JP2014231747A - 軸流または斜流ファン及びこれを備えた空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音が低く風量性能が高い軸流または斜流ファンの提供。【解決手段】羽根車１とオリフィスを備え、羽根車１は、その子午面において、翼径が最小オリフィス径より小さく、前縁３ａからオリフィス近傍の任意の点まで翼径が一定となり、前記任意の点から下流に向けてオリフィス形状に沿うような形状を呈して、オリフィス最小径の領域において、翼の後縁３ｂとなる形状としてある。これにより、翼のチップ部における径方向からの吸い込み分布を均一にして、偏流による乱れを抑制し、円滑な流れ場が形成されて送風性能が向上する。また、偏流による乱れが抑制されるため、乱流騒音が低減され、ＮＺ音などの異常音の発生も起こらない。【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和機の室外ユニットに用いる軸流または斜流ファン及びこれを備えた空気調和機に関するものである。

従来の軸流または斜流ファン、例えばプロペラファンについては、特許文献１のようなものが見られる。

図６〜図８は特許文献１のプロペラファンを示し、このプロペラファンは、羽根車１とオリフィス４とを備えて構成されている。

上記羽根車１は、ボス２の外周に複数枚（この実施形態では三枚）の翼３を放射状に取り付けて構成されている。即ち、翼３は、図７に示すように、その前縁３ａ（点Ａ〜点Ｂの範囲）が径方向外方に向かうに従って回転方向（矢印Ｒ方向）前方へ変位する前進翼で構成され、上記ボス２に対して所定の取付角をもって取り付けられている（図２を参照）。

上記オリフィス４は、上記羽根車１の軸方向高さの半分程度の軸長をもつ環状体であって、円弧状の断面形状を有している。そして、このオリフィス４は、上記羽根車１の外周縁３ｃ（点Ｂ〜点Ｅの範囲）の外側に、その吹出側端４ａが羽根車軸方向において上記翼３の後縁３ｂ（点Ｅ〜点Ｆの範囲）と略同一位置となるようにして配置されている。このオリフィス４の配置によって上記羽根車１の軸方向両側の空間は、上記前縁３ａ寄りの低圧側（吸込側）と後縁３ｂ寄りの高圧側（吹出側）とに仕切られるとともに、上記羽根車１はその軸方向全長のうち、後縁３ｂ寄りの略１／２の範囲が上記オリフィス４によって囲繞され、前縁３ａ寄りの略１／２の範囲は低圧側へ延出した状態となっている。

また、上記翼３は次のように構成されている。

まず、上記翼３の外周縁３ｃ上に五つの点、即ち、前縁３ａの最外周に位置する前縁側最外周点Ｂと、上記オリフィス４の吸込側端４ｂに対応する囲繞境界点Ｃと、該オリフィス４の軸方向略中央に位置する囲繞中央点Ｄと、後縁３ｂの最外周に位置する後縁側最外周点Ｅとを設定する。

このような条件設定下において、上記翼３の外周縁３ｃの形状は以下のようになっている。先ず、上記オリフィス４から低圧側へ延出している前縁側最外周点Ｂから囲繞境界点Ｃまでの範囲においては、翼半径（ボス２の軸心から外周縁３ｃまでの径方向距離）を該前縁側最外周点Ｂから囲繞境界点Ｃに向かって連続的に増加させて、該前縁側最外周点Ｂの翼半径「Ｒｂ」と囲繞境界点Ｃの翼半径「Ｒｃ」との間に「Ｒｂ＜Ｒｃ」なる関係をもたせている。また、囲繞境界点Ｃから後縁側最外周点Ｅの範囲においては、翼半径を該囲繞境界点Ｃから後縁側最外周点Ｅに向かって連続的に減少させて、該囲繞境界点Ｃの翼半径「Ｒｃ」と囲繞中央点Ｄの翼半径「Ｒｄ」と後縁側最外周点Ｅの翼半径「Ｒｅ」との間に「Ｒｃ＞Ｒｄ＞Ｒｅ」なる関係をもたせている。さらに、上記翼３の外周縁３ｃの断面形状を、上記前縁側最外周点Ｂから上記囲繞境界点Ｃの範囲では、図８に示すように、圧力面３ｄと負圧面３ｅに跨がって延びる略半円形状を呈している。

このように、上記翼３の外周縁３ｃの形状を設定することで次のような作用効果が得られる。

即ち、上記羽根車１において、上記翼３の外周縁３ｃのうち、前縁側最外周点Ｂから囲繞境界点Ｃまでの範囲における翼半径を、該前縁側最外周点Ｂから囲繞境界点Ｃに向かって連続的に増加させて、該前縁側最外周点Ｂの翼半径「Ｒｂ」と囲繞境界点Ｃの翼半径「Ｒｃ」との間に「Ｒｂ＜Ｒｃ」なる関係をもたせたことで、図７に示すように、該前縁側最外周点Ｂから囲繞境界点Ｃまでの範囲においては上記外周縁３ｃが羽根車１の回転方向に角度をもつことになる。この結果、同図において空気流Ａ２で示すように、上記外周縁３ｃの前縁側最外周点Ｂから囲繞境界点Ｃまでの部分が空気流を横切って吸い込むこととなり、例えば従来のように上記前縁側最外周点Ｂから囲繞境界点Ｃまでの範囲が羽根車１の回転方向と平行である場合に比して、該範囲からの空気の吸込作用が促進され吸込空気量の増加することで、プロペラファン全体としての風量アップが実現される。

また、この場合、囲繞境界点Ｃから後縁側最外周点Ｅの範囲においては、翼半径を該囲繞境界点Ｃから後縁側最外周点Ｅに向かって連続的に減少させて、該囲繞境界点Ｃの翼半径「Ｒｃ」と囲繞中央点Ｄの翼半径「Ｒｄ」と後縁側最外周点Ｅの翼半径「Ｒｅ」との間に「Ｒｃ＞Ｒｄ＞Ｒｅ」なる関係をもたせたことで、上記囲繞境界点Ｃから上記後縁側最外周点Ｅまでの範囲における外周縁３ｃの形状が、高圧側が比較的低静圧である場合における空気の求心流れ、即ち、上記オリフィス４の吸込側から上記羽根車１の軸心寄りに向けて流れる空気の流線に沿ったものとなり、低静圧仕様のプロペラファンとして好適なものとなる。

さらに、上記翼３の外周縁３ｃのうち、上記前縁側最外周点Ｂから上記囲繞境界点Ｃの範囲における該外周縁３ｃの断面形状を、該翼３の圧力面３ｄと負圧面３ｅとに跨がって延びる略半円形状とすることで、該範囲内においては上記翼３の外周縁３ｃへの流入空気の乱れが抑制され、翼表面での空気の剥離が可及的に防止されることで空力性能の低下抑制と送風騒音の低減とが図れるものである。

また、上記囲繞境界点Ｃから上記後縁側最外周点Ｅの範囲における外周縁３ｃの断面形状を、該翼３の圧力面３ｄ側のみを円弧状にカットした形状とすることで、上記オリフィス４の内周面との間を高圧側から低圧側に向かって流れる漏れ流れの乱れが可及的に抑制され、これによって空力性能の低下が抑制されることになる。

次に、上記翼３の外周縁３ｃとオリフィス４との相対位置については、上記囲繞境界点Ｃの翼半径「Ｒｃ」と上記オリフィス４の最内径「Ｒｏ」との間に、「Ｒｃ＜Ｒｏ」なる関係をもたせている。かかる設定とすることで、上記オリフィス４内を上記羽根車１が挿通可能となる。この結果、上記羽根車１の組み付けに際しては、上記オリフィス４を固定したまま該オリフィス４の軸方向両側の何れ側からでも上記羽根車１を組み付けることができ、例えば、上記オリフィス４に対する上記羽根車１の組み付けに方向性がある場合に比して、その組付作業性が向上することになる。

特開２００１−２２７４９７号公報

しかしながら、上記従来の構成では、羽根車１の外周部径方向からの流れを一律に促進することができない。すなわち、ファン径の大きい箇所（Ｒｃ）部分からの吸い込みが促進され、吸い込み風速分布に偏りが生じる傾向にあり騒音上昇に繋がる。

また、吹き出し流れの径方向の促進が図れない。すなわち、ファン径の小さい箇所（Ｒｄ）から外側にオリフィスに沿って流れる吹き出し流れが促進されない。また、吹き出しグリルとの距離が短くなる傾向にあり風量低下に繋がる。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、騒音低減と風量性能向上を目的としたものである。

前記課題を解決するために本発明は、放射状に複数の翼を備えた羽根車と、前記羽根車の外周を囲繞するオリフィスとからなり、前記羽根車は、回転駆動されるボスと、前記ボスの周囲に配置された２枚以上の翼とを備え、かつ、前記羽根車の子午面において、翼径が最小オリフィス径より小さく、前縁からオリフィス近傍の任意の点まで翼径が一定となり、前記任意の点から下流に向けてオリフィス形状に沿うような形状を呈して、オリフィス最小径の領域において、翼の後縁となる形状としたものである。

これにより、各翼の子午面で前縁から後縁へオリフィス近傍の任意の点まで、半径が一定となっているから、翼のチップ部における径方向からの吸い込み分布を均一にして、偏流による乱れを抑制する。よって、円滑な流れ場が形成され送風性能が向上する。また、偏流による乱れが抑制されるため、乱流騒音が低減される。さらに、乱流成分の小さな状態でファンに流入されることにより、ＮＺ音などの異常音の発生も起こらない。

また、翼形状が、オリフィス近傍において、オリフィス形状に沿うような形状となっているから、静圧向上を図ることができる。すなわち、熱交換器に負荷がかかった場合（例、汚れ、露付、等）における風量低下を、軽減することができる。また、オリフィスの拡大位置の上流で翼の後縁となるため、吹き出し流れがオリフィスに沿いながら径方向に流れて風量が増加する。

本発明は、騒音を低下させることができるとともに、送風性能を向上させることができ、低騒音かつ高送風性能の軸流又は斜流ファン及び空気調和機を提供することができる。

本発明の実施の形態１における軸流ファンを搭載した空気調和機の室内ユニットの断面図 同室外ユニットに搭載されている軸流ファンの斜視図 同軸流ファンの正面図 同軸流ファンの子午面図 本発明の軸流ファンの翼―オリフィス距離と風量、騒音の関係を示す図 従来のプロペラファンの正面図 従来のプロペラファンの側面図 従来のプロペラファンの翼断面図

第１の発明は、放射状に複数の翼を備えた羽根車と、前記羽根車の外周を囲繞するオリフィスとからなり、前記羽根車は、回転駆動されるボスと、前記ボスの周囲に配置された２枚以上の翼とを備え、かつ、前記羽根車の子午面において、翼径が最小オリフィス径より小さく、前縁からオリフィス近傍の任意の点まで翼径が一定となり、前記任意の点から下流に向けてオリフィス形状に沿うような形状を呈して、オリフィス最小径の領域において、翼の後縁となる形状としたものである。

これにより、各翼の子午面で前縁から後縁へオリフィス近傍の任意の点まで、半径が一定となっているから、翼のチップ部における径方向からの吸い込み分布を均一にして、偏流による乱れを抑制する。よって、円滑な流れ場が形成され送風性能が向上する。また、偏流による乱れが抑制されるため、乱流騒音が低減される。さらに、乱流成分の小さな状態でファンに流入されることにより、ＮＺ音などの異常音の発生も起こらない。

また、翼形状が、オリフィス近傍において、オリフィス形状に沿うような形状となっているから、静圧向上を図ることができる。すなわち、熱交換器に負荷がかかった場合（例、汚れ、露付、等）における風量低下を、軽減することができる。また、オリフィスの拡大位置の上流で翼の後縁となるため、吹き出し流れがオリフィスに沿いながら径方向に流れて風量が増加する。

第２の発明は、上記第１の発明において、オリフィスと羽根車の距離をＴとし、羽根車の最大羽根車直径をＤとすると、０．０１７＜Ｔ／Ｄ＜０．０２５の関係となる構成としてあり、これにより静圧向上と騒音低減の最適化が実現され、前記第１の発明と同様、騒音を低下させることができるとともに、送風性能を向上させることができる。

第３の発明は、上記第１、第２の発明において、翼はその枚数を２枚としたものであり、軽量化を図りつつ静圧を向上させて風量性能を向上させることができる。

第４の発明は、本体内に熱交換器と軸流または斜流ファンとを備えた空気調和機であって、前記軸流または斜流ファンとして上記第１〜第３のいずれかに記載の軸流または斜流ファンを用いたもので、低騒音で送風性能の高い空気調和機とすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における軸流ファンを搭載した空気調和機の室外ユニットの断面図、図２は同室外ユニットに搭載されている軸流ファンの斜視図、図３、図４は、同軸流ファンの正面図、子午面図である。

図１〜図４において、空気調和機の室外ユニットの本体２０は、吸込口１３と、熱交換器７と、羽根車１と、羽根車１を駆動させるモータ５と、羽根車１を取り囲むオリフィス４と、吹出口１４と、空気調和機に必要な圧縮機８と、それらを分離するための仕切壁６とから構成されている。

羽根車１は、前記モータ５により回転力を受けて回転駆動されるボス２と、同ボス２の周囲に放射状に延び出した２枚以上の軸流翼または斜流翼（以下、単に翼と称す）３とで構成されている。また、前記翼３の前縁チップ半径をＲｂ、後縁チップ半径をＲｅ、とすると、Ｒｂ＞Ｒｅとなるように設定されている。

羽根車１の回転によって誘引される空気は、まず、吸込口１３を経由して、熱交換器７を通過する。この熱交換器７で、空気に熱の授受が行われて、翼３に流れ込む。翼３で増速および昇圧され、オリフィス４の近傍で最大風速、最大圧力となる。そして、吹出口１４を通過して本体２０の外部に放出される。矢印は、概略の空気の流れである。

上記羽根車１は、図２、図３、図４に示すように、各翼（ブレード・羽根）３の回転中心を基準として、前縁半径Ｒｂ、オリフィス近傍の任意の点での半径Ｒｃとすると、Ｒｂ＝Ｒｃの関係が成り立つ形状としてある。この形状により、翼３の径方向からの吸い込み
分布が円滑になり、偏流による乱れを抑制する。これにより、円滑な流れ場が形成され送風性能が向上する。また、偏流による乱れが抑制されているため、乱流騒音が低減される。また、乱流成分の小さな状態で翼３に流入されることにより、ＮＺ音などの異常音の発生も起こらない。

また、上記各翼（ブレード・羽根）３はＲｃから下流方向にオリフィス形状に沿うような形状にして、後縁先端での半径Ｒｅ、その中間での任意の半径Ｒｄとすると、Ｒｃ＞Ｒｄ＞Ｒｅの関係が成り立つ形状としてある。また、オリフィス半径が最小となる点での半径Ｒｏとすると、Ｒｏ＞Ｒｂ、Ｒｏ＞Ｒｃ、Ｒｏ＞Ｒｅの関係が成り立ち、すなわち、翼３のいかなる箇所でも翼径は、オリフィス径より小さくなる形状としてある。また、オリフィス半径が最小である半径Ｒｏの領域内において、翼後縁の位置が存在する。すなわち、オリフィス半径Ｒｏの領域内において、翼後縁径Ｒｅが呈することになる。オリフィス半径は半径Ｒｏの領域から下流に向かい、徐々に径が増加する形状としてあり、最下流位置でのオリフィス半径Ｒｏｏとすると、Ｒｏｏ＞Ｒｏの関係が成り立つ。

上記のように、翼形状が、オリフィス近傍において、オリフィス形状に沿うような形状とすると、静圧向上を図ることができる。すなわち、熱交換器７に負荷がかかった場合における風量低下を、軽減することができる。また、オリフィス４の拡大位置の上流で翼の後縁となるため、吹き出し流れがオリフィス４に沿いながら径方向に流れて風量が増加する。また、翼３のいかなる箇所でも翼径は、オリフィス径より小さくなるため、取り付け・組み立てが容易となる。

（実施の形態２）
この実施の形態では図４において、更に羽根車１に取り付けられている翼３とオリフィス４との距離をＴとし、羽根車１の最大直径をＤ（＝Ｒｂ＊２）とすると、０．０１７＜Ｔ／Ｄ＜０．０２５の関係が成り立つ形状としてある。

翼３とオリフィス４の距離関係は、騒音と静圧とのトレードオフの関係にあり、距離が小さくなれば静圧が向上して騒音は上昇する。一方、距離が大きくなれば、静圧は減少するが騒音が低減される。ここで、静圧が向上することは、概して、風量の増加すなわち風量性能の増加に繋がる。

図５は、風量及び騒音の、翼３とオリフィス４の距離との関係を示したものである。Ｔ／Ｄの値が、０．０１７以下になると急激に騒音上昇の傾向にある。また、Ｔ／Ｄの値が、０．０２５以上になると急激に風量減少の傾向にある。従って、Ｔ／Ｄの値が、上記のような条件とすると、騒音及び風量の効果が最適となる。

（実施の形態３）
この実施の形態では、図２、図３に描いているように、翼枚数を２枚に限定してある。２枚にすることにより、羽根車１の軽量化を図ることができる。しかしながら、２枚にすることにより、静圧の低下を招く。そこで、前記実施の形態２で説明した関係を併用することによって、静圧を向上させつつ風量性能を増加させることができる。すなわち、軽量かつ低騒音で高静圧・高風量ファンを得ることができる。

以上のように本発明は、低騒音かつ高送風性能の軸流又は斜流ファン及び空気調和機を提供することができ、軸流または斜流ファンが搭載されている機械に広く利用可能である。特にファン前縁のチップ直径を後縁のチップ直径より大きくすることができる場合、すなわち、空気調和機の室外ユニットにおいて、本体内部の空間のスペースが大きくできる場合や、軸流または斜流ファンの風量性能の向上が求められる場合、あるいは、効率の向
上が求められる場合、等に有効である。

１ 羽根車
２ ボス
３ 翼
３ａ 前縁
３ｂ 後縁
３ｃ 外周縁
４ オリフィス
５ モータ
６ 仕切壁
７ 熱交換器
８ 圧縮機
１２ 機械室
１３ 吸込口
１４ 吹出口
Ｂ 前縁側最外周点
Ｃ 囲繞境界点
Ｄ 囲繞中央点
Ｅ 後縁側最外周点

Claims (4)

1. 放射状に複数の翼を備えた羽根車と、前記羽根車の外周を囲繞するオリフィスとからなり、前記羽根車は、回転駆動されるボスと、前記ボスの周囲に配置された２枚以上の翼とを備え、かつ、前記羽根車の子午面において、翼径が最小オリフィス径より小さく、前縁からオリフィス近傍の任意の点まで翼径が一定となり、前記任意の点から下流に向けてオリフィス形状に沿うような形状を呈して、オリフィス最小径の領域において、翼の後縁となる形状としたことを特徴とする軸流または斜流ファン。
2. オリフィスと羽根車の距離をＴとし、羽根車の最大羽根車直径をＤとすると、０．０１７＜Ｔ／Ｄ＜０．０２５の関係としたことを特徴とする請求項１記載の軸流または斜流ファン。
3. 翼はその枚数を２枚としたことを特徴とする請求項１または２記載の軸流または斜流ファン。
4. 本体内に熱交換器と軸流または斜流ファンとを備えた空気調和機であって、前記軸流または斜流ファンとして請求項１〜３のいずれか１項記載の軸流または斜流ファンを用いたことを特徴とする空気調和機。