JP6615309B2 - ターボファン及びこれを用いた空気調和機の室内機 - Google Patents

Description

本発明は、３次元翼を備えたターボファン及びこれを用いた空気調和機の室内機に関するものである。

従来から、軸方向に向かってねじれながら延びる複数の３次元翼を有するターボファンが知られている。このターボファンにおいて、羽根の軽量化を図るため、従来から翼の内部を中空化することが提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１には、翼の表面を成形した２つの部材にそれぞれ凸部および凹部を設けて嵌め込む三次元翼を有し、三次元翼の内部が空洞化されたターボファンが開示されている。

特開２０１４−２０６０８４号公報

しかしながら、特許文献１において、運転時の遠心力により２つの部材の分割部（継ぎ目）に隙間が発生する場合がある。特に、翼のシュラウド側前縁部に位置する分割部に隙間が発生した場合、隙間内に気流が流れ込み、騒音が悪化する。また、２つの部材が嵌合のみで組み合わされている場合、ターボファンの振動により嵌合部で接触振動が繰り返され、騒音の発生源になる。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、騒音を低減することができるターボファン及びこれを用いた空気調和機の室内機を提供することを目的とするものである。

本発明に係るターボファンは、回転駆動される円板状の主板と、主板に対向して配置される円環状のシュラウドと、主板とシュラウドとの間に固定され、主板の外周側に位置する正圧面と主板の中心側に位置する負圧面とを有する翼とを有し、翼は、内部に中空部が形成され、主板の中心側から外周側へ延びる主翼と、主翼の正圧面側に装着され、主翼の中空部を塞ぐ翼カバーとを備え、主翼は、シュラウド側にあり主板の中心側の上前縁部に設けられた円弧形状の風切領域と、風切領域から主板側へ延びる層流領域とを有し、主翼と翼カバーとの分割部は、層流領域に設けられており、翼カバーは、分割部側において主翼へ向かって突出した突出部を有し、主翼は、突出部を挿入する挿入部を有し、主翼の風切領域内に肉ヌスミ部が構成され、挿入部は、主翼の風切領域から中空部に向かって延びたリブからなり、突出部の移動をガイドするものである。

本発明に係るターボファンによれば、主翼と翼カバーとの分割部は、層流領域に設けられていることにより、主翼と翼カバーとの回転軸方向から吸入された気体が、翼の分割部の隙間に入りにくくなるため、分割部の隙間に起因する騒音の発生を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係るターボファンの一例を示す斜視図である。 図２は本発明の実施の形態１に係るターボファンの一例を示す断面図である。 図１及び図２のターボファンにおける翼の一例を示す斜視図である。 図１及び図２のターボファンにおける翼の一例を示す平面図である。 図４の翼のＶ−Ｖ断面を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係るターボファンの翼の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係るターボファンの主翼の一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態３に係るターボファンの翼カバーの一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態４に係るターボファンを用いた空気調和機の室内機の断面図である。

実施の形態１．
以下、図面を参照しながら本発明のターボファンの実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係るターボファンの一例を示す斜視図、図２は本発明の実施の形態１に係るターボファンの一例を示す断面図である。図１及び図２のターボファン１は、例えば天井埋込型の室内機に用いられるものであり、主板２と、シュラウド３と、翼１０とを有する。

主板２は、円板状に形成されており、中央にはモータの回転軸に接続されるボス２ａを有する。そして、図示しないモータが駆動することにより、主板２はボス２ａを中心に回転する。シュラウド３は、円環状（ベルマウス形状）に形成されており、主板２に対向して配置される。また、シュラウド３の中央の穴から空気が吸い込まれる。

翼１０は、主板２とシュラウド３との間に複数固定されており、複数の翼１０は、それぞれ主板２の周方向に所定の間隔をあけて配置されている。翼１０は、ねじり形状を有する３次元翼であって、主板２の外周側に曲面形状の正圧面１０ａが形成され、主板２の中心側に曲面形状の負圧面１０ｂが形成されている。そして、主板２が回転したとき、複数の翼１０は主板２の中心から外周側へと向かう気流を発生させる。

図３は、図１及び図２のターボファンにおける翼の一例を示す斜視図、図４は、図１及び図２のターボファンにおける翼の一例を示す平面図、図５は、図４の翼のＶ−Ｖ断面を示す断面図である。図３から図５に示すように、翼１０は、下端１０ｄ側において主板２に固定されており、上端１０ｕ側においてシュラウド３に固定されている。この翼１０は、主翼１１と翼カバー１２とを備え、主翼１１に翼カバー１２を取り付けた構造になっている。

主翼１１は、翼１０の正圧面１０ａの一部及び負圧面１０ｂを構成する板状の部材であり、主板２の中心側から外周側へ延びる形状を有する。主翼１１は、例えば超音波融着等により、主翼１１の上端１０ｕがシュラウド３に固定され、下端１０ｄが主板２に固定される。主翼１１の正圧面１０ａ側には開口した中空部１１ｈが形成されている。翼カバー１２は、主翼１１の正圧面１０ａ側に装着されて正圧面１０ａの一部を構成しており、主翼１１の中空部１１ｈを塞いでいる。

主翼１１は、シュラウド３側であって主板２の中心側の前縁部に設けられた風切領域１０ｘと、風切領域１０ｘから正圧面１０ａの主板２側へ延びる層流領域１０ｙとを有する。風切領域１０ｘは、例えば円弧形状に形成されており、シュラウド３側から気流が当たる領域であり、風切領域１０ｘに当たった気流は正圧面１０ａ及び負圧面１０ｂへ流れる。このうち、正圧面１０ａ側に流れた気流は、風切領域１０ｘから層流領域１０ｙに向かって流れることになる。

ここで、主翼１１と翼カバー１２との間には、表面に分割部（継ぎ目）１３が形成される。そして、この分割部１３が層流領域１０ｙに設けられるようになっている。すなわち、主翼１１と翼カバー１２との分割部１３は、翼１０の正圧面１０ａ上の気流の方向と面の向きがほぼ並行になる層流領域１０ｙに位置しており、翼１０のシュラウド３側の前縁部に位置する風切領域１０ｘには分割部１３が存在しない。すると、ターボファン１の回転軸方向から吸入された気流が分割部１３の隙間に入りにくくなる。

さらに、主翼１１の中空部１１ｈの縁部は、深さが翼カバー１２の厚さとほぼ同一の深さを有するように、段状に形成されている。したがって、主翼１１と翼カバー１２とにより構成される正圧面１０ａは凹凸のない滑らかな面になっている。主翼１１の中空部１１ｈの縁部には、翼カバー１２の外縁を接合して支持する接合部１１ａが形成されている。すると、翼カバー１２は、主翼１１の接合部１１ａに接触した状態で固定されることになる。

上記実施の形態１によれば、分割部１３が層流領域１０ｙに設けられていることにより、主翼１１と翼カバー１２との回転軸方向から流れ込む気流が、翼１０の分割部１３の隙間に入りにくくなるため、分割部１３の隙間に起因する騒音の発生を抑制することができる。すなわち、従来のように、風切領域１０ｘに分割部１３が位置する場合、気流が分割部１３の隙間に入り込み、翼１０上の流れに乱れが生じて騒音が生じる場合がある。これを防止するためには、分割部１３に隙間が生じないような寸法で各部品を製造する必要があり、製造時に分割部の隙間の厳しい寸法管理が必要になる。一方、図１〜図５の翼１０において、分割部１３が層流領域１０ｙに設けられているため、分割部１３の隙間の厳しい管理を行うことなく、騒音の発生を抑制することができる。

また、図５に示すように、主翼１１は、中空部１１ｈの縁部が段状に形成されており、中空部１１ｈの縁部には、翼カバー１２の外縁に接合して支持する接合部１１ａが設けられているとき、遠心力によって翼カバー１２が主翼１１の外側に移動するのを抑制することができる。その結果、気流が分割部１３の隙間に入る、もしくは翼面に沿った気流が翼カバー１２に衝突して乱れたりすることによる騒音の悪化を抑制することができる。さらに、主翼１１と翼カバー１２とが振動により接触することによる騒音の発生を抑制することができる。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係るターボファンの翼の一例を示す断面図である。なお、図６の翼１１０において、図５の翼１１０と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図６に示すように、翼カバー１２には、主翼１１側へ突出した突出部１１２が設けられており、主翼１１には、突出部１１２が挿入される挿入部１１１が設けられている。

具体的には、主翼１１の挿入部１１１は、接合部１１ａにおいて凹状に設けられている。翼カバー１２の突出部１１２は、分割部１３になる外縁側において凸状に設けられている。そして、翼カバー１２の突出部１１２が主翼１１の挿入部１１１に挿入されることにより、翼カバー１２が主翼１１に位置決めされる。

上記実施の形態２によれば、翼カバー１２に突出部１１２を設け、主翼１１に挿入部１１１を設けることにより、分割部１３において、主翼１１及び翼カバー１２のガタやソリにより隙間がなくなる。すると、振動によって主翼１１と翼カバー１２が摺動することによる騒音の悪化を防ぐことができる。また、接合部１１ａに挿入部１１１が設けられることにより接合部１１ａにおいて、振動により主翼１１と翼カバー１２が摺動することによる騒音の発生を抑制することができる。さらに、実施の形態２の場合であっても、実施の形態１と同様、分割部１３が層流領域１０ｙに設けられているため、厳しい分割部１３の隙間の管理を行うことなく、騒音の発生を抑制することができる。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係るターボファンの主翼の一例を示す模式図、図８は、本発明の実施の形態３に係るターボファンの翼カバーの一例を示す模式図である。なお、図７の主翼２１１及び図８の翼カバー２１２において、図１〜図５の翼１０及び図６の翼１１０と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

図７の主翼２１１の風切領域１０ｘの内部には主翼１１の肉厚を減じた凹部２１１ｈが形成されている。風切領域１０ｘの内部に肉ヌスミ部が構成されるために、風切領域１０ｘ内の凹部２１１ｈから中空部１１ｈに向かって所定のスライド方向の向きに延びた例えば２本のリブが設けられている。このリブは、突出部１１２がスライドして移動するのをガイドする挿入部２１１ａとして機能する。また、主翼２１１は、中空部１１ｈ内であってスライド方向の延長上の位置に設けられたボス２１１ｂを有する。

図８の翼カバー２１２は、主翼２１１の挿入部２１１ａにスライドして挿入される突出部１１２と、主翼２１１のボス２１１ｂに挿入されるピン２１２ｂとを有する。そして、主翼２１１のボス２１１ｂに翼カバー２１２のピン２１２ｂが挿入されることにより面方向の位置決めが行われる。また、翼カバー１２の突出部１１２が主翼１１の挿入部２１１ａに挿入されることにより、ボス２１１ｂを中心とした翼カバー２１２の回転が抑制される。

上記実施の形態３によれば、風切領域１０ｘ内に肉ヌスミ部になる凹部２１１ｈが形成されることにより、主翼１１の成形時に発生するヒケやソリを抑制し、成形性を改善することができる。また、挿入部２１１ａが複数のリブから形成されていることにより、組み立て時において翼カバー２１２の位置ズレを確実に防止することができる。また、実施の形態３の場合であっても、実施の形態１と同様、分割部１３が層流領域１０ｙに設けられているため、厳しい分割部１３の隙間の管理を行うことなく、騒音の発生を抑制することができる。

実施の形態４．
図９は、本発明の実施の形態４に係るターボファンを用いた空気調和機の室内機の断面図である。図９において、同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図９の室内機３００は、いわゆる天井埋込型の室内機であり、天井の裏側に埋没して設置されるものである。

室内機３００は、本体３０１と、本体３０１の下面に配置され、吸込口３０２ａ及び吹出口３０２ｂを有する化粧パネル３０２と、本体３０１に収容された熱交換器３０３と、熱交換器３０３に送風を行うターボファン１と、ターボファン１を回転駆動するモータ３０４とを有する。そして、ターボファン１は、吸込口３０２ａから室内空気を吸い込み、熱交換器３０３へ送風する。熱交換器３０３において熱交換された空気は、吹出口３０２ｂから室内へ供給される。

上記実施の形態４のように、空気調和機の室内機３００に適用されることにより、実施の形態１〜３と同様、ターボファン１の分割部１３の隙間の厳しい寸法管理を行うことなく、低騒音の空気調和機を得ることができる。

本発明の実施の形態は、上記実施の形態１〜４に限定されず、種々の変更を行うことができる。たとえば、図５及び図６において、分割部１３が、風切領域１０ｘと層流領域１０ｙとの境界に位置している場合について例示しているが、この場合に限らず、層流領域１０ｙのうち風切領域１０ｘとは離れた部位に位置していてもよい。また、図５及び図６において、正圧面１０ａ及び負圧面１０ｂは、説明を簡略化するために平板形状を有する場合について例示しているが、曲面形状を有していてもよい。

１ ターボファン、２ 主板、２ａ ボス、３ シュラウド、１０、１１０ 翼、１０ａ 正圧面、１０ｂ 負圧面、１０ｄ 下端、１０ｕ 上端、１０ｘ 風切領域、１０ｙ 層流領域、１１、２１１ 主翼、１１ａ 接合部、１１ｈ 中空部、１２、２１２ 翼カバー、１３ 分割部、１１１ 挿入部、１１２ 突出部、２１１ａ 挿入部、２１１ｂ ボス、２１１ｈ 凹部、２１２ｂ ピン、３００ 室内機、３０１ 本体、３０２ 化粧パネル、３０２ａ 吸込口、３０２ｂ 吹出口、３０３ 熱交換器、３０４ モータ。

Claims (5)

1. 回転駆動される円板状の主板と、
   前記主板に対向して配置される円環状のシュラウドと、
   前記主板と前記シュラウドとの間に固定され、前記主板の外周側に位置する正圧面と前記主板の中心側に位置する負圧面とを有する翼と
   を有し、
   前記翼は、
   内部に中空部が形成され、前記主板の中心側から外周側へ延びる主翼と、
   前記主翼の前記正圧面側に装着され、前記主翼の前記中空部を塞ぐ翼カバーと
   を備え、
   前記主翼は、前記シュラウド側にあり前記主板の中心側の上前縁部に設けられた円弧形状の風切領域と、前記風切領域から前記主板側へ延びる層流領域とを有し、
   前記主翼と前記翼カバーとの分割部は、前記層流領域に設けられており、
   前記翼カバーは、前記分割部側において前記主翼へ向かって突出した突出部を有し、
   前記主翼は、前記突出部を挿入する挿入部を有し、
   前記主翼の前記風切領域内に肉ヌスミ部が構成され、
   前記挿入部は、前記主翼の前記風切領域から前記中空部に向かって延びたリブからなり、前記突出部の移動をガイドするものであるターボファン。
2. 前記主翼は、前記中空部の縁部が段状に形成されており、
   前記中空部の縁部には、前記翼カバーの外縁に接合して支持する接合部が設けられている請求項１に記載のターボファン。
3. 前記翼カバーは、前記中空部内に設けられたピンを有し、
   前記主翼は、前記ピンを固定するボスを有する請求項１又は２に記載のターボファン。
4. 前記翼は、ねじれ形状を有する３次元翼である請求項１〜３のいずれか１項に記載のターボファン。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のターボファンを用いた空気調和機の室内機。

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