JP2001159396A - 遠心ファン及び該遠心ファンを備えた空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低騒音で、且つ小風量領域において高い送風
効率が得られるような遠心ファン、及び該遠心ファンを
備えた空気調和機を提供する。 【解決手段】 羽根４の前縁４ａが、ハブ２とシュラウ
ド３の中間の所定位置に設定した基点１０よりもハブ２
寄りに位置し且つその稜線が該基点１０からハブ２側の
端部１１に向かうに伴って前進する第１直線部４ａ
₁と、上記基点１０よりもシュラウド３寄りに位置し且
つその稜線が遠心ファン１の軸方向に略平行に延びる第
２直線部４ａ₂とを備えことで、羽根４の前縁４ａに流
入する空気流が上記基点１０部分に衝突することで該基
点１０部分からから後縁４ｂ側に向かうに従って次第に
成長する縦渦２１が生成され、この縦渦のエネルギーに
よって羽根４の負圧面における空気の境界層の成長が抑
制されその剥離が可及的に防止され、送風騒音の低減と
送風効率の向上が図られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、遠心ファン及び
該遠心ファンを備えた空気調和機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７には、従来一般的な遠心ファン５０
の要部を示している。この遠心ファン５０は、モータ５
６に連結されて回転駆動されるハブ５１の外周部と、そ
の中央部に吸込口５４を備え且つ上記ハブ５１に対して
所定間隔をもって対向配置されるシュラウド５２の外周
部との間に、湾曲板状形態をもつ複数枚の羽根５３，５
３，・・を、上記ハブ５１及びシュラウド５２の周方向
に所定間隔で配置して構成される。そして、この遠心フ
ァン５０においては、これがモータ５６によって回転駆
動されることで、上記吸込口５４から吸い込まれる空気
は、同図に流線Ａで示すように、上記羽根５３にその前
縁５３ａ側から流入してその後縁３ｂ側へ流れ、該遠心
ファン５０の外周面に開口する吹出口５５から径方向外
方へ向けて吹き出される。

【０００３】ところで、このような従来の遠心ファン５
０においては、同図に示すように、上記羽根５３の前縁
５３ａを、その稜線がハブ側端縁５３ｃから遠心ファン
５０の軸方向に略平行に延びる直線部５３ａ₁と、シュ
ラウド側端縁５３ｄ寄りに位置し且つその稜線が斜めに
傾斜する傾斜部５３ａ₂とで構成している。従って、上
記直線部５３ａ₁と傾斜部５３ａ₂との境界部には角部５
３ｅが形成されるが、この角部５３ｅは、上記羽根５３
に流入する空気流に縦渦５７を生成させ、この縦渦のも
つエネルギーを上記羽根５３のシュラウド側端縁５３ｄ
寄りの負圧面における境界層に供給することでその成長
を抑制し、もって空気の剥離を可及的に防止して遠心フ
ァン５０における送風騒音の低減と送風効率の向上に寄
与するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図７に流線
Ａで示すように、遠心ファン５０における空気流の主流
は上記羽根５３の上記角部５３ｅよりも上記ハブ側端縁
５３ｃ寄りに偏って流れる。このため、上記角部５３ｅ
による剥離抑制効果は、主として上記吸込口５４とその
内側に略同軸状に配置されるベルマウス（図示省略）と
の間の環状隙間を通って吹き出し側空間から上記羽根５
３のシュラウド側端縁５３ｄ寄り部位に流入する漏れ流
れに起因する空気流の剥離に対してこれを抑制する如く
作用するものの、上記羽根５３の直線部５３ａ₁の略中
央部を流れる空気流の主流部分に対してはほとんど有効
に作用しない。

【０００５】この場合、上記傾斜部５３ａ₂を大きくし
て上記角部５３ｅを上記ハブ側端縁５３ｃ寄りに設定し
て該角部５３ｅによる剥離抑制効果を主流部分に作用さ
せることも考えられるが、このように上記傾斜部５３ａ
₂を大きくすると、それだけ上記羽根５３の翼面積が減
少し、該羽根５３全体としての送風効率が低下すること
になるため、得策ではない。

【０００６】このため、従来より、上記傾斜部５３ａ₂
は、上記吸込口５４の口縁部と該吸込口５４に設けられ
るベルマウス（図示省略）との間の隙間からの吹き出し
側空気の漏れ流れにより剥離が生じ易い上記シュラウド
側端縁５３ｄ寄りの比較的限られた部位のみに設けて該
部分における上記角部５３ｅによる効果を期待するのが
通例であった。

【０００７】従って、従来の遠心ファン５０において
は、上記羽根５３の前縁５３ａの中央近傍から流入して
上記ハブ側端縁５３ｃ寄りに偏って流れる主流において
は依然として空気流の剥離現象が残存し、遠心ファン５
０全体としてみた場合、その送風騒音及び送風効率とい
う点において改善の余地がある。

【０００８】さらに、羽根５３の前縁５３ａに流入する
空気流のうち、特に該前縁５３ａの上記ハブ５１寄り部
位に流入する空気流は、その流速が比較的遅いことか
ら、特に小風量領域においては上記羽根５３側への流入
性が悪く、結果的に遠心ファン５０の送風効率を阻害す
る要因の一つとなっていた。

【０００９】そこで本願発明では、低騒音で、しかも特
に小風量領域において高い送風効率が得られるような遠
心ファン、及び該遠心ファンを備えた空気調和機を提供
することを目的としてなされたものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願発明ではかかる課題
を解決するための具体的手段として次のような構成を採
用している。

【００１１】本願の第１の発明では、回転駆動されるハ
ブ２の外周部に羽根４を立設状態で固定配置するととも
に、中央部に吸込口５を備えたシュラウド３を、上記ハ
ブ２との間に上記羽根４を挟んだ状態で対向配置してな
る遠心ファンにおいて、上記羽根４の前縁４ａが、上記
ハブ２とシュラウド３の中間の所定位置に設定した基点
１０よりも上記ハブ２寄りに位置し且つその稜線が該基
点１０から上記ハブ２側の端部１１に向かうに伴って前
進する第１直線部４ａ₁と、上記基点１０よりも上記シ
ュラウド３寄りに位置し且つその稜線が上記遠心ファン
１の軸方向に略平行に延びる第２直線部４ａ₂とを備え
たことを特徴としている。

【００１２】本願の第２の発明では、上記第１の発明に
かかる遠心ファンにおいて、上記基点１０を、上記前縁
４ａにおける空気主流の流入部位に設定したことを特徴
としている。

【００１３】本願の第３の発明では、上記第１又は第２
の発明にかかる遠心ファンにおいて、上記羽根４の前縁
４ａにおける上記第１直線部４ａ₁の入口角θ₁と前縁半
径Ｒ ₁を、上記第２直線部４ａ₂の入口角θ₂及び前縁半
径Ｒ₂と略同等に設定したことを特徴としている。

【００１４】本願の第４の発明では、ケーシング３１内
に遠心ファン１と熱交換器３２とを配置して構成される
空気調和機において、上記遠心ファン１として、上記第
１，第２又は第３の発明にかかる遠心ファン１を適用し
たことを特徴としている。

【００１５】

【発明の効果】本願発明ではかかる構成とすることによ
り次のような効果が得られる。

【００１６】 本願の第１の発明にかかる遠心ファン
では、上記羽根４の前縁４ａが、上記ハブ２とシュラウ
ド３の中間の所定位置に設定した基点１０よりも上記ハ
ブ２寄りに位置し且つその稜線が該基点１０から上記ハ
ブ２側の端部１１に向かうに伴って前進する第１直線部
４ａ₁と、上記基点１０よりも上記シュラウド３寄りに
位置し且つその稜線が上記遠心ファン１の軸方向に略平
行に延びる第２直線部４ａ₂とを備えている。

【００１７】従って、この発明にかかる遠心ファン１に
おいては、上記前縁４ａの上記基点１０において上記第
１直線部４ａ₁の稜線と上記第２直線部４ａ₂の稜線とが
不連続となりここが角部となる。このため、この基点１
０部分に空気流が流入すると、該空気流は該基点１０部
分への衝突によってその流れが乱され、上記羽根４の負
圧面の表面上には、上記前縁４ａの上記基点１０部分か
らから後縁４ｂ側に向かうに従って次第に成長する縦渦
２１が生成される。この縦渦のエネルギーが上記負圧面
における空気の境界層に供給されることで該境界層の成
長が抑制され、該負圧面での空気の剥離現象が可及的に
防止され、結果的に、上記遠心ファン１においては、送
風騒音が低減されるとともに羽根４全体としての送風効
率が高められることになる。

【００１８】さらに、上記第１直線部４ａ₁は、その稜
線が上記基点１０から上記ハブ２側の端部１１に向かう
に伴って前進する形態とされているので、上記羽根４の
うち、上記第１直線部４ａ₁に対応する部分において
は、上記第２直線部４ａ₂に対応する部分よりも翼弦長
が長くなり、その結果、該第１直線部４ａ₁部分に流入
する空気流は、翼弦長が長い分だけその流れの安定化が
促進される。また、上記第１直線部４ａ₁がハブ２寄り
に位置していることで、該ハブ２寄りを流れる流速の遅
い空気流が前進した上記第１直線部４ａ₁部分によって
積極的に羽根４側に掻き寄せられ、これによって該羽根
４への流入性が向上することになる。これら両者の相乗
作用によって、遠心ファン１の送風効率、特に小風量領
域における送風効率が向上することになる。

【００１９】 本願の第２の発明にかかる遠心ファン
によれば、上記第１の発明にかかる遠心ファンにおい
て、上記基点１０を、上記羽根４の前縁４ａにおける空
気主流の流入部位に設定しているので、該基点１０部分
によって生成される上記縦渦２１による空気流の剥離抑
制作用が、空気流の主流部分に集中的に働き、その結
果、上記遠心ファン１においては空気流の剥離抑制がよ
り効果的に働き、送風騒音の低減と送風効率の向上とが
より一層促進されることになる。

【００２０】 本願の第３の発明にかかる遠心ファン
によれば、上記第１又は第２の発明にかかる遠心ファン
において、上記羽根４の前縁４ａにおける上記第１直線
部４ａ₁の入口角θ₁と前縁半径Ｒ₁を、上記第２直線部
４ａ₂の入口角θ₂及び前縁半径Ｒ₂と略同等に設定して
いるので、上記又はに記載の効果がより一層確実と
なる。即ち、上記羽根４の前縁４ａのうち、上記第２直
線部４ａ₂は、元来、前縁での空気流の剥離（即ち、前
縁剥離）が起こらないようにその入口角θ₂及び前縁半
径Ｒ₂が設定されている。従って、上記基点１０から上
記ハブ２側に向かうに伴って前進する形態をもつ上記第
１直線部４ａ₁の入口角θ₁と前縁半径Ｒ ₁とを、該第１
直線部４ａ₁の前進形態に対応させて上記第２直線部４
ａ₂の入口角θ₂及び前縁半径Ｒ₂から変化させると、該
第１直線部４ａ₁部分においては前縁剥離が生じること
になるが、この発明のように上記第１直線部４ａ₁の入
口角θ₁と前縁半径Ｒ₁とを上記第２直線部４ａ₂の入口
角θ₂及び前縁半径Ｒ₂と略同等に設定すると、該第１直
線部４ａ₁での前縁剥離が防止され、これによって上記
又はに記載の効果がより一層確実となるものであ
る。

【００２１】 本願の第４の発明にかかる空気調和機
によれば、ケーシング３１内に遠心ファン１と熱交換器
３２とを配置して構成されるものにおいて、上記遠心フ
ァン１として、上記第１，第２又は第３の発明にかかる
遠心ファン１を適用しているので、該遠心ファン１の特
性に基づき、静粛運転性と高水準の空調性能とを兼ね備
えた空気調和機が得られるものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本願発明にかかる遠心ファ
ン及び空気調和機を好適な実施形態に基づいて具体的に
説明する。

【００２３】Ａ：遠心ファン 図１及び図２には、本願発明の実施形態にかかる遠心フ
ァン１を示している。この遠心ファン１は、その中央部
にモーター７が連結され該モーター７によって回転駆動
されるハブ２と、その中央部に吸込口５を備え且つ上記
ハブ２に対して所定間隔をもって同軸状に対向配置され
るシュラウド３と、上記ハブ２の内面とシュラウド３の
内面との間に跨がって立設状態で配置される複数枚の羽
根４，４，・・とを備えて構成される。また、上記ハブ
２とシュラウド３の外周部で且つ上記各羽根４，４，・
・間位置には、吹出口６が形成されている。

【００２４】上記羽根４は、本願発明の要旨をなすもの
であって、図１〜図３に示すように、その前縁４ａから
後縁４ｂに向かって滑らかに湾曲する湾曲板状の基本形
態をもつものであって、適宜の樹脂材により一体形成さ
れている。

【００２５】そして、この羽根４においては、その前縁
４ａを、該前縁４ａの上記ハブ２とシュラウド３との中
間の適宜位置に設定した基点１０を境として、該基点１
０よりも上記ハブ２寄りに位置する第１直線部４ａ₁と
該基点１０よりも上記シュラウド３寄りに位置する第２
直線部４ａ₂との二つの直線部と、該第２直線部４ａ₂よ
りも上記シュラウド３寄りに位置する傾斜部４ａ₃とで
構成している。尚、上記基点１０の設定位置は、上記羽
根４に対してその前縁４ａ側に流入する空気流の主流部
分に対応する位置に設定されている。

【００２６】上記第１直線部４ａ₁は、図２〜図４に示
すように、上記前縁４ａのハブ側端縁４ｃ寄り部分を構
成するものであって、上記基点１０から上記ハブ側端縁
４ｃ側の端部１１に向けてその稜線が次第に前進する傾
斜直線状とされている。上記第２直線部４ａ₂は、上記
前縁４ａの中間部位を構成するものであって、その稜線
は、上記基点１０から上記シュラウド３側に向けて上記
遠心ファン１の軸方向に略平行に延びる直線状とされて
いる。

【００２７】従って、上記羽根４においては、図２及び
図４に示すように、上記第１直線部４ａ₁に対応する部
分と上記第２直線部４ａ₂に対応する部分とを比較した
場合、該第１直線部４ａ₁に対応する部分は上記第２直
線部４ａ₂の前縁位置よりも前進した三角形状の前進部
分１４をもつことになる。さらに、図３に示すように、
上記第１直線部４ａ₁は入口角θ₁と前縁半径Ｒ₁とを、
また上記第２直線部４ａ₂は入口角θ₂と前縁半径Ｒ₂と
を、それぞれもつが、この実施形態においては、上記第
１直線部４ａ₁が前進形態をもつにも拘わらずその入口
角θ₁及び前縁半径Ｒ₁を、上記第２直線部４ａ₂の入口
角θ₂及び前縁半径Ｒ₂と略同等に設定している。尚、上
記第２直線部４ａ₂の入口角θ₂と前縁半径Ｒ₂は、従来
一般的な遠心ファンにおける羽根の入口角及び前縁半径
の設計思想に基づいて設定されるものであって、本来的
に、前縁剥離を起こさないような入口角及び前縁半径に
設定されている。従って、上記第１直線部４ａ₁の入口
角θ₁及び前縁半径Ｒ₁を上記第２直線部４ａ₂の入口角
θ₂及び前縁半径Ｒ₂と略同等に設定することで、該第１
直線部４ａ₁も前縁剥離を起こさないような入口角及び
前縁半径をもつことになる。

【００２８】上記傾斜部４ａ₃は、上記前縁４ａの上記
シュラウド３寄り部分を構成するものであって、その稜
線は、上記羽根４のシュラウド側端縁４ｄから上記第２
直線部４ａ₂のシュラウド側端部に向けて傾斜させたも
のであって、該第２直線部４ａ₂の端部との境界部は角
部１２とされている。

【００２９】このように構成された羽根４，４，・・を
備えた遠心ファン１においては、次に述べるような特有
の作用効果が得られるものである。

【００３０】即ち、この実施形態の遠心ファン１におい
ては、上記羽根４の前縁４ａを、上記基点１０よりも上
記ハブ２寄りに位置し且つその稜線が該基点１０から上
記ハブ２側の端部１１に向かうに伴って前進する第１直
線部４ａ₁と、上記基点１０よりも上記シュラウド３寄
りに位置し且つその稜線が上記遠心ファン１の軸方向に
略平行に延びる第２直線部４ａ₂と、該第２直線部４ａ₂
よりも上記シュラウド３寄りに位置する上記傾斜部４ａ
₃とで構成している。

【００３１】このため、上記遠心ファン１が上記モータ
７により回転駆動されると、上記吸込口５から吸い込ま
れた空気の主流は、図２に流線Ａ₁で示すように、上記
羽根４の前縁４ａに対して上記基点１０の近傍から流入
し、その後縁４ｂ側から上記吹出口６に吹き出される。
この場合、上記空気流は、これが上記基点１０に衝突す
ることでその流れが乱され、図４に示すように、上記羽
根４の負圧面の表面上には、上記前縁４ａ側の上記基点
１０から後縁４ｂ側に向かうに従って次第に成長する縦
渦２１が生成される。この縦渦２１のエネルギーが羽根
４の負圧面における空気の境界層に供給されることで、
該境界層の成長が抑制され、該負圧面での空気の剥離が
可及的に防止される。

【００３２】また、図２に流線Ａ₂で示すように、上記
吸込口５から吸い込まれた後、上記羽根４のシュラウド
側端縁４ｄ寄りに流入する空気流は、上記第２直線部４
ａ₂と傾斜部４ａ₃との境界部の上記角部１２に衝突する
ことで、図４に示すように、該角部１２から後縁４ｂ側
に向けて次第に成長しながら流れる縦渦２２を生成す
る。この縦渦２２によって上記羽根４の負圧面のうち上
記シュラウド側端縁４ｄ寄り部位において発生する空気
の剥離が抑制される。この場合、上記羽根４のシュラウ
ド側端縁４ｄ寄り部位は、吸込口５とベルマウス（図示
省略）との間を通って吹き出し側空間から流入する漏れ
流れによって剥離が生じ易い領域であることから、上記
縦渦２３による効果は大きい。

【００３３】このような上記基点１０によって生成され
る縦渦２１による空気流の剥離抑制作用と、上記角部１
２によって生成される縦渦２２による空気流の剥離抑制
作用との相乗的効果として、上記遠心ファン１において
はその送風騒音が低減されるとともにその送風効率が向
上することになる。

【００３４】一方、上記第１直線部４ａ₁は、その稜線
が上記基点１０から上記ハブ２側の端部１１に向かうに
伴って前進する形態とされているので、上記羽根４のう
ち、上記第１直線部４ａ₁に対応する部分においては、
上記第２直線部４ａ₂に対応する部分よりも上記前進部
分１４の分だけその翼弦長が長くなり、その結果、該第
１直線部４ａ₁部分に流入する空気流は、長い翼弦長に
よってその流れの安定化が図られる。また、上記羽根４
の上記ハブ２寄り位置に上記第１直線部４ａ₁が位置
し、ここに上記前進部分１４が存在しているので、該ハ
ブ２寄りを流れる流速の遅い空気流は上記前進部分１４
によって積極的に羽根４側に掻き寄せられることとな
り、羽根４への空気流の流入性が向上し、特に小風量領
域においてはその効果が顕著となる。さらに、上記第１
直線部４ａ₁の入口角θ₁及び前縁半径Ｒ ₁が上記第２直
線部４ａ₂の入口角θ₂及び前縁半径Ｒ₂と略同等に設定
されていることで、該第１直線部４ａ₁における前縁剥
離も可及的に防止されている。これら各作用の相乗的効
果として、上記遠心ファン１においては、送風騒音の低
減効果を維持しつつ、特に小風量領域における送風効率
が向上することになる。

【００３５】尚、図６には、上記遠心ファン１の送風音
と静圧を、従来構造の遠心ファンのそれらと比較したも
のを示している。ここで、「風量−送風音特性図」及び
「風量−静圧特性図」のそれぞれにおいて、符号Ｌ₁及
びＬ₂はこの実施形態にかかる遠心ファン１の特性を示
し、符号Ｌ₁₁及びＬ₂₁は従来構造の遠心ファンの特性を
示している。この図６からは、この実施形態の遠心ファ
ン１においては、従来構造の遠心ファンと比較して、送
風音が低く、且つ静圧が高い特性が得られ、しかも、特
に静圧特性については、小風量領域においてその効果が
顕著であることが分かる。

【００３６】Ｂ：空気調和機 図５には、本願発明にかかる遠心ファンを備えて構成さ
れた空気調和機の一例として、上記第１の実施形態にか
かる遠心ファン１を備えた空気調和機Ｚを示している。
この空気調和機Ｚは、天井３５に埋め込み配置されるセ
パレート型空気調和機の室内機であって、ケーシング３
１内の略中央部に上記遠心ファン１をその吸込口５を下
方に向けて配置するとともに、該遠心ファン１の外周側
にその吹出口６に対向するようにして熱交換器３２を配
置して構成される。そして、上記遠心ファン１の運転に
より、上記ケーシング３１の下面３１ａの中央部に設け
た吸込口３３から吸入した室内空気を、上記熱交換器３
２において熱交換して温風あるいは冷風とした後、該下
面３１ａの外周部に設けた吹出口３４から室内へ吹き出
すようになっている。

【００３７】この空気調和機Ｚにおいては、遠心ファン
として、本願発明にかかる遠心ファン１を備えること
で、上記各実施形態においてそれぞれ説明した如き上記
遠心ファン１の特性、即ち、送風騒音が低く且つ高い送
風効率が得られるという特性に基づき、静粛運転性と高
い空調性能とを兼ね備えた空気調和機が得られるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施形態にかかる遠心ファンの平面
図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ要部拡大断面図である。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ拡大断面図である。

【図４】図２に示した遠心ファンの羽根の拡大斜視図で
ある。

【図５】本願発明にかかる空気調和機の断面図である。

【図６】遠心ファンの「風量−送風音・静圧」特性図で
ある。

【図７】従来の遠心ファンの要部断面図である。

【符号の説明】

１は遠心ファン、２はハブ、３はシュラウド、４は羽
根、５は吸込口、６は吹出口、７はモーター、１０は基
点、１１は端部、１２は角部、２１及び２２は縦渦、３
１はケーシング、３２は熱交換器、３３は吸込口、３４
は吹出口、３５は天井、Ｌは羽根中心線、θ₁及びθ₂は
入口角、Ｒ₁及びＲ₂は前縁半径、Ｚは空気調和機であ
る。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動されるハブ（２）の外周部に羽
   根（４）を立設状態で固定配置するとともに、中央部に
   吸込口（５）を備えたシュラウド（３）を、上記ハブ
   （２）との間に上記羽根（４）を挟んだ状態で対向配置
   してなる遠心ファンであって、 上記羽根（４）の前縁（４ａ）が、上記ハブ（２）とシ
   ュラウド（３）の中間の所定位置に設定した基点（１
   ０）よりも上記ハブ（２）寄りに位置し且つその稜線が
   該基点（１０）から上記ハブ（２）側の端部（１１）に
   向かうに伴って前進する第１直線部（４ａ₁）と、上記
   基点（１０）よりも上記シュラウド（３）寄りに位置し
   且つその稜線が上記遠心ファン（１）の軸方向に略平行
   に延びる第２直線部（４ａ₂）とを備えたことを特徴と
   する遠心ファン。
2. 【請求項２】 請求項１において、 上記基点（１０）が、上記前縁（４ａ）における空気主
   流の流入部位に設定されていることを特徴とする遠心フ
   ァン。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、 上記羽根（４）の前縁（４ａ）における上記第１直線部
   （４ａ₁）の入口角（θ₁）と前縁半径（Ｒ₁）が、上記
   第２直線部（４ａ₂）の入口角（θ₂）及び前縁半径（Ｒ
   ₂）と略同等に設定されていることを特徴とする遠心フ
   ァン。
4. 【請求項４】 ケーシング（３１）内に遠心ファン
   （１）と熱交換器（３２）とを配置して構成される空気
   調和機であって、 上記遠心ファン（１）として、請求項１，２又は３に記
   載の遠心ファンが適用されていることを特徴とする空気
   調和機。