JP2023140617A - 遠心ファン及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力損失及び騒音の低減と、ハブ及び翼の一体成型とを両立可能な遠心ファンを提供する。【解決手段】遠心ファン１００を構成する翼１は、吸込口３１の内縁８より内側では、同一の翼１について、ハブ２側とシュラウド３側との間での３つの所定高さ位置における断面１Ａ，１Ｂ，１Ｃの形状が重なりかつ一致するように構成されるとともに、ハブ２側からシュラウド３側に向かって小さくなるように、シュラウド３に対する出口角を有する。所定の翼１のうち、羽根車１０１の回転方向とは反対側の後縁とシュラウド３との第１交点は、前記後縁と前記ハブとの第２交点よりも反回転側に配置され、前記後縁上で前記第１交点と前記第２交点との間に配置される変曲点は、前記第１交点と前記第２交点とを通る直線よりも回転方向側に配置される。【選択図】図７

Description

本開示は、遠心ファン及び空気調和機に関する。

近年、空気調和機では、省エネ化、低騒音化及び低コスト化が同時に求められている。空気調和機の室内機では。低コストな遠心ファンの高効率化及び低騒音化が好ましい。遠心ファンの翼出口の速度分布の均一化は高効率化及び低騒音化のための有力な手段である。また、低コスト化のために遠心ファンはできるだけ少ない部品点数で製作することが好ましい。

特許文献１の要約書には「羽根後縁における羽根（６）とハブ（５）との連結位置である第一連結位置（６ｈ）において該後縁に接する第一接線（２１）が、羽根（６）の回転方向前側に向かってシュラウド（４）に接近する方向に延び且つ羽根（６）とシュラウド（４）との連結位置である第二連結位置（６ｓ）において羽根後縁に接する第二接線（２２）が、羽根（６）の回転方向前側に向かって上記ハブ（５）に接近する方向に延びるようにする。」ことが記載されている。

特開２００７－２０５２６９号公報

高効率及び低騒音化のため、室内機の圧力損失の低減が考えられる。圧力損失の低減により、使用される遠心ファンには、小さな圧力上昇で大風量が求められる。そのような遠心ファンは、翼出口の流れがハブ側に偏る特性をもつ。これにより、翼出口側に配置された熱交換器の速度分布は偏り、効率向上及び騒音低減の効果が限定的である。また、送風ファンの製造コスト削減のためには、ハブ及び翼を一体成型できることが好ましい。しかし、特許文献１に記載の遠心ファンでは、ハブ及び翼を一体成型できるか否かについて記載されていない。
本開示が解決しようとする課題は、高効率及び低騒音化と、ハブ及び翼の一体成型とを両立可能な遠心ファン及び空気調和機の提供である。

本開示の遠心ファンは、ハブと、気体の吸込口を備えるシュラウドと、前記ハブと前記シュラウドとの間に配置される複数の翼と、を備える羽根車を備え、前記翼は、前記吸込口の縁より内側では、前記ハブ側から前記シュラウド側に向かって、同一の前記翼についての断面形状が一致するとともに、前記ハブ側から前記シュラウド側に向かって小さくなる前記シュラウドに対する出口角を有し、前記翼の回転方向とは反対側に配置される前記翼の後縁と前記シュラウドとの第１交点は、前記後縁と前記ハブの第２交点よりも反回転側に配置され、前記後縁上で前記第１交点と前記第２交点との間に配置される変曲点は、前記第１交点と前記第２交点とを通る直線よりも回転方向側に配置される。

本開示によれば、高効率及び低騒音化と、ハブ及び翼の一体成型とを両立可能な遠心ファン及び空気調和機を提供できる。

本開示の遠心ファンを備える室内機及び空気調和機を説明する図である。 従来の遠心ファンにおいて翼の出口でのシュラウド付近の流れ場を示す図であり、幅が相対的に小さい図である。 従来の遠心ファンにおいて翼の出口でのシュラウド付近の流れ場を示す図であり、幅が相対的に中程度図である。 従来の遠心ファンにおいて翼の出口でのシュラウド付近の流れ場を示す図であり、幅が相対的に大きい図である。 本開示の遠心ファンの斜視図である。 本開示の遠心ファンの後縁の形状を説明する図である。 従来の遠心ファンにおいて翼の出口でのシュラウド付近の流れ場を示す図である。 本開示の遠心ファンにおいて翼の出口でのシュラウド付近の流れ場を示す図である。 本開示の遠心ファンにおいて翼の後縁での速度三角形を説明する図であり、断面の高さ方向位置を説明す図である。 本開示の遠心ファンにおいて翼の後縁での速度三角形を説明する図であり、Ａ１－Ａ１線断面での速度三角形を示す図である。 本開示の遠心ファンにおいて翼の後縁での速度三角形を説明する図であり、Ｃ１－Ｃ１線断面での速度三角形を示す図である。 本開示の遠心ファンにおいて翼の後縁での速度三角形を説明する図であり、Ｂ１－Ｂ１線断面での速度三角形を示す図である。 本開示の遠心ファンにおいて翼の断面の重なりの状態を示す図である。 一体成型された翼及びハブの製造方法を説明する図であり、金型を用いた翼及びハブの成型時の図である。 一体成型された翼及びハブの製造方法を説明する図であり、金型を抜くときの図である。 別の実施形態において翼の後縁の形状を定義する変数についての説明図である。 別の実施形態において、数値流体解析によって計算された角度θｓの定量的な効果を説明する図であり、軸動力の比を示すグラフである。 別の実施形態において、数値流体解析によって計算された角度θｓの定量的な効果を説明する図であり、騒音の差を示すグラフである。 別の実施形態において、数値流体解析によって計算された角度θｓ＋の定量的な効果を説明する図であり、軸動力の比を示すグラフである。 別の実施形態において、数値流体解析によって計算された角度θｓ＋の定量的な効果を説明する図であり、騒音の差を示すグラフである。 別の実施形態において、数値流体解析によって計算された長さと外径との比の定量的な効果を説明する図であり、軸動力の比を示すグラフである。 別の実施形態において、数値流体解析によって計算された長さと外径との比の定量的な効果を説明する図であり、騒音の差を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら本開示を実施するための形態（実施形態と称する）を説明する。以下の一の実施形態の説明の中で、適宜、一の実施形態に適用可能な別の実施形態の説明も行う。本開示は以下の実施形態に限られず、異なる実施形態同士を組み合わせたり、本開示の効果を著しく損なわない範囲で任意に変形したりできる。また、同じ部材については同じ符号を付すものとし、重複する説明は省略する。更に、同じ機能を有するものは同じ名称を付すものとする。図示の内容は、あくまで模式的なものであり、図示の都合上、本開示の効果を著しく損なわない範囲で実際の構成から変更したり、図面間で一部の部材の図示を省略したり変形したりすることがある。

図１は、本開示の遠心ファン１００を備える室内機３００及び空気調和機４００を説明する図である。空気調和機４００は、室内機３００及び室外機３０２を備える。室内機３００は、遠心ファン１００（後記）と、室内の気体（例えば空気）と熱交換する熱交換器５とを備える。室外機３０２は、外気と熱交換する熱交換器３０５と、冷媒を圧縮する圧縮機３０１と、冷媒を膨張させる膨張機構３０３とを備える。圧縮機３０１、熱交換器３０５、膨張機構３０３及び熱交換器５を配管３０６を通じて冷媒が流れることで、これらは冷凍サイクルとして機能する。冷媒の流通方向は、例えば、冷凍サイクルに備えられる三方弁（不図示）の制御によって実行できる。なお、空気調和機４００は、１台の室外機３０２に対し、複数の室内機３００が接続された、所謂冷暖同時マルチ型の空気調和機でもよい。

室内機３００は、例えば、部屋の天井面ＲＳに備えられ、空調された気体を４方向に吹き出す室内機（以下、適宜、４方向室内機という）である。遠心ファン１００は、駆動によって空気等の気体を吹き出すものであり、羽根車１０１を備える。羽根車１０１は、複数の翼１と、ハブ２と、シュラウド３とを備える。翼１は、一体の間隔で配置される。ハブ２は例えば円板状を有する。シュラウド３は、円環状を有する。シュラウド３は、空気等の気体の吸込口３１を備える。翼１は、ハブ２とシュラウド３との間に配置され、ハブ２とシュラウド３との間の方向に例えば同じ厚さで（例えば同じ断面形状で）形成される。本開示の例では、翼１とハブ２とは、例えば樹脂製の一体成型物である。これにより、羽根車１０１、遠心ファン及び室内機３００の製造コストを削減できる。一体成型は、例えば、射出成型によって行うことができる。

室内機３００は、シュラウド３への気体の吸込口３１の側に、ベルマウス４を備える。ベルマウス４は、吸込口３１に接続される側とは反対側に、室内の空気を吸い込む吸込口４１を備える。室内機３００は、翼１からの気体の出口６１の側に熱交換器５を備え、熱交換器５の下流側に吹出口６を備える。ハブ２の縁とシュラウド３の縁との間に形成される出口６１は、ハブ２とシュラウド３との間の長さとして幅ｂ２を有する。室内機３００は、ハブ２に接続されたモータ７を備える。モータ７の回転駆動により、羽根車１０１は、回転軸Ｌ０を回転軸として回転する。室内機３００は、筐体２００を備える。羽根車１０１を備える遠心ファン１００、ベルマウス４、熱交換器５、モータ７等は筐体２００に収容される。モータ７の回転駆動により、室内の空気は、流れＳ、流れＴのように、ベルマウス４、隣接する翼１の間に形成される出口６１、及び、熱交換器５を通過し、吹出口６より室内に吹き出される。

図２Ａは、従来の遠心ファンにおいて翼１の出口でのシュラウド３付近の流れ場を示す図であり、幅ｂ２が相対的に小さい図である。図２Ｂは、従来の遠心ファンにおいて翼１の出口でのシュラウド３付近の流れ場を示す図であり、幅ｂ２が相対的に中程度の図である。図２Ｃは、従来の遠心ファンにおいて翼１の出口でのシュラウド３付近の流れ場を示す図であり、幅ｂ２が相対的に大きい図である。従来の遠心ファンでは、後記する図４のような円筒展開図において、翼１は、ハブ２とシュラウド３との間で直線により図示される。以下、従来の遠心ファンというときは、この構造を有する遠心ファンを示す。また、図２Ａ～図２Ｃは、図１での領域Ｘの部分において、出口６１の幅ｂ２（図１）を変数として数値流体解析によって計算したもので、速度ベクトルとの速度のコンター図である。図２Ａ～図２Ｃにおいて、羽根車１０１の内部での速度は相対速度、羽根車１０１の外部での速度は絶対速度で示し、色が濃いほど速度が大きく、色が薄いほど速度が小さい（図２Ｃ参照）。

室内機３００の高効率化及び低騒音化のために、熱交換器５に流入する気体の速度分布の均一化が図られる。具体的には例えば、幅ｂ２の拡大化が考えられる。上記図１において流れＳで示すように、気体の流れは、モータ７の軸方向から遠心ファン１００によって半径方向に転向される。そして、図２Ａ～図２Ｃに示すように、シュラウド３は曲率半径が小さいため、逆流を示す流れＵが生じる。流れＵは、幅ｂ２が大きいほど、大きくなる。流れＵ２により、気体の流れに乱れが生じる。このため、速度分布の均一化のために図２のように単に幅ｂ２を拡大しただけでは、流れＵ２が大きくなり、流れが乱れる。このため、幅ｂ２を大きくするだけでは、流れＵの存在により、熱交換器５を通る気体の速度分布の均一化には限界がある。

図３は、本開示の遠心ファン１００の斜視図である。白抜き矢印で示される方向は、羽根車１０１の回転方向（特に断らない限り、以下同じ）である。遠心ファン１００では、所定の翼１（複数の翼１のうちの１つの翼１に着目した場合の当該翼１）のうち、交点Ｂ（第１交点）は、交点Ａ（第２交点）よりも反回転側に配置される。交点Ｂは、羽根車１０１の回転方向とは反対側の後縁ＴＥとシュラウド３との交点である。後縁ＴＥは、図示の例では、羽根車１０１の外側に露出する部分である。なお、翼１は、後縁ＴＥと前縁ＦＥとの間に形成される。交点Ａは、後縁ＴＥとハブ２との交点である。

図４は、本開示の遠心ファン１００の後縁ＴＥの形状を説明する図である。図４は、円筒形状の外観を有する遠心ファン１００において、翼１を円筒表面に展開した円筒展開図である。後縁ＴＥ上で交点Ｂと交点Ａとの間に配置される変曲点Ｃは、交点Ｂと交点Ａとを通る直線Ｌ１よりも回転方向側に配置される。変曲点Ｃは、変曲点Ｃを境界に、接線の傾きが増加から減少に、又は減少から増加に転じる点である。

翼１を本開示のような形状にすることで、翼１の回転時、矢印Ｍ，Ｎのように、交点Ａと変曲点Ｃとの間、及び、変曲点Ｃと交点Ｂとの間で、後縁ＴＥが空気に作用する翼力の方向を変えることができる。この翼力の作用の方向の違いによって、矢印Ｎの翼力は、より下向きのシュラウド３側に向く。これにより、気体はシュラウド３側に押し付けられる作用を持つ。空気の粘性の影響によって、その作用は、翼１の圧力面ＰＳの側だけでなく、負圧面ＳＳの領域にも生じる。

図５Ａは、従来の遠心ファンにおいて翼１の出口でのシュラウド３付近の流れ場を示す図である図５Ａは、本開示の遠心ファン１００において翼１の出口でのシュラウド３付近の流れ場を示す図である。図５Ａ及び図５Ｂは、上記図２と同様にして取得したコンター図である。ただし、図５Ａ及び図５Ｂは、紙面に対して垂直手前側の空気の流出量が多いほど色が濃くなるように示す（図５Ｂ参照）。

白丸で囲んだ領域Ｘ１，Ｘ２は紙面に対して垂直奥側への逆流を示している。本開示の作用により、領域Ｘ２での逆流は、色が薄く、従来の領域Ｘ１に比べて逆流が抑制されていることが確認できる。これにより、翼１の出口での速度分布を均一化でき、熱交換器５に流入する気体の速度分布を均一化できる。この結果、室内機３００（図１）の高効率化及び低騒音化を実現できる。

図６Ａは、本開示の遠心ファンにおいて翼１の後縁ＴＥでの速度三角形を説明する図であり、断面の高さ方向位置を説明す図である。図６Ｂは、本開示の遠心ファンにおいて翼１の後縁ＴＥでの速度三角形を説明する図であり、Ａ１－Ａ１線断面での速度三角形を示す図である。図６Ｃは、本開示の遠心ファンにおいて翼１１の後縁ＴＥでの速度三角形を説明する図であり、Ｃ１－Ｃ１線断面での速度三角形を示す図である。図６Ｄは、本開示の遠心ファンにおいて翼の後縁ＴＥでの速度三角形を説明する図であり、Ｂ１－Ｂ１線断面での速度三角形を示す図である。

図６Ａには、交点Ａ，Ｂ及び変曲点Ｃのそれぞれの付近で、羽根車１０１の回転軸Ｌ０（図１）に垂直な方向への切断箇所が示される。これに加えて、交点Ａ（図４）付近でのＡ１－Ａ１線で切断した翼１の断面１Ａ（図６Ｂ）、交点Ｃ付近でのＣ１－Ｃ１線で切断した翼１の断面１Ｃ（図６Ｃ）、及び、交点Ｂ付近でのＢ１－Ｂ１線で切断した翼１の断面１Ｂが示される（図６Ｄ）。断面１Ａでの速度三角形において、矢印ｕ２Ａは周速度ベクトル、矢印ｗ２Ａは相対速度ベクトル、矢印ｃ２Ａは絶対速度ベクトルを示す。また、矢印ｃｍ２Ａは、矢印ｗ２Ａと矢印ｃ２Ａとの交点に向かう、矢印ｕ２Ａから垂直に伸びるベクトルであり、半径方向速度ベクトルである。角度β２Ａは、相対速度方向と円周方向とのなす角度である流れ角である。断面１Ｃ，１Ｂでの矢印ｕ２Ｃ，ｗ２Ｃ，ｃ２Ｃ，ｃｍ２Ｃ，ｕ２Ｂ，ｗ２Ｂ，ｃ２Ｂ，ｃｍ２Ｂ及び角度β２Ｃ，β２Ｂについても同様である。

上記のように、遠心ファン１００に対する小さな圧力上昇で大風量の要求仕様では、翼１の出口の流れがハブ２側に偏る。そこで、本開示では、高効率化及び低騒音化の目的で、遠心ファン１００は、翼１に流れを極力沿わせるように設計される。具体的には、翼１の出口６１での流れのハブ２側への偏りにより、矢印ｃｍ２Ａ，ｃｍ２Ｃ，ｃｍ２Ｂで示される半径方向速度ベクトルは、ハブ２側からシュラウド３側に向かって例えば漸近的に小さくなる。従って、翼１の出口６１において、矢印ｗ２Ａ，ｗ２Ｃ，ｗ２Ｂで示される相対速度ベクトルのそれぞれにおいて、角度β２Ａ，β２Ｃ，β２Ｂは、β２Ａ＞β２Ｃ＞β２Ｂの関係となる。

図７は、本開示の遠心ファン１００において翼１の断面１Ａ，１Ｂ，１Ｃの重なりの状態を示す図である。図７は、上記図１において吸込口３１の側から遠心ファン１００を視たときの図である。羽根車１０１は外径Ｄ２を有する。図７には、図示の簡略化のために、周方向に複数配置される翼１のうち、隣接する２つの翼１のみが図示される。

翼１は、吸込口３１を構成するシュラウド３の内縁８より内側の部分１ａでは、同一の翼１について、ハブ２側（紙面奥側）とシュラウド３側（紙面手前側）との間での少なくとも２つ（図示の例では３つ）の所定高さ位置における断面１Ａ，１Ｂ，１Ｃの形状が重なりかつ一致するように構成される。即ち、内縁８より内側では、断面１Ａ，１Ｂ，１Ｃの形状は、図７に示すように、重なり、かつ、一致する。ここでいう一致は、厳密な一致に限定されず、気体の流れに影響を及ぼさない（特に、大きな影響を及ぼさない）程度の多少の違いは許容する「ほぼ一致」の概念を含む。

また、翼１は、ハブ２側からシュラウド３側に向かって小さくなるように出口角βｂ２Ａ，βｂ２Ｂ，βｂ２Ｃを有する。出口角βｂ２Ａ，βｂ２Ｂ，βｂ２Ｃは、断面１Ａ，１Ｂ，１Ｃにおいて、環状（図７において円形状）のシュラウド３の接線に対する翼１Ａ，１Ｂ，１Ｃのそれぞれの角度である。従って、翼１は、内縁８より外側の部分１ｂでは、β２Ａ＞β２Ｃ＞β２Ｂ（図６Ｂ、図６Ｃ及び図６Ｄ参照）の関係に合致するように、出口角βｂ２Ａ，βｂ２Ｂ，βｂ２Ｃが設定される。即ち、出口角βｂ２Ａ，βｂ２Ｂ，βｂ２Ｃは、βｂ２Ａ＞βｂ２Ｃ＞βｂ２Ｂが満たされるように、シュラウド３の接線に対する角度が、ハブ２側からシュラウド３側に向けて例えば漸近的に小さくなる。このことを換言すれば、翼１は、内縁８より外側の部分１ｂでは、同一の翼１についての断面１Ａ，１Ｂ，１Ｃが少なくとも２つ（図示の例では３つ）の方向に延在するように構成される。図示の例では、断面１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、いずれも異なる方向に延在する。

図８Ａは、一体成型された翼１及びハブ２の製造方法を説明する図であり、金型１０，１１を用いた翼１及びハブ２の成型時の図である。図８Ｂは、一体成型された翼１及びハブ２の製造方法を説明する図であり、金型１０，１１を抜くときの図である。金型１０は、翼１のうちの部分１ａを、金型１１は、翼１のうちの部分１ｂを成型する。金型１０と金型１１との境界には、シュラウド３の内縁８が配置される。翼１は、ハブ２及びシュラウド３の外縁よりも内側に配置され、ハブ２及びシュラウド３の外側には突出していない。この場合でも、翼１が本開示の構造を有することで、金型１０，１１により、ハブ２と翼１とを一体成型できる。

なお、図８Ａ及び図８Ｂでは図示していないが、金型１０，１１の上方には、ハブ２を成型するための別の金型（不図示）が配置される。従って、その別の金型と金型１０，１１との間に、翼１及びハブ２の一体成型物が形成される。

上記図７を参照して説明したように、部分１ａは、重なり、かつ一致する断面１Ａ，１Ｂ，１Ｃを有する。このため、金型１０を図８Ａのように配置して部分１ａを成型した後、図８Ｂの黒矢印で示すように、例えば回転軸Ｌ０（図１）の方向にハブ２とは反対側に抜くことで、翼１のうちの部分１ａを成型できる。

一方で、部分１ｂは、シュラウド３の接線に対する出口角βｂ２Ａ，βｂ２Ｂ，βｂ２Ｃが、ハブ２側からシュラウド３側に向けて例えば漸近的に小さくなっている。従って、図８Ａに示すように、部分１ａを成型する金型１０とは異なる金型１１により、部分１ａが成型される。成形後、図８Ｂに示すように、例えばハブ２の外側の方向に抜くことで、翼１のうちの部分１ｂを成型できる。ここでいう外側の方向とは、上記図７の矢印Ｙで示すように、部分１ｂの延在方向のうちハブ２の外側に向かう方向である。部分１ｂが曲面を含む場合、その曲面の接線方向である。図８Ａ及び図８Ｂに示すように金型１０，１１を使用することで、翼１及びハブ２を一体成型でき、遠心ファン１００及び室内機３００（いずれも図１）の製造コストを削減できる。

以上の構造を有する遠心ファン１００及び室内機３００（図１）によれば、圧力損失及び騒音の低減と、翼１及びハブ２の一体成型とを両立できる。

図９は、別の実施形態において翼１の後縁ＴＥの形状を定義する変数についての説明図である。角度θｓ（第１角度）は、交点Ａと変曲点Ｃとを通る直線Ｌ２と、交点Ａを通り羽根車１０１の回転軸Ｌ０（図１）と平行な直線Ｌ３とのなす角度としてのスキュー角である。角度θｓ＋（第２角度）は、直線Ｌ２と、交点Ｂと変曲点Ｃとを通る直線Ｌ４とのなす角度としての追加スキュー角である。角度θｓ，θｓ＋は、いずれも０°より大きく９０°未満である。長さＺｓは、ハブ２と変曲点Ｃとの間の長さ（最短距離）である。

図１０Ａは、別の実施形態において、数値流体解析によって計算された角度θｓの定量的な効果を説明する図であり、軸動力の比を示すグラフである。図１０Ｂは、別の実施形態において、数値流体解析によって計算された角度θｓの定量的な効果を説明する図であり、騒音の差を示すグラフである。数値流体解析の計算モデルは、図３及び図４に示す遠心ファン１００（図１）を室内機３００（図１）に搭載した状態である。羽根車１０１の外径Ｄ２（図７）は４５０ｍｍであり、室内機３００は一般的によく用いられる４方向室内機（複数の方向に吹き出す室内機の一例）である。

ただし、外径Ｄ２が５００ｍｍ以下であれば、外径Ｄ２が４５０ｍｍでなくても、図１０の結果と同様の結果が示されると考えられる。また、遠心ファン１００は、気体の流通方向をほぼ直角以上に変える。従って、遠心ファン１００において圧力損失の増大及び高騒音が発生し易く、遠視ファン１００を備える構造物（例えば室内機３００）のうちの遠心ファン１００以外の部分は、通常は、圧力損失及び騒音に影響し難い。このため、図１０Ａ及び図１０Ｂに示す結果は、４方向室内機以外に使用された場合にも同様に適用できると考えられる。

図１０Ａ及び図１０Ｂに示す実施形態では、角度θｓのみを変更して、その他の形状及びパラメータは同一である。なお、この計算における角度θｓ＋は３５°、長さＺｓと外径Ｄ２との比（後記する比Ｚｓ／Ｄ２）は１９％である。駆動力及び騒音は、同一風量の場合の回転速度の変化（低減又は増加）から、下記の式１及び式２を用いて算出される。図１０Ａ及び図１０Ｂの各グラフの縦軸は、上記従来の遠心ファンとの比又は差として表示する。

（式１）
軸動力の比ΔＬ＝（それぞれの計算結果から得られた本開示の軸動力／従来の遠心ファンで計算した軸動力）×（それぞれの計算結果から得られた本開示の回転速度／従来の遠心ファンで計算した回転数）^３
（式２）
騒音の差ΔＬＡ＝６０×ｌｏｇ（それぞれの計算結果から得られた本開示の回転速度／従来の遠心ファンで計算した回転速度）

図１０Ａに示すように、角度θｓが４２°以下であれば、比ΔＬを１００％以下にでき、従来の遠心ファンよりも小さい駆動力、即ち、高効率であることが確認できる。また、図１０Ｂに示すように、角度θｓが４２°以下であれば、差ΔＬＡを０ｄＢ以下にでき、従来の遠心ファンよりも低騒音であることが確認できる。従って、遠心ファン１００は、４５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下の外径Ｄ２を有する羽根車１０１を備え、角度θｓを４２°以下にすることで、高効率かつ低騒音を実現できる。

中でも、図１０Ａに示すように、角度θｓが２７°以上３８°以下であれば、比ΔＬをより小さくでき、より駆動力を小さくできることが確認できる。また、図１０Ｂに示すように、角度θｓが２７°以上３５°以下であれば、差ΔＬＡをより小さくでき、低騒音にできることが確認できる。これらの範囲のうち、特に、角度θｓを３０°以上３５°以下にすることで、特に高効率にでき、かつ特に低騒音にでき、角度θｓを３３°にすることで、最も高効率にでき、かつ最も低騒音にできる。。

図１１Ａは、別の実施形態において、数値流体解析によって計算された角度θｓ＋の定量的な効果を説明する図であり、軸動力の比を示すグラフである。図１１Ｂは、別の実施形態において、数値流体解析によって計算された角度θｓ＋の定量的な効果を説明する図であり、騒音の差を示すグラフである。計算モデルは、上記図１０Ａ及び図１０Ｂに示した実施形態と同様である。図１１Ａ及び図１１Ｂに示す実施形態では、角度θｓ＋のみを変更して、その他の形状及びパラメータは同一である。角度θｓは４２°（比ΔＬは１００％、差ΔＬＡは０ｄＢ）、長さＺｓと外径Ｄ２との比（後記する比Ｚｓ／Ｄ２）は１９％である。縦軸の計算方法は、図１０Ａ及び図１０Ｂに示した実施形態と同様である。

図１１Ａに示すように、角度θｓ＋が９°以上であれば、比ΔＬを１００％以下にでき、従来の遠心ファンよりも小さい駆動力、即ち、高効率であることが確認できる。また、図１１Ｂに示すように、角度θｓ＋が１０°以上であれば、差ΔＬＡを０ｄＢ以下にでき、従来の遠心ファンよりも低騒音であることが確認できる。従って、遠心ファン１００は、４５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下の外径Ｄ２を有する羽根車１０１を備え、角度θｓ＋を１０°以上にすることで、高効率かつ低騒音を実現できる。

中でも、図１１Ａに示すように、角度θｓ＋が４２°以下であれば、比ΔＬをより小さくでき、より駆動力を小さくできることが確認できる。この場合の角度θｓ＋の下限は、例えば３２°である。また、図１１Ｂに示すように、角度θｓ＋が４２°以下であれば、差ΔＬＡをより小さくでき、低騒音にできることが確認できる。この場合の角度θｓ＋の下限は、例えば３０°である。従って、特に、角度θｓ＋を３２°以上４２°以下にすることで、特に高効率にでき、かつ特に低騒音にできる。

図１２Ａは、別の実施形態において、数値流体解析によって計算された長さＺｓと外径Ｄ２との比の定量的な効果を説明する図であり、軸動力の比を示すグラフである。図１２Ｂは、別の実施形態において、数値流体解析によって計算された長さＺｓと外径Ｄ２との比の定量的な効果を説明する図であり、騒音の差を示すグラフである。計算モデルは、上記図１０Ａ及び図１０Ｂに示した実施形態と同様である。図１２に示す実施形態では、長さＺｓ（図９）と外径Ｄ２（図７）との比のみを変更して、その他の形状及びパラメータは同一である。ここでいう比は、長さＺｓを外径Ｄ２で除算して得られた値（比Ｚｓ／Ｄ２）である。図１２Ａ及び図１２Ｂに示す実施形態は、羽根車１０１の外径Ｄ２に対して、変曲点Ｃがハブ２とシュラウド３との間でどの高さ位置に存在するのが好ましいかを検討する。角度θｓは４２°（比ΔＬは１００％、差ΔＬＡは０ｄＢ）、角度θｓ＋は３５°である。縦軸の計算方法は、図１０及び図１１に示した実施形態と同様である。

図１２Ａに示すように、横軸の比Ｚｓ／Ｄ２が１８．８以上２２．６以下であれば、比ΔＬを１００％以下にでき、従来の遠心ファンよりも小さい駆動力、即ち、高効率であることが確認できる。また、図１２Ｂに示すように、比Ｚｓ／Ｄ２が１９．５以上２２．３以下であれば、差ΔＬＡを０ｄＢ以下にでき、従来の遠心ファンよりも低騒音であることが確認できる。従って、遠心ファン１００は、４５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下の外径Ｄ２を有する羽根車１０１を備え、比Ｚｓ／Ｄ２が１９．５以上２２．３以下であることで、高効率かつ低騒音を実現できる。

中でも、図１２Ａに示すように、比Ｚｓ／Ｄ２が１９．７以上２１．５以下であれば、比ΔＬをより小さくでき、より駆動力を小さくできることが確認できる。また、図１２Ｂに示すように、比Ｚｓ／Ｄ２が２０．２以上２１．６以下であれば、差ΔＬＡをより小さくでき、低騒音にできることが確認できる。これらの範囲のうち、特に、比Ｚｓ／Ｄ２を２０．２以上２１．５以下にすることで、特に高効率にでき、かつ特に低騒音にできる。

以上説明した本開示の遠心ファン１００及び室内機３００によれば、シュラウド３の内縁８から内側の翼１では、２つの所定高さ位置における断面形状が重なりかつ一致する２二次元形状とし、翼１の出口角をハブ２側からシュラウド３側にかけて漸近的に小さくなる断面にすることで、ハブ２と翼１とを一体成型できる。これにより、製造コストを低減できる。さらに、シュラウド３と変曲点Ｃとの間の後縁ＴＥの形状を上記説明した形状にすることで、翼１出口での逆流を抑制できる。これにより、翼１出口での気体の速度分布を均一化でき、空気調和機４００の高効率化及び低騒音化を図ることができる。

１ 翼
１０ 金型
１００ 遠心ファン
１０１ 羽根車
１１ 金型
１Ａ 断面
１ａ 部分
１Ｂ 断面
１ｂ 部分
１Ｃ 断面
２ ハブ
２００ 筐体
３ シュラウド
３００ 室内機
３１ 吸込口
４００ 空気調和機
４１ 吸込口
６ 吹出口
６１ 出口
８ 内縁
Ａ 交点（第２交点）
Ｂ 交点（第１交点）
Ｃ 変曲点
ＰＳ 圧力面
ＲＳ 天井面
Ｓ 流れ
ＳＳ 負圧面
ＴＥ 後縁
Ｚｓ 長さ
β２Ａ 角度
β２Ｂ 角度
β２Ｃ 角度
βｂ２Ａ 出口角
βｂ２Ｂ 出口角
βｂ２Ｃ 出口角
ΔＬ 比
ΔＬＡ 差
θｓ 角度（第１角度）
θｓ＋（第２角度）

Claims (9)

1. ハブと、
   気体の吸込口を備えるシュラウドと、
   前記ハブと前記シュラウドとの間に配置される複数の翼と、を備える羽根車を備え、
   前記翼は、
   前記吸込口の縁より内側では、同一の前記翼について、前記ハブ側と前記シュラウド側との間での少なくとも２つの所定高さ位置における断面の形状が重なりかつ一致するように構成されるとともに、
   前記ハブ側から前記シュラウド側に向かって小さくなるように出口角を有し、
   所定の前記翼のうち、前記羽根車の回転方向とは反対側の後縁と前記シュラウドとの第１交点は、前記後縁と前記ハブとの第２交点よりも反回転側に配置され、
   前記後縁上で前記第１交点と前記第２交点との間に配置される変曲点は、前記第１交点と前記第２交点とを通る直線よりも回転方向側に配置される
   ことを特徴とする遠心ファン。
2. 前記羽根車は、４５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下の外径を有し、
   前記第２交点と前記変曲点とを通る直線と、前記第２交点を通り前記羽根車の回転軸と平行な直線と、のなす第１角度が４２°以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の遠心ファン。
3. 前記第１角度は３０°以上３５°以下である
   ことを特徴とする請求項２に記載の遠心ファン。
4. 前記羽根車は、４５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下の外径を有し、
   前記第２交点と前記変曲点とを通る直線と、前記第１交点と前記変曲点とを通る直線とのなす第２角度が１０°以上である
   ことを特徴とする請求項１に記載の遠心ファン。
5. 前記第２角度は３２°以上４２°以下である
   ことを特徴とする請求項４に記載の遠心ファン。
6. 前記羽根車は、４５０ｍｍ以上５００ｍｍ以下の外径を有し、
   前記ハブと前記変曲点との間の長さを、前記羽根車の外径で除算して得られる値が１９．５以上２２．３以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の遠心ファン。
7. 前記ハブと前記翼とは一体成型物である
   ことを特徴とする請求項１に記載の遠心ファン。
8. 前記翼は、前記吸込口の縁より外側では、同一の前記翼についての前記断面が少なくとも２つの方向に延在するように構成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の遠心ファン。
9. 駆動によって空気を吹き出す遠心ファンを備える室内機を備え、
   前記遠心ファンは、
   ハブと、
   気体の吸込口を備えるシュラウドと、
   前記ハブと前記シュラウドとの間に配置される複数の翼と、を備える羽根車を備え、
   前記翼は、
   前記吸込口の縁より内側では、同一の前記翼について、前記ハブ側と前記シュラウド側との間での少なくとも２つの所定高さ位置における断面の形状が重なりかつ一致するように構成されるとともに、
   前記ハブ側から前記シュラウド側に向かって小さくなるように出口角を有し、
   所定の前記翼のうち、前記羽根車の回転方向とは反対側の後縁と前記シュラウドとの第１交点は、前記後縁と前記ハブとの第２交点よりも反回転側に配置され、
   前記後縁上で前記第１交点と前記第２交点との間に配置される変曲点は、前記第１交点と前記第２交点とを通る直線よりも回転方向側に配置される
   ことを特徴とする空気調和機。

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