WO2023281994A1 - 送風装置及びそれを備えた空気調和システム - Google Patents

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WO2023281994A1
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blower device
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知大 石橋
作舟 陳
要 丸山
明楠 ▲高▼田
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ダイキン工業株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a blower including a stationary blade having a plurality of fixed blades and a rotor blade having a plurality of rotating blades and arranged upstream of the stationary blade, and an air conditioning system including the same.
  • Patent Document 1 discloses a stationary vane having a stationary hub, a plurality of stationary vanes protruding radially outward from the stationary hub at intervals in the circumferential direction, and a plurality of rotating vanes, and a rotor blade disposed upstream of the stator vane.
  • this blower the main flow of air discharged from the moving blades is concentrated on the outer peripheral side of the rotating blades relative to the radially central portion.
  • the mounting angle of the fixed blade at the outer peripheral end of the fixed blade is set to be smaller than the mounting angle of the fixed blade at the central portion in the radial direction of the fixed blade. , the collision loss at the outer peripheral end of the fixed blade is suppressed.
  • Patent Document 1 since the mounting angle of the fixed blade is small on the inner peripheral side of the center portion of the fixed blade in the radial direction, the air easily swirls along the fixed blade. Therefore, the swirl of the air on the inner peripheral side of the radially central portion of the fixed blade cannot be suppressed so much.
  • An object of the present disclosure is to effectively suppress swirl of air on the inner peripheral side of the radial center of the fixed blade.
  • a first aspect of the present disclosure has a stationary hub (19) and a plurality of stationary vanes (20) projecting radially outward from the stationary hub (19) at intervals in the circumferential direction.
  • An air blower comprising a stationary blade (18) and a rotor blade (30) having a plurality of rotating blades (32) and arranged upstream of the stationary blade (18), wherein the stationary blade ( 20), the chord line (CHL) of 20) is inclined downstream in the direction of rotation of the rotor blade (30) over the entire radial direction, and extends from the outer peripheral end of the upstream edge of the fixed blade (20) Installation angle formed by the chord line (CHL) of the stationary blade (20) on the outer peripheral side of the midpoint of the straight line extending radially to the outer peripheral surface of the stationary hub (20) with respect to the plane perpendicular to the axis of rotation (AX)
  • the average value of ( ⁇ ) is smaller than the average value of the installation angle ( ⁇ ) on the inner peripheral side of the midpoint of the fixed
  • the installation angle ( ⁇ ) on the inner peripheral side of the midpoint of a straight line extending radially from the outer peripheral end of the upstream edge of the stationary blade (20) to the outer peripheral surface of the stationary hub (19) is larger than the average value of the installation angles ( ⁇ ) on the outer peripheral side of the midpoint, the air is effectively swirled on the inner peripheral side of the midpoint of the fixed blade (20). can be suppressed to
  • a second aspect of the present disclosure is characterized in that, in the first aspect, the installation angle ( ⁇ ) gradually decreases from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the fixed blade (20). .
  • the installation angle ( ⁇ ) at the inner peripheral end of the upstream edge of the fixed blade (20) is the largest, the air is effectively swirled around the inner peripheral end of the fixed blade (20). can be suppressed to
  • the installation angle ( ⁇ ) at the inner peripheral end of the upstream edge of the fixed blade (20) is It is characterized by being 14 degrees or more larger than the setting angle ( ⁇ ) at the outer peripheral end of the side edge.
  • the installation angle ( ⁇ ) at the inner peripheral end of the upstream edge of the fixed blade (20) is 14 degrees greater than the installation angle ( ⁇ ) at the outer peripheral end of the upstream edge of the fixed blade (20).
  • the average swirl speed of the air blown out from the stator vane (18) on the downstream side of the stator vane (18) can be reduced as compared with the case where the angle is increased by less than a degree.
  • the center line (CL) extending at the center in the thickness direction of the fixed blade (20) is the downstream end , the angle formed with the rotation axis (AX) is constant throughout the radial direction.
  • the direction of the air blown out from the stator vane (18) can be made uniform over the entire circumferential direction of the stator vane (18).
  • a fifth aspect of the present disclosure is characterized in that, in any one of the first to fourth aspects, an annular shroud (13) is connected to an outer peripheral end of the fixed blade (20). do.
  • the shroud (13) suppresses the flow of air to the outer peripheral side of the stationary blade (18), so the occurrence of short circuit can be suppressed.
  • the shroud (13) has an inner peripheral surface at the downstream end portion thereof formed with an inclined surface (14a) inclined toward the outer peripheral side toward the downstream side. It is characterized by
  • the flow path of the air passing through the inside of the shroud (13) widens toward the outer peripheral side toward the downstream side, so the speed of the air flowing through the outer peripheral end of the stationary blade (18) can be reduced. Therefore, it is possible to suppress a decrease in efficiency and an increase in noise due to interference between the fixed blades (20) at the outer peripheral end of the stationary blade (18) and the air.
  • a seventh aspect of the present disclosure is characterized in that, in any one of the first to sixth aspects, the numbers of the fixed vanes (20) and the numbers of the rotary vanes (32) are relatively prime.
  • the tip vortex of the fixed blade (20) and the tip vortex of the rotating blade (32) are less likely to interfere with each other, so noise can be reduced.
  • An eighth aspect of the present disclosure is characterized in that, in any one of the first to seventh aspects, a ring (33) is connected to the outer peripheral end of the rotating blade (32).
  • generation of tip vortices in the rotor blade (32) can be suppressed, so that abnormal noise can be reduced.
  • a ninth aspect of the present disclosure is any one of the first to eighth aspects, further comprising a motor (40) for rotating the moving blades (30), wherein the motor (40) rotates the fixed hub (19) is attached to the
  • the mounting member for the motor (40) does not have to be provided separately from the stationary blade (18), so space can be saved.
  • a tenth aspect of the present disclosure is characterized in that, in any one of the first to ninth aspects, serrations (21) are formed on the upstream edge of the fixed blade (20). do.
  • An eleventh aspect of the present disclosure is an air conditioning system comprising the air blower (5) of any one of the first to tenth aspects.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an air conditioning system.
  • FIG. 2 is a perspective view of the chiller device.
  • FIG. 3 is a perspective view of the air blower according to Embodiment 1.
  • FIG. 4 is a plan view of the blower.
  • FIG. 5 is a meridional cross-sectional view of the blower.
  • FIG. 6 is a perspective view around the fixed hub with the upper surface portion of the fixed hub removed.
  • 7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII of FIG. 4.
  • FIG. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the ratio of the radial distance from the fixed hub to the radial length of the upstream edge of the fixed blade and the installation angle.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the ratio of the radial distance from the fixed hub to the radial length of the upstream edge of the fixed blade and the installation angle.
  • FIG. 9 shows the ratio of the radial distance from the fixed hub to the radial length of the upstream edge of the fixed blade, and the centerline extending in the thickness direction center of the fixed blade forms the rotation axis at the downstream end. It is a graph which shows the relationship with an angle.
  • FIG. 10 is a perspective view of a rotor blade.
  • FIG. 11A is a velocity distribution map of air around fixed blades.
  • FIG. 11B is a view corresponding to FIG. 11A when the installation angle of the outer peripheral portion of the fixed blade is made smaller than in FIG. 11A.
  • FIG. 12 is a view corresponding to FIG. 3 of a comparative example.
  • FIG. 11A is a velocity distribution map of air around fixed blades.
  • FIG. 11B is a view corresponding to FIG. 11A when the installation angle of the outer peripheral portion of the fixed blade is made smaller than in FIG. 11A.
  • FIG. 12 is a view corresponding to FIG. 3 of a comparative example.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the ratio of the radial distance from the fixed hub to the radial length of the upstream edge of the fixed blade and the installation angle in the first embodiment and the comparative example.
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between the ratio of the radial distance from the fixed hub to the radial length of the upstream edge of the fixed blade and the swirl speed in the first embodiment and the comparative example.
  • FIG. 15 is a graph showing the relationship between the difference obtained by subtracting the installation angle at the outer peripheral end of the upstream edge of the fixed blade from the installation angle at the inner peripheral end of the upstream edge of the fixed blade, and the average turning speed. .
  • FIG. 16 shows the relationship between the difference obtained by subtracting the installation angle at the outer peripheral end of the upstream edge of the fixed blade from the installation angle at the inner peripheral end of the upstream edge of the fixed blade, and the static pressure efficiency of the blower.
  • FIG. FIG. 10 is a view equivalent to FIG. 10 of another embodiment;
  • Figure 1 shows an air conditioning system (1).
  • This air conditioning system (1) uses a chiller device (2) that adjusts the temperature of the heat medium and the heat medium whose temperature is adjusted by the chiller device (2) to adjust the temperature of the air and supply it to the room. and an air conditioner (3).
  • the air conditioner (3) has, for example, an air handling unit and a fan coil unit.
  • the chiller device (2) has a pair of rectangular heat exchangers (4a, 4b) in plan view.
  • the heat exchangers (4a, 4b) are arranged to have a substantially V-shaped cross section with their longitudinal directions directed horizontally and facing each other and open upward.
  • a rectangular metal top panel (11) with its plate surface facing up and down is arranged to cover the heat exchangers (4a, 4b) from above. It is A pair of circular air outlets (12) are formed in the top panel (11) at intervals in the longitudinal direction of the heat exchangers (4a, 4b).
  • a blower device (5) according to Embodiment 1 of the present invention which is also shown in FIGS.
  • Each blower (5) has a stationary vane (18) fixed to the top panel (11), and is provided below the stationary vane (18) so as to be rotatable around a rotation axis (AX) extending in the vertical direction. and a motor (40), shown only in FIG. ing.
  • AX rotation axis
  • FIG. 5 the arrow X indicates the air transport direction. Therefore, the upper side is the downstream side and the lower side is the upstream side. Also, the rotating direction of the moving blade (30) is the counterclockwise direction when viewed from above.
  • Each blower (5) is covered from above with a blower grille (41) shown only in FIG.
  • the stationary vane (18) comprises a stationary hub (19) and eleven stationary vanes (20) projecting radially outward from the stationary hub (19) at intervals in the circumferential direction. , and a shroud (13) connected to the outer peripheral edge of the fixed vane (20).
  • the fixed hub (19) includes a cylindrical tubular portion (19a) whose axial direction is oriented vertically, a circular upper surface portion (19b) that closes the upper end of the tubular portion (19a), and the upper surface portion (19b). is integrally formed with an annular lower surface portion (19c) (shown only in FIG. 6) protruding inward from the lower edge of the cylindrical portion (19a) so as to face the cylindrical portion (19a).
  • a mounting hole (not shown) for mounting a motor is formed inside the lower surface portion (19c). Then, as shown in FIG. 6, the motor (40) is attached to the lower surface portion (19c). A portion of the motor (40) other than the rotating shaft is accommodated inside the cylindrical portion (19a), and the rotating shaft of the motor (40) is inserted through the mounting hole of the lower surface portion (19c).
  • Each fixed blade (20) is formed in a long plate shape and integrally protrudes from the outer peripheral surface of the cylindrical portion (19a) of the fixed hub (19). As shown in FIG. 7, the chord line (CHL) of each fixed blade (20) is inclined downstream in the direction of rotation of the rotor blade (30) over the entire radial direction. In FIG. 7, arrow Y indicates the direction of rotation of the rotor blade (30).
  • FIG. 8 shows the relationship between the ratio of the radial distance from the fixed hub (19) to the radial length of the upstream edge of the fixed blade (20) and the installation angle ( ⁇ ).
  • the horizontal axis represents the radial length of the upstream edge of the stationary blade (20) (intersection point (Q) between the upstream edge of the stationary blade (20) and the inner peripheral surface of the shroud (13) and R is the radial distance from the fixed hub (19) and r is the radial distance from the fixed hub (19).
  • chord line (CHL) of each fixed blade (20) with respect to the plane perpendicular to the axis of rotation (AX) is gradually decreases towards Therefore, the chord line ( CHL) with respect to a plane perpendicular to the axis of rotation (AX) is the average value of the installation angles ( ⁇ ) on the inner peripheral side of the midpoint of the fixed blade (20). is smaller than
  • the installation angle ( ⁇ ) at the inner peripheral end of the upstream edge of the fixed blade (20) is set to be 14 degrees or more larger than the installation angle ( ⁇ ) at the outer peripheral end of the upstream edge of the fixed blade (20).
  • the angle ( ⁇ ) formed by the center line (CL) extending at the center in the thickness direction of the stationary blade (20) and the rotation axis (AX) at the downstream end thereof is as follows, as shown in FIG. It is constant over the entire radial direction.
  • the angle ( ⁇ ) is the angle that the tangent line of the center line (CL) forms with the rotation axis (AX) at its downstream end.
  • the shroud (13) is formed with a substantially constant thickness over the entire circumferential direction and the rotation axis (AX) direction.
  • the shroud (13) has a downstream end (base end) formed along the entire circumference with a shroud inclined portion (14) inclined outward toward the downstream side.
  • the shroud slant portion (14) includes a tapered upstream slant portion (15) and a smaller slant than the upstream slant portion (15) with respect to the rotation axis (AX) direction of the rotor blade (30), and a tapered downstream inclined portion (16) formed downstream of the upstream inclined portion (15).
  • An inner peripheral surface of the shroud sloped portion (14) forms a shroud sloped surface (14a) that slopes outward toward the downstream side.
  • An upstream inclined surface (15a) formed by the inner peripheral surface of the upstream inclined portion (15) is formed at the upstream end of the shroud inclined surface (14a).
  • 15a) a downstream sloped surface (16a) is formed by the inner peripheral surface of the downstream sloped portion (16).
  • the upstream sloped portion (15), the upstream sloped surface (15a), the downstream sloped portion (16), and the downstream sloped surface (16a) are each linear in cross section in the radial direction.
  • the outer peripheral end of the fixed blade (20) is connected to the upper end of the upstream inclined portion (15) and the lower end of the downstream inclined portion (16) of the shroud (13).
  • the moving blade (30) is provided upstream (below) of the stationary blade (18) so as to be rotatable around a vertically extending rotating shaft (AX).
  • the moving blade (30), as shown in FIG. 10, includes a rotating hub (31), four rotating blades (32), and a ring (33).
  • the rotating hub (31) is formed in a cylindrical shape, and a portion corresponding to the central axis thereof is connected to the rotating shaft of the motor (40).
  • each rotary vane (32) radially protrude radially outward from the rotary hub (31) at intervals in the circumferential direction.
  • each rotary vane (32) is slanted toward the upstream side (downward) in the counterclockwise direction when viewed from above over the entire radial direction. That is, each rotor blade (32) is inclined upstream in the rotational direction (the direction indicated by arrow Y) over the entire radial direction. Therefore, when the rotating vane (32) rotates counterclockwise, the air is conveyed from the lower side to the upper side.
  • the ring (33) is formed in a substantially tubular shape and is connected to the outer peripheral end of the rotary vane (32) so as to surround the rotary vane (32) and the rotary hub (31) from the outer peripheral side.
  • the ring (33) is formed with a substantially constant thickness over the entire circumferential direction and the rotation axis (A) direction.
  • a ring inclined portion (34) inclined toward the outer periphery toward the downstream side is formed along the entire circumference of the downstream end portion of the ring (33).
  • the outer peripheral surface of the ring sloped portion (34) forms a ring sloped surface (34a) that slopes outward toward the downstream side. That is, a ring inclined surface (34a), which is inclined toward the outer peripheral side toward the downstream side, is formed over the entire circumference of the outer peripheral surface of the downstream end portion of the ring (33).
  • a protruding portion (35) that protrudes to the outer peripheral side is formed along the entire circumference of the upstream end portion of the ring (33).
  • a portion of the ring (33) excluding the ring slant portion (34) and the projection (35), that is, the portion upstream of the ring slant portion (34) and downstream of the projection (35) is cylindrical. form a ring tubular portion (36).
  • the outer peripheral end of the rotary vane (32) is connected to the ring tubular portion (36).
  • the rotating hub (31) and rotating blades (32) of the rotor blade (30) configured as described above are arranged entirely inside the shroud (13).
  • a portion of the rotor blade (30) excluding the lower end of the ring (33) is disposed inside the shroud (13), and the lower end of the ring tubular portion (36) of the ring (33) and the projecting portion (35) are disposed inside the shroud (13). ) is located below the lower end of the shroud (13).
  • the average value of the installation angle ( ⁇ ) on the inner peripheral side of the midpoint of a straight line extending radially from the outer peripheral end of the upstream edge of the fixed blade (20) to the outer peripheral surface of the fixed hub (19). is larger than the average value of the installation angles ( ⁇ ) on the outer peripheral side of the midpoint, so that the swirl of the air is effectively suppressed on the inner peripheral side of the midpoint of the stationary blade (20).
  • the angle ( ⁇ ) formed by the center line (CL) extending at the center in the thickness direction of the stationary blade (20) and the rotation axis (AX) at the downstream end thereof is kept constant throughout the radial direction. Therefore, the direction of the air blown out from the stationary blade (18) tends to be uniform over the entire circumferential direction of the stationary blade (18).
  • shroud (13) suppresses the flow of air to the outer peripheral side of the stationary blade (18), suppressing the occurrence of short circuit.
  • the shroud slanted surface (14a) sloping toward the outer periphery toward the downstream side is formed on the inner peripheral surface of the downstream end of the shroud (13), the air passing through the inside of the shroud (13) flow path spreads toward the outer peripheral side toward the downstream side, and the speed of the air flowing through the outer peripheral end of the stationary blade (18) is reduced. Therefore, it is possible to suppress a decrease in efficiency and an increase in noise due to interference between the fixed blades (20) at the outer peripheral end of the stationary blade (18) and the air.
  • the tip vortices of the fixed blades (20) and the rotary blades (32) are less likely to interfere with each other, resulting in noise. is reduced.
  • the ring (33) is connected to the outer peripheral end of the rotor blade (32), the generation of the tip vortex of the rotor blade (32) is suppressed, and the noise is reduced.
  • FIG. 11A shows the velocity distribution of air around the fixed blade (20), and FIG. 11B is equivalent to FIG. 11A when the installation angle ( ⁇ ) at the outer peripheral portion of the fixed blade (20) is made smaller than in FIG. 11A. It is a diagram.
  • FIG. 12 shows a blower device (5) according to a comparative example.
  • the installation angle ( ⁇ ) of the fixed blades (20) is different from that of the first embodiment, but the rest of the configuration is the same as that of the first embodiment.
  • FIG. 13 shows the installation angle ( ⁇ ) of the fixed blade (20) in Embodiment 1 and Comparative Example.
  • the average value of the installation angle ( ⁇ ) on the outer peripheral side of the midpoint of the straight line extending radially from the outer peripheral edge of the upstream edge of the fixed blade (20) to the outer peripheral surface of the fixed hub (19) is larger than the average value of the installation angle ( ⁇ ) on the inner peripheral side of the midpoint of the fixed blade (20).
  • FIG. 14 shows the swirling speed (circumferential speed of air) at each position in the radial direction calculated based on the measurement results of the measurement surface arranged on the downstream side of the stationary blade (18) in the first embodiment and the comparative example. show.
  • the turning speed on the fixed hub (19) side is lower than in the comparative example.
  • the average turning speed in the entire radial direction is 3.02 m/s in the first embodiment and 3.18 m/s in the comparative example, which are lower in the first embodiment than in the comparative example.
  • FIG. 15 shows the difference ( ⁇ ) and the average turning speed in the entire radial direction.
  • FIG. 16 shows the relationship between the difference ( ⁇ ) and the static pressure efficiency of the blower (5).
  • the dashed line indicates the static pressure efficiency in the comparative example.
  • the difference ( ⁇ ) is set to 14 degrees or more, that is, the installation angle ( ⁇ ) at the inner peripheral end of the upstream edge of the fixed blade (20) is adjusted to the upstream edge of the fixed blade (20).
  • FIG. 17 shows a blower (5) according to Embodiment 2 of the present invention.
  • serrations (21) are formed along the entire length of the upstream edge of each fixed blade (20). That is, sawtooth grooves are formed at equal intervals along the entire length of the upstream edge of each fixed blade (20).
  • Embodiments 1 and 2 the present invention is applied when the rotor blade (30) is provided with the ring (33). It can also be applied when (33) is not provided.
  • the shroud slant surface (14a) and the ring slant surface (34a) are formed by straight surfaces in the cross section in the radial direction. It can be configured in a plane.
  • the present invention is applied to the blower device (5) that blows air upward, but the present invention is also applicable to the blower device that blows air downward and the rotating shaft (AX ) in the horizontal direction, that is, a blower that blows air in the horizontal direction.
  • the stationary blade (18) is provided with 11 fixed blades (20), but a plurality of fixed blades (20) other than 11 may be provided.
  • the rotor blade (30) is provided with four rotor blades (32), but a plurality of rotor blades (32) other than four may be provided.
  • the present disclosure is useful for air blowers and air conditioning systems including the same.

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Abstract

固定羽根(20)の翼弦線(CHL)を、径方向全体に亘って動翼(30)の回転方向に向かって下流側に傾斜させ、固定羽根(20)の上流側端縁の外周端から固定ハブ(19)の外周面に至るまで径方向に延びる直線の中点よりも外周側における固定羽根(20)の翼弦線(CHL)が回転軸に垂直な面に対してなす設置角(θ)の平均値を、固定羽根(20)の中点よりも内周側における設置角(θ)の平均値よりも小さくする。

Description

送風装置及びそれを備えた空気調和システム
 本開示は、複数の固定羽根を有する静翼と、複数の回転羽根を有し、前記静翼の上流側に配置された動翼とを備えた送風装置及びそれを備えた空気調和システムに関する。
 特許文献1には、固定ハブ、及び前記固定ハブから周方向に互いに間隔を空けて径方向外側に向けて突設された複数の固定羽根を有する静翼と、複数の回転羽根を有し、前記静翼の上流側に配置された動翼とを備えた送風装置が開示されている。この送風装置では、動翼の吐出気流の主流は、回転羽根の半径方向の中央部よりも外周側に集中するので、固定羽根の半径方向の中央部より外周側における静翼の中心軸に垂直な面に対する固定羽根の取付角を、固定羽根の半径方向の中央部より内周側における固定羽根の取付角よりも大きく設定することにより、固定羽根の半径方向の中央部より外周側での衝突損失を低減している。また、回転羽根の外周には翼端渦が発生するので、固定羽根の外周端における固定羽根の取付角を、固定羽根の半径方向の中央部における固定羽根の取付角よりも小さく設定することにより、固定羽根の外周端における衝突損失を抑制している。
国際公開第2015/083371号
 ところで、特許文献1では、固定羽根の半径方向の中央部より内周側で固定羽根の取付角が小さいので、固定羽根に沿って空気が旋回しやすい。したがって、固定羽根の半径方向の中央部より内周側における空気の旋回をあまり抑制できない。
 本開示の目的は、固定羽根の半径方向の中央部より内周側で、空気の旋回を効果的に抑制することである。
 本開示の第1の態様は、固定ハブ(19)、及び前記固定ハブ(19)から周方向に互いに間隔を空けて径方向外側に向けて突設された複数の固定羽根(20)を有する静翼(18)と、複数の回転羽根(32)を有し、前記静翼(18)の上流側に配置された動翼(30)とを備えた送風装置であって、前記固定羽根(20)の翼弦線(CHL)は、径方向全体に亘って前記動翼(30)の回転方向に向かって下流側に傾斜し、前記固定羽根(20)の上流側端縁の外周端から固定ハブの外周面に至るまで径方向に延びる直線の中点よりも外周側における前記固定羽根(20)の翼弦線(CHL)が回転軸(AX)に垂直な面に対してなす設置角(θ)の平均値は、前記固定羽根(20)の前記中点よりも内周側における前記設置角(θ)の平均値よりも小さく、前記回転羽根(32)の翼弦線(CHL)は、径方向全体に亘って前記回転方向に向かって上流側に傾斜していることを特徴とする。
 第1の態様では、固定羽根(20)の上流側端縁の外周端から固定ハブ(19)の外周面に至るまで径方向に延びる直線の中点よりも内周側における設置角(θ)の平均値を、前記中点よりも外周側における前記設置角(θ)の平均値よりも大きくするので、固定羽根(20)の前記中点よりも内周側で、空気の旋回を効果的に抑制できる。
 本開示の第2の態様は、第1の態様において、前記設置角(θ)は、前記固定羽根(20)の内周側から外周側に向かって徐々に減少していることを特徴とする。
 第2の態様では、固定羽根(20)の上流側端縁の内周端における設置角(θ)が最も大きくなるので、固定羽根(20)の内周端周りで、空気の旋回を効果的に抑制できる。
 本開示の第3の態様は、第1又は第2の態様において、前記固定羽根(20)の上流側端縁の内周端における前記設置角(θ)は、前記固定羽根(20)の上流側端縁の外周端における前記設置角(θ)よりも14度以上大きいことを特徴とする。
 第3の態様では、固定羽根(20)の上流側端縁の内周端における設置角(θ)を、固定羽根(20)の上流側端縁の外周端における設置角(θ)よりも14度未満の角度だけ大きくした場合に比べ、静翼(18)の下流側における静翼(18)から吹き出される空気の平均旋回速度を低減できる。
 本開示の第4の態様は、第1~第3の態様のいずれか1つにおいて、周方向断面において、前記固定羽根(20)の厚さ方向中央で延びる中心線(CL)がその下流端において前記回転軸(AX)となす角度は、径方向全体に亘って一定であることを特徴とする。
 第4の態様では、静翼(18)から吹き出される空気の向きを静翼(18)の周方向全体に亘って一様にできる。
 本開示の第5の態様は、第1~第4の態様のいずれか1つにおいて、前記固定羽根(20)の外周端には、環状のシュラウド(13)が接続されていることを特徴とする。
 第5の態様では、静翼(18)の外周側に空気が流れるのをシュラウド(13)が抑制するので、ショートサーキットの発生を抑制できる。
 本開示の第6の態様は、第5の態様において、前記シュラウド(13)の下流側端部の内周面には、下流側に向けて外周側に傾斜する傾斜面(14a)が形成されていることを特徴とする。
 第6の態様では、シュラウド(13)の内側を通過する空気の流路が下流側に向かって外周側に広がるので、静翼(18)の外周端を流れる空気の速度を低減できる。したがって、静翼(18)の外周端における固定羽根(20)と空気の干渉による効率低下及び騒音増大を抑制できる。
 本開示の第7の態様は、第1~第6の態様のいずれか1つにおいて、前記固定羽根(20)及び前記回転羽根(32)の枚数は、互いに素であることを特徴とする。
 第7の態様では、固定羽根(20)の翼端渦と回転羽根(32)の翼端渦とが干渉しにくくなるので、異音を低減できる。
 本開示の第8の態様は、第1~第7の態様のいずれか1つにおいて、前記回転羽根(32)の外周端には、リング(33)が接続されていることを特徴とする。
 第8の態様では、回転羽根(32)の翼端渦の発生を抑制できるので、異音を低減できる。
 本開示の第9の態様は、第1~第8の態様のいずれか1つにおいて、前記動翼(30)を回転させるモータ(40)をさらに備え、前記モータ(40)は、前記固定ハブ(19)に取り付けられていることを特徴とする。
 第9の態様では、モータ(40)の取付部材を静翼(18)とは別に設けなくてよいので、省スペース化を実現できる。
 本開示の第10の態様は、第1~第9の態様のいずれか1つにおいて、前記固定羽根(20)の上流側端縁には、セレーション(21)が形成されていることを特徴とする。
 第10の態様では、固定羽根(20)の上流側端部周りにおける流れの剥離を抑制できる。
 本開示の第11の態様は、第1~第10の態様のいずれか1つの送風装置(5)を備えた空気調和システムである。
図1は、空気調和システムの構成を示すブロック図である。 図2は、チラー装置の斜視図である。 図3は、実施形態1に係る送風装置の斜視図である。 図4は、送風装置の平面図である。 図5は、送風装置の子午面断面図である。 図6は、固定ハブの上面部を取り除いた状態における固定ハブ周りの斜視図である。 図7は、図4のVII-VII線における断面図である。 図8は、固定羽根の上流側端縁の径方向の長さに対する固定ハブからの径方向の距離の割合と、設置角との関係を示すグラフである。 図9は、固定羽根の上流側端縁の径方向の長さに対する固定ハブからの径方向の距離の割合と、固定羽根の厚さ方向中央で延びる中心線がその下流端において回転軸となす角度との関係を示すグラフである。 図10は、動翼の斜視図である。 図11Aは、固定羽根周りの空気の速度分布図である。 図11Bは、図11Aに比べて固定羽根の外周部における設置角を小さくした場合における図11A相当図である。 図12は、比較例の図3相当図である。 図13は、実施形態1及び比較例における固定羽根の上流側端縁の径方向の長さに対する固定ハブからの径方向の距離の割合と、設置角との関係を示すグラフである。 図14は、実施形態1及び比較例における固定羽根の上流側端縁の径方向の長さに対する固定ハブからの径方向の距離の割合と、旋回速度との関係を示すグラフである。 図15は、固定羽根の上流側端縁の内周端における設置角から、固定羽根の上流側端縁の外周端における設置角を引いた差と、平均旋回速度との関係を示すグラフである。 図16は、固定羽根の上流側端縁の内周端における設置角から、固定羽根の上流側端縁の外周端における設置角を引いた差と、送風装置の静圧効率との関係を示すグラフである。 実施形態2の図3相当図である。 その他の実施形態の図10相当図である。
 以下、実施形態について図面に基づいて説明する。
 《実施形態1》
 図1は、空気調和システム(1)を示す。この空気調和システム(1)は、熱媒体の温度を調整するチラー装置(2)と、チラー装置(2)によって温度が調整された熱媒体を用いて、空気の温度を調節して部屋へ供給する空気調和機(3)とを備えている。空気調和機(3)は、例えば、エアハンドリングユニット及びファンコイルユニットを備えている。
 チラー装置(2)は、図2に示すように、平面視長方形状の1対の熱交換器(4a,4b)を備えている。熱交換器(4a,4b)は、その長手方向を水平方向に向け、かつ互いに対向して上方に開放する略断面V字状をなすように配設されている。熱交換器(4a,4b)の上方には、板面を上下方向に向けた長方形状の金属製の上面パネル(11)が、熱交換器(4a,4b)を上方から覆うように配設されている。上面パネル(11)には、1対の円形の送風口(12)が熱交換器(4a,4b)の長手方向に間隔を空けて形成されている。各送風口(12)の内側には、図3~図6にも示す本発明の実施形態1に係る送風装置(5)が配設されている。各送風装置(5)は、上面パネル(11)に固定された静翼(18)と、静翼(18)の下側に、上下方向に延びる回転軸(AX)周りに回転可能に設けられた動翼(30)と、空気を下側から上側に向けて搬送するように各動翼(30)を上方から見て反時計回りに回転させる図6にのみ示すモータ(40)とを備えている。図5中、矢印Xは、空気の搬送方向を示す。したがって、上側が下流側、下側が上流側となる。また、上方から見て反時計回り方向が動翼(30)の回転方向となる。また、各送風装置(5)は、図2にのみ示す送風グリル(41)によって上方から覆われている。
 静翼(18)は、固定ハブ(19)と、前記固定ハブ(19)から周方向に互いに間隔を空けて径方向外側に向けて放射状に突設された11枚の固定羽根(20)と、固定羽根(20)の外周端に接続されたシュラウド(13)とを有している。
 固定ハブ(19)は、軸方向を上下方向に向けた円筒状の筒部(19a)と、該筒部(19a)の上端を塞ぐ円形の上面部(19b)と、上記上面部(19b)と対向するように筒部(19a)の下端縁から内側に突出する円環状の下面部(19c)(図6にのみ示す)とで一体に形成されている。下面部(19c)の内側には、モータ取付用の取付孔(図示せず)が形成されている。そして、図6に示すように、この下面部(19c)にモータ(40)が取り付けられている。上記筒部(19a)の内側に、モータ(40)の回転軸を除く部分が収容され、上記下面部(19c)の取付孔に上記モータ(40)の回転軸が挿通されている。
 各固定羽根(20)は、長板状に形成され、上記固定ハブ(19)の筒部(19a)の外周面から一体に突出している。図7に示すように、各固定羽根(20)の翼弦線(CHL)は、径方向全体に亘って前記動翼(30)の回転方向に向かって下流側に傾斜している。図7中、矢印Yは、動翼(30)の回転方向を示す。
 また、図8は、固定羽根(20)の上流側端縁の径方向の長さに対する固定ハブ(19)からの径方向の距離の割合と、設置角(θ)との関係を示す。図8において、横軸は、固定羽根(20)の上流側端縁の径方向の長さ(固定羽根(20)の上流側端縁とシュラウド(13)内周面との交点(Q)と固定ハブ(19)との径方向の距離)をRとし、固定ハブ(19)からの径方向の距離をrとしたときのr/Rを示す。このように、各固定羽根(20)の翼弦線(CHL)が回転軸(AX)に垂直な面に対してなす設置角(θ)は、固定羽根(20)の内周側から外周側に向かって徐々に減少している。したがって、固定羽根(20)の上流側端縁の外周縁から固定ハブ(19)の外周面に至るまで径方向に延びる直線の中点よりも外周側における固定羽根(20)の翼弦線(CHL)が回転軸(AX)に垂直な面に対してなす設置角(θ)の平均値は、固定羽根(20)の前記中点よりも内周側における前記設置角(θ)の平均値よりも小さくなっている。
 また、固定羽根(20)の上流側端縁の内周端における設置角(θ)は、固定羽根(20)の上流側端縁の外周端における設置角(θ)よりも14度以上大きく設定されている。また、周方向断面において、固定羽根(20)の厚さ方向中央で延びる中心線(CL)がその下流端において前記回転軸(AX)となす角度(φ)は、図9に示すように、径方向全体に亘って一定となっている。ここで、中心線(CL)が曲線である場合、角度(φ)は、中心線(CL)の接線がその下流端において前記回転軸(AX)となす角度である。
 シュラウド(13)は、周方向及び回転軸(AX)方向全体に亘って略一定の厚さで形成されている。シュラウド(13)の下流側端部(基端部)には、下流側に向かって外周側に傾斜するシュラウド傾斜部(14)が全周に亘って形成されている。このシュラウド傾斜部(14)は、テーパー形状の上流側傾斜部(15)と、当該上流側傾斜部(15)よりも動翼(30)の回転軸(AX)方向に対して小さく傾斜し、当該上流側傾斜部(15)の下流側に形成されたテーパー形状の下流側傾斜部(16)とで構成されている。シュラウド傾斜部(14)の内周面は、下流側に向けて外周側に傾斜するシュラウド傾斜面(14a)を構成している。シュラウド傾斜面(14a)の上流側端部には、上流側傾斜部(15)の内周面からなる上流側傾斜面(15a)が形成され、シュラウド傾斜面(14a)における上流側傾斜面(15a)の下流側には、下流側傾斜部(16)の内周面からなる下流側傾斜面(16a)が形成されている。上流側傾斜部(15)、上流側傾斜面(15a)、下流側傾斜部(16)、及び下流側傾斜面(16a)は、それぞれ、径方向断面において直線状をなしている。
 シュラウド(13)のシュラウド傾斜部(14)を除く部分、すなわち上流側傾斜部(15)よりも上流側の部分は、円筒状のシュラウド筒状部(17)を構成している。
 シュラウド(13)の上流側傾斜部(15)の上端部及び下流側傾斜部(16)の下端部に、上記固定羽根(20)の外周端が接続されている。
 動翼(30)は、静翼(18)の上流側(下側)に、上下方向に延びる回転軸(AX)周りに回転可能に設けられている。動翼(30)は、図10に示すように、回転ハブ(31)と、4枚の回転羽根(32)と、リング(33)とを備えている。
 回転ハブ(31)は、円柱状に形成され、その中心軸に相当する部分が、上記モータ(40)の回転軸に連結されている。
 4枚の回転羽根(32)は、回転ハブ(31)から周方向に互いに間隔を空けて径方向外側に向けて放射状に突設されている。各回転羽根(32)は、図7に示すように、径方向全体に亘って上方から見て反時計回りに向かって上流側(下側)に傾斜している。つまり、各回転羽根(32)は、径方向全体に亘って回転方向(矢印Yで示す方向)に向かって上流側に傾斜している。したがって、回転羽根(32)が反時計回りに回転すると、下側から上側に向けて空気が搬送される。
 リング(33)は、略筒状に形成され、回転羽根(32)の外周端に当該回転羽根(32)及び回転ハブ(31)を外周側から囲むように接続されている。リング(33)は、周方向及び回転軸(A)方向全体に亘って略一定の厚さで形成されている。リング(33)の下流側端部には、下流側に向かって外周側に傾斜するリング傾斜部(34)が全周に亘って形成されている。当該リング傾斜部(34)の外周面は、下流側に向かって外周側に傾斜するリング傾斜面(34a)を構成している。つまり、リング(33)の下流側端部の外周面には、下流側に向かって外周側に傾斜するリング傾斜面(34a)が全周に亘って形成されている。
 リング(33)の上流側端部には、外周側に突出する突出部(35)が全周に亘って形成されている。
 リング(33)のリング傾斜部(34)及び突出部(35)を除く部分、すなわちリング傾斜部(34)よりも上流側であってかつ突出部(35)よりも下流側の部分は、円筒状のリング筒状部(36)を構成している。このリング筒状部(36)に、上記回転羽根(32)の外周端が接続されている。
 上述のように構成された動翼(30)の回転ハブ(31)及び回転羽根(32)は、全体に亘って上記シュラウド(13)の内側に配設されている。動翼(30)のリング(33)の下端部を除く部分は、シュラウド(13)の内側に配設され、上記リング(33)のリング筒状部(36)の下端部及び突出部(35)は、シュラウド(13)の下端よりも下側に位置している。
 上述のように構成されたチラー装置(2)では、モータ(40)の駆動により動翼(30)を回転させると、熱交換器(4a,4b)を通過した空気が動翼(30)の回転方向に旋回する旋回気流となって上方へ吹き出される。
 このとき、固定羽根(20)の上流側端縁の外周端から固定ハブ(19)の外周面に至るまで径方向に延びる直線の中点よりも内周側における設置角(θ)の平均値を、前記中点よりも外周側における前記設置角(θ)の平均値よりも大きくしたので、固定羽根(20)の前記中点よりも内周側で、空気の旋回が効果的に抑制される。
 また、固定羽根(20)の上流側端縁の内周端における設置角(θ)が最も大きいので、固定羽根(20)の内周端周りで、空気の旋回が効果的に抑制される。
 また、周方向断面において、固定羽根(20)の厚さ方向中央で延びる中心線(CL)がその下流端において前記回転軸(AX)となす角度(φ)を、径方向全体に亘って一定としたので、静翼(18)から吹き出される空気の向きが静翼(18)の周方向全体に亘って一様となりやすい。
 また、静翼(18)の外周側に空気が流れるのをシュラウド(13)が抑制し、ショートサーキットの発生が抑制される。
 また、シュラウド(13)の下流側端部の内周面に、下流側に向けて外周側に傾斜するシュラウド傾斜面(14a)が形成されているので、シュラウド(13)の内側を通過する空気の流路が下流側に向かって外周側に広がり、静翼(18)の外周端を流れる空気の速度が低減する。したがって、静翼(18)の外周端における固定羽根(20)と空気の干渉による効率低下及び騒音増大を抑制できる。
 また、固定羽根(20)及び回転羽根(32)の枚数が、互いに素であるので、固定羽根(20)の翼端渦と回転羽根(32)の翼端渦とが干渉しにくく、異音が低減される。
 また、回転羽根(32)の外周端にリング(33)が接続されているので、回転羽根(32)の翼端渦の発生が抑制され、異音が低減する。
 図11Aは、固定羽根(20)の周りの空気の速度分布を示し、図11Bは、図11Aに比べて固定羽根(20)の外周部における設置角(θ)を小さくした場合における図11A相当図である。
 図11A及び図11Bでは、空気の速度が低くなる程、色が濃くなっている。図11Bにおいて、二点鎖線で囲まれた部分における低速領域が、図11Aに比べて小さくなっている。つまり、図11A及び図11Bにより、固定羽根(20)の外周部における設置角(θ)を小さくすることにより、固定羽根(20)の下流端から若干離れた箇所に生じる低速領域を小さくできることがわかる。固定羽根(20)の外周部における設置角(θ)を小さくすることにより、固定羽根(20)の下流端から若干離れた箇所に剥離が生じるのが抑制されると推測される。
 図12は、比較例に係る送風装置(5)を示す。比較例の送風装置(5)では、固定羽根(20)の設置角(θ)が、実施形態1と異なっているが、その他の構成は、実施形態1と同じである。
 図13は、実施形態1及び比較例における固定羽根(20)の設置角(θ)を示す。
 比較例では、固定羽根(20)の上流側端縁の外周縁から固定ハブ(19)の外周面に至るまで径方向に延びる直線の中点よりも外周側における設置角(θ)の平均値が、固定羽根(20)の前記中点よりも内周側における前記設置角(θ)の平均値よりも大きくなっている。
 図14は、実施形態1及び比較例における静翼(18)の下流側に配置された計測面の計測結果に基づいて算出した径方向の各位置における旋回速度(空気の周方向の速度)を示す。
 図14に示すように、実施形態1では、比較例に比べ、固定ハブ(19)側での旋回速度が小さくなっている。また、径方向全体での平均旋回速度は、実施形態1において3.02m/s、比較例において3.18m/sとなり、実施形態1において比較例に比べて低くなっている。
 図15は、固定羽根(20)の上流側端縁の内周端における設置角(θ)から、固定羽根(20)の上流側端縁の外周端における設置角(θ)を引いた差(α)と、径方向全体での平均旋回速度との関係を示す。
 図15に示すように、差(α)が大きくなるほど、平均旋回速度は低くなっている。
 また、図16は、差(α)と、送風装置(5)の静圧効率との関係を示す。
 図16に示すように、差(α)が大きくなるほど、送風装置(5)の静圧効率は高くなっている。同図において、比較例における静圧効率を破線で示す。差(α)を14度以上にすることにより、比較例よりも静圧効率を向上させることができる。
 このように、差(α)を14度以上にする、すなわち固定羽根(20)の上流側端縁の内周端における前記設置角(θ)を、前記固定羽根(20)の上流側端縁の外周端における前記設置角(θ)よりも14度以上大きくすることにより、静翼(18)の内周側における旋回抑制効果を高め、送風装置(5)の出口全体において旋回する空気の量を低減し、静圧効率を向上できる。また、旋回の抑制により、騒音を低減できる。
 したがって、本実施形態1によれば、モータ(40)を、静翼(18)の固定ハブ(19)に取り付けたので、モータ(40)の取付部材を静翼(18)とは別に設けなくてよい。したがって、省スペース化を実現できる。
 《実施形態2》
 図17は、本発明の実施形態2に係る送風装置(5)を示す。本実施形態2では、各固定羽根(20)の上流側端縁に、全長に亘ってセレーション(21)が形成されている。つまり、各固定羽根(20)の上流側端縁に、全長に亘って鋸歯状の溝が等間隔で形成されている。
 その他の構成及び動作は、実施形態1と同じであるので、同一の構成には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
 したがって、本実施形態2によれば、各固定羽根(20)の上流側端縁に、全長に亘ってセレーション(21)を形成したので、固定羽根(20)の上流側端部周りにおける流れの剥離を抑制できる。
 《その他の実施形態》
 なお、上記実施形態1,2では、動翼(30)にリング(33)を設けた場合に本発明を適用したが、図18に示すように、本発明は、動翼(30)にリング(33)を設けない場合にも適用できる。
 また、上記実施形態1,2では、シュラウド傾斜面(14a)、及びリング傾斜面(34a)を、径方向断面において直線状をなす面で構成したが、内周側に突出するように湾曲する面で構成してもよい。
 また、上記実施形態1,2では、本発明を、上方に送風する送風装置(5)に適用したが、本発明は、下方に送風する送風装置や、動翼(30)の回転軸(AX)を水平方向に向けた送風装置、すなわち水平方向に送風する送風装置にも適用できる。
 また、上記実施形態1,2では、静翼(18)に11枚の固定羽根(20)を設けたが、11枚以外の複数枚の固定羽根(20)を設けてもよい。
 また、上記実施形態1,2では、動翼(30)に4枚の回転羽根(32)を設けたが、4枚以外の複数枚の回転羽根(32)を設けてもよい。
 以上説明したように、本開示は、送風装置及びそれを備えた空気調和システムについて有用である。
1   空気調和システム 
5   送風装置 
13   シュラウド 
14a  シュラウド傾斜面 
18   静翼 
19   固定ハブ 
20   固定羽根 
21   セレーション 
30   動翼 
32   回転羽根 
33   リング 
40   モータ
CHL   翼弦線
AX   回転軸
θ   設置角
CL   中心線

Claims (11)

  1.  固定ハブ(19)、及び前記固定ハブ(19)から周方向に互いに間隔を空けて径方向外側に向けて突設された複数の固定羽根(20)を有する静翼(18)と、
     複数の回転羽根(32)を有し、前記静翼(18)の上流側に配置された動翼(30)とを備えた送風装置であって、
     前記固定羽根(20)の翼弦線(CHL)は、径方向全体に亘って前記動翼(30)の回転方向に向かって下流側に傾斜し、
     前記固定羽根(20)の上流側端縁の外周端から固定ハブ(19)の外周面に至るまで径方向に延びる直線の中点よりも外周側における前記固定羽根(20)の翼弦線(CHL)が回転軸(AX)に垂直な面に対してなす設置角(θ)の平均値は、前記固定羽根(20)の前記中点よりも内周側における前記設置角(θ)の平均値よりも小さく、
     前記回転羽根(32)の翼弦線(CHL)は、径方向全体に亘って前記回転方向に向かって上流側に傾斜していることを特徴とする送風装置。
  2.  請求項1に記載の送風装置において、
     前記設置角(θ)は、前記固定羽根(20)の内周側から外周側に向かって徐々に減少していることを特徴とする送風装置。
  3.  請求項1又は2に記載の送風装置において、
     前記固定羽根(20)の上流側端縁の内周端における前記設置角(θ)は、前記固定羽根(20)の上流側端縁の外周端における前記設置角(θ)よりも14度以上大きいことを特徴とする送風装置。
  4.  請求項1~3のいずれか1項に記載の送風装置において、
     周方向断面において、前記固定羽根(20)の厚さ方向中央で延びる中心線(CL)がその下流端において前記回転軸(AX)となす角度(φ)は、径方向全体に亘って一定であることを特徴とする送風装置。
  5.  請求項1~4のいずれか1項に記載の送風装置において、
     前記固定羽根(20)の外周端には、環状のシュラウド(13)が接続されていることを特徴とする送風装置。
  6.  請求項5に記載の送風装置において、
     前記シュラウド(13)の下流側端部の内周面には、下流側に向けて外周側に傾斜する傾斜面(14a)が形成されていることを特徴とする送風装置。
  7.  請求項1~6のいずれか1項に記載の送風装置において、
     前記固定羽根(20)及び前記回転羽根(32)の枚数は、互いに素であることを特徴とする送風装置。
  8.  請求項1~7のいずれか1項に記載の送風装置において、
     前記回転羽根(32)の外周端には、リング(33)が接続されていることを特徴とする送風装置。
  9.  請求項1~8のいずれか1項に記載の送風装置において、
     前記動翼(30)を回転させるモータ(40)をさらに備え、
     前記モータ(40)は、前記固定ハブ(19)に取り付けられていることを特徴とする送風装置。
  10.  請求項1~9のいずれか1項に記載の送風装置において、
     前記固定羽根(20)の上流側端縁には、セレーション(21)が形成されていることを特徴とする送風装置。
  11.  請求項1~10のいずれか1項に記載の送風装置(5)を備えた空気調和システム。
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