JP2008144753A - ターボファン及びこれを備えた空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、騒音及び消費電力を同時に低減できるターボファンと、該ターボファンを備えて性能が向上した空気調和機と、を提供する。
【解決手段】ブレードは回転板の回転方向と反対方向に傾く後向き羽根にされ、回転板の回転方向に設けられるブレードの正圧面は平面状にされ、回転板の回転方向と反対方向に設けられるブレードの負圧面は凸面状にされるターボファンとした。また、負圧面が形成する曲面の曲率半径は、ターボファン半径の２．５〜４倍とした。
【選択図】図５

Description

本発明は、ターボファン及びこれを備える空気調和機に係り、より詳細には、騒音及び消費電力の低減が図られるターボファン及びこれを備える空気調和機に関する。

一般に、送風ファンは、回転力によって空気を送風するもので、冷蔵庫、空気調和機、掃除機などに使用される。かかる送風ファンは、空気の吸入及び吐出方法並びにその形状によって軸流ファン、シロッコファン、ターボファンなどに区分される。

なかでも、ターボファンは、空気をファンの軸方向に流入させた後、ファンのブレード同士間から半径方向に吐出させるもので、空気が自然にファンの内部に流入してから外部に吐出されるので、ダクトをさらに備える必要がなく、この利点から、様々な分野に広く使われている。

一般のターボファンは、背面を形成し、ファンモーターが取り付けられる回転板と、該回転板上に一定間隔に放射状に配列される複数枚のブレードと、ターボファンの前面を形成するシュラウドと、を備える。

シュラウドの中央部には空気の吸入される吸入口が形成され、回転板とシュラウド間の円周方向には、吸入された空気を吐出すための吐出口が形成される。

ファンモーターの駆動によって回転板が回転すると、回転板と一体に形成されたブレードが同時に回転し、外部空気が吸入口を介して軸方向に吸入され、吸入された空気は半径方向に吐出口から吐出される。

一方、各ブレードは、エアフォイルの形状を持ち、回転板とシュラウドとの間でファンモーターの軸を中心に放射状に取り付けられる。

ブレードは、回転板とシュラウドとの間で様々な角度で取り付けられることができ、ブレードの取付角度によって前向きタイプと後向きタイプとに区分される。

回転板の回転方向と反対方向に傾いた後向きタイプのブレードを用いるターボファンは、効率（消費電力の側面で）が良いが、ファンの回転数が増加しなければならず、騒音が相対的に大きくなってしまう。一方、ブレードが回転板の回転方向に傾いた前向きタイプのブレードを用いるターボファンは、騒音は少ないが、前向きタイプといった特性上、効率（消費電力の側面で）が悪いという問題点があった。

本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、騒音を低減できる一方でファンの効率も高めることができるターボファン及びこれを備える空気調和機を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係るターボファンは、駆動手段と連結される回転板と、前記回転板に放射状に配列されるブレードと、前記回転板の一面と対向するように設置されるリング形状のシュラウドと、を備えるターボファンであって、前記回転板の回転方向に設けられる前記ブレードの正圧面は平面状にされ、前記回転板の回転方向と反対方向に設けられる前記ブレードの負圧面は凸面状にされる構成とした。

なお、前記負圧面が形成する曲面の曲率半径は、前記ターボファン半径の２．５〜４倍であることができる。

なお、前記ブレードは、前記回転板の回転方向と反対方向に傾いた後向き羽根の形態を有することができる。

また、上記の目的を達成するための本発明に係る空気調和機は、空気の吸入される吸入口と空気の吐出される吐出口を有する本体と、前記本体の内部に設けられ、前記吸入口から吸入された空気を熱交換する熱交換器と、駆動手段と連結される回転板、前記回転板に放射状に配列されるブレード、及び、前記回転板の一面と対向するように設置されるリング形状のシュラウドを備え、前記吸入口から空気を吸入して前記熱交換器側に送風するターボファンと、を備える空気調和機であって、前記回転板の回転方向に設けられる前記ブレードの正圧面は平面状にされ、前記回転板の回転方向と反対方向に設けられる前記ブレードの負圧面は凸面状にされる構成とした。

前記負圧面が形成する曲面の曲率半径は、前記ターボファン半径の２．５〜４倍であることができる。

前記ブレードは、前記回転板が回転する反対方向に傾いた後向き羽根の形態を有することができる。

なお、上記の目的を達成するための本発明に係るターボファンは、駆動部材と連結される回転板と、一側が前記回転板に連結され、該回転板の回転方向と反対方向に傾き、それぞれのいずれか一面が曲面に形成される複数のブレードと、前記回転板に連結された側の前記複数のブレードのそれぞれの反対側に連結されるリング形状のシュラウドと、を備える構成とした。

前記各ブレードの正圧面は平面状にされ、前記各ブレードの負圧面は曲面状にされることができる。

なお、上記の目的を達成するための本発明に係る空気調和機は、空気の吸入される吸入口と空気の吐出される吐出口を有する本体と、前記本体の内部に設けられ、前記吸入口から吸入された空気を熱交換する熱交換器と、前記吸入口から空気を吸入し、該吸入した空気を前記熱交換器側に吐出すターボファンと、を備える空気調和機であって、前記ターボファンが、駆動部材と連結される回転板と、一側が前記回転板に連結され、前記回転板の回転方向と反対方向に傾き、それぞれのいずれか一面が曲面に形成される複数のブレードと、前記回転板に連結された側の前記複数のブレードのそれぞれの反対側に連結されるリング形状のシュラウドと、を含む構成とした。

本発明の実施の形態に係るターボファンによれば、騒音及び消費電力を同時に低減でき、ターボファンの性能を向上させることが可能になる。

また、該ターボファンを空気調和機に装着すると、空気調和機の騒音及び消費電力を低減させる効果を奏する。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明に係るターボファン及びこれを備える空気調和機の好適な実施の形態について詳細に説明する。

本発明の一実施の形態によるターボファン１は、図１に示すように、中心に駆動手段が連結されて回転する回転板１０と、回転板１０に放射状に配列され、一体に成形される複数枚のブレード２０と、回転板１０の一面と対向するようにブレード２０の端部に結合されるリング形状のシュラウド３０と、を備える。

回転板１０は、中心に駆動手段として一般的に連結されるファンモーター（図示せず）を収容し、シュラウド３０の内周縁３１内に流入してブレード２０同士間から吐出される空気の流動をガイドするハブ１１と、ハブ１１の中心部に設けられ、駆動手段のファンモーターなどの軸と結合する軸穴を有するボス部１２と、ハブ１１の表面に穿設され、駆動手段を冷却する機能を担う通穴部１３と、を備える。通穴部１３は、駆動手段のファンモーターに冷たい空気が流入するようにすることによってファンモーターの熱気を冷ます役割を担う。

一方、回転板１０と一体に成形されるブレード２０の他端に結合されるリング形状のシュラウド３０は、ターボファン１の内部に空気が軸方向に流入して半径方向に吐出されるように内周縁３１及び外周縁３２を有する。

シュラウド３０の中央部には、空気が吸入される吸入口３０ａが形成され、回転板１０とシュラウド３０との間の円周方向には、吸入された空気を吐出す吐出口３０ｂが形成される。

シュラウド３０は、回転板１０と一体に射出成形されたブレード２０の他端に熱融着及び／又は超音波融着によって結合されるのが一般であるが、回転板１０、ブレード２０と共に一体に射出成形されても良い。

また、シュラウド３０は、図１に示すように、内周縁３１が一定長さだけ外側に突出されるが、これは、ファンに吸入される空気がシュラウド３０の内周縁３１を介してブレード２０側に効果的に導かれるようにするためである。

図２は、図１に示すターボファン１の正面図である。

図２に示すように、本発明の一実施の形態によるターボファン１は、ハブ１１の外周縁とシュラウド３０の外周縁３２との間に複数枚のブレード２０が配列されている。ブレード２０は、ハブ１１に形成されたボス部１２を中心に放射状に形成される。

厳密に言えば、ブレード２０はボス部１２を中心に半径方向に延在するのではなく、回転板１０の回転方向と逆方向に傾き、よって、後向き羽根のタイプとなる。

各ブレード２０は、ターボファン１の効率向上のために少なくとも一面を曲面にするが、本発明のターボファン１には、回転板１０の回転方向側のブレード面である正圧面２０ａが平面状にされ、回転板１０の回転方向の反対側のブレード面である負圧面２０ｂは曲面状にされる。

図３Ａ及び図３Ｂにはそれぞれ、本発明のようにブレード２０の正圧面２０ａが平面状にされるターボファン１と騒音及び消費電力を比較するための２個の比較例によるターボファンが示されている。

図３Ａには、ブレードの正圧面２０ａが凸面状にされているタイプのターボファン（以下、‘Ａタイプ’という。）が示されており、図３Ｂには、ブレードの正圧面２０ａが凹面状にされているタイプのターボファン（以下、‘Ｂタイプ’という。）が示されている。

本発明において、ブレード２０の正圧面２０ａが平面状にされているターボファン１の性能とＡタイプのターボファン及びＢタイプのターボファンの性能とをそれぞれ比較するための実験を行った。

図４Ａは、実験から得た各ターボファンにおける風量と騒音との関係を示すグラフであり、図４Ｂは、実験から得た各ターボファンにおける風量と消費電力との関係を示すグラフである。

図４Ａから明らかなように、同一風量の条件で、図１及び図２の実施の形態によるターボファン１の騒音がＡ及びＢタイプのターボファンに比べて少ないことがわかる。

また、図４Ｂに示すように、同一風量の条件で、図１及び図２の実施の形態によるターボファン１は、消費電力において、Ａタイプのターボファンよりはやや大きいが、Ｂタイプのターボファンに比べては遥かに小さいことがわかる。

図４Ａ及び図４Ｂを参照して上記の３タイプのターボファンを比較してみると、Ｂタイプのターボファンの性能は、図１及び図２のターボファン１に比べて消費電力面ではやや優れているが、騒音面ではターボファン１に比べて著しく劣っていることがわかり、Ａタイプのターボファンの性能は、図１及び図２のターボファン１に比べて騒音及び消費電力の両面において劣っていることがわかる。

上記の実験結果から、ブレード２０の正圧面２０ａが平面状にされている図１及び図２のターボファン１が、性能面において最も優れていることがわかる。

一方、ブレード２０の正圧面２０ａを平面状とした仮定下に、負圧面２０ｂの形態によるターボファンの性能を実験した。この場合、正圧面２０ａは平面状にする一方で、負圧面２０ｂは平面状または凸面状にした。

図５は、図２に示すターボファン１のブレード２０を拡大して示す図である。

図５に示すように、ターボファン１の半径を‘ｄ’で表し、ブレード２０の負圧面２０ｂが形成する曲面の曲率半径を‘ｒ’で表す。ここで、ターボファン１の半径‘ｄ’に対する負圧面２０ｂの曲率半径‘ｒ’の割合を‘Ｒ’で表すと、Ｒ＝ｒ／ｄの式が成り立つ。

図６Ａは、実験から得られたＲの値による風量と騒音との関係を示すグラフであり、図６Ｂは、実験から得られたＲの値による風量と消費電力との関係を示すグラフである。

図６Ａに示すように、同一風量の条件で、Ｒの値が０（以下、“Ｒ＝０”は、負圧面が平面となるのを意味する。）の時に騒音が最も大きく、Ｒの値が４及び６の時に騒音が最も小さいことがわかる。また、図６Ｂに示すように、同一風量の条件で、Ｒの値が６の時に消費電力が最も大きく、Ｒの値が０、２、４の時には消費電力が小さいことがわかる。

図６Ａ及び図６Ｂに示す結果から、騒音と消費電力を同時に下げるには、Ｒ値を２．５〜４にすることが好ましいということがわかり、したがって、図１及び図２の実施の形態によるターボファン１では、ターボファン１の半径ｄに対する負圧面２０ｂの曲率半径ｒの割合Ｒが２．５〜４となるように設計した。

以上で説明した如く、図１及び図２の実施の形態によるターボファン１は、ブレード３０の正圧面３０ａを平面状とし、ブレード３０の負圧面３０ｂの曲率半径ｒがターボファン１の半径ｄの２．５〜４倍とすることによって、騒音及び消費電力を同時に低減できることができる。

図７は、上記のように構成されたターボファン１が備えられた本発明の一実施の形態による空気調和機を示す断面図である。

図７に示すように、天井取り付け空気調和機は、天井４１の開口部４２を介して天井４１の内部に設置され、その下面が開放された箱型の本体５０と、本体５０の下面及び天井４１の開口部４２を覆うように本体５０の下端に装着される下部パネル６０と、を備える。

本体５０の内部中央には、室内空気に送風力を発生させる送風装置５２が設置され、送風装置５２の周りには、送風装置５２から吐出される空気が、通過しながら熱交換される熱交換器５３が設置される。そして、下部パネル６０の中央部には吸入口６１が形成され、吸入口６１の外周には吐出口６２が形成される。

送風装置５２は、図１及び図２の実施形態と同様に、中央から軸方向に空気を吸入して半径方向に吐出させるターボファン１と、ターボファン１を駆動するように本体５０の内側正面に固定されるファンモーター２と、を備える。熱交換器５３は、ターボファン１の動作によって送風される空気が通過しながら熱交換されるようにターボファン１の周りに設置される。本体５０の内側下部には、熱交換器５３を支持し、かつ、熱交換器５３から流れる凝縮水を集めて排出させる支持部材５４が設置される。

上記のように構成された天井取り付け空気調和機において、本体５０内部の送風装置５２が動作すると、吸入口６１から本体５０の内部に吸入された空気が熱交換器５３を通過しながら熱交換された後、吐出口６２から再び室内空間に供給されるようにすることによって、室内空間の冷房または暖房を行うことが可能になる。

このように上記天井取り付け空気調和機は、図１及び図２のターボファン１を設置することによって騒音及び消費電力の低減が図られる。ここでは天井取り付け空気調和機に図１及び図２のターボファン１が設置された場合について説明したが、これに限定されず、上記ターボファン１は、様々な空気調和機及び様々な電子製品にも使用可能である。

本発明の一実施の形態によるターボファンを示す斜視図である。 図１に示すターボファンの正面図である。 本発明の一実施の形態によるターボファンの比較例をそれぞれ示す正面図である。 本発明の一実施の形態によるターボファンの比較例をそれぞれ示す正面図である。 図２に示すターボファン及び図３Ａ及び図３Ｂに示すターボファンにおける風量と騒音との関係を示すグラフである。 図２に示すターボファン及び図３Ａ及び図３Ｂに示すターボファンにおける風量と消費電力との関係を示すグラフである。 図２に示すターボファンのブレードを示す拡大図である。 図５に示すブレード負圧面の曲率半径の変化による風量と騒音との関係を示すグラフである。 図５に示すブレード負圧面の曲率半径の変化による風量と消費電力との関係をそれぞれ示すグラフである。 本発明の一実施の形態によるターボファンが装着された空気調和機を示す断面図である。

符号の説明

１０ 回転板
２０ ブレード
２０ａ 正圧面
２０ｂ 負圧面
３０ シュラウド
３０ａ 吸入口
３０ｂ 吐出口

Claims (9)

1. 駆動手段と連結される回転板と、
   前記回転板に放射状に配列されるブレードと、
   前記回転板の一面と対向するように設置されるリング形状のシュラウドと、を備えるターボファンであって、
   前記回転板の回転方向に設けられる前記ブレードの正圧面は平面状にされ、前記回転板の回転方向と反対方向に設けられる前記ブレードの負圧面は凸面状にされることを特徴とする、ターボファン。
2. 前記負圧面が形成する曲面の曲率半径は、前記ターボファン半径の２．５〜４倍であることを特徴とする、請求項１に記載のターボファン。
3. 前記ブレードは、前記回転板の回転方向と反対方向に傾いた後向き羽根の形態を有することを特徴とする、請求項１に記載のターボファン。
4. 空気の吸入される吸入口と空気の吐出される吐出口を有する本体と、
   前記本体の内部に設けられ、前記吸入口から吸入された空気を熱交換する熱交換器と、
   駆動手段と連結される回転板、前記回転板に放射状に配列されるブレード、及び、前記回転板の一面と対向するように設置されるリング形状のシュラウドを備え、前記吸入口から空気を吸入して前記熱交換器側に送風するターボファンと、
   を備える空気調和機において、
   前記回転板の回転方向に設けられる前記ブレードの正圧面は平面状にされ、前記回転板の回転方向と反対方向に設けられる前記ブレードの負圧面は凸面状にされることを特徴とする、空気調和機。
5. 前記負圧面が形成する曲面の曲率半径は、前記ターボファン半径の２．５〜４倍であることを特徴とする、請求項４に記載の空気調和機。
6. 前記ブレードは、前記回転板が回転する反対方向に傾いた後向き羽根の形態を有することを特徴とする、請求項４に記載の空気調和機。
7. 駆動部材と連結される回転板と、
   一側が前記回転板に連結され、該回転板の回転方向と反対方向に傾き、それぞれのいずれか一面が曲面に形成される複数のブレードと、
   前記回転板に連結された側の前記複数のブレードのそれぞれの反対側に連結されるリング形状のシュラウドと、
   を備える、ターボファン。
8. 前記各ブレードの正圧面は平面状にされ、前記各ブレードの負圧面は曲面状にされることを特徴とする、請求項７に記載のターボファン。
9. 空気の吸入される吸入口と空気の吐出される吐出口を有する本体と、
   前記本体の内部に設けられ、前記吸入口から吸入された空気を熱交換する熱交換器と、
   前記吸入口から空気を吸入し、該吸入した空気を前記熱交換器側に吐出すターボファンと、を備える空気調和機であって、
   前記ターボファンは、
   駆動部材と連結される回転板と、
   一側が前記回転板に連結され、該回転板の回転方向と反対方向に傾き、それぞれのいずれか一面が曲面に形成される複数のブレードと、
   前記回転板に連結された側の前記複数のブレードのそれぞれの反対側に連結されるリング形状のシュラウドと、
   を含むことを特徴とする、空気調和機。

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