JP6739656B2 - 羽根車、送風機、及び空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、騒音の抑制及び効率の向上を図った羽根車、該羽根車を備えた送風機、並びに、該羽根車を備えた空気調和装置に関する。

従来、軸流送風機は、ヒートポンプ式の空気調和装置及び有圧換気扇等の装置の内部に搭載されて使用されている。これらの装置は、設置環境及び運転条件等により、内部の通風抵抗が異なる。また、熱交換器への埃等の付着、及び装置内部への構成機器の高密度実装化等により、装置に搭載される軸流送風機には、高静圧への対応が要求される。すなわち、高静圧化を図るために、軸流送風機の羽根車の回転数を多くする必要がある。しかしながら、従来の軸流送風機の羽根車を高速で回転させると、翼の周縁部に発生する渦によって、騒音が増大してしまい、効率も低下してしまう。

そこで、従来の軸流送風機には、騒音の抑制及び効率の向上を図ったものも提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の軸流送風機の羽根車は、ボス部（ハブ）の外周壁に複数枚の翼が設けられている。そして、翼の回転方向に沿う断面形状は、翼の負圧面側に膨出する膨出部と、翼の正圧面側に膨出する膨出部とを交互に３箇所以上有している。また、負圧面側に膨出する膨出部と正圧面側に膨出する膨出部を等分する線を翼の中立線として、負圧面側に膨出する膨出部及び正圧面側に膨出する膨出部は、翼の中立線からの距離が翼の前縁部から翼の後縁部に向かうにしたがって大きくなるように形成されている。

特開２０１０−１５０９４５号公報

軸流送風機の羽根車は、回転軸を中心に回転するボス部と、このボス部の外周壁に設けられ、ボス部と共に回転軸を中心に回転する複数の翼と、を備えている。このため、例えば、ボス部周辺を流れる翼間に流入する前の気流には、空気がボス部の周辺を通過する際に発生した渦が含まれる。また例えば、ボス部周辺を流れる翼間に流入する前の気流には、ボス部及び上述の渦の存在によって狭くなった流路を流れる際に発生した、局所的な高速流れも含む。したがって、ボス部周辺を流れる翼間に流入する前の気流は、乱れたものとなる。

ここで、特許文献１に記載の軸流送風機を含め、従来の軸流送風機は、ボス部周辺を流れる気流に対しては、何ら考慮されていない。このため、従来の軸流送風機は、ボス部周辺の乱れた気流を各翼が押し出す際、騒音が増大してしまうという課題があった。また、従来の送風機においては、ボス部周辺の乱れた気流を各翼が吹出側へ押し出す際、各翼の正圧面では前縁部側に流れの剥離が生じてしまう。この剥離によっても、騒音が増大する。また、この剥離によって効率も低下する。また、従来の送風機においては、乱れた気流を押し出す翼の内周側部分と、乱れていない気流を押し出す翼の外周側部分とで、静圧差が大きくなる。このため、従来の送風機の各翼の正圧面には、この静圧差によって、意図する流れ方向とは別方向の流れである２次流れが発生しやすい。したがたって、従来の送風機は、ボス部周辺の乱れた気流によって、効率も低下してしまうという課題があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、従来よりも低騒音で高効率な羽根車を得ることを第１の目的とする。また、本発明は、このような羽根車を備えた送風機及び空気調和装置を得ることを第２の目的とする。

本発明に係る羽根車は、回転軸を中心に回転するボス部と、前記ボス部の外周壁に設けられ、前記ボス部と共に前記回転軸を中心に回転する複数の翼と、を備え、前記翼のそれぞれは、これら前記翼の回転方向の前側の縁部である前縁部と、前記回転方向の後ろ側の縁部である後縁部と、外周側の縁部である外周部と、内周側の縁部である内周部と、を有し、前記回転軸を中心とする半径Ｒの円を仮想円と定義し、前記回転軸と垂直な平面に前記ボス部及び前記翼を投影した形状において、前記前縁部と前記仮想円との交点を第１交点、前記後縁部と前記仮想円との交点を第２交点、同一の前記翼における前記第１交点から前記第２交点までの前記仮想円の円弧の長さを第１翼長Ｌ１、任意の前記翼の前記第１交点から該翼と隣接する前記翼の前記第１交点までの前記仮想円の円弧の長さを翼間距離ｔ、投影距離比σをσ＝Ｌ１／ｔ、と定義した場合、前記投影距離比σは、前記内周部から前記半径Ｒが半径ＲＡとなる位置まで減少し、前記半径Ｒが前記半径ＲＡとなる位置で第１極小値を有し、前記半径Ｒが前記半径ＲＡとなる位置から、前記半径Ｒが前記半径ＲＡよりも大きな半径ＲＭとなる位置まで増加し、前記半径Ｒが前記半径ＲＭとなる位置で極大値を有し、前記半径Ｒが前記半径ＲＭとなる位置から、前記半径Ｒが前記半径ＲＭよりも大きな半径ＲＢとなる位置まで減少し、前記半径Ｒが前記半径ＲＢとなる位置で第２極小値を有し、前記半径Ｒが前記半径ＲＢとなる位置から、前記外周部にかけて増加する構成であり、前記内周部と前記半径ＲＡとの中間位置となる前記半径Ｒを半径ＲＣ、前記半径ＲＡと前記半径ＲＭとの中間位置となる前記半径Ｒを半径ＲＤ、前記半径ＲＭと前記半径ＲＢとの中間位置となる前記半径Ｒを半径ＲＥ、前記半径ＲＢと前記外周部との中間位置となる前記半径Ｒを半径ＲＦ、前記半径ＲＣ以上で前記半径ＲＤ以下の値となる前記半径Ｒを半径ＲＧ、前記半径ＲＥ以上で前記半径ＲＦ以下の値となる前記半径Ｒを半径ＲＨ、前記翼の子午面形状において、前記半径Ｒの位置における前記前縁部から前記後縁部までの前記回転軸と平行な方向の距離を第２翼長Ｌ２、と定義した場合、前記半径Ｒに対する前記第２翼長Ｌ２の比であるＬ２／Ｒは、前記内周部から前記半径Ｒが前記半径ＲＧとなる位置まで増加し、前記半径Ｒが前記半径ＲＧとなる位置で極大値を有し、前記半径Ｒが前記半径ＲＧとなる位置から、前記半径Ｒが前記半径ＲＨとなる位置まで減少し、前記半径Ｒが前記半径ＲＨとなる位置で極小値を有し、前記半径Ｒが前記半径ＲＨとなる位置から前記外周部にかけて増加する構成となっている。

本発明に係る羽根車においては、各翼におけるボス部周辺の部分は、従来よりも仕事量が少なくなる形状になる。すなわち、本発明に係る羽根車においては、各翼におけるボス部周辺の部分は、従来よりも空気を押し出す量が少なくなる。このため、本発明に係る羽根車は、ボス部周辺の乱れた気流を各翼が押し出す際の騒音を、従来よりも抑制できる。また、本発明に係る羽根車においては、各翼におけるボス部周辺の部分の仕事量が従来よりも少ないので、正圧面に発生する流れの剥離に起因する騒音も、従来より抑制できる。また、本発明に係る羽根車においては、各翼におけるボス部周辺の部分の仕事量が従来よりも少ないので、正圧面に発生する流れの剥離に起因する効率の低下も、従来より抑制できる。また、本発明に係る羽根車においては、ボス部周辺の乱れた気流を外周側へ導き、この気流によって、乱れの少ない空気が外周側へ多く流れる構成となる。そして、本発明に係る羽根車の各翼は、この乱れの少ない空気が流れる領域の仕事量が多くなる形状となる。このため、本発明に係る羽根車は、効率を向上させることができる。また、本発明に係る羽根車の各翼の正圧面では、内周側と外周側との静圧差が、従来よりも小さくなる。このため、本発明に係る羽根車は、２次流れを従来よりも抑制できる。
したがって、本発明に係る羽根車は、従来よりも低騒音で高効率な羽根車となる。

本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の一例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の羽根車を、該羽根車の回転軸と垂直な平面に投影した図である。 本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の羽根車を、該羽根車の回転軸と垂直な平面に投影した図である。 本発明の実施の形態１に係る羽根車の翼の１つの子午面形状を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る翼における、投影距離比σと半径Ｒとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る翼における、半径Ｒに対する第２翼長Ｌ２の比であるＬ２／Ｒと、半径Ｒとの関係を示す図である。 従来の軸流送風機の羽根車を示す斜視図である。 従来の軸流送風機の羽根車の翼の、ボス部周辺部分の気流の流れを説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係る羽根車を、回転軸に沿って負圧面側から観察した図である。 本発明の実施の形態１に係る羽根車を、回転軸に沿って負圧面側から観察した図である。 本発明の実施の形態１に係る翼における、投影距離比σと半径Ｒとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る翼における、半径Ｒに対する第２翼長Ｌ２の比であるＬ２／Ｒと、半径Ｒとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る翼における、投影距離比σと半径Ｒとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る羽根車の斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る羽根車を回転軸と直交する方向から観察した図である。 本発明の実施の形態２に係る軸流送風機の羽根車を、該羽根車の回転軸と垂直な平面に投影した図である。 本発明の実施の形態２に係る翼における、角度φと半径Ｒとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る翼における、角度φと半径Ｒとの関係を示す図である。 従来の軸流送風機の羽根車を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る軸流送風機の吹出側の風速分布を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の一例を示す縦断面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の一例を示す斜視図である。また、図２は、本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の羽根車を、該羽根車の回転軸と垂直な平面に投影した図である。なお、図１及び図２は、羽根車１を翼１０の負圧面１６側から観察した図となっている。また、図１に示す白抜き矢印は、羽根車１が回転した際の全体的な空気の流れ方向を示している。また、図１及び図２に示す太線の円弧状矢印は、羽根車１の回転方向を示している。つまり、図１及び図２に示す太線の円弧状矢印は、羽根車１を構成する後述のボス部２及び複数の翼１０の回転方向を示している。

本実施の形態１に係る軸流送風機１００は、ケーシング２０及び羽根車１を備えている。ケーシング２０には、略円筒状のベルマウス２１が形成されている。羽根車１は、ベルマウス２１の内周側に、回転自在に配置されている。なお、羽根車１は、後述のボス部２に取り付けられた図示せぬモーター等によって回転させられる。

羽根車１は、ボス部２及び複数の翼１０を備えている。ボス部２は、略円筒形状をしており、回転軸３を中心に回転する。翼１０のそれぞれは、ボス部２の外周壁に設けられている。詳しくは、翼１０のそれぞれは、等角度間隔でボス部２の外周側に配置され、ボス部２の外周壁から放射状に突出している。より詳しくは、図２に示すように、翼１０のそれぞれは、ボス部２の外周壁から、回転軸を中心とする仮想円の径方向よりも翼１０の回転方向側に傾いて突出している。

翼１０のそれぞれは、前縁部１１、後縁部１２、外周部１３、内周部１４、正圧面１５及び負圧面１６を有している。前縁部１１は、翼１０の周縁部のうち、回転方向の前側の縁部である。後縁部１２は、翼１０の周縁部のうち、回転方向の後ろ側の縁部である。外周部１３は、翼１０の周縁部のうち、外周側の縁部である。外周部１３は、回転方向の前側の端部である前端部１３ａから回転方向の後ろ側の端部である後端部１３ｂにかけて、外周側に凸となる略円弧状に形成されている。換言すると、外周部１３は、回転方向の前側の端部である前端部１３ａから回転方向の後ろ側の端部である後端部１３ｂにかけて、回転軸３と離れる方向に凸となる略円弧状に形成されている。

内周部１４は、翼１０の周縁部のうち、内周側の縁部である。すなわち、翼１０は、内周部１４においてボス部２の外周壁と接続されている。したがって、内周部１４は、ボス部２の外周壁に対応した形状となっている。詳しくは、内周部１４は、回転方向の前側の端部である前端部１４ａから回転方向の後ろ側の端部である後端部１４ｂにかけて、外周側に凸となる略円弧状に形成されている。換言すると、内周部１４は、回転方向の前側の端部である前端部１４ａから回転方向の後ろ側の端部である後端部１４ｂにかけて、回転軸３と離れる方向に凸となる略円弧状に形成されている。

正圧面１５は、翼１０が有する２つの面のうち、回転方向前側の面である。すなわち、翼１０が回転することにより、正圧面１５によって空気が押されることとなる。なお、上述のように、図１及び図２は、羽根車１を翼１０の負圧面１６側から観察した図となっている。そして、正圧面１５は、翼１０において、負圧面１６とは反対側の面である。このため、図１及び図２では、正圧面１５は紙面裏側に配置されることとなるため、正圧面１５が図示されていない。負圧面１６は、翼１０が有する２つの面のうち、回転方向後ろ側の面である。

翼１０のそれぞれは、ボス部２と共に、回転軸３を中心に回転する。ボス部２及び複数の翼１０が回転軸３を中心として回転することにより、軸流送風機１００に流れる全体的な空気の流れは、図１に示す白抜き矢印のようになる。すなわち、図１の紙面手前側から、回転軸３に沿うように空気が軸流送風機１００に吸い込まれる。そして、図１の紙面奥側へ、回転軸３に沿うように空気が軸流送風機１００から吹き出される。なお、図１及び図２では、翼１０が７枚である羽根車１を例示したが、羽根車１の翼１０の枚数は７枚以外でも勿論よい。

続いて、翼１０の詳細形状について説明する。まず、翼１０の詳細形状を説明するに際し、翼１０の形状を示す各パラメータを以下のように定義する。

図３は、本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の羽根車を、該羽根車の回転軸と垂直な平面に投影した図である。すなわち、図３は、回転軸３と垂直な平面にボス部２及び翼１０のそれぞれを投影した形状を示している。また、図４は、本発明の実施の形態１に係る羽根車の翼の１つの子午面形状を示す図である。なお、図４に示す翼１０の子午面形状とは、回転軸３を通り且つ回転軸３と平行な平面に対して、回転軸３を中心として翼１０の各位置を回転させていって投影した形状である。

図３に示すように、回転軸３を中心とする半径Ｒの円を、仮想円３０と定義する。なお、半径Ｒは、値が変化するものである。翼１０の前縁部１１と仮想円３０との交点を第１交点３１と定義する。翼１０の後縁部１２と仮想円３０との交点を第２交点３２と定義する。同一の翼１０おける第１交点３１から第２交点３２までの仮想円３０の円弧の長さを、第１翼長Ｌ１と定義する。任意の翼１０の第１交点３１から該翼１０と隣接する翼１０の第１交点３１までの仮想円３０の円弧の長さを、翼間距離ｔと定義する。投影距離比σを、σ＝Ｌ１／ｔと定義する。また、図４に示すように、翼１０の子午面形状において、半径Ｒの位置における前縁部１１から後縁部１２までの回転軸３と平行な方向の距離を、第２翼長Ｌ２と定義する。
このように翼１０の形状を示す各パラメータを定義した場合、翼１０は、次の様な形状となる。

図５は、本発明の実施の形態１に係る翼における、投影距離比σと半径Ｒとの関係を示す図である。また、図６は、本発明の実施の形態１に係る翼における、半径Ｒに対する第２翼長Ｌ２の比であるＬ２／Ｒと、半径Ｒとの関係を示す図である。なお、図５及び図６では、半径Ｒを、半径比と称する無次元数で表している。詳しくは、図５及び図６では、内周部１４の位置の半径Ｒが、「０．０」となっている。また、図５及び図６では、外周部１３の位置の半径Ｒが、「１．０」となっている。

図５に示すように、投影距離比σは、内周部１４から半径Ｒが半径ＲＡとなる位置まで減少する。そして、投影距離比σは、半径Ｒが半径ＲＡとなる位置で第１極小値を有する。また、投影距離比σは、半径Ｒが半径ＲＡとなる位置から、半径Ｒが半径ＲＡよりも大きな半径ＲＭとなる位置まで増加する。そして、投影距離比σは、半径Ｒが半径ＲＭとなる位置で極大値を有する。また、投影距離比σは、半径Ｒが半径ＲＭとなる位置から、半径Ｒが半径ＲＭよりも大きな半径ＲＢとなる位置まで減少する。そして、投影距離比σは、半径Ｒが半径ＲＢとなる位置で第２極小値を有する。また、投影距離比σは、半径Ｒが半径ＲＢとなる位置から外周部１３にかけて増加する。

また、図６に示すように、半径Ｒに対する第２翼長Ｌ２の比であるＬ２／Ｒは、内周部１４から半径Ｒが半径ＲＧとなる位置まで増加する。そして、Ｌ２／Ｒは、半径Ｒが半径ＲＧとなる位置で極大値を有する。また、Ｌ２／Ｒは、半径Ｒが半径ＲＧとなる位置から、半径Ｒが半径ＲＨとなる位置まで減少する。そして、Ｌ２／Ｒは、半径Ｒが半径ＲＨとなる位置で極小値を有する。また、Ｌ２／Ｒは、半径Ｒが半径ＲＨとなる位置から外周部１３にかけて増加する。また、Ｌ２／Ｒは、半径Ｒが半径ＲＧとなる位置で最大となり、半径Ｒが半径ＲＨとなる位置で最小となる。

なお、図６では、半径ＲＧが半径ＲＡよりも小さな値となっている。しかしながら、半径ＲＧの値は、これに限定されるものではなく、半径ＲＡ近傍の値であればよい。詳しくは、図６に示すように、内周部１４と半径ＲＡとの中間位置となる半径Ｒを、半径ＲＣと定義する。半径ＲＡと半径ＲＭとの中間位置となる半径Ｒを、半径ＲＤと定義する。この場合、半径ＲＧは、半径ＲＣ以上で半径ＲＤ以下の値であればよい。また、図６では、半径ＲＨが半径ＲＢよりも小さな値となっている。しかしながら、半径ＲＨの値は、これに限定されるものではなく、半径ＲＢ近傍の値であればよい。詳しくは、図６に示すように、半径ＲＭと半径ＲＢとの中間位置となる前記半径Ｒを、半径ＲＥと定義する。半径ＲＢと外周部１３との中間位置となる半径Ｒを、半径ＲＦと定義する。この場合、半径ＲＨは、半径ＲＥ以上で半径ＲＦ以下の値であればよい。

このため、翼１０は、内周部１４から外周部１３にかけて、次のような形状となっている。
図５に示すように、投影距離比σが内周部１４から半径ＲＡまで減少している。すなわち、内周部１４から半径ＲＡにかけて、隣接する翼１０間の距離は大きくなるが、半径Ｒに対する第１翼長Ｌ１の比はほぼ一定となる。すなわち、内周部１４から半径ＲＡにかけて、半径Ｒに対する翼弦長の比はほぼ一定となる。なお、翼弦長とは、翼弦線の長さである。また、翼弦線とは、回転軸３を中心とする円筒状の断面において翼１０を切断した断面図を展開し、前縁部１１と後縁部１２とを結んだ直線である。

ここで、従来の軸流送風機の羽根車の翼においても、本実施の形態１に係る翼１０においても、回転軸から遠ざかるにつれて、翼弦長が長くなる。すなわち、従来の軸流送風機の羽根車の翼においても、本実施の形態１に係る翼１０においても、半径Ｒが大きくなるほど、翼弦長が長くなる。この際、従来の軸流送風機の羽根車の翼は、半径Ｒが大きくなるほど、半径Ｒに対する翼弦長の比も大きくなる。換言すると、従来の軸流送風機の羽根車の翼は、半径Ｒが大きくなるほど、半径Ｒに対する仕事量の比が大きくなる。一方、本実施の形態１に係る翼１０は、内周部１４から半径ＲＡにかけて、半径Ｒに対する翼弦長の比はほぼ一定となる。すなわち、本実施の形態１に係る翼１０においては、内周部１４から半径ＲＡまでの領域は、従来の軸流送風機の羽根車の翼と比べて、翼面積が小さくなっている。換言すると、本実施の形態１に係る翼１０においては、内周部１４から半径ＲＡまでの領域は、従来の軸流送風機の羽根車の翼と比べて、仕事量が小さくなっている。なお、仕事量とは、翼１０が空気を押し出す量である。

また、図６に示すように、Ｌ２／Ｒが内周部１４から半径ＲＡの近傍の半径ＲＧとなる位置まで増加している。すなわち、翼１０は、内周部１４から半径ＲＧとなる位置にかけて、徐々に立ち上がっていく。そして、隣接する翼１０間の距離が長くなっていく。半径ＲＧ及び半径ＲＡ近傍の領域は、半径Ｒに対する翼１０間の距離の比が最も長くなる領域である。換言すると、半径ＲＧ近傍の領域は、（ｔ−Ｌ１）／Ｒが最も大きくなる領域である。なお、翼１０が立ち上がっていくとは、翼１０の翼弦線と回転軸３との角度が小さくなっていくことを示している。

図６に示すように、Ｌ２／Ｒが半径ＲＧから半径ＲＨまで減少している。すなわち、翼１０は、半径ＲＧから半径ＲＨにかけて、徐々に寝ていく。このため、翼１０は、半径ＲＧから半径ＲＢ近傍の半径ＲＨにかけて、半径Ｒに対する仕事量の比が低下していく。なお、翼１０が寝ていくとは、翼１０の翼弦線と回転軸３との角度が大きくなっていくことを示している。

一方、図５に示すように、半径ＲＧと半径ＲＨとの間となる半径ＲＭの位置において、投影距離比σが最大となっている。すなわち、半径ＲＭの位置において、半径Ｒに対する翼１０間の距離の比が最小となるが、半径Ｒに対する第１翼長Ｌ１の比が最大となる。すなわち、半径ＲＭの位置において、半径Ｒに対する翼弦長の比が最大となる。換言すると、半径ＲＭの近傍の領域は、半径Ｒに対する翼面積の比が最大となる。さらに換言すると、半径ＲＭの近傍の領域は、半径Ｒに対する有効面積の比が最大となる。すなわち、半径ＲＭの近傍の領域は、仕事量が大きい領域となっている。なお、翼１０のある領域における有効面積とは、翼１０のある領域における正圧面１５の翼面積のうち、流れの剥離が生じていない部分の面積を示す。

また、図５に示すように、半径ＲＭから半径ＲＨ近傍となる半径ＲＢにかけて、投影距離比σが低下している。すなわち、半径ＲＭから半径ＲＢにかけて、隣接する翼１０間の距離は大きくなるが、半径Ｒに対する第１翼長Ｌ１の比はほぼ一定となる。すなわち、半径ＲＭから半径ＲＢにかけて、半径Ｒに対する翼弦長の比はほぼ一定となる。

上述のように、従来の軸流送風機の羽根車の翼は、半径Ｒが大きくなるほど、半径Ｒに対する翼弦長の比が大きくなる。一方、本実施の形態１に係る翼１０は、半径ＲＭから半径ＲＢにかけて、半径Ｒに対する翼弦長の比はほぼ一定となる。換言すると、本実施の形態１に係る翼１０は、半径ＲＭから半径ＲＢにかけて、従来よりも翼面積が小さくなる。このため、本実施の形態１に係る翼１０は、半径ＲＭから半径ＲＢにかけて、半径Ｒに対する仕事量の比はほぼ一定となる。換言すると、本実施の形態１に係る翼１０は、半径ＲＭから半径ＲＢの領域において、半径Ｒが大きくなった際、従来の軸流送風機の羽根車の翼と比べ、仕事量の増加量が小さい。

続いて、本実施の形態１に係る羽根車１の作用及び効果について説明する。なお、本実施の形態１に係る羽根車１の効果の理解を容易とするため、以下ではまず、従来の軸流送風機の羽根車の作用及び効果を説明する。そして、その後に、本実施の形態１に係る羽根車１の作用及び効果について説明する。

図７は、従来の軸流送風機の羽根車を示す斜視図である。なお、従来の軸流送風機の羽根車１０１を説明する際、従来の羽根車１０１の各構成には、これらの構成に対応する本実施の形態１に係る羽根車１の各構成の符号に、「１００」を加えた符号を付すこととする。例えば、従来の羽根車１０１の翼には、符号「１１０」を付す。また、図７に示す白抜き矢印は、従来の羽根車１０１が回転した際の全体的な空気の流れ方向を示している。また、図７に示す太線の矢印は、従来の羽根車１０１の回転方向を示している。また、図７では、従来の羽根車１０１が有する複数の翼１１０のうち、一部の翼１１０の図示を省略している。

従来の羽根車１０１が回転軸１０３を中心に回転すると、図７の紙面上側から下側に向かって、羽根車１０１に空気が吸い込まれる。この空気は、翼１１０の前縁部１１１側から、隣接する翼１１０間に流入する。そして、翼１１０間に流入した空気は、翼１１０の正圧面１１５に沿って流れる際、翼１１０の傾き及び反りによって流れ方向が変えられ、運動量変化により静圧上昇する。この際、ボス部１０２周辺を流れる翼１１０間に流入する前の気流５０は、図７に示すように乱れたものとなる。

詳しくは、翼１１０の内周側には、翼１１０間へ流入する気流の上流側となる位置に、ボス部１０２が存在する。このため、ボス部１０２周辺を流れる翼１１０間へ流入する前の気流５０には、空気がボス部１０２の周辺を通過する際に発生した渦５１が含まれる。また例えば、ボス部１０２周辺を流れる翼１１０間へ流入する前の気流５０には、ボス部１０２及び上述の渦５１の存在によって狭くなった流路を流れる際に発生した、局所的な高速流れ５２も含む。したがって、ボス部１０２周辺を流れる翼１１０間へ流入する前の気流５０は、乱れたものとなる。このため、従来の羽根車１０１は、ボス部１０２周辺の乱れた気流５０を各翼１１０の正圧面１１５が押し出す際、騒音が増大してしまう。

また、従来の羽根車１０１は、ボス部１０２周辺の乱れた気流５０を各翼１１０の内周側部分が押し出す際、以下のように効率も低下してしまう。

図８は、従来の軸流送風機の羽根車の翼の、ボス部周辺部分の気流の流れを説明するための図である。なお、図８（ａ）は、従来の羽根車１０１を回転軸１０３方向に観察した図である。また、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＡ−Ａ断面図である。換言すると、図８（ｂ）は、回転軸１０３を中心とする円筒断面のうち、Ａ−Ａ位置を展開した図である。なお、図８（ａ）に示す太線の矢印は、従来の羽根車１０１の回転方向を示している。

上述のように、ボス部１０２周辺を流れる翼１１０間へ流入する前の気流５０は、乱れている。このため、気流５０が翼１１０の前縁部１１１側から翼１１０間に流入する際、翼１１０の前縁部１１１の接線方向１１１ａと、気流５０の向きとが一致しない。このため、各翼１１０の内周側部分の正圧面１１５では前縁部１１１側に流れの剥離が生じてしまう。そして、この剥離した流れは、流れの剥離によって前縁部１１１側に発生した渦５３の吸引力により、付着点５４付近で正圧面１１５に再付着する。再付着後の気流は正圧面に添って流れ、静圧が上昇する。しかしながら、従来の羽根車１０１は、正圧面１１５の前縁部１１１側で生じた流れの剥離により、翼１１０の有効面積が減少してしまう。このため、従来の羽根車１０１は、翼１１０の仕事量が減少し、効率が低下してしまう。また、従来の羽根車１０１は、正圧面１１５の前縁部１１１側で生じた流れの剥離によっても、騒音が増大する。

また、従来の羽根車１０１の翼１１０の外周側部分を通過する気流においては、上流側に乱れを発生させる抵抗部がない。このため、翼１１０の外周側部分は、翼１１０の内周側部分と比べ、静圧が上昇しやすい。また、翼１１０の外周側は、翼１１０の内周側と比べ、モーメントが大きくなるため、静圧が高くなる。これらの点から、従来の羽根車１０１は、翼１１０の内周側部分と外周側部分とで静圧差が大きくなる。このため、従来の羽根車１０１の各翼１１０の正圧面１１５には、この静圧差によって、意図する流れ方向とは別方向の流れである２次流れが発生しやすい。したがたって、従来の羽根車１０１は、この２次流れによっても、効率が低下してしまう。

一方、本実施の形態１に係る羽根車１は、下記のように作用するため、気流５０に起因する騒音を抑制でき、気流５０に起因する効率の低下を抑制できる。

図９及び図１０は、本発明の実施の形態１に係る羽根車を、回転軸に沿って負圧面側から観察した図である。なお、図９は、翼１０の内周側部分の気流を説明するための図である。また、図１０は、翼１０の外周側部分の気流を説明するための図である。

本実施の形態１に係る羽根車１も、従来の羽根車１０１と同様にボス部２を有している。このため、本実施の形態１に係る羽根車１においても、ボス部２周辺を流れる翼１０間へ流入する前の気流は、従来と同様に乱れた気流５０となる。しかしながら、本実施の形態１に係る羽根車１の翼１０においては、内周部１４から半径ＲＡまでの領域は、従来と比べて、翼面積が小さくなり、仕事量が小さくなっている。換言すると、本実施の形態１に係る羽根車１の翼１０においては、ボス部２の周辺部分すなわち内周側部分は、従来と比べて、仕事量が小さくなっている。すなわち、本実施の形態１に係る羽根車１においては、各翼１０におけるボス部２周辺の部分は、従来よりも空気を押し出す量が少なくなる。このため、本実施の形態１に係る羽根車１は、ボス部２周辺の乱れた気流５０を各翼１０が押し出す際の騒音を、従来よりも抑制できる。換言すると、本実施の形態１に係る羽根車１は、ボス部２周辺の乱れた気流５０内を各翼１０が通過する際の騒音を、従来よりも抑制できる。

また、本実施の形態１に係る羽根車１においては、各翼１０におけるボス部２周辺の部分の仕事量が従来よりも少ないので、正圧面１５に発生する流れの剥離に起因する騒音も、従来より抑制できる。また、本実施の形態１に係る羽根車１においては、各翼１０におけるボス部２周辺の部分の仕事量が従来よりも少ないので、正圧面１５に発生する流れの剥離に起因する効率の低下も、従来より抑制できる。

ここで、上述のように、翼１０は、内周部１４から半径ＲＡの近傍の半径ＲＧとなる位置にかけて、徐々に立ち上がっていく。すなわち、従来よりも仕事量が少ない翼１０のボス部２周辺部分の領域内に限ってみると、外周側に行くにしたがって仕事量が増加する。したがって、ボス部２周辺の乱れた気流５０は、外周側へ導かれる。また、上述のように、半径ＲＧ及び半径ＲＡ近傍の領域は、翼１０間の距離が長い。このため、半径ＲＧ及び半径ＲＡの領域では、翼１０間に、乱れの少ない気流５５が多く流れ込む。この気流５５は、図９に示すように、気流５０の影響により、半径ＲＧ及び半径ＲＡよりも外周側へ導かれる。すなわち、この気流５５は、翼１０における半径ＲＭ付近の領域の方へ流れていく。上述のように、翼１０における半径ＲＭ付近の領域は、半径Ｒに対する翼面積の比が大きい。このため、本実施の形態１に係る羽根車１は、仕事量が大きい半径ＲＭ付近の領域に、乱れの少ない気流５５を多く通過させることができるので、効率が向上する。

一方、半径ＲＭよりも外周側となる領域では、図１０に示すように、翼１０間に気流５６が流れ込む。ここで、上述のように、本実施の形態１に係る翼１０は、半径ＲＭから半径ＲＢの領域において、半径Ｒが大きくなった際、従来の軸流送風機の羽根車の翼と比べ、仕事量の増加量が小さい。例えば、本実施の形態１に係る翼１０は、半径ＲＭから半径ＲＢにかけて、気流５６への仕事量が略一定となる。このため、本実施の形態１に係る翼１０の正圧面１５では、内周側と外周側との静圧差が、従来よりも小さくなる。このため、本実施の形態１に係る羽根車１は、２次流れを従来よりも抑制でき、効率がさらに向上する。

したがって、本実施の形態１に係る羽根車１は、従来よりも低騒音で高効率な羽根車となる。

最後に、半径ＲＡ、半径ＲＭ、半径ＲＢ、半径ＲＧ、半径ＲＨ、半径ＲＭにおける投影距離比σ、及び半径ＲＢにおける投影距離比σの好適な範囲について説明する。

図１１は、本発明の実施の形態１に係る翼における、投影距離比σと半径Ｒとの関係を示す図である。この図１１は、半径ＲＡ、半径ＲＭ及び半径ＲＢの好適な範囲を示した図である。図１２は、本発明の実施の形態１に係る翼における、半径Ｒに対する第２翼長Ｌ２の比であるＬ２／Ｒと、半径Ｒとの関係を示す図である。この図１２は、半径ＲＧ及び半径ＲＨの好適な範囲を示した図である。図１３は、本発明の実施の形態１に係る翼における、投影距離比σと半径Ｒとの関係を示す図である。この図１３は、半径ＲＭにおける投影距離比σ、及び半径ＲＢにおける投影距離比σの好適な範囲を示した図である。なお、図１１〜図１３では、半径Ｒを、半径比と称する無次元数で表している。詳しくは、図１１〜図１３では、内周部１４の位置の半径Ｒが、「０．０」となっている。また、図１１〜図１３では、外周部１３の位置の半径Ｒが、「１．０」となっている。

羽根車１には、翼１０の正圧面１５と負圧面１６との圧力差により、回転方向とは逆方向のトルクが働く。そして、このトルクにより、羽根車１を回転させる図示せぬモーターの消費電力が増大してしまう。この羽根車１に働くトルクは、モーメントアームである半径Ｒと、翼１０の各部位における圧力差の面積分と、の積で評価することができる。このため、羽根車１に働くトルクを低減させるためには、モーメントアームである半径Ｒが大きくなる翼１０の外周側部分において、翼面積を低減することが効果的である。ここで、本実施の形態１に係る軸流送風機１００の翼１０においては、半径ＲＢ近傍の領域の翼面積が、従来の羽根車よりも小さくなっている。このため、半径ＲＢの位置を翼１０の外周側となる位置にすれば、羽根車１に働くトルクを低減させることができる。したがって、図１１に示すように、半径ＲＢを、０．７以上で０．８以下の範囲内とすることが好ましい。

一方、翼１０において外周側の面積を従来よりも単に小さくしただけでは、羽根車１の仕事量が従来よりも低下してしまう。このため、図１１に示すように、半径ＲＭを０．４５以上で０．５５以下の範囲内とするのが好ましい。換言すると、半径が０．４５以上で０．５５以下の範囲内となる位置に、仕事量が大きくなる半径ＲＭの領域を配置するのが好ましい。半径ＲＭの領域で仕事量を稼ぐことにより、一定の仕事量を確保しつつ羽根車１に働くトルクの低減を図ることができる。また、羽根車１は、内周部１４から半径ＲＡまでの領域の翼面積を従来よりも小さくすることにより、ボス部２周辺の乱れた気流５０内を各翼１０が通過する際の騒音を抑制している。図１１に示すように、半径ＲＡを０．２以上で０．３以下の範囲内とすることにより、ボス部２周辺の乱れた気流５０内を各翼１０が通過する際の騒音を、より抑制できる。

羽根車１の各翼１０は、半径ＲＡの位置から、該半径ＲＡよりも外周側である半径ＲＭにかけて、翼面積が増加していく。また、羽根車１の各翼１０は、半径ＲＧから半径ＲＨにかけて、徐々に寝ていく。このため、図１２に示すように、半径ＲＧを０．１５以上で０．２５以下の範囲とし、半径ＲＡの位置と半径ＲＧの位置とを近くすることが好ましい。半径ＲＧをこのような範囲内とすることにより、半径Ｒに対する仕事量の比を均一化できる。また、半径ＲＨの位置は、翼１０の各位置の中で、最も寝る位置である。すなわち、半径ＲＨ近傍の領域は、正圧面１５と負圧面１６との圧力差が小さくなる領域である。このため、図１２に示すように、半径ＲＨを０．７以上で０．８以下の範囲内とし、半径ＲＢの位置と半径ＲＨの位置とを近くすることが好ましい。半径ＲＨをこのような範囲内とすることにより、羽根車１に働くトルクをより抑制することができる。

図１３に示すように、半径ＲＢにおける投影距離比σを、０．６以上とすることが好ましい。上述のように、半径ＲＢの位置の翼面積を小さくすることにより、羽根車１に働くトルクを低減させることができる。ここで、投影距離比σの大きさは、翼面積の大きさとみることもできる。したがって、半径ＲＢにおける投影距離比σを小さくすることにより、羽根車１に働くトルクを低減させることができる。しかしながら、半径ＲＢにおける投影距離比σを小さくしすぎると、半径ＲＢ近傍の仕事量が小さくなりすぎてしまう。このため、半径ＲＢにおける投影距離比σは、０．６以上であることが好ましい。

また、図１３に示すように、半径ＲＭにおける投影距離比σを、０．９以上で１．０未満とすることが好ましい。半径ＲＭ近傍の領域は、仕事量を稼ぐ領域である。このため、半径ＲＭ近傍の領域の翼面積が大きくなるように、半径ＲＭにおける投影距離比σは、０．９以上であることが好ましい。しかしながら、投影距離比σを１．０以上にしてしまうと、第１翼長Ｌ１が翼間距離ｔよりも大きくなってしまう。すなわち、羽根車１を回転軸３方向に観察した際、隣接する翼１０の後縁部１２と前縁部１１とが重なりあってしまう。隣接する翼１０がこのような関係になっている場合、金型を用いて羽根車１を製造しようとすると、金型をアンダーカット構造としなければならない。このため、半径ＲＭにおける投影距離比σは、１．０未満であることが好ましい。

以上、本実施の形態１に係る羽根車１は、回転軸３を中心に回転するボス部２と、回転軸３の外周壁に設けられ、回転軸３と共に回転軸３を中心に回転する複数の翼１０と、を備えている。また、翼１０のそれぞれは、前縁部１１と、後縁部１２と、外周部１３と、内周部１４とを有している。また、翼１０のそれぞれにおいては、投影距離比σは次のようになる。詳しくは、投影距離比σは、内周部１４から半径Ｒが半径ＲＡとなる位置まで減少する。また、投影距離比σは、半径Ｒが半径ＲＡとなる位置で第１極小値を有する。また、投影距離比σは、半径Ｒが半径ＲＡとなる位置から、半径Ｒが半径ＲＡよりも大きな半径ＲＭとなる位置まで増加する。また、投影距離比σは、半径Ｒが半径ＲＭとなる位置で極大値を有する。また、投影距離比σは、半径Ｒが半径ＲＭとなる位置から、半径Ｒが半径ＲＭよりも大きな半径ＲＢとなる位置まで減少する。また、投影距離比σは、半径Ｒが半径ＲＢとなる位置で第２極小値を有する。また、投影距離比σは、半径Ｒが半径ＲＢとなる位置から、外周部１３にかけて増加する。さらに、翼１０のそれぞれにおいては、半径Ｒに対する第２翼長Ｌ２の比であるＬ２／Ｒは次のようになる。詳しくは、Ｌ２／Ｒは、内周部１４から半径Ｒが半径ＲＧとなる位置まで増加する。また、Ｌ２／Ｒは、半径Ｒが半径ＲＧとなる位置で極大値を有する。また、Ｌ２／Ｒは、半径Ｒが半径ＲＧとなる位置から、半径Ｒが半径ＲＨとなる位置まで減少する。また、Ｌ２／Ｒは、半径Ｒが半径ＲＨとなる位置で極小値を有する。また、Ｌ２／Ｒは、半径Ｒが半径ＲＨとなる位置から外周部にかけて増加する。

本実施の形態１に係る羽根車１は、このように構成されているので、乱れた気流５０に起因する騒音を抑制でき、乱れた気流５０に起因する効率の低下を抑制できる。したがって、本実施の形態１に係る羽根車１は、従来よりも低騒音で高効率な羽根車となる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２に係る羽根車１について説明する。なお、本実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能及び構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図１４は、本発明の実施の形態２に係る羽根車の斜視図である。また、図１５は、本発明の実施の形態２に係る羽根車を回転軸と直交する方向から観察した図である。なお、図１４及び図１５に示す白抜き矢印は、羽根車１が回転した際の全体的な空気の流れ方向を示している。また、図１４に示す太線の矢印、及び図１５において回転軸３近傍に示す円弧状の矢印は、羽根車１の回転方向を示している。また、図１４及び図１５では、羽根車１が有する複数の翼１０のうち、一部の翼１０の図示を省略している。また、図１５には、羽根車１の他に、ケーシング２０も図示している。すなわち、図１５には、本実施の形態２に係る軸流送風機１００が記載されている。

図１４及び図１５に示すように、本実施の形態２に係る羽根車１の各翼１０は、位置によって正圧面１５の向きを異ならせている。以下、翼１０の各位置における正圧面１５の向きについて詳細に説明していく。まず、翼１０の各位置における正圧面１５の向きを説明するため、正圧面１５の向きを示すパラメータである角度φを、次のように定義する。

図１６は、本発明の実施の形態２に係る軸流送風機の羽根車を、該羽根車の回転軸と垂直な平面に投影した図である。なお、図１６は、羽根車１を翼１０の負圧面１６側から観察した図となっている。
翼１０の任意の点Ｂにおいて、正圧面１５の法線を引く。羽根車１の回転軸３と垂直な平面にこの法線を投影したものが、第１仮想直線４１である。また、羽根車１の回転軸３と垂直な平面において、回転軸３と点Ｂとを通る第２仮想直線４２を引く。これにより、第１仮想直線４１と第２仮想直線とがなす角度が、４つできる。これらのうち、第１仮想直線４１と第２仮想直線とがなす角度のうちの２つは、第２仮想直線４２に対して回転方向前側にできる。第２仮想直線４２に対して回転方向前側にできるこれら２つの角度のうち、回転軸３に近い側の角度を、換言すると内周側の角度を、角度φと定義する。

角度φが略９０度よりも大きい場合、正圧面１５の法線は、回転軸３から離れるように、正圧面１５から回転方向に延びる状態となっている。換言すると、角度φが略９０度よりも大きい場合、正圧面１５の法線は、外周側へ向かうように、正圧面１５から回転方向に延びる状態となっている。すなわち、角度φが略９０度よりも大きい場合、正圧面１５は、外周側を向いている状態となっている。また、角度φが略９０度よりも小さい場合、正圧面１５の法線は、回転軸３に近づくように、正圧面１５から回転方向に延びる状態となっている。換言すると、角度φが略９０度よりも小さい場合、正圧面１５の法線は、内側へ向かうように、正圧面１５から回転方向に延びる状態となっている。すなわち、角度φが略９０度よりも小さい場合、正圧面１５は、内側を向いている状態となっている。

図１７は、本発明の実施の形態２に係る翼における、角度φと半径Ｒとの関係を示す図である。なお、図１７では、半径Ｒを、半径比と称する無次元数で表している。詳しくは、図１７では、内周部１４の位置の半径Ｒが、「０．０」となっている。また、図１７では、外周部１３の位置の半径Ｒが、「１．０」となっている。また、図１７では、実線が、前縁部１１における角度φと半径Ｒとの関係を示している。破線が、後縁部１２における角度φと半径Ｒとの関係を示している。

まず、前縁部１１における角度φと半径Ｒとの関係を説明する。
図１７に示すように、内周部１４から半径Ｒが半径ＲＡとなる範囲のうち、内周部１４を含む一部の範囲においては、角度φが９０度よりも大きくなっている。すなわち、内周部１４から半径Ｒが半径ＲＡとなる範囲のうち、内周部１４を含む一部の範囲においては、回転軸３から離れるように、正圧面１５の法線が正圧面１５から回転方向に延びている。換言すると、内周部１４から半径Ｒが半径ＲＡとなる範囲のうち、内周部１４を含む一部の範囲においては、正圧面１５が外周側を向いている。具体的には、半径Ｒが０．０以上０．１５以下となる範囲において、回転軸３から離れるように、正圧面１５の法線が正圧面１５から回転方向に延びている。

このように構成することにより、図１５に示すように、内周部１４を含む一部の範囲を流れる気流５８は、外周側に向かって流れる。実施の形態１で説明したように、羽根車１は、ボス部２周辺の乱れた気流５０を外周側へ導く。そして、仕事量が大きい半径ＲＭ付近の領域に、乱れの少ない気流５５を多く通過させ、羽根車１の効率を向上させている。本実施の形態２のように、内周部１４を含む一部の範囲の正圧面１５が外周側を向くことにより、ボス部２周辺の乱れた気流５０をより外周側へ導くことができる。すなわち、仕事量が大きい半径ＲＭ付近の領域に、乱れの少ない気流５５をより多く通過させることができる。したがって、羽根車１の効率をより向上させることができる。

なお、本実施の形態２では、内周部１４から半径Ｒが半径ＲＡとなる範囲のうち、内周部１４を含む一部の範囲において、正圧面１５が外周側を向いていた。しかしながら、ボス部２周辺の乱れた気流５０をより外周側へ導くことができれば、正圧面１５が外周側を向いている範囲は、当該範囲に限定されない。例えば、内周部１４から半径Ｒが半径ＲＡとなる範囲のすべてにおいて、正圧面１５が外周側を向いていてもよい。換言すると、内周部１４から半径Ｒが半径ＲＡとなる範囲のすべてにおいて、回転軸３から離れるように、正圧面１５の法線が正圧面１５から回転方向に延びていてもよい。すなわち、内周部１４から半径Ｒが半径ＲＡとなる範囲のうち、内周部１４を含む少なくとも一部の範囲において、回転軸３から離れるように、正圧面１５の法線が正圧面１５から回転方向に延びていればよい。

また、図１７に示すように、半径Ｒが半径ＲＭとなる位置においては、角度φが９０度よりも小さくなっている。すなわち、半径Ｒが半径ＲＭとなる位置においては、回転軸３に近づくように、正圧面１５の法線が正圧面１５から回転方向に延びている。換言すると、半径Ｒが半径ＲＭとなる位置周辺は、正圧面１５が内側を向いている。このように構成することにより、図１５に示すように、半径Ｒが半径ＲＭとなる位置周辺を流れる気流５９は、内側に向かって流れる。

一般的に、軸流送風機の羽根車においては、翼間を流れる気流は、遠心力の影響によって外周側へ流れていく傾向がある。このため、半径Ｒが半径ＲＭとなる位置周辺において正圧面１５を内側へ向かせることにより、翼１０における半径ＲＭとなる位置周辺の仕事量を増大させることができる。換言すると、半径ＲＭとなる位置周辺において、静圧上昇量を増大させることができる。ここで、実施の形態１で説明したように、羽根車１は、半径ＲＭとなる位置周辺での仕事量を多くすることにより、羽根車１の効率を向上させている。このため、半径Ｒが半径ＲＭとなる位置周辺において正圧面１５を内側へ向かせることにより、羽根車１の効率をより向上させることができる。

また、図１７に示すように、半径Ｒが半径ＲＢとなる位置から外周部１３までの範囲においては、角度φが９０度よりも大きくなっている。すなわち、半径Ｒが半径ＲＢとなる位置から外周部１３までの範囲においては、回転軸３から離れるように、正圧面１５の法線が正圧面１５から回転方向に延びている。換言すると、半径Ｒが半径ＲＢとなる位置から外周部１３までの範囲においては、正圧面１５が外周側を向いている。具体的には、半径Ｒが０．７５以上１．０以下となる範囲において、回転軸３から離れるように、正圧面１５の法線が正圧面１５から回転方向に延びている。このように構成することにより、図１５に示すように、半径Ｒが半径ＲＢとなる位置から外周部１３までの範囲を流れる気流６０は、外周側に向かって流れる。このため、翼１０の外周部１３近傍において翼端渦５７の発生を抑制できる。なお、翼端渦５７の発生を抑制できる理由の詳細については、後述する。

なお、本実施の形態２では、半径Ｒが半径ＲＢとなる位置から外周部１３までの範囲のすべてにおいて、正圧面１５が外周側を向いていた。しかしながら、半径Ｒが半径ＲＢとなる位置から外周部１３までの範囲のうち、外周部１３を含む一部の範囲において正圧面１５が外周側を向いていても、翼端渦５７の発生を抑制できる。すなわち、半径Ｒが半径ＲＢとなる位置から外周部１３までの範囲のうち、外周部１３を含む少なくとも一部の範囲において、正圧面１５が外周側を向いていればよい。換言すると、半径Ｒが半径ＲＢとなる位置から外周部１３までの範囲のうち、外周部１３を含む少なくとも一部の範囲において、回転軸３から離れるように、正圧面１５の法線が正圧面１５から回転方向に延びていればよい。

次に、後縁部１２における角度φと半径Ｒとの関係を説明する。
上述のように、一般的に、軸流送風機の羽根車においては、翼間を流れる気流は、遠心力の影響によって外周側へ流れていく傾向がある。このため、正圧面１５において外周側を向いている範囲が多くなりすぎると、羽根車１の仕事量が低下してしまう。翼１０によって空気を押し、該空気に力を加えようとした際、空気が羽根車１の外周側へ逃げてしまい、空気に加える力が低下するからである。ここで、図８を参照するとわかるように、ボス部２周辺の乱れた気流５０によって発生する流れの剥離は、翼１０の前縁部１１側で発生する。すなわち、翼１０の後縁部１２側は、ボス部２周辺の乱れた気流５０による影響が少ない。このため、本実施の形態２では、図１７に示すように、各翼１０の後縁部１２は、内周部１４から外周部１３までの全域にわたって、角度φが９０度よりも小さくなっている。すなわち、各翼１０の後縁部１２は、内周部１４から外周部１３までの全域にわたって、回転軸３に近づくように、正圧面１５の法線が正圧面１５から回転方向に延びている。換言すると、各翼１０の後縁部１２は、内周部１４から外周部１３までの全域にわたって、正圧面１５が内側を向いている。このように構成することにより、羽根車１の仕事量を増大させることができる。具体的には、翼１０のそれぞれは、後縁部１２から以下の図１８に示す範囲において、内周部１４から外周部１３までの全域にわたって、正圧面１５が内側を向いている。

図１８は、本発明の実施の形態２に係る翼における、角度φと半径Ｒとの関係を示す図である。なお、図１８では、半径Ｒを、半径比と称する無次元数で表している。詳しくは、図１８では、内周部１４の位置の半径Ｒが、「０．０」となっている。また、図１８では、外周部１３の位置の半径Ｒが、「１．０」となっている。また、図１８に示す曲線Ｃ，Ｄ，Ｅは、翼１０の翼弦線方向の異なる位置を示している。詳しくは、翼１０の翼弦線方向の各位置を無次元数で表すとする。そして、後縁部１２の位置を０．０とし、前縁部１１の位置を１．０とする。このように定義した場合、曲線Ｃは、翼弦線方向の位置が０．７となる位置を示している。曲線Ｄは、翼弦線方向の位置が０．６となる位置を示している。曲線Ｅは、翼弦線方向の位置が０．５となる位置を示している。

図１８からわかるように、曲線Ｃ、曲線Ｄ及び曲線Ｅと見ていくにつれて、角度φの値が小さくなっている。すなわち、翼弦線方向の位置の値が小さくなるにつれて、角度φが９０度よりも小さくなっている。そして、翼弦線方向の位置が０．５となる位置を示す曲線Ｅは、内周部１４から外周部１３の全域において、角度φが９０度よりも小さくなっている。すなわち、翼弦線方向の位置が０．５以下となっている範囲では、角度φが９０度よりも小さくなっている。換言すると、翼弦線方向の位置が０．５以下となっている範囲では、回転軸３に近づくように、正圧面１５の法線が正圧面１５から回転方向に延びている。すなわち、翼弦線方向の位置が０．５以下となっている範囲では、回転軸３に近づくように、正圧面１５の法線が正圧面１５から回転方向に延びている。換言すると、翼弦線方向の位置が０．５以下となっている範囲では、正圧面１５が内側を向いている。すなわち、各翼１０の正圧面１５は、翼弦線方向の中心位置から後縁部１２側において、内周部１４から外周部１３までの全域にわたって、正圧面１５が内側を向いている。

続いて、本実施の形態２に係る羽根車１が、翼１０の外周部１３近傍において翼端渦５７の発生を抑制できる理由について説明する。なお、以下ではまず、従来の軸流送風機の羽根車に発生する翼端渦５７について説明する。そして、その後に、羽根車１に発生する翼端渦５７について説明する。

図１９は、従来の軸流送風機の羽根車を示す斜視図である。なお、図１９に示す白抜き矢印は、従来の羽根車１０１が回転した際の全体的な空気の流れ方向を示している。また、図１９に示す太線の矢印は、従来の羽根車１０１の回転方向を示している。また、図１９では、従来の羽根車１０１が有する複数の翼１１０のうち、一部の翼１１０の図示を省略している。

上述のように、翼の正圧面が内側を向いている場合、翼の正圧面が外周側を向いている場合と比べ、静圧が上昇しやすい。すなわち、翼の正圧面が内側を向いている場合、翼の正圧面が外周側を向いている場合と比べ、正圧面と負圧面との圧力差が大きくなる。そして、翼の外周部において、正圧面と負圧面との圧力差が大きくなると、正圧面側から負圧面側へ空気が流れ込もうとし、翼端渦が発生する。

ここで、従来の羽根車１０１においては、各翼１１０の正圧面の外周部１１３は、前縁部１１１から後縁部１１２までの全域において、内側を向いている。すなわち、従来の羽根車１０１においては、各翼１１０の正圧面の外周部１１３は、前縁部１１１から後縁部１１２までの全域において、正圧面と負圧面との圧力差が大きくなっている。このため、従来の羽根車１０１の各翼１１０の外周部１１３では、前縁部１１１から翼端渦５７が発生する。そして、この翼端渦５７は、後縁部１１２に向かうにしたがって成長し、大きくなっていく。このため、従来の羽根車１０１は、この大きく成長した翼端渦５７によって翼１１０間の流路が塞がれ、効率が低下してしまう。

一方、本実施の形態２に係る羽根車１の各翼１０における正圧面１５の外周部１３は、前縁部１１では、正圧面１５が外周側を向いている。このため、図１４に示すように、本実施の形態２に係る羽根車１の各翼１０の外周部１３では、正圧面１５が外周側を向いている領域において翼端渦５７が発生しない。そして、外周部１３において正圧面１５が内側を向く領域になると、翼端渦５７が発生し始める。このため、本実施の形態２に係る羽根車１は、翼端渦５７の発生を遅らせることができ、翼端渦５７の成長を抑制できる。したがって、本実施の形態２に係る羽根車１は、翼端渦５７によって塞がれる翼１０間の流路の領域が減少する。このため、本実施の形態２に係る羽根車１は、従来の羽根車１０１と比べ、多くの空気が翼１０間に流入することができ、効率が向上する。

また、外周部１３において正圧面１５が外周側を向く構成とすることにより、次のような効果を得ることもできる。

図２０は、本発明の実施の形態２に係る軸流送風機の吹出側の風速分布を示す図である。詳しくは、図２０の縦軸は、軸流送風機１００の吹出側の風速を示している。また、図２０の横軸は、羽根車１の回転軸３からの距離を示している。なお、図２０の横軸では、羽根車１の回転軸３からの距離を、距離比と称する無次元数で表している。詳しくは、図２０では、回転軸３から翼１０の内周部１４までの距離が、「０．３」となっている。また、図２０では、回転軸３からケーシング２０のベルマウス２１の内周壁までの距離が、「１．０」となっている。

従来の軸流送風機では、翼の外周部とベルマウスの内周壁との間において、空気が逆流しようとし、漏れ渦が発生していた。このため、従来の軸流送風機では、翼の外周部とベルマウスの内周壁との間において、吹出側の風速が低下していた。一方、本実施の形態２に係る軸流送風機１００においては、羽根車１の各翼１０は、外周部１３において正圧面１５が外周側を向いている。このため、翼１０の外周部１３から吹き出される気流は、従来よりも外周側を向くこととなり、ベルマウス２１の内周壁に衝突することとなる。これにより、本実施の形態２に係る軸流送風機１００は、翼１０の外周部１３とベルマウス２１の内周壁との間において漏れ渦が発生することを防止できる。このため、図２０に示すように、本実施の形態２に係る軸流送風機１００は、吹出側の風速分布を従来よりも均一にすることができる。

なお、実施の形態１及び本実施の形態２で示した羽根車１の翼１０のそれぞれは、ボス部２の外周壁から、回転軸を中心とする仮想円の径方向よりも翼１０の回転方向側に傾いて突出している。しかしながら、従来の軸流送風機の羽根車においては、翼のそれぞれが、ボス部の外周壁から回転軸を中心とする仮想円の径方向よりも翼の回転方向とは反対側に傾いて突出しているものも提案されている。実施の形態１及び本実施の形態で示した羽根車１の翼１０のそれぞれをこのような構成としても、上述の効果を得ることができる。

また、実施の形態１及び本実施の形態２で示した羽根車１は、軸流送風機用の羽根車となっていた。これに限らず、羽根車１の翼１０の構成を、斜流送風機用の羽根車の翼に採用してもよい。斜流送風機用の羽根車の翼に翼１０の構成を採用しても、上述の効果を得ることができる。例えば、ボス部２を円錐台形状とし、該ボス部２の外周壁に各翼１０を設けることにより、軸流送風機用の羽根車とすることができる。

実施の形態３．
本実施の形態３では、実施の形態１又は実施の形態２で示した軸流送風機１００が搭載された空気調和装置の一例について説明する。換言すると、本実施の形態３では、実施の形態１又は実施の形態２で示した羽根車１が搭載された空気調和装置の一例について説明する。詳しくは、以下では、軸流送風機１００を空気調和装置の室内機２００に搭載した例について説明する。なお、本実施の形態３において、特に記述しない項目については実施の形態１又は実施の形態２と同様とし、同一の機能及び構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図２１は、本発明の実施の形態３に係る空気調和装置の一例を示す縦断面図である。なお、図２１では、図の左側を室内機２００の前面側として示している。
室内機２００は、筐体２０３を備えている。筐体２０３の上部には、室内空気を該筐体２０３の内部に吸込むための吸込口２０１が形成されている。また、筐体２０３の下部、より詳しくは筐体２０３の前面部下側には、空調空気を空調対象域に供給するための吹出口２０２が形成されている。吹出口２０２には、気流の吹出し方向を制御する機構、例えばベーン２０２ａ等が設けられている。

また、筐体２０３の内部には、吸込口２０１から吹出口２０２に至る風路内に、軸流送風機１００及び熱交換器２０４が設けられている。軸流送風機１００は、吸込口２０１の下流側でかつ、熱交換器２０４の上流側に配置されている。なお、軸流送風機１００は、室内機２００に要求される風量等に応じて、筐体２０３の長手方向（紙面直交方向）に複数個、並列配置される。熱交換器２０４は、室内空気と、熱交換器２０４の内部を流れる冷媒とを熱交換させ、空調空気を作り出すものである。

軸流送風機１００の羽根車１が回転すると、室内空気は、吸込口２０１から筐体２０３内に取り込まれる。この室内空気は、熱交換器２０４を通過する際に冷媒と熱交換し、加熱又は冷却され、空調空気となる。この空調空気は、筐体２０３の下部の吹出口２０２から空調対象域に吹出される。

上述のように、実施の形態１及び実施の形態２で示した羽根車１は、従来よりも低騒音となっている。すなわち、実施の形態１及び実施の形態２で示した軸流送風機１００は、従来よりも低騒音となっている。したがって、実施の形態１又は実施の形態２で示した軸流送風機１００を備える室内機２００は、従来よりも騒音を抑制することができる。

また、上述のように、実施の形態１及び実施の形態２で示した羽根車１は、従来よりも高効率となっている。すなわち、実施の形態１及び実施の形態２で示した軸流送風機１００は、従来よりも高効率となっている。したがって、実施の形態１又は実施の形態２で示した軸流送風機１００を備える室内機２００は、従来よりも電力効率を向上させることができる。

また、実施の形態２で示した軸流送風機１００は、吹出側の風速分布を従来よりも均一にすることができる。このため、実施の形態２で示した軸流送風機１００は、熱交換器２０４等によって圧力損失が高くなる筐体２０３内に空気を流す場合においても、風速分布のばらつきに起因する送風性能の低下を抑制できる。したがって、実施の形態２で示した軸流送風機１００を備える室内機２００は、実施の形態１で示した軸流送風機１００を備える室内機２００と比べ、電力効率をさらに向上させることができる。

１ 羽根車、２ ボス部、３ 回転軸、１０ 翼、１１ 前縁部、１２ 後縁部、１３ 外周部、１３ａ 前端部、１３ｂ 後端部、１４ 内周部、１４ａ 前端部、１４ｂ 後端部、１５ 正圧面、１６ 負圧面、２０ ケーシング、２１ ベルマウス、３０ 仮想円、３１ 第１交点、３２ 第２交点、４１ 第１仮想直線、４２ 第２仮想直線、５０ 気流、５１ 渦、５２ 高速流れ、５３ 渦、５４ 付着点、５５ 気流、５６ 気流、５７ 翼端渦、５８ 気流、５９ 気流、６０ 気流、１００ 軸流送風機、１０１ 羽根車（従来）、１０２ ボス部（従来）、１０３ 回転軸（従来）、１１０ 翼（従来）、１１１ 前縁部（従来）、１１１ａ 接線方向（従来）、１１２ 後縁部（従来）、１１３ 外周部（従来）、１１５ 正圧面（従来）、２００、室内機、２０１ 吸込口、２０２ 吹出口、２０２ａ ベーン、２０３ 筐体、２０４ 熱交換器。

Claims (11)

1. 回転軸を中心に回転するボス部と、
   前記ボス部の外周壁に設けられ、前記ボス部と共に前記回転軸を中心に回転する複数の翼と、
   を備え、
   前記翼のそれぞれは、
   これら前記翼の回転方向の前側の縁部である前縁部と、前記回転方向の後ろ側の縁部である後縁部と、外周側の縁部である外周部と、内周側の縁部である内周部と、
   を有し、
   前記回転軸を中心とする半径Ｒの円を仮想円と定義し、
   前記回転軸と垂直な平面に前記ボス部及び前記翼を投影した形状において、
   前記前縁部と前記仮想円との交点を第１交点、
   前記後縁部と前記仮想円との交点を第２交点、
   同一の前記翼における前記第１交点から前記第２交点までの前記仮想円の円弧の長さを第１翼長Ｌ１、
   任意の前記翼の前記第１交点から該翼と隣接する前記翼の前記第１交点までの前記仮想円の円弧の長さを翼間距離ｔ、
   投影距離比σをσ＝Ｌ１／ｔ、
   と定義した場合、
   前記投影距離比σは、
   前記内周部から前記半径Ｒが半径ＲＡとなる位置まで減少し、
   前記半径Ｒが前記半径ＲＡとなる位置で第１極小値を有し、
   前記半径Ｒが前記半径ＲＡとなる位置から、前記半径Ｒが前記半径ＲＡよりも大きな半径ＲＭとなる位置まで増加し、
   前記半径Ｒが前記半径ＲＭとなる位置で極大値を有し、
   前記半径Ｒが前記半径ＲＭとなる位置から、前記半径Ｒが前記半径ＲＭよりも大きな半径ＲＢとなる位置まで減少し、
   前記半径Ｒが前記半径ＲＢとなる位置で第２極小値を有し、
   前記半径Ｒが前記半径ＲＢとなる位置から、前記外周部にかけて増加する構成であり、
   前記内周部と前記半径ＲＡとの中間位置となる前記半径Ｒを半径ＲＣ、
   前記半径ＲＡと前記半径ＲＭとの中間位置となる前記半径Ｒを半径ＲＤ、
   前記半径ＲＭと前記半径ＲＢとの中間位置となる前記半径Ｒを半径ＲＥ、
   前記半径ＲＢと前記外周部との中間位置となる前記半径Ｒを半径ＲＦ、
   前記半径ＲＣ以上で前記半径ＲＤ以下の値となる前記半径Ｒを半径ＲＧ、
   前記半径ＲＥ以上で前記半径ＲＦ以下の値となる前記半径Ｒを半径ＲＨ、
   前記翼の子午面形状において、前記半径Ｒの位置における前記前縁部から前記後縁部までの前記回転軸と平行な方向の距離を第２翼長Ｌ２、
   と定義した場合、
   前記半径Ｒに対する前記第２翼長Ｌ２の比であるＬ２／Ｒは、
   前記内周部から前記半径Ｒが前記半径ＲＧとなる位置まで増加し、
   前記半径Ｒが前記半径ＲＧとなる位置で極大値を有し、
   前記半径Ｒが前記半径ＲＧとなる位置から、前記半径Ｒが前記半径ＲＨとなる位置まで減少し、
   前記半径Ｒが前記半径ＲＨとなる位置で極小値を有し、
   前記半径Ｒが前記半径ＲＨとなる位置から前記外周部にかけて増加する構成である羽根車。
2. 前記半径Ｒを無次元数で表し、前記内周部の位置を０．０とし、前記外周部の位置を１．０とした場合、
   前記半径ＲＡは、０．２以上で０．３以下の範囲内となり、
   前記半径ＲＭは、０．４５以上で０．５５以下の範囲内となり、
   前記半径ＲＢは、０．７以上で０．８以下の範囲内となる請求項１に記載の羽根車。
3. 前記半径Ｒを無次元数で表し、前記内周部の位置を０．０とし、前記外周部の位置を１．０とした場合、
   前記半径ＲＧは、０．１５以上で０．２５以下の範囲内となり、
   前記半径ＲＨは、０．７以上で０．８以下の範囲内となる請求項１又は請求項２に記載の羽根車。
4. 前記回転軸と垂直な平面に前記ボス部及び前記翼を投影した形状において、
   前記翼のそれぞれは、
   前記ボス部の外周壁から前記仮想円の径方向よりも前記回転方向側に傾いて突出している、あるいは、前記ボス部の外周壁から前記径方向よりも前記回転方向とは反対側に傾いて突出している請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の羽根車。
5. 前記半径ＲＭの位置における前記投影距離比σは、０．９以上で１．０未満となり、
   前記半径ＲＢの位置における前記投影距離比σは、０．６以上となる請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の羽根車。
6. 前記翼のそれぞれは、
   正圧面を有し、
   前記前縁部では、
   前記内周部から前記半径Ｒが前記半径ＲＡとなる範囲のうち、前記内周部を含む少なくとも一部の範囲においては、前記回転軸から離れるように、前記正圧面の法線が前記正圧面から前記回転方向に延びており、
   前記半径Ｒが前記ＲＭの位置においては、前記回転軸に近づくように、前記正圧面の法線が前記正圧面から前記回転方向に延びており、
   前記半径Ｒが前記半径ＲＢとなる位置から前記外周部までの範囲のうち、前記外周部を含む少なくとも一部の範囲においては、前記回転軸から離れるように、前記正圧面の法線が前記正圧面から前記回転方向に延びており、
   前記後縁部では、
   前記回転軸に近づくように、前記正圧面の法線が前記正圧面から前記回転方向に延びている請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の羽根車。
7. 前記翼の翼弦線方向の各位置を無次元数で表し、前記後縁部の位置を０．０とし、前記前縁部の位置を１．０とした場合、
   前記翼のそれぞれは、前記翼弦線方向の位置が０．５以下となっている範囲では、前記回転軸に近づくように、前記正圧面の法線が前記正圧面から前記回転方向に延びている請求項６に記載の羽根車。
8. 前記半径Ｒを無次元数で表し、前記内周部の位置を０．０とし、前記外周部の位置を１．０とした場合、
   前記翼のそれぞれの前記前縁部では、
   前記半径Ｒが０．０以上０．１５以下となる範囲において、前記回転軸から離れるように、前記正圧面の法線が前記正圧面から前記回転方向に延びており、
   前記半径Ｒが０．７５以上１．０以下となる範囲において、前記回転軸から離れるように、前記正圧面の法線が前記正圧面から前記回転方向に延びている請求項６又は請求項７に記載の羽根車。
9. 請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載の羽根車と、
   ベルマウスが形成され、該ベルマウスの内周側に前記羽根車が配置されたケーシングと、
   を備えた送風機。
10. 請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の羽根車と、
    前記羽根車の回転によって供給される空気と、内部を流れる冷媒とを熱交換させる熱交換器と、
    を備えた空気調和装置。
11. 請求項９に記載の送風機と、
    前記送風機の前記羽根車の回転によって供給される空気と、内部を流れる冷媒とを熱交換させる熱交換器と、
    を備えた空気調和装置。

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