JP4800631B2

JP4800631B2 - 送風ファンの構造

Info

Publication number: JP4800631B2
Application number: JP2005016896A
Authority: JP
Inventors: ジュンウーリー; ムーンキーチュン; シムウォンチン
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2025-01-25
Also published as: EP1568890A3; JP2005240798A; CN1661240A; KR100574860B1; KR20050086274A; US20050186077A1; US7163374B2; EP1568890A2

Description

本発明は、送風ファンに関し、より詳しくは、送風ファンの構造を改善することにより、送風ファンの効率を向上させると共に小型化することができる送風ファンの構造に関する。特に、ブレードの形状および個数を最適化することにより、ファンの風量を増大させ、これによって、送風ファンの小型化が可能となる送風ファンの構造に関する。

送風ファンは、大容量の空気が吸込されて強制的に送風させるものであって、本発明の主な関心は、空気がターボファンの垂直方向に吸い込まれ、ブレードにより空気の流動方向が９０°偏向されファンの遠心方向に強制的に送風させるターボファンにある。

送風ファンは、空気の流入側に形成されるシュラウドと、吐出側に形成されるハブと、前記シュラウドおよびハブに固定される多数のブレードとで形成される。
なお、従来の送風ファンは、前記ブレードの外径に対するブレードの内径の比率である送風ファンの内外径比を大きくし、これによって送風ファンのサイズが大きくなる問題点があり、さらには、前記送風ファンが組み付けられる空調機の室内機も大きくなるという短所がある。

また、送風ファンの静圧特性を向上させるため前記ブレードが送風ファンの回転方向に傾斜しているために、送風ファンの回転時にブレードの内面に沿って流動する冷気の流動抵抗が大きくなり、ファンの効率が低下するという問題点がある。さらに、送風ファンの効率が低いために、送風ファンを製品に適用する時は、遠心方向に空気が吐き出されるように高速回転させる必要があり、従って、消費電力が増大するという問題点がある。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、ブレードの内外径比、ブレードの入口角および出口角、ブレードの個数などのような送風ファンの設計因子を最適化することにより、送風ファンを小型化および高効率化することができる送風ファンの構造を提供することにある。

本発明の他の目的は、多数の実験を行って最適化した送風ファンの構造を提案し、送風ファンの静圧特性および静圧効率を増大させることができる送風ファンの構造を提供することにある。

前述の目的を達成するための本発明の送風ファンの構造は、シュラウドと、ベース部と前記シュラウドに向かって突出する隆起部とを含み、吐出される空気の流れがガイドされるハブと、前記シュラウドとハブとの間の間隙に多数形成され、前記ベース部から前記隆起部まで展開し、最内側の地点である内径（Ｄ１）と最外側の地点である外径（Ｄ２）との比（Ｄ１／Ｄ２）が０．５以下であるブレードとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、送風ファンの構造が最適化されるため、送風ファンの効率が向上し、小型の送風ファンで十分な風量を得ることができる効果を奏する。
また、本発明によれば、送風ファンの運転時に発生する騒音を低減させることができる効果が得られる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を具体的に説明する。なお、図面にはターボファンが例示されているが、本発明の思想が適用される送風ファンがターボファンに制限的に適用されるのではなく、当業者であれば、本発明の思想を他の送風ファンにも適用して実施することができる。

図１は、本発明に係る送風ファンの斜視図であり、図２は、本発明に係る送風ファンの平面図である。

図１および図２に示されたように、本発明の思想に係る送風ファンの構造は、空気が吸い込まれるように中央に吸込口１２１が形成されたシュラウド１２２と、前記シュラウド１２２と所定の間隔を維持しながら対向するように設けられ、前記モータの回転軸が中央に連結されるハブ１２４と、前記シュラウド１２２とハブ１２４との間に一定の間隔を置いて設けられ、前記シュラウド１２２の吸込口１２１側の冷気をファンの外方向に強制的に送風させる多数のブレード１２６とで構成される。

具体的に、前記シュラウド１２２は、正面形状がリング状であり、サイズがハブ１２４に比べて相対的に大きく形成されている。シュラウド１２２の前方には、ベルマウスがさらに設けられ、吸い込まれる空気の流れを円滑にガイドする。

また、前記ハブ１２４は、全体形状が円筒形であり、前記シュラウド１２２と対向する位置に設けられ、ベース部１２４ａと、前方から流入される空気の抵抗が低減されながら空気の移動方向がファンの外方向に切り換えられて吐き出されるように中央部がシュラウド１２２に向かう前方に凸状に突出する隆起部１２５とを含む。また、前記隆起部１２５の内側には、モータが設けられ、中央部の上端には、モータの回転軸が挿入される軸挿入部が形成されている。

具体的に、前記ブレード１２６は、その内側端部が緩やかにカーブする形状で、前記シュラウド１２２とハブ１２４との間に、前記ベース部１２４ａから前記隆起部１２５まで展開するように多数設けられている。この時、前記ブレード１２６のシュラウド１２２に近接した側の外径は、前記シュラウド１２２の周面端部と同じ長さで形成され、前記ブレード１２６のハブ１２４に近接した側の外径より長く形成される。このように、前記ブレード１２６の形状が、前記シュラウド１２２に近接した一方側の外径より、ハブ１２４に近接した他方側の外径を小さく形成することにより、送風ファンの駆動中に発生する空気の流動抵抗を減少させることができる。

本発明の思想は、前記送風ファン１２０の送風効率を高くするために、前記送風ファン１２０の内外外比（Ｄ１／Ｄ２）、ブレードの１２６の入・出口角β１、β２およびブレード１２６の個数などの設計因子を最適化することに特徴があり、以下、この設計因子について詳述する。なお、本発明によって送風ファンの静圧特性および静圧効率が向上する効果が得られるのは、容易に予測できる。

先ず、ブレード１２６の外径Ｄ２に対するブレード１２６の内径Ｄ１の比率として定義される送風ファン１２０の内外径比（Ｄ１／Ｄ２）は、０．５以下とすることにより、送風ファンの効率を高くすることができる。具体的に、前記送風ファン１２０の内外径比（Ｄ１／Ｄ２）が小さくなるほど静圧特性が大きくなり、風量が増加する。前記送風ファン１２０の内外径比（Ｄ１／Ｄ２）が大きくなるほど騒音が増加してしまい、好ましくない。また、前記内外径比（Ｄ１／Ｄ２）に対する騒音特性の場合は、送風ファン１２０の内外径比（Ｄ１／Ｄ２）が小さいほど騒音が減少するが、一定値以下になると、騒音の減少が鈍くなる。前記送風ファン１２０の内外径比（Ｄ１／Ｄ２）に対する騒音の影響は、図３により明らかになる。このように、騒音の発生が小さく、静圧特性および風量が増大するようにするため、送風ファン１２０の内外径比（Ｄ１／Ｄ２）は、０．５以下とする。また、このような送風ファンの内外径比が制限されると、前記隆起部１２５の範囲にまでブレード１２６が形成される。また、このように内外径比が制限されると、ブレードの外径は、ブレードの内径の二倍以上になり、ブレードの総長さは、それだけ長くなる。

また、前記送風ファン１２０のまた他の設計因子である送風ファン１２０のブレードの入口角β１は、２２〜２８°の範囲とし、前記送風ファン１２０のブレード１２６の出口角β２は、４５〜５５°の範囲とする。前記ブレード１２６の入口角β１は、送風ファン１２０の吸込流路を介して吸い込まれる空気がブレード１２６の前端に衝突して発生する騒音が、入口角２５°を中心に２５°より増加または減少する時に大きくなるため、２２〜２８°範囲に制限する。また、出口角の場合は、４５〜５５°の範囲に制限する時に空気の流動騒音が最も良好であることが実験からわかった。なお、前記入口角および出口角は、ブレードの内外側端部の延長線と前記ブレードの内外側端部が位置する個所を通過する送風ファンの仮想円との接線がなす角度である。

また、前記送風ファン１２０の他の設計因子である前記送風ファン１２０のブレード１２６の個数は、前述の設計因子、即ち、前記送風ファン１２０の内外径比（Ｄ１／Ｄ２）および前記送風ファン１２０のブレード１２６の入・出口角β１、β２などを考慮する時、約８〜１５個程度が最も好ましい。前述のようにブレード１２６を８〜１５個設ける場合、騒音を最小化すると共にファンの小型化および高効率化（静圧特性および静圧効率）を達成することが可能となる。

本発明の送風ファンの構造を提案するため多数の実験を行った結果を説明する。
図３は、本発明に係る送風ファンの内外径比に対する騒音特性を示すグラフであり、図４は、本発明に係る送風ファンの入口角に対する騒音特性を示すグラフであり、図５は、流量係数と静圧係数との関係における本発明の送風ファンと従来の送風ファンとの比較状態を示すグラフであり、図６は、流量係数と静圧効率との関係における本発明の送風ファンと従来の送風ファンとの比較状態を示すグラフである。

図３から、前記送風ファン１２０の内外径比（Ｄ１／Ｄ２）が大きくなるほど騒音が増加し、これと反対に、送風ファン１２０の内外径比（Ｄ１／Ｄ２）が小さくなるほど騒音が減少するが、一定値以下になると、騒音の減少が鈍くなることがわかる。また、前記送風ファン１２０の内外径比（Ｄ１／Ｄ２）が小さくなるほど静圧特性が向上し、風量が増大することがわかる。但し、送風ファンが空調機の室内機に組み付けられる場合は、騒音の多大な発生を回避するため、騒音の発生が少ない範囲内で内外径比（Ｄ１／Ｄ２）を０．５以下に制限して設定する。

図４からは、吸い込まれる空気がブレード１２６の前端に衝突して発生する流動騒音が２５°を中心に２５°より増加または減少する時に大きくなることがわかる。従って、２２〜２８°の範囲内でブレード１２６の入口角を形成することにより、騒音の影響が少ない範囲内で送風ファンの効率を向上させることが可能となる。また、ブレードの出口角は、４４〜５５°の範囲に制限することにより、同様に騒音の発生を少なく、風量を多くすることが可能となる。なお、送風ファンに適用されるブレード１２６の個数は、約８〜１５個程度にすることで、送風ファン１２０のサイズを小型化することができる。好ましくは、ブレードの個数は１３個である。

図５および図６に示されたように、送風ファン１２０の静圧特性および静圧効率が、従来の送風ファン１２０のそれより約５％以上増加する。図５は、流量係数の変更による静圧係数の変化を、従来の静圧係数（１０）と本発明の静圧係数（２０）とで比較して示しており、図６は、静圧効率の変化を、従来の静圧効率（３０）と本発明の静圧効率（４０）とで比較して示している。同図から、送風ファンの静圧効率が向上することがわかる。なお、従来の送風ファンは、送風ファンの内外径比が０．８であるもので実験を行った結果である。

なお、本発明の送風ファンは、壁掛型または室内機・室外機一体型のエアコンまたは天井カセットタイプのエアコンに適用され、騒音の低減効果および消費電力減少効果、風量増加効果を得ることができる。以下、本発明の送風ファンが壁掛型エアコンに適用された例について説明する。

図７は、本発明の送風ファンが適用される壁掛型エアコンを示す断面図である。
図７を参照すると、壁掛型エアコン１００は、四角状のケース１８０と、室内空気が吸い込まれるように前記ケースの前面中央に形成された吸込口１６０と、前記ケース１８０内に設けられ、回転により室内空気をケース内に吸い込むようにする送風ファン１２０と、送風ファン１２０を回転させるモータ１５０と、前記送風ファン１２０に吸い込まれる空気の流れをガイドするベルマウス１３０と、前記室内空気の吸込口１６０と送風ファン１２０との間に形成され、前記送風ファン１２０の吸込作用によりケース１８０内に吸い込まれた室内空気と冷媒との熱交換によって冷気を形成させる蒸発器１４０と、前記蒸発器１４０の蒸発作用で形成された冷気を送風ファン１２０の送風作用で再び室内に吐き出すためケース１８０の上・下部に形成された吐出口１７０とを有する。

このような壁掛型エアコンの動作について説明する。室外機（図示省略）から低温低圧の液状に膨張された冷媒が蒸発器１４０に流入され、前記送風ファン１２０の回転により室内空気が空調機１００の中央に形成された吸込口１６０を介して吸い込まれる。また、吸い込まれた室内空気は、蒸発器１４０の管内を通過する冷媒との熱交換により冷却された後、前記送風ファン１２０により前記ケース１８０の外側に形成された吐出口１７０を介して室内に吐き出される過程が繰り返して行われることで、室内の冷房がなされる。

このとき、吐き出される冷たい空気の流動中に発生する騒音が低減する効果が得られ、消費者の快適感が一層増大する効果が得られる。
本発明に係るエアコン室内機の送風ファンの構造は、送風ファンの内外径比、ブレードの入・出口角、ブレードの個数などのような送風ファンの設計因子を最適化することにより、従来の送風ファンに比べて効率を高くすることができる。また、本発明によって、ブレードの長さが長くなりながらも騒音が発生しない最適のブレードが提案され、サイズ、効率、低騒音などの面で有効な効果が得られる。

本発明に係る送風ファンの斜視図である。本発明に係る送風ファンの平面図である。本発明に係る送風ファンの内外径比に対する騒音特性を示すグラフである。本発明に係る送風ファンの入口角に対する騒音特性を示すグラフである。流量係数と静圧係数との関係における本発明の送風ファンと従来の送風ファンとの比較状態を示すグラフである。流量係数と静圧効率との関係における本発明の送風ファンと従来の送風ファンとの比較状態を示すグラフである。本発明の送風ファンが適用される壁掛型エアコンを示す断面図である。

符号の説明

１００壁掛型エアコン（空調機）
１２０送風ファン
１２１吸込口
１２２シュラウド
１２４ハブ
１２４ａベース部
１２５隆起部
１２６ブレード
１３０ベルマウス
１４０蒸発器
１５０モータ
１６０吸込口
１７０吐出口
１８０ケース

Claims

シュラウドと、
ベース部と前記シュラウドに向かって突出する隆起部とを含み、吐出される空気の流れがガイドされるハブと、
前記シュラウドとハブとの間の間隙に多数形成され、前記ベース部から前記隆起部まで展開し、最内側の地点である内径（Ｄ１）と最外側の地点である外径（Ｄ２）との比（Ｄ１／Ｄ２）が０．５以下であるブレードと、
を備えることを特徴とする送風ファンの構造。
前記ブレードは、前記シュラウドに近接した側の外径より前記ハブに近接した側の外径が小さいことを特徴とする請求項１に記載の送風ファンの構造。
前記ブレードの入口角は、２２〜２８°の範囲内であることを特徴とする請求項１又は２に記載の送風ファンの構造。
前記ブレードの出口角は、４５〜５５°の範囲内であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の送風ファンの構造。
前記ブレードの個数は、８〜１５個の範囲内であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の送風ファンの構造。
前記シュラウドの内径は、前記ハブの外径に比べて大きく、前記ブレードは、前記ハブのほぼ中央の隆起部にまで延在することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の送風ファンの構造。
前記シュラウドの前方には、吸込される空気の流れをガイドするベルマウスが設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の送風ファンの構造。
前記シュラウドは、前記ハブに比べて直径が大きいことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の送風ファンの構造。
前記ブレードの総数は、１３個であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の送風ファンの構造。