JP3743222B2

JP3743222B2 - 送風機羽根車と空気調和機

Info

Publication number: JP3743222B2
Application number: JP27083099A
Authority: JP
Inventors: 善樹泉; 孝杉尾
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-09-24
Filing date: 1999-09-24
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2019-09-24
Also published as: CN1289897A; EP1087146B1; ES2312316T3; JP2001090693A; EP1087146A3; MY131508A; EP1087146A2; CN1297751C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和機、その他機器等の斜流送風機あるいは軸流送風機に用いられる羽根車に関するもので、特に翼の枚数とその形状に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の斜流送風機の羽根車は、図１３および図１４に示すような構造で、気体が羽根車内を回転軸に対して傾斜して流す形式の送風機である。すなわち、平面図である図１３のように略円錐台形状のハブ２０に複数枚、少なくとも３枚の翼１９を設けて斜流送風機の羽根車１８を構成し、そして回転軌跡は図１４に示すようになる。そして、送風機としては、この羽根車１８をケ−シングに納め、、ハブ２０に回転軸を結合させたモ−タで羽根車１８を回転させることで送風作用を生じる。この翼の代表自乗平均半径位置での翼の弦長Ｌと翼の半径方向の代表実長さｂの比であるアスペクト比ｂ／Ｌ≦１の範囲では、翼１９の外周側の翼の弦長はハブ側の翼の弦長より長く、また充分な静圧を得るために翼枚数は少なくとも３枚以上から構成されていた。さらに、翼１９の前縁２１は、対数螺旋などの曲線から構成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成において、アスペクト比ｂ／Ｌ≦１の範囲で、翼枚数は少なくとも３枚以上からなる羽根車の構成では、回転する翼１９の外周付近で発生する矢印で示す翼端渦Ｄが、その翼１９より剥がれて、次に来る後方の翼１９の流入空気の状態に対して大きい影響を与えていた。すなわち、翼１９は、前方の翼から発生し剥離した翼端渦Ｄに大きい影響を受け、大きく乱れた流入空気を受けて空力仕事をしていた。そのため、低騒音化と静圧特性の向上には、翼端渦Ｄの影響のために限界があった。
【０００４】
更に、翼１９の枚数が２枚より３枚や４枚と多い方が、羽根車が占める体積が大きく、羽根車の製造コストが必然的に高価になっていた。
【０００５】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、送風機羽根車の低騒音化と静圧の向上および羽根車の製造コストを安くすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、ハブと、このハブに設けた２枚の翼とを備え、前記翼は、翼の代表自乗平均半径位置での翼の弦長Ｌと翼の半径方向の代表実長さｂの比であるアスペクト比ｂ／Ｌ≦１の範囲に設定し、かつ前記範囲のアスペクト比の翼枚数を２枚に構成してなるものである。
【０００７】
上記構成によって、上記したアスペクト比の翼でありながら、翼同士のピッチが充分に広いために、翼の外周付近の負圧面に発生する翼端渦が翼より剥がれ流れ去り、次に回転してくる後方の翼の流入空気の状態に与える影響が軽減される。そして、各翼が迎える流入空気は乱れが少なくて円滑になり、後方の翼での剥離と失速などの不安定現象が生じにくくなり、翼での低騒音化と靜圧の向上を図ることができるものである。
【０００８】
また、翼の枚数が２枚の方が３枚や４枚と多いより、羽根車の占める体積を小さくでき、羽根車の製造コストを安価にできるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、ハブと、このハブに設けた２枚の翼とを備え、前記翼は、翼の代表自乗平均半径位置での翼の弦長Ｌと翼の半径方向の代表実長さｂの比であるアスペクト比ｂ／Ｌ≦１の範囲に設定し、かつ前記範囲のアスペクト比の翼枚数を２枚に構成してなるものである。
【００１０】
この構成によって、翼同士のピッチが充分に広いために、翼の外周付近の負圧面に発生する翼端渦が翼より剥がれ流れ去り、次に回転してくる後方の翼の流入空気の状態に与える影響が少ない。このように互いに２枚の翼が、翼端渦の影響を受けないので、各翼が迎える流入空気は乱れが少なく円滑になり、翼での剥離と失速などの不安定現象が生じにくくなる。
【００１１】
更に、羽根枚数が２枚の方が３枚や４枚と多いより、羽根車が占める体積が小さくなる作用を有する。
【００１２】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載において翼を、翼の半径方向断面で、翼の代表自乗平均半径位置付近より外周側は風上側に対して凹形状の曲線形状にし、翼の代表自乗平均半径位置付近よりハブ側は風上側に対して凸形状の曲線形状にしてなるものである。
【００１３】
上記構成において、翼の凹形状の曲線形状により、翼の回転方向に対して、翼自体が流線型となる。これにより、翼の回転騒音であるｎＺ音が、翼の枚数が２枚であっても、乱流騒音の音圧レベルより低くなり、羽根車全体として異常音がなくなる作用を有する。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１記載において翼の前縁と外周の交点に３角形状の翼の１点を重ね、かつ前記前縁に３角形状の翼の１辺を密着して３角形状の翼を設けてなるものである。
【００１５】
上記構成によって、３角形状の翼の先端を起点として翼端渦が、翼の負圧面に円錐状に生成し、翼の途中で剥離して流れ去る。この３角形状の翼は、その先端で翼端渦の生成を規定する作用を有するため、この翼端渦が翼の外周付近の負圧面に発生する状態と、翼より剥がれ流れ去る状態の根本を規定することになり、後方の翼への翼端渦の影響を最小限にする作用を有する。従って、翼同士のピッチが充分に広い２枚翼でも次に回転してくる後方の翼の流入空気の状態を、更により乱れの少ない円滑な最適状態にすることができるものである。そして、後方の翼が翼端渦の影響を更に受けにくくなり、各翼が迎える流入空気は最も円滑になり、後方の翼での剥離と失速などの不安定現象が更に生じにくくなる。
【００１６】
また、請求項４記載の発明は、請求項１〜請求項３記載のいずれか１項に記載の送風機羽根車を有する送風機を、熱交換器を有する室外機に設けた空気調和機である。
【００１７】
上記構成において、送風機により室外機は静かに仕事をするとともに、製造上および設計上におけるコスト面でも有利になる。
【００１８】
【実施例】
以下本発明の実施例について図１〜図１２を参照して説明する。
【００１９】
【実施例１】
図１〜図９は、本発明の送風機羽根車の実施例１を示すもので、図１は斜流送風機に使用した時の羽根車の回転軌跡図で、図２は同平面図で、図３は同送風機羽根車を代表自乗平均半径位置で切り展開した図で、翼として厚翼を適用した場合である。図４は同送風機羽根車を代表自乗平均半径位置で切り展開した図で、翼として厚さ一定の薄翼を適用した場合である。図５は同送風機羽根車の動作状況を示す模式図である。図６は同送風機羽根車の性能を示す特性実験の特性図で、横軸にアスペクト比ｂ／Ｌを取り、縦軸に４１ｄＢでの風量を示している。図７は同送風機羽根車の２枚翼と従来の送風機羽根車における３枚翼の静圧特性を比較した特性図で、図８は同送風機羽根車を軸流送風機に使用した時の回転軌跡図、図９は同送風機羽根車の平面図である。
【００２０】
図１において、斜流送風機の羽根車１は、略円錐台形状のハブ３の外周面に同一形状の２枚の翼２を相対向させて設けている。前記それぞれの翼２は、翼の代表自乗平均半径位置での翼２の弦長Ｌと翼２の半径方向の代表実長さｂの比であるアスペクト比ｂ／Ｌ≦１の範囲に設定し、かつ前記範囲に設定したアスペクト比の翼枚数を２枚に構成してなるものである。
【００２１】
ここで、以下に上記構成につき更に説明すると、ハブ３の代表ハブ径ｒは、ｒ＝（ｒ１＋ｒ２）／２で規定するものとする。羽根車１の代表半径Ｒは、Ｒ＝（Ｒ１＋Ｒ２）／２で規定するものとする。同じく代表自乗平均半径Ｒｒは、Ｒｒ＝√（（Ｒ２＋ｒ２）／２）で規定する。図１で、羽根車１の中心線ＣＣを、中心線として、代表自乗平均半径Ｒｒを通る円錐の頂点がＰ１であり、その円錐の線ＡＡで翼２を切って展開したのが、図３、図４であり、その弦長がＬである。この線ＡＡは、平面図の図２では、曲線ＡＡに見える。翼２の半径方向の代表実長さｂは、図１では代表ハブ径ｒの位置と代表半径Ｒの位置を結ぶ翼２のスパン方向の実長さである。
【００２２】
そして、図５のように斜流送風機の羽根車１は、そのハブ３にモ−タ１２のシャフトを固定して、適切なケ−シング１１に納め、モ−タ１２により回転させることで矢印で示す送風作用を生じる。この時、図１において空気の殆どは、翼２の前縁４より流入し、後縁５より流出して空力仕事を行う。
【００２３】
ここでは、図１において斜流送風機羽根車１の代表自乗平均半径位置での弦長Ｌと翼の半径方向の代表実長さｂとの比ｂ／Ｌをアスペクト比と言う。
【００２４】
図６は、翼枚数が２枚の２枚翼においてアスペクト比ｂ／Ｌと、４１ｄＢでの風量の関係を示した特性図である。この図６は、φ４１５ｍｍの羽根車１の実験デ−タにより作成したものである。この図６より明らかなように、アスペクト比ｂ／Ｌ≦１の範囲では、４１ｄＢ当たりの風量が飽和しているが、アスペクト比ｂ／Ｌ≧１の範囲では風量は急激に減少していることが判る。
【００２５】
従って、本発明では、ハブ３に２枚の翼２を設けてなる送風機羽根車１にあって、翼２は、翼２の代表自乗平均半径位置での翼２の弦長Ｌと翼２の半径方向の代表実長さｂの比であるアスペクト比ｂ／Ｌ≦１の範囲に設定し、かつ前記アスペクト比の翼枚数が２枚の斜流送風機羽根車１を構成するものである。
【００２６】
上記構成によって、アスペクト比ｂ／Ｌ≦１の範囲に設定した翼でありながら、翼２同士のピッチが充分に広いために、翼２の外周付近、すなわちチップ６付近の負圧面８に発生する翼端渦Ｄが翼２より剥がれ流れ去り、次に回転してくる後方の翼２の流入空気の状態に与える影響が非常に少ない。このように２枚の翼２が、互いに翼端渦Ｄの影響を受けないので、各翼２が迎える流入空気は乱れが少なく円滑になり、翼２での剥離などの不安定現象が生じにくくなる。これにより、羽根車１での同一騒音当たりの風量の向上を図ることができる。これを、裏付けているのが上記した斜流送風機の羽根車１の特性図６である。
【００２７】
また、前方の翼による後方の翼２に対する翼端渦Ｄが、このように与える影響が少ないので、後方の翼２での流れの失速などの不安定現象を生じにくくなり、羽根車１の静圧特性が向上する。これは、図７に示す斜流送風機羽根車における２枚の翼と３枚の翼の場合の静圧特性を比較した特性曲線で、明らかにできるものである。この図７は、直径φ４１５の斜流送風機羽根車を、回転数７１２ｒｐｍで作動させ、開放風量点（静圧が０）を２９．５ｍ3／ｍｉｎとした時の静圧特性である。開放風量点から風量点Ｑ１まで２枚翼の方が静圧が強く、風量点Ｑ１からＱ２までは、２枚翼と３枚翼とも静圧が同等で、風量点Ｑ２から締め切り風量点（風量が０）までの範囲では、若干３枚翼の方が静圧が強いことが判る。ただ、前記した風量点Ｑ２から締め切り風量点（風量が０）までの範囲で送風機を動作させる機器、例えば空気調和機では、それ程問題にならないものである。すなわち、空気調和機では、暖房の空調において通常、開放風量点から風量点Ｑ２付近迄で使用され、頻繁に生じない熱交換器への着霜を除去する除霜運転時だけ、風量点Ｑ２から締め切り風量点（風量が０）で動作することになり、機器設計上あまり重要な意味を持たないので、この範囲で３枚翼の羽根車より静圧が弱くても問題にならないものである。
【００２８】
更に、羽根枚数が２枚の方が３枚や４枚と多いものより、羽根車が占める体積が小さく、羽根車の製造コストが必然的に安くなる効果を奏するものである。
【００２９】
また図１で、羽根車の中心線ＣＣを中心線として、代表自乗平均半径Ｒｒを通る円錐の線ＡＡの頂点がＰ１であり、その円錐の線ＡＡで翼を切って展開した図が、図３、図４である。図３はこの翼断面に、翼２の前縁４が円弧状で、後縁５が尖った厚翼７を用いた例であり、翼２の圧力面９と負圧面８より構成されている。図４は、この翼断面に翼２の厚さが一定の薄い薄翼１０を用いた例であり、翼２の圧力面９ａと負圧面８ａから構成されている。
【００３０】
次に、本発明の送風機羽根車を軸流送風機に実施した例を説明する。すなわち、回転軌跡図である図８と平面図の図９は、羽根枚数が２枚の軸流送風機の羽根車１５を示している。ここで、代表自乗平均半径Ｒｒでの位置を線ＢＢが示している。この軸流送風機の羽根車１５においても、翼１４の代表自乗平均半径位置での翼１４の弦長Ｌと翼１４の半径方向の代表実長さｂの比であるアスペクト比ｂ／Ｌ≦１の範囲に設定し、かつ前記範囲に設定したアスペクト比の翼枚数を２枚に構成してなるものである。なお、図中１３はハブである。
【００３１】
上記構成において、詳細に説明するまでもなく、軸流送風機の羽根車に使用した場合でも図１の斜流送風機羽根車と同様の作用と効果を奏するものである。
【００３２】
【実施例２】
図１０は本発明の送風機羽根車における実施例２の発明で、上記した図２における半径方向断面であるＢＢ線での断面と同じように表した斜流送風機の羽根車の断面図で、図１１は同斜流送風機の羽根車の騒音スペクトラムを示している。
【００３３】
この発明は、実施例１の発明とは翼の形状が異なるだけで、それ以外の同一構成および作用効果を奏する部分には同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
【００３４】
羽根車１６は、翼２の代表自乗平均半径Ｒｒを通る線ＡＡ付近よりチップ６側は風上側に対して、翼２の形状を凹形状で曲線形状にし、代表自乗平均半径Ｒｒを通る線ＡＡ付近よりハブ３側は風上側に対して凸形状の曲線形状をした翼２を、ハブ３に相対向して２枚設けてなる斜流送風機羽根車を構成するものである。また、翼２の負圧面８ｂと圧力面９ｂから構成されている。
【００３５】
上記構成によって、翼２の代表自乗平均半径Ｒｒを通る線ＡＡ付近より外周側は風上側に対して凹形状の曲線形状であるため、羽根車１６の回転方向に対して、翼２自体が流線型となる。これで、翼２の回転騒音であるｎＺ音が、羽根枚数が２枚の２枚翼であっても、乱流騒音の音圧レベルより低くなり、羽根車全体として異常音がなくなり、実聴感も良好である。この効果を示したのが図１１である。
【００３６】
図１１は、φ４１５の翼に前縁が円弧状で、後縁が尖った翼型を用いた斜流送風機羽根車を回転数７２０ｒｐｍで作動させて、風量が２９．８ｍ３／ｍｉｎとした場合の騒音スペクトラムである。乱流騒音である１ｋＨｚ近傍の音圧レベルに比較して、翼２の回転騒音である１ｎＺ音とその高調波成分の２ｎＺ、３ｎＺ、４ｎＺ音ともの音圧レベルが低いのが明確に示されている。
【００３７】
なお、上記実施例では斜流送風機に使用した例で説明をしたが、この構成と効果は、軸流送風機羽根車でも同様のことが言える。
【００３８】
【実施例３】
図１３は本発明の送風機羽根車における実施例３の発明で、斜流送風機の羽根車の平面図である。この発明は、実施例１の発明とは翼の形状が異なるだけで、それ以外の同一構成および作用効果を奏する部分には同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
【００３９】
斜流送風機の羽根車１８は、３角形状の翼１７を、主翼になる翼２の前縁４とチップ６の交点に一点を重ね、かつ翼２の前縁４に３角形状の翼１７の一辺を密着して一体に設けた羽根枚数が２枚の翼からなるものである。
【００４０】
上記構成によって、３角形状の翼１７の先端を起点として翼端渦Ｄが、翼の負圧面に円錐状に生成し、翼の途中で剥離して流れ去る状況が判る。この３角形状の翼１７は、その先端で翼端渦Ｄの生成を規定するものであるため、この翼端渦Ｄが翼２のチップ６付近の負圧面に発生する状態と、翼２より剥がれ流れ去る状態の根本を規定することになり、後方の翼２への翼端渦Ｄの影響を最小限にすることができる。それで、アスペクト比ｂ／Ｌ≦１の範囲に設定した翼でありながら、翼２同士のピッチが充分に広い２枚翼でも、次に回転してくる後方の翼２の流入空気の状態を、より乱れの少ない円滑な最適状態にすることができるのもである。相対的に後方の翼２は、翼端渦Ｄの影響を更に非常に受けにくくなるので、各翼が迎える流入空気は最も円滑になり、翼での剥離と失速などの不安定現象が、更に生じにくくなる。これにより、更なる翼での低騒音化と静圧の向上を図ることができる。
【００４１】
なお、上記実施例では斜流送風機に使用した例で説明をしたが、この構成と効果は、軸流送風機羽根車でも同様のことが言える。
【００４２】
また、実施例４の発明として図示はしていないが、上記実施例１〜３で説明した各発明の送風機羽根車を、室外機と室内機に配管で接続した冷凍サイクルの回路構成部材を分離して内装したセパレート型の空気調和機における室外機の送風機に使用するものである。
【００４３】
上記構成の空気調和機によれば、室外機の熱交換器へ送風する送風機により、室外機から発する騒音を従来より低下できるとともに、性能も向上でき、さらに安価にできるものである。
【００４４】
【発明の効果】
上記実施例から明らかなように、本発明の請求項１に記載の発明は、ハブと、このハブに設けた２枚の翼とを備え、前記翼は、翼の代表自乗平均半径位置での翼の弦長Ｌと翼の半径方向の代表実長さｂの比であるアスペクト比ｂ／Ｌ≦１の範囲に設定し、かつ前記範囲のアスペクト比の翼枚数を２枚に構成してなるもので、互いに翼同士が、一方の翼の翼端渦の影響を受けないので、各翼が迎える流入空気は乱れが少なく円滑になり、翼での剥離と失速等の不安定現象が生じにくく、翼での低騒音化と静圧の向上を図ることができる。また、羽根車が占める体積が小さく、製造コストを安価にできる。
【００４５】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載において翼を、翼の半径方向断面で、翼の代表自乗平均半径位置付近より外周側は風上側に対して凹形状の曲線形状にし、翼の代表自乗平均半径位置付近よりハブ側は風上側に対して凸形状の曲線形状にしてなるもので、翼の回転騒音であるｎＺ音とその高調波が、羽根枚数が２枚の翼であっても、乱流騒音の音圧レベルより低くなるので羽根車全体として異常音をなくし、実聴感も良好にできる。
【００４６】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１記載において翼の前縁と外周の交点に３角形状の翼の１点を重ね、かつ前記前縁に３角形状の翼の１辺を密着して３角形状の翼を設けてなるもので、前方の翼で生じた翼端渦の、後方の翼への影響を最小限にでき、従って翼同士のピッチが充分に広い２枚翼でも次に回転してくる後方の翼の流入空気の状態を、更により乱れの少ない円滑な最適状態にすることができる。また、後方の翼が翼端渦の影響を更に受けにくくなるので、各翼が迎える流入空気は最も円滑になり、翼での剥離と失速等の不安定現象が、更に生じにくくなり、更なる翼での低騒音化と静圧の向上を図ることができる。
【００４７】
また、請求項４記載の発明は、請求項１〜請求項３記載のいずれか１項に記載の送風機羽根車を有する送風機を、熱交換器を有する室外機に設けた空気調和機で、室外機から発する騒音を従来より低下できるとともに、性能も向上でき、かつ安価にできる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明送風機羽根車を斜流送風機に採用した実施例１における羽根車の回転軌跡図
【図２】同送風機羽根車の平面図
【図３】同送風機羽根車を代表自乗平均半径位置で切り展開し、翼として厚翼を適用した展開図
【図４】同送風機羽根車を代表自乗平均半径位置で切り展開し、翼として厚さ一定の薄翼を適用した展開図
【図５】同送風機羽根車の動作状況を示す模式図
【図６】同送風機羽根車のアスペクト比ｂ／Ｌと４１ｄＢでの風量の関係を示す特性図
【図７】同送風機羽根車の２枚翼と従来の送風機羽根車の３枚翼の静圧特性の実験値を比較した特性図
【図８】本発明送風機羽根車を軸流送風機に採用した実施例１における羽根車の回転軌跡図
【図９】同軸流送風機における羽根車の平面図
【図１０】本発明送風機羽根車を斜流送風機に採用した実施例２における羽根車の回転軌跡図
【図１１】同実施例における送風機羽根車の騒音スペクトラムの実験結果の図
【図１２】本発明送風機羽根車を斜流送風機に採用した実施例３における羽根車の翼端渦の挙動を示した平面図
【図１３】従来の送風機羽根車の平面図
【図１４】従来の送風機羽根車の回転軌跡図
【符号の説明】
２、１４翼
３、１３ハブ
４前縁
１７三角形状の翼
Ｌ翼の代表自乗平均半径位置での翼の弦長
ｂ翼の半径方向の代表実長さ
ｂ／Ｌアスペクト比

Claims

ハブと、このハブに設けた２枚の翼とを備え、前記翼は、翼の代表自乗平均半径位置での翼の弦長Ｌと翼の半径方向の代表実長さｂの比であるアスペクト比ｂ／Ｌ≦１の範囲に設定し、かつ前記範囲のアスペクト比の翼枚数を２枚に構成してなる送風機羽根車。
翼は、翼の半径方向断面において、翼の代表自乗平均半径位置付近より外周側は風上側に対して凹形状の曲線にし、翼の代表自乗平均半径位置付近よりハブ側は風上側に対して凸形状の曲線形状にしてなる請求項１記載の送風機羽根車。
翼は、この翼の前縁と外周の交点に３角形状の翼の１点を重ね、かつ前記前縁に３角形状の翼の１辺を密着して３角形状の翼を設けてなる請求項１記載の送風機羽根車。
請求項１〜請求項３記載のいずれか１項に記載の送風機羽根車を有する送風機を、熱交換器を有する室外機に設けた空気調和機。