JP2017067056A5

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Publication number: JP2017067056A5
Application number: JP2015196839A
Authority: JP
Filing date: 2015-10-02
Publication date: 2018-08-30
Anticipated expiration: 2035-10-02

Description

上記した課題を解決するために、本発明のターボファンおよびそれを用いた空気調和機は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるターボファンは、モータ駆動軸に連結されて回転駆動されるハブと、前記ハブに対向して配置され、空気吸込み口を形成する環状のシュラウドと、前記ハブおよび前記シュラウド間に両端部が結合され、内周側の前縁が外周側の後縁に対して、回転方向側に配置されている複数枚の羽根と、を備え、前記複数枚の羽根は、前記後縁が前記ハブおよび前記シュラウドに対する結合部に対して反空気流方向に凹状とされ、前記羽根の前記ハブに対する結合部は、回転方向または反回転方向に滑らかな湾曲面が空気流方向の全体にわたって形成されているを特徴とする。

本発明によれば、複数枚の羽根の後縁（後縁ラインともいう。）が、ハブおよびシュラウドに対する結合部に対して反空気流方向に凹状とされているため、羽根の後縁を直線状としたものや空気流方向に凸状としているものに比べ、羽根の負圧面側での空気流の剥離を改善し、空気流の乱れを抑制することができるとともに、羽根の正圧面側で発生する高静圧領域を減少し、空気流の減速（駆動力の損失）を抑制することによりファン効率を向上させ、ファンの駆動力（ファン入力）を低減することができる。つまり、羽根の後縁を反空気流方向に凹状とすることにより、凹状とした領域の半径が元の形状よりも小さくなり、同一回転数でファンを回転させた場合、ファンを通過する空気流の圧力上昇を減少させることができ、これによって、負圧面の特にシュラウド側の剥離し易い箇所において、羽根後縁付近の圧力（静圧）が減少するため、空気流としては流れ易くなり、剥離を抑制することができる一方、正圧面においては、ファンを通過する空気流がハブ側に偏る影響が顕著であり、羽根表面の圧力もハブ側に向って急激に上昇する分布を示すが、後縁を凹状とすることにより、羽根後縁付近の圧力（静圧）を減少し、正圧面での静圧を低減することができ、ファン効率を向上させ、ファン入力を低減できるためである。従って、ターボファンの一層の高効率化、低騒音化を図ることができる。

また、本発明のターボファンは、上記のターボファンにおいて、前記羽根の前記後縁は、前記羽根のスパン方向の中央部分が該スパン方向の２５％〜７５％の範囲で、前記の通り反空気流方向に凹状とされていることを特徴とする。

本発明によれば、羽根の後縁の中央部分が、羽根のスパン方向の２５〜７５％の範囲で反空気流方向に凹状とされているため、羽根のハブおよびシュラウドに対する結合部の機能、性能に影響を及ぼすことなく、羽根をハブおよびシュラウドに結合することができる。従って、羽根のハブ側結合部およびシュラウド側結合部において空気流を乱すことがなく、低騒音化、高効率化を図ることができる。

さらに、本発明のターボファンは、上述のいずれかのターボファンにおいて、前記羽根の前記後縁の反空気流方向への凹状量（−表示）は、ファン外径Ｄに対して、−０．０１４２Ｄ〜−０．０１５３Ｄの範囲とされていることを特徴とする。

本発明によれば、羽根の後縁の反空気流方向への凹状量（−表示）が、ファン外径Ｄに対して、−０．０１４２Ｄ〜−０．０１５３Ｄの範囲とされているため、ターボファンの駆動力であるファン入力を好ましい範囲に低減することができる。従って、ターボファンを高効率化、低騒音化することができる。

さらに、本発明のターボファンは、上述のいずれかのターボファンにおいて、前記羽根の前記前縁は、前記ハブおよび前記シュラウドに対する結合部に対して空気流方向に凹状もしくは反空気流方向に凸状とされていることを特徴とする。

本発明によれば、羽根の前縁（前縁ラインともいう。）が、ハブおよびシュラウドに対する結合部に対して空気流方向に凹状もしくは反空気流方向に凸状とされているため、前縁を空気流方向に凹状に変位することにより、羽根の負圧面で空気流に僅かな乱れが生じる場合もあるが、正圧面側での高静圧領域を小さくして空気流の減速を抑制することができる一方、前縁を反空気流方向に凸状に変位することにより、正圧面側での高静圧領域が僅かに大きくなり空気流の減速抑制効果がやや低下する場合もあるが、負圧面での空気流の乱れを抑制して剥離を抑えることができる。つまり、羽根の前縁を空気流方向に凹状とすることによって羽根の空気流方向長さが短くなり、空気流と羽根表面との摩擦損失を低減し、ファン入力を低減することができる。但し、凹状にし過ぎると、隣接する羽根間の距離に対する空気流方向の羽根長さが短くなり過ぎ、羽根性能が悪化する。また、羽根の前縁を反空気流方向に凸状とすることにより、一般的には空気流と羽根表面との摩擦損失が増加する一方、羽根の空気流方向長さが実質的に長くなるため、羽根上流側から流入する流れを下流側に安定して導くことで、羽根表面での静圧のピーク値を抑制して流れを剥離し難くし、ファン入力を低減することができるとともに、ファン騒音を低減することができる。従って、この場合もファン入力を十分低減し、ターボファンの高効率化および低騒音化を図ることができる。

さらに、本発明のターボファンは、上記のターボファンにおいて、前記羽根の前記前縁の空気流方向への凹状量（＋表示）は、ファン外径Ｄに対して、０．００９１Ｄ〜０．０１５３Ｄの範囲とされ、反空気流方向への凸状量（−表示）は、ファン外径Ｄに対して、−０．０４３８Ｄとされていることを特徴とする。

本発明によれば、羽根のハブに対する結合部が、回転方向に滑らかな湾曲面とされ、羽根のシュラウドに対する結合部が、反回転方向に滑らかな湾曲面とされているため、羽根のハブに対する結合部を回転方向に滑らかな湾曲面とすることによって、結合部を左右非対称とし、結合部での空気流の淀みを抑制することができる。また、羽根のシュラウドに対する結合部を反回転方向に滑らかな湾曲面とすることによって、シュラウド近傍の負圧面側での空気流をスムーズにし、剥離を抑制にすることができる。従って、羽根性能を向上し、ファン入力を更に低減して高効率化を図ることができるとともに、空気流の乱れを抑制し、低騒音化を図ることができる。

本発明によれば、羽根のハブに対する結合部が、回転方向に滑らかな湾曲面とされ、羽根のシュラウドに対する結合部が、回転方向に滑らかな湾曲面とされているため、羽根のハブに対する結合部を回転方向に滑らかな湾曲面とすることにより、結合部を左右非対称とし、結合部での空気流の淀みを抑制することができる一方、羽根のシュラウドに対する結合部を回転方向に滑らかな湾曲面とすることによって、翼力で負圧面側での流れの剥離を抑制し、空気流をスムーズにすることができる。従って、羽根性能を向上し、ファン入力を更に低減して高効率化を図ることができるとともに、空気流の乱れを抑制し、低騒音化を図ることができる。

この天井埋め込み型空気調和機１は、天井内にボルト等により吊下げ設置される略四方形状のユニット本体２と、そのユニット本体２の下面に設けられる室内空気吸込み口４および温調空気吹出し口５を備えた四辺形状の天井パネル３と、天井パネル３の室内空気吸込み口４に対向するようにユニット本体２内に配置されるベルマウス６と、ベルマウス６と対向するようにユニット本体２の天板に固定設置されるターボファン（送風機）７と、ターボファン（送風機）７を取囲むようにユニット本体２内に設置される四角形状の熱交換器８等々を備えている。

ここで、上記した４つの設計変数（１）〜（４）の形状、構成を、図６ないし図９に基づいて、詳しく説明する。
（１）羽根１２の前縁１３の変位（移動量）とは、図６に示すように、羽根１２の前縁１３を直線状としている図６（Ａ）に示すオリジナル形状に対して、図６（Ｂ）に示すように、前縁ライン１３をハブ１０およびシュラウド１１への結合部１７および１８に対して空気流方向にへこました凹状１３Ａ（移動量を＋表示）、あるいは図６（Ｃ）に示すように、反空気流方向に膨らました凸状１３Ｂ（移動量を−表示）としていることを意味する。

（２）羽根１２の後縁１４の変位（移動量）とは、図７に示すように、羽根１２の後縁１４を直線状としている図７（Ａ）に示すオリジナル形状に対して、図７（Ｂ）に示すように、後縁ライン１４をハブ１０およびシュラウド１１への結合部１７および１８に対して反空気流方向にへこました凹状１４Ａ（移動量を−表示）、あるいは図７（Ｃ）に示すように、空気流方向に膨らました凸状１４Ｂ（移動量を＋表示）としていることを意味する。

（３）羽根１２のハブ側結合部１７の湾曲（回転角）とは、図８に示すように、羽根１２のハブ側結合部１７をハブ１０側に略直角に結合している図８（Ａ）に示すオリジナル形状に対して、図８（Ｂ）に示すように、羽根１２のハブ側結合部１７を反回転方向（反時計回り方向）に湾曲した湾曲面１７Ａとしたときのハブ１０に対する回転角（回転角を＋表示）、あるいは図８（Ｃ）に示すように、回転方向（時計回り方向）に湾曲した湾曲面１７Ｂとしたときのハブ１０に対する回転角（回転角を−表示）を意味している。

また、羽根１２のハブ１０に対する結合部（ハブ側結合部）１７は、反回転方向（反時計回り方向）に湾曲する湾曲面１７Ａ（図８（Ｂ）参照）とされるとともに、羽根１２のシュラウド１１に対する結合部（シュラウド側結合部）１８は、回転方向（時計回り方向）に湾曲する湾曲面１８Ｂ（図９（Ｃ）参照）とされた構成とされている。なお、このハブ側結合部１７およびシュラウド側結合部１８は、図１０に示されるように、羽根１２と空気流れとの角度が変わらないように、羽根全体が回転軸中心Ｏに対して湾曲されている。

また、羽根１２のハブ１０に対する結合部（ハブ側結合部）１７は、反回転方向（反時計回り方向）に湾曲する湾曲面１７Ａ（図８（Ｂ）参照）とされるとともに、羽根１２のシュラウド１１に対する結合部（シュラウド側結合部）１８は、回転方向（時計回り方向）に湾曲する湾曲面１８Ｂ（図９（Ｃ）参照）とされた構成とされている。なお、このハブ側結合部１７およびシュラウド側結合部１８は、図１０に示されるように、羽根１２と空気流との角度が変わらないように、羽根全体が回転軸中心Ｏに対して湾曲されている。

一方、羽根１２のハブ１０に対する結合部（ハブ側結合部）１７は、回転方向（時計回り方向）に湾曲する湾曲面１７Ｂ（図８（Ｃ）参照）とされるとともに、羽根１２のシュラウド１１に対する結合部（シュラウド側結合部）１８は、反回転方向（反時計回り方向）に湾曲する湾曲面１８Ａ（図９（Ｂ）参照）とされた構成とされている。なお、このハブ側結合部１７およびシュラウド側結合部１８は、図１０に示されるように、羽根１２と空気流との角度が変わらないように、羽根全体が回転軸中心Ｏに対して湾曲されている。

一方、羽根１２のハブ１０に対する結合部（ハブ側結合部）１７は、回転方向（時計回り方向）に湾曲する湾曲面１７Ｂ（図８（Ｃ）参照）とされるとともに、羽根１２のシュラウド１１に対する結合部（シュラウド側結合部）１８は、回転方向（時計回り方向）に湾曲する湾曲面１８Ｂ（図９（Ｃ）参照）とされた構成とされている。なお、このハブ側結合部１７およびシュラウド側結合部１８は、図１０に示されるように、羽根１２と空気流との角度が変わらないように、羽根全体が回転軸中心Ｏに対して湾曲されている。

更に、前縁ライン１３および後縁ライン１４は、図１１および図１２に示すように、羽根１２のスパン方向（回転軸方向）の中央部分がスパン方向寸法の２５〜７５％の範囲において、羽根（翼）１２のそり線（キャンバライン）およびその延長線上に同じ量移動されることにより、前縁ライン１３が反空気流方向に凸状１３B、後縁ライン１４が反空気流方向に凹状１４Ａとされた構成とされている。

以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
上記ターボファン７および空気調和機１において、ターボファン７の回転により天井パネル３の室内空気吸込み口４から吸込まれた室内空気は、ベルマウス６を介してターボファン７のシュラウド１１側の開口部から軸方向に吸込まれる。ターボファン７に吸込まれた空気流は、複数枚の羽根１２によりラジアル方向に向きを変えて吹出され、ターボファン７を取囲むように配設されている熱交換器８を通過する過程で冷却または加熱されることにより、温調風として天井パネル３の四辺に設けられている４つの温調吹出し口５から室内へと吹出され、室内の空調に供される。

一方、本実施形態のターボファン７は、羽根１２の前縁ライン１３が、図２（Ａ）あるいは図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、中央部分をスパン方向（回転軸方向）の２５〜７５％の範囲において、ハブ１０およびシュラウド１１に対する結合部１７および１８に対して空気流方向に凹状１３Ａとされるか、もしくは図３（Ｃ）に示すように、反空気流方向に凸状１３Ｂとされている。

また、この場合も、羽根１２の前縁ライン１３の中央部分をスパン方向（回転軸方向）の２５〜７５％の範囲において、図２（Ａ）あるいは図３（Ａ）ないし（Ｃ）に示されるように、ハブ１０およびシュラウド１１に対する結合部１７および１８に対して空気流方向に凹状１３Ａとするか、もしくは反空気流方向に凸状１３Ｂとしているため、ハブ１０およびシュラウド１１に対する結合部１７，１８の機能、性能に影響を及ぼすことなく、羽根１２をハブ１０およびシュラウド１１に結合することができる。従って、ハブ側結合部１７およびシュラウド側結合部１８において空気流を乱すことがなく、低騒音化、高効率化を図ることができる。

Claims

モータ駆動軸に連結されて回転駆動されるハブと、
前記ハブに対向して配置され、空気吸込み口を形成する環状のシュラウドと、
前記ハブおよび前記シュラウド間に両端部が結合され、内周側の前縁が外周側の後縁に対して、回転方向側に配置されている複数枚の羽根と、を備え、
前記複数枚の羽根は、前記後縁が前記ハブおよび前記シュラウドに対する結合部に対して反空気流方向に凹状とされ、
前記羽根の前記ハブに対する結合部は、回転方向または反回転方向に滑らかな湾曲面が空気流方向の全体にわたって形成されていることを特徴とするターボファン。
前記羽根の前記後縁は、前記羽根のスパン方向の中央部分が該スパン方向の２５％〜７５％の範囲で、前記の通り反空気流方向に凹状とされていることを特徴とする請求項１に記載のターボファン。
前記羽根の前記後縁の反空気流方向への凹状量（−表示）は、ファン外径Ｄに対して、−０．０１４２Ｄ〜−０．０１５３Ｄの範囲とされていることを特徴とする請求項１または２に記載のターボファン。
前記羽根の前記前縁は、前記ハブおよび前記シュラウドに対する結合部に対して空気流方向に凹状もしくは反空気流方向に凸状とされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のターボファン。
前記羽根の前記前縁の空気流方向への凹状量（＋表示）は、ファン外径Ｄに対して、０．００９１Ｄ〜０．０１５３Ｄの範囲とされ、反空気流方向への凸状量（−表示）は、ファン外径Ｄに対して、−０．０４３８Ｄとされていることを特徴とする請求項４に記載のターボファン。
前記羽根の前記前縁は、前記羽根のスパン方向の中央部分が該スパン方向の２５％〜７５％の範囲で、前記の通り空気流方向に凹状もしくは反空気流方向に凸状とされていることを特徴とする請求項４または５に記載のターボファン。
前記羽根の前記ハブに対する結合部は、反回転方向に滑らかな湾曲面とされており、前記羽根の前記シュラウドに対する結合部は、回転方向に滑らかな湾曲面とされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のターボファン。
前記羽根の前記ハブに対する結合部の反回転方向への湾曲面の角度（＋表示）は、前記羽根の１ピッチ角度θに対して、０．０５６３θ〜０．０９７２θの範囲とされ、前記シュラウドに対する結合部の回転方向への湾曲面の角度（−表示）は、前記羽根の１ピッチ角度θに対して、−０．０１５４θ〜−０．０９７２θの範囲とされていることを特徴とする請求項７に記載のターボファン。
前記羽根の前記ハブに対する結合部は、回転方向に滑らかな湾曲面とされており、前記羽根の前記シュラウドに対する結合部は、反回転方向に滑らかな湾曲面とされていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載のターボファン。
前記羽根の前記ハブに対する結合部の回転方向への湾曲面の角度（−表示）は、前記羽根の１ピッチ角度θに対して、−０．０７６８θとされ、前記シュラウドに対する結合部の反回転方向への湾曲面の角度（＋表示）は、前記羽根の１ピッチ角度θに対して、０．００３１θとされていることを特徴とする請求項９に記載のターボファン。
前記羽根の前記ハブに対する結合部は、回転方向に滑らかな湾曲面とされており、前記羽根の前記シュラウドに対する結合部は、回転方向に滑らかな湾曲面とされていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載のターボファン。
前記羽根の前記ハブに対する結合部の回転方向への湾曲面の角度（−表示）は、前記羽根の１ピッチ角度θに対して、−０．０１５４θとされ、前記シュラウドに対する結合部の回転方向への湾曲面の角度（−表示）は、前記羽根の１ピッチ角度θに対して、−０．０４６１θとされていることを特徴とする請求項１１に記載のターボファン。
室内空気を吸込んで吹出す送風機と、
前記送風機の吸込み側または吹出し側のいずれかに配置され、前記室内空気を冷却または加熱する熱交換器と、を備え、
前記送風機が、請求項１ないし１２のいずれかに記載のターボファンとされていることを特徴とする空気調和機。