JP2010174671A - Turbofan and air-conditioning device having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はターボファン及びターボファンを備えた空気調和装置、特に、回転中心方向から吸い込んだ空気を回転中心に略垂直な方向に吹き出すターボファン、及び該ターボファンを備えた空気調和装置に関する。 The present invention relates to a turbo fan and an air conditioner including the turbo fan, and more particularly, to a turbo fan that blows out air sucked from the rotation center direction in a direction substantially perpendicular to the rotation center, and an air conditioner including the turbo fan.
天井埋め込み型空気調和装置(又は業務用パッケージエアコンと呼ぶ)は、室内の空気を鉛直上方に吸引して、冷却または加熱された空気を天井に沿って略水平に吹き出すものである。
そして、従来より騒音の低減と消費電力の低減とが求められている。そのため、ターボファンの羽根車を複雑な三次元形状に改良することによってこの課題を解決する取り組みが過去に行われている(例えば、特許文献1)。
A ceiling-embedded air conditioner (or a commercial packaged air conditioner) sucks indoor air vertically upward, and blows out cooled or heated air substantially horizontally along the ceiling.
Conventionally, there has been a demand for noise reduction and power consumption reduction. For this reason, efforts have been made in the past to solve this problem by improving the impeller of a turbofan into a complicated three-dimensional shape (for example, Patent Document 1).
特許文献1に開示されたターボファンは、モーターの回転軸が固定される主板と、主板に等角配置された複数の翼と、主板に対向して配置された円環状のシュラウドとを有している。すなわち、翼の一方の端部が主板に接合(一体成形)され、翼の他方の端部がシュラウドに接合(一体成形)されている。
そして、回転するシュラウドに空気を導くための朝顔状のベルマウス(回転しない)が設置されている。このとき、シュラウドの端縁とベルマウスの端縁との間には、所定の間隔の隙間(ギャップ)が形成されている。
翼は、回転中心に近い方(内周側)を前縁部とし、回転中心から遠い方(外周側)を後縁部とし、回転中心と前縁部とを結ぶ半径方向の直線に対し、後縁部は回転方向の後方(遅れる方向)に位置している。そして、主板に平行な断面形状が、主板に近い範囲では直線状であるのに対し、シュラウドに近い範囲では略へ字状に曲がっている。
The turbofan disclosed in Patent Document 1 has a main plate to which a rotation shaft of a motor is fixed, a plurality of blades arranged equiangularly on the main plate, and an annular shroud arranged to face the main plate. ing. That is, one end of the wing is joined (integral molding) to the main plate, and the other end of the wing is joined (integral molding) to the shroud.
A morning glory bell mouth (not rotating) is installed to guide air to the rotating shroud. At this time, a gap (gap) having a predetermined interval is formed between the edge of the shroud and the edge of the bell mouth.
The wing has a leading edge on the side closer to the center of rotation (inner circumferential side), a rear edge on the side farther from the center of rotation (outer circumferential side), and a radial straight line connecting the center of rotation and the leading edge. The rear edge is located behind (in the direction of delay) the rotational direction. And while the cross-sectional shape parallel to the main plate is linear in the range close to the main plate, the cross-sectional shape is bent in a substantially square shape in the range close to the shroud.
すなわち、シュラウドに近い後縁部が、負圧面(回転中心からの放射線と回転中心側で交わる面、内周面に相当する)側に曲がる湾曲状に形成されている構成とすることで、負圧面側を流れる空気が湾曲状の曲面に沿って円滑に流れるようにしている。そのため、乱流発生による流れの剥離現象が抑制され、流路損失を極力低減し、かつ逆流渦の発生を防いで、送風効率の低下を極力低減することができるとしている。 That is, the rear edge portion close to the shroud is formed in a curved shape that bends toward the suction surface (the surface that intersects with the radiation from the rotation center on the rotation center side, which corresponds to the inner peripheral surface). The air flowing on the pressure surface side smoothly flows along the curved surface. Therefore, the phenomenon of flow separation due to the generation of turbulent flow is suppressed, the flow path loss is reduced as much as possible, the occurrence of backflow vortices is prevented, and the reduction in blowing efficiency can be reduced as much as possible.
しかしながら、特許文献1に開示されたターボファンは、翼の負圧面側(以下「内周面側」と呼ぶ場合がある)の流れのみにしか着目していないため、以下のような理由によって、騒音の低減効果および消費電力の低減効果を充分に得ることができないという問題があった。
(あ)シュラウドとベルマウスとの間の隙間(ギャップ)を流れる「ギャップ流れ」が翼の負圧面側及に合流し、翼表面上の流れを乱していることについては十分考慮されていない。
(い)また、翼の前縁部における入口角(これについては別途詳細に説明する)は、前縁部において流れに適合しない場合、負圧面側に剥離を生じることについても十分考慮されていない。
(う)また、シュラウドは朝顔状に徐々に縮径する通風路を形成するにもかかわらず、通風路が縮流し通風抵抗(壁面と風の摩擦によるエネルギー損失)が増大することについても十分考慮されていない。
However, since the turbofan disclosed in Patent Document 1 focuses only on the flow on the suction surface side of the blade (hereinafter sometimes referred to as “inner peripheral surface side”), for the following reason, There has been a problem that the noise reduction effect and the power consumption reduction effect cannot be obtained sufficiently.
(A) It is not considered enough that the “gap flow” flowing through the gap between the shroud and the bell mouth joins the suction surface side of the blade and disturbs the flow on the blade surface. .
(Ii) In addition, the entrance angle at the leading edge of the blade (which will be described in detail later) is not sufficiently considered to cause separation on the suction surface side if it does not fit the flow at the leading edge. .
(U) In addition, although the shroud forms an air passage that gradually shrinks in the morning glory shape, the air passage is contracted and the air flow resistance (energy loss due to friction between the wall and the wind) increases. It has not been.
本発明は上記問題を解決するものであって、ギャップ流れ、翼の前縁部における入口角、およびシュラウドにおける通風抵抗の増大を考慮して、騒音および消費電力を低減することができるターボファン、及び該ターボファンを備えた空気調和装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problem, taking into account the gap flow, the inlet angle at the leading edge of the blade, and the increase in ventilation resistance in the shroud, a turbofan capable of reducing noise and power consumption, And it aims at providing the air conditioning apparatus provided with this turbofan.
(1)本発明に係るターボファンは、中央に膨らみ部を具備し、中心を回転中心とする円盤状の主板と、
該主板に対向配置された円環状のシュラウドと、
前記主板と前記シュラウド間に配置され、前記主板の外周と前記シュラウドの外周とが形成する仮想円筒上にある後縁と、該後縁よりも回転方向の進む方向に進むと共に回転中心寄りにある前縁とを具備する複数枚の翼と、
を有し、
前記翼の前記主板に近い所定の第1領域において、前記主板から遠ざかるほど、前記翼の前縁の入口角が除々に大きくなり、
前記翼の前記シュラウドに近い所定の第3領域において、前記シュラウドに近づくほど、前記翼の前縁が後縁に除々に近づくと共に、前記翼の厚みが徐々に薄くなり、且つ、前記翼の回転中心側の面に滑らかに凹む凹状部が形成され、
前記第1領域の前記シュラウドに最も近い位置における回転中心に対して垂直な断面の形状が、前記第3領域の前記主板に最も近い位置における回転中心に対して垂直な断面の形状に同じであって、前記第1領域と前記第3領域に挟まれた第2領域において、前記翼の前縁が回転中心に平行であることを特徴とする。
(2)また、本発明に係る空気調和装置は、空気を吸い込む吸込口および空気を吹き出す吹出口を具備する筐体と、
該筐体内に配置された(1)記載のターボファンと、
該ターボファンの前記主板に連結されたモーターと、
前記ターボファンの前記シュラウドに空気を案内するベルマウスと、
前記ターボファンの周囲に配置された熱交換器と、
を有することを特徴とする。
(1) A turbofan according to the present invention comprises a disk-shaped main plate having a bulging portion at the center and having the center as a rotation center;
An annular shroud disposed opposite the main plate;
A rear edge which is disposed between the main plate and the shroud and which is on a virtual cylinder formed by the outer periphery of the main plate and the outer periphery of the shroud, and advances in the direction of rotation with respect to the rear edge and is closer to the center of rotation. A plurality of wings having a leading edge;
Have
In a predetermined first region near the main plate of the wing, the farther away from the main plate, the gradually increasing the entrance angle of the leading edge of the wing,
In a predetermined third region of the wing close to the shroud, the closer to the shroud, the closer the leading edge of the wing gradually approaches the trailing edge, the thickness of the wing gradually decreases, and the rotation of the wing. A concave portion that is smoothly recessed is formed on the surface on the center side,
The shape of the cross section perpendicular to the rotation center at the position closest to the shroud in the first region is the same as the shape of the cross section perpendicular to the rotation center at the position closest to the main plate in the third region. In the second region sandwiched between the first region and the third region, the leading edge of the blade is parallel to the center of rotation.
(2) Moreover, the air conditioning apparatus which concerns on this invention has the housing | casing which comprises the suction inlet which breathes in air, and the blower outlet which blows off air,
The turbofan according to (1) disposed in the housing;
A motor coupled to the main plate of the turbofan;
A bell mouth for guiding air to the shroud of the turbofan;
A heat exchanger disposed around the turbofan;
It is characterized by having.
(i)本発明に係るターボファンは、前記形状であるから、第1領域においては、流入角α1と入口角β1とのズレが補正され、負圧面における剥離渦の発生が抑えられ、第3領域においては、通風路の断面積縮小による空気流れの増速が緩和され、流速の増加によるエネルギー損失が抑制されると共に、回転中心に略平行する空気流れが割り込む凹状部が形成されているから、回転中心に略垂直な空気流れにおける乱れや渦を発生が抑えられる。 (I) Since the turbo fan according to the present invention has the shape described above, in the first region, the deviation between the inflow angle α1 and the inlet angle β1 is corrected, and generation of separation vortices on the suction surface is suppressed. In the region, the speed increase of the air flow due to the reduction of the cross-sectional area of the ventilation path is mitigated, the energy loss due to the increase of the flow velocity is suppressed, and the concave portion where the air flow substantially parallel to the rotation center is interrupted is formed. The occurrence of turbulence and vortices in the air flow substantially perpendicular to the center of rotation is suppressed.
[実施の形態1]
図1は本発明の実施の形態1に係る空気調和装置を模式的に示す側面視の断面図である。なお、図1は模式的に描かれたものであるから、各部材の相対的な大小関係(含むアスペクト比)等は限定するものではない。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a side sectional view schematically showing the air-conditioning apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In addition, since FIG. 1 is drawn typically, the relative magnitude relationship (including aspect ratio) of each member is not limited.
(空気調和装置)
図1において、空気調和装置100は、天井900に形成された凹部901に埋め込まれ、凹部901の底(図1において上面)である取り付け壁902に、ボルト903およびナット904によって、吊り下げられている。
空気調和装置100は一面(図1において下面)が開口した直方体の筐体1と、筐体の底(図1において上面)11に固定されたモーター取り付け用部材6と、モーター取り付け用部材6に取り付けられたモーター5と、モーター5の回転軸に取り付けられたターボファン200とを有している。
(Air conditioner)
In FIG. 1, the
The
筐体1の開口部(図1において下面)の中央範囲は吸込口12であって、フィルター7が設置されている。吸込口12の周囲(水平面内で回転中心から離れる側)に吹出口13が形成され、吹出口13には風向きを変更するためのフラップ9が設置されている。また、吸込口12から吸い込まれた空気をターボファン200に導くため、略朝顔状(ラッパ状)に除々に縮径するベルマウス8が設置されている。
さらに、ターボファン200の周囲(水平面内で回転中心から離れる側)に、熱交換器4が設置されている。
The central range of the opening (the lower surface in FIG. 1) of the housing 1 is a
Furthermore, the
(ターボファン)
ターボファン200は、中央に主板膨らみ部20aを有する円盤状の主板20と、回転中心に対して等角配置された複数の翼22と、主板20と所定の間隔を設けて配置された円環状のシュラウド21と、を有している。すなわち、翼22の一方の端部は主板20に接合(一体成形)され、翼22の他方の端部はシュラウド21に接合(一体成形)されている。
このとき、主板膨らみ部20aの翼22が接合されない側(モーター5側)は空洞になっていて、該空洞にモーター5が収納されている。
(Turbo fan)
The
At this time, the side (
ベルマウス8の最も内径の小さい端縁(ターボファン200側の端縁に同じ、以下「ベルマウス端縁」と称す)8aの直径は、シュラウド21の最も内径の小さい端縁(ベルマウス8側の端縁に同じ、以下「シュラウド端縁」と称す)21aの直径よりも小さい。そして、ベルマウス端縁8aはシュラウド21内に侵入しているから、ベルマウス端縁8aとシュラウド端縁21aとの間には、回転中心の放射方向に所定の隙間(以下「ギャップ」と称す)gが形成され、回転中心方向の所定の距離がオーバーラップしている。
なお、シュラウド21の最もシュラウド外周21bの直径は、主板20の主板外周20bの直径に同じである。
The edge of the
The diameter of the
(空気流れ)
次に、空気調和装置100の動作について説明する。図1において、ターボファン200が回転すると、吸い込まれた空気は吸込流れW1となって、フィルター7を通過して除塵される。そして、ベルマウス8によってターボファン200に導かれ、ターボファンの内部流れW2となった後、周囲に吹き出される。さらに、熱交換器4において所定の温度に冷却または加熱されて、調和空気流れW4になる。そして、フラップ9によって所定の方向に向けられ、吹出口13から室内に吹き出す吹出流れW5になる。
(Air flow)
Next, the operation of the
さらに、ベルマウス端縁8aとシュラウド端縁21aとの間にギャップgが形成されているから、ギャップgを流れるギャップ流れW3が生じている。すなわち、ターボファンから周囲に吹き出された空気の一部が熱交換器4を通過しないで、ギャップgを通過して内部流れW2に吸い込まれる。
Further, since the gap g is formed between the
なお、空気調和装置100に搭載されたターボファン200は、実施の形態2において詳細に説明する構成であるから、内部流れW2は略直角に曲げられながら翼22の間を通過しても、翼22の面上において流れの剥離による渦が発生し難く、騒音が抑えられ、送風効率の低下が防止されている。
また、ギャップ流れW3は内部流れW2に途中から合流しているが、翼22の表面上の乱れの発生が最少に抑えられている。
すなわち、空気調和装置100は、低騒音化(静寂運転化)および省エネ化が図られている。
なお、以上は、空気調和装置100として、天井埋め込み型の業務用パッケージエアコンとして記載したが、本発明はこれに限るものではなく、家庭用であっても実施の形態2に説明するターボファンを用いた空気調和装置であればその型式を限定するものではない。また、熱交換器4に替えて、その他の空気調和手段、たとえば、除加湿手段、塵埃や細菌等の除去手段、オゾンや香気の添加手段、を設置してもよい。
Since the
Further, the gap flow W3 joins the internal flow W2 from the middle, but the occurrence of turbulence on the surface of the
That is, the
In the above description, the
[実施の形態2]
図2〜図10は本発明の実施の形態2に係るターボファンを説明するものであって、図2は斜視図、図3および図4は一部を透過した平面図、図5は一部を透過した側面図、図6〜図11は一部を拡大して示す平面視の断面図、図12は内部流れを示す側面図、図13および図14は作用を模式的に説明するための平面視の断面図、図15は効果を示す性能曲線図である。
[Embodiment 2]
2 to 10 illustrate a turbo fan according to
(ターボファン)
図2において、ターボファン200は空気調和装置100(実施の形態1)に搭載されるものであって、円盤状の主板20と、主板20と所定の間隔を設けて配置された朝顔状(ラッパ状)のシュラウド21と、一方の端部を主板20に、他方の端部をシュラウド21に接続(一体成形)された複数の翼22と、を有している。
翼22は7枚が円周方向で等角配置されているが、本発明はその枚数を限定するものではない。翼22は回転中心O(オー)に近い縁部である翼前縁23が、回転中心O(オー)から遠い縁部である翼後縁24よりも、回転方向(矢印にて示す)の進み方向に位置している。すなわち、翼後縁24は翼前縁23に対して、回転方向の遅れ側に位置している。
(Turbo fan)
In FIG. 2, a
Seven
主板20の中央は盛り上がって主板膨らみ部20aが形成され、主板膨らみ部20aによって形成された空洞にモーター5(図示しない)が配置され、主板膨らみ部20aには冷却用の空気が通過するための主板冷却孔20cが形成されている。
なお、シュラウド21は朝顔状(ラッパ状)の小径側から空気が流入し、大径側から空気が流出するものであるが、大径側が主板20に対向しているため、空気が流れる通風路は徐々に回転中心Oと平行な距離が狭められ、断面積が狭くなるように構成されている。
The center of the
The
(入口角)
翼22の詳細形状を説明する前に、入口角と流入角の定義について予め触れておく。なお、以下の説明の便宜上、回転中心Oにおいて主板20側を「−Z方向または下方向」と、回転中心Oにおいてシュラウド21側を「+Z方向または上方向」とする。また、回転中心Oからの放射方向を「r軸」とし、回転中心Oから遠ざかる放射方向を「+r方向または外方向」と、回転中心Oに向かう放射方向を「−r方向または内方向」とする。さらに、r軸に垂直な軸を「θ軸」とする。また、回転中心Oに垂直な面を「水平面または水平方向」と称す。
(Entrance angle)
Before describing the detailed shape of the
図3は翼22をZ方向の所定位置において切断した断面図であって、翼22の翼前縁23に点Qを設定するものとする。翼22の回転中心Oに近い方の面(以下、「内面または負圧面」と称す)25と、翼22の回転中心Oから遠い方の面(以下、「外面または正圧面」と称す)26との中間点(翼厚みの中間点に同じ)を連続的につないだ線分を翼弦中心線31とする。
そして、翼弦中心線31をQ点において延長した直線32と、Q点におけるθ軸とのなす角度を「入口角β1」と定義する。
すなわち、入口角β1が0°のとき、Q点における翼弦中心線31の方向はθ軸に一致し、入口角β1が90°のとき、Q点における翼弦中心線31の方向はr軸に一致する。したがって、入口角β1が大きくなるほど、Q点における翼弦中心線31の方向は放射方向に近づくから、入口角β1は「翼が立っている程度」を示す目安になる。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
The angle formed between the
That is, when the entrance angle β1 is 0 °, the direction of the
(流入角)
次に、流入角について説明する。図4は翼22をZ方向の所定位置において切断した断面図であって、翼22の翼前縁23の近傍で上流側(回転中心O側)に点Pを設定するものとする。点Pにおける空気流れを速度Vとし、速度Vがθ軸となす角を「流入角α1」と定義する。また、速度Vを点Pにおけるr軸方向とθ軸方向とに分解した成分をそれぞれVrとVθと定義する。
一般的に、風を多く運ぶためには羽根を立てて(入口角β1を大きく、すなわち、放射方向に近づけて)、入口角β1が流入角α1よりも大きくなる(β1>α1)ようにしたい。しかしながら、入口角β1を大きくし過ぎると図3の(a)に示すように負圧面25側に剥離渦W9が発生するので、騒音が増大し送風量が低下してしまう。送風量が低下すると、回転数を上げて目標風量を達成する必要が生じ、モーター5の消費電力が増加してしまう。つまり、送風効率を上げれば、回転数を下げることができるので、消費電力が削減できる。
(Inflow angle)
Next, the inflow angle will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view of the
In general, in order to carry a lot of wind, it is desirable to raise the blade (increase the entrance angle β1, that is, close to the radial direction) so that the entrance angle β1 is larger than the inflow angle α1 (β1> α1). . However, if the inlet angle β1 is made too large, a separation vortex W9 is generated on the
(三次元翼形状)
次に、ターボファン200の三次元翼形状について説明する。
図5において、説明の便宜上、簡易的に翼22を1枚しか記載していない。翼22は、高さ方向(−Z方向から+Z方向に向かって)に順次、領域A(第1領域に相当する)、領域B(第2領域に相当する)、領域C(第3領域に相当する)の3つの領域から構成されている。
領域Aと領域Cとは断面形状が高さ方向で変化しており、領域Bは断面形状が高さ方向で略一定である。すなわち、領域Aの最上部(領域Bの最下部に同じ)は領域Cの最下部(領域Bの最上部に同じ)に略同一である。
(Three-dimensional wing shape)
Next, the three-dimensional blade shape of the
In FIG. 5, for convenience of explanation, only one
The cross-sectional shape of the region A and the region C changes in the height direction, and the cross-sectional shape of the region B is substantially constant in the height direction. That is, the uppermost part of region A (same as the lowest part of region B) is substantially the same as the lowest part of region C (same as the uppermost part of region B).
領域Aを高さ方向で水平に2分割し、最下部(主板20に至近位置)の断面をA1断面、中間の断面をA2断面、最上部の断面をA3断面とする。
また、領域Cを高さ方向に水平に4分割し、最下部の断面をC1断面として、順次、C2断面、C3断面、C4断面とする。
なお、領域Bの最下部はA3断面に、最上部の断面はC1断面に同じであるから、A3断面とC1断面とは略同一である。
また、ベルマウス8のベルマウス端縁8aの外径D8は、シュラウド21のシュラウド端縁21aの内径D21よりも小さく(D8<D21)、ベルマウス端縁8aはシュラウド21内に侵入して両者間にギャップgが形成されている。
The area A is horizontally divided into two, and the lowermost section (position closest to the main plate 20) is the A1 section, the middle section is the A2 section, and the uppermost section is the A3 section.
Further, the region C is horizontally divided into four, and the lowermost cross section is defined as a C1 cross section, which are sequentially defined as a C2 cross section, a C3 cross section, and a C4 cross section.
Since the lowermost portion of the region B is the same as the A3 cross section and the uppermost cross section is the same as the C1 cross section, the A3 cross section and the C1 cross section are substantially the same.
Further, the outer diameter D8 of the
(A領域)
図6において、A1断面、A2断面およびA3断面を重ねて描き、ベルマウス端縁8aの外径D8とシュラウド端縁21aの内径D21との間に形成されるギャップg(隙間であって、部材が存在しない空間)を斜線にて示している。
断面の位置が高くなる(+Z方向になる)にしたがって、すなわち、A1断面よりもA2断面の方が、A2断面よりもA3断面の方が、入口角β1が徐々に大きくなるように構成されている(β1(A1)<β1(A2)<β1(A3))。つまり、主板20に近づくほど、入口角β1が小さくなっている。なお、A3断面は航空機等で広く使用されてきたNACA−65系翼列を採用している。
(A area)
In FIG. 6, the A1 cross section, the A2 cross section and the A3 cross section are drawn to overlap each other, and a gap g (gap between the outer diameter D8 of the bell
As the position of the cross section becomes higher (in the + Z direction), that is, the entrance angle β1 is gradually increased in the A2 cross section than in the A1 cross section and in the A3 cross section than the A2 cross section. (Β1 (A1) <β1 (A2) <β1 (A3)). That is, the closer to the
(B領域)
領域B(図示しない)は、断面の位置に係わらず一定形状であって、主板20に対して略直立した二次元翼として構成されている。すなわち、A3断面と同じ、断面形状は航空機等で広く使用されてきたNACA−65系翼列を採用している。
(B area)
The region B (not shown) has a constant shape regardless of the position of the cross section, and is configured as a two-dimensional wing substantially upright with respect to the
(C領域)
図7に、C1断面〜C4断面を重ねて描き、ベルマウス端縁8aの外径D8とシュラウド端縁21aの内径D21との間に形成されるギャップg(実際は隙間であって、部材が存在しない空間)を斜線にて示す。また、回転中心Oを中心にしたベルマウス端縁8aの外径D8よりギャップgの2倍だけ直径の小さい仮想円(以下、「凹状部開始円」と称す)91と、回転中心Oを中心にしたシュラウド端縁21aの内径D21よりギャップgの2倍だけ直径の大きい仮想円(以下、「凹状部終了円」と称す)92と、を二点鎖線にて示している。
(C area)
In FIG. 7, the C1 to C4 cross sections are overlapped, and a gap g formed between the outer diameter D8 of the
断面の位置が高くなる(+Z方向になる)にしたがって、翼22は翼前縁23の位置が翼後縁24に向かって徐々に後退しつつ厚みが徐々に薄くなると共に、翼前縁23と翼後縁24との距離が短くなっている。このとき、翼前縁23における入口角β1は、断面の位置に係わりなく略一定である。
なお、図7において、Cj断面について、前縁23(Cj)、後縁24(Cj)、翼内面25(Cj)および翼外面26(Cj)としている(j=1〜4)。
すなわち、翼前縁23(C1)、翼前縁23(C2)、翼前縁23(C3)、翼前縁23(C4)は、この順で外方向に近づき、回転方向に対して遅れる方向に位置している。一方、翼後縁24(C1)、翼後縁24(C2)、翼後縁24(C3)、翼後縁24(C4)は、この順で内方向に近づき、回転方向に対して進む方向に位置している。
以下、Cj断面について、詳細に説明する。
As the position of the cross-section increases (in the + Z direction), the
In FIG. 7, the Cj cross section has a leading edge 23 (Cj), a trailing edge 24 (Cj), a blade inner surface 25 (Cj), and a blade outer surface 26 (Cj) (j = 1 to 4).
That is, the blade leading edge 23 (C1), the blade leading edge 23 (C2), the blade leading edge 23 (C3), and the blade leading edge 23 (C4) approach the outer direction in this order and are delayed with respect to the rotation direction. Is located. On the other hand, the blade trailing edge 24 (C1), the blade trailing edge 24 (C2), the blade trailing edge 24 (C3), and the blade trailing edge 24 (C4) approach inward in this order, and advance in the rotational direction. Is located.
Hereinafter, the Cj cross section will be described in detail.
(C1断面)
図8において、C1断面は、A3断面に略同一、すなわち、B領域の断面に略同一である。翼前縁23(C1)は、回転中心Oに対してA領域およびB領域と略同じ位置にあり、翼後縁24(C1)は、主板20の外周20bに一致している。
内面(負圧面)25(C1)は、内側(回転中心O側)が凹む滑らかな凹面を呈し、外面(正圧面に同じ)26(C1)は外側(回転中心Oから離れる方向)に膨らむ滑らかな凸面を呈している。そして、ギャップgに相当する範囲が厚みの厚い範囲になっている。
(C1 cross section)
In FIG. 8, the C1 cross section is substantially the same as the A3 cross section, that is, substantially the same as the cross section of the B region. The blade leading edge 23 (C1) is substantially at the same position as the region A and the region B with respect to the rotation center O, and the blade trailing edge 24 (C1) coincides with the
The inner surface (negative pressure surface) 25 (C1) has a smooth concave surface that is concave on the inner side (rotation center O side), and the outer surface (same as the positive pressure surface) 26 (C1) swells outward (in the direction away from the rotation center O). Exhibits a convex surface. The range corresponding to the gap g is a thick range.
(C2断面)
図9において、C2断面は、翼前縁23(C2)が翼前縁23(C1)よりも外側で回転方向に対して遅れる位置にあり、翼後縁24(C2)は翼後縁24(C1)と同じ位置にある。
そして、翼内面25(C2)は、凹状部開始円91と凹状部終了円92とに相当する間に、凹状部28(C2)が形成されている。すなわち、翼内面25(C2)の翼前縁23(C2)寄りの範囲と翼内面25(C2)の翼後縁24(C2)寄りの範囲とを、滑らかに結ぶ仮想面27(C2)に対し、実際の翼内面25(C2)は斜線で示す範囲を欠き、凹んでいる。
凹状部28(C2)はギャップgに相当する範囲(ベルマウス端縁8aとシュラウド端縁21aとの間の直下に相当する)が最も深く、これに向かって凹状部開始円91の位置から滑らかに深くなり、これから凹状部終了円92の位置に向かって滑らかに浅くなる。
(C2 cross section)
In FIG. 9, the blade C2 cross section is at a position where the blade leading edge 23 (C2) is outside the blade leading edge 23 (C1) and delayed with respect to the rotational direction, and the blade trailing edge 24 (C2) is the blade trailing edge 24 ( In the same position as C1).
The blade inner surface 25 (C2) has a concave portion 28 (C2) formed between the concave portion start
The concave portion 28 (C2) has the deepest range corresponding to the gap g (corresponding to a position immediately below between the
(C3断面)
図10において、C3断面は、翼前縁23(C3)が翼前縁23(C2)よりも外側、すなわち、凹状部開始円91よりも僅かに外側で回転方向に対して遅れる位置にある。
また、翼後縁24(C3)はシュラウド21の縮径範囲21cに接合しているから、主板20の主板外周20bよりも大きく内径寄りに位置している。
そして、翼内面25(C3)は、ベルマウス端縁8aと凹状部終了円92とに相当する間に、凹状部28(C3)が形成されている。すなわち、翼内面25(C3)の翼前縁23(C2)寄りの範囲と翼内面25(C2)の翼後縁24(C3)寄りの範囲とを、滑らかに結ぶ仮想面27(C3)に対し、実際の翼内面25(C3)は斜線で示す範囲を欠き、凹んでいる。
凹状部28(C2)はベルマウス端縁8aに略相当する位置が最も深く、これに向かってベルマウス端縁8aに相当する位置から滑らかに深くなり、これから凹状部終了円92の位置に向かって滑らかに浅くなる。
(C3 cross section)
In FIG. 10, the C3 cross section is at a position where the blade leading edge 23 (C3) is outside the blade leading edge 23 (C2), that is, slightly outside the concave portion start
Further, since the blade trailing edge 24 (C3) is joined to the reduced
The wing inner surface 25 (C3) has a concave portion 28 (C3) formed between the
The concave portion 28 (C2) is deepest at a position substantially corresponding to the
(C4断面)
図11において、C4断面は、翼前縁23(C4)が翼前縁23(C3)よりも外側、すなわち、ベルマウス端縁8aに相当する位置よりも外側で回転方向に対して遅れる位置にある。
また、翼後縁24(C4)はシュラウド21の縮径範囲21dに接合しているから、主板20の主板外周20bよりも大きく内径寄りに位置している。
そして、翼内面25(C4)は、シュラウド端縁21aと凹状部終了円92とに相当する間に、凹状部28(C4)が形成されている。
すなわち、翼内面25(C4)の翼前縁23(C4)寄りの範囲と翼内面25(C4)の翼後縁24(C4)寄りの範囲とを、滑らかに結ぶ仮想面27(C4)に対し、実際の翼内面25(C4)は斜線で示す範囲を欠き、凹んでいる。凹状部28(C4)は断面略く字状であって、ベルマウス端縁8aに略相当する位置から除々に深くなり、凹状部終了円92に相当する位置に向かって滑らかに浅くなる。
なお、凹状部28(C2)、凹状部28(C3)および凹状部28(C4)(以下、これらをまとめて「凹状部28」と総称する場合がある)は、滑らかに繋がった曲面を形成するものである。
(C4 cross section)
In FIG. 11, the C4 cross section is at a position where the wing leading edge 23 (C4) is outside the wing leading edge 23 (C3), that is, outside the position corresponding to the
Further, since the blade trailing edge 24 (C4) is joined to the reduced
The blade inner surface 25 (C4) has a concave portion 28 (C4) formed between the
That is, a virtual surface 27 (C4) smoothly connecting the range near the blade leading edge 23 (C4) of the blade inner surface 25 (C4) and the range near the blade trailing edge 24 (C4) of the blade inner surface 25 (C4). On the other hand, the actual blade inner surface 25 (C4) lacks a range indicated by hatching and is recessed. The concave portion 28 (C4) has a substantially square cross section, and gradually becomes deeper from a position substantially corresponding to the
The concave portion 28 (C2), the concave portion 28 (C3), and the concave portion 28 (C4) (hereinafter, these may be collectively referred to as “
(動作)
次に、ターボファン200の動作について説明する。
図12はターボファン200の内部流れを模式的に説明するための側面図である。
図12において、ベルマウス端縁8aからシュラウド21に流入した空気流れである内部流れW2は、主板20に近い領域Aを流れる空気流れW20と、シュラウド21の近い領域Cを流れる空気流れW22と、両者に挟まれた領域Bを流れる空気流れW21とに、分けて考えることができる。
(Operation)
Next, the operation of the
FIG. 12 is a side view for schematically explaining the internal flow of the
In FIG. 12, an internal flow W2 that is an air flow that flows into the
(領域A)
領域Aにおける空気流れW20は、主板20の近傍では壁面の摩擦力が働くため、主板20(壁面に同じ)に近いほど流速が遅くなる。発明者等が数値流体解析を実施してターボファン200の内部流れW2(特に、空気流れW20)を詳細に調査し、翼前縁23(特に、翼前縁23(A1)、翼前縁23(A2)、翼前縁23(A3))における流入角α1を分析したところ、主板20に近づくほど流入角α1は小さくなっていることが判明した。
そして、ターボファン200は、領域Aにおける翼前縁23の入口角β1が、主板20に近づくほど小さくしているから、主板20の近傍における流入角α1と入口角β1とのズレが補正され、負圧面(外面)側における剥離渦W9を生じないようになっている。
(Area A)
The air flow W20 in the region A has a wall surface frictional force in the vicinity of the
And since the inlet angle (beta) 1 of the
(領域C)
また、領域Cでは、シュラウド21が拡径しながら主板20に近づいているため、空気流れW22の下流になるほど通風路の断面積が除々に縮小している。そして、ターボファン200は、領域Cにおける翼22が空気流れW22の下流になるほど、翼前縁23の位置が翼後縁24に向かって徐々に後退しつつ厚みが徐々に薄くなっている。このため、前記通風路の断面積縮小による空気流れW22の増速が緩和され、流速の増加によるエネルギー損失が抑制されている。
(Region C)
Further, in the region C, the
(ギャップ流れ)
次に、ギャップgを通過したギャップ流れW3について説明する。
図13および図14は、ギャップ流れW3の影響を模式的に説明するものであって、図13は本発明における平面視の断面図、図14は比較のための平面視の断面図である。
図13において、ベルマウス端縁8a(固定側)とシュラウド端縁21a(回転側)との間にはギャップgが形成されている。そして、ターボファン200の回転によって、翼22の負圧面(内面)側に負圧が生じるため、該負圧に吸引されてギャップgを通過する略主板20方向(略−Z方向)のギャップ流れW3が形成される。
(Gap flow)
Next, the gap flow W3 that has passed through the gap g will be described.
13 and 14 schematically illustrate the influence of the gap flow W3. FIG. 13 is a sectional view in plan view of the present invention, and FIG. 14 is a sectional view in plan view for comparison.
In FIG. 13, a gap g is formed between the
そして、ギャップ流れW3は翼22の負圧面(内面)側に形成された凹状部28(C4)、凹状部28(C3)および凹状部28(C2)に、この順で侵入しながら(吸い込まれながら)、除々に水平方向に方向を変える空気流れW22に合流している。
このとき、凹状部28が形成されているため、ギャップ流れW3の割り込む空間(風路)が確保されたことになり、空気流れW22を乱すことなく、ギャップ流れW3は空気流れW22に円滑に合流して、乱れや渦を発生することなく(乱れや渦の発生が抑えられて)翼後縁24に向かって流れている。したがって、ターボファン200の外周に位置する熱交換器4には、渦が衝突しないから、騒音の発生を抑えることができる。
The gap flow W3 enters (inhales) the concave portion 28 (C4), the concave portion 28 (C3), and the concave portion 28 (C2) formed on the suction surface (inner surface) side of the
At this time, since the
図14において、比較のために翼922には、負圧面(内面)925に凹状部が形成されていない。すなわち、翼922は、内面925の前縁923寄りの範囲と後縁924寄りの範囲とが、滑らかに結ばれている。
このとき、前記のような凹状部28が形成されていないため、略主板20方向(略−Z方向)のギャップ流れW3は、割り込む空間が用意されていないため、除々に水平方向に方向を変える空気流れW22に衝突する。そうすると、空気流れW22は流れの方向が急激に変更された空気流れW7となって大きく乱れると共に、ギャップ流れW3との合流によって渦W8が発生する。そして、かかる渦W8がターボファン200の外周に位置する熱交換器4に衝突すると、騒音を発生する。
In FIG. 14, for comparison, the blade 922 has no concave portion on the suction surface (inner surface) 925. That is, the blade 922 smoothly connects the range of the
At this time, since the
(領域B)
領域Bは、領域Aにおける流入角α1のズレや、領域Cにおけるギャップ流れW3及び縮流による速度増加の影響をほとんど受けないため、翼22に沿って安定した二次元流れが形成されており、効率良く送風が行われている。
(Region B)
Since the region B is hardly affected by the deviation of the inflow angle α1 in the region A and the speed increase due to the gap flow W3 and the contracted flow in the region C, a stable two-dimensional flow is formed along the
以上のように、ターボファン200は、回転中心Oに直交する断面(水平断面に相当する)における羽根形状が、主板20側からシュラウド21側に向かって(+Z方向に向かって)、翼前縁23の入口角β1が徐々に大きくなる領域Aと、翼前縁23の入口角β1が一定で主板20に対して略直立している領域Bと、翼22の翼前縁23の位置が翼後縁24に向かって徐々に後退し、かつ翼22の厚みが徐々に薄くなり、さらに、翼22の翼内面25が翼前縁23と翼後縁24との途中で凹状に凹む凹状部28が形成された領域Cと、を有している。
このため、領域Aでは、主板20の近傍における流入角α1と翼前縁23における入口角β1とのズレによる内面(負圧面)側における剥離渦W9が抑制されている。
また、領域Bでは高効率で安定した送風が実現している。
さらに、領域Cでは、ギャップ流れW3が内面(負圧面)25を流れる空気流れW22に合流することによる乱れと、シュラウド21の形状に起因する速度増加によるエネルギー損失の増大を低減することができるので、空気調和装置の騒音と消費電力を削減することができる。
As described above, in the
For this reason, in the region A, the separation vortex W9 on the inner surface (negative pressure surface) side due to the deviation between the inflow angle α1 in the vicinity of the
In the region B, highly efficient and stable air blowing is realized.
Furthermore, in the region C, it is possible to reduce the disturbance due to the gap flow W3 joining the air flow W22 flowing through the inner surface (negative pressure surface) 25 and the increase in energy loss due to the increase in speed due to the shape of the
(騒音低減効果)
図15は本発明の実施の形態1に係る空気調和装置(本発明の実施の形態2に係るターボファンが搭載されている)の騒音低減効果を説明するものである。
図15において、縦軸は実測した騒音値、横軸は周波数であり、凹状部28が形成された翼22を有するターボファン200の場合の騒音の実測値を「開発品」と称して細い実線で示し、凹状部28が形成されない翼を有するターボファンの場合の騒音の実測値を「従来品」と称して太い実線で示している。
なお、騒音測定は、吸込口12から1mの位置にマイクを設置して行った。従来品の47.1[dBA]に対し、実施の形態1である開発品は45.9[dBA]であり、1.2[dBA]の騒音を低減することができた。
また、送風効率については、開発品では同一回転数における風量が1.06倍に増加した。これによって、同一な送風を送風するために必要な消費電力量を約6%削減することができた。
(Noise reduction effect)
FIG. 15 explains the noise reduction effect of the air-conditioning apparatus according to Embodiment 1 of the present invention (in which the turbo fan according to
In FIG. 15, the vertical axis represents the actually measured noise value, the horizontal axis represents the frequency, and the measured noise value in the case of the
The noise measurement was performed by installing a microphone at a position 1 m from the
As for the ventilation efficiency, the air volume at the same rotation speed increased 1.06 times in the developed product. As a result, the amount of power consumption required to blow the same air can be reduced by about 6%.
(数値流体解析)
なお、ターボファンの内部流れW2については、数値流体解析(CFD:Computational Fluid Dynamics)を用いて詳細な調査を実施した。ソフトウェアはSTAR−CDを用い、解析モデルは三次元CADデータベースを元に解析モデルを作成した。解析格子数は約200万、1回転の時間ステップは336とし、時間的、空間的に十分な解像度で非定常計算を行った。数値解析の妥当性を検証するため、吹き出し口での風速値を実測結果と比較し、ほぼ一致していることを確認した。
なお、領域Bの翼形状はNACA−65系としたが、これに限るものではなく、他の高効率な翼形状を採用しても同様の効果を奏する。
また、領域Bは主板20に対して略直立な形状として記載したが、これは樹脂成型製造で若干の抜き勾配が必要な場合は、抜き勾配に相当する分、若干許容して僅かに傾斜しても良い。かかる抜き勾配は、翼22を形成する樹脂の材質によって差はあるものの、この場合、約1°程度であった。
(Numerical fluid analysis)
In addition, about the internal flow W2 of a turbofan, detailed investigation was implemented using the numerical fluid analysis (CFD: Computational Fluid Dynamics). The software was STAR-CD, and the analysis model was created based on a three-dimensional CAD database. The number of analysis grids was about 2 million, the time step of one rotation was 336, and unsteady calculation was performed with sufficient resolution in terms of time and space. In order to verify the validity of the numerical analysis, the wind speed value at the outlet was compared with the measured results, and it was confirmed that they were almost the same.
Although the blade shape in the region B is NACA-65, the present invention is not limited to this, and the same effect can be obtained even if another highly efficient blade shape is employed.
In addition, although the region B is described as a substantially upright shape with respect to the
[実施の形態3]
図16〜図22は本発明の実施の形態3に係るターボファンを説明するものであって、図16は一部を透過した側面図、図17は一部(こぶ)の断面を拡大して示す模式断面図、図18は一部(こぶ)の作用を模式的に説明するための模式斜視図、図19は一部(こぶ)の作用を模式的に説明する一部を透過した平面図、図20は一部(こぶ)の作用を模式的に説明する側面視の断面図、図21は迎角と揚力の関係を示す特性曲線図、図22はバリエーションを示す一部を透過した側面図である。なお、実施の形態2と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
[Embodiment 3]
FIGS. 16 to 22 illustrate a turbo fan according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 16 is a side view through which a part is transmitted, and FIG. 17 is an enlarged cross section of a part (hump). FIG. 18 is a schematic perspective view for schematically explaining the action of a part (gump), and FIG. 19 is a plan view through which part of the action is schematically explained. 20 is a cross-sectional view in side view schematically explaining the action of a part (gump), FIG. 21 is a characteristic curve diagram showing the relationship between the angle of attack and lift, and FIG. 22 is a side view through a part showing variation. FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same as that of
(ターボファン)
図16において、ターボファン300は空気調和装置100(実施の形態1)に搭載されるものであって、翼322を有している。翼322は、ターボファン200(実施の形態2)の翼22の領域Cの翼前縁23に、空気流れW2の上流に向かって突出する「こぶ50」が複数形成されている。
こぶ50の先端は略球体の一部または弾頭状の隆起であって、裾野になるにしたがって傾斜が緩やかになり、翼前縁23に沿って隣接するこぶ50同士が裾野の終点において滑らかに繋がっている。
図17は、こぶ50を模式的に説明するものであって、こぶ50の頂点(隆起部の頂上)である位置「イ」から翼後縁24に向かう平面(位置イ、位置ロ、位置ハを含む)で切断した面と、こぶ50の裾野同士が接合する位置「ニ」から翼後縁24に向かう平面(位置ニ、位置ホ、位置ヘを含む)で切断した面とを並べている。
(Turbo fan)
In FIG. 16, a turbofan 300 is mounted on the air conditioner 100 (Embodiment 1) and has
The tip of the
FIG. 17 schematically illustrates the
(内面における空気流れ)
図18および図19は、内面(負圧面に同じ)25における空気流れを模式的に説明するものであって、図18の(a)は斜視図、図18の(b)は前縁から後縁に向かって見た正面図、図19の(a)は平面視の断面図、図19の(b)は比較のための平面視の断面図である。
図18において、空気流れW22は、翼前縁23に設置されたこぶ50によって、複数の小さな(狭い範囲の)螺旋状の空気流れである縦渦W61および縦渦W62が形成されている。
すなわち、翼前縁23にこぶ50が設置されない場合には、空気流れW22は内面(負圧面)25と外面(正圧面)26とに、内外(略二次面的)に分けられるものの、翼前縁23にこぶ50が設置された場合には、こぶ50によって、空気流れW22は内外および翼前縁23の方向(三次面的)に分けられる。
(Air flow on the inner surface)
18 and 19 schematically illustrate the air flow on the inner surface 25 (same as the suction surface). FIG. 18 (a) is a perspective view, and FIG. 18 (b) is from the front edge to the rear. FIG. 19A is a sectional view in plan view, and FIG. 19B is a sectional view in plan view for comparison.
In FIG. 18, the air flow W22 is formed with a plurality of small (narrow range) vertical vortices W61 and vertical vortices W62 by a
That is, when the
このとき、位置イ、位置ロ、位置ニおよび位置ホによって囲まれた曲面(図18の(b)において、頂点に対して右側の斜面に同じ)に沿った空気流れは、正回転(時計回りの回転)をしながら翼後縁24方向に縦渦W62となる。すなわち、縦渦W62は、流れ方向に回転中心を有する旋回流である「正回転の縦渦」になる。
一方、位置イ、位置ロ、位置トおよび位置チによって囲まれた曲面(図18の(b)において、頂点に対して左側の斜面に同じ)に沿った縦渦W61は、「負正回転(反時計回りの回転)の縦渦」になる。
At this time, the air flow along the curved surface (same as the slope on the right side with respect to the vertex in FIG. 18B) surrounded by the position a, the position b, the position d, and the position e is rotated forward (clockwise). The vertical vortex W62 is formed in the direction of the
On the other hand, the vertical vortex W61 along the curved surface (same as the slope on the left side with respect to the apex in FIG. 18B) surrounded by the positions A, B, G and H is “negative positive rotation ( It becomes a vertical vortex ".
図19の(a)において、こぶ50がある場合には、翼内面25には、回転方向が交互に変わる螺旋状の縦渦W61、W62が複数列に渡って形成されるから、翼内面25に空気流れの剥離が生じても、かかる剥離流は前記縦渦に巻き込まれるから、剥離に伴う乱流の発生が抑えられる。よって、ターボファン300を搭載した空気調和装置の騒音の発生が抑えられる。
一方、図19の(b)において、こぶ50がない場合には、剥離が抑制されないため、乱流W63が発生しているから、これを搭載した空気調和装置では騒音が発生するおそれがある。
In FIG. 19A, when the
On the other hand, in FIG. 19B, when there is no
(内面に作用する揚力)
次に、こぶ50が有る場合の翼内面25に作用する揚力について説明する。
図20の(a)は、翼前縁23にこぶ50が設置されていない場合(二次元翼)であって、空気流れW22の主流の流れ方向56と、翼22の厚さ翼弦中心線31の翼前縁23における延長方向57とがなす角度を「迎角η」とし、内面(負圧面)25に働く揚力を「揚力L」としている。
図21は、迎角と揚力との関係を示すものであって、縦軸は揚力Lを無次元化した揚力係数、横軸は迎角ηである。迎角ηを上げると揚力は上昇していくが、負圧面側に剥離を生じて揚力は低下し始める。揚力係数のピークは通常15度〜20度となることが知られており、この場合は約16度であった。
(Lift acting on the inner surface)
Next, the lift acting on the blade
FIG. 20A shows a case where the
FIG. 21 shows the relationship between the angle of attack and the lift force. The vertical axis represents the lift coefficient obtained by making the lift L dimensionless, and the horizontal axis represents the angle of attack η. When the angle of attack η is increased, the lift increases, but peeling occurs on the suction surface side and the lift starts to decrease. It is known that the peak of the lift coefficient is normally 15 to 20 degrees, and in this case, it was about 16 degrees.
図20の(b)において、翼前縁23にこぶ50が設置された場合には、前記のように、交互に回転方向が変わる縦渦が複数列形成されるから、剥離が抑えられると共に、かかる複数の縦渦は、表面から離れた場所を流れる比較的流れ速度の速い高速流を巻き込み、表面近くに移動させる作用があるから、渦(乱流)の発生が抑えられる。
このため、翼22の前縁23にこぶ50を付けることで、迎角ηを上げた場合においても翼22の失速を防ぐことができ、揚力Lを増加させることができる。なお、ターボファン300の場合の迎角ηは、流入角α1と入口角β1との差(η=α1−β1)に相当している。
In FIG. 20 (b), when the
For this reason, by attaching the
以上のように、ターボファン300は、羽根の翼前縁23に複数のこぶ50を設置したので、入口角β1と流入角α1とのズレが大きい場合においても、内面(負圧面)25側における剥離が抑制されて大規模渦(W9)が発生しない。よって、ターボファン300を搭載した空気調和装置では、騒音および消費電力を削減することができる。
As described above, the turbofan 300 is provided with the plurality of
(その他の形態)
図22は本発明の実施の形態3に係るターボファンのバリエーションを説明する一部を透過した側面図である。図22において、ターボファン310は、翼前縁23の全体に、こぶ50が設置された翼322bを有する。このとき、翼22の全域(領域A、領域Bおよび領域C)において、ターボファン300と同様の作用効果が得られる。
なお、本発明は、ターボファンの形態を図示するものに限定するものではなく、たとえば、こぶ50を翼22の領域Aおよび領域Cに設置してもよい。
また、こぶ50の形状(大きさ、突出量や頂点の尖りの程度等)や間隔は限定するものではなく、内面(負圧面)25側に縦渦W61、W62を発生させて剥離を抑制できるものであれば、山の高さ、幅は問わない。また、等間隔で配置して記載したが、間隔をランダムにしても同等の効果を奏する。
(Other forms)
FIG. 22 is a partially transparent side view illustrating a variation of the turbofan according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 22, the
Note that the present invention is not limited to the form of the turbofan illustrated, and for example, the
Further, the shape (size, protrusion amount, sharpness of the apex, etc.) and interval of the
[実施の形態4]
図23〜図26は本発明の実施の形態4に係るターボファンを説明するものであって、図23は斜視図、図24〜図26は一部を拡大して示す平面視の断面図である。なお、実施の形態2と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。また、図23において、シュラウド外周21bと主板外周20bとの間隔(回転中心Oと平行な間隔)を「h」としている。
ターボファン400は、翼422を有している。翼422は主板20寄りの「0.5h」の範囲が、ターボファン400(実施の形態2)の翼22と同じ形状である。また、翼422は翼前縁423に近い範囲は、主板20からシュラウド21の範囲(全高さ)において、翼22は翼前縁23に近い範囲の形状に同じである。
[Embodiment 4]
FIGS. 23 to 26 illustrate a turbo fan according to
The
しかしながら、翼422の翼後縁424は、主板20から高さ「0.5h」よりシュラウド21に近い範囲(第4領域に相当する)において、シュラウド21に近づくほど、翼22の後縁24よりも、回転方向に対して遅れるように形成されている。
すなわち、翼22の後縁24は回転中心Oに平行であって、図23において、「位置あ」と「位置え」とを結ぶ線上に位置していた。一方、翼422の後縁423は、主板20から高さ「0.5h」の「位置い」よりも高い範囲で、シュラウド21に近づくほど回転方向に対して遅れ、「位置え」においてシュラウド21に接続している。ここで、平面視において、回転中心Oから「位置う」を通過する放射線72と「位置え」を通過する放射線71とがなす角度φは、約8.5°であった(図24参照)。
However, the
That is, the trailing
図24〜図26は、それぞれC2断面、C3断面およびC4断面(図5参照)における翼422の形状を示している。
たとえば、図24に示すC2断面では、翼422の翼後縁424(C2)の位置が、平面視で「位置お」にあるのに対し、翼22の翼後縁24(C2)は平面視で、「位置い(位置あ、位置う)」にあるから、角度φに近い角度だけ、回転方向に対して遅れている。
24 to 26 show the shapes of the
For example, in the C2 cross section shown in FIG. 24, the position of the blade trailing edge 424 (C2) of the
(動作)
次に動作について説明する。翼422の内面(負圧面側)425と外面(圧力面側)426に沿って流れた空気流れは後縁423において合流して、放射方向(正確には、放射方向よりも回転方向に対して遅れ方向)に送風される。その際、速度差によって新たな乱れが発生する。
しかしながら、ターボファン400の翼422では、後縁424がシュラウド21に近づくにほど回転方向に対して遅れているから、翼422の内面(負圧面側)425に沿った空気流れと外面(圧力面側)426に沿った空気流れとが徐々に混合され、混合による乱れが抑制される。よって、ターボファン400を搭載した空気調和装置では、騒音および消費電力を削減することができる。
なお、翼422の翼後縁424が翼22の後縁24よりも回転方向に対して遅れる範囲(第4領域)は、前記「0.5h」よりもシュラウド21よりに限定するものではなく、これより広くしても、あるいは狭くしてもよい。
(Operation)
Next, the operation will be described. The air flows that flow along the inner surface (vacuum surface side) 425 and the outer surface (pressure surface side) 426 of the
However, in the
The range in which the
[実施の形態5]
図27〜図29は本発明の実施の形態5に係るターボファンを説明するものであって、図27は部分を拡大して模式的に示す斜視図、図28は作用効果を説明する模式図、図29はバリエーションを示す斜視図である。なお、実施の形態2と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図27において、ターボファン500は翼522を有している。翼522は翼後縁24の主板20寄りの範囲に、所定の間隔で5段に渡って水平方向のスリット80a・・・80e(以下まとめて「スリット80」と称する場合がある)が形成されている。
[Embodiment 5]
FIGS. 27 to 29 illustrate a turbo fan according to
In FIG. 27, the
そして、スリット80aよりも主板20に近い範囲と、スリット80bとスリット80cとに挟まれた範囲と、スリット80dとスリット80eとに挟まれた範囲とが、回転方向(矢印にて示す)に対して遅れる方向に延長され、それぞれ、延長後縁部82aと、延長後縁部82bと、延長後縁部82cとが形成されている(以下まとめて「延長後縁部82」と称する場合がある)。
なお、スリット80aとスリット80bとに挟まれた帯状後縁部81aと、スリット80cとスリット80dとに挟まれた帯状後縁部81bと、スリット80eよりシュラウド21に近い帯状後縁部81cと(以下まとめて「帯状後縁部81」と称する場合がある)は、翼22の翼後縁24に同じ形状である。
The range closer to the
A strip-shaped
すなわち、帯状後縁部81の最後端は、シュラウド外周21bと主板外周20bとが形成する仮想円筒上に位置し、回転中心Oに平行する「位置あ」、「位置い」および「位置え」を通過する直線上に位置している。
また、スリット80は、回転中心Oに平行で「位置さ」、「位置し」および「位置す」を通過する直線の位置まで切れ込まれている。すなわち、平面視において、回転中心Oから「位置す」を通過する放射線83は、「位置え」を通過する放射線71よりも回転方向に角度φ3だけ進んでいる。
そして、延長後縁部82の最後端は、シュラウド外周21bと主板外周20bとが形成する仮想円筒上に位置し、回転中心Oに平行する「位置か」、「位置き」および「位置く」を通過する直線上に位置している。すなわち、平面視において、回転中心Oから「位置く」を通過する放射線84は、「位置え」を通過する放射線71よりも回転方向に対して角度φ4だけ遅れている。
That is, the rearmost end of the belt-like
Further, the slit 80 is cut to a straight line position that is parallel to the rotation center O and passes through “position”, “position”, and “position”. That is, in a plan view, the
The rear end of the extended
(動作)
図28は、ターボファン500の作用効果を説明する模式図であって、(a)は延長後縁部の作用を示す斜視図、(b)は延長後縁部がない場合を示す平面図である。
図28の(b)において、ターボファン200が回転すると、翼22からは、放射方向よりも回転方向に対して遅れる方向に傾向いた方向に空気が吹き出される。このとき、ターボファン200の外周には所定の間隔を設けて熱交換器4が配置されている。
このため、熱交換器4のターボファン200側の熱交換器表面41と、ターボファン200との間において、円筒状に旋回する空気流れW24が形成される。空気流れW24は、あたかも筒体が熱交換器表面41に当接して転がるように、熱交換器表面41に沿って、回転方向に移動する。そうすると、熱交換器4に侵入する空気の流れが阻害され、熱交換が不充分になったり、調和空気流れW4の風量が減少するおそれがある。また、熱交換器表面41の回転方向の下流位置において、空気流れW24が消滅する際の振動で、騒音発生の一因になっている。
(Operation)
FIGS. 28A and 28B are schematic views for explaining the operation and effect of the
In FIG. 28B, when the
Therefore, an air flow W <b> 24 swirling in a cylindrical shape is formed between the
図28の(b)において、ターボファン500が回転すると、帯状後縁部81の最後端と延長後縁部82の最後端とは、回転方向に対して位相が相違しているため、翼522から吹き出された空気、すなわち、帯状後縁部81および延長後縁部82から吹き出された空気によって、熱交換器4の熱交換器表面41とターボファン500との間において、それぞれ円筒状の空気流れW81および空気流れW82が形成されようとする。
しかしながら、空気流れW81と空気流れW82とは発生位置が相違するため、互いに干渉して、消滅または弱くなる。そうすると、熱交換器4に侵入する空気の流れは円滑になり、熱交換や調和空気流れW4の風量が保証され、さらに、騒音の発生が抑えられる。
In FIG. 28 (b), when the
However, since the generation positions of the air flow W81 and the air flow W82 are different, they interfere with each other and disappear or become weak. If it does so, the flow of the air which penetrate | invades into the
なお、本発明は、スリット80の数や切り込みの深さ(φ3)あるいは延長後縁部82の延長量(φ4)を限定するものではなく、スリット80それぞれの切り込みの深さ(φ3)や延長後縁部82それぞれの延長量(φ4)は相違してもよい。さらに、スリット80を形成する範囲(第5領域に相当する)は後縁24の所定範囲、たとえば、主板20からシュラウド21に至る広い範囲であってもよい。
The present invention does not limit the number of slits 80, the depth of cut (φ3), or the amount of extension (φ4) of the extended
また、延長後縁部82は、ターボファン300(実施の形態3、こぶ50付き)またはターボファン400(実施の形態4、翼後縁24のシュラウド21寄りが遅れている)の何れに形成してもよい。参考までに、ターボファン400の翼後縁424に延長後縁部82を形成したターボファン600として、図29に示す。
The
本発明によれば、騒音および消費電力を低減することができるから、各種機器の送風手段を構成するターボファンとして、また、事業用または家庭用の各種空気調和装置として広く利用することができる。 According to the present invention, since noise and power consumption can be reduced, the present invention can be widely used as a turbo fan constituting a blowing means of various devices, and as various air conditioners for business use or household use.
1:筐体、4:熱交換器、5:モーター、6:モーター取り付け用部材、7:フィルター、8:ベルマウス、8a:ベルマウス端縁、9:フラップ、12:吸込口、13:吹出口、20:主板、20a:主板膨らみ部、20b:主板外周、20c:主板冷却孔、21:シュラウド、21a:シュラウド端縁、21b:ベルマウス外周、21c:縮径範囲、21d:縮径範囲、22:翼、23:翼前縁、24:翼後縁、25:翼内面、26:翼外面、27:仮想面、28:凹状部、31:翼弦中心線、32:直線、41:熱交換器表面、56:流れ方向、57:延長方向、71:放射線、72:放射線、80a:スリット、80b:スリット、80c:スリット、80d:スリット、80e:スリット、81a:帯状後縁部、81b:帯状後縁部、81c:帯状後縁部、82a:延長後縁部、82b:延長後縁部、82c:延長後縁部、83:放射線、84:放射線、91:凹状部開始円、92:凹状部終了円、α1:流入角、β1:入口角、η:迎角、φ3:角度、φ4:角度、100:空気調和装置(実施の形態1)、200:ターボファン(実施の形態2)、300:ターボファン(実施の形態3)、310:ターボファン(実施の形態3)、322:翼、322b:翼、400:ターボファン(実施の形態4)、422:翼、423:翼前縁、424:翼後縁、500:ターボファン(実施の形態5)、522:翼、600:ターボファン(実施の形態5)、900:天井、901:凹部、902:壁、903:ボルト、904:ナット、O:回転中心、W1:吸込流れ、W2:内部流れ、W20:空気流れ、W21:空気流れ、W22:空気流れ、W24:空気流れ、W3:ギャップ流れ、W4:調和空気流れ、W5:吹出流れ、W61:縦渦、W62:縦渦、W63:乱流、W8:渦、W81:空気流れ、W82:空気流れ、W9:剥離渦、g:ギャップ。 1: Housing, 4: Heat exchanger, 5: Motor, 6: Motor mounting member, 7: Filter, 8: Bell mouth, 8a: Bell mouth edge, 9: Flap, 12: Suction port, 13: Blow Outlet, 20: main plate, 20a: main plate bulge, 20b: main plate outer periphery, 20c: main plate cooling hole, 21: shroud, 21a: shroud edge, 21b: bell mouth outer periphery, 21c: reduced diameter range, 21d: reduced diameter range , 22: wing, 23: wing leading edge, 24: wing trailing edge, 25: wing inner surface, 26: wing outer surface, 27: virtual surface, 28: concave portion, 31: chord centerline, 32: straight line, 41: Heat exchanger surface, 56: flow direction, 57: extension direction, 71: radiation, 72: radiation, 80a: slit, 80b: slit, 80c: slit, 80d: slit, 80e: slit, 81a: strip-shaped rear edge, 81b: belt-like trailing edge , 81c: belt-shaped rear edge, 82a: extended rear edge, 82b: extended rear edge, 82c: extended rear edge, 83: radiation, 84: radiation, 91: concave part start circle, 92: concave part end circle , Α1: inlet angle, β1: inlet angle, η: angle of attack, φ3: angle, φ4: angle, 100: air conditioner (Embodiment 1), 200: turbo fan (Embodiment 2), 300: turbo Fan (Embodiment 3), 310: Turbo fan (Embodiment 3), 322: Blade, 322b: Blade, 400: Turbo fan (Embodiment 4), 422: Blade, 423: Blade leading edge, 424: Wing trailing edge, 500: Turbo fan (Embodiment 5), 522: Wing, 600: Turbo fan (Embodiment 5), 900: Ceiling, 901: Recess, 902: Wall, 903: Bolt, 904: Nut, O: rotation center, W1: suction flow, W2: Partial flow, W20: Air flow, W21: Air flow, W22: Air flow, W24: Air flow, W3: Gap flow, W4: Harmonic air flow, W5: Blowing flow, W61: Longitudinal vortex, W62: Longitudinal vortex, W63 : Turbulent flow, W8: Vortex, W81: Air flow, W82: Air flow, W9: Separation vortex, g: Gap.
Claims (6)
該主板に対向配置された円環状のシュラウドと、
前記主板と前記シュラウド間に配置され、前記主板の外周と前記シュラウドの外周とが形成する仮想円筒上にある後縁と、該後縁よりも回転方向の進む方向に進むと共に回転中心寄りにある前縁とを具備する複数枚の翼と、
を有し、
前記翼の前記主板に近い所定の第1領域において、前記主板から遠ざかるほど、前記翼の前縁の入口角が除々に大きくなり、
前記翼の前記シュラウドに近い所定の第3領域において、前記シュラウドに近づくほど、前記翼の前縁が後縁に除々に近づくと共に、前記翼の厚みが徐々に薄くなり、且つ、前記翼の回転中心側の面に滑らかに凹む凹状部が形成され、
前記第1領域の前記シュラウドに最も近い位置における回転中心に対して垂直な断面の形状が、前記第3領域の前記主板に最も近い位置における回転中心に対して垂直な断面の形状に同じであって、前記第1領域と前記第3領域に挟まれた第2領域において、前記翼の前縁が回転中心に平行であることを特徴とするターボファン。 A disk-shaped main plate having a bulge at the center and having the center as the center of rotation;
An annular shroud disposed opposite the main plate;
A rear edge which is disposed between the main plate and the shroud and which is on a virtual cylinder formed by the outer periphery of the main plate and the outer periphery of the shroud, and advances in the direction of rotation with respect to the rear edge and is closer to the center of rotation. A plurality of wings having a leading edge;
Have
In a predetermined first region near the main plate of the wing, the farther away from the main plate, the gradually increasing the entrance angle of the leading edge of the wing,
In a predetermined third region of the wing close to the shroud, the closer to the shroud, the closer the leading edge of the wing gradually approaches the trailing edge, the thickness of the wing gradually decreases, and the rotation of the wing. A concave portion that is smoothly recessed is formed on the surface on the center side,
The shape of the cross section perpendicular to the rotation center at the position closest to the shroud in the first region is the same as the shape of the cross section perpendicular to the rotation center at the position closest to the main plate in the third region. In the second region sandwiched between the first region and the third region, the front edge of the blade is parallel to the center of rotation.
前記主板の外周、前記シュラウドの外周および前記翼の後縁によって形成された空間から、回転中心に対して略垂直に空気が流出入するものであって、
前記凹状部が、前記シュラウドの外周と前記ベルマウスの内周との間の間隙に相当する位置に形成されることを特徴とする請求項1記載のターボファン。 Air flows into the shroud from a bell mouth arranged with a predetermined gap substantially parallel to the center of rotation,
From the space formed by the outer periphery of the main plate, the outer periphery of the shroud, and the trailing edge of the blade, air flows in and out substantially perpendicularly to the rotation center,
The turbofan according to claim 1, wherein the concave portion is formed at a position corresponding to a gap between an outer periphery of the shroud and an inner periphery of the bell mouth.
該筐体内に配置された請求項1乃至5の何れかに記載のターボファンと、
該ターボファンの前記主板に連結されたモーターと、
前記ターボファンの前記シュラウドに空気を案内するベルマウスと、
前記ターボファンの周囲に配置された熱交換器と、
を有することを特徴とする空気調和装置。 A housing having a suction port for sucking air and a blow-out port for blowing air;
The turbo fan according to any one of claims 1 to 5 disposed in the housing;
A motor coupled to the main plate of the turbofan;
A bell mouth for guiding air to the shroud of the turbofan;
A heat exchanger disposed around the turbofan;
An air conditioner characterized by comprising:
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