WO2023157271A1 - 羽根車、送風機及び空気調和機 - Google Patents
羽根車、送風機及び空気調和機 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2023157271A1 WO2023157271A1 PCT/JP2022/006822 JP2022006822W WO2023157271A1 WO 2023157271 A1 WO2023157271 A1 WO 2023157271A1 JP 2022006822 W JP2022006822 W JP 2022006822W WO 2023157271 A1 WO2023157271 A1 WO 2023157271A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- impeller
- blade
- edge
- outer peripheral
- edge side
- Prior art date
Links
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 209
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
- F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
- F04D29/38—Blades
Definitions
- the present disclosure relates to impellers, blowers and air conditioners.
- the efficiency of the impeller is improved by increasing the amount of work on the outer peripheral side of the blade.
- impeller noise is reduced by reducing the strong vortex generation resulting from the impeller.
- a strong vortex that becomes a noise source is generated, for example, by turbulent flow due to collapse of the tip vortex generated around the outer peripheral edge of the blade, interference between the tip flow and the bell mouth, and the like.
- the blower described in Patent Document 1 includes an impeller and an orifice ring surrounding the outer periphery of the impeller on the discharge side.
- the impeller also has a hub attached to the motor and a plurality of blades provided around the hub.
- the orifice ring includes a substantially cylindrical first orifice ring having an open end on the discharge side, and a substantially concentric circular orifice ring provided outside the first orifice ring and higher in the axial direction than the first orifice ring.
- each blade of the blower described in Patent Document 1 has the following shape.
- the cross-sectional shape of the blades in the circumferential direction is an airfoil shape on the hub side, and a flat plate shape or airfoil shape on the outer peripheral side of a predetermined radius.
- the cross-sectional shape of the blades in the radial direction is a curved line that is concave toward the suction side on the outer peripheral side, and a curved line that is convex toward the suction side on the hub side.
- the blower described in Patent Document 1 suppresses turbulence of the blade tip vortices, improves efficiency, and reduces noise with the above-described configuration.
- the radial direction is a direction extending from the rotation axis of the impeller perpendicularly to the rotation axis.
- the blades of the impeller described in Patent Document 1 that is, the blades, have a cross-sectional shape in the radial direction that is concave on the suction side on the outer peripheral side. That is, the pressure surface on the outer peripheral side of the blade has a convex shape on the blowout side.
- the normal lines extending in the air blowing direction from the pressure surface are the directions from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the impeller.
- the radial component of this normal line which extends from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the impeller, increases from the apex of the convex portion toward the outer peripheral edge of the blade. Therefore, the air passing through the convex portion of the pressure surface on the outer peripheral side of the blade receives a force directed toward the outer peripheral side of the impeller between the apex of the convex portion and the outer peripheral edge of the blade.
- the radial component of this force which extends from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the impeller, increases from the apex of the convex portion toward the outer peripheral edge of the blade.
- the present disclosure has been made to solve the above-described problems, and a primary object thereof is to obtain an impeller that can achieve both improved efficiency and reduced noise.
- a second object of the present disclosure is to obtain a fan and an air conditioner having such an impeller.
- An impeller according to the present disclosure includes a boss portion that rotates about a rotation axis, and blades that are provided on an outer peripheral portion of the boss portion and rotate together with the boss portion about the rotation axis.
- the blade has a leading edge that is a front edge in the rotational direction of the blade, a trailing edge that is a rearward edge in the rotational direction, and an outer peripheral edge that is an outer peripheral edge.
- an inner peripheral edge serving as an edge on the inner peripheral side, the direction extending perpendicular to the rotating shaft from the rotating shaft being the radial direction, and the radial direction being intermediate between the outer peripheral edge and the inner peripheral edge.
- the position on the wing is defined as a radially intermediate portion, and the ratio of the distance from the leading edge to the distance from the trailing edge in each of a plurality of cylindrical cross sections of the wing centered on the rotation axis is Points having a constant value are extracted, a line connecting each of the extracted points from the inner peripheral edge to the outer peripheral edge is defined as a span line, and the distance from the front edge of the span line is calculated.
- An intermediate span line is defined as a line connecting each of the points that are the same distance from the trailing edge from the inner peripheral edge to the outer peripheral edge.
- the span line on the edge side is defined as a leading edge side span line
- a cross section obtained by cutting the blade along the span line parallel to the rotation axis is defined as a span direction cross section
- the front edge is located at the outer peripheral portion of the boss portion.
- An imaginary plane passing through the boss midpoint and perpendicular to the rotation axis is defined as a midpoint between the boss-side end of the rear edge and the boss-side end of the rear edge.
- the blade is in the radial direction From the intermediate portion to the outer peripheral edge portion, a leading edge side first concave portion concave on the suction side of the impeller, a leading edge side convex portion convex on the suction side, and a leading edge side second concave portion concave on the suction side are connected.
- a boundary point between the first front edge side concave portion and the front edge side convex portion is defined as a front edge side first inflection point
- a boundary point between the front edge side convex portion and the front edge side second concave portion is defined as a front edge side second inflection point.
- a leading edge side first stop point is provided between the radially intermediate portion and the leading edge side first inflection point, and the leading edge side first inflection point and the leading edge side second inflection point are provided.
- leading edge side second stop point between the radially intermediate portion and the front edge portion; a leading edge side third stopping point between the leading edge side second inflection point and the outer peripheral edge portion;
- the blade height between the leading edge side first stationary point and the leading edge side first stationary point monotonically decreases from the radial intermediate portion toward the leading edge side first stationary point, and the leading edge side first stationary point and the leading edge side second stationary point
- the blade height between the leading edge side first stop point monotonically increases toward the leading edge side second stop point, and between the leading edge side second stop point and the leading edge side third stop point
- the blade height of is monotonously increased from the leading edge side second stationary point toward the leading edge side third stationary point, and the blade height between the leading edge side third stationary point and the outer peripheral edge portion is , monotonically increasing from the leading edge side third stop point toward the outer peripheral edge.
- a blower according to the present disclosure includes an impeller according to the present disclosure, and a bell mouth surrounding an outer periphery of the impeller.
- a virtual plane which is vertical and separated from the bell mouth in the rotation axis direction by 0.5Hb from the suction side end of the bell mouth is defined as a suction side virtual plane.
- the impeller has the suction side virtual plane and the blowout side virtual plane. It is placed between the side virtual plane.
- an air conditioner according to the present disclosure includes an impeller according to the present disclosure, and a heat exchanger that exchanges heat between the air supplied by the impeller and the refrigerant flowing therein.
- the impeller according to the present disclosure can increase the work on the outer peripheral side of the blade, which accounts for most of the work of the entire blade, and can also suppress air leakage from the outer peripheral side of the outer peripheral edge of the blade.
- the impeller according to the present disclosure promotes the generation of tip vortices and suppresses turbulent flow due to collapse of the tip vortices, so it is possible to suppress the creation of strong vortices that are noise sources, thereby suppressing noise. Therefore, the impeller according to the present disclosure can achieve both improved efficiency and reduced noise.
- FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an air blower having an impeller according to Embodiment 1.
- FIG. FIG. 2 is a diagram for explaining the names of each part of the impeller according to Embodiment 1, and is a diagram in which the impeller is projected onto a plane perpendicular to the rotation axis of the impeller.
- FIG. 3 is a span-direction cross-section at the leading edge side span line of the blade of the impeller according to Embodiment 1.
- FIG. 4 is an enlarged view of part A in FIG. 3;
- FIG. FIG. 2 is a perspective view of the impeller according to Embodiment 1 as viewed from the suction side of the impeller, and shows an example of a tip vortex formed by the impeller.
- FIG. 10 is a span-direction cross-section along the trailing edge side span line of the blade of the impeller according to Embodiment 2.
- FIG. 10 is a span-direction cross-section at an intermediate span line of the blade of the impeller according to Embodiment 2.
- FIG. 7 is a diagram comparing the efficiency of the impeller according to Embodiment 2 and the conventional impeller.
- FIG. 7 is a diagram comparing noise values between the impeller according to Embodiment 2 and the conventional impeller.
- FIG. 11 is a cross-sectional view along the trailing edge side span line of the blade of the impeller according to Embodiment 3, and is an enlarged view of a main part showing a range from a radially intermediate portion to an outer peripheral edge portion 23;
- FIG. 11 is a cross-sectional view along the trailing edge side span line of the blade of the impeller according to Embodiment 3, and is an enlarged view of a main part showing a range from a radially intermediate portion to
- FIG. 11 is a cross-sectional view of a blade of an impeller according to Embodiment 4 cut along a cylindrical cross section centered on the rotation axis of the impeller.
- FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the ratio of ⁇ max to ⁇ min and efficiency in the impeller according to Embodiment 4;
- FIG. 11 is a cross-sectional view of a blade of an impeller according to Embodiment 5, cut along a cylindrical cross section centering on the rotation axis of the impeller.
- FIG. 11 is a cross-sectional view of a blade of an impeller according to Embodiment 5, cut along a cylindrical cross section centering on the rotation axis of the impeller.
- FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the ratio of ⁇ max to ⁇ min and efficiency in the impeller according to Embodiment 4;
- FIG. 11 is a cross-sectional view of a blade of an impeller according to Embodiment 5, cut along a cylindrical cross section centering on
- FIG. 11 is a cross-sectional view of a blade of an impeller according to Embodiment 5, cut along a cylindrical cross section centering on the rotation axis of the impeller.
- FIG. 12 is a cross-sectional view of the blower according to Embodiment 6 taken along a cross section parallel to the rotation axis of the impeller.
- FIG. 12 is a perspective view showing an air conditioner according to Embodiment 7;
- FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an air blower having an impeller according to Embodiment 1.
- FIG. 1 is a perspective view of the fan 100 as seen from the suction side of the fan 100 .
- FIG. 1 is a perspective view of blower 100 viewed from the suction side of impeller 10 . That is, FIG. 1 is a perspective view of the blower 100 viewed from the suction surface 26 side of the impeller 10.
- the white thick arrows shown in FIG. 1 and the drawings to be described later represent the overall direction of air flow when the impeller 10 rotates.
- Blower 100 according to the present embodiment is an axial-flow fan that blows air in a direction along rotating shaft 11 of impeller 10 .
- the blower 100 includes an impeller 10 and a bell mouth 81 surrounding the outer circumference of the impeller 10.
- the casing 80 is configured to include the bell mouth 81 .
- the bellmouth 81 has a substantially cylindrical shape.
- the impeller 10 is arranged on the inner peripheral side of the bell mouth 81 formed in such a shape. Further, the impeller 10 is provided so as to be rotatable around a rotating shaft 11 .
- the impeller 10 has a boss portion 12 provided on the rotating shaft 11 and a plurality of blades 20 provided on the outer peripheral portion of the boss portion 12 .
- the boss portion 12 has a substantially cylindrical shape.
- a drive shaft of a drive unit (not shown) such as a motor for rotating the impeller 10 is connected to the central portion of the boss portion 12 .
- the boss portion 12 rotates about the rotating shaft 11 by transmitting a rotational driving force from the driving portion through the driving shaft.
- a plurality of wings 20 are arranged at equal angular intervals on the outer peripheral portion of the boss portion 12 .
- Each of the plurality of wings 20 generally radially protrudes from the outer peripheral wall of the boss portion 12 . More specifically, each of the plurality of blades 20 protrudes from the outer peripheral wall of the boss portion 12 toward the outer peripheral side of the boss portion 12 so as to be inclined forward in the rotational direction of the impeller 10 with respect to the radial direction.
- the radial direction is a direction extending from the rotating shaft 11 perpendicularly to the rotating shaft 11 .
- FIG. 1 illustrates the impeller 10 having four blades 20, the number of blades 20 that the impeller 10 has may be other than four.
- the plurality of wings 20 rotate together with the boss portion 12 around the rotating shaft 11 .
- air is sucked into the blower 100 along the rotating shaft 11 from the front side of the paper, as indicated by the bold white arrows in FIG.
- the air sucked into the blower 100 is blown out from the blower 100 along the rotating shaft 11 toward the back side of the paper surface.
- FIG. 2 is a diagram for explaining the names of each part of the impeller according to Embodiment 1, and is a diagram of the impeller projected onto a plane perpendicular to the rotation axis of the impeller.
- names of respective parts of the impeller 10 according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
- the impeller 10 shown in FIG. 2 is only for explaining the names of the parts of the impeller 10 according to the first embodiment. Therefore, it should be noted that the impeller 10 shown in FIG. 2 has a different shape from the impeller 10 according to the first embodiment.
- 2 is a diagram of the impeller 10 viewed from the suction surface 26 side of the blade 20. As shown in FIG.
- Each of the plurality of blades 20 has a leading edge 21 , a trailing edge 22 , an outer peripheral edge 23 and an inner peripheral edge 24 .
- the front edge portion 21 is a portion of the peripheral edge portion of the blade 20 that is the front edge portion in the rotation direction of the blade 20 .
- the trailing edge portion 22 is a portion of the peripheral edge portion of the blade 20 that is the rear edge portion in the rotational direction of the blade 20 .
- the outer peripheral edge portion 23 is a portion of the peripheral edge portion of the blade 20 that serves as an edge portion on the outer peripheral side.
- the inner peripheral edge portion 24 is a portion of the peripheral edge portion of the blade 20 that serves as an edge portion on the inner peripheral side.
- the inner peripheral edge portion 24 has a shape along the outer peripheral portion of the boss portion 12 and is connected to the outer peripheral portion.
- the outer peripheral edge portion 23 and the front edge portion 21 are connected at an outer peripheral front end portion 23a.
- the outer peripheral edge portion 23 and the rear edge portion 22 are connected at an outer peripheral rear end portion 23b.
- the inner peripheral edge portion 24 and the front edge portion 21 are connected at an inner peripheral front end portion 24a.
- the inner peripheral edge portion 24 and the rear edge portion 22 are connected at an inner peripheral rear end portion 24b.
- each of the plurality of blades 20 has a radial intermediate portion 28 .
- the radial intermediate portion 28 is a portion on the blade 20 that is intermediate between the outer peripheral edge portion 23 and the inner peripheral edge portion 24 in the radial direction.
- the radially intermediate portion 28 forms a virtual circle centered on the rotation axis 11 .
- each of the plurality of blades 20 has a pressure surface 25 and a suction surface 26 .
- the pressure surface 25 is the front surface of the two surfaces of the blade 20 in the rotational direction of the blade 20 .
- the airfoil 20 rotates, the air will be pushed by the pressure surface 25 .
- 1 and 2 show configurations of the blower 100 and the impeller 10, respectively, viewed from the negative pressure surface 26 side. For this reason the pressure surface 25 is not shown in FIGS. Therefore, the pressure surface 25 is shown in FIG. 3 below.
- the suction surface 26 is the surface on the rear side in the rotation direction of the blade 20 and the surface on the back side of the pressure surface 25 .
- the span line is defined as follows. A point where the ratio of the distance from the leading edge portion 21 to the distance from the trailing edge portion 22 has a constant value is extracted from each of a plurality of cylindrical cross sections of the blade 20 centered on the rotation axis 11, and the extracted points from the inner peripheral edge 24 to the outer peripheral edge 23 is defined as a span line. The distance from each of the leading edge 21 and the trailing edge 22 is measured, for example, along the warpage line of the blade 20 on the cylindrical cross section.
- FIG. 2 shows a leading edge span line 27a, an intermediate span line 27b, and a trailing edge span line 27c as span lines.
- the intermediate span line 27b is a line connecting the points where the distance from the front edge 21 and the distance from the rear edge 22 are the same among the span lines, from the inner peripheral edge 24 to the outer peripheral edge 23. .
- the leading edge side span line 27a is a span line that is closer to the leading edge portion 21 than the intermediate span line 27b.
- the trailing edge side span line 27c is a span line that is closer to the trailing edge portion 22 than the intermediate span line 27b among the span lines. If the length along the span line from the inner peripheral edge portion 24 to the outer peripheral edge portion 23 is R, the length along the span line from the inner peripheral edge portion 24 to the radial intermediate portion 28 is necessarily 0.5R. However, it is generally in the range of 0.45R to 0.55R.
- a cross section obtained by cutting the blade 20 parallel to the rotating shaft 11 along the span line is defined as a span direction cross section.
- FIG. 3 is a cross section in the span direction along the leading edge side span line of the blade of the impeller according to the first embodiment. 4 is an enlarged view of part A in FIG. 3.
- FIG. FIG. 5 is a perspective view of the impeller according to Embodiment 1 as viewed from the suction side of the impeller, and shows an example of a tip vortex formed by the impeller.
- FIGS. 3 and 4 are cross-sectional views of the blade 20 of the impeller 10 according to Embodiment 1, cut at a position corresponding to the III-III cross section shown in FIG. That is, in FIGS. 3 and 4 , the vertical direction on the paper surface represents the direction along the rotation shaft 11 .
- the upper side of the paper surface is the suction side of the impeller 10
- the lower side of the paper surface is the blowing side of the impeller 10.
- FIG. 3 to 5 the shape of the blade 20 of the impeller 10 according to the first embodiment in the span direction cross section at the leading edge side span line 27a and the effect obtained from the shape will be described below.
- the blade 20 is positioned on the suction surface 26 side, i.
- the suction side is curved unevenly from the radially intermediate portion 28 to the outer peripheral edge portion 23 .
- the airfoil 20 on the front edge portion 21 side has unevenness on the suction side and convexity on the blowout side from the radial intermediate portion 28 to the outer peripheral edge portion 23. It is curved so as to be uneven.
- the blade 20 has a leading edge side first recessed portion 51a that is concave on the suction side of the impeller 10 from the radial intermediate portion 28 to the outer peripheral edge portion 23, and the impeller 10
- the leading edge side convex portion 51b that is convex on the suction side of the impeller 10 and the second leading edge side concave portion 51c that is concave on the suction side of the impeller 10 are connected.
- the blade 20 has a plurality of stop points from the radial intermediate portion 28 to the outer peripheral edge portion 23 in the spanwise cross section at the leading edge side span line 27a.
- the stationary point is a point at which the differential value of the function becomes 0 when the inclination of the blade 20 with respect to the virtual plane perpendicular to the rotation axis 11 is expressed as a function.
- the stationary point is the point at which the degree of change in the tilt of the blade 20 with respect to the virtual plane perpendicular to the rotation axis 11 is zero.
- the boundary point between the leading edge side first concave portion 51a and the leading edge side convex portion 51b is defined as the leading edge side first inflection point 52a.
- the boundary point with the leading edge side second concave portion 51c is defined as the leading edge side second inflection point 52b.
- the blade 20 has a second leading edge stop point 40b between the first leading edge inflection point 52a and the second leading edge inflection point 52b in the spanwise cross section at the leading edge side span line 27a. Further, the blade 20 has a leading edge side third stop point 40c between the leading edge side second inflection point 52b and the outer peripheral edge portion 23 in the spanwise cross section at the leading edge side span line 27a.
- the first leading edge stop point 40a, the second leading edge stop point 40b, and the third leading edge stop point 40c are located at the following positions.
- r be the distance from the rotation axis 11 to an arbitrary point on the blades 20 in the radial direction passing over the blades 20 when the impeller 10 is observed in the direction of the rotation shaft 11 .
- the distance from the rotating shaft 11 to the inner peripheral edge 24 in the radial direction passing over the blade 20 is r1
- the distance from the rotating shaft 11 to the outer peripheral edge is r1.
- ⁇ (r ⁇ r1)/(r2 ⁇ r1).
- leading edge side first stationary point 40a exists in the range of 0.5 ⁇ v ⁇ 0.7.
- the second leading edge stop point 40b exists in the range of 0.65 ⁇ v ⁇ 0.85.
- the leading edge side third stationary point 40c exists in the range of 0.8 ⁇ v ⁇ 1.
- the blade height h of the blade 20 in the span direction cross section at the leading edge side span line 27a is as follows.
- the blade height h will be explained.
- a midpoint between the end of the front edge portion 21 on the side of the boss portion 12 and the end portion of the rear edge portion 22 on the side of the boss portion 12. is the boss intermediate point 12a. That is, on the outer peripheral portion of the boss portion 12, the midpoint between the inner peripheral front end portion 24a and the inner peripheral rear end portion 24b is defined as the boss intermediate point 12a.
- a midpoint between the inner peripheral front end portion 24a and the inner peripheral rear end portion 24b is measured along the warp line of the blade 20 at the inner peripheral edge portion 24, for example.
- a boss intermediate virtual plane 42 is a virtual plane passing through the boss intermediate point 12a and perpendicular to the rotating shaft 11. As shown in FIG. When the boss intermediate virtual plane 42 is defined in this way, the blade height h is the distance in the rotation axis 11 direction between the boss intermediate virtual plane 42 and the blade 20 .
- the blade height h between the radial intermediate portion 28 and the leading edge side first stop point 40a in the span direction cross section at the leading edge side span line 27a is equal to the diameter It monotonously decreases from the direction intermediate portion 28 toward the leading edge side first stop point 40a.
- the blade height h between the leading edge side first stop point 40a and the leading edge side second stop point 40b is the same as the leading edge side first stop point 40a. 2 Monotonically increasing toward the stationary point 40b.
- the blade height h between the leading edge side second stopping point 40b and the leading edge side third stopping point 40c is the leading edge side second stopping point 40b to the leading edge side second stopping point 40b. It monotonically increases toward the 3 stationary point 40c.
- the blade height h between the leading edge side third stopping point 40c and the outer peripheral edge portion 23 is monotonically increasing. Note that monotonically increasing means continuing to increase without decreasing. Monotonically decreasing means continuing to decrease without increasing.
- the impeller 10 according to Embodiment 1 configured in this manner has the effect of suppressing noise. More specifically, in general, in an axial flow fan, air flows from the pressure surface side to the suction surface side due to the pressure difference between the pressure surface and the suction surface at the outer peripheral edge of the blades of the impeller. As a result, a tip vortex is generated around the outer peripheral edge of the blade. For example, if this tip vortex collapses and turbulence is generated, a strong vortex that becomes a noise source is generated and the noise becomes worse. Further, for example, interference between the wing tip flow and the bell mouth generates a strong vortex that becomes a noise source, and the noise becomes worse.
- the blade height h between the leading edge side third stationary point 40c and the outer peripheral edge portion 23 in the span direction cross section at the leading edge side span line 27a is It monotonically increases from the edge side third stop point 40c toward the outer peripheral edge portion 23 . Therefore, as indicated by black arrows at the tip of FIG. Further, in the impeller 10 according to the first embodiment, from the radially intermediate portion 28 to the outer peripheral edge portion 23, the front edge side first concave portion 51a is concave on the suction side of the impeller 10, and the suction side of the impeller 10 is convex.
- a leading edge side convex portion 51b and a second leading edge side concave portion 51c having a concave portion on the suction side of the impeller 10 are connected. Therefore, it is possible to increase the curvature of the front edge side second concave portion 51c. In other words, the curvature between the leading edge side third stop point 40c and the outer peripheral edge portion 23 can be increased. Therefore, as shown in FIG. 5, the impeller 10 according to Embodiment 1 promotes the generation of the blade tip vortex 30 and suppresses the turbulence caused by the collapse of the blade tip vortex 30. Vortex generation can be suppressed, and noise can be suppressed. In addition, as shown in FIG. 5, the tip vortex 30 is generated at the recessed portion of the second leading edge recessed portion 51c, so interference with the bellmouth 81 is also suppressed. Therefore, the impeller 10 according to Embodiment 1 can further suppress noise.
- the cross-sectional shape of the blade in the radial direction is a concave curve on the suction side on the outer peripheral edge side rather than near the center.
- the impeller described in Patent Document 1 can promote generation of blade tip vortices in the same manner as the impeller 10 according to the first embodiment, so that the effect of suppressing noise can be obtained.
- the impeller described in Patent Document 1 does not sufficiently improve efficiency.
- the impeller 10 according to Embodiment 1 can reduce noise and also improve efficiency compared to the impeller described in Patent Document 1. The reason for this will be explained below.
- the blades of the impeller described in Patent Document 1 have a radial cross-sectional shape that is concave on the suction side on the outer peripheral side. That is, the pressure surface on the outer peripheral side of the blade has a convex shape on the blowout side.
- the normal lines extending in the air blowing direction from the pressure surface are the directions from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the impeller. Become.
- the radial component of this normal line which extends from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the impeller, increases from the apex of the convex portion toward the outer peripheral edge of the blade.
- the air passing through the convex portion of the pressure surface on the outer peripheral side of the blade receives a force directed toward the outer peripheral side of the impeller between the apex of the convex portion and the outer peripheral edge of the blade.
- the radial component of this force which extends from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the impeller, increases from the apex of the convex portion toward the outer peripheral edge of the blade.
- the radial direction component from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the impeller 10 of the force that the air receives from the pressure surface 25 of the blade 20 is shown in white in FIG. It is indicated by an open arrow, and does not monotonically increase toward the outer peripheral edge of the blade 20 . More specifically, the air passing through the region between the first stopping point 40 a on the front edge side and the third stopping point 40 c on the leading edge side of the pressure surface 25 receives a force toward the outer peripheral side of the impeller 10 .
- the radial direction from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the impeller 10 in the force received by the air passing through the region between the leading edge side second stationary point 40b and the leading edge side third stationary point 40c of the pressure surface 25 The component is the radial force acting on the air passing through the area between the first stopping point 40a on the leading edge side and the second stopping point 40b on the leading edge side in the pressure surface 25, and is the diameter from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the impeller 10. smaller than the directional component. Therefore, the air pushed in the area between the first leading edge stop point 40a and the second leading edge stop point 40b on the pressure surface 25 is pushed to the second stopping point 40b on the pressure surface 25 and the second stopping point 40b on the front edge side.
- the air passing through the region between the leading edge side first stationary point 40a and the leading edge side third stationary point 40c of the pressure surface 25 receive a force toward the outer peripheral side of the impeller 10 . Therefore, the airflow passing through the impeller 10 can be biased toward the outer peripheral side of the impeller 10 .
- most of the workload of the blades of the impeller is occupied by the outer peripheral side of the blades. Therefore, generally, the efficiency of the impeller is improved by increasing the amount of work on the outer peripheral side of the blade. Therefore, in impeller 10 according to Embodiment 1, the amount of work can be increased on the outer peripheral side of blade 20, and efficiency is improved.
- impeller 10 according to Embodiment 1 can increase the amount of work on the outer peripheral side of blade 20, and can also suppress air leakage from the outer peripheral side of outer peripheral edge portion 23 of blade 20. , efficiency is improved.
- the blade height h between the radial intermediate portion 28 and the leading edge side first stop point 40a is It monotonously decreases toward the first stationary point 40a. Therefore, as indicated by the white arrow in FIG. 4, in the impeller 10 according to the first embodiment, the space between the radial intermediate portion 28 of the pressure surface 25 and the leading edge side first stop point 40a Air passing through the area experiences a force directed toward the boss portion 12 . Therefore, it is possible to suppress the turbulent airflow caused by separation on the surface of the boss portion 12 from flowing toward the outer peripheral side of the impeller 10 rather than the radial intermediate portion 28 . As a result, the airflow on the outer peripheral side of the blade 20, which accounts for most of the work of the entire blade 20, can be rectified. In this respect as well, the efficiency of the impeller 10 according to Embodiment 1 is improved.
- the blades 20 are formed in the following shape in the span direction cross section at the leading edge side span line 27a.
- the front edge side first concave portion 51a is concave on the suction side of the impeller 10
- the front edge side convex portion 51b is convex on the suction side of the impeller 10
- the suction side of the impeller 10 is The concave front edge side second concave portion 51c is continuous.
- the blade height h between the radial intermediate portion 28 and the leading edge side first stopping point 40a monotonically decreases from the radial direction intermediate portion 28 toward the leading edge side first stopping point 40a.
- the blade height h between the first leading edge stationary point 40a and the second leading edge stationary point 40b monotonously increases from the first leading edge stationary point 40a toward the second leading edge stationary point 40b.
- the blade height h between the second leading edge stationary point 40b and the third leading edge stationary point 40c monotonically increases from the second leading edge stationary point 40b toward the third leading edge stationary point 40c.
- the blade height h between the leading edge side third stopping point 40c and the outer peripheral edge portion 23 monotonically increases from the leading edge side third stopping point 40c toward the outer peripheral edge portion 23 .
- the impeller 10 according to Embodiment 1 configured in this manner can increase the work amount on the outer peripheral side of the blade 20, which accounts for most of the work amount of the entire blade 20. Air leakage from the outer peripheral side of the outer peripheral edge portion 23 can also be suppressed.
- the impeller 10 according to Embodiment 1 configured in this manner promotes the generation of the tip vortex 30 and suppresses the turbulent flow due to the collapse of the tip vortex 30 as described above. It is possible to suppress the generation of strong vortices that are the source, and suppress noise. Therefore, the impeller 10 according to Embodiment 1 configured in this way can achieve both an improvement in efficiency and a reduction in noise.
- the fan 100 according to Embodiment 1 includes the impeller 10 that can achieve both the improvement in efficiency and the reduction in noise as described above, both the improvement in efficiency and the reduction in noise can be achieved. It can be a blower.
- Embodiment 2 In Embodiment 1, no particular reference was made to the shape of the blade 20 on the trailing edge portion 22 side.
- the shape of the trailing edge portion 22 side of the blade 20 is preferably formed in the shape shown in the second embodiment.
- items that are not particularly described are the same as those in the first embodiment.
- FIG. 6 is a cross section in the span direction along the trailing edge side span line of the blade of the impeller according to the second embodiment.
- FIG. 6 is a cross-sectional view of the blade 20 of the impeller 10 according to Embodiment 2, cut at a position corresponding to the VV cross section shown in FIG. That is, in FIG. 6 , the vertical direction on the paper represents the direction along the rotating shaft 11 . 6, the upper side of the paper surface is the suction side of the impeller 10, and the lower side of the paper surface is the blowing side of the impeller 10. As shown in FIG.
- the blade 20 has a diameter on the suction surface 26 side, i. It is unevenly curved from the direction intermediate portion 28 to the outer peripheral edge portion 23 .
- the airfoil 20 on the trailing edge portion 22 side is uneven on the suction side and uneven on the discharge side from the radial intermediate portion 28 to the outer peripheral edge portion 23.
- the blade 20 has a trailing edge side convex portion 53a that is convex on the suction side of the impeller 10 from the radial intermediate portion 28 to the outer peripheral edge portion 23, and the impeller 10
- the trailing edge recessed portion 53b which is recessed on the suction side, is continuous.
- FIG. 7 is a spanwise cross-section of the blade of the impeller according to Embodiment 2 at the mid-span line.
- FIG. 7 is a cross-sectional view of the blade 20 of the impeller 10 according to the second embodiment taken along the IV-IV cross section shown in FIG. That is, in FIG. 7 , the vertical direction on the paper represents the direction along the rotating shaft 11 . 6, the upper side of the paper surface is the suction side of the impeller 10, and the lower side of the paper surface is the blowing side of the impeller 10. As shown in FIG.
- the shape of the blade 20 in the spanwise cross section at the leading edge side span line 27a is the shape shown in the first embodiment, and the shape of the blade 20 in the spanwise cross section at the trailing edge side span line 27c is shown in the second embodiment.
- the shape of the blade 20 in the span direction cross section at the intermediate span line 27b is formed as shown in FIG. 7, for example.
- the shape of the blade 20 in the spanwise cross section at the intermediate span line 27b is, for example, compared to the shape of the blade 20 in the spanwise cross section at the leading edge side span line 27a and the trailing edge side span line 27c. becomes a straight line approximately perpendicular to
- the flow of air flowing into the formation region of the trailing edge side convex portion 53a on the suction surface 26 is branch. Specifically, the flow of air that has flowed into the formation region of the trailing edge side protrusion 53a on the suction surface 26 flows toward the radially intermediate portion 28 by the trailing edge side protrusion 53a that protrudes toward the suction surface 26 side. It branches into a flow and a flow toward the outer peripheral edge portion 23 side.
- the efficiency of the impeller 10 deteriorates.
- the suction surface 26 allows air to flow along the airfoil 20 from the leading edge 21 to the trailing edge 22 . Therefore, the efficiency of the impeller 10 can be further improved by making the shape of the blade 20 in the cross section in the span direction at the trailing edge side span line 27c the shape shown in the second embodiment.
- the pressure surface is The air flow easily flows from 25 to the negative pressure surface 26 through the outer peripheral side of the outer peripheral edge portion 23 . Therefore, by making the shape of the blade 20 in the spanwise cross section at the trailing edge side span line 27c the shape shown in the second embodiment, the blade tip vortex 30 can be generated also on the side of the trailing edge portion 22 of the blade 20. Promoted. Therefore, the noise of the impeller 10 can be further suppressed by making the shape of the blade 20 in the cross section in the span direction at the trailing edge side span line 27c the shape shown in the second embodiment.
- FIG. 8 is a diagram comparing the efficiency of the impeller according to the second embodiment and the conventional impeller.
- black circles indicate the verification results of the impeller 10 according to the second embodiment.
- white circles indicate conventional impellers.
- the conventional impeller is a general impeller that does not have the features of the impeller 10 according to the second embodiment. As shown in FIG. 8, when the impeller 10 according to Embodiment 2 and the impeller of the prior art generate an airflow with the same air volume, the impeller according to Embodiment 2 It can be seen that 10 improves efficiency compared to prior art impellers.
- FIG. 9 is a diagram comparing the noise values of the impeller according to the second embodiment and the conventional impeller.
- black circles indicate the verification results of the impeller 10 according to the second embodiment.
- the white circles indicate impellers of the prior art.
- the impeller according to Embodiment 2 10 can suppress noise compared to the impeller of the prior art.
- Embodiment 3 When the shape of the blade 20 in the spanwise cross section at the trailing edge side span line 27c is the shape shown in the second embodiment, the blade height h of the blade 20 in the spanwise cross section at the trailing edge side span line 27c is Setting like form 3 is preferable.
- items that are not particularly described are the same as those in the first or second embodiment.
- FIG. 10 is a cross section along the trailing edge side span line of the blade of the impeller according to the third embodiment, and is an enlarged view of a main part showing the range from the radially intermediate portion to the outer peripheral edge portion 23 .
- FIG. 10 is a cross-sectional view of the blade 20 of the impeller 10 according to Embodiment 3, cut at a position corresponding to the VV cross section shown in FIG. That is, in FIG. 10 , the vertical direction on the paper represents the direction along the rotation shaft 11 .
- the upper side of the paper surface is the suction side of the impeller 10
- the lower side of the paper surface is the blowing side of the impeller 10 .
- the blade 20 of the impeller 10 according to the third embodiment has a trailing edge side convex shape from the radially intermediate portion 28 to the outer peripheral edge portion 23, as in the second embodiment.
- the portion 53a and the trailing edge recessed portion 53b are continuous. Therefore, the blade 20 has a plurality of stop points from the radial intermediate portion 28 to the outer peripheral edge portion 23 in the spanwise cross section at the trailing edge side span line 27c.
- the boundary point between the trailing edge side convex portion 53a and the trailing edge side recessed portion 53b is defined as the trailing edge side inflection point 54 in the spanwise cross section along the trailing edge side span line 27c.
- the blade 20 is located between the radial intermediate portion 28 and the trailing edge side inflection point 54 in the spanwise cross section along the trailing edge side span line 27c. It has a stationary point 41a. Further, the blade 20 has the trailing edge side second stop point 41b between the trailing edge side inflection point 54 and the outer peripheral edge portion 23 in the spanwise cross section along the trailing edge side span line 27c.
- the blade height h of the blade 20 in the span direction cross section at the trailing edge side span line 27c is as follows. In the spanwise cross-section at the trailing edge span line 27c, the blade height h between the radial intermediate portion 28 and the trailing edge first stopping point 41a increases from the radial intermediate portion 28 toward the trailing edge first stopping point 41a. is monotonically decreasing. In addition, in the spanwise cross section at the trailing edge span line 27c, the blade height h between the trailing edge first stop point 41a and the trailing edge second stop point 41b is the same as the trailing edge side first stop point 41a. It monotonously increases toward the second stationary point 41b. In addition, in the span direction cross section at the trailing edge side span line 27c, the blade height h between the trailing edge side second stop point 41b and the outer peripheral edge portion 23 is monotonically increasing.
- the turbulent airflow can flow to the outer peripheral side of the blade 20 on the trailing edge portion 22 side of the blade 20 as well. can be suppressed. As a result, the efficiency of the impeller 10 can be further improved.
- the air passing through the region between the radially intermediate portion 28 of the pressure surface 25 and the trailing edge side first stop point 41a moves toward the outer peripheral side of the blade 20. receive power.
- the air passing through the region between the first trailing edge side stopping point 41a and the second trailing edge side stopping point 41b of the pressure surface 25 is forced toward the boss portion 12 side. receive. Due to these forces, the turbulent airflow generated by separation on the surface of the boss portion 12 flows out rearward of the blade 20 from around the trailing edge side first stop point 41a.
- the blade height h between the trailing edge side second stop point 41b and the outer peripheral edge portion 23 in the span direction cross section at the trailing edge side span line 27c is the trailing edge side It monotonously increases from the second stationary point 41b toward the outer peripheral edge portion 23.
- the blade area on the outer peripheral side of the blade 20 which has a large amount of work of the blade 20 can be increased, so the torque applied to the impeller 10 can be reduced. .
- the efficiency of the impeller 10 can be further improved.
- Embodiment 4 By adding the shape shown in the fourth embodiment to the blades 20 of the impeller 10 shown in the first to third embodiments, the efficiency of the impeller 10 can be further improved.
- items not specifically described are the same as those in any one of the first to third embodiments.
- FIG. 11 is a cross-sectional view of the blade of the impeller according to Embodiment 4, cut along a cylindrical cross section centered on the rotation axis of the impeller.
- L is defined as shown in FIG. Specifically, let L be the linear distance from the leading edge portion 21 to the trailing edge portion 22 of the blade 20 in a cylindrical cross section centered on the rotating shaft 11 . Further, as described above, when the impeller 10 is observed in the direction of the rotating shaft 11, the distance from the rotating shaft 11 to an arbitrary point on the blades 20 in the radial direction passing over the blades 20 is r.
- the blade 20 of the impeller 10 according to the fourth embodiment has the minimum value ⁇ min of ⁇ in the range of 0.5 ⁇ 0.75, and 0.75 ⁇ 1 has a maximum value ⁇ max of ⁇ in the range of ⁇ .
- the blade area around the outer peripheral edge portion 23 can be increased relative to that around the radially intermediate portion 28, so that the amount of work on the outer peripheral side of the blade 20, which accounts for most of the amount of work in the entire blade 20, is further increased. be able to. Therefore, the efficiency of the impeller 10 can be further improved.
- FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the ratio of ⁇ max to ⁇ min and efficiency in the impeller according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 12, if 1.4 ⁇ max/ ⁇ min ⁇ 2.2, the impeller 10 according to Embodiment 4 can be a highly efficient impeller.
- Embodiment 5 By adding the shape shown in the fifth embodiment to the blades 20 of the impeller 10 shown in the first to fourth embodiments, the efficiency of the impeller 10 can be further improved.
- items not specifically described are the same as those in any one of the first to fourth embodiments.
- FIGS. 13 to 15 are cross-sectional views of the blades of the impeller according to Embodiment 5, which are cut along a cylindrical cross section centering on the rotation axis of the impeller. Therefore, in FIGS. 13 to 15, the vertical direction on the paper represents the direction along the rotating shaft 11. As shown in FIG. 13 to 15, the upper side of the paper surface is the suction side of the impeller 10, and the lower side of the paper surface is the blowing side of the impeller 10. As shown in FIG. Specifically, FIG. 13 is a cross-sectional view of the blade 20 of the impeller 10 according to Embodiment 5, cut at a position corresponding to the XIV-XIV cross section shown in FIG. That is, FIG.
- FIG. 13 is a cross section obtained by cutting a position on the inner peripheral edge portion 24 side of the radial intermediate portion 28 of the blade 20 of the impeller 10 according to Embodiment 5 with a cylindrical cross section centered on the rotating shaft 11. It is a diagram.
- FIG. 14 is a cross-sectional view of the blade 20 of the impeller 10 according to Embodiment 5, cut at a position corresponding to the XV-XV cross section shown in FIG. That is, FIG. 14 is a cross-sectional view of the position of the radial intermediate portion 28 of the blade 20 of the impeller 10 according to Embodiment 5, cut along a cylindrical cross section centered on the rotating shaft 11 .
- FIG. 14 is a cross-sectional view of the blade 20 of the impeller 10 according to Embodiment 5, cut along a cylindrical cross section centered on the rotating shaft 11 .
- FIG. 15 is a cross-sectional view of the blade 20 of the impeller 10 according to the fifth embodiment, cut at a position corresponding to the XVI-XVI cross section shown in FIG. That is, FIG. 15 is a cross section obtained by cutting a position closer to the outer peripheral edge portion 23 than the radial intermediate portion 28 in the blade 20 of the impeller 10 according to Embodiment 5 with a cylindrical cross section centered on the rotating shaft 11. It is a diagram.
- the shape of the blade 20 in the cylindrical cross section centered on the rotating shaft 11 is from the inner peripheral edge portion 24 to the outer peripheral edge portion 23. At any position, the suction side of the impeller 10 is convex, and the shape is such that there is no inflection point between the front edge portion 21 and the rear edge portion 22 .
- the shape of the blades 20 in the cylindrical cross section centered on the rotating shaft 11 is convex on the suction side of the impeller 10 over the entirety.
- the shape of blade 20 in a cylindrical cross section centered on rotating shaft 11 is concave on the blowout side of impeller 10 over the entirety.
- the shape of the blades 20 in the cylindrical cross section centered on the rotating shaft 11 is concave on the blowout side of the impeller 10 over the entirety. Therefore, the impeller 10 according to Embodiment 5 can increase the amount of pressure increase. Therefore, by adding the shape shown in the fifth embodiment to the blade 20, the efficiency of the impeller 10 can be further improved.
- Embodiment 6 introduces an example of a fan 100 including the impeller 10 shown in any one of Embodiments 1 to 5.
- FIG. in the sixth embodiment items not specifically described are the same as those in any of the first to fifth embodiments.
- FIG. 16 is a cross-sectional view of the blower according to Embodiment 6 taken along a cross section parallel to the rotation axis of the impeller.
- the impeller 10 shown in FIG. 16 is a simplified illustration of the impeller 10 . Therefore, for the detailed shape of the impeller 10, refer to the first to fifth embodiments.
- the impeller 10 indicated by broken lines in FIG. 16 indicates the limit position where the impeller 10 can be arranged.
- the lower side of the paper surface is the suction side of the blower 100 , that is, the suction side of the impeller 10 .
- the upper side of the paper surface is the blowing side of the blower 100 , that is, the blowing side of the impeller 10 .
- the blower 100 includes the impeller 10 and the bellmouth 81 that surrounds the impeller 10 .
- the impeller 10 is the impeller 10 shown in any one of the first to fifth embodiments.
- the bellmouth 81 has a substantially cylindrical shape.
- the diameter of the end portion 81a of the bell mouth 81 on the blowout side of the impeller 10 increases toward the outside of the bell mouth 81 .
- the diameter of the end portion 81a of the bell mouth 81 increases toward the bottom of the paper.
- the shape of the end portion 81a is an example of the shape of the end portion 81a.
- the end portion 81a of the bell mouth 81 may have a configuration in which the diameter does not decrease toward the outside of the bell mouth 81 .
- the end 81b of the bell mouth 81 on the suction side of the impeller 10 has a diameter that increases toward the outside of the bell mouth 81 .
- the diameter of the end portion 81b of the bell mouth 81 increases toward the upper side of the paper.
- the shape of the end portion 81b is an example of the shape of the end portion 81b.
- the end portion 81b of the bell mouth 81 may be configured so that the diameter does not decrease toward the outside of the bell mouth 81 .
- the impeller 10 shown in any one of Embodiments 1 to 5 can achieve both improved efficiency and reduced noise as described above. Therefore, the blower 100 having such an impeller 10 can also achieve both improved efficiency and reduced noise.
- the bell mouth 81 does not need to surround the entire outer periphery of the impeller 10 in the direction of the rotation shaft 11, and may partially surround the outer periphery of the impeller 10.
- the position of the impeller 10 with respect to the bellmouth 81 that can realize the blower 100 that can achieve both the effect of improving efficiency and reducing noise will be described below.
- a suction-side virtual plane 82 is defined as a virtual plane perpendicular to the rotation axis 11 and separated from the bell mouth 81 in the direction of the rotation axis 11 by 0.5 Hb from the end 81 b of the bell mouth 81 .
- a virtual plane perpendicular to the rotation axis 11 and separated from the bell mouth 81 in the direction of the rotation axis 11 by 0.5 Hb from the end 81 a of the bell mouth 81 is defined as a blowout-side virtual plane 83 .
- the impeller 10 may be arranged between the suction-side virtual plane 82 and the blow-side virtual plane 83 . If the impeller 10 is arranged at this position, it is possible to realize the blower 100 that achieves both effects of improving efficiency and reducing noise.
- Embodiment 7 introduces an example of an air conditioner 200 including the impeller 10 shown in any one of Embodiments 1 to 5.
- FIG. in the seventh embodiment items not specifically described are the same as those in any one of the first to sixth embodiments.
- FIG. 17 is a perspective view showing an air conditioner according to Embodiment 7.
- FIG. 17 shows an example in which the impeller 10 shown in any one of Embodiments 1 to 5 is mounted as an air conditioner 200 in an outdoor unit of a multi-air conditioner for buildings.
- the air conditioner 200 includes the impeller 10 shown in any one of Embodiments 1 to 5, and a heat exchanger 204 that exchanges heat between the air supplied by the impeller 10 and the refrigerant flowing therein. and have. Further, in Embodiment 7, the air conditioner 200 includes a housing 203 that houses the heat exchanger 204 .
- the housing 203 has a substantially rectangular parallelepiped box shape.
- a blowout port 202 is formed in the upper part of the housing 203 to discharge the air inside the housing 203 to the outside of the housing 203 .
- a bell mouth 81 is provided at the outlet 202 .
- the impeller 10 is arranged on the inner peripheral side of the bell mouth 81 . In other words, the bell mouth 81 and the impeller 10 constitute a blower 100 .
- a suction port 201 for sucking outdoor air into the housing 203 is formed on each side of the housing 203 . It should be noted that the suction port 201 need not be formed on all side surfaces of the housing 203 . The suction port 201 may be formed only on a part of the side surface of the housing 203 .
- the heat exchanger 204 is arranged inside the housing 203 in an air passage from the inlet 201 to the outlet 202 .
- heat exchanger 204 is arranged to face suction port 201 .
- the air conditioner 200 according to Embodiment 7 includes the impeller 10 described in any one of Embodiments 1 to 5, the air supplied by the impeller 10, and the refrigerant flowing therein. and a heat exchanger 204 that exchanges heat from the The impeller 10 shown in any one of Embodiments 1 to 5 can achieve both improved efficiency and reduced noise, as described above. Therefore, the air conditioner 200 including such an impeller 10 can improve power efficiency and reduce noise.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
本開示に係る羽根車は、翼の前縁部側に、径方向中間部から外周縁部にかけて、当該羽根車の吸い込み側が凹となる前縁側第1凹部、前記吸い込み側が凸となる前縁側凸部、及び前記吸い込み側が凹となる前縁側第2凹部が連なっている。また、翼の前縁部側においては、羽根車の回転軸方向に沿って吸い込み側へ向かう方向の翼高さは、前記径方向中間部から前縁側第1停留点に向かって単調減少し、前記前縁側第1停留点から前縁側第2変曲点に向かって単調増加し、前記前縁側第2変曲点から前縁側第3停留点に向かって単調増加し、前記前縁側第3停留点から前記外周縁部に向かって単調増加している。
Description
本開示は羽根車、送風機及び空気調和機に関するものである。
羽根車の翼の仕事量の多くは、該翼の外周側で占められる。このため、一般的に、羽根車の効率は、翼の外周側での仕事量を増加させることにより向上する。また、羽根車の騒音は、羽根車から生じる強い渦の生成を低減することによって減少する。しかしながら、翼の外周側での仕事量を増加させるために気流を翼の外周側に偏らせると、騒音源となる強い渦が発生し、騒音が悪化してしまう。騒音源となる強い渦は、例えば、翼の外周縁部周辺に発生する翼端渦の崩壊による乱流、及び翼端流とベルマウスとの干渉等によって発生する。すなわち、高効率かつ低騒音な羽根車を得るためには、気流を翼の外周側に偏らせると共に、強い渦の生成を低減する必要がある。換言すると、羽根車を備えた送風機において、高効率かつ低騒音な送風機を得るためには、気流を翼の外周側に偏らせると共に、強い渦の生成を低減する必要がある。
そこで、羽根車を備えた従来の送風機には、上述の観点から、効率の向上及び騒音の低減を図った送風機が提案されている(特許文献1参照)。具体的には、特許文献1に記載の送風機は、羽根車と、該羽根車の吐出側外周を囲むオリフィスリングとを備えている。また、羽根車は、モーターに取り付けられたハブと、該ハブの周囲に設けられた複数の羽根とを備えている。また、オリフィスリングは、吐出側先端部を開放端とした略円筒形の第1のオリフィスリングと、第1のオリフィスリングの外側に設けた略同心円状でかつ第1のオリフィスリングより軸方向高さの高い第2のオリフィスリングと、第1のオリフィスリングの吸い込み側と第2のオリフィスリングの吸い込み側とをなめらかにつなぐ湾曲部と、を備えている。また、特許文献1に記載の送風機の各羽根は、次のような形状となっている。羽根の周方向の羽根断面形状は、ハブ側では翼型となり、所定の半径より外周側ではハブ側より薄い平板状又は翼型となっている。また、羽根の径方向の断面形状は、外周側では吸い込み側に凹形状の曲線となっており、ハブ側では吸い込み側に凸形状の曲線となっている。特許文献1に記載の送風機は、上述の構成により、翼端渦の乱れを抑制し、効率の向上及び騒音の低減を図っている。なお、径方向とは、羽根車の回転軸から該回転軸と垂直に延びる方向である。
上述のように、特許文献1に記載の羽根車の羽根すなわち翼は、径方向の断面形状を、外周側では吸い込み側に凹形状としている。すなわち、翼の外周側の圧力面は、吹き出し側に凸形状となっている。この圧力面の凸形状部分では、該凸部の頂点から翼の外周縁部の間では、圧力面から空気の吹き出し方向に延びる法線は、羽根車の内周側から外周側へ向かう方向となる。また、この法線のうちの羽根車の内周側から外周側へ向かう径方向成分は、凸部の頂点から翼の外周縁部に向かうにしたがって、大きくなる。このため、翼の外周側の圧力面の凸形状部分を通過する空気は、凸部の頂点から翼の外周縁部の間では、羽根車の外周側へ向かう力を受ける。かつ、この力のうちの羽根車の内周側から外周側へ向かう径方向成分は、凸部の頂点から翼の外周縁部に向かうにしたがって大きくなる。したがって、特許文献1に記載の羽根車は、翼の外周縁部の外周側から空気が漏れやすく、静圧上昇を妨げるため、効率が十分に向上しない。すなわち、従来の羽根車は、効率の向上及び騒音の低減の双方の実現が未だ十分ではないという課題があった。
本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであり、効率の向上及び騒音の低減の双方を実現できる羽根車を得ることを第1の目的とする。また、本開示は、このような羽根車を備えた送風機及び空気調和機を得ることを第2の目的とする。
本開示に係る羽根車は、回転軸を中心として回転するボス部と、前記ボス部の外周部に設けられ、前記回転軸を中心として前記ボス部と共に回転する翼と、を備えた羽根車であって、前記翼は、該翼の回転方向において前方の縁部となる前縁部と、前記回転方向において後方の縁部となる後縁部と、外周側の縁部となる外周縁部と、内周側の縁部となる内周縁部と、を備え、前記回転軸から該回転軸と垂直に延びる方向を径方向とし、前記径方向において前記外周縁部と前記内周縁部との中間となる前記翼上の位置を径方向中間部とし、前記回転軸を中心とした前記翼の複数の円筒断面のそれぞれにおいて前記前縁部からの距離と前記後縁部からの距離との比が一定の値になる点を抽出し、抽出された前記点のそれぞれを前記内周縁部から前記外周縁部まで結んだ線をスパン線とし、前記スパン線のうち、前記前縁部からの距離と前記後縁部からの距離とが同じになる前記点のそれぞれを前記内周縁部から前記外周縁部まで結んだ線を中間スパン線とし、前記スパン線のうち、前記中間スパン線よりも前記前縁部側となる前記スパン線を前縁側スパン線とし、前記翼を前記スパン線に沿って前記回転軸と平行に切断した断面をスパン方向断面とし、前記ボス部の前記外周部において前記前縁部の前記ボス部側の端部と前記後縁部の前記ボス部側の端部との中点となる点をボス中間点とし、前記ボス中間点を通り前記回転軸と垂直な仮想平面をボス中間仮想平面とし、前記ボス中間仮想平面と前記翼との間の前記回転軸方向の距離を翼高さとした場合、前記前縁側スパン線での前記スパン方向断面において前記翼は、前記径方向中間部から前記外周縁部にかけて、当該羽根車の吸い込み側が凹となる前縁側第1凹部、前記吸い込み側が凸となる前縁側凸部、及び前記吸い込み側が凹となる前縁側第2凹部が連なっており、前記前縁側第1凹部と前記前縁側凸部との境界点を前縁側第1変曲点とし、前記前縁側凸部と前記前縁側第2凹部との境界点を前縁側第2変曲点とした場合、前記径方向中間部と前記前縁側第1変曲点との間に前縁側第1停留点を有し、前記前縁側第1変曲点と前記前縁側第2変曲点との間に前縁側第2停留点を有し、前記前縁側第2変曲点と前記外周縁部との間に前縁側第3停留点を有し、前記径方向中間部と前記前縁側第1停留点との間の前記翼高さが、前記径方向中間部から前記前縁側第1停留点に向かって単調減少し、前記前縁側第1停留点と前記前縁側第2停留点との間の前記翼高さが、前記前縁側第1停留点から前記前縁側第2停留点に向かって単調増加し、前記前縁側第2停留点と前記前縁側第3停留点との間の前記翼高さが、前記前縁側第2停留点から前記前縁側第3停留点に向かって単調増加し、前記前縁側第3停留点と前記外周縁部との間の前記翼高さが、前記前縁側第3停留点から前記外周縁部に向かって単調増加している。
また、本開示に係る送風機は、本開示に係る羽根車と、前記羽根車の外周を囲うベルマウスと、を備え、前記ベルマウスの前記回転軸方向の高さをHbとし、前記回転軸と垂直で、前記ベルマウスの前記吸い込み側の端部から0.5Hbだけ、前記ベルマウスから前記回転軸方向に離れた仮想平面を吸い込み側仮想平面とし、前記回転軸と垂直で、前記ベルマウスにおける前記羽根車の吹き出し側の端部から0.5Hbだけ、前記ベルマウスから前記回転軸方向に離れた仮想平面を吹き出し側仮想平面とした場合、前記羽根車は、前記吸い込み側仮想平面と前記吹き出し側仮想平面との間に配置されている。
また、本開示に係る空気調和機は、本開示に係る羽根車と、前記羽根車によって供給される空気と内部を流通する冷媒との熱交換を行う熱交換器と、を備えている。
本開示に係る羽根車は、翼全体の仕事量の多くを占める翼の外周側で仕事量を増加させることができ、翼の外周縁部の外周側から空気が漏れることも抑制できる。また、本開示に係る羽根車は、翼端渦の生成を促進し、翼端渦の崩壊による乱流を抑制できるので、騒音源となる強い渦の生成を抑制でき、騒音を抑制できる。このため、本開示に係る羽根車は、効率の向上及び騒音の低減の双方を実現できる。
以下の各実施の形態において、本開示に係る羽根車の一例、本開示に係る送風機の一例、又は本開示に係る空気調和機の一例について、図面を参照しながら説明する。なお、図1を含む以下の図面では、各構成部材の相対的な寸法の関係及び形状等が、本開示に係る羽根車、送風機及び空気調和機を実際に製造したものとは異なる場合がある。また、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものである。同一又はこれに相当するものに同一の符号を付すというこのやり方は、明細書の全文において共通する。また、以下の各実施の形態では、本開示に係る羽根車、送風機及び空気調和機の一例の理解を容易にするために、方向を表す用語を適宜用いる。方向を表す用語とは、例えば「上」、「下」、「右」、「左」、「前」及び「後」等である。しかしながら、方向を表すこれらの用語は、説明の便宜上用いるだけであって、本開示に係る羽根車、送風機及び空気調和機を限定するものではない。さらに、以下の図面において、形状の面取りは行っていないが、面取りを実施しても同様の効果を得ることができる。すなわち、例えば、C面取りを実施しても、R面取りを実施しても、同様の効果を得られる。
実施の形態1.
図1は、本実施の形態1に係る羽根車を備えた送風機の構成を示す斜視図である。
なお、図1は、送風機100の吸い込み側から見た送風機100の斜視図となっている。換言すると、図1は、羽根車10の吸い込み側から見た送風機100の斜視図となっている。すなわち、図1は、羽根車10の負圧面26側から見た送風機100の斜視図となっている。ここで、図1及び後述する図面で示す黒塗りの太矢印は、羽根車10の回転方向を表している。すなわち、図1及び後述する図面で示す黒塗りの太矢印は、羽根車10のボス部12及び翼20の回転方向を表している。また、図1及び後述する図面で示す白抜きの太矢印は、羽根車10が回転したときの全体的な空気の流れ方向を表している。本実施の形態に係る送風機100は、羽根車10の回転軸11に沿う方向に送風する軸流送風機である。
図1は、本実施の形態1に係る羽根車を備えた送風機の構成を示す斜視図である。
なお、図1は、送風機100の吸い込み側から見た送風機100の斜視図となっている。換言すると、図1は、羽根車10の吸い込み側から見た送風機100の斜視図となっている。すなわち、図1は、羽根車10の負圧面26側から見た送風機100の斜視図となっている。ここで、図1及び後述する図面で示す黒塗りの太矢印は、羽根車10の回転方向を表している。すなわち、図1及び後述する図面で示す黒塗りの太矢印は、羽根車10のボス部12及び翼20の回転方向を表している。また、図1及び後述する図面で示す白抜きの太矢印は、羽根車10が回転したときの全体的な空気の流れ方向を表している。本実施の形態に係る送風機100は、羽根車10の回転軸11に沿う方向に送風する軸流送風機である。
図1に示すように、送風機100は、羽根車10と、該羽根車10の外周を囲うベルマウス81とを備えている。なお、本実施の形態1では、ケーシング80がベルマウス81を備える構成となっている。ベルマウス81は、略円筒状をしている。羽根車10は、このような形状に形成されたベルマウス81の内周側に配置されている。また、羽根車10は、回転軸11を中心として回転自在となるように設けられている。
羽根車10は、回転軸11上に設けられたボス部12と、ボス部12の外周部に設けられた複数の翼20とを有している。ボス部12は、略円筒状の形状をしている。ボス部12の中心部には、羽根車10を回転させるモーター等の図示せぬ駆動部が備える駆動軸が、接続される。ボス部12は、駆動軸を介して駆動部から回転駆動力が伝達されることにより、回転軸11を中心として回転する。
複数の翼20は、ボス部12の外周部に等角度間隔で配置されている。複数の翼20のそれぞれは、ボス部12の外周壁から概ね放射状に突出している。より詳しくは、複数の翼20のそれぞれは、ボス部12の外周壁から、径方向に対し、羽根車10の回転方向において前方側に傾くように、ボス部12の外周側に突出している。ここで、径方向とは、回転軸11から該回転軸11と垂直に延びる方向である。なお、図1では、4枚の翼20を有する羽根車10を例示しているが、羽根車10が有する翼20の枚数は4枚以外であってもよい。
複数の翼20は、回転軸11を中心として、ボス部12と共に回転する。複数の翼20が回転すると、図1の白抜き太矢印で示すように、空気は、紙面手前側から回転軸11に沿って送風機100に吸い込まれる。送風機100に吸い込まれた空気は、回転軸11に沿って送風機100から紙面奥側に吹き出される。
図2は、本実施の形態1に係る羽根車の各部の名称を説明するための図であり、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。
以下、図2を用いて、本実施の形態1に係る羽根車10の各部の名称を説明する。なお、図2に示す羽根車10は、あくまでも、本実施の形態1に係る羽根車10の各部の名称を説明するものである。このため、図2に示す羽根車10は、本実施の形態1に係る羽根車10とは形状が異なるものであること注意されたい。また、図2は、羽根車10を翼20の負圧面26側から見た図となっている。
以下、図2を用いて、本実施の形態1に係る羽根車10の各部の名称を説明する。なお、図2に示す羽根車10は、あくまでも、本実施の形態1に係る羽根車10の各部の名称を説明するものである。このため、図2に示す羽根車10は、本実施の形態1に係る羽根車10とは形状が異なるものであること注意されたい。また、図2は、羽根車10を翼20の負圧面26側から見た図となっている。
複数の翼20のそれぞれは、前縁部21、後縁部22、外周縁部23及び内周縁部24を有している。前縁部21は、翼20の周縁部のうち、該翼20の回転方向において前方の縁部となる部分である。後縁部22は、翼20の周縁部のうち、該翼20の回転方向において後方の縁部となる部分である。外周縁部23は、翼20の周縁部のうち、外周側の縁部となる部分である。内周縁部24は、翼20の周縁部のうち、内周側の縁部となる部分である。内周縁部24は、ボス部12の外周部に沿った形状を有しており、当該外周部と接続されている。
外周縁部23と前縁部21とは、外周前端部23aで接続されている。外周縁部23と後縁部22とは、外周後端部23bで接続されている。内周縁部24と前縁部21とは、内周前端部24aで接続されている。内周縁部24と後縁部22とは、内周後端部24bで接続されている。
また、複数の翼20のそれぞれは、径方向中間部28を有している。径方向中間部28は、径方向において外周縁部23と内周縁部24との中間となる翼20上の位置になる部分である。換言すると、径方向中間部28は、回転軸11を中心とする仮想円上の部分となる。回転軸11方向に羽根車10を観察した際、翼20上を通る径方向において、回転軸11から内周縁部24までの距離をr1とし、回転軸11から外周縁部23までの距離をr2とし、回転軸11から径方向中間部28までの距離をr3とする。この場合、r3=(r1+r2)/2の関係が満たされる。
また、複数の翼20のそれぞれは、圧力面25及び負圧面26を有している。圧力面25は、翼20が有する2つの面のうち、翼20の回転方向で前方側の面である。翼20が回転する際には、圧力面25によって空気が押されることになる。なお、図1及び図2は、それぞれ送風機100及び羽根車10を負圧面26側から見た構成を示している。このため、圧力面25は、図1及び図2には示されていない。したがって、圧力面25は、後述の図3を参照されたい。負圧面26は、翼20が有する2つの面のうち、翼20の回転方向で後方側の面であり、圧力面25の裏側の面である。
ここで、スパン線を次のように定義する。回転軸11を中心とした翼20の複数の円筒断面のそれぞれにおいて前縁部21からの距離と後縁部22からの距離との比が一定の値になる点を抽出し、抽出された点のそれぞれを内周縁部24から外周縁部23まで結んだ線をスパン線とする。前縁部21及び後縁部22のそれぞれからの距離は、例えば、円筒断面上の翼20の反り線に沿って測定される。図2には、スパン線として、前縁側スパン線27a、中間スパン線27b及び後縁側スパン線27cが示されている。中間スパン線27bは、スパン線のうち、前縁部21からの距離と後縁部22からの距離とが同じになる点のそれぞれを内周縁部24から外周縁部23まで結んだ線である。前縁側スパン線27aは、スパン線のうち、中間スパン線27bよりも前縁部21側となるスパン線である。後縁側スパン線27cは、スパン線のうち、中間スパン線27bよりも後縁部22側となるスパン線である。なお、内周縁部24から外周縁部23までのスパン線に沿った長さをRとすると、内周縁部24から径方向中間部28までのスパン線に沿った長さは、必ずしも0.5Rにはならず、概ね0.45R~0.55Rの範囲にある。
また、翼20をスパン線に沿って回転軸11と平行に切断した断面を、スパン方向断面と定義する。
図3は、本実施の形態1に係る羽根車の翼の前縁側スパン線でのスパン方向断面である。図4は、図3のA部拡大図である。また、図5は、本実施の形態1に係る羽根車を該羽根車の吸い込み側から見た斜視図であり、該羽根車で形成される翼端渦の例を示す図である。
換言すると、図3及び図4は、本実施の形態1に係る羽根車10の翼20を、図2に示すIII-III断面に相当する位置で切断した断面図である。すなわち、図3及び図4では、紙面上下方向が、回転軸11に沿う方向を表している。また、図3及び図4では、紙面上側が羽根車10の吸い込み側となっており、紙面下側が羽根車10の吹き出し側となっている。以下、図3~図5を用いて、前縁側スパン線27aでのスパン方向断面における本実施の形態1に係る羽根車10の翼20の形状、及び該形状から得られる効果について説明する。
換言すると、図3及び図4は、本実施の形態1に係る羽根車10の翼20を、図2に示すIII-III断面に相当する位置で切断した断面図である。すなわち、図3及び図4では、紙面上下方向が、回転軸11に沿う方向を表している。また、図3及び図4では、紙面上側が羽根車10の吸い込み側となっており、紙面下側が羽根車10の吹き出し側となっている。以下、図3~図5を用いて、前縁側スパン線27aでのスパン方向断面における本実施の形態1に係る羽根車10の翼20の形状、及び該形状から得られる効果について説明する。
図3及び図4に示すように、前縁側スパン線27aでのスパン方向断面において翼20は、径方向中間部28と外周縁部23との間の領域の例えば全域で、負圧面26側すなわち吸い込み側が径方向中間部28から外周縁部23にかけて凹凸凹と湾曲している。換言すると、前縁部21側での翼20は、径方向中間部28と外周縁部23との間の領域において、径方向中間部28から外周縁部23にかけて吸い込み側が凹凸凹となり吹き出し側が凸凹凸となるように湾曲している。より詳しくは、前縁側スパン線27aでのスパン方向断面において翼20は、径方向中間部28から外周縁部23にかけて、羽根車10の吸い込み側が凹となる前縁側第1凹部51a、羽根車10の吸い込み側が凸となる前縁側凸部51b、及び羽根車10の吸い込み側が凹となる前縁側第2凹部51cが連なっている。
このため、前縁側スパン線27aでのスパン方向断面において翼20は、径方向中間部28から外周縁部23にかけて複数の停留点を有することとなる。停留点とは、回転軸11と垂直な仮想平面に対する翼20の傾きを関数として表した際、該関数の微分値が0となる点である。換言すると、停留点とは、回転軸11と垂直な仮想平面に対する翼20の傾きの変化度合いが0となる点である。
具体的には、前縁側スパン線27aでのスパン方向断面において、前縁側第1凹部51aと前縁側凸部51bとの境界点を前縁側第1変曲点52aとし、前縁側凸部51bと前縁側第2凹部51cとの境界点を前縁側第2変曲点52bとする。このように前縁側第1変曲点52a及び前縁側第2変曲点52bを定義した場合、前縁側スパン線27aでのスパン方向断面において翼20は、径方向中間部28と前縁側第1変曲点52aとの間に、前縁側第1停留点40aを有する。また、前縁側スパン線27aでのスパン方向断面において翼20は、前縁側第1変曲点52aと前縁側第2変曲点52bとの間に、前縁側第2停留点40bを有する。また、前縁側スパン線27aでのスパン方向断面において翼20は、前縁側第2変曲点52bと外周縁部23との間に前縁側第3停留点40cを有する。
なお、本実施の形態1では、前縁側第1停留点40a、前縁側第2停留点40b及び前縁側第3停留点40cは、次の位置に存在している。回転軸11方向に羽根車10を観察した際、翼20上を通る径方向において、回転軸11から翼20上の任意の点までの距離をrとする。また、上述のように、回転軸11方向に羽根車10を観察した際、翼20上を通る径方向において、回転軸11から内周縁部24までの距離をr1とし、回転軸11から外周縁部23までの距離をr2とする。また、ν=(r-r1)/(r2-r1)とする。この場合、前縁側第1停留点40aは、0.5<ν<0.7の範囲に存在する。前縁側第2停留点40bは、0.65<ν<0.85の範囲に存在する。前縁側第3停留点40cは、0.8<ν<1の範囲に存在する。
また、前縁側スパン線27aでのスパン方向断面において、翼20の翼高さhは、次のようになる。ここで、まず、翼高さhについて説明する。図2及び図3に示すように、ボス部12の外周部において、前縁部21のボス部12側の端部と後縁部22のボス部12側の端部との中点となる点を、ボス中間点12aとする。すなわち、ボス部12の外周部において、内周前端部24aと内周後端部24bとの中点となる点を、ボス中間点12aとする。内周前端部24aと内周後端部24bとの中点となる点は、例えば、内周縁部24での翼20の反り線に沿って測定される。また、図3及び図4に示すように、ボス中間点12aを通り回転軸11と垂直な仮想平面を、ボス中間仮想平面42とする。このようにボス中間仮想平面42を定義した場合、翼高さhは、ボス中間仮想平面42と翼20との間の回転軸11方向の距離となる。
そして、このように翼高さhを定義した場合、前縁側スパン線27aでのスパン方向断面において、径方向中間部28と前縁側第1停留点40aとの間の翼高さhは、径方向中間部28から前縁側第1停留点40aに向かって単調減少している。また、前縁側スパン線27aでのスパン方向断面において、前縁側第1停留点40aと前縁側第2停留点40bとの間の翼高さhは、前縁側第1停留点40aから前縁側第2停留点40bに向かって単調増加している。また、前縁側スパン線27aでのスパン方向断面において、前縁側第2停留点40bと前縁側第3停留点40cとの間の翼高さhは、前縁側第2停留点40bから前縁側第3停留点40cに向かって単調増加している。また、前縁側スパン線27aでのスパン方向断面において、前縁側第3停留点40cと外周縁部23との間の翼高さhは、前縁側第3停留点40cから外周縁部23に向かって単調増加している。なお、単調増加とは、減少することなく増加し続けることを示す。また、単調減少とは、増加することなく減少し続けることを示す。
このように構成された本実施の形態1に係る羽根車10は、騒音を抑制できるという効果が得られる。詳しくは、一般的に、軸流送風機では、羽根車の翼の外周縁部において、圧力面と負圧面との圧力差に起因して、気流が圧力面側から負圧面側に回り込む。この結果、翼の外周縁部周辺に、翼端渦が発生する。例えば、この翼端渦が崩壊して乱流が発生すると、騒音源となる強い渦が発生し、騒音が悪化してしまう。また、例えば、翼端流とベルマウスととが干渉すると、騒音源となる強い渦が発生し、騒音が悪化してしまう。
ここで、本実施の形態1に係る羽根車10では、前縁側スパン線27aでのスパン方向断面において、前縁側第3停留点40cと外周縁部23との間の翼高さhは、前縁側第3停留点40cから外周縁部23に向かって単調増加している。このため、図4の先端黒塗り矢印で示すように、圧力面25から負圧面26へ気流が回り込みやすくなる。また、本実施の形態1に係る羽根車10では、径方向中間部28から外周縁部23にかけて、羽根車10の吸い込み側が凹となる前縁側第1凹部51a、羽根車10の吸い込み側が凸となる前縁側凸部51b、及び羽根車10の吸い込み側が凹となる前縁側第2凹部51cが連なっている。このため、前縁側第2凹部51cの曲率を大きくすることができる。換言すると、前縁側第3停留点40cと外周縁部23との間の曲率を大きくすることができる。したがって、図5に示すように、本実施の形態1に係る羽根車10は、翼端渦30の生成を促進し、翼端渦30の崩壊による乱流を抑制できるので、騒音源となる強い渦の生成を抑制でき、騒音を抑制できる。また、図5に示すように、翼端渦30は、前縁側第2凹部51cの凹み箇所で生成されるので、ベルマウス81との干渉も抑制される。このため、本実施の形態1に係る羽根車10は、騒音をさらに抑制できる。
ところで、先行技術文献として示した特許文献1に記載の羽根車においては、翼の径方向の断面形状が、中央付近よりも外周縁部側では、吸い込み側に凹形状の曲線となっている。このため、特許文献1に記載の羽根車は、本実施の形態1に係る羽根車10と同様に、翼端渦の生成を促進できるため、騒音を抑制する効果は得られる。しかしながら、特許文献1に記載の羽根車は、効率が十分に向上しない。一方、本実施の形態1に係る羽根車10は、騒音を低減できると共に、特許文献1に記載の羽根車と比べ、効率を向上させることもできる。以下、その理由について説明する。
上述のように、特許文献1に記載の羽根車の翼は、径方向の断面形状を、外周側では吸い込み側に凹形状としている。すなわち、翼の外周側の圧力面は、吹き出し側に凸形状となっている。この圧力面の凸形状部分では、該凸部の頂点から翼の外周縁部の間では、圧力面から空気の吹き出し方向に延びる法線は、羽根車の内周側から外周側へ向かう方向となる。また、この法線のうちの羽根車の内周側から外周側へ向かう径方向成分は、凸部の頂点から翼の外周縁部に向かうにしたがって、大きくなる。このため、翼の外周側の圧力面の凸形状部分を通過する空気は、凸部の頂点から翼の外周縁部の間では、羽根車の外周側へ向かう力を受ける。かつ、この力のうちの羽根車の内周側から外周側へ向かう径方向成分は、凸部の頂点から翼の外周縁部に向かうにしたがって大きくなる。すなわち、特許文献1に記載の羽根車においては、該凸部の頂点から翼の外周縁部の間では、翼の圧力面から空気が受ける力のうちの羽根車の内周側から外周側へ向かう径方向成分は、凸部の頂点から翼の外周縁部に向かうにしたがって単調に増加していく。したがって、特許文献1に記載の羽根車は、翼の外周縁部の外周側から空気が漏れやすく、静圧上昇を妨げるため、効率が十分に向上しない。
一方、本実施の形態1に係る羽根車10においては、翼20の圧力面25から空気が受ける力のうちの羽根車10の内周側から外周側へ向かう径方向成分は、図4に白抜き矢印で示すようになり、翼20の外周縁部に向かうにしたがって単調に増加することはない。詳しくは、圧力面25のうちの前縁側第1停留点40aと前縁側第3停留点40cとの間の領域を通過する空気は、羽根車10の外周側へ向かう力を受ける。しかしながら、圧力面25のうちの前縁側第2停留点40bと前縁側第3停留点40cとの間の領域を通過する空気が受ける力における羽根車10の内周側から外周側へ向かう径方向成分は、圧力面25のうちの前縁側第1停留点40aと前縁側第2停留点40bとの間の領域を通過する空気が受ける力における羽根車10の内周側から外周側へ向かう径方向成分と比べ、小さくなる。このため、圧力面25のうちの前縁側第1停留点40aと前縁側第2停留点40bとの間の領域で押された空気は、圧力面25のうちの前縁側第2停留点40bと前縁側第3停留点40cとの間の領域で押された空気によって、羽根車10の外周側へ向かうことが抑制される。このため、本実施の形態1に係る羽根車10においては、翼20の外周縁部23の外周側から空気が漏れることを抑制できる。
また、上述のように、本実施の形態1に係る羽根車10においては、圧力面25のうちの前縁側第1停留点40aと前縁側第3停留点40cとの間の領域を通過する空気は、羽根車10の外周側へ向かう力を受ける。このため、羽根車10を通過する気流を、該羽根車10の外周側に偏らせることができる。ここで、一般的に、羽根車の翼の仕事量の多くは、該翼の外周側で占められる。このため、一般的に、羽根車の効率は、翼の外周側での仕事量を増加させることにより向上する。したがって、実施の形態1に係る羽根車10においては、翼20の外周側で仕事量を増加させることができ、効率が向上する。
このように、本実施の形態1に係る羽根車10は、翼20の外周側で仕事量を増加させることができ、翼20の外周縁部23の外周側から空気が漏れることも抑制できるので、効率が向上する。
また、上述のように、前縁側スパン線27aでのスパン方向断面において、径方向中間部28と前縁側第1停留点40aとの間の翼高さhは、径方向中間部28から前縁側第1停留点40aに向かって単調減少している。このため、図4に白抜き矢印で示すように、本実施の形態1に係る羽根車10においては、圧力面25のうちの径方向中間部28と前縁側第1停留点40aとの間の領域を通過する空気は、ボス部12へ向かう力を受ける。したがって、当該空気の流れによって、ボス部12の表面で剥離が生じることによって乱れた気流を、径方向中間部28よりも羽根車10の外周側へ流れることを抑制できる。これにより、翼20全体の仕事量の多くを占める翼20の外周側の気流を整流できる。この点においても、本実施の形態1に係る羽根車10は、効率が向上する。
以上、本実施の形態1に係る羽根車10は、前縁側スパン線27aでのスパン方向断面では、翼20が次のような形状に形成されている。径方向中間部28から外周縁部23にかけて、羽根車10の吸い込み側が凹となる前縁側第1凹部51a、羽根車10の吸い込み側が凸となる前縁側凸部51b、及び羽根車10の吸い込み側が凹となる前縁側第2凹部51cが連なっている。また、径方向中間部28と前縁側第1停留点40aとの間の翼高さhは、径方向中間部28から前縁側第1停留点40aに向かって単調減少している。また、前縁側第1停留点40aと前縁側第2停留点40bとの間の翼高さhは、前縁側第1停留点40aから前縁側第2停留点40bに向かって単調増加している。また、前縁側第2停留点40bと前縁側第3停留点40cとの間の翼高さhは、前縁側第2停留点40bから前縁側第3停留点40cに向かって単調増加している。また、前縁側第3停留点40cと外周縁部23との間の翼高さhは、前縁側第3停留点40cから外周縁部23に向かって単調増加している。
このように構成された本実施の形態1に係る羽根車10は、上述のように、翼20全体の仕事量の多くを占める翼20の外周側で仕事量を増加させることができ、翼20の外周縁部23の外周側から空気が漏れることも抑制できる。また、このように構成された本実施の形態1に係る羽根車10は、上述のように、翼端渦30の生成を促進し、翼端渦30の崩壊による乱流を抑制できるので、騒音源となる強い渦の生成を抑制でき、騒音を抑制できる。このため、このように構成された本実施の形態1に係る羽根車10は、効率の向上及び騒音の低減の双方を実現できる。
また、本実施の形態1に係る送風機100は、上述のように効率の向上及び騒音の低減の双方を実現できる羽根車10を備えているので、効率の向上及び騒音の低減の双方を実現できる送風機となることができる。
実施の形態2.
実施の形態1では、翼20の後縁部22側の形状については特に言及しなかった。翼20の後縁部22側の形状は、本実施の形態2に示す形状に形成されていることが好ましい。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と同様とする。
実施の形態1では、翼20の後縁部22側の形状については特に言及しなかった。翼20の後縁部22側の形状は、本実施の形態2に示す形状に形成されていることが好ましい。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と同様とする。
図6は、本実施の形態2に係る羽根車の翼の後縁側スパン線でのスパン方向断面である。
換言すると、図6は、本実施の形態2に係る羽根車10の翼20を、図2に示すV-V断面に相当する位置で切断した断面図である。すなわち、図6では、紙面上下方向が、回転軸11に沿う方向を表している。また、図6では、紙面上側が羽根車10の吸い込み側となっており、紙面下側が羽根車10の吹き出し側となっている。
換言すると、図6は、本実施の形態2に係る羽根車10の翼20を、図2に示すV-V断面に相当する位置で切断した断面図である。すなわち、図6では、紙面上下方向が、回転軸11に沿う方向を表している。また、図6では、紙面上側が羽根車10の吸い込み側となっており、紙面下側が羽根車10の吹き出し側となっている。
図6に示すように、後縁側スパン線27cでのスパン方向断面において翼20は、径方向中間部28と外周縁部23との間の領域の例えば全域で、負圧面26側すなわち吸い込み側が径方向中間部28から外周縁部23にかけて凸凹と湾曲している。換言すると、後縁部22側での翼20は、径方向中間部28と外周縁部23との間の領域において、径方向中間部28から外周縁部23にかけて吸い込み側が凸凹となり吹き出し側が凹凸となるように湾曲している。より詳しくは、後縁側スパン線27cでのスパン方向断面において翼20は、径方向中間部28から外周縁部23にかけて、羽根車10の吸い込み側が凸となる後縁側凸部53a、及び羽根車10の吸い込み側が凹となる後縁側凹部53bが連なっている。
図7は、本実施の形態2に係る羽根車の翼の中間スパン線でのスパン方向断面である。
換言すると、図7は、本実施の形態2に係る羽根車10の翼20を、図2に示すIV-IV断面に相当する位置で切断した断面図である。すなわち、図7では、紙面上下方向が、回転軸11に沿う方向を表している。また、図6では、紙面上側が羽根車10の吸い込み側となっており、紙面下側が羽根車10の吹き出し側となっている。
換言すると、図7は、本実施の形態2に係る羽根車10の翼20を、図2に示すIV-IV断面に相当する位置で切断した断面図である。すなわち、図7では、紙面上下方向が、回転軸11に沿う方向を表している。また、図6では、紙面上側が羽根車10の吸い込み側となっており、紙面下側が羽根車10の吹き出し側となっている。
前縁側スパン線27aでのスパン方向断面における翼20の形状を実施の形態1で示した形状とし、後縁側スパン線27cでのスパン方向断面における翼20の形状を本実施の形態2で示した形状とした場合、中間スパン線27bでのスパン方向断面における翼20の形状は、例えば、図7のように形成される。具体的には、中間スパン線27bでのスパン方向断面における翼20の形状は、例えば、前縁側スパン線27a及び後縁側スパン線27cでのスパン方向断面における翼20の形状と比べ、回転軸11に対しておおよそ垂直な直線状となる。
後縁側スパン線27cでのスパン方向断面における翼20の形状を本実施の形態2で示した形状にすることにより、負圧面26における後縁側凸部53aの形成領域に流入した空気の流れは、分岐する。具体的には、負圧面26における後縁側凸部53aの形成領域に流入した空気の流れは、負圧面26側に凸となっている後縁側凸部53aによって、径方向中間部28側へ流れる流れと、外周縁部23側へ流れとに、分岐する。負圧面26において空気が前縁部21から後縁部22まで翼20に沿って流れず、途中で負圧面26から離れると、羽根車10の効率が悪化する。しかしながら、負圧面26における後縁側凸部53aの形成領域に流入した空気の流れが上述のように分岐することにより、負圧面26において空気の流れが途中で負圧面26から離れることを抑制できる。すなわち、負圧面26において、空気が前縁部21から後縁部22まで翼20に沿って流れることができる。このため、後縁側スパン線27cでのスパン方向断面における翼20の形状を本実施の形態2で示した形状にすることにより、羽根車10の効率をより向上させることができる。
また、後縁側スパン線27cでのスパン方向断面における翼20の形状を本実施の形態2で示した形状にすることにより、圧力面25側に凸となっている後縁側凹部53bによって、圧力面25から外周縁部23の外周側を通って負圧面26へ、気流が回り込みやすくなる。このため、後縁側スパン線27cでのスパン方向断面における翼20の形状を本実施の形態2で示した形状にすることにより、翼20の後縁部22側においても翼端渦30の生成が促進される。したがって、後縁側スパン線27cでのスパン方向断面における翼20の形状を本実施の形態2で示した形状にすることにより、羽根車10の騒音をより抑制することができる。
図8は、本実施の形態2に係る羽根車と従来技術の羽根車との効率を比較した図である。
なお、図8では、黒丸が、本実施の形態2に係る羽根車10の検証結果を示している。また、図8では、白丸が、従来技術の羽根車を示している。従来技術の羽根車は、本実施の形態2に係る羽根車10の特徴をもたない一般的な羽根車である。図8に示すように、本実施の形態2に係る羽根車10及び従来技術の羽根車において同一の風量の気流を発生させた際、いずれの風量においても、本実施の形態2に係る羽根車10は、従来技術の羽根車と比べて効率が向上することがわかる。
なお、図8では、黒丸が、本実施の形態2に係る羽根車10の検証結果を示している。また、図8では、白丸が、従来技術の羽根車を示している。従来技術の羽根車は、本実施の形態2に係る羽根車10の特徴をもたない一般的な羽根車である。図8に示すように、本実施の形態2に係る羽根車10及び従来技術の羽根車において同一の風量の気流を発生させた際、いずれの風量においても、本実施の形態2に係る羽根車10は、従来技術の羽根車と比べて効率が向上することがわかる。
図9は、本実施の形態2に係る羽根車と従来技術の羽根車との騒音値を比較した図である。
なお、図9では、黒丸が、本実施の形態2に係る羽根車10の検証結果を示している。また、図9では、白丸が、従来技術の羽根車を示している。図9に示すように、本実施の形態2に係る羽根車10及び従来技術の羽根車において同一の風量の気流を発生させた際、いずれの風量においても、本実施の形態2に係る羽根車10は、従来技術の羽根車と比べて騒音を抑制できることがわかる。
なお、図9では、黒丸が、本実施の形態2に係る羽根車10の検証結果を示している。また、図9では、白丸が、従来技術の羽根車を示している。図9に示すように、本実施の形態2に係る羽根車10及び従来技術の羽根車において同一の風量の気流を発生させた際、いずれの風量においても、本実施の形態2に係る羽根車10は、従来技術の羽根車と比べて騒音を抑制できることがわかる。
実施の形態3.
後縁側スパン線27cでのスパン方向断面における翼20の形状を実施の形態2で示した形状とする場合、後縁側スパン線27cでのスパン方向断面における翼20の翼高さhを本実施の形態3のように設定するのが好ましい。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と同様とする。
後縁側スパン線27cでのスパン方向断面における翼20の形状を実施の形態2で示した形状とする場合、後縁側スパン線27cでのスパン方向断面における翼20の翼高さhを本実施の形態3のように設定するのが好ましい。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と同様とする。
図10は、本実施の形態3に係る羽根車の翼の後縁側スパン線でのスパン方向断面であり、径方向中間部から外周縁部23までの範囲を示した要部拡大図である。
換言すると、図10は、本実施の形態3に係る羽根車10の翼20を、図2に示すV-V断面に相当する位置で切断した断面図である。すなわち、図10では、紙面上下方向が、回転軸11に沿う方向を表している。また、図10では、紙面上側が羽根車10の吸い込み側となっており、紙面下側が羽根車10の吹き出し側となっている。
換言すると、図10は、本実施の形態3に係る羽根車10の翼20を、図2に示すV-V断面に相当する位置で切断した断面図である。すなわち、図10では、紙面上下方向が、回転軸11に沿う方向を表している。また、図10では、紙面上側が羽根車10の吸い込み側となっており、紙面下側が羽根車10の吹き出し側となっている。
後縁側スパン線27cでのスパン方向断面において、本実施の形態3に係る羽根車10の翼20は、実施の形態2と同様に、径方向中間部28から外周縁部23にかけて、後縁側凸部53a及び後縁側凹部53bが連なっている。このため、後縁側スパン線27cでのスパン方向断面において翼20は、径方向中間部28から外周縁部23にかけて複数の停留点を有することとなる。
具体的には、後縁側スパン線27cでのスパン方向断面において、後縁側凸部53aと後縁側凹部53bとの境界点を後縁側変曲点54とする。このように後縁側変曲点54を定義した場合、後縁側スパン線27cでのスパン方向断面において翼20は、径方向中間部28と後縁側変曲点54との間に、後縁側第1停留点41aを有する。また、後縁側スパン線27cでのスパン方向断面において翼20は、後縁側変曲点54と外周縁部23との間に後縁側第2停留点41bを有する。
また、本実施の形態3では、後縁側スパン線27cでのスパン方向断面において、翼20の翼高さhは、次のようになっている。後縁側スパン線27cでのスパン方向断面において、径方向中間部28と後縁側第1停留点41aとの間の翼高さhは、径方向中間部28から後縁側第1停留点41aに向かって単調減少している。また、後縁側スパン線27cでのスパン方向断面において、後縁側第1停留点41aと後縁側第2停留点41bとの間の翼高さhは、後縁側第1停留点41aから後縁側第2停留点41bに向かって単調増加している。また、後縁側スパン線27cでのスパン方向断面において、後縁側第2停留点41bと外周縁部23との間の翼高さhは、後縁側第2停留点41bら外周縁部23に向かって単調増加している。
上述のように、ボス部12の表面で気流の剥離が生じ、乱れた気流が発生する。この乱れた気流が遠心力によって翼20全体の仕事量の多くを占める翼20の外周側に流れると、羽根車10の効率が低下する。ここで、翼20の前縁部21側の形状を実施の形態1のように形成することにより、圧力面25のうちの径方向中間部28と前縁側第1停留点40aとの間の領域を通過する空気の流れによって、当該乱れた気流が翼20の外周側に流れることを抑制できる。また、翼20の後縁部22側の形状を本実施の形態3のように形成することにより、翼20の後縁部22側においても、当該乱れた気流が翼20の外周側に流れることを抑制できる。この結果、羽根車10の効率をより向上させることができる。
詳しくは、翼20の後縁部22側において、圧力面25のうちの径方向中間部28と後縁側第1停留点41aとの間の領域を通過する空気は、翼20の外周側へ向かう力を受ける。一方、翼20の後縁部22側において、圧力面25のうちの後縁側第1停留点41aと後縁側第2停留点41bとの間の領域を通過する空気は、ボス部12側へ力を受ける。これらの力により、ボス部12の表面での剥離によって生じた乱れた気流は、後縁側第1停留点41a周辺から、翼20の後方へ流出していく。このため、翼20の後縁部22側の形状を本実施の形態3のように形成することにより、翼20の後縁部22側においても、当該乱れた気流が翼20の外周側に流れることを抑制できる。この結果、羽根車10の効率をより向上させることができる。
また、本実施の形態3では、後縁側スパン線27cでのスパン方向断面において、後縁側第2停留点41bと外周縁部23との間の翼高さhは、上述のように、後縁側第2停留点41bら外周縁部23に向かって単調増加している。これにより、翼20の前縁部21側の形状との関係により、翼20の仕事量が大きい翼20の外周側の翼面積を大きくすることができるため、羽根車10にかかるトルクを低減できる。この結果、羽根車10の効率をさらに向上させることができる。
実施の形態4.
実施の形態1~実施の形態3で示した羽根車10の翼20に対して、本実施の形態4で示す形状を追加することにより、羽根車10の効率をさらに向上させることができる。なお、本実施の形態4において、特に記述しない項目については実施の形態1~実施の形態3のいずれかと同様とする。
実施の形態1~実施の形態3で示した羽根車10の翼20に対して、本実施の形態4で示す形状を追加することにより、羽根車10の効率をさらに向上させることができる。なお、本実施の形態4において、特に記述しない項目については実施の形態1~実施の形態3のいずれかと同様とする。
図11は、本実施の形態4に係る羽根車の翼を該羽根車の回転軸を中心とした円筒断面で切断した断面図である。
本実施の形態4に係る羽根車10の翼20の形状を説明するにあたり、Lを図11のように定義する。具体的には、回転軸11を中心とした円筒断面における翼20の前縁部21から後縁部22までの直線距離を、Lとする。また、上述のように、回転軸11方向に羽根車10を観察した際、翼20上を通る径方向において、回転軸11から翼20上の任意の点までの距離をrとする。また、上述のように、回転軸11方向に羽根車10を観察した際、翼20上を通る径方向において、回転軸11から内周縁部24までの距離をr1とし、回転軸11から外周縁部23までの距離をr2とする。また、上述のように、ν=(r-r1)/(r2-r1)とする。そして、σ=L/rとする。
本実施の形態4に係る羽根車10の翼20の形状を説明するにあたり、Lを図11のように定義する。具体的には、回転軸11を中心とした円筒断面における翼20の前縁部21から後縁部22までの直線距離を、Lとする。また、上述のように、回転軸11方向に羽根車10を観察した際、翼20上を通る径方向において、回転軸11から翼20上の任意の点までの距離をrとする。また、上述のように、回転軸11方向に羽根車10を観察した際、翼20上を通る径方向において、回転軸11から内周縁部24までの距離をr1とし、回転軸11から外周縁部23までの距離をr2とする。また、上述のように、ν=(r-r1)/(r2-r1)とする。そして、σ=L/rとする。
このように定義した場合、本実施の形態4に係る羽根車10の翼20は、0.5≦ν< 0.75の範囲にσの最小値σminを有し、0.75≦ν<1の範囲にσの最大値σmaxを有する。これにより、径方向中間部28周辺に対して外周縁部23周辺の翼面積を増加させることができるため、翼20全体の仕事量の多くを占める翼20の外周側で仕事量をさらに増加させることができる。したがって、羽根車10の効率をさらに向上させることができる。
図12は、本実施の形態4に係る羽根車における、σminに対するσmaxの比と効率との関係を示す図である。
図12に示すように、1.4≦σmax/σmin≦2.2となっていれば、本実施の形態4に係る羽根車10を高効率な羽根車とすることができる。
図12に示すように、1.4≦σmax/σmin≦2.2となっていれば、本実施の形態4に係る羽根車10を高効率な羽根車とすることができる。
実施の形態5.
実施の形態1~実施の形態4で示した羽根車10の翼20に対して、本実施の形態5で示す形状を追加することにより、羽根車10の効率をさらに向上させることができる。なお、本実施の形態5において、特に記述しない項目については実施の形態1~実施の形態4のいずれかと同様とする。
実施の形態1~実施の形態4で示した羽根車10の翼20に対して、本実施の形態5で示す形状を追加することにより、羽根車10の効率をさらに向上させることができる。なお、本実施の形態5において、特に記述しない項目については実施の形態1~実施の形態4のいずれかと同様とする。
図13~図15は、本実施の形態5に係る羽根車の翼を該羽根車の回転軸を中心とした円筒断面で切断した断面図である。
このため、図13~図15では、紙面上下方向が、回転軸11に沿う方向を表している。また、図13~図15では、紙面上側が羽根車10の吸い込み側となっており、紙面下側が羽根車10の吹き出し側となっている。詳しくは、図13は、本実施の形態5に係る羽根車10の翼20を、図2に示すXIV-XIV断面に相当する位置で切断した断面図である。すなわち、図13は、本実施の形態5に係る羽根車10の翼20における径方向中間部28よりも内周縁部24側となる位置を、回転軸11を中心とした円筒断面で切断した断面図である。また、図14は、本実施の形態5に係る羽根車10の翼20を、図2に示すXV-XV断面に相当する位置で切断した断面図である。すなわち、図14は、本実施の形態5に係る羽根車10の翼20における径方向中間部28の位置を、回転軸11を中心とした円筒断面で切断した断面図である。また、図15は、本実施の形態5に係る羽根車10の翼20を、図2に示すXVI-XVI断面に相当する位置で切断した断面図である。すなわち、図15は、本実施の形態5に係る羽根車10の翼20における径方向中間部28よりも外周縁部23側となる位置を、回転軸11を中心とした円筒断面で切断した断面図である。
このため、図13~図15では、紙面上下方向が、回転軸11に沿う方向を表している。また、図13~図15では、紙面上側が羽根車10の吸い込み側となっており、紙面下側が羽根車10の吹き出し側となっている。詳しくは、図13は、本実施の形態5に係る羽根車10の翼20を、図2に示すXIV-XIV断面に相当する位置で切断した断面図である。すなわち、図13は、本実施の形態5に係る羽根車10の翼20における径方向中間部28よりも内周縁部24側となる位置を、回転軸11を中心とした円筒断面で切断した断面図である。また、図14は、本実施の形態5に係る羽根車10の翼20を、図2に示すXV-XV断面に相当する位置で切断した断面図である。すなわち、図14は、本実施の形態5に係る羽根車10の翼20における径方向中間部28の位置を、回転軸11を中心とした円筒断面で切断した断面図である。また、図15は、本実施の形態5に係る羽根車10の翼20を、図2に示すXVI-XVI断面に相当する位置で切断した断面図である。すなわち、図15は、本実施の形態5に係る羽根車10の翼20における径方向中間部28よりも外周縁部23側となる位置を、回転軸11を中心とした円筒断面で切断した断面図である。
図13~図15に示すように、本実施の形態5に係る羽根車10においては、回転軸11を中心とした円筒断面における翼20の形状は、内周縁部24から外周縁部23までのいずれの位置においても、羽根車10の吸い込み側が凸となり、且つ前縁部21と後縁部22との間に変曲点を持たない形状となっている。換言すると、本実施の形態5に係る羽根車10においては、回転軸11を中心とした円筒断面における翼20の形状は、全体にわたって、羽根車10の吸い込み側が凸となっている。さらに換言すると、本実施の形態5に係る羽根車10においては、回転軸11を中心とした円筒断面における翼20の形状は、全体にわたって、羽根車10の吹き出し側が凹となっている。
仮に、回転軸11を中心とした円筒断面において、翼20の後縁部22寄りに、羽根車10の吹き出し側に凸となる凸部が存在しているとする。このような場合、当該凸部よりも後縁部22側では翼20の仕事がなされないため、羽根車10の昇圧量が小さくなってしまう。これに対し、本実施の形態5に係る羽根車10においては、回転軸11を中心とした円筒断面における翼20の形状は、全体にわたって、羽根車10の吸い込み側が凸となっている。すなわち、本実施の形態5に係る羽根車10においては、回転軸11を中心とした円筒断面における翼20の形状は、全体にわたって、羽根車10の吹き出し側が凹となっている。このため、本実施の形態5に係る羽根車10は、昇圧量を大きくすることができる。したがって、本実施の形態5で示す形状を翼20に追加することにより、羽根車10の効率をさらに向上させることができる。
実施の形態6.
本実施の形態6では、実施の形態1~実施の形態5のいずれかで示した羽根車10を備えた送風機100の一例を紹介する。なお、本実施の形態6において、特に記述しない項目については実施の形態1~実施の形態5のいずれかと同様とする。
本実施の形態6では、実施の形態1~実施の形態5のいずれかで示した羽根車10を備えた送風機100の一例を紹介する。なお、本実施の形態6において、特に記述しない項目については実施の形態1~実施の形態5のいずれかと同様とする。
図16は、本実施の形態6に係る送風機を羽根車の回転軸に平行な断面で切断した断面図である。
なお、図16に示す羽根車10は、該羽根車10を簡略的に図示したものである。このため、羽根車10の詳細形状については、実施の形態1~実施の形態5を参照されたい。また、図16に示す破線の羽根車10は、羽根車10を配置できる限界の位置を示している。また、図16では、紙面下側が、送風機100の吸い込み側、すなわち羽根車10の吸い込み側となっている。また、図16では、紙面上側が、送風機100の吹き出し側、すなわち羽根車10の吹き出し側となっている。
なお、図16に示す羽根車10は、該羽根車10を簡略的に図示したものである。このため、羽根車10の詳細形状については、実施の形態1~実施の形態5を参照されたい。また、図16に示す破線の羽根車10は、羽根車10を配置できる限界の位置を示している。また、図16では、紙面下側が、送風機100の吸い込み側、すなわち羽根車10の吸い込み側となっている。また、図16では、紙面上側が、送風機100の吹き出し側、すなわち羽根車10の吹き出し側となっている。
実施の形態1でも説明したように、送風機100は、羽根車10と、該羽根車10の外周を囲うベルマウス81とを備えている。羽根車10は、実施の形態1~実施の形態5のいずれかで示した羽根車10である。ベルマウス81は、略円筒形状をしている。
なお、本実施の形態6では、ベルマウス81における羽根車10の吹き出し側の端部81aは、該ベルマウス81の外部に向かうにしたがって、直径が大きくなる構成となっている。図16の紙面方向で説明すると、ベルマウス81の端部81aは、紙面下側に向かうにしたがって、直径が大きくなる構成となっている。しかしながら、端部81aの当該形状は、端部81aの形状の一例である。ベルマウス81の端部81aは、該ベルマウス81の外部に向かうにしたがって直径が小さくならない構成であればよい。
同様に、本実施の形態6では、ベルマウス81における羽根車10の吸い込み側の端部81bは、該ベルマウス81の外部に向かうにしたがって、直径が大きくなる構成となっている。図16の紙面方向で説明すると、ベルマウス81の端部81bは、紙面上側に向かうにしたがって、直径が大きくなる構成となっている。しかしながら、端部81bの当該形状は、端部81bの形状の一例である。ベルマウス81の端部81bは、該ベルマウス81の外部に向かうにしたがって直径が小さくならない構成であればよい。
実施の形態1~実施の形態5のいずれかで示した羽根車10は、上述のように、効率の向上及び騒音の低減の双方を実現できる。このため、このような羽根車10を備えた送風機100もまた、効率の向上及び騒音の低減の双方を実現できる。
なお、ベルマウス81は、回転軸11方向において、羽根車10の外周の全域を囲っている必要はなく、羽根車10の外周の一部を囲っていてもよい。以下、効率の向上及び騒音の低減の双方の効果を得られる送風機100を実現できる、ベルマウス81に対する羽根車10の配置位置について説明する。
図16に示すように、ベルマウス81の回転軸11方向の高さをHbとする。また、回転軸11と垂直で、ベルマウス81の端部81bから0.5Hbだけ、ベルマウス81から回転軸11方向に離れた仮想平面を吸い込み側仮想平面82とする。また、回転軸11と垂直で、ベルマウス81の端部81aから0.5Hbだけ、ベルマウス81から回転軸11方向に離れた仮想平面を吹き出し側仮想平面83とする。このように定義した場合、羽根車10は、吸い込み側仮想平面82と吹き出し側仮想平面83との間に配置されていればよい。当該位置に羽根車10が配置されていれば、効率の向上及び騒音の低減の双方の効果を得られる送風機100を実現できる。
実施の形態7.
本実施の形態7では、実施の形態1~実施の形態5のいずれかで示した羽根車10を備えた空気調和機200の一例を紹介する。なお、本実施の形態7において、特に記述しない項目については実施の形態1~実施の形態6のいずれかと同様とする。
本実施の形態7では、実施の形態1~実施の形態5のいずれかで示した羽根車10を備えた空気調和機200の一例を紹介する。なお、本実施の形態7において、特に記述しない項目については実施の形態1~実施の形態6のいずれかと同様とする。
図17は、本実施の形態7に係る空気調和機を示す斜視図である。
なお、図17では、空気調和機200として、実施の形態1~実施の形態5のいずれかで示した羽根車10をビル用マルチエアコンの室外機に搭載した例を示している。
空気調和機200は、実施の形態1~実施の形態5のいずれかで示した羽根車10と、羽根車10によって供給される空気と内部を流通する冷媒との熱交換を行う熱交換器204と、を備えている。また、本実施の形態7では、空気調和機200は、熱交換器204を収納する筐体203を備えている。
なお、図17では、空気調和機200として、実施の形態1~実施の形態5のいずれかで示した羽根車10をビル用マルチエアコンの室外機に搭載した例を示している。
空気調和機200は、実施の形態1~実施の形態5のいずれかで示した羽根車10と、羽根車10によって供給される空気と内部を流通する冷媒との熱交換を行う熱交換器204と、を備えている。また、本実施の形態7では、空気調和機200は、熱交換器204を収納する筐体203を備えている。
筐体203は、略直方体の箱形形状をしている。筐体203の上部には、筐体203内の空気を筐体203外に吐き出すための吹出口202が形成されている。この吹出口202には、ベルマウス81が設けられている。そして、ベルマウス81の内周側に、羽根車10が配置されている。すなわち、該ベルマウス81と羽根車10とによって、送風機100が構成されている。
筐体203の各側面部には、室外空気を筐体203内に吸い込むための吸込口201が形成されている。なお、吸込口201は、筐体203の全ての側面部に形成されている必要はない。吸込口201は、筐体203の一部の側面部のみに形成されていてもよい。
熱交換器204は、筐体203の内部において、吸込口201から吹出口202に至る風路内に配置されている。本実施の形態7では、熱交換器204は、吸込口201と対向するように配置されている。
羽根車10が回転すると、吸込口201から筐体203内に、室外空気が吸い込まれる。そして、筐体203内に吸い込まれたこの室外空気が熱交換器204を通過する際、該室外空気と、熱交換器204を流れる冷媒とが、熱交換する。具体的には、冷房運転時、熱交換器204を流れる冷媒は、室内空気から吸収した熱を、室外空気に放出する。また、暖房運転時、熱交換器204を流れる冷媒は、室内空気を暖めるための熱を、室外空気から吸収する。
以上、本実施の形態7に係る空気調和機200は、実施の形態1~実施の形態5のいずれかで示した羽根車10と、羽根車10によって供給される空気と内部を流通する冷媒との熱交換を行う熱交換器204と、を備えている。実施の形態1~実施の形態5のいずれかで示した羽根車10は、上述のように、効率の向上及び騒音の低減の双方を実現できる。このため、このような羽根車10を備えた空気調和機200は、電力効率を向上させることができるとともに、騒音を低減することができる。
10 羽根車、11 回転軸、12 ボス部、12a ボス中間点、20 翼、21 前縁部、22 後縁部、23 外周縁部、23a 外周前端部、23b 外周後端部、24 内周縁部、24a 内周前端部、24b 内周後端部、25 圧力面、26 負圧面、27a 前縁側スパン線、27b 中間スパン線、27c 後縁側スパン線、28 径方向中間部、30 翼端渦、40a 前縁側第1停留点、40b 前縁側第2停留点、40c 前縁側第3停留点、41a 後縁側第1停留点、41b 後縁側第2停留点、42 ボス中間仮想平面、51a 前縁側第1凹部、51b 前縁側凸部、51c 前縁側第2凹部、52a 前縁側第1変曲点、52b 前縁側第2変曲点、53a 後縁側凸部、53b 後縁側凹部、54 後縁側変曲点、80 ケーシング、81 ベルマウス、81a 端部、81b 端部、82 吸い込み側仮想平面、83 吹き出し側仮想平面、100 送風機、200 空気調和機、201 吸込口、202 吹出口、203 筐体、204 熱交換器。
Claims (8)
- 回転軸を中心として回転するボス部と、
前記ボス部の外周部に設けられ、前記回転軸を中心として前記ボス部と共に回転する翼と、を備えた羽根車であって、
前記翼は、
該翼の回転方向において前方の縁部となる前縁部と、
前記回転方向において後方の縁部となる後縁部と、
外周側の縁部となる外周縁部と、
内周側の縁部となる内周縁部と、
を備え、
前記回転軸から該回転軸と垂直に延びる方向を径方向とし、
前記径方向において前記外周縁部と前記内周縁部との中間となる前記翼上の位置を径方向中間部とし、
前記回転軸を中心とした前記翼の複数の円筒断面のそれぞれにおいて前記前縁部からの距離と前記後縁部からの距離との比が一定の値になる点を抽出し、抽出された前記点のそれぞれを前記内周縁部から前記外周縁部まで結んだ線をスパン線とし、
前記スパン線のうち、前記前縁部からの距離と前記後縁部からの距離とが同じになる前記点のそれぞれを前記内周縁部から前記外周縁部まで結んだ線を中間スパン線とし、
前記スパン線のうち、前記中間スパン線よりも前記前縁部側となる前記スパン線を前縁側スパン線とし、
前記翼を前記スパン線に沿って前記回転軸と平行に切断した断面をスパン方向断面とし、
前記ボス部の前記外周部において前記前縁部の前記ボス部側の端部と前記後縁部の前記ボス部側の端部との中点となる点をボス中間点とし、
前記ボス中間点を通り前記回転軸と垂直な仮想平面をボス中間仮想平面とし、
前記ボス中間仮想平面と前記翼との間の前記回転軸方向の距離を翼高さとした場合、
前記前縁側スパン線での前記スパン方向断面において前記翼は、
前記径方向中間部から前記外周縁部にかけて、当該羽根車の吸い込み側が凹となる前縁側第1凹部、前記吸い込み側が凸となる前縁側凸部、及び前記吸い込み側が凹となる前縁側第2凹部が連なっており、
前記前縁側第1凹部と前記前縁側凸部との境界点を前縁側第1変曲点とし、前記前縁側凸部と前記前縁側第2凹部との境界点を前縁側第2変曲点とした場合、
前記径方向中間部と前記前縁側第1変曲点との間に前縁側第1停留点を有し、
前記前縁側第1変曲点と前記前縁側第2変曲点との間に前縁側第2停留点を有し、
前記前縁側第2変曲点と前記外周縁部との間に前縁側第3停留点を有し、
前記径方向中間部と前記前縁側第1停留点との間の前記翼高さが、前記径方向中間部から前記前縁側第1停留点に向かって単調減少し、
前記前縁側第1停留点と前記前縁側第2停留点との間の前記翼高さが、前記前縁側第1停留点から前記前縁側第2停留点に向かって単調増加し、
前記前縁側第2停留点と前記前縁側第3停留点との間の前記翼高さが、前記前縁側第2停留点から前記前縁側第3停留点に向かって単調増加し、
前記前縁側第3停留点と前記外周縁部との間の前記翼高さが、前記前縁側第3停留点から前記外周縁部に向かって単調増加している
羽根車。 - 前記スパン線のうち、前記中間スパン線よりも前記後縁部側となる前記スパン線を後縁側スパン線とした場合、
前記後縁側スパン線での前記スパン方向断面において前記翼は、
前記径方向中間部から前記外周縁部にかけて、前記吸い込み側が凸となる後縁側凸部、及び前記吸い込み側が凹となる後縁側凹部が連なっている
請求項1に記載の羽根車。 - 前記後縁側スパン線での前記スパン方向断面において前記翼は、
前記後縁側凸部と前記後縁側凹部との境界点を後縁側変曲点とした場合、
前記径方向中間部と前記後縁側変曲点との間に後縁側第1停留点を有し、
前記後縁側変曲点と前記外周縁部との間に後縁側第2停留点を有し、
前記径方向中間部と前記後縁側第1停留点との間の前記翼高さが、前記径方向中間部から前記後縁側第1停留点に向かって単調減少し、
前記後縁側第1停留点と前記後縁側第2停留点との間の前記翼高さが、前記後縁側第1停留点から前記後縁側第2停留点に向かって単調増加している
請求項2に記載の羽根車。 - 前記後縁側スパン線での前記スパン方向断面において前記翼は、
前記後縁側第2停留点と前記外周縁部との間の前記翼高さが、前記後縁側第2停留点から前記外周縁部に向かって単調増加している
請求項3に記載の羽根車。 - 前記円筒断面における前記翼の前記前縁部から前記後縁部までの直線距離をLとし、
前記回転軸方向に当該羽根車を観察した際、前記翼上を通る前記径方向において、前記回転軸から前記翼上の任意の点までの距離をr、前記回転軸から前記内周縁部までの距離をr1、及び前記回転軸から前記外周縁部までの距離をr2とし、
ν=(r-r1)/(r2-r1)とし、
σ=L/rとした場合、
前記σは、0.5≦ν<0.75の範囲に最小値を有し、且つ、0.75≦ν<1の範囲に最大値を有し、
前記最小値をσminとし、前記最大値をσmaxとした場合、
1.4≦σmax/σmin≦2.2となっている
請求項1~請求項4のいずれか一項に記載の羽根車。 - 前記円筒断面における前記翼の形状は、前記内周縁部から前記外周縁部までのいずれの位置においても、前記吸い込み側が凸となり、且つ前記前縁部と前記後縁部との間に変曲点を持たない形状となっている
請求項1~請求項5のいずれか一項に記載の羽根車。 - 請求項1~請求項6のいずれか一項に記載の羽根車と、
前記羽根車の外周を囲うベルマウスと、
を備え、
前記ベルマウスの前記回転軸方向の高さをHbとし、
前記回転軸と垂直で、前記ベルマウスの前記吸い込み側の端部から0.5Hbだけ、前記ベルマウスから前記回転軸方向に離れた仮想平面を吸い込み側仮想平面とし、
前記回転軸と垂直で、前記ベルマウスにおける前記羽根車の吹き出し側の端部から0.5Hbだけ、前記ベルマウスから前記回転軸方向に離れた仮想平面を吹き出し側仮想平面とした場合、
前記羽根車は、前記吸い込み側仮想平面と前記吹き出し側仮想平面との間に配置されている
送風機。 - 請求項1~請求項6のいずれか一項に記載の羽根車と、
前記羽根車によって供給される空気と内部を流通する冷媒との熱交換を行う熱交換器と、
を備えた空気調和機。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2023534999A JP7337308B1 (ja) | 2022-02-21 | 2022-02-21 | 羽根車、送風機及び空気調和機 |
PCT/JP2022/006822 WO2023157271A1 (ja) | 2022-02-21 | 2022-02-21 | 羽根車、送風機及び空気調和機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2022/006822 WO2023157271A1 (ja) | 2022-02-21 | 2022-02-21 | 羽根車、送風機及び空気調和機 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2023157271A1 true WO2023157271A1 (ja) | 2023-08-24 |
Family
ID=87578093
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2022/006822 WO2023157271A1 (ja) | 2022-02-21 | 2022-02-21 | 羽根車、送風機及び空気調和機 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7337308B1 (ja) |
WO (1) | WO2023157271A1 (ja) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011179331A (ja) | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Panasonic Corp | 送風機とその送風機を用いた空気調和機 |
CN104180503A (zh) * | 2013-05-20 | 2014-12-03 | 三星电子株式会社 | 螺旋桨式风机和具有该螺旋桨式风机的空调 |
WO2018020708A1 (ja) * | 2016-07-27 | 2018-02-01 | シャープ株式会社 | プロペラファンおよび流体送り装置 |
WO2018158859A1 (ja) * | 2017-02-28 | 2018-09-07 | 三菱電機株式会社 | プロペラファン、送風機及び空気調和機 |
-
2022
- 2022-02-21 JP JP2023534999A patent/JP7337308B1/ja active Active
- 2022-02-21 WO PCT/JP2022/006822 patent/WO2023157271A1/ja active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011179331A (ja) | 2010-02-26 | 2011-09-15 | Panasonic Corp | 送風機とその送風機を用いた空気調和機 |
CN104180503A (zh) * | 2013-05-20 | 2014-12-03 | 三星电子株式会社 | 螺旋桨式风机和具有该螺旋桨式风机的空调 |
WO2018020708A1 (ja) * | 2016-07-27 | 2018-02-01 | シャープ株式会社 | プロペラファンおよび流体送り装置 |
WO2018158859A1 (ja) * | 2017-02-28 | 2018-09-07 | 三菱電機株式会社 | プロペラファン、送風機及び空気調和機 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7337308B1 (ja) | 2023-09-01 |
JPWO2023157271A1 (ja) | 2023-08-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2009237152B2 (en) | Turbofan and air conditioner | |
JP5263198B2 (ja) | 羽根車と送風機及びそれを用いた空気調和機 | |
JP5549772B2 (ja) | プロペラファン及びこれを備える空気調和機 | |
JP5971667B2 (ja) | プロペラファン、送風装置及び室外機 | |
JP6377172B2 (ja) | プロペラファン、プロペラファン装置および空気調和装置用室外機 | |
JP4689262B2 (ja) | 軸流ファン、空気調和機の室外機 | |
JP2007205268A (ja) | 遠心ファン | |
CN110914553B (zh) | 叶轮、送风机及空调装置 | |
CN110506164B (zh) | 螺旋桨式风扇及空调装置用室外机 | |
JP2009275524A (ja) | 軸流送風機 | |
JP6330738B2 (ja) | 遠心送風機及びこれを用いた空気調和機 | |
WO2023157271A1 (ja) | 羽根車、送風機及び空気調和機 | |
JPWO2020110967A1 (ja) | プロペラファン | |
JP6422591B2 (ja) | 空気調和装置の室外ユニット | |
JP6710337B2 (ja) | 空気調和機 | |
CN113167290B (zh) | 叶轮、送风机以及空调机 | |
JPWO2020110969A1 (ja) | プロペラファン | |
WO2015064617A1 (ja) | 貫流ファン及び空気調和機 | |
JPWO2020110968A1 (ja) | プロペラファン | |
WO2023112077A1 (ja) | 軸流ファン、送風機、および、冷凍サイクル装置 | |
JPWO2020110970A1 (ja) | プロペラファン | |
WO2018002987A1 (ja) | 多翼ファン及び空気調和機 | |
JP2001123990A (ja) | 遠心送風機の羽根車 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2023534999 Country of ref document: JP |
|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 22927172 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |