CN103953584A - 鼓风机及具有该鼓风机的空调机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种包括如下鼓风机的空调机，该鼓风机具有：壳体，该壳体具有吸气口及排气口；横流风机，该横流风机配置在上述壳体内；罩，该罩相对于上述横流风机设置在背面侧，构成上述排气口的一部分；和稳定器，该稳定器相对于上述横流风机设置在前表面侧，与上述罩相对，构成上述排气口的一部分，其中具有如下关系：扩大面积比由1.466≥τ≥1.416规定，该扩大面积比为扩大风路面积除以半径为r0、圆心角为90度的扇形的面积而得到的比，该扩大风路面积是被上述罩的扩大风路所成的曲线、从上述横流风机的旋转中心开始连结上述罩的扩大风路的开始部的长度为r0的线段、以及上述横流风机的旋转中心的圆心角从上述线段开始形成为90度的直线所包围的面积。

Description

鼓风机及具有该鼓风机的空调机

本申请是国际申请号为PCT/JP2009/004088、国际申请日为2009年8月25日、于2012年2月24日进入中国国家阶段、申请号为200980161121.1的发明专利申请“鼓风机及具有该鼓风机的空调机”的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种鼓风机及具有该鼓风机的空调机，详细而言，涉及壳体及收纳在该壳体内的横流风机(贯流风机，以下仅记载为横流风机)的翼(叶片，以下有时也记载为叶片)、与鼓风机邻接地设置的引导气流的罩(casing)的形状。

背景技术

通常，贯流式鼓风机被用作空调机的鼓风机构，其由如下部分构成：壳体；收纳在壳体内的横流风机；以与横流风机邻接的方式设置在背面侧的引导气流的罩；以与横流风机邻接的方式设置在前表面侧的对圆涡旋进行稳定化的稳定器(stabilizer)。

在用作这样的空调机的鼓风机构时，其壳体大多为大致长方体，且由如下部分构成：用于支承壳体的多个刚性面；设有空气吹出口(以下，也记载为排气口)的至少一个吹出面；设有空气吸入口(以下，也记载为吸气口)的至少一个吸入面，以面的数量的合计为6个的方式设定各面。

在该情况下，壳体的刚性高，能够稳定地保持载荷，因此，大多将长方体的具有最大面积的面作为刚性面。从吸气效率的方面而言，优选空气吸入口尽可能大。因此，通常将与具有最大面积的刚体面相对的面、和具有第二大面积的面共两个面作为吸入面。另外，通常在吸入口设置格子状的格栅(grille)，隐藏内部构造，且防止手指进入。

另外，通常，在具有第二大面积的另一个面设置空气吹出口，将具有最小面积的两个面作为刚性面。在这样的贯流式鼓风机中，来自壳体的上表面及前表面的空气吸入口的空气通过过滤器、换热器等损失体而流入横流风机，在横流风机内部总压上升，使该空气向罩侧吹出。在不能得到高风量的情况下，需要使横流风机的转速上升，结果导致噪音上升。

因此，公开了如下空调机的发明：通过特别规定由后导板形成的后通道(rear gap)同由前导板形成的前通道(front gap)的位置关系、及连结横流风机的旋转中心和后通道的线与水平线所成的角度，并且特别规定前导板的舌部的位置，能够抑制噪音的产生且提高鼓风性能(例如，参照专利文献1)。

另外，公开了如下发明：在通过两侧的端板及中间部的支承板连结多个保持有多个叶片的叶轮而形成的横流风机中，在外周叶片角为Bo、内周叶片角为Bi、叶片个数为Z、节弦比为T时，表示出了用于实现高风量、高压力且低噪音的横流风机的外周叶片角Bo、内侧叶片角Bi、叶片个数Z、节弦比T的关系(例如，参照专利文献2)。

此外，公开了如下发明：在具有横流风机和用于使该横流风机的吸入侧流路与吹出侧流路分离的稳定器的空调机中，具有：舌部，其以沿横流风机的旋转方向延伸的方式形成于稳定器，且以如下方式形成，即，随着其与横流风机的相对面向横流风机的旋转方向去，其与横流风机外周圆的间隙逐渐变小；突起部，其以向横流风机内部突出的方式形成在横流风机外周圆与舌部的间隙最小的舌部顶端部，该突起部为与横流风机的最小间隙部，与风机轴向正交，且剖面形状为大致三角形，突起部从舌部的横流风机相对面突出的高度Hs为横流风机外周圆与舌部的横流风机相对面的最小间隙尺寸G1的25％～35％，突起部的顶角为50°～75°(例如，参照专利文献3)。

但是，上述以往的鼓风机均为关于尽可能增大吸气口面积的情况的发明，在这样的以往的鼓风机中，在将设于壳体上表面及前表面的空气吸入口的宽度定义为A、将横流风机的直径定义为D、将横流风机的尺寸系数(size factor)δ定义为δ＝A/D时，设于壳体上表面及前表面的空气吸入口的宽度A相对于横流风机直径D而言足够大，通常横流风机的尺寸系数δ为3～4左右，在空气流入向横流风机时，过大的负压、偏流不会从空气吸入口产生，而能够稳定地进行鼓风。

在此，壳体的前表面在美感上给需求者带来的影响较大。因此，迫切期望在前表面不设置吸气口的结构。并且对于产品小型化的期望也很强烈，需要缩小横流风机的尺寸系数δ。

在这样的情况下，若在上述以往的鼓风机的结构的基础上直接缩小吸气口，则在空气流入向横流风机时，产生过大的负压和偏流，从而使流动发生改变，横流风机的翼与气流的方向所成的角度变大，结果，翼向着流体的动量传递效率降低，鼓风性能降低，且压力变动增加，噪音也增大。另外，吸入口窄小化的结果是，从横流风机的翼压出的空气向吸入口侧偏流，横流风机的剖面内的流动不稳定，结果，气流沿罩面法线方向碰撞，损失增大。本发明提供一种鼓风机，解决这样的问题点，该鼓风机具有在空气吸入口窄小的情况下也能够实现高风量及高压力且低噪音的横流风机。

专利文献1：日本特开2007-40544号公报

专利文献2：日本特开平6-323294号公报

专利文献3：日本特开2004-150789号公报

发明内容

因此，本发明是为了解决上述的课题而做成的，其目的在于提供一种鼓风机，该鼓风机的空气吸入口窄小，在将空气吸入口的宽度定义为A、将横流风机的直径定义为D、将横流风机的尺寸系数δ定义为δ＝A/D时，δ＝A/D为2以下，通过特别规定给横流风机的翼的吸气效率带来影响的外周叶片流入角，能够抑制噪音的产生且能够提高鼓风性能。

本发明的鼓风机具有：壳体，该壳体具有吸气口及排气口；横流风机，该横流风机配置在上述壳体内；罩，该罩相对于上述横流风机设置在背面侧，构成上述排气口的一部分；和稳定器，该稳定器相对于上述横流风机设置在前表面侧，与上述罩相对，构成上述排气口的一部分，其特征在于，具有如下关系：扩大面积比由1.466≥τ≥1.416规定，该扩大面积比为扩大风路面积除以半径为r0、圆心角为90度的扇形的面积而得到的比，该扩大风路面积是被上述罩的扩大风路所成的曲线、从上述横流风机的旋转中心开始连结上述罩的扩大风路的开始部的长度为r0的线段、以及上述横流风机的旋转中心的圆心角从上述线段开始形成为90度的直线所包围的面积。

根据本发明，能够构成即使在空气吸入口窄小的情况下也能够抑制噪音的产生且提高鼓风性能的鼓风机。

附图说明

图1是具有本发明的实施方式1的鼓风机的空调机的剖视图。

图2是具有本发明的实施方式1的鼓风机的空调机的立体图。

图3是本发明的实施方式1的鼓风机的横流风机周边的放大剖视图。

图4是表示本发明的实施方式1的鼓风机的横流风机的一个翼的剖视图。

图5是利用百分率表示本发明的实施方式1的鼓风机的效率的图。

图6是本发明的实施方式1的鼓风机的气流总压分布图。

图7是表示本发明的实施方式1的鼓风机的鼓风效率的图。

图8是本发明的实施方式2的鼓风机的横流风机周边的放大剖视图。

图9是用于表示扩大面积比τ的本发明的实施方式2的鼓风机的横流风机周边的放大剖视图。

图10是利用百分率表示本发明的实施方式2的鼓风机的效率的图。

图11是本发明的实施方式2的鼓风机的气流总压分布比较图。

图12是表示本发明的实施方式2的鼓风机的鼓风效率的图。

具体实施方式

实施方式1

接下来，利用附图说明本发明的实施方式。在以下的附图的记载中，对同一部分或类似的部分标注同一附图标记或类似的附图标记。但是，附图是示意性的图，应当注意各尺寸的比率等与实际不同的情况。因此，具体的尺寸等应当参考以下的说明进行判断。此外，当然，在附图相互之间也存在彼此尺寸的关系或比率不同的部分。

图1是具有本发明的实施方式1的鼓风机的空调机的剖视图。另外，图2是具有本发明的实施方式1的鼓风机的空调机的立体图。在图中，壳体1由如下部分构成：前面板1a，其位于壳体的前部，为用于支承壳体的多个刚性面中的一个；后面板1b，其为设于与前面板1a相对的位置的其他的刚性面中的一个；上面板1c，其位于壳体的上部，为设有空气吸入口4的吸入面；下面板1d，其设于与上面板1c相对的位置，为设有空气吹出口8的吹出面；左右侧面板1e及1f，该左右侧面板1e及1f位于壳体的侧部，为支承壳体的多个刚性面中的一个。

具有朝向风机旋转方向的多个翼(叶片)的横流风机2以收纳在壳体1内的方式配置，横流风机2的吸入气流侧设有呈八字状配置的换热器3，对来自外部并从设于空气吸入口4的吸入格栅5的间隙通过过滤器6而吸入的空气的温度进行控制。罩7随着趋向下面板1d侧而扩大，位于横流风机2的大致后表面下游侧，并且构成吹出侧流路，该吹出侧流路朝向吹出口8，用于将通过换热器3进行了热交换的空气向室内吹出。稳定器9位于与横流风机2的大致前表面下部靠近且相对的位置，将横流风机2的吸入侧流路和吹出侧流路分开。另外，A表示吸气口4的与横流风机2的旋转轴成大致直角的方向的最大吸气宽度，D表示风机直径。

在如上述那样构成的具有横流风机的鼓风机中，如图1及图2所示，为了能够卸下过滤器6而以能够装卸的方式设置前面板1a，但在鼓风时，该前面板1a为固定于图示的位置的状态。在鼓风机运转时，横流风机2沿顺时针旋转，在横流风机2旋转时，从设于空气吸入口4的吸入格栅5的间隙吸入室内空气，在通过过滤器6除去空气中的较大的灰尘之后，以分成前表面侧和后面侧的方式通过换热器3。通过换热器3的空气被冷却或被加热，之后被横流风机2吸入。之后，从横流风机2向罩7的表面吹出的空气被输送到朝向壳体1的斜下方的吹出口8，并被吹出到室内。

图3是本发明的实施方式1的鼓风机的横流风机周边的放大剖视图。另外，图4是表示本发明的实施方式1的鼓风机的横流风机的一个翼的剖视图。在图3中，横流风机2由多个、在此为35个翼10构成，翼10彼此之间的间隔可以均等，也可以不均等，也可以任意，但需要为鼓风效率良好的结构。

在图4中，B的箭头表示旋转方向，C的虚线表示翼外周侧的轨迹，E的虚线表示翼内周侧的轨迹。翼10由大致圆弧状的翼外侧面10a和大致圆弧状的翼内侧面10b构成，并以翼内侧面10b朝向其旋转方向的方式配置。此时，将翼10的顶端侧的轨迹、即翼外周侧的轨迹的翼10的顶端部的切线与翼外侧面10a所成的圆弧的顶端的点的切线所成的角度作为外周叶片流入角β。

在本发明的实施方式1的鼓风机中，在吸气口4的与横流风机2的旋转轴成大致直角的方向的最大吸气宽度为A、横流风机2的直径为D时，通过基于实验设计法的正交实验，对使外周叶片流入角β为β＝(A/D)×γ(弧度)、其中A/D≤2的情况下的鼓风效率增大的γ进行探索，利用相对于实施方式中效率最高的值的百分率表示比较的结果，图5表示该结果。在图中，纵轴表示性能比(％)，横轴表示γ的值。在此，F表示本发明的实施方式1的鼓风机的优选的γ的范围。

在基于实验设计法的正交实验中，使多个因素均等变化，进行相当于全因子实验的实验，由此，实施根据仅抽出效果大的因素的正交表进行的实验方法。通过正交实验得到的最佳值的可靠性利用方差分析来进行确认，实施F检验，由此，由其显著水平来在统计上进行支持。在本发明的实施方式1中，对于有助于风路和翼的效率的形状的因素，由18个实验来实施被称作L18正交表的8个因素的分析，进行了4374种的推测。通过该方法，确认了如下事实，即，只要γ的最佳值在0.4≥γ≥0.3的范围内即可。由F检验对显著水平进行检验，为1％以下，确认了99％在统计上可信赖。

在以往技术中，从防止下述情况的观点出发，通常γ＝0.28以下，上述情况为，相对于气流的流动，风机的叶片与气流形成陡峭的角度，向流体的动量传递效率降低。即，(A/D)取接近1的最小值时，γ＝0.28以下时β为0.28以下。β为16.1度以下。在外周叶片流入角β小于20时，翼向流体的动量传递显著降低，必须增加转速，因此，通常，不构成γ＝0.28以下的鼓风机。

另外，γ＝0.43以上的情况是β取非常大的值或者(A/D)取非常小的值的情况，假设(A/D)取最大值2时，γ＝0.43以上时的β为0.86弧度以上，外周叶片流入角β为49.3度以上。在该情况下，风机的叶片相对于气流的角度成为陡峭的角度，向流体的动量传递效率降低。

另一方面，在(A/D)取最小值时，假设(A/D)＝1，则吸气口的宽度A与风机直径D相同。通常，为了避免收缩流动、扩大流动所引起的损失，期望流体机械的风路宽度恒定，从这样的观点出发，期望吸气口的宽度A为风机直径D的圆周的长的一半左右，其值为A＝0.5×π(圆周率≈3.14)×D，即(A/D)＝π/2。缩流、扩大流所引起的损失以流速的平方增加，因此，在(A/D)＝1的情况下，与风路宽度恒定的情况相比，为π的平方的损失(2.46倍)，作为机械难以成立。因此，通常γ＝0.43以上的鼓风机不存在。

图6表示在本发明的实施方式1的鼓风机中、例如δ＝A/D＝1.7、β＝δ×γ＝1.675×0.3＝0.55(弧度)时的气流总压分布图。在图中，由虚线G所围绕的部分表示阻碍鼓风的部位。在以往的鼓风机中，阻碍鼓风的驻涡从连接稳定器9与横流风机2的中心轴的区域开始，明显存在于罩7侧，由此，性能降低，但在本实施方式中，驻涡大致位于连接稳定器9与横流风机2的中心轴的区域并变化，能够形成不阻碍鼓风的流动空间。

图7表示横流风机的轴功率与流体能量的关系，表示倾斜度越大鼓风效率越高的情况。在图中，纵轴表示流体能量(W)，横轴表示轴功率(W)。在此，表示如下情况，即，在本发明的实施方式1的鼓风机中，与以往的鼓风机相比倾斜度大。通过实验确认了的图6的流动空间的改善效果的结果为，能够确认出如下情况：相对于以往技术，能得到大的鼓风效率。在此，在得到相同鼓风量的情况下，能够降低转速，结果，能够确认出还促进噪音的改善。

在本发明的实施方式1所示的δ＝A/D为2以下的空气吸入口4窄小的鼓风机的结构中，将横流风机2的翼10的外周叶片流入角β设定在合适的范围内，从而使横流风机2的翼10与气流的行进方向所成的角度最佳化，结果，翼10的向流体的动量传递效率及鼓风性能提高，另外，其结果是，能够抑制输入能量，因此噪音、振动降低。在本发明的实施方式1中，对空调机进行了说明，但对于具有不包含换热器、过滤器的鼓风机构的其他设备，也能够得到同等的效果。

实施方式2

在上述实施方式1中，公开了如下鼓风机的结构，即，通过规定外周叶片流入角β的范围，能够在空气吸入口窄小的情况下抑制噪音的产生且提高鼓风性能，但在本发明的实施方式2中，上述鼓风机的结构通过函数r(θ)限定，在设罩的扩大风路的曲线的从开始部起的角度为θ时，该函数r(θ)以距横流风机的旋转中心的距离和角度为基准确定。

图8是本发明的实施方式2的鼓风机的横流风机周边的放大剖视图。另外，具有本发明的实施方式2的鼓风机的空调机的结构及动作与上述实施方式1的相同，因此省略说明。

在图8中，罩7以与壳体1的后面板1b成为一体或安装于后面板1b的形态形成，以沿横流风机2的气流吹出部侧引导气流的方式设置成大致曲线状。在特别规定罩7的形状(构成风路的曲线)的情况下，在从横流风机2的旋转中心到罩7的扩大风路的曲线的开始部为止的距离为r0、横流风机2的从开始部起的圆心角为θ时，能够以距横流风机2的旋转中心的距离和角度为基准，利用函数r(θ)＝r0×exp(θ×ι)、其中ι为扩大面积比τ的常数来进行规定。

图9是用于表示扩大面积比τ的本发明的实施方式2的鼓风机的横流风机周边的放大剖视图。在图中，扩大面积比τ为扩大风路面积(A1+A2)除以从横流风机2的旋转中心开始半径为r0、圆心角为90度的扇形的面积(A2)而得到的比率，扩大风路面积(A1+A2)为由如下部分围绕而成的区域的面积，即：罩7的扩大风路所成的曲线；连结从横流风机2的旋转中心到开始部(在此，开始部是指罩7的扩大风路的开始点，连接该开始点与横流风机2的旋转中心的直线与从横流风机2的旋转中心开始向着空气吸入口4方向的垂直方向所成的角度θ1被限定为0≤θ1≤90的任意角度，是距横流风机2的旋转中心的距离为r0的部分)的线段；直线同扩大风路曲线交叉的点，上述直线以横流风机2的旋转中心为基准，与连结从横流风机2的旋转中心到开始部的线段所成的角度为90度。

即，扩大面积比τ被作为如下区域的函数r(θ)与圆的扇形部分的积分值的比而求出，上述区域是扩大风路开始角度为θ1和θ2之间的区域，上述θ2是从开始部起的角度为θ的线与从横流风机的旋转中心向着空气吸入口4的方向的垂直方向所成的角度，一般而言，扩大面积比由τ＝(exp(2×ι×θ2)-exp(2×ι×θ1))/(2×ι×(θ2-θ1))表示。特别是，在θ＝90度的情况下，扩大面积比由τ＝(exp(2×ι×π/2)-exp(2×ι×0))/(2×ι×π/2)表示。

在此，在流体机械的技术领域中，函数r(θ)为决定被称作对数螺线的一般的风路形状的函数。函数r(θ)为通过如下部分导出的函数，即：假定非压缩时不损失的流体的连续算式；由解开角动量守恒定律时的扩大风路中的流动角恒定的性质导出的流线算式。

为了将罩7的气流的引导和动压向静压的转换调整为优选的状态，需要根据ι的值改变曲线的扩大度。但是，如上述那样，在由根据非压缩时不损失的流体解开的算式导出的曲线中，在实际上具有损失的流体机械中的流体中，流线不完全一致，有时在一部分上设有直线。因此，在本发明的实施方式2的鼓风机中，没有通过r(θ)来规定罩7的形状，而是通过风路的扩大面积比来规定，风路的扩大面积比规定作为扩大风路的性质最为重要。

图10为如下的图：在本发明的实施方式2的鼓风机中，当设与横流风机2最靠近的部分为开始部、从横流风机2的旋转中心到开始部的距离为r0、横流风机2的从开始部起的旋转圆心角为θ时，以距横流风机2的旋转中心的距离和角度为基准，通过基于实验设计法的正交实验探索使如下情况的鼓风效率增大的τ，即，函数r(θ)＝r0×exp(θ×ι)、其中ι为扩大面积比τ的常数的情况，利用相对于实施方式中效率最高的值的百分率表示比较的结果。在图中，纵轴表示性能比(％)，横轴表示τ的值。在此，H表示本发明的实施方式2的鼓风机的优选的τ的范围。

在基于实验设计法的正交实验中，使多个因素均等变化来进行相当于全因子实验的实验，从而实施通过仅抽出效果较大的因素的正交表进行的实验方法。通过正交实验得到的最佳值的可靠性利用方差分析来进行确认，实施F检验，由此通过显著水平来在统计上进行支持。在本发明的实施方式2中，对于有助于风路和罩的效率的形状的因素，将被称作L18正交表的8个因素的分析通过18个实验来实施，进行了4374种的推测。通过该方法，确认了用于导出τ的ι的最佳值，确认出只要以在0.23≥ι≥0.21的范围内的方式构成即可。由F检验对显著水平进行检验，为1％以下，确认出99％在统计上可信赖。

关于根据上述ι的结果使鼓风效率增大的扩大面积比τ的范围，以基于实验设计法的正交实验为根据，利用百分率对效率进行比较，结果，在以往技术中，ι＝0.2或0.3左右，因此，τ为1.39或1.66，只能得到本发明的实施方式2的鼓风机的效率的60％左右。另一方面，在本发明的实施方式2的鼓风机中，将扩大面积比τ设在1.466≥τ≥1.416的范围内，由此，相对于以往技术能够得到大的鼓风效率，在得到相同鼓风量的情况下，能够使转速降低，结果，还能促进噪音的改善。

图11表示在本发明的实施方式2的鼓风机中、δ＝A/D＝1.7、ι＝0.21时的气流总压分布比较图。在图中，(a)表示本发明的实施方式2的鼓风机的气流总压分布，(b)表示以往技术的鼓风机的气流总压分布。在以往技术中，自横流风机2吹出的气流以沿着罩7的方式产生流，由于在壁面的粘性损失而使效率大幅下降，但在本发明的实施方式2的鼓风机的结构中，气流呈在罩7与稳定器9的旋转中心具有最快流动部的接近损失小的泊肃叶流的速度分布，鼓风效率得到改善。

图12表示横流风机2的轴功率和流体能量的关系，表示倾斜度越大鼓风效率越高的情况。在图中，纵轴表示流体能量(W)，横轴表示轴功率(W)。在此，表示在本发明的实施方式2的鼓风机中倾斜度与以往的鼓风机相比大的情况。通过实验确认了图11中的流动空间的改善效果，结果，能够确认如下情况：相对于以往技术能得到大的鼓风效率。在此，在得到相同鼓风量的情况下能够降低转速，结果，能够确认还促进噪音的改善。

在上述实施方式中，以将罩7的曲线作为对数螺线的情况为中心进行了说明，但实质上风路的扩大率重要，曲线并不限定于对数螺线，也可以具有直线区间。在从风路的扩大开始部起成90度的范围内，分析相对于横流风机2的直径D的扩大面积比τ的优选范围。

通过本发明的实施方式2所示的鼓风机的结构，能够将罩扩大曲线设定在优选的范围内，能够避免从横流风机翼排出的气流与罩碰撞而造成损失，由横流风机传递的流体的动量没有损失，鼓风性能得到提高，另外，结果是，能够抑制输入能量，因此噪音、振动降低。在本发明的实施方式2中说明了具有鼓风机的空调机，但对于没有换热器、过滤器的鼓风机，也具有同等的效果。

附图标记说明

1壳体，1a前面板，1b后面板，1c上面板，1d下面板，1e左侧面板，1f右侧面板，2横流风机，3换热器，4吸入口，5格栅，6过滤器，7罩，8吹出口，9稳定器，10翼，10a翼外侧面，10b翼内侧面

Claims (2)

1.一种鼓风机，具有：壳体，该壳体具有吸气口及排气口；横流风机，该横流风机配置在上述壳体内；罩，该罩相对于上述横流风机设置在背面侧，构成上述排气口的一部分；和稳定器，该稳定器相对于上述横流风机设置在前表面侧，与上述罩相对，构成上述排气口的一部分，其特征在于，具有如下关系：扩大面积比由1.466≥τ≥1.416规定，该扩大面积比为扩大风路面积除以半径为r0、圆心角为90度的扇形的面积而得到的比，该扩大风路面积是被上述罩的扩大风路所成的曲线、从上述横流风机的旋转中心开始连结上述罩的扩大风路的开始部的长度为r0的线段、以及上述横流风机的旋转中心的圆心角从上述线段开始形成为90度的直线所包围的面积。

2.一种空调机，其特征在于，

该空调机具有权利要求1所述的鼓风机。