JP4797776B2 - 斜流送風機羽根車及び空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機の室外機などに用いられる斜流送風機羽根車及びそれを用いた空気調和機に関するものである。

従来のこの種の斜流送風機羽根車について、図１１〜１３を用いて説明する。

図１１〜１３において、従来の斜流送風機羽根車３０は、略円錐台状のハブ３３に複数枚の薄翼の翼３５を設けて構成され、翼３５の前縁３１を、翼３５の子午面において、ハブ３３と翼３５のチップ３４との中点付近より外周側では風上側に対して凹形状の曲線に、中点付近よりハブ３３側では風上側に対して凸形状の曲線になるように形成し、且つ翼３５の半径方向断面形状を、上記中点付近より外周側では風上側に対して、凹形状の曲線で、中点付近よりハブ３３側は、風上側に対して凸形状の曲線になるように形成し、翼３５の負圧面側と直接つながる円錐ハブ３３ａの間に、円錐ハブ３３ａの最小半径近傍より始まり、且つ翼３５の圧力面側とほぼ垂直方向で直接つながる垂直ハブ３３ｂを設け、円錐ハブ３３ａと垂直ハブ３３ｂとを連続的につなげて、これらハブ３３に欠落部がない様に構成されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第２８７７５３６号公報

しかしながら、上記従来の斜流送風機羽根車３０の構成では、翼３５の圧力面から負圧面に向かう洩れ流れにより、翼３５の外周側付近の負圧面に発生する翼端渦の生成を翼３５の凹状の曲線部にて促進させ低騒音化が図れる。また、ハブ３３側の翼３５の凸状の曲線部で、高負荷域での半径方向流入を円滑にして、静圧の向上を同時に図れる。しかし、翼３５の負圧面側と直接つながる円錐ハブ３３ａの間に、円錐ハブ３３ａの最小半径近傍より始まり、且つ翼３５の圧力面側とほぼ垂直方向で直接つながる垂直ハブ３３ｂを設け、円錐ハブ３３ａと垂直ハブ３３ｂとを連続的につなげて、これらハブ３３に欠落部がない様に構成しただけでも、垂直ハブ３３ｂにより流れに遠心成分を与えて、斜流送風機羽根車３０の静圧特性を向上させることはできる。しかし、流れる空気の流れがハブ３３を過ぎていこうとする時、ハブ３３の内側の圧力が低く、その内側に回り込もうとする流れがあり、垂直ハブ３３ｂはその流れを阻止する働きをする。このため、斜流送風機羽根車３０の空気の流動状態を最適にできず、低騒音化、ファン効率向上に明確な限界があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、低騒音で、ファン効率の優れた斜流送風機羽根車を提供することを目的としている。

上記従来の課題を解決するために、本発明の斜流送風機羽根車は、略円錐台状のハブに複数枚の薄翼の翼を設けてなる斜流送風機羽根車において、前記翼の前縁を、前記翼の子午面において、前記ハブと前記翼のチップとの中点付近より外周側では風上側に対して凹形状の曲線に、前記中点付近より前記ハブ側では風上側に対して凸形状の曲線になるように形成し、前記翼の半径方向断面形状を、前記中点付近より外周側では風上側に対して凹形状の曲線で、前記中点付近より前記ハブ側は風上側に対して凸形状の曲線になるように形成し、前記翼の負圧面側と直接つながる円錐ハブの間に、前記円錐ハブの最小半径近傍より始まり、且つ前記翼の圧力面側とほぼ垂直方向で直接つながる垂直ハブを設け、前記
円錐ハブと前記垂直ハブとを連続的につなげて、これら円錐、垂直ハブに欠落部がない様に構成すると共に、前記翼や前記円錐ハブ、前記垂直ハブの段差部に対して代を残して、前記垂直ハブの風下側の部分を切りぬいたもので、翼の圧力面から負圧面に向かう洩れ流れにより、翼の外周側付近の負圧面に発生する翼端渦の生成を翼の凹状の曲線部にて促進させる。また、ハブ側の翼の凸状の曲線部で、高負荷域での半径方向流入を円滑にするのは同様である。更に、垂直ハブの風下側の部分を切りぬいているので、斜流送風機羽根車を空気の流れが過ぎていこうとする時、ハブの内側の圧力が低いので、その内側に回りこむ流れを、垂直ハブの切り欠き部が誘導する作用を発揮して、斜流送風機羽根車全体の流動状態を最適に出来て、翼の外周側付近の負圧面に発生する翼端渦の生成を翼の凹状の曲線部にて促進させる作用とあいまって、斜流送風機羽根車に最も完全な空気の流動状態を実現できるので、低騒音化とファン効率を従来以上に改善できるものである。又、垂直ハブを切り抜いているので、その分使用材料を低減できて、コストダウンも実現できる。

本発明の斜流送風機羽根車は、低騒音化とファン効率を従来以上に改善でき、また、垂直ハブに切り欠き部があるので、使用材料を低減できて、安価に構成することができる。

第１の発明は、略円錐台状のハブに複数枚の薄翼の翼を設けてなる斜流送風機羽根車において、前記翼の前縁を、前記翼の子午面において、前記ハブと前記翼のチップとの中点付近より外周側では風上側に対して凹形状の曲線に、前記中点付近より前記ハブ側では風上側に対して凸形状の曲線になるように形成し、前記翼の半径方向断面形状を、前記中点付近より外周側では風上側に対して凹形状の曲線で、前記中点付近より前記ハブ側は風上側に対して凸形状の曲線になるように形成し、前記翼の負圧面側と直接つながる円錐ハブの間に、前記円錐ハブの最小半径近傍より始まり、且つ前記翼の圧力面側とほぼ垂直方向で直接つながる垂直ハブを設け、前記円錐ハブと前記垂直ハブとを連続的につなげて、これら円錐、垂直ハブに欠落部がない様に構成すると共に、前記翼や前記円錐ハブ、前記垂直ハブの段差部に対して代を残して、前記垂直ハブの風下側の部分を切りぬいたもので、翼の圧力面から負圧面に向かう洩れ流れにより、翼の外周側付近の負圧面に発生する翼端渦の生成を翼の凹状の曲線部にて促進させる。また、ハブ側の翼の凸状の曲線部で、高負荷域での半径方向流入を円滑にするのは同様である。更に、垂直ハブの風下側の部分を切りぬいているので、斜流送風機羽根車を空気の流れが過ぎていこうとする時、ハブの内側の圧力が低いので、その内側に回りこむ流れを、垂直ハブの切り欠き部が誘導する作用を発揮して、斜流送風機羽根車全体の流動状態を最適に出来て、翼の外周側付近の負圧面に発生する翼端渦の生成を翼の凹状の曲線部にて促進させる作用とあいまって、斜流送風機羽根車に最も完全な空気の流動状態を実現できるので、低騒音化とファン効率を従来以上に改善できるものである。又、垂直ハブを切り抜いているので、その分使用材料を低減できて、コストダウンも実現できる。

第２の発明は、特に、第１の発明の翼の枚数を２とし、前記翼の子午面において、前縁上のハブとチップの中点までの半径をｒ１とし、後縁上の前記ハブと前記チップの中点までの半径をｒ２とし、前記前縁と前記後縁のそれぞれの前記中点を結ぶ流路中心線（ｒ１とｒ２を結ぶ中心線）での前記翼の断面展開形状における翼弦長をＬとし、Ｒ＝（ｒ１＋ｒ２）／２の半径上の前記翼の半径方向長さをｂとし、アスペクト比ｂ／Ｌ≦１．１からなるもので、翼枚数が２枚で構成されるので、翼枚数が最も少なく、翼面積投入が最も少なく流体摩擦が小さいので、空力仕事当たりの流体摩擦が少ないので、ファン効率が最も高くなる。また、アスペクト比ｂ／Ｌ≦１．１なので、翼面積投入の割合が最適で翼のバランスがよく、最も低騒音にできる。即ち、翼枚数が２枚で、さらに垂直ハブの一部を切り抜いて切り抜き部４ｃを設けることにより、最も斜流送風機羽根車として、材料投入が少なくなって、コストダウンが実現できると共に、流体摩擦が低くなるので、ファン効率
が高い。

第３の発明は、特に、第１又は２の翼のハブ側の厚みを、チップ側の厚みより大きく設定したもので、外周側の翼の重量が少ないので、ハブにかかる遠心力が小さく、斜流送風機羽根車を高速回転させても、ハブの部分から破断する危険性を減少させることができる。

第４の発明は、空気調和機に、熱交換器と、圧縮機と、請求項１〜３のいずれか１項に記載の斜流送風機羽根車と、前記斜流送風機羽根車を回転駆動するモータを備えたもので、斜流送風機羽根車のファン効率が高いので、モータの入力を低減できて、空気調和機としてのエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を高める事が出来るし、空気調和機の運転騒音を低くできるものである。更に、斜流送風機羽根車のコストダウンにより、空気調和機としても安価に製作できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態における斜流送風機羽根車について、図１〜５を用いて説明する。

図１は、本発明の斜流送風機羽根車の子午面図、図２は、同斜流送風機羽根車の半径方向断面図、図３は、同斜流送風機羽根車の平面図、図４は、同斜流送風機羽根車の斜視図、図５は、同斜流送風機羽根車の風下側から見た平面図、図６は、同斜流送風機羽根車の使用例を示す模式図である。

図１に於いて、本発明の斜流送風機羽根車１は、略円錐台状のハブ４と、ハブ４に設けられた複数枚の薄翼の翼６から構成され、翼６の前縁２を、翼６の子午面において、ハブ４と翼６のチップ５との中点（Ｂ−Ｂ）付近より外周側では、風上側に対して凹形状の曲線に、また中点（Ｂ−Ｂ）付近よりハブ４側では、風上側に対して凸形状の曲線になるように形成されている。

且つ、翼６の半径方向断面形状を、図２に示すように、中点付近（Ｂ−Ｂ）よりチップ５側では風上側に対して、凹形状の曲線で、中点付近（Ｂ−Ｂ）よりハブ４側は風上側に対して凸形状の曲線になるように形成している。さらに、図３に示すように、斜流送風機羽根車１の平面図上で、前縁２を螺旋曲線にて構成している。Ｃ−Ｃは、斜流送風機羽根車１の軸中心線である。

翼６の負圧面側（図２で翼６の風上側面）と直接つながる円錐ハブ４ａの間に、円錐ハブ４ａの最小半径近傍より始まり、且つ翼６の圧力面側（図２で翼６の風下側面）とほぼ垂直方向で直接つながる垂直ハブ４ｂを設け、円錐ハブ４ａと垂直ハブ４ｂとを連続的につなげて、これらをハブ４に欠落部がない様に構成し、且つ、翼６や円錐ハブ４ａ、垂直ハブ４ｂの段差部に対して代を残して、垂直ハブ４ｂの風下側の一部を切り抜いて切り抜き部４ｃを形成している。

また、図２に示すように、翼６のハブ４側の翼厚みをｔ１とし、チップ側の翼厚みをｔ２とする時、ｔ１＞ｔ２の寸法関係になるように設定している。

図６を用いて、斜流送風機羽根車１の使用例を説明する。斜流送風機羽根車１を、適切なオリフィス７に収納し、斜流送風機羽根車１をモータ８にて駆動すると、その回転によ
って、送風作用を発揮するものである。各図中、矢印は気流の方向である。図２の旋回矢印は、翼６の負圧面に発生する翼端渦を示している。

以上の様に構成された斜流送風機羽根車１の動作と作用を説明する。

翼６の圧力面から負圧面に向かう洩れ流れにより、翼６の外周側付近の負圧面（図２の翼６の上面）に発生する翼端渦の生成を、翼６の凹状の曲線部にて促進させる。また、ハブ４側の翼６の凸状の曲線部で、高負荷域での半径方向流入を円滑にする。更に、前縁２が螺旋曲線にて構成されているために、この前縁２とチップ５の鋭角な交点が翼端渦の生成を規定する点であり、鋭角点であるために、翼端渦の生成の始めを明確に規定し、翼端渦の生成を促進するものである。

また、前縁２が螺旋曲線にて構成されているので、空気と切るタイミングが、より円滑にずれることになる。

以上のように、翼端渦の生成の始めの規定とその促進と、半径方向流入の円滑化と、前縁２が空気を円滑に切って進むなどにより、斜流送風機羽根車１全体の流動状態を最適に出来て、低騒音化とファン効率を従来以上に改善できるものである。

更に、垂直ハブ４ｂの風下側の部分を切り抜いて切り抜き部４ｃを形成しているので、斜流送風機羽根車１を空気の流れが過ぎていこうとする時、ハブ４の内側の圧力が低いので、その内側に回りこむ流れを、垂直ハブ４ｂの切り抜き部４ｃが誘導する作用を発揮して、斜流送風機羽根車１全体の流動状態を最適に出来て、翼６の外周側付近の負圧面に発生する翼端渦の生成を翼６の凹状の曲線部にて促進させる作用とあいまって、斜流送風機羽根車１に最も完全な空気の流動状態を実現できるので、低騒音化とファン効率を従来以上に改善できるものである。しかも垂直ハブ４ｂに切り抜き部４ｃがあるので、その分使用材料を低減できて、斜流送風機羽根車１としてコストダウンも実現できる。

具体的に、空気調和機の室外機（図示せず）に、ファン径Φ３９５の斜流送風機羽根車を搭載して行った実験では、垂直ハブ４ｂに切り抜き部４ｃがある場合の方が、ない場合と比較して、ファン効率比で約２％優れ、騒音も０．３ｄＢ低いデータを得ることができた。

又、斜流送風機羽根車１を樹脂などで製作するときに、垂直ハブ４ｂに切り抜き部４ｃを設けているので、斜流送風機羽根車１の翼６の回転強度が弱くなるが、本実施の形態では、翼６の厚みを、ｔ１＞ｔ２の関係になるように設定しているので、外周側の翼６の重量が少なくなり、ハブ４にかかる遠心力が小さく、斜流送風機羽根車１を高速回転させても、ハブ４部から破断する危険性を減少させることができる。具体的には、Φ３９５の斜流送風機羽根車１の強度解析では、ｔ１＝４ｍｍで、ｔ２＝２ｍｍにした場合、厚み３ｍｍ一定にしたものと比較して、翼６の撓み率を１／３に低減することができた。

（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態における斜流送風機羽根車について、図７〜９を用いて説明する。なお、上記第１の実施の形態における斜流送風機羽根車と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

図７は、本実施の形態における斜流送風機羽根車の平面図、図８は、同斜流送風機羽根車の流路中心線（Ｂ−Ｂ）での翼断面展開図、図９は、ファン径Φ３９５の斜流送風機羽根車を搭載した空気調和機の室外機に於ける、アスペクト比と騒音当たりの風量の性能線図である。

図７〜９に於いて、本実施の形態における斜流送風機羽根車１は、翼６の子午面において、前縁２上のハブ４とチップ５の中点までの半径ｒ１（図１参照）と後縁３上のハブ４とチップ５の中点までの半径ｒ２（図１参照）とし、前縁２の中点と後縁３の中点とを結ぶ流路中心線Ｂ−Ｂ（ｒ１とｒ２を結ぶ中心線）の断面展開形状における翼弦長Ｌ（図８）とし、Ｒ＝（ｒ１＋ｒ２）／２の半径上の翼６の半径方向長さｂ（図１）とし、アスペクト比ｂ／Ｌ≦１．１からなり、翼枚数が２枚で構成し、前縁２を螺旋曲線にて構成したものである。

図４は、翼６の枚数が３枚の図であるが、翼枚数のみ２枚に置き換えれば、本実施の形態に適用できる。翼６の負圧面側と直接つながる円錐ハブ４ａの間に、円錐ハブ４ａの最小半径近傍より始まり、且つ翼６の圧力面側とほぼ垂直方向で直接つながる垂直ハブ４ｂを設け、円錐ハブ４ａと垂直ハブ４ｂとを連続的につなげて、これらハブ４に欠落部がない様に構成し、且つ、翼６や円錐ハブ４ａ、垂直ハブ４ｂの段差部に対して代を残して、垂直ハブ４ｂの風下側の部分を切りぬいた斜流送風機羽根車１を提供するものである。

上記構成による斜流送風機羽根車１の動作と作用を説明する。

翼６の枚数が２枚で構成されるので、翼６の枚数が最も少なく、翼面積投入が最も少なく流体摩擦が小さいので、翼面積による空力仕事当たりの流体摩擦が少ないので、ファン効率が最も高くなる。又、アスペクト比ｂ／Ｌ≦１．１なので、翼面積投入の割合が適正で翼６のバランスがよく、最も低騒音にできる。

具体的には、図９のように、ファン径Φ３９５の斜流送風機羽根車１にて、アスペクト比ｂ／Ｌ≦１．１では、３８ｄＢ当たりの風量が高いが、アスペクト比１．１を超えると、風量が著しく低下する。更に、垂直ハブ４ｂの風下側の部分を切りぬいているので、斜流送風機羽根車１を空気の流れが過ぎていこうとする時、ハブ４の内側の圧力が低いので、その内側に回りこむ流れを、垂直ハブ４ｂの切り抜き部４ｃが誘導する作用を発揮して、斜流送風機羽根車１全体の流動状態を最適に出来て、翼６の外周側付近の負圧面に発生する翼端渦の生成を翼６の凹状の曲線部にて促進させる作用とあいまって、斜流送風機羽根車１に最も完全な空気の流動状態を実現できるので、低騒音化とファン効率を従来以上に改善できるものである。

即ち、翼枚数が２枚で、垂直ハブ４ｂに切り抜き部４ｃを設けるという、最も斜流送風機羽根車１として、材料投入が少なく、流体摩擦が低くなりファン効率が高い。また、垂直ハブ４ｂに切り抜き部４ｃがあるので、その材料を低減できて、斜流送風機羽根車１のコストダウンも実現できる。具体的には、空気調和機の室外機に、ファン径Φ３９５の斜流送風機羽根車を搭載して行った実験では、垂直ハブ４ｂに切り抜き部４ｃのある場合の方が、ない場合と比較して、ファン効率比で約２％優れ、騒音も０．３ｄＢ低いデータを得ている。

（実施の形態３）
図１０は、本発明の第３の実施の形態における空気調和機の横断面図である。なお、上記実施の形態における斜流送風機羽根車と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態における空気調和機は、図１０に示すように、圧縮機２０と、熱交換器２１と、上記実施の形態で詳述した斜流送風機羽根車１と、斜流送風機羽根車１を回転駆動するモータ２２と、前面グリル２４と、オリフィス２３とを備え、斜流送風機羽根車１で熱交換器２１に空気を送るようにしたもので、斜流送風機羽根車１のファン効率が高いの
で、モータ２２の入力を低減できて、空気調和機としてのエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を高める事が出来ると共に、空気調和機の運転騒音を低くできるものである。更に、斜流送風機羽根車１が安価なので、空気調和機も安価に製作できる。

以上のように本発明にかかる斜流送風機羽根車は、低騒音で、ファン効率に優れ、しかも垂直ハブに切り欠き部があるので、使用材料が低減され、安価に形成することができるもので、空気調和機、扇風機、換気扇、コンピュータのＣＰＵ冷却用のファン等、ファンを用いる各種工業製品に広く適用できるものである。

本発明の実施の形態１における斜流送風機羽根車の子午面図 同斜流送風機羽根車の半径方向断面図 同斜流送風機羽根車の平面図 同斜流送風機羽根車の斜視図 同斜流送風機羽根車の風下側から見た平面図 同斜流送風機羽根車の使用例を示す模式図 本発明の実施の形態２における斜流送風機羽根車の平面図 同斜流送風機羽根車の流路中心線での翼断面展開図 同斜流送風機羽根車を搭載した空気調和機の室外機におけるアスペクト比と騒音当たりの風量の性能線図 本発明の実施の形態３における空気調和機の横断面図 従来例の斜流送風機羽根車の子午面図 同斜流送風機羽根車の斜視図 同斜流送風機羽根車の風下側よりみた平面図

符号の説明

１ 斜流送風機羽根車
２ 前縁
３ 後縁
４ ハブ
４ａ 円錐ハブ
４ｂ 垂直ハブ
４ｃ 切り抜き部
５ チップ
６ 翼
８、２２ モータ
２０ 圧縮機
２１ 熱交換器
２２ ファンモータ
２３ オリフィス
２４ 前面グリル

Claims (4)

1. 略円錐台状のハブに複数枚の薄翼の翼を設けてなる斜流送風機羽根車において、前記翼の前縁を、前記翼の子午面において、前記ハブと前記翼のチップとの中点付近より外周側では風上側に対して凹形状の曲線に、前記中点付近より前記ハブ側では風上側に対して凸形状の曲線になるように形成し、前記翼の半径方向断面形状を、前記中点付近より外周側では風上側に対して凹形状の曲線で、前記中点付近より前記ハブ側は風上側に対して凸形状の曲線になるように形成し、前記翼の負圧面側と直接つながる円錐ハブの間に、前記円錐ハブの最小半径近傍より始まり、且つ前記翼の圧力面側とほぼ垂直方向で直接つながる垂直ハブを設け、前記円錐ハブと前記垂直ハブとを連続的につなげて、これら円錐、垂直ハブに欠落部がない様に構成すると共に、前記翼や前記円錐ハブ、前記垂直ハブの段差部に対して代を残して、前記垂直ハブの風下側の部分を切りぬいた斜流送風機羽根車。
2. 翼の枚数を２とし、前記翼の子午面において、前縁上のハブとチップの中点までの半径をｒ１とし、後縁上の前記ハブと前記チップの中点までの半径をｒ２とし、前記前縁と前記後縁のそれぞれの前記中点を結ぶ流路中心線（ｒ１とｒ２を結ぶ中心線）での前記翼の断面展開形状における翼弦長をＬとし、Ｒ＝（ｒ１＋ｒ２）／２の半径上の前記翼の半径方向長さをｂとし、アスペクト比ｂ／Ｌ≦１．１からなる請求項１に記載の斜流送風機羽根車。
3. 翼のハブ側の厚みを、チップ側の厚みより大きく設定した請求項１又は２に記載の斜流送風機羽根車。
4. 熱交換器と、圧縮機と、請求項１〜３のいずれか１項に記載の斜流送風機羽根車と、前記斜流送風機羽根車を回転駆動するモータを備えた空気調和機。

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