WO2015111210A1 - 遠心ファン及び空気調和装置 - Google Patents

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敬英 田所
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三菱電機株式会社
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    • F05D2250/00Geometry
    • F05D2250/50Inlet or outlet
    • F05D2250/52Outlet

Definitions

  • the present invention relates to a centrifugal fan and an air conditioner.
  • the shape of the centrifugal fan has been devised. Since the noise and loss of the centrifugal fan increase according to the turbulence of the air flow and the magnitude of the wind speed, in order to realize low noise and high efficiency, reduce the turbulence of the air flow generated around the blade, It is necessary to mitigate local high wind speed.
  • Patent Document 1 discloses that a shroud outer peripheral portion located on the discharge side of a centrifugal fan is inclined toward the suction side, and an air passage area in an arbitrary circumferential cross section is defined by a blade inflow portion and a shroud in an inner peripheral portion of the shroud.
  • a centrifugal fan is disclosed that is configured to be larger than a blade inlet circumferential cross-sectional area at a position where the two intersect.
  • Patent Document 2 discloses that a minimum portion having a minimum cross-sectional area is formed in the middle of an air flow path surrounded by a main plate, a blade, and a shroud, and a cross-sectional area of the air flow path from the minimum portion to the outer periphery of the shroud.
  • a centrifugal fan configured to gradually increase is disclosed. With such a configuration, this centrifugal fan is intended to gently reduce the flow velocity of the flow from the minimum portion and suppress the disturbance of the air flow in the vicinity of the outer peripheral portion of the impeller.
  • Patent Document 3 discloses a centrifugal fan in which a guide portion extending toward the suction side is formed in a radially outer portion of the shroud.
  • the airflow blown out from the centrifugal fan since the airflow blown out from the centrifugal fan has a high wind speed, a vortex due to the speed difference is generated around the outlet.
  • a vortex due to the speed difference is generated around the outlet.
  • the airflow between the slow airflow on the upper surface of the shroud and the mainstream The vortex generated by the speed difference blocks the blowout air passage and increases the airflow resistance, which may increase the power consumption of the fan and increase the noise due to the increase in the air velocity of the airflow flowing through the narrow air passage.
  • Patent Document 1 or Patent Document 2 when the wind path width or the wind path height between the blades is increased in the vicinity of the air outlet, a pressure gradient due to sudden expansion occurs inside, so that the wind speed on the shroud side where the wind speed is slow is generated. The flow becomes easy to peel. And since the vortex generated by the separation closes the flow path between the blades, there is still a risk of an increase in power consumption due to an increase in ventilation resistance and an increase in noise due to an increase in the speed of the blowout flow.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a centrifugal fan that can suppress an increase in ventilation resistance.
  • the present invention provides a centrifugal fan having a main plate, a shroud having a fan suction port, and a plurality of blades provided between the main plate and the shroud, wherein the shroud is a shroud.
  • a main body portion and an extension portion, and the extension portion is a portion extending from the shroud outer peripheral end portion of the shroud main body portion to the upstream side in a direction parallel to the rotation axis, and the shroud main body portion.
  • the radially outer surface and the radially inner surface of the extension constitute a concave round surface, and the direction of the concave of the concave round surface is upstream when viewed in a direction parallel to the rotation axis.
  • a centrifugal fan that is recessed toward the side.
  • a plurality of protrusions extending in the radial direction may be formed on the concave round surface.
  • the plurality of protrusions may be configured to be inclined so that the radially outer portion of the protrusion is positioned rearward in the rotational direction of the centrifugal fan as compared to the radially inner portion in plan view. Good.
  • the present invention provides an air conditioner including the above-described centrifugal fan according to the present invention and a heat exchanger disposed outside the centrifugal fan.
  • the end on the air conditioner outlet side in the heat exchanger is configured to be closer to the air conditioner outlet as seen in the direction parallel to the rotation axis than the suction side end of the centrifugal fan. Also good.
  • an increase in ventilation resistance can be suppressed.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the centrifugal fan which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is sectional drawing of the centrifugal fan of FIG. It is a figure which shows the internal structure of the air conditioning apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention from the side. It is a figure which shows the internal structure of the air conditioning apparatus of FIG. 3 from the direction of arrow IV of FIG. It is a figure which shows the mode of a flow regarding the centrifugal fan of this Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the mode of the flow regarding the centrifugal fan of the 1st explanatory example. It is a figure which shows the mode of the flow regarding the centrifugal fan of the 2nd explanatory example.
  • FIG. 2 It is a figure of the same aspect as FIG. 2 regarding the extension part vicinity part of the 1st modification of this Embodiment 1.
  • FIG. 5 Regard the 1st modification of this Embodiment 1.
  • FIG. 5 regarding the 2nd modification of this Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure of the same aspect as FIG. 1 regarding Embodiment 2 of this invention. It is a top view explaining the flow by the side of a concave round surface regarding this Embodiment 2.
  • FIG. It is a perspective view of the centrifugal fan regarding Embodiment 3 of this invention. It is a top view of the centrifugal fan of FIG.
  • FIG. 15 It is a figure explaining a flow in case the euros
  • FIG. 1 is a perspective view showing a centrifugal fan according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the centrifugal fan of FIG.
  • FIG. 3 is a view showing the internal structure of the air-conditioning apparatus according to Embodiment 1 from the side
  • FIG. 4 shows the internal structure of the air-conditioning apparatus of FIG. 3 from the direction of arrow IV in FIG. FIG.
  • the centrifugal fan 1 includes a main plate 2, a shroud 3, and a plurality of blades 4.
  • the main plate 2 and the shroud 3 face each other in the direction in which the rotation shaft 5 extends, and are arranged with a space in the direction in which the rotation shaft 5 extends.
  • the plurality of blades 4 extend between the main plate 2 and the shroud 3 in the direction in which the rotation shaft 5 extends, and connect the main plate 2 and the shroud 3.
  • blade may have a hollow structure in the inside for weight reduction.
  • the centrifugal fan 1 is rotatably supported, and the main plate 2, the shroud 3, and the plurality of blades 4 rotate together.
  • a fan suction port 3 a for sucking air is formed in the central portion of the shroud 3.
  • the shroud 3 cooperates with the main plate 2 rather than the end portion (that is, the suction side end portion 28) of the shroud main body portion 11 constituting the fan suction port 3 a, and the fan blowout port 22.
  • the end portion of the shroud main body portion 11 (that is, the shroud outer peripheral end portion 8) is located on the radially outer side and near the main plate 2.
  • the shroud 3 further has an annular extension 10.
  • the extension portion 10 is a portion extending from the shroud outer peripheral end portion 8 which is the outermost end portion of the shroud main body portion 11 to the upstream side (fan suction port 3a side) when viewed in a direction parallel to the rotation shaft 5.
  • the annular extension 10 surrounds the shroud body 11.
  • the concave round surface 30 is composed of one arc when viewed in a longitudinal section including the rotation axis 5 (see FIG. 5 which is one section of such a longitudinal section) or a plurality of arcs. It is configured to be combined.
  • the direction of the recess of the concave round surface 30 is recessed toward the upstream side (fan suction port 3a side) when viewed in a direction parallel to the rotation shaft 5.
  • the air conditioning apparatus 100 including the centrifugal fan 1 described above will be described.
  • the air conditioner 100 includes the centrifugal fan 1 described above and a motor 15 that rotates the centrifugal fan 1 in the center of the unit constituted by the top plate 13 and the side plate 14.
  • FIG. 4 is shown in perspective, giving priority to showing the internal configuration of the unit.
  • a heat exchanger 16 that performs heat exchange with the air that flows out of the centrifugal fan 1 is provided outside (downstream) of the centrifugal fan 1.
  • the heat exchanger 16 is disposed so as to surround the centrifugal fan 1.
  • the heat exchanger 16 is arrange
  • a decorative plate 17 facing the room 102 is provided below the unit.
  • an air conditioner suction port 18 and a plurality of air conditioner air outlets 19 are provided in the center of the decorative plate 17.
  • the air conditioner suction port 18 occupies the rotation shaft 5 and a central region around it, and the air conditioner air outlet 19 occupies a region around the air conditioner suction port 18.
  • the air conditioner outlet 19 is provided with a wind direction vane 20 that controls the direction of the airflow to be blown out.
  • FIG. 3 shows the air flow 21 as seen from the entire air conditioner 100 configured as described above.
  • the air in the room 102 is sucked into the unit from the air conditioner suction port 18 by the rotation of the centrifugal fan 1.
  • the airflow flowing in from the fan suction port 3a of the centrifugal fan 1 changes its direction from the fan axial direction to the radially outer side, receives energy from the blades 4 and rises in pressure, and blows out from the fan outlet 22 .
  • the airflow that is turned and blown out by the centrifugal fan 1 is mainly temperature-adjusted when passing through the heat exchanger 16, and blown out from the air conditioner outlet 19 to the room 102.
  • the flow sucked from the device suction port is U-turned by a centrifugal fan, and is in the same direction as the upstream of the device suction port (fan suction port).
  • 1 shows an air conditioner as an example of a blower that flows to an apparatus outlet (in this example, an air conditioner outlet).
  • FIG. 5 is a diagram showing the flow of the centrifugal fan according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing a flow state relating to the centrifugal fan of the first explanatory example
  • FIG. 7 is a diagram showing a flow state relating to the centrifugal fan of the second explanatory example.
  • FIG. 6 and FIG. 7 all illustrate only the centrifugal fan, the bell mouth 41 and the heat exchanger 16 in order to facilitate the understanding of the description, and the illustration inside the unit is simplified.
  • the air conditioner flows out from the fan air outlet 22.
  • the vortex 23 generated due to the flow 7 toward the air outlet 19 further spreads outward in the radial direction from the outer diameter of the centrifugal fan 1.
  • the air passage width 24 in the region sandwiched between the vortex 23 and the heat exchanger 16, which is a substantial air passage, is narrow, and the problem of continuously increasing the airflow resistance when the flow 7 passes through is a problem. There is.
  • the fan outlet 22 The flow 7 blown out from the flow is attracted to flow along the peripheral wall portion 61a by the Coanda effect, and the flow separated from the peripheral wall portion 61a is the velocity of the radially inner air between the shroud and the bell mouth.
  • a vortex 23 is generated by the difference.
  • the vortex 23 is less likely to fit inside the peripheral wall 61a in the radial direction, and extends further outward in the radial direction than the outer diameter of the centrifugal fan 1. Therefore, as in the case of the first explanatory example of FIG. 6, the air passage width 24 is narrow, and there is a problem that the ventilation resistance when the flow 7 continues is increased.
  • the shroud outer peripheral end portion 8 constituting the fan outlet has an extension portion extending toward the fan suction port 3a when viewed in a direction parallel to the rotation shaft 5.
  • 10 and a shroud constituting surface 12 from the tip 9 of the extension portion 10 to the shroud main body portion 11 is formed of a concave round surface 30 that is recessed toward the fan suction port 3a when viewed in a direction parallel to the rotating shaft 5. ing. Therefore, first, the flow 7 blown out from the fan outlet 22 generates a vortex 23 as in the case of FIG. 7, but the generated 23 vortex is along the shroud constituting surface 12 of the concave round surface 30.
  • the air path width 24 in the region sandwiched between the vortex 23 and the heat exchanger 16 can be kept wide, and an increase in the ventilation resistance of the flow 7 can be suppressed. Further, since the vortex can be stored in the concave region, the size of the vortex can be reduced, and the turbulence can be reduced.
  • the centrifugal fan and the air conditioner according to the first embodiment it is possible to reduce the noise by reducing the blowing air speed and suppressing the turbulence, and reduce the motor power consumption by reducing the ventilation resistance. Reduction can be achieved.
  • FIG. 8 is a view similar to FIG. 2 with respect to the vicinity of the extension portion of the first modified form.
  • FIG. 9 is a diagram of the same mode as FIG. 5 regarding the first modified mode.
  • ⁇ a and the curvature of the curved surface (curved surface) formed by the shroud outer peripheral end portion 8 on the fan outlet side of the shroud body 11 and the radially outer surface of the extension portion 10 is ⁇ b
  • ⁇ a is ⁇ b It is comprised so that it may become smaller.
  • the concave round surface has a gentler curvature than a curved surface (an angular shape is also included as one aspect of the curved surface) formed by the shroud outer peripheral end portion and the extension portion on the outlet side.
  • a curved surface an angular shape is also included as one aspect of the curved surface
  • the generated vortex 23 flows smoothly along the component surface, and the vortex can be stabilized without leaking outside the shroud.
  • the airflow that passes between the blades and blows out flows from the shroud main body part to the extension part due to the Coanda effect, and hardly spreads outward in the radial direction, and thus the flow path between the fan and the heat exchanger. It becomes difficult to block.
  • FIG. 10 is a diagram of the same mode as FIG. 5 regarding the second modified mode.
  • the outer diameter Rsh of the shroud outer peripheral end 8 is set to be larger than the outer diameter RO of the main plate 2 in the configuration shown in FIGS. 1 to 7 or the configuration shown in FIGS. It is also characterized by a larger size.
  • the concave region constituted by the radially outer surface of the shroud main body 11 and the radially inner surface of the extension portion 10 is widened, and the vortex generated between the fan and the heat exchanger is concave. It becomes easy to fit inside, and it becomes easy to ensure a wide flow path.
  • both the first modified form and the second modified form are the same as those of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 7 except for the part described above.
  • FIG. 11 is a diagram of the same aspect as FIG. 1 regarding the second embodiment of the present invention.
  • the second embodiment is the same as the first embodiment except for the parts described below.
  • a plurality of protrusions are formed on the concave round surface 30 formed by the radially outer surface of the shroud main body 11 and the radially inner surface of the extension 10 in the shroud 3.
  • 125 is formed.
  • These protrusions 125 extend from the tip 9 of the extension 10 to the vicinity of the fan suction port 3a of the shroud main body 11.
  • the plurality of protrusions 125 extend from the radially inner side toward the radially outer side.
  • the plurality of protrusions 125 radiate along the radial direction when viewed from the direction of the rotation shaft 5. It extends to.
  • the second embodiment also provides the following advantages.
  • the air blower and the air conditioner are surrounded by a rectangular heat exchanger, and the air passage form is not axisymmetric, so the ventilation resistance varies depending on the location, and the amount of air flowing between the blades and the air speed are different. Therefore, fluctuation occurs in the blowout flow.
  • FIG. 12 first, in the area 131 where the centrifugal fan 101 and the heat exchanger 16 are separated from each other, the blowing wind speed is fast, and the swirl flow that forms the generated vortex 23 becomes fast. As a result, the vortex 23 is originally in a state of being easily contained in the concave round surface 30.
  • the blown wind speed is low, so that the speed difference between the upper part of the shroud and the blown wind speed is small, and the swirl flow constituting the generated vortex 23 is slowed.
  • the vortex may not be stable.
  • the swirl flow constituting the vortex is rectified along the protrusion 125, and the vortex is not easily twisted.
  • the effect of storing the vortex 23 in the concave round surface 30 can be further enhanced.
  • Embodiment 3 FIG. Next, a third embodiment of the present invention will be described. 13 and 14 are a perspective view and a plan view of a centrifugal fan according to Embodiment 3 of the present invention. In addition, this Embodiment 3 shall be the same as that of the said Embodiment 2 except the part demonstrated below.
  • a plurality of protrusions are formed on the concave round surface 30 formed of the radially outer surface of the shroud main body 11 and the radially inner surface of the extension portion 10 in the shroud 3.
  • 225 is formed. These protrusions 225 extend from the tip 9 of the extension 10 to the vicinity of the fan suction port 3a of the shroud main body 11. Further, the plurality of protrusions 225 extend from the radially inner side toward the radially outer side, and further extend obliquely with respect to the radial direction in plan view.
  • the plurality of protrusions 225 are located on the opposite side of the rotation direction 6 of the centrifugal fan 201 (rearward in the rotation direction) to the radially outer part of the protrusion 225 in the plan view. Inclined.
  • the third embodiment also provides the following advantages. Since the centrifugal fan 201 blows out the airflow while rotating, the swirling flow generated on the concave round surface 30 is composed of a vortex having an axis in the fan circumferential direction. That is, the swirl flow also has a component that advances in the fan rotation direction due to friction with the concave round surface 30.
  • the flow 227a starting from the radially inner shroud side is near the radially outer extension.
  • the flow 227b at the time of reaching the position reaches a position advanced in the rotational direction 6, and the swirling flow constituting the vortex is twisted obliquely.
  • the flow becomes a vertical vortex state 223A in which the flow advances while swirling in the direction of the central axis of the vortex.
  • the airflow 228 around the vortex is caught in the swirl direction and the blowout to the heat exchanger side is reduced.
  • the flow 227a starting from the radially inner shroud side is extended radially outward as shown in FIG.
  • the flow 227b when reaching the vicinity of the part proceeds in the direction opposite to the fan rotation direction. That is, by combining the fan rotation direction and the flow traveling direction, the swirl flow that forms the vortex 223B becomes difficult to twist, and the longitudinal vortex state is relaxed. Thereby, it can suppress that the airflow around a vortex is wound in a turning direction, and can ensure suitably the airflow which flows into a heat exchanger.
  • FIG. 17 is a diagram of the same mode as FIG. 5 in the fourth embodiment of the present invention.
  • the fourth embodiment is the same as any one of the first to third embodiments except for the parts described below.
  • the centrifugal fan 301 has an extension 310 extending from the shroud outer peripheral end 8 of the shroud main body portion to the upstream side, and the tip 9 of the extension 310 is shown in FIG. Thus, it is located in the radial direction inner side than the part by the side of shroud outer peripheral edge 8 in extension part 310.
  • the distal end of the extension portion is located radially inward from the portion of the extension portion on the shroud outer peripheral end side, so that it is surrounded by the extension portion and the shroud main body portion. Since the vortex that can be formed in the region is more radially inward, a wide air passage width between the extension portion and the heat exchanger portion can be secured. As a result, it is possible to realize a centrifugal fan that has a lower ventilation resistance and suppresses power consumption.
  • Embodiment 5 FIG. Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
  • the feature of the fifth embodiment is that the end 29 on the air conditioner outlet side of the heat exchanger 16 is more parallel to the rotary shaft 5 than the suction side end 28 of the centrifugal fan. It is close to the air outlet 19.
  • the features of the fifth embodiment can be applied to any of the configurations of the first to fourth embodiments, but in the drawings described above, they are shown in FIGS. . Due to such characteristics, the effects of the first to fourth embodiments can be further increased.
  • the present invention is not limited to an air conditioner equipped with a heat exchanger, and can be widely applied to a blower having a wall on the radially outer side of the air outlet and discharging the sucked airflow in a U-turn.
  • the shape of the concave round surface formed by the extension portion and the shroud main body portion is an arc shape as an example of a shape that can stably form a vortex, but the present invention is not limited to this.
  • it may be configured by a round surface in which a plurality of arcs are connected by tangent lines according to the length of the extension. That is, this invention also provides the air blower provided with the centrifugal fan which concerns on this invention mentioned above, and the motor which drives the centrifugal fan.

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Abstract

 遠心ファンは、主板2と、ファン吸込口3aを有するシュラウド3と、それら主板及びシュラウドの間に設けられた複数の翼4とを有し、シュラウドは、シュラウド本体部11と、延長部9とを有しており、延長部は、シュラウド本体部のシュラウド外周端部8から、回転軸5と平行な方向でみて上流側へと延びる部分であり、シュラウド本体部の径方向外側の面と、延長部の径方向内側の面とは、凹状のラウンド面30を構成しており、凹状のラウンド面の凹みの方向は、回転軸と平行な方向でみて上流側に向かって凹んでいる。

Description

遠心ファン及び空気調和装置
 本発明は、遠心ファン及び空気調和装置に関するものである。
 従来から、低騒音、高効率な送風機を実現するため、遠心ファンの形状に工夫を施すことが行われている。遠心ファンの騒音や損失は、気流の乱れや風速の大きさに応じて増加するため、低騒音と高効率化を実現するためには、翼周りに発生する気流の乱れを低減することや、局所的な高風速部分を緩和することが必要である。
 例えば、特許文献1には、遠心ファンの吐出側に位置するシュラウド外周部を吸込側に傾斜させ、かつ、任意の周方向断面の通風路面積が、シュラウド内周部のブレード流入部とシュラウドとが交わる位置のブレード入口周方向断面積よりも大きくなるように構成された、遠心ファンが開示されている。このような構成により、この遠心ファンでは、遠心ファンの吐出流れを送風機本体の吐出口の方向に向けさせ、遠心ファンの吐出流れの速度を、シュラウド外周部の流れの速度より減速させ、送風機の筐体側壁への衝突を少なくすることを企図している。
 また、特許文献2には、主板とブレードとシュラウドとで囲まれた空気流路の途中に断面積が最小となる最小部を形成し、最小部からシュラウド外周部までの空気流路の断面積を漸増させるように構成した、遠心ファンが開示されている。このような構成により、この遠心ファンでは、最小部からの流れの流速をゆるやかに減速させ、インペラの外周部近傍での空気の流れに乱れが生じるのを抑えることを企図している。
 また、特許文献3には、シュラウドの径方向外側の部分に、吸込側に延びるガイド部が形成されている、遠心ファンが開示されている。
特開2000-120582号公報(主に図2、図4) 特開2012-207600号公報(主に図4) 国際公開第98/58213号(主に図1、図9)
 ここで、遠心ファンから吹き出した気流は、高風速となるため、吹出口周囲には速度差による渦が発生する。特に、吹出し直後に熱交換器がある空気調和装置や、遠心方向に吹き出した気流をUターンさせて吸込み側に送る風路を備えた送風機においては、シュラウド上面の遅い気流と主流との間の速度差により発生した渦が、吹出し風路を閉塞して通風抵抗を大きくし、ファンの消費電力増加や、狭い風路を流れる気流の風速増加による騒音増加のおそれがある。
 また、特許文献1又は特許文献2のように、吹出口近傍で翼間の風路幅や風路高さを拡大すると、内部で急拡大による圧力勾配が発生するため、風速が遅いシュラウド側の流れは剥離しやすくなる。そして、剥離により発生した渦は、翼間の流路を閉塞するため、やはり、通風抵抗の増加による消費電力増加と、吹出し流の増速による騒音悪化との恐れがある。
 また、特許文献3に開示されたシュラウドでは、ガイド部が形成の仕方によっては、不安定な渦が発生したり、渦が流路を閉塞したりする恐れがあった。
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、通風抵抗の増加を抑制することができる遠心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、本発明は、主板と、ファン吸込口を有するシュラウドと、それら主板及びシュラウドの間に設けられた複数の翼とを有する遠心ファンであって、前記シュラウドは、シュラウド本体部と、延長部とを有しており、前記延長部は、前記シュラウド本体部のシュラウド外周端部から、回転軸と平行な方向でみて上流側へと延びる部分であり、前記シュラウド本体部の径方向外側の面と、前記延長部の径方向内側の面とは、凹状のラウンド面を構成しており、該凹状のラウンド面の凹みの方向は、回転軸と平行な方向でみて上流側に向かって凹んでいる、遠心ファンを提供する。
 前記凹状のラウンド面には、径方向に延びる複数の突起が形成されているように構成してもよい。
 前記複数の突起は、平面視、該突起の径方向外側の部分ほど、径方向内側の部分よりも、前記遠心ファンの回転方向後方に位置するように、傾斜しているように構成してもよい。
 前記延長部の先端は、該延長部のシュラウド外周端部側の部分よりも、径方向内側に位置しているように構成してもよい。
 さらに、同目的を達成するため、本発明は、上述した本発明に係る遠心ファンと、該遠心ファンの外側に配置された熱交換器とを備えた、空気調和装置を提供する。
 前記熱交換器における空気調和装置吹出口側の端部は、前記遠心ファンの吸込み側端部よりも、回転軸と平行な方向でみて、前記空気調和装置吹出口に近くなるように構成してもよい。
 本発明によれば、通風抵抗の増加を抑制することができる。
本発明の実施の形態1に係る遠心ファンを示す斜視図である。 図1の遠心ファンの断面図である。 本発明の実施の形態1に係る空気調和装置の内部構造を側方から示す図である。 図3の空気調和装置の内部構造を、図3の矢印IVの向きから示す図である。 本実施の形態1の遠心ファンに関する、流れの様子を示す図である。 第1説明例の遠心ファンに関する、流れの様子を示す図である。 第2説明例の遠心ファンに関する、流れの様子を示す図である。 本実施の形態1の第1改変形態の延長部近傍部分に関する、図2と同態様の図である。 本実施の形態1の第1改変形態に関する、図5と同態様の図である。 本実施の形態1の第2改変形態に関する、図5と同態様の図である。 本発明の実施の形態2に関する、図1と同態様の図である。 本実施の形態2に関する、凹状のラウンド面側の流れを説明する平面図である。 本発明の実施の形態3に関する、遠心ファンの斜視図である。 図13の遠心ファンの平面図である。 凹状のラウンド面における突起が径方向に沿って延びている場合の、流れを説明する図である。 本実施の形態3に関する、図15と同態様の図である。 本実施の形態4に関する、図5と同態様の図である。
 以下、本発明に係る遠心ファン及び空気調和装置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。
 実施の形態1.
 図1は、本発明の実施の形態1に係る遠心ファンを示す斜視図であり、図2は、図1の遠心ファンの断面図である。図3は、本実施の形態1に係る空気調和装置の内部構造を側方から示す図であり、図4は、図3の空気調和装置の内部構造を、図3の矢印IVの向きから示す図である。
 遠心ファン1は、主板2と、シュラウド3と、複数の翼4とを備えている。主板2とシュラウド3とは、回転軸5の延びる方向に対向し、且つ、回転軸5の延びる方向に間隔をあけて、配置されている。複数の翼4は、主板2とシュラウド3との間で、回転軸5が延びる方向に延びており、それら主板2及びシュラウド3を連結している。なお、翼は、その内部が軽量化のため中空構造になっていてもよい。
 遠心ファン1は回転可能に支持されており、これら主板2、シュラウド3及び複数の翼4は、一体となって回転する。シュラウド3の中央部分には、空気を吸込むためのファン吸込口3aが形成されている。そして、モータ15(図3参照)の駆動によって遠心ファン1が回転方向6のように回転されると、シュラウド3側の空気が、流れ7で示されるように、ファン吸込口3aを介してシュラウド3と主板2との間の領域に吸い込まれ、複数の翼4の翼間を通過しながら圧力上昇してファン吹出口22を通って遠心ファン1の外に吹き出される。
 図2に示されるように、シュラウド3は、ファン吸込口3aを構成しているシュラウド本体部11の端部(すなわち吸込み側端部28)よりも、主板2と協働してファン吹出口22を構成しているシュラウド本体部11の端部(すなわちシュラウド外周端部8)の方が、径方向外側に位置し且つ主板2の近くに位置する。
 シュラウド3は、さらに、環状の延長部10を有している。この延長部10は、シュラウド本体部11の最外径端部であるシュラウド外周端部8から、回転軸5と平行な方向でみて上流側(ファン吸込口3a側)へと延びる部分である。回転軸5の方向から平面的にみると、環状の延長部10は、シュラウド本体部11を包囲している。
 また、シュラウド本体部11の径方向外側の面と、延長部10の径方向内側の面とは、凹状のラウンド面(rounded surface)を構成している。この凹状のラウンド面30は、回転軸5を含む縦断面においてみて(そのような縦断面の一断面である図5おいてみて)、一つの円弧で構成されているか、または、複数の円弧を組み合わせるようにして構成されている。凹状のラウンド面30の凹みの方向は、回転軸5と平行な方向でみて上流側(ファン吸込口3a側)に向かって凹む。
 さらに、上述した遠心ファン1を備える空気調和装置100について説明する。図3及び図4に示されるように、空気調和装置100は、天板13及び側板14で構成されるユニットの内部の中央に、上述した遠心ファン1と、その遠心ファン1を回転させるモータ15とを備えている。なお、図4は、ユニットの内部構成を示すことを優先し、透視的に示している。
 また、ユニット内において、遠心ファン1の外側(下流側)には、遠心ファン1から流出した空気との間で熱交換を行う熱交換器16が設けられている。熱交換器16は、遠心ファン1を囲むように配置されている。また、熱交換器16は、側板14の主要な4面に沿うように配置されており、概ね四角形をなすように延びている。
 天井103に埋め込まれた設置時おいてみて、ユニットの下側には、部屋102に面する化粧板17が設けられている。化粧板17の中央には、空気調和装置吸込口18と、複数の空気調和装置吹出口19とが設けられている。空気調和装置吸込口18が、回転軸5及びその周囲の中央領域を占めており、空気調和装置吹出口19は、空気調和装置吸込口18の周りの領域を占めている。空気調和装置吹出口19には、吹き出す気流の方向を制御する風向ベーン20が備え付けられている。
 このように構成された空気調和装置100の全体でみた空気の流れ21を、図3に示す。部屋102の空気は、遠心ファン1の回転により、空気調和装置吸込口18からユニット内部に吸い上げられる。遠心ファン1のファン吸込口3aから流入した気流は、翼間を流れる間にファン軸方向から径方向外側に向きを変えながら、翼4からエネルギーを受けて圧力上昇し、ファン吹出口22から吹き出す。遠心ファン1において転向されて吹き出された気流は、熱交換器16を通過する際に、主に温度調整されて、空気調和装置吹出口19から部屋102へと吹き出される。
 なお、本実施の形態1及び以下に実施の形態は、装置吸込口(ファン吸込口)から吸い込んだ流れを、遠心ファンにてUターンさせ、装置吸込口(ファン吸込口)の上流と同方向である、装置吹出口(本例では空気調和機吹出口)へと流す送風機の一例としての空気調和装置を示している。
 さらに、遠心ファン1の作用について、図5、図6及び図7を用いながら説明する。図5は、本実施の形態1の遠心ファンに関する、流れの様子を示す図である。図6は、第1説明例の遠心ファンに関する、流れの様子を示す図であり、図7は、第2説明例の遠心ファンに関する、流れの様子を示す図である。なお、これら図5、図6及び図7は何れも、説明の理解を促進するために、遠心ファン、ベルマウス41及び熱交換器16だけを図示し、ユニット内部の図示を簡略している。
 まず、図6に示されるように、ファン吹出口22を構成しているシュラウド外周端部に延長部を持たない第1説明例の遠心ファン51では、ファン吹出口22から流出して空気調和装置吹出口19に向かう流れ7に起因して発生した渦23が、遠心ファン1の外径よりもさらに径方向外側に拡がる。このため、実質的な風路である、渦23と熱交換器16とで挟まれた領域の風路幅24は狭く、引き続き、流れ7が通過するときの通風抵抗を大きくすることとなる問題がある。
 また、図7に示されるように、シュラウド外周端部に、ファン吸込口3a側に折り返しただけの周壁部61aを形成した第2説明例としての仮想的な遠心ファン61では、ファン吹出口22から吹き出した流れ7は、コアンダ効果により周壁部61aに沿うように引きつけられて流れ、さらに、周壁部61aから離脱した流れは、シュラウドとベルマウスとの間の径方向内側寄りの空気との速度差により渦23を発生させる。そして、このように発生した渦23からは、符号23aで示すようなシュラウド本体部表面や周壁部61aの基部のコーナ部61bの近傍にかけての流れが、得られにくい。このため、渦23は、周壁部61aの径方向内側に収まりにくく、遠心ファン1の外径よりもさらに径方向外側に拡がる。よって、結局は、図6の第1説明例の場合と同様、風路幅24は狭く、引き続き、流れ7が通過するときの通風抵抗を大きくすることとなる問題がある。
 これらに対して、本実施の形態1では、前述したように、ファン吹出口を構成するシュラウド外周端部8には、回転軸5と平行な方向でみてファン吸込口3a側へと延びる延長部10を有し、且つ、延長部10の先端9からシュラウド本体部11までのシュラウド構成面12が、回転軸5と平行な方向でみてファン吸込口3a側に凹む凹状のラウンド面30で形成されている。このため、まず、ファン吹出口22から吹き出した流れ7は、上記図7の場合と同様、渦23を発生させるものの、発生した23渦は、凹状のラウンド面30のシュラウド構成面12に沿って流れ、延長部10よりも径方向内側に収まりやすい。これにより、渦23と熱交換器16とで挟まれた領域の風路幅24を広く保つことができ、流れ7の通風抵抗の増加を抑制することができる。また、凹状領域に渦を収めることができるため、渦の大きさを小さくすることができ、乱れを小さくすることができる。
 以上説明したように、本実施の形態1に係る遠心ファン及び空気調和装置によれば、吹出し風速の低減と乱れ抑制とによる低騒音化を図ることができると共に、通風抵抗低減によるモータ消費電力の低減を図ることができる。
 次に、本実施の形態1の第1改変形態を、図8及び図9に示す。図8は、かかる第1改変形態の延長部近傍部分に関する、図2と同態様の図である。図9は、第1改変形態に関する、図5と同態様の図である。
 上述した特許文献3に開示されていたように、ガイド部とシュラウド本体との間が鋭利な角になっていると、渦がガイド部の径方向内側で安定せず、シュラウドから漏れやすくなり、流路を閉塞する可能性がある。
 これに対して、図8及び図9に示す第1改変形態では、シュラウド本体部11の径方向外側の面と、延長部10の径方向内側の面とで構成される凹状のラウンド面の曲率をρaとし、シュラウド本体部11のファン吹出口側のシュラウド外周端部8と、延長部10の径方向外側の面とで構成される曲面(curved surface)の曲率をρbとすると、ρaがρbよりも小さくなるように構成されている。つまり、凹状のラウンド面の方が、吹出し口側のシュラウド外周端部と延長部とで構成される曲面(なお角状も曲面の一態様として含む)より緩やかな湾曲となる。これにより、発生する渦23が構成面に沿って滑らかに流れ、渦はシュラウドより外側に漏れずに安定させることができる。より詳細には、翼間を通過し吹出した気流は、コアンダ効果によりシュラウド本体部から延長部へと小回りで流れ、径方向外側に広がりにくく、よって、ファンと熱交換器との間の流路を閉塞しにくくなる。
 さらに、本実施の形態1の第2改変形態を、図10に示す。図10は、第2改変形態に関する、図5と同態様の図である。この第2改変形態は、上述した図1~図7に示した構成、又は、図8及び図9に示した構成において、シュラウド外周端部8の外径Rshを、主板2の外径ROよりも大きくしたことを特徴とする。これにより、シュラウド本体部11の径方向外側の面と延長部10の径方向内側の面で構成される凹状の領域が広くなり、ファンと熱交換器との間に発生した渦が凹状の領域内に収まり易くなり、広い流路を確保しやすくなる。
 なお、上記の第1改変形態及び第2改変形態は共に、説明した部分を除いては、図1~図7で示す実施の形態1の構成と同様であるものとする。
 実施の形態2.
 次に、本発明の実施の形態2について説明する。図11は、本発明の実施の形態2に関する、図1と同態様の図である。なお、本実施の形態2は、以下に説明する部分を除いては、上記実施の形態1と同様であるものとする。
 本実施の形態2における、遠心ファン101では、シュラウド3におけるシュラウド本体部11の径方向外側の面と延長部10の径方向内側の面とで構成された凹状のラウンド面30に、複数の突起125が形成されている。これらの突起125は、延長部10の先端9からシュラウド本体部11のファン吸込口3aの近傍まで延びている。また、複数の突起125は、径方向内側から径方向外側に向けて延びており、特に、図11に示す具体的一例では、回転軸5の方向から平面的にみて、径方向に沿って放射状に延びている。
 このような本実施の形態2においても、実施の形態1と同様、吹出し風速を低減でき、乱れと風速低減による低騒音化と、通風抵抗低減によるモータ消費電力低減する遠心ファンを実現できる。
 さらに加えて、本実施の形態2では、次のような利点も得られる。送風機や空気調和装置は、図4に示したように角型の熱交換器に囲まれ、風路形態が軸対称ではないため、通風抵抗が場所によって異なり、翼間を流れる風量や風速が異なるため、吹出し流に変動が発生する。図12に示されるように、まず、遠心ファン101と熱交換器16とが離れたエリア131では、吹出し風速が速く、発生する渦23を構成する旋回流が速くなるため、渦が安定して形成されて、渦23が、もともと、凹状のラウンド面30内に収まり易い状況にある。一方、遠心ファン101と熱交換器16とが接近するエリア132では、吹出し風速が低くなるため、シュラウド上部と吹出し風速との速度差が小さくなり、発生する渦23を構成する旋回流が遅くなり、渦が安定しないことがあり得る。これに関し、本実施の形態2では、凹状のラウンド面30に上記の複数の突起125を設けることにより、渦を構成する旋回流を突起125に沿って整流し、渦がねじれにくく、特に、遠心ファン101と熱交換器16とが接近するエリア132において、渦23を凹状のラウンド面30内に収める効果が、より高く得られる。
 実施の形態3.
 次に、本発明の実施の形態3について説明する。図13及び図14は、本発明の実施の形態3に関する、遠心ファンの斜視図及び平面図である。なお、本実施の形態3は、以下に説明する部分を除いては、上記実施の形態2と同様であるものとする。
 本実施の形態3における、遠心ファン201では、シュラウド3におけるシュラウド本体部11の径方向外側の面と延長部10の径方向内側の面とで構成された凹状のラウンド面30に、複数の突起225が形成されている。これらの突起225は、延長部10の先端9からシュラウド本体部11のファン吸込口3aの近傍まで延びている。また、複数の突起225は、径方向内側から径方向外側に向けて延び、さらに、平面視、径方向そのものに対して傾斜して延びている。すなわち、複数の突起225は、平面視、突起225の径方向外側の部分ほど、径方向内側の部分よりも、遠心ファン201の回転方向6の逆側(回転方向後方)に位置するように、傾斜している。
 このような本実施の形態3においても、実施の形態1と同様、吹出し風速の低減と乱れ抑制とによる低騒音化を図ることができると共に、通風抵抗低減によるモータ消費電力の低減を図ることができる。
 さらに加えて、本実施の形態3では、次のような利点も得られる。遠心ファン201は回転しながら気流を吹き出すので、凹状のラウンド面30上に生じる旋回流は、ファン周方向に軸を持つ渦で構成される。すなわち、旋回流は、凹状のラウンド面30との摩擦によりファン回転方向に進行する成分も持つ。ここで、複数の突起が、平面視、径方向そのものに沿って延びている場合、図15に示されるように、径方向内側のシュラウド側を起点とする流れ227aが径方向外側の延長部付近に達するときの流れ227bは、回転方向6へ進んだ位置になり、渦を構成する旋回流が斜めにねじれる。よって、流れは、渦の中心軸方向に流れが旋回しながら進行する縦渦状態223Aになる。渦周囲の気流228が旋回方向に巻き込まれて、熱交換器側への吹き出しが低減する恐れがある。
 これに対し、本実施の形態3のように複数の突起225が傾斜していることで、図16に示されるように、径方向内側のシュラウド側を起点とする流れ227aが径方向外側の延長部付近に達するときの流れ227bは、ファン回転方向と逆側に進む。つまり、ファン回転方向と流れの進行方向との合成により、渦223Bを構成する旋回流がねじれにくくなり、縦渦状態が緩和される。これにより、渦周囲の気流が旋回方向に巻き込まれることを抑制し、熱交換器へ流れる風量を好適に確保できる。
 実施の形態4.
 次に、本発明の実施の形態4について説明する。図17は、本発明の実施の形態4に関する、図5と同態様の図である。なお、本実施の形態4は、以下に説明する部分を除いては、上記実施の形態1~3の何れかと同様であるものとする。
 本実施の形態4における、遠心ファン301は、シュラウド本体部のシュラウド外周端部8から上流側へと延びる延長部310を有しており、この延長部310における先端9は、図16に示されるように、延長部310におけるシュラウド外周端部8側の部分よりも、径方向内側に位置している。
 このような本実施の形態4においても、実施の形態1と同様、吹出し風速の低減と乱れ抑制とによる低騒音化を図ることができると共に、通風抵抗低減によるモータ消費電力の低減を図ることができる。
 さらに加えて、本実施の形態4によれば、延長部の先端が延長部のシュラウド外周端部側の部分よりも、径方向内側に位置しているので、延長部とシュラウド本体部に囲まれた領域にできる渦がより径方向内側にできるため、延長部と熱交換器部の風路幅を広く確保することができる。その結果、通風抵抗がより小さくなり消費電力を抑制する遠心ファンを実現できる。
 実施の形態5.
 次に、本発明の実施の形態5について説明する。本実施の形態5に関する特徴は、熱交換器16の空気調和装置吹出口側の端部29が、遠心ファンの吸込み側端部28よりも、回転軸5と平行な方向でみて、空気調和装置吹出口19に近いことである。なお、本実施の形態5の上記特徴は、上記実施の形態1~4の何れの構成においても適用することができるが、上述した説明の図面においては、図5及び図17に図示されている。このような特徴により、上記実施の形態1~4の効果をさらに大きくすることができる。
 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。
 例えば、本発明は、熱交換器を備えた空気調和装置に限らず、吹出口の径方向外側に壁があり、吸い込んだ気流をUターンさせて排出する送風機において広く適用することができる。
 また、延長部とシュラウド本体部とで構成される凹状のラウンド面の形状は、渦を安定して形成できる形状の一例として、円弧による形状を示したが、本発明としては、これに限定されず、延長部の長さに応じて複数の円弧を接線でつなぎ合わせたラウンド面で構成することもできる。すなわち、本発明は、上述した本発明に係る遠心ファンと、その遠心ファンを駆動するモータとを備えた送風機も提供する。
 1、101、201,301 遠心ファン、2 主板、3 シュラウド、3a ファン吸込口、5 回転軸、6 回転方向、8 シュラウド外周端部、10、310 延長部、11 シュラウド本体部、16 熱交換器、19 空気調和機吹出口、28 吸込み側端部、29 空気調和機吹出口側の端部、25、125、225 突起、30 凹状のラウンド面、100 空気調和装置。

Claims (8)

  1.  主板と、ファン吸込口を有するシュラウドと、それら主板及びシュラウドの間に設けられた複数の翼とを有する遠心ファンであって、
     前記シュラウドは、シュラウド本体部と、延長部とを有しており、
     前記延長部は、前記シュラウド本体部のシュラウド外周端部から、回転軸と平行な方向でみて上流側へと延びる部分であり、
     前記シュラウド本体部の径方向外側の面と、前記延長部の径方向内側の面とは、凹状のラウンド面を構成しており、
     該凹状のラウンド面の凹みの方向は、回転軸と平行な方向でみて上流側に向かって凹んでいる、
    遠心ファン。
  2.  前記凹状のラウンド面の曲率をρaとし、前記シュラウド本体部の前記シュラウド外周端部と、前記延長部の径方向外側の面とで構成される曲面の曲率をρbとすると、ρaがρbよりも小さくなる、
    請求項1の遠心ファン。
  3.  前記シュラウド外周端部の外径Rshは、前記主板の外径ROよりも大きい、
    請求項1又は2の遠心ファン。
  4.  前記凹状のラウンド面には、径方向に延びる複数の突起が形成されている、
    請求項1~3の遠心ファン。
  5.  前記複数の突起は、平面視、該突起の径方向外側の部分ほど、径方向内側の部分よりも、前記遠心ファンの回転方向後方に位置するように、傾斜している、
    請求項4の遠心ファン。
  6.  前記延長部の先端は、該延長部のシュラウド外周端部側の部分よりも、径方向内側に位置している、
    請求項1~5の何れか一項の遠心ファン。
  7.  請求項1~6の何れか一項の遠心ファンと、該遠心ファンの外側に配置された熱交換器とを備えた、
    空気調和装置。
  8.  前記熱交換器における空気調和装置吹出口側の端部は、前記遠心ファンの吸込み側端部よりも、回転軸と平行な方向でみて、前記空気調和装置吹出口に近い、
    請求項7の空気調和装置。
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