JP2010133254A - 遠心送風機及びこれを備えた空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】静圧特性、効率特性、騒音特性の更なる向上を図り得るようにした遠心送風機及びこれを備えた空気調和機を提供する。
【解決手段】羽根４の前縁４ａの主板２側における主板面２ａとのなす角度「θａ」を鋭角に、後縁４ｂの主板２側における主板面２ａとの傾斜角「θｂ」を鈍角にそれぞれ設定する。係る設定によれば、前縁４ａの主板側端部４ａ１とシュラウド側端部４ａ２の半径方向における偏位量が大きくなり、これによって上記羽根４の前縁４ａに流入する空気流の流れ方向における該前縁４ａの回転方向の幅寸法が拡大され、流入する空気流相互間における干渉が抑制され、空気流の乱れも抑制される。その結果、前縁３４ａ付近、特に上記シュラウド３近傍での空気流の乱れ抑制され、それだけ空力特性、送風効率及び静粛性が向上することになる。
【選択図】図１

Description

本願発明は、三次元形状の羽根を備えた遠心送風機、及びこの遠心送風機を備えて構成される空気調和機に関するものである。

例えば、天井埋込型の空気調和機に適用される遠心送風機においては、高効率化（省エネ化）及び低騒音化が課題とされ、これに関して種々の提案がなされている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

このような技術の流れの中で、遠心送風機の性能改善を、羽根形状の工夫によって実現するものとして、三次元形状の羽根を備えた遠心送風機も提案されている（例えば、特許文献３参照）。

ここで、三次元形状の羽根を備えた遠心送風機の一例を、図１５及び図１６に示している。この遠心送風機３１における羽根３４の形状は以下のように設定されている。

即ち、上記羽根３４の前縁３４ａの半径方向長さ（即ち、前縁４ａの半径方向範囲における、該前縁４ａの形状に沿った実長さであって、図１５、図１６で符号「Ｌ０１」で示す長さ）を拡大すべく、上記羽根３４の前縁３４ａの主板３２側における主板面３２ａとのなす角度「θａ」を「θａ≧９０°」に、後縁３４ｂの主板３２側における主板面３２ａとの傾斜角「θｂ」を「８０°≦θｂ≦９０°」の範囲に、それぞれ設定する（図１６参照）とともに、前縁３４ａの主板側端部３４ａ１とシュラウド側端部３４ａ２の回転方向における偏位角度「θｆ」を「θｆ＜１０°」に、後縁３４ｂの主板側端部３４ｂ１とシュラウド側端部３４ｂ２の回転方向における偏位角度「θｇ」を「θｇ＞２θｆ」に、それぞれ設定している。

特開平５−３１２１８９号公報 特開２００２−６１５９７号公報 特開２００２−７０７９３号公報

ところが、このような「羽根３４の前縁３４ａの半径方向長さ「Ｌ０１」を拡大する」手法によれば、その結果として、図１５及び図１６に示すように、前縁３４ａの回転方向長さ「Ｌ０２」が短くなる。従って、図１７に示すように、ファン吸込口３５から羽根３４の前縁３４ａ側へ吸い込まれる空気流の流れを見ると、該シュラウド３３のファン吸込口３５から羽根３４の前縁３４ａ側への空気流の流入方向と前縁３４ａの延設方向が、特に該前縁３４ａのファン吸込口３５寄りの領域Ｓにおいては近似することになる。このため、前縁３４ａに流入する空気流相互間の干渉によって空気流の乱れが生じ易く、前縁３４ａ付近で空気流の剥離が生じ始め、この剥離に起因する渦流Ｃが翼間を通過するまでに次第に成長して大きな乱れを生じ、スムーズな翼間流れが阻害されることとなり、その結果、空力特性、送風効率及び静粛性の向上という点において問題である。

なお、この従来の遠心送風機における静圧特性、効率特性、騒音特性を、図５〜７に、それぞれ破曲線で示している。

また、小さな回転方向長さ「Ｌ０２」の範囲内で回転方向長さ「Ｌ０１」を確保する構成であることから、羽根３４の各翼素において翼弦長、入口角及び出口角を変更することが必要となり、羽根４の形状の複雑化を招来するという問題もある。

そこで本願発明は、羽根の形状をさらに工夫することで、静圧特性、効率特性、騒音特性の更なる向上を図り得るようにした遠心送風機及びこれを備えた空気調和機を提供することを目的としてなされたものである。

本願発明ではかかる課題を解決するための具体的手段として次のような構成を採用している。

本願の第１の発明では、主板２とシュラウド３の間に複数の羽根４、４・・を配置してなる遠心送風機において、上記羽根４の前縁４ａの主板２側における主板面２ａとのなす角度「θａ」を鋭角に、後縁４ｂの主板２側における主板面２ａとの傾斜角「θｂ」を鈍角にそれぞれ設定したことを特徴としている。

本願の第２の発明では、上記第１の発明に係る遠心送風機において、上記羽根４の翼素を回転座標系に対して回転移動させ、前縁４ａの主板側端部４ａ１とシュラウド側端部４ａ２の回転方向における偏位角度「θｆ」を「θｆ≧１０°」に、後縁４ｂの主板側端部４ｂ１とシュラウド側端部４ｂ２の回転方向における偏位角度「θｇ」を「θｇ≦２θｆ」に、設定したことを特徴としている。

本願の第３の発明では、上記第１又は第２の発明に係る遠心送風機において、上記羽根４の後縁４ｂ部分にセレーション６１を設けたことを特徴としている。

本願の第４の発明では、上記第１又は第２の発明に係る遠心送風機において、上記羽根４の負圧面４Ｂ側にディンプル６２を設けたことを特徴としている。

本願の第５の発明では、上記第１又は第２の発明に係る遠心送風機において、上記羽根４の前縁４ａの上記主板２寄り部位に、前方側へ膨出する階段状の膨出部６３を設けたことを特徴としている。

本願の第６の発明に係る空気調和機では、上記第１、第２、第３、第４又は第５の発明に係る遠心送風機を備えて構成されたことを特徴としている。

本願発明では次のような効果が得られる。

（ａ）本願の第１の発明に係る遠心送風機によれば、主板２とシュラウド３の間に複数の羽根４、４・・を配置してなる遠心送風機において、上記羽根４の前縁４ａの主板２側における主板面２ａとのなす角度「θａ」を鋭角に、後縁４ｂの主板２側における主板面２ａとの傾斜角「θｂ」を鈍角にそれぞれ設定している。

このような設定によれば、前縁４ａの主板側端部４ａ１の位置に対してシュラウド側端部４ａ２の位置が回転方向に大きく偏位することから、例え前縁４ａの半径方向長さが従来構成のものと同様であっても、前縁４ａが回転方向後方側へ後傾した形体となり該前縁４ａの回転方向長さが拡大される。従って、側面視における前縁４ａに対する吸込空気流の流入角が大きくなり、流入する空気流相互間における干渉が抑制され、空気流の乱れも抑制される。その結果、前縁３４ａ付近、特に上記シュラウド３近傍での空気流の乱れ抑制され、スムーズな翼間流れが実現され、これによって遠心送風機１の空力特性、送風効率及び静粛性が向上することになる。

（ｂ）本願の第２の発明に係る遠心送風機では、上記羽根４の翼素を回転座標系に対して回転移動させ、前縁４ａの主板側端部４ａ１とシュラウド側端部４ａ２の回転方向における偏位角度「θｆ」を「θｆ≧１０°」に、後縁４ｂの主板側端部４ｂ１とシュラウド側端部４ｂ２の回転方向における偏位角度「θｇ」を「θｇ≦２θｆ」に、設定している。

係る設定によれば、従来のように前縁３４ａの小さい半径方向長さの範囲内で回転方向長さの拡大を図るものではなく、回転座標系で翼素を回転移動させることで前縁４ａの回転方向長さの拡大を図るものであることから、上記羽根４の各翼素における翼弦長及び空気流の入口角及び出口角を変更する必要がなく、それだけ羽根４の形状の簡略化が図れ、延いては遠心送風機の低コスト化が促進される。

（ｃ）本願の第３の発明に係る遠心送風機によれば、上記（ａ）又は（ｂ）に記載の効果に加えて以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記羽根４の後縁４ｂ部分にセレーション６１を設けているので、後縁４ｂにおいては、該セレーション６１の形状に対応して、翼長の長い部分と短い部分が交互に存在し、羽根４の 圧力面４Ａを流れる空気流と、負圧面４Ｂを流れる空気流の後縁４ｂ側での合流位置が該後縁４ｂの全長において交互に段階的に行なわれ、その結果、合流に伴う空気流の圧力勾配及び速度欠損が小さくなり、後縁４ｂから後方へ流れ出る後流の乱れが抑制され、送風音が低減され、遠心送風機１の静粛性が更に促進される。

（ｄ）本願の第４の発明に係る遠心送風機によれば、上記（ａ）又は（ｂ）に記載の効果に加えて以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記羽根４の負圧面４Ｂ側にディンプル６２を設けているので、負圧面に沿って流れる空気流は、該負圧面に存在する上記ディンプル６２の負圧吸引作用を受け、負圧面からの剥離が抑制され、その結果、空気流の剥離に起因する送風音の発生が抑制され、遠心送風機１の静粛性の更なる向上が期待できる。

（ｅ）本願の第５の発明に係る遠心送風機によれば、上記（ａ）又は（ｂ）に記載の効果に加えて以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記羽根４の前縁４ａの上記主板２寄り部位に、前方側へ膨出する階段状の膨出部６３を設けているので、前縁４ａに流れ込む空気流は上記膨出部６３の段差面６３ａ部分に衝突して流れが乱れ、縦渦Ｄを発生する。この縦渦Ｄは、上記段差面６３ａに案内されて上記羽根４の圧力面４Ａと負圧面４Ｂの何れか一方側において集中的に生成され且つ次第に発達して強力で大きなエネルギをもつことから、この縦渦Ｄによって上記羽根４の圧力面４Ａ又は負圧面４Ｂでの空気流の剥離が効果的に抑制され、送風音が低減され、遠心送風機１の静粛性が更に促進される。

（ｆ）本願の第６の発明に係る空気調和機によれば、上記第１、第２、第３、第４又は第５の発明に係る遠心送風機を備えて構成されているので、該遠心送風機がもつ高い空力特性、送風効率及び静粛性がそのまま空気調和機の特性として反映され、高効率で且つ静粛性に優れた空気調和機を得ることができる。

以下、本願発明を好適な実施形態に基づいて具体的に説明する。
Ｉ：第１の実施形態
図１には、本願発明の第１の実施形態に係る遠心送風機１を示している。この遠心送風機１は、主として天井埋込型空気調和機用の送風機として用いられるものであって、主板２とシュラウド３の間に複数の羽根４、４・・を所定間隔で配置して構成され、上記吸込口３の内周側をファン吸込口５とするとともに、対向する上記主板２とシュラウド３の外周面に開口する翼間開口をファン吹出口６、６、・・としている。この遠心送風機１は、図示しないモータによって回転駆動されることで、上記ファン吸込口５から吸い込んだ空気流を上記各ファン吹出口６、６、・・から周囲へ吹出すようになっている。

この遠心送風機１は、静圧特性、効率特性及び騒音特性の更なる向上を図り得るようにしたものであり、その最大の特徴は上記羽根４の形状設定にある。

即ち、上記羽根４は、図２及び図３に示すように、三次元形状をもつ斜形型羽根であって、その主要諸元は以下のように設定されている。

即ち、上記羽根４の圧力面４Ａ側からの側面視においては、図２に示すように、上記羽根４の前縁４ａの主板２側における主板面２ａとのなす角度「θａ」を「５０°≦θａ≦９０°」の範囲の鋭角に、後縁４ｂの主板２側における主板面２ａとの傾斜角「θｂ」を「１００°≦θｂ＜１５０°」の範囲の鈍角に、後縁４ｂと上記主板面２ａとのなす角度「θｃ」を「４０°≦θｃ≦７０°」の範囲の鋭角に、それぞれ設定している。

また、上記羽根４の後縁４ｂ側からの背面視においては、上記羽根４の圧力面４Ａ側におけると後縁４ｂの上記主板面２ａに対する傾斜角「θｄ」を「４０°≦θｄ≦７０°」範囲に、上記羽根４の負圧面４Ｂの上記主板面２ａに対する傾斜角「θｅ」を「８０°≦θｅ≦１２０°」の範囲に、それぞれ設定している。

さらに、上記遠心送風機１の平面視においては、図３に示すように、羽根４の各翼素を、上記主板２に接する一端面４ｃから上記シュラウド３に接する他端面４ｄにかけて、回転座標系で回転移動させている。そして、上記前縁４ａの主板側端部４ａ１とシュラウド側端部４ａ２の回転方向における偏位角度「θｆ」を「θｆ≧１０°」の範囲に設定するとともに、上記後縁４ｂの主板側端部４ｂ１とシュラウド側端部４ｂ２の回転方向における偏位角度「θｇ」を「θｇ≦２θｆ」の範囲に設定している。

このように上記羽根４の形状設定を行なった結果、以下のような作用効果が得られる。

（１） 上記羽根４の前縁４ａの主板２側における主板面２ａとのなす角度「θａ」を「５０°≦θａ≦９０°」の範囲の鋭角に、後縁４ｂの主板２側における主板面２ａとの傾斜角「θｂ」を「１００°≦θｂ＜１５０°」の範囲の鈍角にそれぞれ設定したことで、図２及び図３にそれぞれ示すように、前縁４ａの主板側端部４ａ１の位置に対してシュラウド側端部４ａ２の位置が回転方向後方側へ大きく偏位することから、例え前縁４ａの半径方向長さが従来構成のものと同様であっても、前縁４ａが回転方向後方側へ後傾した形体となる分だけ該前縁４ａの回転方向長さ「Ｌ１２」が拡大される。従って、側面視における前縁４ａに対する吸込空気流の流入角が大きくなる（図４参照）。この結果、羽根４の前縁４ａに流入する空気流相互間における干渉が可及的に抑制され、空気流の乱れが抑制され、該前縁３４ａ付近、特に上記シュラウド３近傍の領域Ｓにおける空気流の乱れ抑制されることで、スムーズな翼間流れが実現され、これによって遠心送風機１の空力特性、送風効率及び静粛性が向上することになる。

（２） 上記前縁４ａの半径方向長さの拡大手法として、従来のように小さい偏位角度「θｆ」の範囲内で前縁３４ａを湾曲させて回転方向長さを拡大する手法（図１５参照）をとることなく、図３に示すように、上記羽根４の翼素を回転座標系に対して回転移動させ、前縁４ａの主板側端部４ａ１とシュラウド側端部４ａ２の回転方向における偏位角度「θｆ」を「θｆ≧１０°」に、後縁４ｂの主板側端部４ｂ１とシュラウド側端部４ｂ２の回転方向における偏位角度「θｇ」を「θｇ≦２θｆ」に、それぞれ設定することで、従来のように前縁４ａの小さい回転方向長さの範囲内で半径方向長さの拡大を図るものではなく、回転座標系で翼素を回転移動させることで前縁４ａの回転方向長さ「Ｌ１２」の拡大を図るものであることから、上記羽根４の各翼素における翼弦長及び空気流の入口角及び出口角を変更する必要がなく、それだけ羽根４の形状の簡略化が図れ、延いては遠心送風機１の低コスト化が促進されることになる。

なお、図５〜７に、この実施形態の遠心送風機１における静圧特性、効率特性、騒音特性を、それぞれ実曲線で示している。破曲線で示す従来の遠心送風機における静圧特性、効率特性、騒音特性と対比することで、この実施形態の遠心送風機１が空力特性、送風効率及び静粛性という面において優れていることが理解される。
ＩＩ：第２の実施形態
図８及び図９には、本願発明の第２の実施形態に係る遠心送風機１を示している。この遠心送風機１は、上記第１の実施形態に係る遠心送風機１を基本構成とし、この遠心送風機１における上記羽根４の後縁４ｂの全範囲にセレーション６１を設けた点に特徴を有している。

このように、上記羽根４の後縁４ｂの全範囲にセレーション６１を設けることで、上記羽根４の後縁４ｂにおいては、該セレーション６１の形状に対応して、翼長の長い部分と短い部分が交互に存在し、羽根４の 圧力面４Ａを流れる空気流Ａと、負圧面４Ｂを流れる空気流Ａの後縁４ｂ側での合流位置が該後縁４ｂの全長において交互に段階的に行なわれる。その結果、合流に伴う空気流の圧力勾配及び速度欠損が小さくなり、後縁４ｂから後方へ流れ出る後流の乱れが抑制され、送風音が低減され、遠心送風機１の静粛性が更に促進されるものである。

なお、上記以外の遠心送風機１の基本構成及びこれによる作用効果は、上記第１の実施形態の場合と同様であるので、該第１の実施形態の該当説明を援用し、ここでの説明を省略する。
ＩＩＩ：第３の実施形態
図１０及び図１１には、本願発明の第３の実施形態に係る遠心送風機１を示している。この遠心送風機１は、上記第１の実施形態に係る遠心送風機１を基本構成とし、この遠心送風機１における上記羽根４の負圧面４Ｂ側にディンプル６２を設けた点に特徴を有している。

このように上記羽根４の負圧面４Ｂ側にディンプル６２を設けることで、負圧面４Ｂに沿って流れる空気流Ａは、該負圧面４Ｂに存在する上記ディンプル６２の負圧吸引作用を受け、負圧面４Ｂからの剥離が抑制される。その結果、空気流Ａの剥離に起因する送風音の発生が抑制され、遠心送風機１の静粛性の更なる向上が期待できるものである。

なお、上記以外の遠心送風機１の基本構成及びこれによる作用効果は、上記第１の実施形態の場合と同様であるので、該第１の実施形態の該当説明を援用し、ここでの説明を省略する。
ＩＶ：第４の実施形態
図１２及び図１３には、本願発明の第４の実施形態に係る遠心送風機１を示している。この遠心送風機１は、上記第１の実施形態に係る遠心送風機１を基本構成とし、この遠心送風機１における上記羽根４の前縁４ａの上記主板２寄り部位に、前方側へ膨出する階段状の膨出部６３を設けた点に特徴を有している。

このように上記羽根４の前縁４ａの上記主板２寄り部位に上記膨出部６３を設けることで、前縁４ａに流れ込む空気流Ａは上記膨出部６３の段差面６３ａ部分に衝突して流れが乱れ、縦渦Ｄを発生する。この縦渦Ｄは、上記段差面６３ａに案内されて上記羽根４の圧力面４Ａと負圧面４Ｂの何れか一方側において集中的に生成され且つ次第に発達して強力で大きなエネルギをもつことから、この縦渦Ｄによって上記羽根４の圧力面４Ａ又は負圧面４Ｂでの空気流の剥離が効果的に抑制され、送風音が低減され、遠心送風機１の静粛性が更に促進されるものである。

なお、上記以外の遠心送風機１の基本構成及びこれによる作用効果は、上記第１の実施形態の場合と同様であるので、該第１の実施形態の該当説明を援用し、ここでの説明を省略する。
Ｖ：第５の実施形態
図１４には、本願発明の第５の実施形態として、上記第１の実施形態に係る遠心送風機１を備えて構成される空気調和機の天井埋込型室内機１０を示しており、同図において、符号１１は天井１８内に埋め込み配置されるケーシング、１２は化粧パネルであり、該化粧パネル１２には吸込口１３と吹出口１４が設けられている。また、符号１５はベルマウス、１７は熱交換器である。

この室内機１０では、上記吸込口１３を通して上記ファン吸込口５側に吸い込まれた室内空気を、熱交換器１７において熱交換され、冷風あるいは温風として上記吹出口１４から室内へ吹出される。

このように上記遠心送風機１を備えた室内機１０においては、該遠心送風機１がもつ高い空力特性、送風効率及び静粛性がそのまま室内機１０の特性として反映され、高効率で且つ静粛性に優れた空気調和機を得ることができる。

なお、上記遠心送風機１として、第１の実施形態に係る遠心送風機１に限らず、第２〜第４の実施形態に係る遠心送風機１をも適用できるものである。

本願発明の第１の実施の形態に係る遠心送風機の斜視図である。 図１に示した遠心送風機に備えられた羽根の単体図である。 図１に示した遠心送風機の要部拡大平面図である。 図２に示した羽根における空気の流れ状態説明図である。 遠心送風機の［流量−静圧］特性図である。 遠心送風機の［流量−全圧］特性図である。 遠心送風機の［流量−比騒音］特性図である。 本願発明の第２の実施の形態に係る遠心送風機の斜視図である。 図８に示した遠心送風機に備えられた羽根の単体図である。 本願発明の第３の実施の形態に係る遠心送風機の斜視図である。 図１０に示した遠心送風機に備えられた羽根の単体図である。 本願発明の第４の実施の形態に係る遠心送風機の斜視図である。 図１２に示した遠心送風機に備えられた羽根の単体図である。 本願発明に係る遠心送風機を備えた天井埋込型空気調和機の室内機の構成を示す断面図である。 従来の遠心送風機の要部平面図である。 図１５に示した遠心送風機に備えられた羽根の単体図である。 図１６に示した羽根における空気の流れ状態説明図である。

符号の説明

１ ・・遠心送風機
２ ・・主板
３ ・・シュラウド
４ ・・羽根
４ａ ・・前縁
４ｂ ・・後縁
４Ａ ・・正圧面
４Ｂ ・・負圧面
５ ・・ファン吸込口
６ ・・ファン吹出口
１０ ・・室内機
１１ ・・ケーシング
１２ ・・化粧パネル
１３ ・・吸込口
１４ ・・吹出口
１５ ・・ベルマウス
１６ ・・モータ
１７ ・・熱交換器
１８ ・・天井

Claims (6)

1. 主板（２）とシュラウド（３）の間に複数の羽根（４）、（４）・・を配置してなる遠心送風機であって、
   上記羽根（４）の前縁（４ａ）の主板（２）側における主板面（２ａ）とのなす角度「θａ」を鋭角に、後縁（４ｂ）の主板（２）側における主板面（２ａ）との傾斜角「θｂ」を鈍角にそれぞれ設定したことを特徴とする遠心送風機。
2. 請求項１において、
   上記羽根（４）の翼素を回転座標系に対して回転移動させ、前縁（４ａ）の主板側端部（４ａ１）とシュラウド側端部（４ａ２）の回転方向における偏位角度「θｆ」を「θｆ≧１０°」に、後縁（４ｂ）の主板側端部（４ｂ１）とシュラウド側端部（４ｂ２）の回転方向における偏位角度「θｇ」を「θｇ≦２θｆ」に、設定したことを特徴とする遠心送風機。
3. 請求項１又は２において、
   上記羽根（４）の後縁（４ｂ）部分にセレーション（６１）を設けたことを特徴とする遠心送風機。
4. 請求項１又は２において、
   上記羽根（４）の負圧面（４Ｂ）側にディンプル（６２）を設けたことを特徴とする遠心送風機。
5. 請求項１又は２において、
   上記羽根（４）の前縁（４ａ）の上記主板（２）寄り部位に、前方側へ膨出する階段状の膨出部（６３）を設けたことを特徴とする遠心送風機。
6. 請求項１，２，３，４又は５に記載の遠心送風機を備えて構成されたことを特徴とする空気調和機。

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