JP4989705B2 - 貫流ファン及び送風機及び空気調和機 - Google Patents

Description

この発明は、空気調和機の室内機などに使われる貫流ファン及びそれを用いた送風機、空気調和機に関する。

近年の送風機や空気調和機は、広い部屋に対応するため必要能力が大きくなってきており、そのためには送風機の高風量化が求められる。また省エネ性と快適性向上のため、送風機や空気調和機は、低入力化と低騒音化が求められている。これらの目的をファンの翼形状によって実現させる事例がある。
（１）例えば、気流が翼に流入する方向と翼の入口角を合わせて騒音発生を抑制する事例がある（例えば特許文献１）。
（２）また、ファン外径を幅方向に変化させて音発生のタイミングをずらした事例もある（例えば特許文献２、特許文献３）。
（３）また、羽根車軸方向の翼弦長を変化させて軸方向の風速分布を均一化する事例もある（例えば特許文献４）。

特開２００６−３２９０９９号公報（第７頁、第１図） 特開平９−１００７９５号公報（第６頁、第２図） 特開２００１−５０１８９号公報（第４頁、第１図や第３図） 特開１０−７７９８８号公報（第６頁、第４図）

従来の貫流ファンは幅方向に翼断面形状が同一であったため、吹出し翼列で翼列の向きと翼列に流入する気流方向が一致する場所が幅方向に同じ位置になっており、翼間風速が局所的に速くなっていた。翼間を通過するときのエネルギー損失は風速の２乗に比例し、騒音は風速の６乗に比例する。このため、風速が大きくなるとファンの入力悪化と騒音増加を招いていた。さらに、ファンから吹き出した後の風路に局所的に高速な主流が残るため、速度差により渦が発生してエネルギー損失が大きくなると共に、吹出し口にある気流制御用ベーンに高速流が衝突して圧力変動が高まり、騒音が大きくなるという課題がある。特許文献１で示したように、幅方向でファン外周側の出口角を変化させると、角度の大小で翼列の通風抵抗を調整して吹出し位置をずらすことはできる。しかし、出口角を大きくしすぎると吸込み側の翼列で流れが翼に沿わずに剥がれる剥離現象が発生して翼先端で渦が発生し、エネルギー損失と騒音が大きくなる。従って、ファン外周側だけの制御により吹出し風量を広範囲に分布させることは困難である。

また、特許文献２、特許文献３のようにファン外径を変化させると、翼弦長の長短で風速の大小をつけることができて、風路の風速分布は均一化する。しかし、吸込み翼列先端の方向がファン径により変化するため、流れが翼に沿う場所もあれば、大きなはく離が発生する場所ができることとなり、送風機全体のエネルギー損失と騒音との低減は難しい。また、ファンとスタビライザ（ノーズ）のシール位置が幅方向に同一にならないため、漏れ流れが発生して吹出し風量が低下する恐れがある。またファン径が大きくなると、製造ばらつきにより肉厚が不均一な翼が製造されたときに振動が大きくなる。

特許文献４の事例にあるように翼弦長を軸方向に変化させた事例では、羽根車軸方向の風速分布を均一にできると思われるが、羽根車周方向に均一吹き出しすることは困難と思われる。羽根車周方向に均一に吹き出すためには回転軸方向の翼形状に明確な差を設ける必要があり、特許文献４の図４に示すように翼形状が次第に変化する翼形状では、軸方向の断面が同一である２次元翼と同様に特定の翼列のみに吹出し流れが集中する恐れがある。

この発明は、吸込み側の剥離流れを防止しながら、ファンの吹出し位置をずらして、翼間の最大風速を低減してファンの低入力化、低騒音化を図ることを目的とする。また、ファン吹出し後の風路の風速分布を均一化して風路のエネルギー損失と騒音とを低減した送風機や空気調和機を提供することを目的とする。

この発明の貫流ファンは、
回転軸の長手方向に所定の間隔で配置された２つ以上のリング形状の翼支持部材と、
隣り合う２つの前記翼支持部材の間に、外周寄り、かつ、周方向に間隔をあけて配置された複数の翼と
を備えた貫流ファンにおいて、
隣り合う２つの前記翼支持部材の間に配置された前記複数の翼からなる構成部分である単位ユニットは、
２つの前記翼支持部材の間の任意の位置で前記回転軸を法線とする平面で切断されると、前記回転軸と前記平面との交点から遠い端部と近い端部との２つの端部を持つ各翼の断面が現われ、
各翼の断面の前記交点から遠い端部は前記平面上において前記交点を中心とする第１の円の円周上に並び、かつ、各翼の断面の前記交点から近い端部は前記平面上において前記交点を中心とする第２の円の円周上に並び、
各翼の断面は、外周円である前記第１の円と内周円である前記第２の円との間に存在し、
少なくとも一つの前記単位ユニットは、
一方の前記翼支持部材から他方の前記翼支持部材に向かって前記平面で順次切断されると、前記内周円である前記第２の円の半径が所定の長さの第１半径で連続する第１半径領域と、前記内周円である前記第２の円の半径が前記第１半径よりも短い第２半径で連続する第２半径領域とが出現する出現ユニットであることを特徴とする。

この発明により、低入力、低騒音の貫流ファンを提供できる。

実施の形態１の貫流ファン１の構成図。 実施の形態１の貫流ファン１の断面図。 実施の形態１の貫流ファン１の翼の概観図。 実施の形態１の貫流ファン１を用いた空気調和機３０の断面図。 実施の形態１の貫流ファン１のファン中心軸高さにおける翼間気流を示す模式図。 実施の形態１の貫流ファン１のユニット下部における翼間気流を示す模式図。 実施の形態１の貫流ファン１の吹き出し気流を示す模式図。 実施の形態１の従来と貫流ファン１との送風機の吹出し風速分布の模式図。 実施の形態１の貫流ファン１を用いた送風機の試験結果を示す図。 実施の形態２の貫流ファン１の断面図。 実施の形態３の貫流ファン１の断面図。 実施の形態４の貫流ファン１の断面図。 参考例１の貫流ファン１の断面図。 参考例１の貫流ファン１の翼の概観図。 実施の形態５の貫流ファン１の断面図。 実施の形態７の貫流ファン１の断面図。

実施の形態１．
図１〜図９を参照して実施の形態１の貫流ファン１を説明する。図１は、実施の形態１の貫流ファン１の構造を示す図である。図１（ａ）は、貫流ファン１の外観を示す斜視図ある。図１（ｂ）は、リング２とリング２との間の拡大部である。
図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＡ−Ａ断面である。

貫流ファン１は、回転軸１−１の長手方向に所定の間隔で配置された複数のリング形状の翼支持部材（以下、リングという）と（図１（ａ））、隣り合う２つのリング２の間に、外周寄り、かつ、周方向に間隔をあけて配置された複数の翼（図１（ｃ））とを備えている。図１（ａ）の貫流ファン１は、６つのリング２を備え、隣合う２つリングの間には、３５枚の翼３が配置されている。図１（ａ）において、隣り合う２つのリングの間に取り付けられた複数の翼からなる構成部分を、羽根車単体４（あるいは１連という）。図１（ａ）の貫流ファン１は、５つの「一連」（単位ユニット）からなる。

（貫流ファン１の翼の断面形状）
図２は、貫流ファン１の断面形状と外観とを示す図である。図２（ａ）は図１（ｂ）と同様の図である。図２（ｂ）はＳ−Ｓ断面を示す図である。図２（ｃ）はＣ−Ｃ断面を示す図である。図２（ａ）に示すように、１連におけるリング２−１とリング２−２との間を所定の幅をもつ３つの領域に分け、左から順に左側の領域である領域Ｓ（Ｓｉｄｅ）、中央の領域である領域Ｃ（Ｃｅｎｔｅｒ）、右側領域である領域Ｓとしている。右側、左側とも領域Ｓとしたのは、後述のように右側、左側とも翼の断面形状が同じであるためである。この３つの領域の幅は、図中では１連幅の１／３ずつとしている。領域Ｓ、領域Ｃ、領域Ｓで以下のように翼断面形状を変化させる。

以下、リング２に近い領域Ｓを「リング近傍部」と呼ぶ場合があり、翼中央部の領域Ｃを「翼中央部」と呼ぶ場合がある。

リング近傍部（領域Ｓ）と翼中央部（領域Ｃ）との翼の断面形状を比較する。Ｓ−Ｓ断面を示す図２（ｂ）、Ｃ−Ｃ断面を示す図２（ｃ）において、翼肉厚の中心を結ぶ線（翼中心線５）は円弧で形成されている。そして翼先端Ｒ部の曲率中心６（Ｒ部がない場合は尖部先端）を通る円（内径７、外径８の後述の第１の円、第２の円）を定義する。すなわち図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、一連は、２つのリングの間の任意の位置で回転軸１−１を法線とする平面で切断されると、回転軸１−１と平面との交点（円の中心となる図３の点Ｐ）から遠い端部５−１と近い端部５−２との２つの端部を持つ各翼の断面が現われる。それぞれの翼断面の遠い端部５−１は、前記平面上においてその交点を中心とする第１の円（半径８。外径という場合がある。）の円周上に並ぶ。また各翼の断面の近い端部５−２は、前記平面上において前記交点を中心とする第２の円（半径７。内径という場合がある。）の円周上に並ぶ。各翼の断面（Ｓ−Ｓ断面、Ｃ−Ｃ断面）は、外周円である第１の円と内周円である第２の円との間に存在する（図２（ｂ）、（ｃ））。

ここで、領域Ｓ（Ｓ−Ｓ断面）と領域Ｃ（Ｃ−Ｃ断面）とにおける翼の内径７、外径８を比較する。そうすると、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、翼中央部の翼内径（半径７ｃ）は、リング近傍の翼内径（半径７ｓ）よりも短くなっている（半径７ｓ＞半径７ｃ）。また、翼外径は一連の間で同一である（半径８ｓ＝半径８ｃ）。内周側の円（第２の円）に関して半径が短いということは、翼断面の形状（翼弦長という）が長いということである。つまり領域Ｃの方が領域Ｓよりも翼弦長が長い。この関係を図２（ｃ）の半径７ｓ、７ｃとの長さで表現した。また後述する図３でも述べる。

（出現ユニット）
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、一連（単位ユニット）は、一方のリング２−１から他方のリング２−２に向かって回転軸１−１を法線とする平面で順次切断されると、内周円である第２の円の半径７が所定の長さの第１半径７ａで連続する領域Ｓ（第１半径領域）と、第１半径７ａよりも短い第２半径７ｃで連続する領域Ｃ（第２半径領域）とが出現する。このように一連のうち第１半径領域と第２半径領域とが出現する一連を、出現ユニットという。図１（ａ）に示すように貫流ファン１は５つの一連からなる。５つの一連の全部が出現ユニットでもよいし、少なくとも一つが出現ユニットでもよい。図２（ａ）の出現ユニットは、一方のリング２−１から他方のリング２−２に向かって回転軸１−１を法線とする平面で順次切断されると、領域Ｓ（第１半径領域）が出現ユニットのリング２−１側とリング２−２側との両側に出現し、かつ、領域Ｃ（第２半径領域）が２つの領域Ｓの間に出現する。

図３は、出現ユニットに取り付けられる翼３の外観図を示す。図３は１枚の翼を示している。翼３の外観は、内周側が回転軸１−１方向において点３１〜点３６に推移する凸型形状である。領域Ｓ（点３１〜点３２、点３５〜点３６の範囲）と領域Ｃ（点３３〜点３４の範囲）との間は段差状に接続されている。

（空気調和機）
図４は、この貫流ファン１を用いる空気調和機３０の構成例である。本実施の形態１の貫流ファン１の周囲を取り囲むように、空気と冷媒との熱交換をする熱交換器９が配置されている。熱交換器９と吹き出し口１８の間には、埃除去用または空気清浄用の機器１０やフィルター１１が配置されている機種もある。貫流ファン１の吸込み側と吹き出し側とは、ユニット正面側のノズル１２先端に取り付けられたスタビライザ１３、背面側のリアガイド１４で仕切られている。貫流ファン１の回転（回転方向１５）により、吸い込み口から流入した気流１６はフィルター１１を通過し、熱交換器９を通過して熱交換した後、送風機に吸込まれ（範囲３７）、反対側から吹出す（範囲３８）。風路を通過した気流は気流制御用のベーン１７で定められた方向に沿って、吹き出し口１８から機外に排出される。

（動作）
次に動作について説明する。送風機の吸込み口から流入した気流１６は貫流ファン１の翼列に吸込まれ、ファン内側を通過して、ファン中心に対して吸込み側（範囲３７）と反対側の翼列（範囲３８）から吹出す。ここで、ファンの吹出し翼列と気流の流入方向との関係について、気流解析による結果を用いて説明する。

（ファン中心軸高さ１９の場合）
図５は、翼列がファン中心軸高さ１９にあるときの翼列周りの流れ場を示す。図５（ａ）は、ファン中心軸高さ１９の翼列を示している。図５（ｂ）は、ファン中心軸高さ１９でのリング近傍（Ｓ−Ｓ断面相当）の断面を示している。図５（ｃ）は、ファン中心軸高さ１９での翼中央部（Ｃ−Ｃ断面相当）の断面を示している。翼に流入する気流方向２０（回転する翼の座標系から見た相対速度）と、翼の弦線２１（内外の翼先端と結んだ直線）方向とは、略平行関係になる。翼列の通風抵抗は摩擦支配になるため、両翼列の通風抵抗の差は小さい。長弦翼は吹出す空気に対してエネルギーを多く与えるため、翼が長い翼中央部（領域Ｃ）での吹き出し風速が速くなる。すなわちファン中心軸高さ１９の場合、長弦翼領域の方が吹き出し風速が速くなる。

（ユニット下部２２の場合）
図６は、翼列が回転してユニット下部２２に移動したとの翼列周りの流れ場を示す。図６（ａ）は、ユニット下部２２での翼列を示している。図６（ｂ）は、ユニット下部２２でのリング近傍（Ｓ−Ｓ断面相当）の断面を示している。図６（ｃ）は、ユニット下部２２での翼中央部（Ｃ−Ｃ断面相当）の断面を示している。翼列が回転してユニット下部２２に移動したとき、翼中央部（図６（ｃ））は、リング近傍部（図６（ｂ））よりも入口・出口の方向２３、２４（翼入口出口先端における翼中心線の接線方向とする）のなす角度θ_２５が大きい（θ_２５Ｓ＜θ_２５Ｃ）。このため、気流２０が翼間を通過する際の流入〜流出の気流転向が大きくなるので、角度θ_２５が大きいほど通風抵抗が大きくなる。従って、角度θ_２５が小さく抵抗が小さい短弦翼列からの吹出し風速が速くなる。

図７は、貫流ファン１において、ファン中心軸高さ１９（図７（ａ））とユニット下部２２（図７（ｂ））との翼列から吹出した気流の軌跡を示している。図７（ａ）は、ファン中心軸高さ１９における領域Ｃ（長弦翼の領域）の気流を示している。図８（ａ）で後述するようにファン中心軸高さ１９では翼列から気流は吹き出しにくいのであるが、領域Ｃを長弦翼としたため図５（ｂ）の効果によって、ファン中心軸高さ１９の翼間から気流２６ａが吹き出し、気流２６ａは風路下側４１に沿って流れていく。また図７（ｂ）は、ユニット下部２２における領域Ｓ（短弦翼の領域）の気流を示している。図８（ａ）で後述するようにユニット下部２２では翼列から気流は吹き出しにくいのであるが、図６（ａ）で述べた効果によって、ユニット下部２２の翼間から気流２６ｂが吹き出し、気流２６ｂは風路上側に沿って流れていく。ファン中心軸高さ１９とユニット下部２２との間の位置では上記で示した２つの現象の中間状態になるため、風路の上から下まで気流が吹き分けされて風路高さ方向に均一な吹出し流れが形成される。また、翼中央部とリング近傍部間においても吹き分けされるため、ファン幅方向にも吹出し気流が分散される。このように本実施の形態１の貫流ファン１では、吹出し気流を周方向と幅方向に分散させることができる。

図８（ａ）は、従来のファンの吹き出し状態を示す。従来のファンでは各断面で同一の吹き出し状態である。図８（ｂ）は、貫流ファン１の出現ユニットの各断面の吹き出し状態を重ねてみたものに相当する。図８（ａ）に示す従来のファンでは、吹出し気流が局所の翼間に偏る。すなわち、従来のファンでは、ファン中心軸高さ１９あるいはユニット下部２２では気流が吹き出しにくい。一方、図８（ａ）に示すように右下４５度の方向では気流が局所的に吹き出している。一方、本実施の形態１の貫流ファン１では、図８（ｂ）に示すように吹出し気流が局所の翼間に偏ることなく、ファン周方向に分散するため、吹出し範囲が広がる。同一風量で比較すれば、吹出し範囲が広い方が翼列を通過する最大風速が低減するので、翼列通過時のエネルギー損失と騒音が低減される。また、ファン下流の風路で局所的な高速域がなくなるため風速分布２７が均一化され、風路や気流制御用のベーンを通過する最大風速が低下して圧力損失が低減してエネルギー損失を抑えることができる。最大風速が低下するので、風路で発生する騒音も低減される。本実施の形態１の貫流ファン１では翼内周の形状変更により気流分布を制御しているため、ファン吸込み部の翼外周部で発生する剥離を誘発しない。そのため、吸込み側で騒音増加することなしに気流を制御することができる。

本実施の形態１の貫流ファン１は、羽根車単体（両側のリング間）で翼形状の差（翼内径の大小）を明確にして、異なる翼形状の範囲を所定の幅だけ確保したことにより、吹出し気流の吹き分けを可能にしている。背景技術で挙げた特許文献４のように翼形状を次第に変化させると、吹出し翼列の通風抵抗の大小差が弱くなるため、局所の翼列に流れが偏る可能性があり周方向の吹き分けは困難になる。本実施の形態１の貫流ファン１では翼形状を同一とする軸方向の幅を羽根車１連の翼長さの１／４以上として、気流の吹き分け作用が働くようにしている。

図９は、貫流ファン１と従来ファンとの比較結果を示す図である。本実施の形態１の貫流ファン１を用いた送風機の実験を行い、実施の形態１の貫流ファン１では、図９に示すように空気調和機の定格風量（１８ｍ３／ｍｉｎ）でファンのトルク負荷が約３％低減し、騒音が０．３ｄＢ低減することを確認した。

以上のように、本実施の形態１の貫流ファン１は、翼列の吹出し範囲を広くして局所的に高速な吹出し流れが発生しないようにしている。その結果、翼間を通過する気流のエネルギー損失を低減することができ、翼間で発生する騒音を低減することができる。また、風路の高速流を抑制することができるので、風路でのエネルギー損失と騒音を低減される送風機や空気調和機を実現できる。

以上の実施の形態１では次の貫流ファン１を説明した。貫流ファン１は、複数の翼とそれらを支持するリングとで構成される複数の羽根車単体（一連）が当該羽根車の回転軸方向に連結されており、羽根車の回転によって一方から空気を吸い込み他方にその空気を吹き出す。この貫流ファン１において、リングに挟まれた翼（一連に配置された翼）を回転軸方向に所定の幅をもつ領域に分け、翼の中央を翼中央部、両側のリング近傍をリング近傍部と定義したとき、翼中央部の翼内径がリング近傍部の翼内径より小さい。また、翼外径は羽根車単体で同じである。

実施の形態２．
次に図１０を参照して実施の形態２を説明する。図１０は、実施の形態２における貫流ファン１の翼の形状を示す図である。図１０は図２とほぼ同様であるが、図１０（ｂ），（ｃ）に出口角を記載している。実施の形態２の貫流ファン１の特徴は次の様である。すなわち、出口角について、領域Ｓ（短弦翼の領域）における出口角のほうが、領域Ｃ（長弦翼の領域）における出口角よりも大きいことを特徴とする。

図１０（ｂ），（ｃ）は断面の例を示す。一連分の羽根車断面を所定の幅をもつリング近傍部（Ｓ−Ｓ断面）と翼中央部（Ｃ−Ｃ断面）に分けて示しており、中央部の内径が小さい（中央部が長弦翼の翼形状）。これは実施の形態１と同様である。ここで翼断面の外周部に着目すると、翼中心線５と翼外径の円弧８（第１の円の円周）とが交わる点における２つの線の接線２８がなす角（出口角θ_２９）が、リング近傍部（短弦翼領域）の出口角θ_２９ｓの方が翼中央部の出口角θ_２９ｃよりも大きくなっている（θ_２９ｓ＞θ_２９ｃ）。

出口角θ_２９を大きくすると、吹出し翼列がユニット下部２２にあるときに翼列で流入〜流出する気流の転向が小さくなるため、通風抵抗が小さくなる。よって翼列の通風抵抗が小さくなる領域がユニット下部付近で拡大するため、吹出し範囲が広がり、吹出し風量がさらに均一化される。それに伴い、風路の風速分布も均一化されて最大風速がさらに低減する。風路や吹出し口の風向ベーン１７で発生する圧力損失と騒音を低減することができる。本実施の形態２では翼における内周と外周形状との両方で吹出し分布調整をするため出口角の変化は少なくて済み、ファン吸込み側で大きなはく離を発生させる危険は少ない。

以上の実施の形態２では、翼断面の出口角が、リング近傍部の方が翼中央部よりも大きくなっている貫流ファン１を説明した。

実施の形態３．
次に図１１を参照して実施の形態３を説明する。図１１は、実施の形態３における貫流ファン１の翼の形状を示す図である。図１１は図２とほぼ同様である。実施の形態３の貫流ファン１では、出現ユニットの領域Ｃ（長弦翼の領域）は、一方のリング２−１から他方のリング２−２に向かう領域長さが、両側の２つの領域Ｓ（短弦の領域）の領域長さの和よりも長くなっている。すなわち図１１（ａ）において左側の領域Ｓの回転軸方向の長さをＬｓ（左）、右側の領域Ｓの回転軸方向の長さをＬｓ（右）、中央の領域Ｃの回転軸方向長さをＬｃとすれば、
Ｌｃ＞Ｌｓ（左）＋Ｌｓ（右）
の関係である。
すなわち図１１では一連分の羽根車断面を所定の幅をもつリング近傍部（領域Ｓ）と翼中央部（領域Ｃ）とに分けて示しており、翼中央部の内径の方が小さい。ここまでは実施の形態１と同じである。そして２種類の翼形状が幅方向に占める割合を比較すると、内径が小さい翼（領域Ｃ）の方が多くなっている点が実施の形態１と異なる。

図７に示したように、ファン中心軸高さ１９でファンから吹出した気流はケーシングに沿い風路下側４１を流れる。実施の形態３の貫流ファン１は、内径が小さい領域（長弦翼領域）が多いのでケーシングに沿って風路下側４１を流れる空気の風量が多くなる。

空気調和機の吹出し口の下面側（風路下側４１）は、表面を通過する気流速度が遅くなると、冷房時に外気が侵入して壁面で結露付着と露落下を起こしやすく品質悪化を招く。これらを防ぐためには風速を速くして外気進入を防げばよいため、ファン中心軸高さ１９で吹出し気流を多くなるように、内径が小さく弦長が長い翼の幅を多くしている。但し、気流が風路下側だけに偏ると局所高速流を発生させてエネルギー損失と騒音増加を招く。本実施の形態３の翼は短弦翼も備えるので吹出し気流を風路上側４２にも配分するので、局所高速域の発生を防ぎエネルギー損失と騒音増加を抑制できる。

以上の実施の形態３では、羽根車単体の翼を回転軸方向に所定の幅をもつ内径が小さい翼領域と、内径が大きい翼領域とに分けたとき、内径が小さい翼領域の方が、内径が大きい翼領域よりも広い貫流ファン１を説明した。

実施の形態４．
次に図１２を参照して実施の形態４を説明する。図１２は、実施の形態４における貫流ファン１の翼の形状を示す図である。図１２は図２とほぼ同様である。実施の形態４の貫流ファン１では、実施の形態３とは逆に、出現ユニットの領域Ｃ（長弦翼の領域）は、一方のリング２−１から他方のリング２−２に向かう領域長さが、両側の２つの領域Ｓ（短弦の領域）の領域長さの和よりも短くなっている。すなわち図１２（ａ）において左側の領域Ｓの回転軸方向の長さをＬｓ（左）、右側の領域Ｓの回転軸方向の長さをＬｓ（右）、中央の領域Ｃの回転軸方向長さをＬｃとすれば、
Ｌｓ（左）＋Ｌｓ（右）＞Ｌｃ
の関係である。
すなわち図１２に示すように、一連分の羽根車断面を所定の幅をもつリング近傍部（領域Ｓ）と翼中央部（領域Ｃ）に分けて示しており、翼中央部の内径が小さい。２種類の翼形状が幅方向に占める割合を比較すると、内径が大きい翼の方が多くなっている。実施の形態３とは逆にユニット下部２２でのファンからの吹出し風量が多くなり、このため図４におけるべーン１７−２によって水平方向に吹き出す気流が多くなる。気流の到達距離を稼ぎ、広い部屋を空調するためにはこの翼形状が適する。実施の形態３同様に局所に気流が偏らないように長弦翼を組み合わせているため、エネルギー損失と騒音を抑制も実現できる。よって、気流の到達距離が長く低入力・低騒音な空気調和機を実現できる。

羽根車単体の翼を回転軸方向に所定の幅をもつ内径が小さい翼領域と、内径が大きい翼領域とに分けたとき、内径が大きい翼領域の方が、内径が小さい翼領域よりも広い貫流ファン１を説明した。

参考例１．
次に図１３、図１４を参照して参考例１を説明する。参考例１の貫流ファン１は、図１４に示すように、実施の形態１とは逆に、リング側の２つの領域Ｓを長弦翼の領域とし、中央部分の領域Ｃを短弦翼の領域とした形状である。図１３は図２に対応し、図１４は図３に対応する。図１４に示すように出現ユニットは、一方のリング２−１から他方のリング２−２に向かって回転軸１−１を法線とする平面で順次切断されると、半径７ｓの領域Ｓ（長弦翼領域）が出現ユニットの回転軸方向における一方のリング２−１の側と他方のリング２２−２の側との両側に出現し、かつ、半径７ｃの領域Ｃ（短弦翼領域）が２つの領域Ｓの間に出現する。

図１３は、一連分の羽根車断面を所定の幅をもつリング近傍部（領域Ｓ）と翼中央部（領域Ｃ）に分けて示している。実施の形態１〜４までは、翼中央部（領域Ｃ）の翼内径をリング近傍部（領域Ｓ）よりも小さくしていた。参考例１ではリング近傍部の翼内径７ｓが翼中央部７ｃよりも小さくなっている（半径７ｓ＜半径７ｃ）。図１４は翼１枚の外観図を示す。外観は点５１〜点５６に推移する凹型形状であり、領域Ｓと領域Ｃとの間は段差状に接続されている。

参考例１の貫流ファン１は、ファン中心軸高さ１９でリング近傍部下流が増速されユニット下部２２で翼中央部（短弦翼領域）が増速されるので、これまで示した事例と逆になる。しかし、ファンから吹出す翼列の範囲を広げ、局所高速流を抑制する点については変わらないため、空力性能の観点では、これまで示した事例と同様に低入力・低騒音のユニットを実現できる。一方、構造面から考えると、リング近傍部で重い翼（長弦翼）が支えられているため、両リング間の翼のたわみが小さくなるので、ファンが高速回転したときの振動がこれまで示した事例よりも小さくなる。従って、参考例１の貫流ファン１は気流音だけではなく振動音も低減されるので、より低騒音な送風機や空気調和機を実現できる。

以上の参考例１では、リングに挟まれた翼を回転軸方向に所定の幅をもつ領域に分けて翼の中央を翼中央部、両側のリング近傍をリング近傍部と定義したとき、翼中央部の翼内径がリング近傍部の翼内径より大きく、翼外径が羽根車単体で同じである貫流ファン１を説明した。

参考例２．
参考例２は、参考例１について実施の形態２（出口角）、実施の形態３（領域Ｓ＜領域Ｃ）、実施の形態４（領域Ｓ＞領域Ｃ）を適用する場合である。実施の形態２に示した内径が大きい翼の出口角を大きくする事例や、実施の形態３〜４で示した幅方向に内径大小の翼領域に長短をつける事例は、長弦翼断面の翼部位がリング近傍部、翼中央部にあっても依存しない。このため、リング近傍部の翼内径が小さい貫流ファンであっても同様の効果が得られる。なお、これらの図示は省略する。すなわち参考例１の形状において、出現ユニットの領域Ｃ（短弦翼の領域）は、一方のリングから他方のリングに向かう領域長さが、両側の２つの領域Ｓ（長弦翼の領域）の領域長さの和よりも長くなってもよい。あるいは、出現ユニットの領域Ｃ（短弦翼の領域）は、一方のリングから他方のリングに向かう領域長さが、両側の２つの領域Ｓ（長弦翼の領域）の領域長さの和よりも短くなってもよい。また実施の形態２のように、短弦翼領域の出口角を長弦翼の領域の出口角よりも大きくしてもよい。

実施の形態５．
次に図１５を参照して実施の形態５を説明する。図１５（ａ）は、実施の形態５の貫流ファン１の外観図である。図１５（ａ）は一連が５つで構成されている場合を示している。図１５（ａ）では、すべての一連が出現ユニットであるとする。それぞれの一連は、実施の形態１で説明した出現ユニットの形状である。すなわち５つの各一連の翼形状は、翼中央部（領域Ｃ）でリング近傍部（領域Ｓ）よりも翼内径が小さくなっている。すなわち領域Ｃが長弦翼領域である。本実施の形態５では、貫流ファン１の両端部の一連４−１、一連４−２が両端以外の他の一連に比べて、翼内径がさらに小さいことを特徴とする。すなわち、それぞれの一連４−１〜一連４−５はいずれも実施の形態１の図３の翼形状であるが、両端の一連４−１、一連４−２の長弦領域の半径７ｃ（端部）は、これら両端以外の一連（例えば中央部の一連４−３）の長弦領域の半径７ｃ（中央部）よりも小さいことを特徴とする。

このように実施の形態５の貫流ファン１は、少なくとも３つ以上の出現ユニットが含まれると共に回転軸１−１の方向の両端に出現ユニットが配置される。両端に配置された出現ユニットは、長弦翼領域の半径の長さが、両端とは異なる位置に配置された出現ユニットの長弦翼領域の半径の長さよりも、短い。

図７で示したように翼内径が小さい、つまり翼弦が長いときには風は下吹きしやすくなる。ユニット端部（ファン端部）は外気が吹出し口からユニット内部に逆流する現象が特に起きやすく、本実施の形態５ではファン端部で下吹き傾向が強くなるように翼内周径をユニット中央部の連よりもさらに小さくしている。このようにすれば、ユニット中央部の連は吹出し風速分布の均一化によるエネルギー損失低減と音低減、端部は逆流防止により品質向上を図ることができる。

以上の実施の形態５では、羽根車単体で内径が小さい翼について、貫流ファンの端部に配置される羽根車単体の翼内径がその他の羽根車単体の翼内径に比べて、小さい貫流ファン１を説明した。

実施の形態６．
実施の形態６では、実施の形態１の貫流ファン１の両側の端部の一連について、翼内径が小さい領域幅（長弦領域の回転軸方向長さ）が両端以外に配置された他の一連に比べて広くなるように構成する。

このように、このように実施の形態６の貫流ファン１は、少なくとも３つ以上の出現ユニットが含まれると共に回転軸１−１の方向の両端に出現ユニットが配置される。両端に配置された出現ユニットは、回転軸１−１方向に向かう長弦領域長さが、両端とは異なる位置に配置された出現ユニットの長弦領域長さよりも長い。

このようにすると、ファン端部で風路下部が流れやすくなり、実施の形態５と同じように、ファン端部における逆流を防止することができる。

以上の実施の形態６では、羽根車単体で内径が小さい翼が占める領域について、貫流ファンの端部に配置される羽根車単体がその他の羽根車単体に比べて広い貫流ファン１を説明した。

実施の形態７．
図１６に実施の形態７における貫流ファン１の翼１枚の外観図を示す。これまでの実施の形態１〜６、参考例１，２までの事例は、羽根車１連の幅方向に所定の幅の異なる翼形状が混在する事例であり、翼形状が変化する点において、急激に形状変化すると段差で風きり音発生の恐れがある。本実施の形態７では、翼形状が領域Ｓから領域Ｃに変化する途中の過程（領域ＳＣ）を設けて曲線で滑らかに接合している。全てを曲線だけで構成するのではなく、直線と両端部を翼形状に沿った曲線で結んでもよい。これにより風きり音を抑制しつつ吹出し流れを均一化して低騒音と低入力化を図ることができる。

このように実施の形態７の貫流ファン１では、出現ユニットの各翼は、短弦翼領域から長弦翼領域に移行する滑らかな形状で形成されている。

以上の実施の形態１〜７、参考例１，２では、送風機や空気調和機を対象とする貫流ファンを説明したが、空気清浄機や除湿機など、貫流ファンを用いた他の機器に対しても同様の効果が得られ、低騒音と低入力化を実現できる。

実施の形態７では、羽根車単体の翼が所定の幅をもつ翼内径が大きい領域と小さい領域とをもち、２つの領域が傾斜状あるいは曲線で接合されている貫流ファン１を説明した。

以上の実施の形態１〜７、参考例１，２では貫流ファン１を説明したが、実施の形態１〜７、参考例１，２で説明した貫流ファン１を備えた送風機、あるいはこの貫流ファンを備えた空気調和機の実施形態とすることも可能である。

１ 貫流ファン、２ リング、３ 翼、４ 羽根車単体、５ 翼中心線、６ 翼先端のＲまたは尖部先端、７ 翼内径、８ 翼外径、９ 熱交換器、１０ 空気清浄用機器、１１ フィルター、１２ ノズル、１３ スタビライザ、１４ リアガイド、１５ 貫流ファンの回転方向、１６ 空気調和機を通過する気流、１７ 気流制御用のベーン、１８ 吹き出し口、１９ ファン中心軸高さ、２０ 翼間に流入する気流方向、２１ 翼の弦線、２２ ユニット下部、２３ 翼列の入口方向、２４ 翼列の出口方向、２５ ２３と２４のなす角、２６ 翼間から吹出した気流、２７ 吹出し風速分布、２８ 翼中心線と翼外径の交点を通る両接線、２９ 出口角。

Claims (9)

1. 回転軸の長手方向に所定の間隔で配置された２つ以上のリング形状の翼支持部材と、
   隣り合う２つの前記翼支持部材の間に、外周寄り、かつ、周方向に間隔をあけて配置された複数の翼と
   を備えた貫流ファンにおいて、
   隣り合う２つの前記翼支持部材の間に配置された前記複数の翼からなる構成部分である単位ユニットは、
   ２つの前記翼支持部材の間の任意の位置で前記回転軸を法線とする平面で切断されると、前記回転軸と前記平面との交点から遠い端部と近い端部との２つの端部を持つ各翼の断面が現われ、
   各翼の断面の前記交点から遠い端部は前記平面上において前記交点を中心とする第１の円の円周上に並び、かつ、各翼の断面の前記交点から近い端部は前記平面上において前記交点を中心とする第２の円の円周上に並び、
   各翼の断面は、外周円である前記第１の円と内周円である前記第２の円との間に存在し、
   少なくとも一つの前記単位ユニットは、
   一方の前記翼支持部材から他方の前記翼支持部材に向かって前記平面で順次切断されると、前記内周円である前記第２の円の半径が所定の長さの第１半径で連続する第１半径領域と、前記内周円である前記第２の円の半径が前記第１半径よりも短い第２半径で連続する第２半径領域とが出現する出現ユニットであり、
   前記出現ユニットは、
   一方の前記翼支持部材から他方の前記翼支持部材に向かって前記平面で順次切断されると、前記第１半径領域が前記出現ユニットの前記回転軸方向における一方の前記翼支持部材の側と他方の前記翼支持部材の側との両側に出現し、かつ、前記第２半径領域が２つの前記第１半径領域の間に出現することを特徴とする貫流ファン。
2. 前記出現ユニットの前記第２半径領域は、
   一方の前記翼支持部材から他方の前記翼支持部材に向かう領域長さが、２つの前記第１半径領域の前記領域長さの和よりも長いことを特徴とする請求項１記載の貫流ファン。
3. 前記出現ユニットの前記第２半径領域は、
   一方の前記翼支持部材から他方の前記翼支持部材に向かう領域長さが、２つの前記第１半径領域の前記領域長さの和よりも短いことを特徴とする請求項１記載の貫流ファン。
4. 前記貫流ファンは、
   少なくとも３つ以上の前記出現ユニットが含まれると共に前記回転軸の方向の両端に前記出現ユニットが配置され、
   前記両端に配置された前記出現ユニットは、
   前記第２半径領域の前記第２半径の長さが、前記両端とは異なる位置に配置された前記出現ユニットの前記第２半径領域の前記第２半径の長さよりも、短いことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の貫流ファン。
5. 前記貫流ファンは、
   少なくとも３つ以上の前記出現ユニットが含まれると共に前記回転軸の方向の両端に前記出現ユニットが配置され、
   前記両端に配置された前記出現ユニットは、
   一方の前記翼支持部材から他方の前記翼支持部材に向かう前記第２半径領域の領域長さが、前記両端とは異なる位置に配置された前記出現ユニットの前記第２半径領域の前記領域長さよりも、長いことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の貫流ファン。
6. 前記出現ユニットの各翼は、
   前記第１半径領域から前記第２半径領域に移行する滑らかな形状で形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の貫流ファン。
7. 前記出現ユニットの各翼は、
   前記第１半径領域の翼断面の出口角が、前記第２半径領域の翼断面の出口角よりも大きいことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の貫流ファン。
8. 請求項１〜７いずれかに記載の貫流ファンを備えた送風機。
9. 請求項１〜７いずれかに記載の貫流ファンを備えた空気調和機。

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