(57)【要約】  シュラウド（２２）と主板（２１）との間に設けられた複数枚の翼（２３）は、主板（２１）の面方向と平行に切断した断面における負圧面（Ｋ）側の形状が、内周側である前縁部（Ｅｆ）を除いて正圧面（Ｄ）側へ凹陥形成される凹陥部（３０）と、凹陥部（３０）から前縁部に亘って連設され負圧面側へ膨出形成される湾曲部（３５）とからなり、湾曲部（３５）の最大厚さ位置（Ｑ）が、前縁部先端から翼弦長の１０％〜３０％範囲の位置に設けられることで、空気流れの剥離を抑制して風量の増大と騒音低減を図る。
2007119532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動用モータを覆うとともに、この駆動用モータの回転軸を固定する断面凸形状のハブと、このハブの周縁に沿って一体に設けられる主板と、この主板と離間して配置されたシュラウドと、このシュラウドと上記主板との間に設けられた複数枚の翼とからなる羽根車を備えたターボファンにおいて、
上記翼は、上記主板の面方向と平行に切断した断面における負圧面側の形状が、内周側である前縁部を除いて正圧面側へ凹陥形成される凹陥部と、この凹陥部から前縁部に亘って連設され負圧面側へ膨出形成される湾曲部とからなり、
上記湾曲部の最大厚さ位置が、前縁部先端から翼弦長の１０％〜３０％範囲の位置に設けられることを特徴とするターボファン。
【請求項２】
上記湾曲部の最大厚さをＨｕとし、
上記湾曲部の最大突出部位と翼の外周側である後縁部とを結ぶ接線と、上記凹陥部の最大凹陥位置との距離をＨｓとしたとき、
Ｈｕ＝（２〜３．５）Ｈｓ
と設定されることを特徴とする請求項１記載のターボファン。
【請求項３】
上記湾曲部と上記ハブとの最小距離を２０ｍｍ以下としたとき、上記最小距離における湾曲部とハブとを結ぶ線分上の点から引いた翼の接線とハブの接線とのなす角度が３０°〜５０°に設定されることを特徴とする請求項１記載のターボファン。
【請求項４】
上記主板からシュラウドに至る翼の前縁部は、変曲点にて２つの曲線に分割され、その各々の曲線の曲率半径を、主板側Ｒ１、シュラウド側Ｒ２としたとき、
Ｒ１＞Ｒ２、Ｒ１＝β×Ｒ２、β＝５〜２０
と設定されることを特徴とする請求項１記載のターボファン。
【請求項５】
上記請求項１〜請求項４のいずれかに記載のターボファンと、上記ターボファンの外周部に配置された熱交換器とを有することを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボファン（遠心形送風機とも呼ばれる）及び、このターボファンを備えた、例えば天井埋込み式の空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば天井埋込み式の空気調和機である室内機は、天井内部に埋設される筐体の内部中央にターボファンが取付けられ、この周囲に熱交換器が配置される。筐体の下面は開口されていて、これを化粧パネルが閉成する。化粧パネルの中央部には吸込み口が設けられ、周辺部には吹出し口が設けられる。【０００３】
空調運転の開始信号が入ると冷凍サイクル運転が開始されるとともに、上記ターボファンが回転駆動される。室内空気が吸込み口を介して筐体内に吸込まれ、ターボファンから径方向へ吹出される。室内空気は熱交換器を流通し、ここに導かれる冷媒と熱交換する。そのあと、熱交換空気は吹出し口から室内へ吹出され、室内の空気調和をなす。【０００４】
上記ターボファンは、例えば特開２００１−１３２６８７号公報に、遠心形送風機として記載されている。この技術では、主板とシュラウドとの間に回転半径方向に沿って複数の翼が設けられ、翼の肉厚をシュラウドから主板に向けて徐々に厚く形成し、各翼相互の隣接距離をシュラウドから主板に向けて徐々に狭くしたことを特徴としている。
【発明の開示】
【０００５】
このように上記ターボファンは、中央部にファンを回転駆動するモータが配置されるため断面凸状のハブを備える必要があり、多用される軸流ファンと比較して構成が複雑である。具体的には、ターボファンでの空気の流れはシュラウドの吸込み側からほぼ垂直に曲る３次元的な流れで翼の吹出し側へ導かれる。そのため、以下の問題点があった。
【０００６】
１．より小型化を図るために、ファン直径をより小さく設定すると、ハブと翼との隙間が狭くなり、風の流路が確保し難い。そのため、空気流れが翼で剥離してしまい、静圧低下及び騒音増加の要因となっている。
【０００７】
２．ハブと翼との間に風の流路を確保しようとして、翼の取付け角度をより小さく設定すると、風量低下が避けられない。その一方で、風量を増大しようとしてファン回転数を上げると、騒音が増大してしまう。
【０００８】
３．ハブと翼との間に風の流路を確保しようとして、翼弦長を小さく設定すると、翼弦長が小さいために、風をかく力（すなわち、送る力）が不十分になり、静圧低下となるとともに騒音が増大する。
【０００９】
本発明は上記事情にもとづきなされたものであり、その目的とするところは、空気流れの剥離を抑制して風量の増大と騒音低減を図ったターボファンと、このターボファンを備えて熱交換効率の向上化を得られる空気調和機を提供しようとするものである。
【００１０】
上記目的を満足するため本発明のターボファンは、駆動用モータを覆うとともに、この駆動用モータの回転軸を固定する断面凸形状のハブと、このハブの周縁に沿って一体に設けられる主板と、この主板と離間して配置されたシュラウドと、このシュラウドと主板との間に設けられた複数枚の翼とからなる羽根車を備え、上記翼は、主板の面方向と平行に切断した断面における負圧面側の形状が、内周側である前縁部を除いて正圧面側へ凹陥形成される凹陥部と、この凹陥部から前縁部に亘って連設され負圧面側へ膨出形成される湾曲部とからなり、湾曲部の最大厚さ位置が前縁部先端から翼弦長の１０％〜３０％範囲の位置に設けられる。
【００１１】
さらに、上記目的を満足するため本発明の空気調和機は、上記ターボファンと、ターボファンの外周部に配置された熱交換器とを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明における実施の形態に係る天井埋込み形の空気調和機室内機の概略縦断面図である。
【図２】図２は、同実施の形態に係るターボファンの羽根車の正面図である。
【図３】図３は、同実施の形態に係る図２のＡ-Ａ線に沿う断面図であり、翼の横断平面図である。
【図４】図４は、同実施の形態に係る湾曲部Ｕの最大厚さ位置に対する騒音レベルの特性図である。
【図５】図５は、同実施の形態に係る湾曲部最大厚さＨｕと距離Ｈｓとの比に対する騒音レベルの特性図である。
【図６】図６は、同実施の形態に係るシュラウドを取除いた羽根車の平面図である。
【図７】図７は、同実施の形態に係る翼前縁部とハブとの一部拡大図である。
【図８】図８は、同実施の形態に係る接線ＦＭと接線ＦＮとのなす角度θに対する騒音レベルの特性図である。
【図９】図９は、同実施の形態に係る羽根車の斜視図である。
【図１０】図１０は、同実施の形態に係る翼の正面図である。
【図１１】図１１は、同実施の形態に係る曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２との比に対する騒音レベルの特性図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面にもとづいて説明する。【００１４】
図１は、天井埋め込み形の空気調和機室内機の概略縦断面図である。【００１５】
室内機本体である筐体１は、吊り金具２を介して天井裏の図示しない梁などから吊持される。天井板３には筐体１下面部が嵌め込まれる開口部が設けられていて、筐体１は天井板３上に位置し、室内Ｓ側から見ると天井板３に対して埋設された状態になっている。上記筐体１の下面部は開口され、この開口部は化粧パネル４で閉成される。上記化粧パネル４は天井板３から室内Ｓに露出し、天井板３に設けられる開口部と周辺部を覆う。【００１６】
上記筐体１内には、駆動用モータ５と羽根車６とからなるターボファンＴが設けられる。具体的には、筐体１の図における上面壁である上底１ａの中央部にモータベース７が取付けられ、このモータベース７に上記駆動用モータ５が支持される。上記駆動用モータ５の回転軸は下方に向けて突出しており、ここに上記羽根車６が取付けられている。【００１７】
さらに、ターボファンＴの下部には吸込みベルマウス８が設けられ、この吸込みベルマウス８の外周部上で、かつ端縁に沿ってドレンパン９が配置される。上記ドレンパン９はターボファンＴの周囲に沿って設けられていて、ドレンパン９の外側端縁と筐体１の内周壁との間には所定の間隙が形成される。【００１８】
上記ドレンパン９上には熱交換器１０が載置されていて、熱交換器１０の上端面は筐体上底１ａに接した状態で保持される。なお説明すると、熱交換器１０はドレンパン９と筐体上底１ａとの間に介設されていて、上記ターボファンＴの外周部に配置される。熱交換器１０の外側周面と筐体１の内周壁とは所定の間隙が形成される。【００１９】
上記化粧パネル４の中央部は、上記吸込みベルマウス８の下部開放端と対向していて、ここに室内空気の吸込み口１１が設けられ、プレフィルタ１２が嵌め込まれている。さらに、化粧パネル４において上記吸込み口１１と所定間隙を存して吹出し口１３が開口している。化粧パネル４が矩形状であれば、吸込み口１１も矩形状に形成され、吹出し口１３は吸込み口１１の各辺部に沿って設けられ、もしくは対向する辺部に設けられる。【００２０】
上記吹出し口１３は、筐体１内に配置されるドレンパン９と筐体１の内周壁との所定の間隙に合わせて設けられ、互いに連通する。したがって、上記ターボファンＴが回転駆動すれば、吸込み口４から吸込みベルマウス８を介してターボファンＴの軸方向に沿って空気が吸込まれる。そして、羽根車６によって径方向に吹出されて熱交換器１０を流通し、ドレンパン９と筐体１内周壁との間から吹出し口１３に導かれる空気流通路Ｋが形成される。【００２１】
このようにして構成される空気調和機室内機において、空調運転信号が入ると、冷凍サイクル運転が開始されるとともに、ターボファンＴの駆動用モータ５が駆動され羽根車６が回転する。室内Ｓの空気が化粧パネル４の吸込み口１１から吸込まれ、プレフィルタ１２を通過して空気中に含まれる塵埃等が捕捉される。そのあと、空気流通路Ｋに沿って導かれる。【００２２】
なお説明すると、吸込み口１１から吸込まれた室内空気は吸込みベルマウス８を介して羽根車６の軸方向に沿って吸込まれ、さらに径方向に屈曲して吹出される。羽根車６から出た直後に熱交換器１０を流通し、この熱交換器１０に導かれる冷媒と熱交換して暖房運転時には加熱され、冷房運転時には冷却される。【００２３】
特に、冷房運転時においては空気中に含まれる水分が凝縮してドレン水が生成される。ドレン水はドレンパン９に滴下して集溜され、最終的には屋外へ排出される。上記熱交換器１０と熱交換した空気は吹出し口１３から室内Ｓへ吹出され、これによって室内Ｓの空気調和作用が得られる。なお、上記吹出し口１３には図示しない複数枚のルーバーが設けられていて、室内Ｓへの空気吹出し方向を調整することができる。【００２４】
次に、上記ターボファンＴを構成する羽根車６について説明する。【００２５】
上記羽根車６は、上記駆動用モータ５を覆うとともに、この駆動用モータ５の回転軸を固定する断面凸形状のハブ２０と、このハブ２０の基端部周縁に沿って一体に設けられる主板２１と、この主板２１と離間して配置されたシュラウド２２と、このシュラウド２２と上記主板２１との間に設けられた複数枚の翼２３とからなる。【００２６】
このような羽根車６を回転駆動することにより、吸込みベルマウス８と対向して設けられるシュラウド２２を介して羽根車６の軸方向に沿って空気が吸込まれる。そして、この空気は羽根車６の内部を軸方向から径方向に屈曲流動し、すなわち翼２３を横断して吹出されるようになっている。【００２７】
さらにまた、ターボファンＴを構成する羽根車６は、以下に述べるような特徴を備えている。【００２８】
図２はターボファンＴを筐体１内に取付けした状態とは上下逆に向けた羽根車６の正面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う翼２３の断面図、図４は翼弦長ＣＬに対する湾曲部Ｕの最大厚さ位置Ｑと騒音レベルとの特性図である。【００２９】
図２に示すように、羽根車６を構成する翼２３を、主板２１とシュラウド２２の面方向に並行な方向であるＡ−Ａ線に沿って切断すると、図３に示すような翼２３の断面形状となっている。【００３０】
羽根車６が回転駆動した状態で、図３における上面が正圧面Ｄとなり、下面が負圧面Ｋとなる。そして、図３の右側に示す厚肉部分が羽根車６の内周側である前縁部Ｅｆであり、左側に示す薄肉部分が外周側である後縁部Ｅｅである。【００３１】
このような翼２３の断面形状において、負圧面Ｋの断面形状が単純な円弧状曲線ではなく、緩やかな蛇行曲線となっている。なお説明すると、翼負圧面Ｋの後縁部Ｅｅ端縁から前縁部Ｅｆの近傍部位までは略円弧状曲線（なお、必ずしも円弧状である必要はなく、他の曲線であっても良い）で、正圧面Ｄ側へ凹陥する凹陥部３０が形成される。この凹陥部３０の前縁部Ｅｆ近傍部位から前縁部Ｅｆ端縁に亘って、正圧面Ｄとは逆方向である負圧面Ｋ側へ膨出する湾曲部３５が連設される。【００３２】
そして、上記湾曲部３５における最大厚さの位置Ｑは、翼２３全体の長さである翼弦長ＣＬに対して、前縁部Ｅｆ端縁から１０％〜３０％の範囲に設定されることを特徴の一つとしている。【００３３】
これは、図４に示すように、湾曲部３５の最大厚さ位置Ｑ（％）を横軸にとり、騒音レベルを縦軸にとった特性図から得られた結果である。なお、縦軸の「騒音レベルｄＢ（Ａ）」とは、騒音計の「Ａ特性」を使用して測定される値であり、具体的には、音圧レベル（単位［ｄＢ］）を人間の聴覚に合わせて補正した値である。【００３４】
上述したように、翼２３の負圧面Ｋ側の形状が、正圧面Ｄ側へ凹陥形成される凹陥部３０と、この凹陥部３０と連設され負圧面Ｋ側へ膨出形成される湾曲部３５とからなる。そして、上記湾曲部３５の最大厚さの位置Ｑを、翼弦長ＣＬに対して前縁部Ｅｆ端縁から１０％〜３０％の範囲に設定することにより、ハブ２０と翼２３の間に発生する空気流れの剥離を抑制して、騒音の低減化を図れる。【００３５】
再び図３に示すように、上記湾曲部３５の最大厚さをＨｕとし、湾曲部３５の最大突出部位Ｑと翼２３の後縁部Ｅｅとを結ぶ接線と、上記凹陥部３０中央である最大凹陥位置Ｗとの距離をＨｓとしたとき、
Ｈｕ＝α×Ｈｓ、α＝２〜３．５
となるように形成される。すなわち、
Ｈｕ＝（２〜３．５）Ｈｓ
と設定されることとなる。【００３６】
これは、図５に示すように、湾曲部３５の最大厚さＨｕと、距離Ｈｓとの比（Ｈｕ／Ｈｓ）を横軸にとり、騒音レベルを縦軸にとった特性図から得られた結果である。【００３７】
上述したように、湾曲部３５の最大厚さをＨｕ、湾曲部３５の最大突出部位Ｑと後縁部Ｅｅとを結ぶ接線と凹陥部３０の最大凹陥位置Ｗとの距離をＨｓとしたとき、
Ｈｕ＝（２〜３．５）Ｈｓ
と設定することにより、翼２３の取付け角を小さくすることなく、ハブ２０と翼２３との間に風の流路を確保でき、よって風量の低下を抑え騒音の低減を図れる。【００３８】
図６は、シュラウド２２を取外した状態での羽根車６の平面図であり、ハブ２０と主板２１及び翼２３が示されている。この羽根車６では、７枚の翼２３がハブ２０の内周面に対して所定の角度に傾いた状態で主板２１に取付けられていて、羽根車６は反時計回り方向に回転するものとする。したがって、１枚の翼２３において内周側先端が厚肉の前縁部Ｅｆとなり、外周側後端が薄肉の後縁部Ｅｅとなる。【００３９】
図７に示すように、いずれの翼２３においても、ハブ２０と翼負圧面Ｋの前縁部Ｅｆに設けた湾曲部３５との最小距離が２０ｍｍ以下の場合、最小距離となる線分Ｘ−Ｘ上の点Ｆで交差し、さらに湾曲部３５と正接する接線ＦＭと、ハブ２０の輪郭線２０ａと正接する接線ＦＮとのなす角度θを３０°〜５０°の範囲に設定する。【００４０】
これは、図８に示すように、横軸に接線ＦＭと接線ＦＮのなす角度θをとり、縦軸に騒音レベルを縦軸にとった特性図から得られた結果である。【００４１】
上述したように、湾曲部３５とハブ２０との最小距離を２０ｍｍ以下とし、この最小距離における湾曲部３５とハブ２０とを結ぶ線分上の点Ｆから引いた翼２３の接線ＦＭと、ハブ２０の接線ＦＮとのなす角度が３０°〜５０°となるように設定することにより、ハブ２０と翼２３との間に風の流路を確保でき、よって風量の低下を抑え騒音の低減を図れる。【００４２】
図９は、羽根車６の斜視図である。図２と同様、実際の空気調和機筐体１への取付け状態とは上下逆にして図示している。したがって、図の上部側にシュラウド２２があり、下部側に主板２１が設けられ、シュラウド２２と主板２１との間に複数枚の翼２３が介設される。シュラウド２２と主板２１の外周縁側が翼２３における後縁部Ｅｅ側となり、シュラウド２２と主板２１の内周側が翼２３における前縁部Ｅｆ側となる。【００４３】
図１０は、１枚の翼２３の正面図であり、図９に合わせて下部側に主板２１が取付けられ、上部側にシュラウド２２が取付けられた状態を示している。したがって、図１０における右側の縦線が後縁部Ｅｅとなり、左側の曲線が前縁部Ｅｆとなる。【００４４】
特に翼前縁部Ｅｆにおいて、主板２１側からの曲線の向きと、シュラウド２２側からの曲線の向きが互いに逆方向になっていて、これら曲線が連結する位置（点）を変曲点Ｐと呼ぶ。【００４５】
すなわち、翼前縁部Ｅｆの内側（図の左側）に主板２１側から形成される円弧の図示しない中心があり、極めて大なる曲率半径Ｒ１となっている。また、上記シュラウド２２側から形成され、上記変曲点Ｐを介して主板２１側の円弧に連結される円弧は、翼２３上に中心位置がある曲率半径Ｒ２である。このシュラウド２２側の円弧の曲率半径Ｒ２は、上記主板２１側の円弧の曲率半径Ｒ１よりも小（Ｒ１＞Ｒ２）に形成される。【００４６】
そして、曲率半径Ｒ１を、曲率半径Ｒ２に所定値βを乗じた値に設定する。このときの所定値βを、５〜２０とする。【００４７】
これは、図１１に示すように、横軸に曲率半径Ｒ１に対する曲率半径Ｒ２の比（Ｒ１／Ｒ２）をとり、縦軸に騒音レベルをとった特性図から得られた結果である。【００４８】
このように、主板２１からシュラウド２２に至る翼２３の前縁部Ｅｆは、変曲点Ｐにて２つの曲線に分割され、その各々の曲線の曲率半径を、主板側Ｒ１、シュラウド側Ｒ２としたとき、
Ｒ１＞Ｒ２、Ｒ１＝β×Ｒ２、β＝５〜２０
と設定することにより、翼前縁部Ｅｆにおける風の流路を確保して、空気流れの剥離を抑制し、騒音低減を図ることができる。【００４９】
なお、本発明は上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。そして、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明によれば、空気の剥離を抑制して風量の増大と騒音低減を図ったターボファンと、このターボファンを備えて熱交換効率の向上化を得られる空気調和機を提供できる。
【図１】
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【図２】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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2007119532.tif 000015
2007119532.tif 000016
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