JP4517955B2 - 貫流送風機用羽根車および空気調和機 - Google Patents

Description

この発明は、換気扇や空気調和機などに搭載され、送風手段として用いられる貫流送風機用羽根車に関するものである。

従来の貫流送風機用羽根車は、長手方向の両端部を、それぞれ円形の側板の円周に沿って放射状に複数配置して，この円形の側板の中心寄りの長手方向の縁部に沿って開口する複数のＶ字状の切欠き部を有した羽根を備えることで，貫流式貫流送風機の吹出し側で切欠き部に生ずる縦渦を利用して負圧面剥離を抑制し，騒音を低減している。（例えば、特許文献１参照）
特開平１０−２５２６８９号公報（第３、４頁、第２−４図）

前述した如く構成されている従来の貫流送風機用羽根車においては、通常、切欠き部が有効な翼面積を減少させるために，切欠き部が無い場合に比して送風機効率の低下（風量の低下）を招き、必要風量を確保するために貫流送風機用羽根車の回転数を上げると、貫流送風機用羽根車の駆動力が増加することにより省エネ性が低下すると共に送風機騒音が増加するという問題があった。

この発明は，上記のような問題点を解決するためになされたもので，送風機効率の低下を招くことなく省エネ性を確保すると共に送風機騒音の低減を実現する貫流送風機用羽根車を得ることを目的としている。

この発明に係る貫流送風機用羽根車は、回転軸上に対向配置された円形の側板の間に、円形の側板の円周に沿って放射状になるような複数の羽根を設けて、羽根の長手方向の縁部に沿って、縁部側にＶ字状に開口した、頂角が６０°〜１１０°の複数の切欠き部を備えた構成としたものである。

この発明によれば、羽根の長手方向の縁部側にＶ字状に開口した、頂角が６０°〜１１０°の切欠き部を有した羽根を有したことにより、送風機効率の低下を招くことなく省エネ性を確保すると共に送風機騒音の低減が可能である。

実施の形態１
この発明の実施の形態１について図１〜図６を用いて説明する。

図１は、この発明に係る貫流送風機用羽根車を搭載した空気調和機の縦断側面図である。図１において、ハウジング１の前面および上面には、空気を吸込むため、それぞれ前面吸込みグリル２および上面吸込みグリル３が設けられている。この前面吸込みグリル２および上面吸込みグリル３の内面側には、前面吸込みグリル２および上面吸込みグリル３を覆うようにフィルタ４が設けられ、またフィルタ４に対向して熱交換器５が、ハウジング１のほぼ中央部に設けられた貫流送風機用羽根車６の円周側の一部を包囲するように設けられている。この熱交換器５に面していない貫流送風機用羽根車６の円周側には、空気を吹出すため、ハウジング１の下部前面から貫流送風機用羽根車６の近傍に延びたノーズ部７とハウジング１の背面側に設けられたガイダ８に挟まれた吹出口９が設けられている。そしてこの吹出口９には、吹出口９を流れる空気の左右方向の風向を設定する左右風向変更板１０と上下方向の風向を設定する上下風向変更板１１が設けられている。またハウジング１の背面側には、無図示の室外機に接続される配管１２が設けられている。

図２は、図１の空気調和機に搭載される貫流送風機用羽根車６の構成図である。図２において、対向して設けられた円形の側板１３の中心には、回転軸１４が設けられ、また、円形の側板１３の間には、長手方向の両端部がそれぞれ円形の側板１３に設けられ、かつ円形の側板１３の円周に沿って、放射状に複数の羽根１５が配設されている。この貫流送風機用羽根車６は、図１に示したように熱交換器５と吹出口９の間に配置され、また回転軸１４に対して、空気の吸込側が吹出側より大きい非対称な風路に配設されている。

図３は、図２の貫流送風機用羽根車６に設けられている羽根１５の構成図である。図３において、羽根１５には、長手方向の一方の縁部に、縁部側に向かってＶ字状に開口した切欠き部１６が縁部１７を介して交互に設けられている。この切欠き部１６の形状は、羽根１５の弦長Ｌと切欠き部１６の高さｈとの比ｈ／Ｌおよび切欠き部１６の頂角θにより決定される。そしてこの羽根１５は、図２に示したように切欠き部１６が円形の側板１３の中心寄りになるように配設されている。

図４は、同一風量条件下における騒音レベル（ΔＳＰＬ（ｄＢ））と送風機効率（Δη（％））の変化を、切欠き部１６の形状を示す羽根１５の弦長Ｌと切欠き部１６の高さｈとの比ｈ／Ｌ（％）で示した特性図である。図４において、騒音レベル（ΔＳＰＬ（ｄＢ））の特性図は、ゼロ（０．０）において切欠き部１６が無い状態を示し、負の値になる程、騒音レベルが低下し改善することを示している。また送風機効率（Δη（％））の特性図は、ゼロ（０．０）において切欠き部１６が無い状態を示し、負の値になる程、送風機効率が低下することを示している。また図４に示した１８は、羽根１５の弦長Ｌと切欠き部１６の高さｈとの比ｈ／Ｌ（％）が、切欠き部１６が無い状態に比して、送風機効率が保持され、騒音レベルが低下し改善が得られる範囲（有効範囲Ａと記す）を示している。

図５は、同一風量条件下における騒音レベル（ΔＳＰＬ（ｄＢ））と送風機効率（Δη（％））の変化を、切欠き部１６の形状を示す頂角θ（ｄｅｇ．）で示した特性図である。図５において、騒音レベル（ΔＳＰＬ（ｄＢ））は、ゼロ（０．０）において切欠き部１６が無い状態を示し、負の値になる程、騒音レベルが低下し改善することを示している。また送風機効率（Δη（％））の特性図は、ゼロ（０．０）において切欠き部１６が無い状態を示し、負の値になる程、送風機効率が低下することを示している。また図５に示した１９は、羽根１５の切欠き部１６の頂角θ（ｄｅｇ．）が、切欠き部１６が無い状態に比して、送風機効率が保持され、騒音レベルが低下し改善が得られる範囲（有効範囲Ｂと記す）を示している。

図６は、同一風量条件下における切欠き部１６の有無に対する騒音スペクトル図を示す。図６において、横軸は周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は騒音レベル（ｄＢＡ）を示している。また２０は切欠き部１６が無い状態での騒音スペクトル（騒音スペクトルＡと記す）を示し、２１は図４に示した有効範囲Ａ１８および図５に示した有効範囲Ｂ１９に係る切欠き部１６を有した状態での騒音スペクトル（騒音スペクトルＢと記す）を示している。また２２は、騒音スペクトルＡ２０および騒音スペクトルＢ２１共に、特定の周波数において離散的に生じる周波数（ピーク周波数と記す）を示している。このピーク周波数２２は、回転音として聞こえ、羽根枚数と回転数の積によって決定される周波数で発生する離散的な騒音であり、一般的に耳障りな音となる。

次に動作について、図１〜図６を参照して説明する。

まず貫流送風機用羽根車６が搭載された空気調和機の動作について説明する。貫流送風機用羽根車６は、図１および図２に示した矢印Ｃの方向に回転する。この回転により前面吸込グリル２および上面吸込グリル３から図１に示した矢印Ｇのように外部の空気が空気調和機内に吸気される。外部から空気調和機内に吸気された空気は、フィルタ４を介して熱交換器５に導入されて、加熱や冷却などの熱交換が行われた後，貫流送風機用羽根車６に吸気され、貫流送風機用羽根車６の羽根１５を貫流し、貫流送風機用羽根車６から排気される。そして、貫流送風機用羽根車６から排気された空気は、左右風向変更板１０および上下風向変更板１１によって適宜に風向が調整されて吹出口９から図１に示した矢印Ｈのように送風される。

ところで、この時、貫流送風機用羽根車６に設けられた羽根１５には、円形の側板１３の中心寄りの長手方向の縁部に、図３に示すように、有効な翼面積の減少をなるべく防止するために設けている縁部１７を介して切欠き部１６が交互に設けられているのであるが、この切欠き部１６は、少なからず有効な翼面積を減少させるために、貫流送風機用羽根車６の回転数を同じとすると、切欠き部１６が無い場合に比して、送風機効率の低下（風量の低下）を招き、切欠き部１６が無い場合に相当する風量を確保するために貫流送風機用羽根車６の回転数を上げると、貫流送風機用羽根車６の駆動力が向上するために省エネ性が低下し、また騒音発生量が増加する。

しかしながら、この送風機効率と騒音発生量は、切欠き部１６の形状に大きく依存するのである。つまり送風機効率の低下を招くことなく，送風機騒音の改善が可能な切欠き部１６の形状が存在する。

図４は、同一風量条件下における騒音レベル（ΔＳＰＬ（ｄＢ））と送風機効率（Δη（％））の変化を、図３に示す切欠き部１６の形状を示す羽根１５の弦長Ｌと切欠き部１６の高さｈとの比ｈ／Ｌで示した特性図であるが、図４を見れば、有効範囲Ａ１８として示したｈ／Ｌ（％）＝５％〜３０％（より好ましくは１０％〜３０％）の範囲において、切欠き部１６の無い場合に比して、送風機効率（Δη（％））が保持され、かつ騒音レベル（ΔＳＰＬ（ｄＢ））が低下し改善が認められる。

また、図５は、同一風量条件下における騒音レベル（ΔＳＰＬ（ｄＢ））と送風機効率（Δη（％））の変化を、図３に示す切欠き部１６の形状を示す頂角θ（ｄｅｇ．）で示した特性図であるが、図５を見れば、有効範囲Ｂ１９として示したθ（ｄｅｇ．）＝６０°〜１１０°（より好ましくは７５°〜１１０°）の範囲において、切欠き部１６の無い場合に比して、送風機効率（Δη（％））が保持され、かつ騒音レベル（ΔＳＰＬ（ｄＢ））が低下し改善が認められる。

以上より、切欠き部１６の形状が、羽根１５の弦長Ｌと切欠き部１６の高さｈとの比ｈ／Ｌ（％）が５％〜３０％で、かつ頂角θ（ｄｅｇ．）が６０°〜１１０°の範囲において、貫流送風機用羽根車６の送風機効率（Δη（％））が保持され、騒音レベル（ΔＳＰＬ（ｄＢ））が低下し改善が認められることになる。

また、図６には、同一風量条件下における切欠き部１６の有無に対する騒音スペクトル図を示しているが、図６からも、切欠き部１６が無い場合における騒音スペクトルＡ２０に比して、切欠き部１６を有した場合における騒音スペクトルＢ２１の方が、騒音レベル（ｄＢＡ）が低下し改善が認められることが判る。

この実施の形態１によれば、貫流送風機用羽根車６を、回転軸１４上に対向配置された円形の側板１３に、長手方向の両端部が円形の側板１３の円周に沿って放射状になるように複数の羽根１５を設け、円形の側板１３の中心寄りに位置する羽根１５の長手方向の縁部に沿って、縁部側にＶ字状に開口した複数の切欠き部１６を備えて、この切欠き部１６の頂角を６０°〜１１０°とするとともに高さを羽根の弦長の５％〜３０％としたことにより、送風機効率の低下を招くことなく省エネ性を確保するとともに送風機騒音の低減を実現した貫流送風機用羽根車６が得られる効果がある。

実施の形態２
実施の形態１によれば、送風機効率の低下を招くことなく，送風機騒音の低減を実現することが可能なのであるが、実施の形態１の図６に示したように、離散的に生じるピーク周波数２２からなる耳障りな回転音は低減されない。このような離散的に生じるピーク周波数２２の低減には、一般的に羽根の不等ピッチ配列や回転軸に対するねじれ配列が良く知られているところである。

図７は、実施の形態１で示した貫流送風機用羽根車６に設けられた羽根１５を、隣接する羽根１５との間のピッチを変えて円形の側板１３の円周に沿って不等ピッチ配列させ、かつ不等ピッチ配列された羽根１５を、回転軸１４に対してねじれた位置関係を有するねじれ配列としたものである。その他の構成は実施の形態１で示したものと同一であり、ここでの説明は省略する。

そして、図７で示した羽根１５を不等ピッチ配列およびねじれ配列とした貫流送風機用羽根車６を用いることにより、図８の同一風量条件下における切欠き部１６の有無に係る騒音スペクトル図に示すように、実施の形態１の図６において生じていたピーク周波数２２が無くなることが判る。なお、図８で使用した符号のうち実施の形態１で使用した符号と同一のものについては説明を省略する。

この実施の形態２によれば、貫流送風機用羽根車６に設けられた羽根１５を、羽根１５の間のピッチを変えて円形の側板１３の円周に沿って不等ピッチ配列させ、かつ不等ピッチ配列された羽根１５を、回転軸１４に対してねじれた位置関係を有するねじれ配列としたので、実施の形態１で得られる効果に加え、耳障りな回転音も低減される効果を有する。

なお実施の形態２によれば、羽根１５を不等ピッチ配列させるとともにねじれ配列とした貫流送風機用羽根車６を示したが、不等ピッチ配列またはねじれ配列のいずれか一方を用いても良い。この場合においても図６に示したピーク周波数２２を低減させる効果を有する。

また、実施の形態１および２によれば、切欠き部１６の形状としてＶ字状のものを示したが、例えば図９の（ａ）に示すＵ字状の切欠き部１６ａや（ｂ）に示す矩形状の切欠き部１６ｂなどを用いても、実施の形態１および２で示した効果に相応する効果を得ることが出来る。

この発明の実施の形態１に係る貫流送風機用羽根車を搭載した空気調和機の縦断側面図である。 この発明の実施の形態１に係る貫流送風機用羽根車の構成図である。 この発明の実施の形態１に係る貫流送風機用羽根車に設けられた羽根の構成図である。 この発明の実施の形態１に係る羽根の弦長と切欠き部の高さの比に対する同一風量条件下における騒音レベルと送風機効率の変化を示す特性図である。 この発明の実施の形態１に係る切欠き部の頂角に対する同一風量条件下における騒音レベルと送風機効率の変化を示す特性図である。 この発明の実施の形態１に係る同一風量条件下における切欠き部の有無に係る騒音スペクトル図である。 この発明の実施の形態２に係る貫流送風機用羽根車の構成図である。 この発明の実施の形態２に係る同一風量条件下における切欠き部の有無に係る騒音スペクトル図である。 この発明の実施の形態１または２に係る切欠き部の他の例を示す構成図である。

符号の説明

１ ハウジング
２ 前面吸込みグリル
３ 上面吸込みグリル
４ フィルタ
５ 熱交換器
６ 貫流送風機用羽根車
７ ノーズ部
８ ガイダ
９ 吹出口
１０ 左右風向変更板
１１ 上下風向変更板
１２ 配管
１３ 円形の側板
１４ 回転軸
１５ 羽根
１６ 切欠き部
１７ 縁部

Claims (9)

1. 回転軸上に対向配置された円形の側板と、長手方向の両端部が前記円形の側板の円周に沿って放射状に設けられた羽根を備えた貫流送風機用羽根車において、
   前記羽根は、前記羽根の前記長手方向の縁部に沿って、前記縁部側にＶ字状に開口した切欠き部を有し、前記切欠き部の頂角が６０°〜１１０°であることを特徴とする貫流送風機用羽根車。
2. 切欠き部の頂角は、７５°〜１１０°であることを特徴とする請求項１に記載の貫流送風機用羽根車。
3. 回転軸上に対向配置された円形の側板と、長手方向の両端部が前記円形の側板の円周に沿って放射状に設けられた羽根を備えた貫流送風機用羽根車において、
   前記羽根は、前記羽根の前記長手方向の縁部に沿って、前記縁部側にＶ字状に開口した切欠き部を有し、前記切欠き部の高さは、羽根の弦長の５％〜３０％であることを特徴とする貫流送風機用羽根車。
4. 切欠き部の頂角は、６０°〜１１０°であることを特徴とする請求項３に記載の貫流送風機用羽根車。
5. 切欠き部の頂角は、７５°〜１１０°であることを特徴とする請求項３に記載の貫流送風機用羽根車。
6. 切欠き部は縁部を介して交互に設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の貫流送風機用羽根車。
7. 羽根は、円形の側板の円周に沿って隣接する前記羽根の間のピッチを変えて配列されたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の貫流送風機用羽根車。
8. 羽根は、回転軸に対してねじれた位置関係を有して配列されたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の貫流送風機用羽根車。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の貫流送風機用羽根車を備えたことを特徴とする空気調和機。

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