JP2007198268A - 遠心ファンとそれを備えた空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の遠心ファンに比し、シュラウドのベルマウス間の漏れ流れを低減し、漏れ流れに対する主羽根の形状を提案することにより、高効率・低騒音化をねらった遠心ファンを提供することにある。
【解決手段】回転軸に取り付けられるボスと、吸込口を有するシュラウドと、ボス及びシュラウド間に配設される複数枚の主羽根と、ファン吸込口側に設置した吸込ベルマウスと、で構成される遠心ファンにおいて、シュラウド及びベルマウス間でシュラウド側に配設される複数枚の小羽根を有し、前記主羽根のシュラウド側翼素のキャンバー線が圧力面側に凹状にする、もしくは、シュラウド側翼素のキャンバー線前縁側を回転方向に傾斜させる。
【選択図】図１

Description

本発明は空気調和装置などに用いられる高効率・低騒音化をねらった遠心ファンとそれを備えた空気調和装置に関するものである。

従来、空気調和装置などに用いられる遠心ファンは、省エネルギーのための高効率化が要求される。一方、環境のために低騒音化が要求されている。図１１に従来の遠心ファンの断面図を示す。通常、空気調和装置などに用いられる遠心ファンは図１１のように吸込側にベルマウスを設けて用いられる。このような遠心ファンにおける高効率・低騒音化対策の一例として、シュラウドとベルマウスの間の流れを制御することが効果をあげている。例えば、特許文献１には、上記遠心ファンに関する技術としてベルマウスに複数枚の小羽根を設置することにより、流れを制御する方法が開示されている。

特開平８−４６８４号公報

図１１に示す遠心ファンのベルマウスは、吸込流れＡをスムーズに主羽根に流入させるために、シュラウドと適当な寸法Ｂでオーバーラップして設置される。このような遠心ファンの場合、ファンの昇圧で遠心ファン出口の領域Ｆ２の静圧が増加することにより、シュラウド背面の領域Ｃ２とベルマウス流路の領域Ｄ２に圧力差ΔＰ２が生じる。ここで、領域Ｆ２と領域Ｃ２の静圧はほぼ同一である。圧力差ΔＰ２により漏れ流れＥ２が生じるが、漏れ流れＥ２は主羽根前縁シュラウド側での流れのはく離を起こしやすく、ファンの効率低下，騒音の増大の原因となっていた。

漏れ流れＥ２による漏れ流量ＱＬ２はシュラウド背面の領域Ｃ２とベルマウス流路の領域Ｄ２の圧力差ΔＰ２と、シュラウドとベルマウスの隙間Ｇにより決まる。隙間Ｇが狭ければ漏れ流量ＱＬ２も少ないが、空気調和装置の場合、ベルマウスやシュラウドの製作精度や製品の組み立て精度上、隙間Ｇを狭くするのには限界がある。また、隙間Ｇを狭くすることにより、ベルマウスとシュラウドが接触する可能性もあり、安全上の問題点もある。

遠心ファンは、ファンに必要な流量Ｑに対し、漏れ流量ＱＬを含めた羽根通過流量（Ｑ＋ＱＬ）に対して仕事を行うために、必要な流量Ｑに比して過大な流量に対して仕事を行うことになる。従って、漏れ流量ＱＬの増大は、遠心ファンの効率を低下させる原因となる。

以上述べた課題に対して、特許文献１では漏れ流量ＱＬを低減することはできないため、遠心ファンの高効率・低騒音化への効果には限界があった。

本発明の目的は、漏れ流量ＱＬ２を低減し、漏れ流れＥに対する主羽根の形状を提案することにより高効率・低騒音化をねらった遠心ファンを提供することにある。

上記目的は回転軸に取り付けられるボスと、吸込口を有するシュラウドと、ボス及びシュラウド間に配設される複数枚の主羽根と、ファン吸込口側に設置した吸込ベルマウスと、で構成される遠心ファンにおいて、シュラウド及びベルマウス間でシュラウド側に配設される複数枚の小羽根を有し、前記主羽根のシュラウド側翼素のキャンバー線が圧力面側に凹状となることにより達成される。

また上記目的は、回転軸に取り付けられるボスと、吸込口を有するシュラウドと、ボス及びシュラウド間に配設される複数枚の主羽根と、ファン吸込口側に設置した吸込ベルマウスと、で構成される遠心ファンにおいて、シュラウド及びベルマウス間でシュラウド側に配設される複数枚の小羽根を有し、前記主羽根のシュラウド側翼素のキャンバー線前縁側が回転方向に傾斜することにより達成される。

また上記目的は、前記小羽根の回転軸方向の高さと、シュラウドの回転軸方向の高さの比が、０.３ 以上であることにより達成される。

また上記目的は、前記主羽根の前縁を吸込側・回転軸側からみたときに、前縁の中間が回転方向に凸状となることにより達成される。

また上記目的は、前記主羽根のシュラウド側翼素を回転軸方向・吸込側に延長して小羽根とする構造で、前記小羽根をシュラウドと一体部品とすることにより達成される。

また上記目的は、前記遠心ファンの外周側に配置された熱交換器と、前記遠心ファンと前記熱交換器を収納する筐体とを備えたことにより達成される。

本発明によれば、漏れ流量ＱＬ２を低減し、漏れ流れＥに対する主羽根の形状を提案することにより高効率・低騒音化をねらった遠心ファンを提供できる。

以下、本発明実施例を図で説明する。

本発明の実施例１を図１〜図５により説明する。
図１は実施例１における遠心ファンの斜視図である。１は主羽根、２はシュラウド、３はボス、４は小羽根、５は回転軸を示す。小羽根４はシュラウド２の背面に複数枚設置する。

図２は実施例１における主羽根を吸込側・回転軸側から見た平面図である。６はシュラウド側翼素、７はボス側翼素、８はシュラウド吸込口（目玉）の位置、９は遠心ファンの外径の位置を示す。１０は主羽根の前縁、１１はシュラウド側翼素６のキャンバー線、
１２はボス側翼素７のキャンバー線、１８は圧力面、１９は負圧面を示す。シュラウド側翼素６のキャンバー線１１は圧力面１８側で凹状となる形状とする。

図３は、実施例１の遠心ファンを設置した空気調和装置の断面図を示す。２０はモータ、２１は熱交換器、２２はベルマウス、２３はパネル、２４は筐体を示す。遠心ファンはモータ２０に取り付けられ、熱交換器２１の内側に収納される。ベルマウス２２はシュラウド２と寸法Ｂでオーバーラップして設置される。

以上のような構成された遠心ファンの動作を、図３〜図５を用いて説明する。
図３において、モータ２０により駆動された遠心ファンの昇圧により、吸込流れＡが生じる。熱交換器２１の圧力損失により、遠心ファン出口Ｆ１の静圧が高い。そのため、シュラウド２とベルマウス２２の間の領域Ｃ１での静圧も上昇する。小羽根４による昇圧により、領域Ｃ１の静圧は遠心ファン出口Ｆ１よりも小さい。ベルマウス２２の流路領域
Ｄ１はほぼ大気圧であるため、領域Ｃ１と領域Ｄ１には圧力差ΔＰ１が発生する。この圧力差ΔＰ１により漏れ流れＥ１（漏れ流量ＱＬ１）が発生するが、小羽根４による昇圧により、ΔＰ１は従来例図１１の圧力差ΔＰ２に対してΔＰ１＜ΔＰ２となる。そのため、漏れ流量ＱＬ１は漏れ流量ＱＬ２に対してＱＬ１＜ＱＬ２となる。

図４は図２のシュラウド側翼素６の拡大図である。小羽根４の有無による漏れ流量ＱＬ１とＱＬ２は、ＱＬ１＜ＱＬ２であるため、シュラウド吸込口８付近の流線は、小羽根４がある場合には矢印１４、ない場合には矢印１５のようになる。従って、小羽根４のある場合には、キャンバー線１１ａを圧力面１８ａ側に凹状とすることにより、流線１３ａ，１３ｂのように翼素に流れを沿わせることができる。

一方、図５は従来の遠心ファンにおけるシュラウド側翼素の拡大図を示す。小羽根４がある場合には、シュラウド吸込口８での流線は１４となるため、キャンバー線１１ｂと流線１４とがあわない。そのため負圧面１９ｂ側にて流線１３ｄ，１３ｅのように流れが翼素に沿わずにはく離する可能性がある。流れのはく離は、遠心ファンの効率の低下と騒音の増加の原因となる。以上から小羽根４を配置する場合には本実施例の形状にすることにより、高効率・低騒音化をはかることができる。

本発明の実施例２を図６により説明する。本実施例は実施例１と同じ効果を得られる別の方法である。
図６は実施例２におけるシュラウド側翼素キャンバー線の形状を示したものである。図６において、シュラウド側翼素キャンバー線１１ｃの前縁側を回転方向３０側に傾斜させ、後縁側は圧力面１８ｃ側に凸状とし、キャンバー線１１ｃをＳ字状にする。これにより前縁側のキャンバー線が流線１４とあうため、流線１３ｆ，１３ｇのように翼素に流れを沿わせることが可能である。

本発明の実施例３を図７，図８により説明する。
図７は実施例３の遠心ファンの回転軸５を含む平面で切ったときの断面図を示したものである。図７において、ＨＳは小羽根４の回転軸５方向の高さ、Ｈはシュラウド２の高さを示めす。高さＨＳは小羽根４の昇圧に寄与する因子であり、ＨＳが高いほうが昇圧効果は大きい。昇圧が大きいと領域Ｃにおける静圧を低減することが出来るため、漏れ流れＥの漏れ流量ＱＬをより小さくすることができる。

図８は実施例３の効果を説明する実験結果を示すもので、２種類の比（ＨＳ／Ｈ）における効率と比騒音の実験結果である。効率は、最高効率ηｓ＿ｍａｘとの相対比で示す。比騒音ＳＬは、ＳＬ＝ＳＰＬ−１０log(Ｑ×(Ｐｔ／９.８)²) で示す。ここに、ＳＰＬは騒音レベル（ｄＢ）、Ｑは流量（ｍ³／min）、Ｐｔは全圧（Ｐａ）である。

図８において、ＨＳ／Ｈ≒０.３ のほうが、効率が高い。これは小羽根４の昇圧効果が高く漏れ流量ＱＬを小さくすることができるためである。また、この高効率化により騒音も低減する。以上の結果からＨＳ／Ｈは０.３ 以上であることが望ましい。

本発明の実施例４を図９により説明する。
図９は実施例４における主羽根を吸込側・回転軸側から見た平面図である。図９において、主羽根前縁２５は、回転方向３０に向かって、前縁の中間点２６を頂点として凸状とする。シュラウド側翼素のキャンバー線１１は図２（実施例１）の形状とする。本実施例は、特に流れが主羽根に沿いづらい非設計流量において、高効率・低騒音化の効果を得られる構成である。図９は低流量域での状態を示す。

以下、実施例４の作用を説明する。低流量域では前縁での羽根角度と流れの角度があっていないため、前縁２５で流れがはく離する。しかし、本実施例の形状にすると、中間点２６を境界として２７ａ，２７ｂに示す渦流れが作られる。これにより、前縁２５において一端はく離するが、流れは負圧面１９に再付着して主流２８が作られる。漏れ流れＥによるシュラウド側翼素６の前縁側の矢印で示した流れ２９はこの渦流れ２７ａに伴って主流に合流する。以上の作用によって、低流量域でも漏れ流れＥのはく離を抑制することができる。これが遠心ファンの更なる高効率・低騒音化に寄与する。

本実施例は、大流量域でも同様の作用を圧力面１８側で得ることができ、更なる高効率・低騒音化をはかることができる。また、図９のシュラウド側翼素６のキャンバー線は図２のものを示したが、図６（実施例３）のキャンバー線と組み合わせても同様の作用・効果を得ることができる。

本発明の実施例５を図１０により説明する。
図１０は実施例５における遠心ファンの斜視図である。小羽根４は主羽根１と同位相に配置する。主羽根１のシュラウド側翼素を回転軸５の方向で吸込側に延長する構造とする。さらに小羽根４はシュラウド２と一体部品とする。小羽根４の内部を中空とし、中空部分に主羽根１を差し込むことにより固定する。このような構造とすることにより、部品点数を少なくすることができ、遠心ファンの製作コストの低減をはかることができる。

本発明は上記のように構成されるので次の効果を有する。
上記請求項１の構成にあっては、小羽根による昇圧効果でシュラウド背面の領域とベルマウス流路の領域の圧力差が低減するので、漏れ流量ＱＬを低減することができる。漏れ流量ＱＬの低減により、主羽根前縁シュラウド側での流速も低減するが、主羽根シュラウド側翼素のキャンバー線の圧力面側を凹状とすることにより、流れを主羽根に沿わせることができる。以上の作用により、遠心ファンの高効率・低騒音化をはかることができる。

上記請求項２の構成にあっては、小羽根による昇圧効果でシュラウド背面の領域とベルマウス流路の領域の圧力差を低減するので、漏れ流量ＱＬを低減することができる。漏れ流量ＱＬの低減により、主羽根前縁シュラウド側での流速が低減するが、主羽根のシュラウド側翼素のキャンバー線前縁側を回転方向に傾斜することにより、流れを主羽根に沿わせることができる。以上の作用により、遠心ファンの高効率・低騒音化をはかることができる。

上記請求項３の構成にあっては、小羽根の回転軸方向の高さとシュラウドの回転軸方向の高さに対する比を適正値にすることにより、更に遠心ファンの高効率・低騒音化をはかることができる。

上記請求項４の構成にあっては、前記主羽根の前縁を吸込側・回転軸側からみたときの前縁の中間を回転方向に凸状とすることにより、漏れ流れＥと主流との合流を促進し、更に遠心ファンの高効率・低騒音化をはかることができる。

上記請求項５の構成にあっては、小羽根をシュラウドと一体部品とすることにより、製作コストの低減をはかることができる。

上記請求項６の構成にあっては、請求項１〜５のいずれかに記載の遠心ファンを設置することにより、高効率・低騒音の空気調和装置を提供することができる。

実施例１における遠心ファンの斜視図である。 実施例１における主羽根を吸込側・回転軸側から見た平面図である。 実施例１の遠心ファンを設置した空気調和装置の断面図である。 図２のシュラウド側翼素６の拡大図である。 従来の遠心ファンにおけるシュラウド側翼素の拡大図である。 実施例２におけるシュラウド側翼素キャンバー線の形状である。 実施例３の遠心ファンの回転軸５を含む平面で切ったときの断面図である。 実施例３の効果を説明する実験結果である。 実施例４における主羽根を吸込側・回転軸側から見た平面図である。 実施例５における遠心ファンの斜視図である。 従来の遠心ファンの断面図である。

符号の説明

１…主羽根、２…シュラウド、３…ボス、４…小羽根、５…回転軸、６…シュラウド側翼素、７…ボス側翼素、８…シュラウド吸込口の位置、９…外径、１０…主羽根の前縁、１１…シュラウド側翼素のキャンバー線、１２…ボス側翼素のキャンバー線、１３，１４，１５，２９…流線、１８…圧力面、１９…負圧面、２０…モータ、２１…熱交換器、
２２…ベルマウス、２３…パネル、２４…筐体、２５…主羽根の前縁、２６…中間点、
２７…渦流れ、２８…主流、３０…回転方向、Ａ…吸込流れ、Ｂ…オーバーラップ寸法、Ｃ…シュラウド背面の領域、Ｅ…漏れ流れ、Ｆ…遠心ファン出口の領域、Ｇ…隙間、ΔＰ…圧力差、Ｑ…流量、ＱＬ…漏れ流量、ＳＬ…比騒音、ＳＰＬ…騒音レベル、Ｐｔ…全圧、Ｈ…シュラウド高さ、ＨＳ…小羽根の高さ。

Claims (6)

1. 回転軸に取り付けられるボスと、吸込口を有するシュラウドと、ボス及びシュラウド間に配設される複数枚の主羽根と、ファン吸込口側に設置した吸込ベルマウスと、で構成される遠心ファンにおいて、
   シュラウド及びベルマウス間でシュラウド側に配設される複数枚の小羽根を有し、前記主羽根のシュラウド側翼素のキャンバー線が圧力面側に凹状となることを特徴とする遠心ファン。
2. 回転軸に取り付けられるボスと、吸込口を有するシュラウドと、ボス及びシュラウド間に配設される複数枚の主羽根と、ファン吸込口側に設置した吸込ベルマウスと、で構成される遠心ファンにおいて、
   シュラウド及びベルマウス間でシュラウド側に配設される複数枚の小羽根を有し、前記主羽根のシュラウド側翼素のキャンバー線前縁側が回転方向に傾斜することを特徴とする遠心ファン。
3. 請求項１又は請求項２のいずれかに記載の遠心ファンにおいて、
   前記小羽根の回転軸方向の高さと、シュラウドの回転軸方向の高さの比が、０.３ 以上であることを特徴とする遠心ファン。
4. 請求項１又は請求項２のいずれかに記載の遠心ファンにおいて、
   前記主羽根の前縁を吸込側・回転軸側からみたときに、前縁の中間が回転方向に凸状となることを特徴とする遠心ファン。
5. 請求項１又は請求項２のいずれかに記載の遠心ファンにおいて、
   前記主羽根のシュラウド側翼素を回転軸方向・吸込側に延長して小羽根とする構造で、前記小羽根をシュラウドと一体部品とすることを特徴とする遠心ファン。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の遠心ファンにおいて、
   前記遠心ファンの外周側に配置された熱交換器と、前記遠心ファンと前記熱交換器を収納する筐体とを備えた空気調和装置。
   

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