(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
消音ボックスと、該消音ボックス内に設けられた多翼ファンを具備し、該消音ボックスの吸込口から吸い込んだ空気を、該消音ボックス内に形成された吸音材で形成された通路を通って該多翼ファンの吸込口に導き、該多翼ファンで加圧し、該消音ボックスの吐出口から吐き出すように構成し、該多翼ファンを駆動する内臓電動機をインバータの出力で運転する消音ボックス付多翼ファンにおいて、
前記消音ボックスの吸込み側の外板に前記インバータを該外板及び吸音材を貫通して配置すると共に、該インバータのヒートシンクが消音ボックスの内側になるように配置し、前記消音ボックス外板のインバータの貫通穴の前記通路上流側にインバータとの間に消音ボックスの内外を貫通する微小な隙間を設け、前記内臓電動機を該インバータ出力により可変速で運転することを特徴とする消音ボックス付多翼ファン。
【請求項２】
前記インバータの操作部に固定速、複数速切替及び無段階変速の運転モード設定用のディップスイッチと、複数のインバータ出力周波数を設定するディップスイッチが複数個設けられていることを特徴とする請求項１に記載の消音ボックス付多翼ファン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調設備の排気に使用する消音ボックス付多翼ファンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のファンはベルト駆動式の多翼ファンを消音ボックスに内蔵し、使用風量・風圧に合わせてベルト、プーリの組合せを変えるか、直動式の多翼ファンを内蔵し、使用風量・風圧に合わせて電動機の極数や電動機のすべりを変えている。
【０００３】
また、インバータを使用してその出力で電動機を可変速運転する場合は、インバータを機械室の盤の内部に設置するか、インバータをファンに取り付けるかであり、インバータの運転モードはインバータに通電してからインバータの盤内のキー操作で入力するものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のベルト駆動式のものはベルト、プーリ等を具備するためにファンが大きくなり、据付スペースが大きくなる上に、使用風量・風圧に応じた多数の機種を用意しなければならないので、在庫のスペースや納期上の点で問題があった。
【０００５】
また、可変速で使用する場合は、インバータを使用しその出力で電動機の回転数を変える場合と極数変換電動機を使用するか又は電動機の巻線を切り替えてすべりを変えて回転数を変える方法がある。インバータを使用する場合で、該インバータを機械室や盤内に設置する場合は建物にそれらのスペースが必要であるし、ファンに市販のインバータを取り付けて設置する場合は、インバータに付属している冷却ファンの騒音が大きく、低騒音を要求し消音ボックス付ファンを選定するような場所には設置できないという問題があるうえに、インバータの冷却ファンが消費する電力によりインバータの効率が低下するという問題があった。
【０００６】
また、インバータのヒートシンク部分を消音ボックスの通風部に露出して配置し冷却を行う構造においては、ファンの風量が少ない場合は、インバータの冷却風量が減ってしまい十分に冷却できない場合が生じ、かつ、排気ファンに使用するため居室等のたばこの煙等を含んだ汚れた空気にさらされるため長期間の使用の間にヒートシンクが汚れてしまい十分な冷却ができなくなる恐れもある。
【０００７】
また、市販のインバータを使用する場合は、使用風量・風圧に合わせたベルト・プーリの代わりとして使用する固定速で運転する場合や強弱などの複数の速度で運転する場合は電源を投入してインバータを起動してから設定値を入力しなければならないので、出荷時に仕様に合わせて運転モードと設定周波数を入力する必要があり、インバータの初期値のままでは在庫できないという問題がある。
【０００８】
また、運転モードと設定周波数を初期値で在庫した場合は、建設現場で電源を投入して、インバータを起動して仕様の運転モードと設定周波数に設定すればよいのであるが、電源投入可能となるのはファンを据付けて試運転を行う時期であり、この種のファンは天井裏に据付けられる場合が多いのでこの設定を天井裏で行うのは難しく、結局、在庫できないか多種の仕様で在庫をもたなければならないという問題がある。
【０００９】
極数変換電動機やすべりの異なる巻線のタップを切り替えて可変速にする場合は、電動機により変速する回転数が決まってしまうので、使用風量・風圧に対して過大な性能になってしまったり、使用風量・風圧を満足しない場合が生じるという問題があった。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、消音ボックス付多翼ファンの機種数を大幅に低減させるとともに、インバータの冷却用ファンによる騒音の増加がなく、ファンの風量が少ない場合でもインバータに十分な冷却効果が得られ、ファンの排気に使用してもインバータの冷却効果の低下が少ない消音ボックス付多翼ファンを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、消音ボックスと、該消音ボックス内に設けられた多翼ファンを具備し、該消音ボックスの吸込口から吸い込んだ空気を、該消音ボックス内に形成された吸音材で形成された通路を通って該多翼ファンの吸込口に導き、該多翼ファンで加圧し、該消音ボックスの吐出口から吐き出すように構成し、該多翼ファンを駆動する内臓電動機をインバータの出力で運転する消音ボックス付多翼ファンにおいて、消音ボックスの吸込み側の外板にインバータが該外板及び吸音材を貫通して配置すると共に、該インバータのヒートシンクが消音ボックスの内側になるように配置し、消音ボックス外板のインバータの貫通穴の通路上流側にインバータとの間に消音ボックスの内外を貫通する微小な隙間を設け、内臓電動機を該インバータ出力により可変速で運転することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は請求項１に記載の消音ボックス付多翼ファンにおいて、前記インバータの操作部に固定速、複数速切替、無段階運転の運転モード設定用のディップスイッチと、複数のインバータ出力周波数を設定するディップスイッチが複数個設けられていることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の消音ボックス付多翼ファンの構成を示す図であり、図２はインバータの操作部の詳細を示す図である。図１において、１は消音ボックス本体であり、該消音ボックス本体１内に多翼ファン２が設けられている。
【００１４】
消音ボックス１は両端に吸込板３及び吐出板４を具備し、該吸込板３には吸込口３ａ及び吐出板４には吐出口４ａが設けられている。また、消音ボックス１の内部には吸音材５が設けられている。
【００１５】
多翼ファン２は、電動機８と羽根車９を具備し、該羽根車９は電動機８の主軸８ａに固定され、消音ボックス１内に配置されたケーシング７内に配置されている。電動機８の電源電線８ｂは、消音ボックス１の吸音材５及び該消音ボックス１の側面を貫通し、インバータ１０の出力端子１０ｂに接続されている。
【００１６】
前記インバータ１０は消音ボックス１の側面及び吸音材５を貫通して、通路６に該インバータ１０のヒートシンク１０ｃが露出するように取り付けられている。インバータ１０の入力端子１０ａ、出力端子１０ｂ、外部接点制御端子（図示せず）、運転モード設定用ディップスイッチ１０ｄ、周波数設定用ディップスイッチ１０ｅ、周波数設定用ディップスイッチ１０ｆ（図２参照）などの入出力装置は、消音ボックス１の外側に出て配置されており、該インバータ１０の通路６の上流側には消音ボックス１の側面及び吸音材５との間に隙間１１（幅１〜２mm）を設けてある。
【００１７】
上記構成の消音ボックス付多翼ファンにおいて、インバータ１０の入力端子１０ａに電源が供給され、インバータ１０が起動すると、予め運転モード設定用ディップスイッチ１０ｄで入力されたモードで、周波数設定用ディップスイッチ１０ｅ、周波数設定用ディップスイッチ１０ｆに入力（設定）された周波数の電力を出力端子１０ｂに出力し、電源電線８ｂを介して電動機８を運転する。
【００１８】
電動機８が運転を開始すると羽根車９が回転し、消音ボックス１の吸込口３ａから吸込まれた空気は、通路６を通り、インバータ１０のヒートシンク１０ｃを冷却して、さらに多翼ファン２の吸込口２ａ、吐出口２ｂを通過し、消音ボックス１の吐出口４ａから吐き出される。
【００１９】
建設設備などの排気用ファンとして使用する場合は、図３に示すような静圧分布となるので、通路６は大気圧に対して負圧になり、大気が隙間１１より吸込まれ、通路６に吹き出されることによりインバータ１０のヒートシンク１０ｃを冷却する。なお、図３において、３ａ、６ａ、２ａ、４ａは図１の消音ボックス１の吸込口３ａ、通路６の出口６ａ、多翼ファン２の吸込口２ａ、消音ボックス１の吐出口４ａの位置を示す。
【００２０】
上記のように吸込口３ａ及び隙間１１の２ヵ所からの冷却風によりインバータ１０のヒートシンク１０ｃは冷却されるが、多翼ファン２は図４に示すような性能であるので、使用風量域においては、多翼ファン２の風量が少ないほど静圧は高くなり、該風量が多いほど静圧が低くなる（図３参照）。
【００２１】
隙間１１から吹き出される冷却風の風速は、大気圧との差圧により変化するが、多翼ファン２の風量が少ない場合は、吸込口３ａから通路６に至る冷却風の風速は遅くなるため、インバータ１０のヒントシンク１０ｃに対する冷却効果は低下するが、通路６における圧力と大気圧との差圧が大きくなり、隙間１１から吹き出す冷却風の風速が速くなるため、インバータ１０のヒートシンク１０ｃに対する冷却効果は低下しない。
【００２２】
また、多翼ファン２の風量が多い場合は、通路６における圧力と大気圧との差圧が小さくなり、隙間１１から通路６ヘ吹き出す冷却風の風速が遅くなるため、インバータ１０のヒートシンク１０ｃに対する冷却効果は低下するが、吸込口３ａから通路６に至る冷却風の風速は速くなるため、インバータ１０のヒートシンク１０ｃに対する冷却効果は低下しない。
【００２３】
図５は、隙間１１から吸い込む冷却風と吸込口３ａから通路６に至る冷却風の流れを示す図である。吸込口３ａから通路６に至る冷却風は、居室からの排気であるので、たばこの煙などで汚れている場合が多く、長期間の使用によりインバータ１０のヒートシンク１０ｃに汚れの成分が付着して、該ヒートシンク１０ｃのインバータ１０に対する冷却効果を低下させてしまう可能性があるが、隙間１１からの冷却風の吹き出しはヒートシンク１０ｃ上を流れるため、吸込口３ａから通路６に至る居室からの汚れている冷却風とヒートシンク１０ｃに接触させないか、該汚れている冷却風と隙間１１から吹き出す冷却風が混ざり局部的に汚れの濃度を低下させ、ヒートシンク１０ｃに対する汚れの付着による冷却効果の低下を少なくすることができる。
【００２４】
次に、インバータ１０の操作部の設定及び動作について説明する。インバータ１０の操作部に設置した運転モード設定用ディップスイッチ１０ｄは、例えば、２ビットのもので、００は固定速、０１は強弱切替、１０は無段階変速に設定し、また、周波数設定用ディップスイッチ１０ｅ、周波数設定用ディップスイッチ１０ｆは、例えば、４ビットのロータリーディップスイッチで図６に示すような周波数を割り当てておく。なお、前記割り当ては、周波数に限らず、例えば、基底周波数に対する比率のような変数でもよい。
【００２５】
運転モード設定用ディップスイッチ１０ｄが００の固定速でインバータ１０を起動した場合は、周波数設定用ディップスイッチ１０ｅで設定した周波数を出力端子１０ｂより電源電線８ｂを介して電動機８に出力し、多翼ファン２が該周波数で運転される。なお、周波数設定用ディップスイッチ１０ｆの設定周波数は、前記モードでは無視される。
【００２６】
上記のように運転モード設定用ディップスイッチ１０ｄが００の固定速の場合は、インバータ１０を起動し、該インバータ１０の盤面（操作部）から入力しないでも据付け前に１６種類の周波数のうちから任意の周波数を入力しておくことができ、ベルト駆動式のファンと同等の効果が得られるほか、ファンの寸法や据付スペースを大幅に小さくできる。また、周波数設定用ディップスイッチの設定変更のみでファンの回転数が変更できるので、据付け後に風量が過大な場合や不足する場合に簡単にファンの回転数が変更できる。
【００２７】
運転モード設定用ディップスイッチ１０ｄが０１の強弱切替でインバータ１０を起動した場合は、周波数設定用ディップスイッチ１０ｅと周波数設定用ディップスイッチ１０ｆで設定した周波数の大きい方が強、小さい方が弱となるように運転することができる。なお、強弱はインバータ１０の外部入力端子（図示せず）に無電圧接点などで入力することができる。
【００２８】
上記のように運転モード設定用ディップスイッチ１０ｄが０１の強弱切替の場合は、強及び弱の周波数をそれぞれ１６種類の周波数のうちから任意の周波数を選べるため、強及び弱とも必要な要項にあわせて設定できるので要項に対して過大な性能となったり性能が不足するなどの問題がなくなる。
【００２９】
運転モード設定用ディップスイッチ１０ｄが１０の無段階変速でインバータ１０を起動した場合は、外部入力端子（図示せず）の抵抗入力、電圧入力、電源入力などにより、周波数を比例制御することができる。
【００３０】
出荷時にこれらのディップスイッチ（１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ）を任意の初期値としておき、運転モードや運転周波数はディップスイッチで入力できるので消音ボックス付多翼ファンの据付前にディップスイッチを所定の値に設定することにより在庫の種類は大幅に削減できる。
【００３１】
本発明の実施の形態は消音ボックス付多翼ファンを上記のように構成するので、下記のような作用が得られる。固定速、複数速切替、無段階変速の運転モードと複数の回転数をディップスイッチ（１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ）により入力できるので、インバータの運転モードと回転数を建設現場で、該消音ボックス付多翼ファンを据え付ける前に、電源を投入しなくても仕様の運転モード及び回転数を入力できるので、運転モード、回転数の初期値のままで在庫することができる。
【００３２】
また、消音ボックス１の外板及び吸音材５を貫通してインバータ１０を取り付けてあるから、故障などの場合にはインバータ１０全体を取り外すことができる。また、インバータ１０のヒートシンク１０ｃを消音ボックス１の通路６内に挿入して配置してあり、インバータ１０の通路６の上流側の外板との間に微小な隙間１１を設けてあるので、消音ボックス１の内部は大気圧に対して負圧となり、多翼ファン２の運転点によらずインバータ１０のヒートシンク１０ｃを効果的に冷却できる。
【００３３】
また、多翼ファン２の運転点が風量の多いところであれば、ファンの特性から大気圧との差が小さいので上記の隙間１１からの風量は少なくなるが、多翼ファン２の風量が多いので十分な冷却効果が得られる。一方、多翼ファン２の運転点の風量が少ないところであれば多翼ファン２の特性から大気圧との差が大きくなり、上記の隙間１１からの風量は多くなり、多翼ファン２の風量が少なくても十分な冷却効果が得られる。
【００３４】
また、多翼ファン２の取り扱う空気は居室の排気などであり、たばこの煙などで汚れている場合が多く、ヒートシンク１０ｃ上に汚れが付着・堆積するなどして長期間使用すると冷却効果が低下するおそれがあるが、上記の隙間１１から外部の清浄空気を吸込みヒートシンク１０ｃに吹き出すことにより、ヒートシンク１０ｃ上に多翼ファン２の取り扱う汚れた空気が直接触れないか清浄空気と混じりあって汚れの程度が下がるので、冷却効果の低下を少なくすることができる。
【００３５】
以上のように冷却は多翼ファン２と上記の隙間１１により行うことができ、インバータ１０に付属した冷却ファンは不要となり、騒音の増加を防止でき、かつ、該冷却ファンの消費電力分だけインバータ１０の効率を向上させることができる。また、冷却風量がインバータ１０に付属した冷却ファンよりも多く得られるので、電動機８の出力に対して小型のインバータを使用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば下記のごとく優れた効果を有する消音ボックス付多翼ファンを提供できる。
（１）消音ボックスの吸込み側の外板にインバータを該外板及び吸音材を貫通して配置すると共に、該インバータのヒートシンクが消音ボックスの内側になるように配置し、消音ボックス外板のインバータの貫通穴の通路上流側にインバータとの間に消音ボックスの内外を貫通する微小な隙間を設けることにより、ファンの風量にかかわらずインバータのヒートシンクに冷却風を送ることができ冷却効果がファンの運転点により低下することがなく、隙間からヒートシンクへの風の吹き出しによりヒートシンクの汚れの付着・堆積を低減できるので冷却効果の低下が防止されるため、インバータ用の冷却ファンが不要になり消音ボックス付多翼ファンの低騒音化を図ることができ、また、電動機出力に対して小型のインバータを使用することができる。
【００３７】
（２）インバータに固定速、複数速切替、無段階変速の運転モード設定用のディップスイッチと、複数のインバータ出力周波数を設定するディップスイッチを複数個設けることにより、インバータに通電しなくてもこれらのモードの周波数を入力することができるため、ベルト駆動式のファンを使用した消音ボックス付ファンと同等の効果が得られ、また、固定速、複数速切替、無段階変速とも出荷時にディップスイッチを任意の初期値として据付前に電気配線・通電を行わなくても簡単に運転モード、周波数が設定できるので、製品の種類や在庫の種類が大幅に削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る消音ボックス付多翼ファンの構成を示す図である。
【図２】インバータの操作部の詳細を示す図である。
【図３】本発明に係る消音ボックス付多翼ファンの消音ボックス通路内の静圧分布を示す図である。
【図４】多翼ファンの性能曲線を示す図である。
【図５】本発明に係る消音ボックス付多翼ファンの消音ボックス通路内の冷却風の流れを示す図である。
【図６】本発明に係る消音ボックス付多翼ファンのインバータ操作部の周波数設定用ディップスイッチの設定値と出力周波数の例を示す図である。
【符号の説明】
１          消音ボックス
２          多翼ファン
３          吸込板
４          吐出板
５          吸音材
６          通路
７          ケーシング
８          電動機
９          羽根車
１０        インバータ
１１        隙間
１２        相フランジ
１３        相フランジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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