JP2015190332A - 軸流送風機、換気装置及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低騒音の軸流送風機等を提供する。【解決手段】軸心まわりに回転するボス２と、内周縁３１、外周縁３２、前縁３３及び後縁３４により囲繞される複数枚の翼３とを有する羽根車１を備え、軸心を中心としてボス２の半径をＲｂ及び翼３の外周縁３２の半径をＲｔとし、Ｒｂ＜Ｒｍ１＜Ｒｔを満たす半径Ｒｍ１及びＲｂ＜Ｒｍ２＜Ｒｔを満たす半径Ｒｍ２を定義したとき、前縁３３において軸心との距離Ｒ１がＲｂ＜Ｒ１＜Ｒｍ１となる部分と、後縁３４において軸心との距離Ｒ２がＲｂ＜Ｒ２＜Ｒｍ２となる部分とは、それぞれ、外周側ほど反回転方向に後退し、回転方向に凸となる曲線で構成され、前縁３３においてＲｍ１＜Ｒ１＜Ｒｔとなる部分と、後縁３４においてＲｍ２＜Ｒ２＜Ｒｔとなる部分とは、それぞれ、外周側ほど回転方向に前進し、反回転方向に凸となる曲線で構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば冷凍サイクル装置（空気調和装置）、換気装置などに用いられる軸流送風機などに関するものである。

回転軸を中心に翼を回転させて送風などを行う軸流送風機において、これまでに、騒音を低減させる技術としては、以下のようなものが知られる。例えば、翼とボス部が一体成形された送風用ファンにおいて、翼根元部の翼前縁と翼後縁とを結ぶ翼弦の中点である翼弦中点より回転軸への垂線に対し、該垂線に直角な面で切断した翼断面における翼弦の中心点を連続的に結んだ翼弦中心線が、翼根元部から翼先端に向かって回転軸の後方及び回転方向後方へ一旦後退した後、再び前記垂線に対して、回転軸の前方及び回転方向前方へ転向する形状としたものなどである（例えば特許文献１）。

特開平０４−１７５４９９号公報（第４頁 図１）

上記の先行技術では、翼弦中心線で翼の形状を定義している。このため、翼内周側で気流が翼外周側へ逃げることにより生じる死水域を十分に抑制することができず、騒音が十分に低減できないという問題がある。

本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、低騒音な軸流送風機などを提供することを目的とする。

本発明に係る軸流送風機は、軸心まわりに回転するボスと、ボスの外周部に配設され、内周縁、外周縁、前縁及び後縁により囲繞される複数枚の翼とを有する羽根車を備える軸流送風機であって、軸心を中心としてボスの半径をＲｂ及び翼の外周縁の半径をＲｔとし、Ｒｂ＜Ｒｍ１＜Ｒｔを満たす半径Ｒｍ１及びＲｂ＜Ｒｍ２＜Ｒｔを満たす半径Ｒｍ２を定義したとき、前縁において軸心との距離Ｒ１がＲｂ＜Ｒ１＜Ｒｍ１となる部分と、後縁において軸心との距離Ｒ２がＲｂ＜Ｒ２＜Ｒｍ２となる部分とは、それぞれ、外周側ほど反回転方向に後退し、回転方向に凸となる曲線で構成され、前縁においてＲｍ１＜Ｒ１＜Ｒｔとなる部分と、後縁においてＲｍ２＜Ｒ２＜Ｒｔとなる部分とは、それぞれ、外周側ほど回転方向に前進し、かつ、反回転方向に凸となる曲線で構成されている。

本発明の軸流送風機によれば、前縁のＲｂ＜Ｒ１＜Ｒｍ１となる部分、後縁のＲｂ＜Ｒ２＜Ｒｍ２となる部分が、それぞれ、外周側ほど反回転方向に後退し、回転方向に凸となる曲線で構成されていることにより、前縁から流入する気流が内周向きに維持されて気流が外周側へ逃げるのを抑制することができ、死水域の発生を抑制することができる。また、前縁のＲｍ１＜Ｒ＜Ｒｔとなる部分、後縁のＲｍ２＜Ｒ２＜Ｒｔとなる部分が、それぞれ、外周側ほど回転方向に前進し、反回転方向に凸となる曲線で構成されていることにより、翼の外周縁と前縁の交点の形状を鋭利にでき、翼に流入する気流の抵抗を低減できることにより流速が速い外周側の流れを安定化させることができる。このため、騒音を低減することができる。

本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の羽根車１の斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の羽根車１の正面図である。 従来の軸流送風機の羽根車１における空気の流れを示す図である。 本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の羽根車１における空気の流れを示す図である。 （Ｒｍ−Ｒｂ）／（Ｒｔ−Ｒｂ）の値と騒音差の関係を示すグラフである。 実施の形態２の軸流送風機に係るＬ１及びＬ２の寸法を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る軸流送風機の羽根車１を示す図である。 本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の構成例を表す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。ここで、参照符号について、図１〜図７において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは、明細書の全文において共通することである。また、各図において複数枚有する翼に関する符号は、代表の１枚にのみ付すものとする。また、発明を実施するための形態及び各図では、一例として翼の枚数が３枚である場合を図示しているが、３枚以外の翼枚数においても本発明の効果は得られる。

実施の形態１．
図１、図２は、本発明の実施の形態１に係る軸流送風機を説明するための図である。具体的には、図１は、本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の羽根車１の斜視図である。また、図２は、本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の羽根車１の正面図である。図１及び図２に示すように、本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の羽根車１は、軸心まわりに回転するボス２と、ボス２の外周部に配設された複数枚の翼３によって構成されている。翼３は内周縁３１と外周縁３２と前縁３３と後縁３４に囲繞されている。

図２に示すように、軸心を中心としてボス２の半径をＲｂ、翼３の外周縁３２の半径をＲｔとし、Ｒｂ＜Ｒｍ１＜Ｒｔを満たす半径Ｒｍ１及びＲｂ＜Ｒｍ２＜Ｒｔを満たす半径Ｒｍ２を定義する。このとき、前縁３３において軸心との距離Ｒ１がＲｂ＜Ｒ１＜Ｒｍ１となる部分、後縁３４において軸心との距離Ｒ２がＲｂ＜Ｒ２＜Ｒｍ２となる部分では、それぞれ、外周側ほど反回転方向に後退し、かつ、回転方向に凸となる曲線で構成される。また、Ｒｍ１＜Ｒ＜Ｒｔでは前縁が、Ｒｍ２＜Ｒ２＜Ｒｔでは後縁が、それぞれ、外周側ほど回転方向に前進し、かつ、反回転方向に凸となる曲線で構成される。

図３は従来の軸流送風機の羽根車１の形状と空気の流れとを示す図である。また、図４は本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の羽根車１における空気の流れを示す図である。次に、図１及び図２に示す羽根車１の構成により得られる効果を、図３及び図４を用いて説明する。図３に示すように、従来の軸流送風機は、ボスの壁面に発達する境界層の影響と羽根車の回転による遠心力の影響により、翼の内周側では気流が翼の外周側へ逃げるために死水域が生じ、騒音増加の要因となっていた。

一方、図４に示すように、本発明の実施の形態１に係る軸流送風機では、羽根車１の翼３において、Ｒｂ＜Ｒ１＜Ｒｍ１で前縁３３が外周側ほど反回転方向に後退し、かつ、回転方向に凸となる曲線である。このため、前縁３３から流入する気流が内周向きに維持されて気流が外周側へ逃げるのを抑制でき、翼３における空気の下流側での死水域の発生を抑制することができる。また、Ｒｂ＜Ｒ２＜Ｒｍ２で後縁３４が外周側ほど反回転方向に後退し、かつ、回転方向に凸となる曲線である。このため、死水域の発生領域には翼３が存在しなくなり、死水域で生じる流れの変動に起因して翼３から発生する騒音を低減することができる。さらに、Ｒｍ１＜Ｒ１＜Ｒｔでは前縁３３が、Ｒｍ２＜Ｒ２＜Ｒｔでは後縁３４がそれぞれ外周側ほど回転方向に前進し、かつ、反回転方向に凸となる曲線で構成されていることにより、翼３の外周縁３２と前縁３３との交点の形状を鋭利にすることで、翼３に流入する気流の抵抗を低減することができる。このため、流速が速い外周側の流れを安定化させることができる。以上の効果により、軸流送風機を低騒音化することができる。

実施の形態２．
上述の実施の形態１のような構成の軸流送風機の羽根車１により低騒音化を実現することができる。本実施の形態では、より一層の騒音低減を実現するための構成について検討する。

本発明の実施の形態２に係る軸流送風機の羽根車１は、実施の形態１で説明した羽根車１と同様に、軸心まわりに回転するボス２と、ボス２の外周部に配設された複数枚の翼３によって構成されている。翼３は内周縁３１と外周縁３２と前縁３３と後縁３４に囲繞されている。ボス２の半径をＲｂ、翼３の外周縁３２の半径をＲｔとし、Ｒｂ＜Ｒｍ１＜Ｒｔなる半径Ｒｍ１及びＲｂ＜Ｒｍ２＜Ｒｔなる半径Ｒｍ２を定義したとき、Ｒｂ＜Ｒ１＜Ｒｍ１では前縁３３が、Ｒｂ＜Ｒ２＜Ｒｍ２では後縁３４がそれぞれ、外周側ほど反回転方向に後退し、かつ、回転方向に凸となる曲線で構成される。また、Ｒｍ１＜Ｒ１＜Ｒｔでは前縁３３が、Ｒｍ２＜Ｒ２＜Ｒｔでは後縁３４がそれぞれ、外周側ほど回転方向に前進し、かつ、反回転方向に凸となる曲線で構成されている。さらに、本実施の形態の軸流送風機の羽根車１は、Ｒｍ１及びＲｍ２を代表して半径Ｒｍとして表すとき、半径Ｒｍは、０．２５ ＜（Ｒｍ−Ｒｂ）／（Ｒｔ−Ｒｂ）＜ ０．６５を満足するように構成するものである。

図５は、（Ｒｍ−Ｒｂ）／（Ｒｔ−Ｒｂ）の値と騒音差との関係を示すグラフである。次に、上記のような構成により得られる効果を説明する。ここで、図５に示す騒音差とは、本発明に係る軸流送風機の騒音値から従来の軸流送風機の騒音値を引いた値である。図５に示すのは、Ｒｍ１＝Ｒｍ２＝Ｒｍの場合の実験結果である。騒音値は、軸流送風機の軸方向下流側１ｍの位置にて測定したものである。測定に用いた軸流送風機はＲｔ＝１２５ｍｍ、Ｒｂ＝３７．５ｍｍ、回転数は９００ｒｐｍ（回転／ｍｉｎ）である。

図６は、実施の形態２の軸流送風機に係るＬ１及びＬ２の寸法を示す図である。ここで、Ｒｍ１及びＲｍ２を変化させるときは、それぞれＬ１及びＬ２の寸法を固定している。Ｌ１及びＬ２の寸法はそれぞれ図６に示した寸法である。前縁３３及び後縁３４の破線で示した部分は従来の軸流送風機の翼における形状を示している。

図５より、０．２５＜（Ｒｍ−Ｒｂ）／（Ｒｔ−Ｒｂ）＜０．６５の範囲で顕著な騒音低減効果が得られていることが分かる。そこで、本実施の形態のように、羽根車１を０．２５＜（Ｒｍ−Ｒｂ）／（Ｒｔ−Ｒｂ）＜０．６５を満足するように構成する。これにより、Ｒｂ＜Ｒ１＜Ｒｍ１では前縁３３が、Ｒｂ＜Ｒ２＜Ｒｍ２では後縁３４がそれぞれ、外周側ほど反回転方向に後退し、かつ、回転方向に凸となる曲線であることによる、前縁３３から流入する気流が内周向きに維持されて気流が外周側へ逃げるのを抑制でき、かつ、死水域の発生を抑制できる効果を最大限に発揮でき、より一層、騒音を低減することができる。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係る軸流送風機の羽根車１を示す図である。本発明の実施の形態３に係る軸流送風機の羽根車１は、実施の形態１で説明した羽根車１と同様に、軸心まわりに回転するボス２と、ボス２の外周部に配設された複数枚の翼３によって構成されている。翼３は内周縁３１と外周縁３２と前縁３３と後縁３４に囲繞されている。ボス２の半径をＲｂ、翼３の外周縁３２の半径をＲｔとし、Ｒｂ＜Ｒｍ１＜Ｒｔなる半径Ｒｍ１及びＲｂ＜Ｒｍ２＜Ｒｔなる半径Ｒｍ２を定義したとき、Ｒｂ＜Ｒ１＜Ｒｍ１では前縁３３が、Ｒｂ＜Ｒ２＜Ｒｍ２では後縁３４がそれぞれ、外周側ほど反回転方向に後退し、かつ、回転方向に凸となる曲線で構成される。また、Ｒｍ１＜Ｒ１＜Ｒｔでは前縁３３が、Ｒｍ２＜Ｒ２＜Ｒｔでは後縁３４がそれぞれ、外周側ほど回転方向に前進し、かつ、反回転方向に凸となる曲線で構成されている。さらに、本実施の形態の軸流送風機の羽根車１は、図７（ａ）に示すように、Ｒｍ１及びＲｍ２のうち、小さい方をＲｍｍとするとき、図７（ｂ）に示すように、軸心との距離ＲがＲｂ＜Ｒ＜Ｒｍｍにおける翼断面形状を翼型として構成するものである。

次に、上記のような構成により得られる効果を説明する。従来の軸流送風機では、図３に示すように、ボス２の壁面に発達する境界層の影響と羽根車１の回転による遠心力の影響により、翼３の内周側では気流が翼３の外周側へ逃げるために死水域が生じる。このため、前縁３３のＲｂ＜Ｒ１＜Ｒｍ１となる部分及び後縁３４のＲｂ＜Ｒ２＜Ｒｍ２となる部分において、空気は翼３の子午面に沿って流れないので、翼３の断面形状を翼型としても、流れのはく離を抑制する効果はほとんどない。しかし、図７に示す、本発明の実施の形態３に係る軸流送風機のような構成にすることにより、前縁３３のＲｂ＜Ｒ１＜Ｒｍ１となる部分及び後縁３４のＲｂ＜Ｒ２＜Ｒｍ２となる部分においても気流が翼３の子午面に比較的よく沿って流れる。このため、Ｒｂ＜Ｒ＜Ｒｍｍとなる部分の翼断面形状を翼型とすることにより、一層、流れのはく離を抑制することができる。このため、軸流送風機をさらに低騒音化することができる。

実施の形態４．
図８は本発明の実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の構成例を表す図である。ここで、図８では冷凍サイクル装置として空気調和装置を示している。図８の空気調和装置は、室外機（室外ユニット）１００と室内機（室内ユニット）２００とをガス冷媒配管３００、液冷媒配管４００により配管接続する。室外機１００は、圧縮機１０１、四方弁１０２、室外熱交換器１０３、膨張弁１０４及び室外送風機１０５を有している。また、室内機２００は室内熱交換器２０１を有している。

圧縮機１０１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。ここで、特に限定するものではないが、圧縮機１０１を例えばインバータ回路などにより、運転周波数を任意に変化させることにより、圧縮機１０１の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を変化させることができるようにしてもよい。四方弁１０２は、たとえば冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換えるための弁である。

室外熱交換器１０３は、冷媒と空気（室外の空気）との熱交換を行う。たとえば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。そして、上述した実施の形態１又は実施の形態２で説明した送風機を室外送風機１０５として用いる。

絞り装置（流量制御手段）などの膨張弁１０４は冷媒を減圧して膨張させるものである。たとえば電子式膨張弁などで構成した場合には、制御手段（図示せず）などの指示に基づいて開度調整を行う。室内熱交換器２０１は、例えば空調対象となる空気と冷媒との熱交換を行う。暖房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。また、冷房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。

以上のように実施の形態４の冷凍サイクル装置によれば、実施の形態１及び実施の形態２で説明した軸流送風機を室外送風機１０５として用いることで、装置全体として騒音低減をはかることができる。

上述の実施の形態４では冷凍サイクル装置について説明したが、実施の形態１〜実施の形態３の軸流送風機を、例えば換気装置などに用いることができる。

１ 羽根車、２ ボス、３ 翼、３１ 内周縁、３２ 外周縁、３３ 前縁、３４ 後縁、１００ 室外機、１０１ 圧縮機、１０２ 四方弁、１０３ 室外熱交換器、１０４ 膨張弁、１０５ 室外送風機、２００ 室内機、２０１ 室内熱交換器、３００ ガス冷媒配管、４００ 液冷媒配管。

Claims (5)

1. 軸心まわりに回転するボスと、
   前記ボスの外周部に配設され、内周縁、外周縁、前縁及び後縁により囲繞される複数枚の翼とを有する羽根車を備える軸流送風機であって、
   前記軸心を中心として前記ボスの半径をＲｂ及び前記翼の外周縁の半径をＲｔとし、Ｒｂ＜Ｒｍ１＜Ｒｔを満たす半径Ｒｍ１及びＲｂ＜Ｒｍ２＜Ｒｔを満たす半径Ｒｍ２を定義したとき、
   前記前縁において前記軸心との距離Ｒ１がＲｂ＜Ｒ１＜Ｒｍ１となる部分と、前記後縁において前記軸心との距離Ｒ２がＲｂ＜Ｒ２＜Ｒｍ２となる部分とは、それぞれ、外周側ほど反回転方向に後退し、回転方向に凸となる曲線で構成され、
   前記前縁においてＲｍ１＜Ｒ１＜Ｒｔとなる部分と、前記後縁においてＲｍ２＜Ｒ２＜Ｒｔとなる部分とは、それぞれ、外周側ほど回転方向に前進し、反回転方向に凸となる曲線で構成されていることを特徴とする軸流送風機。
2. 前記翼は、前記Ｒｍ１及び前記Ｒｍ２を代表してＲｍとするとき、０．２５＜（Ｒｍ−Ｒｂ）／（Ｒｔ−Ｒｂ）＜０．６５を満たす形状であることを特徴とする請求項１に記載の軸流送風機。
3. 前記翼は、Ｒｍ１又はＲｍ２の小さい方をＲｍｍとするとき、前記軸心との距離ＲがＲｂ＜Ｒ＜Ｒｍｍとなる部分の翼断面形状が翼型形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の軸流送風機。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の軸流送風機を有することを特徴とする換気装置。
5. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の軸流送風機を有することを特徴とする冷凍サイクル装置。

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