(57)【要約】【課題】ブレードの負圧面の前縁における剥離層の発生を防止でき、広範な動作点においてファン効率を向上し、かつ騒音を低減できる多翼送風ファンを提供する。【解決手段】回転軸周りに周方向に配置された複数のブレードと、該ブレードの反空気吸込側端部に設けられ全ブレードに接続された駆動プレートと、前記複数のブレードの空気吸込側端部を接続する環状の接続リングとを備え、各ブレード間における径方向内端側から空気を吸入し径方向外端側から空気を吐出する遠心式多翼送風ファンにおいて、各ブレードを、空気流れ方向における径方向内端から径方向中間部までのブレード前半部の少なくとも一部の負圧面の断面形状を多角直線に形成した翼形に構成したことを特徴とする多翼送風ファン。【選択図】図３
2005155579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸周りに周方向に配置された複数のブレードと、該ブレードの反空気吸込側端部に設けられ全ブレードに接続された駆動プレートと、前記複数のブレードの空気吸込側端部を接続する環状の接続リングとを備え、各ブレード間における径方向内端側から空気を吸入し径方向外端側から空気を吐出する遠心式多翼送風ファンにおいて、各ブレードを、空気流れ方向における径方向内端から径方向中間部までのブレード前半部の少なくとも一部の負圧面の断面形状を多角直線に形成した翼形に構成したことを特徴とする多翼送風ファン。
【請求項２】
前記ブレードの、ブレード前半部における最膨出領域を含む領域の断面形状が多角直線に形成されている、請求項１の多翼送風ファン。
【請求項３】
前記多角直線を構成する隣接する各直線のなす負圧面側の角度が１８０度を超えている、請求項１または２の多翼送風ファン。
【請求項４】
前記多角直線を構成する各直線のなす角度が、空気流れ方向に沿って次第に減少する、請求項１ないし３のいずれかに記載の多翼送風ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心式多翼送風ファンに関し、とくにブレードの形状を改良した、車両用空調装置等に好適な多翼送風ファンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、送風能力や騒音等に関する送風機の性能は、ファンの翼形状やケーシングのスクロール形状等によって大きく左右され、設計にあたっては、これらを十分に考慮する必要がある。
【０００３】
多翼送風ファンにおいては、各ブレードの空気流れ方向の長さは比較的短く形成されるので、ブレードに沿う空気流が形成されにくく、空気流の剥離により渦が生じやすい。この剥離による渦音が、多翼送風ファンにおける騒音の主体になっている。このような騒音を低減する提案としては、たとえばブレードの断面積を翼形状にすることにより、空気流れのブレードからの剥離による渦音を少なくする翼形ファンの提案等がなされている（たとえば、特許文献１）。
【０００４】
また、本出願人においては、図６に示すように、ブレード７０の空気流れ方向（各ブレード７０に沿う、ファンの径方向内側から外側に向かう方向）における径方向中間部７１とファンの回転軸心（図示略）とを結ぶ線分を半径ｒnとする円の接線と、その中間部７１におけるブレード面とのなす角度βn（βnはβn＞９０°となる側の角度）、各ブレード７０の径方向外端７２とファンの回転軸心（図示略）とを結ぶ線分を半径ｒ2とする円の接線と、その外端７２におけるブレード面とのなす角度をβ2（β2はβ2＞９０°となる側の角度）とするとき
β2−５≦βn≦β2＋５
好ましくは、
β2≦βn≦β2＋５
の関係を満たす多翼送風ファンに関する提案がなされている（特許文献２）。かかる提案においては、ブレード前半部７４を断面翼形状とし、ブレード後半部７３におけるβnとβ2との関係を特定の関係としてブレード形状の最適化をすることにより、多翼送風ファンの動作点におけるファン効率を向上し、かつ、騒音の低減が達成できるようになっている。
【０００５】
しかし、本出願人の先の提案（特許文献２）に係る多翼送風ファンについて、ブレード７０における空気の流動状態を可視化装置を用いて観察した結果、ブレード７０の内端７９側の前縁７５のブレードの負圧面７６側の流れの剥離により剥離層７７が形成され、ブレード間（以下翼間と言うこともある。）における空気の流動がブレード７０のブレードの正圧面７８側に偏り、ブレードの後流において剪断流が観察された。つまり、先の提案に係る多翼送風ファンのファン性能はさらなる向上の余地が残されていることが判明した。
【０００６】
なお、上記のような問題を解消すべくブレード後半部７３における流路をブレード出口で狭めて強制的に空気の流動の偏りを抑制する方法も考えられるが、流路を狭めることによる相対速度の増速によってブレード出口における圧力回復が不十分となり、高圧損の動作点において送風性能および騒音特性が低下するおそれがある。また、ブレードの前縁の入口角度を変化させ剥離を抑制する方法も考えられるが、高圧損の動作点に合わせて入口角度を変更すると、低圧損の動作点において、上記入口角度が適正なものでなくなり送風効率および騒音特性が低下するおそれがある。
【特許文献１】特開昭６０−１５６９９７号公報
【特許文献２】特開２００２−２８５９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の課題は、上記のようなブレード形状を有する多翼送風ファンにおいて、ブレードの負圧面の前縁における空気の剥離に起因する圧力損失と剥離後の翼間の流動の偏りを緩和して翼間流動を安定化させることにより、該多翼送風ファンの低圧損から高圧損に至る広範な動作点におけるファン効率の向上および騒音の低減を図り、自動車用空調装置の送風機等に用いて好適な多翼送風ファンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る多翼送風ファンは、回転軸周りに周方向に配置された複数のブレードと、該ブレードの反空気吸込側端部に設けられ全ブレードに接続された駆動プレートと、前記複数のブレードの空気吸込側端部を接続する環状の接続リングとを備え、各ブレード間における径方向内端側から空気を吸入し径方向外端側から空気を吐出する遠心式多翼送風ファンにおいて、各ブレードを、空気流れ方向における径方向内端から径方向中間部までのブレード前半部の少なくとも一部の負圧面の断面形状を多角直線に形成した翼形に構成したことを特徴とするものからなる。このような構成においては、ブレード前半部の少なくとも一部の負圧面の断面形状が多角直線に形成されているので、ブレードの負圧面においては各直線部に沿って薄い乱流境界層が形成される。このため、負圧面の前縁における剥離が抑制され、剥離点（起点）がブレードの空気流れ方向の後方に移動され、ブレード前半部の負圧面、とくに、ブレードの負圧面の前縁における剥離層の発生が抑制されるので、該剥離層の発生による翼間を流動する空気の圧力損失と騒音を低減でき、かつ翼間の流動の偏りを抑制できる。また、このような構成においては、ブレードの前縁の空気の入口角度を実質的に変更することなく、翼間における空気の流動の偏り等を抑制できるので、低圧損域の動作点において、流入する空気と上記入口角度が不適正となるような不都合を防止しつつ、低圧損域から高圧損域における空気流れの剥離を緩和できる。したがって、自動車用空調装置の送風機として使用される際の多翼送風ファンの動作点におけるファン効率を向上し、かつ、騒音の低減を図ることができる。
【０００９】
本出願において、多角直線とは後に詳述する図３、図５に示したように、任意の角度に折り曲げられ連続的につながった一定の方向性を示す線。つまり、角度をずらせて連続的に連結された複数の直線部（各直線）から構成され、線全体として一定の方向性を示す線である。
【００１０】
本発明においては、ブレード前半部の少なくとも一部の負圧面の断面形状を多角直線に形成すれば、ファン効率を向上し騒音を低減することができるが、ブレードの前縁、とくにブレード前半部における最膨出領域を含む領域の断面形状を多角直線に形成することが好ましい。つまり、ブレードの負圧面における空気の剥離現象は、とくに前記最膨出部を起点として発生するので、最膨出部を含む領域の断面形状を多角直線に形成すれば、より効果的にブレードの前縁における剥離層の形成を防止できる。
【００１１】
上記多角直線を構成する隣接する各直線のなす負圧面側の角度は１８０度を超えている。また、該角度は空気流れ方向に沿って次第に減少するように形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上記のような本発明に係る多翼送風ファンによれば、ブレード前半部の負圧面の少なくとも一部の断面形状が多角直線により形成されているので、剥離層の形成をブレードのより後流側にずらすことが可能となり、圧力損失と騒音の発生を抑制でき、かつ翼間における空気の流動の偏りを防止できる。また、ブレードの前縁の入口角度を変更することなく翼間における流動の偏り等を抑制できるので、低圧損域の動作点において、流入する空気とブレードの前縁の入口角度が不適正となるような不都合を防止しつつ、高圧損域における空気流れの剥離も緩和できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１ないし図３は、本発明の一実施態様に係る遠心式多翼送風ファンを示している。図１および図２において、１は多翼送風ファン全体を示しており、多翼送風ファン１は、多数のブレード２を有する多翼ファン部３を有している。多数のブレード２は、回転軸４周りに周方向に配置されている。ブレード２の反空気吸込側端部には円板状の駆動プレート５が設けられており、全ブレード２に接続されている。駆動プレート５の中心部にはボス部６が形成されており、ボス部６内に回転軸４が装着され、回転軸４の回転駆動によって、駆動プレート５および全ブレード２が所定方向（図１の矢印方向）に回転されるようになっている。ブレード２の空気吸込側端部には、環状の接続リング７が設けられており、接続リング７は、全ブレード２を互いに接続し補強の役目を果たしている。
【００１４】
なお、図示は省略してあるが、多翼ファン部３の周囲には、多翼ファン部３を収納するケーシングが設けられ、ケーシングには空気吸込口と空気吐出口が形成される。ケーシングの形状は、スクロール形や円筒形に形成できる。
【００１５】
各ブレード２は、図３に示すように形成されている。各ブレード２の空気流れ方向（各ブレード２に沿う、ファンの径方向内側から外側に向かう方向）における径方向内端１１から径方向中間部１２のブレード前半部１３の負圧面１４の一部、本実施態様においては、ブレード２の空気流れ方向の前縁１５、該前縁１５のうちファンの周方向に最も膨出した最膨出領域１６を含む領域の断面形状が多角直線１７に形成されている。
【００１６】
多角直線１７は、図３、図５に示すように角度をずらせて連続的に連結された複数の直線部１８、１９、２０から構成されており、多角直線１７全体として径方向内側から径方向外側に向かう方向性を示している。本実施態様においては、多角直線１７を構成する直線部１８、１９、２０の角度ｘ、ｙ、ｚはすべて１８０度を超えている。また、角度ｘ、ｙ、ｚは直線部１８から直線部２０に向かって順に減少（ｘ＞ｙ＞ｚ）している。
【００１７】
また、各ブレード２は、図３に示すように、各ブレード２の空気流れ方向（各ブレード２に沿う、ファンの径方向内側から外側に向かう方向）における径方向中間部１２と回転軸心８（図１、図２に図示）を結ぶ線分を半径ｒnとする円の接線と、その中間部１２におけるブレード面とのなす角度をβn（βnはβn＞９０°となる側の角度）、各ブレード２の径方向外端２１と回転軸心８を結ぶ線分を半径ｒ2 とする円の接線と、その外端２１におけるブレード面とのなす角度をβ2（β2はβ2＞９０°となる側の角度）とするとき、
β2−５°≦βn≦β2＋５°
の関係を満たすように設定されている。好ましくは、
β2≦βn≦β2＋５°
に設定される。また、βn＝β2に設定することもでき、βn の角度のまま、中間部１２から外端２１まで延設することもできる。
【００１８】
なお、図３におけるｒ1は、ブレード２の径方向内端１１と回転軸心８を結ぶ線分を半径とする円の半径を示している。
【００１９】
本実施態様においては、各ブレード２の径方向内端１１から中間部１２までのブレード前半部１３は、ブレード厚みが一旦増大した後減少する翼形状に形成されている。また、各ブレード２の中間部１２から径方向外端２１までのブレード後半部２２は、実質的に厚み一定のプレート形状に形成されている。
【００２０】
なお、本実施態様ではブレード前半部１３を翼形状に形成したが、前述のβnとβ2の関係を満たす限り、ブレードをその径方向内端から外端までの全長にわたって、実質的に厚み一定に形成することも可能である。
【００２１】
上記のように構成された多翼送風ファン１の作用を、従来構造における作用と比較しながら説明する。
【００２２】
次に、前述の図７を用いて、図４に示した実施態様の比較対象として本出願人の先の提案のブレード形状を説明する。ブレード７０のブレード前半部７４の前縁７５の負圧面７６は、径方向内端７９から外端７２に向かってブレードの厚みが一旦増大した後に減少する湾曲面に形成されている。
【００２３】
図３に示した本発明の実施態様における空気流の状態を図４に模式的に示し、図６に示した従来例における空気流の状態を図７に模式的に示している。
【００２４】
まず図７に示すように、本出願人の先の提案においては、ブレード７０の負圧面７６側において、前縁７５の最膨出部８０を起点にし空気流の剥離により剥離層７７が形成され、これに伴い渦音が発生する可能性が残されており、それによって空気の流動が不安定になり騒音を抑制しきれないおそれがあった。また、負圧面７６側に剥離層７７が形成されると、翼間における空気の流動が正圧面７８側に偏り流動が不安定になり圧力損失が増大するおそれもあった。
【００２５】
これに対し、図４に示すように、本発明の実施態様においては、負圧面１４の前縁１５の断面形状が多角直線に形成されているので、各直線部１８、１９、２０に沿って薄い乱流境界層２４が形成される。このため、剥離層２５の起点がブレード２の空気流れ方向の後方に移動される。したがって、ブレード前半部１３の負圧面１４、とくに前縁１５における剥離層２５の発生が防止されるので、剥離層２５の発生により翼間を流動する空気が正圧面２３側に押されるような翼間における空気の流動の偏り、および渦音の発生が抑制され、翼間における圧力損失と騒音の発生を防止できる。また、本実施態様においては、ブレード２の前縁１５の入口角度を実質的に変更することなく翼間における空気の流動の偏りを抑制できるので、低圧損域の動作点において上記入口角度が不適正となるような不都合を防止しつつ低圧損域から高圧損域における空気流れの剥離を緩和できる。したがって、自動車用空調装置に送風機として使用される際の多翼送風ファンの動作点におけるファン効率を向上し、かつ、騒音の低減を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、遠心式多翼送風ファン、とくに自動車用空調装置に送風機として使用される多翼送風ファンに好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施態様に係る多翼送風ファンの正面図である。
【図２】図１の多翼送風ファンの半断面表示側面図である。
【図３】図１の多翼送風ファンのＩＩＩ部の拡大正面図である。
【図４】図３のブレード部における空気流の一例を示す模式図である。
【図５】図３のブレードの拡大断面図である。
【図６】本出願人の先の提案に係る多翼送風ファンのブレード部の正面図である。
【図７】図６のブレード部における空気流の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  多翼送風ファン
２  ブレード
３  多翼ファン部
４  回転軸
５  駆動プレート
６  ボス部
７  接続リング
８  回転軸心
１１  ブレードの径方向内端
１２  ブレードの径方向中間部
１３  ブレードの前半部
１４  ブレードの負圧面
１５  ブレードの負圧面の前縁
１６  最膨出領域
１７  多角直線
１８、１９、２０  直線部
２１  ブレードの径方向外端部
２２  ブレードの後半部
２３  ブレードの正圧面
２４  乱流境界層
２５  剥離層
【図１】
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【図２】
2005155579.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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