JP6044165B2 - 多翼ファン及びこれを備える空気調和機の室内機 - Google Patents

Description

本発明は、クロスフローファン、シロッコファンなどの多翼ファン、及びこれを備える空気調和機の室内機に関する。

従来、クロスフローファン、シロッコファンなどの多翼ファンは、例えば空気調和機などの機器の送風機として用いられている。この多翼ファンでは、羽根車の回転により騒音が生じやすいため、種々の騒音対策が検討されている（例えば特許文献１）。

特許第３９９５０１０号公報

従来の多翼ファンでは、例えば図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、羽根の縁部に流入した空気が負圧面に沿いにくいため、負圧面において気流の剥離Ｈが生じやすい。これにより、騒音が発生し、ファン効率が低下する。

本発明の目的は、剥離に起因する騒音を低減することができるとともに、剥離に起因するファン効率の低下を抑制することができる多翼ファンを提供することである。

本発明の多翼ファンは、クロスフローファンであって、回転軸の周囲に配列された複数の前向き羽根（２）を有する。各羽根（２）における気流が導入される側の外縁部（２１）の外面は、外側に凸の湾曲面（２５）である。前記湾曲面（２５）は、負圧面（２３）と滑らかに接続され、圧力面（２４）とは９０°〜８５°の角度（θ２）で接続されている。前記角度（θ２）は、前記湾曲面（２５）と前記圧力面（２４）との接続点（Ｐ２）における前記湾曲面（２５）の接線（Ｌ３）と前記接続点（Ｐ２）における前記圧力面（２４）の接線（Ｌ４）とのなす角度である。

この構成では、前記縁部の湾曲面（２５）と圧力面（２４）とが９０°〜８５°の角度（θ２）で接続されているので、羽根（２）の前記縁部の近傍に到達した空気は、負圧面（２３）に沿って流れやすくなる。これにより、負圧面（２３）において剥離が生じるのを抑制できるので、剥離に起因する騒音を低減し、剥離に起因するファン効率の低下を抑制することができる。具体的には次の通りである。

すなわち、従来の羽根では、縁部の外面は、負圧面と滑らかに接続されているだけでなく、圧力面とも滑らかに接続されている。このような羽根では、例えば図８（Ｂ）に示す参考例１のように、縁部１２１の外面１２５の曲率半径が小さくなる。したがって、縁部１２１の近傍に到達した空気は負圧面１２３に沿って流れにくく、その結果、負圧面１２３において剥離Ｈが生じやすい。

一方、縁部の湾曲面（２５）と圧力面（２４）とが９０°〜８５°の角度（θ２）で接続されている本構成では、例えば図３（Ｂ）に示すように湾曲面（２５）の曲率半径は、参考例１の羽根の外面１２５の曲率半径よりも大きくなる。そして、本構成では、曲率半径の大きな湾曲面（２５）と負圧面（２３）とが滑らかに接続されているので、羽根（２）の縁部の近傍に到達した空気は、負圧面（２３）に沿って流れやすくなる。これにより、負圧面（２３）において剥離が生じるのを抑制できるので、剥離に起因する騒音を低減することができるとともに、剥離に起因するファン効率の低下を抑制することができる。

ここで、縁部の湾曲面（２５）と圧力面（２４）とが、本構成のように直角に近い角度ではなく直角よりもかなり小さい角度（例えば４５°程度の角度）で接続されている場合には、縁部に鋭いエッジが形成されるので、羽根車の回転時に異音が発生しやすくなる。この異音とは、例えば特定の周波数にピークを有する音（回転数（Ｎ）と羽根枚数（Ｚ）で表される周波数にピークを有するＮＺ音、翼通過周波数音などと呼ばれる。）である。

一方、湾曲面（２５）と圧力面（２４）とが９０°〜８５°の角度（θ２）で接続されている本構成では、上記のような異音が生じるのを抑制できる。

前記多翼ファンにおいて、前記湾曲面（２５）と前記圧力面（２４）とが接続されている前記角度（θ２）が直角である場合には、羽根車の回転時における異音の発生をさらに効果的に抑制できる。

本発明の空気調和機の室内機は、上記のいずれかの多翼ファンを備える。

本発明によれば、剥離に起因する騒音を低減することができるとともに、剥離に起因するファン効率の低下を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る多翼ファンとしてのクロスフローファンを備える空気調和機の室内機を示す断面図である。 前記クロスフローファンの羽根車を、その回転軸を含む平面で切断した断面図である。 （Ａ）は、前記羽根車における複数の羽根のうちの一部を拡大した断面図であり、羽根に流入する空気の流れを示している。（Ｂ）は、羽根の外縁部を拡大した図である。（Ｃ）は、その外縁部の周辺における空気の流れを示す図である。 （Ａ）は、前記クロスフローファンにおける羽根の変形例１を示す図である。（Ｂ）は、前記クロスフローファンにおける羽根の変形例２を示す図である。 （Ａ）は、風量とモータ入力との関係を示すグラフである。（Ｂ）は、風量と送風音との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る多翼ファンとしてのシロッコファンを示す正面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 （Ａ）は、参考例１のクロスフローファンの羽根に流入する空気の流れを示す図である。（Ｂ）は、参考例１のクロスフローファンの羽根の外縁部の周辺における空気の流れを示す図である。 参考例２のクロスフローファンの羽根の外縁部の周辺における空気の流れを示す図である。

以下、本発明の一実施形態に係る多翼ファンについて図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る多翼ファンとしてのクロスフローファン１を備える空気調和機の室内機５１を示す断面図である。第１実施形態では、多翼ファンがクロスフローファンである場合を例示しているが、これに限定されない。多翼ファンは、例えば後述する第２実施形態のようにシロッコファンであってもよい。

図１に示すように、クロスフローファン１を備える室内機５１は、壁掛けタイプの室内機であるが、これに限定されない。クロスフローファン１は、床置きタイプ、天井設置タイプなどの他のタイプの室内機に用いることもできる。室内機５１のケーシング１１内には、クロスフローファン１、熱交換器１２、この熱交換器の下端部に沿って配置されたドレンパン１３，１３などが設けられている。

図１及び図２に示すように、クロスフローファン１は、羽根車３と、この羽根車３を回転させるモータ４とを備える。羽根車３は、ケーシング１１の幅方向に沿って延びる略円筒形状を有する。本実施形態では、羽根車３は、熱交換器１２に対して空気が流れる方向の下流側に配置されているが、これに限定されず、熱交換器１２よりも上流側に配置されていてもよい。

室内機５１は、舌部１８と、案内部１９とを備える。舌部１８の内面１８ａと案内部１９の内面１９ａは、クロスフローファン１の下流側の吹出流路を形成している。案内部１９の内面１９ａは、羽根車３の径方向外側に凹む湾曲面であり、空気吹出口１６まで延びている。舌部１８の内面１８ａは、羽根車３を挟んで案内部１９の内面１９ａと対向している。案内部１９の内面１９ａ及び舌部１８の内面１８ａのそれぞれは、羽根車３の軸方向に沿って延びている。

モータ４によって羽根車３が図１に示す実線矢印の回転方向Ｄに回転すると、室内の空気は、一点鎖線の矢印で示すように、ケーシング１１に設けられた空気吸込口１４，１５を通じてケーシング１１内に吸い込まれる。吸い込まれた空気は、熱交換器１２を通過する際に冷媒と熱交換して温度調節される。温度調節された空気は、クロスフローファン１の羽根車３を通過して、ケーシング１１に設けられた空気吹出口１６から室内に吹き出される。室内に吹き出される空気の方向は、空気吹出口１６に沿ってケーシング１１に設けられたフラップ１７，１７によって調節される。

次に、クロスフローファン１について詳しく説明する。図２に示すように、クロスフローファン１の羽根車３は、複数の羽根２と、少なくとも１つの仕切り板５と、第１端板６と、第２端板７とを備える。複数の羽根２は、羽根車３の回転軸Ａを中心として回転軸Ａの周囲に配列されている。隣り合う羽根２は、所定の間隔をあけて配置されている。図１に示すように、各羽根２は、径方向外側に向かうにつれて回転方向Ｄに湾曲した前向き羽根である。

第１端板６は、羽根車３の軸方向の一端に設けられており、例えば円板形状又は環形状の部材である。第２端板７は、羽根車３の軸方向の他端に設けられており、例えば円板形状の部材である。第２端板７は、回転軸Ａ上に配置された軸部８を有する。この軸部８は、ケーシング１１に支持される。本実施形態では、羽根車３は、複数の仕切り板５を備える。複数の仕切り板５は、第１端板６と第２端板７との間において互いに間隔をあけて配置されている。各仕切り板５は、例えば円板形状又は環形状の部材である。

第１端板６とこの第１端板６に最も近い仕切り板５との間には、複数の羽根２が配列されており、各羽根２の一端は第１端板６に支持され、他端は仕切り板５に支持されている。また、隣り合う仕切り板５，５の間には、複数の羽根２が配列されており、各羽根２の一端は一方の仕切り板５に支持され、他端は他方の仕切り板５に支持されている。さらに、第２端板７とこの第２端板７に最も近い仕切り板５との間には、複数の羽根２が配列されており、各羽根２の一端は仕切り板５に支持され、他端は第２端板７に支持されている。

図３（Ａ）は、羽根車３における複数の羽根２のうちの一部を拡大した断面図であり、羽根２に流入する空気の流れを示している。図３（Ａ）は、回転軸Ａに垂直な平面で羽根２を切断した断面を示している。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す羽根２の外縁部２１を拡大した図である。図３（Ｃ）は、その外縁部２１の周辺における空気の流れを示す図である。

図３（Ａ）に示すように、第１実施形態に係るクロスフローファン１の各羽根２は、径方向外側の縁部である外縁部２１と、径方向内側の縁部である内縁部２２とを有する。各羽根２では、外縁部２１と内縁部２２との間の中間部付近の厚みが、外縁部２１側の厚み及び内縁部２２側の厚みよりも大きい。各羽根２は、径方向外側に向かうにつれて回転方向Ｄに湾曲した形状を有する。

各羽根２は、負圧面２３と、圧力面２４とを有する。負圧面２３は、羽根車３の回転方向Ｄとは反対側に位置している。負圧面２３は、回転方向Ｄの反対側に凸の凸曲面である。圧力面２４は、負圧面２３の反対面、すなわち羽根車３の回転方向Ｄの側に位置している。圧力面２４は、回転方向Ｄの反対側に凹む凹曲面である。

本実施形態のクロスフローファン１は、外縁部２１の外面に特徴を有する。外縁部２１は、図１に示すように、羽根車３の全体のうち、熱交換器１２を通過した空気が最初に到達する部位である。図１に示すように、複数の羽根２のうち、舌部１８の内面１８ａ及び案内部１９の内面１９ａよりも気流方向の上流側領域Ａ１に位置する羽根２においては、外縁部２１は、気流が隣り合う羽根２，２の隙間に導入される側の縁部であり、内縁部２２は、気流が隣り合う羽根２，２の隙間から流出する側の縁部である。

図３（Ｂ）に示すように、各羽根２の外縁部２１の外面は、外側に凸の湾曲面２５である。湾曲面２５は、負圧面２３と滑らかに接続されている一方で、圧力面２４とは９０°〜８５°の角度θ２で接続されている。湾曲面２５は、図３（Ｂ）に示す断面図において、円弧形状、楕円弧形状又はこれらの形状に近い形状を有する。

本実施形態では、湾曲面２５の曲率半径は負圧面２３の曲率半径よりもかなり小さい。したがって、湾曲面２５と負圧面２３との接続点Ｐ１は、その付近において羽根２の外面の曲率半径が大きく変化する部位である。このように湾曲面２５の曲率半径と負圧面２３の曲率半径とは大きく異なるが、接続点Ｐ１における湾曲面２５の接線Ｌ１の方向は、接続点Ｐ１における負圧面２３の接線Ｌ２の方向に近い方向に向いている。すなわち、湾曲面２５の接線Ｌ１と負圧面２３の接線Ｌ２のなす角度θ１は、少なくとも鈍角であり、本実施形態では１８０°に近い値である。なお、角度θ１は、接線Ｌ１と接線Ｌ２とのなす角度のうち圧力面２４側の角度である。

湾曲面２５と圧力面２４とは接続点Ｐ２において接続されている。接続点Ｐ２における湾曲面２５の接線Ｌ３と接続点Ｐ２における圧力面２４の接線Ｌ４のなす角度θ２は、上述したように９０°〜８５°の範囲である。本実施形態では、湾曲面２５は、接続点Ｐ１から接続点Ｐ２まで湾曲した凸曲面である。特に、角度θ２は、直角であるのが好ましい。なお、角度θ２は、接線Ｌ３と接線Ｌ４とのなす角度のうち負圧面２３側の角度である。

図８（Ａ）は、参考例１のクロスフローファンの羽根１０２に流入する空気の流れを示す図である。図８（Ｂ）は、参考例１のクロスフローファンの羽根１０２の外縁部１２１の周辺における空気の流れを示す図である。また、図３（Ｂ）には、比較のために、参考例１のクロスフローファンにおける羽根１０２の外縁部１２１の外面１２５を破線で示している。

図３（Ｂ）及び図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、参考例１における外縁部１２１の外面１２５は、外側に凸の湾曲面である。図８（Ｂ）に示すように、外面１２５と負圧面１２３とは接続点Ｐ１１において滑らかに接続されており、外面１２５と圧力面１２４とは接続点Ｐ１２において滑らかに接続されている。このような外面１２５を有する参考例１の羽根１０２では、外縁部１２１の外面１２５の曲率半径が小さくなることに起因して、負圧面１２３において剥離Ｈが生じやすい。

これに対し、本実施形態では、湾曲面２５と圧力面２４とが直角に近い角度で接続されることにより、湾曲面２５の曲率半径は、参考例１の羽根の外面１２５の曲率半径よりも大きくできる。具体的に、図３（Ｂ）に示す図例では、参考例１の羽根の外面１２５の曲率半径Ｒに対し、本実施形態における湾曲面２５の曲率半径は約２Ｒである。ただし、本実施形態の曲率半径は、参考例１の曲率半径の約２倍である場合に限定されるものではない。

このように本実施形態では、曲率半径の大きな湾曲面２５と負圧面２３とが滑らかに接続されているので、図３（Ｃ）に示すように、羽根２の外縁部２１の近傍に到達した空気は、負圧面２３に沿って流れやすくなる。これにより、負圧面２３において剥離が生じるのを抑制できる。

また、湾曲面２５は、接続点Ｐ１から接続点Ｐ２まで湾曲した凸曲面であるので、図９に示す参考例２に比べて、外縁部２１の近傍に流入する空気と外縁部２１の湾曲面２５との衝突に起因するエネルギー損失を抑制できる。

具体的に、図９に示す参考例２では、羽根１０２の外縁部１２１の外面は、負圧面１２３に接続された湾曲面１２５ａと、圧力面１２４に接続された平面１２５ｂとからなる。平面１２５ｂは、圧力面１２４と直角に近い角度で接続されている。この参考例２では、圧力面１２４側が圧力面１２４と直角に近い角度で接続された平面１２５ｂであるので、外縁部１２１の近傍に流入する空気が平面１２５ｂに衝突することによってエネルギー損失が大きくなる。これに対し、本実施形態では、圧力面２４に接続される外縁部２１の外面が湾曲面２５であるので、湾曲面２５に空気が衝突することによるエネルギー損失が参考例２に比べて小さくなる。

図４（Ａ）は、羽根２の変形例１を示す図である。この変形例１では、各羽根２の内縁部２２の外面が上述した図３（Ａ）に示す湾曲面２５と同様の特徴を有する。すなわち、変形例１では、内縁部２２の湾曲面２５は、負圧面２３と滑らかに接続されており、圧力面２４とは９０°〜８５°の角度で接続されている。

図１において破線の丸で囲んだ羽根車３における下流側領域Ａ２において、内縁部２２は、羽根車３内を通過する気流が隣り合う羽根２，２の隙間に導入される側の縁部であり、外縁部２１は、気流が隣り合う羽根２，２の隙間から流出する側の縁部である。したがって、変形例２のように内縁部２２の外面が図３（Ａ）に示す湾曲面２５と同様の湾曲面２５であることにより、下流側領域Ａ２において、羽根２の内縁部２２の近傍に到達した空気は、負圧面２３に沿って流れやすくなる。これにより、負圧面２３において剥離が生じるのを抑制できる。

図４（Ｂ）は、羽根２の変形例２を示す図である。変形例２では、各羽根２の外縁部２１の外面と内縁部２２の外面がともに上述した図３（Ａ）に示す湾曲面２５と同様の特徴を有する。すなわち、変形例２では、外縁部２１の湾曲面２５は、負圧面２３と滑らかに接続されており、圧力面２４とは９０°〜８５°の角度で接続されている。内縁部２２の湾曲面２５は、負圧面２３と滑らかに接続されており、圧力面２４とは９０°〜８５°の角度で接続されている。この変形例２では、羽根車３における上流側領域Ａ１と下流側領域Ａ２の両方において、負圧面２３における剥離を抑制できる。

図５（Ａ）は、風量とモータ入力との関係を示すグラフである。図５（Ｂ）は、風量と送風音との関係を示すグラフである。図５（Ａ），（Ｂ）に示すデータは、図３（Ａ）に示す羽根２を有する第１実施形態のクロスフローファン１を用いた試験データである。また、図５（Ａ），（Ｂ）に示す比較データは、図８（Ａ）に示す参考例１の羽根１０２を有するクロスフローファンを用いた試験データである。

図５（Ａ）に示すように、第１実施形態では、参考例１に比べてモータ入力が約０．５Ｗ低減されていることがわかる。また、図５（Ｂ）に示すように第１実施形態では、参考例１に比べて送風音が０．３〜０．６ｄＢＡ低減されていることがわかる。

図６は、本発明の第２実施形態に係る多翼ファンとしてのシロッコファン１０を示す正面図である。図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。図６及び図７に示すように、シロッコファン１０は、渦巻形ケーシング３１と、羽根車３３と、モータ３４とを備える。

渦巻形ケーシング３１は、正面側に設けられたベルマウス３７を有する。ベルマウス３７は、ケーシング３１内へ空気を吸い込む吸込口となる略円形の開口を有し、空気を羽根車３３に案内する役割を果たす。

羽根車３３は、ケーシング３１内に収容されている。羽根車３３は、ケーシング３１の背面に対向して配置された円盤状の主板３５と、回転方向Ｄに沿って配列された複数の前向き羽根２と、これらの羽根２の正面側の端部に連結されたリング部３６とを有する。各羽根２の背面側の端部は主板３５に固定されている。モータ３４は、ケーシング３１の背面に固定されている。モータ３４のシャフトに羽根車３３が固定されている。

モータ３４により羽根車３３が回転すると、図７において一点鎖線で示すように、ベルマウス３７からケーシング３１内に空気が吸い込まれる。この吸い込まれた空気は、回転軸Ａの軸方向の正面側から軸方向に沿って背面側に向かって羽根車３３内に流入し、隣り合う羽根２の隙間を通過して羽根車３３から流出する。この流出した空気は、ケーシング３１の内部を回転方向Ｄに沿って移動し、ケーシング３１の吐出口３８から吐出される。

各羽根２は、負圧面２３と、圧力面２４とを有する。負圧面２３は、羽根車３の回転方向Ｄとは反対側に位置している。負圧面２３は、回転方向Ｄの反対側に凸の凸曲面である。圧力面２４は、負圧面２３の反対面、すなわち羽根車３の回転方向Ｄの側に位置している。圧力面２４は、回転方向Ｄの反対側に凹む凹曲面である。

第２実施形態のシロッコファン１０では、図７に示すように、各羽根２における気流が導入される側の縁部は、内縁部２２である。したがって、この第２実施形態のシロッコファン１０では、各羽根２の内縁部２２の外面が、第１実施形態のクロスフローファン１の羽根２の湾曲面２５と同様の特徴を有する。

各羽根２の内縁部２２の湾曲面２５は、外側に凸の湾曲面２５である。この湾曲面２５は、負圧面２３と滑らかに接続されている一方で、圧力面２４とは９０°〜８５°の角度で接続されている。第２実施形態における湾曲面２５の他の特徴についても、第１実施形態における湾曲面２５と同様であるので、説明を省略する。

以上説明したように、第１実施形態及び第２実施形態では、前記縁部の湾曲面２５と圧力面２４とが９０°〜８５°の角度θ２で接続されているので、羽根２の前記縁部の近傍に到達した空気は、負圧面２３に沿って流れやすくなる。これにより、負圧面２３において剥離が生じるのを抑制できる。

また、第１実施形態及び第２実施形態では、縁部の湾曲面２５と圧力面２４とが、上記のように直角に近い角度で接続されているので、羽根車回転時の異音発生を抑制できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。

１ クロスフローファン
２ 羽根
３ 羽根車
４ モータ
５ 仕切り板
６ 端板
７ 軸部
１０ シロッコファン
２１ 外縁部
２２ 内縁部
２３ 負圧面
２４ 圧力面
２５ 湾曲面
θ１ 湾曲面と負圧面とのなす角度
θ２ 湾曲面と圧力面とのなす角度
Ａ 羽根車の回転軸

Claims (3)

1. 回転軸（Ａ）の周囲に配列された複数の前向き羽根（２）を有するクロスフローファンからなる多翼ファンであって、
   各羽根（２）における気流が導入される側の外縁部（２１）の外面は、外側に凸の湾曲面（２５）であり、
   前記湾曲面（２５）は、負圧面（２３）と滑らかに接続され、圧力面（２４）とは９０°〜８５°の角度（θ２）で接続されており、
   前記角度（θ２）は、前記湾曲面（２５）と前記圧力面（２４）との接続点（Ｐ２）における前記湾曲面（２５）の接線（Ｌ３）と前記接続点（Ｐ２）における前記圧力面（２４）の接線（Ｌ４）とのなす角度である、多翼ファン。
2. 前記湾曲面（２５）と前記圧力面（２４）とが接続されている前記角度（θ２）が直角である、請求項１に記載の多翼ファン。
3. 請求項１又は２に記載の多翼ファンを備える空気調和機の室内機。

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