(57)【要約】【課題】ファン性能を向上させることができる軸流送風機及びこれを備えた空気調和機を提供する。【解決手段】軸流送風機１０は、回転軸Ａの周りに設けられた複数の羽根２１と、複数の羽根２１の外周縁部に沿って複数の羽根２１と一体的に設けられたリング部２２とを有する羽根車２０と、リング部２２の外周を囲むようにリング部２２と所定の隙間をあけて配置され、空気の流路を区画する仕切部３０ａとを備えている。リング部２２の吸込側領域２２ａの内周面２２ｓには、周方向に配列された複数のディンプル２４が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸（Ａ）の周りに設けられた複数の羽根（２１）と、前記複数の羽根（２１）の外周縁部に沿って前記複数の羽根（２１）と一体的に設けられたリング部（２２）とを有する羽根車（２０）と、
前記リング部（２２）の外周を囲むように前記リング部（２２）と所定の隙間をあけて配置され、空気の流路を区画する仕切部（３０ａ）と、を備え、
前記リング部（２２）の吸込側領域（２２ａ）の内周面（２２ｓ）には、周方向に配列された複数のディンプル（２４）が設けられている、軸流送風機。
【請求項２】
前記吸込側領域（２２ａ）は、フレア形状を有している、請求項１に記載の軸流送風機。
【請求項３】
各ディンプル（２４）の直径（Ｄ）は、隣り合うディンプル（２４）間の距離（Ｇ）よりも大きい、請求項１又は２に記載の軸流送風機。
【請求項４】
各ディンプル（２４）は、滑らかに湾曲する凹面形状を有している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸流送風機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の軸流送風機を室外ユニットの送風装置として用いた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、軸流送風機及び空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和機などの用途で軸流送風機が用いられている。軸流送風機は、回転軸の周りに放射状に設けられた複数の羽根を有する羽根車と、空気の流路を区画する仕切部としてのベルマウスと、を備えている。ベルマウスは、羽根車の外周を囲むように配置されている。このような軸流送風機では、羽根の外周付近において空気の渦（翼端渦）が発生することがある。この翼端渦は、大きな圧力損失の要因となり、ファン性能を十分に発揮できないという問題がある。
【０００３】
そこで、複数の羽根の外周縁部に沿って複数の羽根と一体的に設けられた筒状のリング部を有する羽根車を用いることにより、翼端渦の発生を抑制する技術が提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２３６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記のようなリング部を有する羽根車を用いる場合には、リング部とベルマウスとの隙間（チップクリアランス）において空気が逆流する現象が発生する。すなわち、この逆流は、リング部の内側の領域を通過する主流の向きとは反対方向に流れる。このような逆流が生じると、主流は逆流を巻き込みながら羽根車を通過するため、リング部における吸込側領域の先端部では大きな剥離が生じる。特に、半開放型の軸流送風機では、羽根車の外周部の吸込側がベルマウスに囲まれておらず開放されているので、この開放されている領域から羽根車に空気が流入しやすい。したがって、半開放型の軸流送風機では、主流が逆流を巻き込みやすく、その結果、リング部における吸込側領域の先端部において剥離が生じやすい。
【０００６】
また、リング部を有していない羽根車に比べて、リング部を有する羽根車では求心的な流れ（回転軸寄りの流れ）が支配的となるため、吸込側領域の先端部において剥離した流れがリング部の内周面に再付着しにくい。このようにリング部の内周面に再付着していない領域においては、羽根が流体に対して負荷を与えられないので、ファン性能が低下する。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ファン性能を向上させることができる軸流送風機及びこれを備えた空気調和機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明の軸流送風機は、羽根車（２０）と、仕切部（３０ａ）とを備えている。前記羽根車（２０）は、回転軸（Ａ）の周りに設けられた複数の羽根（２１）と、前記複数の羽根（２１）の外周縁部に沿って前記複数の羽根（２１）と一体的に設けられたリング部（２２）とを有している。前記仕切部（３０ａ）は、前記リング部（２２）の外周を囲むように前記リング部（２２）と所定の隙間をあけて配置されている。前記仕切部（３０ａ）は、空気の流路を区画する。前記リング部（２２）の吸込側領域（２２ａ）の内周面（２２ｓ）には、周方向に配列された複数のディンプル（２４）が設けられている。
【０００９】
この構成では、リング部（２２）の吸込側領域（２２ａ）の内周面（２２ｓ）に周方向に配列された複数のディンプル（２４）を設けることによって剥離を抑制し、ファン性能を向上させることができる。すなわち、リング部（２２）の吸込側領域（２２ａ）の先端部において剥離して層流状態で流れる空気を複数のディンプル（２４）によって乱流状態に遷移させることにより、空気の剥離を抑制する。具体的には次の通りである。
【００１０】
複数のディンプル（２４）は、その近傍を流れる空気に乱流を生じさせるので、ディンプル（２４）の近傍を流れる空気と、その周囲の空気との混合が促進される。これにより、リング部（２２）の吸込側領域（２２ａ）の先端部において剥離した空気は、吸込側領域（２２ａ）の内周面（２２ｓ）の近傍に沿って流れやすくなり、吸込側領域（２２ａ）の内周面（２２ｓ）に再付着しやすくなる。よって、羽根車（２０）に吸い込まれる空気の剥離が抑制され、ファン性能を向上させることができる。
【００１１】
（２）前記軸流送風機において、前記吸込側領域（２２ａ）がフレア形状を有している場合には、主流が逆流を巻き込みやすく、リング部における吸込側領域の先端部において剥離がより生じやすくなる。したがって、このようなフレア形状の場合には、吸込側領域（２２ａ）の内周面（２２ｓ）に複数のディンプル（２４）を設けることによる剥離抑制効果がより顕著に得られる。
【００１２】
（３）前記軸流送風機において、複数のディンプル（２４）は、各ディンプル（２４）の直径（Ｄ）が隣り合うディンプル（２４）間の距離（Ｇ）よりも大きいという条件に基づいて配置されているのが好ましい。このように吸込側領域（２２ａ）の内周面（２２ｓ）において、複数のディンプル（２４）が比較的密に配列されることにより、剥離抑制の効果をより高めることができる。
【００１３】
（４）前記軸流送風機において、各ディンプル（２４）は、滑らかに湾曲する凹面形状を有しているのが好ましい。このように複数のディンプル（２４）の形状が凹面形状に揃えられているので、吸込側領域（２２ａ）の内周面（２２ｓ）では周方向においてばらつきの少ない剥離抑制効果を得ることができる。
【００１４】
（５）本発明の空気調和機は、前記軸流送風機を室外ユニットの送風装置として用いたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、リング部の内周面における吸込側領域に、周方向に配列された複数のディンプルが設けられているので、ファン性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る軸流送風機を備えた空気調和機の室外ユニットを示す断面図である。
【図２】前記軸流送風機の羽根車を示す背面図である。
【図３】図２において二点鎖線で囲まれた領域（リング部）を拡大した図である。
【図４】前記羽根車のリング部を拡大した斜視図である。
【図５】（Ａ）は、前記リング部に設けられたディンプルの直径及びディンプル間の距離を説明するための模式図であり、（Ｂ）は、ディンプルの直径及び深さを説明するための模式図である。
【図６】（Ａ）は、前記実施形態に係る軸流送風機における空気の流れを示す模式図であり、（Ｂ）は、ディンプルが設けられていない参考例の軸流送風機における空気の流れを示す模式図である。
【図７】前記実施形態に係る軸流送風機の特性とディンプルが設けられていない軸流送風機の特性とを比較した結果を示すグラフであり、流量係数と静圧係数との関係を示している。
【図８】前記実施形態に係る軸流送風機の特性とディンプルが設けられていない軸流送風機の特性とを比較した結果を示すグラフであり、流量係数と比騒音との関係を示している。
【図９】前記実施形態に係る軸流送風機の特性とディンプルが設けられていない軸流送風機の特性とを比較した結果を示すグラフであり、流量係数と全圧効率との関係を示している。
【図１０】前記リング部の変形例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態に係る軸流送風機１０及びこれを備えた空気調和機の室外ユニット４０について図面を参照して説明する。図１に示すように、室外ユニット４０は、ケーシング４１と、熱交換器４２と、軸流送風機１０とを備えている。ケーシング４１には、空気吸込口４３と空気吹出口４４とが設けられている。熱交換器４２は、上下方向に延びる形状を有しており、ケーシング４１内において空気吸込口４３側に配置されている。空気吹出口４４にはグリル４５が取り付けられている。
【００１８】
軸流送風機１０は、羽根車２０と、ベルマウス３０と、ファンモータ１１とを備えている。軸流送風機１０は、半開放型の軸流送風機である。すなわち、軸流送風機１０では、ベルマウス３０は、羽根車２０の外周部における吹出側（図１における左側）の周りを囲んでおり、羽根車２０の外周部における吸込側（図１における右側）は、ベルマウス３０に囲まれておらず、開放されている。
【００１９】
ファンモータ１１は、グリル４５に取り付けられている。ファンモータ１１は、回転軸Ａを中心に回転するシャフト１２を有している。
【００２０】
図１及び図２に示すように、羽根車２０は、シャフト１２に固定されたハブ２３と、ハブ２３の外周面から半径方向外側に放射状に延びる複数の羽根２１と、複数の羽根２１の外周縁部２１ａに沿って複数の羽根２１と一体的に設けられたリング部２２とを有している。
【００２１】
リング部２２は、吸込側領域に位置する吸込部２２ａと、吹出側領域に位置する吹出部２２ｂとを有している。吹出部２２ｂは、内径が一定の筒形状を有しており、後述するベルマウス３０の仕切部３０ａの内周面に対して半径方向に対向している。吹出部２２ｂの内周面は、各羽根２１の外周縁部２１ａに接続されている。吹出部２２ｂの端部の開口から空気が吹き出される。
【００２２】
吸込部２２ａは、吹出部２２ｂから気流の上流側に延びる部位であり、気流の上流側に向かうにつれて拡径するフレア形状を有している。吸込部２２ａの周囲は、ベルマウス３０には囲まれていない。吸込部２２ａの内周面は、各羽根２１の外周縁部２１ａから離隔している。
【００２３】
ベルマウス３０は、ケーシング４１の前板４１ａに取り付けられている。ベルマウス３０は、グリル４５、ファンモータ１１及び羽根車２０と一体化（モジュール化）された後、前板４１ａに取り付けられる。
【００２４】
ベルマウス３０は、前板４１ａと平行に延びる平板部３０ｂと、円形の空気吹出口４４を区画する仕切部３０ａとを有している。仕切部３０ａは、リング部２２の外周を囲むようにリング部２２と所定の隙間をあけて配置されている。仕切部３０ａにおける空気の流れの上流側の部位は、内周面の内径がほぼ一定の筒形状を有しており、仕切部３０ａにおける空気の流れの下流側の部位は、下流側に向かうにつれて内周面の内径が大きくなるフレア形状を有している。
【００２５】
このような軸流送風機１０では、ファンモータ１１により羽根車２０が回転すると、空気吸込口４３からケーシング４１内に外部の空気が吸い込まれる。吸い込まれた空気は、熱交換器４２において冷媒と熱交換した後、図１において二点鎖線の矢印の方向に進み、空気吹出口４４を通じてケーシング４１の外部に吹き出される。
【００２６】
次に、リング部２２の構成について詳しく説明する。リング部２２の吸込部２２ａの内周面２２ｓには、複数のディンプル２４が設けられている。複数のディンプル２４は、吹出部２２ｂには設けられていない。複数のディンプル２４は、フレア形状の内周面２２ｓのほぼ全域に形成されている。複数のディンプル２４は、周方向に配列されているとともに、空気の流れ方向にも配列されている。
【００２７】
図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、各ディンプル２４は、滑らかに湾曲する凹面形状（球面の一部のような凹面形状）を有している。各ディンプル２４の開口部の形状はほぼ円形である。各ディンプル２４の開口部における直径Ｄは、隣り合うディンプル間の距離Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３よりも大きい。各ディンプル２４の直径Ｄは、深さＨよりも大きい（Ｈ／Ｄ＜１）。本実施形態では、全てのディンプル２４の直径Ｄは同じ寸法であり、全てのディンプル２４の深さＨは同じ寸法である。
【００２８】
複数のディンプル２４をリング部２２の内周面２２ｓに配置する方法の一例について説明する。以下では、図３に示すように、内周面２２ｓにおいて、ディンプル２４を周方向の全周にわたって規則的に点在させた環状の並びＬが、空気の流れ方向に複数段設けられている（並びＬ１，Ｌ２，Ｌ３・・・）場合を例に挙げて説明する。また、層流から乱流へと流れの状態が遷移するときの臨界レイノルズ数Ｒｅを５０００とし、各ディンプル２４の深さＨと直径Ｄとの比（Ｈ／Ｄ）を０．２とし、各ディンプル２４の直径Ｄをファン径の１００分の１とする。
【００２９】
まず、並びＬ１の配置を決める際には、リング部２２の吸込部２２ａの内周面２２ｓにおいて、回転軸Ａに直交する方向に平行な断面が設定される。ついで、この断面において回転軸Ａを中心とする同心円上（内周面２２ｓを通る円上）に例えば２°間隔でディンプル２４の位置が決められる。
【００３０】
次に、並びＬ２の配置を決める際には、並びＬ１よりも空気の流れの下流側（吹出側）にずれた位置に、上記とは別の断面が設定される。この断面において、並びＬ１と同様にして、回転軸Ａを中心とする同心円上（内周面２２ｓを通る円上）に２°間隔でディンプル２４の位置が決められる。このとき、図３に示すように、並びＬ２の各ディンプル２４は、並びＬ１のディンプル２４に対して周方向に１°ずれた位置に配置される。以下、同様にして並びＬ３以降の並びＬが決められる。なお、複数のディンプル２４の配置方法は上記した方法に限定されず、他の方法を採用することもできる。
【００３１】
図６（Ａ）は、本実施形態に係る軸流送風機１０における空気の流れを示す模式図であり、図６（Ｂ）は、ディンプルが設けられていない軸流送風機における空気の流れを示す模式図である。図６（Ｂ）に示す参考例の軸流送風機は、リング部にディンプルが設けられていないことを除いて、本実施形態に係る軸流送風機１０と同様の構成を備えている。
【００３２】
図６（Ａ）に示す軸流送風機１０及び図６（Ｂ）に示す参考例の軸流送風機では、リング部２２とベルマウス３０の仕切部３０ａとの隙間（チップクリアランス）において空気が逆流する現象が発生する。この逆流ＢＦは、リング部２２の内側を通過する主流ＭＦの向きとは反対方向に流れる。
【００３３】
図６（Ｂ）に示す参考例の軸流送風機では、上記のような逆流ＢＦが生じると、主流ＭＦが逆流ＢＦを巻き込みながら羽根車２０を通過するため、リング部２２における吸込部２２ａの先端部及びその近傍では大きな剥離Ｓ２が生じる。また、この軸流送風機は、半開放型であるので、主流ＭＦが逆流ＢＦを巻き込みやすく、リング部２２における吸込部の先端部において剥離が生じやすい。しかも、リング部２２を有する羽根車２０では回転軸Ａ寄りの流れが支配的となるため、吸込部の内周面において剥離した流れは、リング部２２の内周面に再付着しにくい。
【００３４】
一方、図６（Ａ）に示す本実施形態に係る軸流送風機１０では、リング部２２の内周面２２ｓに周方向に配列された凹面状の複数のディンプル２４が設けられている。これらのディンプル２４は、その近傍を流れる空気に乱流を生じさせるので、ディンプル２４の近傍を流れる空気と、その周囲の空気との混合が促進される。これにより、リング部２２の吸込部２２ａの先端部において剥離した空気は、吸込部２２ａの内周面２２ｓの近傍に沿って流れやすくなり、吸込部２２ａの内周面２２ｓに再付着しやすくなる。よって、羽根車２０に吸い込まれる空気の剥離が抑制され、ファン性能を向上させることができる。
【００３５】
図７〜図９は、本実施形態に係る図６（Ａ）に示す軸流送風機１０の特性と、ディンプルが設けられていない図６（Ｂ）に示す参考例の軸流送風機の特性とを比較した結果を示すグラフである。図７のグラフでは、横軸が流量係数を示し、縦軸が静圧係数を示している。図８のグラフでは、横軸が流量係数を示し、縦軸が比騒音を示している。図９のグラフでは、横軸が流量係数を示し、縦軸が全圧効率を示している。
【００３６】
図７からわかるように、ディンプル２４を有する本実施形態の軸流送風機１０では、ディンプルを有していない参考例の軸流送風機に比べて、全体的に静圧係数が高いことがわかる。特に、流量が大きい領域（図７のグラフの右側の領域）においては、静圧係数の差がより大きくなっており、ディンプル２４の効果がより顕著に表れている。
【００３７】
また、図８からわかるように、本実施形態の軸流送風機１０では、参考例の軸流送風機に比べて、全体的に比騒音が低いことがわかる。特に、流量が大きい領域（図８のグラフの右側の領域）においては、比騒音の低下度合いがより大きくなっており、ディンプル２４の効果がより顕著に表れている。
【００３８】
また、図９からわかるように、本実施形態の軸流送風機１０では、参考例の軸流送風機に比べて、全体的に全圧効率が高いことがわかる。特に、流量が大きい領域（図９のグラフの右側の領域）においては、全圧効率の差がより大きくなっており、ディンプル２４の効果がより顕著に表れている。
【００３９】
なお、上記グラフのデータに関する用語の定義は次の通りである。
【００４０】
流量係数Φ＝（Ｑ／６０）／（Ａ・Ｕｔ）
静圧係数ψ＝Ｐｓ／｛（γ／２ｇ）・Ｕｔ２｝
全圧係数ηｔ＝｛Ｑ（Ｐｓ＋Ｐｔ）｝／６１２０・Ｌ
比騒音ＫＳＡ［ｄＢ］＝ＳＰＬＡ−１０ｌｏｇ１０｛（Ｑ・Ｐｓ）／６０｝２．５
軸動力Ｌ［ｋＷ］＝（Ｔ・Ｎ）／９７４
Ｑ：風量(ｍ３／ｍｉｎ)
Ａ：環状流路面積(ｍ２)
Ｕｔ：羽根先端周速度(ｍ／ｓ)
γ：空気の比重量(ｋｇｆ／ｍ３)
Ｐｓ：静圧(ｍｍＡｑ)
Ｐｔ：全圧(ｍｍＡｑ)
ＳＰＬＡ：騒音レベル(ｄＢ)  
Ｔ：トルク(ｋｇｆ・ｍ)
Ｎ：ファン回転数(ｒｐｍ)
ｇ：重力加速度
【００４１】
以上説明したように、本実施形態では、リング部２２における吸込側の領域に位置する吸込部２２ａの内周面２２ｓに周方向に配列された複数のディンプル２４を設けることによって剥離を抑制し、ファン性能を向上させることができる。すなわち、リング部２２の吸込部２２ａの先端部において剥離して層流状態で流れる空気を複数のディンプル２４によって乱流状態に遷移させることにより、空気の剥離を抑制する。具体的には次の通りである。
【００４２】
複数のディンプル２４は、その近傍を流れる空気に乱流を生じさせるので、ディンプル２４の近傍を流れる空気と、その周囲の空気との混合が促進される。これにより、リング部２２の吸込部２２ａの先端部において剥離した空気は、吸込部２２ａの内周面２２ｓの近傍に沿って流れやすくなり、吸込部２２ａの内周面２２ｓに再付着しやすくなる。よって、羽根車２０に吸い込まれる空気の剥離が抑制され、ファン性能を向上させることができる。
【００４３】
本実施形態では、複数のディンプル２４は、各ディンプル２４の直径Ｄが隣り合うディンプル２４間の距離Ｇよりも大きいという条件に基づいて配置されている。このように吸込部２２ａの内周面２２ｓにおいて、複数のディンプル２４が比較的密に配列されることにより、剥離抑制の効果をより高めることができる。
【００４４】
本実施形態では、各ディンプル２４は、滑らかに湾曲する凹面形状を有している。このように複数のディンプル２４の形状が凹面形状に揃えられているので、吸込部２２ａの内周面２２ｓでは周方向においてばらつきの少ない剥離抑制効果を得ることができる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記各実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。
【００４６】
例えば、前記実施形態では、ディンプル２４がリング部２２の吸込部２２ａの内周面２２ｓに設けられ、吹出部２２ｂには設けられていない場合を例示したが、これに限定されない。例えば図１０に示すように、ディンプル２４は、吸込部２２ａの内周面２２ｓだけでなく、吹出部２２ｂの内周面にも設けることができる。これにより、吹出部２２ｂの内周面においても剥離が抑制される。
【００４７】
前記実施形態では、複数のディンプル２４の直径Ｄ及び深さＨは同じ寸法に設定されている場合を例示したが、これに限定されない。例えば、空気の流れの下流側（吹出側）に向かうにつれてディンプル２４の直径Ｄが次第に大きくなる領域又は次第に小さくなる領域が設けられていてもよい。同様に、空気の流れの下流側に向かうにつれてディンプル２４の深さＨが次第に大きくなる領域又は次第に小さくなる領域が設けられていてもよい。
【００４８】
前記実施形態では、各ディンプル２４の直径Ｄが隣り合うディンプル２４間の距離Ｇよりも大きい場合を例示したが、これに限定されない。
【００４９】
前記実施形態では、各ディンプル２４が滑らかに湾曲する凹面形状（球面の一部のような凹面形状）を有している場合を例示したが、これに限定されない。例えば、各ディンプル２４は、多面体の一部のような凹形状であってもよい。
【００５０】
前記実施形態では、軸流送風機１０が半開放型である場合を例示したが、これに限定されない。
【００５１】
前記実施形態では、本発明の軸流送風機を空気調和機に適用した例について説明したが、本発明は、冷蔵機、冷凍機、ヒートポンプ給湯器などのような空気調和機以外の冷凍装置や、換気装置などにも適用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  軸流送風機
２０  羽根車
２１  羽根
２２  リング部
２２ａ  吸込部
２２ｂ  吹出部
２３  ハブ
２４  ディンプル
３０  ベルマウス
３０ａ  仕切部
Ｄ  ディンプルの直径
Ｇ（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）  隣り合うディンプル間の距離
Ｈ  ディンプルの深さ
【図１】
2013053533.tif 000003
【図２】
2013053533.tif 000004
【図３】
2013053533.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013053533.tif 000007
【図６】
2013053533.tif 000008
【図７】
2013053533.tif 000009
【図８】
2013053533.tif 000010
【図９】
2013053533.tif 000011
【図１０】
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