JP6942294B1 - 送風機およびこれを備えた空気調和装置 - Google Patents

Abstract

送風機の羽根車は、回転主板と、第１の羽根と、第２の羽根と、を備える。第１の羽根は、第１の羽根の回転軸の径方向内側に、回転主板とは反対側の端部から回転主板側に向かうに連れて翼弦長が長くなる第１傾斜面を有する。第２の羽根は、第２の羽根の回転軸の径方向内側に、回転主板とは反対側の端部から回転主板側に向かうに連れて翼弦長が長くなる第２傾斜面を有する。第２の羽根の吸込下流側の翼弦長は、第１の羽根の吸込下流側の翼弦長よりも長く、かつ、吸込上流側において第１の羽根の第１傾斜面と第２の羽根の第２傾斜面とが、第１の羽根および第２の羽根を羽根車の子午面断面で見て互いに沿っている。

Description

本開示は、空気調和装置等の筐体内に配置される送風機およびこれを備えた空気調和装置に関する。

空気調和装置等の筐体内に配置される送風機として、羽根車と、羽根車を収納するスクロールケーシングと、を備えた遠心送風機がある。羽根車は、円板状の回転主板と、複数の羽根と、リング状の保持リングと、を備えている。羽根車は、回転主板の外周部に複数の羽根の一端が固定され、複数の羽根の他端が保持リングで連結されている。この種の送風機において、複数の羽根を、回転主板と繋がっている一端側を除いて翼弦長を異ならせた第１の羽根と第２の羽根との２種類の羽根から構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１５５８９５号公報

送風機に流入する気流は、空気調和装置の筐体内における送風機の配置位置の影響を受ける。例えば、筐体内に空気を吸入する吸入口が筐体の上面に形成され、送風機の吸込口が筐体の右側面または左側面に対向する向きで送風機が筐体内に配置されている場合がある。この場合、筐体の吸入口から流入した気流は、送風機内に流入する際、送風機の吸込口の面全体から一様に気流が流入するのではなく、筐体の吸入口が位置する上側に偏って気流が流入する。

特許文献１では、送風機を空気調和装置の筐体内に配置した場合の送風機に流入する気流の偏りについて検討されておらず、騒音および風量低下を招く可能性があった。

本開示は、上記課題を解決するためのものであり、低騒音化および高風量化を図ることが可能な送風機およびこれを備えた空気調和装置を提供することを目的とする。

本開示に係る送風機は、羽根車を備えた送風機であって、羽根車は、回転軸を中心として回転する回転主板と、回転主板の一方の面に、回転軸の径方向に延びるように一端が固定された第１の羽根と、回転主板の一方の面に、回転軸の径方向に延びるように一端が固定された第２の羽根と、を備え、第１の羽根は、第１の羽根の回転軸の径方向内側に、回転主板とは反対側の端部から回転主板側に向かうに連れて翼弦長が長くなる第１傾斜面を有し、第２の羽根は、第２の羽根の回転軸の径方向内側に、回転主板とは反対側の端部から回転主板側に向かうに連れて翼弦長が長くなる第２傾斜面を有し、第１の羽根の第１傾斜面の回転主板側の端部を境に、回転軸の軸方向の回転主板側を吸込下流側、回転主板と反対側を吸込上流側と定義するとき、第２の羽根の吸込下流側の翼弦長は、第１の羽根の吸込下流側の翼弦長よりも長く、かつ、吸込上流側において第１の羽根の第１傾斜面と第２の羽根の第２傾斜面とが、第１の羽根および第２の羽根を羽根車の子午面断面で見て互いに沿っており、第２傾斜面の回転主板側の端部が第１傾斜面の回転主板側の端部よりも回転主板側に位置しているものである。

本開示に係る空気調和装置は、上記の送風機と、送風機を収容する筐体と、を備えたものである。

本開示によれば、吸込下流側の翼弦長が第１の羽根よりも長い第２の羽根を備えたので、渦流の発生を抑制でき、低騒音化を実現できる。また、吸込上流側において、第２の羽根の第２傾斜面と第１の羽根の第１傾斜面とが互いに沿っているので、羽根車に流入した気流の阻害を抑制して吹き出すことが可能であり、高風量化を実現できる。

実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の室内機の構成を示す概略斜視図である。 実施の形態１に係る送風機の斜視図である。 実施の形態１に係る送風機の羽根車９の斜視図である。 実施の形態１に係る送風機の羽根車９を回転軸２０に垂直な方向で切断した断面図である。 実施の形態１に係る送風機の羽根車９を回転軸２０に垂直な方向で切断した断面図である。 図６のＡ−Ａ概略断面図である。 図６のＢ−Ｂ概略断面図である。 図７と図８とを重ねた概念図である。 実施の形態１に係る空気調和装置の室内機における気流の説明図である。 実施の形態１に係る送風機内の気流の説明図である。 比較例を示す図であって、送風機による気流を示す、図１１のＣ−Ｃ位置での送風機の概略断面図である。 実施の形態１に係る送風機による気流を示す、図１１のＣ−Ｃ位置での送風機の概略断面図である。 実施の形態１に係る送風機による低騒音化効果を確認した試験結果を示す図である。 実施の形態１に係る送風機による高風量化効果を確認した試験結果を示す図である。 実施の形態１に係る送風機による流量改善効果を確認した試験結果を示す図である。 実施の形態１に係る送風機による気流を示す、図１１のＣ−Ｃ位置での送風機および送風機に隣接する筐体の内壁の概略断面図である。 図１７の配置構成の場合における流量改善効果を確認した試験結果を示す図である。 実施の形態２に係る羽根車を回転軸に垂直な方向で切断した断面図である。 実施の形態２に係る羽根車の第１の羽根および重ね合わせた子午面断面を示す図である。 実施の形態２に係る羽根車を備えた送風機の性能改善効果を確認した試験結果を示す図である。 実施の形態３に係る羽根車を回転軸に垂直な方向で切断した断面図である。 実施の形態３に係る羽根車の第１の羽根と第２の羽根との間の気流を示す概念図である。 実施の形態３に係る羽根車の第１の羽根および第２の羽根の形状を比較して示す図である。

以下に、本開示に係る空気調和装置の実施の形態について説明する。なお、図面の形態は一例であり、本開示を限定するものではない。また、各図において同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。さらに、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る空気調和装置２００の冷媒回路構成を示す図である。図１において、白抜き矢印は空気の流れ、実線矢印は冷媒の流れを示している。
空気調和装置２００は、室内空間３００に配置される室内機２０１と、屋外空間３０１に配置される室外機２０２とを備えている。室内機２０１と室外機２０２とは、冷媒配管４００によって繋がれて、冷媒が循環する冷媒回路を構成している。

室外機２０２は、筐体２０２ａ内に、圧縮機１００と、四方弁１０１と、室外熱交換器１０２と、減圧装置１０３と、送風機１０４と、を備えた構成を有する。

室内機２０１は、筐体２０１ａ内に、室内熱交換器１７と、送風機１０と、を備えた構成を有する。室内熱交換器１７は、複数の伝熱管と複数のフィンとを備えたフィンチューブ熱交換器で構成されている。伝熱管は、断面形状が円形状のものでもよいし、扁平形状のものでもよい。室内熱交換器１７は、フィンチューブ熱交換器に限られたものではなく、他の形式の熱交換器でもよい。室内熱交換器１７における冷媒の流れ方向は、送風機１０の回転軸２０に沿う方向でもよいし、回転軸２０に直交する方向でもよい。また、図１中の室内機２０１は、壁掛け型を示しているが、形態を限定するものではなく、床置き型、天井吊り下げ型または天井埋め込み型でもよい。

次に、空気調和装置２００の動作を冷房運転を例に説明する。圧縮機１００にて高温高圧ガスとなった冷媒は、四方弁１０１を介して室外熱交換器１０２に流れ、送風機１０４からの室外の空気へ放熱して液相冷媒または液主体冷媒となる。液相冷媒または液主体冷媒となって室外熱交換器１０２から流出した冷媒は、減圧装置１０３にて減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、室内機２０１の室内熱交換器１７に流入する。室内熱交換器１７へ流入した低温低圧の二相冷媒は、送風機１０からの室内の空気と熱交換を行った後、再度四方弁１０１を介して圧縮機１００へ戻る。以上のように冷媒が冷媒回路を循環することにより冷房運転を行う。

図２は、実施の形態１に係る空気調和装置２００の室内機２０１の構成を示す概略斜視図である。
［室内機の全体構成］
室内機２０１の筐体２０１ａ内には、送風機１０が２台配置されている。送風機１０の台数は、ここでは高性能化のため２台としたが、２台に限定されるものではなく１台でもよいし、３台以上でもよい。また、筐体２０１ａ内には、送風機１０を駆動するモータ（後述の図１１）が配置されている。

筐体２０１ａの上面には吸入口２０１ａａが形成され、筐体２０１ａの前面には吹出口２０１ａｂが形成されている。筐体２０１ａ内には、吸入口２０１ａａから筐体２０１ａ内に流入した気流ＡＦが、吹出口２０１ａｂから筐体２０１ａ外に吹き出される風路が形成されている。室内熱交換器１７は、吸入口２０１ａａから吹出口２０１ａｂに至る風路内の空気上流に配置されている。風路内の空気下流には送風機１０が配置されている。各送風機１０は、筐体２０１ａ内における気流に直交する方向に並んで配置されている。図２では、送風機１０が室内熱交換器１７の空気下流に配置されているが、室内熱交換器１７の空気上流に配置されてもよい。各送風機１０は、モータ１３の回転軸２０に接続され、モータ１３により駆動される。

［送風機］
図３は、実施の形態１に係る送風機１０の斜視図である。図４は、実施の形態１に係る送風機１０の羽根車９の斜視図である。図５は、実施の形態１に係る送風機１０の羽根車９を回転軸２０に垂直な方向で切断した断面図である。なお、以下の説明において、回転軸２０が延びる方向を軸方向、軸方向に垂直な方向を径方向、回転軸２０周りの方向を周方向という。

送風機１０は、気流を発生させる羽根車９と、羽根車９を収容するケーシング８と、を有する遠心送風機である。羽根車９は、図４に示すように円板状の回転主板１と、複数の第１の羽根３１および第２の羽根３２と、リング状の保持リング７１と、を備えている。複数の第１の羽根３１および第２の羽根３２は、回転主板１の一方の面の外周部に一端が固定され、他端が保持リング７１に固定されている。複数の第１の羽根３１および第２の羽根３２は、例えば湾曲した長方形の板状に構成されており、回転主板１の一方の面に、回転軸２０の径方向に延びるようにして固定されている。ここで、径方向に延びるとは、回転主板１に固定された羽根の固定部分の長手方向の一端が、長手方向の他端よりも径方向内側に位置することを指す。また、複数の第１の羽根３１および第２の羽根３２は、回転軸２０を中心として環状に配置されている。

図４および図５に示すように、第２の羽根３２は、羽根車９の回転軸２０を中心とする周方向に等間隔に配置されている。第１の羽根３１は、第２の羽根３２同士の間に１枚配置されている。第２の羽根３２同士の間に配置される第１の羽根３１の枚数は１枚に限られず２枚以上でも良い。第１の羽根３１は、隣接する第１の羽根３１または第２の羽根３２との間隔が等しくなるように配置されている。

羽根車９は、回転主板１の一方の面側だけでなく、他方の面側にも複数の第１の羽根３１および第２の羽根３２が配置されて固定されている（後述の図１２参照）。そして、上記と同様に、第１の羽根３１および第２の羽根３２の回転主板１と反対側の他端が保持リング７１に固定されている。なお、羽根車９は、回転主板１の両面に複数の第１の羽根３１および第２の羽根３２が配置された構成に限らず、図４に示したように回転主板１の一方の面側のみに複数の第１の羽根３１および第２の羽根３２が配置された構成でもよい。

ケーシング８は、羽根車９から吹き出された気流を整流するものである。ケーシング８は、図３に示すように羽根車９が発生させた気流を渦巻状に導くスクロール部８ａと、気流を吐出する吐出口８ｂ１を有する吐出部８ｂと、を備える。スクロール部８ａは、回転軸２０方向の両側から羽根車９を覆う２つの側壁８ａａと、回転軸２０の径方向から羽根車９を囲む周壁８ａｂと、を有する。２つの側壁８ａａのそれぞれには、空気を吸い込むための吸込口８ａ１が形成されている。周壁８ａｂは、羽根車９の周方向に沿って滑らかに湾曲する曲面を構成している。

次に、羽根車９の詳細について説明する。
図６は、実施の形態１に係る送風機１０の羽根車９を回転軸２０に垂直な方向で切断した断面図である。図６には、断面位置Ａ−Ａおよび断面位置Ｂ−Ｂを示している。なお、図６は図５とは異なる軸方向位置で羽根車９を回転軸２０に垂直な方向で切断した断面図である。図７は、図６のＡ−Ａ概略断面図である。図８は、図６のＢ−Ｂ概略断面図である。図９は、図７と図８とを重ねた概念図である。図９は、第１の羽根３１および第２の羽根３２のそれぞれの羽根形状を回転軸２０に沿って回転投影した形状を重ね合わせた子午面断面に相当する。

第１の羽根３１は、図７に示すように、回転軸２０の径方向内側に、回転主板１とは反対側の端部から回転主板１側に向かうに連れて翼弦長が長くなる第１傾斜面３１ａを有する。第１の羽根３１の径方向内側面のうち第１傾斜面３１ａよりも回転主板１側の径方向内側面３１ｂは、翼弦長が一定になるように構成された、回転軸２０に平行な平面となっている。なお、径方向内側面３１ｂは、平面に限られたものではなく、翼弦長が変化するように構成された傾斜面でもよい。以下、第１の羽根３１の第１傾斜面３１ａの回転主板１側の端部３１ａａを境に、軸方向の回転主板１側を吸込下流側、回転主板１と反対側を吸込上流側と定義する。

第２の羽根３２は、図８および図９に示すように吸込下流側の翼弦長が、第１の羽根３１の吸込下流側の翼弦長よりも長い構成を有する。また、第２の羽根３２は、第２の羽根３２の回転軸２０の径方向内側に、回転主板１とは反対側の端部から回転主板１側に向かうに連れて翼弦長が長くなる第２傾斜面３２ａを有する。第２の羽根３２の径方向内側面のうち第２傾斜面３２ａよりも回転主板１側の径方向内側面３２ｂは、翼弦長が一定になるように構成された、回転軸２０に平行な平面となっている。なお、径方向内側面３２ｂは、平面に限られたものではなく、翼弦長が変化するように構成された傾斜面でもよい。

そして、図９に示すように第２の羽根３２の第２傾斜面３２ａと第１の羽根３１の第１傾斜面３１ａとは、子午面断面で見て互いに沿っている。

ここで、「沿っている」についてさらに詳しく説明すると、以下の（１）および（２）の両方を満足する状態を指す。
（１）羽根高さ方向（軸方向）をｚ方向とし、回転主板１のｚ方向の位置を高さ０とするとき、ある羽根高さｚにおける、後述の内径Ｄ１と後述の内径Ｄ２との差であるＤ２−Ｄ１が、内径Ｄ１に対し５％以内である。なお、内径Ｄ１とは、図６に示すように、各第１の羽根３１の径方向内側の端部を同じ羽根高さ位置で繋いだ第１仮想円Ｃａの内径である。第１仮想円Ｃａは、第１の羽根３１の径方向内側の端部を通る回転軸２０を中心とした円である。内径Ｄ２とは、図６に示すように、各第２の羽根３２の径方向内側の端部を同じ羽根高さ位置で繋いだ第２仮想円Ｃｂの内径である。第２仮想円Ｃｂは、第２の羽根３２の径方向内側の端部を通る回転軸２０を中心とした円である。
（２）第１傾斜面３１ａにおける第１仮想円Ｃａの内径変化率と第２傾斜面３２ａにおける第２仮想円Ｃｂの内径変化率とが等しい。なお、内径変化率とは、図９に示すようにある羽根高さをｄｚ、その羽根高さｄｚにおける内径の変化分をｄＤとしたとき、ｄＤ／ｄｚである。

羽根の諸元である羽根枚数、羽根高さ、羽根の入口角および羽根の出口角は、限定するものではなく、送風機の動作点に合わせて自由に設計すればよい。羽根の面形状は、羽根を羽根車９の回転方向後方に凹む凹面を形成することが望ましい。これは、低静圧の動作域における高風量化効果および低騒音化効果が得られるためである。また、回転主板１の回転軸２０近傍、つまり回転主板１の径方向内側には、モータ１３等を室内機２０１の筐体２０１ａ内に高気密に実装するために、羽根高さ方向に凸の凸面を形成してもよいし、しなくてもよい。保持リング７１は、第１の羽根３１および第２の羽根３２の他端側であれば、第１の羽根３１および第２の羽根３２の外周側に設けてもよいし、第１の羽根３１および第２の羽根３２の羽根高さ方向の回転主板１と反対側の端面に設けてもよい。

図１０は、実施の形態１に係る空気調和装置２００の室内機２０１における気流の説明図である。図１１は、実施の形態１に係る送風機１０内の気流の説明図である。図１１の断面位置Ｃ−Ｃは、後述の図１２および図１３にて参照される。
筐体２０１ａ内に流入して室内熱交換器１７を通過した気流ＡＦ１は、２台の送風機１０の間の空間に流入した後、軸方向に互いに逆方向に分離し、各送風機１０の吸込口８ａ１から各送風機１０内に流入する。また、筐体２０１ａ内に流入して室内熱交換器１７を通過後、筐体２０１ａ内の軸方向両端部を通過した気流ＡＦ２は、筐体２０１ａの軸方向両端の内壁に沿って流れた後、各送風機１０の吸込口８ａ１から送風機１０内に流入する。

送風機１０内に流入した気流は、羽根車９にて加速されて、図１１に示すように羽根車９の径方向外側に向かって吹き出される。羽根車９から吹き出された気流は、スクロール部８ａ内を周壁８ａｂに沿って流れ、吐出部８ｂの吐出口８ｂ１から吐出される。ここで、羽根車９から径方向外側に向かって吹き出された気流は、増速気流１１１および増圧気流１１２となって吐出口８ｂ１から吐出される。増速気流１１１とは、羽根車９で加速されて直接吐出口８ｂ１に向かう気流である。増圧気流１１２とは、スクロール部８ａにて速度成分が動圧から静圧に変換されて吐出口８ｂ１に向かう気流である。

図１０に戻り、送風機１０の吐出口８ｂ１から吐出された気流は、筐体２０１ａの吹出口２０１ａｂから室内空間３００へ吐出される。各送風機１０から吐出された気流は、筐体２０１ａ内にて合流後に室内空間３００から吐出されるようにしてもよい。

ここで、送風機１０内に流入する気流は、図１に示すように筐体２０１ａの上面に形成された吸入口２０１ａａからの気流である。このため、送風機１０内に流入する気流は、ケーシング８に形成された吸込口８ａ１の面全体から均一な状態で流入するのではなく、吸込口８ａ１内の上側領域から偏った状態で流入する。つまり、気流は、吸込口８ａ１の周方向に一様ではなく、周方向の一部に偏った状態で吸込口８ａ１からケーシング８内に流入する。このような気流の偏りは、筐体２０１ａの吸入口２０１ａａと送風機１０の吸込口８ａ１との位置関係に起因して生じる他、以下の場合に生じる。すなわち、筐体２０１ａ内に複数の送風機１０が隣接して配置されていて、吸込口８ａ１周囲に十分な空間が無い場合に送風機１０内に流入する気流に偏りが生じる。また、送風機１０の吸込口８ａ１と筐体２０１ａの内壁との距離が近く、送風機１０の吸込口８ａ１周囲に十分な空間が無い場合なども同様に、送風機１０内に流入する気流に偏りが生じる。

実施の形態１の送風機１０は、このような気流の偏りが生じるような配置条件下に配置されても、低騒音化および高風量化を図るために、上記した構成を採用している。

次に、上記した構成の送風機１０における性能改善効果について説明する。
まず、比較例の送風機を、図１の室内機２０１の筐体２０１ａ内に配置した例について説明する。

図１２は、比較例を示す図であって、送風機１０１０による気流を示す、図１１のＣ−Ｃ位置での送風機１０１０の概略断面図である。図１２は特に、筐体２０１ａ内に複数台の送風機１０１０が隣接して配置されていて、送風機１０１０の吸込口８０ａ１周囲に十分な空間が無い配置構成の場合の気流の説明図である。複数台の送風機１０１０は、吸込口８０ａ１同士が対向するようにして軸方向に並んで配置されている。具体的には、隣接する送風機１０１０の吸込口８０ａ１が形成された側壁８０ａａ同士の軸方向の距離Ｌが、吸込口８０ａ１の開口径をＤｉｎとしたとき、２Ｄｉｎ以内となるように配置されている。

このような配置構成では、上述したように、筐体２０１ａの吸入口２０１ａａ（図２参照）からの気流１１０は、吸込口８０ａ１の全体から均一に流入せずに、図１２に示すように周方向の一部（ここでは上側）に偏って流入する。また、比較例の送風機１０１０では、羽根３１０の形状および大きさが全ての羽根３１０で同じ構成を有する。このため、図１２示すように子午面方向に気流を見たとき、羽根車９０内に偏って流入して羽根車９０から偏り方向（上方向）に吹き出す増圧気流１１２は、回転主板１００１からの剥離が大きくなる。したがって、回転主板１とスクロール部８ａの側壁８０ａａとの間に発生する渦流１１３が大きくなり、騒音値が大きくなる。ここで、全ての羽根３１０の羽根全体の翼弦長を一様に延伸すると、翼間の気流の発達により渦流１１３の縮小を図ることはできるが、一方で増速気流１１１の通風を阻害し、風量が低下する。

図１３は、実施の形態１に係る送風機１０による気流を示す、図１１のＣ−Ｃ位置での送風機１０の概略断面図である。図１３は、図１２と同様に、筐体２０１ａ内に複数の送風機１０が隣接して配置されていて、送風機１０の吸込口８ａ１周囲に十分な空間が無い配置構成の場合の気流の説明図である。複数台の送風機１０は、吸込口８ａ１同士が対向するようにして軸方向に並んで配置されている。具体的には、隣接する送風機１０の吸込口８ａ１が形成された側壁８ａａ同士の軸方向の距離Ｌが、吸込口８ａ１の開口径をＤｉｎとしたとき、２Ｄｉｎ以内となるように配置されている。ここで、隣接する送風機１０の各側壁８ａａは、互いに平行で、かつ回転軸２０に直交する方向に延びているものとする。しかし、隣接する送風機１０の各側壁８ａａが互いに平行でない場合等の構造の場合、距離Ｌは、各側壁８ａａにおける吸込口８ａ１形成部分同士の距離を指すものとする。

上述したように、全ての羽根３１０の羽根全体の翼弦長を一様に延伸すると、渦流１１３の縮小を図ることができる一方で風量が低下する。そこで、実施の形態１では、一部の羽根について翼弦長を延伸し、渦流の縮小と風量の向上を図っている。具体的には、第２の羽根３２の翼弦長を、第１の羽根３１の翼弦長よりも長くしている。特に、第２の羽根３２の吸込下流側の翼弦長を、第１の羽根３１の吸込下流側の翼弦長よりも長くしている。これにより、全ての羽根３１０の羽根全体の翼弦長を一様に延伸した場合に比べて、吸込下流側の増速気流１１１の通風を大きく阻害することなく、渦流１１３の発生を抑制できる。

図１３に示すように気流を子午面方向に見たとき、羽根車９内に偏って流入した気流であって、羽根車９から偏り方向（上方向）に吹き出す増圧気流１１２は、第２の羽根３２の吸込下流側の翼弦長が第１の羽根３１の吸込下流側の翼弦長より長いことで発達し、回転主板１からの剥離が小さくなる。増圧気流１１２の回転主板１からの剥離が小さくなることで、渦流１１３が小さくなり、騒音値が低減される。つまり、気流の偏りが生じるような配置条件下に送風機１０が配置されても、第２の羽根３２の作用により、騒音値を低減できる。

また、実施の形態１の構成においては、吸込上流側に関し、第１の羽根３１の第１傾斜面３１ａと第２の羽根３２の第２傾斜面３２ａとが互いに沿っていることで、気流の偏りが生じるような配置条件下に送風機１０が配置されても、高風量化が可能となる。この点について以下に説明する。

ここで、増速気流１１１は、気流の速度成分と圧力成分のうち、速度成分が大きい流れであり、流路が狭くなる時の縮流によるエネルギー損失が大きい。具体的には、エネルギー損失は、流速の２乗に比例する。第１の羽根３１の第１傾斜面３１ａと第２の羽根３２の第２傾斜面３２ａとが互いに沿っていない場合、以下に説明するようにエネルギーの散逸が大きくなる。

２つの羽根の傾斜面同士が沿っていないということは、ある羽根高さ位置における一方の羽根の翼弦長と他方の羽根の翼弦長とに、長短があるということである。よって、羽根車９に流入した気流は、翼弦長が長い方の羽根の傾斜面で第１回の縮流を発生させ、続いて翼弦長が短い方の羽根の傾斜面で第２回の縮流を発生させ、エネルギーの散逸が大きくなる。一方、２つの羽根の傾斜面同士が沿っている場合には、羽根車９に流入した気流により縮流が発生するのは１回のみとなり、エネルギーの散逸を小さくできる。このように第２の羽根３２の第２傾斜面３２ａと第１の羽根３１の第１傾斜面３１ａとが沿っていることで、気流のエネルギー損失を抑えることができる。つまり、羽根車９に流入した気流の阻害を抑制して吹き出すことが可能であり、低騒音化と高風量化の両立が可能である。

図１４は、実施の形態１に係る送風機１０による低騒音化効果を確認した試験結果を示す図である。図１４の横軸は流量係数φ、縦軸は比騒音［ｄＢＡ］である。図１５は、実施の形態１に係る送風機１０による高風量化効果を確認した試験結果を示す図である。図１５の横軸は流量係数φ、縦軸は圧力係数ψである。
図１４より、実施の形態１は、比較例の構成に比べて低騒音化が実現されていることが分かる。また、図１５より、実施の形態１は、比較例の構成に比べて高風量化が実現されていることが分かる。

次に、比距離と流量改善効果との関係について検討する。比距離は、（Ｌ／Ｄｉｎ）×１００により算出される。ＬおよびＤｉｎについては図１３を参照されたい。

図１６は、実施の形態１に係る送風機１０による流量改善効果を確認した試験結果を示す図である。図１６の横軸は比距離である。図１６の縦軸は流量改善効果［％］であって、ある圧力における比較例の構成の最大流量改善効果に対する、実施の形態１の構成の流量改善効果の比率である。流量改善効果［％］は、具体的には送風機１０からの吹出流量を用いて算出している。流量改善効果が０％のとき、実施の形態１の構成の流量改善効果が、比較例の構成における最大性能改善効果と同じであることを示す。

図１６に示すように、比距離を７５％から２００％とすることで、言い換えれば、０．７５Ｄｉｎ＜Ｌ＜２Ｄｉｎとすることで、比較例よりも３０％以上増の十分な流量改善効果を得ることができる。

なお、比距離が比較的大きい場合には、比較例の構成においても、気流の偏流に起因する渦流が小さくなる。このため、比較例に対する実施の形態の構成の渦流低減効果は低下する。よって、比距離が２００％を超えると、流量改善効果が３０％を切った結果となっている。また、比距離が比較的小さい場合には、送風機１０からの吹出流量が低下する。このため、比距離が小さくなるに連れて流量改善効果は低下し、０％に漸近する。比距離が７５％未満となると、流量改善効果が３０％を切った結果となっている。

なお、図１３〜図１６では、筐体２０１ａ内に複数（ここでは２台）の送風機１０が隣接して配置されていて、送風機１０の吸込口８ａ１周囲に十分な空間が無い場合の流量改善効果について説明した。次の図１７および図１８では、送風機１０の吸込口８ａ１と筐体２０１ａの内壁との距離が近く、送風機１０の吸込口８ａ１周囲に十分な空間が無い場合に、十分な流量改善効果が得られる比距離について検討する。

図１７は、実施の形態１に係る送風機１０による気流を示す、図１１のＣ−Ｃ位置での送風機１０および送風機１０に隣接する筐体２０１ａの内壁２４の概略断面図である。図１７は特に、送風機１０の吸込口と筐体２０１ａの内壁との距離が近く、送風機１０の吸込口８ａ１周囲に十分な空間が無い場合の気流の説明図である。図１８は、図１７の配置構成の場合における流量改善効果を確認した試験結果を示す図である。図１８の横軸は比距離Ｌ０／Ｄｉｎ×１００を示している。Ｌ０は、送風機１０の吸込口８ａ１が形成された側壁８ａａと筐体２０１ａの内壁２４との軸方向の距離である。Ｄｉｎは、吸込口８ａ１の開口径である。図１８の縦軸は流量改善効果［％］であって、ある圧力における比較例の構成の最大流量改善効果に対する、実施の形態１の構成の流量改善効果の比率である。流量改善効果が０％のとき、実施の形態１の構成の流量改善効果が、比較例の構成における最大性能改善効果と同じであることを示す。

この構成では、比距離を３７％から１００％とすることで、言い換えれば、０．３７Ｄｉｎ＜Ｌ＜Ｄｉｎとすることで、比較例よりも３０％以上増の十分な流量改善効果を得ることができる。

以上説明したように実施の形態１の送風機１０は、羽根車９を備えている。羽根車９は、回転軸２０を中心として回転する回転主板１と、回転主板１の一方の面に、回転軸２０の径方向に延びるように一端が固定された第１の羽根３１と、回転主板１の一方の面に、回転軸２０の径方向に延びるように一端が固定された第２の羽根３２と、を備える。第１の羽根３１は、第１の羽根３１の回転軸２０の径方向内側に、回転主板１とは反対側の端部から回転主板１側に向かうに連れて翼弦長が長くなる第１傾斜面３１ａを有する。第２の羽根３２は、第２の羽根３２の回転軸２０の径方向内側に、回転主板１とは反対側の端部から回転主板１側に向かうに連れて翼弦長が長くなる第２傾斜面３２ａを有する。ここで、第１の羽根３１の第１傾斜面３１ａの回転主板１側の端部３１ａａを境に、回転軸２０の軸方向の回転主板１側を吸込下流側、回転主板１と反対側を吸込上流側と定義する。この定義を用いると、第２の羽根３２の吸込下流側の翼弦長は、第１の羽根３１の吸込下流側の翼弦長よりも長い。かつ、吸込上流側において第１の羽根３１の第１傾斜面３１ａと第２の羽根３２の第２傾斜面３２ａとが、第１の羽根３１および第２の羽根３２を子午面断面で見て互いに沿っている。

このように、吸込下流側の翼弦長が第１の羽根３１よりも長い第２の羽根３２を備えたので、吸込下流側の気流を大きく阻害することなく気流を発達させて渦流の発生を抑制でき、低騒音化を実現できる。また、吸込上流側において、第２の羽根３２の第２傾斜面３２ａと第１の羽根３１の第１傾斜面３１ａとが互いに沿っているので、羽根車９に流入した気流の阻害を抑制して吹き出すことが可能であり、高風量化を実現できる。

実施の形態１の空気調和装置２００は、送風機１０を複数台備える。複数台の送風機１０は、送風機１０の吸込口８ａ１同士が対向するようにして軸方向に離間して並んで配置されている。送風機１０の吸込口８ａ１の開口径をＤｉｎ、隣接する送風機１０の吸込口８ａ１が形成された側壁８ａａ同士の軸方向の距離をＬとしたとき、０．７５Ｄｉｎ＜Ｌ＜２Ｄｉｎが成り立つ。
また、実施の形態１の空気調和装置２００は、送風機１０の吸込口８ａ１が形成された側壁８ａａと吸込口８ａ１に対向する筐体２０１ａの内壁２４との軸方向の距離をＬ０としたとき、０．３７Ｄｉｎ＜Ｌ０＜Ｄｉｎが成り立つ。

これにより、十分な流量改善効果を得ることができる。

実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１の第１の羽根３１および第２の羽根３２に関して言及したものである。その他の構成は実施の形態１と同様である。以下、実施の形態２が実施の形態１と異なる構成を中心に説明するものとし、実施の形態２で説明されていない構成は実施の形態１と同様である。

図１９は、実施の形態２に係る羽根車９Ａを回転軸２０に垂直な方向で切断した断面図である。図２０は、実施の形態２に係る羽根車９Ａの第１の羽根３１および第２の羽根３２のそれぞれの羽根形状を回転軸２０に沿って回転投影した形状を重ね合わせた子午面断面を示す図である。
実施の形態２に係る羽根車９Ａは、以下の（１）および（２）の構成を有する。

（１）羽根車９Ａの外径Ｄ０に対する第１仮想円Ｃａの内径Ｄ１の比率である内外径比率（Ｄ１／Ｄ０）×１００と、羽根車９の外径Ｄ０に対する第２仮想円Ｃｂの内径Ｄ２の比率である内外径比率（Ｄ２／Ｄ０）×１００とが、共に６５％より大きい。（１）の構成は、図１９を用いて説明すると、第１仮想円Ｃａおよび第２仮想円Ｃｂが、「０．６５Ｄ０」の点線円よりも径方向外側に位置する構成であることを意味する。また、（１）の構成は、図２０を用いて説明すると、「０．６５Ｄ０」の点線よりも回転軸２０から離れる側に、第１の羽根３１および第２の羽根３２のそれぞれの径方向内側面が位置することを意味する。

（２）第２仮想円Ｃｂの内外径比率（Ｄ２／Ｄ０）×１００が、吸込下流側において８０％より小さい。（２）の構成は、図２０を用いて説明すると、第２の羽根３２の吸込下流側の径方向内側面３２ｂが、「０．８Ｄ０」の点線よりも回転軸２０側に位置することを意味する。

図２１は、実施の形態２に係る羽根車９Ａを備えた送風機１０の性能改善効果を確認した試験結果を示す図である。図２１には、Ｄ２＜Ｄ１かつ第１仮想円Ｃａの内外径比率（Ｄ１／Ｄ０）×１００＞６５％の条件で整理した性能改善効果を示している。性能改善効果は、ファン効率比のグラフで示している。図２１の横軸は第２仮想円Ｃｂの内外径比率（Ｄ２／Ｄ０）×１００、縦軸は比較例の構成の最大ファン効率に対する実施の形態２の構成のファン効率の比である。縦軸が０％のとき、実施の形態２の構成のファン効率が、比較例の構成における最大ファン効率と同じであることを示す。

図２１に示すように、性能改善効果を示すグラフは上に凸のグラフとなり、第２仮想円Ｃｂの内外径比率が６５％より大きく、８０％より小さい範囲で、高い性能改善効果が得られている。なお、図２１のグラフにおいてピークとなる第２仮想円Ｃｂの内外径比率は、送風機１０の風量−静圧の動作点変更により変化するものの、６５％より大きく、８０％より小さい範囲に収まる。

なお、図２１において、第２仮想円Ｃｂの内外径比率が６５％から５０％に近づくに連れ、ファン効率比が低下している。これは、第２の羽根３２の翼弦長が適正な翼弦長よりも長すぎることで、増速気流１１１の風量低下による性能ロスが生じることに因る。また、第２仮想円Ｃｂの内外径比率が８０％から９０％に近づくに連れ、ファン効率比が低下している。これは、第２の羽根３２の翼弦長が適正な翼弦長よりも短かすぎることで、増圧気流１１２の渦流１１３による性能ロスが生じることに因る。

以上、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、以下の効果が得られる。すなわち、上記（１）および（２）の構成を有することで、送風機１０の性能が向上し、同等入力当たりの風量が向上する。

実施の形態３．
実施の形態３は、実施の形態１および実施の形態２の第２の羽根３２について言及したものである。その他の構成は実施の形態１および実施の形態２と同様である。以下、実施の形態３が実施の形態１および実施の形態２と異なる構成を中心に説明するものとし、実施の形態３で説明されていない構成は実施の形態１および実施の形態２と同様である。

図２２は、実施の形態３に係る羽根車９Ｂを回転軸２０に垂直な方向で切断した断面図であって、断面位置Ｄ−Ｄおよび断面位置Ｅ−Ｅを表す図である。図２３は、実施の形態３に係る羽根車９Ｂの第１の羽根３１と第２の羽根３２との間の気流を示す概念図である。図２４は、実施の形態３に係る羽根車９Ｂの第１の羽根３１および第２の羽根３２の形状を比較して示す図で、図２２のＤ−Ｄ断面図とＥ−Ｅ断面図とを重ねて気流を示した概念図である。

実施の形態３に係る羽根車９Ｂは、以下の関係を有する。図２３に示すように第１仮想円Ｃａの内径Ｄ１と第２仮想円Ｃｂの内径Ｄ２との差の半分である（Ｄ１−Ｄ２）／２が、隣接する第２の羽根３２間の第２仮想円Ｃｂ上の距離π（Ｄ２）／（ｎ２）よりも短い。ｎ２は、第２の羽根３２の枚数である。なお、π（Ｄ２）／（ｎ２）は、ここでは羽根の厚みは無視して算出されたものである。第１仮想円Ｃａの内径Ｄ１および第２仮想円Ｃｂの内径Ｄ２は羽根高さ位置によって異なるが、上記の関係は、吸込上流側はもとより、第２の羽根３２の翼弦長を第１の羽根３１の翼弦長よりも長くした、吸込下流側の羽根高さ位置において成り立つ。

ここで、配管内に流体が流れる状態を想定すると、配管の長さが長くなるに連れて、配管の内周面に流れる乱流の境界層の発達が促進され、騒音を招く。この関係を、π（Ｄ２）／（ｎ２）と（Ｄ１−Ｄ２）／２とを用いた関係に置き換えて想定する。この場合、直径がπ（Ｄ２）／（ｎ２）、配管の長さが（Ｄ１−Ｄ２）／２の配管が想定され、（Ｄ１−Ｄ２）／２の長さが長くなるに連れ、第２の羽根３２の翼面４２における乱流の境界層の発達が促進されることになる。

そこで、実施の形態３では、（Ｄ１−Ｄ２）／２をπ（Ｄ２）／（ｎ２）よりも短くすることで、第２の羽根３２の翼面４２における乱流の境界層５０の発達を抑制する。図２３には、第２の羽根３２の翼面４２における乱流の境界層５０の発達が、第１の羽根３１の翼面４１によって抑制されていることが示されている。図２３の符号５１は、乱流の境界層５０の発達が抑制された部分を示している。乱流の境界層５０の発達が抑制されることで、低騒音化が可能となる。なお、上記では、（Ｄ１−Ｄ２）／２がπ（Ｄ２）／（ｎ２）よりも短いとしたが、この関係は０＜（Ｄ１−Ｄ２）＜２π（Ｄ２）／（ｎ２）と表現できる。つまり、０＜（Ｄ１−Ｄ２）＜２π（Ｄ２）／（ｎ２）が成り立つことで、低騒音化が可能となる。

図２４において第２の羽根の吸込上流側を通過する気流６２は、吸込下流側を通過する気流６１に比べて、回転軸２０を通る断面である子午面断面でみて軸方向の速度成分が大きい。このため、気流６２は、気流６１に比べて、隣接する各第２の羽根３２の翼面間に流入してから第１の羽根３１の翼面４１に到達するまでの到達距離が長い。図２４において太線で示した部分の長さが、各気流の到達距離を示している。この到達距離が羽根間距離に対して長くなるほど、乱流の境界層５０の発達が促進されて騒音を招く。

しかし、第２の羽根３２は、吸込上流側に第２傾斜面３２ａを有しているので、傾斜面を備えずに吸込上流側の翼弦長を吸込下流側の翼弦長と同じ長さとした場合と比較して、気流が第２の羽根３２の翼面間に流入してから第１の羽根３１の翼面４１に到達するまでの到達距離の短尺化が図られている。さらに、本実施の形態３の羽根車９Ｂは、以下に説明する関係を有する。

Δ＝（Ｄ１−Ｄ２）／（２π（Ｄ２）／（ｎ２））と定義すると、吸込下流側の羽根高さ位置のΔであるΔ１と、吸込上流側の羽根高さ位置のΔであるΔ２とが、Δ１＞Δ２の関係を有する。この関係を有することで、吸込上流側の境界層の発達がより抑制され、高い低騒音化効果を得ることができる。

なお、第１の羽根３１の枚数をｎ１として、特にπ（Ｄ２）／（ｎ２）＞π（Ｄ１＋Ｄ２）／｛２（ｎ１＋ｎ２）｝とすることで、第２の羽根３２による特に増速気流１１１の送風量の低減を抑制でき、高風量化が可能となる。この不等式の左辺は、隣接する第２の羽根３２間の第２仮想円Ｃｂ上の距離に相当する。この不等式の右辺は、第１の羽根３１と第２の羽根３２を区別せずに、隣接する羽根同士の周方向の各距離の平均を取った値に相当する。

つまり、π（Ｄ２）／（ｎ２）＞π（Ｄ１＋Ｄ２）／｛２（ｎ１＋ｎ２）｝とすることで、気流が第２の羽根３２の翼面４２間に流入して径方向外側に向かって吹き出される流れにおいて、いわば気流の流入口となる上流側の流路断面積を、下流側の流路断面積よりも広く確保できる。これにより、上流側の流路断面積を下流側の流路断面積よりも狭くした逆の構成の場合に生じる気流流入時の圧力損失を避けることができ、増速気流１１１の送風量の低減を抑制できて高風量化が可能となる。

なお、上記実施の形態１〜３では、羽根車が第１の羽根３１と第２の羽根３２とを有する構成を説明したが、第２の羽根３２よりも全体的に翼弦長が小さければ、第１の羽根３１と翼弦長が異なる第３の羽根３３を設けてもよい。

また、上記実施の形態１〜３では、送風機１０が室内機２０１に搭載されるものとして説明したが、室外機２０２に搭載されてもよい。この場合も同様の効果が得られる。

１ 回転主板、８ ケーシング、８ａ スクロール部、８ａ１ 吸込口、８ａａ 側壁、８ａｂ 周壁、８ｂ 吐出部、８ｂ１ 吐出口、９ 羽根車、９Ａ 羽根車、９Ｂ 羽根車、１０ 送風機、１３ モータ、１７ 室内熱交換器、２０ 回転軸、２４ 内壁、３１ 第１の羽根、３１ａ 第１傾斜面、３１ａａ 端部、３１ｂ 径方向内側面、３２ 第２の羽根、３２ａ 第２傾斜面、３２ｂ 径方向内側面、３３ 第３の羽根、４１ 翼面、４２ 翼面、５０ 境界層、６１ 気流、６２ 気流、７１ 保持リング、８０ａ１ 吸込口、８０ａａ 側壁、９０ 羽根車、１００ 圧縮機、１０１ 四方弁、１０２ 室外熱交換器、１０３ 減圧装置、１０４ 送風機、１１０ 気流、１１１ 増速気流、１１２ 増圧気流、１１３ 渦流、２００ 空気調和装置、２０１ 室内機、２０１ａ 筐体、２０１ａａ 吸入口、２０１ａｂ 吹出口、２０２ 室外機、２０２ａ 筐体、３００ 室内空間、３０１ 屋外空間、３１０ 羽根、４００ 冷媒配管、１００１ 回転主板、１０１０ 送風機。

Claims (8)

1. 羽根車を備えた送風機であって、
   前記羽根車は、
   回転軸を中心として回転する回転主板と、
   前記回転主板の一方の面に、前記回転軸の径方向に延びるように一端が固定された第１の羽根と、
   前記回転主板の一方の面に、前記回転軸の径方向に延びるように一端が固定された第２の羽根と、を備え、
   前記第１の羽根は、前記第１の羽根の前記回転軸の径方向内側に、前記回転主板とは反対側の端部から前記回転主板側に向かうに連れて翼弦長が長くなる第１傾斜面を有し、
   前記第２の羽根は、前記第２の羽根の前記回転軸の径方向内側に、前記回転主板とは反対側の端部から前記回転主板側に向かうに連れて翼弦長が長くなる第２傾斜面を有し、
   前記第１の羽根の前記第１傾斜面の前記回転主板側の端部を境に、前記回転軸の軸方向の前記回転主板側を吸込下流側、前記回転主板と反対側を吸込上流側と定義するとき、
   前記第２の羽根の前記吸込下流側の翼弦長は、前記第１の羽根の前記吸込下流側の翼弦長よりも長く、かつ、前記吸込上流側において前記第１の羽根の前記第１傾斜面と前記第２の羽根の前記第２傾斜面とが、前記第１の羽根および前記第２の羽根を前記羽根車の子午面断面で見て互いに沿っており、前記第２傾斜面の前記回転主板側の端部が前記第１傾斜面の前記回転主板側の端部よりも前記回転主板側に位置している送風機。
2. 前記羽根車は、前記羽根車の外径をＤ０、前記第１の羽根の前記径方向内側の端部を通る前記回転軸を中心とした仮想円の内径をＤ１、前記第２の羽根の前記径方向内側の端部を通る前記回転軸を中心とした仮想円の内径をＤ２としたとき、
   （Ｄ１／Ｄ０）×１００および（Ｄ２／Ｄ０）×１００が共に６５％より大きく、かつ、前記吸込下流側において（Ｄ２／Ｄ０）×１００が８０％より小さい請求項１記載の送風機。
3. 前記第１の羽根の前記径方向内側の端部を通る前記回転軸を中心とした仮想円の内径をＤ１、前記第２の羽根の前記径方向内側の端部を通る前記回転軸を中心とした仮想円の内径をＤ２、前記第２の羽根の枚数をｎ２としたとき、前記吸込下流側において、
   ０＜（Ｄ１−Ｄ２）＜２π（Ｄ２）／（ｎ２）が成り立つ請求項１または請求項２記載の送風機。
4. （Ｄ１−Ｄ２）／（２π（Ｄ２）／（ｎ２））とΔと定義したとき、前記吸込下流側の羽根高さ位置のΔであるΔ１と、前記吸込上流側の羽根高さ位置のΔであるΔ２とが、Δ１＞Δ２の関係を有する請求項３記載の送風機。
5. 前記第１の羽根の枚数をｎ１としたとき、
   （Ｄ２）／（ｎ２）＞（Ｄ１＋Ｄ２）／｛２（ｎ１＋ｎ２）｝が成り立つ請求項３または請求項４記載の送風機。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の送風機と、
   前記送風機を収容する筐体と、を備えた空気調和装置。
7. 前記送風機を複数台備え、
   複数台の前記送風機は、前記送風機の吸込口同士が対向するようにして前記軸方向に離間して並んで配置されており、
   前記送風機の前記吸込口の開口径をＤｉｎとし、隣接する前記送風機の前記吸込口が形成された側壁同士の前記軸方向の距離をＬとしたとき、
   ０．７５Ｄｉｎ＜Ｌ＜２Ｄｉｎが成り立つ請求項６記載の空気調和装置。
8. 前記送風機の吸込口が形成された側壁と前記吸込口に対向する前記筐体の内壁との前記軸方向の距離をＬ０としたとき、
   ０．３７Ｄｉｎ＜Ｌ０＜Ｄｉｎが成り立つ請求項６記載の空気調和装置。

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