JPWO2009139422A1

JPWO2009139422A1 - 遠心送風機

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Publication number: JPWO2009139422A1
Application number: JP2010512006A
Authority: JP
Inventors: 真吾大山
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2011-09-22
Also published as: US20110023526A1; AU2009247219A1; CN101990604A; KR20100134011A; EP2275689A1; WO2009139422A1

Abstract

遠心送風機１は、三次元形状の複数のブレード４４と、複数のブレード４４を周方向に所定の間隔をおいて各ブレード４４のスパン方向の一端面を固定する主板４３と、各ブレード４４のスパン方向の他端面に設けられたリング状の側板４５と、主板４３を介してブレード４４を回転させるモータ４１とを備える。各ブレード４４の主板４３側の後縁４４ｂの径方向の長さは、各ブレード４４の側板４５側の後縁４４ｂの径方向の長さよりも長く設定される。

Description

本願発明は、遠心送風機に関し、詳しくは遠心送風機の羽根車の羽根の構造に関する。

一般に、ターボファン等の遠心送風機では騒音の問題が大きいとう問題があるため、騒音を低減することが課題である。したがって、これまでにも上記遠心送風機において、その送風音を低減するため、さまざまな技術の開発が行われてきている。送風音を低減させるための一般的な設計手法としては、ファン羽根車の外径の大型化が挙げられる。

一定の風量を得ると仮定した場合、ファン羽根車の外径を大型化することによってファン羽根車の回転数が下げられる。それにより、ファン羽根車から吹出される気流の流速が低減される。送風音は流速の６乗に比例する。

しかしながら、単純にファン羽根車の外径を大型化すると、機内通路を含めた送風機全体が大型化する。また、それに伴う送風機の製造コストの増加、さらには翼形状の他のパラメータ（入口角・出口角）や機内レイアウトの見直しなどが必要になる。

そこで、例えば厚い羽根（ブレード）、すなわちエアフォイル翼を採用することにより、羽根周りの気流の剥離を低減し、可能な限り低コストで低騒音化を図るようにしたものがある（例えば特許文献１を参照）。

しかしながら、羽根として単にエアフォイル翼を採用しただけでは、羽根の表面全体の気流の剥離を解消することができるわけではない。羽根の後縁で生じる後流渦によって引き起こされる騒音は有効に低減されない。また、羽根のスパン方向において、吹出気流の流速が異なる。つまり、主板と側板との間に、気流の不均一な速度分布が現れる。

そこで、さらに羽根全体の表面にディンプルやセレーションを設ける静音化技術も提案されている（例えば特許文献２を参照）。このような構成によると、さらに気流の剥離を抑制することができるとともに、剥離による乱れの細分化を図ることができ、さらに後流渦の発達を抑制することができる。その結果、後流渦に起因する騒音が低減される。

しかしながら、このような構成によっても、やはり羽根のスパン方向における上記羽根の主板側の部分および羽根の側板側の部分で吹出気流の不均一な速度分布が生じること、及び後流渦の発生を抑制することができない。従って、同後流渦の影響に起因する騒音を有効に防止することはできない。また、同構成の場合、翼表面への加工・型抜きなどの製造工程が複雑化するデメリットが生じる。

一方、上記のような羽根車の吹出口における気流の速度分布を改善するための種々の技術が存在する。羽根の側板側の部分を切り欠いて短翼化させることで、羽根の側板側の部分における気流の剥離を抑え、それにより羽根車の吹出口における速度分布を均一化するようにしたものがある（特許文献３を参照）。

しかしながら、この技術では羽根の側板側の部分に切り欠きを形成しているために、この羽根の長さが切り欠きのない羽根と比較して相対的に短くなってしまう。そのため、羽根が気流に与える仕事量が少なくなってしまう。

また、同特許文献３中に記載されているような、羽根幅が外形に対して十分に小さい遠心送風機では、上記技術は有効である。即ち、羽根を切り欠くことにより、吸込み気流が羽根の側板側の近傍で剥離するのを防ぎ、その気流を羽根の側板側の近傍に沿って流れるようにすることができる。しかしながら、通常の遠心送風機のように羽根幅が十分に広い場合、つまり側板側の剥離が及ぼす影響が支配的でない場合には、上記技術は必ずしも有効ではない。

また、羽根の側板側の近傍が切り取られていると、羽根の側板側の部分を通過する気流が羽根の主板側の角部と干渉する。その結果、離散的に突出した周波数を有する騒音が新たに発生する可能性もある。

また、羽根が主板及び側板に対して直交するように配置される場合において、羽根の主板側の端面から羽根の側板側の端面にかけて羽根の肉厚を変化させる技術もある。それにより、羽根の吹出口における風速分布の変動が抑えられる。さらに、その場合、羽根車の吹出口（羽根の外周側端面）において、羽根車の主板側の外径と羽根車の側板側の外径とを同一とせず、羽根の形状を主板に近づくに従って相似的に拡大するものもある（例えば特許文献４を参照）。それによって、翼後流における流れの速度変動が抑えられる。

しかしながら、同構成では、羽根車の吹出口において、羽根車の主板側の外径／羽根車の側板側の外径の比が１．２から１．６に設定される。そのため、羽根の拡大による延長量が少ない場合、騒音低減効果が得られず、逆にその延長量が大きすぎる場合、流量特性が悪くなる。

その結果、少なくとも羽根車の主板側の外径が側板側の外径に対して２割も拡大されることなる。これではファン径を単に拡大させて、単純にファンを大型化させる技術に対する優位性が得られない。そもそも２割以上も大型化することは、従来の問題点である小型・低騒音化の課題を全く解決することができない。

他方、主板から側板に亘って捩れながらファンの回転軸方向に延びる三次元形状の羽根を採用した羽根車も提案されている（例えば特許文献２を参照）。
このような三次元形状の羽根を採用した羽根車によると、上述のような二次元形状の羽根を採用したものと比較して、羽根の表面における負荷分布および羽根の間を通過する気流の圧力変動が改善される。

今、三次元形状の羽根を採用した遠心送風機および同遠心送風機を採用する空気調和装置の構成について図２５〜図３２を参照して説明する。
先ず図２５は、羽根車を有する遠心送風機を採用した空気調和装置１を示す。この空気調和装置１は、天井埋込型の空気調和装置であり、内部に各種部品を収納するケーシング２と、そのケーシング２の下側に配置された化粧パネル３とを備えている。より具体的には、空気調和装置１のケーシング２は、空調室の天井Ｕに形成された開口内に挿入され、化粧パネル３が天井Ｕに沿うように配置されている。

ケーシング２は下方に開口を有する箱状体であり、その平面視において、長辺と短辺とが交互に配置された略８角形状を有する。ケーシング２は、長辺と短辺とが交互に形成された略８角形状の天板２１と、該天板２１の周縁から下方に延びる側壁板２２とを有している。

化粧パネル３は、平面視において略４角形状の板体である。化粧パネル３は、その略中央に位置し空調室内の空気を吸入する空気吸入口３１と、各四辺に対応するように形成され、ケーシング２内から空調室内に空気を吹き出す複数個の空気吹出口３２とを有している。そして、この化粧パネル３の各辺は、上記ケーシング２の天板２１の各長辺にそれぞれ対応するように配置されている。

各空気吸入口３１は、略正方形状の開口である。他方、上記各空気吹出口３２は、それぞれ化粧パネル３の各辺に沿う方向に沿って延びる長方形状の開口である。また、空気吸入口３１には、空気吸入グリル３３と、空気吸入口３１から吸入された空気中の塵埃を除去するためのフィルタ３４とが設けられている。

さらに、各空気吹出口３２には、同空気吹出口３２の長手方向に沿って延びる軸の周りに揺動可能な水平フラップ３５が設けられている。水平フラップ３５は、各空気吹出口３２の長手方向に延びる長方形状の羽根部材である。また、各水平フラップ３５は、その長手方向の両端部に設けられた軸支ピンをモータ（図示せず）によって回転駆動させることにより、空気吹出口３２から空調室内に向かって吹き出される空気の風向を変更する。

ケーシング２の内部には、主に化粧パネル３の空気吸入口３１を通じて空調室内の空気をケーシング２内に吸入して外周方向に吹き出す送風機４と、該送風機４の外周を囲むように配置された熱交換器６とが配置されている。

送風機４は、本願発明が対象とする遠心送風機の一例としてのターボファンである。送風機４は、上記ケーシング２の天板２１の中央に下方に向けて設けられたファンモータ（羽根車駆動手段）４１と、このファンモータ４１のシャフト（回転軸）４１ａに連結されて回転される羽根車４２とを含む。

熱交換器６は、上記送風機４の外周を囲むように略方形に曲げて形成されたクロスフィンチューブ型の熱交換器であり、屋外に設置された室外ユニット（図示せず）に冷媒配管を介して接続されている。この熱交換器６は、冷房運転時には蒸発器として、また暖房運転時には凝縮器として機能する。これにより、同熱交換器６は、上記送風機４によって上記空気吸入口３１を通じて上記ケーシング２内に吸入された空気と熱交換を行って、冷房運転時には空気を冷却する一方、暖房運転時には空気を加熱する。

熱交換器６の下部には、同熱交換器６の表面において空気中の水分が凝縮されて生じるドレン水を受けるためのドレンパン７が配置されている。このドレンパン７は、上記ケーシング２の下部に装着されている。このドレンパン７は、さらに上記化粧パネル３の空気吸入口３１に連通するように形成された空気吸入孔部７１と、化粧パネル３の空気吹出口３２に対応するように形成された空気吹出孔部７２と、上記熱交換器６の下部を覆うように形成されたドレン水を受けるドレン水受け溝７３とを有する。

また、上記ドレンパン７の空気吸入孔部７１には、上記化粧パネル３の空気吸入口３１から吸入される空気を上記送風機４の羽根車４２へ案内するためのベルマウス５が配置されている。

次に、上記遠心送風機４の羽根車４２の構造について、図２６及び図２７を用いて具体的に説明する。ここで、図２６は、同羽根車４２の外観斜視図である。また図２７は、同図３の羽根車４２の側面図である。

この羽根車４２は、主として、円板状の主板４３、その主板４３から間隔を置いて配置された環状の側板４５、及び主板４３と側板４５との間に配置された複数のブレード４４からなる。主板４３は、上述したファンモータ４１のシャフト４１ａに連結されている。複数のブレード４４は、ファンモータ４１のシャフト４１ａを中心軸として、所定の角度で主板４３に沿って配置されている。

主板４３は、樹脂製の部材である。主板４３の中央部には、略円錐台形状の凸部４３ａが上記空気吸入口３１側に向かって突出するように形成されている。また、この主板４３の下面には、上記主板４３との間に所定の間隔をおいて配置され、かつ冷却用空気孔を覆う主板カバー４６が固定されている。この主板カバー４６の主板４３と対向する面には、放射状に延びる複数の案内羽根４６ａが設けられている。これにより、羽根車４２の外方に吹き出された空気の一部は、上記主板４３とケーシング２との間の空間の静圧と、上記主板４３と側板４５との間の空間の静圧との間の圧力差によって、主板４３の周りを流れる。詳しくは、吹き出された空気の一部は、ファンモータ４１の近傍を通過してファンモータ４１を冷却する。その後、その空気は、主板４３の冷却用空気孔及び主板カバー４６の案内羽根４６ａを介して、再び上記羽根車４２の内部の空間に吹き出される。

側板４５は、その外周から中央の開口に向かうにつれて次第に小さくなる径を有する。また、側板４５は、上記空気吸入口３１に向かって突出するベル形状の樹脂製部材である。

次に、上記羽根車４２の各ブレード４４の構造について、図２８〜図３２を参照して詳しく説明する。ここで、図２８は、同ブレード４４を左後方から見た斜視図である。また、図２９は、同図２８のブレード４４を上から見た投影図である。図３０は、同図２８のブレード４４に複数の切断線３１Ａ−３１Ａ〜３１Ｅ−３１Ｅを入れた側面図である。図３１（ａ）〜図３１（ｅ）は、それぞれ同図３０の３１Ａ−３１Ａ線〜３１Ｅ−３１Ｅ線に沿った断面図である。図３２は、同ブレード４４の作用を示す説明図である。

上記各ブレード４４は、上述した主板４３及び側板４５とは別々に成形された樹脂製の部材である。各ブレード４４の一端面が主板４３に対して固定され、各ブレード４４の他端面が側板４５に対して固定されている。そして、各ブレード４４は、上記羽根車４２の側面視において、図２８に示すように上記側板４５側の端部が主板４３側の端部よりも後ろに傾いている。また、各ブレード４４は、図２９に示すように、これらの端部同士が相互に略Ｘ字状に交差するように形成されている。つまり、このブレード４４は、上記主板４３と側板４５との間で捩れながら回転軸と平行に延びる三次元形状を有している。

この三次元翼であるブレード４４の回転方向前側の端部、すなわち前縁４４ａは、主板４３側の端部から側板４５側の所定位置まで、略同じ半径を有するように延びている。一方、ブレード４４は、側板４５側の所定位置から側板４５までは、次第に半径が小さくなるように外方に後退した傾斜縁を有する。他方、同ブレード４４の回転方向Ｒと反対方向の端部、すなわち後縁４４ｂは、その主板４３側の位置と側板４５側の位置とを回転と平行に延びる直線で結んだ形状を有する。

上記構成によれば、上述した特許文献１，３，４のような平面的に描かれた翼素を基礎に作られたブレード形状と比較して、ブレード４４の表面における負荷分布及びブレード４４間を通過する気流の圧力変動が大きく改善される。したがって、少なくとも気流の圧力変動に起因する騒音は有効に低減される。

しかしながら、ブレード４４の後縁４４ｂが、その主板４３と側板４５との間において両端を直線で結んだ形状を有するため、依然として後流渦の影響に起因する騒音が生じるという問題がある。図３２に示されるように、ブレード４４の側板４５の近傍から吸込まれた空気流の内、側板４５のアール面に沿って流れる気流F₂は少ない。これに対して、側板４５の中央から吸込まれた流量の多い本来の主流F₁は、その流速ベクトルの関係から主板４３付近に偏って流れる。従って、ブレード４４の出口部分における吹出気流の風速分布は、ブレード４４のスパン方向において均一ではない。また、ブレード４４の後縁４４ｂ下流に発生する後流渦を抑制することはできない。その結果、依然として後流渦の影響に起因する騒音が生じる問題がある。
特開２００２−３３９８９７号公報特開２００５−１５５５１０号公報特開平５−６００９６号公報特開２００１−１３２６８７号公報

本発明の目的は、遠心送風機に用いられる三次元形状の羽根に関し、一層の低騒音化を可能とした遠心送風機を提供することにある。
上記の課題を解決するため、本発明の一態様によれば、三次元形状の複数の羽根と、該複数の羽根を周方向に所定の間隔をおいて各羽根のスパン方向の一端面を固定する主板と、前記各羽根のスパン方向の他端面に設けられたリング状の側板と、前記主板を介して前記羽根を回転させる羽根駆動手段とを備える遠心送風機であって、前記各羽根の前記主板側の外周端部の径方向の長さは、各羽根の側板側の外周端部の径方向の長さよりも長く設定される遠心送風機が提供される。

このような構成によれば、羽根の主板側の部分に偏って流れる気流の主流部分の速度分布が大きく改善される。そのため、送風機の静圧−流量特性が全流量域で向上し、送風量がアップする。また、送風機の比騒音特性も大幅に改善され、三次元形状の羽根主板側の翼後縁に発生する後流渦の影響を相対的に低減することができる。その結果、同後流渦に起因する騒音が有効に低減される。

前記各羽根の前記主板側の外周端部の径方向の長さを、各羽根の側板側の外周端部の径方向の長さよりも長く設定することにより、前記各羽根を通過する気流が、前記羽根の主板側の部分で有効にその羽根から仕事を受けられ、かつ前記各羽根のスパン方向における気流の速度が前記各羽根の前記主板側の部分で有効に発達させることが好ましい。

上記各羽根の前記主板側の外周端部の径方向の長さは、同羽根の後縁を気流後方に向かって延長することにより、前記各羽根の前記側板側の外周端部の径方向の長さよりも長く形成されていることが好ましい。

このように、羽根の後縁を空気流後方に延長することによって、羽根の主板側の部分に偏って流れる気流の主流部分の速度分布が大きく改善される。そのため、送風機の静圧−流量特性が全流量域で向上し、送風量がアップする。また、送風機の比騒音特性も大幅に改善され、三次元形状の羽根主板側の翼後縁に発生する後流渦の影響を相対的に低減することができる。その結果、同後流渦に起因する騒音が有効に低減される。

前記後縁は、前記側板から前記主板に近づくに従って徐々に長くなるように延長されていることが好ましい。
このような構成によると、羽根の後縁の形状が側板から主板にかけて拡大される略テーパ形状となる。そのため、羽根の後縁の形状は、羽根の主板側の部分に偏って流れる主流の速度分布の変化に応じた適切なものにすることができる。そして、この側板から主板にかけて徐々に拡大される略テーパ形状は、直線的に変化するものでも、また曲線状に変化するものの何れでもかまわない。

前記後縁は、曲線状に延長されるとともに、同曲線部に一つ以上の変曲点が存在するように、前記後縁には前記主板側の部分に膨出部が形成されることが好ましい。
遠心送風機は主板近傍の気流が、主板の壁面による粘性の影響で層流せん断層を形成する。これにより、主流の流路が狭まり、ファン性能が低下する恐れがある。ところが、上記の構成によれば、上記せん断層の発達を抑制し、ファン性能を向上させることができる。

前記後縁は、同後縁における前記気流の主流の速度分布に対応して後方に長く延長されていることが好ましい。
このような構成によれば、延長された後縁の形状を、より主流の速度分布の変化に応じた適切なものにすることができ、さらなるファン性能の向上を図ることができる。

前記各羽根の前縁の前記主板側の部分に、その羽根の前方へ所定の長さ延長された段部が設けられることが好ましい。
このような構成にすれば、空気吸入口を通して羽根車内に吸入された気流が羽根の後縁から外方へ吹き出される際に、羽根の負圧面側から剥離する気流を効果的に抑制することができる。それによって、上記送風機の騒音をさらに有効に低減することができる。

前記主板の径が前記羽根の延長に合わせて拡大されることが好ましい。
羽根の後縁の長さの延長に対応して、さらに、主板の径も合わせて延長することにより、遠心送風機の羽根車の構造上の強度をも同時に向上させることができる。

前記遠心送風機が、空気調和機用室内機の送風機として構成されることが好ましい。
空気調和機用室内機の送風機では、その特性上、本質的に大風量および静音性が要求される。したがって、小型で送風性能が高く、騒音が低い本発明の遠心送風機は、空気調和機用室内機の送風機として最適である。

以上のように、本願発明によると、大風量で、かつ静音性に優れた小型化の可能な、空気調和機用室内機の送風機に適した遠心送風機を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態にかかる遠心送風機を採用した空気調和装置の外観を示す斜視図。図１の空気調和装置を示す縦断面図。図２の遠心送風機の羽根車を示す斜視図。図３の羽根車を示す側面図。図３の羽根車を示す底面図。図３の羽根車のブレード（羽根）を示す側面図。図６のブレードを側板側の方向から見た投影図。図６のブレードを左後方上部から見た斜視図。図６のブレードを複数の切断線１０Ａ−１０Ａ〜１０Ｅ−１０Ｅとともに示す側面図。（ａ）〜（ｅ）は図９の各切断位置に対応するブレードの断面図。図６の本実施の形態のブレードの後縁の形状と従来のブレードの後縁の形状とを対比して示す断面図。図６のブレードの作用（特徴）を示す説明図。本実施の形態のブレードの効果を確認するために、４つの例について静圧係数の変化を流量係数をパラメータとして示したグラフであり、（ａ）は図２５〜図３２の従来のファン、（ｂ）は従来のファンの外径を全体的に５％拡大したもの、（ｃ）は本実施例の羽根の下部側（主板側）の部分のみを５％拡大したもの、そして（ｄ）は本実施例の羽根の下部側（主板側）の部分のみを１０％拡大したものに対応する。本実施の形態のブレードの効果を確認するために、図１３の４つの例についての送風音の変化を送風量をパラメータとして示したグラフ。本実施の形態のブレードの効果を確認するために、図１３の４つの例について比騒音の変化を送風量をパラメータとして示したグラフ。本実施の形態に係るブレードの後縁の形状を曲線形状に変更した変形例１のブレードの作用を示す説明図。本実施の形態に係るブレードの後縁の形状をせん断力を抑制できるようなものに変更した変形例２のブレードの作用を示す説明図。同本実施形態のブレードの主板側の前縁に段部を設けた変形例３の遠心送風機を採用した空気調和装置の縦断面図。同空気調和装置の羽根車のブレードを示す側面図。図１９のブレードを左後方上部から見た斜視図。図１９ブレードの作用を示す説明図。図１９ブレードの効果を確認するために、４つの実施例について比騒音の変化を流量係数をパラメータとして示したグラフであり、（ａ）は図２５〜図３２の従来の羽根で段部のないもの、（ｂ）は図２５〜図３２の従来の羽根に段部を設けたもの、（ｃ）は図１〜図１２の本実施形態のもの、（ｄ）は図１８〜図２１に示す本実施の形態の変形例３のものに対応する。図１９ブレードの効果を確認するために、図２２の４つの実施例について静圧係数の変化を流量係数をパラメータとして示したグラフである。本実施の形態の変形例４のブレードの作用を示す説明図。従来の遠心送風機を採用する空気調和装置を示す縦断面図。図２５の遠心送風機の羽根車を示す斜視図。図２６の羽根車のブレード（羽根）を示す側面図。図２６の羽根車を斜め後方から見た斜視図。図２８のブレードを示す投影図。図２８のブレードを切断線とともに示す側面図。（ａ）〜（ｅ）は図３０の３１Ａ−３１Ａ線〜３１Ｅ−３１Ｅ線に沿った断面図。図２８のブレードの作用を示す説明図。

以下、本願発明の一実施形態にかかる遠心送風機及びその遠心送風機を採用する空気調和装置の構成について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
（１）空気調和装置の全体構成
図１は、本発明の一実施の形態にかかる遠心送風機を採用する空気調和装置１を示す外観斜視図（天井部は省略）を示す。この空気調和装置１は、天井埋込型の空気調和装置であり、内部に各種部品を収納するケーシング２と、そのケーシング２の下側に配置された化粧パネル３とを備えている。より具体的には、上記空気調和装置１のケーシング２は、例えば図２（当該空気調和装置１の縦断面図）に示されるように、空調室の天井Ｕに形成された開口内に挿入され、上記化粧パネル３が天井Ｕに沿うように配置されている。

送風機４は、本願発明が対象とする遠心送風機の一例としてのターボファンである。送風機４は、上記ケーシング２の天板２１の中央に下方に向けて設けられたファンモータ（羽根車駆動手段）４１と、このファンモータ４１のシャフト（回転軸）４１ａに連結されて回転される羽根車４２とを含む。尚、羽根車４２の詳細な構造については、後述する。

以上説明したように、本実施の形態の空気調和装置１には、化粧パネル３の空気吸入口３１からフィルタ３４、ベルマウス５、ドレンパン７、送風機４及び熱交換器６を経由して、上述した４つの空気吹出口３２へ至る空気流路が形成されている。空気調和装置１は、空調室内の空気を吸入して、上記熱交換器６において冷媒と熱交換させた後、同空気流路を介して空調室内四方に温調された空気を吹き出すことができる。

（２）遠心送風機の羽根車の構造
次に、上記遠心送風機４の羽根車４２の構造について、図２〜図５を参照して詳しく説明する。ここで、図３は、同羽根車４２の外観を示す斜視図である。また、図４は、同図３の羽根車４２を示す側面図である。さらに、図５は、同図４のように設置された羽根車４２を上方から見た図である。

この羽根車４２は、主として、円板状の主板４３、その主板４３から間隔を置いて配置された環状の側板４５、及び主板４３と側板４５との間に配置された複数のブレード４４からなる。主板４３は、上述したファンモータ４１のシャフト４１ａに連結されている。複数のブレード４４は、ファンモータ４１のシャフト４１ａを中心軸として、所定の角度で主板４３に沿って配置されている。なお、上記羽根車４２の回転方向を図５中に矢印Ｒとして示している。

主板４３は外径Ｄｂ′を有する。また、主板４３は、樹脂製の部材である。主板４３の中央部には、略円錐台形状の凸部４３ａが上記空気吸入口３１側に向かって突出するように形成されている。また、この主板４３の下面には、上記主板４３との間に所定の間隔をおいて配置され、かつ冷却用空気孔を覆う主板カバー４６が固定されている。この主板カバー４６の主板４３と対向する面には、放射状に延びる複数の案内羽根４６ａが設けられている。これにより、羽根車４２の外方に吹き出された空気の一部は、上記主板４３とケーシング２との間の空間の静圧と、上記主板４３と側板４５との間の空間の静圧との間の圧力差によって、主板４３の周りを流れる。詳しくは、吹き出された空気の一部は、ファンモータ４１の近傍を通過してファンモータ４１を冷却する。その後、その空気は、主板４３の冷却用空気孔及び主板カバー４６の案内羽根４６ａを介して、再び上記羽根車４２の内部の空間に吹き出される。

側板４５は外径Ｄａを有する。また、側板４５は、その外周から中央の開口に向かうにつれて次第に小さくなる形状を有する。また、側板４５は、上記空気吸入口３１に向かって突出するベル形状の樹脂製部材である。

（３）羽根車のブレード（羽根）の構造
次に、上記羽根車４２の各ブレード４４の構造について、図６〜図１１を参照して詳しく説明する。ここで、図６は、同ブレード４４を例えば負圧面の方向から見た側面図である。また、図７は、同図６のブレード４４を上方から見た投影図である。図８は、図６のブレード４４を左斜め後方上部から見た斜視図である。図９は、同図６のブレード４４の下部から上部（主板４３側端部から側板４５側の端部）にかけて複数の切断線１０Ａ−１０Ａ〜１０Ｅ−１０Ｅを入れた側面図である。図１０（ａ）〜図１０（ｅ）は、それぞれ図９の１０Ａ−１０Ａ線〜１０Ｅ−１０線に沿った断面図である。図１１は、同ブレード４４の特徴（図２５〜図３２の従来形状との相違）を示す要部の断面図（図１０、図３１の３１Ｂ−３１Ｂ線に沿った断面図を対比）である。

この三次元翼であるブレード４４の回転方向前側の端部、すなわち前縁４４ａは、主板４３側の端部から側板４５側の所定位置まで、略同じ半径を有するように延びている。一方、ブレード４４は、側板４５側の所定位置から側板４５までは、次第に半径が小さくなるように外方に後退した傾斜縁を有する。他方、同ブレード４４の回転方向Ｒ側と反対方向の端部（以下、これを後縁と称する）４４ｂは、従来のブレードとは異なる形状を有する。後縁４４ｂは、図２５〜図３２の従来例とは異なり、ブレード４４の主板４３側の端部と側板４５側の端部とを回転軸と平行に延びる（主板４３に垂直な）直線で結んだ形状を有していない。後縁４４ｂは、例えば図６〜図１１に示すように、同後縁４４ｂを側板４５側の端部から主板４３側の端部にかけて側板４５から主板４３に近付くほど延長度が大きくなるように空気流後方に延長されている。これにより、当該遠心送風機の主流F₁が通過するブレード４４の主板４３側の後縁４４ｂの径方向の長さ（図５のＲｂ′）は、ブレード４４の側板４５側の後縁４４ｂの径方向の長さ（図５のＲａ）よりも長く設定される。それによって、ブレード４４のスパン方向における空気流の速度分布が、流量の多い主板４３側の部分で有効に発達する。

この後縁４４ｂの延長は、当該三次元翼の基本的な翼面形状を変えることなく行われ、同形状に沿う形で行われる。この場合、上記後縁４４ｂの延長量は、元の主板４３の外径Ｄｂ（側板４５の外径Ｄａ）を基準に考えると、拡大後の主板４３の外径Ｄｂ′（図１２）が元の外径Ｄｂの１０％以下の大きさのものであることが好ましい。換言すれば、後縁４４ｂの延長量は、側板４５の外径Ｄａの１０％以下であることが好ましい。

上述した図６〜図１２に示す構成の場合、主板４３の外径Ｄｂ′は、図２８〜図３２に示した従来の主板４３の外径Ｄｂに対して例えば５％程度拡大されている。
また、後縁４４ｂを延長する際、ブレード４４の主板４３側の翼素の入口角・出口角・取付角・スキュー角は、図２８〜図３２の元のブレード４４の値を保たれる。したがって、本実施の形態のブレード４４は、例えば図８の斜視図で示すように後縁４４ｂ側の取付位置が回転方向に膨らむ形状となる。

また、もちろんブレード４４の主板４３側の端部の半径の拡大に合わせて主板４３の外径も拡大されている。
このようにブレード４４の後縁４４ｂの長さの延長に対応して、さらに主板４３の外径も合わせて延長するため、遠心送風機の羽根車４２の構造上の強度をも同時に向上させることができる。

以上のような構成にすると、例えば図１２に示すように、主板４３近傍に偏って流れる主流F₁の速度分布が側板４５近傍の流れF₂に比べて大きく改善される。そのため、ブレード４４の静圧−流量特性（Ｐ−Ｑ特性）が全流量域で向上し、送風量がアップする。また、比騒音特性も大幅に改善され、三次元構造のブレード４４の主板４３側の後縁４４ｂで発生する後流渦の影響を相対的に低減することができる。その結果、同後流渦に起因する騒音が有効に低減される。

また、本実施の形態において、上記主板４３に近づくほど後方に延長された後縁４４ｂは、図１２の如く上記側板４５から主板４３にかけて徐々に長くなるように延長されている。即ち、ブレード４４の後縁４４ｂの形状が側板４５から主板４３にかけて直線的なラインで拡大されるテーパ形状を有する。それにより、ブレード４４の吹出口における速度分布が主流F₁において有効に発達する。そのため、ブレード４４の主板４３側の後縁４４ｂで発生する後流の影響を相対的に弱られる。

したがって、後縁４４ｂがテーパ形状を有して拡大されていることにより、主板４３に近づくに従って流量が多くなる主流F₁の速度分布の変化に対して、後縁４４ｂがより適した形状となっている。つまり、気流の速度分布に対してブレード４４の形状を最適化させることができ、さらなるファン性能の向上が実現される。

したがって、本実施形態の遠心送風機を用いることにより、小型かつ大風量・静音性が高い空気調和機を低コストに実現することができる。
特に、本実施形態の遠心送風機の羽根車では、そのブレード４４が、上述のような三次元形状の翼（図７、図８参照）である。そのため、従来の平面的に描かれた翼素を基礎に作られたブレード形状と比較して、ブレード４４の表面における負荷分布及びブレード４４間を通過する気流の圧力変動が大きく改善される。

したがって、そのような三次元翼に対して、さらに上述のような作用を有する本実施の形態のブレード４４を組み合わせる場合、より効果的に後流渦の影響を解消することができる。

もちろん、上記のようなブレード４４の出口における吹出風の速度分布を改善しようとした技術には、すでに従来例として述べたように種々のものがある。例えば特許文献３は、側板側の部分を切り欠いて短翼化された羽根を開示する。それにより、羽根の側板側の部分における気流の剥離を抑え、羽根の出口における速度分布が均一化される。

しかしながら、この技術では羽根の側板側の部分に切り欠きを形成しているために、この羽根の長さが切り欠きのない羽根と比較して相対的に短くなってしまう。そのため、羽根が気流に与える仕事量が少なくなってしまう。本実施の形態では、ブレード４４自体を短翼化させるものではない。逆に、ブレード４４の面積を増大させているので、そのような欠点はなく、有効にブレード４４の仕事量が増える。

また、同特許文献３中に記載されているような、羽根幅が外形に対して十分に小さい遠心送風機では、上記技術は有効である。即ち、羽根を切り欠くことにより、吸込み気流が羽根の側板側の部分で剥離するのを防ぎ、その気流を羽根の側板側の部分に沿って流れるようにすることができる。しかしながら、通常の遠心送風機のように羽根幅が十分に広い場合、つまり側板側の剥離が及ぼす影響が支配的でない場合には、上記技術は必ずしも有効ではない。

また、羽根の側板側の部分が切り取られていると、羽根の側板側の部分を通過する気流が羽根の主板側の角部と干渉する。その結果、離散的に突出した周波数を有する騒音が新たに発生する可能性もある。本実施の形態では、ブレード４４自体の基本形状には何ら変化はないので、それらの問題も生じない。

また、羽根が主板及び側板に対して直交するように配置される場合において、羽根の主板側の端面から羽根の側板側の端面にかけて羽根の肉厚を変化させる技術もある。それにより、羽根の吹出口における風速分布の変動が抑えられる。さらに、その場合において、羽根の主板側の部分の外径と羽根の側板側の部分の外径とを同一とせず、羽根の形状を主板に近づくに従って拡大するものもある（例えば特許文献４を参照）。それによって、翼後流における流れの速度変動が抑えられる。

しかしながら、同構成では、羽根車の主板側の端面における直径／羽根車の側板側の端面における直径の比が１．２から１．６に設定される。そのため、羽根の拡大による延長量が少ない場合、騒音低減効果が得られず、逆にその延長量が大きすぎる場合、流量特性が悪くなる。

その結果、少なくとも羽根車の主板側の端部の直径が側板側の直径に対して２割も拡大されることなる。これではファン径を単に拡大させて、単純にファンを大型化させる技術に対する優位性が得られない。そもそも２割以上も大型化することは、従来の問題点である小型・低騒音化の課題を全く解決することができない。

しかしながら、本実施の形態では、このような問題も有効に解決される。
特に、本実施の形態では、上記主板４３に近づくほど後方に延長された後縁４４ｂは、図１２の如く側板４５から主板４３にかけて少しずつ長くなるように延長されている。

このような構成によると、ブレード４４の後縁４４ｂの形状が側板４５から主板４３にかけて拡大される略テーパ形状となる。図１２に示すように、主板４３付近に偏って流れる主流F₁の速度分布の変化に対して、後縁４４ｂはより適した形状となる。この場合、もちろんブレード４４の主板４３側の後縁４４ｂの径方向の長さの拡大に合わせて主板４３の外径も拡大させている。

このようにブレード４４の後縁４４ｂの長さの延長に対応して、さらに、主板４３の外径も合わせて延長されるため、遠心送風機の羽根車４２の構造上の強度をも同時に向上させることができる。

＜実施例＞
今、２つの従来例ａ，ｂ及び本発明に係る２つの実施例ｃ，ｄを用いて、そられ例の送風特性を確認した。実施例ｃは、上記本実施の形態のブレード４４において、その主板４３の外径Ｄｂ′の拡大率（後縁部４４ｂの幅の空気流後方への延長率）を、５％とした三次元翼を備える羽根車である。実施例ｄは、上記本実施の形態のブレード４４において、その主板４３の外径Ｄｂ′の拡大率を１０％とした三次元翼を備える羽根車である。比較例として、従来例ａは、図２７〜図３２に示す従来のブレードを用いた羽根車である。従来例ｂは、従来例ａのファンの直径全体を５％拡大したものである。

本実施例ｃ，ｄにおいて、ファン特性に支配的である主流F₁が通過するブレード４４の主板４３側（図６〜図９の状態で下部側）の部分は、空気流後方にそれぞれ５％、１０％延長されている。そのため、ブレード４４が気流に与える仕事量を増加させることにより、羽根車から吹出される空気流量を有効に増加させることができる。これにより、従来例ａや単にファンの直径を全体に５％拡大した従来例ｂと比べて、実施例ｃ，ｄでは、例えば図１３に示すように静圧流量特性（Ｐ−Ｑ特性）が全流量域で向上している。また、実施例ｃ，ｄでは、図１４に示すように送風音も低風量領域を除いて小さくなる。

さらに、これら２つの特性の向上により、実施例ｃ，ｄでは、例えば図１５に示すように比騒音特性が大幅に改善される。これら実施例ｃ，ｄの特性は、ファンの直径を全体に一律に拡大させた従来例ｂと比較しても明らかに改善されている。

また、上述の特許文献４で示された相似的に拡大された羽根と比較して見ても、１０％以下の拡大率（５％）において上記と同様の結果が得られた。そのため、本実施の形態の羽根車大風量の増加・静音性に優れており、より小型化が可能となるものであることが分かる。

＜変形例１＞
なお、上記ブレード４４の後縁４４ｂの主板４３への拡大（延長）する形状は、上述のような直線的に拡大した形状（一次関数的なテーパ形状）に限らない。例えば、図１６のような放物線を描くような２次関数的な曲線形状であっても良い。

この後縁４４ｂの曲線形状では羽根車から吹き出される気流の風速分布の偏りを考慮し、側板４５より主板４３に近づくほど、ブレード４４の後縁４４ｂをより大きく径方向に延長されるものとなる。

このような構成によると、ブレード４４の後縁４４ｂの形状が側板４５から主板４３にかけて円弧状に拡大される二次関数的なテーパ形状となる。ブレード４４の後縁４４ｂは、図１６に示されるように主板４３付近に偏って流れる主流F₁の速度分布に対して、より適したものにすることができる。

つまり主流F₁の速度分布に対して、ブレード４４の後縁４４ｂの形状を一層有効に最適化させることができ、さらなるファン性能の向上が見込める。
＜変形例２＞
上述のような遠心送風機は、主板４３近傍の気流が、主板４３の壁面による粘性の影響で層流せん断層を形成する。これによって主流F₁の流路が狭まり、ファン性能が低下するおそれがある。

そこで、このような問題に対処するために、例えば図１７に示すように、後縁４４ｂは、その曲線部に一つ以上の変曲点が存在するように形成されている。それにより、後縁４４ｂは、主板４３付近に膨出部を有している。吹き出し気流の速度分布を考慮して、主板４３の端面の後縁４４ｂの拡大は最大延長部よりやや短く（但し、最低でも後縁４４ｂの側板４５側の端部の半径以上とする）設定される。

このような構成により、せん断層の発達を抑制し、さらにファン性能を向上させることができる。
＜変形例３＞
ブレード４４の前縁４４ａには、さらに図１８〜図２１に示すように羽根車４２の内方に向かって階段状（本実施形態では、段部が２段）に突出する第１及び第２の段部４４ｃ，４４ｄが設けられてもよい。こられ第１及び第２の２組の段部４４ｃ，４４ｄは、上記図１の空気吸入口３１及びベルマウス５を通じて羽根車４２内に吸入された気流がブレード４４によって外方に吹き出される際に、ブレード４４の負圧面側から剥離するのを抑える機能を有している。それにより、第１及び第２の段部４４ｃ，４４ｄは、送風機４の吹出騒音を、さらに小さくするのに寄与している。

ここで、負圧面とは、ブレード４４の羽根車４２の内周側に向く面を指しており、同負圧面と反対側の面、すなわちブレード４４の羽根車４２の外周側に向く面が正圧面である。

上記第１及び第２の段部４４ｃ，４４ｄの長さＬａ・Ｌｂ，Ｌｃ・Ｌｄは、ブレード４４のスパン方向における元の翼弦長Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃の０．０９〜０．１８倍に設定される。つまり、下段の第１の段部４４ｃの長さは、スパン方向に０．１５（Ｌａ）〜０．２（Ｌｂ）倍の範囲で変化し、上段の第２の段部４４ｄの長さは０．０８（Ｌｃ）〜０．１（Ｌｄ）倍の範囲で変化する。

今、この変形例３のブレード４４を台形段付の実施例ｄとして表わす。また、上述した前縁４４ａに全く第１及び第２の段部４４ｃ，４４ｄが付いていない図１〜図１２の実施例（これを台形段なしと表示する）ｃと表す。また、比較例ｂは、従来のブレードに対して、第１及び第２の段部４４ｃ，４４ｄを設けたものである。実施例ｃを実施例ｄと比較すると、例えば図２２に示すように、比騒音特性が全流領域で低減する。実施例ｃでは、特に最低比騒音点では少なくとも１．１［ｄＢＡ］の低減効果が得られる。これは羽根車が回転している際、前縁４４ａの第１及び第２の段部４４ｃ，４４ｄの突き出し形状により、基準となるブレード４４に流入する前の気流に対して、縦渦が生成され、その縦渦による作用により、前縁４４ａからの剥離を抑制することができるからである。

また、特に上述した図１〜図１２の本実施の形態の遠心送風機は、羽根車を通過する気流が従来例ａと比較して、ブレード４４の下側を流れるように設計されている。そのため、この前縁４４ａの第１及び第２の段部４４ｃ，４４ｄによって生成される縦渦による、剥離抑制効果がより効果的に影響している。

図２３に示すように空力特性においては、比較例ｂと比べて、実施例ｃは、低風量域で劣っている。実施例ｄでは、第１及び第２の段部４４ｃ，４４ｄを付けることにより、比較例ｂよりも低風量域における特性が向上した。これにより、比較例ｂに対して、実施例ｄの空力特性が全風量域においても向上している。結果的に本変形例３の発明による実施例ｄを用いた遠心送風機は同一静圧において、より多くの風量を生成することが可能となった。

以上の結果より、本変形例３の発明の遠心送風機は、これまでの遠心送風機よりも比騒音が低く、同一静圧でも風量を増大させることができる。そのため、小型かつ静粛性に優れたファンの開発が可能となる。

この結果、同遠心送風機を用いると、大風量を保ちつつ、より静粛性に優れ、より小型空気調和機を実現することができる。
＜変形例４＞
なお、変形例３の第１及び第２の段部４４ｃ，４４ｄは、例えば図２４に示すように、上述の変形例２と組み合わせることもできる。

＜本発明の遠心送風機の適用対象＞
一般に、上述のようなブレードの主板側の部分における吹出気流の速度分布の偏りは、各種の遠心送風機に必ず発生している問題である。そのため、本発明は、そのような各種のタイプの遠心送風機（例えばターボ型、シロッコ型、ラジアル型など）の羽根車に対して適用可能である。その場合、十分に有効にファン特性を改善することができる。

Claims

三次元形状の複数の羽根と、該複数の羽根を周方向に所定の間隔をおいて各羽根のスパン方向の一端面を固定する主板と、前記各羽根のスパン方向の他端面に設けられたリング状の側板と、前記主板を介して前記羽根を回転させる羽根駆動手段とを備える遠心送風機であって、前記各羽根の前記主板側の外周端部の径方向の長さは、同羽根の側板側の外周端部の径方向の長さよりも長く設定される遠心送風機。
前記各羽根の前記主板側の外周端部の径方向の長さを、同羽根の側板側の外周端部の径方向の長さよりも長く設定することにより、前記各羽根を通過する気流が、前記羽根の主板側の部分で有効にその羽根から仕事を受けられ、かつ前記各羽根のスパン方向における気流の速度が前記各羽根の前記主板側の部分で有効に発達させる請求項１記載の遠心送風機。
上記各羽根の前記主板側の外周端部の径方向の長さは、同羽根の後縁を気流後方に向かって延長することにより、前記各羽根の前記側板側の外周端部の径方向の長さよりも長く形成されている請求項１又は２記載の遠心送風機。
前記後縁は、前記側板から前記主板に近づくに従って徐々に長くなるように延長されている請求項３記載の遠心送風機。
前記後縁は、曲線状に延長されるとともに、同曲線部に一つ以上の変曲点が存在するように、前記後縁には前記主板側の部分に膨出部が形成される請求項４記載の多翼遠心送風機。
前記後縁は、同後縁における前記気流の主流の速度分布に対応して後方に長く延長されている請求項３記載の遠心送風機。
前記後縁の延長量は、前記側板の外径の１０％以下である請求項６に記載の遠心送風機。
前記各羽根の前縁の前記主板側の部分に、その羽根の前方へ所定の長さ延長された段部が設けられる請求項１〜７の何れか１項に記載の遠心送風機。
前記主板の外径が前記羽根の延長に合わせて拡大される請求項１〜８の何れか１項に記載の遠心送風機。
前記遠心送風機が、空気調和機用室内機の送風機として構成される請求項１〜９の何れか１項に記載の遠心送風機。