JP2008144667A - 送風機の羽根車 - Google Patents

Abstract

【課題】遠心送風機等の送風機の羽根車の羽根自体が剛性の高い材料からできている限り、羽根の表面近傍での流れの乱れから生じた圧力変動を緩和することはできないので、同羽根表面での圧力変動に起因する空力騒音を低減することはできない。そこで、このような問題を有効に解決する。
【解決手段】羽根車１１の羽根１６，１６・・・の表面を相互に弾性を異にするリブＬ，Ｌ・・・および薄膜Ｓよりなる中空構造とし、運転時に羽根１６，１６・・・の表面に作用する空気の圧力に応じて薄膜Ｓ部分が弾性変形することにより当該空気の圧力変動を吸収する一方、リブＬにより必要な羽根の構造を保つようにした。
このような構成によると、作用する空気の圧力変動に応じて羽根１６，１６・・・の薄膜部分Ｓが弾性変形して圧力変動を吸収し、同羽根１６，１６・・・の表面部分から発生する空力騒音を有効に低減することができるようになるので、有効に送風機の低騒音化が図られる。
【選択図】 図６

Description

遠心送風機等送風機の羽根車の羽根は、一般に剛性の高い材料からできており、当該羽根の表面近傍での流れの乱れから生じた圧力変動が、緩和されずに空力騒音の原因となっている。

ところで、従来ターボファン等の遠心送風機では、羽根の負圧面の外周端部近傍において空気の剥離が生じ、この剥離部分での空気の渦流の発生に伴って送風音が増大する問題があり、その対策として、中空羽根構造を採用するとともに、その内部空間を主板側に開放し、空気供給手段として、この主板側の開放部分から導入した空気を羽の負圧面側に供給するように負圧面に空気吹出口を設けた構成とし、同空気吹出口からの吹出気流によって、上記負圧面近傍での空気の流れを改良することにより、上記負圧面側での空気の剥離による騒音の発生を抑制するようにしたものが存在する（特許文献１参照）。

特開平１０−１８４５９１号公報（明細書１−４、図１−７）

上述のような開放型の中空羽根構造を採用すると、気流剥離部での空気の渦流による騒音は一応抑制することができる。

しかし、当該羽根車の羽根自体が剛性の高い材料からできている限り、上述した羽根の表面近傍での流れの乱れから生じた圧力変動を緩和することはできないので、同羽根表面での圧力変動に起因する空力騒音を低減することはできない。

本願発明は、このような問題を解決するためになされたもので、遠心送風機等送風機の羽根車の羽根の一部をリブおよび薄膜よりなる構造とし、薄膜部分が弾性変形することで、空気の圧力変動を吸収できる構造とする一方、羽根自体の構造を保つためにリブを設けて補強した送風機の羽根車を提供することを目的とするものである。

本願発明は、上記の目的を達成するために、次のような課題解決手段を備えて構成されている。

（１） 請求項１の発明
この発明は、羽根車１１の羽根１６，１６・・・の表面を相互に弾性を異にするリブＬ，Ｌ・・・および薄膜Ｓよりなる中空構造とし、運転時に羽根１６，１６・・・の表面に作用する空気の圧力に応じて薄膜Ｓ部分が弾性変形することにより当該空気の圧力変動を吸収する一方、リブＬにより必要な羽根の構造を保つようにしたことを特徴としている。

このような構成によると、作用する空気の圧力変動に応じて羽根１６，１６・・・の薄膜部分Ｓが弾性変形して圧力変動を吸収し、同羽根１６，１６・・・の表面部分から発生する空力騒音を有効に低減することができるので、有効に送風機の低騒音化が図られる。

また羽根１６，１６・・・自体を軽量化することができるので、送風機自体の駆動負荷を小さくすることができる。

（２） 請求項２の発明
この発明は、上記請求項１の発明の構成において、リブＬ，Ｌ・・・の設置間隔は、圧力変動の大きさと要求される強度をパラメータとして設定されていることを特徴としている。

このような構成によると、羽根１６，１６・・・表面の位置によって異なる圧力変動の大きさと要求される強度との両要求に応じた適切な羽根構造を実現することができる。

（３） 請求項３の発明
この発明は、上記請求項１又は２の発明の構成において、リブＬ，Ｌ・・・は、相互にトラス構造に連結されていることを特徴としている。

このようなトラス構造のリブによると、羽根全体の剛性がアップすることはもちろん、特に回転駆動方向の負荷に対する剛性を適切な強度に剛性アップさせることができ、トラス部の大きさと方向を任意に設定することにより、比較的自由に所望の剛性を設定することが可能となる。

したがって、羽根の剛性設計が容易になる。

（４） 請求項４の発明
この発明は、上記請求項１，２又は３の発明の構成において、薄膜Ｓには、多数の小孔が形成されていることを特徴としている。

このような構成によると、多数の小孔による空気吸収又はディンプル効果で、より効果的に圧力変動が緩和され、騒音が低減される。

（５） 請求項５の発明
この発明は、上記請求項１，２，３又は４の発明の構成において、リブＬ，Ｌ・・・および薄膜Ｓは、それぞれ同一の材料からなり、相互に一体成形されていることを特徴としている。

このような構成によると、リブＬ，Ｌ・・・および薄膜Ｓを、それぞれ同一の合成樹脂材料で一体成形することができるから、上述のような作用を奏する羽根の形成が容易かつ低コストになる。

（６） 請求項６の発明
この発明は、上記請求項１，２，３，４又は５の発明の構成において、リブＬ，Ｌ・・・および薄膜Ｓは、それぞれ弾性係数の相違する異なる材料からなり、相互に接合一体化されていることを特徴としている。

上記リブＬ，Ｌ・・・および薄膜Ｓは、もちろん上述のような一体成形に限らずそれぞれ弾性係数の相違する異なる材料で成形したものを相互に接合一体化することにより構成することもできる。

そのようにした場合、同一の合成樹脂材料で形成する場合に比べて、薄膜Ｓの弾性係数の設定と羽根強度の確保が共に容易になる。

（７） 請求項７の発明
この発明は、上記請求項１，２，３，４，５又は６の発明の構成において、送風機は、空気調和機用の送風機であることを特徴としている。

上記各請求項に示される軽量かつ低騒音の送風機用羽根車は、特に低騒音化が要求される空気調和機用の送風機として最適である。

以上の結果、本願発明によると、空気調和機に適した空力騒音の小さい軽量かつ低コストの送風機用羽根車を容易に実現し得るようになる。

（最良の実施の形態１）
図１〜図６は、例えば天井埋込型空気調和機に適用した本願発明の最良の実施の形態１に係る送風機の羽根車の構造を示している。この場合、送風機として例えば遠心ファンが採用されている。

図１〜図３中、先ず符号２は、当該天井埋込型空気調和機１のカセット型の本体ケーシングである。該本体ケーシング２は、その吸気・吹出パネル（下面パネル部）４が天井３と略同一平面状に連続するようにして、天井３内に埋設されている。

そして、上記本体ケーシング２の上記吸気・吹出パネル４には、中央部に方形の空気吸込口５が設けられ、さらに、その内側に遠心ファンの一例であるターボファン１１用のベルマウス６が連設されている。

また、上記本体ケーシング２の吸気・吹出パネル４の上記空気吸込口５の外周部４方には、所定の幅の空気吹出口９，９・・が設けられている。

そして、上記本体ケーシング２内には上記空気吸込口５から上記ベルマウス６を経て上記空気吹出口９，９・・方向に到る全周方向の通風路１０が形成されており、該通風路１０の上記ベルマウス６の背後（図示上部）中央に位置して、その空気吸込側（後述する側板１５側）が上記ベルマウス６に対応するターボファン１１がファンモータ１３およびファンモータ１３の回転駆動軸１３ａを介して上記本体ケーシング２の天板２ａ部分に吊設されている。

また、同通風路１０には、該ターボファン１１を囲む状態で空気熱交換器１２が設けられている。

一方、該ターボファン１１は、上記ファンモータ１３の回転駆動軸１３ａに対してボス部１４ａを介して固定された円形の主板１４とターボファン羽根車内遠心方向への空気吸込口を形成する他端側筒状の側板１５との間に多数枚の羽根（動翼羽根）１６，１６・・・を所定の翼角、所定の翼間隔で周方向に並設して構成されている。他方、その側板１５の浅筒状の空気吸込側端部内側には、上記ベルマウス６の下流側筒状の空気流出口側端部が所定の隙間を保って相対回転可能に所定寸法遊嵌されている。

上記ベルマウス６は、上記ターボファン羽根車の空気吸込口を形成している側板１５の空気吸込側端部に対して上記本体ケーシング２側空気吸込口５からの空気を羽根車内遠心方向にスムーズに流入させるために、図示のように吸気・吹出パネル４への取付縁部から内方に延び、その空気流上流側から空気流下流側にかけて次第に開口径が縮小した所定曲率半径の空気流入口部と空気流出口部とからなる気流ガイド面を有して構成されている。

そして、その形状により上記ターボファン羽根車の側板１５に対応して、上記ターボファン羽根車の吸込側の空気を当該吸込側において吹出側遠心方向にスムーズに吸込ガイドすることによって送風時に生じる空力騒音を低減するようにしている。

ところで、この実施の形態の場合、上記ターボファン羽根車の羽根１６，１６・・・は、例えば図４〜図６に詳細に示すように、例えば内側に空胴部を有する中空構造のものよりなっていて、可及的な軽量化が図られている一方、内周端（前縁）１６ａ側から外周端（後縁）１６ｂ側にかけて例えばエアフォイル形状をなして構成されている。

そして、上記羽根車１１の羽根１６，１６・・・の表面は、例えば正圧面１６１側および負圧面１６２側の両面共に縦リブＬ₁，Ｌ₁、横リブＬ₂，Ｌ₂・・・およびそれら各リブＬ₁，Ｌ₁、Ｌ₂，Ｌ₂・・・の全体を覆って連続する薄膜Ｓよりなっており、運転時に羽根１６，１６・・・の表面に作用する空気の圧力の大きさに応じて薄膜Ｓ部分が羽根内側（又は外側）に弾性変形することによって当該空気の圧力変動を吸収する一方、縦リブＬ₁，Ｌ₁と横リブＬ₂，Ｌ₂・・・の格子構造により必要な羽根１６の構造を保つように構成されている。

また、羽根１６内側における上記両面側の各リブＬ₁，Ｌ₁、Ｌ₂，Ｌ₂・・・相互の間には、羽根全体としても連続する空間を形成するように所定の間隔が設けられている。なお、図４中の符号Ｌは、上記各リブＬ₁，Ｌ₁、Ｌ₂，Ｌ₂・・・の全体を指している。

このような構成によると、作用する空気の圧力変動に応じて羽根１６，１６・・・の薄膜Ｓ部分（縦リブＬ₁，Ｌ₁、横リブＬ₂，Ｌ₂・・・間の薄膜Ｓ部分）が弾性変形して効果的に圧力変動を吸収し、同羽根１６，１６・・・の表面部分から発生する空力騒音を有効に低減することができるので、有効に送風機の低騒音化が図られる。

また羽根１６，１６・・・自体を可及的に軽量化することができるので、送風機自体の駆動負荷を十分に小さくすることができる。

この場合、上記リブＬ₁，Ｌ₁、Ｌ₂，Ｌ₂・・・の設置間隔や格子形状は、圧力変動の大きさと羽根の位置等により要求される強度をパラメータとして適切に設定されている。

したがって、このような構成によると、羽根１６，１６・・・表面の位置によって異なる圧力変動の大きさと要求される強度との両要求に応じた適切な羽根構造を実現することができる。

また、この場合、上記リブＬ₁，Ｌ₁、Ｌ₂，Ｌ₂・・・は、それぞれ相互に格子構造に連結されている。

このような格子構造のリブによると、羽根全体の剛性が適切にアップする。

さらに、上記の構成において、必要に応じて上記薄膜Ｓ部分には、例えば多数の小孔を形成するようにしてもよい。

このような構成によると、同多数の小孔による空気吸収又はディンプル効果で、より効果的に圧力変動が緩和され、より効果的に騒音が低減される。

なお、以上の構成では、正圧面１６１側および負圧面１６２側の各リブＬ₁，Ｌ₁、Ｌ₂，Ｌ₂・・・および薄膜Ｓを、それぞれ同一の材料により一体成形し、その後それらの各周縁部１６１ａ，１６２ａ部分同士を相互に接合して一体化するようにしている。

このような構成によると、上記リブＬ₁，Ｌ₁、Ｌ₂，Ｌ₂・・・および薄膜Ｓ部分を、それぞれ同一の合成樹脂材料で一体成形することができるから、上述のような作用を奏する羽根の形成が容易かつ低コストになる。

しかし、羽根各面の上記リブＬ₁，Ｌ₁、Ｌ₂，Ｌ₂・・・および薄膜Ｓ部分は、例えばそれぞれ弾性係数の異なる別々の材料により形成し、それらを相互に接合一体化することによって形成するようにしてもよい。

そのようにした場合、同一の合成樹脂材料で形成する場合に比べて、薄膜Ｓ部分は十分に柔かく、他方リブＬ₁，Ｌ₁、Ｌ₂，Ｌ₂・・・部分は十分に硬くすることが可能となり、羽根面の弾性度合の設定と羽根強度の確保が共に容易になる。

上記の構成よりなる軽量かつ低騒音の送風機用羽根車は、特に低騒音化が要求される空気調和機用の送風機として最適である。

したがって、上記構成の送風機の羽根車によると、空気調和機に適した空力騒音の小さい軽量かつ低コストの送風機用羽根車を容易に実現し得るようになる。

（最良の実施の形態２）
次に図７は、本願発明の最良の実施の形態２に係る送風機の羽根車の羽根部分の構造を示している。

この実施の形態のものは、上記最良の実施の形態１のものが、上記羽根車１１の羽根１６，１６・・・の正圧面１６１側および負圧面１６２側の両面共に相互に弾性を異にするリブＬ₁，Ｌ₁、Ｌ₂，Ｌ₂・・・および薄膜Ｓよりなっていたのに対し、正圧面１６１側（又は負圧面１６２側）一側面のみを同様のリブＬ₁，Ｌ₁、Ｌ₂，Ｌ₂・・・および薄膜Ｓで形成し、羽根１６，１６・・・の正圧面側（又は負圧面側）に作用する空気の圧力に応じて薄膜Ｓ部分が弾性変形することにより当該空気の圧力変動を吸収する一方、リブＬ₁，Ｌ₁、Ｌ₂，Ｌ₂・・・により必要な羽根の構造を保つようにしたものである。

その他の構造については、上記最良の実施の形態１のものと全く同様であり、同様の作用効果を奏する。

このような構成によっても、圧力変動の大きい正圧面１６１側（又は負圧面１６２側）の圧力変動を効果的に吸収緩和して低騒音化を図ることができる。

（最良の実施の形態３）
次に図８は、本願発明の最良の実施の形態３に係る送風機の羽根車の羽根部の構造を示している。

この実施の形態のものは、上記最良の実施の形態１，２のもののリブＬ₁，Ｌ₁、Ｌ₂，Ｌ₂・・・が格子構造であるのに対し、同リブＬ₁，Ｌ₁、Ｌ₂，Ｌ₂・・・が、相互にトラス構造に連結されていることを特徴としている。

このようなトラス構造のリブＬ₁，Ｌ₁、Ｌ₂，Ｌ₂・・・によると、羽根１６全体の剛性がアップすることはもちろん、特にハブ１４に近い曲率の大きい（急な）部分Ｂのトラス構造を密にすると、回転駆動方向の負荷に対する剛性を適切な強度に剛性アップさせることができ、全体に亘ってトラス部の大きさと方向を任意に設定することにより、比較的自由に所望の剛性を設定することが可能となる。

したがって、羽根１６，１６・・・の剛性設計が容易になる。

その他の構造については、上記最良の実施の形態１のものと全く同様であり、同様の作用効果を奏する。

（他の実施の形態）
なお、本願発明は、以上のような遠心ファンに限らず、例えばプロペラファン等にも全く同様に適用することができることは言うまでもない。

天井埋込型空気調和機に適用した本願発明の最良の実施の形態１に係る遠心ファンおよび同遠心ファンを適用して構成して空気調和機の構成を示す断面図である。 同遠心ファンの羽根車の斜視図である（この場合、図１とは上下を逆にして示している。以下の各図においても同じ）。 同遠心ファンの羽根車の羽根部の側面図である。 同遠心ファンの羽根車の羽根部の構成を示す拡大側面図である。 同遠心ファンの羽根車の羽部根の構成を示す分解斜視図である。 同遠心ファンの羽根車の羽根の断面図（図４のＡ−Ａ）である。 本願発明ファンの最良の実施の形態２に係る遠心ファンの羽根車の羽根部の構成を示す断面図である。 本願発明の最良の実施の形態３に係る遠心ファンの羽根車の羽根部の構成を示す内側面図である。

符号の説明

６はベルマウス、１０は通風路、１１はターボファン、１４は主板、１４ａはハブ、１５は側板、１６は羽根、Ｌ，Ｌ₁，Ｌ₂はリブ、Ｓは薄膜である。

Claims (7)

1. 羽根車（１１）の羽根（１６），（１６）・・・の表面を相互に弾性を異にするリブ（Ｌ），（Ｌ）・・・および薄膜（Ｓ）よりなる中空構造とし、運転時に羽根（１６），（１６）・・・の表面に作用する空気の圧力に応じて薄膜（Ｓ）部分が弾性変形することにより当該空気の圧力変動を吸収する一方、リブ（Ｌ）により必要な羽根の構造を保つようにしたことを特徴とする送風機の羽根車。
2. リブ（Ｌ），（Ｌ）・・・の設置間隔は、圧力変動の大きさと要求される強度をパラメータとして設定されていることを特徴とする請求項１記載の送風機の羽根車。
3. リブ（Ｌ），（Ｌ）・・・は、相互にトラス構造に連結されていることを特徴とする請求項１又は２記載の送風機の羽根車。
4. 薄膜（Ｓ）には、多数の小孔が形成されていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の送風機の羽根車。
5. リブ（Ｌ），（Ｌ）・・・および薄膜（Ｓ）は、それぞれ同一の材料からなり、相互に一体成形されていることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の送風機の羽根車。
6. リブ（Ｌ），（Ｌ）・・・および薄膜（Ｓ）は、それぞれ弾性係数の相違する異なる材料からなり、相互に接合一体化されていることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の送風機の羽根車。
7. 送風機は、空気調和機用の送風機であることを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６記載の送風機の羽根車。

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