JP2002230048A - 設計支援装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ファンなどの設計は、周囲の構成部品による
風路形状が送風性能に大きく影響し、実製品に組み込ん
だ状態での検証しか行うことが出来ずに設計、製作、試
験を繰り返さなければならなかった。 【解決手段】 ファンの形状だけでなく、風路形状の決
定、ファンを空気調和機に組み込んだ状態での動作状態
と送風性能を予測することにより、定量性を含んだ最適
設計を支援するデータを提供できるうえに、試作試験の
繰り返しの削減と形状入力から結果処理までを、一つの
装置の中から複数の装置を制御し、一連の流れの中で処
理できる設計支援システム並びに設計支援装置を提供す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はクロスフローファ
ンなど各種送風用ファンを用いた通風構造の設計に用い
るもので、さらに詳しくは、効率的に送風が行える風路
やファンの形状および運転条件などをシミュレーション
等によってより良い構造を設計するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】空気調和機室内機に採用されているクロ
スフローファンの配置状況は図１１の空気調和機室内機
の内部構造を示す断面図の如く、ファンケーシングが存
在せず、ファン周囲の熱交換器、ノズル等の構成部品が
ファンケーシングの代用となっている。従って、クロス
フローファンにおけるファン周囲の部品形状による送風
性能は論理的検証が難しい為、定量的な設計が困難であ
り、膨大な実験や経験則によって設計が成されている。
図１４において、１はクロスフローファンの翼、２は空
調機内部で翼１による送風が通過する風路、３は該風路
３から風が外部に吹出す吹出口、４は外気を空調機内へ
吸込む吸込口、５は内部の配管に冷媒を通過させ該配管
の外部に接して設けた放熱部を有する熱交換器である。
図１４において動作説明として、風の流れを示すと、翼
１の回転により吸込口４から流入した外気は、内部の配
管に冷媒を通過させ該配管の外部に接して設けた放熱部
を介して吸込んだ空気と熱交換する熱交換器５により、
例えば冷房時は冷やされ、風路２の外形に沿って流れ、
吹出口３から放出される風は熱交換される。すなわちこ
の空気調和機の通風構造は空気を取り入れて吹出すまで
の風路を形成している。

【０００３】クロスフローファンにおけるファン周囲の
部品形状を考慮した送風性能設計の生産性を向上させる
為に、計算によりファンの周囲や空気調和機内部の流れ
を予測し、送風性能を事前に把握し設計する手法があ
る。しかし、これらの計算は、利用するソフトウエアの
操作が煩雑で、流体力学の専門知識が必要とされ、かつ
形状入力や計算条件設定に時間を要するので、必ずしも
生産性の向上が図られるとは限らない。

【０００４】これに対し、ファンの設計の生産性を向上
させる為に、例えば、特開平５−１０１１４８号公報で
は、軸流ファンの設計において、図１５に示す翼の４点
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの座標値と、図１６に示す翼の入り口角
αと出口角βの分布から成るファンの形状を決定するパ
ラメータを自由に設定できる計算システムが提案されて
いる。これによると、４点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを滑らかな曲
線で結んだ四辺形を定義する。これを翼の平面形状と
し、図１５の辺ＡＤ上に分割点ｌ１，ｌ２，…ｌｎ、辺
ＢＣ上に分割点ｔ１，ｔ２，…ｔｎを自動的に作成す
る。それぞれの分割点ｌ１からｌｎ上において入り口角
がα１からαｎ、同様に分割点ｔ１からｔｎ上において
出口角がβ１からβｎとなるように辺ＡＤ上と辺ＢＣの
相対する分割点を結ぶ線分を複数の三次曲線で連結し、
翼の形状を決定する。

【０００５】この計算システムを利用する事により、翼
の基部となるＡ及びＢ、端点となるＣ及びＤの座標、入
り口角と出口角の分布等の設計パラメータのみを入力す
る事によって短時間かつ自動的に翼形状を計算し、軸流
ファンの輪郭形状や翼の三次元座標値を表示装置や出力
装置に出力できる。よって、短時間に多くの翼の形状を
作図できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の計算シ
ステムによれば、軸流ファン設計は、パラメータを自由
に設定でき、短時間でファンの形状決定から作図ができ
るが、製作に時間を要するような複雑な曲面で構成され
ているファンの性能評価のためには実際に機器に組み込
まなければ判断できない。そこで、上述の計算システム
の利用は目的に適したファンの仕様が決定するまで、設
計、製作、試験を繰り返す事の解決手段にはならない。

【０００７】しかも、ここで算出したファンの形状は、
空気調和機室内機や室外機のように、周囲の熱交換器、
ノズル等の構成部品によって風路の形状が異なり、送風
性能が大きく影響されるうえ、実製品に組み込んだ状態
での検証しか行うことが出来ないために、定量性を含ん
だ最適設計を支援するデータの提供が困難であった。こ
のため、ファンや風路の最適設計は、膨大な実験や経験
則に基づいて模索して成されていた。このためエネルギ
ー効率の良いファンを得るのに多大な時間とパワーが掛
かるという問題があった。更に膨大な蓄積されたデータ
を使用できない部門では性能が満足できない状態で製造
し，販売するなど環境対策のみならず商売上にも多くの
課題があった。

【０００８】本発明では、ファンの設計などにおいて、
ファンの形状だけでなく、風路形状をも決定し、ファン
を空気調和機室内機に組み込んだ状態での動作状態、送
風性能の予測を迅速に行い、試作試験の繰り返しを削減
できる装置の提供を目的として成されたものである。ま
た本発明は、どこからでもアクセスできる装置を使用し
て短期間で性能の良い通風構造を得るものである。また
本発明は，どこで，だれがファンを製造しようと，多大
の労力と資金を投入することなく性能の良い通風構造の
データーが得られ、簡単にファンが製造できるものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明に係
わる設計支援装置は、送風ファン及び風路構成部品を含
む通風構造の形状データを読み込み格子計算のデータを
作成する格子作成手段と，格子作成手段にて作成された
データと入力された計算条件により通風構造を流れる空
気の少なくとも速度を含めた性能を計算する通風計算手
段と，通風計算手段の計算結果から通風構造内の速度分
布及び風量と圧力の通風特性を求める性能処理手段と，
通風構造の形状データを入力し，通風構造内の速度分布
または風量と圧力の通風特性を出力する入出力手段と，
を備えたものである。

【００１０】また、本発明の第２の発明に係わる設計支
援装置の、入出力手段は通信回線を介して入出力するも
のである。

【００１１】本発明の第３の発明に係わる設計支援装置
の、通風構造に使用される送風ファンはクロスフローフ
ァン、軸流ファン，多翼送風機など各種ファンが使用可
能である。

【００１２】また、本発明の第４の発明に係わる設計支
援装置の、性能処理手段で求めた結果を蓄積するデータ
ーベースは、入出力手段を介して外部からデータが引き
出し可能なものである。

【００１３】また、本発明の第５の発明に係わる設計支
援装置の、性能処理手段は熱交換器を通過する空気の速
度もしくは圧力または流体騒音を演算できる機能を備え
たものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】実施の形態１．本実施の形態は例
えば空気調和機室内機や室外機のファンとケーシング形
状を決定する計算手法に関わるものであって、図１はク
ロスフローファンとケーシング形状に関する設計支援装
置が搭載されている計算機の構成図である。それぞれは
エンジニアリングワークステーションと呼ばれる計算機
を構成する。ＳＷ１は図面作成装置で以下ＣＡＤと言
う、ＳＷ２は専用ソフトウェアメーカーが開発、販売し
ており、以下市販と言う汎用の形状作成及び計算格子生
成目的の格子計算ソフトウェア、ＳＷ３は市販の流体計
算ソフトウェアまたは自作のソフトウェアであり、ＣＡ
ＤＳＷ１と格子計算ソフトウエアＳＷ２と流体計算ソフ
トウェアＳＷ３は同一のデータ転送回線で接続されてい
る。ＳＷ４はＣＡＤＳＷ１、格子計算ソフトウエアＳＷ
２、流体計算ソフトウェアＳＷ３と同一のデータ転送回
線で接続されている独自に設計した設計支援システムで
ある。設計者は、設計支援システムＳＷ４を利用してＣ
ＡＤＳＷ１と熱交換器、吹出しノズル等の空気調和機室
内機の形状データを処理し、結果データをデータ転送回
線を利用して形状格子計算ソフトウエアＳＷ２へ転送す
る。次に、設計者は設計支援システムＳＷ４を利用して
格子計算ソフトウェアＳＷ２に対し演算処理させた結果
データをデータ転送回線を利用して流体計算ソフトウェ
アＳＷ３へ転送する。次に、設計者は設計支援システム
ＳＷ４を利用して流体計算ソフトウェアＳＷ３に演算処
理させ、結果として空気調和機室内機の吹出し風量特性
等のデータを算出させ、結果データを見て仕様への使用
可否判断を考慮する。

【００１５】図２は設計支援装置の構成即ち演算工程概
要を示すブロック図、図３は形状作成装置７搭載のソフ
トウェアで作成した一例で、強度計算用に作成した空気
調和機室外機の配管計算格子であり、各メッシュが計算
格子で、配管からの引き出し線は固定相手の拘束条件を
示す。形状作成装置７搭載のソフトウェアが有している
計算格子の自動生成機能を活用した計算格子の分割生成
機能に特徴を置く。図４は同装置にて作成したファン以
外の熱交換器やノズル等の形状や配置によって影響され
る風路部分の計算格子、図５は同装置にて作成したファ
ンの計算格子である。

【００１６】以下、空気調和機室内機におけるクロスフ
ローファンとケーシングの形状決定と性能確認を行うた
めのデータの処理手順について、設計支援装置の構成概
要を示す図２のブロック図を用いて説明すると、まず、
６はＣＡＤで作成した形状データを７の装置に転送する
ＣＡＤ形状データ転送装置である。データ転送は回線に
接続されたＣＡＤと本装置間で、フロッピー（登録商
標）ディスクや磁気テープ等の磁気媒体を使用せず、回
線経由での電子データの送信するものであり、図１で示
すＣＡＤＳＷ１から形状格子計算ソフトウエアＳＷ２へ
の送信を指示する。これによりすばやい処理が可能にな
る。

【００１７】図２において、ＣＡＤ形状データ転送装置
６によりＣＡＤから転送された熱交換器や、吹出しノズ
ル等の空気調和機室内機の形状データは、データの形式
が各々異なる為に、そのままで計算に利用できない。７
は形状作成装置であり、計算可能とする様に形状を再定
義し、且つ計算格子に分割する装置であり、図１の格子
計算ソフトウェアＳＷ２を起動させる。形状作成装置７
は市販の汎用の形状作成及び計算格子生成ソフトウェア
を利用する。

【００１８】８は形状作成装置７で作成した形状を１０
の装置に形状データを磁気媒体を使用せず、回線経由で
電子データとして転送する室内機形状データ転送装置で
あり、図１で示す格子計算ソフトウェアＳＷ２から流体
計算ソフトウェアＳＷ３へのデータ送信を指示する。こ
の結果処理速度は非常に早くなる。

【００１９】９はファンの形状を成すパラメータである
ファンの外径、ファンの内外径比、翼の入口角beta1と
出口角beta2、翼中央の厚さLcent、翼前縁部と後縁部の
円弧径、翼の配置に関する係数を入力して、ファンの形
状や計算格子を自動的に作成することに特徴を置くファ
ン形状計算格子作成装置であり、これに替えて、過去に
作成、登録したファンの形状や計算格子をデータベース
から利用してもよい。ファン形状計算格子作成装置９は
図１の設計支援システムＳＷ４の端末からの指示で格子
計算ソフトウェアＳＷ２に演算処理させる事に対応す
る。

【００２０】１０は形状作成装置７とファン形状計算格
子作成装置９で作成したデータを合成する計算格子作成
並びに条件設定装置である。ここでは、市販の流体計算
ソフトウェアＳＷ３の中で、ファン形状計算格子作成装
置９で生成したファンの計算格子と形状作成装置７で生
成したファン以外の熱交換器や吹出しノズル部等の計算
格子を合成し、一体の計算格子とする。回転中のクロス
フローファンを含む空気調和機室内機内部の空気の流れ
を計算する為に、計算条件であるファンの回転速度、計
算を停止させる時間等の計算条件を計算格子作成並びに
条件設定装置１０に対して入力する必要がある。

【００２１】１１は計算実行装置である。計算実行装置
１１は市販または自作の流体計算ソフトウェアＳＷ３が
有している、計算格子のファン部を実機の如く回転させ
る機能を活用することに特徴を置くもので、回転中のク
ロスフローファンを含む空気調和機室内機内部の流れを
計算する。

【００２２】１２は空気流れの計算結果を表示するグラ
フ表示装置である。ここでは、後述の１３の計算結果処
理装置で設定された、空気調和機室内機の送風特性グラ
フやファン周囲の速度分布のグラフを出力装置に表示す
る。

【００２３】１３は、計算結果から、表示するデータを
選別する計算結果処理装置であり、空気調和機室内機吹
出風量特性を評価する為、室内機内部の圧力と吹出し風
量の相関を表す送風特性のグラフを作成する目的で計算
で得られた吹出し口の速度分布から吹出し風量を算出
し、さらに室内機内部の圧力値を抽出する。又、ファン
の性能評価の為に必要とされるファン周囲の速度分布グ
ラフを作成する目的で、ファン周囲の速度データを抽出
する。複数種類の形状を，この評価結果で比較したり，
あるいは目標とする性能が得られたかどうかをグラフで
判断することが出来る。

【００２４】１４は空気調和機室内機の熱交換器の熱交
換量を計算する熱交換器通過風速抽出装置であり、本発
明の装置で得られた熱交換器を通過する空気の速度を利
用する為に、本計算の計算結果から、熱交換器を通過す
る空気の速度だけを抽出する。計算格子作成並びに条件
設定装置１０、計算実行装置１１、計算結果処理装置１
３、熱交換器通過風速抽出装置における各装置内での演
算並びに各装置間でのデータ送信は設計支援システムＳ
Ｗ４の指示の下に流体計算ソフトウェアＳＷ３内部で実
施され、結果を設計支援システムＳＷ４の端末表示させ
る。通風性能だけでなく通風構造に一体に含まれる機器
の別の性能，例えば熱交換性能も確認できるので使いや
すく効果が得られる装置となる。

【００２５】次にこの発明における、クロスフローファ
ンの設計計算の手順を処理の手順に従って説明すると、
まずＣＡＤ形状データ転送装置６では、ＣＡＤで作成さ
れた空気調和機室内機の熱交換器や、吹出しノズル等の
形状データを形状作成装置７に転送する。利用者が入力
装置として接続されたマウスのボタンを押すだけで、回
線に接続された予め指定されたＣＡＤと本装置間で、回
線経由で電子データをコピーする命令が発せられ瞬時に
転送される。これによって利用者は、フロッピーディス
クや磁気テープ等の磁気媒体を用意したり、その媒体を
送付することなくオンラインでデータの転送が可能とな
る。

【００２６】ＣＡＤで作成された形状データは計算格子
作成並びに条件設定装置１０に入力してもデータ形式が
異なり計算に利用できない。そこで、形状作成装置７で
はＣＡＤ形状データ転送装置６によって転送された熱交
換器等の形状データを活用し、熱交換器や吹出しノズル
等の形状を再定義し、計算格子の自動生成機能を活用し
て計算格子１個の辺の長さだけを入力することにより計
算格子を自動作成する。

【００２７】室内機形状データ転送装置８では、形状作
成装置７で生成された室内機内部の熱交換器や吹出しノ
ズルの形状と計算格子を計算格子作成並びに条件設定装
置１０に転送する。転送方法はＣＡＤデータ転送装置６
と同様に回線に接続されたＣＡＤと本装置間で、フロッ
ピーディスクや磁気テープ等の磁気媒体を使用せず、回
線経由で電子データとして送信する事による。

【００２８】ファン形状計算格子作成装置９では、クロ
スフローファンの形状パラメータを入力し、以下の方法
で図４に示すファン形状と計算格子を自動生成する。

【００２９】ここで行う計算の手順を図６に示す。ま
た、図７は、計算の手順を説明する図である。まず、ス
テップＳ１として示すように、入力されたファンの外径
Ｒ０とファン内外径比Ｒratioから翼前縁の円弧の中心
Ｃ４を求める。次に、ステップＳ２として、中心Ｃ４上
で入力した翼の入口角beta1、半径ＲＯ／２の円周上に
おいて翼の出口角が入力した設計したい翼出口角beta2
となる点Ｃ５を定め、且つ、点Ｃ４、Ｃ５を結んだ線分
の垂直２等分線上に任意の点Ｃ１を定めて入力する。次
に、ステップＳ３として、点Ｃ４、Ｃ１を結んだ線分を
半径とする円弧を計算し、定義する。この円弧が翼の中
心線となる。 次に、ステップＳ４として、点Ｃ４、Ｃ
５を結んだ線分の垂直２等分線と翼の中心線の交点か
ら、入力した翼中央の厚さＬcentの１／２分半径方向に
増減した位置に点Ｃ６，Ｃ７を定義する。次に、ステッ
プＳ５として、点Ｃ４，Ｃ５を中心として、入力した翼
前縁と翼後縁の円弧径からなり円弧の始点と終点は、翼
前縁と翼後縁と接する地点でそれぞれ翼前縁と翼後縁の
円て弧とＣ６を通る円弧が接する様な円弧中心Ｃ２を求
める。又同時にステップＳ５では入力した翼前縁と翼後
縁の円弧径からなるそれぞれの円弧とＣ７を通る円弧が
接する様に円弧の中心Ｃ３を求める。次に、ステップＳ
６として、ステップＳ１からＳ５で定まった翼の形状を
半径ＲＯ／２の円周上に入力、配置する。翼間は、等間
隔または、以下の式で定義するθで配置を決定する。こ
こに従来例を示す図１４を利用してθを示すが、θの設
定法については本発明の実施の形態として以下に説明す
る。

【００３０】θ＝θ_０＋α・ｄθ・ｓｉｎ(ｋ・θ_０)、
θ_０＝(ｉ−１)ｄθ、 (ｉ＝１〜Ｎ)、ｄθ＝２π/Ｎで
Ｎ＝枚数、α＝係数、K＝係数。

【００３１】上の式においてα＝０とすると，翼間は等
間隔となる。αとｋに定数の値を入れると不当ピッチと
なる。計算格子作成並びに条件設定装置１０では、流体
計算ソフトを活用して、以下の方法で形状作成装置７で
生成されたファン以外の熱交換器の形状と計算格子、フ
ァン形状計算格子作成装置９で生成されたファンの形状
計算格子を合成し、さらには、計算を実行する為の設定
をする。

【００３２】ここで行う計算の手順を図８に示す。まず
ステップＳ１１として、形状作成装置７から室内機形状
データ転送装置８によりデータ転送されたファン以外の
熱交換器等の形状と計算格子を形状格子作成並びに条件
設定装置１０で読み込み、次にファン形状計算格子作成
装置９で生成されたファンの形状、計算格子を読み込む
形状作成装置７、ファン形状計算格子作成装置９では形
状作成の際にファン中心を座標原点として一致させてあ
り、この段階で形状・計算格子の合成が成り立つ。ステ
ップＳ１２として、熱交換器に相当する部分について、
実験及びシミュレーションで得られた熱交換器前後の圧
力差と空気速度差の関係をＮ次式で近似したときの係数
を、熱交換器の厚み，高さで除した値を，損失係数とし
て入力する。次に、ステップＳ１３として、大気に解放
となっている部分の圧力値や壁となっている部分のデー
タ入力により境界条件の定義をする。次に、ステップＳ
１４として、ファンの回転スペックとなる回転方向、角
速度を入力する。次に、ステップ１５として、計算の開
始時間、終了時間、計算の過程で、計算結果を保存する
頻度を入力する。

【００３３】以下、図２における計算実行装置１１で
は、流体計算ソフトウェアを活用して、ファンの部分の
計算格子を実機のファンの如く回転させながら、回転中
のクロスフローファンを含む空気調和機室内機内部の流
れを計算する。

【００３４】グラフ表示装置１２では、計算結果から、
グラフ表示するデータを選別する装置である。ここで
は、空気調和機室内機吹出風量特性を評価する為に、室
内機内部の圧力と吹出し風量の相関で表される送風特性
のグラフを作成する目的で、計算で得られた吹出し口の
速度分布から吹出し風量を算出し、さらに計算によって
得られる室内機内部の圧力分布から抽出した圧力値の平
均値を算出する。又は、ファンの性能評価の為に必要と
されるファン周囲の速度分布グラフを作成する目的で、
同様に計算で得られた室内機内部の速度分布からファン
周囲の速度データを抽出する。

【００３５】計算結果処理装置１３は設計者が要する、
室内機内部圧力またはファン周囲または熱交換器周辺で
の風量または風速を算出する目的で、計算結果のデータ
をグラフ表示装置１２に送信する装置である。

【００３６】熱交換器通過風量抽出装置１４は空気調和
機室内機の熱交換器の熱交換量を計算する装置にて、本
発明の装置で得られた熱交換器を通過する空気の速度を
利用する為に、本計算の計算結果から、熱交換器を通過
する空気の速度だけを抽出する装置である。この結果を
熱交換器の設計や熱交換器に流す冷媒のサイクルである
冷凍サイクル，あるいは水サイクルの設計に反映でき
る。流体騒音計算装置１５は空気調和機室内機の流体騒
音を計算する装置であって，本計算の結果から，空気調
和機室内機内部の流れによる速度，圧力や乱流エネルギ
ーのデーターにより騒音の発生源及び騒音値を計算す
る。これにより静かで高性能な空気調和機の設計が可能
となる。

【００３７】図９に計算結果処理の手順を示す。まず平
均圧力を算出するため、平均圧力ステップＳ２１として
計算結果のデータを読み込み、次にステップＳ２２とし
て圧力、速度のうち結果処理を実施する項目を圧力とし
た場合を示す。ステップＳ２３として空気の圧力につき
データの算出を要する任意の空調機の室内機の一部分に
おける線分、円弧の始点と終点を定義する。ステップＳ
２４として定義した線分、円弧上における圧力を全ての
計算結果より抽出する。ステップＳ２５として、ステッ
プＳ２３で定義した線分の位置によって室内機内部の平
均圧力を算出する。ステップＳ２６として吹き出し風量
のデータと併せ目的とする送風特性グラフを作成する。

【００３８】ステップＳ２６で送風特性グラフを作成す
る場合を示す。平均圧力ステップＳ２１として計算結果
のデータを読み込んだ後、ステップＳ２２として速度の
計算実施を選択する場合を示す。次にステップＳ３３と
して空気の速度につきデータの算出を要する任意の空調
機の室内機の一部分における線分、円弧の始点と終点を
定義する。ステップＳ３４として定義した線分、円弧上
における速度を全ての計算結果より抽出する。ステップ
Ｓ３５として、ステップＳ３３で定義した線分の位置に
よって吹き出し口の速度を算出し、次にステップＳ３６
において吹き出し風量を算出する。最後にステップＳ２
６として平均圧力データと併せ目的とする送風特性のグ
ラフを作成する。

【００３９】ステップＳ４５において熱交換器通過速度
を算出する場合を示す。ステップＳ３３として空気の速
度につきデータの算出を要する任意の空調機の室内機の
一部分における線分、円弧の始点と終点を定義した後、
ステップＳ４４において、定義した線分、円弧上におい
ての熱交換器周辺の速度を全ての計算結果より抽出す
る。ステップＳ４５として、ステップＳ３３で定義した
線分の位置によって熱交換器通過速度を算出する。風速
の分布状態が求められるため熱交換効率の良い熱交換器
の設計も可能になる。

【００４０】ステップＳ５５においてクロスフローファ
ン周囲での速度分布グラフを作成する場合を示す。ステ
ップＳ３３としてファン周囲の空気速度についてデータ
の算出を要する任意の空調機室内機の周囲での線分、円
弧の始点と終点を定義した後、ステップＳ５４におい
て、定義した線分、円弧上においてのクロスフローファ
ン周囲での速度を全ての計算結果より抽出する。ステッ
プＳ５５として、ステップＳ３３で定義した線分の位置
によってクロスフローファン周囲速度分布グラフを作成
する。これによってファンの構造，例えば翼のピッチな
どを見なおし更に性能を向上させることが机上の検討で
簡単に行える。

【００４１】本発明の装置によって、これらの各装置を
使用する事により、クロスフローファンの性能計算にお
ける計算のデータ入力時間が大幅に削減でき、短時間で
多くのファンの性能評価ができるので、空調機に最適な
クロスフローファンの設計ができる。また、クロスフロ
ーファンの性能計算におけるファン形状入力から結果処
理までを、一つの装置の中から複数の装置を制御し、一
連の流れの中で処理できるので、利用者は余分なデータ
の転送を行わなくてもよく、作業の効率化が図れる。

【００４２】図１０は空気調和機室外機や冷蔵庫機械室
冷却用の軸流ファンを示す。中心のボスと一体に翼１が
形成される。本発明は、以上述べた発明の実施の形態に
おいて説明し、かつ図面にて示した空気調和機室内機の
クロスフローファンおよびケーシングである風路形状を
決定し、さらに送風量などの性能を試算するための設計
支援システム並びに設計支援装置に限定するものではな
く、図１０に示した軸流ファン形状設計や冷蔵庫の冷気
通風路の周辺形状決定などに応用することも可能である
ほか、その要旨を脱し得ない範囲で種々変形して実施す
ることができる。軸流ファンでは翼形状の若干のふくら
みなどが性能に影響するし，翼に空気を導くベルマウス
などの通風ガイドとなるケーシングの形状が性能を左右
する。

【００４３】クロスフローファンは外周部から吸いこみ
ほぼ反対側の外周部へ噴出す。軸流ファンは前面から吸
いこみ遠心方向及び後面へ吹出す。遠心送風機は中央部
分から吸いこみ外周側へ吹出す。これらのファンの通風
構造、特にファンへの吸い込み部と吹出し部の通風構造
は使用目的，得ようとする性能に多くの影響を及ぼす。
図１１は空気調和機室内機用等に使用される多翼送風機
を示す。本発明は、以上述べた発明の実施の形態におい
て説明し、かつ図面にて示した空気調和機室内機のクロ
スフローファン等およびケーシングである風路形状を決
定し、さらに送風量などの性能を試算するための設計支
援システム並びに設計支援装置に限定するものではな
く、図１１に示した多翼送風機形状設計や送風機周辺形
状決定などに応用することも可能であるほか、その要旨
を脱し得ない範囲で種々変形して実施することができ
る。

【００４４】図１２は空気調和機室内機用の遠心送風機
を示す。中央部から吸いこみ外周がわに吹出す構造であ
る。本発明は、以上述べた発明の実施の形態において説
明し、かつ図面にて示した空気調和機室内機のクロスフ
ローファンおよびケーシングである風路形状を決定し、
さらに送風量などの性能を試算するための設計支援シス
テム並びに設計支援装置に限定するものではなく、図１
２に示した遠心送風機形状設計や送風機周辺形状決定な
どに応用することも可能であるほか、その要旨を脱し得
ない範囲で種々変形して実施することができる。

【００４５】以上述べた実施の形態において説明し、か
つ図面にて示した空気調和機室内機のクロスフローファ
ン等のファンやケーシングである風路形状を決定し、さ
らに送風量などの性能を試算するための設計支援システ
ム並びに設計支援装置における本発明は、同一工場内の
回線に接続された複数の計算機上に限定するものではな
く、図１３に示す様に、計算実行部を計算機センターと
し、国内他工場や海外工場からインターネットや専用回
線を介して形状の入力や作成可能とし、計算実行後、計
算結果を再びインターネットや専用回線を介して国内他
工場、海外工場で表示可能とする。また、計算結果は計
算機センター側に保管し、計算結果データベースとし
て、任意に過去の解析結果を検索できるものとする。設
計支援装置の構成即ち演算行程概要を示す。図１３は送
風構造設計システムの一例を示すシステムズである。

【００４６】２０は例えば空気調和機を設計製造する海
外の工場で，ファンの構造設計をＣＡＤで行いデータを
作成し通信回路２２で転送している。このＣＡＤ形状デ
ータ転送装置６やＣＡＤであるファンの形状作成装置７
からの形状データを認証装置２３を介し送信する。認証
装置から事前に指定された文字，記号や番号などにより
その工場からのデーターであることや依頼項目と共に契
約されあらかじめ取り決められている暗号などに基づく
信号が発信される。この結果データ処理に対する費用処
理なども安全に行われる。外部の通信回路２２は有線で
も無線でもあるいはインターネットや専用回線でも良く
国内に置かれた計算機センター２１へ送信する。なお海
外の工場２０は図面から数値データに直して数値データ
として通信する構成を説明したが，図面データそのもの
を通信することでも良い。計算機センターで格子計算で
きる基本のデータがあれば後の処理は計算機センターで
行うことで済む。計算機センター２１は海外から通風構
造の形状データを受け取り、計算を行うためデータを換
算する計算格子作成ならびに条件設定装置１０，計算を
処理する計算実行装置１１，必要なアウトプットを得る
計算結果処理装置１３にて，プログラム処理する。計算
機センターでは膨大な計算を短時間で処理でき，且つ、
多数の工場から次々とはいる演算依頼を処理出来るプロ
グラム能力を備えている。

【００４７】また計算機センター２１は先に述べた様に
外部と契約している工場他の部門とだけデータやその他
費用や特別の処理などをやり取りできるように認証装置
２４により入出力を可能としている。この入出力装置２
４を介して通風構造の設計計算を注文された海外工場２
０へ計算結果を送信できる。また海外工場では過去に依
頼した設計内容も直接計算機センター２１のデーターベ
ース２５にアクセスして引き出すことが出来るので，海
外工場２０のように個別の空調機製造工場では高価なプ
ログラムを保有しメインテナンスすると言うコストやパ
ワーが不要になるとともに、何時でも必要な設計データ
ーを取り出せる。このため，商品の売れ行きや商品環境
に応じた都合の良い通風構造の商品を金型などの利用で
きる設備の状況に応じ安価に且つ短期間に製造すること
が出来る。すなわち得られる性能は所定のものという前
提で，投資は製造に絞ることが出来、工場設備等の事情
に応じたフレキシブルな動きが可能になる。一方計算機
センター２１では構造設計の注文に応じて計算結果を出
力し，通信を介して回答するが，計算結果をデーターベ
ース２５に蓄積し過去分の資料も常に出力するサービス
も出来るようになっている。

【００４８】更にデーターベース２５にはファンを最適
設計するため膨大な実験や経験則に基づく補正係数が，
ファンの種類毎や能力の段階毎に貯えられており，図９
で示される演算処理を行う際に計算の補正に使用され
る。また風路系に設けられるフィルターや吸いこみグリ
ルなどの圧力損失も形状計算のデーター，熱交換器の圧
力損失係数，境界条件と共に貯えられている。このよう
な計算機センター２１を利用できる外部の工場にとって
見れば，最終評価を行う試作数は激減させることが出
来、コスト，パワーの削減のみならず無駄にする製品数
を大幅に減らすことが出来る。更にこの試作した製品を
試験して評価する負荷や時間も大幅に減ると共に，も
し，このような計算を自分でしようとすれば計算に使用
するソフトウエアを自由に使用できるための教育も必要
になるがこのような体制，人材，時間を省くことが出来
る。更に境界条件の入力などの対策も不要となる。上記
の説明では海外工場の例をあげたが計算機センター２１
は通風構造をプログラムにて解析処理し解析プログラム
をメインテナンスする技術を有し，且つファンや通風構
造の基礎技術と応用技術を保有，場合によっては試作試
験を行う集団とそのために必要な装置を保有していれば
良く、外部から通信を介して受注する通風構造の設計を
行い対価を得るシステムが可能で，どこからも，国内海
外を問わず、通風が必要な相手から注文が得られる。一
方、注文を出すほうは最新の技術に基づく設計をすばや
く得ることが出来，且つ設計に必要な設備投資や試作試
験などの評価が不要になり安く早い商品展開などが可能
になる。

【００４９】本発明の設計支援システムは、翼形状とフ
ァンの構成パラメータを入力してファンの形状を作成計
算して風路の形状を決定する工程と、風路の形状を用い
て任意の動作状態における性能特性を計算する工程と、
性能計算された中から選別して特定の性能を表示する工
程備えて成るものであるから、机上でファンの動作状態
が予測できるので、短期間で機器に最適なファンもしく
はファンに最適な機器の開発が短期間できるという効果
を得ることが出来た。

【００５０】また、この設計支援システムは、ファンの
形状作成計算が、入力されたファンの外径Ｒ０とファン
内外径比Ｒratioから翼前縁の円弧の中心Ｃ４を求める
工程と、Ｃ４上で入力した翼の入口角beta1、半径ＲＯ
／２の円周上において翼の出口角が入力したbeta2とな
る点Ｃ５を定め、且つ、点Ｃ４、Ｃ５を結んだ線分の垂
直２等分線上に任意の点Ｃ１を定める工程と、点Ｃ４、
Ｃ１を結んだ線分を半径とする円弧を定義し、この円弧
が翼の中心線となる工程と、点Ｃ４、Ｃ５を結んだ線分
の垂直２等分線と翼の中心線の交点から、入力した翼中
央の厚さＬcentの1/2分半径方向に増減した位置に点Ｃ
６，Ｃ７を定義する工程と、点Ｃ４，Ｃ５を中心とする
円弧の始点と終点が翼前縁と翼後縁と接する地点として
入力した翼前縁と翼後縁の円弧径からなる両円弧と点Ｃ
６を通る円弧が接する円弧の中心点Ｃ２を求める工程
と、始点と終点が翼前縁と翼後縁ると接する地点として
入力した翼前縁と翼後縁の円弧径からなるそれぞれの円
弧と点Ｃ７を通る円弧が接する様に円弧の中心点Ｃ３を
求める工程と、ステップＳ１からＳ６で定まった翼の形
状を半径ＲＯ／２の円周上に配置し、翼間を等間隔また
は式の形で定義するθで配置を決定する工程と、を備え
て成るものであるから、従来の手作業と比して短時間に
形状と計算格子が生成できるので、短期間で様々な形状
のファン設計がてきるという効果を得ることが出来た。

【００５１】また，この設計支援装置は、ファン形状を
含む形状データを読み込み空気調和機室内機の内部圧力
または吹出し風量または速度を導く機能を備えて構成さ
れて成る性能計算および結果処理を行う装置において、
計算したい範囲を選択して指定された範囲の圧力または
速度を抽出する事または速度分布グラフまたは送風特性
グラフを出力装置に表示するものであるから、ファンを
機器に搭載した様々な条件で事前に評価できるので、短
期間で機器に最適なファンもしくはファンに最適な機器
の開発を短期間とする効果を得られる。

【００５２】また、この設計支援装置は、複数の処理装
置を用いた性能計算と結果処理を行う際、前記各装置間
の電子データの送受信により前記複数の処理装置を制御
するため、短時間で効率的にデータ転送が可能となるの
で、設計作業が効率化されるという効果を得ることが出
来た。

【００５３】また、この設計支援装置は、性能計算およ
び結果処理を行う装置が、空気調和機室内機のクロスフ
ローファン周囲の速度データを抽出できる機能を備えて
構成されて成るものであるから、迅速に性能計算結果の
評価ができるので高性能なファンの開発が短期間ででき
るという効果を得ることができる。

【００５４】また、この設計支援装置は、性能計算およ
び結果処理を行う装置が、必要な熱交換器を通過する空
気の速度だけを抽出できる機能を備えて構成されて成る
ものであるから、熱交換器の熱交換量を実使用に近い条
件で計算するので、熱交換器の熱交換量を計算する装置
の予測精度が向上するという効果を得ることが出来る。

【００５５】

【発明の効果】本発明の第１の発明に係わる設計支援装
置は、送風ファン及び風路構成部品を含む通風構造の形
状データを読み込み格子計算のデータを作成する格子作
成手段と，格子作成手段にて作成されたデータと入力さ
れた計算条件により通風構造を流れる空気の少なくとも
風速を含めた性能を計算する通風計算手段と，通風計算
手段の計算結果から通風構造内の速度分布及び風量と圧
力の通風特性を求める性能処理手段と，通風構造の形状
データを入力し，通風構造内の速度分布または風量と圧
力の通風特性を出力する入出力手段と，を備えたので、
性能の良い通風構造を簡単に得ることが出来る。

【００５６】また、本発明の第２の発明に係わる設計支
援装置の、入出力手段は通信回線を介して入出力するの
で、製造上の都合に合わせた商品を短時間に得ることが
出来る。

【００５７】本発明の第３の発明に係わる設計支援装置
の、通風構造に使用される送風ファンはクロスフローフ
ァン、軸流ファン，多翼送風機など各種ファンが使用可
能であるので，多くの種類の通風構造を簡単に得ること
が出来る。

【００５８】また、本発明の第４の発明に係わる設計支
援装置の、性能処理手段で求めた結果を蓄積するデータ
ーベースは、入出力手段を介して外部からデータが引き
出し可能なので、使い勝手の良い装置が得られる。

【００５９】また、本発明の第５の発明に係わる設計支
援装置の、性能処理手段は熱交換器を通過する空気の速
度もしくは圧力または流体騒音を演算できる機能を備え
たので、通風性能のみならず熱交換性能も確実に得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による計算機の構成図。

【図２】 本発明の通風構造設計支援装置の構成概要を
示すブロック図。

【図３】 本発明で利用した市販ソフトウェアで作成し
た計算格子図。

【図４】 本発明のクロスフローファン設計支援装置に
て作成したファン以外の熱交換器、ノズル等の計算格子
図。

【図５】 本発明のクロスフローファン設計支援装置に
て作成したファンの計算格子図。

【図６】 本発明で行われるファン形状自動作成手順の
フローチャート図。

【図７】 本発明で行われるファン形状自動作成手順の
説明図。

【図８】 本発明で行われる流れのシミュレーションに
関する設定手順のフローチャート図。

【図９】 本発明で行われる流れのシミュレーションに
関する結果処理手順のフローチャート図。

【図１０】 本発明から応用可能な一例の軸流ファンの
モデル図。

【図１１】 本発明から応用可能な一例の多翼送風機の
モデル図。

【図１２】 本発明から応用可能な一例の遠心送風機の
モデル図。

【図１３】 本発明から応用可能な設計支援装置の構成
概要を示すブロック図。

【図１４】 従来の技術の説明における空気調和機室内
機断面図。

【図１５】 従来技術による翼形状定義図。

【図１６】 従来技術により定義された翼形状の断面
図。

【符号の説明】

１ 翼 、２ 風路、３ 吹出口、４ 吸込口、５ 熱
交換器、６ ＣＡＤ形状データ転送装置、７ 形状作成
装置、８ 室内機形状データ転送装置、９ ファン形状
計算格子作成装置、１０ 計算格子作成並びに条件設定
装置、１１ 計算実行装置、１２ グラフ表示装置、１
３ 計算結果処理装置、１４ 熱交換器通過風速抽出装
置、１５ 流体騒音計算装置，２０ 海外工場，２１
計算機センター，２２ 通信回路，２３、２４ 認証装
置，２５ データーベース。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉橋 淳 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 羽下 誠司 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5B046 AA07 CA06 JA09 KA05

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送風ファン及び風路構成部品を含む通風
   構造の形状データを読み込み格子計算のデータを作成す
   る格子作成手段と，前記格子作成手段にて作成されたデ
   ータと入力された計算条件により前記通風構造を流れる
   空気の少なくとも速度を含めた性能を計算する通風計算
   手段と，前記通風計算手段の計算結果から前記通風構造
   内の速度分布及び風量と圧力の通風特性を求める性能処
   理手段と，前記通風構造の形状データを入力し，前記通
   風構造内の速度分布または風量と圧力の通風特性を出力
   する入出力手段と，を備えたことを特徴とする設計支援
   装置。
2. 【請求項２】 前記入出力手段は通信回線を介して入出
   力することを特徴とする請求項１に記載の設計支援装
   置。
3. 【請求項３】 前記通風構造に使用される前記送風ファ
   ンはクロスフローファン、軸流ファン，多翼送風機など
   各種ファンが使用可能であることを特徴とする請求項１
   および２に記載の設計支援装置。
4. 【請求項４】 前記性能処理手段で求めた結果を蓄積す
   るデーターベースは、前記入出力手段を介して外部から
   データが引き出し可能なことを特徴とする請求項１乃至
   ３のうちの少なくとも１に記載の設計支援装置。
5. 【請求項５】 前記性能処理手段は、前記通風構造内に
   設けられた熱交換器を通過する空気の速度もしくは圧力
   または流体騒音を演算できる機能を備えたことを特徴と
   する請求項１乃至４のうちの少なくとも１に記載の設計
   支援装置。