JP4816045B2 - ターボファンおよびそれを用いた空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、ターボファンおよびそれを用いた空気調和機に係わり、より詳細には、ターボファンの吹出し流路を上下２段で構成し、風速分布の均一化を図るとともに、ターボファンから発生する騒音を減少させることができる構造に関する。

風速分布の均一化を図り、騒音の低減を図れることができる従来の空気調和機に用いられるターボファンとして、図８および図９に示すようなものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
天井埋込形空気調和機に用いられる従来の吹出し流路を上下２段で構成したターボファンを図８に示す。図において、上側に入口１５’が開口し、下側はハブ１１’が覆っている。入口１５’の周囲は、シュラウド１２’が取囲んでいる。
シュラウド１２’とハブ１１’とに挟まれる外周部分には複数のブレード１３’が配置され、ブレード１３’の隙間の開口する部分が出口１６’となる。ターボファン１０２自体が一体となって回転することで、ターボファン１０２内部の空気は遠心力によって出口１６’から周囲に向けて排出され、ターボファン１０２内部の気圧が低下する。したがって、入口１５’から新たな空気が吸い込まれ、連続的に送風が行なわれる。

ターボファン１０２は仕切板１７’を備えている。仕切板１７’は、図９に断面図が示されるように、入口１５から出口１６’にかけて流路を２つに分割する形状で設けられている。仕切板１７’の一端は、入口１５’を外周側と内周側に同心円状に分割し、仕切板１７’の他端は、出口１６’を高さ方向に上下に分割している。そのため、入口１５’から出口１６’にかけて、空気は、流れ１９ａ’，１９ｂ’の２通りに分かれて流れる。これは、理論的には、羽根車を２つ重ねたのと似た構造である。

ターボファン１０２を仕切板１７’によって流路を２つに分割することにより流速分布のピークが２つになる（流路が１つの場合ピークは１つである）。この結果、流速分布は均一となり、ピークとボトムにおける流速の差が小さくなった結果、騒音が低下する。

しかしながら、上記構成のターボファン１０２の場合、上下段のブレード１３’の位置が回転方向に対して同じであるため、仕切板１７’のブレード１３’前面の下部側近傍の負圧面（図８の×印）は流れが滞るのに対し、正圧面も流速が速いわけではないため、エジェクタ効果を利用できない。即ち、負圧面の相対流速が遅いため、乱流音やピッチ音の原因となりうる。そこで、流速分布を均一し、より騒音を低減できるターボファンが求められていた。

特開２００１−８２３８４号公報（２〜３頁、図１〜２）

本発明は、上記問題点に鑑み、ターボファンの吹出し流路をを上下２段で構成し、風速分布の均一化を図るとともに、ターボファンから発生する騒音を減少させることができるターボファンおよびそれを用いた空気調和機を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、回転軸が固定されるハブと、同ハブに対向配置されるシュラウドと、同シュラウドの内径面を入口側とし、前記ハブの外径と前記シュラウドの外径との間を出口側とする流路を二つに区画する仕切板と、前記ハブおよび前記仕切板と前記シュラウドおよび前記仕切板との間に夫々配置される複数のブレードとを備えたターボファンにおいて、
前記シュラウドおよび前記仕切板との間のブレードを、前記ハブおよび前記仕切板との間のブレードより回転方向に対して、少なくとも出口側を後方にずらして配設し、
前記仕切板に、前記二つに区画された流路間を連通する連通路を設けてなる構成となっている。

また、前記連通路は、前記仕切板の外周部近傍に設けられた切り欠きからなる構成となっている。

また、前記連通路を、前記ハブおよび前記仕切板との間のブレードと、前記仕切板および前記シュラウドとの間のブレードのずらした間に設けてなる構成となっている。

本発明によると、上部側の上段ブレードを下部側の下段ブレードより回転方向に対して後方に所定の間隔だけずらして配設するとともに、仕切板の外周部近傍に流路の上下間を連通する連通路を設けてなる構成とし、これを空気調和機に用いることにより、上段から下段へ風を送り込み、風の流れを均一にすることができ、剥離現象の発生を防止し、低騒音化が図れるターボファンおよびそれを用いた空気調和機とすることができるようになっている。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。

図１は本発明によるターボファンを備えた天井埋込形空気調和機で、図２は天井埋込形空気調和機の斜視図で、見易さのために、実際に天井に取付けられる際と上下逆に描いている。図３はターボファンの斜視図で、見易さのために、実際に天井に取付けられる際と上下逆に描いている。図４はターボファンの上面図で、図５はターボファンの横断面図である。

まず、本発明によるターボファンを備えた天井埋込形空気調和機について詳細に説明する。天井埋込形空気調和機は図１で示すように、下面が開放された多角形状の筐体１と、同筐体１の開放された下面に装着され、室内の天井下面に密着する化粧パネル２とで外郭筐体を構成している。

前記化粧パネル２の中央開口部には、複数の桟からなる格子状の吸込口を形成するとともに、同吸込口の裏面にフィルタを着脱自在に装着した吸込グリルが、一側端を軸支されて開閉自在に備えられ、同吸込グリルの四囲となる前記化粧パネル２の周縁には、風向偏向板を備えた吹出口３が形成されている。前記吸込口と前記吹出口３とを結ぶ空気流路には、本発明によるターボファン５と、同ターボファン５を囲繞するように、並列された多数のフィンと、同フィンに直交するように蛇行状に配設された伝熱管とからなる熱交換器４が配設されており、吸込口から前記ターボファン５により吸込まれた室内の空気は前記熱交換器４に向かい送出されて熱交換された後、前記吹出口３から再び室内に送出されるようになっている。

前記ターボファン５は、図３、図４および図５に示すように、後述する駆動モータの回転軸が固定される中央部を釣鐘状に膨出させた略円盤状のハブ６と、前記吸込グリルに向かい流入口を開口した円環状のシュラウド７と、同シュラウド７と前記ハブ６との間に配設された複数のブレード８と、前記ハブおよび前記シュラウド間の流路を上下に区画する仕切板９とからなっている。同仕切板９は、一端が前記シュラウド７の上端を同心円状に区画するとともに、他端が前記流路の出口を上下方向に区画されている。
また、前記ブレード８は、前記ハブ６および前記シュラウド７間の流路を前記仕切板９により上下２段に区画され、前記仕切板９と前記シュラウド７間の上段ブレード８ａと、前記ハブ６と前記仕切板９間の下段ブレード８ｂとにより構成されている。

図１に示すように、前記筐体１の上面壁に螺子等により固定された駆動モータ１０の回転軸１０ａが前記ハブ６の中央部に固定されるようになっており、前記駆動モータ１０により前記ハブ６、前記シュラウド７及び前記ブレード８が一体となって回転すると、図１の矢印で示すように、前記シュラウド７の流入口から室内の空気が吸引され、続いて前記ブレード８の回転に伴い前記熱交換器４に向かい放射状に空気が吐出されるようになっている。

図３、図４および図５に示すように、前記仕切板９は、一端（空気流入口）が前記シュラウド７の上端を同心円状に区画するとともに、他端が前記流路の出口を上下方向に区画し、前記複数のブレード８を回転方向に対して、上部側の上段ブレード８ａを下部側の下段ブレード８ｂより後方に所定の間隔αだけずらして配設する構成となっている。
これにより、図３に示す、上部側の流速の速い正圧面の流れ８ａ１によって、エジェクタ効果により下部側の負圧面の風を引き寄せることができ、より遠心方向に風を流すことが可能となる。この結果、従来例のような仕切板の下部側近傍の負圧面における風の流れの滞りによる乱流の発生を低減でき、騒音を減少させることができる。

また、図３に示すように、前記仕切板９に前記流路の上下間を連通する連通路１１を設けてなる構成とすることにより、流速の速い上段から下段へ、前記連通路１１を介して風を送り込むことにより、風の流れの均一化を行うようにしている。

また、前記連通路１１は、前記仕切板９の外周部近傍に設けられた切り欠きからなる構成となっている。これにより、金型構造が簡単で追加加工も必要としない。
更に、前記連通路１１を、前記上段ブレード８ａと下段ブレード８ｂとの間に設けてなる構成となっている。これにより、効果的に上段から下段へ風を送り込むことができる。

次に、動作について説明する。前記シュラウド７および前記仕切板９の吸入口から流入してきた空気は、前記上段ブレード８ａおよび下段ブレード８ｂの間に流入する際、流れを略直角度偏向される。前記シュラウド７および前記仕切板９から前記ハブ６および前記仕切板９の底板近傍を流れる空気は、偏向の曲率が大きいため流速の減少も少なく曲線状に円滑に流れ、所謂流路損失が比較的小さく、又、前記上段ブレード８ａおよび下段ブレード８ｂの表面を風が円滑に流れることで剥離現象が生じにくい。

これに対し、前記シュラウド７および前記仕切板９の内壁面近傍を流れる空気は偏向の曲率が小さいため流速の減少が大きく、又、流路損失による流れの乱れが生じて前記上段ブレード８ａおよび下段ブレード８ｂの表面、特に、下段ブレード８ｂの上部に剥離や風を巻き込む領域があり、騒音の原因となっている。原因としては、外向きの風速ベクトルが小さくなってしまうことに起因する。
そこで、外向きの風速ベクトルを増やすために、図３に示すように、前記仕切板９の外周部の上段ブレード８ａと下段ブレード８ｂとの間に、流路の上下間を連通する切り欠き状の連通路１１を設け、上段から下段へ風を送り込み、風の流れの均一化を行うようにしている。

次に、上記した本願の構成によるターボファンの試験データについて説明する。図６および図７で示す試験データは、従来例の構成による従来品と本願の構成によるターボファン５とを、図５に示す吹出口の高さ（Ｈ）に対する流速（風速）の絶対値として比較したものである。図６（Ａ）は、本発明によるターボファン５の高さＨに対する図２に示すターボファンの左右の流速の変化を表わしたもので、図６（Ｂ）は従来例の構成によるものである。両者を比較した場合、流速の目盛の間隔が異なるが、従来例のものは、左右ともに流速の変化の差（山のピークとボトムの差）が大きく、また、流速の速い部分と遅い部分の差が大きく、風速分布が不均一であり、変化の差による騒音の原因となりやすいことが分かる。これに対し本発明は流速の変化の差が全体に小さく風速分布が均一であり、低騒音化に寄与できることが分かる。

図７（Ａ）は、本発明によるターボファン５の高さＨに対する図２に示す上下（下は図示せず）の流速の変化を表わしたもので、図７（Ｂ）は従来例の構成によるものである。両者を比較した場合、上記と同様に、従来例のものは、流速の変化の差が大きく、風速分布が不均一である。これに対し本発明は流速の変化の差が小さく風速分布が均一であり、低騒音化に寄与することが分かる。

以上に説明したように、前記複数のブレード８を回転方向に対して、上部側の上段ブレード８ａを下部側の下段ブレード８ｂより後方に所定の間隔αだけずらして配設するとともに、前記仕切板９に前記流路の上下間を連通する連通路１１を設けてなる構成とし、これを空気調和機に用いることにより、上段から下段へ風を送り込み、風の流れを均一にすることができ、剥離現象の発生を防止し低騒音化が図れるターボファン５およびそれを用いた空気調和機とすることができるようになっている。

本発明による天井埋込形空気調和機を示す断面図である。 本発明による天井埋込形空気調和機を示す斜視図である。 本発明によるターボファンを示す外観斜視図である。 本発明によるターボファンの上面図である。 本発明によるターボファンの要部断面図である。 （Ａ）は本発明によるターボファンの左右の風速分布を示した図である。 （Ｂ）は従来例によるターボファンの左右の風速分布を示した図である。 （Ａ）は本発明によるターボファンの上下の風速分布を示した図である。 （Ｂ）は従来例によるターボファンの上下の風速分布を示した図である。 従来のターボファンを示す外観斜視図である。 従来のターボファンの風速分布を示した図である。

符号の説明

１ 筐体
２ 化粧パネル
３ 吹出口
４ 熱交換器
５ ターボファン
６ ハブ
７ シュラウド
８ ブレード
８ａ 上段ブレード
８ｂ 下段ブレード
９ 仕切板
１０ モータ
１１ 連通路

Claims (4)

1. 回転軸が固定されるハブと、同ハブに対向配置されるシュラウドと、
   同シュラウドの内径面を入口側とし、前記ハブの外径と前記シュラウドの外径との間を出口側とする流路を二つに区画する仕切板と、前記ハブおよび前記仕切板と前記シュラウドおよび前記仕切板との間に夫々配置される複数のブレードとを備えたターボファンにおいて、
   前記シュラウドおよび前記仕切板との間のブレードを、前記ハブおよび前記仕切板との間のブレードより回転方向に対して、少なくとも出口側を後方にずらして配設し、
   前記仕切板に、前記二つに区画された流路間を連通する連通路を設けてなることを特徴とするターボファン。
2. 前記連通路は、前記仕切板の外周部近傍に設けられた切り欠きからなることを特徴とする請求項１に記載のターボファン。
3. 前記連通路を、前記ハブおよび前記仕切板間のブレードと、前記仕切板および前記シュラウド間のブレードのずらした間に設けてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のターボファン。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のターボファンが用いられてなることを特徴とする空気調和機。