JP5182163B2 - クロスフローファン及びこれを備えた空気調和機 - Google Patents

Description

本願発明は、クロスフローファン及びこれを備えた空気調和機に関するものである。

一般に、壁掛け型の空気調和機が備える送風機として、回転する羽根車を備えたクロスフローファンを使用することが知られている。羽根車は湾曲した翼（羽根）により形成されており、翼の外周側縁部または内周側縁部の近傍にディンプル（小窪み）を設けることが知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。

具体的には、図１１に示すように、例えば、外周側縁部１４３の近傍において、翼１４２の負圧面１０４ｑに、空気が翼１４２に流入する方向（図１１中の矢印Ｘ参照）に沿って、境界層を層流から乱流へ遷移させる同じ形状のディンプル１４５が複数形成されたものが知られている。このようにしてディンプル１４５が形成されている場合には、翼１４２の負圧面１０４ｑにおける境界層を層流から乱流へと遷移させるとともに、ディンプル１４５内に二次的な空気の流れ（図１１中の矢印Ｘ２参照）を発生させることにより、境界層底部に発生する剪断力を減少させて境界層の発達を抑制させることができる。

特開平３−２１００９３号公報 特開平３−２１００９４号公報

ところで、クロスフローファンの省エネルギー化が求められており、上記特許文献１及び２に記載されるようなディンプルが複数形成された場合、クロスフローファンを駆動するための電力を低減することができない場合があった。具体的には、図１１に示すように、上述のごとくディンプル１４５内には二次的な空気の流れが発生するが、この二次的な流れによる損失が原因となって、クロスフローファンを駆動するための電力を効果的に低減することができない場合があるという問題があった。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動するための電力を効果的に低減することができるクロスフローファン及びこれを備えた空気調和機を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、湾曲した翼により形成された回転する羽根車を備え、翼は、羽根車の回転遠心側に設けられた外周側縁部と、羽根車の回転中心側に設けられた内周側縁部とを備えるクロスフローファンにおいて、外周側縁部及び内周側縁部のうち少なくとも一方の縁部の近傍において、翼の負圧面には、境界層を層流から乱流へ遷移させるディンプルが、翼の負圧面において空気が流れる方向に沿って複数形成され、複数のディンプルのうち、これらのディンプルが近傍に形成された一方の縁部から離れて設けられたディンプルは、このディンプルよりも上記一方の縁部の近くに設けられたディンプルに比べて、小さい深さを有することを特徴とする。

同構成によれば、複数のディンプルのうち、これらのディンプルが近傍に形成された一方の縁部から離れて設けられたディンプルは、このディンプルよりも上記一方の縁部の近くに設けられたディンプルに比べて、小さい深さを有している。即ち、空気が一方の縁部から翼に流入する場合に、上記一方の縁部の近くに設けられた上流側のディンプルの深さに比べて、上記一方の縁部から離れて設けられた下流側のディンプルの深さは小さい。このようにして複数のディンプルの深さを異ならせることにより、境界層の発達を抑制する効果が小さい下流側のディンプル内において、二次的な空気の流れによる損失を抑制することができる。従って、クロスフローファンを駆動するための電力を効果的に低減することができる。

請求項２に記載の発明は、湾曲した翼により形成された回転する羽根車を備え、翼は、羽根車の回転遠心側に設けられた外周側縁部と、羽根車の回転中心側に設けられた内周側縁部とを備えるクロスフローファンにおいて、外周側縁部及び内周側縁部のうち少なくとも一方の縁部の近傍において、境界層を層流から乱流へ遷移させるディンプルが、翼の負圧面において空気が流れる方向に沿って複数形成され、隣り合って設けられた複数のディンプルの深さは、これらのディンプルが近傍に形成された一方の縁部から他方の縁部に向かうにつれて浅くなることを特徴とする。

同構成によれば、翼の負圧面において空気が流れる方向に沿って形成されるとともに隣り合って設けられた複数のディンプルの深さは、これらのディンプルが近傍に形成された一方の縁部から他方の縁部に向かうにつれて浅くなっている。このため、空気が一方の縁部から翼に流入する場合に、上記一方の縁部の近くに設けられた上流側のディンプルの深さに比べて、上記一方の縁部から離れて設けられた下流側のディンプルの深さは小さくなる。このようにして複数のディンプルの深さを異ならせることにより、境界層の発達を抑制する効果が小さい下流側のディンプル内において、二次的な空気の流れによる損失を抑制することができる。従って、クロスフローファンを駆動するための電力を効果的に低減することができる。なお、空気が流れる方向に沿って形成されて隣り合って設けられるとともに、一方の縁部から他方の縁部に向かうにつれて浅くなる複数のディンプルは、上記一方の縁部の近傍に設けられた複数のディンプルを構成する幾つかのディンプルであってもよく、上記一方の縁部の近傍に設けられた複数のディンプルを構成する全てのディンプルであってもよい。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のクロスフローファンを備えることを特徴とする。
同構成によれば、請求項１または請求項２に記載のクロスフローファンを備えるため、クロスフローファンを駆動するための電力を効果的に低減することができる。

本発明によれば、二次的な空気の流れによる損失を抑制することができ、クロスフローファンを駆動するための電力を効果的に低減することができる。

本発明の実施形態に係るクロスフローファンを備えた空気調和機の概略構成を示す断面図。 同実施形態に係るクロスフローファンを示す斜視図。 同実施形態に係る羽根車を示す斜視図。 同実施形態に係る翼（羽根）を示す斜視図。 同実施形態に係る翼の負圧面を示す図。 同実施形態に係るディンプルを示す翼の断面図であって、図５に示すＳ１−Ｓ１部分の断面を示す図。 同実施形態に係る翼を成形するための金型の断面を示す断面図。 同実施形態に係る翼を成形するための金型の断面を示す模式断面図。 同実施形態に係る翼を成形するための金型及び成形された翼の断面を示す断面図。 同実施形態に係るディンプルを示す翼の断面図。 従来のディンプルを示す翼の断面図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面において、矢印Ａは、回転する羽根車の回転中心となる軸に平行な方向である軸方向を示している。また、矢印Ｓは、上記軸方向に垂直な方向において、回転する羽根車の回転の中心から遠ざかる回転遠心側を示すとともに、矢印Ｕは、上記軸方向に垂直な方向において、回転する羽根車の回転の中心に近づく回転中心側を示している。

図１に示すように、本実施形態に係る空気調和機１は、壁掛け型室内ユニットであって、空気調和機１は、空気調和機１の筐体であるケーシング２、ケーシング２内に配設された熱交換器３、空気の流れにおいて熱交換器３の後流側に配設されたクロスフローファン４により構成されている。

ケーシング２の上側及び前側には、ケーシング２内に空気が吸い込まれる空間である空気吸込口２１が設けられるとともに、ケーシング２の前側且つ下側には、ケーシング２外へ空気が吹き出される空間である空気吹出口２２が設けられている。この空気吹出口２２には、空気吹出口２２から吹き出される空気の方向を調整するために、垂直羽根２３や、水平羽根２４が設けられている。

また、ケーシング２内において、クロスフローファン４によって送風された空気をケーシング２の前側へ案内するガイド部２５と、クロスフローファン４によって送風された空気が逆流することを防止するための逆流防止用舌部２６とが、ケーシング２と一体的に形成されている。

熱交換器３は、ケーシング２内においてクロスフローファン４の前側上方に配設された前側熱交換部３ａと、ケーシング２内においてクロスフローファン４の後側上方に配設された後側熱交換部３ｂとにより構成されている。空気吸込口２１から流入した空気は、以上のように構成された熱交換器３を通過することによって、冷却あるいは加熱された調和空気となり、この調和空気がクロスフローファン４により空気吹出口２２から室内へ送風される。

クロスフローファン４は、翼（羽根）４２を備えた羽根車４１と、クロスフローファン４によって送風される空気の流路を形成するケーシング２と、羽根車４１を回転させる電動モータ（不図示）とにより構成されている。即ち、電動モータに電力が供給されることによって、電動モータがクロスフローファン４を駆動する構成となっている。

図２に示すように、クロスフローファン４の羽根車４１は、多数の翼４２と、軸方向Ａにおける翼４２の端部に接続されて翼４２を支持する支持部材４ａと、支持部材４ａに接続されるとともに電動モータの出力軸（不図示）に接続される回転軸４ｂとにより構成されている。翼４２は、支持部材４ａにおける回転遠心側の端部に複数設けられることにより、羽根車４１の回転方向に沿って複数設けられており、さらに、軸方向Ａにおいて平行に配設された複数の支持部材４ａの間に翼４２が設けられることにより、羽根車４１の回転方向に沿って設けられた翼４２が、軸方向Ａにおいて複数設けられている。

なお、１つの支持部材４ａと、これに接続される翼４２とは樹脂により形成され、本実施形態においては、図３に示すように、金型により支持部材４ａと翼４２とが一体で射出成形される。

図４に示すように、湾曲した形状の翼４２は、静止している状態の羽根車４１が回転する際に圧力が大きくなる回転方向側の面である正圧面（圧力面）４ｐと、静止している状態の羽根車４１が回転する際に圧力が小さくなる反回転方向側の面である負圧面４ｑとを有している。

また、翼４２は、羽根車４１の回転遠心側に近接して設けられる外周側縁部４３と、羽根車４１の回転中心側に近接して設けられる内周側縁部４４とを備えており、翼４２の外周側縁部４３が羽根車４１の回転方向に湾曲している。

また、本実施形態においては、図５に示すように、外周側縁部４３の近傍において、翼４２の負圧面４ｑには、空気が翼４２に流入する方向（図６中の矢印Ｘ参照）に沿って、境界層を層流から乱流へ遷移させるディンプル４５が複数形成されている。なお、図６は、図５のＳ１−Ｓ１部分の断面図である。

以上のように、クロスフローファン４は、湾曲した翼４２により形成された回転する羽根車４１を備えており、翼４２の外周側縁部４３の近傍において、翼４２の負圧面４ｑには、空気が外周側縁部４３から翼４２に流入する方向（以下、「流入方向Ｘ」という）に沿って、境界層を層流から乱流へ遷移させるディンプルが複数形成されて構成となっている。このような構成により、翼４２の負圧面４ｑにおける境界層を層流から乱流へと遷移させるとともに、ディンプル４５内に二次的な空気の流れ（図１０中の矢印Ｘ２参照）を発生させることにより、境界層底部に発生する剪断力を減少させて境界層の発達を抑制させることができる。即ち、ディンプル４５により気体の剥離を抑制することができる。

ここで、本実施形態においては、複数のディンプル４５のうち、これらのディンプル４５が近傍に形成された外周側縁部４３から離れて設けられたディンプル４５ｃが、このディンプル４５ｃよりも外周側縁部４３の近くに設けられたディンプル４５ａ，４５ｂに比べて、小さい深さを有することに特徴がある。以下、本実施形態に係るディンプル４５について詳しく説明する。

ディンプル４５は、所定の深さを有する小さな窪みであって、本実施形態においては、翼４２の負圧面４ｑには、流入方向Ｘに沿って、３列のディンプル４５ａ，４５ｂ，４５ｃが形成されている。軸方向Ａに沿って１列に設けられた複数のディンプル４５ａは、３列のディンプル４５ａ，４５ｂ，４５ｃのうち外周側縁部４３の最も近くに設けられたディンプル４５である。また、軸方向Ａに沿って１列に設けられた複数のディンプル４５ｃは、流入方向Ｘにおいてディンプル４５ａの下流側に設けられたディンプル４５である。また、軸方向Ａに沿って１列に設けられた複数のディンプル４５ｂは、軸方向Ａに垂直な方向において、１列のディンプル４５ａと１列のディンプル４５ｃとの間に設けられたディンプル４５である。

図６に示すように、隣り合って設けられた２列のディンプル４５ｂ，４５ｃの深さは、これらのディンプル４５が近傍に形成された外周側縁部４３から内周側縁部４４に向かうにつれて浅くなる。即ち、流入方向Ｘにおいて空気の流れの下流側に設けられたディンプル４５ｃは、流入方向Ｘにおいて空気の流れの上流側に設けられたディンプル４５ａ，４５ｂに比べて、小さい深さを有している。なお、本実施形態においては、ディンプル４５ａとディンプル４５ｂの深さは同じであり、ディンプル４５ａ，４５ｂ，４５ｃの径は全て同じである。また、ここでいう「ディンプルの深さ」とは、そのディンプルの最大の深さである。

ディンプル４５が形成された翼４２は、例えば図７に示すような金型５を用いて形成することができる。より具体的には、翼４２を形成するための金型５は、正圧面４ｐと負圧面４ｑの一部を形成するための金型５１と、ディンプル４５が形成される負圧面４ｑの一部を形成するための複数の金型５２とを備え、金型５１を囲むように金型５２が配設される。金型５２には、ディンプル４５を形成するための突起５３が設けられており、金型５１と金型５２とにより形成される空間に、樹脂を射出して、この樹脂を硬化させることによりディンプル４５が形成された翼４２が形成される。翼４２が形成された後、各金型５２は径方向へ向けて引き抜かれる。

図８は、金型５の模式断面図であって、軸方向Ａに対して平行な断面、即ち金型５により形成される翼４２の長手方向に対して平行な断面を示す図である。翼４２が形成された後、金型５２は径方向へ向けて引き抜かれ、また、軸方向Ａにおける翼４２の端部を覆う金型５１及び金型５４は軸方向Ａ１，Ａ２へ向けて引き抜かれる。即ち、金型５２により囲まれて軸方向Ａにおける翼４２の一方の端部を覆う金型５１は、軸方向Ａ１へ向けて引き抜かれ、支持部材４ａが複数の翼４２の端部に一体的に形成されるように軸方向Ａにおける翼４２の他方の端部を覆う金型５４は、軸方向Ａ２へ向けて引き抜かれる。このようにして金型５１，５２，５４が引き抜かれることにより、翼４２を成形するための金型５が取り外されて、複数の翼４２及びこれらの翼４２により形成された羽根車４１が形成される。なお、図８中の一点鎖線は、羽根車４１の回転の中心となる軸を示している。

ここで、本実施形態においては、ディンプル４５ｃが、このディンプル４５ｃよりも外周側縁部４３の近くに設けられたディンプル４５ａ，４５ｂに比べて、小さい深さを有するように形成されるため、流入方向Ｘにおいて、ディンプル４５を複数形成することが容易にできる。即ち、翼４２は湾曲しているため、１つの金型５２を用いて複数の翼４２を形成するときには、翼４２を形成した後に金型５２を外す際に、ディンプル４５ｃを形成するために金型５２に形成された突起５３が翼４２に干渉した場合、金型５２を径方向へ向けて引き抜くことが難しく、翼４２から金型５を外すことが困難である。そこで、羽根車４１の回転中心側に設けられたディンプル４５ｃが、羽根車４１の回転遠心側に設けられたディンプル４５ａ，４５ｂに比し、小さい深さを有するように形成されることにより、回転中心側のディンプル４５ｃを形成するために設けられる金型５２の突起５３が、金型５を外す際に翼４２に干渉しないようにすることができる。即ち、図７中の一点鎖線で示す部分Ｓ２の拡大図である図９に示すように、金型５１と金型５２により形成される空間に樹脂が射出されて翼４２が形成された場合であっても、金型５２を径方向へ引き抜くことができる。

なお、本実施形態においては、樹脂による翼４２の射出成形において、羽根車４１を構成する多数の翼４２と、支持部材４ａとが射出成形により形成される。即ち、翼４２を成形する際に、回転方向に沿って設けられる複数の翼４２と、翼４２の軸方向Ａの端部に支持部材４ａが一体的に形成されるため、羽根車４１の製造工程を簡略化することができる。

以上のようにして翼４２の負圧面４ｑにディンプル４５が形成された場合、図１０に示すように、空気の流れの下流側に設けられたディンプル４５ｃ内において発生する二次的な流れが抑制される。空気の流れの下流側に設けられたディンプル４５ｃは、空気の流れの上流側に設けられたディンプル４５ａ，４５ｂに比べて、境界層の発達を抑制する効果が小さいため、複数のディンプル４５による気体の剥離を抑制する効果は維持される。

なお、本実施形態においては、ディンプル４５ｂの深さはディンプル４５ａの深さと同じであるが、ディンプル４５ｂの深さを、ディンプル４５ａの深さに比べて小さくするとともにディンプル４５ｃの深さに比べて大きくしてもよい。即ち、本実施形態においては、外周側縁部４３から内周側縁部４４に向かうにつれて浅くなる複数のディンプルは、外周側縁部４３の近傍に設けられた複数のディンプル４５を構成する幾つかのディンプル４５ｂ，４５ｃであったが、外周側縁部４３の近傍に設けられた複数のディンプル４５を構成する全てのディンプル４５ａ，４５ｂ，４５ｃであってもよい。

本実施形態のクロスフローファン４によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）隣り合って設けられた複数のディンプル４５ｂ，４５ｃは、外周側縁部４３から内周側縁部４４に向かうにつれて浅くなっている。即ち、空気が外周側縁部４３から翼４２に流入する場合に、外周側縁部４３の近くに設けられた上流側のディンプル４５ａ，４５ｂの深さに比べて、外周側縁部４３から離れて設けられた下流側のディンプル４５ｃの深さは小さい。このようにして複数のディンプル４５の深さを異ならせることにより、境界層の発達を抑制する効果が小さい下流側のディンプル４５ｃ内において、二次的な空気の流れによる損失を抑制することができる。従って、クロスフローファン４を駆動するための電力を効果的に低減することができる。

（２）翼４２の負圧面４ｑにおける回転中心側のディンプル４５ｃは、このディンプル４５ｃよりも回転遠心側のディンプル４５ａ，４５ｂに比べて小さくなっている。このため、回転中心側のディンプル４５ｃを形成するために金型５２に設けられる突起５３が、金型５を外す際に翼４２に干渉しないようにすることができる。その結果、翼４２を成形するための金型５を容易に取り外すことができ、金型５を用いて、流入方向Ｘにおいて、ディンプル４５を複数形成することが容易にできる。

また、本実施形態に係る翼４２の製造工程においては、回転方向に沿って設けられる複数の翼４２と、翼４２の軸方向Ａの端部に支持部材４ａとが一体的に形成される。このため、羽根車４１の製造工程を簡略化することができる。

また、本実施形態に係る空気調和機１は、上記（１）、（２）の効果を得ることができるクロスフローファン４を備えているため、上記（１）、（２）に準じた効果を得ることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の設計変更をすることが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。例えば、上記実施形態を以下のように変更してもよい。

・上記実施形態においては、翼４２の外周側縁部４３の近傍においてディンプル４５が形成されていたが、翼４２の内周側縁部４４の近傍においてディンプル４５が形成されていてもよい。

・また、翼４２の外周側縁部４３と内周側縁部４４の双方の縁部の近傍においてディンプル４５が形成されていてもよい。即ち、外周側縁部４３及び内周側縁部４４のうち少なくとも一方の縁部の近傍においてディンプル４５が形成されていてもよい。

なお、翼４２の外周側縁部４３と内周側縁部４４の双方の縁部の近傍においてディンプル４５が形成されている場合、空気が翼４２に流入する方向は吹き出し側Ｍ及び吸い込み側Ｎ（図１参照）において異なる。従って、外周側縁部４３の近傍に設けられたディンプルと内周側縁部４４の近傍に設けられたディンプルとが、互いに異なる方向に向かうにつれて浅くなるように構成されていてもよい。

１…空気調和機、２…ケーシング、３…熱交換器、３ａ…前側熱交換部、３ｂ…後側熱交換部、４…クロスフローファン、４ａ…支持部材、４ｂ…回転軸、４ｐ…正圧面、４ｑ…負圧面、５…金型、４１…羽根車、４２…翼（羽根）、４３…外周側縁部、４４…内周側縁部、４５，４５ａ，４５ｂ，４５ｃ…ディンプル、５１，５２，５４…金型、５３…突起。

Claims (3)

1. 湾曲した翼により形成された回転する羽根車を備え、前記翼は、前記羽根車の回転遠心側に設けられた外周側縁部と、前記羽根車の回転中心側に設けられた内周側縁部とを備えるクロスフローファンにおいて、
   前記外周側縁部及び前記内周側縁部のうち少なくとも一方の縁部の近傍において、前記翼の負圧面には、境界層を層流から乱流へ遷移させるディンプルが、前記翼の負圧面において空気が流れる方向に沿って複数形成され、
   複数の前記ディンプルのうち、これらのディンプルが近傍に形成された前記一方の縁部から離れて設けられた前記ディンプルは、このディンプルよりも前記一方の縁部の近くに設けられた前記ディンプルに比べて、小さい深さを有する
   ことを特徴とするクロスフローファン。
2. 湾曲した翼により形成された回転する羽根車を備え、前記翼は、前記羽根車の回転遠心側に設けられた外周側縁部と、前記羽根車の回転中心側に設けられた内周側縁部とを備えるクロスフローファンにおいて、
   前記外周側縁部及び前記内周側縁部のうち少なくとも一方の縁部の近傍において、前記翼の負圧面には、境界層を層流から乱流へ遷移させるディンプルが、前記翼の負圧面において空気が流れる方向に沿って複数形成され、
   隣り合って設けられた複数の前記ディンプルの深さは、前記ディンプルが近傍に形成された前記一方の縁部から他方の縁部に向かうにつれて浅くなる
   ことを特徴とするクロスフローファン。
3. 請求項１または請求項２に記載のクロスフローファンを備えることを特徴とする空気調和機。

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