JP2016160905A - Centrifugal fan - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特に低騒音化に優れた遠心ファンに関するものである。 The present invention relates to a centrifugal fan particularly excellent in noise reduction.
従来から、天井吊下型や天井埋込型の空気調和装置においては、遠心ファンが多く用いられている。
一般に、この種の遠心ファンは、主板と、主板の外周に放射状に配設された複数のブレードと、主板の反対側に配置されブレードの相互間を結合するシュラウドとで構成され、モータで回転駆動されるものである。
このような遠心ファンにおいては、ブレードとシュラウドとの結合部の付近で、ブレードの負圧面に気流の剥離が発生するため騒音が大きくなるという問題があった。
Conventionally, centrifugal fans are often used in ceiling-suspended and ceiling-embedded air conditioners.
In general, this type of centrifugal fan is composed of a main plate, a plurality of blades arranged radially on the outer periphery of the main plate, and a shroud that is arranged on the opposite side of the main plate and connects the blades, and is rotated by a motor. It is driven.
In such a centrifugal fan, there is a problem in that noise is increased because air current separation occurs on the suction surface of the blade in the vicinity of the joint between the blade and the shroud.
このような問題を解決する技術として、従来、例えば、ブレードを前縁側が最大肉厚を有する翼形状に形成するとともに、ブレードの外周部の負圧面に略半翼形状の突起を形成し、この突起を、突起の断面において最大翼厚点が突起の中央より後縁側に近い位置に配置するとともに、シュラウドの側からハブの側の方向に形成するようにした技術が開示されている(例えば、特許文献1を参照。)。 As a technique for solving such a problem, conventionally, for example, the blade is formed into a blade shape having a maximum thickness on the leading edge side, and a substantially half blade-shaped protrusion is formed on the suction surface of the outer peripheral portion of the blade. A technique is disclosed in which the protrusion is disposed at a position where the maximum blade thickness point is closer to the trailing edge side than the center of the protrusion in the cross section of the protrusion and is formed in the direction from the shroud side to the hub side (for example, (See Patent Document 1).
しかしながら、前記従来の技術においては、ブレードの負圧面側の出口幅が正圧面側の出口幅と同じ場合に比べて、遠心ファンの吹出部の開口面積が狭くなるので、同一風量を送風する場合に遠心ファンの回転数を上げることとなり、ファン動力の増加によってシステム性能が悪化するという問題を有している。
本発明は、前記した点に鑑みてなされたものであり、ブレードの負圧面側の気流の剥離による送風騒音を低減するとともに、ファン動力の増加を抑制することのできる遠心ファンを提供することを目的とするものである。
However, in the conventional technique, the opening area of the blowout portion of the centrifugal fan is narrower than when the outlet width on the suction surface side of the blade is the same as the outlet width on the pressure surface side, so that the same air volume is blown In addition, the rotational speed of the centrifugal fan is increased, and there is a problem that system performance deteriorates due to an increase in fan power.
The present invention has been made in view of the foregoing points, and provides a centrifugal fan that can reduce blowing noise due to airflow separation on the suction surface side of a blade and can suppress an increase in fan power. It is the purpose.
前記目的を達成するため、本発明は、中心を回転中心とする主板と、前記主板と対向して配置されたシュラウドと、前記主板と前記シュラウドとの間に放射状に配設した複数のブレードと、を備えてなる遠心ファンにおいて、前記ブレードは、回転方向に対して前面となる正圧面と、回転方向に対して後面となる負圧面とから形成され、前記負圧面は前縁側から延びる第1曲面と、前記負圧面の後縁側に、前記第1曲面とは異なる不連続な第2曲面と、前記第1曲面と前記第2曲面との境界に形成される段差部とを備えていることを特徴とする。
この構成によれば、気流が段差部を通過する際に、負圧を発生させて、ブレードの負圧面に再付着することで、気流の剥離を抑制することができ、遠心ファン出口の開口面積が狭くなることなく、気流の剥離による送風騒音を低減することができる。
To achieve the above object, the present invention comprises a main plate having a center of rotation, a shroud disposed opposite to the main plate, and a plurality of blades radially disposed between the main plate and the shroud. The blade is formed of a pressure surface that is a front surface with respect to the rotation direction and a suction surface that is a rear surface with respect to the rotation direction, and the suction surface extends from the front edge side. Provided with a curved surface, a discontinuous second curved surface different from the first curved surface, and a step formed at the boundary between the first curved surface and the second curved surface on the trailing edge side of the suction surface. It is characterized by.
According to this configuration, when the airflow passes through the stepped portion, negative pressure is generated and reattached to the negative pressure surface of the blade, so that separation of the airflow can be suppressed and the opening area of the centrifugal fan outlet The air blowing noise due to the separation of the airflow can be reduced without narrowing.
また、前記構成において、前記段差部は、前記負圧面に複数形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、空調負荷が低く、ファンの回転速度が遅くて気流の速度が遅い場合でも、遠心ファン出口の開口面積が狭くなることなく、気流の剥離による送風騒音を低減することができる。
Moreover, the said structure WHEREIN: The said level | step-difference part is formed in multiple numbers on the said negative pressure surface, It is characterized by the above-mentioned.
According to this configuration, even when the air-conditioning load is low, the fan rotation speed is slow, and the airflow speed is slow, the blowing noise due to airflow separation can be reduced without reducing the opening area of the centrifugal fan outlet. .
また、前記構成において、前記段差部は、前記シュラウドの側から前記主板の側に向かう中途部まで形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、空調負荷が高く、ファンの回転速度が速くて気流の速度が速い場合でも、遠心ファン出口の開口面積が狭くなることなく、気流の剥離による送風騒音をより低減することができる。
Moreover, the said structure WHEREIN: The said level | step-difference part is formed from the said shroud side to the midway part which goes to the said main plate side, It is characterized by the above-mentioned.
According to this configuration, even when the air conditioning load is high, the fan rotation speed is high, and the airflow speed is high, the blowing noise due to the separation of the airflow can be further reduced without reducing the opening area of the centrifugal fan outlet. it can.
本発明によれば、気流の剥離を抑制することができ、遠心ファン出口の開口面積が狭くなることなく、気流の剥離による送風騒音を低減することができるので、ブレードの負圧面側の気流の剥離による送風騒音を低減しつつ、ファン動力を増加させない遠心ファンを提供できる。 According to the present invention, airflow separation can be suppressed, and air blowing noise due to airflow separation can be reduced without reducing the opening area of the centrifugal fan outlet, so the airflow on the suction surface side of the blade can be reduced. A centrifugal fan that does not increase fan power while reducing blowing noise due to peeling can be provided.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態における遠心ファンを搭載した空気調和装置を示す断面図である。
図1に示すように、空気調和装置1は、天井50に形成された凹部51に埋め込まれ、凹部51の上面である取り付け壁52に、ボルト53およびナット54によって、吊り下げられている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an air conditioner equipped with a centrifugal fan according to a first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the air conditioner 1 is embedded in a
空気調和装置1は、一面が開口した直方体の筐体2と、筐体2の上面3に固定されたモータ取り付け用部材4と、モータ取り付け用部材4に取り付けられたモータ5と、モータ5の回転軸に取り付けられた遠心ファン6と、筐体2の開口部中央にグリル7aおよびフィルター7bから構成されている空気の吸込口7と、吸込口7の周囲に形成された吹出口8と、吹出口8から流出する気流の方向を変更するためのフラップ9と、吸込口7から吸い込まれた空気を遠心ファン6に導くため、略ラッパ状に除々に縮径するオリフィス10と、遠心ファン6の周囲に配設された、熱交換器11とを備えている。
The air conditioner 1 includes a rectangular parallelepiped housing 2 whose one surface is open, a motor attachment member 4 fixed to the upper surface 3 of the housing 2, a
図2は本発明の第1実施形態における遠心ファン6を示す斜視図である。
図2に示すように、遠心ファン6は、主板12と、主板12の外周付近に放射状に配設された複数のブレード13と、主板12の反対側に配置されブレード13の相互間を結合するシュラウド14と、から構成されている。
主板12は、外周の平坦部12aと、中央のすり鉢上に盛り上がった第1凸部12bと、第1凸部12bの上部を覆うように形成された第2凸部12cと、から構成されている。
FIG. 2 is a perspective view showing the
As shown in FIG. 2, the
The
第1凸部12bの内側は空洞になっており、第1凸部12bの内側には、モータ5が配設されている。第1凸部12bの上部には、モータ5の冷却に必要な気流が流れるように、複数の孔12dが形成されている。また、第2凸部12cの略中心には、モータ5の回転軸が固定されるボス12eが形成されている。
The inside of the
シュラウド14は、シュラウド端縁14aとシュラウド外形14bと、シュラウド端縁14aとシュラウド外形14bとをつなぐシュラウド曲面14cと、から構成されている。シュラウド端縁14aの内径は、オリフィス10の最も内径の小さい端縁より大きく、遠心ファン6はシュラウド端縁14aが、オリフィス10にオーバーラップするよう配設されている。
The
次に、ブレード13の形状について説明する。
図3は本発明の第1実施形態における遠心ファン6のブレード13を示す断面図である。
図3に示すように、ブレード13は、遠心ファン6の回転方向に対して前面となる正圧面13aと、回転方向に対して後面となる負圧面13bとから形成されている。負圧面13bは、遠心ファン6の中心に近い前縁側から延びる第1曲面13cと、第1曲面13cとは異なる曲面で、遠心ファン6の外周に近い後縁側の第2曲面13dと、第1曲面13cと第2曲面13dとの境界部分に形成された段差部13eと、を備えている。
Next, the shape of the
FIG. 3 is a sectional view showing the
As shown in FIG. 3, the
仮想線15は、従来の遠心ファンのブレード位置であり、各ブレード13の間の距離が狭くならないように、第2曲面13dは、従来の遠心ファンのブレード位置よりも内側に凹む形で形成される。
また、ブレード13は軽量化のため中空で構成されている。段差部13eの位置は、負圧面13bの壁近傍を流れる気流が失速して剥離する点(剥離点)の直前がよく、段差部13eの高さh1を代表長さとしたレイノルズ数で6000程度(一般的な空気調和装置1の遠心ファン6の気流の速度程度)では、剥離点から4h1から6h1手前が望ましい。また、高さh1は1mmから2mm程度が望ましい。
The
The
次に、本実施形態における遠心ファンの作用について説明する。
まず、空気調和装置1の動作について説明する。
図1において、遠心ファン6がC方向に回転すると、気流W1はグリル7aおよびフィルター7bから空気調和装置1に流入し、オリフィス10で整流されて遠心ファン6に導かれる。そして、遠心ファン6の外周より放射状に吹き出されて、熱交換器11を通過する際に所定の温度に冷却または加熱され、吹出口8からフラップ9によって所定の方向に向けられて流出される。
Next, the operation of the centrifugal fan in this embodiment will be described.
First, the operation of the air conditioner 1 will be described.
In FIG. 1, when the
気流W1の一部は、熱交換器11を通過せずに、モータ5の熱を奪う冷却気流W2と、オリフィス10の外周からショートサーキットして再び遠心ファン6に流入する循環気流W3となって、遠心ファン6内で気流W1と合流する。
A part of the air flow W1 becomes a cooling air flow W2 that takes the heat of the
次に、遠心ファン6内を通過する気流W1の流れについて説明する。
図4は、オリフィス10および遠心ファン6内を通過する気流W1の流れを示す説明図である。
図4に示すように、気流W1はシュラウド14に近い気流W1aと、シュラウド14と主板12との略中央を通る気流W1bと、主板12に近い気流W1cとがあり、気流の速度はW1a<W1b<W1cとなっている。
また、図3に示すように、負圧面13bでは、遠心ファン6がB方向に回転することから気流W1が離れようとするために、正圧面13aを流れる気流W1に比べて剥離が起こりやすい。特に、負圧面13bの後縁側では、気流W1の境界層が発達することによる壁面近傍での失速が起こりやすくなる。
Next, the flow of the airflow W1 that passes through the
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the flow of the airflow W1 passing through the
As shown in FIG. 4, the airflow W1 includes an airflow W1a close to the
Also, as shown in FIG. 3, the
本実施形態においては、負圧面13bの後縁側に段差部13eを設けることで、気流W1の境界層が発達する前に剥離するとともに、段差部13e近傍で循環渦が発生することによって負圧を発生し、段差部13eで剥離した気流W1を第2曲面13dに再付着させるよう気流W1を誘引することが可能となる。
これにより、負圧面13bでの気流W1の境界層の発達を防止することとなり、剥離を抑制することとなる。よって、遠心ファン出口の開口面積が狭くなることなく、気流の剥離による送風騒音を低減することができる。
In the present embodiment, by providing the
Thereby, the development of the boundary layer of the air flow W1 on the
図5は、本発明の段差部を設けた遠心ファンと、従来の段差部を設けない遠心ファンとをそれぞれ動作させた場合における風量と騒音との関係を示すグラフである。
図5示すように、同じ風量で動作させた場合、本発明の遠心ファンは、従来の遠心ファンに比べて、騒音を低減させることができることがわかる。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the air volume and noise when a centrifugal fan provided with a step portion according to the present invention and a conventional centrifugal fan not provided with a step portion are operated.
As shown in FIG. 5, when operated with the same air volume, it can be seen that the centrifugal fan of the present invention can reduce noise compared to a conventional centrifugal fan.
以上述べたように、本実施形態においては、負圧面13bの後縁側に段差部13eを設けるようにしたので、負圧面13bでの気流W1の境界層の発達を防止することができ、剥離を抑制することができる。そのため、遠心ファン6の出口の開口面積が狭くなることなく、気流の剥離による送風騒音を低減することができる。
その結果、ブレード13の負圧面13b側の気流の剥離による送風騒音を低減しつつ、ファン動力を増加させない遠心ファン6を提供できる。
As described above, in this embodiment, since the
As a result, it is possible to provide the
なお、本実施形態においては、段差部13eの高さh1を一定にしているが、気流W1の速度によって高さh1を変える(例えば、速度が速いほど高さh1を低くする)ようにしてもよい。このように構成することで、より剥離を抑制することができ、ブレード13の負圧面13b側の気流の剥離による送風騒音を低減しつつ、ファン動力を増加させない遠心ファン6を提供できる。
In the present embodiment, the height h1 of the stepped
また、本実施形態においては、負圧面13bの最後縁からの段差部13eの位置を一定にしているが、気流W1の速度によって位置を変える(例えば、速度が速いほど後縁側にする)ようにしてもよい。このように構成することで、さらに剥離を抑制することとなり、ブレード13の負圧面13b側の気流の剥離による送風騒音を低減しつつ、ファン動力を増加させない遠心ファン6を提供できる。
In the present embodiment, the position of the stepped
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図6は、本発明の第2実施形態における遠心ファン6のブレード13を示す断面図である。なお、前記第1実施形態と同一部分または相当する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the
図6に示すように、負圧面13bは、第1曲面13cと、第2曲面13dと、第1曲面13cと第2曲面13dとの境界部分に形成された第1段差部13gと、第1曲面13cおよび第2曲面13cとは異なる曲面で、第2曲面13cよりも遠心ファン6の外周に近い後縁側の第3曲面13fと、第2曲面13dと第2曲面13fとの境界部分に形成された第2段差部13hとを備えている。
As shown in FIG. 6, the
第1段差部13gと第2段差部13hとの位置は、負圧面13bの壁近傍を流れる気流が失速して剥離する点(剥離点)の直前がよく、第1段差部13gと第2段差部13hの高さh2、h3を代表長さとしたレイノルズ数で6000程度(一般的な空気調和装置1の遠心ファン6の流速程度)では、剥離点から4h2から6h2および4h3から6h3手前が望ましい。また、高さh2およびh3はいずれも1mmから2mm程度が望ましく、高さh2およびh3は必ずしも同じ高さでなくてもよい。
The positions of the
次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態においては、図5に示すように、負圧面13bでは、遠心ファン6がB方向に回転することから気流W1が離れようとするために、正圧面13aを流れる気流W1に比べて剥離が起こりやすい。特に、負圧面13bの後縁側で気流W1の境界層が発達することによる壁面近傍での失速が起こりやすくなる。さらに、遠心ファン6の回転が遅く、気流の速度が比較的遅い場合には、気流の剥離点が前縁側で起こりやすくなる。
Next, the operation of this embodiment will be described.
In this embodiment, as shown in FIG. 5, the
そのため、負圧面13bの後縁側に第2段差部13hを設けることで、第2曲面13dで再び気流W1の境界層が発達する前に剥離するとともに、第2段差部13h近傍で循環渦が発生することによって負圧を発生し、第2段差部13hで剥離した気流W1を第3曲面13fに再付着させるよう気流W1を誘引することになる。
これにより、負圧面13bでの気流W1の境界層の発達を防止することとなり、剥離を抑制することとなる。よって、遠心ファン出口の開口面積が狭くなることなく、気流の剥離による送風騒音を低減することができる。
Therefore, by providing the
Thereby, the development of the boundary layer of the air flow W1 on the
以上述べたように、本実施形態においては、負圧面13bの後縁側に第1段差部13gおよび第2段差部13hを設けることにより、遠心ファン6の回転が遅く、気流の速度が比較的遅い場合でも、負圧面13bでの気流W1の境界層の発達を防止することとなり、剥離を抑制することができる。そのため、空調負荷が低く、ファンの回転速度が遅くて気流の搬送速度が遅い場合でも、遠心ファン6出口の開口面積が狭くなることなく、気流の剥離による送風騒音を低減することができる。
As described above, in the present embodiment, by providing the
その結果、空調負荷が低く、ファンの回転速度が遅くて気流の速度が遅い場合でも、ブレード13の負圧面13b側の気流の剥離による送風騒音を低減しつつ、ファン動力を増加させない遠心ファン6を提供できる。
As a result, the
また、本実施形態においては、第1段差部13gおよび第2段差部13hの二段構成としているが、気流の速度がさらに遅く、負圧面13bの最後縁で気流の剥離がある場合には、より段差部を増やして多段階構成とすることで、さらに剥離を抑制することができ、ブレード13の負圧面13b側の気流の剥離による送風騒音を低減しつつ、ファン動力を増加させない遠心ファン6を提供できる。
In the present embodiment, the
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
図7は、本発明の第3実施形態における遠心ファン6を示す部分断面図である。なお、前記第1実施形態および第2実施形態と同一部分または相当する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
図7に示すように、段差部13eは、ブレードの高さ方向において、シュラウド14の側から主板12の側に向かう中途部まで設けられている。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing the
As shown in FIG. 7, the stepped
本実施形態においても、前記各実施形態と同様に、図7において、負圧面13bでは、気流W1が離れようとするために、正圧面13aを流れる気流W1に比べて剥離が起こりやすい。
特に、負圧面13bの後縁側では、気流W1の境界層が発達することによる壁面近傍での失速が起こりやすくなる。さらに、シュラウド曲面14cで気流方向の変化が大きく剥離が起こりやすい。反対に、主板12の側は気流が流入するシュラウド端縁14aの側から比較的距離があり、第1凸部12bから平坦部12aへの傾斜もシュラウド側面14cの曲面と比べて緩やかであることから、気流の剥離が起こりにくい。さらに、遠心ファン6の回転が速く、気流の速度が比較的速い場合には、気流の剥離点が後縁側で起こりやすくなるとともに、剥離も起こりにくくなる。
Also in the present embodiment, as in each of the embodiments described above, in FIG. 7, the airflow W1 tends to be separated on the
In particular, on the trailing edge side of the
本実施形態においては、段差部13eをシュラウド14の側から主板12の側に向かう中途部まで設けることで、気流の剥離が起こりやすいシュラウド14に近い気流W1aは、負圧面13bで境界層が発達する前に剥離するとともに、段差部13e近傍で循環渦が発生することによって負圧を発生させる。これにより、段差部13eで剥離した気流W1aを第2曲面13dに再付着させるよう気流W1aを誘引するとともに、気流の比較的速い主板12に近い気流W1cは、剥離が起こりにくいことから、段差部13eでの剥離によって逆に気流を乱さないようにすることになる。
その結果、空調負荷が高く、ファンの回転速度が速くて気流の速度が速い場合でも、遠心ファン出口の開口面積が狭くなることなく、気流の剥離による送風騒音をより低減することができる。
In the present embodiment, the
As a result, even when the air conditioning load is high, the fan rotation speed is high, and the airflow speed is high, the air blowing noise due to the separation of the airflow can be further reduced without reducing the opening area of the centrifugal fan outlet.
以上述べたように、本実施形態においては、段差部13eはシュラウド14の側から主板12の側に向かって途中まで設けるようにしたので、遠心ファン6の回転が速く、気流の速度が比較的速い場合でも、負圧面13bでの気流W1の境界層の発達を防止することとなり、剥離を抑制することができる。これにより、空調負荷が低く、ファンの回転速度が遅くて気流の速度が遅い場合でも、遠心ファン6出口の開口面積が狭くなることなく、気流の剥離による送風騒音を低減することができる。
As described above, in the present embodiment, the
その結果、空調負荷が高く、ファンの回転速度が速くて気流の速度が速い場合でも、ブレード13の負圧面13b側の気流の剥離による送風騒音を低減しつつ、ファン動力を増加させない遠心ファン6を提供できる。
As a result, even when the air conditioning load is high, the fan rotation speed is high, and the airflow speed is high, the
以上のように、本発明に係る遠心ファンは、ブレードの負圧面側の気流の剥離による送風騒音を低減しつつ、ファン動力を増加させないもので、天井吊下型や天井埋込型の空気調和機や各種の換気装置などの用途に適用することができる。 As described above, the centrifugal fan according to the present invention reduces the blowing noise due to the separation of the airflow on the suction surface side of the blade, and does not increase the fan power. It can be applied to applications such as machines and various ventilation devices.
12 主板
13 ブレード
13a 正圧面
13b 負圧面
13c 第1曲面
13d 第2曲面
13e 段差部
13f 第3曲面
13g 第1段差部
13h 第2段差部
14 シュラウド
12
Claims (3)
前記ブレードは、回転方向に対して前面となる正圧面と、回転方向に対して後面となる負圧面とから形成され、
前記負圧面は前縁側から延びる第1曲面と、前記負圧面の後縁側に、前記第1曲面とは異なる不連続な第2曲面と、前記第1曲面と前記第2曲面との境界に形成される段差部とを備えていることを特徴とする遠心ファン。 In a centrifugal fan comprising: a main plate whose center is a rotation center; a shroud disposed opposite to the main plate; and a plurality of blades arranged radially between the main plate and the shroud.
The blade is formed of a pressure surface that is the front surface with respect to the rotation direction and a suction surface that is the rear surface with respect to the rotation direction,
The suction surface is formed on a boundary between the first curved surface extending from the front edge side, a discontinuous second curved surface different from the first curved surface on the rear edge side of the suction surface, and the first curved surface and the second curved surface. A centrifugal fan comprising a stepped portion.
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