JP2017180094A - 送風ファンおよびこれを用いた送風ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】副板を持たないファンにおいて、ファンとファンケース舌部との最短距離がファン径の１０％以下の場合でも、送風能力を低下させる事無くユニットの騒音値を下げることが可能な送風ユニットを提供する。【解決手段】回転軸が固定される主板と、前記主板の回転方向に対して後ろ向きに湾曲した複数枚の羽根を有し、前記羽根の前記主板側の後縁部に欠部を設けた送風ファンとする。これにより、ファンケース舌部を通過するときに発生する圧力変動値を低減させることにより、送風能力を損なわずに騒音を低減できる。【選択図】図３

Description

本発明は遠心ターボ式の送風ファンおよび、当該送風ファンとファンケースとモータを備える送風ユニットに関するものである。

従来の遠心ターボ式の送風ファンとしては、図１１および図１２に示すようなものが知られている。図１１の送風ファンは、モータの回転軸が固定される主板５４と、主板５４に対向配置された副板５２と、主板５４と副板５２との間に配置されるファン羽根５３を備えている。モータの回転と共に送風ファンを反時計回りの方向に回転させると、副板５２の開口へと空気が吸引され、ファン羽根５３の後縁部に向かって放射状に空気が吐出されるようになっている。

ファン羽根５３の副板５２側後縁部に切欠き部５５が設けられ、ファン羽根５３と副板５２との間に隙間を持たせるようにしている。この隙間により、局所的な流速の増加やケースの舌部との圧力変動値を低減し、羽根通過周波数を減少させている。そして、切欠き部５５の位置は翼性能の低い部位であるため、隙間を有していても送風性能が低下することはほぼない（特許文献１参照）。

図１２の送風ファンは、前記同様に羽根通過周波数を減少させるものであるが、ファン羽根６３の主板６４側の後縁部に切欠き部６５を設けている。切り欠き部６５によりケース近傍を通過するときに発生する圧力変動値を低減させ、羽根通過周波数を低減させている（特許文献２参照）。

特開２０１１−０５８４４２号公報 特開昭６３−２８９２９５号公報

送風ユニットにおいて、低騒音化の達成の為には、送風ファンとファンケースにおける要因が大きく、送風ファンおよびファンケースの形状によって騒音改善をしていくことが可能である。一般的には低騒音化において、送風ファンとファンケースの舌部との距離は、ファン外径の１０％程度は確保しなければならない。ファンケースの大きさ制限により、送風ファンとファンケース間の距離をファン外径の１０％以上を確保できない場合は、騒音問題が起こりうる可能性がある。しかし、送風ファンとファンケース間の距離を広げると騒音の改善は可能であるが、送風能力は低下するという課題がある。

特許文献１および２に開示された送風ファンは、送風能力を低減させることなくファン騒音を低減する事が可能であるが、その為には副板の構成が必須となっている。

本発明は、前記従来の課題に鑑みてなされたもので、副板が無い送風ファンの構成で低騒音効果があり、主板の形状についても制限がなく、ファン外径の１０％以下しか送風ファンとファンケース間の距離が確保できない場合でも低騒音効果をはかれる、送風ユニットを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の送風ファンは、回転軸が固定される主板と、主板の回転方向に対して後ろ向きに湾曲した複数枚の羽根を有し、羽根の前記主板側の後縁部に欠部を設けたことを特徴とする。欠部の大きさは、羽根の主板側の最小径をｃ、前記羽根の最大径をｄとすると、０．８＜（ｃ／ｄ）＜０．９６であることが望ましい。また欠部の高さは、羽根の最大径を境として、主板側の寸法をａ、反主板側の寸法をｂとすると、１.０＜（ｂ／ａ）＜２．５であることが望ましい。

また、本発明の送風ユニットは、前述の送風ファンと、ファンケースと、モータを備えている。さらに送風ファンとファンケースの舌部の最短距離を、送風ファンの直径の１０％以下としている。

この構成により、ほぼ送風能力を低下させることなく、羽根通過周波数を低減させることで騒音性能の向上がはかれる。そしてファンとファンケース舌部間の距離がファン外径の１０％以下である場合に顕著な効果を発揮できる。

本発明によれば、副板を構成しない送風ファンを使用する送風ユニットで、送風能力を低下させる事なく低騒音化を達成できる。

本発明の実施形態における送風ユニットの構成図 同送風ユニットの縦断面図 本発明の実施形態における送風ファンの斜視図 同送風ファンの側面概略図 送風ファンの羽根表面の風の流れを示す図 ｃ／ｄと、送風ユニットより送風できる静圧の関係を示す図 （ａ）ｃ／ｄが０．９５の場合の圧力状態を示す図（ｂ）ｃ/ｄが０．９８の場合の圧力状態を示す図 ｂ／ａと、送風ユニットより送風できる風量の関係を示す図 ｂ／ａが２．３３の場合の圧力状態を示す図（ｂ）と、ｂ／ａが３．０の場合の圧力状態を示す図 （ａ）本発明の実施形態における送風ファンを用いた場合の騒音スペクトル図（ｂ）従来の送風ファンを用いた場合の騒音スペクトル図 従来の送風ファンの斜視図 従来の他の送風ファンの斜視図

以下、本発明における実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。

図１は送風ユニットの構成図であり、図２はその断面図である。図３は本実施形態における送風ファンの斜視図で、図４は、その送風ファンの側面視の概略図である。

送風ユニットは、少なくとも、蝸牛形状のファンケース１０と、内部に構成される空気流路をモータ１４により回転駆動される送風ファン１１とで構成される。送風ファン１１の回転により、吸込み口１３から空気を吸い込み、その吸い込んだ空気を吹出口１２へと吐き出す。このような送風ユニットは、例えば、冷蔵庫内の冷気を循環させる空気循環経路に搭載すれば、なんらかの冷却手段と組み合わせる事により、冷蔵庫の庫内を冷やすことができる。

送風ファン１１は、図３に示すように、回転軸が固定された平坦な主板２１と、主板２
１に回転方向に対して後ろ向きに湾曲した複数枚のファン羽根２２を配置した、遠心式ターボファンとなっている。ファン羽根２２の主板側の後縁部に欠部２３が設けられ、主板２１の直径はファン羽根２２の最大外径よりも小さくなっている。なお、従来例のような副板は設けていない。

本実施形態では、ファンとファンケースの舌部１５の最も近くなる距離ｅ（図２参照）が、送風ファンの最大径ｄの１０％以下の５ｍｍとしており、騒音低減の為には距離ｅを最大径ｄの１０％以上とするべきであるという、広く知られているような構成とはなっていない。

以上のような構成により、羽根通過周波数音の原因であるファンケース近傍通過時の送風ファンとファンケース間に発生する圧力差を減少させることが可能となる。また、欠部の位置は羽根性能の低い部位であるため、欠部を有していても送風性能が低下することはほぼない。また送風ファン１１は板金で作成が可能であり、樹脂で作成する場合は、アンダーカット形状を必要としない構成なので低コストで製造できる。

上記のように構成された送風ファンおよびこれを用いた送風ユニットについて詳細に説明する。

送風ファン１１の中心部から流入してきた空気は複数個設けたファン羽根１２間に流入する際、ファン羽根２２に沿って風は後縁側へ流れる。

ここで図５に、本形態における送風ファンと、欠部を設けない場合の送風ファンのファン表面の風流れを数値流体解析（ＣＦＤ）を使用し解析を行った結果を示す。図５（ａ）が本形態における送風ファン、図５（ｂ）が欠部を設けない場合の送風ファンの流れを示している。

図５（ｂ）に示すように、ファン羽根２２の端でファン羽根の主板側では風の流れが少なくなっており、その部分に欠部を設けても送風性能の減少を最低限とすることができる。

本実施の形態では、ファン羽根の端とファンケースが最も近くなるファン羽根の最下部において、ファン羽根に欠部を設けているので、ファンとファンケース間の空間（距離ｅに相当）を大きくする事ができ、その結果ファンとファンケース間の圧力を減少できる。

送風ファンがファンケースの舌部を通過するたびに発生する圧力差が羽根通過周波数音となる事は分かっており、圧力変動を少なくすることは羽根通過周波数音の低減に効果的である。

図４に示すように、本実施の形態における欠部２３の大きさは、欠部の最小径ｃ（主板の直径に相当）と、ファン羽根２２の最大径ｄとの比で示すと、０．８＜（ｃ／ｄ）＜０．９６としている。また、欠部２３の高さは、ファン羽根の最大径となる点を境として、その上部寸法ａと下部寸法ｂとの比で示すと、１．０＜（ｂ／ａ）＜２．５としている。

双方ともこの範囲を超えると、羽根通過周波数騒音に対しては効果が期待できるが、送風ファンとしての送風性能の低下を招く恐れがあり、結果としてファン回転数の増大化・ファン効率の低下が避けられなくなる。

図６は、ｃ／ｄの比率と、送風ユニットより送風できる静圧の変化を示したグラフである。ｃ／ｄが０．８以下となると、発生する静圧がｃ／ｄが０．９６時の静圧を基準とす
ると、約２割の低下となり送風性能が大きく低下する事となる。ｃ／ｄが０．９６以上となるとファンとファンケース間の圧力が乏しく上昇するので好ましくない。

ファンとケース間の圧力が高い状態であると、騒音が大きくなる傾向がある。図７に、ｃ／ｄが０．９５の場合と、０．９８の場合の圧力状態を示す。４［Ｐａ］以上の圧力箇所を黒く塗りつぶしている。０．９８の場合は圧力上昇の領域が大きくなっているのがわかる。

次に、図８は、ｂ／ａの比率と、送風ユニットより送風できる風量の変化を示したグラフである。ｂ／ａが１．０以下となると、発生する風量がｂ／ａが２．５の時の風量を基準とすると、約２割の低下となり送風性能が大きく低下する事となる。ｂ／ａが２．５以上となるとファンとファンケース間の圧力が乏しく上昇するため好ましくない。

ファンとケース間の圧力が高い状態であると、騒音が大きくなる。図９では、ｂ／ａの比率が２．３３の場合と、３．０の場合の圧力状態を示す。５［Ｐａ］以上の圧力箇所を黒く塗りつぶしている。３．０の場合が圧力上昇の領域が大きくなっているのがわかる。

ここで、本実施形態における騒音特性結果を図１０に示す。図１０（ａ）は、ｃ／ｄ＝０．９５、ｂ／ａ＝２．３の本形態の送風ファンを用いた場合の結果であり、図１０（ｂ）は、欠部のない送風ファンを用いた場合の結果である。ファン羽根の枚数が１３枚、回転数は１５８０ｒｐｍであるため、２ＮＺ成分である６８０Ｈｚに羽根通過周波数が存在する。６８０Ｈｚは、ファン羽根の枚数１３枚×１５８０ｒｐｍ／６０（ｒｐｓ）×２ＮＺより算出する。

図に示すように、欠部のない送風ファンを用いた場合にくらべて、本形態の送風ファンを用いた場合は、約５ｄＢ（Ａ）の騒音削減効果が得られた。

本発明の送風ユニットは、冷蔵庫や空気調和機などの各種電気機器の送風ユニットに適用することができる。

１０ ファンケース
１１ 送風ファン
１２ 吹出口
１３ 吸込み口
１４ モータ
１５ 舌部
２１ 主板
２２ ファン羽根
２３ 欠部

送風ファン１１の中心部から流入してきた空気は複数個設けたファン羽根２２間に流入する際、ファン羽根２２に沿って風は後縁側へ流れる。

ここで、本実施形態における騒音特性結果を図１０に示す。図１０（ａ）は、ｃ／ｄ＝０．９５、ｂ／ａ＝２．３の本形態の送風ファンを用いた場合の結果であり、図１０（ｂ）は、欠部のない送風ファンを用いた場合の結果である。ファン羽根の枚数が１３枚、回転数は１５８０ｒｐｍであるため、ＮＺ成分である３４０Ｈｚ近傍に羽根通過周波数が存在する。３４０Ｈｚは、ファン羽根の枚数１３枚×１５８０ｒｐｍ／６０（ｒｐｓ）により算出する。

Claims (5)

1. 回転軸が固定される主板と、前記主板の回転方向に対して後ろ向きに湾曲した複数枚の羽根を有し、前記羽根の前記主板側の後縁部に欠部を設けたことを特長とする送風ファン。
2. 前記欠部の大きさは、前記羽根の主板側の最小径をｃ、前記羽根の最大径をｄとすると、０．８＜（ｃ／ｄ）＜０．９６であることを特徴とする請求項１に記載の送風ファン。
3. 前記欠部の高さは、前記羽根の最大径となる点を境として、前記主板側の寸法をａ、反主板側の寸法をｂとすると、１.０＜（ｂ／ａ）＜２．５であることを特徴とする請求項１に記載の送風ファン。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の送風ファンと、ファンケースと、モータを備えた送風ユニット。
5. 前記送風ファンと前記ファンケースの舌部の最短距離が、前記送風ファンの直径の１０％以下であることを特徴とする請求項４に記載の送風ユニット。