JPWO2020136750A1 - 羽根車、送風機及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

羽根車は、回転軸上に設けられたボス部と、ボス部の外周に設けられた翼と、を備え、翼は、回転方向で前方の縁部である前縁部と、回転方向で後方の縁部である後縁部と、外周側の縁部である外周縁部と、内周側の縁部である内周縁部と、回転軸を中心とした径方向において外周縁部と内周縁部との中間に位置する径方向中間部と、を有しており、前縁部側でのスパン方向断面は、径方向中間部と外周縁部との間において、吸込み側が凹となるように形成されており、後縁部側でのスパン方向断面は、径方向中間部と外周縁部との間において、吸込み側が凸となるように形成されている。

Description

本発明は、ボス部とボス部の外周に設けられた翼とを備えた羽根車、羽根車を備えた送風機、及び羽根車を備えた空気調和機に関するものである。

特許文献１には、回転中心に設けられたハブと、ハブの周囲に設けられた複数の羽根と、からなる羽根車が記載されている。羽根の半径方向の断面形状は、半径方向中央付近よりも外周側では、吸込み側に対して凹形状の曲線となっており、半径方向中央付近よりもハブ側では、吸込み側に対して凸形状の曲線となっている。

特開２０１１−１７９３３０号公報

特許文献１の羽根車では、上記の凹形状の曲線によって、羽根の外周付近の負圧面での翼端渦の生成が促進される。このため、特許文献１の羽根車によれば、送風機の効率を高めることができる。

ところで、羽根の外周側での仕事量は、羽根のハブ側での仕事量よりも大きい。このため、羽根の外周側での仕事量は、羽根全体の仕事量の多くを占める。特許文献１の羽根車では、羽根の半径方向の断面形状が外周側で吸込み側に対して凹形状となっているため、羽根の外周側での仕事量が減少してしまう。結果として、特許文献１の羽根車では、羽根全体での仕事量が減少するため、空気の静圧を十分に上昇させることができないという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、高効率でかつ空気の静圧をより大きく上昇させることができる羽根車、送風機及び空気調和機を提供することを目的とする。

本発明に係る羽根車は、回転軸上に設けられたボス部と、前記ボス部の外周に設けられた翼と、を備え、前記翼は、回転方向で前方の縁部である前縁部と、前記回転方向で後方の縁部である後縁部と、外周側の縁部である外周縁部と、内周側の縁部である内周縁部と、前記回転軸を中心とした径方向において前記外周縁部と前記内周縁部との中間に位置する径方向中間部と、を有しており、前記回転軸を中心とした前記翼の複数の円筒断面のそれぞれにおいて前記前縁部からの距離と前記後縁部からの距離との比が一定の値になる点を、前記内周縁部から前記外周縁部まで結んだ線をスパン線と定義し、前記翼を前記スパン線に沿って前記回転軸と平行に切断した断面をスパン方向断面と定義したとき、前記前縁部側でのスパン方向断面は、前記径方向中間部と前記外周縁部との間において、吸込み側が凹となるように形成されており、前記後縁部側でのスパン方向断面は、前記径方向中間部と前記外周縁部との間において、前記吸込み側が凸となるように形成されているものである。

本発明に係る送風機は、ベルマウスを有するケーシングと、前記ベルマウスの内周側に配置された本発明に係る羽根車と、を備えたものである。

本発明に係る空気調和機は、本発明に係る羽根車と、前記羽根車によって供給される空気と内部を流通する冷媒との熱交換を行う熱交換器と、を備えたものである。

本発明によれば、翼の前縁部側では、空気の流れを外周縁部側に偏りにくくすることができるとともに、翼端渦の生成を促進することができる。また、翼の後縁部側では、外周縁部での漏れを抑えることができるため、翼の仕事量を大きくすることができる。したがって、高効率でかつ空気の静圧をより大きく上昇させることができる羽根車を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る送風機１００の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る羽根車１０を回転軸１１と垂直な平面に投影した図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ断面を示す断面図である。 図２のＶ−Ｖ断面を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る羽根車１０を回転軸１１と直交する方向から見た構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る羽根車１０で形成される翼端渦３０の例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る羽根車１０を回転軸１１と平行に見たときの構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る羽根車１０における第１変曲点４１の周方向位置と効率との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る羽根車１０における第１変曲点４１の周方向位置と昇圧量との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態１の変形例に係る羽根車１０を回転軸１１と垂直な平面に投影した図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係る羽根車１０を回転軸１１と直交する方向から見た構成を示す図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係る羽根車１０の構成を示す斜視図である。 図２のＸＩＶ−ＸＩＶ断面を示す断面図である。 図２のＸＶ−ＸＶ断面を示す断面図である。 図２のＸＶＩ−ＸＶＩ断面を示す断面図である。 本発明の実施の形態４に係る空気調和機２００の構成を示す断面図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る羽根車及びそれを備えた送風機について説明する。図１は、本実施の形態に係る送風機１００の構成を示す斜視図である。図１では、送風機１００を吸込み側すなわち翼２０の負圧面２６側から見た構成を示している。図１及び後述する図面において、黒塗りの太矢印は、羽根車１０の回転方向、すなわち、羽根車１０の一部であるボス部１２及び翼２０の回転方向を表している。また、図１及び後述する図面において、白抜きの太矢印は、羽根車１０が回転したときの全体的な空気の流れ方向を表している。本実施の形態に係る送風機１００は、回転軸１１に沿う方向に空気を送風する軸流送風機である。

図１に示すように、送風機１００は、ケーシング８０及び羽根車１０を有している。ケーシング８０は、略円筒状のベルマウス８１を有している。羽根車１０は、ベルマウス８１の内周側に配置されている。羽根車１０は、回転軸１１を中心として回転自在となるように設けられている。また、送風機１００は、羽根車１０を回転させるモーター等の駆動部（図示せず）を有している。

図２は、本実施の形態に係る羽根車１０を回転軸１１と垂直な平面に投影した図である。図２では、羽根車１０を翼２０の負圧面２６側から見た構成を示している。図２に示すように、羽根車１０は、回転軸１１上に設けられたボス部１２と、ボス部１２の外周に設けられた複数の翼２０と、を有している。ボス部１２は、略円筒状の形状を有している。ボス部１２の中心部には、駆動部が備える駆動軸（図示せず）が接続される。ボス部１２は、駆動軸を介して駆動部から回転駆動力が伝達されることにより、回転軸１１を中心として回転する。

複数の翼２０は、ボス部１２の外周側に等角度間隔で配置されている。複数の翼２０のそれぞれは、ボス部１２の外周壁から概ね放射状に突出している。より詳しくは、複数の翼２０のそれぞれは、ボス部１２の外周壁から、回転軸１１を中心とした径方向に対し、羽根車１０の回転方向で前方側に傾くように外周側に突出している。図２では、５枚の翼２０を有する羽根車１０を例示しているが、羽根車１０が有する翼２０の枚数は５枚以外であってもよい。

複数の翼２０のそれぞれは、前縁部２１、後縁部２２、外周縁部２３及び内周縁部２４を有している。前縁部２１は、翼２０の周縁部のうち回転方向で前方側の縁部である。後縁部２２は、翼２０の周縁部のうち回転方向で後方側の縁部である。外周縁部２３は、翼２０の周縁部のうち外周側の縁部である。内周縁部２４は、翼２０の周縁部のうち内周側の縁部である。内周縁部２４は、ボス部１２の外周壁に沿った形状を有しており、当該外周壁と接続されている。

外周縁部２３と前縁部２１とは、外周前端部２３ａを介して隣接している。外周縁部２３と後縁部２２とは、外周後端部２３ｂを介して隣接している。内周縁部２４と前縁部２１とは、内周前端部２４ａを介して隣接している。内周縁部２４と後縁部２２とは、内周後端部２４ｂを介して隣接している。外周前端部２３ａは、羽根車１０の回転方向で内周前端部２４ａよりも前方に位置している。前縁部２１は、回転軸１１に沿って見たとき、外周前端部２３ａと内周前端部２４ａとの間の全域において凹状に形成されている。外周後端部２３ｂは、羽根車１０の回転方向で内周後端部２４ｂよりも前方に位置している。後縁部２２は、回転軸１１に沿って見たとき、外周後端部２３ｂと内周後端部２４ｂとの間の全域において凸状に形成されている。

また、複数の翼２０のそれぞれは、径方向中間部２８を有している。径方向中間部２８は、回転軸１１を中心とした翼２０の径方向において、内周縁部２４と外周縁部２３との中間に位置する仮想円上の部分である。回転軸１１と内周縁部２４との間の距離をｒ１とし、回転軸１１と外周縁部２３との間の距離をｒ２とすると、回転軸１１と径方向中間部２８との間の距離をｒ３とすると、ｒ３＝（ｒ１＋ｒ２）／２の関係が満たされる。

また、複数の翼２０のそれぞれは、正圧面２５（図３等参照）及び負圧面２６を有している。正圧面２５は、翼２０が有する２つの面のうち、回転方向で前方側の面である。翼２０が回転する際には、正圧面２５によって空気が押されることになる。負圧面２６は、翼２０が有する２つの面のうち回転方向で後方側の面であり、正圧面２５の裏側の面である。図１及び図２は、それぞれ送風機１００及び羽根車１０を負圧面２６側から見た構成を示しているため、正圧面２５は図１及び図２には示されていない。

複数の翼２０は、ボス部１２と共に、回転軸１１を中心として回転する。複数の翼２０が回転すると、図１の白抜き太矢印で示すように、空気は、紙面手前側から回転軸１１に沿って送風機１００に吸い込まれる。送風機１００に吸い込まれた空気は、回転軸１１に沿って送風機１００から紙面奥側に吹き出される。

図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図である。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ断面を示す断面図である。図５は、図２のＶ−Ｖ断面を示す断面図である。図３、図４及び図５のそれぞれにおいて、上下方向は回転軸１１に沿う方向を表しており、上方は吸込み側を表しており、下方は吹出し側を表している。

ここで、回転軸１１を中心とした翼２０の複数の円筒断面のそれぞれにおいて前縁部２１からの距離と後縁部２２からの距離との比が一定の値になる点を、内周縁部２４から外周縁部２３まで結んだ線を「スパン線」と定義する。前縁部２１及び後縁部２２のそれぞれからの距離は、例えば、円筒断面上の翼２０の反り線に沿って測定される。また、スパン線に沿って内周縁部２４から外周縁部２３に向かう方向を「スパン方向」と定義する。さらに、翼２０をスパン線に沿って回転軸１１と平行に切断した断面を「スパン方向断面」と定義する。図３に示す断面は、ある１つのスパン線２７ａに沿って翼２０を切断したスパン方向断面である。図４に示す断面は、別のスパン線２７ｂに沿って翼２０を切断したスパン方向断面である。図５に示す断面は、さらに別のスパン線２７ｃに沿って翼２０を切断したスパン方向断面である。スパン線２７ｂは、翼２０の円筒断面における前縁部２１と後縁部２２との間の中点を通るスパン線である。つまり、回転軸１１を中心とした翼２０の円筒断面では、前縁部２１とスパン線２７ｂとの間の距離と、後縁部２２とスパン線２７ｂとの間の距離と、が等しくなる。スパン線２７ａは、スパン線２７ｂよりも前縁部２１側に位置するスパン線のうちの１つである。スパン線２７ｃは、スパン線２７ｂよりも後縁部２２側に位置するスパン線のうちの１つである。

内周縁部２４から外周縁部２３までのスパン線に沿った長さをＬとすると、内周縁部２４から径方向中間部２８までのスパン線に沿った長さは、必ずしも０．５Ｌにはならず、概ね０．４Ｌ〜０．６Ｌの範囲にある。

図３に示すように、前縁部２１側での翼２０のスパン方向断面は、逆Ｓ字状に形成されており、径方向中間部２８と外周縁部２３との間の領域の例えば全域において、負圧面２６側すなわち吸込み側が凹となっている。すなわち、前縁部２１側での翼２０は、径方向中間部２８と外周縁部２３との間の領域において、吸込み側が凹となり吹出し側が凸となるように湾曲している。

一方、図５に示すように、後縁部２２側での翼２０のスパン方向断面は、図３に示す断面に対して凹凸が反転したＳ字状に形成されており、径方向中間部２８と外周縁部２３との間の領域の例えば全域において、吸込み側が凸となっている。すなわち、後縁部２２側での翼２０は、径方向中間部２８と外周縁部２３との間の領域において、吸込み側が凸となり吹出し側が凹となるように湾曲している。

図４に示すように、前縁部２１と後縁部２２との間の中間位置での翼２０のスパン方向断面は、回転軸１１に対してほぼ垂直な直線状となっている。

図３及び図５に示したように、径方向中間部２８と外周縁部２３との間の領域において、翼２０は、前縁部２１側のスパン方向断面では吸込み側が凹となるように湾曲しているのに対し、後縁部２２側のスパン方向断面では吸込み側が凸となるように湾曲している。このため、径方向中間部２８と外周縁部２３との間の領域において、前縁部２１から後縁部２２までのいずれかの位置には、吸込み側が凹となる湾曲から吸込み側が凸となる湾曲に変化する第１変曲点４１（図８参照）が存在している。本実施の形態では、第１変曲点４１は、前縁部２１と後縁部２２との間の中間位置にあるスパン線２７ｂ上に存在している。ただし、後述するように、第１変曲点４１の位置はスパン線２７ｂ上に限られない。

図６は、本実施の形態に係る羽根車１０を回転軸１１と直交する方向から見た構成を示す図である。図７は、本実施の形態に係る羽根車１０で形成される翼端渦３０の例を示す図である。図６及び図７において、上下方向は回転軸１１に沿う方向を表しており、上方は吸込み側を表しており、下方は吹出し側を表している。図６では、翼２０の各部での正圧面２５の向き、すなわち翼２０の各部での正圧面２５の法線方向を矢印で示している。一般的な軸流送風機における羽根の外周縁部では、正圧面と負圧面との圧力差に起因する気流の回り込みのため、翼端渦と呼ばれるエネルギー損失領域が発生することが知られている。

図６に示すように、本実施の形態の翼２０の前縁部２１では、径方向中間部２８と外周縁部２３との間のうち径方向中間部２８寄りに位置する領域Ａ１において、正圧面２５が内周側を向いている。羽根車１０が回転する際、前縁部２１の内周縁部２４寄りで正圧面２５に流入した空気は、遠心力により外周縁部２３側に流れる。領域Ａ１の正圧面２５は、外周縁部２３側に向かう空気の流れを抑え、当該空気の流れを後縁部２２側に導く。これにより、正圧面２５での空気の流れが外周縁部２３側に偏りにくくなるため、外周縁部２３側の正圧面２５での圧力上昇が抑えられ、正圧面２５と負圧面２６との圧力差の増加が抑えられる。

また、前縁部２１の外周縁部２３寄り、すなわち外周前端部２３ａ付近に位置する領域Ａ２では、正圧面２５が外周側を向いている。これにより、図７に示すように、外周前端部２３ａ付近で翼端渦３０の生成が促進されるため、翼端渦３０の崩壊による乱流が抑えられ、損失が低減する。これらの構成により、翼端渦３０の増大及び成長を抑制でき、送風機１００を高効率化できる。

さらに、後縁部２２の外周縁部２３寄り、すなわち外周後端部２３ｂ付近に位置する領域Ａ３では、正圧面２５が内周側を向いている。これにより、前縁部２１の内周縁部２４寄りから後縁部２２側に導かれた空気の流れは、外周縁部２３に沿って外周後端部２３ｂの吹出し方向に導かれる。したがって、後縁部２２側の外周縁部２３での漏れを抑えつつ、外周後端部２３ｂ付近においても空気の静圧を上昇させることができる。

特許文献１に記載されている羽根車の羽根は、半径方向中央付近よりも外周側では、前縁部から後縁部までの周方向の全体にわたって、吸込み側に対して凹形状となっている。このため、吸込み側で最も窪んだ部分を凹部とすると、凹部よりも外周側に位置する外周縁部付近では、翼端渦の生成が促進されるものの、空気の静圧を上昇させる昇圧作用は見込めない。したがって、この羽根では、凹部よりも内周側に位置する領域のみで仕事が行われる。よって、凹部よりも内周側の領域での昇圧量を確保するために、羽根の軸方向高さを相対的に高くする必要がある。

また、一般に空気調和機の風路では、形状的に圧力損失が高くなる場合が多い。このため、特に空気調和機に搭載される送風機では、空気の静圧を十分に上昇させる必要がある。昇圧量が小さい場合、所定の風量を得るためには送風機の回転数を増加させる必要があるため、騒音の増大という別の問題が生じ得る。

これに対し、本実施の形態では、外周後端部２３ｂ付近においても空気の静圧を上昇させることができる。このため、翼２０の軸方向高さの増加を抑えつつ、高効率でかつ空気の静圧をより大きく上昇させることができる。したがって、空気調和機に搭載される場合であっても、騒音を低減することができる。

図８は、本実施の形態に係る羽根車１０を回転軸１１と平行に見たときの構成を示す図である。図８中の翼２０には、回転軸１１と垂直な平面を高さの基準とした場合の等高線が付されている。図８に示すように、径方向中間部２８と外周縁部２３との間の領域には、第１変曲点４１が存在している。第１変曲点４１は、前縁部２１から後縁部２２に向かって、吸込み側が凹となる湾曲から吸込み側が凸となる湾曲に変化する部分である。

図９は、本実施の形態に係る羽根車１０における第１変曲点４１の周方向位置と効率との関係を示すグラフである。横軸は第１変曲点４１の周方向位置を表しており、縦軸は羽根車１０の効率を表している。また、図１０は、本実施の形態に係る羽根車１０における第１変曲点４１の周方向位置と昇圧量との関係を示すグラフである。横軸は第１変曲点４１の周方向位置を表しており、縦軸は羽根車１０の昇圧量を表している。ここで、回転軸１１を中心とした翼２０の円筒断面において、後縁部２２の周方向位置を０とし、前縁部２１の周方向位置を１とする。

図９及び図１０に示すように、第１変曲点４１が０．２以上０．７以下となる周方向位置すなわち図８の周方向中間領域４４に配置されている場合、羽根車１０の効率が高くなり、かつ、羽根車１０の昇圧量が十分に大きくなる。これは、周方向中間領域４４に第１変曲点４１が存在する場合、前縁部２１側の外周縁部２３での翼端渦の生成促進による高効率化の効果と、後縁部２２側の外周縁部２３での漏れの抑制による昇圧量向上の効果と、が両立するためである。

一方、第１変曲点４１が０．７よりも大きい周方向位置すなわち図８の前縁側領域４５に配置されている場合、羽根車１０の昇圧量は大きくなるものの、羽根車１０の効率が低くなってしまう。これは、前縁側領域４５に第１変曲点４１が存在する場合、外周縁部２３で翼端渦の生成を十分に促進できないことに加え、正圧面２５と負圧面２６との圧力差が大きくなる後縁部２２側で大きな漏れ渦が発生して損失が増大するためである。

また、第１変曲点４１が０．２よりも小さい周方向位置すなわち図８の後縁側領域４３に配置されている場合、特許文献１の羽根車と同様に羽根車１０の効率は高くなるものの、羽根車１０の昇圧量が小さくなってしまう。これは、後縁側領域４３に第１変曲点４１が存在する場合、後縁部２２側の外周縁部２３での漏れの増大により、外周後端部２３ｂ付近での昇圧量を十分に確保できないためである。

図１１は、本実施の形態の変形例に係る羽根車１０を回転軸１１と垂直な平面に投影した図である。図１２は、本実施の形態の変形例に係る羽根車１０を回転軸１１と直交する方向から見た構成を示す図である。図１３は、本実施の形態の変形例に係る羽根車１０の構成を示す斜視図である。図１１〜図１３に示すように、本変形例の翼２０の前縁部２１は、径方向中間部２８付近で部分的に、回転方向前方に凸となるように形成されている。前縁部２１において内周前端部２４ａと径方向中間部２８との間には、変曲点２１ａが存在する。前縁部２１において径方向中間部２８と外周前端部２３ａとの間には、変曲点２１ｂが存在する。内周前端部２４ａと変曲点２１ａとの間の前縁部２１は、凹状に形成されている。変曲点２１ａと変曲点２１ｂとの間の前縁部２１は、凸状に形成されている。変曲点２１ｂと外周前端部２３ａとの間の前縁部２１は、凹状に形成されている。これ以外の構成は、図１〜図８に示した構成と同様である。本変形例によっても上記構成と同様の効果が得られる。

以上説明したように、本実施の形態に係る羽根車１０は、回転軸１１上に設けられたボス部１２と、ボス部１２の外周に設けられた翼２０と、を備えている。翼２０は、回転方向で前方の縁部である前縁部２１と、回転方向で後方の縁部である後縁部２２と、外周側の縁部である外周縁部２３と、内周側の縁部である内周縁部２４と、回転軸１１を中心とした径方向において外周縁部２３と内周縁部２４との中間に位置する径方向中間部２８と、を有している。回転軸１１を中心とした翼２０の複数の円筒断面のそれぞれにおいて前縁部２１からの距離と後縁部２２からの距離との比が一定の値になる点を、内周縁部２４から外周縁部２３まで結んだ線をスパン線２７ａ、２７ｂ、２７ｃと定義する。また、翼２０をスパン線に沿って回転軸１１と平行に切断した断面をスパン方向断面と定義する。前縁部２１側でのスパン方向断面は、径方向中間部２８と外周縁部２３との間において、吸込み側が凹となるように形成されている。後縁部２２側でのスパン方向断面は、径方向中間部２８と外周縁部２３との間において、吸込み側が凸となるように形成されている。ここで、前縁部２１側でのスパン方向断面は、例えば、スパン線２７ａに沿ったスパン方向断面である。後縁部２２側でのスパン方向断面は、例えば、スパン線２７ｃに沿ったスパン方向断面である。

この構成によれば、翼２０の前縁部２１側では、正圧面２５での空気の流れを外周縁部２３側に偏りにくくすることができるとともに、翼端渦３０の生成を促進することができる。また、翼２０の後縁部２２側では、外周縁部２３での漏れを抑えることができるため、翼２０の仕事量を大きくすることができる。したがって、本実施の形態によれば、高効率でかつ空気の静圧をより大きく上昇させることができる羽根車１０を得ることができる。

また、本実施の形態に係る羽根車１０において、翼２０は、前縁部２１から後縁部２２に向かって吸込み側が凹となる湾曲から吸込み側が凸となる湾曲に変化する第１変曲点４１を有している。回転軸１１を中心とした翼２０の円筒断面において、後縁部２２の周方向位置を０とし、前縁部２１の周方向位置を１としたとき、第１変曲点４１は、０．２以上０．７以下となる周方向位置に配置されている。

この構成によれば、前縁部２１側の外周縁部２３での翼端渦の生成促進による高効率化の効果と、後縁部２２側の外周縁部２３での漏れの抑制による昇圧量向上の効果と、を両立させることができる。

また、本実施の形態に係る送風機１００は、ベルマウス８１を有するケーシング８０と、ベルマウス８１の内周側に配置された本実施の形態に係る羽根車１０と、を備えている。この構成によれば、高効率でかつ空気の静圧をより大きく上昇させることができる送風機１００を得ることができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る羽根車について説明する。本実施の形態は、回転軸１１を中心とした翼２０の円筒断面の形状に特徴を有している。本実施の形態の特徴について、既に示した図２を参照しつつ説明する。図１４は、図２のＸＩＶ−ＸＩＶ断面を示す断面図である。図１５は、図２のＸＶ−ＸＶ断面を示す断面図である。図１６は、図２のＸＶＩ−ＸＶＩ断面を示す断面図である。図１４、図１５及び図１６はいずれも、回転軸１１を中心とした翼２０の円筒断面を示している。図１５は、径方向中間部２８に沿った円筒断面を示しており、図１４は、径方向中間部２８よりも内周側での円筒断面を示しており、図１６は、径方向中間部２８よりも外周側での円筒断面を示している。図１４、図１５及び図１６のそれぞれにおいて、上下方向は回転軸１１に沿う方向を表しており、上方は吸込み側を表しており、下方は吹出し側を表している。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図１４、図１５及び図１６に示す円筒断面はいずれも、吸込み側が凸となり、かつ前縁部２１と後縁部２２との間に変曲点を持たないように形成されている。すなわち、図１４、図１５及び図１６に示す円筒断面のいずれにおいても、全体にわたって吸込み側が凸となっている。仮に、翼２０の円筒断面の後縁部２２寄りに、吹出し側が凸となる凸部が存在している場合、当該凸部よりも後縁部２２側では翼２０の仕事がなされないため、羽根車１０の昇圧量が小さくなってしまう。これに対し、本実施の形態の翼２０は、径方向中間部２８に沿った円筒断面、径方向中間部２８よりも内周側での円筒断面、及び径方向中間部２８よりも外周側での円筒断面において、それぞれの全体にわたって吸込み側に凸となっているため、羽根車１０の昇圧量を大きくすることができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る羽根車１０において、回転軸１１を中心とした翼２０の円筒断面は、吸込み側が凸となり、かつ前縁部２１と後縁部２２との間に変曲点を持たないように形成されている。この構成によれば、翼２０による昇圧量を大きくすることができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る羽根車について説明する。本実施の形態は、径方向中間部２８よりも内周側での翼２０の構成に特徴を有している。本実施の形態の特徴について、既に示した図２〜図６及び図８を参照しつつ説明する。

図３に示すように、前縁部２１側での翼２０のスパン方向断面は、内周縁部２４と径方向中間部２８との間の領域の例えば全域において、吸込み側が凸となるように形成されている。すなわち、前縁部２１側での翼２０は、内周縁部２４と径方向中間部２８との間の領域において、吸込み側が凸となり吹出し側が凹となるように湾曲している。

また、図５に示すように、後縁部２２側での翼２０のスパン方向断面は、内周縁部２４と径方向中間部２８との間の領域の例えば全域において、吸込み側が凹となるように形成されている。すなわち、後縁部２２側での翼２０は、内周縁部２４と径方向中間部２８との間の領域において、吸込み側が凹となり吹出し側が凸となるように湾曲している。

図４に示すように、前縁部２１と後縁部２２との中間位置での翼２０のスパン方向断面は、内周縁部２４と径方向中間部２８との間の領域を含むスパン方向の全体において、回転軸１１に対してほぼ垂直な直線状となっている。

一般に、軸流送風機の内周側では、翼２０の遠心力が小さい。また一般に、軸流送風機の内周側では、ボス部１２への気流の衝突により乱流が発生する。このため、軸流送風機の内周側では、乱れた気流が滞留してしまう場合がある。

図６に示すように、本実施の形態の翼２０の前縁部２１において内周縁部２４寄りに位置する領域Ａ４では、正圧面２５が外周側を向いている。これにより、内周縁部２４付近の空気は、遠心力が相対的に大きい外周側に導かれる。したがって、乱れた気流が内周縁部２４付近に滞留するのを防ぐことができるため、損失の低減が可能となる。

また、前縁部２１において、内周縁部２４と径方向中間部２８との間のうち径方向中間部２８寄りに位置する領域Ａ５では、正圧面２５が内周側を向いている。これにより、領域Ａ５での正圧面２５の向きを、領域Ａ５の外周側に隣接する領域Ａ１での正圧面２５の向きと合わせることができる。したがって、径方向中間部２８よりも内周側に流入した空気を、径方向中間部２８よりも外周側に円滑に流すことができる。

さらに、後縁部２２において、内周縁部２４と径方向中間部２８との間のうち径方向中間部２８寄りに位置する領域Ａ６では、正圧面２５が外周側を向いている。これにより、前縁部２１側から領域Ａ６に導かれた空気をさらに外周側に導くことができるため、遠心力を利用して昇圧量をより大きくすることができる。

また、後縁部２２において内周縁部２４寄りに位置する領域Ａ７では、正圧面２５が内周側を向いている。ボス部１２の下流側では、ボス部１２により気流が遮られることにより渦が発生する。ボス部１２の下流側に発生した渦は、翼２０の吹出し側の有効流路を狭くする抵抗になり得る。これに対し、本実施の形態では、領域Ａ７での正圧面２５が内周側を向いているため、ボス部１２の下流側に気流を発生させることができ、これによりボス部１２の下流側での渦の発生を抑制することができる。また、ボス部１２の下流側に気流を発生させることにより、羽根車１０の下流側における風速分布をより均一化することができるため、損失の増大を抑制することができる。

図３及び図５に示したように、内周縁部２４と径方向中間部２８との間の領域において、翼２０は、前縁部２１側のスパン方向断面では吸込み側が凸となるように湾曲しており、後縁部２２側のスパン方向断面では吸込み側が凹となるように湾曲している。このため、内周縁部２４と径方向中間部２８との間の領域において、前縁部２１から後縁部２２までのいずれかの位置には、吸込み側が凸となる湾曲から吸込み側が凹となる湾曲に変化する第２変曲点４２が存在している。本実施の形態では、第２変曲点４２は、前縁部２１と後縁部２２との間の中間位置にあるスパン線２７ｂ上に存在している。ただし、後述するように、第２変曲点４２の位置はスパン線２７ｂ上に限られない。

第２変曲点４２は、第１変曲点４１と同様に、０．２以上０．７以下となる周方向位置すなわち図８の周方向中間領域４４に配置されているのが望ましい。ここで、回転軸１１を中心とした翼２０の円筒断面において、後縁部２２の周方向位置を０とし、前縁部２１の周方向位置を１とする。周方向中間領域４４に第２変曲点４２が存在することにより、翼２０の内周側に流入した空気を外周側に円滑に流すことができる効果と、遠心力を利用して昇圧量をより大きくすることができる効果と、の両方を得ることができる。また、周方向中間領域４４に第２変曲点４２が存在することにより、ボス部１２の下流側での渦の発生を抑制することができる効果も得ることができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る羽根車１０において、前縁部２１側でのスパン方向断面は、内周縁部２４と径方向中間部２８との間において、吸込み側が凸となるように形成されている。後縁部２２側でのスパン方向断面は、内周縁部２４と径方向中間部２８との間において、吸込み側が凹となるように形成されている。

この構成によれば、翼２０の前縁部２１側では、径方向中間部２８よりも内周側に流入した空気を、径方向中間部２８よりも外周側に円滑に流すことができる。また、翼２０の後縁部２２側では、前縁部２１側から導かれた空気を外周側に導くことができるため、遠心力を利用して昇圧量をより大きくすることができる。

また、本実施の形態に係る羽根車１０において、翼２０は、前縁部２１から後縁部２２に向かって吸込み側が凸となる湾曲から吸込み側が凹となる湾曲に変化する第２変曲点４２を有している。回転軸１１を中心とした翼２０の円筒断面において、後縁部２２の周方向位置を０とし、前縁部２１の周方向位置を１としたとき、第２変曲点４２は、０．２以上０．７以下となる周方向位置に配置されている。

この構成によれば、翼２０の内周側に流入した空気を外周側に円滑に流すことができる効果と、遠心力を利用して昇圧量をより大きくすることができる効果と、を両立させることができる。

実施の形態４．
本実施の形態に係る空気調和機について説明する。図１７は、本実施の形態に係る空気調和機２００の構成を示す断面図である。図１７の左方は、空気調和機２００の前面側を表している。本実施の形態では、空気調和機２００として壁掛形の室内機を例示している。

図１７に示すように、空気調和機２００は、実施の形態１〜３のいずれかに係る羽根車１０及びそれを備えた送風機１００を有している。また、空気調和機２００は、筐体２０３を備えている。筐体２０３の上部には、室内空気を筐体２０３の内部に吸い込むための吸込口２０１が形成されている。筐体２０３の前面側の下部には、空調空気を空調対象域に吹き出すための吹出口２０２が形成されている。吹出口２０２には、空調空気の吹き出し方向を制御する機構、例えば風向ベーン２０５が設けられている。

筐体２０３の内部において吸込口２０１から吹出口２０２に至る風路内には、送風機１００及び熱交換器２０４が設けられている。送風機１００は、空気の流れにおいて、吸込口２０１の下流側でかつ熱交換器２０４の上流側に配置されている。送風機１００は、空気調和機２００で必要となる風量等に応じて、筐体２０３の長手方向（紙面直交方向）に複数個、並列に配置されている。熱交換器２０４は、室内空気と、熱交換器２０４の内部を流れる冷媒との熱交換を行い、空調空気を作り出すものである。

送風機１００の羽根車１０が回転すると、室内空気は、吸込口２０１から筐体２０３内に吸い込まれる。この室内空気は、熱交換器２０４を通過する際、冷媒との熱交換により加熱又は冷却されて空調空気となる。この空調空気は、吹出口２０２から空調対象域に吹き出される。

上述のように、羽根車１０は、従来よりも高効率となっている。すなわち、送風機１００は、従来よりも高効率となっている。したがって、本実施の形態に係る空気調和機２００によれば、従来よりも電力効率を向上させることができる。

また、上述のように、羽根車１０では、従来よりも大きい昇圧量が得られる。このため、熱交換器２０４等によって筐体２０３内の風路の圧力損失が高くなる場合であっても、送風機１００は、回転数を維持したまま、必要風量の空気を送風することができる。したがって、送風機１００及び空気調和機２００の騒音を低減できる。

特に、実施の形態３に係る羽根車１０を備えた送風機１００では、羽根車１０の下流側における風速分布をより均一化することができる。このため、筐体２０３内の風路の圧力損失が高い場合であっても、風速分布のばらつきに起因する送風性能の低下を抑制できる。したがって、実施の形態３に係る羽根車１０を備えた空気調和機２００は、実施の形態１に係る羽根車１０を備えた空気調和機２００よりもさらに電力効率を向上させることができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る空気調和機２００は、実施の形態１〜３のいずれかに係る羽根車１０と、羽根車１０によって供給される空気と内部を流通する冷媒との熱交換を行う熱交換器２０４と、を備えている。この構成によれば、空気調和機２００の電力効率を向上させることができるとともに、空気調和機２００の騒音を低減することができる。

１０ 羽根車、１１ 回転軸、１２ ボス部、２０ 翼、２１ 前縁部、２１ａ、２１ｂ 変曲点、２２ 後縁部、２３ 外周縁部、２３ａ 外周前端部、２３ｂ 外周後端部、２４ 内周縁部、２４ａ 内周前端部、２４ｂ 内周後端部、２５ 正圧面、２６ 負圧面、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ スパン線、２８ 径方向中間部、３０ 翼端渦、４１ 第１変曲点、４２ 第２変曲点、４３ 後縁側領域、４４ 周方向中間領域、４５ 前縁側領域、８０ ケーシング、８１ ベルマウス、１００ 送風機、２００ 空気調和機、２０１ 吸込口、２０２ 吹出口、２０３ 筐体、２０４ 熱交換器、２０５ 風向ベーン。

本発明に係る羽根車は、回転軸上に設けられたボス部と、前記ボス部の外周に設けられた翼と、を備え、前記翼は、回転方向で前方の縁部である前縁部と、前記回転方向で後方の縁部である後縁部と、外周側の縁部である外周縁部と、内周側の縁部である内周縁部と、前記回転軸を中心とした径方向において前記外周縁部と前記内周縁部との中間に位置する径方向中間部と、を有しており、前記回転軸を中心とした前記翼の複数の円筒断面のそれぞれにおいて前記前縁部からの距離と前記後縁部からの距離との比が一定の値になる点を、前記内周縁部から前記外周縁部まで結んだ線をスパン線と定義し、前記翼を前記スパン線に沿って前記回転軸と平行に切断した断面をスパン方向断面と定義したとき、前記前縁部側でのスパン方向断面は、前記径方向中間部と前記外周縁部との間において、吸込み側が凹となるように形成されており、前記後縁部側でのスパン方向断面は、前記径方向中間部と前記外周縁部との間において、前記吸込み側が凸となるように形成されており、前記回転軸を中心とした前記翼の円筒断面は、前記径方向中間、前記径方向中間よりも前記内周側、及び前記径方向中間よりも前記外周側のいずれにおいても、前記吸込み側が凸となり、かつ前記前縁部と前記後縁部との間に変曲点を持たないように形成されているものである。

Claims (7)

1. 回転軸上に設けられたボス部と、
   前記ボス部の外周に設けられた翼と、
   を備え、
   前記翼は、
   回転方向で前方の縁部である前縁部と、
   前記回転方向で後方の縁部である後縁部と、
   外周側の縁部である外周縁部と、
   内周側の縁部である内周縁部と、
   前記回転軸を中心とした径方向において前記外周縁部と前記内周縁部との中間に位置する径方向中間部と、
   を有しており、
   前記回転軸を中心とした前記翼の複数の円筒断面のそれぞれにおいて前記前縁部からの距離と前記後縁部からの距離との比が一定の値になる点を、前記内周縁部から前記外周縁部まで結んだ線をスパン線と定義し、
   前記翼を前記スパン線に沿って前記回転軸と平行に切断した断面をスパン方向断面と定義したとき、
   前記前縁部側でのスパン方向断面は、前記径方向中間部と前記外周縁部との間において、吸込み側が凹となるように形成されており、
   前記後縁部側でのスパン方向断面は、前記径方向中間部と前記外周縁部との間において、前記吸込み側が凸となるように形成されている羽根車。
2. 前記回転軸を中心とした前記翼の円筒断面は、前記吸込み側が凸となり、かつ前記前縁部と前記後縁部との間に変曲点を持たないように形成されている請求項１に記載の羽根車。
3. 前記翼は、前記前縁部から前記後縁部に向かって前記吸込み側が凹となる湾曲から前記吸込み側が凸となる湾曲に変化する第１変曲点を有しており、
   前記回転軸を中心とした前記翼の円筒断面において、前記後縁部の周方向位置を０とし、前記前縁部の周方向位置を１としたとき、
   前記第１変曲点は、０．２以上０．７以下となる周方向位置に配置されている請求項１又は請求項２に記載の羽根車。
4. 前記前縁部側でのスパン方向断面は、前記内周縁部と前記径方向中間部との間において、前記吸込み側が凸となるように形成されており、
   前記後縁部側でのスパン方向断面は、前記内周縁部と前記径方向中間部との間において、前記吸込み側が凹となるように形成されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の羽根車。
5. 前記翼は、前記前縁部から前記後縁部に向かって前記吸込み側が凸となる湾曲から前記吸込み側が凹となる湾曲に変化する第２変曲点を有しており、
   前記回転軸を中心とした前記翼の円筒断面において、前記後縁部の周方向位置を０とし、前記前縁部の周方向位置を１としたとき、
   前記第２変曲点は、０．２以上０．７以下となる周方向位置に配置されている請求項４に記載の羽根車。
6. ベルマウスを有するケーシングと、
   前記ベルマウスの内周側に配置された請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の羽根車と、
   を備えた送風機。
7. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の羽根車と、
   前記羽根車によって供給される空気と内部を流通する冷媒との熱交換を行う熱交換器と、
   を備えた空気調和機。

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