JP4879318B2 - 遠心ファン、空気調和機 - Google Patents
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Description
特許文献1における空気調和機に搭載される遠心ファンは羽根が3次元形状であることや羽根後縁部が羽根車の回転方向に凸となるように湾曲した場合、羽根後縁部の主板および側板との結合点を結んだ直線よりファン内周側に形成されており、製作には型構造が複雑でコストの高いスライド金型を使用する必要がある。
以下、本発明に係る実施の形態1における遠心ファンを図1〜図4を用いて説明する。図1は本発明の一実施例における遠心ファンの斜視図、図2は図1の回転軸を含み羽根を同一断面に投影した縦断面図、図3は図2のファン吸込側から見たa−aでの断面図を含む平面図を示す。
遠心ファン1のファン吸込口1aは主板2のボス側壁面とこのボス側壁面と相対する側板3の吸込み側の端部により形成されており、側板3はさらに吸込導風壁を形成している。また、遠心ファン1はABS、AS、PP、PS等の熱可塑性樹脂で成形される。
図2では羽根後縁部主板側結合部4bmを通る回転軸Oに平行な直線である羽根出口傾斜基準線A0に対し少なくとも羽根車外側へ拡大傾斜する凹形状に形成している。
また、羽根4が主板2、側板3から外部へ突出しないので、運搬時の落下等による破損の心配が少なく信頼性が高い。
以上の結果、低騒音で輸送信頼性の高い遠心ファンを提供できる。
以下、本発明に係る実施の形態2における遠心ファンを図4〜図7を用いて説明する。なお遠心ファンにおける主な構成および対応する符号は実施の形態1と同一のものを示す。
図8に示したとおり、羽根4は、羽根後縁部主板側結合部4bmと羽根前縁部側板側結合部4asを結ぶ直線である羽根分割線B(図5)より外周側の外周側羽根部4dの肉厚t1が主板2から側板3にかけ(即ち、線c−cから線a−aに向かって)徐々に厚くなってゆき、逆に主板2より内周側の内周側羽根部4eの肉厚t2が徐々に薄くなっている。さらに、回転軸方向で少なくとも外周側羽根部4dの肉厚t1<内周側羽根部4eの肉厚t2である。前記羽根分割線Bにおける内周側羽根部4eと外周側羽根部4dとの肉厚差により段差4cが形成されるが、その高さhは側板3から主板2へ向かうにつれ徐々に大きくなるよう形成する。また、本実施の形態2においては、羽根後縁部主板側結合部4bmが羽根前縁部側板側結合部4asより回転軸Oに対し外側になるよう形成されている。
さらに、図9の図7の(b)−(b)における羽根4の断面図のように、段差4cを設けることで内周側羽根部4eから外周側羽根部4dへ空気が流れる時、段差4cで渦G1が生成され負圧となり外周側羽根4dの表面に流れが沿うように成るため、段差4cが無い場合で発生する羽根後縁部4dでの流れの剥離を縮小し乱れを抑制することでさらに低騒音化が図れる。
以下、本発明に係る実施の形態3における遠心ファンを図10〜図15を用いて説明する。なお遠心ファンにおける主な構成および対応する符号は実施の形態1、2と同一のものを示す。
従来の羽根の主板側と側板側が回転方向にオフセットしたねじり羽根形状(スキュー翼)の場合、回転軸方向の他に側面方向へ移動するスライド成形型が必要で複雑な型構造が必要であった。しかし、本実施の形態3に係る遠心ファンでは主板と羽根の羽根部と側板を容易に一体成形できるため、スライド成形型が不要で型構造が複雑でなくなり、成形不具合が発生しづらい。そのため信頼性が高く、手直し等が発生することによるスクラップ材料の発生が抑制できる。
図17のように、実施の形態1の遠心ファンでは少なくとも20°〜60°の範囲であれば従来の羽根後縁部が直線状に形成された場合に比べ最大1dB低騒音で、実施の形態2の遠心ファンでは少なくとも20°〜65°の範囲であれば実施の形態1の遠心ファンに比べさらに最大1dB低騒音である。
以上のように、少なくとも傾斜角β1が20〜60°の間であれば低騒音な遠心ファンを得られる。
なお、各グラフの中心線は前記傾斜角β1=45°について示す。
図19より、以上の結果、H2/H1=0.1〜0.2で、H3/H1=0.15〜0.7の範囲であれば、傾斜角β1=20〜60°での低騒音効果=0.5〜2dBAを考慮しても従来に比べ低騒音な遠心ファンを提供できる。
図20のように、Ds1/Dm=1.10より大きいと側板3、主板2で羽根4が囲まれるファン内部流路長さが短すぎ全圧上昇が低下、同一風量を送風するための回転数を上昇する必要が発生し急激に騒音悪化してしまう。また一体成形のためには主板2とファン吸込口径Ds1が同径では一体成形での型離脱がしづらく、Ds1/Dm=1.02以上であればよい。この傾向に関しては実施の形態1、2の遠心ファンに対しても同様な傾向を示す。
以上の結果Ds1/Dm=1.02〜1.10の範囲であれば騒音悪化が抑制され、成形時にも問題が生じず製造信頼性を確保でき、低騒音、高品質な遠心ファンを提供できる。
図21のように、比率Di/Ds1が30%以下であればファン吸込口面積が十分確保されるため騒音変化が小さく維持でき、かつファンモータ7の回転軸への荷重負荷を低減できる。なお、ファンモータ7の回転軸直径よりファン吸込口1aにおける主板直径Diが小さい場合、主板2に荷重集中しファンが破損するため、少なくとも回転軸よりも前記主板直径Diを大きくすることは言うまでもない。
以上の結果、荷重点をファンモータ側へ移動しファンモータへの負荷を低減できるためファンモータの故障の心配が無くなり、騒音変化を抑制可能であるため、高品質で低騒音な遠心ファンが得られる。
以下、本発明に係る実施の形態4における遠心ファンを図22、図23を用いて説明する。なお遠心ファンにおける主な構成および対応する符号は実施の形態1〜3と同一のものを示す。
図22は本発明の一実施例における遠心ファンおよび導風板の回転軸を含む縦断面図、図23は図22の導風板の斜視図を示す。
また、ファン吹出導風板6は遠心ファン1の側板3近傍の所定距離離れた位置に、側板3のファン吸込口1aを構成する直管形状の側板吸込部3aに略平行に覆うように形成されたベルマウス6aと、側板3のファン内部での導風部を構成する導風壁3bの表面と略平行に沿うように形成されているので、側板3とファン吹出導風板6の間の隙間をファン吹出口1bからファン吸込口1aへ循環逆流する流れG2を抑制し、この流れによる乱れが低減できるので低騒音化可能である。
また、ファン吹出導風板6はベルマウス6a、導風部6cが一体で成形されているので部品点数が1つで済み、別体の場合生じるネジ止め工程や位置決め工程でのヅレにより組立て個体差が抑制されるため送風特性のバラツキを小さくでき、組立てが容易にできる。
以下、本発明に係る実施の形態5における遠心ファンを図24〜図27(A,B)を用いて説明する。なお遠心ファンにおける主な構成および対応する符号は実施の形態1〜4と同一のものを示す。
図24は本発明の一実施例における遠心ファンの斜視図、図25は図23の縦断面投影図、図26は図25の丸印Q2での側板凹部3cの部分拡大図を示す。
図24、図25において、複数の羽根4は前記図3同様に回転軸方向で羽根肉厚中心線を示すそり線4sが同一の羽根断面形状である2次元翼形状を有している。羽根4の主板2に相対する位置にはファン内部導風路を形成するリング状の側板3を有し、側板外径φDs<主板外径φDm=羽根後縁部主板側外径φDb2mであり、主板外径φDm<ファン吸込口径φDs1となっている。係る関係は上記実施の形態3、4と同様である。
さらに、羽根4の外径φDb2および内径φDb1が回転軸方向で主板2側から側板3側へ向かうにつれ大きくなるように形成される点、羽根後縁部4bの凹状の湾曲形状についても上記実施の形態3、4と同様である。また、後述するように本実施の形態に係る遠心ファンは、構造を工夫したことで容易に一体成形が可能であり、その場合には、上記実施の形態3、4と同様に羽根後縁部主板側直径φDb2m、羽根前縁部側板側直径φDas1、側板吸込先端部3dでの回転軸を中心とする直径であり、ファン吸込口径であるφDs1の関係は、φDb2m<φDas1<φDs1の関係を有している。
(a)成形型移動段階では、成形型5aに向け、もう一方の成形型5bが移動し、密着する。成形型5aにはABS、AS、PP、PS等の熱可塑性樹脂を注入する注入ノズル32が固定されている。(b)樹脂注入段階では、密着した成形型5aおよび5bの間に形成される隙間に注入ノズル32から前記樹脂が注入され、主板2からボス2aへ、また、主板2から羽根4を通り側板3へと樹脂が流れ込む。そして、(c)樹脂冷却段階では、成形型が冷却され遠心ファン1が形成される。その後、(d)離型段階で成形型5aから成形型5bが離れる。その際、遠心ファン1の羽根上に位置する成形型5aと成形型5bの密着部に、羽根分割線B、すなわち段差4cが形成される。(e)成形品取出し段階で、成形品である遠心ファン1が型5aから外され完成となる。
以下本発明に係る実施の形態6における空気調和機を図28〜図31を用いて説明する。なお空気調和機に搭載される遠心ファンにおける主な構成および対応する符号は実施の形態1〜5と同一のものを示す。
図28は本発明の一実施例における空気調和機の一例を示し、空気調和機の設置状態を部屋から見た図、図29は空気調和機本体の斜視図、図30は図29の空気調和機の縦断面図、図31は図30におけるk1〜k4の断面指示線における水平断面図を示す。
さらに、熱交換器22が冷却され冷房運転となる時の熱交換器22で発生する凝縮水を一時貯水し発砲材等で成形し断熱可能なドレンパン24を配設している。導風板6はドレンパン24にネジ止め、あるいは接着剤によって固定されている。あるいは、ドレンパン24と一体に成形してもよい。
さらに、遠心ファン1は本体20の天板20cに固定吊下げられたファンモータ7の回転軸Oとボス2aで固定され、導風板6と天井パネル23によって囲まれた本体20内に遠心ファン1は配設されている。なお、本実施の形態6における空気調和機は実施の形態1〜5に記載された何れの遠心ファン1を搭載してもよい。
また、天井裏30bを吸込み空気の流路として利用できるので空気ダクトが不要で設備費や工事費が低減するとともに流路抵抗が低くでき、かつ天井裏をきれいな状態で維持できる。
そして、前記導風板6をドレンパン24と一体に発泡材料で成形とした場合、部品点数削減可能で、しかも本体内部の冷気の断熱も可能なため着露の心配が無くなり高品質となる。
また導風板6はベルマウス6a、導風部6cが一体で成形されているので部品点数が1つで済み、別体の場合生じるネジ止め工程や位置決め工程でのヅレにより組立て個体差が抑制されるため送風特性のバラツキを小さくでき、組立てが容易にできる。
Claims (14)
- 外周側に平坦部と、中央部にモータの回転軸との固定部である凸形状のボス部を有する主板と、
前記ボス部の周囲を所定の間隔を持って囲うように設けられた導風壁を有する側板と、 前記回転軸と垂直な面に対して略直交するよう前記主板および前記側板の間に設けられた複数枚の羽根とを備え、前記複数の羽根の回転により、前記主板のボス側壁面と当該ボス側壁面と相対する側板端部により形成される吸込口から前記主板の外周側平坦部と当該外周側平坦部と相対する側板端部により形成される吹出口に向けて送風する遠心ファンであって、
送風方向に対して下流側に位置する羽根の縁部を羽根後縁部として、
側板外径>羽根後縁部側板側外径>羽根後縁部主板側外径≧主板外径の関係を有し、
前記羽根後縁部が、前記羽根後縁部の主板との結合点と前記羽根後縁部の側板との結合点を結ぶ直線より回転軸から見て内側に位置するとともに、主板から側板に向かうにつれて、前記回転軸との距離が長くなる形状であることを特徴とする遠心ファン。 - 前記羽根の後縁部の主板との結合点と前縁部の側板との結合点とを結ぶ羽根分割線より外周側の外周側羽根部の肉厚は前記内周側羽根部の肉厚に比べ薄肉で、前記外周側羽根部と内周側羽根部との間に肉厚差による段差を形成したことを特徴とする請求項1記載の遠心ファン。
- 前記羽根分割線より外周側の外周側羽根部の肉厚は主板から側板にかけ厚くなり、逆に前記羽根分割線より内周側の内周側羽根部の肉厚は主板から側板にかけ薄くなり、内周側羽根部と外周側羽根部の肉厚差により形成される段差が側板側から主板側へ向かうにつれ大きくなるように前記羽根を形成したことを特徴とする請求項2に記載の遠心ファン。
- 前記羽根後縁部主板側直径<羽根前縁部側板側直径の関係を有し、
前記羽根分割線は、前記羽根分割線上の点と回転軸との距離が少なくとも前記羽根後縁部主板側半径と羽根前縁部側板側半径の間に位置するよう構成され、さらに主板から側板に向かって前記回転軸との距離が長くなることを特徴とする請求項3記載の遠心ファン。 - 回転軸を含む縦断面において、少なくとも羽根の後縁部の主板側結合点と側板側結合点を結んだ直線である羽根出口代表線と、羽根の後縁部の主板側結合点を通り回転軸に平行な直線である羽根出口傾斜基準線との成す角度が20°〜60°となるように前記羽根を形成したことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の遠心ファン。
- 前記羽根出口代表線の長さに対する、前記羽根出口代表線と前記羽根後縁部上の点との最大距離の比率が0.1〜0.2であるとともに、
前記羽根出口代表線の長さに対する、前記羽根出口代表線と前記羽根後縁部との距離が最大となる前記羽根後縁部上の点を通り前記羽根出口代表線に垂直な直線と前記羽根出口代表線との交点から前記羽根後縁部の主板側の結合点までの距離との比率が0.15〜0.7の関係を満たすように羽根後縁部を形成したことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の遠心ファン。 - 前記側板の吸込み側端部によって形成されるファン吸込口の口径であるファン吸込口径が、前記主板外径に対して1.02〜1.1倍となるように形成したことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の遠心ファン。
- 前記ボス部は前記ファン吸込口から突出した形状を有し、
前記ファン吸込口面における前記主板の直径は少なくとも前記モータの回転軸の直径より大きく、かつ前記ファン吸込口径の30%以下であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の遠心ファン。 - 前記側板は、前記ファン吸込口を構成する直管形状の側板吸込部を備え、
前記遠心ファンは、前記側板から所定距離離れた位置に前記側板吸込部を覆うように形成されたベルマウスと、前記導風壁と略平行に沿うように形成され、前記遠心ファンの吹出流れを外部へ導風する導風部とが一体となったファン吹出導風板をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至8いずれか一項に記載の遠心ファン。 - 前記側板は、前記ファン吸込口を構成する直管形状の側板吸込部を備え、前記側板吸込部と前記導風壁の連結部において、前記側板吸込部の内径より前記導風壁の吸込み側端部の内径が大きいことを特徴とする請求項1乃至9いずれか一項に記載の遠心ファン。
- 前記側板の連結部は、回転軸に略直交する平面を有することを特徴とする請求項10に記載の遠心ファン。
- 請求項1乃至11のいずれか一項に記載の遠心ファンを搭載したことを特徴とする空気調和機。
- 請求項9に記載の遠心ファンを搭載した空気調和機であって、
前記空気調和機が空気調和する部屋の天井に設けられ、空気調和機本体内部からの空気の吹出口を有する本体パネルと、
前記本体パネルの外周に沿って立設された側壁と、
前記側壁の前記本体パネルと反対側の面を覆うように設けられた空気調和機天板と、
前記空気調和機本体の側壁に形成された本体吸込口と、
前記本体吸込口の近傍に設けられた熱交換器と、
前記空気調和機天板に固定されたファンモータと、
前記回転軸の回転に伴って、前記本体吸込口、前記熱交換器を介して吸込まれた前記空気を吸込み前記部屋へと吹出す遠心ファンと、
前記遠心ファンの吸込み側と吹出し側の空気流れを隔絶し、前記遠心ファンの吹出し流れを前記本体パネルの吹出口へ導風するよう設けられた導風板とを備えたことを特徴とする空気調和機。 - 前記本体パネルが前記天井と略同じ高さに設けられたことを特徴とする請求項13に記載の空気調和機。
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