JP2005248950A - 送風ファンの構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 ブレードの外側端部を傾斜するように形成することにより、空気の流動による騒音および乱流の発生を低減すると共に消費電力が減少する送風ファンの構造を提供する。
【解決手段】 シュラウド１２２と、吐出される空気の流れがガイドされるハブ１２４と、シュラウドとハブとの間の間隙に多数形成され、シュラウドに近接した側の外径とハブに近接した側の外径とが互いに異なるように形成され、回転により空気を強制的に送風させるためのブレード１２６とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、送風ファンに関し、より詳しくは、送風ファンの動作中に発生する流動損失を低減させることにより、送風ファンをより効率よく動作させると共にブレードの回転時に発生する騒音を一層低減することができる送風ファンの構造に関する。

送風ファンは、大容量の空気を吸込して強制的に送風させるものであって、本発明の主な関心は、空気がターボファンの垂直方向に吸い込まれ、ブレードにより空気の流動方向が９０°偏向されてからファンの遠心方向に送風させるターボファンにある。

送風ファンは、空気の流入側に形成されるシュラウドと、吐出側に形成されるハブと、前記シュラウドおよびハブに固定される多数のブレードとにより形成される。また、金型による送風ファンの生産性を向上させると共に風量を増加させるために、前記シュラウドの内径より前記ハブの外径が小さくなるようにし、前記ハブの外径は、ブレードの外径より小さくする。また、前記ハブは、前記ブレードにより空気の流動方向が変化して吐出される吐出側に形成され、送風ファンから吐出される空気の流れが円滑になるようにガイドする。また、前記ブレードの端部は、生産の便宜を図るため、ハブおよびシュラウドに対して垂直方向に形成される。

しかし、ハブの外径がブレードの外径より小さい場合は、送風ファンを通過する空気の流れが十分にガイドされなくなる。換言すれば、ブレードにより送風は行われるが、ハブによる空気の流れのガイドが行われない非ガイド領域が発生し、この非ガイド領域では、空気の渦流が増加し、騒音が発生する問題点がある。また、ハブによりガイドされて吐出される空気と、ブレードによりガイドされて吐出される空気とが互いに干渉し、これによって、強い乱流が発生し、この乱流により騒音が増加するようになる。

また、渦流の発生は、効率の低下につながって消費電力が大きくなり、さらには、流動損失により減少された冷気の量を増加させるため送風ファンの回転速度を増加させる必要があるために、一層消費電力が大きくなるという問題点がある。

本発明は、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って、本発明の目的は、ブレードの先端とハブの端部を最適化することにより、送風ファンの吐出側から発生する乱流および騒音を低減させる送風ファンの構造を提供することにある。

本発明の他の目的は、端部の形状を改善することにより、送風ファンの騒音を低減させる送風ファンの構造を提供することにある。

前述の目的を達成するための本発明の送風ファンの構造は、シュラウドと、吐出される空気の流れをガイドするハブと、前記シュラウドとハブとの間の間隙に多数形成され、前記シュラウドに近接した側の外径と前記ハブに近接した側の外径とが互いに異なるように形成され、回転により空気が強制的に送風されるようにするブレードと、を備えることを特徴とする。

また、前記シュラウドと接する前記ブレードの端部の外径は、前記シュラウドの外径と同一であることが好ましい。
また、前記ブレードの外径は、前記シュラウドから前記ハブに向かって小さくなることが好ましい。

また、前記シュラウドに近接したブレードの外径をＤ２とし、前記ハブに近接したブレードの外径をＤ１とし、前記ハブの外径をＤ０とする時に、０．５＜（Ｄ２−Ｄ１）／（Ｄ２−Ｄ０）＜０．９を満たすことが好ましい。

また、前記ブレードの外側端部は、滑らかな線形であることが好ましい。
また、前記ブレードは、前記ハブの中央部に形成される隆起部にも延長形成され、前記ハブの半径の半分以上の長さを有することが好ましい。

また、前記シュラウドと前記ブレードとが接する箇所において、前記シュラウドの外径と前記ブレードの外径とが同一であることが好ましい。
また、前記ブレードは、送風ファンの中心に向かって幅が小さくなり、また、前記シュラウド側から前記ハブ側に向かって送風ファンの内側に傾斜するように形成されることが好ましい。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を具体的に説明する。
本発明に係る送風ファンは、空気の流入側に形成されるシュラウド１２２と、送風される空気の吐出側に形成されるハブ１２４と、前記シュラウド１２２と前記ハブ１２４との間の間隙部に形成される多数のブレード１２６とで構成される。

前記シュラウド１２２の前方には、流入される空気の流れを円滑にガイドするためのベルマウス（図６の１３０）が設けられている。
なお、図面にはターボファンが例示されているが、本発明の思想が適用される送風ファンがターボファンに限定的に適用されるのではなく、当業者であれば、本発明の思想を他の送風ファンにも適用して実施することができる。

本発明は、前記シュラウド１２２と前記ハブ１２４との間に一定の間隙を置いて設けられたブレード１２６が、シュラウド１２２に近接した側の外径と、ハブ１２４に近接した側の外径とが互いに異なるように形成されることに一つの特徴がある。具体的に、シュラウド１２２に近接した箇所のブレード１２６の外径は、ハブ１２４に近接した箇所のブレード１２６の外径に比べて大きく形成される。このように形成することで、ブレード１２６から吐出される空気とハブ１２４から吐出される空気との干渉が低減し、吐出される空気間の衝突が減って空気の流動騒音と乱流の発生が低減する。

具体的に、前記ハブ１２４は、全体形状が切頭円錐形状であり、前記シュラウド１２２と対向する位置に設けられる。また、前方から流入される空気の抵抗が低減されながら、空気の移動方向がファンの周り方向に切り替えられて吐出されるように中央部がシュラウド１２２を向いて前方に凸状に突出形成されている。また、前記ハブ１２４の中央部の内側には、モータが設けられており、中央部の上端には、モータの回転軸が挿入される軸挿入部が形成されている。

また、前記ブレード１２６は、その内側端部が緩やかな形状であり、前記シュラウド１２２とハブ１２４との間に位置付けられる。前記ブレード１２６のシュラウド１２２側端部は、前記シュラウド１２２の周面端部と同じ長さに形成され、前記ブレード１２６のハブ１２４側端部より長く、すなわち、前記ブレード１２６の全体外径において、前記シュラウド１２２側のブレード１２６の外径より前記ハブ１２４側のブレード１２６の外径が小さく形成される。

本発明に係る送風ファンの動作を説明する。前記ベルマウス１３０により円滑にガイドされた状態で、空気が送風ファン側に流入される。流入された空気は、ブレード１２６により流路が９０°偏向された状態でハブ１２４およびシュラウド１２２によりガイドされ、吐出される。流入された空気は、送風ファンの垂直方向に流入され、吐出される空気は、９０°偏向されてから送風ファンの遠心方向に吐出される。また、前記ブレード１２６の先端は、上方から下方へ、換言すれば、シュラウド側からハブ側へ向かって傾斜しているために、ブレード１２６の下端から吐き出される空気とハブ１２４から吐き出される空気とが互いに干渉するおそれが少ない。

但し、前記ブレード１２６の下端が内側へ傾斜しているため、風量が少なくなるおそれがあるが、これを補完するため前記ブレード１２６がハブ１２４の内側に向けて中心部まで延長形成されることにより、流量の損失を減らすことができる。換言すれば、ハブ１２４の中心部には、モータまたは回転軸が収容されるように凸状の隆起部１２５が形成され、前記ブレード１２６が前記隆起部まで延長する。このように形成することで、ブレードは、ハブの半径の少なくとも半分以上の長さを有するように形成され、流量の損失を補充することができる。このようにするため、前記ブレード１２６は、送風ファンの内側に行くほどその幅が小さくなるようになっている。前記ブレード１２６が空気を強制的に送風させるために、滑らかに傾斜して形成されるのは言うまでもない。

図２は、図１のＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。
図２を参照すると、シュラウド１２２、ハブ１２４、ブレード１２６が示されており、前記ブレード１２６は、送風ファンの中心部に向けてさらに延長されている。

また、前記ブレード１２６の外径は、シュラウド１２２側を基準にしてハブ１２４側に向けて外径が変化する。換言すれば、ハブ１２４に近接したブレードの端部の外径がシュラウド１２２に近接したブレードの端部の外径に比べて小さく形成される。また、前記ブレード１２６の外側端部は、線形、好ましくは、直線状に滑らかに延びている。

前記ブレード１２６の外側端部について詳述する。前記シュラウド１２２に近接したブレード１２６の外径をＤ２とし、前記ハブに近接したブレードの外径をＤ１とし、前記ハブの外径をＤ０とする時、外径の変化比（ΔＤ_ratio）は、次の数式２のように定義される。
〔数式２〕
ΔＤ_ratio＝（Ｄ２−Ｄ１）／（Ｄ２−Ｄ０）

前記数式２に関連する好ましい外径の変化比の範囲は、５０〜９０％である。前記径（Ｄ０、Ｄ１、Ｄ２）は、送風ファン全体の中心を基準にして適用される数値である。このように前記ハブ１２４側のブレード１２６の外径Ｄ１を外径変化比（ΔＤ_ratio）の５０〜９０％範囲内で形成する理由は、前記ハブ１２４とブレード１２６の先端における流動干渉を低減させると共にハブ１２４側のブレード１２６の先端における渦流発生をも低減させるためである。即ち、前記渦流発生による送風ファン１２０の騒音を減少させるためである。

図３は、本発明に係る送風ファンの内部流動流れ状態を示す図である。図３を参照すると、矢印は、空気の流れを示す流線であって、送風ファンの吐出側における流線がスムースに連結形成され、これにより、流動の干渉または騒音が小さくなることが分かる。

図４は、本発明に係る送風ファンの外径の変化比（ΔＤ_ratio）に関する騒音特性を示すグラフであり、図５は、送風ファンによる流動騒音の周波数領域に従う状態を示すグラフである。図４および図５から本発明の効果がより明確になる。

図４を参照すると、外径の変化比（ΔＤ_ratio）が約７２％である時に騒音が最低点となり、それより増加または減少すると、ファンの騒音が大きくなることがわかる。従って、ブレード１２６の外側端部をファンの騒音が比較的小さい外径の変化比（ΔＤ_ratio）である５０〜９０％範囲内で適用する場合、送風ファン１２０の騒音が低減することが容易に分かる。他の側面として、シュラウド１２２に近接したブレード１２６の直径は、シュラウドの直径を等しく維持した状態で、ハブ１２４に近接したブレード１２６の直径を、前述の外径の変化比によって調整することができる。

図５を参照すると、１０はブレードの端部が垂直に形成される場合において、２０は、外径の変化比が７２％である場合において、周波数領域による騒音の発生量を示している。これらを参照して、騒音の周波数領域と比較すると、１０００〜２０００Ｈｚ帯域において騒音が低減され、全体として送風ファンから発生する騒音が低減していることが分かる。

本発明の送風ファンは、壁掛型エアコン、室内機・室外機一体型のエアコンまたは天井カセットタイプのエアコンに適用され、騒音の低減効果および消費電力減少効果、風量増加効果を得ることができる。以下、本発明の送風ファンが空調機に適用された例について説明する。

図６は、本発明の送風ファンが適用される壁掛型エアコンを示す断面図である。
図６を参照すると、エアコン１００は、四角状のケース１８０と、室内空気を吸い込むように前記ケースの前面中央に形成された吸込口１６０と、前記ケース１８０内に設けられ、回転により室内空気をケース内に吸い込むようにする送風ファン１２０と、送風ファン１２０を回転させるモータ１５０と、前記送風ファン１２０に吸い込まれる空気の流れをガイドするベルマウス１３０と、前記室内空気の吸込口１６０と送風ファン１２０との間に形成され、前記送風ファン１２０の吸込み作用でケース１８０内に吸い込まれた室内空気と冷媒との熱交換により冷気を形成させる蒸発器１４０と、前記蒸発器１４０の蒸発作用で形成された冷気を送風ファン１２０の送風作用で再び室内に吐き出すためケース１８０の上及び下部に形成された吐出口１７０とを含む。

このようなエアコンの動作について説明する。室外機（図示省略）から低温低圧の液状に膨張された冷媒が蒸発器１４０に流入され、前記送風ファン１２０の回転により室内空気が空調機１００の前面中央に形成された吸込口１６０を介して吸い込まれる。また、吸い込まれた室内空気は、蒸発器１４０の管内を通過する冷媒との熱交換により冷却された後、前記送風ファン１２０により前記ケース１８０の外側に形成された吐出口１７０を介して室内に吐出される過程が繰り返して行われることで、室内の冷房がなされる。このとき、吐出される冷たい空気の流動中に発生する騒音が低減する効果が得られ、消費者の快適感が一層増大する効果が得られる。

本発明によれば、前記ブレードの形状を最適化することにより、前記ハブとブレードの先端における流動干渉による渦流発生が抑制され、騒音低減の効果が得られる。
また、送風ファンの運転に使用される消費電力が減少されるため、省エネルギーの効果も奏する。

本発明に係る送風ファンの斜視図である。 図１のＩ−Ｉ’線に沿った断面図であって、本発明に係る送風ファンの構造を示す図である。 本発明に係る送風ファンの内部流動状態を示す図である。 本発明に係る送風ファンの外径の変化比（ΔＤ_ratio）に関する騒音特性を示すグラフである。 送風ファンによる流動騒音の周波数領域毎の状態を示すグラフである。 本発明の送風ファンが適用される壁掛型エアコンを示す断面図である。

符号の説明

１００ 壁掛型エアコン（空調機）
１２０ 送風ファン
１２２ シュラウド
１２４ ハブ
１２６ ブレード
１３０ ベルマウス
１４０ 蒸発器
１５０ モータ
１６０ 吸込口
１７０ 吐出口
１８０ ケース

Claims (10)

1. シュラウドと、
   吐出される空気の流れがガイドされるハブと、
   前記シュラウドとハブとの間の間隙に多数形成され、前記シュラウドに近接した側の外径と前記ハブに近接した側の外径とが互いに異なるように形成され、回転により空気が強制的に送風されるようにするブレードと、
   を備えることを特徴とする送風ファンの構造。
2. 前記シュラウドと接する前記ブレードの端部の外径は、前記シュラウドの外径と同一であることを特徴とする請求項１に記載の送風ファンの構造。
3. 前記ブレードの外径は、前記シュラウドから前記ハブに向かって小さくなることを特徴とする請求項１に記載の送風ファンの構造。
4. 前記シュラウドに近接したブレードの外径をＤ２とし、前記ハブに近接したブレードの外径をＤ１とし、前記ハブの外径をＤ０とする時、０．５＜（Ｄ２−Ｄ１）／（Ｄ２−Ｄ０）＜０．９を満たすことを特徴とする請求項１に記載の送風ファンの構造。
5. 前記ブレードの外側端部は、滑らかな線形であることを特徴とする請求項１から項４のいずれか一項に記載の送風ファンの構造。
6. 前記ブレードは、前記ハブの中央部に形成される隆起部にも延長形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の送風ファンの構造。
7. 前記ブレードは、前記ハブの半径の半分以上の長さを有することを特徴とする請求項１から項４のいずれか一項に記載の送風ファンの構造。
8. 前記シュラウドと前記ブレードとが接する箇所において、前記シュラウドの外径と前記ブレードの外径とが同一であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の送風ファンの構造。
9. 前記ブレードは、送風ファンの中心に向かって幅が小さくなることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の送風ファンの構造。
10. 前記ブレードは、前記シュラウド側から前記ハブ側に向かって送風ファンの内側に傾斜するように形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の送風ファンの構造。

Images