送風機及びその送風機を備えた空気調和機
【課題】従来の送風機において、ファンが一回転する間に流入と流出の２つの流れがブレードに起こるため、流入に適したブレード形状を取ると流路幅が狭くなり損失が増大し、流出に適したブレード形状を取ると翼表面からの流れのはく離が生じて騒音が増大する。
【解決手段】この発明に係る送風機は、複数の翼からなるファンを有する送風機において、前記複数の翼は、前記ファンの回転軸から等距離に配置され、前記回転軸を中心とする同心円が隣接翼で区切られた場合の円弧長の最小値が、前記複数の翼のそれぞれの翼間で略等しく、前記ファンの回転面での断面における最大肉厚位置が前記複数の翼の中心位置を通る同心円周上またはその中心側に配置されると共に、前記最大肉厚位置が前記複数の翼の隣接翼毎に異なることを特徴としている。
【解決手段】この発明に係る送風機は、複数の翼からなるファンを有する送風機において、前記複数の翼は、前記ファンの回転軸から等距離に配置され、前記回転軸を中心とする同心円が隣接翼で区切られた場合の円弧長の最小値が、前記複数の翼のそれぞれの翼間で略等しく、前記ファンの回転面での断面における最大肉厚位置が前記複数の翼の中心位置を通る同心円周上またはその中心側に配置されると共に、前記最大肉厚位置が前記複数の翼の隣接翼毎に異なることを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送風機及び該送風機を具備した空気調和機に関し、詳しくは筐体及び該筐体に内包されたファン（クロスフローファンを含む。以下ファンとのみ記載）の翼（ブレード、以下ブレードと記載する場合もある）の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に貫流型送風機は空気調和機の送風機構としてよく用いられ、筐体と、筐体に内包されたファンと、ファンに隣接して背面側に設けた気流を導くケーシングとファンに隣接して前面側に設けた循環渦を定在化するスタビライザとで構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような空気調和機の送風機構として用いられるときは、その筐体は略直方体であることが多く、筐体を支持するための複数の剛性面と、空気の吹出口（以下、排気口とも記載する）を設けた少なくとも一つの吹出面、空気の吸込口（以下、吸気口とも記載する）を設けた少なくとも一つの吸込面とで構成され、面数の合計が６となるよう各面を設定する。
【０００４】
この場合、筐体の剛性が高く荷重を安定して保持できることから、直方体の最大面積を有する面を剛性面とすることが多い。空気の吸込口は、吸気効率の面から出来る限り広い方が望ましい。このため、最大面積を有する剛体面に対向する面と、次に大きな面積を有する面の２つの面とを吸込面とすることが一般的である。また、通常は吸込口に格子状のグリルが設けられ、内部構造を隠すと共に、手先の侵入を防止する。
【０００５】
なお、２番目に大きな面積を有するもう一つの面に空気の吹出口を設け、最小面積を有する２つの面は剛性面とすることが一般的である。このような貫流型送風機では、筐体の上面及び前面の空気の吸込口からの空気がフィルターや熱交換器などの損失体を通過しファンへと流れ込み、ファン内部で全圧上昇し、その空気がケーシング側へ吹き出される。高風量が得られない場合には、ファンの回転数を上昇させる必要があり、結果として騒音の上昇につながる。
【０００６】
そこで、騒音を低減する技術として、例えば、ファンを外周側の肉厚が厚いブレードと、内周側の肉厚が厚いブレードで構成し、かつ、外周側の肉厚が厚いブレードと内周側の肉厚が厚いブレードで隣接するブレードの組み合わせが羽根車の周方向について連続しないように配置する。加えて内周側の肉厚が厚いブレード同士が隣接する場合には、ブレードの配置角を狭くするように構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、ファンのブレードを構成するパラメータのうち、翼弦、キャンバ角、設定角、または、コードキャンバ最大距離のうち１つ以上のパラメータがランダムに変化するように構成したものがある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２４１１８８号公報
【特許文献２】特開平８−１４１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１に係る送風機では、ファンが一回転する間に流入と流出の２つの流れがブレードに起こるため、流入に適したブレード形状を取ると流路幅が狭くなり損失が増大し、流出に適したブレード形状を取ると翼表面からの流れのはく離が生じて騒音が増大するという課題がある。
【００１０】
また、上記特許文献２に係る送風機では、発生する騒音のうち卓越周波数成分が低減できないという課題がある。
【００１１】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであって、最小流路幅を一定に保つと共にファンの翼の最大肉厚位置を隣接翼間で変化させ、ファン一回転中の渦スケールの一致性を低減ですると共に、広帯域騒音も防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る送風機は、複数の翼からなるファンを有する送風機において、前記複数の翼は、前記ファンの回転軸から等距離に配置され、前記回転軸を中心とする同心円が隣接翼で区切られた場合の円弧長の最小値が、前記複数の翼のそれぞれの翼間で略等しく、前記ファンの回転面での断面における最大肉厚位置が前記複数の翼の中心位置を通る同心円周上またはその中心側に配置されると共に、前記最大肉厚位置が前記複数の翼の隣接翼毎に異なることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ファン一回転中の渦スケールの一致性を低減できると共に、広帯域騒音も低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１に係る送風機を備えた空気調和機の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る送風機を備えた空気調和機の斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１の送風機に係るファンの斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１の送風機に係るファンの翼部分を拡大した断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る翼の最大肉厚位置を設定した一例を示すグラフである。
【図６】この発明の実施の形態１に係るファン翼間の空気の流れを示した模式図である。
【図７】従来技術とこの発明の実施の形態１の送風機のファンの翼間距離を比較したグラフである。
【図８】従来のファンとこの発明の実施の形態１の送風機のファンの騒音特性を比較したグラフである。
【図９】この発明の実施の形態２の送風機に係るファンの翼部分を拡大した断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る翼の最大肉厚位置を設定した一例を示すグラフである。
【図１１】この発明の実施の形態２に係るファン翼間の空気の流れを示した模式図である。
【図１２】従来技術とこの発明の実施の形態２の送風機のファンの翼間距離を比較したグラフである。
【図１３】従来のファンとこの発明の実施の形態２の送風機のファンの騒音特性を比較したグラフである。
【図１４】この発明の実施の形態３の送風機に係るファンの翼部分を拡大した断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態３に係る翼の最大肉厚位置を設定した一例を示すグラフである。
【図１６】この発明の実施の形態３に係るファン翼間の空気の流れを示した模式図である。
【図１７】この発明の実施の形態３の送風機に係るファンの翼部分を拡大した断面図である。
【図１８】この発明の実施の形態１と実施の形態３の送風機のファンの騒音特性を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
次に、図面を用いて、この発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１６】
図１は、この発明の実施の形態１に係る送風機を備えた空気調和機の断面図である。また、図２は、この発明の実施の形態１に係る送風機を備えた空気調和機の斜視図である。図において、筐体１は、筐体の前部に位置し、筐体を支持する複数の剛性面の一つである前面パネル１ａと、前面パネル１ａと対向する位置に設けられた他の剛性面の一つである後面パネル１ｂと、筐体の上部に位置し、空気の吸込口４を設けた吸込面である上面パネル１ｃと、上面パネル１ｃと対向する位置に設けられ、空気の吹出口８を設けた吹出面である下面パネル１ｄと、筐体の側部に位置し、筐体を支持する複数の剛性面の一つである左右の側面パネル１ｅ及び１ｆとから構成される。
【００１７】
ファン回転方向へ向いた複数の翼（ブレード）を有するファン２は、筐体１に内包して配置され、ファン２の吸込気流側にハ字状に配置した熱交換器３が設けられ、空気の吸込口４に設けられた吸い込みグリル５の隙間からフィルター６を通して、外部から吸い込まれた空気の温度を制御する。ケーシング７は、下面パネル１ｄ側に向かうに従い拡大しながら、ファン２の略後面下流側に位置し熱交換器３で熱交換された空気を室内へ送風するための吹出口８へ向けた吹出側流路を構成する。スタビライザ９は、ファン２の略前面下部に近接対向して位置し、ファン２の吸込側流路と吹出側流路を分離する。
【００１８】
上記のように構成されたファンを備えた送風機において、図１及び図２に示すように、前面パネル１ａはフィルター６を取り外し可能とするために脱着可能に設置するが送風時においては図で示す位置に固定した状態である。送風機を運転する場合、ファン２は時計周りに回転し、ファン２が回転すると、空気の吸込口４に設けられた吸い込みグリル５の隙間から室内の空気を吸い込み、空気中の大きなホコリをフィルター６で除去した後、熱交換器３を前面側と後面側とに分かれて通過する。熱交換器３を通過した空気は冷却または加熱され、その後ファン２に吸い込まれる。そしてファン２からケーシング７の面に吹き出され空気は、筐体１の斜め下方に向いた吹出口８へ向け送られ室内に放出される。
【００１９】
図３は、この発明の実施の形態１の送風機に係るファンの斜視図である。また、図４は、この発明の実施の形態１の送風機に係るファンの翼部分を拡大した断面図である。図３において、ファン２は複数枚、ここでは３５枚の翼１０によって構成され、翼１０の各々の翼間の最狭部の間隔は略均等とする必要がある。
【００２０】
図４において、Ａの破線は翼の外周側端部の軌跡、Ｂの矢印は回転方向、Ｃの破線は翼中心の軌跡を示す。翼１０は、それぞれ略同長同幅を有し、略円弧状の翼外側面１０ａと、略同形状で略円弧状の翼内側面１０ｂとで構成され、その回転方向に翼内側面１０ｂが向くように、ファン２の回転中心１３から回転中心側端部１４までの距離が略等距離であり、中心角θが略等しくなるように配置される。
【００２１】
ここで、θはファン２の各翼に対する回転中心１３から回転中心側端部１４を結ぶ線分が隣接翼との間でなす角であり、各翼に対し添え字ｉを用いてθｉで示された場合、θｉ＝３６０／翼枚数−１ ｉは１〜翼枚数の整数となる。なお、ｉが翼枚数＋１の場合は、ｉが１の場合を示す。
【００２２】
このように配置された翼１０を有するファン２においては、回転中心１３から各々の翼１０の翼外側面１０ａに接する接線が隣接翼との接線との間でなす角もθで一定となり、回転中心１３の同心円上の円弧長の隣接翼表面間、すなわち、ある翼１０の翼内側面１０ｂとその次の翼１０の翼外側面１０ａの距離の最小値Ｗが全ての翼の隣接翼間で略等間隔となる。
ここで、隣接翼表面間の最小値Ｗは、ファン２の回転中心１３の同心円上の円弧に対する弦の長さの最小値として表されているが、弦の長さが最小となる場合、円弧長も最小の値となることはいうまでもない。
【００２３】
ここで、回転中心１３から翼１０の最大肉厚位置までの距離をｒとすれば、各翼に対する最大肉厚位置が添え字ｉを用いてｒｉで示された場合、ｒｉ≧Ｒｈかつｒｉ−１≠ｒｉ≠ｒｉ＋１ ｉは１〜翼枚数の整数とする。なお、ｉ−１＝０の場合は、ｉが翼枚数の場合を示す。Ｒｈは回転中心１３から翼中心の軌跡Ｃまでの距離を示し、Ｒｈ＝（回転中心１３から翼の外周側端部１５までの距離＋回転中心１３から翼の回転中心側端部１４までの距離）／２である。
図５は、上記条件を元に翼１０の最大肉厚位置ｒｉを設定した一例である。
【００２４】
このように構成したファン翼間の空気の流れの模式図を図６に示す。翼間流れはファン２の最大肉厚部において、縮流から拡大流へと転向する。空気動力学の分野において、速度分布関数の二次微分が０となる点が流れの不安定の起点となることが知られている。このような流れの不安定の起点は翼断面の最大肉厚位置と一致しており、そこからは翼間距離の幅に依存した縦渦が発生する。これらの縦渦同士の合体や、渦が壁面に衝突することによって圧力波が発生し、これが卓越周波数騒音の原因となる。卓越周波数騒音は広帯域騒音と比較してエネルギー的に同等であっても、人間の知覚的にはうるさく感じるためこれらの低減が必要である。
【００２５】
従来の技術では、最大肉厚位置が一定であったため、翼間の渦の起点がファンの各翼列で同一となり、渦のスケールも一致し、より卓越周波数騒音が増大する傾向にあった。この発明の実施の形態１の送風機では、ファン２の翼１０の翼間距離は同一であるものの渦の起点である最大肉厚位置が、少なくとも隣接する翼１０との間で異なるため、渦発生点から放出された渦が合流する翼列通過後までの距離が不等となるため渦の減衰に伴って渦スケールが分散し卓越周波数騒音の発生が抑制される。
【００２６】
また、従来の技術として、渦の起点である最大肉厚位置を変えるために翼間距離を不均一としたものがある。すなわち、翼形状を変えずに取り付けを逆向きにすることにより肉厚位置を翼ごとに変化させたもの（従来技術２）、あるいは、翼間距離を不等間隔にしたもの（従来技術１）もある。しかしながら、これらの技術では、図７に示すように、一つ飛ばしの翼の集合体である翼列を想定した場合に、その翼列の最小流路距離をプロットすると本願発明の最小流路距離を下回る固定周期の翼列が存在する。
【００２７】
ファン内を通過する流れは慣性力によって、ほぼ定常に流れるため、翼間が狭い翼列には一定流量が通過するため、その分翼間の流速が増加する。ファンで発生する広帯域騒音は翼間流速の２〜８乗に比例し増加することが知られている。つまり、このような一定周期でプロット下場合に最小流路距離が小さくなる翼列が存在する場合、広帯域騒音が増加する。仮に、翼間距離を不均一化することで卓越周波数騒音を減少できたとしても、その反面で広帯域騒音が予想以上に増大する結果を招くこととなる。上記実施の形態１の構成では、翼間距離が略一定値となるため、広帯域騒音を増大させることなしに卓越周波数騒音を低下できる効果が得られる。
【００２８】
図８は、従来技術とこの発明の実施の形態１の送風機のファンの騒音特性を比較したグラフである。なお、図において、投入した電力量と得られた風量がほぼ同一である時の特性を比較した。従来のファンでは、約９５０Ｈｚの卓越周波数騒音のレベルが約３８ｄＢであったのに対し、この発明の実施の形態１の送風機のファンでは、同レベルが約３３ｄＢと約５ｄＢの音圧レベルの低減効果を得られた。また広帯域騒音である１ｋＨｚ〜３ｋＨｚの騒音は増大することなく、卓越周波数成分のみ低減効果が得られていることがわかる。
【００２９】
この発明の実施の形態１の送風機の構成により、ファンの翼断面における最大肉厚位置をファン外周側の径方向に分散するようにしたので、騒音に変化するまでに放出される渦のスケールを分指させることで卓越周波数騒音が低減される。また、翼間距離を一定に保つことで翼間流速を増加させず広帯域騒音の増大も発生しない。上記実施の形態１では、送風機を備えた空気調和機について説明したが、熱交換器やフィルターを有しない送風機であっても同等の効果が得られることは自明である。
【００３０】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、翼の最大肉厚位置をファンの中心から翼中心の軌跡Ｃの外周側に配置していたが、翼中心の軌跡Ｃの内周側に配置してもよい。
【００３１】
図９は、この発明の実施の形態２の送風機に係るファンの翼部分を拡大した断面図である。図９において、ファン２は複数枚、ここでは３５枚の翼１１によって構成され、翼１１の各々の翼間の最狭部Ｗの間隔は略均等とする必要がある。ここでは、主として上記実施の形態１と異なる部分について記載し、特に言及しない場合は、上記実施の形態１の構成と同じである。
【００３２】
図９において、Ａの破線は翼の外周側端部の軌跡、Ｂの矢印は回転方向、Ｃの破線は翼中心の軌跡を示す。翼１１は、それぞれ略同長同幅を有し、略円弧状の翼外側面１１ａと、略同形状で略円弧状の翼内側面１１ｂとで構成され、その回転方向に翼内側面１１ｂが向くように、ファン２の回転中心１３から回転中心側端部１４までの距離が略等距離であり、中心角θが略等しくなるように配置される。
【００３３】
ここで、θはファン２の各翼に対する回転中心１３から回転中心側端部１４を結ぶ線分が隣接翼との間でなす角であり、各翼に対し添え字ｉを用いてθｉで示された場合、θｉ＝３６０／翼枚数−１ ｉは１〜翼枚数の整数となる。なお、ｉが翼枚数＋１の場合は、ｉが１の場合を示す。
【００３４】
このように配置された翼１１を有するファン２においては、回転中心１３から各々の翼１１の翼外側面１１ａに接する接線が隣接翼との接線との間でなす角もθで一定となり、回転中心１３の同心円上の円弧長の隣接翼表面間、すなわち、ある翼１０の翼内側面１０ｂとその次の翼１０の翼外側面１０ａの距離の最小値Ｗが全ての翼の隣接翼間で略等間隔となる。
【００３５】
ここで、回転中心１３から翼１１の最大肉厚位置までの距離をｒとすれば、各翼に対する最大肉厚位置が添え字ｉを用いてｒｉで示された場合、ｒｉ≦Ｒｈかつｒｉ−１≠ｒｉ≠ｒｉ＋１ ｉは１〜翼枚数の整数とする。なお、ｉ−１＝０の場合は、ｉが翼枚数の場合を示す。Ｒｈは回転中心１３から翼中心の軌跡Ｃまでの距離を示し、Ｒｈ＝（回転中心１３から翼の外周側端部１５までの距離＋回転中心１３から翼の回転中心側端部１４までの距離）／２である。
図１０は、上記条件を元に翼１０の最大肉厚位置ｒｉを設定した一例である。
【００３６】
このように構成したファン翼間の空気の流れの模式図を図１１に示す。翼間の空気の流れはファン２の最大肉厚部において、縮流から拡大流へと転向し渦が発生する。これらの縦渦同士の合体や、渦が壁面に衝突することによって圧力波が発生し、これが卓越周波数騒音の原因となる。卓越周波数騒音は広帯域騒音と比較してエネルギー的に同等であっても、人間の知覚的にはうるさく感じるためこれらの低減が必要である。
【００３７】
上記実施の形態１で説明したように、従来の技術では最大肉厚位置が一定であったため、翼間の渦の起点がファンの各翼列で同一となり、渦のスケールも一致し、より卓越周波数騒音が増大する傾向にあった。この発明の実施の形態２の送風機では、上記実施の形態１で説明したのと同様な理由により、上記実施の形態１同様に卓越周波数騒音の発生が抑制される。
【００３８】
上記実施の形態１と同様に従来技術では、図１２に示すように、一つ飛ばしの翼の集合体である翼列を想定した場合に、その翼列の最小流路距離をプロットすると本願発明の最小流路距離を下回る固定周期の翼列が存在する。
【００３９】
ファン内を通過する流れは慣性力によって、ほぼ定常に流れるため、翼間が狭い翼列には一定流量が通過するため、その分翼間の流速が増加する。ファンで発生する広帯域騒音は翼間流速の２〜８乗に比例し増加することが知られている。つまり、このような一定周期でプロット下場合に最小流路距離が小さくなる翼列が存在する場合、広帯域騒音が増加する。仮に、翼間距離を不均一化することで卓越周波数騒音を減少できたとしても、その反面で広帯域騒音が予想以上に増大する結果を招くこととなる。上記実施の形態１の構成では、翼間距離が略一定値となるため、広帯域騒音を増大させることなしに卓越周波数騒音を低下できる効果が得られる。
【００４０】
図１３は、従来技術とこの発明の実施の形態１の送風機のファンの騒音特性を比較したグラフである。なお、図において、投入した電力量と得られた風量がほぼ同一である時の特性を比較した。従来のファンでは、約９５０Ｈｚの卓越周波数騒音のレベルが約３８ｄＢであったのに対し、この発明の実施の形態１の送風機のファンでは、同レベルが約３３ｄＢと約５ｄＢの音圧レベルの低減効果を得られた。また広帯域騒音である１ｋＨｚ〜３ｋＨｚの騒音は増大することなく、卓越周波数成分のみ低減効果が得られていることがわかる
【００４１】
この発明の実施の形態２の送風機の構成により、ファンの翼断面における最大肉厚位置をファン内周側の径方向に分散するようにしたので、騒音に変化するまでに放出される渦のスケールを分指させることで卓越周波数騒音が低減される。また、翼間距離を一定に保つことで翼間流速を増加させず広帯域騒音の増大も発生しない。上記実施の形態２では、送風機を備えた空気調和機について説明したが、熱交換器やフィルターを有しない送風機であっても同等の効果が得られることは自明である。
【００４２】
実施の形態３
上記実施の形態１では、翼の最大肉厚位置をファンの中心から翼中心の軌跡Ｃの外周側に任意に配置していたが、最大肉厚位置の移動割合が一定となるように配置してもよい。
【００４３】
図１４は、この発明の実施の形態３の送風機に係るファンの翼部分を拡大した断面図である。図１４において、ファン２は複数枚、ここでは３５枚の翼１２によって構成され、翼１２の各々の翼間の最狭部Ｗの間隔は略均等とする必要がある。ここでは、主として上記実施の形態１と異なる部分について記載し、特に言及しない場合は、上記実施の形態１の構成と同じである。
【００４４】
図１４において、Ａの破線は翼の外周側端部の軌跡、Ｂの矢印は回転方向、Ｃの破線は翼中心の軌跡を示す。翼１２は、それぞれ略同長同幅を有し、略円弧状の翼外側面１２ａと、略同形状で略円弧状の翼内側面１２ｂとで構成され、その回転方向に翼内側面１２ｂが向くように、ファン２の回転中心１３から回転中心側端部１４までの距離が略等距離であり、中心角θが略等しくなるように配置される。
【００４５】
ここで、θはファン２の各翼に対する回転中心１３から回転中心側端部１４を結ぶ線分が隣接翼との間でなす角であり、各翼に対し添え字ｉを用いてθｉで示された場合、θｉ＝３６０／翼枚数−１ ｉは１〜翼枚数の整数となる。なお、ｉが翼枚数＋１の場合は、ｉが１の場合を示す。
【００４６】
このように配置された翼１２を有するファン２においては、回転中心１３から各々の翼１２の翼外側面１２ａに接する接線が隣接翼との接線との間でなす角もθで一定となり、回転中心１３の同心円上の円弧長の隣接翼表面間、すなわち、ある翼１０の翼内側面１０ｂとその次の翼１０の翼外側面１０ａの距離の最小値Ｗが全ての翼の隣接翼間で略等間隔となる。
【００４７】
ここで、回転中心１３から翼１２の最大肉厚位置までの距離をｒが、各翼に対する最大肉厚位置が添え字ｉを用いてｒｉで示された場合、一周期における最大肉厚位置の移動幅をＡ、回転中心１３から翼の外周側端部１５までの距離と翼の回転中心側端部１４までの距離の差、すなわち、翼１２の幅をＥとすれば、ｒｉ＝Ｒｈ＋Ｅ／４＋Ａｓｉｎ｛（翼枚数−１）／（ｉ−１）×２×π｝、Ｅ／２≧Ａ、πは円周率、ｉは１〜翼枚数の整数とする。なお、ｉ−１＝０の場合は、ｉが翼枚数の場合を示す。Ｒｈは回転中心１３から翼中心の軌跡Ｃまでの距離を示し、Ｒｈ＝（回転中心１３から翼の外周側端部１５までの距離＋回転中心１３から翼の回転中心側端部１４までの距離）／２である。
図１５は、上記条件を元に翼１２の最大肉厚位置ｒｉの変位を示した一例である。
【００４８】
このように構成したファン翼間の空気の流れの模式図を図１６に示す。翼間の空気の流れはファン２の最大肉厚部において、縮流から拡大流へと転向し渦が発生する。これらの縦渦同士の合体や、渦が壁面に衝突することによって圧力波が発生し、これが卓越周波数騒音の原因となる。卓越周波数騒音は広帯域騒音と比較してエネルギー的に同等であっても、人間の知覚的にはうるさく感じるためこれらの低減が必要である。
【００４９】
上記実施の形態１で説明したように、従来の技術では最大肉厚位置が一定であったため、翼間の渦の起点がファンの各翼列で同一となり、渦のスケールも一致し、より卓越周波数騒音が増大する傾向にあった。上記実施の形態１または実施の形態２では、翼間距離は同一であるものの渦の起点である最大肉厚位置をファンの径方向に不等とすることで、渦発生点から放出された渦が合流する翼列通過後までの距離が不等となるため渦の減衰に伴って渦スケールが分散し卓越周波数騒音の発生が抑制された。
【００５０】
この発明の実施の形態３の送風機が上記実施の形態１または上記実施の形態２の送風機と異なるのは、周期関数を用いて最大肉厚位置を定めているため、その移動量が隣接翼間で均等となる一方で、ファン１回転中で最大肉厚位置が必ず異なる点となることである。
【００５１】
図１７に示すように、翼間から放出された後の後流は、翼面に沿った流れのまま放出されるため、翼外側面に沿った後流は翼の最大肉厚位置によって、その吹き出し角度が変化する。従って、ファンの気流吹出部では翼の後流が合流することで広帯域騒音の原因となるせん断流れが発生する。上記実施の形態１または上記実施の形態２のように翼間の最大肉厚位置の移動量が不均等であると隣接翼間で最大肉厚位置が大きく変化する箇所が存在するため、翼で発生する広帯域騒音の原因となるせん断流れがあまり減少しない。
【００５２】
しかし、実施の形態３のように隣接翼間で最大肉厚位置がファン１回転中で漸次変化する構成とすることで、各翼に対する後流成分のベクトルの差であるせん断成分Ｄを最小として均等にすることができ、すなわち、隣接翼間で最大肉厚位置が大きく変化する箇所が存在しないため、せん断流れの発生を最小化すると同時に、所期の翼間で発生する渦のスケールを一致させないことの２点を両立でき、広帯域騒音の減少効果も発揮する。
【００５３】
図１８は、上記実施の形態１とこの発明の実施の形態３の送風機のファンの騒音特性を比較したグラフである。なお、図において、投入した電力量と得られた風量がほぼ同一である時の特性を比較した。上記実施の形態１のファンでは、約９５０Ｈｚの卓越周波数騒音のレベルが約３３ｄＢであったのに対し、この発明の実施の形態３の送風機のファンでは、同レベルが約２８ｄＢと約５ｄＢの音圧レベルの低減効果を得られた。また広帯域騒音である１ｋＨｚ〜３ｋＨｚの騒音はせん断流れの減少により上記実施の形態１と比べて全体的に２ｄＢ程度減少し、全体的な騒音の低減が図られたことがわかる。
【００５４】
この発明の実施の形態３の送風機の構成により、ファンの翼断面における最大肉厚位置を径方向に一定の割合で分散するようにしたので、騒音に変化するまでに放出される渦のスケールを分散させることで卓越周波数騒音が低減される。さらに、翼の最大肉厚位置が漸次変化することで、せん断流れを減少させることができ広帯域騒音の低減効果も得ることが出来る。
【００５５】
実施の形態４
上記実施の形態３では、翼の最大肉厚位置をファンの中心から翼中心の軌跡Ｃの外周側で周期的に変位するよう設定していたが、内周側で周期的に変位するよう設定してしてもよい。
【００５６】
この場合、回転中心１３から翼１２の最大肉厚位置までの距離をｒが、各翼に対する最大肉厚位置が添え字ｉを用いてｒｉで示された場合、一周期における最大肉厚位置の移動幅をＡ、回転中心１３から翼の外周側端部１５までの距離と翼の回転中心側端部１４までの距離の差、すなわち、翼１２の幅をＥとすれば、ｒｉ＝Ｒｈ−Ｅ／４＋Ａｓｉｎ｛（翼枚数−１）／（ｉ−１）×２×π｝、Ｅ／２≧Ａ、πは円周率、ｉは１〜翼枚数の整数とする。なお、ｉ−１＝０の場合は、ｉが翼枚数の場合を示す。Ｒｈは回転中心１３から翼中心の軌跡Ｃまでの距離を示し、Ｒｈ＝（回転中心１３から翼の外周側端部１５までの距離＋回転中心１３から翼の回転中心側端部１４までの距離）／２である。
【００５７】
上記実施の形態では、回転中心１３から翼１２の最大肉厚位置までの距離をｒが、ｒｉ＝Ｒｈ−Ｅ／４＋Ａｓｉｎ｛（翼枚数−１）／（ｉ−１）×２×π｝、Ｅ／２≧Ａ、すなわち、（Ｒｈ−Ｅ／４）を半径とする円周上を変位のセンターとして、その内周側で最大肉厚位置が移動するような設定としていたが、ｒｉ＝Ｒｈ＋Ａｓｉｎ｛（翼枚数−１）／（ｉ−１）×２×π｝、Ｅ／２≧Ａ、すなわち、Ｒｈを半径とする円周上を変位のセンターとして、ＡがＥ／２の間で変位するような構成としてもよい。
【００５８】
つまり、最大肉厚位置が翼の所定の範囲、例えば、Ｅ／２、Ｅ／３、・・・、Ｅ／ｎ（ｎは自然数）の間で変化し、かつ、隣接翼間でその位置が異なるような構成であれば、本発明の効果が得られる。ただし、上記実施の形態の構成のように翼の内周側、もしくは、外周側に特定する形で最大肉厚位置が変化する構成とした方がより顕著な効果が得られる。
また、上記実施の形態３または上記実施の形態４の場合の周期関数の変位の中心をそれぞれＲｈ＋Ｅ／４またはＲｈ−Ｅ／４として説明したが、例えば、Ｒｈ＋Ｅ／５またはＲｈ−Ｅ／５、・・・、Ｒｈ＋Ｅ／ｎまたはＲｈ−Ｅ／ｎ ｎは自然数、としても構わない。ただし、この場合、変位の中心に併せて最大肉厚位置が変化する翼の所定の範囲を設定することは当然である。
【００５９】
上記実施の形態では、送風機を備えた空気調和機について説明したが、熱交換器やフィルターを有しない送風機であっても同等の効果が得られることは自明である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 筐体、１ａ 前面パネル、１ｂ 後面パネル、１ｃ 上面パネル、１ｄ 下面パネル、１ｅ 左側面パネル、１ｆ 右側面パネル、２ ファン、３ 熱交換器、４ 吸込口、５ グリル、６ フィルター、７ ケーシング、８ 吹出口、９ スタビライザ、１０ 翼、１０ａ 翼外側面、１０ｂ 翼内側面、１１ 翼、１１ａ 翼外側面、１１ｂ 翼内側面、１２ 翼、１２ａ 翼外側面、１２ｂ 翼内側面、１３ 回転中心、１４ 回転中心側端部、１５ 外周側端部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送風機及び該送風機を具備した空気調和機に関し、詳しくは筐体及び該筐体に内包されたファン（クロスフローファンを含む。以下ファンとのみ記載）の翼（ブレード、以下ブレードと記載する場合もある）の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に貫流型送風機は空気調和機の送風機構としてよく用いられ、筐体と、筐体に内包されたファンと、ファンに隣接して背面側に設けた気流を導くケーシングとファンに隣接して前面側に設けた循環渦を定在化するスタビライザとで構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような空気調和機の送風機構として用いられるときは、その筐体は略直方体であることが多く、筐体を支持するための複数の剛性面と、空気の吹出口（以下、排気口とも記載する）を設けた少なくとも一つの吹出面、空気の吸込口（以下、吸気口とも記載する）を設けた少なくとも一つの吸込面とで構成され、面数の合計が６となるよう各面を設定する。
【０００４】
この場合、筐体の剛性が高く荷重を安定して保持できることから、直方体の最大面積を有する面を剛性面とすることが多い。空気の吸込口は、吸気効率の面から出来る限り広い方が望ましい。このため、最大面積を有する剛体面に対向する面と、次に大きな面積を有する面の２つの面とを吸込面とすることが一般的である。また、通常は吸込口に格子状のグリルが設けられ、内部構造を隠すと共に、手先の侵入を防止する。
【０００５】
なお、２番目に大きな面積を有するもう一つの面に空気の吹出口を設け、最小面積を有する２つの面は剛性面とすることが一般的である。このような貫流型送風機では、筐体の上面及び前面の空気の吸込口からの空気がフィルターや熱交換器などの損失体を通過しファンへと流れ込み、ファン内部で全圧上昇し、その空気がケーシング側へ吹き出される。高風量が得られない場合には、ファンの回転数を上昇させる必要があり、結果として騒音の上昇につながる。
【０００６】
そこで、騒音を低減する技術として、例えば、ファンを外周側の肉厚が厚いブレードと、内周側の肉厚が厚いブレードで構成し、かつ、外周側の肉厚が厚いブレードと内周側の肉厚が厚いブレードで隣接するブレードの組み合わせが羽根車の周方向について連続しないように配置する。加えて内周側の肉厚が厚いブレード同士が隣接する場合には、ブレードの配置角を狭くするように構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、ファンのブレードを構成するパラメータのうち、翼弦、キャンバ角、設定角、または、コードキャンバ最大距離のうち１つ以上のパラメータがランダムに変化するように構成したものがある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２４１１８８号公報
【特許文献２】特開平８−１４１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１に係る送風機では、ファンが一回転する間に流入と流出の２つの流れがブレードに起こるため、流入に適したブレード形状を取ると流路幅が狭くなり損失が増大し、流出に適したブレード形状を取ると翼表面からの流れのはく離が生じて騒音が増大するという課題がある。
【００１０】
また、上記特許文献２に係る送風機では、発生する騒音のうち卓越周波数成分が低減できないという課題がある。
【００１１】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであって、最小流路幅を一定に保つと共にファンの翼の最大肉厚位置を隣接翼間で変化させ、ファン一回転中の渦スケールの一致性を低減ですると共に、広帯域騒音も防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る送風機は、複数の翼からなるファンを有する送風機において、前記複数の翼は、前記ファンの回転軸から等距離に配置され、前記回転軸を中心とする同心円が隣接翼で区切られた場合の円弧長の最小値が、前記複数の翼のそれぞれの翼間で略等しく、前記ファンの回転面での断面における最大肉厚位置が前記複数の翼の中心位置を通る同心円周上またはその中心側に配置されると共に、前記最大肉厚位置が前記複数の翼の隣接翼毎に異なることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ファン一回転中の渦スケールの一致性を低減できると共に、広帯域騒音も低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１に係る送風機を備えた空気調和機の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る送風機を備えた空気調和機の斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１の送風機に係るファンの斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１の送風機に係るファンの翼部分を拡大した断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る翼の最大肉厚位置を設定した一例を示すグラフである。
【図６】この発明の実施の形態１に係るファン翼間の空気の流れを示した模式図である。
【図７】従来技術とこの発明の実施の形態１の送風機のファンの翼間距離を比較したグラフである。
【図８】従来のファンとこの発明の実施の形態１の送風機のファンの騒音特性を比較したグラフである。
【図９】この発明の実施の形態２の送風機に係るファンの翼部分を拡大した断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る翼の最大肉厚位置を設定した一例を示すグラフである。
【図１１】この発明の実施の形態２に係るファン翼間の空気の流れを示した模式図である。
【図１２】従来技術とこの発明の実施の形態２の送風機のファンの翼間距離を比較したグラフである。
【図１３】従来のファンとこの発明の実施の形態２の送風機のファンの騒音特性を比較したグラフである。
【図１４】この発明の実施の形態３の送風機に係るファンの翼部分を拡大した断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態３に係る翼の最大肉厚位置を設定した一例を示すグラフである。
【図１６】この発明の実施の形態３に係るファン翼間の空気の流れを示した模式図である。
【図１７】この発明の実施の形態３の送風機に係るファンの翼部分を拡大した断面図である。
【図１８】この発明の実施の形態１と実施の形態３の送風機のファンの騒音特性を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
次に、図面を用いて、この発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１６】
図１は、この発明の実施の形態１に係る送風機を備えた空気調和機の断面図である。また、図２は、この発明の実施の形態１に係る送風機を備えた空気調和機の斜視図である。図において、筐体１は、筐体の前部に位置し、筐体を支持する複数の剛性面の一つである前面パネル１ａと、前面パネル１ａと対向する位置に設けられた他の剛性面の一つである後面パネル１ｂと、筐体の上部に位置し、空気の吸込口４を設けた吸込面である上面パネル１ｃと、上面パネル１ｃと対向する位置に設けられ、空気の吹出口８を設けた吹出面である下面パネル１ｄと、筐体の側部に位置し、筐体を支持する複数の剛性面の一つである左右の側面パネル１ｅ及び１ｆとから構成される。
【００１７】
ファン回転方向へ向いた複数の翼（ブレード）を有するファン２は、筐体１に内包して配置され、ファン２の吸込気流側にハ字状に配置した熱交換器３が設けられ、空気の吸込口４に設けられた吸い込みグリル５の隙間からフィルター６を通して、外部から吸い込まれた空気の温度を制御する。ケーシング７は、下面パネル１ｄ側に向かうに従い拡大しながら、ファン２の略後面下流側に位置し熱交換器３で熱交換された空気を室内へ送風するための吹出口８へ向けた吹出側流路を構成する。スタビライザ９は、ファン２の略前面下部に近接対向して位置し、ファン２の吸込側流路と吹出側流路を分離する。
【００１８】
上記のように構成されたファンを備えた送風機において、図１及び図２に示すように、前面パネル１ａはフィルター６を取り外し可能とするために脱着可能に設置するが送風時においては図で示す位置に固定した状態である。送風機を運転する場合、ファン２は時計周りに回転し、ファン２が回転すると、空気の吸込口４に設けられた吸い込みグリル５の隙間から室内の空気を吸い込み、空気中の大きなホコリをフィルター６で除去した後、熱交換器３を前面側と後面側とに分かれて通過する。熱交換器３を通過した空気は冷却または加熱され、その後ファン２に吸い込まれる。そしてファン２からケーシング７の面に吹き出され空気は、筐体１の斜め下方に向いた吹出口８へ向け送られ室内に放出される。
【００１９】
図３は、この発明の実施の形態１の送風機に係るファンの斜視図である。また、図４は、この発明の実施の形態１の送風機に係るファンの翼部分を拡大した断面図である。図３において、ファン２は複数枚、ここでは３５枚の翼１０によって構成され、翼１０の各々の翼間の最狭部の間隔は略均等とする必要がある。
【００２０】
図４において、Ａの破線は翼の外周側端部の軌跡、Ｂの矢印は回転方向、Ｃの破線は翼中心の軌跡を示す。翼１０は、それぞれ略同長同幅を有し、略円弧状の翼外側面１０ａと、略同形状で略円弧状の翼内側面１０ｂとで構成され、その回転方向に翼内側面１０ｂが向くように、ファン２の回転中心１３から回転中心側端部１４までの距離が略等距離であり、中心角θが略等しくなるように配置される。
【００２１】
ここで、θはファン２の各翼に対する回転中心１３から回転中心側端部１４を結ぶ線分が隣接翼との間でなす角であり、各翼に対し添え字ｉを用いてθｉで示された場合、θｉ＝３６０／翼枚数−１ ｉは１〜翼枚数の整数となる。なお、ｉが翼枚数＋１の場合は、ｉが１の場合を示す。
【００２２】
このように配置された翼１０を有するファン２においては、回転中心１３から各々の翼１０の翼外側面１０ａに接する接線が隣接翼との接線との間でなす角もθで一定となり、回転中心１３の同心円上の円弧長の隣接翼表面間、すなわち、ある翼１０の翼内側面１０ｂとその次の翼１０の翼外側面１０ａの距離の最小値Ｗが全ての翼の隣接翼間で略等間隔となる。
ここで、隣接翼表面間の最小値Ｗは、ファン２の回転中心１３の同心円上の円弧に対する弦の長さの最小値として表されているが、弦の長さが最小となる場合、円弧長も最小の値となることはいうまでもない。
【００２３】
ここで、回転中心１３から翼１０の最大肉厚位置までの距離をｒとすれば、各翼に対する最大肉厚位置が添え字ｉを用いてｒｉで示された場合、ｒｉ≧Ｒｈかつｒｉ−１≠ｒｉ≠ｒｉ＋１ ｉは１〜翼枚数の整数とする。なお、ｉ−１＝０の場合は、ｉが翼枚数の場合を示す。Ｒｈは回転中心１３から翼中心の軌跡Ｃまでの距離を示し、Ｒｈ＝（回転中心１３から翼の外周側端部１５までの距離＋回転中心１３から翼の回転中心側端部１４までの距離）／２である。
図５は、上記条件を元に翼１０の最大肉厚位置ｒｉを設定した一例である。
【００２４】
このように構成したファン翼間の空気の流れの模式図を図６に示す。翼間流れはファン２の最大肉厚部において、縮流から拡大流へと転向する。空気動力学の分野において、速度分布関数の二次微分が０となる点が流れの不安定の起点となることが知られている。このような流れの不安定の起点は翼断面の最大肉厚位置と一致しており、そこからは翼間距離の幅に依存した縦渦が発生する。これらの縦渦同士の合体や、渦が壁面に衝突することによって圧力波が発生し、これが卓越周波数騒音の原因となる。卓越周波数騒音は広帯域騒音と比較してエネルギー的に同等であっても、人間の知覚的にはうるさく感じるためこれらの低減が必要である。
【００２５】
従来の技術では、最大肉厚位置が一定であったため、翼間の渦の起点がファンの各翼列で同一となり、渦のスケールも一致し、より卓越周波数騒音が増大する傾向にあった。この発明の実施の形態１の送風機では、ファン２の翼１０の翼間距離は同一であるものの渦の起点である最大肉厚位置が、少なくとも隣接する翼１０との間で異なるため、渦発生点から放出された渦が合流する翼列通過後までの距離が不等となるため渦の減衰に伴って渦スケールが分散し卓越周波数騒音の発生が抑制される。
【００２６】
また、従来の技術として、渦の起点である最大肉厚位置を変えるために翼間距離を不均一としたものがある。すなわち、翼形状を変えずに取り付けを逆向きにすることにより肉厚位置を翼ごとに変化させたもの（従来技術２）、あるいは、翼間距離を不等間隔にしたもの（従来技術１）もある。しかしながら、これらの技術では、図７に示すように、一つ飛ばしの翼の集合体である翼列を想定した場合に、その翼列の最小流路距離をプロットすると本願発明の最小流路距離を下回る固定周期の翼列が存在する。
【００２７】
ファン内を通過する流れは慣性力によって、ほぼ定常に流れるため、翼間が狭い翼列には一定流量が通過するため、その分翼間の流速が増加する。ファンで発生する広帯域騒音は翼間流速の２〜８乗に比例し増加することが知られている。つまり、このような一定周期でプロット下場合に最小流路距離が小さくなる翼列が存在する場合、広帯域騒音が増加する。仮に、翼間距離を不均一化することで卓越周波数騒音を減少できたとしても、その反面で広帯域騒音が予想以上に増大する結果を招くこととなる。上記実施の形態１の構成では、翼間距離が略一定値となるため、広帯域騒音を増大させることなしに卓越周波数騒音を低下できる効果が得られる。
【００２８】
図８は、従来技術とこの発明の実施の形態１の送風機のファンの騒音特性を比較したグラフである。なお、図において、投入した電力量と得られた風量がほぼ同一である時の特性を比較した。従来のファンでは、約９５０Ｈｚの卓越周波数騒音のレベルが約３８ｄＢであったのに対し、この発明の実施の形態１の送風機のファンでは、同レベルが約３３ｄＢと約５ｄＢの音圧レベルの低減効果を得られた。また広帯域騒音である１ｋＨｚ〜３ｋＨｚの騒音は増大することなく、卓越周波数成分のみ低減効果が得られていることがわかる。
【００２９】
この発明の実施の形態１の送風機の構成により、ファンの翼断面における最大肉厚位置をファン外周側の径方向に分散するようにしたので、騒音に変化するまでに放出される渦のスケールを分指させることで卓越周波数騒音が低減される。また、翼間距離を一定に保つことで翼間流速を増加させず広帯域騒音の増大も発生しない。上記実施の形態１では、送風機を備えた空気調和機について説明したが、熱交換器やフィルターを有しない送風機であっても同等の効果が得られることは自明である。
【００３０】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、翼の最大肉厚位置をファンの中心から翼中心の軌跡Ｃの外周側に配置していたが、翼中心の軌跡Ｃの内周側に配置してもよい。
【００３１】
図９は、この発明の実施の形態２の送風機に係るファンの翼部分を拡大した断面図である。図９において、ファン２は複数枚、ここでは３５枚の翼１１によって構成され、翼１１の各々の翼間の最狭部Ｗの間隔は略均等とする必要がある。ここでは、主として上記実施の形態１と異なる部分について記載し、特に言及しない場合は、上記実施の形態１の構成と同じである。
【００３２】
図９において、Ａの破線は翼の外周側端部の軌跡、Ｂの矢印は回転方向、Ｃの破線は翼中心の軌跡を示す。翼１１は、それぞれ略同長同幅を有し、略円弧状の翼外側面１１ａと、略同形状で略円弧状の翼内側面１１ｂとで構成され、その回転方向に翼内側面１１ｂが向くように、ファン２の回転中心１３から回転中心側端部１４までの距離が略等距離であり、中心角θが略等しくなるように配置される。
【００３３】
ここで、θはファン２の各翼に対する回転中心１３から回転中心側端部１４を結ぶ線分が隣接翼との間でなす角であり、各翼に対し添え字ｉを用いてθｉで示された場合、θｉ＝３６０／翼枚数−１ ｉは１〜翼枚数の整数となる。なお、ｉが翼枚数＋１の場合は、ｉが１の場合を示す。
【００３４】
このように配置された翼１１を有するファン２においては、回転中心１３から各々の翼１１の翼外側面１１ａに接する接線が隣接翼との接線との間でなす角もθで一定となり、回転中心１３の同心円上の円弧長の隣接翼表面間、すなわち、ある翼１０の翼内側面１０ｂとその次の翼１０の翼外側面１０ａの距離の最小値Ｗが全ての翼の隣接翼間で略等間隔となる。
【００３５】
ここで、回転中心１３から翼１１の最大肉厚位置までの距離をｒとすれば、各翼に対する最大肉厚位置が添え字ｉを用いてｒｉで示された場合、ｒｉ≦Ｒｈかつｒｉ−１≠ｒｉ≠ｒｉ＋１ ｉは１〜翼枚数の整数とする。なお、ｉ−１＝０の場合は、ｉが翼枚数の場合を示す。Ｒｈは回転中心１３から翼中心の軌跡Ｃまでの距離を示し、Ｒｈ＝（回転中心１３から翼の外周側端部１５までの距離＋回転中心１３から翼の回転中心側端部１４までの距離）／２である。
図１０は、上記条件を元に翼１０の最大肉厚位置ｒｉを設定した一例である。
【００３６】
このように構成したファン翼間の空気の流れの模式図を図１１に示す。翼間の空気の流れはファン２の最大肉厚部において、縮流から拡大流へと転向し渦が発生する。これらの縦渦同士の合体や、渦が壁面に衝突することによって圧力波が発生し、これが卓越周波数騒音の原因となる。卓越周波数騒音は広帯域騒音と比較してエネルギー的に同等であっても、人間の知覚的にはうるさく感じるためこれらの低減が必要である。
【００３７】
上記実施の形態１で説明したように、従来の技術では最大肉厚位置が一定であったため、翼間の渦の起点がファンの各翼列で同一となり、渦のスケールも一致し、より卓越周波数騒音が増大する傾向にあった。この発明の実施の形態２の送風機では、上記実施の形態１で説明したのと同様な理由により、上記実施の形態１同様に卓越周波数騒音の発生が抑制される。
【００３８】
上記実施の形態１と同様に従来技術では、図１２に示すように、一つ飛ばしの翼の集合体である翼列を想定した場合に、その翼列の最小流路距離をプロットすると本願発明の最小流路距離を下回る固定周期の翼列が存在する。
【００３９】
ファン内を通過する流れは慣性力によって、ほぼ定常に流れるため、翼間が狭い翼列には一定流量が通過するため、その分翼間の流速が増加する。ファンで発生する広帯域騒音は翼間流速の２〜８乗に比例し増加することが知られている。つまり、このような一定周期でプロット下場合に最小流路距離が小さくなる翼列が存在する場合、広帯域騒音が増加する。仮に、翼間距離を不均一化することで卓越周波数騒音を減少できたとしても、その反面で広帯域騒音が予想以上に増大する結果を招くこととなる。上記実施の形態１の構成では、翼間距離が略一定値となるため、広帯域騒音を増大させることなしに卓越周波数騒音を低下できる効果が得られる。
【００４０】
図１３は、従来技術とこの発明の実施の形態１の送風機のファンの騒音特性を比較したグラフである。なお、図において、投入した電力量と得られた風量がほぼ同一である時の特性を比較した。従来のファンでは、約９５０Ｈｚの卓越周波数騒音のレベルが約３８ｄＢであったのに対し、この発明の実施の形態１の送風機のファンでは、同レベルが約３３ｄＢと約５ｄＢの音圧レベルの低減効果を得られた。また広帯域騒音である１ｋＨｚ〜３ｋＨｚの騒音は増大することなく、卓越周波数成分のみ低減効果が得られていることがわかる
【００４１】
この発明の実施の形態２の送風機の構成により、ファンの翼断面における最大肉厚位置をファン内周側の径方向に分散するようにしたので、騒音に変化するまでに放出される渦のスケールを分指させることで卓越周波数騒音が低減される。また、翼間距離を一定に保つことで翼間流速を増加させず広帯域騒音の増大も発生しない。上記実施の形態２では、送風機を備えた空気調和機について説明したが、熱交換器やフィルターを有しない送風機であっても同等の効果が得られることは自明である。
【００４２】
実施の形態３
上記実施の形態１では、翼の最大肉厚位置をファンの中心から翼中心の軌跡Ｃの外周側に任意に配置していたが、最大肉厚位置の移動割合が一定となるように配置してもよい。
【００４３】
図１４は、この発明の実施の形態３の送風機に係るファンの翼部分を拡大した断面図である。図１４において、ファン２は複数枚、ここでは３５枚の翼１２によって構成され、翼１２の各々の翼間の最狭部Ｗの間隔は略均等とする必要がある。ここでは、主として上記実施の形態１と異なる部分について記載し、特に言及しない場合は、上記実施の形態１の構成と同じである。
【００４４】
図１４において、Ａの破線は翼の外周側端部の軌跡、Ｂの矢印は回転方向、Ｃの破線は翼中心の軌跡を示す。翼１２は、それぞれ略同長同幅を有し、略円弧状の翼外側面１２ａと、略同形状で略円弧状の翼内側面１２ｂとで構成され、その回転方向に翼内側面１２ｂが向くように、ファン２の回転中心１３から回転中心側端部１４までの距離が略等距離であり、中心角θが略等しくなるように配置される。
【００４５】
ここで、θはファン２の各翼に対する回転中心１３から回転中心側端部１４を結ぶ線分が隣接翼との間でなす角であり、各翼に対し添え字ｉを用いてθｉで示された場合、θｉ＝３６０／翼枚数−１ ｉは１〜翼枚数の整数となる。なお、ｉが翼枚数＋１の場合は、ｉが１の場合を示す。
【００４６】
このように配置された翼１２を有するファン２においては、回転中心１３から各々の翼１２の翼外側面１２ａに接する接線が隣接翼との接線との間でなす角もθで一定となり、回転中心１３の同心円上の円弧長の隣接翼表面間、すなわち、ある翼１０の翼内側面１０ｂとその次の翼１０の翼外側面１０ａの距離の最小値Ｗが全ての翼の隣接翼間で略等間隔となる。
【００４７】
ここで、回転中心１３から翼１２の最大肉厚位置までの距離をｒが、各翼に対する最大肉厚位置が添え字ｉを用いてｒｉで示された場合、一周期における最大肉厚位置の移動幅をＡ、回転中心１３から翼の外周側端部１５までの距離と翼の回転中心側端部１４までの距離の差、すなわち、翼１２の幅をＥとすれば、ｒｉ＝Ｒｈ＋Ｅ／４＋Ａｓｉｎ｛（翼枚数−１）／（ｉ−１）×２×π｝、Ｅ／２≧Ａ、πは円周率、ｉは１〜翼枚数の整数とする。なお、ｉ−１＝０の場合は、ｉが翼枚数の場合を示す。Ｒｈは回転中心１３から翼中心の軌跡Ｃまでの距離を示し、Ｒｈ＝（回転中心１３から翼の外周側端部１５までの距離＋回転中心１３から翼の回転中心側端部１４までの距離）／２である。
図１５は、上記条件を元に翼１２の最大肉厚位置ｒｉの変位を示した一例である。
【００４８】
このように構成したファン翼間の空気の流れの模式図を図１６に示す。翼間の空気の流れはファン２の最大肉厚部において、縮流から拡大流へと転向し渦が発生する。これらの縦渦同士の合体や、渦が壁面に衝突することによって圧力波が発生し、これが卓越周波数騒音の原因となる。卓越周波数騒音は広帯域騒音と比較してエネルギー的に同等であっても、人間の知覚的にはうるさく感じるためこれらの低減が必要である。
【００４９】
上記実施の形態１で説明したように、従来の技術では最大肉厚位置が一定であったため、翼間の渦の起点がファンの各翼列で同一となり、渦のスケールも一致し、より卓越周波数騒音が増大する傾向にあった。上記実施の形態１または実施の形態２では、翼間距離は同一であるものの渦の起点である最大肉厚位置をファンの径方向に不等とすることで、渦発生点から放出された渦が合流する翼列通過後までの距離が不等となるため渦の減衰に伴って渦スケールが分散し卓越周波数騒音の発生が抑制された。
【００５０】
この発明の実施の形態３の送風機が上記実施の形態１または上記実施の形態２の送風機と異なるのは、周期関数を用いて最大肉厚位置を定めているため、その移動量が隣接翼間で均等となる一方で、ファン１回転中で最大肉厚位置が必ず異なる点となることである。
【００５１】
図１７に示すように、翼間から放出された後の後流は、翼面に沿った流れのまま放出されるため、翼外側面に沿った後流は翼の最大肉厚位置によって、その吹き出し角度が変化する。従って、ファンの気流吹出部では翼の後流が合流することで広帯域騒音の原因となるせん断流れが発生する。上記実施の形態１または上記実施の形態２のように翼間の最大肉厚位置の移動量が不均等であると隣接翼間で最大肉厚位置が大きく変化する箇所が存在するため、翼で発生する広帯域騒音の原因となるせん断流れがあまり減少しない。
【００５２】
しかし、実施の形態３のように隣接翼間で最大肉厚位置がファン１回転中で漸次変化する構成とすることで、各翼に対する後流成分のベクトルの差であるせん断成分Ｄを最小として均等にすることができ、すなわち、隣接翼間で最大肉厚位置が大きく変化する箇所が存在しないため、せん断流れの発生を最小化すると同時に、所期の翼間で発生する渦のスケールを一致させないことの２点を両立でき、広帯域騒音の減少効果も発揮する。
【００５３】
図１８は、上記実施の形態１とこの発明の実施の形態３の送風機のファンの騒音特性を比較したグラフである。なお、図において、投入した電力量と得られた風量がほぼ同一である時の特性を比較した。上記実施の形態１のファンでは、約９５０Ｈｚの卓越周波数騒音のレベルが約３３ｄＢであったのに対し、この発明の実施の形態３の送風機のファンでは、同レベルが約２８ｄＢと約５ｄＢの音圧レベルの低減効果を得られた。また広帯域騒音である１ｋＨｚ〜３ｋＨｚの騒音はせん断流れの減少により上記実施の形態１と比べて全体的に２ｄＢ程度減少し、全体的な騒音の低減が図られたことがわかる。
【００５４】
この発明の実施の形態３の送風機の構成により、ファンの翼断面における最大肉厚位置を径方向に一定の割合で分散するようにしたので、騒音に変化するまでに放出される渦のスケールを分散させることで卓越周波数騒音が低減される。さらに、翼の最大肉厚位置が漸次変化することで、せん断流れを減少させることができ広帯域騒音の低減効果も得ることが出来る。
【００５５】
実施の形態４
上記実施の形態３では、翼の最大肉厚位置をファンの中心から翼中心の軌跡Ｃの外周側で周期的に変位するよう設定していたが、内周側で周期的に変位するよう設定してしてもよい。
【００５６】
この場合、回転中心１３から翼１２の最大肉厚位置までの距離をｒが、各翼に対する最大肉厚位置が添え字ｉを用いてｒｉで示された場合、一周期における最大肉厚位置の移動幅をＡ、回転中心１３から翼の外周側端部１５までの距離と翼の回転中心側端部１４までの距離の差、すなわち、翼１２の幅をＥとすれば、ｒｉ＝Ｒｈ−Ｅ／４＋Ａｓｉｎ｛（翼枚数−１）／（ｉ−１）×２×π｝、Ｅ／２≧Ａ、πは円周率、ｉは１〜翼枚数の整数とする。なお、ｉ−１＝０の場合は、ｉが翼枚数の場合を示す。Ｒｈは回転中心１３から翼中心の軌跡Ｃまでの距離を示し、Ｒｈ＝（回転中心１３から翼の外周側端部１５までの距離＋回転中心１３から翼の回転中心側端部１４までの距離）／２である。
【００５７】
上記実施の形態では、回転中心１３から翼１２の最大肉厚位置までの距離をｒが、ｒｉ＝Ｒｈ−Ｅ／４＋Ａｓｉｎ｛（翼枚数−１）／（ｉ−１）×２×π｝、Ｅ／２≧Ａ、すなわち、（Ｒｈ−Ｅ／４）を半径とする円周上を変位のセンターとして、その内周側で最大肉厚位置が移動するような設定としていたが、ｒｉ＝Ｒｈ＋Ａｓｉｎ｛（翼枚数−１）／（ｉ−１）×２×π｝、Ｅ／２≧Ａ、すなわち、Ｒｈを半径とする円周上を変位のセンターとして、ＡがＥ／２の間で変位するような構成としてもよい。
【００５８】
つまり、最大肉厚位置が翼の所定の範囲、例えば、Ｅ／２、Ｅ／３、・・・、Ｅ／ｎ（ｎは自然数）の間で変化し、かつ、隣接翼間でその位置が異なるような構成であれば、本発明の効果が得られる。ただし、上記実施の形態の構成のように翼の内周側、もしくは、外周側に特定する形で最大肉厚位置が変化する構成とした方がより顕著な効果が得られる。
また、上記実施の形態３または上記実施の形態４の場合の周期関数の変位の中心をそれぞれＲｈ＋Ｅ／４またはＲｈ−Ｅ／４として説明したが、例えば、Ｒｈ＋Ｅ／５またはＲｈ−Ｅ／５、・・・、Ｒｈ＋Ｅ／ｎまたはＲｈ−Ｅ／ｎ ｎは自然数、としても構わない。ただし、この場合、変位の中心に併せて最大肉厚位置が変化する翼の所定の範囲を設定することは当然である。
【００５９】
上記実施の形態では、送風機を備えた空気調和機について説明したが、熱交換器やフィルターを有しない送風機であっても同等の効果が得られることは自明である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 筐体、１ａ 前面パネル、１ｂ 後面パネル、１ｃ 上面パネル、１ｄ 下面パネル、１ｅ 左側面パネル、１ｆ 右側面パネル、２ ファン、３ 熱交換器、４ 吸込口、５ グリル、６ フィルター、７ ケーシング、８ 吹出口、９ スタビライザ、１０ 翼、１０ａ 翼外側面、１０ｂ 翼内側面、１１ 翼、１１ａ 翼外側面、１１ｂ 翼内側面、１２ 翼、１２ａ 翼外側面、１２ｂ 翼内側面、１３ 回転中心、１４ 回転中心側端部、１５ 外周側端部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の翼からなるファンを有する送風機において、前記複数の翼は、前記ファンの回転軸から等距離に配置され、前記回転軸を中心とする同心円が隣接翼で区切られた場合の円弧長の最小値が、前記複数の翼のそれぞれの翼間で略等しく、前記ファンの回転面での断面における最大肉厚位置が前記複数の翼の中心位置を通る同心円周上またはその中心側に配置されると共に、前記最大肉厚位置が前記複数の翼の隣接翼毎に異なることを特徴とする送風機。
【請求項２】
複数の翼からなるファンを有する送風機において、前記複数の翼は、前記ファンの回転軸から等距離に配置され、前記回転軸を中心とする同心円が隣接翼で区切られた場合の円弧長の最小値が、前記複数の翼のそれぞれの翼間で略等しく、前記ファンの回転面での断面における最大肉厚位置が前記複数の翼の中心位置を通る同心円周上またはその外周側に配置されると共に、前記最大肉厚位置が前記複数の翼の隣接翼毎に異なることを特徴とする送風機。
【請求項３】
前記ファンの回転面での断面における最大肉厚位置が前記複数の翼の隣接翼間での中心角θの周期関数からなることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の送風機。
【請求項４】
前記請求項１乃至前記請求項３のいずれか一つに記載の送風機を備えたことを特徴とする空気調和機。
【請求項１】
複数の翼からなるファンを有する送風機において、前記複数の翼は、前記ファンの回転軸から等距離に配置され、前記回転軸を中心とする同心円が隣接翼で区切られた場合の円弧長の最小値が、前記複数の翼のそれぞれの翼間で略等しく、前記ファンの回転面での断面における最大肉厚位置が前記複数の翼の中心位置を通る同心円周上またはその中心側に配置されると共に、前記最大肉厚位置が前記複数の翼の隣接翼毎に異なることを特徴とする送風機。
【請求項２】
複数の翼からなるファンを有する送風機において、前記複数の翼は、前記ファンの回転軸から等距離に配置され、前記回転軸を中心とする同心円が隣接翼で区切られた場合の円弧長の最小値が、前記複数の翼のそれぞれの翼間で略等しく、前記ファンの回転面での断面における最大肉厚位置が前記複数の翼の中心位置を通る同心円周上またはその外周側に配置されると共に、前記最大肉厚位置が前記複数の翼の隣接翼毎に異なることを特徴とする送風機。
【請求項３】
前記ファンの回転面での断面における最大肉厚位置が前記複数の翼の隣接翼間での中心角θの周期関数からなることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の送風機。
【請求項４】
前記請求項１乃至前記請求項３のいずれか一つに記載の送風機を備えたことを特徴とする空気調和機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−１１７３８７（Ｐ２０１２−１１７３８７Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６５２４４（Ｐ２０１０−２６５２４４）
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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