(57)【要約】【課題】ブレードの負圧面側の気流の剥離による送風騒音を低減するとともに、ファン動力の増加を抑制することのできる遠心ファンを提供する。【解決手段】中心を回転中心とする主板１２と、主板１２と対向して配置されたシュラウド１４と、主板１２とシュラウド１４との間に放射状に配設した複数のブレード１３と、を備えてなる遠心ファンにおいて、ブレード１３は、回転方向に対して前面となる正圧面１３ａと、回転方向に対して後面となる負圧面１３ｂとから形成され、負圧面１３ｂは前縁側から延びる第１曲面１３ｃと、負圧面１３ｂの後縁側に、第１曲面１３ｃとは異なる不連続な第２曲面１３ｄと、第１曲面１３ｃと第２曲面１３ｄとの境界に形成される段差部１３ｅとを備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心を回転中心とする主板と、前記主板と対向して配置されたシュラウドと、前記主板と前記シュラウドとの間に放射状に配設した複数のブレードと、を備えてなる遠心ファンにおいて、
前記ブレードは、回転方向に対して前面となる正圧面と、回転方向に対して後面となる負圧面とから形成され、
前記負圧面は前縁側から延びる第１曲面と、前記負圧面の後縁側に、前記第１曲面とは異なる不連続な第２曲面と、前記第１曲面と前記第２曲面との境界に形成される段差部とを備えていることを特徴とする遠心ファン。
【請求項２】
前記段差部は、前記負圧面に複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載の遠心ファン。
【請求項３】
前記段差部は、前記シュラウドの側から前記主板の側に向かう中途部まで形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の遠心ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に低騒音化に優れた遠心ファンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、天井吊下型や天井埋込型の空気調和装置においては、遠心ファンが多く用いられている。
一般に、この種の遠心ファンは、主板と、主板の外周に放射状に配設された複数のブレードと、主板の反対側に配置されブレードの相互間を結合するシュラウドとで構成され、モータで回転駆動されるものである。
このような遠心ファンにおいては、ブレードとシュラウドとの結合部の付近で、ブレードの負圧面に気流の剥離が発生するため騒音が大きくなるという問題があった。
【０００３】
このような問題を解決する技術として、従来、例えば、ブレードを前縁側が最大肉厚を有する翼形状に形成するとともに、ブレードの外周部の負圧面に略半翼形状の突起を形成し、この突起を、突起の断面において最大翼厚点が突起の中央より後縁側に近い位置に配置するとともに、シュラウドの側からハブの側の方向に形成するようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４８７３８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の技術においては、ブレードの負圧面側の出口幅が正圧面側の出口幅と同じ場合に比べて、遠心ファンの吹出部の開口面積が狭くなるので、同一風量を送風する場合に遠心ファンの回転数を上げることとなり、ファン動力の増加によってシステム性能が悪化するという問題を有している。
本発明は、前記した点に鑑みてなされたものであり、ブレードの負圧面側の気流の剥離による送風騒音を低減するとともに、ファン動力の増加を抑制することのできる遠心ファンを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明は、中心を回転中心とする主板と、前記主板と対向して配置されたシュラウドと、前記主板と前記シュラウドとの間に放射状に配設した複数のブレードと、を備えてなる遠心ファンにおいて、前記ブレードは、回転方向に対して前面となる正圧面と、回転方向に対して後面となる負圧面とから形成され、前記負圧面は前縁側から延びる第１曲面と、前記負圧面の後縁側に、前記第１曲面とは異なる不連続な第２曲面と、前記第１曲面と前記第２曲面との境界に形成される段差部とを備えていることを特徴とする。
この構成によれば、気流が段差部を通過する際に、負圧を発生させて、ブレードの負圧面に再付着することで、気流の剥離を抑制することができ、遠心ファン出口の開口面積が狭くなることなく、気流の剥離による送風騒音を低減することができる。
【０００７】
また、前記構成において、前記段差部は、前記負圧面に複数形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、空調負荷が低く、ファンの回転速度が遅くて気流の速度が遅い場合でも、遠心ファン出口の開口面積が狭くなることなく、気流の剥離による送風騒音を低減することができる。
【０００８】
また、前記構成において、前記段差部は、前記シュラウドの側から前記主板の側に向かう中途部まで形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、空調負荷が高く、ファンの回転速度が速くて気流の速度が速い場合でも、遠心ファン出口の開口面積が狭くなることなく、気流の剥離による送風騒音をより低減することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、気流の剥離を抑制することができ、遠心ファン出口の開口面積が狭くなることなく、気流の剥離による送風騒音を低減することができるので、ブレードの負圧面側の気流の剥離による送風騒音を低減しつつ、ファン動力を増加させない遠心ファンを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態における遠心ファンを搭載した空気調和装置を示す断面図である。
【図２】第１実施形態における遠心ファンを示す斜視図である。
【図３】第１実施形態における遠心ファンのブレードを示す断面図である。
【図４】第１実施形態におけるオリフィスおよび遠心ファン内を通過する気流の流れを示す説明図である。
【図５】本発明の遠心ファンと従来の遠心ファンとの風量と騒音との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態における遠心ファンのブレードを示す断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態におけるオリフィスおよび遠心ファンを示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、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。なお、この実施形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態における遠心ファンを搭載した空気調和装置を示す断面図である。
図１に示すように、空気調和装置１は、天井５０に形成された凹部５１に埋め込まれ、凹部５１の上面である取り付け壁５２に、ボルト５３およびナット５４によって、吊り下げられている。
【００１３】
空気調和装置１は、一面が開口した直方体の筐体２と、筐体２の上面３に固定されたモータ取り付け用部材４と、モータ取り付け用部材４に取り付けられたモータ５と、モータ５の回転軸に取り付けられた遠心ファン６と、筐体２の開口部中央にグリル７ａおよびフィルター７ｂから構成されている空気の吸込口７と、吸込口７の周囲に形成された吹出口８と、吹出口８から流出する気流の方向を変更するためのフラップ９と、吸込口７から吸い込まれた空気を遠心ファン６に導くため、略ラッパ状に除々に縮径するオリフィス１０と、遠心ファン６の周囲に配設された、熱交換器１１とを備えている。
【００１４】
図２は本発明の第１実施形態における遠心ファン６を示す斜視図である。
図２に示すように、遠心ファン６は、主板１２と、主板１２の外周付近に放射状に配設された複数のブレード１３と、主板１２の反対側に配置されブレード１３の相互間を結合するシュラウド１４と、から構成されている。
主板１２は、外周の平坦部１２ａと、中央のすり鉢上に盛り上がった第１凸部１２ｂと、第１凸部１２ｂの上部を覆うように形成された第２凸部１２ｃと、から構成されている。
【００１５】
第１凸部１２ｂの内側は空洞になっており、第１凸部１２ｂの内側には、モータ５が配設されている。第１凸部１２ｂの上部には、モータ５の冷却に必要な気流が流れるように、複数の孔１２ｄが形成されている。また、第２凸部１２ｃの略中心には、モータ５の回転軸が固定されるボス１２ｅが形成されている。
【００１６】
シュラウド１４は、シュラウド端縁１４ａとシュラウド外形１４ｂと、シュラウド端縁１４ａとシュラウド外形１４ｂとをつなぐシュラウド曲面１４ｃと、から構成されている。シュラウド端縁１４ａの内径は、オリフィス１０の最も内径の小さい端縁より大きく、遠心ファン６はシュラウド端縁１４ａが、オリフィス１０にオーバーラップするよう配設されている。
【００１７】
次に、ブレード１３の形状について説明する。
図３は本発明の第１実施形態における遠心ファン６のブレード１３を示す断面図である。
図３に示すように、ブレード１３は、遠心ファン６の回転方向に対して前面となる正圧面１３ａと、回転方向に対して後面となる負圧面１３ｂとから形成されている。負圧面１３ｂは、遠心ファン６の中心に近い前縁側から延びる第１曲面１３ｃと、第１曲面１３ｃとは異なる曲面で、遠心ファン６の外周に近い後縁側の第２曲面１３ｄと、第１曲面１３ｃと第２曲面１３ｄとの境界部分に形成された段差部１３ｅと、を備えている。
【００１８】
仮想線１５は、従来の遠心ファンのブレード位置であり、各ブレード１３の間の距離が狭くならないように、第２曲面１３ｄは、従来の遠心ファンのブレード位置よりも内側に凹む形で形成される。
また、ブレード１３は軽量化のため中空で構成されている。段差部１３ｅの位置は、負圧面１３ｂの壁近傍を流れる気流が失速して剥離する点（剥離点）の直前がよく、段差部１３ｅの高さｈ１を代表長さとしたレイノルズ数で６０００程度（一般的な空気調和装置１の遠心ファン６の気流の速度程度）では、剥離点から４ｈ１から６ｈ１手前が望ましい。また、高さｈ１は１ｍｍから２ｍｍ程度が望ましい。
【００１９】
次に、本実施形態における遠心ファンの作用について説明する。
まず、空気調和装置１の動作について説明する。
図１において、遠心ファン６がＣ方向に回転すると、気流Ｗ１はグリル７ａおよびフィルター７ｂから空気調和装置１に流入し、オリフィス１０で整流されて遠心ファン６に導かれる。そして、遠心ファン６の外周より放射状に吹き出されて、熱交換器１１を通過する際に所定の温度に冷却または加熱され、吹出口８からフラップ９によって所定の方向に向けられて流出される。
【００２０】
気流Ｗ１の一部は、熱交換器１１を通過せずに、モータ５の熱を奪う冷却気流Ｗ２と、オリフィス１０の外周からショートサーキットして再び遠心ファン６に流入する循環気流Ｗ３となって、遠心ファン６内で気流Ｗ１と合流する。
【００２１】
次に、遠心ファン６内を通過する気流Ｗ１の流れについて説明する。
図４は、オリフィス１０および遠心ファン６内を通過する気流Ｗ１の流れを示す説明図である。
図４に示すように、気流Ｗ１はシュラウド１４に近い気流Ｗ１ａと、シュラウド１４と主板１２との略中央を通る気流Ｗ１ｂと、主板１２に近い気流Ｗ１ｃとがあり、気流の速度はＷ１ａ＜Ｗ１ｂ＜Ｗ１ｃとなっている。
また、図３に示すように、負圧面１３ｂでは、遠心ファン６がＢ方向に回転することから気流Ｗ１が離れようとするために、正圧面１３ａを流れる気流Ｗ１に比べて剥離が起こりやすい。特に、負圧面１３ｂの後縁側では、気流Ｗ１の境界層が発達することによる壁面近傍での失速が起こりやすくなる。
【００２２】
本実施形態においては、負圧面１３ｂの後縁側に段差部１３ｅを設けることで、気流Ｗ１の境界層が発達する前に剥離するとともに、段差部１３ｅ近傍で循環渦が発生することによって負圧を発生し、段差部１３ｅで剥離した気流Ｗ１を第２曲面１３ｄに再付着させるよう気流Ｗ１を誘引することが可能となる。
これにより、負圧面１３ｂでの気流Ｗ１の境界層の発達を防止することとなり、剥離を抑制することとなる。よって、遠心ファン出口の開口面積が狭くなることなく、気流の剥離による送風騒音を低減することができる。
【００２３】
図５は、本発明の段差部を設けた遠心ファンと、従来の段差部を設けない遠心ファンとをそれぞれ動作させた場合における風量と騒音との関係を示すグラフである。
図５示すように、同じ風量で動作させた場合、本発明の遠心ファンは、従来の遠心ファンに比べて、騒音を低減させることができることがわかる。
【００２４】
以上述べたように、本実施形態においては、負圧面１３ｂの後縁側に段差部１３ｅを設けるようにしたので、負圧面１３ｂでの気流Ｗ１の境界層の発達を防止することができ、剥離を抑制することができる。そのため、遠心ファン６の出口の開口面積が狭くなることなく、気流の剥離による送風騒音を低減することができる。
その結果、ブレード１３の負圧面１３ｂ側の気流の剥離による送風騒音を低減しつつ、ファン動力を増加させない遠心ファン６を提供できる。
【００２５】
なお、本実施形態においては、段差部１３ｅの高さｈ１を一定にしているが、気流Ｗ１の速度によって高さｈ１を変える（例えば、速度が速いほど高さｈ１を低くする）ようにしてもよい。このように構成することで、より剥離を抑制することができ、ブレード１３の負圧面１３ｂ側の気流の剥離による送風騒音を低減しつつ、ファン動力を増加させない遠心ファン６を提供できる。
【００２６】
また、本実施形態においては、負圧面１３ｂの最後縁からの段差部１３ｅの位置を一定にしているが、気流Ｗ１の速度によって位置を変える（例えば、速度が速いほど後縁側にする）ようにしてもよい。このように構成することで、さらに剥離を抑制することとなり、ブレード１３の負圧面１３ｂ側の気流の剥離による送風騒音を低減しつつ、ファン動力を増加させない遠心ファン６を提供できる。
【００２７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図６は、本発明の第２実施形態における遠心ファン６のブレード１３を示す断面図である。なお、前記第１実施形態と同一部分または相当する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２８】
図６に示すように、負圧面１３ｂは、第１曲面１３ｃと、第２曲面１３ｄと、第１曲面１３ｃと第２曲面１３ｄとの境界部分に形成された第１段差部１３ｇと、第１曲面１３ｃおよび第２曲面１３ｃとは異なる曲面で、第２曲面１３ｃよりも遠心ファン６の外周に近い後縁側の第３曲面１３ｆと、第２曲面１３ｄと第２曲面１３ｆとの境界部分に形成された第２段差部１３ｈとを備えている。
【００２９】
第１段差部１３ｇと第２段差部１３ｈとの位置は、負圧面１３ｂの壁近傍を流れる気流が失速して剥離する点（剥離点）の直前がよく、第１段差部１３ｇと第２段差部１３ｈの高さｈ２、ｈ３を代表長さとしたレイノルズ数で６０００程度（一般的な空気調和装置１の遠心ファン６の流速程度）では、剥離点から４ｈ２から６ｈ２および４ｈ３から６ｈ３手前が望ましい。また、高さｈ２およびｈ３はいずれも１ｍｍから２ｍｍ程度が望ましく、高さｈ２およびｈ３は必ずしも同じ高さでなくてもよい。
【００３０】
次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態においては、図５に示すように、負圧面１３ｂでは、遠心ファン６がＢ方向に回転することから気流Ｗ１が離れようとするために、正圧面１３ａを流れる気流Ｗ１に比べて剥離が起こりやすい。特に、負圧面１３ｂの後縁側で気流Ｗ１の境界層が発達することによる壁面近傍での失速が起こりやすくなる。さらに、遠心ファン６の回転が遅く、気流の速度が比較的遅い場合には、気流の剥離点が前縁側で起こりやすくなる。
【００３１】
そのため、負圧面１３ｂの後縁側に第２段差部１３ｈを設けることで、第２曲面１３ｄで再び気流Ｗ１の境界層が発達する前に剥離するとともに、第２段差部１３ｈ近傍で循環渦が発生することによって負圧を発生し、第２段差部１３ｈで剥離した気流Ｗ１を第３曲面１３ｆに再付着させるよう気流Ｗ１を誘引することになる。
これにより、負圧面１３ｂでの気流Ｗ１の境界層の発達を防止することとなり、剥離を抑制することとなる。よって、遠心ファン出口の開口面積が狭くなることなく、気流の剥離による送風騒音を低減することができる。
【００３２】
以上述べたように、本実施形態においては、負圧面１３ｂの後縁側に第１段差部１３ｇおよび第２段差部１３ｈを設けることにより、遠心ファン６の回転が遅く、気流の速度が比較的遅い場合でも、負圧面１３ｂでの気流Ｗ１の境界層の発達を防止することとなり、剥離を抑制することができる。そのため、空調負荷が低く、ファンの回転速度が遅くて気流の搬送速度が遅い場合でも、遠心ファン６出口の開口面積が狭くなることなく、気流の剥離による送風騒音を低減することができる。
【００３３】
その結果、空調負荷が低く、ファンの回転速度が遅くて気流の速度が遅い場合でも、ブレード１３の負圧面１３ｂ側の気流の剥離による送風騒音を低減しつつ、ファン動力を増加させない遠心ファン６を提供できる。
【００３４】
また、本実施形態においては、第１段差部１３ｇおよび第２段差部１３ｈの二段構成としているが、気流の速度がさらに遅く、負圧面１３ｂの最後縁で気流の剥離がある場合には、より段差部を増やして多段階構成とすることで、さらに剥離を抑制することができ、ブレード１３の負圧面１３ｂ側の気流の剥離による送風騒音を低減しつつ、ファン動力を増加させない遠心ファン６を提供できる。
【００３５】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図７は、本発明の第３実施形態における遠心ファン６を示す部分断面図である。なお、前記第１実施形態および第２実施形態と同一部分または相当する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
図７に示すように、段差部１３ｅは、ブレードの高さ方向において、シュラウド１４の側から主板１２の側に向かう中途部まで設けられている。
【００３６】
本実施形態においても、前記各実施形態と同様に、図７において、負圧面１３ｂでは、気流Ｗ１が離れようとするために、正圧面１３ａを流れる気流Ｗ１に比べて剥離が起こりやすい。
特に、負圧面１３ｂの後縁側では、気流Ｗ１の境界層が発達することによる壁面近傍での失速が起こりやすくなる。さらに、シュラウド曲面１４ｃで気流方向の変化が大きく剥離が起こりやすい。反対に、主板１２の側は気流が流入するシュラウド端縁１４ａの側から比較的距離があり、第１凸部１２ｂから平坦部１２ａへの傾斜もシュラウド側面１４ｃの曲面と比べて緩やかであることから、気流の剥離が起こりにくい。さらに、遠心ファン６の回転が速く、気流の速度が比較的速い場合には、気流の剥離点が後縁側で起こりやすくなるとともに、剥離も起こりにくくなる。
【００３７】
本実施形態においては、段差部１３ｅをシュラウド１４の側から主板１２の側に向かう中途部まで設けることで、気流の剥離が起こりやすいシュラウド１４に近い気流Ｗ１ａは、負圧面１３ｂで境界層が発達する前に剥離するとともに、段差部１３ｅ近傍で循環渦が発生することによって負圧を発生させる。これにより、段差部１３ｅで剥離した気流Ｗ１ａを第２曲面１３ｄに再付着させるよう気流Ｗ１ａを誘引するとともに、気流の比較的速い主板１２に近い気流Ｗ１ｃは、剥離が起こりにくいことから、段差部１３ｅでの剥離によって逆に気流を乱さないようにすることになる。
その結果、空調負荷が高く、ファンの回転速度が速くて気流の速度が速い場合でも、遠心ファン出口の開口面積が狭くなることなく、気流の剥離による送風騒音をより低減することができる。
【００３８】
以上述べたように、本実施形態においては、段差部１３ｅはシュラウド１４の側から主板１２の側に向かって途中まで設けるようにしたので、遠心ファン６の回転が速く、気流の速度が比較的速い場合でも、負圧面１３ｂでの気流Ｗ１の境界層の発達を防止することとなり、剥離を抑制することができる。これにより、空調負荷が低く、ファンの回転速度が遅くて気流の速度が遅い場合でも、遠心ファン６出口の開口面積が狭くなることなく、気流の剥離による送風騒音を低減することができる。
【００３９】
その結果、空調負荷が高く、ファンの回転速度が速くて気流の速度が速い場合でも、ブレード１３の負圧面１３ｂ側の気流の剥離による送風騒音を低減しつつ、ファン動力を増加させない遠心ファン６を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明に係る遠心ファンは、ブレードの負圧面側の気流の剥離による送風騒音を低減しつつ、ファン動力を増加させないもので、天井吊下型や天井埋込型の空気調和機や各種の換気装置などの用途に適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１２  主板
１３  ブレード
１３ａ  正圧面
１３ｂ  負圧面
１３ｃ  第１曲面
１３ｄ  第２曲面
１３ｅ  段差部
１３ｆ  第３曲面
１３ｇ  第１段差部
１３ｈ  第２段差部
１４  シュラウド
【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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