JP5425270B2 - ターボファンおよび空気調和機 - Google Patents
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Description
このようにターボファンを形成することで、流入空気の軸方向の速度成分が特に大きくなる羽根前縁側におけるシュラウド側の端部が、回転方向A側へ傾斜されて、流入する空気の流入方向に沿うようになるので、反回転方向側に生じやすい剥離を防ぎ、性能向上及び騒音の低減を図ることができる。
このようにターボファンを形成することで、羽根車出口における気流速度差に起因する乱流騒音を低減することができる。
このようにターボファンを形成することで、後縁部が直線状のものに対し後縁部での流れの合流に伴う空気流の圧力勾配及び速度欠損が小さくなり、乱れが抑制され低騒音化を図ることができる。
(i)特許文献1に開示されたターボファンは、羽根は前縁から後縁に渡り主板との接合端部に対し側板側の接合端部の位置が回転方向Aにオフセットし、シュラウド側羽根前縁が回転方向A側へ傾斜している。このため、流入する空気の流入方向に沿うようになるので、シュラウド側羽根前縁の反回転方向面側に生じやすい剥離を防ぐことができる。
しかし、羽根全体が回転方向A側に傾斜しているため、吸込流れが下流側へ向かうとき、主板側へ流れ易く、羽根側板側後縁部の近傍で剥離が生じて乱れや低風速域発生により風速分布が不均一となりうる。
また、羽根の回転方向A面は主板に対し鋭角で接合されているため、この接合部(角部)に流れが集中し易く、主板側の吹出風速も増加傾向となりうる。
そのため、乱れ発生や風速分布の不均一により、騒音悪化を招いてしまう。
さらに、羽根の回転軸に直交する水平断面において、回転中心Oを中心に任意同一半径における羽根の肉厚は、羽根車の高さ方向でほぼ同一のため、ABSやPsなど熱可塑性樹脂を材料に成形する場合、羽根は中実となるため重量が増加するおそれがある。
このため、羽根の回転方向A面は流れが主板側および側板側に集中し、中央付近が流れ難くなる。また、羽根の半回転方向A面は回転方向A面と略同一の略く字形状のため、隣り合う羽根の翼間距離は、羽根車の高さ方向で同一であり、回転方向A面で主板側および側板側に流れが集中する。このため、高さ方向の中央付近で流れが不安定となり剥離し、騒音悪化を招くおそれがある。
さらに、羽根の回転軸に直交する水平断面において、回転中心Oを中心に任意同一半径における羽根の肉厚は、羽根車の高さ方向でほぼ同一のため、ABSやPsなど熱可塑性樹脂を材料に成形する場合、羽根は中実となるため重量が増加するおそれがある。
また、主板側前縁裾野部(主板とのなす角が鈍角)を具備するので、主板近傍に流入する流れは、前記湾曲の中央付近(主板側前縁垂直部と主板側前縁傾斜部との接合位置に略相等する)に流れることから、主板側への流れの集中を回避することができる。よって、全体的に風速を均一化することが可能になる。
以上のように、本発明にかかるターボファンは、羽根間の通過風速の均一化、および羽根表面での剥離が防止可能になるため、低騒音化を図ることができる。
図1は本発明の実施の形態1に係る空気調和機を模式的に示す縦断面図である。図1において、天井埋込形空気調和機100は、部屋17の天井面18に形成された凹部19に埋め込まれるものであって、空調機本体10と、空調機本体10内に収納されたターボファン1および熱交換器16とを有している。
空調機本体10は、断面矩形状の筒体を形成する本体側板10bと、該筒体の一方の端面を塞ぐ矩形状の板材からなる本体天板10aと、から形成された函体であって、該函体の開口部(本体天板10aに対向する面)には、化粧パネル11が着脱自在に取付けられている。すなわち、本体天板10aは天井面18よりも上方に位置し、化粧パネル11は天井面18と略同一面に位置している。
一方、化粧パネル11の各辺に沿って、すなわち、吸込グリル11aを包囲するように、空気の吹出口であるパネル吹出口11bが形成され、パネル吹出口11bには吹き出す空気の方向を調整する風向ベーン13が設置されている。
そして、吸込グリル11aとターボファン1との間には、前者から後者に向かう吸込風路を形成するベルマウス14が配置され、ターボファン1の外周側を囲むように(例えば、平面視で略C字形状に)熱交換器16が配置されている。
熱交換器16は、略水平に所定の間隔を空けて配置されたフィンと、該フィンを貫通する伝熱管と、を有し、該伝熱管は室外機に接続配管(何れも図示しない)によって接続さ、冷却された冷媒または加熱された冷媒が供給される。
そして、ターボファン1では、下方から略上方に向かって吸い込まれた空気が、略水平方向に吹き出される。そうすると、吹き出された空気は、熱交換器16を通過しながら熱交換あるいは湿度調整された後、流れ方向を略下方に変更して、パネル吹出口11bから部屋17へ向けて吹き出される。このとき、パネル吹出口11bにおいて風向ベーン13によって風向が制御される。
すなわち、ターボファン1の本体吸込口10c側、又はパネル吹出口11b側、又は両方に通風可能な圧損体を有し、吸込口配設される圧損体が例えばフィルタ12の場合、長時間運転でホコリが堆積し通風抵抗が増加しても、羽根前縁4aが湾曲しているので剥離しづらく長時間運転でも低騒音を維持することができる。また、パネル吹出口11bに配設される圧損体が例えば熱交換器16や加湿ロータの場合、風速分布が均一なため熱交換器16や加湿ロータ全体で有効に熱交換や湿度放出ができる。また、熱交換器16が略四角形状でターボファン1と熱交換器16との距離が不均一であっても剥離しないため低騒音化を図ることができる(これについては、別途詳細に説明する)。
図2〜図15は本発明の実施の形態2に係るターボファンを模式的に説明するものであって、図2は斜視図、図3は平面図、図4の(a)は一部を断面にした拡大側面図(図3に示す矢印B方向視)、図4の(b)は一部を断面にした拡大側面図(図3に示す矢印C方向視)、図5の(a)は羽根前縁を模式的に示す斜視図、図5の(b)は羽根後縁を模式的に示す斜視図、図6〜図10はそれぞれ平面視の断面図、図11〜図13はそれぞれ側面視の断面図、図14は羽根後縁を示す側面図、図15は羽根後縁を示す展開図である。
以下、ターボファン1として、空気調和機100(実施の形態1)に搭載されたものについて説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、各種空気調和機や各種機器における送風手段として搭載されるものである。
なお、理解を容易にするため、図中上方を部屋17側にしている。すなわち、ターボファン1を天井面18から取り外し、本体天板10aを床面に載置し、本体吸込口10cを上にした状態に相等するから、図中上方から図中下方に向かって空気が吸い込まれることになっている。また、各図において同じ部分または相等する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図2〜図5において、ターボファン1は、外周部が平坦で中央部が山状に突出した回転体である主板2と、主板2に対向した略円環状のシュラウド3と、一方の端部が主板2に、他方の端部がシュラウド3に接合された(一体的に形成されたに同じ)複数枚の羽根4と、から形成されている。
なお、図2および図3において斜線部は、シュラウド3を羽根4から剥ぎ取った際の状態、すなわち、シュラウド3と羽根4との接合境界面を示している。
シュラウド3は上縁がファン吸込口1aを形成し、ファン吸込口1aから下方になる程(主板2に近づく程)、内径が大きくなっている。
そして、シュラウド3の下縁(内径が最も大きくなっている。(以下、「シュラウド外周」と称す)3bと、これに対向する主板2の外周(以下、「主板外周」と称す)2bと、一対の羽根4の最も回転中心Oから離れた羽根後縁4bと、の4者は、同一の仮想円筒面(以下、「仮想外周円筒」と称す)上に位置し、ファン吹出口1bが形成されている(正確には、一対の羽根4に挟まれて形成されるから、羽根が7枚の場合、円周上に7箇所のファン吹出口1bが形成されている)。
図2〜図5において、羽根4の羽根前縁4aは、回転中心Oから所定の距離に位置し、羽根後縁4bは仮想外周円筒上に位置し、羽根前縁4aと羽根後縁4bとを結ぶ仮想線(以下、「弦線」と称している)は、回転中心Oからの放射線に対して傾斜している。
なお、以下の説明の便宜上、羽根後縁4bから遠ざかる方向を「回転方向A(図中、矢印Aにて示す)」と、羽根前縁4aから遠ざかる方向を「反回転方向」と称す。
また、羽根4の回転中心Oに近い方の面である羽根内面(負圧面に相当する)4dは、羽根外面4cと所定の間隔(羽根4の厚さに相等する)をとりながら同様の形態を呈している。このとき、前記所定の間隔(羽根4の厚さに相等する)は、羽根前縁4aと羽根後縁4bとの中間で厚くなり、両縁部に向かって徐々に薄くなっている。すなわち、断面が翼形状に近似している。
なお、主板2に平行な面における、羽根外面4cと羽根内面4dとの中央位置を示す線を「水平反り線P」と称し、羽根前縁4aの端点と、羽根後縁4bの端点とを結ぶ直線を「水平弦線S」と称す。
図4の(a)は羽根4を回転中心Oから半径方向に向かって(図3において示す矢印Bの方向、水平弦線S1に垂直な方向に概略同じ)見、図4の(b)は羽根4を水平弦線S1の方向(図3において示す矢印Cの方向)に見ている。
羽根前縁4aは、主板2からシュラウド3に向かって、主板側羽根前縁4a1と、突出羽根前縁4a3と、シュラウド側羽根前縁4a2と、に大きく分けられる。そして、主板側羽根前縁4a1は、主板2に垂直な範囲である主板側前縁垂直部40a1と、主板2に近接した所定範囲である主板側前縁裾野部41a1と、主板側前縁垂直部40a1と前縁湾曲点4hにおいて折れ曲がり、突出羽根前縁4a3に繋がる主板側前縁傾斜部42a1と、に分けられる。
なお、主板側羽根前縁4a1等の大きな区分け、あるいは、主板側前縁垂直部40a1等の小さな区分けは、説明の便宜であって、相互の境界が明りょうに表れるものではなく、また、それぞれの範囲が限定されるものではない。
そして、主板側前縁傾斜部42a1は前縁湾曲点4hにおいて折れ曲がって、羽根後縁4bとは反対の方向に前進(羽根の幅が広くなる方向)し位置し、やがて、突出羽根前縁4a3に繋がっている。
突出羽根前縁4a3は略円弧状であって、突出羽根前縁4a3のシュラウド3側は、シュラウド側羽根前縁4a2に繋がっている。
シュラウド側羽根前縁4a2は、羽根後縁4bに近づく程、主板2から離れ、やがて、シュラウド3にシュラウド側前縁端点4gにおいて接続している。
羽根後縁4bは、主板外周2bとシュラウド外周3bとが形成する仮想円筒(仮想外周円筒)上に位置し、主板2からシュラウド3に向かって、主板側羽根後縁4b1と、シュラウド側羽根後縁4b2と、分けられる。主板側羽根後縁4b1は、主板2に垂直な範囲である。シュラウド側羽根後縁4b2は、主板2からの距離が略同じである後縁湾曲点4jにおいて折れ曲がり、シュラウド3に近づく程、反回転方向(羽根4の幅が拡がる方向)に位置し(「後退する」に同じ)、やがて、シュラウド3にシュラウド側後縁端点4b22において接続している。
次に、羽根の断面形状について詳細に説明する。図6〜図10は主板2に平行な面における羽根断面を示している。
図6は前縁湾曲点4hにおける断面、すなわち、主板側前縁垂直部40a1(羽根前縁4aの主板2に垂直な範囲に同じ)と、後縁湾曲点4j(羽根後縁4bの主板2に垂直な範囲に同じ)とを示している。
前縁湾曲点4hは回転中心Oから距離R(4h)に位置している。また、後縁湾曲点4jは、前縁湾曲点4hに対して反回転方向に角度θ(4j)だけ遅れた位置で、仮想外周円筒上(回転中心Oから距離R(4j))に位置している。
そして、羽根外面4c1は、回転中心Oから遠い方向に突出する凸面に形成されている。一方、羽根内面4d1は、前縁湾曲点4hに近い(前縁4aに近いに同じ)範囲では、回転中心Oに近い方向に突出する凸面に形成され、後縁湾曲点4jに近い(後縁4bに近いに同じ)範囲では、回転中心Oから遠ざかる方向に後退する凹面に形成されている。
すなわち、羽根外面4c1を円弧とみなした場合(実際は円弧でない)の曲率半径は、羽根内面4d1を円弧とみなした場合(実際は円弧でない)の曲率半径よりも小さくなっているから、水平断面において、羽根外面4c1の方が羽根内面4d1より、大きく反っていることになる。
このとき、羽根外面4c1と羽根内面4d1との中央を結ぶ線を「水平反り線P1」と、前縁湾曲点4hと後縁湾曲点4jとを結ぶ直線を「水平弦線S1」と称している。
図7の(a)は主板側羽根前縁4a1と主板2との接合部の断面形状、すなわち、主板側前縁端点4a11および主板側後縁端点4b11における断面を示し、図7の(b)はその一部を拡大した拡大断面図である。
主板側前縁端点4a11は前縁湾曲点4hに対して、より外周側で回転方向Aに進んだ位置(「前進する」に同じ)にある。すなわち、回転中心Oから、距離R(4h)よりも大きな距離R(4a11)に位置し、回転方向Aに角度θ(4a11)だけ進んでいる。また、主板側後縁端点4b11は後縁湾曲点4jと同じ位相に位置している。したがって、当該位置における羽根4の幅は角度θ(4a11)に相等する分だけ幅が広いことになる。
そして、羽根外面4c11は、回転中心Oから遠い方向に突出する凸面に形成されている。このとき、羽根外面4c11の主板側前縁端点4a11に近い所定範囲は、羽根内面4d1(主板2に垂直な範囲)から外れ(偏位し)、主板側前縁端点4a11から離れた範囲は、主板2に垂直であって、羽根外面4c1に同じになっている。
同様に、羽根内面4d11は、主板側前縁端点4a11に近い所定範囲は、回転中心Oに近づく方向に突出する凸面に形成され、主板側前縁端点4a11から離れた範囲は、主板2に垂直であって、羽根内面4d1に同じになっている。
そして、羽根外面4c11と羽根外面4c1、および羽根内面4d11と羽根内面4d1とは滑らかに繋がり、主板側前縁裾野部41a1を形成している。
図8は突出羽根前縁4a3における断面であって、シュラウド側後縁端点4b22における断面を示している。
突出羽根前縁4a3は前縁湾曲点4hに対して、より外周側で回転方向Aに進んだ位置にある。このとき、突出羽根前縁4a3の最も外周に位置する(回転方向Aに最も進んだ位置に同じ)突出前縁端点4fは、回転中心Oから、距離R(4h)よりも大きな距離R(4f)に位置し、回転方向Aに角度θ(4f)だけ進んでいる。
すなわち、主板2から離れるに伴って、主板側前縁傾斜部42a1および突出羽根前縁4a3は、前縁湾曲点4hに対して徐々に「外周側かつ回転方向A側」に位置しながら、最も回転方向Aに進んだ位置である突出前縁端点4fに繋がっている。
したがって、当該位置における羽根4の幅は角度「θ(4f)+θ(4b22)」に相等する分だけ、前縁湾曲点4h(前縁湾曲点4hに同じ)における断面の幅より、幅が広いことになる。
そして、羽根外面4c3は、回転中心Oから遠い方向に突出する凸面に形成されている。一方、羽根内面4d3は、突出前縁端点4fに近い(前縁4aに近いに同じ)範囲では、回転中心Oに近い方向に突出する凸面に形成され、シュラウド側後縁端点4b22に近い(後縁4bに近いに同じ)範囲では、回転中心Oから遠ざかる方向に後退する凹面に形成されている。
このとき、羽根外面4c3と羽根内面4d3との中央を結ぶ線を「水平反り線P3」と突出前縁端点4fとシュラウド側後縁端点4b22とを結ぶ直線を「水平弦線S3」と、称す。
図9はシュラウド側羽根前縁4a2における断面である。図9において、シュラウド側羽根前縁4a2の所定の位置4iを、回転中心Oからの距離を距離R(4i)、突出前縁端点4fに対して反回転方向に後退する角度を角度θ(4i)とすると、位置4iが突出前縁端点4fから離れる程、反回転方向に後退し、且つ、主板外周2bに位置している。
すなわち、位置4iが主板2から離れる程(シュラウド3に近づく程に同じ)、角度θ(4i)および距離R(4i)が徐々に大きくなっている。したがって、羽根外面4cおよび羽根内面4dのシュラウド側羽根前縁4a2に近い範囲は、略円弧状に曲げられた略三角形状を呈している。
そして、位置4iを含む断面における羽根外面4cおよび羽根内面4dを示す線を、羽根外面4c2および羽根内面4d2とし、羽根外面4c2と羽根内面4d2との中央を結ぶ線を「水平反り線P2」としている。このとき、位置4iを含む断面の回転中心Oから遠い側は、シュラウド3に接しているから、位置4iが主板2から離れる程、水平反り線P2の長さは短くなる。
図10はシュラウド側羽根前縁4a2における断面である。図9において、シュラウド側前縁端点4gは、回転中心Oから距離R(4g)で、突出前縁端点4fに対して反回転方向に角度θ(4g)だけ後退している(遅れている)。すなわち、「R(4i)<R(4g)、θ(4i)<θ(4g)」の関係にある。
以上をまとめると、次の関係がある。
「R(4a11)>R(4h)」、
「R(4h)<R(4f)<R(4i)<R(4g)」、
「θ(4a11)≠0」、
「θ(4f)≠0」、
「0≠θ(4i)<θ(4g)」。
図11は羽根前縁4aにおける反りを説明する断面図であって、前縁湾曲点4hを通過する主板2に垂直な面の断面(正確には、主板2および水平弦線S1(図6参照)に垂直な断面)を示している。
図11において、前縁湾曲点4hを通過する主板2への垂線を「垂線Q(4h)」とし、説明の便宜上、位置4iが、たまたま垂線Q(4h)上に位置しているとしている。そして、羽根外面4cと羽根内面4dとの中央線(図中、一点鎖線にて示す)を「垂直反り線Q(4i)」と称し、垂直反り線Q(4i)の主板2との交点を、主板側前縁反り点4a12とする。
したがって、垂直反り線Q(4i)は、主板2に近い主板側前縁裾野部41aに相等する範囲において、主板2から離れる程、内側に傾いている。そして、主板2からより離れた主板側前縁垂直部40a1においては、主板2に垂直であるから、垂線Q(4h)に一致している。
さらに、主板側前縁傾斜部42a1においては、垂直反り線Q(4i)は垂線Q(4h)に対して主板2から離れる程、外側に傾斜し、該傾斜は主板2から離れる程、徐々に大きくなり、突出羽根前縁4a3において略一定の反り角度α(4i)になっている。
したがって、羽根4は羽根前縁4aの近くにおいて、羽根外面4cの方が羽根内面4dよりも大きく反っている(円弧に近似した場合、前者の曲率半径が後者の曲率半径より小さくなっている)。
図12は羽根中間部における反りを説明する断面図であって、シュラウド側前縁端点4gを通過する主板2に垂直な面の断面(正確には、主板2および水平弦線S1(図6参照)に垂直な断面)を示している。
図12において、シュラウド側前縁端点4gを通過する主板2および水平弦線S1な面内にあって、主板2からの距離が前縁湾曲点4hと同じである位置を「中間湾曲点4e」としている。
このとき、羽根4の中間部は、中間湾曲点4eを境に、主板2に近い主板側羽根中間部4e1と、シュラウド3側のシュラウド側羽根中間部4e2と、に大きく分けられる。また、主板側羽根中間部4e1は、主板2に近接した所定範囲である主板側中間裾野部41e1と、主板2から離れた、主板2に垂直な範囲である主板側中間垂直部40e1と、に小さく分けられる。
羽根外面4cの主板2に近い主板側中間裾野部41e1の範囲では、垂直反り線Q(4g)は、主板2から離れる程、内側(図中、右側)に傾いているから、主板2とのなす傾斜角度β(4a13)は鈍角(β(4a13)>90°)である。一方、羽根内面4dの主板側中間垂直部40e1に相等する範囲は、主板2の略垂直であるから、主板2とのなす傾斜角度δ(4a13)は略90°(δ(4a13)≒90°)である。
さらに、シュラウド側羽根中間部4e2においては、垂直反り線Q(4g)は垂線Q(4h)に対して主板2から離れる程、外側に傾斜し、該傾斜は主板2から離れる程、徐々に大きくなり、シュラウド3に近い範囲では、略一定の反り角度α(4g)になっている。
すなわち、羽根4は回転中心O(羽根前縁4a)に近づく略、主板2から離れた範囲の反り角度が徐々に大きくなっている。
(イ)羽根前縁4aに近い範囲は、平面視において、羽根外面4c1の方が羽根内面4d1よりも大きく反っている形態(前者の曲率半径の方が後者の曲率半径よりも小さいに相等する)のため、ターボファン1が誘引する吸込流れの誘引を促進している。
(ロ)主板側前縁端点4a11が、平面視において、主板側前縁端点4a11が主板側前縁垂直部40a1(前縁湾曲点4hに同じ)よりも回転方向Aに前進して回転中心Oよりも遠くに位置し、側面視において、主板側前縁裾野部41a1と主板2とがなす傾斜角度β(4a12)が鈍角であるから、主板2の近傍に流入する流れは主板2及び凹形状に湾曲する羽根車高さ方向の中央付近の最もへこむ部分とに流れることで主板2側への流れの集中を回避し全体的に風速を均一化している。
(ニ)側面視において、垂直反り線Q(4i)の反り角度α(4i)は、回転方向A側になる程(回転中心Oに近づく程)、大きくなる(α(4i)>α(4g))から、シュラウド側羽根前縁4a2および突出羽根前縁4a3は、回転方向A側になる程、反っている(傾斜している)。
また、平面視において、突出前縁端点4fが前縁湾曲点4hよりも回転方向Aに前進して回転中心Oよりも遠くに位置し、側面視において、突出前縁端点4fが主板側前縁垂直部40a1(前縁湾曲点4hに同じ)よりも回転方向Aに前進しているから、突出前縁端点4fを頂点とし、シュラウド側羽根前縁4a2と、突出羽根前縁4a3(主板側前縁傾斜部42a1を含む)を二辺とする「三角翼形状」が形成される。
(ヘ)以上の結果、羽根4間の通過風速の均一化及び羽根表面における剥離を防止することが可能になるため、低騒音化を図ることができる。
図13は羽根の断面構造を模式的に説明する断面図である。羽根4は、前縁湾曲点4hおよび後縁湾曲点4jを結ぶ線よりも主板2側の範囲において、羽根内面4dは主板に略垂直であるのに対し、羽根外面4cは主板2から離れる程、回転中心O側に傾いている。すなわち、羽根内面4dと羽根外面4cとの距離である羽根厚さは、主板2から遠ざかる程、薄くなっている(先細りに同じ)。
このことは、一方の羽根4の羽根外面4cと羽根4に隣接する他方の羽根の羽根内面4dとの距離が、主板2から離れる程、広くなっていることに同じであるから、主板2側への流れの集中を回避することができ、風速が均一化され、低騒音化を図ることができる。
また、羽根4は、主板2の下面に開口する空洞4vが内部に形成された中空構造になっている。したがって、羽根4を中実構造にした場合に比べ、軽量化を促進することができる。また、羽根4の主板2に近い範囲を、主板2あるいはシュラウド3と略同じ厚さの板状部材からなる二枚構造にするから、ターボファン1を一体的に樹脂成形することが容易になる。
図14および図15は羽根後縁を模式的に説明するものであって、図14は側面図、図15は外周仮想円筒を平面に展開した展開図である。
図14および図15において、羽根後縁4bは、仮想外周円筒(主板外周2bとシュラウド外周3bとを結ぶ仮想円筒に同じ)上に位置している。そして、主板2寄りであって、主板2に対して傾斜の少ない主板側羽根後縁4b1と、シュラウド3寄りであって、シュラウド3に近づく程、反回転方向に位置する(後退する)シュラウド側羽根後縁4b2とに、概略分けることができる。なお、両者の境界は明りょうでなく、該境界の位置は限定するものではない。
また、シュラウド側羽根後縁4b2に相等する範囲において、羽根外面4cとシュラウド3とがなす角度を傾斜角度β(4b2)と、羽根内面4dとシュラウド3とがなす角度を傾斜角度δ(4b2)とする。このとき、傾斜角度β(4b2)と傾斜角度δ(4b2)は略同じであるから、シュラウド側羽根後縁4b2は略矩形状を呈している。
同様に、主板側羽根後縁4b1の主板2に近い範囲の羽根内面4dを直線近似し、シュラウド側羽根後縁4b2のシュラウド3に近い範囲の羽根内面4dを直線近似し、かかる2本の直線の交点を「内面後縁湾曲点4kd」とすると、羽根内面4dは、内面後縁湾曲点4kdを中心に、湾曲角度φ(4kd)でもって湾曲している。このとき、
「φ(4kc)=β(4b1)+β(4b2)」、
「φ(4kd)=δ(4b1)+δ(4b2)」、
「180°>φ(4kc)>φ(4kd)」、
の関係がある。さらに、外面後縁湾曲点4kcが、内面後縁湾曲点4kdよりも回転方向Aに前進した位置になっている。
(あ)羽根外面4cにおいて、羽根4が外面後縁湾曲点4kcで湾曲し、シュラウド側羽根後縁4b2に対し主板側羽根後縁4b1は直立形態である。したがって、全体が回転方向Aに対し後退する形状で、主板2からシュラウド3側への圧力勾配により流れの一部がシュラウド3側へ向かう際、主板2側がシュラウド3側に対し相対的に圧力上昇する。このため、さらにシュラウド3側へ流れを誘引し、通風抵抗が変動してもシュラウド側羽根後縁4b2での剥離域が生じづらくなる。
(い)前記のように、主板側羽根後縁4b1は主板2に近い方が広い略台形状を呈、羽根外面4cが主板2に略垂直で、羽根内面4dが傾斜しているから、流れが集中しやすい主板2側へ向かう流れの一部が、内面後縁湾曲点4kdやシュラウド3方向へ向かうようになる。その結果、ファン吹出口1bで局所的な高速流がなくなり、風速分布が均一化すると共に、通風抵抗の変動に対しても流れが安定する。よって、低騒音で外乱に強く品質安定性が良くなる。
したがって、角度θ2が小さ過ぎると、羽根外面4cの主板2側に向かう流れが集中する。一方、角度θ2が大き過ぎると、シュラウド3側に流れが誘引され過ぎ、シュラウド3側の風速が高くなり、風速分布が不均一となるため騒音悪化してしまう。すなわち、角度θ2が前記範囲(5°<θ2<10°)であれば、風速分布が均一化され、目だった高速域が無くなるため低騒音化を図ることができる。
Claims (9)
- 中心に回転中心と、該回転中心の近くに形成された突出するボスと、を具備する円盤状の主板と、該主板に対向して配置され、前記主板に近づく程、内径が拡大する拡径部を具備する筒状のシュラウドと、両端がそれぞれ前記主板と前記シュラウドとに接合された複数枚の羽根と、を有するターボファンであって、
前記羽根の羽根前縁が前記羽根の羽根後縁よりも回転中心に近い位置で、回転方向に前進して位置し、
前記羽根の回転中心から遠い面である羽根外面は、前記回転中心から遠ざかる方向に突出する凸面に形成され、
前記羽根前縁は、前記主板に近い主板側羽根前縁と、前記シュラウドに近いシュラウド側羽根前縁と、前記主板側羽根前縁と前記シュラウド側羽根前縁との間に形成された突出羽根前縁と、に区分され、
前記主板側羽根前縁の前記主板に近い範囲である主板側前縁裾野部よりも前記主板から離れた範囲は、前記主板に垂直な主板側前縁垂直部を形成し、
該主板側前縁垂直部よりも前記主板から離れた範囲は、前記主板側前縁垂直部に対して、前記主板から遠ざかる程、前記羽根後縁から遠ざかりながら前記回転中心から遠ざかるように傾斜した主板側前縁傾斜部を形成し、
前記突出羽根前縁の突出前縁端点よりも前記主板に近い範囲は、前記主板側前縁傾斜部に繋がって、前記主板から遠ざかる程、前記羽根後縁から遠ざかりながら前記回転中心から遠ざかり、
前記突出羽根前縁の突出前縁端点よりも前記主板から遠い範囲は、前記シュラウド側羽根前縁に繋がって、前記主板から遠ざかる程、前記羽根後縁に近づきながら前記回転中心から遠ざかることを特徴とするターボファン。 - 前記主板側前縁裾野部は、前記主板に近づく程、前記羽根後縁から遠ざかりながら、前記回転中心から遠ざかるように傾斜することを特徴とする請求項1記載のターボファン。
- 前記主板に垂直な面における羽根外面と羽根内面との中央線である垂直反り線と、前記主板に垂直な垂線とが、前記主板から離れた範囲で形成する反り角度が、前記羽根後縁から遠ざかる程、徐々に大きくなることを特徴とする請求項1または2記載のターボファン。
- 前記羽根後縁は、前記主板に近い主板側羽根後縁と、前記シュラウドに近いシュラウド側羽根後縁とに区分され、
前記主板側羽根後縁は前記主板に略垂直で、
前記シュラウド側羽根後縁は、前記主板から遠ざかる程、徐々に前記羽根前縁から遠ざかるように傾斜していることを特徴とする請求項2または3記載のターボファン。 - 平面視において、前記主板側羽根後縁と前記主板との交点である主板側後縁端点と前記回転中心とを結ぶ放射線と、前記シュラウド側羽根後縁と前記シュラウドとの交点であるシュラウド側後縁端点と前記回転中心とを結ぶ放射線と、がなす角度が、5°〜10°で、前記主板側後縁端点と前記回転中心とを結ぶ放射線が、前記シュラウド側後縁端点と前記回転中心とを結ぶ放射線よりも反回転方向側の位置にあることを特徴とする請求項4記載のターボファン。
- 前記主板側前縁垂直部における前記羽根の水平弦線(S1)と、前記突出前縁端点における前記羽根の水平弦線(S3)とがなす角度が、0°〜10°で、前記主板の外周において、前記主板側前縁垂直部における前記羽根の水平弦線(S1)が前記突出前縁端点における前記羽根の水平弦線(S3)よりも回転方向に前進して位置することを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載のターボファン。
- 前記羽根は、前記主板を貫通して開口する空洞を具備する中空構造であって、前記羽根外面と前記羽根内面との距離は、前記主板から遠ざかる程、徐々に小さくなることを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載のターボファン。
- 前記羽根後縁の前記主板に近い範囲における前記一方の羽根の羽根外面と該一方の羽根に隣接する他方の羽根の羽根内面との羽根間隔が、前記羽根後縁の前記主板から遠い範囲における前記一方の羽根の羽根外面と該一方の羽根に隣接する他方の羽根の羽根内面との羽根間隔よりも、小さいことを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載のターボファン。
- 一方の面に、空気の吸込口および吹出口が形成された本体と、
前記吸込口に連通して前記本体内に配置された請求項1乃至8の何れかに記載のターボファンと、
該ターボファンと前記吹出口との間に配置された空気調和手段と、
を有することを特徴とする空気調和機。
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