WO2007119532A1

WO2007119532A1 - ターボファン及び空気調和機

Info

Publication number: WO2007119532A1
Application number: PCT/JP2007/056469
Authority: WO
Inventors: Mitsuyoshi Ishijima; Keiko Kanagawa; Yoshihiro Komiyama
Original assignee: Toshiba Carrier Corporation
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2007-10-25
Also published as: ES2654844T3; EP2000676A4; EP2000676A2; EP2000676B1; EP2000676A9; CN101395381B; CN101395381A; JPWO2007119532A1

Abstract

　シュラウド（２２）と主板（２１）との間に設けられた複数枚の翼（２３）は、主板（２１）の面方向と平行に切断した断面における負圧面（Ｋ）側の形状が、内周側である前縁部（Ｅｆ）を除いて正圧面（Ｄ）側へ凹陥形成される凹陥部（３０）と、凹陥部（３０）から前縁部に亘って連設され負圧面側へ膨出形成される湾曲部（３５）とからなり、湾曲部（３５）の最大厚さ位置（Ｑ）が、前縁部先端から翼弦長の１０％～３０％範囲の位置に設けられることで、空気流れの剥離を抑制して風量の増大と騒音低減を図る。

Description

明細書

ターボファン及び空気調和機

技術分野

[0001] 本発明は、ターボファン (遠心形送風機とも呼ばれる)及び、このターボファンを備えた、例えば天井埋込み式の空気調和機に関する。

背景技術

[0002] 例えば天井埋込み式の空気調和機である室内機は、天井内部に埋設される筐体の内部中央にターボファンが取付けられ、この周囲に熱交^^が配置される。筐体の下面は開口されていて、これをィ匕粧パネルが閉成する。化粧パネルの中央部には吸込み口が設けられ、周辺部には吹出し口が設けられる。

[0003] 空調運転の開始信号が入ると冷凍サイクル運転が開始されるとともに、上記ターボファンが回転駆動される。室内空気が吸込み口を介して筐体内に吸込まれ、ターボファン力径方向へ吹出される。室内空気は熱交を流通し、ここに導かれる冷媒と熱交換する。そのあと、熱交換空気は吹出しロカ室内へ吹出され、室内の空気調和をなす。

[0004] 上記ターボファンは、例えば特開 2001— 132687号公報に、遠心形送風機として記載されている。この技術では、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、翼の肉厚をシユラウドから主板に向けて徐々に厚く形成し、各翼相互の隣接距離をシユラウドから主板に向けて徐々に狭くしたことを特徴としている。発明の開示

[0005] このように上記ターボファンは、中央部にファンを回転駆動するモータが配置されるため断面凸状のハブを備える必要があり、多用される軸流ファンと比較して構成が複雑である。具体的には、ターボファンでの空気の流れはシユラウドの吸込み側からほぼ垂直に曲る 3次元的な流れで翼の吹出し側へ導かれる。そのため、以下の問題点かあつた。

[0006] 1.より小型化を図るために、ファン直径をより小さく設定すると、ハブと翼との隙間が狭くなり、風の流路が確保し難い。そのため、空気流れが翼で剥離してしまい、静圧低下及び騒音増加の要因となっている。

[0007] 2.ハブと翼との間に風の流路を確保しょうとして、翼の取付け角度をより小さく設定すると、風量低下が避けられない。その一方で、風量を増大しょうとしてファン回転数を上げると、騒音が増大してしまう。

[0008] 3.ハブと翼との間に風の流路を確保しょうとして、翼弦長を小さく設定すると、翼弦長が小さいために、風を力べ力（すなわち、送る力）が不十分になり、静圧低下となるとともに騒音が増大する。

[0009] 本発明は上記事情にもとづきなされたものであり、その目的とするところは、空気流れの剥離を抑制して風量の増大と騒音低減を図ったターボファンと、このターボファンを備えて熱交換効率の向上化を得られる空気調和機を提供しょうとするものである

[0010] 上記目的を満足するため本発明のターボファンは、駆動用モータを覆うとともに、この駆動用モータの回転軸を固定する断面凸形状のハブと、このハブの周縁に沿って一体に設けられる主板と、この主板と離間して配置されたシユラウドと、このシュラウドと主板との間に設けられた複数枚の翼とからなる羽根車を備え、上記翼は、主板の面方向と平行に切断した断面における負圧面側の形状が、内周側である前縁部を除いて正圧面側へ凹陥形成される凹陥部と、この凹陥部から前縁部に亘つて連設され負圧面側へ膨出形成される湾曲部とからなり、湾曲部の最大厚さ位置が前縁部先端力も翼弦長の 10%〜30%範囲の位置に設けられる。

[0011] さらに、上記目的を満足するため本発明の空気調和機は、上記ターボファンと、ターボファンの外周部に配置された熱交^^とを有する。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1]図 1は、本発明における実施の形態に係る天井埋込み形の空気調和機室内機の概略縦断面図である。

[図 2]図 2は、同実施の形態に係るターボファンの羽根車の正面図である。

[図 3]図 3は、同実施の形態に係る図 2の A-A線に沿う断面図であり、翼の横断平面図である。

[図 4]図 4は、同実施の形態に係る湾曲部 Uの最大厚さ位置に対する騒音レベルの特性図である。

[図 5]図 5は、同実施の形態に係る湾曲部最大厚さ Huと距離 Hsとの比に対する騒音レべノレの特'性図である。

[図 6]図 6は、同実施の形態に係るシュラウドを取除いた羽根車の平面図である。

[図 7]図 7は、同実施の形態に係る翼前縁部とハブとの一部拡大図である。

[図 8]図 8は、同実施の形態に係る接線 FMと接線 FNとのなす角度 0に対する騒音レべノレの特'性図である。

[図 9]図 9は、同実施の形態に係る羽根車の斜視図である。

[図 10]図 10は、同実施の形態に係る翼の正面図である。

[図 11]図 11は、同実施の形態に係る曲率半径 R1と曲率半径 R2との比に対する騒音レベルの特性図である。

発明を実施するための最良の形態

[0013] 以下、本発明の実施の形態を、図面にもとづいて説明する。

[0014] 図 1は、天井埋め込み形の空気調和機室内機の概略縦断面図である。

[0015] 室内機本体である筐体 1は、吊り金具 2を介して天井裏の図示しない梁などから吊持される。天井板 3には筐体 1下面部が嵌め込まれる開口部が設けられていて、筐体 1は天井板 3上に位置し、室内 S側力見ると天井板 3に対して埋設された状態になつている。上記筐体 1の下面部は開口され、この開口部は化粧パネル 4で閉成される。上記化粧パネル 4は天井板 3から室内 Sに露出し、天井板 3に設けられる開口部と周辺部を覆う。

[0016] 上記筐体 1内には、駆動用モータ 5と羽根車 6とからなるターボファン Tが設けられる。具体的には、筐体 1の図における上面壁である上底 laの中央部にモータベース 7 が取付けられ、このモータベース 7に上記駆動用モータ 5が支持される。上記駆動用モータ 5の回転軸は下方に向けて突出しており、ここに上記羽根車 6が取付けられている。

[0017] さらに、ターボファン Tの下部には吸込みベルマウス 8が設けられ、この吸込みベルマウス 8の外周部上で、かつ端縁に沿ってドレンパン 9が配置される。上記ドレンパン 9はターボファン Tの周囲に沿って設けられていて、ドレンパン 9の外側端縁と筐体 1 の内周壁との間には所定の間隙が形成される。

[0018] 上記ドレンパン 9上には熱交換器 10が載置されていて、熱交換器 10の上端面は筐体上底 laに接した状態で保持される。なお説明すると、熱交翻10はドレンパン 9と筐体上底 laとの間に介設されていて、上記ターボファン Tの外周部に配置される。熱交の外側周面と筐体 1の内周壁とは所定の間隙が形成される。

[0019] 上記化粧パネル 4の中央部は、上記吸込みベルマウス 8の下部開放端と対向していて、ここに室内空気の吸込み口 11が設けられ、プレフィルタ 12が嵌め込まれている。さらに、化粧パネル 4において上記吸込み口 11と所定間隙を存して吹出し口 13 が開口して！ヽる。化粧パネル 4が矩形状であれば、吸込み口 11も矩形状に形成され、吹出し口 13は吸込み口 11の各辺部に沿って設けられ、もしくは対向する辺部に設けられる。

[0020] 上記吹出し口 13は、筐体 1内に配置されるドレンパン 9と筐体 1の内周壁との所定の間隙に合わせて設けられ、互いに連通する。したがって、上記ターボファン Tが回転駆動すれば、吸込み口 4から吸込みベルマウス 8を介してターボファン Tの軸方向に沿って空気が吸込まれる。そして、羽根車 6によって径方向に吹出されて熱交換器 10を流通し、ドレンパン 9と筐体 1内周壁との間から吹出し口 13に導かれる空気流通路 Kが形成される。

[0021] このようにして構成される空気調和機室内機において、空調運転信号が入ると、冷凍サイクル運転が開始されるとともに、ターボファン Tの駆動用モータ 5が駆動され羽根車 6が回転する。室内 Sの空気が化粧パネル 4の吸込み口 11から吸込まれ、プレフィルタ 12を通過して空気中に含まれる塵埃等が捕捉される。そのあと、空気流通路 Kに沿って導かれる。

[0022] なお説明すると、吸込み口 11から吸込まれた室内空気は吸込みベルマウス 8を介して羽根車 6の軸方向に沿って吸込まれ、さらに径方向に屈曲して吹出される。羽根車 6から出た直後に熱交換器 10を流通し、この熱交換器 10に導かれる冷媒と熱交換して暖房運転時には加熱され、冷房運転時には冷却される。

[0023] 特に、冷房運転時においては空気中に含まれる水分が凝縮してドレン水が生成される。ドレン水はドレンパン 9に滴下して集溜され、最終的には屋外へ排出される。上記熱交^^ 10と熱交換した空気は吹出し口 13から室内 Sへ吹出され、これによつて室内 Sの空気調和作用が得られる。なお、上記吹出し口 13には図示しない複数枚のルーバーが設けられていて、室内 Sへの空気吹出し方向を調整することができる。

[0024] 次に、上記ターボファン Tを構成する羽根車 6について説明する。

[0025] 上記羽根車 6は、上記駆動用モータ 5を覆うとともに、この駆動用モータ 5の回転軸を固定する断面凸形状のハブ 20と、このハブ 20の基端部周縁に沿って一体に設けられる主板 21と、この主板 21と離間して配置されたシユラウド 22と、このシュラウド 22 と上記主板 21との間に設けられた複数枚の翼 23とからなる。

[0026] このような羽根車 6を回転駆動することにより、吸込みベルマウス 8と対向して設けられるシユラウド 22を介して羽根車 6の軸方向に沿って空気が吸込まれる。そして、この空気は羽根車 6の内部を軸方向から径方向に屈曲流動し、すなわち翼 23を横断して吹出されるようになって、る。

[0027] さらにまた、ターボファン Tを構成する羽根車 6は、以下に述べるような特徴を備えている。

[0028] 図 2はターボファン Tを筐体 1内に取付けした状態とは上下逆に向けた羽根車 6の正面図、図 3は図 2の A— A線に沿う翼 23の断面図、図 4は翼弦長 CLに対する湾曲部 Uの最大厚さ位置 Qと騒音レベルとの特性図である。

[0029] 図 2に示すように、羽根車 6を構成する翼 23を、主板 21とシユラウド 22の面方向に並行な方向である A— A線に沿って切断すると、図 3に示すような翼 23の断面形状となっている。

[0030] 羽根車 6が回転駆動した状態で、図 3における上面が正圧面 Dとなり、下面が負圧面 Kとなる。そして、図 3の右側に示す厚肉部分が羽根車 6の内周側である前縁部 Ef であり、左側に示す薄肉部分が外周側である後縁部 Eeである。

[0031] このような翼 23の断面形状において、負圧面 Kの断面形状が単純な円弧状曲線ではなぐ緩やかな蛇行曲線となっている。なお説明すると、翼負圧面 Kの後縁部 Ee端縁から前縁部 Efの近傍部位までは略円弧状曲線 (なお、必ずしも円弧状である必要はなぐ他の曲線であっても良い）で、正圧面 D側へ凹陥する凹陥部 30が形成される。この凹陥部 30の前縁部 Ef近傍部位力も前縁部 Ef端縁に亘つて、正圧面 Dとは逆方向である負圧面 K側へ膨出する湾曲部 35が連設される。

[0032] そして、上記湾曲部 35における最大厚さの位置 Qは、翼 23全体の長さである翼弦長 CLに対して、前縁部 Ef端縁から 10%〜30%の範囲に設定されることを特徴の一つとしている。

[0033] これは、図 4に示すように、湾曲部 35の最大厚さ位置 Q (%)を横軸にとり、騒音レベルを縦軸にとった特性図カゝら得られた結果である。なお、縦軸の「騒音レベル dB ( A)」とは、騒音計の「A特性」を使用して測定される値であり、具体的には、音圧レべル (単位 [dB] )を人間の聴覚に合わせて補正した値である。

[0034] 上述したように、翼 23の負圧面 K側の形状が、正圧面 D側へ凹陥形成される凹陥部 30と、この凹陥部 30と連設され負圧面 K側へ膨出形成される湾曲部 35とからなる。そして、上記湾曲部 35の最大厚さの位置 Qを、翼弦長 CLに対して前縁部 Ef端縁力も 10%〜30%の範囲に設定することにより、ハブ 20と翼 23の間に発生する空気流れの剥離を抑制して、騒音の低減化を図れる。

[0035] 再び図 3に示すように、上記湾曲部 35の最大厚さを Huとし、湾曲部 35の最大突出部位 Qと翼 23の後縁部 Eeとを結ぶ接線と、上記凹陥部 30中央である最大凹陥位置 Wとの距離を Hsとしたとき、

Hu= a X Hs、 a = 2〜3. 5

となるように形成される。すなわち、

Hu= (2〜3. 5) Hs

と設定されることとなる。

[0036] これは、図 5に示すように、湾曲部 35の最大厚さ Huと、距離 Hsとの比（HuZHs) を横軸にとり、騒音レベルを縦軸にとった特性図から得られた結果である。

[0037] 上述したように、湾曲部 35の最大厚さを Hu、湾曲部 35の最大突出部位 Qと後縁部 Eeとを結ぶ接線と凹陥部 30の最大凹陥位置 Wとの距離を Hsとしたとき、

Hu= (2〜3. 5) Hs

と設定することにより、翼 23の取付け角を小さくすることなぐハブ 20と翼 23との間に風の流路を確保でき、よって風量の低下を抑え騒音の低減を図れる。

[0038] 図 6は、シュラウド 22を取外した状態での羽根車 6の平面図であり、ハブ 20と主板 2 1及び翼 23が示されている。この羽根車 6では、 7枚の翼 23がハブ 20の内周面に対して所定の角度に傾、た状態で主板 21に取付けられて、て、羽根車 6は反時計回り方向に回転するものとする。したがって、 1枚の翼 23において内周側先端が厚肉の前縁部 Efとなり、外周側後端が薄肉の後縁部 Eeとなる。

[0039] 図 7に示すように、いずれの翼 23においても、ハブ 20と翼負圧面 Kの前縁部 Efに設けた湾曲部 35との最小距離が 20mm以下の場合、最小距離となる線分 X—X上の点 Fで交差し、さらに湾曲部 35と正接する接線 FMと、ハブ 20の輪郭線 20aと正接する接線 FNとのなす角度 Θを 30° 〜50° の範囲に設定する。

[0040] これは、図 8に示すように、横軸に接線 FMと接線 FNのなす角度 Θをとり、縦軸に騒音レベルを縦軸にとった特性図から得られた結果である。

[0041] 上述したように、湾曲部 35とハブ 20との最小距離を 20mm以下とし、この最小距離における湾曲部 35とハブ 20とを結ぶ線分上の点 Fから引いた翼 23の接線 FMと、ハブ 20の接線 FNとのなす角度が 30° 〜50° となるように設定することにより、ハブ 20 と翼 23との間に風の流路を確保でき、よって風量の低下を抑え騒音の低減を図れる

[0042] 図 9は、羽根車 6の斜視図である。図 2と同様、実際の空気調和機筐体 1への取付け状態とは上下逆にして図示している。したがって、図の上部側にシュラウド 22があり、下部側に主板 21が設けられ、シュラウド 22と主板 21との間に複数枚の翼 23が介設される。シュラウド 22と主板 21の外周縁側が翼 23における後縁部 Ee側となり、シユラウド 22と主板 21の内周側が翼 23における前縁部 Ef側となる。

[0043] 図 10は、 1枚の翼 23の正面図であり、図 9に合わせて下部側に主板 21が取付けられ、上部側にシュラウド 22が取付けられた状態を示している。したがって、図 10における右側の縦線が後縁部 Eeとなり、左側の曲線が前縁部 Efとなる。

[0044] 特に翼前縁部 Efにおいて、主板 21側力もの曲線の向きと、シュラウド 22側力もの曲線の向きが互ヽに逆方向になって、て、これら曲線が連結する位置（点）を変曲点 Pと呼ぶ。

[0045] すなわち、翼前縁部 Efの内側（図の左側）に主板 21側から形成される円弧の図示しない中心があり、極めて大なる曲率半径 R1となっている。また、上記シュラウド 22 側から形成され、上記変曲点 Pを介して主板 21側の円弧に連結される円弧は、翼 23 上に中心位置がある曲率半径 R2である。このシュラウド 22側の円弧の曲率半径 R2 は、上記主板 21側の円弧の曲率半径 R1よりも小 (R1 >R2)に形成される。

[0046] そして、曲率半径 R1を、曲率半径 R2に所定値 βを乗じた値に設定する。このときの所定値 βを、 5〜20とする。

[0047] これは、図 11に示すように、横軸に曲率半径 R1に対する曲率半径 R2の比 (R1Z

R2)をとり、縦軸に騒音レベルをとつた特性図から得られた結果である。

[0048] このように、主板 21からシュラウド 22に至る翼 23の前縁部 Efは、変曲点 Pにて 2つの曲線に分割され、その各々の曲線の曲率半径を、主板側 Rl、シュラウド側 R2としたとき、

R1 >R2、 Rl = β XR2、 β = 5〜20

と設定することにより、翼前縁部 Efにおける風の流路を確保して、空気流れの剥離を抑制し、騒音低減を図ることができる。

[0049] なお、本発明は上述した実施の形態そのままに限定されるものではなぐ実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体ィ匕できる。そして、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。

産業上の利用可能性

[0050] 本発明によれば、空気の剥離を抑制して風量の増大と騒音低減を図ったターボフアンと、このターボファンを備えて熱交換効率の向上化を得られる空気調和機を提供できる。

Claims

請求の範囲

[1] 駆動用モータを覆うとともに、この駆動用モータの回転軸を固定する断面凸形状のハブと、このハブの周縁に沿って一体に設けられる主板と、この主板と離間して配置されたシュラウドと、このシュラウドと上記主板との間に設けられた複数枚の翼とからなる羽根車を備えたターボファンにぉ、て、

上記翼は、上記主板の面方向と平行に切断した断面における負圧面側の形状が、内周側である前縁部を除いて正圧面側へ凹陥形成される凹陥部と、この凹陥部から前縁部に亘つて連設され負圧面側へ膨出形成される湾曲部とからなり、

上記湾曲部の最大厚さ位置が、前縁部先端力も翼弦長の 10%〜30%範囲の位置に設けられることを特徴とするターボファン。

[2] 上記湾曲部の最大厚さを Huとし、

上記湾曲部の最大突出部位と翼の外周側である後縁部とを結ぶ接線と、上記凹陥部の最大凹陥位置との距離を Hsとしたとき、

Hu= (2〜3. 5) Hs

と設定されることを特徴とする請求項 1記載のターボファン。

[3] 上記湾曲部と上記ハブとの最小距離を 20mm以下としたとき、上記最小距離における湾曲部とハブとを結ぶ線分上の点から引いた翼の接線とハブの接線とのなす角度が 30° 〜50° に設定されることを特徴とする請求項 1記載のターボファン。

[4] 上記主板カもシユラウドに至る翼の前縁部は、変曲点にて 2つの曲線に分割され、その各々の曲線の曲率半径を、主板側 Rl、シュラウド側 R2としたとき、

R1 >R2、 Rl = β XR2、 β = 5〜20

[5] 上記請求項 1〜請求項 4のいずれかに記載のターボファンと、上記ターボファンの外周部に配置された熱交換器とを有することを特徴とする空気調和機。