JP2007205269A - 遠心ファン - Google Patents

Abstract

【課題】回転駆動されるハブ（５）と、空気を吸込むための吸込口を有するシュラウド（４）と、上記ハブ（５）と上記シュラウド（４）との間に連結固定された複数の羽根（６）とからなる羽根車を備えた遠心ファンにおいて、羽根車出口における気流速度のハブ回転軸方向の分布を均一化することにより乱流騒音の低減を図る。
【解決手段】羽根後縁における羽根（６）とハブ（５）との連結位置である第一連結位置（６ｈ）において該後縁に接する第一接線（２１）が、羽根（６）の回転方向前側に向かってシュラウド（４）に接近する方向に延び且つ羽根（６）とシュラウド（４）との連結位置である第二連結位置（６ｓ）において羽根後縁に接する第二接線（２２）が、羽根（６）の回転方向前側に向かって上記ハブ（５）に接近する方向に延びるようにする。
【選択図】図７

Description

本発明は、羽根車を備えた遠心ファンに関する技術分野に属する。

従来より、回転駆動されるハブと、ハブに対向するように配設され、空気を吸込むための吸込口を有するシュラウドと、ハブとシュラウドとの間に連結固定された複数の羽根とからなる羽根車を備えた遠心ファンに関して、遠心ファン駆動時に発生する騒音を低減するための種々の騒音低減技術が提案されている。例えば、特許文献１に示すものでは、上記羽根車内に配設された羽根の形状に工夫を凝らすことにより、気流内の流速差に起因する乱流騒音の低減を図っている。

具体的には、上記羽根は羽根後縁において、シュラウドと羽根との連結位置がハブと羽根との連結位置に対して回転方向に向かって後側に位置するように形成されている。すなわち、羽根後縁部において羽根の正圧面（羽根の回転方向前側の面）がハブに対して、羽根のハブ側からシュラウド側に向かって回転方向後側に傾斜している。

従って、上記羽根車内に導かれた気流は、上記各羽根の間を通過する際に、ハブ回転軸方向のハブ側からシュラウド側に向かう方向の流速成分が付加されて、シュラウド壁面近傍において気流がハブ回転軸方向から径方向に向かって曲げられること及び流体粘性の影響を受けることにより形成された気流速度が低い領域（以下、低流速域と呼ぶ）に向かって積極的に流動されることとなる。そして、この流動作用によりシュラウド壁面近傍の気流速度が増幅される結果、羽根車出口における気流速度のハブ回転軸方向の分布が均一化され、これにより気流速度差に起因する乱流騒音の低減が図られている。
特開平１０−１９６５９１号公報

しかしながら、従来の上記遠心ファンでは、羽根車出口におけるシュラウド壁面近傍の気流速度のハブ回転軸方向分布は均一化されるものの、ハブ壁面近傍においては流体粘性の影響による低流速域が依然として存在して気流速度差に起因する乱流騒音の原因となっていた。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、羽根車出口における気流速度のハブ回転軸方向分布を均一化する、詰まり羽根車出口においてハブからシュラウドまでの略全体に亘って気流速度が一定になるようにすることで遠心ファン作動時における乱流騒音を低減しようとすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、羽根の後縁が、シュラウド壁面近傍においては回転方向前側向かってハブに接近する方向に延び、且つハブ壁面近傍においては回転方向前側に向かってシュラウドに接近する方向に延びるようにした。

具体的には第１の発明では、中心軸（１５）回りに回転駆動されるハブ（５）と、該ハブ（５）に対向するように配設され、中心部に空気を吸込むための吸込口（４ｂ）を有するシュラウド（４）と、上記ハブ（５）と上記シュラウド（４）との外周部に連結固定され、上記中心軸（１４）回りに周方向に互いに所定の間隔を空けて配設された複数の羽根（６）とからなる羽根車（３）を備えた遠心ファンを対象とする。

そして、上記羽根（６）の後縁における、上記ハブ（５）と上記羽根（６）との連結位置である第一連結位置（６ｈ）において該後縁に接する第一接線（２１）が、上記羽根（６）の回転方向前側に向かって上記シュラウド（４）に接近するように延び、且つ上記シュラウド（４）と上記羽根（６）との連結位置である第二連結位置（６ｓ）において上記後縁に接する第二接線（２２）が、上記羽根（６）の回転方向前側に向かって上記ハブ（５）に接近するように延びてなるように構成されている。

この構成により、羽根車出口（３ａ）における気流速度差に起因する乱流騒音の低減を図ることができる。すなわち、従来の遠心ファンでは、羽根車出口（３ａ）におけるシュラウド壁面（４ａ）近傍及びハブ壁面（５ａ）近傍に、気流がハブ回転軸方向から径方向に曲げられることや流体粘性の影響を受けることによる低流速域が広がっていた。しかしながら本発明の構成によれば、羽根後縁部における羽根の正圧面をシュラウド壁面（４ａ）近傍及びハブ壁面（５ａ）近傍において回転方向前側に向かって傾斜させることができるので、羽根車内に導かれた気流は各羽根（６）の間を通過する際にシュラウド壁面（４ａ）及びハブ壁面（５ａ）に向かって積極的に流動され、その結果ハブ壁面（５ａ）近傍及びシュラウド壁面（４ａ）近傍の上記低流速域における気流速度が増幅される。従って、羽根車出口（３ａ）における気流速度のハブ回転軸方向分布をハブ（５）からシュラウド（４）までの略全体に亘って均一化させることができ、これにより気流速度差に起因する乱流騒音の低減を図ることができる。

第２の発明では、第１の発明に記載の遠心ファンにおいて、上記第一接線（２１）と該第一接線（２１）を上記第一連結位置（６ｈ）における上記ハブ（５）の接平面（２３）に投影した直線とがなす角度である第一角度（θ１）、及び、上記第二接線（２２）と該第二接線（２２）を上記第二連結位置（６ｓ）における上記シュラウド（４）の接平面（２４）に投影した直線とがなす角度である第二角度（θ２）が共に０°を超えて９０°未満の範囲内にあるように構成されている。

この構成によれば、第１の発明と同様に、上記第一接線（２１）が、上記羽根（６）の回転方向前側に向かって上記シュラウド（４）に接近するように延び、且つ上記第二接線（２２）が、上記羽根（６）の回転方向前側に向かって上記ハブ（５）に接近するように延びることとなる。従って、この発明により第１の発明と同様の作用効果が得られる。

第３の発明では、第２の発明に記載の遠心ファンにおいて、上記第一角度（θ１）は４０°以上８０°以下の範囲内にあり、上記第二角度（θ２）は３５°以上６５°以下の範囲内にあるように構成されている。

この構成により、第１の発明に記載の作用効果をより一層良好に得ることができる。すなわち上述のように、上記第一角度（θ１）を９０°よりも小さくすることにより、上記羽根車出口（３ａ）におけるハブ壁面（５ａ）近傍の気流速度を増幅させることができるが、気流がハブ壁面（５ａ）に向かって流れることに伴いシュラウド壁面（４ａ）近傍の気流速度は低下する。同様に、上記第二角度（θ２）を９０°よりも小さくすることにより、上記羽根車出口（３ａ）におけるシュラウド壁面（４ａ）近傍の気流速度を増幅させることができるが、気流がシュラウド壁面（４ａ）に向かって流れることに伴いハブ壁面（５ａ）近傍の気流速度は低下する。従って、羽根車出口（３ａ）における気流速度のハブ回転軸方向分布を一定にするためには、上記第一角度（θ１）及び第二角度（θ２）を最適な値に設定する必要がある。そこで、発明者は鋭意研究の末、第一角度（θ１）及び第二角度（θ２）が上記範囲内にあるときに羽根車出口（３ａ）における気流速度のハブ回転軸方向分布が均一化され、その結果乱流騒音の低減に伴う優れた騒音低減効果が得られることを見い出した。

以上説明したように、本発明に係る遠心ファンによれば、羽根（６）の後縁が、シュラウド壁面（４ａ）近傍においては回転方向前側に向かってハブ（５）に接近する方向に延び、且つハブ壁面（５ａ）近傍においては回転方向前側に向かってシュラウド（４）に接近する方向に延びるようにすることで、羽根車出口（３ａ）における気流速度のハブ回転軸方向分布を均一化させることができ、これにより遠心ファン作動時における乱流騒音の低減を図ることができる。

第２の発明に係る遠心ファンによれば、第１の発明と同様の作用効果を得ることができる。

第３の発明に係る遠心ファンによれば、第１の発明と同様の作用効果をより一層良好に得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に本発明の実施形態に係る遠心ファン（２）を搭載した空気調和機（１）の断面図を示す。空気調和機（１）はケーシング（８）内に収容された遠心ファン（２）と熱交換機（１０）とからなり、遠心ファン（２）は、羽根車（３）と該羽根車（３）を駆動するための電動機（１１）と吸引した空気を羽根車内に案内するためのベルマウス（７）とからなる。尚、空調機（１）は通常、室内天井部等に埋込まれ、ベルマウス（７）の空気吸引口が室内に面するように詰まり鉛直下側を向くように設置される。

上記羽根車（３）は、中心軸（１５）回りに回転駆動されるハブ（５）と、該ハブ（５）に対向するように配設され、中心部に空気を吸込むための吸込口（４ｂ）を有するシュラウド（４）と、上記ハブ（５）とシュラウド（４）との外周部に連結固定され、上記中心軸（１５）（以下、ハブ回転軸（１５）という）周りに周方向に互いに所定の間隔を空けて配設された複数の羽根（６）（図２参照）とで構成されていて、ハブ（５）に連結された電動機（１１）によりハブ回転軸（１５）回りに回転駆動される。また、羽根車（３）の外周側面には、シュラウド（４）とハブ（５）と上記複数の羽根（６）とに囲まれ、空気の出口を構成する羽根車出口（３ａ）が周方向全周に亘って形成されている。上記ハブ（５）は、円盤状部材からなるものであって該円盤の外周縁上に、羽根（６）の後縁が位置するように形成されている。上記シュラウド（４）は、内壁面が吸込口（４ｂ）に対してハブ側に向かって径方向外側に滑らかに拡大するとともに該内壁面の外周縁上に羽根（６）の後縁が位置するように形成されている。また、シュラウド（４）の吸込口（４ｂ）には、ケーシング（８）に取付固定されたベルマウス（７）が内挿されている。

さらに、羽根車（３）の外周外側には、該羽根車（３）を取り囲むようにハブ回転軸（１５）回りに環状に形成された上記熱交換機（１０）が配設されている。

以下、本発明の特徴の一つである上記羽根（６）の形状について詳細に説明する。羽根（６）はハブ回転軸方向に向かって、該ハブ回転軸（１５）に垂直な羽根断面（以下、羽根断面と呼ぶ）の形状が連続的に変化する３次元形状をなしており、任意の羽根断面において羽根後縁の位置とハブ回転軸（１５）との距離（ｒ）（図４乃至図６参照）が常に一定になるように形成されている。より詳細には、羽根（６）のIV−IV線位置及びＶ−Ｖ線位置（図３参照）における断面図である図４及び図５に示すように、羽根（６）のハブ側からシュラウド側に向かって、羽根後縁位置とハブ回転軸（１５）との距離（ｒ）（ハブ（５）の半径と同じ値）を一定に保った状態で、羽根（６）の後縁位置が回転方向前側に向かって連続的に移動し、これに伴い出口角（βｈ）は連続的に増加する。一方、羽根（６）のＶ−Ｖ線位置及びVI−VI線位置（図３参照）における断面図である図５及び図６に示すように、Ｖ−Ｖ線位置よりもシュラウド側に位置する羽根断面おいては、ハブ側からシュラウド側に向かって羽根（６）の後縁位置が回転方向後側に向かって移動し、これに伴い出口角（βｈ）は連続的に減少する。このとき、ハブ回転軸（１５）と後縁とを結ぶ直線が、該ハブ回転軸（１５）を含む任意の基準面（Ｘ）に対してなす角度をθαとし、羽根後縁位置のハブ回転軸方向の位置をＺとするとＺはθαの二次関数として表される。

従って、図７に示すように羽根（６）の後縁は、該後縁における羽根（６）とハブ（５）との連結位置である第一連結位置（６ｈ）及び羽根（６）とシュラウド（４）との連結位置である第二連結位置（６ｓ）を結ぶ直線に対して回転方向前側に向かって弓状に湾曲した形状になっており、このとき上記第一連結位置（６ｈ）において羽根後縁に接する第一接線（２１）は、羽根（６）の回転方向前側に向かってシュラウド（４）に接近するように延び、且つ第二連結位置（６ｓ）において羽根後縁に接する第二接線（２２）は、上記羽根（６）の回転方向前側に向かって上記（ハブ５）に接近するように延びている。すなわち、上記第一接線（２１）と該第一接線（２１）を上記第一連結位置（６ｈ）における上記ハブ（５）の接平面（２３）に投影した直線とがなす角度である第一角度（θ１）、及び、上記第二接線（２２）と該第二接線（２２）を上記第二連結位置（６ｓ）における上記シュラウド（４）の接平面（２４）に投影した直線とがなす角度である第二角度（θ２）が共に０°を超えて９０°未満の範囲内に設定されている。

以上のような構成の羽根車（３）が電動機（１１）の駆動力によりハブ回転軸（１５）回りに回転すると、空気がベルマウス（７）を通って、シュラウド（４）の中心部に形成された上記吸込口（４ｂ）から羽根車内に吸引される。吸引された空気は、シュラウド壁面（４ａ）及びハブ壁面（５ａ）に挟まれた流路に沿って径方向外側に向きを変えて、回転する複数の羽根（６）の間に流れ込む。そして、各羽根（６）の間を通過する際に静圧と動圧が付加されて上記羽根車出口（３ａ）から径方向外側に排出される。排出された空気は更に熱交換機（１０）を通過する際に加熱又は冷却された後、吹出口（９）より吹き出されて室内温度及び室内湿度を調整する作用をなす。

以上の如く上記実施形態では、上記第一接線（２１）と該第一接線（２１）を上記第一連結位置（６ｈ）における上記ハブ（５）の接平面（２３）に投影した直線とがなす角度である第一角度（θ１）、及び、上記第二接線（２２）と該第二接線（２２）を上記第二連結位置（６ｓ）における上記シュラウド（４）の接平面（２４）に投影した直線とがなす角度である第二角度（θ２）が共に０°を超えて９０°未満の範囲内に設定されている。この構成によれば、図８に示すように羽根後縁部における羽根（６）の正圧面をシュラウド壁面（４ａ）近傍及びハブ壁面（５ａ）近傍において回転方向前側に向かって傾斜させることができるので、気流は、各羽根（６）の間を通過する際にシュラウド壁面（４ａ）及びハブ壁面（５ａ）に向かって積極的に流動される。従って、気流方向が曲げられることや流体粘性の影響によりハブ壁面（５ａ）近傍及びシュラウド壁面（４ａ）近傍に形成された低流速域における気流速度を増幅させることができ、これにより羽根車出口（３ａ）における気流速度のハブ回転軸方向分布を均一化することができる（図１０参照）。従って、気流速度差に起因する乱流騒音の低減を図ることが可能となる。

図９に実際に騒音試験を行った結果を示す。ここで騒音低減量とは、第一角度（θ１）が９０°、第二角度（θ２）が７７°に設定された従来型の遠心ファン（２）の比騒音と該従来型遠心ファン（２）に対する本発明の実施形態に係る遠心ファン（２）の比騒音低減量との比であり、この値が大きいほど騒音低減効果が大きいことを示している。試験結果によれば、第一角度（θ１）が４０°以上８０°以下の範囲内にあり、且つ第二角度（θ２）が３５°以上６５°以下の範囲内にあるときに騒音低減量は０．３以上となって特に大きな騒音低減効果を得ることができる。尚、第二角度（θ２）は第一角度（θ１）よりも小さくなるように設定されている。これによりハブ壁面（５ａ）に向かう気流よりもシュラウド壁面（４ａ）に向かう気流の割合を多くすることができる。従って、気流がハブ壁面（５ａ）近傍に比べて急激に曲げられることに起因してシュラウド壁面（４ａ）近傍に形成された、ハブ壁面（５ａ）近傍よりも気流速度が遅い低流速域に向かって気流を積極的に流動させることができ、これにより羽根車出口（３ａ）における気流速度のハブ回転軸方分布を容易に均一化することができる。よって、気流速度差に起因する乱流騒音をより一層確実に低減することができる。
（他の実施形態）
本発明の構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、それ以外の種々の構成を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、羽根（６）の後縁は、ハブ回転軸（１５）と後縁とを結ぶ直線がハブ回転軸（１５）を含む任意の基準面（Ｘ）に対してなす角度をθαとし、羽根後縁位置のハブ回転軸方向の位置をＺとしたときに、Ｚがθαの二次関数になるように形成されているが、これに限ったものではなく例えばＺがθαに比例して直線的に変化するようにしてもよい。

また、任意の羽根断面において羽根後縁の位置とハブ回転軸（１５）との距離（ｒ）（図４乃至図６参照）が常に一定になるように形成されているが、これに限ったものではなく該距離（ｒ）が変化するようにしてもよい。

本発明は、羽根車を備えた遠心ファンに有用であり、特に騒音が問題となる室内空調設備等に搭載する際に有用である。

本発明の実施形態に係る遠心ファンを搭載した空気調和機の断面図である。 上記遠心ファンに搭載された羽根車の斜視図である。 図１における羽根の拡大図である。 図３のIV−IV線断面図である。 図３のＶ−Ｖ線断面図である。 図３のVI−VI線断面図である。 図３のVII方向矢視図である。 図３のVIII−VIII線断面図である。 従来の遠心ファンに対する、本発明の実施形態に係る遠心ファンの騒音低減効果を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る遠心ファンの羽根車出口における気流速度のハブ回転軸方向分布を示す模式図である。

符号の説明

Ｕ 回転方向
θ１ 第一角度
θ２ 第二角度
２ 遠心ファン
３ 羽根車
４ シュラウド
４ｂ 吸込口
５ ハブ
６ 羽根
６ｈ 第一連結位置
６ｓ 第二連結位置
１５ 中心軸（ハブ回転軸）
２１ 第一接線
２２ 第二接線
２３ 第一連結位置においてハブ接する接平面
２４ 第二連結位置においてシュラウドに接する接平面

Claims (3)

1. 中心軸（１５）回りに回転駆動されるハブ（５）と、該ハブ（５）に対向するように配設され、中心部に空気を吸込むための吸込口（４ｂ）を有するシュラウド（４）と、上記ハブ（５）と上記シュラウド（４）との外周部に連結固定され、上記中心軸（１５）回りに周方向に互いに所定の間隔を空けて配設された複数の羽根（６）とからなる羽根車（３）を備えた遠心ファンであって、
   上記羽根（６）の後縁における、上記ハブ（５）と上記羽根（６）との連結位置である第一連結位置（６ｈ）において該後縁に接する第一接線（２１）が、上記羽根（６）の回転方向前側に向かって上記シュラウド（４）に接近するように延び、且つ上記シュラウドと（４）上記羽根（６）との連結位置である第二連結位置（６ｓ）において上記後縁に接する第二接線（２２）が、上記羽根（６）の回転方向前側に向かって上記ハブ（５）に接近するように延びていることを特徴とする遠心ファン。
2. 請求項１記載の遠心ファンにおいて、
   上記第一接線（２１）と該第一接線（２１）を上記第一連結位置（６ｈ）における上記ハブ（５）の接平面（２３）に投影した直線とがなす角度である第一角度（θ１）、及び、上記第二接線（２２）と該第二接線（２２）を上記第二連結位置（６ｓ）における上記シュラウド（４）の接平面（２４）に投影した直線とがなす角度である第二角度（θ２）が共に０°を超えて９０°未満の範囲内にあることを特徴とする遠心ファン。
3. 請求項２記載の遠心ファンにおいて、
   上記第一角度（θ１）は４０°以上８０°以下の範囲内にあり、上記第二角度（θ２）は３５°以上６５°以下の範囲内にあることを特徴とする遠心ファン。

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