JP3632745B2 - Air conditioner - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送風機としてターボファンを用いた空気調和機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、空気調和機の送風機としてターボファンは、幅広く使用されているが、近年、高性能化や高効率化、低騒音化に対する要請が強くなってきており、例えば特開平7−4389号公報にはブレード形状の改良による性能向上方法が開示されている。
【0003】
この従来例のターボファンの形状を図24に示す。このターボファンでは、図25の拡大図に示すように、モータ回転軸に垂直な断面でブレード23は、ブレード後縁部9近傍に変曲点13を持っており、ブレード前縁から上記変曲点13まではファン回転方向6に向かって翼型をなしており、上記変曲点13からブレード後縁部9まではファン回転方向6に向かってほぼ垂直な形状となっている。このため、ブレードの出口角度β2が大きくなり、吐出圧力を高くできる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、小型、高効率化を図る上で上記の構成では、図26に示すように特に小流量域でブレード後縁部9の負圧面11側で空気の流れの剥離27が生じるために、効率的でないという問題点を有していた。
【0005】
上記の問題点に鑑み、本発明の目的は、ターボファンの吐出圧力を保持あるいは高くする上で必要な圧力面側での出口角を維持または大きくするとともに、負圧面側での空気の流れの剥離の発生を抑制することにより、モータ入力の低減という意味でのターボファンの高性能、高効率化を図り、高効率で低騒音な空気調和機を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明による空気調和機は、特許請求の範囲の各請求項に記載されたところを特徴とするものであるが、特に独立項としての請求項1に係る発明による空気調和機は、空気を吸入して吐出する送風機と、該送風機の吸入側あるいは吐出側に配置され、空気の冷却あるいは加熱を行う熱交換器とを備えた空気調和機であって、前記送風機は、中心軸線上にモータ回転軸取付け用の穴を設けた円板状のボス、該ボス外周縁に接して配置されたハブ、該ハブの面上に前記モータ回転軸を中心として円周方向に配設された複数枚のブレード及び該ブレードをはさんで前記ハブに対向する側に配置されたシュラウドよりなる羽根車と、前記ボスにモータ回転軸を固定し前記羽根車を回転させるモータとで構成されるターボファンを使用してなる空気調和機において、前記ターボファンの前記モータ回転軸に垂直な各ブレード断面で、前記ブレードの回転方向側の前面の圧力面側の出口角度が裏面の翼面である負圧面側の出口角度よりも大きい形状をなすことを特徴とするものである。なお、請求項1に従属する請求項2及び請求項4に記載の翼型とは、断面形状がファンの回転方向に向かって凸となる曲線で翼形状をなすことを意味する。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による空気調和機に使用するターボファンの実施例について、図1ないし図23を参照しながら説明する。
【0008】
図1は、本発明の第1の実施例における空気調和機のターボファンの一部破断平面図、図2は縦断面図である。このターボファンは、中心軸線上にモータ回転軸取付け用の穴を設けた円板状のボス2、該ボス2の外周縁に接して配置されたハブ3、該ハブ3の面上に前記モータ回転軸を中心として円周方向に配設された複数枚のブレード4及び該ブレード4をはさんで前記ハブ3に対向する側に配置されたシュラウド5よりなる羽根車と、前記ボス2にモータ回転軸8を固定し前記羽根車を回転させるモータ7とで構成されており、図1中に矢印で示される回転方向6に向かって前記モータ7により回転駆動される。
【0009】
図3は、ブレード後縁部9を拡大した図であり、前記ブレード4の圧力面10とターボファン外周1の交点(以後「圧力面10側の後縁」と称する)と、前記モータ回転軸8の中心とを結んだ直線24aに前記圧力面10側の後縁で直交する直線25aと、前記圧力面10とが前記圧力面10側の後縁においてなす角度(以後「圧力面10側の出口角度」と称する)をβ2a、前記ブレード4の負圧面11とターボファン外周1の交点(以後「負圧面11側の後縁」と称する)と、前記モータ回転軸8の中心とを結んだ直線24bに前記負圧面11側の後縁で直交する直線25bと、前記負圧面11とが前記負圧面11側の後縁においてなす角度(以後「負圧面11側の出口角度」と称する)をβ2bとする。この時、ブレード4をモータ回転軸8に垂直な平面で切った断面では、図3に示すように圧力面10側の出口角度β2aが、負圧面11側の出口角度β2bよりも大きくなるようなブレード4形状とした。
【0010】
本実施例では、負圧面11側の出口角度β2bを圧力面10側の出口角度β2aに比べて小さくすることにより、負圧面11側の空気の流れの剥離27が生じにくくなり、効率が向上できる。また一方では、圧力面10側の出口角度β2aは負圧面11の出口角度β2bより大きくできるため、ファン吹出口での吐出圧力を高めることができる。
【0011】
図4は、図1に記載のターボファン29を搭載した空気調和機の室内機の縦断面図である。図示の室内機は、一面が開いた箱状のキャビネット28と、該キャビネット28の開口部に固定されたターボファン29と、ターボファン29の吹出口の周囲に配置された熱交換器30により構成されている。また、前記羽根車の吸気口にはベルマウス31が配置され、該ベルマウス31の下方にフィルタ32を備えた吸込みグリル33が装着されている。また前記熱交換器30の下流側には、空気吹出口35を有するパネル34が配置されている。
【0012】
上記構成の室内機では、空気は室内から吸込みグリル33及びフィルタ32を通り、ベルマウス31で整流されつつターボファン29に吸込まれる。ターボファン29から吐出された空気は、熱交換器30で冷却もしくは加熱され、パネル34の空気吹出口35を通って室内に吹き出される。
【0013】
図5に、ターボファンの吹出口である図4のA部のB−B断面拡大図を示す。図5のように、圧力面10側の出口角度β2aが、負圧面11側の出口角度β2bよりも大きくなっている。
【0014】
本発明の空気調和機の室内機は、ターボファン29の効率が高いため消費電力を小さく抑えられるとともに、吐出圧力が大きいため同一風量を出すためのファン回転数を低く抑えることができる。
【0015】
本実施例は、ターボファン29を室内天井に設置される空気調和機の室内機に適用した例を示しているが、室外機にも適用できる。また、吐出側に熱交換器30を設けた例であるが、熱交換器30を吸入側に設けることもできる。
【0016】
図6は、本発明の第2の実施例における空気調和機のターボファン29の一部破断平面図であり、図7はブレード後縁部9の拡大図である。前記第1の実施例と異なるのは、モータ回転軸8に垂直な断面上において、圧力面10の形状がブレード後縁部9付近に変曲点13をもち、ブレード前縁から上記変曲点13までは圧力面10の形状がファン回転方向6に向かって翼型をなし、上記変曲点13からブレード後縁部9までは、ファン回転方向6に向かって凹な曲線または垂直な曲線となるように構成されている点である。一方、負圧面11側の形状は、ブレード12全長にわたってファン回転方向6に向かって翼型をなしている。本第2の実施例では、負圧面側の空気の流れの剥離27による損失は、第1の実施例と同様に抑制できるとともに、圧力面10側の出口角度β2aをほぼ垂直まで大きくすることができるため、第1の実施例と比べてファン吹出口での吐出圧力の高いターボファンを得ることができ、空気調和機のファン回転数をさらに低く抑えられ、送風音を低減できる。
【0017】
なお、本実施例では、ブレード前縁から変曲点13にかけて圧力面10の形状がファン回転方向6に向かって翼型をなした例が示されているが翼型でない場合にも適用できる。
【0018】
図8は、本発明の第3の実施例における空気調和機のターボファン29の一部破断平面図であり、図9はブレード後縁部9の拡大図である。前記第2の実施例と異なるのは、ブレード後縁部9が圧力面側ブレード後縁15と負圧面側ブレード後縁16の二つに分岐している点である。圧力面10および負圧面11の形状は第2の実施例と同様であるため、ターボファン29の送風性能は第2の実施例と同様であるが、ブレード後縁部9での肉圧を薄くすることにより材料を減らせられるという利点がある。
【0019】
図8のターボファン29と図24に示す従来例のターボファン29とを比較すると、吐出圧力は同程度であり、空気調和機の使用範囲では効率が3〜5%程度向上する。このターボファンを図4記載の空気調和機の室内機に搭載した場合、室内機の消費電力を3〜5%程度低減できる。
【0020】
図10は、本発明の第4の実施例における空気調和機のターボファン29の一部破断平面図であり、図11はブレード後縁部9の拡大図である。この実施例が、前記第3の実施例と異なる点は、圧力面側ブレード後縁15において圧力面10側から中間部17に向けて貫通孔19を設けたことである。前記第1ないし3の実施例では、ブレード後縁部9で圧力面10と負圧面11の距離が離れるため、例えば第3の実施例では、図12に示すように圧力面側ブレード後縁15及び負圧面側ブレード後縁16と中間部17との圧力差により、上記圧力面側ブレード後縁15および負圧面側ブレード後縁16の先端から渦26が発生し、乱流騒音の原因となることが考えられる。一方、第4の実施例では貫通孔19を通して圧力面側ブレード後縁15から中間部17へ空気が流入することにより、上記中間部17の圧力を高くすることができる。このため、圧力面側ブレード後縁15及び負圧面側ブレード後縁16と、上記中間部17との圧力差が小さくなり、図13に示すように上記圧力面側ブレード後縁15及び負圧面側ブレード後縁16での大きな渦の発生が抑制でき、吐出圧力及び効率を高くするとともに、乱流騒音の低減を図ることができ、高効率、低騒音の空気調和機を提供できる。
【0021】
図14は、本発明の第5の実施例における空気調和機のターボファン29の一部破断平面図、図15は縦断面図であり、図16ないし図18は、それぞれ図15のモータ回転軸8に垂直なA−A断面、B−B断面、C−C断面でのブレード後縁部9の拡大図である。この実施例が、前記第1ないし第4の実施例と異なるのは、ブレード後縁部9の圧力面側出口角度β2aを高さによって異なるブレード形状にしている点である。すなわち、図18に示すC−C断面上では、圧力面10側の出口角度β2aが、負圧面11側の出口角度β2bよりも小さい従来の形状であるが、ハブ3側からシュラウド5側に向かうにつれて断面形状が連続的に変化し、圧力面側10の出口角度β2aが徐々に大きくなっていく。したがって、本第5の実施例では、ハブ3側からシュラウド5側に向かうにつれて吐出圧力を高める効果が大きくなり、この結果ファン吹出口21での高さ方向の圧力分布が改善でき、シュラウド5側での空気の流れの剥離27を抑制し、吹出す空気のハブ3−シュラウド5間の速度分布が均一化される。すなわち、効率、吐出圧力を向上できるとともに、出口での最高速度を小さく抑えられるため流体騒音を低減できる。
【0022】
図19は、本発明の第6の実施例における空気調和機のターボファン29の一部破断平面図、図20は、縦断面図であり、図21ないし図23は、それぞれ図20のモータ回転軸8に垂直なA−A断面、B−B断面、C−C断面でのブレード後縁部9の拡大図である。上記第5の実施例と同様に、ハブ3側からシュラウド5側に向けて形状が変化しているが、ハブ3とシュラウド5間で圧力面側の出口角度β2aが一定で有り、ブレード圧力面の変曲点13がハブ側3からシュラウド6側に向かうにつれてブレード後縁部9から離れる形状となっている。すなわち、シュラウド5に近いほど吐出圧力を高める効果が高くなり、上記第5の実施例と同様の効果が期待できる。
【0023】
【発明の効果】
本発明の空気調和機は、空気を吸入して吐出するターボファンと、該ターボファンの吸入側あるいは吐出側に配置され、空気の冷却あるいは加熱を行う熱交換器とを含んでなり、上記ターボファンはモータ回転軸に垂直な各ブレード断面において、上記ブレードの圧力面側の出口角度が負圧面側の出口角度よりも大きい形状となっている。このため、圧力面側の出口角を大きくすることにより吐出圧力を高くすることができるとともに、負圧面側での空気の流れの剥離を抑制できるため、効率を高くできる。
【0024】
また、同一圧力を得るための回転数を低く抑えることができる。したがって、送風音が低く、効率の高い空気調和機を得ることができ、空気調和機の室内機に搭載した場合、空気調和機の室内機の消費電力を3〜5%程度低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例におけるターボファンの一部破断平面図である。
【図2】本発明の第1の実施例におけるターボファンの縦断面図である。
【図3】本発明の第1の実施例におけるターボファンのブレード後縁部の拡大図である。
【図4】本発明の実施例であるターボファンを取付けた空気調和機の室内機の断面図である。
【図5】図4におけるA部のB−B断面でのブレード後縁部の拡大図である。
【図6】本発明の第2の実施例におけるターボファンの一部破断平面図である。
【図7】本発明の第2の実施例におけるターボファンのブレード後縁部の拡大図である。
【図8】本発明の第3の実施例におけるターボファンの一部破断平面図である。
【図9】本発明の第3の実施例におけるターボファンのブレード後縁部の拡大図である。
【図10】本発明の第4の実施例におけるターボファンの一部破断平面図である。
【図11】本発明の第4の実施例におけるターボファンのブレード後縁部の拡大図である。
【図12】本発明の第3の実施例におけるターボファンのブレード後縁での流れを示す模式図である。
【図13】本発明の第4の実施例におけるターボファンのブレード後縁での流れを示す模式図である。
【図14】本発明の第5の実施例におけるターボファンの一部破断平面図である。
【図15】本発明の第5の実施例におけるターボファンの縦断面図である。
【図16】図15におけるA−A断面でのブレード後縁部の拡大図である。
【図17】図15におけるB−B断面でのブレード後縁部の拡大図である。
【図18】図15におけるC−C断面でのブレード後縁部の拡大図である。
【図19】本発明の第6の実施例におけるターボファンの一部破断平面図である。
【図20】本発明の第6の実施例におけるターボファンの縦断面図である。
【図21】図20におけるA−A断面でのブレード後縁部の拡大図である。
【図22】図20におけるB−B断面でのブレード後縁部の拡大図である。
【図23】図20におけるC−C断面でのブレード後縁部の拡大図である
【図24】従来のターボファンの一例における一部破断平面図である。
【図25】従来のターボファンの一例におけるブレード後縁部の拡大図である。
【図26】従来のターボファンの一例におけるブレード後縁での流れを示す模式図である。
【符号の説明】
1…ターボファン外周
2…ボス
3…ハブ
4…ブレード
5…シュラウド
6…回転方向
7…モータ
8…モータ回転軸
9…ブレード後縁部
10…圧力面
11…負圧面
12…ブレード
13…変曲点
14…ブレード
15…圧力面側ブレード後縁
16…負圧面側ブレード後縁
17…中間部
18…ブレード
19…貫通孔
20…ブレード
21…ファン吹出口
22…ブレード
23…ブレード
24a…直線
24b…直線
25a…直線
25b…直線
26…渦
27…空気の流れの剥離
28…キャビネット
29…ターボファン
30…熱交換器
31…ベルマウス
32…フィルタ
33…吸込みグリル
34…パネル
35…空気吹出口
β2a…圧力面側出口角度
β2b…負圧面側出口角度[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an air conditioner using a turbo fan as a blower.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, turbofans have been widely used as blowers for air conditioners. Recently, however, there has been a strong demand for higher performance, higher efficiency, and lower noise. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-4389 Discloses a method for improving the performance by improving the blade shape.
[0003]
The shape of this conventional turbofan is shown in FIG. In this turbofan, as shown in the enlarged view of FIG. 25, the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to reduce the size and increase the efficiency, in the above-described configuration, the
[0005]
In view of the above problems, the object of the present invention is to maintain or increase the outlet angle on the pressure surface side necessary for maintaining or increasing the discharge pressure of the turbofan, and to reduce the air flow on the suction surface side. An object of the present invention is to provide a high-efficiency, low-noise air conditioner by suppressing the occurrence of separation to improve the performance and efficiency of a turbofan in the sense of reducing motor input.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the air conditioner according to the present invention is characterized by what is stated in the respective claims, and in particular, the air according to the invention according to
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a turbofan used in an air conditioner according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0008]
FIG. 1 is a partially broken plan view of a turbofan of an air conditioner according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view. The turbofan includes a disk-
[0009]
FIG. 3 is an enlarged view of the
[0010]
In this embodiment, by making the outlet angle β2b on the
[0011]
4 is a longitudinal sectional view of an indoor unit of an air conditioner equipped with the
[0012]
In the indoor unit configured as described above, air passes from the room through the
[0013]
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view taken along the line BB of part A of FIG. 4 which is a blower outlet of the turbo fan. As shown in FIG. 5, the outlet angle β2a on the
[0014]
The indoor unit of the air conditioner of the present invention can keep power consumption low because the efficiency of the
[0015]
Although the present embodiment shows an example in which the
[0016]
FIG. 6 is a partially cutaway plan view of a
[0017]
In the present embodiment, an example in which the shape of the
[0018]
FIG. 8 is a partially cutaway plan view of a
[0019]
Comparing the
[0020]
FIG. 10 is a partially cutaway plan view of a
[0021]
FIG. 14 is a partially broken plan view of a
[0022]
FIG. 19 is a partially broken plan view of a
[0023]
【The invention's effect】
An air conditioner of the present invention includes a turbofan that sucks and discharges air, and a heat exchanger that is disposed on the suction side or discharge side of the turbofan and cools or heats the air. The fan has a shape in which the exit angle on the pressure surface side of the blade is larger than the exit angle on the suction surface side in each blade cross section perpendicular to the motor rotation axis. For this reason, it is possible to increase the discharge pressure by increasing the outlet angle on the pressure surface side, and to suppress the separation of the air flow on the negative pressure surface side, so that the efficiency can be increased.
[0024]
Moreover, the rotation speed for obtaining the same pressure can be kept low. Therefore, an air conditioner with low blowing sound and high efficiency can be obtained, and when mounted on an indoor unit of an air conditioner, the power consumption of the indoor unit of the air conditioner can be reduced by about 3 to 5%.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially broken plan view of a turbofan in a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a turbofan in the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged view of a blade trailing edge portion of the turbofan in the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of an indoor unit of an air conditioner equipped with a turbo fan according to an embodiment of the present invention.
5 is an enlarged view of a blade trailing edge portion in a BB cross section of A portion in FIG. 4. FIG.
FIG. 6 is a partially broken plan view of a turbofan in a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an enlarged view of a blade trailing edge portion of a turbofan in a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a partially broken plan view of a turbofan according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an enlarged view of a blade trailing edge portion of a turbofan in a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a partially broken plan view of a turbofan in a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an enlarged view of a blade trailing edge portion of a turbofan in a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic diagram showing a flow at a blade trailing edge of a turbofan in a third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic diagram showing a flow at a blade trailing edge of a turbofan in a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a partially broken plan view of a turbofan according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a longitudinal sectional view of a turbo fan according to a fifth embodiment of the present invention.
16 is an enlarged view of the trailing edge of the blade in the AA cross section in FIG. 15. FIG.
17 is an enlarged view of a blade trailing edge portion in a BB cross section in FIG. 15;
18 is an enlarged view of the trailing edge of the blade in the CC cross section in FIG.
FIG. 19 is a partially broken plan view of a turbofan according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a longitudinal sectional view of a turbofan according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is an enlarged view of a blade trailing edge portion taken along the line AA in FIG. 20;
22 is an enlarged view of the trailing edge of the blade in the BB cross section in FIG. 20;
FIG. 23 is an enlarged view of the trailing edge of the blade in the CC section in FIG. 20. FIG. 24 is a partially broken plan view of an example of a conventional turbofan.
FIG. 25 is an enlarged view of a blade trailing edge in an example of a conventional turbofan.
FIG. 26 is a schematic diagram showing a flow at a blade trailing edge in an example of a conventional turbofan.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ターボファンの前記モータ回転軸に垂直な各ブレード断面で、前記ブレードの回転方向側の前面の圧力面側の出口角度が裏面の翼面である負圧面側の出口角度よりも大きい形状をなすことを特徴とする空気調和機。An air conditioner comprising: a blower that sucks and discharges air; and a heat exchanger that is disposed on a suction side or a discharge side of the blower and that cools or heats the air. A disc-shaped boss provided with a hole for mounting the motor rotation shaft, a hub disposed in contact with the outer periphery of the boss, and disposed on the surface of the hub in a circumferential direction around the motor rotation shaft. A turbo comprising a plurality of blades and an impeller made of a shroud disposed on the side facing the hub across the blades, and a motor for fixing the motor rotation shaft to the boss and rotating the impeller In an air conditioner using a fan,
In each blade cross section perpendicular to the motor rotation axis of the turbofan, the outlet angle on the pressure surface side of the front surface on the rotational direction side of the blade is larger than the outlet angle on the suction surface side that is the blade surface on the back surface. An air conditioner characterized by that.
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