JP2016003641A - 遠心ファン - Google Patents

Abstract

【課題】遠心ファンの乱流騒音を低減するとともに、送風性能をより一層向上させること。【解決手段】遠心ファン１０は、回転軸の周りに回転する主板１１と、主板１１に対向配置されるシュラウド１３と、主板１１とシュラウド１３との間に、主板１１の周方向に所定の間隔で設けられる羽根１５と、羽根１５の回転軸側の面に、気流に縦渦が生じるように気流を調整する渦発生器１６と、を備え、渦発生器１６は、気流の上流側に面する第１の面と、第１の面に連結され、気流の下流側に面する第２の面とを有し、第１の面と第２の面の連結により生じる稜線の端点は、稜線の中心よりも気流の下流側に位置し、稜線に垂直な各平面で切断した場合の切断面における第１の面および第２の面の羽根１５からの高さは、稜線において最も高くなっている。【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和機の室内ユニットなどに用いられる遠心ファンに関するものである。

近年、遠心ファンを用いる空気調和機の室内ユニットにおいて、静粛性の観点から遠心ファンの乱流騒音を低減するための技術の開発が求められている。

この室内ユニットの本体には、遠心ファンを囲むように熱交換器が設けられ、さらに熱交換器が載置されるとともに、結露水を捕集するドレンパンが設けられている。また、室内ユニットには、室内ユニットの本体に接続される化粧パネルが設けられている。この化粧パネルには、空気の吸込口と、熱交換器を通過した空気を室内に吹き出す吹出口とが形成されている。

図１は、２次元羽根形状ないし３次元羽根形状を有する羽根１が複数設けられた遠心ファンにおける羽根１の周辺の空気流を説明する図である。図１に示すように、羽根１が矢印Ｒの方向に回転し、所定の角度をもって流入する空気流２が羽根前縁１ａに衝突すると、空気流２の一部は剥離流３となる。この剥離流３は、羽根後縁１ｂに向うにつれ成長するため、乱流騒音が増加する。そのため、羽根前縁１ａにおける剥離流３を抑制し、乱流騒音の低減を図ることが望まれる。

このような技術として、特許文献１には、羽根の前縁に角部を設けた遠心ファンが開示されている。そして、角部と角部を連結している稜線部分は、遠心ファンの回転軸に垂直な面に対して所定の角度だけ傾斜している。

羽根の前縁に流入する空気流は、各角部への衝突によって乱され、これによって羽根の前縁から羽根の後縁に向かうにしたがって次第に成長する縦渦が生成される。この縦渦によって、剥離流が抑制され、乱流騒音が低減されるとされている。

特開２００１−１５３０９４号公報

しかしながら、特許文献１の従来技術のように、角部に空気流を単に衝突させただけでは、ある程度剥離流を抑制できるものの、生成された縦渦の一部は羽根の表面から剥がれ、遠心ファンの主板側へと移動してしまう。

この縦渦が主板と衝突すると、空気流に乱れが生じる。その結果、送風流路が狭まってしまい、送風効率が悪化する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、乱流騒音を低減するとともに、送風性能をより一層向上させることができる遠心ファンを提供することを目的とする。

本発明に係る遠心ファンは、回転軸の周りに回転する主板と、主板に対向配置されるシュラウドと、主板とシュラウドとの間に、主板の周方向に所定の間隔で設けられる羽根と、羽根の回転軸側の面に、気流に縦渦が生じるように気流を調整する渦発生器と、を備え、渦発生器は、気流の上流側に面する第１の面と、第１の面に連結され、気流の下流側に面する第２の面とを有し、第１の面と第２の面の連結により生じる稜線の端点は、稜線の中心よりも気流の下流側に位置し、稜線に垂直な各平面で切断した場合の各切断面において、第１の面と各切断面との交線における２つの端点のうち稜線に属さない端点と、第２の面と各切断面との交線における２つの端点のうち稜線に属さない端点とを結ぶ基準直線に、稜線に属する点から下ろした垂線の長さは、稜線に属する点以外の第１の面と各切断面との交線に属する各点、および、稜線に属する点以外の第２の面と各切断面との交線に属する各点から基準直線に下ろした垂線の長さよりも長い。

本発明によれば、遠心ファンの乱流騒音を低減するとともに、送風流路の減少を防ぎ、より一層の送風性能の向上を実現できる。

遠心ファンにおける羽根周辺の空気流を説明する図 本実施形態に係る遠心ファンの構成の一例を示す図 本実施形態に係る遠心ファンを備えた空気調和機の主要な構成の一例を示す断面図 本実施形態に係る渦発生器の拡大斜視図 本実施形態に係る渦発生器を上方から見た図 図５に示す渦発生器の断面図 縦渦の発生について説明する概念図 本実施形態に係る遠心ファンの羽根の周辺の空気流を説明する模式図 図８における矢印Ｄの領域の拡大図 本実施形態に係る遠心ファンにおける羽根の周辺の空気流を説明する図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する各実施形態は一例であり、本発明はこの実施形態により限定されるものではない。

本実施形態に係る遠心ファンおよび遠心ファンを備えた空気調和機の構成の一例を、図２、３を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る遠心ファン１０の構成の一例を示す図である。図３は、本実施形態に係る遠心ファン１０を備えた空気調和機１７の主要な構成の一例を示す断面図である。

図２に示すように、遠心ファン１０は、主板１１と、モータ格納部１２と、シュラウド１３と、吸い込み口１４と、羽根１５と、渦発生器１６とを有する。また、図３に示すように、空気調和機１７は、遠心ファン１０、熱交換器１８、モータ１９、オリフィス２０を有する。

主板１１は、略中央にモータ格納部１２を有するドーナツ形状の部材である。この主板１１は、モータ１９に連結され、回転軸Ｌを中心に回転駆動される。シュラウド１３は、中央部に吸い込み口１４を有し、主板１１に対して一定間隔をもって対向配置される。羽根１５は、主板１１とシュラウド１３の間に、周方向に所定間隔で主板１１に取り付けられる。

渦発生器１６は、羽根１５の内周側、つまり、回転軸Ｌ側の面の前縁部に設置され、吸い込み口１４から流入する空気流において縦渦を発生させる。渦発生器１６の形状、および、設置する位置については後述する。

図３に示す熱交換器１８は、遠心ファン１０を囲むように設置される。モータ１９は、遠心ファン１０のモータ格納部１２に格納され、主板１１と連結される。そして、モータ１９の回転駆動によって、主板１１および主板１１に取り付けられた羽根１５が回転軸Ｌを中心に回転する。

オリフィス２０は、遠心ファン１０の吸い込み口１４に重なるように配置される開口部である。このオリフィス２０は、遠心ファン１０の羽根１５が回転することによって空気調和機１７の外部から吸い込まれる空気流を吸い込み口１４まで導く。

次に渦発生器１６の形状について、図４を用いて説明する。図４は、本実施形態に係る渦発生器１６の拡大斜視図である。

図４に示すように、渦発生器１６は、気流Ａの上流側に面する第１の面１６ａと、第１の面１６ａに連結され、気流Ａの下流側に面する第２の面１６ｂとを有する。

そして、第１の面１６ａと第２の面１６ｂの連結により生じる稜線１６ｃの端点１６ｄ、１６ｅは、稜線１６ｃの中心１６ｆよりも気流Ａの下流側に位置する。なお、図４の例では、稜線１６ｃは弓状の形状をしている。

ここで、稜線１６ｃに垂直な平面で切断した場合の切断面における稜線１６ｃの高さについて、図５、図６を用いて説明する。図５は、本実施形態に係る渦発生器を上方から見た図であり、図６は、図５に示す渦発生器１６の断面図である。

ここで、図６（ａ）は、図５のＡ−Ａ’線を含み、稜線１６ｃに垂直な平面で渦発生器１６を切断した断面図である。図６（ｂ）は、図５のＢ−Ｂ’線を含み、稜線１６ｃに垂直な平面で渦発生器１６を切断した断面図である。図６（ｃ）は、図５のＣ−Ｃ’線を含み、稜線１６ｃに垂直な平面で渦発生器１６を切断した断面図である。

なお、図５のＢ−Ｂ’線は、渦発生器１６の稜線１６ｃの中心１６ｆを通り、稜線１６ｃに垂直な直線である。このＢ−Ｂ’線は、渦発生器１６の中心線であり、渦発生器１６は、この中心線と気流Ａの向きが一致するように配置される。詳細については後述する。

図６（ａ）〜（ｃ）に示す断面図において、交線Ｌ１および交線Ｌ２は、それぞれ、第１の面１６ａと切断面との交線、および、第２の面１６ｂと切断面との交線である。

交線Ｌ１における２つの端点１６ｇ、１６ｈのうち、端点１６ｇは、稜線１６ｃに属する端点であり、端点１６ｈは、稜線１６ｃに属さない端点である。そして、交線Ｌ２における２つの端点１６ｇ、１６ｉのうち、端点１６ｉも、稜線１６ｃに属さない端点である。

また、基準直線Ｌ３は、交線Ｌ１における稜線１６ｃに属さない端点１６ｈと、交線Ｌ２における稜線１６ｃに属さない端点１６ｉとを結ぶ直線である。

図６（ａ）〜（ｃ）に示されるように、渦発生器１６が設けられる羽根１５の面は、外側に向けて凸な曲面である。また、図６（ａ）〜（ｃ）に示されるように、基準直線Ｌ３に端点１６ｇから下ろした垂線の長さは、端点１６ｇ以外の交線Ｌ１に属する点、および、端点１６ｇ以外の交線Ｌ２に属する点から基準直線Ｌ３に下ろした垂線の長さよりも長くなっている。

また、図４および図６（ａ）〜（ｃ）に示されるように、各切断面の面積は、稜線１６ｃの端点１６ｄまたは１６ｅに近い切断面ほど小さくなる。例えば、図６（ａ）および図６（ｃ）に示す切断面は、図６（ｂ）に示す切断面よりも稜線１６ｃの端点１６ｄ、１６ｅに近い切断面であるため、図６（ａ）および図６（ｃ）に示す各切断面の面積は、図６（ｂ）に示す切断面の面積よりも小さくなる。

なお、図６に示されるように、第１の面１６ａは、上に凸の面であり、第２の面１６ｂは、下に凸の面であることが好ましいが、平面であってもよい。第２の面１６ｂが平面の場合、交線Ｌ２は、直線となる。

渦発生器１６をこのような形状とすることにより、羽根１５の表面上を流れる空気流の剥離が抑制され、その結果、騒音の発生や圧力損失の増大を効果的に抑制できるようになる。以下にこの点について説明する。

図７は、縦渦２１の発生について説明する概念図である。図７に示す渦発生器１６は、図７の矢印Ａの方向から気流を受けると、縦渦２１を発生させるような構造になっている。具体的には、渦発生器１６付近では、第１の面１６ａに沿って稜線１６ｃに向かって流れる気流が発生する。

第２の面１６ｂは、稜線１６ｃから気流の下流方向へといくに従い、羽根１５からの高さが減少するため、気流が稜線１６ｃに到達すると、稜線１６ｃよりも下流側において縦渦２１が発生する。

このような縦渦２１が発生すると、羽根１５からの気流の剥離が抑制されることになる。その結果、騒音の発生や圧力損失の増大を抑制できる。なお、気流の剥離を効果的に抑制するためには、渦発生器１６を、羽根１５の前縁側に設けることが好ましい。

また、稜線１６ｃの形状を図５に示すような弓状の形状とすることにより、気流の方向が矢印Ａの方向（渦発生器１６の中心）からずれたとしても、縦渦２１を発生させることができるので、騒音の発生や圧力損失増大を効果的に抑制できる。

また、気流の剥離をより効果的に抑制するためには、渦発生器１６の向きを気流の向きに合わせることが好ましい。以下では、羽根１５に配置される渦発生器１６の向きについて、図８、９を用いて説明する。

図８は、本実施形態に係る遠心ファンの羽根の周辺の空気流を説明する模式図である。図９は、図８における矢印Ｄの領域の拡大図である。

図８、９に示すように、渦発生器１６は、渦発生器１６の中心線と空気流の向きが一致するように、配置される。

具体的には、図５、図６に示したように、各切断面（例えば、Ａ−Ａ’線、Ｂ−Ｂ’線、Ｃ−Ｃ’線を含み、稜線１６ｃに垂直な平面）のうち、稜線１６ｃに属する端点１６ｇから基準直線Ｌ３に下ろした垂線の長さが最も長くなる切断面と、気流の流線Ｃとが、その切断面と稜線との交点において平行、または、略平行となるように渦発生器１６が配置される。

図５、図６の例では、上記垂線の長さが最も長くなる切断面は、図５のＢ−Ｂ’線を含み、稜線１６ｃに垂直な平面である。また、その切断面と稜線との交点は、図５のＢ−Ｂ’線を含み、稜線１６ｃに垂直な平面における稜線１６ｃに属する端点１６ｇである（図６を参照）。

このような向きに渦発生器１６を配置することにより、渦発生器１６は、羽根１５からの気流の剥離をより効果的に抑制できる縦渦２１を発生させることができる。

なお、図３に示すような空気調和機１７では、吸い込み口１４に近い空気流ほど流速が大きい。具体的には、図８に示す空気流の流線Ｃ１〜Ｃ５において、流線Ｃ５に沿って流れる空気流の流速が最も大きく、流線Ｃ１に沿って流れる空気流の流速が最も小さい。

そして、流速が大きい箇所では、剥離が発生すると騒音が大きくなり、また、空気流の乱れも大きくなって送風効率が低下してしまう。そのため、吸い込み口１４に近い位置に配置される渦発生器１６ほど大きさを大きくし、剥離の発生をより抑制することが望ましい。

例えば、図９において、流線Ｃ３上に配置される渦発生器１６は、流線Ｃ３よりも流速が小さい流れに対応する流線Ｃ２上に配置される渦発生器１６よりも大きくしてもよい。

例えば、吸い込み口１４に近い位置に配置される渦発生器１６ほど、渦発生器１６の羽根１５からの高さが高くなってもよい。すなわち、図６に示した基準直線Ｌ３に稜線１６ｃに属する端点１６ｇから下ろした垂線の長さは、シュラウド１３における気流の吸い込み口１４に近い位置に設けられた渦発生器１６ほど長くなってもよい。さらに、各渦発生器１６の形状が、互いに相似の関係であってもよい。

次に、羽根１５に渦発生器１６を設けた場合の羽根１５の周辺の空気流について図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態に係る遠心ファンにおける羽根１５の周辺の空気流を説明する図である。図１０は、図２に示す羽根１５において、Ｘ−Ｘ’線で主板１１に略平行に切断した断面を模式的に表している。

図１０には、羽根１５の前縁１５ａと後縁１５ｂが示されている。羽根１５の前縁１５ａは、回転軸Ｌに近い側の縁であり、後縁１５ｂは、回転軸Ｌから遠い側の縁である。図１０に示す羽根１５では、図１に示した羽根１と異なり、渦発生器１６が、羽根１５の前縁１５ａ側に配置されている。

図１０に示すように、羽根１５が矢印Ｒの方向に回転し、所定の角度をもって流入する空気流Ｃが羽根前縁１５ａに近い側に配置される渦発生器１６に衝突すると、縦渦２１が発生する。このような縦渦２１が発生すると、図１に示したような羽根からの気流の剥離が抑制され、乱流騒音が低減される。

以上、本発明について説明してきたが、渦発生器１６の形状は、図４〜７等に示した形状に限定されない。

具体的には、渦発生器１６の形状は、気流の上流側に面する第１の面と、第１の面に連結され、気流の下流側に面する第２の面との連結により生じる稜線の端点が、稜線の中心よりも気流の下流側に位置し、基準直線Ｌ３に端点１６ｇから下ろした垂線の長さが、端点１６ｇ以外の交線Ｌ１に属する点、および、交線Ｌ２に属する点から基準直線Ｌ３に下ろした垂線の長さよりも長くなっていればよい。

例えば、渦発生器１６の稜線１６ｃは、弓状の形状ではなく、Ｖ字状またはコの字状であってもよい。

また、渦発生器を配置する位置、および、数は、上述したものに限定されることなく、変更が可能である。

本発明にかかる渦発生器を備えた遠心ファンは、空気調和機の室内ユニットなどに用いるのに好適である。

１，１５ 羽根
１ａ，１５ａ 羽根前縁
１ｂ，１５ｂ 羽根後縁
２ 空気流
３ 剥離流
１０ 遠心ファン
１１ 主板
１２ モータ格納部
１３ シュラウド
１４ 吸い込み口
１６ 渦発生器
１６ａ 第１の面
１６ｂ 第２の面
１６ｃ 稜線
１６ｄ，１６ｅ，１６ｇ，１６ｈ，１６ｉ 端点
１６ｆ 稜線の中心
１７ 空気調和機
１８ 熱交換器
１９ モータ
２０ オリフィス
２１ 縦渦
Ｌ 回転軸
Ｌ１，Ｌ２ 交線
Ｌ３ 基準直線

Claims (8)

1. 回転軸の周りに回転する主板と、
   前記主板に対向配置されるシュラウドと、
   前記主板と前記シュラウドとの間に、前記主板の周方向に所定の間隔で設けられる羽根と、
   前記羽根の前記回転軸側の面に、気流に縦渦が生じるように前記気流を調整する渦発生器と、を備え、
   前記渦発生器は、前記気流の上流側に面する第１の面と、前記第１の面に連結され、前記気流の下流側に面する第２の面とを有し、
   前記第１の面と前記第２の面の連結により生じる稜線の端点は、前記稜線の中心よりも前記気流の下流側に位置し、
   前記稜線に垂直な各平面で切断した場合の各切断面において、前記第１の面と各切断面との交線における２つの端点のうち前記稜線に属さない端点と、前記第２の面と各切断面との交線における２つの端点のうち前記稜線に属さない端点とを結ぶ基準直線に、前記稜線に属する点から下ろした垂線の長さは、前記稜線に属する点以外の前記第１の面と各切断面との交線に属する各点、および、前記稜線に属する点以外の前記第２の面と各切断面との交線に属する各点から前記基準直線に下ろした垂線の長さよりも長い、
   遠心ファン。
2. 前記渦発生器は、前記羽根の前縁側に設けられる、
   請求項１に記載の遠心ファン。
3. 前記稜線は弓状であり、前記各切断面の面積は、前記稜線の端点に近い切断面ほど小さくなる、
   請求項１に記載の遠心ファン。
4. 前記第１の面と各切断面との交線は、直線または前記基準直線に対して凸となる曲線であり、前記第２の面と各切断面との交線は、直線または前記基準直線に対して凹となる曲線である、
   請求項１に記載の遠心ファン。
5. 前記稜線は、Ｖ字状またはコの字状である、
   請求項１に記載の遠心ファン。
6. 前記基準直線に前記稜線に属する点から下ろした垂線の長さは、前記シュラウドにおける前記気流の吸い込み口に近い位置に設けられた前記渦発生器ほど長くなる、
   請求項１に記載の遠心ファン。
7. 前記羽根の異なる位置に設けられた前記渦発生器の形状は、互いに相似の関係にある、
   請求項６に記載の遠心ファン。
8. 前記各切断面のうち、前記稜線に属する点から前記基準直線に下ろした垂線の長さが最も長くなる切断面と前記気流の流線とが、当該切断面と前記稜線との交点において略平行となるように前記渦発生器が配置される、
   請求項１に記載の遠心ファン。
   

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