(57)【要約】【課題】大流量・低静圧域の動作点では、主流がブレード腹側の領域に偏って流れるため、ブレード背側での剥離を低減し、この剥離に起因する全圧効率が低下し、乱流騒音の発生するという課題があった。【解決手段】ケーシング内部に、側板と主板を備え、複数のブレードをこの主板上に環状に配置し、各ブレードが、ブレードの回転軸に垂直な断面におけるブレード背側の形状が、ブレード前縁側からブレード後縁の方向に向かって複数の凹凸部を有し、凹凸部部分に微少な渦を形成し、大風量・低静圧域において、ブレード背側に生じる剥離を再付着させ、ブレード腹側に偏る主流範囲を前記ブレード背側にまで広げ、ブレード出口部からでる流れの乱れを最小限に抑えることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
片側にベルマウス状のオリフィスを形成し、ブレード内径と同等の内径を有する吸込口と吐出口を有する渦巻き状のケーシング内部に、環状の側板と、この側板側に凸となる略円錐台形状の絞り部を有する主板によって挟むように取り付けられた複数のブレードを備え、このブレードの回転軸に垂直な断面における背側の形状が、前縁方向から後縁方向に向かって複数の凹凸部を有する遠心ファン。
【請求項２】
片側にベルマウス状のオリフィスを形成し、ブレード内径と同等の内径を有する吸込口と吐出口を有する渦巻き状のケーシング内部に、環状の側板と、この側板側に凸となる略円錐台形状の絞り部を有する主板によって挟むように取り付けられた複数のブレードを備え、このブレードの回転軸に垂直な断面における腹側の形状が、前縁方向から後縁方向に向かって複数の凹凸部を有する遠心ファン。
【請求項３】
片側にベルマウス状のオリフィスを形成し、ブレード内径と同等の内径を有する吸込口と吐出口を有する渦巻き状のケーシング内部に、環状の側板と、この側板側に凸となる略円錐台形状の絞り部を有する主板によって挟むように取り付けられた複数のブレードを備え、このブレードの回転軸に垂直な断面における形状が、背側および腹側で、前縁方向から後縁方向に向かって複数の凹凸部を有する遠心ファン。
【請求項４】
ブレードの内径が前期主板から前記側板に向かって大きくなるようなテーパ形状を有する請求項１〜３のいずれかに記載の遠心ファン。
【請求項５】
凹凸部の凹部が円弧で形成される請求項１〜４のいずれかに記載の遠心ファン。
【請求項６】
凹凸部の凸部が円弧で形成される請求項１〜４のいずれかに記載の遠心ファン。
【請求項７】
凹凸部の形状が連続する円弧で形成される請求項１〜４のいずれかに記載の遠心ファン。
【請求項８】
凹凸部の凹部が略三角形状で形成される請求項１〜４のいずれかに記載の遠心ファン。
【請求項９】
凹凸部の凸部が略三角形状で形成される請求項１〜４のいずれかに記載の遠心ファン。
【請求項１０】
凹凸部の形状が連続する略三角形状で形成される請求項１〜４のいずれかに記載の遠心ファン。
【請求項１１】
凹凸部の形状が連続する略四角形状で形成される請求項１〜４のいずれかに記載の遠心ファン。
【請求項１２】
凹凸部が、ブレードの回転軸に垂直な任意の断面において凹凸部の始点および終点の位置が同一となるように構成される請求項１〜１１のいずれかに記載の遠心ファン。
【請求項１３】
凹凸部の始点位置と回転軸との距離：Ｘ１が、ファン内径：Ｄ１、ファン外径：Ｄ２との割合がＤ１＜Ｘ１＜Ｄ１＋０．３５（Ｄ２−Ｄ１）となるように構成される請求項１２記載の遠心ファン。
【請求項１４】
凹凸部が、ブレードの回転軸に垂直な任意の断面において凹凸の始点位置が吸込口に近いほど、ブレード前縁に近くなるように構成される請求項１〜１１のいずれかに記載の遠心ファン。
【請求項１５】
凹凸部の吸込側における始点位置と回転軸との距離：Ｘ２が、ファン内径：Ｄ１、ファン外径：Ｄ２との割合がＤ１＜Ｘ２＜Ｄ１＋０．３５（Ｄ２−Ｄ１）となるように構成される請求項１〜１３のいずれかに記載の遠心ファン。
【請求項１６】
凹凸部の凹部の深さにおいて、深さ：ｈ、ブレードの板厚：ｔの割合は０．１＜ｈ／ｔ＜０．７となるように構成され、凹凸部の凹部の長さにおいて、長さ：ｆ、深さ：ｈの割合は０．５ｈ＜ｆ＜２．５ｈとなるように構成され、凹凸部の側板からの回転軸方向距離において、距離：Ｙ、ブレード高さ：Ｈの割合が０．１＜Ｙ／Ｈ＜１．０となるように構成される請求項１〜１５のいずれかに記載の遠心ファン。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかに記載の遠心ファンを配してなる装置。
【請求項１８】
装置が空気調和装置、換気送風装置、空気清浄装置、加湿装置または、除湿装置である請求項１７記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、換気送風機器、空気調和機器、除湿器、加湿器、または空気清浄機に使用される遠心ファンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の遠心ファンは換気送風機器および空気調和機器に使用されているものがあった（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
以下、この種の多翼ファンについて、図１５〜図２０を参照しながら説明する。
【０００４】
図に示すように、渦巻き状のケーシング１０４内部は片側にベルマウス状の吸込口１０１を形成しブレード内径Ｄ１と同等の内径のオリフィス１０２と吐出口１０３とを有する。このケーシング１０４内部に、環状の側板１０５と、この側板１０５側に凸となる略円錐台形状の絞り部１０６を有する主板１０７とが備えられている。側板１０５と主板１０７とによって、ブレード入口部１０８の入口角度θ１およびブレード出口部１０９の出口角度θ２が側板１０６側から主板１０５側まで同一の複数のブレード１０９が挟むように取り付けられた遠心ファン１１１が、ケーシング１０４に取り付けられたモータ１１２のシャフト１１３に連結された構成になっている。
【０００５】
上記構成により、シャフト１１３にモータ１１２から駆動力を与えて多翼ファン１１１を回転させることにより、吸込空気１１４は、吸込オリフィス１０２の吸込口１０１を通過し、ブレード入口部１０８へ流入しブレード１１０間で昇圧され、ブレード出口部１０９から流出して更に渦巻き状のケーシング１０４を通る際に徐々に動圧が静圧に変換され、吐出口１０３へ吐出されることになる。そして、この遠心ファン１１１は、吐出口１０３に連結される吐出ダクトの長さによって、遠心ファン１１１に対する負荷（静圧）が変化し、大風量・低静圧域から小風量・高静圧域まで様々な動作点を有することとなる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１６８１９４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の遠心ファンでは、大流量・低静圧域の動作点では、主流がブレード腹側の領域に偏って流れるため、ブレード背側での剥離が発生しやすく、全圧効率が低下し、乱流騒音が発生するという課題があり、より低騒音で空力性能を向上できることが要求されている。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、ブレード間において、ブレード腹側に偏る主流範囲をブレード背側領域まで拡大し、ブレード間の流れを均一にし剥離に伴う乱流騒音、および効率低下を低減することができる遠心ファンを提供することを目的としている。
【０００９】
また、小流量・高静圧領域の動作点では、流入角度とブレードの入口角度との差が大きくなり、ブレード入口部での衝突および剥離現象とそれに伴う騒音が発生するという課題があり、より低騒音で空力性能を向上できることが要求されている。
【００１０】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、ブレード腹側で生じる剥離を抑制し、剥離に伴う乱流騒音、および効率低下を低減することができる遠心ファンを提供することを目的としている。
【００１１】
また、大流量・低静圧域の動作点では、主流が吸込口から離れた領域に偏って流れるため、込口から離れた領域のブレード間の流速が早くなりブレード表面の剥離が発生しやすく全圧効率が低く、騒音が大きいという課題があり、また、小流量・高静圧域の動作点では、主流が吸込口から離れた領域から吸込口に近い領域へ移行するが、ブレードの入口角度が主板側から側板側まで同一の場合、流入角度とブレードの入口角度との差が大きくなり、ブレード入口部での衝突および剥離現象とそれに伴う騒音が発生しやすいという課題があり、より低騒音で空力性能を向上できることが要求されている。
【００１２】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、大流量・低静圧域の動作点において、ブレード入口部での衝突・剥離現象を軽減すると共に吸込口から離れた領域に偏る主流範囲を吸込口に近い領域まで拡大し、吸込口から離れた領域のブレードにおけるブレード間の流速増加を緩和し剥離に伴う乱流騒音を低減することができ、また、小流量・高静圧域の動作点において、吸込口に近い領域のブレード入口部の入口角度と流入角度の差を小さくすることで、ブレード入口部での衝突・剥離現象およびそれに伴う乱流騒音を低減することができる遠心ファンを提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の遠心ファンは、上記目的を達成するために、ブレードの回転軸に垂直な断面における背側の形状が、前縁方向から後縁方向に向かって複数の凹凸を有したものである。
【００１４】
本発明によれば大風量・低静圧領域の動作点において、ブレード腹側に偏る主流範囲をブレード背側領域まで拡大し、ブレード間の流れを均一にし剥離に伴う乱流騒音、および効率低下を低減することができる遠心ファンが得られる。
【００１５】
また、他の手段は、ブレードの回転軸に垂直な断面における腹側の形状が、前縁方向から後縁方向に向かって複数の凹凸を有することを特徴とする。そして、本発明によれば低風量・高静圧域の動作点において、ブレード腹側で生じる剥離を抑制し、剥離に伴う乱流騒音、および効率低下を低減することができる遠心ファンが得られる。
【００１６】
また、他の手段は、前記ブレードの回転軸に垂直な断面における形状が、背側および腹側で、前縁方向から後縁方向に向かって複数の凹凸を有している。
【００１７】
本発明によれば高風量・低静圧域の動作点において、ブレード腹側に偏る主流範囲をブレード背側領域まで拡大し、ブレード間の流れを均一にし剥離に伴う乱流騒音、および効率低下を低減するとともに、低風量・高静圧域の動作点において、ブレード腹側で生じる剥離を抑制し、剥離に伴う乱流騒音、および効率低下を低減することができる遠心ファンが得られる。
【００１８】
また、他の手段は、ブレードの内径が主板から側板に向かって大きくなるようなテーパ形状を有している。
【００１９】
本発明によれば大流量・低静圧域の動作点において、ブレード入口部での衝突・剥離現象を軽減すると共に吸込口から離れた領域に偏る主流範囲を吸込口に近い領域まで拡大し、吸込口から離れた領域のブレードにおけるブレード間の流速増加を緩和し剥離に伴う乱流騒音を低減するとともに小流量・高静圧域の動作点において、吸込口に近い領域のブレード入口部の入口角度と流入角度の差を小さくすることで、ブレード入口部での衝突・剥離現象およびそれに伴う乱流騒音を低減することができる遠心ファンが得られる。
【００２０】
また、他の手段は、凹凸部が、ブレードの回転軸に垂直な任意の断面において、凹凸部の始点および終点の位置が同一または、吸込口に近いほど凹凸部の始点の位置がブレード前縁に近くなるように構成されている。
【００２１】
また、他の手段は、凹凸部の凹部の形状または凸部の形状としては、円弧形状、略三角形状および、略四角形状とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における遠心ファンおよびケーシングの側断面図、図２は遠心ファンのブレード形状の断面図と、空気の流れを示す図、図３および図４（ａ）（ｂ）はブレード設けた凹凸形状の諸元を示す図、図５（ａ）（ｂ）は凹凸の軸方向における設置形態および諸元を示す図、図６（ａ）〜（ｇ）はブレードに設けた凹凸形状の種類を示す図、図７および図８は本実施形態における性能特性図である。
【００２４】
図１において、前記した図１５〜図２０と同じ構成については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２５】
ブレード１の回転軸に垂直な断面におけるブレード背側２の形状が、ブレード前縁４側からブレード後縁５の方向に向かって複数の凹凸部６を有する。上記構成により前記凹凸部６部分に微少な渦７を形成し、大風量・低静圧域において、ブレード背側２に生じる剥離を再付着させ、ブレード腹側３に偏る主流範囲を前記ブレード背側１にまで広げ、ブレード出口部８からでる流れの乱れを最小限に抑えることができるという作用を有する。
【００２６】
また、この凹凸部６の詳細な諸元を図３および図４（ａ）（ｂ）により説明する。凹凸部６の凹部の深さｈ、ブレードの板厚ｔの割合は０．１＜ｈ／ｔ＜０．７、凹凸部６の凹部の長さｆ、深さｈの割合は０．５ｈ＜ｆ＜２．５ｈ、側板１０５からの回転軸方向距離：Ｙ、ブレード高さ：Ｈの割合が０．１＜Ｙ／Ｈ＜１．０、凹凸部の始点位置と回転軸との距離：Ｘ１、ファン内径：Ｄ１、ファン外径：Ｄ２との割合がＤ１＜Ｘ１＜Ｄ１＋０．３５（Ｄ２−Ｄ１）となるように構成されている。
【００２７】
また、凹凸部６の軸方向における設置形態は図５（ａ）（ｂ）に示す様な形態が考えられる。
【００２８】
なお、凹凸部６の、ブレード１の回転軸に垂直な断面における形状には図６（ａ）〜（ｇ）に示す様な幾つかの形状が考えられる。
【００２９】
また、図７は本実施例と従来例の性能特性の比較を示している。本実施例において、風量−静圧特性の全領域に亘って騒音特性、全圧効率が改善されている。また、図８は０Ｐａ−４１０ｍ３／ｈ時の騒音の周波数分析の比較を示している。本実施例において、２０００Ｈｚ近傍の音圧レベルが大幅に低減している。
【００３０】
（実施の形態２）
図９は本発明の実施の形態２における遠心ファンのブレード形状の断面図と、空気の流れを示す図、図１０および図１１（ａ）（ｂ）はブレード設けた凹凸形状の諸元を示す図、図１２（ａ）（ｂ）は凹凸の軸方向における設置形態および諸元を示す図、図１３（ａ）〜（ｇ）はブレードに設けた凹凸形状の種類を示す図である。
【００３１】
図９において、前記した図１５〜図２０と同じ構成については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００３２】
ブレード１の回転軸に垂直な断面におけるブレード腹側３の形状が、ブレード前縁４側からブレード後縁５の方向に向かって複数の凹凸部６を有するものであり、ブレード腹側３において凹凸部６に生じる微小な渦７を形成し、小風量・高静圧域において、ブレード入口部９からの流れの剥離、境界層の発達を抑制し、ブレード出口部８からでる流れの乱れを最小限に抑えることができるという作用を有する。
【００３３】
また、この凹凸部６の詳細な諸元を図１０および図１１（ａ）（ｂ）の記載により説明する。凹凸部６の凹部の深さｈ、ブレードの板厚ｔの割合は０．１＜ｈ／ｔ＜０．７、凹凸部６の凹部の長さｆ、深さｈの割合は０．５ｈ＜ｆ＜２．５ｈ、側板１０５からの回転軸方向距離：Ｙ、ブレード高さ：Ｈの割合が０．１＜Ｙ／Ｈ＜１．０、凹凸部の始点位置と回転軸との距離：Ｘ１、ファン内径：Ｄ１、ファン外径：Ｄ２との割合がＤ１＜Ｘ１＜Ｄ１＋０．３５（Ｄ２−Ｄ１）となるように構成されている。
【００３４】
また、凹凸部６の軸方向における設置形態は図１２（ａ）（ｂ）に示す様な形態が考えられる。
【００３５】
なお、凹凸部６の、ブレード１の回転軸に垂直な断面における形状には図１３（ａ）〜（ｇ）に示す様な幾つかの形状が考えられる。
【００３６】
（実施の形態３）
なお、前記した図１〜図１３および、図１５〜図２０と同じ構成については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００３７】
ブレード１の回転軸に垂直な断面における形状が、ブレード背側２およびブレード腹側３で、ブレード前縁４方向からブレード後縁５方向に向かって複数の凹凸６を有するものであり、大風量・低静圧域において、ブレード腹側２およびブレード背側１の凹凸部６に生じる微小な渦７によってブレード間に生じる境界層の発達を抑制し、ブレード１より剥離した流れを再付着させ、ブレード出口部８からでる流れの乱れを最小限に抑えることができるという作用を有し、低風量・高静圧域においては、ブレード入口部９からの流れの剥離、境界層の発達を抑制し、ブレード出口部８からでる流れの乱れを最小限に抑えることができるという作用を有する。
【００３８】
（実施の形態４）
図１４は本発明の実施の形態４における遠心ファンとケーシングの側断面を示す図である。
【００３９】
図１４において、前記した図１５〜図２０と同じ構成については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００４０】
ブレード１の内径が主板１０７から側板１０５に向かって大きくなるようなテーパ形状１０を有するものであり、側板１０５側のブレードの内径Ｄ１およびオリフィス１０２の内径が大きくなるので、特に大風量・低静圧域において、オリフィス１０２を通過する際の軸方向流速が減速され、ブレード入口部９に流入する際の径方向流れが促進され、主板１０７側のブレード１の有効仕事領域が側板１０５側へ拡大される。したがって、ブレード間の流速を相対的に低減でき、ブレード表面上の剥離および境界層発達をより抑制できるという作用を有する。
【００４１】
（実施の形態５）
前記記載の遠心ファンを空気調和装置、換気送風装置、空気清浄装置、加湿装置または、除湿装置に組み込む。
【００４２】
【発明の効果】
以上の実施形態から明らかなように、本発明によれば、ブレードの回転軸に垂直な断面における背側の形状が、前縁方向から後縁方向に向かって複数の凹凸部を有することによりブレード背側での剥離・境界層発達を抑制し、ブレード表面での仕事が効率的に行われ、ファンの全圧効率が向上するとともにブレード背側からの剥離・境界層発達により発生する乱流騒音の発生を抑制することができる。
【００４３】
また、ブレードの回転軸に垂直な断面における腹側の形状が、前縁方向から後縁方向に向かって複数の凹凸を有することによりブレード腹側での剥離・境界層発達を抑制し、ブレード表面での仕事が効率的に行われ、ファンの全圧効率が向上するとともにブレード腹側からの剥離・境界層発達により発生する乱流騒音の発生を抑制することができる。
【００４４】
また、ブレードの回転軸に垂直な断面における形状が、ブレード背側およびブレード腹側で、ブレード前縁方向からブレード後縁方向に向かって複数の凹凸を有することによりブレード入口部およびブレード間での衝突・剥離・境界層発達を軽減し、ブレード表面での仕事が効率的に行われ、ファンの全圧効率が向上するとともに衝突・剥離・境界層発達により発生する乱流騒音の発生を抑制することができる。
【００４５】
また、ブレードの内径が主板から側板に向かって大きくなるようなテーパ形状を有することによりブレード入口部およびブレード間での衝突・剥離・境界層発達を軽減し、ブレード表面での仕事が効率的に行われ、ファンの全圧効率が向上するとともに衝突・剥離・境界層発達により発生する乱流騒音の発生を抑制するという効果のある遠心ファンを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の遠心ファンおよびケーシングの側断面図
【図２】同遠心ファンのブレード形状断面図
【図３】同遠心ファンの凹凸形状の諸元を示す説明図
【図４】（ａ）同遠心ファンの凹凸形状の諸元を示す説明図
（ｂ）同説明図
【図５】（ａ）同遠心ファンの凹凸の軸方向における設置形態および諸元を示す説明図
（ｂ）同説明図
【図６】（ａ）同遠心ファンのブレードの凹凸形状の種類を示す断面図
（ｂ）同断面図
（ｃ）同断面図
（ｄ）同断面図
（ｅ）同断面図
（ｆ）同断面図
（ｇ）同断面図
【図７】同遠心ファンの性能特性図
【図８】同遠心ファンの性能特性図
【図９】本発明の実施形態２の遠心ファンのブレード形状断面図
【図１０】同遠心ファンの凹凸形状の諸元を示す説明図
【図１１】（ａ）同遠心ファンの凹凸形状の諸元を示す説明図
（ｂ）同説明図
【図１２】（ａ）同遠心ファンの凹凸の軸方向における設置形態および諸元を示す説明図
（ｂ）同説明図
【図１３】（ａ）同遠心ファンのブレードの凹凸形状の種類を示す断面図
（ｂ）同断面図
（ｃ）同断面図
（ｄ）同断面図
（ｅ）同断面図
（ｆ）同断面図
（ｇ）同断面図
【図１４】本発明の実施形態４の遠心ファンとケーシングの側断面図
【図１５】従来例の遠心ファンおよびケーシングの側断面図
【図１６】同要部断面図
【図１７】同側断面図
【図１８】同要部断面図
【図１９】同側断面図
【図２０】同性能特性図
【符号の説明】
１      ブレード
２      背側
３      腹側
４      前縁
５      後縁
６      凹凸部
７      渦
８      ブレード出口部
９      ブレード入口部
１０    テーパ形状
Ｘ      凹凸部始点と回転軸の距離
ｆ      凹部の長さ
ｈ      凹部の深さ
ｔ      ブレード板厚
Ｈ      ブレード高さ
Ｙ      凹凸部の回転軸方向距離
１０１  吸込口
Ｄ１    ファン内径
Ｄ２    ファン外径
１０２  オリフィス
１０３  吐出口
１０４  ケーシング
１０５  側板
１０６  絞り部
１０７  主板
１０８  ブレード入口部
θ１    入口角度
１０９  ブレード出口部
θ２    出口角度
１１０  ブレード
１１１  遠心ファン
１１２  モータ
１１３  シャフト
１１４  吸込空気
【図１】
2005016315.tif 000003
【図２】
2005016315.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005016315.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2005016315.tif 000009
【図８】
2005016315.tif 000010
【図９】
2005016315.tif 000011
【図１０】
2005016315.tif 000012
【図１１】
2005016315.tif 000013
【図１２】
2005016315.tif 000014
【図１３】
2005016315.tif 000015
【図１４】
2005016315.tif 000016
【図１５】
2005016315.tif 000017
【図１６】
2005016315.tif 000018
【図１７】
2005016315.tif 000019
【図１８】
2005016315.tif 000020
【図１９】
2005016315.tif 000021
【図２０】
2005016315.tif 000022