JP5444108B2

JP5444108B2 - 遠心ファン及び空気調和機

Info

Publication number: JP5444108B2
Application number: JP2010099409A
Authority: JP
Inventors: 満義石嶋
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2030-04-23
Also published as: JP2011226448A

Description

本開示は遠心ファンと空気調和機に関する。

従来の送風機の形態として種々のものがあるが、その中で、ファンの軸方向から吸込んだ空気を半径方向に吹出す遠心ファンがある。この遠心ファンを備えた送風機は、例えば、空気調和機の室内機に配され、室内熱交換器に空気を送風し、熱交換された空気を室内へ吐出する作用をなす。

上記送風機の構成は、駆動電動機と、この駆動電動機の回転軸に嵌着される遠心ファンとからなる。この遠心ファンを選択することにより、空気調和機の室内機の薄形化が促進され、かつ熱交換器に対する熱交換量を確保できる。

上記遠心ファンは例えば、特許文献１のように、主板とシュラウドとの間に回転半径方向に沿って複数の翼が設けられ、この翼の後縁がシュラウド側から主板側にかけて略直線状に形成されている。

国際公開特許ＷＯ２００７／１１９５３２号

遠心ファンを用いた送風機を運転する場合、回転する遠心ファンの翼の後縁部において翼後流渦による騒音が発生する。特に、上記特許文献１のように翼の後縁がシュラウド側から主板側にかけて略直線状に形成された遠心ファンを用いる場合、翼後流渦による騒音が顕著となる。

本開示は上述した課題を解決するためなされたもので、円盤状の主板と、前記主板に対向して設けられたシュラウドと、前記主板と前記シュラウド間に跨って設けられた複数枚の翼を有する遠心ファンにおいて、前記翼の外周側に位置する後縁は翼の内周側に位置する前縁方向に凹陥した凹状部を有し、翼の主板側の後縁近傍が遠心ファンの反回転方向に湾曲し、後縁の主板側端部が後縁のシュラウド側端部に対し遠心ファンの反回転方向に突出して設けられた遠心ファンとする。

本発明の第１の実施の形態に係る遠心ファンの斜視図。本発明の第１の実施の形態に係る遠心ファンの翼拡大図。凹状部端点高さに対する騒音値の特性図。遠心ファンの翼後縁での翼後流渦の発生の様子を示す概略図。翼吐出整流部の水平断面形状図。翼吐出整流部の正圧面と負圧面の曲率半径に対する電動機負荷と風量の関係図。本発明の遠心ファンを備える空気調和機の室内機の断面図。

以下、図１乃至図７を用いて説明を行う。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る遠心ファン１の全体斜視図である。
本遠心ファン１は円盤状の主板２と、主板２と同一の外径を有する環状のシュラウド３と、主板２とシュラウド３間に跨った複数枚の翼４からなる。この翼４は内周側に位置する前縁５方向に凹陥した凹状部７を外周側に位置する後縁６に有している。主板２の内周側にはシュラウド３側に膨出し、駆動電動機２２（図７参照）の回転軸が係合するハブ２ａが一体に形成されている。
主板２と対向してシュラウド３が設けられており、この主板２とシュラウド３の間に翼４が内周側の前縁５から、外周側の後縁６にかけてを反回転方向に傾斜して設けられている。また、翼４の回転方向側の面が正圧面８であり、反回転方向側の面が負圧面９である。
遠心ファン１は図中実線矢印の方向へ回転する。

次に翼４について図２を用いて説明する。図２は翼４を正圧面８側から見た図であり、シュラウド３と翼４との境界線をＱ、翼４と主板２の境界線をＳとする。
後縁６は、シュラウド側の凹状部端点（シュラウド側端部）６ａと、凹状部７の最も前縁５側にある最凹点６ｂと、主板側の凹状部端点６ｃと主板２との接点（主板側端部）６ｄを繋ぐ線で構成されている。ここで、凹状部端点６ａはシュラウド３に接しており境界線Ｑの端点と一致している。凹状部端点６ｃは主板２外周から垂直方向（回転軸方向）に高さｌの位置に存在している。

後縁６は凹状部端点６ａから最凹点６ｂに向かう曲線Ｍと、最凹点６ｂから凹状部端点６ｃに向い反回転方向に湾曲した曲線Ｎで構成され、凹状部端点６ｃから接点６ｄにかけて主板２に対する高さｌの垂線Ｏで構成されている。ここで、曲線Ｍと曲線Ｎは最凹点６ｂにおいて滑らかに接続されている。

ここで、主板２の外周とシュラウド３の外周間の回転軸方向の距離（高さ）をＬ１とする。また、凹状部端点６ａから主板へ下ろした垂線を垂線Ｈとする。
最凹点６ｂの主板２からの高さＬ２は０．５Ｌ１よりも小さく、例えば０．４Ｌ１の高さにされている。即ち、凹状部７の最も前縁方向に位置している最凹点６ｂの翼高さ方向位置が、シュラウド３より主板２に近くされている。

これは、遠心ファン１の回転時に、シュラウド３側を流れる空気の風速と風量が主板２側を流れる空気の風速と風量に対して大きいため、シュラウド３側の翼面積を小さくすると流量が大きく低下してしまうためである。
即ち、上述のようにＬ２の値を設定することで、シュラウド３側の翼面積を確保し風量が低下するのを抑えつつ凹状部７を設けるためである。
また最凹点６ｂの前記垂線Ｈからの距離（深さ）Ｌ３は０．３Ｌ１程度である。

図３に上記実施の形態の遠心ファン１を風量が６５０ｍ３／ｈになる回転数で回転させたときに発生する騒音値と、凹状部端点６ｃの高さｌの主板２外周とシュラウド３外周間の距離Ｌ１に対する割合（ｌ／Ｌ１）との関係を測定した結果を実線で示す。
また、後縁６に凹状部７を有さない従来の遠心ファンを同様に風量が６５０ｍ３／ｈになる回転数で回転させたときの騒音値を図３に一点鎖線で示す。
ここで使用した遠心ファン１は主板２とシュラウド３の外径が３９０ｍｍ、Ｌ１が５０ｍｍ、Ｌ２が２０ｍｍ（０．４Ｌ１）、Ｌ３が１５ｍｍである。

騒音値の特性は図３に実線で示すように、凹状部端点の高さｌが主板２外周とシュラウド３外周間の距離Ｌ１の１７％の場合に極小値をとることが実験により確認された。尚、後述する本実施の形態の凹状部端点６ｃの高さｌは特に断らないかぎり０．１７Ｌ１であるとする。

翼４の後縁６に凹状部７を設けた本実施の形態の翼後流渦Ｕの様子を図４（Ａ）に示し、翼４の後縁６が直線状に形成された従来の翼形状の翼後流渦Ｕの様子を図４（Ｂ）に示す。
図４（Ｂ）の従来の遠心ファンにおいては、前縁から導かれた空気が後縁から吐出する際に、後縁全体に分布して発生する翼後流渦Ｕが、後縁から離れるに従って合成され、大きな翼後流渦Ｕとなり騒音の原因となる。これに対し、図４（Ａ）に示すように後縁に凹状部７を設けた本実施の形態のものは、翼後流渦Ｕの発生位置を翼４の高さ方向においてずらすことができ、翼後流渦Ｕの合成を抑え騒音の発生を抑制することができる。

ここで、凹状部端点６ｃの高さｌを小さくし過ぎると風量が低下してしまう。また、凹状部端点６ｃは、最凹点６ｂよりも低い位置でなければならない。そのため高さｌはＬ１の５〜３０％の範囲であることが好ましい。

また、図５に凹状部端点６ｃと接点６ｄ間を通る翼吐出整流部１１の主板２に平行な断面形状を実線で示し、翼４の後縁６付近のシュラウド側断面形状を破線で示す。

凹状部端点６ｃと接点６ｄは垂線Ｈよりも反回転方向に位置している。そのため、翼４の主板２に平行な断面において接点６ｄから点ｅを含む主板側後縁近傍が反回転方向に湾曲し、接点６ｄが凹状部端点６ａより反回転方向に突出した形状となっている。

最凹点６ｂと境界線Ｓ上の点ｅを結んだシュラウド３側に凸の曲線を境界線Ｐとする。そして、境界線Ｑから境界線Ｐと境界線Ｓにかけての翼面を主翼面部１０とし、境界線Ｐから主板２と翼４との境界線にかけての翼面、即ち境界線Ｐよりも後縁側の翼面を翼吐出整流部１１とする。このとき、翼４の主板２に平行な断面において主翼面部１０は負圧面９側に凸の曲面で構成されており、翼吐出整流部１１は正圧面８側に凸の曲面で構成されている。翼吐出整流部１１において、負圧面９側の曲率半径Ｒ１と正圧面８側の曲率半径Ｒ２の関係がＲ１≧Ｒ２となっている。

さらに、翼吐出整流部１１の正圧面８側の曲率半径Ｒ２は後縁６との接点６ｄにおいて主板２の外周と正圧面８で接するように設定されている。

上述した構成とすることで翼後流渦Ｕが小さくなって、駆動電動機に与える負荷を小さく抑えることができる。

図６に、負圧面９の曲率半径Ｒ１と正圧面８の曲率半径Ｒ２の関係が異なる遠心ファンを同一の駆動電動機で回転させた場合の駆動電動機の負荷（入力電力）と風量の関係を示す。ここで、曲線αはＲ１＝４５、Ｒ２＝５５（Ｒ１＜Ｒ２）、曲線βはＲ１＝Ｒ２＝４７ｍｍ、曲線γはＲ１＝４７ｍｍ、Ｒ２＝３６．５ｍｍ（Ｒ１＞Ｒ２）で有る。

試験結果から、Ｒ１＜Ｒ２の遠心ファンに比較して、Ｒ１＝Ｒ２及びＲ１＞Ｒ２の遠心ファンは、後縁６から発生する翼後流渦Ｕが小さく、駆動電動機に掛かる負荷を小さく抑えることができる。このため、Ｒ１＜Ｒ２の遠心ファンに対して、Ｒ１≧Ｒ２の遠心ファンは、同一風量の場合において遠心ファン１の回転に必要な入力電流を低減することができる。

上述の構成とする遠心ファン１を各種送風機器に使用することで、送風量を低下することなく、入力電力と騒音を低減することが可能である。

図７に上記実施の形態の遠心ファン１を組込んだ空気調和機の室内機２０の縦断面図を示す。室内機２０は、筐体２０ａ内に室内熱交換器２３と遠心ファン１を収納して構成され、空気吸込口２５及び空気吐出口２４を有している。室内熱交換器２３は筐体２０ａの前面側に配置され、遠心ファンは筐体２０ａの背面側に設けられた架台２１に取付け固定された駆動電動機２２の回転軸に嵌着され、室内熱交換器２３と筐体２０ａの間に配置されている。そして空気調和機の運転時において、駆動電動機２２の駆動に伴い遠心ファン１が回転し、空気吸込口２５から室内熱交換器２３を介して室内機２０内部に空気を取り込み、室内熱交換器２３により熱交換された空気を空気吐出口２４から室内機２０外部へと送風する。

空気調和機の室内機２０に上記遠心ファン１を組込ことで、運転時に遠心ファンから発生する騒音が少なく、低い入力電力でも必要な送風量を確保することができる。

1…遠心ファン、2…主板、3…シュラウド、4…翼、5…前縁、6…後縁、7…凹状部、8…正圧面、9…負圧面、10…翼面部、11…翼吐出整流部、20…室内機、21…架台、22…駆動電動機、23…室内熱交換器、24…空気吹出口、25…空気吸込口、6a…凹状部端点、6b…最凹点、6c…凹状部端点、6d…接点、e…点、Ｈ…垂線、Ｍ…曲線、Ｎ…曲線、Ｏ…垂線、Ｐ…境界線、Ｑ…境界線、Ｓ…境界線

Claims

円盤状の主板と、
前記主板に対向して設けられたシュラウドと、
前記主板と前記シュラウド間に跨って設けられた複数枚の翼を有する遠心ファンにおいて、
前記翼の外周側に位置する後縁は翼の内周側に位置する前縁方向に凹陥した凹状部を有し、
翼の主板側の後縁近傍が遠心ファンの反回転方向に湾曲し、後縁の主板側端部が後縁のシュラウド側端部に対し遠心ファンの反回転方向に突出して設けられたことを特徴とする遠心ファン。
前記凹状部の最も前縁方向に位置する点の翼高さ方向位置が、シュラウドより主板に近く設けられたことを特徴とする請求項１に記載の遠心ファン。
前記翼の主板に平行な断面において、主板側後縁近傍の負圧面側の曲率半径が正圧面側の曲率半径より大又は同一であることを特徴とする請求項１乃至２に記載の遠心ファン。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の遠心ファンと熱交換器を備えたことを特徴とする空気調和機。