロワカバー）とを有している。このカバー９は、各ケーシング７、８からの空気吐出口に対応した箇所に、従来装置と同様開口部を有しているが（吸入側ファン５のケーシング７からの空気吐出口１０を図２に示す）、これら開口部の他に、一方のケーシング７（吸入側ファン５のケーシング７）の空気吸入口１１に対応する箇所にのみ開口部１２を有している。

各多翼ファン５、６は、図２に吸入側ファン５について示すように、湾曲ブレードが円周方向に多数配列された多翼ファン部５ａが回転されることにより、内部に吸入した空気をケーシング７のスクロール形状に沿って送り出し、空気吐出口１０から吐出、送風できるようになっている。多翼ファン部５ａとモータ回転軸３とは、主板１３によって接続されており、モータ２の回転駆動力が伝達される。反吸入側ファン６も同様の回転駆動力伝達構造を有するが、反吸入側ファン６においては、図１に示すように、モータ回転軸４に接続される主板１４が、軸方向外端寄りに配置されている。

吸入側ファン５用のケーシング７のスクロール部内の空気吐出口１０側部分には仕切板１５が設けられており、仕切板１５によってスクロール部内が２層スクロール構造に構成されている。この２層スクロール構造のうち、外周側スクロール部１６は、図１〜図３に示すように、２層スクロール構造によって分離された一部の吐出風（外周側吐出風）を、空気吐出口１０側には導かずに、カバー９内に流出させるようにする流路が形成されている。とくに本実施態様では、この一部の吐出風を他方のケーシング８（反吸入側ファン６のケーシング８）の空気吸入口１７側に向けて吐出するように形成されている。また、この一部の吐出風に対し、カバー９内には、反吸入側ファン６のケーシング８の空気吸入口１７へと一部の吐出風を導くガイド部１８が設けられている。したがって、仕切板１５によって形成された外周側スクロール部１６を案内される吸入側ファン５の吐出風は、図１、図２に示すように、反吸入側ファン６への供給空気の少なくとも一部となる。勿論、反吸入側ファン６は、他の回り込み空気等も吸入できるようになっている。

上記外周側スクロール部１６を介しての反吸入側ファン６への供給空気の量は、図２に示すように、仕切板１５によって形成される外周側スクロール部１６の流路の高さｈを適宜調整することによって調節可能である。とくに、仕切板１５による外周側スクロール部１６の入口部の高さｈの、その部分におけるスクロール部全体の高さＨに対する比率を適宜調整することにより、吸入側ファン５による吐出空気量のどれだけを反吸入側ファン６へ供給するかを調節でき、後述の遠心式送風機１全体としての送風バランスをより適切に改善することができる。

また、本実施態様では、より円滑な空気吸入を可能にするため、各ケーシング７、８の空気吸入口に、ケーシング７、８の外側に向かってラッパ状に拡径されたベルマウス１９が設けられている。

このように構成された遠心式送風機１においては、全体を覆うカバー９の一方側にしか開口部１２が設けられていないので、意図的に片側吸入とされている。この吸入側ファン５のスクロール吸入口１１から吸入される空気は、スクロール内にてファン５により加速されて、まず、スクロール吐出口より送風される。そして、この吸入側ファン５のスクロール内は２層スクロール構造とされ、該２層スクロール構造により分離された一部の吐出風が、反吸入側ファン６の吸入口へと供給される。この供給空気により反吸入側ファン６に対する吸入経路を格別に確保しなくても、ファン６の吸入不足が補われることになり、各ファン５、６の送風量がほぼ等しくなるようにすることが可能になって、各ファン５、６からの送風バランスが改善される。すなわち、意図的に片側吸入としつつ、各ファン５、６からの送風バランスを良好に確保することが可能となる。

遠心式送風機１からの吐出風は、前述の如く、例えば空調装置における冷媒の蒸発器への送風用に使用される。したがって、遠心式送風機１からの吐出風の送風バランスは、蒸発器における表面温度分布の測定によって評価できる。

図１〜図３に示した遠心式送風機１について、図４に示すような冷媒の蒸発器２１を用いて、吐出風の送風バランスを蒸発器２１の表面温度分布の測定によって評価した。図４の（Ａ）は蒸発器２１の正面図、（Ｂ）は側面図を表し、蒸発器２１の一方の面側から遠心式送風機１からの吐出風を供給した。なお、図４の（Ａ）における横方向には、蒸発器２１のチューブエレメントの段数を示し、縦方向には、上端からの寸法を示した。

図５は、本発明を適用しない場合、つまり、図１〜図３に示したような特定構造を有しない構造（とくに、一方のみ開口したカバー構造、吸入側ファンの吐出風の一部を反吸入側ファンの吸入口に向けて供給する構造を持たない構造）のものについての性能評価試験結果（蒸発器２１の表面温度分布測定結果）を示しており、図６は、本発明を適用した場合の性能評価試験結果（蒸発器２１の表面温度分布測定結果）を示している。図５と図６との比較から、本発明を適用することにより、明らかに送風バランスが改善されていることが分かる。

図７は、本発明の第２実施態様に係る遠心式送風機３１を示している。本実施態様においては、前記第１実施態様に比べ、吸入側多翼ファン５からの、仕切板１５による２層スクロール構造によって分離された一部の吐出風のさらに一部が、反吸入側多翼ファン６へと導かれる経路の途中に設けられたモータ冷却風ガイド３２により、冷却風としてモータ２に導かれるようになっている。本実施態様では、モータ冷却風ガイド３２は、ブロワカバー９内にブロワカバー９と一体的に設けられているが、モータ２自体を覆うカバーであるモータカバーと一体的に設けられていてもよい。また、モータ冷却風ガイド３２は、長さを調整できるようになっており、反吸入側多翼ファン６への空気供給量とモータ冷却風としての空気供給量との配分を簡単に行うことができるようになっていることが好ましい。本実施態様では、モータ冷却風ガイド３２により案内された空気は、モータ２に設けられた冷却風吸入口３３を通してモータ２内に導かれ、モータ２内の各所（例えば、モータブラシ部やモータ軸受け部）を冷却する。

図８および図９は、上記モータ冷却風ガイド３２を設けない場合（図８）とモータ冷却風ガイド３２を設けた場合（図９）とについて、モータ２内におけるブラシ部（＋側と−側）および軸受け部（右側〔Ｒ〕と左側〔Ｌ〕）の温度を測定した結果を示している。図８と図９の測定時の外気温度に若干の差があったので、それら外気温度を差し引いた、ブラシ部および軸受け部の温度上昇分のみを示したのが図１０（モータ冷却風ガイド３２を設けない場合）と図１１（モータ冷却風ガイド３２を設けた場合）である。

図８〜図１１から、モータ冷却風ガイド３２を設けることにより、モータ２内の各所（モータブラシ部およびモータ軸受け部）が効果的に冷却されていることが分かる。このモータ冷却では、吸入側多翼ファン５側から反吸入側多翼ファン６へと導かれる空気の一部が利用されるので、従来のように冷却のための専用部品（パイプやシール機構）を必要とせず、部品点数が削減される。また、エバポレータ等からの水の侵入も考慮する必要がない。さらに、モータ冷却風ガイド３２がブロワカバー９と（あるいは、モータカバーと）一体化されているので、メンテナンス性も良好である。

本発明に係る遠心式送風機は、片側吸入のスペースしかとれない場合に、例えば建設機械のキャビン内に配置される空調装置用送風機として特に有効である。

本発明の第１実施態様に係る遠心式送風機の概略縦断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う拡大縦断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う横断面図である。 性能評価試験に用いた蒸発器の正面図および側面図である。 従来構造における性能評価試験を表す蒸発器の表面温度分布図である。 本発明における性能評価試験を表す蒸発器の表面温度分布図である。 本発明の第２実施態様に係る遠心式送風機の概略縦断面図である。 図７の送風機においてモータ冷却風ガイドを設けない場合のモータ内部の各所の温度測定結果を示すグラフである。 図７の送風機においてモータ冷却風ガイドを設けた場合のモータ内部の各所の温度測定結果を示すグラフである。 図８の温度測定結果から外気温度を差し引いたモータ内部の各所の温度上昇分のみを示すグラフである。 図９の温度測定結果から外気温度を差し引いたモータ内部の各所の温度上昇分のみを示すグラフである。

符号の説明

１、３１ 遠心式送風機
２ 両軸モータ
３、４ 回転軸
５ 吸入側多翼ファン
５ａ 多翼ファン部
６ 反吸入側多翼ファン
７、８ スクロールケーシング
９ ブロワカバー
１０ 吸入側ファンのケーシングからの空気吐出口
１１ 吸入側ファンのケーシングの空気吸入口
１２ カバーの開口部
１３、１４ 主板
１５ 仕切板
１６ 外周側スクロール部
１７ 反吸入側ファンのケーシングの空気吸入口
１８ ガイド部
１９ ベルマウス
２１ 蒸発器
３２ モータ冷却風ガイド
３３ 冷却風吸入口

Claims (7)

1. 両軸モータの各回転軸に接続された多翼ファンと、各多翼ファンを収納し、内部がスクロール構造に構成された各ケーシングと、両ケーシングを覆うカバーとを有する遠心式送風機であって、前記カバーは、各ケーシングからの空気吐出口に対応した箇所の他に、一方のケーシングの空気吸入口に対応する箇所にのみ開口部を有し、前記一方のケーシングのスクロール部内の空気吐出口側部分が、仕切板によって２層スクロール構造に構成されており、該２層スクロール構造によって分離された一部の吐出風が前記カバー内に流出されることを特徴とする遠心式送風機。
2. 前記２層スクロール構造によって分離された一部の吐出風を他方のケーシングの空気吸入口へと導くガイド部が、前記カバーに設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の遠心式送風機。
3. 前記他方のケーシングに収納された多翼ファンの、多翼ファン部と前記回転軸とを接続する主板が、軸方向外端寄りに配置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の遠心式送風機。
4. 各ケーシングの空気吸入口に、ケーシングの外側に向かって拡径されたベルマウスが設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の遠心式送風機。
5. 前記２層スクロール構造によって分離された一部の吐出風の一部を、モータにモータ冷却風として導くモータ冷却風ガイドが、前記カバー内に設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の遠心式送風機。
6. 前記モータ冷却風ガイドが前記カバーと一体的に設けられている、請求項５に記載の遠心式送風機。
7. 前記モータ冷却風ガイドがモータカバーと一体的に設けられている、請求項５に記載の遠心式送風機。

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