JP2015102002A - ターボファン及びこれを用いた空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】送風効率の向上と騒音の低下を実現し、高性能なターボファンを提供する。
【解決手段】主板２と、該主板２から回転軸ＲＡ方向に離間して配置された側板３と、前記主板２および側板３間に固定された円周方向に並ぶ複数の羽根１とを具備し、前記側板３の中央に吸入口３１を形成したターボファン１００において、前記羽根１の内周側の所定領域は、主板２側が前記回転軸ＲＡと略平行な平行部１４になっているとともに、側板３側が回転方向かつ外周方向に向かって湾曲している湾曲部１１になっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば空気調和機に用いられるターボファンに関するものである。

従来、天井埋め込みタイプの空気調和機の室内機等に用いられるターボファンの性能改善（消費電力や運転音の低減等）のために、様々な羽根の形状や主板及び側板に対する取り付け方が提案されている。

例えば特許文献１では羽根の外周縁の側板側における位置を主板側の位置よりも反回転方向に位置するように傾斜した形状とし、逆に羽根の内周縁は外周縁とは反対方向に傾斜した形状としたねじれ構造ものが提案されている。また、特許文献２では羽根の内周側の側板側端部を回転方向に傾斜させた形状としたものが示されている。

しかしながら、この種のターボファンの性能には改善余地がまだまだ残されている。例えば、特許文献２に示されるように、羽根の内周側の側板側端部における回転方向への傾斜を側板との接合部まで設け、外周側に向けて傾斜角を増加させているものであると、送風効率や騒音低減能力等の性能を十分に改善できるとは必ずしも言えない。

特許第２７３０９５号公報 特開平１０−１９６５９１号公報

本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、送風効率をより向上させるとともに騒音の低下を実現し、高性能なターボファン及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。

すなわち、本発明に係るターボファンは、主板と、該主板から回転軸方向に離間して配置された側板と、前記主板および側板間に固定された円周方向に並ぶ複数の羽根とを具備し、前記側板の中央に主板と対向する吸入口を形成したものであって、前記羽根の内周側の所定領域は、主板側が前記回転軸と略平行な平行部になっているとともに、側板側が回転方向かつ外周方向に向かって湾曲している湾曲部になっていることを特徴とする。
このようなものであれば、前記羽根の吸入口の直下近傍に、回転方向かつ外周方向に向かって湾曲する湾曲部が配設されることとなるので、従来、主板側に偏りがちであった気流が、吸入口から流れ込んだ直後に、この湾曲部によって主板側のみならず側板側にも向かうようになり、主板側から側板側にかけての気流が均一化される。したがって、ターボファンの送風効率を向上させることができるとともに、騒音も低下させることができる。

ファン性能向上のための羽根の一態様としては、前記羽根の外周縁が、前記主板側から前記側板側へかけて反回転方向に位置するように形成されているものを挙げることができる。

本発明の効果をより顕著にするためには、前記平行部と湾曲部が設けられた所定領域が、回転軸方向から視たときに、前記吸入口の外縁よりも内側に設定されていることが好ましい。

回転軸方向から視たときに、前記主板が前記吸入口よりも内側に位置しているもの、例えば、主板と吸入口とが円形状の場合は前記主板の外径よりも前記側板の内径の方が大きく形成されたものであれば、前記主板と前記側板の重なりあっている部分がないので、ファン性能を高めるべく羽根形状に種々の工夫を加えたとしても、羽根の各部分を形成するための金型を配置しやすくなり、簡単な構造の金型を用いてターボファン全体を射出成型等によって一体成型する事が可能となる。したがって、性能が高く、しかも安価でかつ強靭なターボファンを製造することができる。

また、その場合は、前記羽根の所定領域が前記主板の外縁よりも内側に設定されているものが好ましい。

ターボファンの一般的な特性としては側板の吸入口から回転軸方向に流入する気流は、回転中心から外周側に向けて次第に速度が大きくなるが、最も速度が大きい吸入口に沿った気流が羽根に流入する箇所についても滑らかに翼面を流れるようにして、さらに性能を向上させることができるようにするには、前記同心円筒の側面による前記羽根の各断面形状における前記湾曲部の回転方向への突出量（延出量）が、前記回転軸からの距離が大きくなるにつれて増加した後に減少し、主板の外縁近傍では前記湾曲部が形成されていないものであることが望ましい。

前記湾曲部の半径方向の断面形状を主板側から側板側にかけて外周側に傾斜した形状として、当該湾曲部に流入した気流が側板の内面に沿って滑らかに遠心方向に流出させて、ターボファンの送風効率を向上させるとともに騒音を低減できるようにするには、前記羽根の内周縁が、前記回転中心からの距離が大きくなるにつれて側板側に位置するように形成されていることが好適である。

複雑な金型構造を用いることなくターボファンをより簡単に一体成型できるようにし、比較的安価で高性能かつ強靭なものにするには、前記湾曲部を前記回転軸方向に前記主板上に投影した範囲において、前記主板に開口部を形成しておくことが好ましい。このような構成であれば、前記開口部を介して前記湾曲部の主板側へ一方の金型を配置でき、前記吸入口から前記湾曲部の側板側へ他方の金型を配置することができるので、羽根の内周側の形状についても複雑な構造の金型を用いることなく射出成型することができ、上述したように、ターボファン全体を簡単な金型構造のみで一体成型する事が可能となる。

開口部を設けると主板の強度不足と開口部からの気流漏洩が問題となるが、これらを解決し、効率の低下を伴うことなく強靭なターボファンを実現できるようにするには、前記主板の側板とは反対側の面（以下、裏面とも言う。）であって前記開口部よりも外側に凸部を形成しておくことが好適である。

前記主板の裏面へ逆流する漏れ流れが前記凸部に衝突したときに乱流が発生しないようにするには、前記凸部が、前記回転軸を中心とする２つの同心円の円弧により規定される円弧領域内に形成されており、半径方向の断面を見た場合に前記凸部の断面形状が少なくとも外周側が主板の外縁と滑らかにつながっていればよい。

本発明のターボファンを用いた空気調和機であれば、送風効率を向上させて騒音を低減した上で、製造コストを抑えた安価なものにすることができる。

このように本発明のターボファン及びこれを用いた空気調和機によれば、前記主板の外径よりも内周側において前記羽根の主板側が前記回転軸と略平行となっており、かつ、前記羽根の側板側に回転方向へ湾曲した湾曲部が形成されているので、主板側に偏りがちな気流が側板側にも供給されるようになり、主板側から側板側にかけての気流が均一化されて、送風効率を向上し、騒音を低減することができる。

本発明の第１実施形態に係るターボファンを示す模式的斜視図及び側面図。 第１実施形態における羽根の模式的断面図（端面図）。 第１実施形態におけるターボファンを側板側から見た模式的上面図。 第１実施形態におけるターボファンを主板側から見た模式的下面図。 本発明の第２実施形態に係るターボファンにおける回転中心からの距離と羽根の内周縁の高さとの関係を示す模式的グラフ。 本発明の第３実施形態に係るターボファンを示す模式図。 第３実施形態に係るターボファンの変形例を示す模式図。 本発明の第４実施形態に係るターボファンを示す模式図。

本発明の第１実施形態について図１乃至３を参照しながら説明する。

第１実施形態のターボファン１００は、図１に示すように、図示しないモータに取り付けられて所定の回転軸ＲＡを中心に回転するものであって、例えば天井埋め込み型の空気調和機の室内機における送風機構の一部として用いられる。
より具体的に説明すると、該ターボファン１００は、概略円盤状をなす主板２と、該主板２から回転軸ＲＡ方向に離間して配置された側板３と、前記主板２および側板３間に固定された円周方向に並ぶ複数の羽根１とを一体に成型したものであり、該ターボファン１００が回転することによって、前記側板３の中央に設けられた回転軸ＲＡ方向に貫通する吸入口３１から空気を吸い込み、各羽根１の間から側面側へと空気が流れるように構成したものである。

各部を詳述する。
前記主板２は、図１（ａ）に示すように、その中心Ｃが前記回転軸ＲＡと合致するように配置された概略円盤形状をなすものであり、その中央部にはモータを取り付けるための凹部が設けられている。

前記側板３は、図１（ｂ）に示すように、主板２側に向かうに連れ直径が広がるように形成された概略薄肉円錐台形状をなすものであり、その中央部には、図１（ａ）に示すように、回転軸ＲＡ上に中心を有する円形状の前記吸入口３１が形成してある。この側板３の内径、すなわち吸入口３１の直径は、図３及び図４に示すように、前記主板２の外径（直径）よりも大きくしてある。

羽根１は、回転軸ＲＡ方向から視ると、図４に示すように、概略、部分渦巻状に湾曲した形状のものであり、前述したように、主板２の外縁よりも側板３の方が外側にあることから、羽根１における主板側の端縁のうち内周側略半部が該主板１に一体に接合されており、側板側の端縁のうち、外周側略半部が該側板３に一体に接合されている。
しかして、本実施形態においてこの羽根１は、図１〜図４に示すように、前記側板３に固定されている外周側と、前記主板２と固定されている内周側とで、それぞれの形状の特徴（傾向）を異ならせてある。

まず、羽根１の内周側、すなわち、回転軸ＲＡ方向から視て、前記主板２の外縁よりも内周側に位置する部分（以下、内周側部分とも言う。）について説明する。
この内周側部分を前記回転軸ＲＡと同軸の複数の仮想同心円筒の側面で切った各断面形状でみると、図１、図２に示すように、前記羽根１の主板２側には、前記回転軸ＲＡと略平行となる平行部１４が形成してある一方、同各断面形状における側板３側には、ターボファン１００の回転方向かつ外周方向に向かって湾曲する湾曲部１１が形成してある。
そして、各断面形状における前記湾曲部１１の回転方向かつ外周方向への延出量は、前記回転中心Ｃからの距離が大きくなるにつれて増加した後に減少するように構成してあり、前記主板２の外縁近傍では前記湾曲部１１は消失し、平行部１４のみとなる。

次に、羽根１の外周側、すなわち、回転軸ＲＡ方向から視て、前記主板２の外縁よりも外周側に位置する部分（以下、外周側部分とも言う。）について説明する。
この外周側部分において羽根１は、図４に示すように、内周側から外周側に向かうに連れ、回転軸ＲＡに対して徐々に斜めに傾いていくように形成してある。その傾き方向は、主板２から側板３に向かうに連れ、反回転方向に向かう向きである。
より具体的に説明すると、主板２から側板３に向かう向きで回転軸ＲＡ方向から羽根１を視た場合（図４）、前記側板３の内縁においては、羽根１における主板２側の端部と羽根１における側板３側の端部とが略一致（つまり、この部分では羽根１は回転軸ＲＡとほぼ平行である。）し、そこから外周側へいくほど羽根１における主板２側の端部と羽根１における側板３側の端部が離間していくように構成してある。

なお、図４には、前記羽根１の内周側において前記主板２との接合部分のみを点線で図示しており、主板２により隠れている湾曲部１１は図示していない。

このように構成された第１実施形態のターボファン１００の効果について説明する。
第１実施形態のターボファン１００によれば、前記羽根１の一部が吸入口３１の周縁よりも内側に突出し、その内側に突出した部分において、主板２側には前記回転軸ＲＡと略平行な平行部１４が形成されているとともに側板３側には前記湾曲部１１が形成してあり、吸入口３１の直下に、回転方向かつ外周方向に向かって湾曲する湾曲部１１が位置することとなるので、吸入口３１から流れ込んだ直後の気流が、この湾曲部１１によって主板２側のみならず側板３側にも向かうようになる。その結果、従来主板２側に偏りがちな気流が側板３側にも供給されるようになり、主板２側から側板３側にかけての気流が均一化され、ターボファン１００の送風効率を向上させることができるとともに、騒音も低下させることができるようになる。

さらに、前記主板２の外縁近傍には前記湾曲部１１が形成されていないので、最も速度が大きい吸入口３１に沿った気流が羽根１に流入する箇所についても滑らかに翼面を流れるので、さらなる性能の向上にも寄与できる。

また、前記主板２の外径よりも前記側板３の内径の方が大きく形成してあるので、前記主板２と前記側板３の重なりあっている部分がなく、回転軸ＲＡ方向に分割された比較的簡単な構造の金型によりターボファン１００全体を一体成型する事が可能となる。

次に第２実施形態のターボファン１００について図５を参照しながら説明する。なお、以下の各実施形態において、第１実施形態の各部材と対応する部材には同じ符号を付すこととする。

第２実施形態のターボファン１００は第１実施形態のターボファン１００に基づいたものであり、前記羽根１の内周側部分の形状にさらなる特徴を有するものである。

すなわち、この内周側部分においては、図５のグラフに示すように、羽根１の内周縁１３が、回転中心Ｃからの距離が大きくなるにつれて側板３側に位置するように形成されている。言い換えると、前記羽根１の高さ寸法、すなわち、主板２からの回転軸ＲＡ方向寸法が、前記回転中心Ｃからの距離が大きくなるにつれて大きくなるように形成してある。
該羽根１の高さ寸法は、主板１との接合部における最内縁から一定の範囲までは急激に大きくなり、その後、前記側板３との接合部の高さと同じ高さになる最上端部までの間はなだらかに高さ寸法が大きくなるようにしてある。

しかして、前記羽根１の形状をこのように構成することにより、前記吸入口３１から吸入された気流が、羽根１の各高さにおいて内周縁１３に対して垂直に流入することとなる一方、前記湾曲部１１が該内周縁１３から形成してあるので、湾曲部１１に気流が効果的に供給されることとなる。その結果、当該湾曲部１１の機能がより効果的に発揮され、流入した気流が側板３の内面に沿って滑らかに遠心方向に流出するようになるので、さらなる送風効率の向上と騒音低減とを図ることができる。

次に第３実施形態のターボファン１００について図６を参照しながら説明する。
図６に示される第３実施形態のターボファン１００は、図３及び図４に示される第１実施形態のターボファン１００と比較して、前記湾曲部１１を前記回転軸ＲＡ方向に前記主板２上に投影した範囲において、前記主板２に開口部２１を形成してある点が異なっている。
前記主板２に設けられた開口部２１は、前記湾曲部１１の前記主板２側の形状を作るための金型が前記主板２の形成される面を通って配置されることにより形成されるものである。

すなわち、第３実施形態のターボファン１００であれば、前記開口部２１を介して前記湾曲部１１の主板２側へ一方の金型を配置でき、前記吸入口３１から前記湾曲部１１の側板３側へ他方の金型を配置することができるので、羽根１の内周側部分の形状についても複雑な構造の金型を用いることなく射出成型することができる。
したがって、羽根１を、湾曲部１１や外周側部分の形状といった送風効率向上や騒音低減のための特徴ある形状にしながらも、樹脂射出成型によって、各羽根１を前記主板２及び前記側板３と一体に成型することができる。このため、ターボファン１００としての性能を向上させつつ、安価で強靭なものとすることができる。

次に第３実施形態の変形例について図７を参照して説明する。前記開口部２１の形状は前記湾曲部１１の前記主板２への投影形状に合わせて形成すればよい。したがって、図７（ａ）に示されるような湾曲部１１の形状の場合には、その主板２への投影形状と同じ形の開口部２１を前記主板２に形成すればよい。

次に第４実施形態のターボファン１００について図８を参照しながら説明する。
第４実施形態のターボファン１００は、第３実施形態のターボファン１００に基づいたものであり、少なくとも前記主板２の外径と前記開口部２１との間には前記主板２において前記側板３とは反対側の面に凸部２２をさらに形成してある。
前記凸部２２は図８（ａ）に示すように前記回転中心Ｃを中心とする２つの同心円の円弧により規定される円弧領域内に形成してあり、図８（ｃ）に示すように半径方向の断面を見た場合に前記凸部２２の断面形状が少なくとも外周側が主板２の外縁と滑らかにつながった形状をなすものである。

このターボファン１００によれば、このような凸部２２を設けることによりターボファン１００の一体成型を可能とするために設けた開口部２１による強度低下を補うことができ、さらには成型時における歪みを防止することができる。また、前記凸部２２の滑らかな形状によって前記主板２の裏を逆流する漏れ流れが凸部２２に衝突したときに乱流が発生するのを抑制することができる。

なお、前記凸部２２は図８（ａ）に限られるものではなく、図８（ｂ）に示すように前記主板２の外径近傍のすべてに設けることによりリング状に形成しても構わない。

その他の実施形態について説明する。
前記側板の内径は前記主板の外径よりも大きく設定すればよく、前記側板の内径と前記主板の外径との差については適宜設定すればよく、各実施形態に示したものには限られない。また、前記湾曲部を形成する前記回転中心からの距離の範囲については適宜設定すればよい。例えば主板の外径近傍に湾曲部を設けないだけでなく、前記内周縁の近傍にも湾曲部を設けないようにしてもよい。
また、前記各実施形態では前記ターボファンは空気調和機に用いる例を示したが、その他の用途に本発明のターボファンを用いても構わない。
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、様々な変形や実施形態の組み合わせを行っても構わない。

１００・・・ターボファン
１ ・・・羽根
１１ ・・・湾曲部
１２ ・・・外周縁
１３ ・・・内周縁
２ ・・・主板
２１ ・・・開口部
２２ ・・・凸部
３ ・・・側板
３１ ・・・吸入口
ＲＡ ・・・回転軸
Ｃ ・・・回転中心

Claims (10)

1. 主板と、該主板から回転軸方向に離間して配置された側板と、前記主板および側板間に固定された円周方向に並ぶ複数の羽根とを具備し、前記側板の中央に主板と対向する吸入口を形成したものにおいて、
   前記羽根の内周側の所定領域は、その主板側が前記回転軸と略平行な平行部になっているとともに、その側板側が回転方向かつ外周方向に向かって湾曲している湾曲部になっていることを特徴とするターボファン。
2. 前記羽根の外周縁が、前記主板側から前記側板側へかけて反回転方向に位置するように形成されている請求項１記載のターボファン。
3. 回転軸方向から視たときに、前記羽根の所定領域が前記吸入口の外縁よりも内側に設定されている請求項１または２記載のターボファン。
4. 回転軸方向から視たときに、前記主板の全部が前記吸入口よりも内周側に位置しており、前記羽根の所定領域が前記主板の外縁よりも内周側に設定されている請求項１乃至３いずれかに記載のターボファン。
5. 前記湾曲部の回転方向への延出量が、前記回転軸からの距離が大きくなるにつれて増加した後に減少し、主板の外縁近傍では前記湾曲部が形成されていない請求項４記載のターボファン。
6. 前記羽根の内周縁が、前記回転中心からの距離が大きくなるにつれて側板側に位置するように形成されている請求項３または４記載のターボファン。
7. 前記湾曲部を前記回転軸方向に前記主板上に投影した範囲において、前記主板に開口部を形成した請求項４乃至６いずれかに記載のターボファン。
8. 前記主板の側板とは反対側の面であって前記開口部よりも外側に凸部が形成されている請求項７記載のターボファン。
9. 前記凸部が、回転軸を中心とする２つの同心円の円弧により規定される円弧領域内に形成されており、半径方向の断面を見た場合に前記凸部の外周側が主板の外縁と滑らかにつながっている請求項８記載のターボファン。
10. 請求項１乃至９いずれかに記載のターボファンを用いた空気調和機。