(57)【要約】【課題】  静圧を上昇させることにより風量を増加させ、又、羽根表面で生じる流れの剥離と、逆流渦現象とを極力抑制して静音で効率的な運転を行うことのできるターボファンを提供することを目的とする。【解決手段】  羽根８の回転軸に直交する断面形状が主板６側からシュラウド７側に向かい連続的に変化するとともに、前記シュラウド７近辺では、後縁部８ｂ側が負圧面側に向かいより曲率の小さい湾曲状の曲面となっていることにより、負圧面側を流れる空気が湾曲状の曲面に沿って円滑に流れ、乱流発生による流れの剥離現象を抑制し、流路損失を極力低減し、且つ逆流渦の発生を防いで、送風効率の低下を極力低減する。又、断面形状が連続的に変化することにより、流れの急激な変化を招くことなく、流路損失を低減させて効率的な送風運転を行うことができるようになっている。【選択図】図２
2007002708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸が固定される主板と、同主板に対向配置される円環状のシュラウドと、前縁部が内周側に、後縁部が外周側に夫々位置するように前記主板と前記シュラウド間に配置される、複数の羽根とからなるターボファンにおいて、
前記羽根の前記回転軸に直交する断面が、前記主板と前記シュラウド間で連続的に変化する一方、前記シュラウド近傍の前記後縁部が、負圧面側へ曲がる湾曲状に形成されてなることを特徴とするターボファン。
【請求項２】
前記羽根の前記主板側に位置する下方部が、回転方向側に傾斜する一方、同傾斜が前記前縁部側から前記後縁部側にかけて連続的に大きくなることを特徴とする請求項１に記載のターボファン。
【請求項３】
前記羽根の前縁部が、圧力面側に凸面となるように形成され、前記後縁部が、前記前縁部側に向かい中央部が凹む湾曲状に形成されてなることを特徴とする請求項１に記載のターボファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボファンに係わり、より詳細には、風量を維持しながら同ターボファンから発生する騒音を減少させるとともに、熱交換器の導風部材を不要とすることができる構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のターボファンは図７（Ａ）で示すように、モータの回転軸を中央部に固定した主板４１と、同主板４１の周縁側に、周方向に一定の間隙をあけて一側縁を接合させた複数の羽根４２と、同羽根４２の他側縁を接合させた環状のシュラウド４３とからなり、前記羽根４２の後縁側４２ｂは前記主板４１の外周縁に位置し、前縁側４２ａは矢印で示す回転方向側の内周部に位置するようになっている。
【０００３】
前記ターボファンを備えた空気調和機としての天井埋込形空気調和機は、従来例も本願も同様なので図１を用いて説明する。図１で示す天井埋込形空気調和機は、下面が開放された筐体１と、開放された下面に装着される吸込グリルと、吹出口３とを備えた化粧パネル２とで外郭筐体を構成している。前記吸込グリルと前記吹出口３とを結ぶ空気流路には、ターボファンと、熱交換器４が配設されており、吸込まれた室内の空気は前記ターボファンにより前記熱交換器４に送出され熱交換された後、前記吹出口３から再び室内に送出されるようになっている。
【０００４】
前記シュラウド４３から流入した空気が、前記羽根４２の表面で流れの剥離を発生させるとともに、前記後縁側４２ｂで回転方向と逆方向となる向きへの逆流現象を生じると前記ターボファンから騒音が発生するとともに、送風効率が低下する。これら剥離現象と逆流現象とはターボファンにおいては常に発生するものであり、これらの現象による影響を低減させるため、前記羽根４２の前記シュラウド４３との接合縁部は、図６（Ｂ）で示すように、前記主板４１との接合縁部に対して、回転方向側にオフセットして接合され、又、回転方向側に傾斜するようになっている。これにより回転時での前記羽根４２の負圧面側での剥離現象及び逆流現象の発生を極力防止するようになっている。（例えば、特許文献１参照）
【０００５】
又、前記羽根４２の軸線と、同軸線が交差する円周上の接線とのなす角度、図７（Ａ）で示す、所謂傾斜角Ｗは、前記前縁側４２ａにおいて、前記主板４１との接合部での傾斜角が、前記羽根４２の中央部での傾斜角より大きく、更に前記シュラウド４３との接合部での傾斜角が前記主板４１との接合部での傾斜角より大きくなるように形成されており、又、前記後縁側４２ｂにおいては、前記主板４１との接合部より前記羽根４２の中央部での傾斜角が大きくなるように次第に増加する一方、前記シュラウド４３との接合部に向かい次第に減少するように形成されており、前記ターボファンから外周側に送出される空気の流れを極力均一化して騒音の発生を防止するようになっている。
【０００６】
騒音を低下させるには、ターボファンの回動数を低下させるのが最も効果的であるが、、上記構成においても、ターボファンの回動数を低下させると吹出される空気の静圧が低下するとともに風量の低下を招く虞があり、風量の低下を招くことなく騒音を減少できるターボファンが求められていた。又、前記羽根４２の負圧面側の前記後縁側４２ｂ近傍に流れの剥離が発生しやすい傾向があり、送風効率が低下してしまうというような問題があり、これらの改善も求められていた。又、上記した天井埋込形空気調和機においては、ターボファンからは渦巻状の風が送出されるため、フィンと同フィンに配設される伝熱管とからなる前記熱交換器４には、斜め方向から風が吹きつけフィンが振動を起こして騒音が発生するという問題があった。このため、前記熱交換器４のターボファンに対向する部位に、フィンの振動を抑制する導風部材を設ける場合が多く、同導風部材が流路抵抗となって風量の低下を招くというような不具合が発生し、これらの部材を不要とするターボファンが求められていた。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２０６８９２号（６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑み、吹出される空気の静圧を上昇させることにより、風量の低下を招くことなく、発生する騒音の低下をはかれるとともに羽根後縁側で生じる流れの剥離と、逆流現象とを極力抑制して静音で効率的な運転を行うことができ、又、熱交換器に設けられる防音用の導風部材を不要とすることができるターボ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】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するため、回転軸が固定される主板と、同主板に対向配置される円環状のシュラウドと、前縁部が内周側に、後縁部が外周側に夫々位置するように前記主板と前記シュラウド間に配置される、複数の羽根とからなるターボファンにおいて、  前記羽根の前記回転軸に直交する断面が、前記主板と前記シュラウド間で連続的に変化する一方、前記シュラウド近傍の前記後縁部が、負圧面側へ曲がる湾曲状に形成されてなる構成となっている。又、前記羽根の前記主板側に位置する下方部が、回転方向側に傾斜する一方、同傾斜が前記前縁部側から前記後縁部側にかけて連続的に大きくなる構成となっている。又、前記羽根の前縁部が、圧力面側に凸面となるように形成され、前記後縁部が、前記前縁部側に向かい中央部が凹む湾曲状に形成されてなる構成となっている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、羽根の回転軸に直交する断面形状が主板側からシュラウド側に向かい連続的に変化するとともに、前記シュラウド近辺では、後縁部側が負圧面側に向かいより曲率の小さい湾曲状の曲面となっていることにより、吹き出される空気の静圧を上昇させ吹き出される風量を低下させることなく、騒音を減少させることができるようになっている。又、負圧面側を流れる空気が湾曲状の曲面に沿って円滑に流れ、乱流発生による流れの剥離現象を抑制し、流路損失を極力低減し、且つ逆流渦の発生を防いで、送風効率の低下を極力低減することができるようになっている。又、断面形状が連続的に変化することにより、流れの急激な変化を招くことなく、流路損失を低減させて効率的な送風運転を行うことができるようになっている。又、回転軸に平行する断面形状は、下方部が回転方向に向けて傾斜しており、又、同傾斜は、前記前縁部側から前記後縁部側にかけて次第に大きくなる形状となっていることにより、回転方向となる圧力面側での流入空気に対する押出力を上げ、静圧を増加させるようになっている。又、前記後縁部側は、円弧状の凹部として形成されていることにより、同後縁部側周辺に生じ易い逆流渦の発生を低下させることができるようになっている。又、同ターボファンを備えた空気調和機は、導風部材等の設置が不要となりコストの低減とともに、静音な運転を行える空気調和機とすることができるようになっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１（Ａ）は本発明によるターボファンを備えた天井埋込形空気調和機であり、図１（Ｂ）はターボファンの斜視図である。図２（Ａ）はターボファンの上方からの断面図であり、図２（Ｂ）は羽根の斜視図である。図３（Ａ）はターボファンの側面からの要部断面図であり、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）及び図３（Ｄ）は夫々羽根の切断面図である。図４も図３と同様であり、図５（Ａ）は羽根周囲の空気の流れを示す断面図であり、図５（Ｂ）は熱交換器に流入する空気の流れを示す平面図である。
【００１３】
まず、本発明によるターボファンを備えた天井埋込形空気調和機について詳細に説明する。天井埋込形空気調和機は図１で示すように、天井内壁面から複数の吊りボルトにより掛架され、下面が開放された多角形状の筐体１と、同筐体１の開放された下面に装着され、室内の天井下面に密着する化粧パネル２とで外郭筐体を構成している。
【００１４】
前記化粧パネル２の中央開口部には、複数の桟からなる格子状の吸込口を形成するとともに、同吸込口の裏面に不織布等からなるフィルタ２ａを着脱自在に装着した吸込グリルが、一側端を軸支されて開閉自在に備えられ、同吸込グリルの四囲となる前記化粧パネル２の周縁には、風向偏向板を備えた吹出口３が形成されている。前記吸込口と前記吹出口３とを結ぶ空気流路には、本発明によるターボファン５と、同ターボファン５を囲繞するように、並列された多数のフィンと、同フィンに直交するように蛇行状に配設された伝熱管とからなる熱交換器４が配設されており、吸込口から前記ターボファン５により吸込まれた室内の空気は前記熱交換器４に向かい送出されて熱交換された後、前記吹出口３から再び室内に送出されるようになっている。
【００１５】
前記ターボファン５は、図１（Ｂ）で示すように、後述する駆動モータの回転軸が固定される中央部を釣鐘状に膨出させた略円盤状の主板６と、前記吸込グリルに向かい流入口を開口した円環状のシュラウド７と、同シュラウド７と前記主板６との間に配設された複数の羽根８とからなっている。前記筐体１の上面壁に螺子等により固定された駆動モータ９の回転軸９ａが前記主板６の中央部に固定されるようになっており、同駆動モータ９により前記主板６、前記シュラウド７及び前記羽根８が一体となって回転すると、図１（Ａ）の矢印で示すように、前記シュラウド７の流入口から室内の空気が吸引され、続いて前記羽根８の回転に伴い前記熱交換器４に向かい放射状に空気が吐出されるようになっている。
【００１６】
前記ターボファン５の羽根８は、図２（Ａ）の断面図で示すように、後縁部８ｂを前記主板６及び前記シュラウド７の外周縁側に位置させ、前縁部８ａは矢印で示すターボファン５の回転方向に沿って、中心線に対し傾斜するように前記主板６及び前記シュラウド７に接合されており、これにより前記シュラウド７から空気が流入すると、流入された空気は前記羽根８の回転に伴い、外周側に押し出されるように放射状となって送出されるようになっている。又、前記羽根８は、図２（Ｂ）で示すように、前記主板６の接合部から前記シュラウド７の接合部に向かい、回転軸に直交する断面での断面形状が連続的に変化するように形成されており、その設計にあたっては、少なくとも３箇所以上の断面形状が各種のパラメータに対し最適となるように適宜決定されるようになっている。又、前記後縁部８ｂ側は、前記主板６の接合端部材と前記シュラウド７との接合端部との間において、円弧状の凹部となるように形成されている。尚、前記羽根８は前記主板６あるいは前記シュラウド７と一体となって形成することもできる。
【００１７】
図３（Ａ）の要部断面図において、前記羽根８の前記主板６近傍の、回転軸に直交するＡ−Ａ切断面形状は、図３（Ｂ）のＡ−Ａ断面図で示すように、回転方向側となる圧力面側が略平坦状に形成され、反回転方向となる負圧面側が若干円弧状に膨出するように形成されている。又、前記シュラウド７近傍のＢ−Ｂ切断面形状は、図３（Ｃ）のＢ−Ｂ断面図で示すように、圧力面側及び負圧面側とも略平坦状に形成され、後縁部８ｂ側が先端部に向かい肉薄状になるとともに、反回転方向となる負圧面側に向かい若干湾曲状の曲面となっている。又、前記シュラウド７直近となるＣ−Ｃ切断面形状は、図３（Ｄ）のＣ−Ｃ断面図で示すように、全体的に薄肉状となるとともに、後縁部８ｂ側が負圧面側に向かいより曲率の小さい湾曲状の曲面となっている。又、これらの断面形状の変化は滑らかに結合されて連続的となるように形成されている。
【００１８】
図４（Ａ）の要部断面図において、前記羽根８の前縁部８ａ側の、回転軸に平行するＤ−Ｄ切断面形状は、図４（Ｃ）のＤ−Ｄ断面図で示すように、前記主板６の垂直軸に対して、下方部がＸ°（３°〜１０°）回転方向に向けて傾斜しており、上方部は垂直状か、あるいは反回転方向に若干傾斜するようになっている。後縁部８ｂ側のＥ−Ｅ切断面形状は、図４（Ｂ）のＥ−Ｅ断面図で示すように、高さＬに対し、略３／４Ｌとなる前記主板側が、前記Ｘ°より大きいＹ°傾斜しており、残りの前記シュラウド７に連なる上方部は垂直状か、あるいは反回転方向に若干傾斜するようになっている。
【００１９】
次に、動作について説明する。前記シュラウド７から流入してきた空気は、前記羽根８間に流入する際、流れを略直角度偏向される。前記シュラウド７から前記主板６近傍を流れる空気は偏向の曲率が大きいため流速の減少も少なく曲線状に円滑に流れ、所謂流路損失が比較的小さく、又、前記羽根８の表面で乱流を生じ、乱流による流れの剥離現象が生じにくい。これに対し、前記シュラウド７の内壁面近傍を流れる空気は偏向の曲率が小さいため流速の減少が大きく、又、流路損失による流れの乱れが生じて前記羽根８の表面、特に、反回転方向となる負圧面で剥離現象及び反回転方向への逆流渦現象を生じ易い傾向がある。
【００２０】
しかしながら、本願による羽根８は上記したように、断面形状が前記主板６側から前記シュラウド７側に向かい連続的に変化するとともに、前記シュラウド７近辺では、後縁部８ｂ側が負圧面側に向かいより曲率の小さい湾曲状の曲面となっていることにより、図５で示すように、負圧面側を流れる空気が湾曲状の曲面に沿って円滑に流れ、これにより乱流発生による流れの剥離現象を抑制し、剥離現象による流路損失を極力低減し、且つ矢印Ｇで示すような逆流渦の発生を防いで、騒音の発生を防止するとともに、剥離現象や逆流渦の発生による送風効率の低下を極力低減することができるようになっている。又、これらにより、風量の低下を招くことなく、騒音に対して影響の最も多いターボファンの回転数を低く設定できるようにして、発生する騒音を減少させることができるようになっている。又、断面形状が連続的に変化することにより、流れの急激な変化を招くことなく、流路損失を低減させて効率的な送風運転を行うことができるようになっている。
【００２１】
又、前記羽根８の回転軸に平行する断面形状は、上記したように、下方部が回転方向に向けて傾斜しており、上方部は垂直状か、あるいは反回転方向に若干傾斜するようになっており、又、下方部の傾斜は、前記前縁部８ａ側から前記後縁部８ｂ側にかけて次第に大きくなる形状となっていることにより、回転方向となる高圧面側での流入空気に対する押出力を上げ、静圧を上昇させて風量を維持することができるようになっている。又、前記後縁部８ｂ側は、円弧状の凹部として形成されていることにより、同後縁部８ｂ側周辺に生じ易い逆流渦の発生を低下させることができるようになっている。
【００２２】
次に、上記した本願の構成によるターボファンの試験データについて説明する。図６で示す試験データは、従来の構成による従来品１及び従来品２と本願の構成によるターボファンとの同一風量条件下での静圧（Ｐａ）レベルと、騒音（ｄＢ）レベルを示すものであり、グラフでも示すように、従来品１が静圧２８Ｐａで騒音レベルが４４ｄＢ及び従来品２が静圧５０Ｐａで騒音レベルが４１．４ｄＢであるのに対し、本願の構成では同一風量条件下で静圧６２．０７Ｐａまで静圧レベルが上昇するとともに、騒音レベルが４０．６ｄＢまで低下している。これらの結果により従来品に比較して風量を維持しながら騒音レベルを極力低減できるようになっている。
【００２３】
又、天井埋込形空気調和機においては、図５（Ｂ）で示すように、フィン４ａと、これに直交するように配設された伝熱管４ｂとからなる熱交換器４に前記ターボファン５から流入する空気の流入角度αが従来に比較して小さくなるようになっており、これにより前記フィン４ａの振動発生を抑制して、前記熱交換器４に設けられる導風部材等を不要とし、部品点数の低減とともに、送風効率を向上させることができるようになっている。
【００２４】
ターボファンから発生する騒音は、その回転数の六乗に比例するが、上記した、静圧上昇による風量の維持、剥離防止及び逆流渦防止の効果により送風効率を向上させ、これにより回転数を低く設定できることにより、より騒音発生の少ない静音なターボファンとすることができるようになっている。又、同ターボファンを備えた天井埋込形空気調和機は、防音材等の設置が不要となりコストの低減とともに、静音な空気調和機とすることができるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（Ａ）は天井埋込形空気調和機を示す断面図である。  （Ｂ）はターボファンを示す外観斜視図である。
【図２】（Ａ）はターボファンの上方からの断面図である。  （Ｂ）は同ターボファンに備えられた羽根の斜視図である。
【図３】（Ａ）はターボファンの要部断面図である。  （Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は羽根の断面図である。
【図４】（Ａ）はターボファンの要部断面図である。  （Ｂ）、（Ｃ）は羽根の断面図である。
【図５】（Ａ）は羽根の周囲の空気の流れを示す断面図である。  （Ｂ）はターボファンから熱交換器に流入する空気を示す平面図である。
【図６】本願の構成によるターボファンと従来品との比較を示す試験データである。
【図７】（Ａ）は従来のターボファンを示す外観斜視図である。  （Ｂ）は同ターボファンに備えられた羽根を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  筐体
２  化粧パネル
３  吹出口
４  熱交換器
５  ターボファン
６  主板
７  シュラウド
８  羽根
８ａ  前縁部
８ｂ  後縁部
【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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