JP2012007473A

JP2012007473A - 貫流ファン及びこれを備えた空気調和機

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Publication number: JP2012007473A
Application number: JP2010141181A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sakai; 浩一酒井
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2012-01-12
Anticipated expiration: 2030-06-22
Also published as: JP5187353B2; CN102297145A; CN102297145B

Abstract

【課題】貫流ファンのスキューを形成する翼形状であれば、回転音および流体騒音（乱流騒音）を低減することはできる。しかし、空気調和機などに搭載して送風路を形成した場合、熱交換器に露がついたり、フィルタに埃が堆積したりして通風抵抗が増加すると、ファン周りからバサバサという断続的異常音が発生する傾向にある。特に、端部については、送風路の側壁に囲まれているため通風抵抗が増大してバサバサ音の発生の傾向が著しい。
【解決手段】本発明の貫流ファンは、端部を構成する翼の断面形状を内外径を変えずに翼の厚さのみを大きくする。厚さの変え方については、凸面、凹面を略同じ割合で厚くする。
【選択図】図４

Description

本発明は、空気調和機の室内ユニットにおいて、羽根車を軸方向に並べて結合して得られる貫流ファン全体において、送風性能と静圧の向上とに関するものである。

従来の貫流ファンは、軸方向に一枚翼にて貫通するものである（例えば、特許文献１参照）。

図８は従来技術の貫流ファンの正面図、図９は、図８の貫流ファンのＡ−Ａ矢視断面図である。

図８に示す翼２は、貫流ファン１の軸方向にほぼ等間隔に並べた複数個の支え円板３の一端から他端、すなわち図８に向かって左端から右端に至り各支え円板３を一枚翼にて貫通するものである。各翼２は一様に、被駆動側（軸４側）よりも駆動側（モータ５側）を所定の量で回転方向に進ませた傾斜、いわゆる、スキューを形成している。

図９に示すように、その翼２の断面は、同一厚みの素材を、回転方向側に一円弧に塑性加工してわん曲前傾させてある。また、翼２は支え円板３の外周寄り周方向にランダムなピッチＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４・・・Ｐ３４で多数配置している。

この貫流ファン１は、前ケ−シングと後ケーシングとの間で回転させることにより、遠心力によって前ケ−シング寄りの羽根車内に内部渦を発生させる。これにより、風は、通風路の入口開口部から吸い込まれ、出口開口部から吐出される。

このような従来の貫流ファンは、翼２が支え円板３の左端から右端に至り、全数翼を軸方向平行線に対して所定角度同一方向に傾斜させてあるので、前ケーシングの前縁に対する翼位相のずれは左端から右端に至り、段差なく少しずつ連続的に行なわれることになり、また、支え円板３を境にした左右で翼２に位相差が無くなる。したがって、左右の速度がほぼ同一になって干渉が無くなり、全幅にわたり翼２への流入を滑らかにできる。このため、回転一次音の低減はもとより、流れの変動が少なくなり、羽根車体としての回転の低周波の振動（一秒間あたりの回転数の整数倍の周波数）および従来干渉により生じていた高周波の流体騒音（一次回転音より高い周波数）も低減することができる。

特開平８−２００２８３号公報

従来技術の貫流ファンのスキューを形成する翼形状であれば、回転音および流体騒音（乱流騒音）を低減することはできる。しかし、空気調和機などに搭載して通風路を形成した場合、熱交換器に露がついたり、フィルタに埃が堆積したりして通風抵抗が増加すると、ファン周りからバサバサという断続的異常音が発生する傾向にある。特に、貫流ファンの端部については、通風路の側壁に囲まれているため通風抵抗が増大してバサバサ音の発生の傾向が著しい。従来技術では、このような騒音に対する低減効果は得られない。

また、従来の貫流ファンは、軸方向に一枚翼にて貫通するものであるため、翼を作成するために大型の金型が必要となるなど、生産性が悪いという課題があった。

前記課題を解決するために、本発明は、端部を構成する羽根車の内外径を、端部以外を構成する羽根車の内外径と同じにするとともに、前記端部を構成する羽根車のブレードの断面形状は、前記端部以外を構成する羽根車のブレードの断面形状より厚くするものである。

これによれば、端部を構成する羽根車を高静圧型のブレード形状にすることにより、断続的異常音の発生を低減できるとともに、貫流ファンを軸方向に結合させる構成とするとき、翼溝に挿入しやすい形状を製作しやすくするため、超音波溶着などによる接合・組み立て性が向上して生産性が向上する。

本発明の貫流ファンは、通風路の側壁近傍の通風抵抗の高い領域において、発生するバサバサという断続的異常音を抑制することができる。また、超音波溶着などによる接合・組み立て性が向上して生産性が向上する。

本発明の実施の形態１における空気調和機の室内ユニットの斜視図本発明の実施の形態１における空気調和機の室内ユニットの断面図本発明の実施の形態１における貫流ファンの正面図本発明の実施の形態１における貫流ファンの中央部及び端部の断面図本発明の実施の形態１における貫流ファンの中央部及び端部のブレードの断面図本発明の実施の形態２における貫流ファンの中央部及び端部の断面図本発明の実施の形態２における貫流ファンの中央部及び端部のブレードの断面図従来の貫流ファンの正面図従来の貫流ファンのＡ―Ａ矢視断面図

第１の発明は、支え円板の外周寄りに複数のブレードを有する羽根車を、複数配列してなる貫流ファンにおいて、端部を構成する羽根車の内外径を、端部以外を構成する羽根車の内外径と同じにするとともに、前記端部を構成する羽根車のブレードの断面形状は、前記端部以外を構成する羽根車のブレードの断面形状より厚くするものである。

第２の発明は、第１の発明において、前記端部を構成する羽根車のブレードの断面形状を、前記端部以外を構成する羽根車のブレードの断面形状を基準にして凸面、凹面を略同じ割合で厚くするものである。この形状は、断続的異常音の発生を低減できる点でさらに望ましい。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記端部を構成する羽根車のブレードの断面形状を、前記支え円板の外側から内側に向かって徐々に厚くするものである。この形状は、断続的異常音の発生を低減できる点でさらに望ましい。

第４の発明は、本体内に、熱交換器と、貫流ファンと、吹出口とを備え、前記貫流ファンから前記吹出口までの通風路には、前記貫流ファンの回転軸方向に延設され前記貫流ファンの前側で近接した部分に形成したスタビライザと、前記貫流ファンの後側から下面壁を形成するリアガイダとを備えた空気調和機において、第１〜３の発明のいずれか１つの発明の貫流ファンを用いるものである。

これによれば、通風路の側壁近傍の通風抵抗の高い領域において、発生するバサバサという断続的異常音を抑制することができる。

以下に本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における貫流ファンを備えた空気調和機の室内ユニットの斜視図であり、図２は同室内ユニットの断面図である。図１、図２において、空気調和機の室内ユニットの本体８は、前面または上面に設けられた吸込口９と、略逆Ｖ字型の熱交換器１３と、下面前方に設けられた吹出口１０と、熱交換器１３の略逆Ｖ字型形状の間に配置された貫流ファン１とを備えている。貫流ファン１をモータ（図示せず）により回転させ、吸込口９より室内の空気を取り入れ、熱交換器１３で熱交換された空気を吹出口１０より吹き出す。貫流ファン１から吹出口１０までの通風路１４は、貫流ファン１の前側の近接した部分で回転軸方向に延設されたスタビライザ６と、スタビライザ６から吹き出し方向に形成された上面壁と、貫流ファン１の後側から吹出口１０にかけて下面壁を形成するリアガイダ７と、左右の側壁とから形成されている。また、通風路１４の下流側には、断面が略円弧状で、吹き出し空気の上下方向の向きを制御する上下羽根１５と、吹き出し空気の左右方向の向きを制御する左右羽根１７とを備えている。

貫流ファン１が回転することにより、室内空間から空気が、吸込口９を経由して本体８に流れ込む。さらに熱交換器１３を通過して、熱交換がなされ貫流ファン１に流入される。貫流ファン１から流出した空気は、スタビライザ６、リアガイダ７などで構成される通風路１４を経由して、吹出口１０から室内空間に吹き出される。この時、上下方向の向きを制御する上下羽根１５と、左右方向の向きを制御する左右羽根１７とで、気流の制御がなされる。

図３は、貫流ファン１の正面図、図４（ａ）、（ｂ）は、貫流ファン１の端部の断面図、および、中央部の断面図を示したものである。図５は、貫流ファン１の中央部の断面図、端部の断面図を重ねて表示したものである。図５において、破線は、中央部の断面図を示し、実線は、端部の断面図を示している。

貫流ファン１は、複数の羽根車２１を軸方向に並べて支え円板３を介して結合して構成されている。羽根車２１は、複数のブレード（羽根）２２を備えている。また、複数の羽根車２１は、貫流ファン１の両端部に位置する端部羽根車２１ａと、中央部に位置する中間部羽根車２１ｂとで、それぞれを構成するブレードの形状が異なっている。すなわち、端部羽根車２１ａには、高静圧型のブレードを用いる。これによって、通風路１４の側壁近傍において、風の流れを安定かつ円滑にして、送風性能が向上する。

本実施の形態では、このブレードの形状を高静圧型にする方法としては、内外径を変えずにブレードの厚さのみを大きくする。厚さの変え方については、凸面、凹面を略同じ割合で厚くする手法を用いている。

より具体的な端部羽根車２１ａを高静圧型の羽根車にするための方法について以下に説明する。まず、ブレードの厚さを大きくすることがあげられる。図４（ａ）において、端部羽根車２１ａのブレードの最大肉厚、最小肉厚、平均肉厚を各々、Ｔｔｍａｘ、Ｔｔｍｉｎ、Ｔｔａｖｅとする。一方、図４（ｂ）において、端部以外の羽根車である中間部羽根車２１ｂのブレードの最大肉厚、最小肉厚、平均肉厚を各々、Ｔｃｍａｘ、Ｔｃｍｉｎ、Ｔｃａｖｅとする。その時の関係は、Ｔｔｍａｘ≧Ｔｃｍａｘ、Ｔｔｍｉｎ≧Ｔｃｍｉｎ、Ｔｔａｖｅ＞Ｔｃａｖｅとなる。ここでの平均肉厚は、同じブレードの断面積と弦長を維持した時に必要な肉厚である。

また、端部のファンブレードの内径、外径を、Ｒｔｉｎ、Ｒｔｏｕｔ、端部以外のファンブレードの内径、外径を、Ｒｃｉｎ、Ｒｃｏｕｔ、とすると、Ｒｔｉｎ＝Ｒｃｉｎ、Ｒｔｏｕｔ＝Ｒｃｏｕｔとしている。

すなわち、端部羽根車２１ａの内外径は、中間部羽根車２１ｂの内外径と同じであるが、端部羽根車２１ａのブレードの断面積が、中間部羽根車２１ｂのブレードの断面積より大きくなり、全体に分厚くなっている。このような、ブレード形状を有する羽根車は、高静圧型の羽根車となり、端部領域の流れを安定かつ円滑にして、送風性能を向上させる。

さらに望ましいブレードの形状は、Ｔｔｍａｘ：Ｔｃｍａｘ≒Ｔｔｍｉｎ：Ｔｃｍｉｎとなる。あるいは、Ｔｔｍａｘ−Ｔｔｍｉｎ：Ｔｃｍａｘ−Ｔｃｍｉｎ≒Ｔｔａｖｅ：Ｔｃａｖｅとなる。

端部羽根車２１ａのブレードにおいて、そり線から凸面までの距離の最大、最小、平均を、Ｔｔｍａｘ１、Ｔｔｍｉｎ１、Ｔｔａｖｅ１として、そり線から凹面までの距離の最大、最小、平均を、Ｔｔｍａｘ２、Ｔｔｍｉｎ２、Ｔｔａｖｅ２とする。中間部羽根車２１ｂのブレードにおいて、そり線から凸面までの距離の最大、最小、平均を、Ｔｃｍａｘ１、Ｔｃｍｉｎ１、Ｔｃａｖｅ１として、そり線から凹面までの距離の最大、最小、平均を、Ｔｃｍａｘ２、Ｔｃｍｉｎ２、Ｔｃａｖｅ２とする。この時、Ｔｔｍａｘ１：Ｔｃｍａｘ１≒Ｔｔｍｉｎ１：Ｔｃｍｉｎ１、かつ、Ｔｔｍａｘ２：Ｔｃｍａｘ２≒Ｔｔｍｉｎ２：Ｔｃｍｉｎ２となる。あるいは、Ｔｔｍａｘ１−Ｔｔｍｉｎ１：Ｔｃｍａｘ１−Ｔｃｍｉｎ１≒Ｔｔａｖｅ１：Ｔｃａｖｅ１、かつ、Ｔｔｍａｘ２―Ｔｔｍｉｎ２：Ｔｃｍａｘ２―Ｔｃｍｉｎ２≒Ｔｔａｖｅ２：Ｔｃａｖｅ２となる。

すなわち、端部羽根車２１ａの内外径を、中間部羽根車２１ｂの内外径と同じにして、その他の貫流ファンの翼断面を基準にして凸面、凹面を同じ割合で厚くする。

このような形状であれば、ブレード周りの流れのパターンが貫流ファン１の端部と端部以外で、ほぼ同じになり、軸方向の乱れが減少する。すなわち、通風路１４の側壁近傍においても貫流ファン特有の２次元流れが維持できる傾向にあるため、送風性能の向上が図れる。また、乱れの減少による、乱流騒音の低減が図れる。

図３に示すように、貫流ファン１の構成は、支え円板３の外周部にブレードが円板の垂直方向に取り付けられた羽根車２１を、軸方向に積み上げて組み立てる。この場合、一般に、貫流ファン１の羽根車２１は、樹脂成型される場合が多い。この羽根車２１の組み立て時において、ブレードを取り付けた反対側の支え円板３には、隣接する羽根車２１のブレードが挿入できるように溝が設けられている。この溝に、対向するブレードを挿入して、超音波溶着することにより、組み立てられることが多い。

本発明は、端部羽根車２１ａのブレードの断面形状を大きくして、その投影面内に、中間部羽根車２１ｂのブレードの断面形状を包含する。このような形状であれば、羽根車２１を軸方向に積み上げて構成するとき、溝に挿入しやすい形状を製作しやすい。すなわち、溝に挿入するための突起形状は、その他のブレード形状の内側に配置される形状となる。よって、端部羽根車２１ａのブレードの断面形状を大きくして投影面内に、中間部羽根車２１ｂのブレードの断面形状を包含するようにすることにより、確実に突起形状を作成することができる。このように溝に突起形状を差し込むことにより、超音波溶着などで容易に結合させることができる。

以上のように、本実施の形態の貫流ファンは端部を高静圧型の翼形状にすることにより、通風路の側壁近傍の通風抵抗の高い領域において、しばしば発生するバサバサという断続的異常音を抑制することができる。また、空気調和機などに搭載して送風路を形成した場合、熱交換器に露が付いたり、フィルタに埃が堆積したりして通風抵抗が増加して発生するバサバサという断続的異常音を抑制することができる。また、貫流ファンを軸方向に結合させる構成とするとき、翼溝に挿入しやすい形状を製作しやすくするため、端部の貫流ファンの翼断面形状を大きくして投影面内に、その他の翼形状を包含するようにする。この形状により、超音波溶着などによる接合・組み立て性が向上して生産性が向上する。

また、本実施の形態の貫流ファンは、端部羽根車２１ａの内外径と中間部羽根車２１ｂの内外径とが同じであるため、超音波溶着などによる接合・組み立て時に用いる治具などを、端部羽根車２１ａと中間部羽根車２１ｂと共用化できるため、生産性が向上する。

（実施の形態２）
本発明の別の実施の形態について説明する。本実施の形態が、実施の形態１と異なる点は、端部羽根車２１ａ、中間部羽根車２１ｂのそれぞれを構成するブレードの形状である。本実施の形態では、ブレードの形状を高静圧型にする方法としては、内外径を変えずに外側から内側徐々に厚くする方法を用いている。

図６（ａ）、（ｂ）は、実施の形態２の貫流ファンのブレードの断面図を示したものである。図６（ａ）において、端部羽根車２１ａのブレードの内径、外径を、Ｒｔｉｎ、Ｒｔｏｕｔとする。図６（ｂ）において、中間部羽根車２１ｂのブレードの内径、外径を、Ｒｃｉｎ、Ｒｃｏｕｔ、とする。この時、Ｒｔｉｎ＝Ｒｃｉｎ、Ｒｔｏｕｔ＝Ｒｃｏｕｔとなる。

また、図６（ａ）において、端部羽根車２１ａのブレードの内側先端の厚さ、中間の厚さ、外側先端の厚さを、Ｔｔｉｎ、Ｔｔｃｅｔ、Ｔｔｏｕｔとする。図６（ｂ）において、中間部羽根車２１ｂのブレードの内側先端の厚さ、中間の厚さ、外側先端の厚さを、Ｔｃｉｎ、Ｔｃｃｅｔ、Ｔｃｏｕｔとする。この時、Ｔｔｉｎ＞Ｔｔｃｅｔ＞Ｔｔｏｕｔ、Ｔｃｉｎ＞Ｔｃｃｅｔ＞Ｔｃｏｕｔとなる。また、弦長をＬとすると厚さの減少率は、各々（Ｔｔｉｎ―Ｔｔｏｕｔ）／Ｌ、（Ｔｃｉｎ―Ｔｃｏｕｔ）／Ｌとなり、ほぼ同じような値を呈する。

図７は、貫流ファンの中央部の断面図、端部の断面図を重ねて表示したものである。図７において、破線は、中央部の断面図を示し、実線は、端部の断面図を示している。本実施の形態では、端部羽根車２１ａ、中間部羽根車２１ｂのブレードは徐々に外側から内側に向かって厚さが大きくなる。

すなわち、最大肉厚、最小肉厚が、ブレードの内側先端直径、外側先端直径となる。

また、端部羽根車２１ａのブレードの内側先端の直径、外側先端の直径を、Ｄｔｉｎ、Ｄｔｏｕｔとする。中間部羽根車２１ｂのブレードの内側先端の直径、外側先端の直径を、Ｄｃｉｎ、Ｄｃｏｕｔとする。端部羽根車２１ａのブレードの最大肉厚、最初肉厚を、Ｔｔｍａｘ、Ｔｔｍｉｎとする。中間部羽根車２１ｂのブレードの最大肉厚、最初肉厚を、Ｔｃｍａｘ、Ｔｃｍｉｎとする。この時、Ｄｔｉｎ＝Ｔｔｉｎ＝Ｔｔｍａｘ、Ｄｔｏｕｔ＝Ｔｔｏｕｔ＝Ｔｔｍｉｎ、Ｄｃｉｎ＝Ｔｃｉｎ＝Ｔｃｍａｘ、Ｄｃｏｕｔ＝Ｔｃｏｕｔ＝Ｔｃｍｉｎとなる。

すなわち、端部羽根車２１ａの内外径を、中間部羽根車２１ｂの内外径と同じにして、ブレードの断面形状を外側から徐々に厚くする。このようなブレード形状にすることにより性能向上が図れる。また、端部領域の流れを安定かつ円滑にして、さらなる性能向上が図れる。

以上のように、本発明の空気調和機の室内ユニットにおいて、貫流ファンは、端部を構成するブレードのみ、断面形状を異なったものにする。さらに、このブレードの断面形状を通風抵抗の増大に対応する高静圧型にする。このような形状にすることにより、端部の通風抵抗の高い領域で安定かつ円滑な流れ場が形成されて性能向上につながり、空気調和機に搭載されている送風機の用途に適用できる。

１貫流ファン
２翼
３支え円板
４軸
５モータ
６前ケーシング（スタビライザ）
７後ケーシング（リアガイダ）
９吸込口
１０吹出口
１３熱交換器
１７左右羽根
２１羽根車
２１ａ端部羽根車
２１ｂ中間部羽根車

Claims

支え円板の外周寄りに複数のブレードを有する羽根車を、複数配列してなる貫流ファンにおいて、端部を構成する羽根車の内外径を、端部以外を構成する羽根車の内外径と同じにするとともに、前記端部を構成する羽根車のブレードの断面形状は、前記端部以外を構成する羽根車のブレードの断面形状より厚くすることを特徴とする貫流ファン。
前記端部を構成する羽根車のブレードの断面形状を、前記端部以外を構成する羽根車のブレードの断面形状を基準にして凸面、凹面を略同じ割合で厚くすることを特徴とする請求項１に記載の貫流ファン。
前記端部を構成する羽根車のブレードの断面形状を、前記支え円板の外側から内側に向かって徐々に厚くすることを特徴とする請求項１記載の貫流ファン。
本体内に、熱交換器と、貫流ファンと、吹出口とを備え、前記貫流ファンから前記吹出口までの通風路には、前記貫流ファンの回転軸方向に延設され前記貫流ファンの前側で近接した部分に形成したスタビライザと、前記貫流ファンの後側から下面壁を形成するリアガイダとを備えた空気調和機において、請求項１〜３に記載の貫流ファンを用いることを特徴とした空気調和機。