JP4894900B2

JP4894900B2 - 送風ファンおよびこれを用いた送風機

Info

Publication number: JP4894900B2
Application number: JP2009210072A
Authority: JP
Inventors: 祐栄辻川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2029-09-11
Also published as: EP2295817A3; TWI418709B; CN201851371U; JP2011058442A; EP2295817A2; TW201109532A; CN102022349A

Description

本発明は、回転させることによってシュラウド側から空気を吸い込み、遠心ファンの外周側へ空気を噴出すファンおよびこれを用いた送風機に関するものである。

遠心ファンとして、図１２、図１３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）。

遠心ファンは、図１２に示されるように、モータにより回転されるハブ板２１と、ハブ板２１の対向位置に設けられる環状のシュラウド２２と、ハブ板２１とシュラウド２２との間に配置される複数枚の羽根２３とを備えている。ここで、各図における矢印Ｒはターボファン２の回転方向を示している。

ハブ板２１は、外形２１ａが円形に形成されるとともに、その中心部にモータの回転軸が固定される孔部２１ｂが設けられている。シュラウド２２は、外形２２ａが円形に形成されるとともに、その中央部に空気を吸い込む開口２２ｂが形成されている。羽根２３は、翼形状を成すとともにその表面が３次元形状に形成されており、内周側の端部である前縁２４が外周側の端部である後縁２５よりも回転方向側に設けられている。

遠心ファンは、その回転によってシュラウド２２の開口２２ｂから空気を吸い込み、羽根２３の前縁２４から後縁２５へと空気を案内して遠心ファンの外周側へその空気を吹き出す。

図１３は羽根２３をシュラウド２２側から見たときの部分平面図である。ここで、Ｏは回転軸中心である。羽根２３は、ハブ板２１側の後縁２５ａがシュラウド２２側の後縁２５ｂよりも回転方向側に配置されて、後縁２５が回転軸方向に対して傾斜するように形成されている。遠心ファンは、シュラウド２２の開口２２ｂから吸い込まれた空気が、略垂直方向に方向転換されて外周側から吹き出すように構成されるため、遠心ファン内を通過する空気流がハブ板２１側に偏ってしまう。このため、ハブ板２１側の後縁２５ａをシュラウド２２側の後縁２５ｂよりも回転方向側に配置することによって、吸い込まれた空気が前縁２４から後縁２５へと案内される間に、その空気をハブ板２１側からシュラウド２２側へと導くことができる。これにより、遠心ファンの吹き出し部である羽根２３の後縁２５において、ハブ板２１側に偏った空気流の風速分布を均すようにしている。

また羽根２３は、図１３に示すように、ハブ板２１側の前縁２４ａにおける入口角βｈが、シュラウド２２側の前縁２４ｂにおける入口角βｓよりも大きくなるように形成されている。すなわち、前縁２４における入口角βがハブ板２１側からシュラウド２２側に向かって漸減するように形成されている。

このような遠心ファン（送風ファン）においては、性能および騒音を低下させるために吹出風速分布の均一化が必要である。そのため、ブレード（羽根）の入口角・出口角を主板からシュラウドにかけて変化させていくような３次元的な形状が望ましいことが上記のとおり知られている。

なお、上記背景技術にて付与した符号と以下の記載で付与した符号とは無関係のものとする。

特開２００７−１７０３３１号公報

しかしながら、板金で成型される送風ファンにおいて、このような３次元形状の羽根のような複雑な形状では、送風ファンの風量向上と騒音を低下させるために羽を２枚合わせて肉厚をもたせる必要が生じるので、送風ファンを回転させたときの動バランス性能の悪化および生産コストの増大が懸念される。また、板金ではなく樹脂製のファンであっても複雑な形状はコストアップの要因となる。

本発明は、上記問題点に鑑み、ブレードの一部に切欠きを設けること、およびシュラウドとブレードとの間に隙間を設けることで、ファンケース内の局所風速を抑え、結果的に翼通過周波数騒音を抑制する送風ファンおよびそれを用いた送風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、回転軸が固定され外周縁が平坦なハブとこのハブに対向配置されるシュラウドと、前記ハブと前記シュラウドとの間に配置される複数のブレードとを備えた送風ファンにおいて、前記シュラウドは傾斜面を有するとともに、前記傾斜面に対し前記シュラウドの外周縁に前記ブレードからの空気の出口を広げるように構成された淵部を設け、前記ブレードの前記シュラウド側の後縁部に切欠き部を設けるとともに、前記淵部と前記切欠き部とを対向させたものである。

これにより、風の逆流現象を利用することで、ファンとしての性能を低下させることなく、局所的な流速の増加および圧力脈動を低減し、翼通過周波数騒音を抑制することができる。

また、風の逆流現象を利用するだけでなく、風が逆流する面積を増大させることができ、ファンとしての性能を低下させることなく、局所的な流速の増加および圧力脈動を低減し、結果翼通過周波数騒音を抑制できることを特徴としている。

本発明によれば、ブレード後縁部とシュラウドとの間に隙間を生じさせることで、この隙間に風を流し送風ファンの最外周部の風の流速を小さくしているので、翼通過周波数騒音を抑制でき、複雑な形状をとることなく送風ファンにかかるコストを抑えることを可能とする。

本実施の形態におけるファンの外観斜視図本実施の形態におけるファンの平面図本実施の形態におけるファンの第１の断面図本実施の形態におけるファンの第２の断面図本実施の形態におけるファンの第３の断面図本実施の形態におけるファンケーシングユニットの構成図（ａ）本実施の形態におけるファンケーシングのシュラウド側の風の流れを示す図（ｂ）本実施の形態におけるファンケーシングのハブ側の風の流れを示す図従来ファンでの騒音スペクトルを示すグラフ本実施の形態における第１の騒音スペクトルを示すグラフ本実施の形態における第２の騒音スペクトルを示すグラフ本実施の形態における第３の騒音スペクトルを示すグラフ特許文献１におけるファンの外観斜視図特許文献１における羽根部の断面図

第１の発明は、回転軸が固定され外周縁が平坦なハブとこのハブに対向配置されるシュラウドと、前記ハブと前記シュラウドとの間に配置される複数のブレードとを備えた送風ファンにおいて、前記シュラウドは傾斜面を有するとともに、前記傾斜面に対し前記シュラウドの外周縁に前記ブレードからの空気の出口を広げるように構成された淵部を設け、前記ブレードの前記シュラウド側の後縁部に切欠き部を設けるとともに、前記淵部と前記切欠き部とを対向させたことにより、シュラウド側で風の逆流現象が発生し風の逆流現象を利用することで、ファンとしての性能を低下させることなく、局所的な流速の増加および圧力脈動を低減し、翼通過周波数騒音を抑制できることができる。

また、風の逆流現象を利用するだけでなく、風が逆流する面積を増大させることができ、ファンとしての性能を低下させることなく、局所的な流速の増加および圧力脈動を低減し、結果翼通過周波数騒音を抑制することができる。

第２の発明は、第１の発明の送風ファンを搭載したことを特徴とする送風機により、ファンケーシングとファンとの隙間が最も狭いファンケーシングのトング近傍で風の流速が異常に高まることを防止し、最大流速を減少させることが可能となるので、局所的な流速の増加および圧力脈動を低減し、結果翼通過周波数騒音を抑制することができる。

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、図３、４、９、及び１０に示されるような、「淵部」または「切欠き部」のどちらか一方のみを有するものについては、発明を理解する上での参考例である。

（実施の形態１）
図１は本発明によるファンの斜視図であり、図２は同平面図、図３は同断面図である。また図６はファンケーシングユニットの構成図であり、図６の右側の図はＡ１−Ａ１の断面を示している。まず、本送風ファンおよびこれを用いた送風機（ファンケーシングユニット）についての説明を行う。

蝸牛形状のファンケーシング５で形成される空気流路内にモータ６により回転駆動させるファン１と、空気を外部から吸い込む吸込口８と、吸い込んだ空気を図示しない経路へと吹き出す吹出口９と、ファン１を回転駆動させるモータ６にてファンケーシングユニット（送風機）５０が構成されている。

よって、ファンケーシングユニット５０は、吸込口８から空気が吸込まれ、吹出口９から吸い込んだ空気を吹出し経路へと送風することができる構成である。

このようなファンケーシングユニット５０は、例えば、衣類の洗濯乾燥機や衣類乾燥機の空気循環経路に搭載すれば、なんらかの加熱手段や除湿手段と組み合わせることにより、水分を含んだ状態の衣類を乾燥させることができる。

このファン１は、図１、図２に示すように、モータの回転軸が固定される中央部を釣鐘状にシュラウド２側に膨出させた略円盤状のハブ４と、ハブ４に対向配置され吸込口８に向かって開口した円環状のシュラウド２と、同シュラウド２と前記ハブ４との間に配設された複数のブレード（羽根）３から構成されている。

また、図６に示すように、ファンケーシング５の上面壁に螺子７等により固定されたモータ６の回転軸がハブ４の中央部に固定されるようになっており、モータ６により図２の送風ファン１を反時計回りの方向に回転させると、ハブ４、シュラウド２及びブレード３が一体となって回転し、図６のＡ１−Ａ１断面図で示すように、吸込口８からシュラウド２の開口へと空気が吸引され、続いてブレード３の回転に伴いブレード３の後縁部に向かって放射状に空気が吐出されるようになっている。

また、図３に示すように、ブレード３のシュラウド２側後縁部に切欠き部３０を設ければ、ブレード３とシュラウド２との間に隙間を持たせることが可能となり、この隙間に風が流れ込むので、結果としてファンケーシング５の最大流速を減少させることが可能となる。結果としてファンケーシング５とファン１との隙間が最も狭いトング１０近傍の最大流速が減少させることが可能となる。

隙間１１ａは、板金製の送風ファンにおいても成形が可能であり、また樹脂製の送風ファンにおいてもアンダーカット形状を必要とせず低コストで製造でき、さらにはブレード通過周波数音の原因であるファンケーシング近辺の最大流速を減少させることが可能となる。また、翼性能の低い部位であるため、隙間１１ａを有していても送風性能が低下することはほぼない。

また、図４に示すように、シュラウド２の外周淵部は、シュラウド２の傾斜面２ｂに対して空気の出口を広げるように構成された淵部２ａを設ければ、ブレード３とシュラウド２との間に隙間を持たせることが可能となり、この隙間に風が流れ込むため、結果としてファンケーシング５とファン１との隙間が最も狭いトング１０近傍の最大流速が減少させることが可能となる。

このような図４の構成でも同様に、隙間１１ｂは、板金製の送風ファンにおいても成形が可能であり、また樹脂製の送風ファンにおいてもアンダーカット形状を必要とせず低コストで製造でき、さらには翼通過周波数音の原因であるファンケーシング近辺の最大流速を減少させることが可能となる。また、翼性能の低い部位であるため、隙間１１ｂを有していても送風性能が低下することはほぼない。

さらに、図５に示すように、ブレード３のシュラウド２側後縁部に切欠き部３０を設ける構成と、シュラウド２の外周淵部にシュラウド２の傾斜面２ｂに対して空気の出口を広げるように構成された淵部２ａを設ける構成とを組み合わせれば、上記図３および図４で構成することによる効果よりもさらに大きな効果を奏する。特に騒音に対する効果を後述する。

上記のように構成された送風ファンおよびこれを用いた送風機の動作について次に説明する。

シュラウド２の開口から流入してきた空気は、複数個設けたブレード３間に流入する際、流れを略直角に向きを偏向される。シュラウド２からハブ４の底板近傍を流れる空気は、偏向された際の曲率が小さいため、流速の減少も少なく略曲線状に円滑に流れ、流路損失が比較的小さく、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、シュラウド２の内壁面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が大きく、又、流路損失による流れの乱れが生じてブレード３の上部に剥離や風を渦状に巻き込む領域が発生するため、騒音が発生しやすくなっている。

この騒音の原因としては、外向きの風速ベクトルが小さくなるため空気（風）を外に吐き出すことができなくなり、空気がファン１の回転方向へ引きずられてしまう現象をおこしているためである。このファン１外周部の流速は羽根の位置により脈動することがわかっており、その脈動が圧力波を発生させ翼通過周波数音となっている。

本実施の形態では、シュラウド２側のブレード３近辺の風の外向きベクトルが小さいことを利用し、ブレード３後縁部とシュラウド２に隙間を生じさせることで、この隙間に風を流しファン１の最外周部の風の流速を小さくしている。

本実施の形態における隙間１１ａ、１１ｂの大きさは、ブレード３の翼弦方向（図３のブレード３の縦幅方向）にて１０％以下、スラスト方向（図３のブレード３の横幅方向）にて５０％以下としている。双方ともにこれ以上大きくとると、翼通過周波数騒音に対しては効果が期待できるが、ファンとしての送風性能の低下を招く恐れがあり、結果としてファン回転数の増大化・ファン効率の低下が避けられなくなることが分かっている。試験結果に用いたファンは、図５に示した構成であり、翼弦方向５％、スラスト方向２５％としている。

図７は、本実施の形態におけるファンケーシング内の風の流れを示している。図７（ａ）はシュラウド２側の風の流れであり、図７（ｂ）はハブ４側の流れである。前述したが、ファン１の内側では、ハブ４側に比べてシュラウド２側は外周方向への風のベクトルが小さいため、風が矢印ａのように円周方向へ流れていることが分かる。この円周方向への流れ成分が大きくなると、翼通過周波数騒音が発生することとなる。

しかしながら、本実施の形態による送風ファン１の最大流速は４４ｍ／ｓであり、従来の送風ファンによる最大風速は４７ｍ／ｓであった（本解析例ではφ１５５のファンを５８００ｒｐｍで運転を行っているため、最外周のファンの回転速度は約４７ｍ／ｓである。）。圧力脈動音の音圧は流速の６〜８乗に比例するため、流速を下げることは騒音抑制に非常に効果がある。

また、本実施の形態における騒音特性結果を図９、１０、１１に示す。図９〜１１は本発明によるものであり、図８は本発明を利用していない（切欠き部３０、隙間１１ａ、１１ｂ、淵部２ａのいずれの構成も有していない）従来の送風ファンである。各々のブレード枚数は２８枚、ファン回転数は５４００ｒｐｍであるため、ブレード枚数２８枚×５４００ｒｐｍ／６０（ｒｐｓ）＝２５２０Ｈｚに翼通過周波数が存在する。

これによれば、図８の翼通過周波数では２８ｄＢの騒音が発生するが、図９のシュラウド淵部２ａのみ（図４の構成）で約２ｄＢの騒音削減効果（２６ｄＢ）、図１０のブレード切欠き部３０のみ（図３の構成）で約５ｄＢの騒音削減効果（２３ｄＢ）、図１１のブレード切欠き部３０とシュラウド淵部２ａの組み合わせ（図５の構成）により最大８ｄＢの騒音削減効果（２０ｄＢ）が得られた。

以上のように、本発明にかかる送風ファンおよびこれを用いた送風機は、ブレードの一部に切欠きを設けること、およびシュラウドとブレードとの間に隙間を設けることで、ファンケース内の局所風速を抑え、結果的に翼通過周波数騒音を抑制することができるので、衣類洗濯乾燥機や衣類乾燥機等に有用である。

１ファン本体
２シュラウド
２ａ淵部
３ブレード
４ハブ
５ファンケーシング
６モータ
７螺子
８吸込み口
９吹出し口
１０ファンケーシングのトング
１１ａ、１１ｂ隙間
３０切欠き部
５０ファンケーシングユニット

Claims

回転軸が固定され外周縁が平坦なハブとこのハブに対向配置されるシュラウドと、前記ハブと前記シュラウドとの間に配置される複数のブレードとを備えた送風ファンにおいて、前記シュラウドは傾斜面を有するとともに、前記傾斜面に対し前記シュラウドの外周縁に前記ブレードからの空気の出口を広げるように構成された淵部を設け、前記ブレードの前記シュラウド側の後縁部に切欠き部を設けるとともに、前記淵部と前記切欠き部とを対向させたことを特徴とする送風ファン。
請求項１記載の送風ファンを搭載したことを特徴とする送風機。