JP3649157B2 - 遠心ファン及び該遠心ファンを備えた空気調和機 - Google Patents
遠心ファン及び該遠心ファンを備えた空気調和機 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本願発明は、遠心ファン及び該遠心ファンを備えた空気調和機に関するものである。
【従来の技術】
【０００３】
近年、空気調和機においては、主として省エネ性の観点から、該空気調和機に用いられている遠心ファンの送風音低減技術の開発が求められている。
【０００４】
ところで、遠心ファンにおいて、その送風音の低減を図るに際し、羽根面における空気の剥離を抑制することが有効であり、また剥離の抑制手段の一つとして、縦渦のもつエネルギーによって羽根面上の境界層の発達を抑制するという思想も知られており、かかる剥離抑制に関する思想は、従来一般的な遠心ファンにおいても、効果としては低いものの、羽根構造の一部に反映されている。
【０００５】
即ち、図１３には、従来一般的な遠心ファン４１の要部を示している。この遠心ファン４１は、モータ４７に連結されて回転駆動されるハブ４２と、該ハブ４２に対して所定間隔をもって対向配置されるシュラウド４３との間に、湾曲板状形態をもつ複数枚の羽根４４を周方向に所定間隔で配置して構成されている。そして、この遠心ファン４１においては、その回転に伴い、吸込口４５から吸い込まれる空気は、同図に流線Ａで示すように、上記羽根４４にその前縁４４ａ側から流入してその後縁４４ｂ側へ流れ、吹出口４６から吹き出される。
【０００６】
この場合、上記遠心ファン４１においては、上記羽根４４の前縁４４ａに角部４４ｃが設けられているため、該羽根４４に対してその前縁４４ａ側から空気流Ａが流入する際、この空気流Ａが上記角部４４ｃに衝突することで、縦渦４８が生成され、この縦渦４８のもつエネルギーが上記羽根４４の表面上の境界層に供給されることで、該境界層での空気の剥離が抑制され、それだけ送風騒音の低減が期待できるものである。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、図１３に流線Ａで示すように、上記遠心ファン４１における空気流の主流は上記羽根４４の上記角部４４ｃよりも上記ハブ４２寄りに偏って流れる。このため、上記角部４４ｃにおいて生成される縦渦４８による剥離抑制効果は、空気流の主流部分に対してはさほど有効には作用せず、遠心ファン４１全体としてみた場合における送風音低減効果は僅かであり、送風音の更なる低減を実現する手段の開発が要請されるところである。
【０００８】
そこで本願発明は、羽根の前縁構造の改善によって、より強力な縦渦を生成させ且つこれを境界層に対して効果的に供給することで羽根面上における空気の剥離を可及的に抑制し、送風音をより効果的に低減効果をより高水準の送風音低減効果が得られるようにした遠心ファン、及びこれを備えて構成される静粛運転性に優れた空気調和機を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明ではかかる課題を解決するための具体的手段として次のような構成を採用している。
【００１０】
本願の第１の発明では、対向配置されるハブ２とシュラウド３の間に、周方向に所定間隔で羽根４，４，・・を取り付けてなる遠心ファンにおいて、上記羽根４の前縁４ａを段差面１３を備えた翼幅方向に不連続な形状とするとともに、該段差面１３が回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面とする一方、上記羽根４を、上記前縁４ａの上記段差面１３よりも上記ハブ２寄りに位置するハブ側縁部４ａ１を該段差面１３から該ハブ２に向かうに従って漸次前方へ突出する形状とすることで翼弦長が上記段差面１３から上記ハブ２に近づくに従って増大変化するように構成したことを特徴としている。
【００１１】
本願の第２の発明では、対向配置されるハブ２とシュラウド３の間に、周方向に所定間隔で羽根４，４，・・を取り付けてなる遠心ファンにおいて、上記羽根４を、前縁４ａに段差面１３を備え且つ翼弦長が翼幅方向において不連続に変化する形状とするとともに、該段差面１３を回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面とする一方、上記羽根４を、上記前縁４ａの上記段差面１３よりも上記ハブ２寄りに位置するハブ側縁部４ａ１を該段差面１３から該ハブ２に向かうに従って漸次前方へ突出する形状とすることで翼弦長が上記段差面１３から上記ハブ２に近づくに従って増大変化するように構成したことを特徴としている。
【００１２】
本願の第３の発明では、対向配置されるハブ２とシュラウド３の間に、周方向に所定間隔で羽根４，４，・・を取り付けてなる遠心ファンにおいて、上記羽根４の前縁４ａを段差面１３を備えた翼幅方向に不連続な形状とするとともに、該段差面１３を回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面とする一方、上記段差面１３を、上記羽根４の内周面４ｆ側から外周面４ｅ側へ向かうに従って上記ハブ２に接近するように傾斜する傾斜面としたことを特徴としている。
【００１３】
本願の第４の発明では、対向配置されるハブ２とシュラウド３の間に、周方向に所定間隔で羽根４，４，・・を取り付けてなる遠心ファンにおいて、上記羽根４を、前縁４ａに段差面１３を備え且つ翼弦長が翼幅方向において不連続に変化する形状とするとともに、該段差面１３を回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面とする一方、上記段差面１３を、上記羽根４の内周面４ｆ側から外周面４ｅ側へ向かうに従って上記ハブ２に接近するように傾斜する傾斜面としたことを特徴としている。
【００１４】
本願の第５の発明では、上記第１又は第２の発明に係る遠心ファンにおいて、上記段差面１３を、上記羽根４の内周面４ｆ側から外周面４ｅ側へ向かうに従って上記ハブ２に接近するように傾斜する傾斜面としたことを特徴としている。
【００１５】
本願の第６の発明では、ケーシング３１内に遠心ファン１と熱交換器３２とを配置して構成される空気調和機において、上記遠心ファン１として、上記第１、第２、第３、第４又は第５に記載の遠心ファンを適用したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本願発明ではかかる構成とすることにより次のような効果が得られる。
【００１７】
（イ） 本願の第１の発明にかかる遠心ファンによれば、対向配置されるハブ２とシュラウド３の間に、周方向に所定間隔で羽根４，４，・・を取り付けてなる遠心ファンにおいて、上記羽根４の前縁４ａを、段差面１３を備えた翼幅方向に不連続な形状とするとともに、該段差面１３を回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面としているので、上記羽根４の前縁４ａに流入する空気流は、該前縁４ａが段差面１３を備えた翼幅方向に不連続な形状であることから、この不連続部分への衝突によってその流れが乱され、該前縁４ａから後縁４ｂ側に向かうに従って次第に成長する縦渦２１が生成される。
【００１８】
この場合、上記段差面１３が遠心ファンの回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面であることから、上記前縁４ａの不連続部分に流入し縦渦２１を生成する空気流は、該段差面１３の傾斜に沿って羽根４の外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側へ案内され、該外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側において縦渦２１を生成する。従って、ここで生成される縦渦２１は、例えば上記不連続部分に流入した空気流が羽根４の外周面４ｅ側と内周面４ｆ側とに分流され、該各面側においてそれぞれ縦渦２１を生成する場合に比して、強力で大きなエネルギーをもつことになる。
【００１９】
このため、この縦渦２１のもつ大きなエネルギーが上記外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側の何れか一方の境界層に集中的に供給されることで、該外周面４ｅ上又は内周面４ｆ上における空気の剥離がより効果的に抑制され、送風騒音がより一層低減され、遠心ファンの静粛運転性が高められることになる。
【００２０】
さらに、上記羽根４を、上記前縁４ａの上記段差面１３よりも上記ハブ２寄りに位置するハブ側縁部４ａ１を該段差面１３から該ハブ２に向かうに従って漸次前方へ突出する形状とすることで翼弦長が上記段差面１３から上記ハブ２に近づくに従って増大変化するように構成しているので、上記羽根４の上記ハブ側縁部４ａ１に対応する部位においては、上記ハブ２に近づくに従って翼弦長が長くなる分だけここを流れる空気流の安定化が促進されるとともに、該ハブ２の近傍を流れる流速の遅い空気流が前方へ突出した前縁部分によって積極的に羽根４側へ掻き寄せられることで該羽根４への流入性が向上することとなり、これらの相乗効果として、遠心ファンの送風効率、特に流速の遅い小風量領域における送風効率が向上し、結果的に、静粛運転性と送風効率とを両立させた遠心ファンを提供できることになる。
【００２１】
（ロ） 本願の第２の発明にかかる遠心ファンによれば、対向配置されるハブ２とシュラウド３の間に、周方向に所定間隔で羽根４，４，・・を取り付けてなる遠心ファンにおいて、上記羽根４を、前縁４ａに段差面１３を備え且つ翼弦長が翼幅方向において不連続に変化する形状とするとともに、該段差面１３を回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面としているので、上記羽根４の前縁４ａに流入する空気流は、該前縁４ａが段差面１３を備え且つ翼弦長が翼幅方向において不連続に変化する形状であることから、この不連続部分への衝突によってその流れが乱され、該前縁４ａから後縁４ｂ側に向かうに従って次第に成長する縦渦２１が生成される。
【００２２】
この場合、上記段差面１３が遠心ファンの回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面であることから、上記前縁４ａの不連続部分に流入し縦渦２１を生成する空気流は、該段差面１３の傾斜に沿って羽根４の外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側へ案内され、該外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側において縦渦２１を生成する。従って、ここで生成される縦渦２１は、例えば上記不連続部分に流入した空気流が羽根４の外周面４ｅ側と内周面４ｆ側とに分流され、該各面側においてそれぞれ縦渦２１を生成する場合に比して、強力で大きなエネルギーをもつことになる。
【００２３】
このため、この縦渦２１のもつ大きなエネルギーが上記外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側の何れか一方の境界層に集中的に供給されることで、該外周面４ｅ上又は内周面４ｆ上における空気の剥離がより効果的に抑制され、送風騒音がより一層低減され、遠心ファンの静粛運転性が高められることになる。
【００２４】
さらに、上記第１又は第２の発明にかかる遠心ファンにおいて、上記羽根４を、上記前縁４ａの上記段差面１３よりも上記ハブ２寄りに位置するハブ側縁部４ａ１を該段差面１３から該ハブ２に向かうに従って漸次前方へ突出する形状とすることで翼弦長が上記段差面１３から上記ハブ２に近づくに従って増大変化するように構成しているので、上記羽根４の上記ハブ側縁部４ａ１に対応する部位においては、上記ハブ２に近づくに従って翼弦長が長くなる分だけここを流れる空気流の安定化が促進されるとともに、該ハブ２の近傍を流れる流速の遅い空気流が前方へ突出した前縁部分によって積極的に羽根４側へ掻き寄せられることで該羽根４への流入性が向上することとなり、これらの相乗効果として、遠心ファンの送風効率、特に流速の遅い小風量領域における送風効率が向上し、結果的に、静粛運転性と送風効率とを両立させた遠心ファンを提供できることになる。
【００２５】
（ハ） 本願の第３の発明にかかる遠心ファンによれば、対向配置されるハブ２とシュ ラウド３の間に、周方向に所定間隔で羽根４，４，・・を取り付けてなる遠心ファンにおいて、上記羽根４の前縁４ａを、段差面１３を備えた翼幅方向に不連続な形状とするとともに、該段差面１３を回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面としているので、上記羽根４の前縁４ａに流入する空気流は、該前縁４ａが段差面１３を備えた翼幅方向に不連続な形状であることから、この不連続部分への衝突によってその流れが乱され、該前縁４ａから後縁４ｂ側に向かうに従って次第に成長する縦渦２１が生成される。
【００２６】
この場合、上記段差面１３が遠心ファンの回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面であることから、上記前縁４ａの不連続部分に流入し縦渦２１を生成する空気流は、該段差面１３の傾斜に沿って羽根４の外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側へ案内され、該外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側において縦渦２１を生成する。従って、ここで生成される縦渦２１は、例えば上記不連続部分に流入した空気流が羽根４の外周面４ｅ側と内周面４ｆ側とに分流され、該各面側においてそれぞれ縦渦２１を生成する場合に比して、強力で大きなエネルギーをもつことになる。
【００２７】
このため、この縦渦２１のもつ大きなエネルギーが上記外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側の何れか一方の境界層に集中的に供給されることで、該外周面４ｅ上又は内周面４ｆ上における空気の剥離がより効果的に抑制され、送風騒音がより一層低減され、遠心ファンの静粛運転性が高められることになる。
【００２８】
さらに、上記段差面１３を、上記羽根４の内周面４ｆ側から外周面４ｅ側へ向かうに従って上記ハブ２に接近するように傾斜する傾斜面としているので、上記段差面１３側に流入する空気流は、該段差面１３に案内されて上記羽根４の外周面４ｅ側へ集中的に流れ、該外周面４ｅ側において強力な縦渦２１を生成し、該外周面４ｅにおける境界層の発達を抑制し、これによって空気流の剥離を抑制し送風騒音を低減させる如く作用する。
【００２９】
ここで、遠心ファン１の風量と羽根４の両面における剥離域の発生形態との関係をみると、回転速度の大きい大風量域においては羽根４の外周面４ｅ側に剥離域が生じるのに対して、回転速度の小さい小風量域においては羽根４の内周面４ｆ側に剥離域が生じるという関係がある。さらに、遠心ファンにおいては、小風量域においては静圧の減少変化に対する風量の落ち込みが大きいという特性があり、このため一般に、遠心ファンの実使用風量域を大風量域に設定している。
【００３０】
これらのことから、この発明のように、上記段差面１３を、上記羽根４の内周面４ｆ側から外周面４ｅ側へ向かうに従って上記ハブ２に接近するように傾斜する傾斜面とし、該外周面４ｅ側において強力な縦渦２１を生成させる構成とすることで、実用域において高水準の送風騒音低減効果をもつ実用性に優れた遠心ファンを提供することができることになる。
【００３１】
（ニ） 本願の第４の発明にかかる遠心ファンによれば、対向配置されるハブ２とシュラウド３の間に、周方向に所定間隔で羽根４，４，・・を取り付けてなる遠心ファンにおいて、上記羽根４を、前縁４ａに段差面１３を備え且つ翼弦長が翼幅方向において不連続に変化する形状とするとともに、該段差面１３を回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面としているので、上記羽根４の前縁４ａに流入する空気流は、該前縁４ａが段差面１３を備え且つ翼弦長が翼幅方向において不連続に変化する形状であることから、この不連続部分への衝突によってその流れが乱され、該前縁４ａから後縁４ｂ側に向かうに従って次第に成長する縦渦２１が生成される。
【００３２】
この場合、上記段差面１３が遠心ファンの回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面であることから、上記前縁４ａの不連続部分に流入し縦渦２１を生成する空気 流は、該段差面１３の傾斜に沿って羽根４の外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側へ案内され、該外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側において縦渦２１を生成する。従って、ここで生成される縦渦２１は、例えば上記不連続部分に流入した空気流が羽根４の外周面４ｅ側と内周面４ｆ側とに分流され、該各面側においてそれぞれ縦渦２１を生成する場合に比して、強力で大きなエネルギーをもつことになる。
【００３３】
このため、この縦渦２１のもつ大きなエネルギーが上記外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側の何れか一方の境界層に集中的に供給されることで、該外周面４ｅ上又は内周面４ｆ上における空気の剥離がより効果的に抑制され、送風騒音がより一層低減され、遠心ファンの静粛運転性が高められることになる。
【００３４】
さらに、上記段差面１３を、上記羽根４の内周面４ｆ側から外周面４ｅ側へ向かうに従って上記ハブ２に接近するように傾斜する傾斜面としているので、上記段差面１３側に流入する空気流は、該段差面１３に案内されて上記羽根４の外周面４ｅ側へ集中的に流れ、該外周面４ｅ側において強力な縦渦２１を生成し、該外周面４ｅにおける境界層の発達を抑制し、これによって空気流の剥離を抑制し送風騒音を低減させる如く作用する。
【００３５】
ここで、遠心ファン１の風量と羽根４の両面における剥離域の発生形態との関係をみると、回転速度の大きい大風量域においては羽根４の外周面４ｅ側に剥離域が生じるのに対して、回転速度の小さい小風量域においては羽根４の内周面４ｆ側に剥離域が生じるという関係がある。さらに、遠心ファンにおいては、小風量域においては静圧の減少変化に対する風量の落ち込みが大きいという特性があり、このため一般に、遠心ファンの実使用風量域を大風量域に設定している。
【００３６】
これらのことから、この発明のように、上記段差面１３を、上記羽根４の内周面４ｆ側から外周面４ｅ側へ向かうに従って上記ハブ２に接近するように傾斜する傾斜面とし、該外周面４ｅ側において強力な縦渦２１を生成させる構成とすることで、実用域において高水準の送風騒音低減効果をもつ実用性に優れた遠心ファンを提供することができることになる。
【００３７】
（ホ）本願の第５の発明にかかる遠心ファンによれば、上記（イ）又は（ロ）に記載の効果に加えて次のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記段差面１３を、上記羽根４の内周面４ｆ側から外周面４ｅ側へ向かうに従って上記ハブ２に接近するように傾斜する傾斜面としているので、上記段差面１３側に流入する空気流は、該段差面１３に案内されて上記羽根４の外周面４ｅ側へ集中的に流れ、該外周面４ｅ側において強力な縦渦２１を生成し、該外周面４ｅにおける境界層の発達を抑制し、これによって空気流の剥離を抑制し送風騒音を低減させる如く作用する。
【００３８】
ここで、遠心ファン１の風量と羽根４の両面における剥離域の発生形態との関係をみると、回転速度の大きい大風量域においては羽根４の外周面４ｅ側に剥離域が生じるのに対して、回転速度の小さい小風量域においては羽根４の内周面４ｆ側に剥離域が生じるという関係がある。さらに、遠心ファンにおいては、小風量域においては静圧の減少変化に対する風量の落ち込みが大きいという特性があり、このため一般に、遠心ファンの実使用風量域を大風量域に設定している。
【００３９】
これらのことから、この発明のように、上記段差面１３を、上記羽根４の内周面４ｆ側から外周面４ｅ側へ向かうに従って上記ハブ２に接近するように傾斜する傾斜面とし、該外周面４ｅ側において強力な縦渦２１を生成させる構成とすることで、実用域において高水準の送風騒音低減効果をもつ実用性に優れた遠心ファンを提供することができることになる。
【００４０】
（ヘ） 本願の第６の発明にかかる空気調和機によれば、ケーシング３１内に遠心ファン１と熱交換器３２とを配置して構成されるものにおいて、上記遠心ファン１として、上記第１、第２、第３、第４又は第５の発明にかかる遠心ファンを適用しているので、該遠心ファンの特性に基づき、静粛運転性と高い空調性能とを兼ね備えた空気調和機が得られるものである。
【発明の実施の形態】
【００４１】
以下、本願発明にかかる遠心ファン及び空気調和機を好適な実施形態に基づいて具体的に説明する。
【００４２】
Ａ：遠心ファン
Ａ−１：第１の実施形態
図１及び図２には、本願発明の第１の実施形態にかかる遠心ファン１を示している。この実施形態の遠心ファン１は、その中央部にモーター７が連結され該モーター７によって回転駆動されるハブ２と、その中央部に吸込口５を備え且つ上記ハブ２に対して所定間隔をもって同軸状に対向配置されるシュラウド３と、上記ハブ２の内面とシュラウド３の内面との間に跨がって立設状態で配置される複数枚の羽根４，４，・・とを備えて構成される。また、上記ハブ２とシュラウド３の外周部で且つ上記各羽根４，４，・・間位置には、それぞれ吹出口６が形成されている。
【００４３】
上記羽根４は、本願発明の要旨をなすものであって、図２〜図４に示すように、その前縁４ａから後縁４ｂに向かって滑らかに湾曲する湾曲板状の基本形態をもつものであって、適宜の樹脂材により一体形成されている。
【００４４】
そして、この羽根４においては、その前縁４ａを、次述のハブ側縁部４ａ１とシュラウド側縁部４ａ２及び傾斜縁部４ａ３の三つの部分で構成している。
【００４５】
上記ハブ側縁部４ａ１は、上記羽根４のハブ側端縁４ｃ寄りに位置し且つ回転軸線に対して略平行に延出する直線形状とされている。
【００４６】
上記シュラウド側縁部４ａ２は、上記ハブ側縁部４ａ１のシュラウド側端縁４ｄ寄りに位置し、且つ回転軸線に対して略平行に延出する直線形状とされるとともに、その前端位置は上記ハブ側縁部４ａ１の前端位置よりも上記羽根４の中心線方向の後方側へ所定寸法だけ偏位している。従って、上記ハブ側縁部４ａ１とシュラウド側縁部４ａ２とは、その境界部に段差面１３をもつこととなり、この段差面１３の存在によって、上記前縁４ａは羽根４の翼幅方向において不連続な形状となっている。さらに、この実施形態においては、図３に示すように、上記段差面１３を、上記羽根４の内周面４ｆ側から外周面４ｅ側に向かうに従って上記ハブ２に次第に接近するように傾斜する傾斜面としている。この場合、上述のように上記羽根４がその翼幅方向を回転軸線に対して略平行に設定しているので、上記段差面１３は上記回転軸線に直交する面に対して所定の傾斜角をもつことになる。
【００４７】
上記傾斜縁部４ａ３は、上記シュラウド側縁部４ａ２の端部から上記シュラウド３の上記吸込口５の近傍へ向けて斜めに延出する縁部であって、上記ハブ側縁部４ａ１との境界部には角部１４が形成されている。
【００４８】
尚、上記段差面１３の形成によって、該段差面１３とシュラウド側縁部４ａ２の連続部分には角部１１が、該段差面１３とハブ側縁部４ａ１の連続部分には角部１２が、それぞれ形成される。
【００４９】
このように構成された上記羽根４を備えて構成される遠心ファン１においては、次に述べるような特有の作用効果が得られるものである。
【００５０】
即ち、この実施形態の遠心ファン１においては、上記羽根４の前縁４ａを、段差面１３を備えた翼幅方向に不連続な形状とするとともに、該段差面１３を回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面とし、さらに上記段差面１３の傾斜方向を上記羽根４の内周面４ｆから外周面４ｅに向かうに伴って上記ハブ２に接近するような方向に設定している。
【００５１】
従って、上記遠心ファン１の回転に伴って上記吸込口５から吸い込まれた空気が、上記羽根４によって速度エネルギーを付与され、上記吹出口６から吹き出される場合、その吸入空気のうちの一部は、図５に流線Ａで示すように、上記段差面１３部分に流入し、該段差面１３の傾斜によって外周面４ｅ側へ案内され、該外周面４ｅ側を集中的に流れることになる。
【００５２】
そして、この段差面１３側へ流れる空気流Ａは、上記段差面１３及びその前後に位置する角部１１及び角部１２にそれぞれ衝突することでその流れが乱され、縦渦２１を生成する。この場合、上述のように、上記段差面１３の傾斜によって空気流Ａが外周面４ｅ側を集中的に流れることから、例えば該空気流Ａが上記段差面１３部分への衝突後、ここで分流されて外周面４ｅと内周面４ｆの双方へそれぞれ流れる場合に比して、該空気流Ａによって生成される縦渦２１は強力な流れとなり、大きなエネルギーをもつことになる。
【００５３】
このように強力で大きなエネルギーをもつ縦渦２１が上記外周面４ｅ上に形成された境界層に供給されることで、該縦渦２１のもつエネルギーによって該境界層の発達が効果的に抑制され、空気流の剥離が可及的に防止される。この結果、空気流の剥離に起因する送風騒音が可及的に低減され、遠心ファン１の静粛運転性が実現されるものである。
【００５４】
尚、上記段差面１３部分に流入する空気流Ａにより生成される縦渦２１の外に、上記前縁４ａの上記シュラウド側縁部４ａ２と傾斜縁部４ａ３の境界部の角部１４においても、既述の従来構造の遠心ファンの場合と同様に、空気流の乱れが生じ、縦渦が生成され、この縦渦によって上記外周面４ｅ及び内周面４ｆでの剥離が抑制され、送風騒音の低減効果が得られることは勿論である。
【００５５】
ここで、上記段差面１３の傾斜方向を、上記羽根４の内周面４ｆから外周面４ｅへ向かうに従って上記ハブ２に接近するような傾斜方向に設定したことの技術的意義を説明する。
【００５６】
図６には、遠心ファン１の羽根４の周りの空気の流れ状態を示している。遠心ファン１においては、その風量は回転数に対応して変化し、回転数の上昇に伴って風量も増加する。また、遠心ファン１の回転数に対応して上記羽根４の前縁４ａに流入する空気流の流入方向も異なり、大風量運転時には矢印Ａ１で示す方向から、小風量運転時には矢印Ａ２で示す方向からそれぞれ流入する。
【００５７】
これらの結果、上記羽根４においては、大風量運転時にはその外周面４ｅ側に剥離域Ｚ１が発生し、また少風量運転時にはその内周面４ｆ側に剥離域Ｚ２が発生することになる。従って、上記縦渦２１によって羽根面での剥離を抑制しようとすれば、大風量運転時には外周面４ｅ側において縦渦２１を集中的に発生させ、小風量運転時には内周面４ｆ側において縦渦２１を集中的に発生させれば良いことになる。
【００５８】
ところが、図７に示す遠心ファンの「風量−送風音」特性図、及び「風量−静圧」特性図から分かるように、小風量域においては風量変化に対する静圧曲線の傾斜が小さく、従って、この小風量域においては静圧の少しの低下によって風量が大きく落ち込むこととなり、特に空気調和機用遠心ファンのように熱交換器の目詰まり等によって静圧が変化し易い条件下において用いられるものとしては好ましい特性ではない。このため、特に空気調和機用の遠心ファンにおいては、上述の如き問題の少ない大風量域を実使用風量域に設定するのが通例である。
【００５９】
以上のことからして、この実施形態の遠心ファン１のように、上記羽根４の前縁４ａに設けられる上記段差面１３を該羽根４の外周面４ｅ側に傾斜させる構成は、実用域において高水準の送風騒音低減効果をもつ実用性に優れた遠心ファンを得る上においては必要不可欠な構成であるとも言え、実使用風量域で高い静粛運転性を発揮する遠心ファンを提供するという点において極めて重要な意義をもつものである。
【００６０】
Ａ−２：第２の実施形態
図８には、本願発明の第２の実施形態にかかる遠心ファン１の羽根４部分を示している。この遠心ファン１は、上記第１の実施形態にかかる遠心ファン１と基本構造を同じとし、これと異なる点は、上記羽根４の前縁４ａの構造のみである。従って、以下においては、上記羽根４の構成のみについて説明し、それ以外の構成に関しては上記第１の実施形態の該当説明を援用する。
【００６１】
上記羽根４は、本願発明の要旨をなすものであって、図８及び〜図９に示すように、その前縁４ａから後縁４ｂに向かって滑らかに湾曲する湾曲板状の基本形態をもつものであって、適宜の樹脂材により一体形成されている。
【００６２】
そして、この羽根４においては、その前縁４ａを、次述のハブ側縁部４ａ１とシュラウド側縁部４ａ２及び傾斜縁部４ａ３の三つの部分で構成している。
【００６３】
上記ハブ側縁部４ａ１は、上記羽根４のハブ側端縁４ｃ寄りに位置し、該ハブ側端縁４ｃに近づくに従って前方へ突出する傾斜形状とされている。従って、上記羽根４は、このハブ側縁部４ａ１に対応する部分においては、上記ハブ側端縁４ｃに近づくに従って翼弦長が次第に増大することになる。
【００６４】
上記シュラウド側縁部４ａ２は、上記ハブ側縁部４ａ１のシュラウド側端縁４ｄ寄りに位置し、且つ回転軸線に対して略平行に延出する直線形状とされるとともに、その前端位置は上記ハブ側縁部４ａ１の前端位置よりも上記羽根４の中心線方向の後方側へ所定寸法だけ偏位している。従って、上記ハブ側縁部４ａ１とシュラウド側縁部４ａ２とは、その境界部に段差面１３をもつこととなり、この段差面１３の存在によって、上記前縁４ａは羽根４の翼幅方向において不連続な形状となっている。さらに、この実施形態においては、上記段差面１３を、上記羽根４の内周面４ｆ側から外周面４ｅ側に向かうに従って上記ハブ２に次第に接近するように傾斜する傾斜面としている（図３を参照）。この場合、上述のように上記羽根４がその翼幅方向を回転軸線に対して略平行に設定しているので、上記段差面１３は上記回転軸線に直交する面に対して所定の傾斜角をもつことになる。
【００６５】
上記傾斜縁部４ａ３は、上記シュラウド側縁部４ａ２の端部から上記シュラウド３の上記吸込口５の近傍へ向けて斜めに延出する縁部であって、上記ハブ側縁部４ａ１との境界部には角部１４が形成されている。
【００６６】
尚、上記段差面１３の形成によって、該段差面１３とシュラウド側縁部４ａ２の連続部分には角部１１が、該段差面１３とハブ側縁部４ａ１の連続部分には角部１２が、それぞれ形成される。
【００６７】
このように構成された上記羽根４を備えて構成される遠心ファン１においては、上記第１の実施形態にかかる遠心ファン１の場合と同様の作用効果が得られることは勿論であるが、それに加えて次のような特有の効果が得られるものである。
【００６８】
即ち、この実施形態の遠心ファン１においては、上記羽根４の上記前縁４ａのうち、上記段差面１３よりも上記ハブ２寄りに位置する上記ハブ側縁部４ａ１を、該段差面１３から該ハブ２に向かうに従って漸次前方へ突出する形状とすることで翼弦長が上記段差面１３から上記ハブ２に近づくに従って増大変化するように構成している。
【００６９】
このため、上記羽根４の上記ハブ側縁部４ａ１に対応する部位においては、上記ハブ２に近づくに従って翼弦長が長くなる分だけ、ここを流れる空気流の安定化が促進されるとともに、該ハブ２の近傍を流れる流速の遅い空気流が前方へ突出した前縁部分によって積極的に羽根４側へ掻き寄せられることで該羽根４への流入性が向上することになる。これらの相乗効果として、遠心ファン１の送風効率、特に流速の遅い小風量領域における送風効率が向上し、結果的に、静粛運転性と送風効率とを両立させた遠心ファン１を提供することができるものである。 尚、上記以外の作用効果については、上記第１の実施形態の該当説明を援用することで、ここでの説明を省略する。
【００７０】
Ｂ：空気調和機
図１１には上記第１の実施形態にかかる遠心ファン１を備えて構成された空気調和機Ｘ１を、また図１２には上記第２の実施形態にかかる遠心ファン１を備えて構成された空気調和機Ｘ２を、それぞれ示している。
【００７１】
これら各空気調和機Ｘ１，Ｘ２は、共に、天井に埋め込み配置されるセパレート型空気調和機の室内機であって、ケーシング３１内の略中央部に上記遠心ファン１をその吸込口５を下方に向けて配置するとともに、該遠心ファン１の外周側にその吹出口６に対向するようにして熱交換器３２を配置して構成される。そして、上記遠心ファン１の運転により、上記ケーシング３１の下面の中央部に設けた吸込口３３から吸入した室内空気を、上記熱交換器３２において熱交換して温風あるいは冷風とした後、該下面の外周部に設けた吹出口３４から室内へ吹き出すようになっている。
【００７２】
これら各空気調和機Ｘ１，Ｘ２においては、それぞれ、遠心ファンとして、上記第１、第２の実施形態にかかる遠心ファン１を備えることで、既述した遠心ファン１の特性、即ち、送風騒音が低く且つ高い送風効率が得られるという特性に基づいて、静粛運転性と高い空調性能とを兼ね備えた空気調和機が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】 本願発明の第１の実施形態にかかる遠心ファンの平面図である。
【図２】 図１のＩＩ−ＩＩ要部拡大断面図である。
【図３】 図２に示した遠心ファンの羽根の拡大斜視図である。
【図４】 図２のＩＶ−ＩＶ要部拡大図である。
【図５】 羽根における空気の流れ状態の説明図である。
【図６】 羽根の前縁側における空気流の剥離状態説明図である。
【図７】 遠心ファンの「風量−静圧・送風音」特性図である。
【図８】 本願発明の第２の実施形態にかかる遠心ファンにおける羽根の拡大図である。
【図９】 図７に示した遠心ファンの羽根の拡大斜視図である。
【図１０】 羽根における空気の流れ状態の説明図である。
【図１１】 上記第１の実施形態にかかる遠心ファンを備えて構成される空気調和機の断面図である。
【図１２】 上記第２の実施形態にかかる遠心ファンを備えて構成される空気調和機の断面図である。
【図１３】 従来の遠心ファンの羽根部分を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１は遠心ファン、２はハブ、３はシュラウド、４は羽根、５は吸込口、６は吹出口、７はモーター、１１及び１２は角部、１３は段差面、２１及び２２は縦渦、３１はケーシング、３２は熱交換器、３３は吸込口、３４は吹出口である。
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本願発明は、遠心ファン及び該遠心ファンを備えた空気調和機に関するものである。
【従来の技術】
【０００３】
近年、空気調和機においては、主として省エネ性の観点から、該空気調和機に用いられている遠心ファンの送風音低減技術の開発が求められている。
【０００４】
ところで、遠心ファンにおいて、その送風音の低減を図るに際し、羽根面における空気の剥離を抑制することが有効であり、また剥離の抑制手段の一つとして、縦渦のもつエネルギーによって羽根面上の境界層の発達を抑制するという思想も知られており、かかる剥離抑制に関する思想は、従来一般的な遠心ファンにおいても、効果としては低いものの、羽根構造の一部に反映されている。
【０００５】
即ち、図１３には、従来一般的な遠心ファン４１の要部を示している。この遠心ファン４１は、モータ４７に連結されて回転駆動されるハブ４２と、該ハブ４２に対して所定間隔をもって対向配置されるシュラウド４３との間に、湾曲板状形態をもつ複数枚の羽根４４を周方向に所定間隔で配置して構成されている。そして、この遠心ファン４１においては、その回転に伴い、吸込口４５から吸い込まれる空気は、同図に流線Ａで示すように、上記羽根４４にその前縁４４ａ側から流入してその後縁４４ｂ側へ流れ、吹出口４６から吹き出される。
【０００６】
この場合、上記遠心ファン４１においては、上記羽根４４の前縁４４ａに角部４４ｃが設けられているため、該羽根４４に対してその前縁４４ａ側から空気流Ａが流入する際、この空気流Ａが上記角部４４ｃに衝突することで、縦渦４８が生成され、この縦渦４８のもつエネルギーが上記羽根４４の表面上の境界層に供給されることで、該境界層での空気の剥離が抑制され、それだけ送風騒音の低減が期待できるものである。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、図１３に流線Ａで示すように、上記遠心ファン４１における空気流の主流は上記羽根４４の上記角部４４ｃよりも上記ハブ４２寄りに偏って流れる。このため、上記角部４４ｃにおいて生成される縦渦４８による剥離抑制効果は、空気流の主流部分に対してはさほど有効には作用せず、遠心ファン４１全体としてみた場合における送風音低減効果は僅かであり、送風音の更なる低減を実現する手段の開発が要請されるところである。
【０００８】
そこで本願発明は、羽根の前縁構造の改善によって、より強力な縦渦を生成させ且つこれを境界層に対して効果的に供給することで羽根面上における空気の剥離を可及的に抑制し、送風音をより効果的に低減効果をより高水準の送風音低減効果が得られるようにした遠心ファン、及びこれを備えて構成される静粛運転性に優れた空気調和機を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明ではかかる課題を解決するための具体的手段として次のような構成を採用している。
【００１０】
本願の第１の発明では、対向配置されるハブ２とシュラウド３の間に、周方向に所定間隔で羽根４，４，・・を取り付けてなる遠心ファンにおいて、上記羽根４の前縁４ａを段差面１３を備えた翼幅方向に不連続な形状とするとともに、該段差面１３が回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面とする一方、上記羽根４を、上記前縁４ａの上記段差面１３よりも上記ハブ２寄りに位置するハブ側縁部４ａ１を該段差面１３から該ハブ２に向かうに従って漸次前方へ突出する形状とすることで翼弦長が上記段差面１３から上記ハブ２に近づくに従って増大変化するように構成したことを特徴としている。
【００１１】
本願の第２の発明では、対向配置されるハブ２とシュラウド３の間に、周方向に所定間隔で羽根４，４，・・を取り付けてなる遠心ファンにおいて、上記羽根４を、前縁４ａに段差面１３を備え且つ翼弦長が翼幅方向において不連続に変化する形状とするとともに、該段差面１３を回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面とする一方、上記羽根４を、上記前縁４ａの上記段差面１３よりも上記ハブ２寄りに位置するハブ側縁部４ａ１を該段差面１３から該ハブ２に向かうに従って漸次前方へ突出する形状とすることで翼弦長が上記段差面１３から上記ハブ２に近づくに従って増大変化するように構成したことを特徴としている。
【００１２】
本願の第３の発明では、対向配置されるハブ２とシュラウド３の間に、周方向に所定間隔で羽根４，４，・・を取り付けてなる遠心ファンにおいて、上記羽根４の前縁４ａを段差面１３を備えた翼幅方向に不連続な形状とするとともに、該段差面１３を回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面とする一方、上記段差面１３を、上記羽根４の内周面４ｆ側から外周面４ｅ側へ向かうに従って上記ハブ２に接近するように傾斜する傾斜面としたことを特徴としている。
【００１３】
本願の第４の発明では、対向配置されるハブ２とシュラウド３の間に、周方向に所定間隔で羽根４，４，・・を取り付けてなる遠心ファンにおいて、上記羽根４を、前縁４ａに段差面１３を備え且つ翼弦長が翼幅方向において不連続に変化する形状とするとともに、該段差面１３を回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面とする一方、上記段差面１３を、上記羽根４の内周面４ｆ側から外周面４ｅ側へ向かうに従って上記ハブ２に接近するように傾斜する傾斜面としたことを特徴としている。
【００１４】
本願の第５の発明では、上記第１又は第２の発明に係る遠心ファンにおいて、上記段差面１３を、上記羽根４の内周面４ｆ側から外周面４ｅ側へ向かうに従って上記ハブ２に接近するように傾斜する傾斜面としたことを特徴としている。
【００１５】
本願の第６の発明では、ケーシング３１内に遠心ファン１と熱交換器３２とを配置して構成される空気調和機において、上記遠心ファン１として、上記第１、第２、第３、第４又は第５に記載の遠心ファンを適用したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本願発明ではかかる構成とすることにより次のような効果が得られる。
【００１７】
（イ） 本願の第１の発明にかかる遠心ファンによれば、対向配置されるハブ２とシュラウド３の間に、周方向に所定間隔で羽根４，４，・・を取り付けてなる遠心ファンにおいて、上記羽根４の前縁４ａを、段差面１３を備えた翼幅方向に不連続な形状とするとともに、該段差面１３を回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面としているので、上記羽根４の前縁４ａに流入する空気流は、該前縁４ａが段差面１３を備えた翼幅方向に不連続な形状であることから、この不連続部分への衝突によってその流れが乱され、該前縁４ａから後縁４ｂ側に向かうに従って次第に成長する縦渦２１が生成される。
【００１８】
この場合、上記段差面１３が遠心ファンの回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面であることから、上記前縁４ａの不連続部分に流入し縦渦２１を生成する空気流は、該段差面１３の傾斜に沿って羽根４の外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側へ案内され、該外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側において縦渦２１を生成する。従って、ここで生成される縦渦２１は、例えば上記不連続部分に流入した空気流が羽根４の外周面４ｅ側と内周面４ｆ側とに分流され、該各面側においてそれぞれ縦渦２１を生成する場合に比して、強力で大きなエネルギーをもつことになる。
【００１９】
このため、この縦渦２１のもつ大きなエネルギーが上記外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側の何れか一方の境界層に集中的に供給されることで、該外周面４ｅ上又は内周面４ｆ上における空気の剥離がより効果的に抑制され、送風騒音がより一層低減され、遠心ファンの静粛運転性が高められることになる。
【００２０】
さらに、上記羽根４を、上記前縁４ａの上記段差面１３よりも上記ハブ２寄りに位置するハブ側縁部４ａ１を該段差面１３から該ハブ２に向かうに従って漸次前方へ突出する形状とすることで翼弦長が上記段差面１３から上記ハブ２に近づくに従って増大変化するように構成しているので、上記羽根４の上記ハブ側縁部４ａ１に対応する部位においては、上記ハブ２に近づくに従って翼弦長が長くなる分だけここを流れる空気流の安定化が促進されるとともに、該ハブ２の近傍を流れる流速の遅い空気流が前方へ突出した前縁部分によって積極的に羽根４側へ掻き寄せられることで該羽根４への流入性が向上することとなり、これらの相乗効果として、遠心ファンの送風効率、特に流速の遅い小風量領域における送風効率が向上し、結果的に、静粛運転性と送風効率とを両立させた遠心ファンを提供できることになる。
【００２１】
（ロ） 本願の第２の発明にかかる遠心ファンによれば、対向配置されるハブ２とシュラウド３の間に、周方向に所定間隔で羽根４，４，・・を取り付けてなる遠心ファンにおいて、上記羽根４を、前縁４ａに段差面１３を備え且つ翼弦長が翼幅方向において不連続に変化する形状とするとともに、該段差面１３を回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面としているので、上記羽根４の前縁４ａに流入する空気流は、該前縁４ａが段差面１３を備え且つ翼弦長が翼幅方向において不連続に変化する形状であることから、この不連続部分への衝突によってその流れが乱され、該前縁４ａから後縁４ｂ側に向かうに従って次第に成長する縦渦２１が生成される。
【００２２】
この場合、上記段差面１３が遠心ファンの回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面であることから、上記前縁４ａの不連続部分に流入し縦渦２１を生成する空気流は、該段差面１３の傾斜に沿って羽根４の外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側へ案内され、該外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側において縦渦２１を生成する。従って、ここで生成される縦渦２１は、例えば上記不連続部分に流入した空気流が羽根４の外周面４ｅ側と内周面４ｆ側とに分流され、該各面側においてそれぞれ縦渦２１を生成する場合に比して、強力で大きなエネルギーをもつことになる。
【００２３】
このため、この縦渦２１のもつ大きなエネルギーが上記外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側の何れか一方の境界層に集中的に供給されることで、該外周面４ｅ上又は内周面４ｆ上における空気の剥離がより効果的に抑制され、送風騒音がより一層低減され、遠心ファンの静粛運転性が高められることになる。
【００２４】
さらに、上記第１又は第２の発明にかかる遠心ファンにおいて、上記羽根４を、上記前縁４ａの上記段差面１３よりも上記ハブ２寄りに位置するハブ側縁部４ａ１を該段差面１３から該ハブ２に向かうに従って漸次前方へ突出する形状とすることで翼弦長が上記段差面１３から上記ハブ２に近づくに従って増大変化するように構成しているので、上記羽根４の上記ハブ側縁部４ａ１に対応する部位においては、上記ハブ２に近づくに従って翼弦長が長くなる分だけここを流れる空気流の安定化が促進されるとともに、該ハブ２の近傍を流れる流速の遅い空気流が前方へ突出した前縁部分によって積極的に羽根４側へ掻き寄せられることで該羽根４への流入性が向上することとなり、これらの相乗効果として、遠心ファンの送風効率、特に流速の遅い小風量領域における送風効率が向上し、結果的に、静粛運転性と送風効率とを両立させた遠心ファンを提供できることになる。
【００２５】
（ハ） 本願の第３の発明にかかる遠心ファンによれば、対向配置されるハブ２とシュ ラウド３の間に、周方向に所定間隔で羽根４，４，・・を取り付けてなる遠心ファンにおいて、上記羽根４の前縁４ａを、段差面１３を備えた翼幅方向に不連続な形状とするとともに、該段差面１３を回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面としているので、上記羽根４の前縁４ａに流入する空気流は、該前縁４ａが段差面１３を備えた翼幅方向に不連続な形状であることから、この不連続部分への衝突によってその流れが乱され、該前縁４ａから後縁４ｂ側に向かうに従って次第に成長する縦渦２１が生成される。
【００２６】
この場合、上記段差面１３が遠心ファンの回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面であることから、上記前縁４ａの不連続部分に流入し縦渦２１を生成する空気流は、該段差面１３の傾斜に沿って羽根４の外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側へ案内され、該外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側において縦渦２１を生成する。従って、ここで生成される縦渦２１は、例えば上記不連続部分に流入した空気流が羽根４の外周面４ｅ側と内周面４ｆ側とに分流され、該各面側においてそれぞれ縦渦２１を生成する場合に比して、強力で大きなエネルギーをもつことになる。
【００２７】
このため、この縦渦２１のもつ大きなエネルギーが上記外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側の何れか一方の境界層に集中的に供給されることで、該外周面４ｅ上又は内周面４ｆ上における空気の剥離がより効果的に抑制され、送風騒音がより一層低減され、遠心ファンの静粛運転性が高められることになる。
【００２８】
さらに、上記段差面１３を、上記羽根４の内周面４ｆ側から外周面４ｅ側へ向かうに従って上記ハブ２に接近するように傾斜する傾斜面としているので、上記段差面１３側に流入する空気流は、該段差面１３に案内されて上記羽根４の外周面４ｅ側へ集中的に流れ、該外周面４ｅ側において強力な縦渦２１を生成し、該外周面４ｅにおける境界層の発達を抑制し、これによって空気流の剥離を抑制し送風騒音を低減させる如く作用する。
【００２９】
ここで、遠心ファン１の風量と羽根４の両面における剥離域の発生形態との関係をみると、回転速度の大きい大風量域においては羽根４の外周面４ｅ側に剥離域が生じるのに対して、回転速度の小さい小風量域においては羽根４の内周面４ｆ側に剥離域が生じるという関係がある。さらに、遠心ファンにおいては、小風量域においては静圧の減少変化に対する風量の落ち込みが大きいという特性があり、このため一般に、遠心ファンの実使用風量域を大風量域に設定している。
【００３０】
これらのことから、この発明のように、上記段差面１３を、上記羽根４の内周面４ｆ側から外周面４ｅ側へ向かうに従って上記ハブ２に接近するように傾斜する傾斜面とし、該外周面４ｅ側において強力な縦渦２１を生成させる構成とすることで、実用域において高水準の送風騒音低減効果をもつ実用性に優れた遠心ファンを提供することができることになる。
【００３１】
（ニ） 本願の第４の発明にかかる遠心ファンによれば、対向配置されるハブ２とシュラウド３の間に、周方向に所定間隔で羽根４，４，・・を取り付けてなる遠心ファンにおいて、上記羽根４を、前縁４ａに段差面１３を備え且つ翼弦長が翼幅方向において不連続に変化する形状とするとともに、該段差面１３を回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面としているので、上記羽根４の前縁４ａに流入する空気流は、該前縁４ａが段差面１３を備え且つ翼弦長が翼幅方向において不連続に変化する形状であることから、この不連続部分への衝突によってその流れが乱され、該前縁４ａから後縁４ｂ側に向かうに従って次第に成長する縦渦２１が生成される。
【００３２】
この場合、上記段差面１３が遠心ファンの回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面であることから、上記前縁４ａの不連続部分に流入し縦渦２１を生成する空気 流は、該段差面１３の傾斜に沿って羽根４の外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側へ案内され、該外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側において縦渦２１を生成する。従って、ここで生成される縦渦２１は、例えば上記不連続部分に流入した空気流が羽根４の外周面４ｅ側と内周面４ｆ側とに分流され、該各面側においてそれぞれ縦渦２１を生成する場合に比して、強力で大きなエネルギーをもつことになる。
【００３３】
このため、この縦渦２１のもつ大きなエネルギーが上記外周面４ｅ側又は内周面４ｆ側の何れか一方の境界層に集中的に供給されることで、該外周面４ｅ上又は内周面４ｆ上における空気の剥離がより効果的に抑制され、送風騒音がより一層低減され、遠心ファンの静粛運転性が高められることになる。
【００３４】
さらに、上記段差面１３を、上記羽根４の内周面４ｆ側から外周面４ｅ側へ向かうに従って上記ハブ２に接近するように傾斜する傾斜面としているので、上記段差面１３側に流入する空気流は、該段差面１３に案内されて上記羽根４の外周面４ｅ側へ集中的に流れ、該外周面４ｅ側において強力な縦渦２１を生成し、該外周面４ｅにおける境界層の発達を抑制し、これによって空気流の剥離を抑制し送風騒音を低減させる如く作用する。
【００３５】
ここで、遠心ファン１の風量と羽根４の両面における剥離域の発生形態との関係をみると、回転速度の大きい大風量域においては羽根４の外周面４ｅ側に剥離域が生じるのに対して、回転速度の小さい小風量域においては羽根４の内周面４ｆ側に剥離域が生じるという関係がある。さらに、遠心ファンにおいては、小風量域においては静圧の減少変化に対する風量の落ち込みが大きいという特性があり、このため一般に、遠心ファンの実使用風量域を大風量域に設定している。
【００３６】
これらのことから、この発明のように、上記段差面１３を、上記羽根４の内周面４ｆ側から外周面４ｅ側へ向かうに従って上記ハブ２に接近するように傾斜する傾斜面とし、該外周面４ｅ側において強力な縦渦２１を生成させる構成とすることで、実用域において高水準の送風騒音低減効果をもつ実用性に優れた遠心ファンを提供することができることになる。
【００３７】
（ホ）本願の第５の発明にかかる遠心ファンによれば、上記（イ）又は（ロ）に記載の効果に加えて次のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記段差面１３を、上記羽根４の内周面４ｆ側から外周面４ｅ側へ向かうに従って上記ハブ２に接近するように傾斜する傾斜面としているので、上記段差面１３側に流入する空気流は、該段差面１３に案内されて上記羽根４の外周面４ｅ側へ集中的に流れ、該外周面４ｅ側において強力な縦渦２１を生成し、該外周面４ｅにおける境界層の発達を抑制し、これによって空気流の剥離を抑制し送風騒音を低減させる如く作用する。
【００３８】
ここで、遠心ファン１の風量と羽根４の両面における剥離域の発生形態との関係をみると、回転速度の大きい大風量域においては羽根４の外周面４ｅ側に剥離域が生じるのに対して、回転速度の小さい小風量域においては羽根４の内周面４ｆ側に剥離域が生じるという関係がある。さらに、遠心ファンにおいては、小風量域においては静圧の減少変化に対する風量の落ち込みが大きいという特性があり、このため一般に、遠心ファンの実使用風量域を大風量域に設定している。
【００３９】
これらのことから、この発明のように、上記段差面１３を、上記羽根４の内周面４ｆ側から外周面４ｅ側へ向かうに従って上記ハブ２に接近するように傾斜する傾斜面とし、該外周面４ｅ側において強力な縦渦２１を生成させる構成とすることで、実用域において高水準の送風騒音低減効果をもつ実用性に優れた遠心ファンを提供することができることになる。
【００４０】
（ヘ） 本願の第６の発明にかかる空気調和機によれば、ケーシング３１内に遠心ファン１と熱交換器３２とを配置して構成されるものにおいて、上記遠心ファン１として、上記第１、第２、第３、第４又は第５の発明にかかる遠心ファンを適用しているので、該遠心ファンの特性に基づき、静粛運転性と高い空調性能とを兼ね備えた空気調和機が得られるものである。
【発明の実施の形態】
【００４１】
以下、本願発明にかかる遠心ファン及び空気調和機を好適な実施形態に基づいて具体的に説明する。
【００４２】
Ａ：遠心ファン
Ａ−１：第１の実施形態
図１及び図２には、本願発明の第１の実施形態にかかる遠心ファン１を示している。この実施形態の遠心ファン１は、その中央部にモーター７が連結され該モーター７によって回転駆動されるハブ２と、その中央部に吸込口５を備え且つ上記ハブ２に対して所定間隔をもって同軸状に対向配置されるシュラウド３と、上記ハブ２の内面とシュラウド３の内面との間に跨がって立設状態で配置される複数枚の羽根４，４，・・とを備えて構成される。また、上記ハブ２とシュラウド３の外周部で且つ上記各羽根４，４，・・間位置には、それぞれ吹出口６が形成されている。
【００４３】
上記羽根４は、本願発明の要旨をなすものであって、図２〜図４に示すように、その前縁４ａから後縁４ｂに向かって滑らかに湾曲する湾曲板状の基本形態をもつものであって、適宜の樹脂材により一体形成されている。
【００４４】
そして、この羽根４においては、その前縁４ａを、次述のハブ側縁部４ａ１とシュラウド側縁部４ａ２及び傾斜縁部４ａ３の三つの部分で構成している。
【００４５】
上記ハブ側縁部４ａ１は、上記羽根４のハブ側端縁４ｃ寄りに位置し且つ回転軸線に対して略平行に延出する直線形状とされている。
【００４６】
上記シュラウド側縁部４ａ２は、上記ハブ側縁部４ａ１のシュラウド側端縁４ｄ寄りに位置し、且つ回転軸線に対して略平行に延出する直線形状とされるとともに、その前端位置は上記ハブ側縁部４ａ１の前端位置よりも上記羽根４の中心線方向の後方側へ所定寸法だけ偏位している。従って、上記ハブ側縁部４ａ１とシュラウド側縁部４ａ２とは、その境界部に段差面１３をもつこととなり、この段差面１３の存在によって、上記前縁４ａは羽根４の翼幅方向において不連続な形状となっている。さらに、この実施形態においては、図３に示すように、上記段差面１３を、上記羽根４の内周面４ｆ側から外周面４ｅ側に向かうに従って上記ハブ２に次第に接近するように傾斜する傾斜面としている。この場合、上述のように上記羽根４がその翼幅方向を回転軸線に対して略平行に設定しているので、上記段差面１３は上記回転軸線に直交する面に対して所定の傾斜角をもつことになる。
【００４７】
上記傾斜縁部４ａ３は、上記シュラウド側縁部４ａ２の端部から上記シュラウド３の上記吸込口５の近傍へ向けて斜めに延出する縁部であって、上記ハブ側縁部４ａ１との境界部には角部１４が形成されている。
【００４８】
尚、上記段差面１３の形成によって、該段差面１３とシュラウド側縁部４ａ２の連続部分には角部１１が、該段差面１３とハブ側縁部４ａ１の連続部分には角部１２が、それぞれ形成される。
【００４９】
このように構成された上記羽根４を備えて構成される遠心ファン１においては、次に述べるような特有の作用効果が得られるものである。
【００５０】
即ち、この実施形態の遠心ファン１においては、上記羽根４の前縁４ａを、段差面１３を備えた翼幅方向に不連続な形状とするとともに、該段差面１３を回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面とし、さらに上記段差面１３の傾斜方向を上記羽根４の内周面４ｆから外周面４ｅに向かうに伴って上記ハブ２に接近するような方向に設定している。
【００５１】
従って、上記遠心ファン１の回転に伴って上記吸込口５から吸い込まれた空気が、上記羽根４によって速度エネルギーを付与され、上記吹出口６から吹き出される場合、その吸入空気のうちの一部は、図５に流線Ａで示すように、上記段差面１３部分に流入し、該段差面１３の傾斜によって外周面４ｅ側へ案内され、該外周面４ｅ側を集中的に流れることになる。
【００５２】
そして、この段差面１３側へ流れる空気流Ａは、上記段差面１３及びその前後に位置する角部１１及び角部１２にそれぞれ衝突することでその流れが乱され、縦渦２１を生成する。この場合、上述のように、上記段差面１３の傾斜によって空気流Ａが外周面４ｅ側を集中的に流れることから、例えば該空気流Ａが上記段差面１３部分への衝突後、ここで分流されて外周面４ｅと内周面４ｆの双方へそれぞれ流れる場合に比して、該空気流Ａによって生成される縦渦２１は強力な流れとなり、大きなエネルギーをもつことになる。
【００５３】
このように強力で大きなエネルギーをもつ縦渦２１が上記外周面４ｅ上に形成された境界層に供給されることで、該縦渦２１のもつエネルギーによって該境界層の発達が効果的に抑制され、空気流の剥離が可及的に防止される。この結果、空気流の剥離に起因する送風騒音が可及的に低減され、遠心ファン１の静粛運転性が実現されるものである。
【００５４】
尚、上記段差面１３部分に流入する空気流Ａにより生成される縦渦２１の外に、上記前縁４ａの上記シュラウド側縁部４ａ２と傾斜縁部４ａ３の境界部の角部１４においても、既述の従来構造の遠心ファンの場合と同様に、空気流の乱れが生じ、縦渦が生成され、この縦渦によって上記外周面４ｅ及び内周面４ｆでの剥離が抑制され、送風騒音の低減効果が得られることは勿論である。
【００５５】
ここで、上記段差面１３の傾斜方向を、上記羽根４の内周面４ｆから外周面４ｅへ向かうに従って上記ハブ２に接近するような傾斜方向に設定したことの技術的意義を説明する。
【００５６】
図６には、遠心ファン１の羽根４の周りの空気の流れ状態を示している。遠心ファン１においては、その風量は回転数に対応して変化し、回転数の上昇に伴って風量も増加する。また、遠心ファン１の回転数に対応して上記羽根４の前縁４ａに流入する空気流の流入方向も異なり、大風量運転時には矢印Ａ１で示す方向から、小風量運転時には矢印Ａ２で示す方向からそれぞれ流入する。
【００５７】
これらの結果、上記羽根４においては、大風量運転時にはその外周面４ｅ側に剥離域Ｚ１が発生し、また少風量運転時にはその内周面４ｆ側に剥離域Ｚ２が発生することになる。従って、上記縦渦２１によって羽根面での剥離を抑制しようとすれば、大風量運転時には外周面４ｅ側において縦渦２１を集中的に発生させ、小風量運転時には内周面４ｆ側において縦渦２１を集中的に発生させれば良いことになる。
【００５８】
ところが、図７に示す遠心ファンの「風量−送風音」特性図、及び「風量−静圧」特性図から分かるように、小風量域においては風量変化に対する静圧曲線の傾斜が小さく、従って、この小風量域においては静圧の少しの低下によって風量が大きく落ち込むこととなり、特に空気調和機用遠心ファンのように熱交換器の目詰まり等によって静圧が変化し易い条件下において用いられるものとしては好ましい特性ではない。このため、特に空気調和機用の遠心ファンにおいては、上述の如き問題の少ない大風量域を実使用風量域に設定するのが通例である。
【００５９】
以上のことからして、この実施形態の遠心ファン１のように、上記羽根４の前縁４ａに設けられる上記段差面１３を該羽根４の外周面４ｅ側に傾斜させる構成は、実用域において高水準の送風騒音低減効果をもつ実用性に優れた遠心ファンを得る上においては必要不可欠な構成であるとも言え、実使用風量域で高い静粛運転性を発揮する遠心ファンを提供するという点において極めて重要な意義をもつものである。
【００６０】
Ａ−２：第２の実施形態
図８には、本願発明の第２の実施形態にかかる遠心ファン１の羽根４部分を示している。この遠心ファン１は、上記第１の実施形態にかかる遠心ファン１と基本構造を同じとし、これと異なる点は、上記羽根４の前縁４ａの構造のみである。従って、以下においては、上記羽根４の構成のみについて説明し、それ以外の構成に関しては上記第１の実施形態の該当説明を援用する。
【００６１】
上記羽根４は、本願発明の要旨をなすものであって、図８及び〜図９に示すように、その前縁４ａから後縁４ｂに向かって滑らかに湾曲する湾曲板状の基本形態をもつものであって、適宜の樹脂材により一体形成されている。
【００６２】
そして、この羽根４においては、その前縁４ａを、次述のハブ側縁部４ａ１とシュラウド側縁部４ａ２及び傾斜縁部４ａ３の三つの部分で構成している。
【００６３】
上記ハブ側縁部４ａ１は、上記羽根４のハブ側端縁４ｃ寄りに位置し、該ハブ側端縁４ｃに近づくに従って前方へ突出する傾斜形状とされている。従って、上記羽根４は、このハブ側縁部４ａ１に対応する部分においては、上記ハブ側端縁４ｃに近づくに従って翼弦長が次第に増大することになる。
【００６４】
上記シュラウド側縁部４ａ２は、上記ハブ側縁部４ａ１のシュラウド側端縁４ｄ寄りに位置し、且つ回転軸線に対して略平行に延出する直線形状とされるとともに、その前端位置は上記ハブ側縁部４ａ１の前端位置よりも上記羽根４の中心線方向の後方側へ所定寸法だけ偏位している。従って、上記ハブ側縁部４ａ１とシュラウド側縁部４ａ２とは、その境界部に段差面１３をもつこととなり、この段差面１３の存在によって、上記前縁４ａは羽根４の翼幅方向において不連続な形状となっている。さらに、この実施形態においては、上記段差面１３を、上記羽根４の内周面４ｆ側から外周面４ｅ側に向かうに従って上記ハブ２に次第に接近するように傾斜する傾斜面としている（図３を参照）。この場合、上述のように上記羽根４がその翼幅方向を回転軸線に対して略平行に設定しているので、上記段差面１３は上記回転軸線に直交する面に対して所定の傾斜角をもつことになる。
【００６５】
上記傾斜縁部４ａ３は、上記シュラウド側縁部４ａ２の端部から上記シュラウド３の上記吸込口５の近傍へ向けて斜めに延出する縁部であって、上記ハブ側縁部４ａ１との境界部には角部１４が形成されている。
【００６６】
尚、上記段差面１３の形成によって、該段差面１３とシュラウド側縁部４ａ２の連続部分には角部１１が、該段差面１３とハブ側縁部４ａ１の連続部分には角部１２が、それぞれ形成される。
【００６７】
このように構成された上記羽根４を備えて構成される遠心ファン１においては、上記第１の実施形態にかかる遠心ファン１の場合と同様の作用効果が得られることは勿論であるが、それに加えて次のような特有の効果が得られるものである。
【００６８】
即ち、この実施形態の遠心ファン１においては、上記羽根４の上記前縁４ａのうち、上記段差面１３よりも上記ハブ２寄りに位置する上記ハブ側縁部４ａ１を、該段差面１３から該ハブ２に向かうに従って漸次前方へ突出する形状とすることで翼弦長が上記段差面１３から上記ハブ２に近づくに従って増大変化するように構成している。
【００６９】
このため、上記羽根４の上記ハブ側縁部４ａ１に対応する部位においては、上記ハブ２に近づくに従って翼弦長が長くなる分だけ、ここを流れる空気流の安定化が促進されるとともに、該ハブ２の近傍を流れる流速の遅い空気流が前方へ突出した前縁部分によって積極的に羽根４側へ掻き寄せられることで該羽根４への流入性が向上することになる。これらの相乗効果として、遠心ファン１の送風効率、特に流速の遅い小風量領域における送風効率が向上し、結果的に、静粛運転性と送風効率とを両立させた遠心ファン１を提供することができるものである。 尚、上記以外の作用効果については、上記第１の実施形態の該当説明を援用することで、ここでの説明を省略する。
【００７０】
Ｂ：空気調和機
図１１には上記第１の実施形態にかかる遠心ファン１を備えて構成された空気調和機Ｘ１を、また図１２には上記第２の実施形態にかかる遠心ファン１を備えて構成された空気調和機Ｘ２を、それぞれ示している。
【００７１】
これら各空気調和機Ｘ１，Ｘ２は、共に、天井に埋め込み配置されるセパレート型空気調和機の室内機であって、ケーシング３１内の略中央部に上記遠心ファン１をその吸込口５を下方に向けて配置するとともに、該遠心ファン１の外周側にその吹出口６に対向するようにして熱交換器３２を配置して構成される。そして、上記遠心ファン１の運転により、上記ケーシング３１の下面の中央部に設けた吸込口３３から吸入した室内空気を、上記熱交換器３２において熱交換して温風あるいは冷風とした後、該下面の外周部に設けた吹出口３４から室内へ吹き出すようになっている。
【００７２】
これら各空気調和機Ｘ１，Ｘ２においては、それぞれ、遠心ファンとして、上記第１、第２の実施形態にかかる遠心ファン１を備えることで、既述した遠心ファン１の特性、即ち、送風騒音が低く且つ高い送風効率が得られるという特性に基づいて、静粛運転性と高い空調性能とを兼ね備えた空気調和機が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】 本願発明の第１の実施形態にかかる遠心ファンの平面図である。
【図２】 図１のＩＩ−ＩＩ要部拡大断面図である。
【図３】 図２に示した遠心ファンの羽根の拡大斜視図である。
【図４】 図２のＩＶ−ＩＶ要部拡大図である。
【図５】 羽根における空気の流れ状態の説明図である。
【図６】 羽根の前縁側における空気流の剥離状態説明図である。
【図７】 遠心ファンの「風量−静圧・送風音」特性図である。
【図８】 本願発明の第２の実施形態にかかる遠心ファンにおける羽根の拡大図である。
【図９】 図７に示した遠心ファンの羽根の拡大斜視図である。
【図１０】 羽根における空気の流れ状態の説明図である。
【図１１】 上記第１の実施形態にかかる遠心ファンを備えて構成される空気調和機の断面図である。
【図１２】 上記第２の実施形態にかかる遠心ファンを備えて構成される空気調和機の断面図である。
【図１３】 従来の遠心ファンの羽根部分を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１は遠心ファン、２はハブ、３はシュラウド、４は羽根、５は吸込口、６は吹出口、７はモーター、１１及び１２は角部、１３は段差面、２１及び２２は縦渦、３１はケーシング、３２は熱交換器、３３は吸込口、３４は吹出口である。
Claims (6)
- 対向配置されるハブ（２）とシュラウド（３）の間に、周方向に所定間隔で羽根（４），（４），・・を取り付けてなる遠心ファンであって、
上記羽根（４）の前縁（４ａ）が段差面（１３）を備えた翼幅方向に不連続な形状とされるとともに、該段差面（１３）が回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面とされる一方、
上記羽根（４）が、上記前縁（４ａ）の上記段差面（１３）よりも上記ハブ（２）寄りに位置するハブ側縁部（４ａ１）を該段差面（１３）から該ハブ（２）に向かうに従って漸次前方へ突出する形状とすることで翼弦長が上記段差面（１３）から上記ハブ（２）に近づくに従って増大変化するように構成されていることを特徴とする遠心ファン。 - 対向配置されるハブ（２）とシュラウド（３）の間に、周方向に所定間隔で羽根（４），（４），・・を取り付けてなる遠心ファンであって、
上記羽根（４）が、前縁（４ａ）に段差面（１３）を備え且つ翼弦長が翼幅方向において不連続に変化する形状とされるとともに、該段差面（１３）が回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面とされる一方、
上記羽根（４）が、上記前縁（４ａ）の上記段差面（１３）よりも上記ハブ（２）寄りに位置するハブ側縁部（４ａ１）を該段差面（１３）から該ハブ（２）に向かうに従って漸次前方へ突出する形状とすることで翼弦長が上記段差面（１３）から上記ハブ（２）に近づくに従って増大変化するように構成されていることを特徴とする遠心ファン。 - 対向配置されるハブ（２）とシュラウド（３）の間に、周方向に所定間隔で羽根（４），（４），・・を取り付けてなる遠心ファンであって、
上記羽根（４）の前縁（４ａ）が段差面（１３）を備えた翼幅方向に不連続な形状とされるとともに、該段差面（１３）が回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面とされる一方、
上記段差面（１３）が、上記羽根（４）の内周面（４ｆ）側から外周面（４ｅ）側へ向かうに従って上記ハブ（２）に接近するように傾斜する傾斜面であることを特徴とする遠心ファン。 - 対向配置されるハブ（２）とシュラウド（３）の間に、周方向に所定間隔で羽根（４），（４），・・を取り付けてなる遠心ファンであって、
上記羽根（４）が、前縁（４ａ）に段差面（１３）を備え且つ翼弦長が翼幅方向において不連続に変化する形状とされるとともに、該段差面（１３）が回転軸線に垂直な面に対して所定の傾斜角をもつ傾斜面とされる一方、
上記段差面（１３）が、上記羽根（４）の内周面（４ｆ）側から外周面（４ｅ）側へ向かうに従って上記ハブ（２）に接近するように傾斜する傾斜面であることを特徴とする遠心ファン。 - 請求項１又は２において、
上記段差面（１３）が、上記羽根（４）の内周面（４ｆ）側から外周面（４ｅ）側へ向かうに従って上記ハブ（２）に接近するように傾斜する傾斜面であることを特徴とする遠心ファン。 - ケーシング（３１）内に遠心ファン（１）と熱交換器（３２）とを配置して構成される空気調和機であって、
上記遠心ファン（１）として、請求項１，２，３，４又は５に記載の遠心ファンが適用されていることを特徴とする空気調和機。
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