JP4308718B2 - 遠心ファンおよびこれを用いた空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸線周りに所定方向に回転可能な主板と、該主板に配設される翼とを備える遠心ファンおよびこれを用いた空気調和機に関するものである。

従来におけるベーシックな遠心ファンとしては、例えば図６に示すものが知られている。同図に示す遠心ファン１０１は、ボス１０３と、該ボス１０３の一端側に回転軸線を一致させて配設される主板１１１と、この主板１１１に配設されるファンブレード（翼）１０４とを備えている。ファンブレード１０４の上方には、ベルマウス１０８とその上端側で配置されるケーシング１０９とが設けられている。

このような遠心ファン１０１のボス１０３を所定方向Ｐ（この場合は反時計回り）に回転させてファンブレード１０４を旋回させることで、流体（例えば空気）を矢印Ｍのようにベルマウス１０８の開口部を介して遠心ファン１０１内に流入させて、ファンブレード１０４の外周側に矢印Ｎのように送り出している。

しかしながら、遠心ファン１０１のファンブレード１０４を旋回させたときに、図７に示すように、ファンブレード１０４で翼端渦Ｓが発生する。この翼端渦Ｓが自翼または他翼の面、ベルマウス１０８などの構造物に衝突して干渉すると、騒音が発生して空力損失が増大してしまう。また、遠心ファン１０１は吸い込み流れに対し吹き出し流れがほぼ直角に曲げられるため、流れは主板１１１側に偏りがちとなる。すなわち、ファンブレード１０４の翼面のうち、主板１１１と反対の外周近傍での送風が行われにくく（図８のＷＨ、ＷＬ）、その結果、ファン効率の低下、必要回転数の上昇による送風音の増大、吹き出し流れの偏流による下流側通路の送風抵抗の増大などの問題が生じてしまう。このような事態の防止を図るために、以下に示すような技術が提案されている。

例えば、図９に示すように、ファンブレード１０４の上側に、主板１１１と対向するようにシュラウド１２１を装着してなる遠心ファン１２０が提案されている。このようにすることで、ファンブレード１０４の上流側から翼端渦Ｓが漏れ出ることを防止できるとともに、翼面の傾斜による流れの均一化を図っている。この種の技術として、シュラウドとの角部を埋めて滑らかな形状としたもの（特許文献１参照）や、ファンブレードの主板側端部に対し、その反対側の翼端部を反回転方向にオフセットしてファンブレードを傾斜させるもの（特許文献２参照）が提案されている。

また、図１０、図１１に示すように、ファンブレード１０４の上側に設けられるケーシング１３１を、ファンブレード１０４に近接させて取り付けることで、ファンブレード１０４の上流側から翼端渦Ｓが漏れ出ることを防止する遠心ファン１３０が提案されている。
特開２００１−１４０７８９号公報 特開平５−３９９３０号公報

しかしながら、従来の技術においては、以下のような問題がある。すなわち、シュラウドを付設する構成とすると、部品点数が増大するとともに、シュラウドは主板やファンブレードとは別に成形する必要があり、シュラウドの接合加工作業が必要となるため、コストや作業負担が大幅に上昇してしまうという問題がある。
一方、ケーシングをファンブレードに近接させる構成としたものについては、図１２に示すように、ファンブレード１０４の上流側から漏れる流れＴとケーシング１３１との干渉（同図の衝突箇所Ｕ）により送風音が増大してしまい、商品性が低下する、という問題ある。

従って、本発明は、コストを低減しつつ騒音を抑えて商品性を高めることができる遠心ファンおよびこれを用いた空気調和機を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、回転軸線周りに所定方向に回転可能な主板と、該主板から立ち上がり、かつ該主板の径方向内方から外方へ延在するように設けられ、該主板に前記回転軸線周りに配置された複数の翼とを備え、前記翼の少なくとも前記主板の外周側に位置する後縁を含む前記主板の同一半径位置における翼断面が前記主板の反回転方向に突出するように湾曲されてなり、かつ、その湾曲は前記翼の前縁側から後縁にかけて次第に大きくなっていることを特徴とする。

この発明によれば、前記翼断面を前記主板の反回転方向に突出するように湾曲したことにより、前記主板を所定方向に回転させた際に、前記翼の前縁から後縁にかけて発生する流体の流れを、前記翼の湾曲した部位に向けることができる。よって、前記湾曲した部位を前記翼の回転軸線方向中央付近に形成することで、流体の流れを前記翼の回転軸線方向中央付近に向けることができ、前記翼からの流体の吹き出し速度を前記翼の回転軸線方向中央付近で速めることができるため、前記翼に対する流体の相対速度を前記翼の回転軸線方向に渡って均一化することができる。また、流体の流れを前記翼の回転軸線方向中央付近に向けることで、前記羽根における前記主板と反対側の翼端部への漏れ流れを抑制することができ、翼端渦の増大を抑制することができる。従って、シュラウドを用いることなく、前記翼の翼端渦を低減することができ、コストを低く抑えつつ送風性能を向上できる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のものであって、前記翼は、前記主板と反対側の翼端部を前記主板の反回転方向に向くように湾曲された湾曲翼端部を形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記湾曲翼端部を前記主板の反回転方向に向くように湾曲させることで、流体の流れを前記主板と反対方向に寄せることができる。これにより、前記湾曲翼端部に沿って前記翼の前縁（主板の内周側）から後縁（主板の外周側）に向かって流れる流体の速度を速くすることができるため、前記翼の後縁から流出する流体の前記翼に対する相対速度を前記翼の回転軸線方向に渡ってさらに均一化することができる。また、前記湾曲翼端部の反回転方向側の翼面近傍に翼端渦を引き寄せて安定させることができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載のものであって、前記湾曲翼端部の湾曲箇所の前記回転軸線方向の幅を、前記翼の前縁から後縁にかけて次第に大きくなるようにしたことを特徴とする。

この発明によれば、前記湾曲翼端部で翼端渦が発生した場合であっても、この湾曲翼端部に形成した前記湾曲箇所の凹部（負圧側）に翼端渦を引きつけて、翼端渦を保持することができる。すなわち、翼の前縁から後縁に近づくにつれて、翼端渦は成長して大きくなるが、前記湾曲箇所の回転軸線方向の幅も翼の前縁から後縁にかけて次第に大きくなり、成長した翼端渦を引きつける面が前記主板と反対側の翼端部で確保される。これにより、翼端渦を翼の後縁から放出するまで、翼端渦を前記湾曲箇所に保持することができ、ケーシング等の構造部材に翼端渦が干渉して音を生じるのを抑制することができる。

請求項４に係る発明は、請求項２または請求項３に記載のものであって、前記翼の少なくとも前記主板の外周側に位置する後縁を含む前記主板の同一半径位置における翼断面で、前記湾曲翼端部における回転方向に最も突出する点が、前記翼の主板側根元部よりも回転方向に対して後方に位置することを特徴とする。

この発明によれば、前記翼断面で、前記翼端部における回転方向に最も突出する点を前記翼の主板側根元部よりも前記回転方向に対して後方に位置させることで、前記主板と反対側の翼端部に沿う流体の流れを増やすことができるため、前記翼に対する流体の相対速度を前記翼の回転軸線方向にさらに均一化することができる。

請求項５に係る発明は、請求項２から請求項４のいずれかに記載のものであって、前記湾曲翼端部を、前記翼のその他の部分よりも柔軟な樹脂材料で形成したことを特徴とする。
この発明によれば、前記翼の旋回時に生じる翼端渦が前記湾曲翼端部に衝突したときに、前記翼端渦のエネルギーを前記湾曲翼端部でダンピングして、渦のエネルギーを吸収して小さくすることができる。従って、前記翼端渦による騒音をより効果的に抑制することができる。さらに、前記翼がアンダーカット形状を有していても、無理抜き成型することが可能となり、効率よく生産することができる。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載のものであって、前記柔軟な樹脂製材料は、前記翼を使用回転数で回転させたときに、前記翼の周囲に設けられる構造部材との非接触状態を維持し得る硬さを有していることを特徴とする。
この発明によれば、前記主板と反対側の翼端部が回転の遠心力によって前記構造部材に近づくように変位しようとしても、その変形量が前記構造部材に接触しない範囲に限定されるので、前記湾曲翼端部と構造部材との衝突を防止することができる。

請求項７に係る発明は、空気調和機であって、請求項１から請求項６のいずれかに記載の遠心ファンを備えることを特徴とする。
この発明によれば、渦による騒音を抑制して空力損失を抑えることのできる遠心ファンを用いることができるので、快適性や利便性を高めることができる。

請求項１に係る発明によれば、前記翼に対する流体の相対速度を前記翼の回転軸線方向に渡って均一化することができ、翼端渦の増大を抑制することができ、コストを低く抑えつつ送風性能を向上できる。
請求項２に係る発明によれば、前記翼の外周部から流出する流体の前記翼に対する相対速度を前記翼の回転軸線方向に渡ってさらに均一化することができる。また、前記湾曲翼端部の反回転方向側の翼面近傍に翼端渦を引き寄せることができる。

請求項３に係る発明によれば、翼端渦を翼の後縁から放出するまで、翼端渦を前記湾曲箇所に保持することができ、ケーシング等の構造部材に翼端渦が干渉して音を生じるのを抑制することができる。
請求項４に係る発明によれば、前記翼に対する流体の相対速度を前記翼の回転軸線方向にさらに均一化することができる。

請求項５に係る発明によれば、前記翼端渦による騒音をより効果的に抑制することができる。さらに、前記翼がアンダーカット形状を有していても、無理抜き成型することが可能となり、効率よく生産することができる。

請求項６に係る発明によれば、前記主板と反対側の翼端部が回転の遠心力によって前記構造部材に近づくように変位しようとしても、前記主板と反対側の翼端部と構造部材との衝突を防止することができる。
請求項７に係る発明によれば、快適性や利便性を高めることができる。

以下、この発明の実施の形態における遠心ファンおよびこれを用いた空気調和機について図面と共に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態における遠心ファンの概略斜視図である。同図に示すように、本実施の形態における遠心ファン１は、回転軸線Ｏ周りに所定方向Ｐ（この場合は反時計回り）に回転する略円盤状の主板１１と、該主板１１の中心部に前記回転軸線Ｏを一致させて配設される略円筒状のボス３と、該ボス３の外周側に配設される複数のファンブレード（翼）４とを備えている。

前記ファンブレード４について図２を用いて説明する。図２は図１に示す遠心ファンのファンブレード４についての斜視図である。同図に示すように、前記ファンブレード４は、
主板１１から立ち上がり、かつ該主板１１の径方向内方から外方へ延在するように設けられ、該主板１１に前記回転軸線を中心として環状配置されている。そして、前記ファンブレード４には、前記主板１１の外周側に位置する後縁７を含む前記主板１１の同一半径位置における翼断面が前記主板１１の反回転方向（Ｐ方向の反対方向）に突出するように湾曲されてなる（この湾曲された部位を湾曲部１０と称す）。本実施の形態においては、この湾曲部１０をファンブレード４の前縁６側から後縁７に渡り回転軸線方向中央付近に形成している。さらに、このファンブレード４の湾曲部１０の湾曲度合い（曲率）は、その前縁６から後縁７にかけて次第に大きくなっている。

このように構成された遠心ファン１の作用について説明する。前記遠心ファン１の主板１１を所定方向（この場合はＰ方向、反時計回り）に回転させて、前記ファンブレード４を旋回させることで、前記ファンブレード４の前縁６側に前記主板１１と反対側（上流側）から流体（この場合は空気）を流入させて、ファンブレード４の前縁６側から後縁７側に向けて、ファンブレード４、４…の間から前記流体を送り出すことができる。

そして、前記主板１１を所定方向Ｐに回転させた際に、前記ファンブレード４の前縁６から後縁７にかけて発生する流体の流れを、前記ファンブレード４に形成した湾曲部１０により、ファンブレード４の回転軸線方向中央付近に向けることができる（矢印Ｑ参照）。これにより、前記ファンブレード４からの流体の吹き出し速度を前記ファンブレード４の回転軸線方向中央付近で速めることができる。その結果、前記ファンブレード４に対する流体の相対速度を前記ファンブレード４の回転軸線方向に渡って均一化することができる。すなわち、主板１１と反対側の相対速度ＷＨと主板１１側の相対速度ＷＬとを略同等の大きさにすることができる。

また、流体の流れを前記ファンブレード４の回転軸線方向中央付近に向けることで、前記ファンブレード４における前記主板１１と反対側の翼端８への漏れ流れを抑制することができるため、翼端渦Ｓの増大を抑制することができる。従って、シュラウドを用いることなく、前記ファンブレード４の翼端渦Ｓを低減することができ、コストを抑えつつ送風性能を向上できる。
なお、湾曲部１０は、ファンブレード４の少なくとも後縁７を含む部位に形成されている必要があるが、必ずしも前縁６から後縁７に渡って形成されていなくもよい。

以下、本発明の他の実施の形態について説明する。以下の実施の形態において、上述の実施の形態と同様の構成となっている箇所については、同一の符号を付してその説明を適宜省略する。
図３は本発明の第２の実施の形態における遠心ファンの概略斜視図である。図４は図３に示す遠心ファンのファンブレードを示す斜視図である。これらの図に示す遠心ファン２０においては、そのファンブレード２４が、前記主板１１と反対側の翼端２８を前記主板１１の反回転方向（Ｐの逆方向。即ち時計回り方向）に向くように湾曲されてなる湾曲翼端部２９を有している。さらに、この湾曲翼端部２９の軸方向幅を、前記ファンブレード２４の主板１１と反対側の内周端２６から主板１１と反対側の外周端２７にかけて次第に大きくなるように形成している。加えて、ファンブレード２４の少なくとも主板１１の外周側に位置する後縁３７を含む前記主板１１の同一半径位置における翼断面で、前記湾曲翼端部２９における回転方向Ｐに最も突出する湾曲端部突出頂部３３が、前記ファンブレード２４の主板側根元部３９よりも回転方向Ｐに対して後方に位置している。これらの点が第１の実施の形態と異なっている。

本実施の形態における遠心ファン２０の作用について、図５を用いて説明する。この遠心ファン２０にあっては、ファンブレード２４に湾曲翼端部２９を形成したことにより流体の流れを前記主板１１と反対方向に寄せることで、前記主板１１と反対方向の流体の速度を速くすることができる。これにより、前記主板１１と反対側の翼端２８に沿って前記ファンブレード２４の前縁３６（主板１１の内周側）から後縁３７（主板１１の外周側）に向かって流れる流体の速度を速くすることができるため、前記ファンブレード２４の後縁３７から流出する流体の前記ファンブレード２４に対する相対速度を前記ファンブレード２４の回転軸線方向に渡ってさらに均一化することができる。

さらに、前記湾曲翼端部２９の翼端２８で翼端渦Ｓが発生した場合であっても、前記湾曲翼端部２９の凹部（負圧側、図５の裏面側）に翼端渦Ｓを引きつけて、翼端渦Ｓを保持することができる。すなわち、ファンブレード２４の前縁３６側から後縁３７側に近づくにつれて、翼端渦Ｓは成長して大きくなる。しかしながら、前記湾曲翼端部２９の軸方向幅も前縁３６側から後縁３７側にかけて次第に大きくなるため、成長した翼端渦Ｓを湾曲翼端部２９により前縁３６側から後縁３７側にかけて引きつけておくことができる。これにより、翼端渦Ｓをファンブレード２４の後縁３７から放出するまで、翼端渦Ｓを前記湾曲翼端部２９に保持することができ、ケーシング等の構造部材に翼端渦Ｓが干渉して音を生じるのを抑制することができる。

加えて、前記主板１１の同一半径位置における翼断面で、前記湾曲翼端部２９における回転方向Ｐに最も突出する湾曲端部突出頂部３３が、前記ファンブレード２４の主板側根元部３９よりも回転方向Ｐに対して後方に位置させることで、前記主板１１と反対側の翼端２８に沿う流体の流れを増やすことができる。このため、前記ファンブレード２４に対する流体の相対速度を前記ファンブレード２４の回転軸線方向にさらに均一化することができる。

ここで、前記湾曲翼端部２９を、前記ファンブレード２４のその他の部分よりも柔軟な樹脂材料で形成することが好ましい。このようにすると、前記ファンブレード２４の旋回時に生じる翼端渦Ｓが前記湾曲翼端部２９に衝突したときに、前記翼端渦Ｓのエネルギーを前記湾曲翼端部２９でダンピングして、渦Ｓのエネルギーを吸収して小さくすることができる。従って、前記翼端渦Ｓによる騒音をより効果的に抑制することができる。さらに、前記ファンブレード２４がアンダーカット形状を有していても、無理抜き成型することが可能となり、効率よく生産することができる。

また、前記柔軟な樹脂製材料は、前記ファンブレード２４を使用回転数で回転させたときに、前記ファンブレード２４の周囲に設けられる構造部材（ケーシング、ベルマウス等）との非接触状態を維持し得る硬さを有していることが好ましい。このようにすると、前記翼端２８が回転の遠心力によって前記構造部材に近づくように変位しようとしても、その変形量が前記構造部材に接触しない範囲に限定されるので、前記翼端２８と構造部材との衝突を防止することができる。

このような性質を有する樹脂製材料として、スチレン系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー等、耐候性に優れたものを好適に用いることができる。また、物性として、材料の伸び率を５００〜１５００％（３号ダンベル、５００ｍｍ／ｍｉｎ：ＪＩＳ Ｋ ６２５１の場合）とすることが好ましい。

なお、本発明の内容は上述の実施の形態のみに限られるものでないことはもちろんである。例えば、空気調和機としては、換気扇やエアコンといった家電用品に限らず、上述の遠心ファンを備えた空気調和機であればよい。

本発明の第１の実施の形態における遠心ファンの概略斜視図である。 図１に示す遠心ファンのファンブレードと、その旋回時に発生する翼端渦や空気の相対速度を示す斜視説明図である。 本発明の第２の実施の形態における遠心ファンの概略斜視図である。 図３に示す遠心ファンのファンブレードを示す斜視図である。 図４に示す遠心ファンのファンブレードと、その旋回時に発生する翼端渦や空気の相対速度を示す説明図である。 従来における基本的な遠心ファンについての斜視図である。 図６に示す遠心ファンのファンブレードと、その旋回時に発生する翼端渦を示す斜視図である。 図６に示す遠心ファンのファンブレードと、その旋回時における空気の相対速度を示す斜視図である。 従来における改良型の遠心ファン（シュラウドあり）の概略説明図である。 従来における改良型の遠心ファン（シュラウドなし）の概略説明図である。 図１０に示す遠心ファンの断面図である。 図１１に示す遠心ファンの問題点を示す説明図である。

符号の説明

１、２０…遠心ファン
３…ボス
４、２４…ファンブレード
１０…湾曲部
１１…主板
２８…翼端
２９…湾曲翼端部
３３…湾曲翼端部突出頂部
３９…根元部

Claims (5)

1. 回転軸線周りに所定方向に回転可能な主板と、該主板から立ち上がり、かつ該主板の径方向内方から外方へ延在するように設けられ、該主板に前記回転軸線周りに配置された複数の翼とを備え、
   前記翼の少なくとも前記主板の外周側に位置する後縁を含む前記主板の同一半径位置における翼断面が、前記翼の回転軸線方向中央付近において、前記主板の反回転方向に突出するように湾曲されてなり、かつ、その湾曲は前記翼の前縁側から後縁にかけて次第に大きくなっていて、
   前記翼は、前記主板と反対側の翼端部を前記主板の反回転方向に向くように湾曲された湾曲翼端部を形成されてなり、
   前記湾曲翼端部の湾曲箇所の前記回転軸線方向の幅を、前記翼の前縁から後縁にかけて次第に大きくなるようにしたことを特徴とする遠心ファン。
2. 前記翼の少なくとも前記主板の外周側に位置する後縁を含む前記主板の同一半径位置における翼断面で、前記湾曲翼端部における回転方向に最も突出する点が、前記翼の主板側根元部よりも回転方向に対して後方に位置することを特徴とする請求項１に記載の遠心ファン。
3. 前記湾曲翼端部を、前記翼のその他の部分よりも柔軟な樹脂材料で形成したことを特徴とする請求項２に記載の遠心ファン。
4. 前記柔軟な樹脂製材料は、前記翼を使用回転数で回転させたときに、前記翼の周囲に設けられる構造部材との非接触状態を維持し得る硬さを有していることを特徴とする請求項３に記載の遠心ファン。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の遠心ファンを備えることを特徴とする空気調和機。

Images