JP6218160B2 - ターボファンおよび空気調和装置用室内機 - Google Patents

Description

本発明は、ターボファンおよび空気調和装置用室内機に関するものである。

ターボファンの低騒音の実現を図る技術としては、例えば、特許文献１に開示された構造がある。特許文献１に開示の遠心送風機は、主板、シュラウドおよび複数の羽根板からなる羽根車と、羽根車を内包するケーシングと、ケーシングに取り付けられた吸い込みベルマウスとを備える。羽根板の前縁部には、その厚みが羽根板の厚みと同一でかつ三角形状を持った平板が一体に形成されている。平板の一辺は、羽根板の前縁部のシュラウド寄りに密着させられている。このような構成により、吸い込みベルマウスの下流側の流れが、羽根板に速くかつスムーズに流入するようになり、流入する流れに乱れが少なくなり、騒音を低減することを目的としている。

また、例えば、特許文献２に開示された遠心送風機では、三次元翼からなるブレードのＲ方向側の端部（前縁部）に、羽根車の内周側に向かって階段状に突出する前縁角部が形成されている。前縁角部は、吸入口及びベルマウスを通じて羽根車内に吸入された気流がブレードによって外周側に吹き出される際に、ブレードの負圧面から剥離するのを抑える効果を企図しており、それにより、送風機の騒音を小さくすることを目指している。

特開２００５−３０７８６８号公報（第５頁、図１） 特開２００５−１５５５１０号公報（第９頁、第３８段落、第１８頁、図５）

上記の特許文献１に示す技術では、翼の主板側の流れが制御できないため、十分な騒音低減効果が得られないという問題があった。また、上記の特許文献２に示す技術では、羽根車の内周側に向かって突出する前縁角部が不連続な階段状であるため、流れの乱れが発生し、十分な騒音低減効果が得られないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、低騒音なターボファンを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するための本発明のターボファンは、軸心まわりに回転するボスと、前記ボスと接続される主板と、吸い込み口を有するシュラウドと、上記主板および上記シュラウドの間に設けられる複数の翼とを備え、前記複数の翼のそれぞれは、その前縁部に、複数の突起を含む波状突起部を含んでおり、前記複数の突起は、前記主板側ほど小さいピッチで配置されている。
さらに、同目的を達成するための本発明の空気調和装置用室内機は、上述した本発明のターボファンを備える。

本発明によれば、低騒音なターボファンを提供することができる。

本発明の実施の形態１のターボファンの斜視図である。 本発明の実施の形態１のターボファンの側面図である。 本発明の実施の形態１のターボファンの翼を示す図である。 本発明の実施の形態１のターボファンの内部の流れの概略図である。 本発明の実施の形態２および３のターボファンについての、図２のＶ−Ｖ線による部分断面図である。 本発明の実施の形態３のターボファンについての、図２のＶＩ−ＶＩ線による部分断面図である。 本発明の実施の形態４のターボファンの翼の前縁部の波状突起の肉厚分布を示す図である。 本発明の実施の形態５のターボファンの翼についての、図３と同態様の図である。 本発明の実施の形態６の空気調和装置用室内機の概略図である。

以下、本発明のターボファン（遠心ファン）を、空気調和装置用室内機に搭載されるターボファンとして実施した場合の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。また、複数枚の翼に関する符号は、代表の１枚の翼にのみ付すものとする。また、図面には、７枚の翼を有するターボファンを示すが、そのように図示されたターボファンは、あくまでも本発明の一例であり、７枚以外の翼を有するターボファンにおいても、本発明の効果は得られる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のターボファンの斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１のターボファンの側面図である。図３は、本発明の実施の形態１のターボファンの翼を示す図である。

図１〜図３に示されるように、本実施の形態１のターボファン１００は、軸心Ｏまわりに回転するボス１と、ボス１と連結される主板２と、空気を吸い込むための吸い込み口３１を有するシュラウド３と、主板２およびシュラウド３の間に配設される複数枚の翼４とを備えている。

それぞれの翼４の前縁部４１には、波状突起部４１ａが形成されている。波状突起部４１ａは、複数の突起４２が連なることで構成されている。

複数の突起４２の形成態様について、ピッチＰを用いて説明する。翼４の前縁部４１に沿う方向での距離であって、突起４２の谷部４２１から隣接する突起４２の谷部４２１までの距離をピッチＰとする。言い換えると、翼４の前縁部４１に沿う方向での距離であって、突起４２の山部４２２を挟む両側の谷部４２１の間隔を、ピッチＰとする。

突起４２のピッチＰは、主板２側に位置する突起４２のピッチＰほど小さくなるように設定されている。すなわち、翼４の前縁部４１の突起４２の個数をｎ個とし、シュラウド３側の突起４２のピッチから順にピッチＰ１、Ｐ２、・・・、Ｐｎとしたとき、Ｐ１＞Ｐ２＞・・・＞Ｐｎとなるように構成されている。

上記のように構成された波状突起部４１ａより得られる効果について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態１のターボファンの内部の流れの概略図である。図４に示すように、ターボファン１００の内部の流れＦでは、シュラウド３の吸い込み口３１から流入した軸方向流れが、翼４に流入する前に半径方向へ曲げられる。この軸方向流れから半径方向流れへの曲がりは、流れを不安定にさせる要因となる。さらに、不安定な流れが翼４へ流入することにより、剥離渦５が発生する可能性がある。また、翼４のシュラウド３側では気流の曲がりが大きいために剥離渦５のサイズは大きくなり、主板２側では気流の曲がりが小さいために剥離渦５のサイズは小さくなる。

このような剥離渦５に対して、本実施の形態１では、主板２側に位置する突起４２のピッチＰほど小さくなるように形成された複数の突起４２が連なる波状突起部４１ａが設けられているので、突起４２のピッチＰが渦のサイズに適合し、剥離渦５を効果的に細分化５１でき、騒音源となる渦の変動を低減できることにより低騒音化および低消費電力化を実現することができる。

なお、翼４の前縁部４１の突起４２の長さＴについては、０．２≦（Ｔ／Ｐ）≦０．８の範囲とするのが望ましい。ここで、翼４の前縁部４１の突起４２の長さＴは、翼４の前縁部４１に対して法線方向の突起４２の山部４２２との距離である。

０．２＞（Ｔ／Ｐ）では、突起４２の長さＴが短いことに起因し剥離渦５の十分な細分化ができない恐れがあり、（Ｔ／Ｐ）＞０．８では、突起４２の長さＴが長いことに起因し突起表面の摩擦による損失が増加する恐れがある。これに対し、０．２≦（Ｔ／Ｐ）≦０．８の範囲とすることで、突起表面の摩擦による損失の増加を軽減しつつ、剥離渦５をより効率的に細分化でき、騒音源となる渦の変動を低減できることにより、低騒音化および低消費電力化を実現することが可能となる。

なお、図面においては、翼４の前縁部４１の波状突起部４１ａを構成する突起４２の個数が、３個の場合の例を示しているが、２個以上の任意の個数であってもよい。

このように、本実施の形態１によれば、低騒音なターボファンを提供することができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について、図５を用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態２のターボファンについての、図２のＶ−Ｖ線による部分断面図である。なお、本実施の形態２は、以下に説明する内容を除いては、上述した実施の形態１と同様であるものとする。

図５に示されるように、本実施の形態２のターボファンは、翼１０４の前縁部の波状突起部１４１ａが、軸心Ｏでみた径方向外側に、局所的に湾曲している。別言すれば、翼１０４の前縁部の波状突起部１４１ａが、ファンの回転方向Ｒの前方に向けて、局所的に湾曲している。また、波状突起部１４１ａは、波状突起部４１ａが湾曲していないとした場合の翼１０４の翼厚中心線Ｃの延長方向から逸れるように径方向外側に（回転方向Ｒの前方に向けて）湾曲している。すなわち、翼１０４の全体が、翼の前部ほど径方向外側に向かって延びているわけではなく、あるいは、翼１０４の全体が、回転方向Ｒの前方に向けて延びているわけではない。全体的にみると、翼１０４は、後縁部のよりも前縁部の方が主板２上において径方向内側に位置しているように、延びており、そのような翼１０４において、波状突起部１４１ａが、上記のように局所的に湾曲している。

図５に示されるように、ターボファンの内部の流れは、吸い込み口３１からの軸方向流れがファン内部で半径方向へ徐々に曲げられて半径方向流れとなるため、翼１０４へ流入する際の実際の流入流れＦＲの流入角度Ａは、はじめから半径方向流れのみを考慮した二次元設計の流入流れＦＤの流入角度Ａよりも小さくなる。なお、図中、参照符号Ｆ１は、回転方向流れ成分を示し、参照符号Ｆ２は、半径方向流れ成分を示すものとする（図６も同様）。

上記に対し、本実施の形態２では、翼１０４の前縁部の波状突起部１４１ａをファンの回転方向Ｒの前方に向けて局所的に湾曲させることにより、翼１０４へ流入する際の流入角度Ａと、翼１０４の前縁部の波状突起部１４１ａの湾曲角度とが適合し、流れが滑らかに翼１０４へ流入する。これにより、剥離渦５の発生を低減でき、騒音源となる渦の変動を低減できることにより、低騒音化および低消費電力化を実現することが可能となる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について、図５および図６を用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態３のターボファンについての、図２のＶ−Ｖ線による部分断面図である。また、図６は、本発明の実施の形態３のターボファンについての、図２のＶＩ−ＶＩ線による部分断面図である。なお、本実施の形態３は、以下に説明する内容を除いては、上述した実施の形態１と同様であるものとする。

図６に示す、図２でのＶＩ−ＶＩ線断面は、図５に示す、図２でのＶ−Ｖ線断面よりも、主板２側における翼２０４の前縁部の波状突起部２４１ａの断面を示している。図６における翼２０４の前縁部の波状突起部２４１ａのファン回転方向への局所的な湾曲量は、図５における翼２０４の前縁部の波状突起部２４１ａのファン回転方向への局所的な湾曲量に対して小さく構成されている。すなわち、本実施の形態３のターボファンでは、図５および図６に示されるように、翼２０４の前縁部の波状突起部２４１ａのファンの回転方向への局所的な湾曲量は、シュラウド３側ほど大きくなっている。

このような構成により、次のような利点が得られている。図５および図６に示されるように、ターボファン１００の内部の流れは、吸い込み口３１からの軸方向流れがファン内部で半径方向へ徐々に曲げられて半径方向流れとなるため、翼１０４へ流入する際の実際の流入流れＦＲの流入角度Ａは、はじめから半径方向流れのみを考慮した二次元設計の流入流れＦＤの流入角度Ａよりも小さくなる。一方、シュラウド側ほど半径方向流れに対する軸流方向流れの比率が大きいため、シュラウド側ほど流入角度Ａが小さくなる度合いが強くなる。

したがって、本実施の形態３のように翼２０４の前縁部の波状突起部２４１ａのファンの回転方向への局所的な湾曲量を、シュラウド側ほど大きくなるように構成することにより、翼２０４へ流入する際の流入角度と翼２０４の前縁部の波状突起部２４１ａの角度がより一層良く適合し、流れが滑らかに翼２０４へ流入する。これにより、剥離渦５の発生をより一層低減でき、騒音源となる渦の変動を低減できることにより、低騒音化および低消費電力化を実現することが可能となる。

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について、図７を用いて説明する。なお、本実施の形態４は、以下に説明する内容を除いては、上述した実施の形態１〜３の何れかと同様であるものとする。

図７は、本発明の実施の形態４のターボファンの翼の前縁部の波状突起の肉厚分布を示す図である。より詳細には、翼の前縁部に沿う断面での肉厚分布を示す図である。図７に示されるように、本実施の形態４のターボファンの翼の波状突起部の各突起の谷部４２１の厚みは、波状突起部の各突起の山部４２２の厚みよりも小さい。すなわち、波状突起部（前縁部）の肉厚は、相対的な関係で、各突起の谷部４２１では薄く、各突起の山部４２２では厚くなっている。

このような構成により、次のような利点が得られている。図４を用いて説明したように、剥離渦５が波状突起部により細分化されるとき、各突起の山部４２２を起点に突起の谷部４２１に向かって細分化された渦が発生するが、翼の肉厚分布を突起の谷部４２１では薄く、突起の山部４２２では厚くすることにより、突起の山部４２２から突起の谷部４２１へ向かう勾配ができ、剥離渦５の細分化が促進される。従って、剥離渦５をより一層効果的に細分化でき、騒音源となる渦の変動を低減できることにより、低騒音化および低消費電力化を実現することが可能となる。

実施の形態５．
次に、本発明の実施の形態５について、図８を用いて説明する。図８は、本発明の実施の形態５のターボファンの翼についての、図３と同態様の図である。なお、本実施の形態５は、以下に説明する内容を除いては、上述した実施の形態１〜４の何れかと同様であるものとする。

図８に示されるように、本実施の形態５のターボファンは、翼３０４の前縁部４１の波状突起部４１ａの下流側の翼両面上に、流れと略垂直方向に延びる段差部３４３が設けられている。段差部３４３は、その段差部３４３よりも前縁側の翼の肉厚が、その段差部３４３よりも後縁側の翼の肉厚よりも大きくなるように、形成されている。

なお、図８では、実施の形態１に関する波状突起部４１ａを例示しているが、上記のように本実施の形態５は、実施の形態１〜４の何れかとの組み合わせとして実施することができるので、波状突起部は、図５〜図７に示した態様であってもよい。

このような構成により、次のような利点が得られている。流れと略垂直方向に延びる段差部３４３を設けたことにより、翼面での境界層の発達を低減できる効果と、段差部３４３により新たな乱れを生成してしまう影響とがある。段差部３４３を翼の前縁部の波状突起部の下流側に付設することで、翼の前縁部の波状突起部により渦を細分化し流れが安定化した上で気流が段差部３４３を通過するようにしたことにより、段差部３４３による新たな乱れの生成を伴うことなく、翼面での境界層の発達の低減のみを効果的に発揮させることができる。これによっても、騒音源となる渦の変動を低減できることにより、低騒音化および低消費電力化を実現することが可能となる。

なお、図８では、段差部３４３は１段の例を示しているが、本実施の形態５は、これに限定されず、段差部は２段以上であってもよい。

実施の形態６．
次に、本発明の実施の形態６について、図９を用いて説明する。図９は、本発明の実施の形態６の空気調和装置用室内機の概略図である。

本実施の形態６の空気調和装置用室内機５００は、空調対象の空間の天井に埋設されたケース５５１を備えている。ケース５５１の下部には、グリルタイプの吸入口５５３と、複数の吹出口５５５が設けられている。ケース５５１内には、ターボファンと、図示しない公知の熱交換器とが収容されている。そして、このターボファンは、上述した本発明の実施の形態１〜５の何れかのターボファンである。

本実施の形態６によれば、低騒音な空気調和装置用室内機を提供することができる。

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

１ ボス、２ 主板、３ シュラウド、４、１０４，２０４ 翼、３１ 吸い込み口、４１ 前縁部、４１ａ、１４１ａ、２４１ａ 波状突起部、４２ 突起、１００ ターボファン、３４３ 段差部、４２１ 谷部、４２２ 山部、５００ 空気調和装置用室内機。

Claims (5)

1. 軸心まわりに回転するボスと、
   前記ボスと接続される主板と、
   吸い込み口を有するシュラウドと、
   上記主板および上記シュラウドの間に設けられる複数の翼とを備え、
   前記複数の翼のそれぞれは、その前縁部に、複数の突起を含む波状突起部を含んでおり、
   前記複数の突起は、前記主板側ほど小さいピッチで配置されており、
   前記波状突起部は、ファンの回転方向の前方に向けて局所的に湾曲している、
   ターボファン。
2. 前記波状突起部における、ファンの回転方向の前方に向けた局所的な湾曲量は、シュラウド側ほど大きい、
   請求項１のターボファン。
3. 前記波状突起部の前記突起それぞれの谷部の厚みは、前記波状突起部の前記突起それぞれの山部の厚みよりも小さい、
   請求項１または２のターボファン。
4. 前記翼は、前記前縁部の前記波状突起部の下流側に、段差部を有する、
   請求項１〜３の何れか一項のターボファン。
5. 請求項１〜４の何れか一項のターボファンを備えた、空気調和装置用室内機。

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