JP4413525B2 - 貫流送風羽根車 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、貫流送風機に適用される貫流送風羽根車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の貫流送風羽根車として、回転軸の軸周りに所定の間隔で配列されて隣接するブレード相互の配列ピッチを少なくとも１ヶ所異なる長さに設定するとともに、各ブレードの翼弦長Ｌを互いに異ならせ、正圧面側の配列ピッチＰｐと負圧面側の配列ピッチＰｓとの和（Ｐｐ＋Ｐｓ）／ｌを所定値Ｋで一定にするように設定した構成のものは既に知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような構成の従来の貫流送風羽根車によれば、各ブレードの翼弦長を、その背圧面側のみならず、負圧面側の配列ピッチをも考慮した上で、翼弦長と各ブレードの配列ピッチの比が送風機翼列として最適な値を確保し得るように設定できるので、送風機効率を向上させることができるというものである。
【０００３】
また、従来の他の貫流送風羽根車として、回転軸に対して直角な複数の仕切板と、これらの仕切板間に配列した複数の羽根とを備え、その羽根の配置をサイクリックに変化させた構成のものも既に知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２９９６９４号公報（第３−４頁、図１）
【特許文献２】
特開平９−１９５９７９号公報（第２−５頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の貫流送風羽根車は以上のように構成されているので、その羽根車を備えた貫流送風機は、翼素効率の改善と羽根車の回転に付随して生じる騒音（回転数×羽根枚数や回転数の整数倍の低周波数域に生じる騒音）を低減すべく、羽根の取り付けピッチや羽根形状を羽根車の周方向に変えているにすぎず、そのため、羽根車の回転によって生じる吐出気流の幅と方向は一定であり、ディフューザ拡大率の増加による大幅な静圧回復率向上はディフューザ壁面での剥離、逆流のために実現できないという課題があった。また、空調機に用いられる貫流送風機でディフューザ拡大率を増加すると、冷房運転時に居住空間からディフューザ内への暖気の逆流が生じてディフューザ壁面に露が付着し、露飛び、露垂れの原因になるという課題があった。
【０００６】
この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・逆風特性、あるいは露付着耐力などを損ねることなく、送風動力の低減を図った貫流送風羽根車を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る貫流送風羽根車は、回転軸の軸周りに配列されて当該回転軸と平行する複数の羽根を備え、その羽根の配列群を前記回転軸と垂直な断面上で複数のブロックに区分し、かつ、各ブロックを少なくとも２枚以上の羽根で構成すると共に、羽根車の内径側で定義される羽根の接線角β１または羽根車の外径側で定義される羽根の接線角β２もしくは接線角β１，β２の両方を各ブロック毎に異なる接線角とし、かつ、ブロック内では同一の接線角としたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による貫流送風羽根車を示す断面図、図２は図１の正面図である。
図１に示す貫流送風羽根車（以下、単に羽根車という）１は、回転軸２と、当該回転軸２に対して一定の間隔で直角に一体結合された複数の仕切板３（図２参照）と、これらの仕切板３間において前記回転軸２の軸周りに所定の間隔で配列されて当該回転軸２に平行する複数の羽根４とを備えている。このような羽根車１において、前記羽根４の配列群は、前記回転軸２と垂直な断面上で２つのブロックＡ，Ｂに区分してある。このように２つのブロックＡ，Ｂに区分された羽根４の配列群は、各ブロックＡ，Ｂ毎に羽根４の接線角を等しくして各ブロックＡ，Ｂ毎の気流吹出角度が周期的に変化するように形成されている。
【０００９】
すなわち、この実施の形態１では、羽根車１の内径側において定義される全ての羽根４の接線角をβ１としたとき、その接線角β１は、ブロックＡの羽根４の接線角β１１とブロックＢの羽根４の接線角β１２の２種類からなっており、ブロックＡとブロックＢとでは羽根４の接線角をβ１１とβ１２とに異ならせている。
【００１０】
次に動作について説明する。図３（Ａ），（Ｂ）は羽根車１の回転時における気流吹出方向を示す動作説明図であり、同図において、７は貫流送風機の吹き出し風路である。
羽根車１の回転時において、羽根４群のブロックＢが貫流送風機の吹き出し風路７側に位置する時（図３（Ａ）参照）と、羽根４群のブロックＡが前記吹き出し風路７の気流吹出側に位置する時（図３（Ｂ）参照）とでは、ブロックＡとブロックＢとの羽根４の接線角β１１とβ１２との違いにより、翼間（羽根４の相互間）の流れが変化するとともにスリップ量が変わり、気流吹出方向が変化する。例えば、前記吹き出し風路７側にブロックＡが位置する時には、図３（Ｂ）中の矢印ｂで示すように、上向きに吹き出し気流が形成され、前記吹き出し風路７側にブロックＢが位置する時には、図３（Ａ）中の矢印ａで示すように、下向きに吹き出し気流が形成される。
【００１１】
以上説明した実施の形態１によれば、回転軸２の軸周りに配列されて当該回転軸２に平行する複数の羽根４を備えた貫流送風用の羽根車１において、前記羽根４の配列群を前記回転軸２と垂直な断面上で２つのブロックＡ，Ｂに区分し、羽根車１の内径側で定義される羽根４の接線角β１を、前記一方のブロックＡの羽根４の接線角β１１と、前記他方のブロックＢの羽根４の接線角β１２とで異ならせることにより、前記羽根車１の回転時に、前記一方のブロックＡと前記他方のブロックＢとでは気流吹出角度が周期的に変化するように構成したので、吹き出し気流を周期的に方向変換させることができ、その吹き出し気流の方向変換は、吹き出し風路７の壁面の境界層を乱流促進し、吹き出し気流の主流が吹き出し風路７の壁面から剥がれることを意味する剥離、および吹き出し気流の逆流を抑制することができるという効果がある。さらに、一般的な貫流送風羽根車の回転速度は数百〜数千ｒ／ｍｉｎであり、高サイクルで気流が方向を変えるため、拡散性の強い吹き出し気流が平均的に幅広く生成されるという効果がある。
【００１２】
図４は従来の羽根車と本発明の羽根車によるディフューザ拡大率の比と同一風量時の送風動力を示す図である。
図４から明らかなように、上記実施の形態１によれば、上述した物理現象により、ディフューザの拡大率を上げても、吹き出し気流の剥離および逆流が生じ難く、ディフューザ効率が向上し、送風動力が低減する効果が得られる。
【００１３】
なお、上記実施の形態１では、全ての羽根４の接線角β１が、ブロックＡとブロックＢとで羽根４の接線角がβ１１とβ１２の２種類である場合について説明したが、より多種類（少なくとも２枚以上の羽根を１ブロックとした複数ブロックと同数）のβ１を有する構成とした羽根車１であってもよく、この場合も同様の効果が得られる。さらに、図１の翼素（羽根）形状において、反り線は単一円弧、肉厚は等厚み分布、翼端形状は半円弧で示したが、それらの反り線、厚み分布、翼端形状などは特定されるものではなく、羽根４の接線角β１の周方向分布によって、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００１４】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２による貫流送風羽根車を示す断面図であり、図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明する。
上記実施の形態１では、羽根車１の内径側で定義される羽根４の接線角β１を、各ブロックＡ，Ｂ毎に異なる２種類の接線角β１１，β１２としたが、この実施の形態２では、羽根車１の外径側で定義される羽根４の接線角β２を、各ブロックＡ，Ｂ毎に異なる２種類の接線角β２１，β２２とすることで、各ブロックＡ，Ｂ毎の気流吹出角度が周期的に変化するように前記各羽根４を形成したものである。
【００１５】
このような構成とした実施の形態２によれば、羽根車１から吹き出される気流の角度が各ブロックＡ，Ｂ毎の羽根４の接線角β２に応じて変化する。例えば、図３の吹き出し風路７側にブロックＡが位置する時には上向きの気流が形成され、前記吹き出し風路７側にブロックＢが位置する時には下向きの気流が形成される。このような気流吹き出し方向の変動により、ディフューザ拡大率を上げても吹き出し気流の剥離および逆流が生じ難く、ディフューザ効率が向上し、送風動力が低減するという、上記実施の形態１の場合と同様の効果が得られる。
【００１６】
なお、この実施の形態２においても、羽根４の接線角β２は、ブロックＡ，Ｂ毎に異なる２種類の接線角β２１，β２２に特定されるものではなく、多種類（少なくとも２枚以上の羽根を１ブロックとした複数ブロックと同数）のβ２を有する構成とした羽根車１であってもよく、この場合も同様の効果が得られる。さらに、図５の翼素（羽根）形状において、反り線は単一円弧、肉厚は等厚み分布、翼端形状は半円弧で示したが、それらの反り線、厚み分布、翼端形状などは特定されるものではなく、羽根４の接線角β２の周方向分布によって、上記実施の形態２と同様の効果が得られる。
【００１７】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３による貫流送風羽根車を示す断面図であり、図１および図５と同一または相当部分には同一符号を付して説明する。
この実施の形態３では、羽根車１全体の羽根４を３つのブロックＡ，Ｃ，Ｄに区分し、羽根車１の内径側で定義される羽根４の接線角β１を、各ブロックＡ，Ｃ，Ｄ毎に異なる３種類の接線角β１１，β１２，β１３から構成すると共に、羽根車１の外径側で定義される羽根４の接線角β２を、ブロックＡとブロックＣ，Ｄとで異なる２種類の接線角β２１とβ２２とから構成し、ブロックＣとブロックＤとでは外径側の接線角を同じ接線角β２２としたものである。
【００１８】
このような構成の実施の形態３によれば、羽根車１から吹き出される気流の角度は、前記接線角β１とβ２の組み合わせに応じて変化する。例えば、図３の吹き出し風路７側にブロックＡが位置する時には上向きの気流が形成され、前記吹き出し風路７側にブロックＣが位置する時には下向きの気流が形成され、前記吹き出し風路７側にブロックＤが位置する時にはその中間に吹き出し気流が形成される。このような気流吹き出し方向の変動により、ディフューザ拡大率を上げても吹き出し気流の剥離や逆流が生じ難く、ディフューザによる静圧回復率が向上し、送風動力が低減するという効果がある。ここで、前記接線角β１のみ、前記接線角β２のみの他種類化で実施可能な気流吹き出し方向の制御は、翼間流れの剥離や２次流れなどによって限界があるが、上記実施の形態３のように、羽根車１の内径側で定義される前記接線角β１と、羽根車１の外径側で定義される前記接線角とβ２の変化を組み合わせることによって、より広範囲な気流吹き出し方向の制御が可能になるという効果がある。
【００１９】
なお、上記実施の形態３では、３種類の内径側接線角β１（β１１，β１２，β１３）と、２種類の外径側接線角β２（β２１，β２２）で構成された羽根車１について説明したが、前記接線角β１，β２の種類はそれに限ったものではなく、より多種類（少なくとも２枚以上の羽根を１ブロックとした複数ブロックと同数）のβ１，β２を有する構成とした羽根車１であってもよく、この場合も同様の効果が得られる。さらに、図６の翼素（羽根）形状において、反り線は単一円弧、肉厚は等厚み分布、翼端形状は半円弧で示したが、それらの反り線、厚み分布、翼端形状などは特定されるものではなく、羽根４の接線角β１，β２の周方向分布によって、上記実施の形態３と同様の効果が得られる。
【００２０】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４による貫流送風羽根車の羽根接線角β１の周方向分布を示す図である。
この実施の形態４では、羽根車の内径側で定義される羽根の接線角β１を５種類とし、その５種類の羽根を周方向へ略周期的に分布した構成としたものである。
【００２１】
このような実施の形態４によれば、羽根の５種類の接線角β１を周方向へ周期的に分布させるように構成したので、その略周期的な変化により前記５種類の接線角β１が滑らかに分布し、その接線角β１の変化による翼間風路の急激な変化に伴う翼間２次流れ等の損失が低減するという効果がある。
【００２２】
参考例１．
図８は参考例１による貫流送風羽根車の羽根接線角β１の周方向分布を示す図である。
この参考例１では、羽根車の内径側で定義される羽根の接線角β１の種類を図８に示すように増加させたものである。
このように、羽根の接線角β１の種類を増加させることにより、上記実施の形態４で述べた損失をより低減することが可能になるという効果がある。なお、図８中のβ１の変化は、羽根車１周あたり１サイクルの周期で与えたものを例示したが、周期、振幅（β１の振り幅）などは、これに限られるものではない。
【００２３】
実施の形態５．
図９はこの発明の実施の形態５による貫流送風羽根車の羽根接線角β１の周方向分布を示す図である。
この実施の形態５では、羽根車の内径側で定義される羽根の接線角β１を３種類とし、その３種類の接線角β１を羽根車の周方向へランダムに分布した構成としたものである。
このように実施の形態５では、３種類の接線角β１を周方向へランダムに分布する構成としたことにより、吹き出し気流の乱れを増幅し、気流の拡散性を高めるとともにディフューザ壁面の境界層を乱流促進し、その壁面での剥離、逆流を抑制してディフューザ効率を高めることができるという効果がある。
【００２４】
参考例２．
図１０は参考例２による貫流送風羽根車の羽根接線角β１の周方向分布を示す図である。
この参考例２では、上記実施の形態５における接線角β１の種類をさらに増加したものである。このように上記実施の形態５の接線角β１の種類をこの参考例２ではさらに増加することで、高周波乱流成分が増大し、より気流の拡散性が高まるという効果がある。
【００２５】
実施の形態７．
図１１はこの発明の実施の形態７による貫流送風羽根車の羽根接線角β２の周方向分布を示す図である。
この実施の形態７では、羽根車の外径側において定義される羽根の接線角β２を５種類とし、その５種類の接線角β２を羽根車の周方向へ略周期的に変化させた分布となるような構成としたものである。
このような実施の形態７によれば、５種類の接線角β２が略周期的な変化により滑らかに分布し、その接線角β２の変化による翼間風路の急激な変化に伴う翼間２次流れ等の損失が低減するという効果がある。
【００２６】
参考例３．
図１２は参考例３による貫流送風羽根車の羽根接線角β２の周方向分布を示す図である。
この参考例３では、上記実施の形態７による接線角β２の種類をさらに増加させたものであり、その接線角β２の種類増加により、前記翼間２次流れ等の損失をいっそう低減させることが可能になるとともに、羽根車外周とスタビライザーとの干渉によって生じる圧力変動の相関が低下して回転音を低減できるという効果がある。
なお、図１２中の接線角β２の変化は、羽根車１周あたり２サイクルの周期で与えたものを例示したが、その周期、振幅（接線角β２の振り幅）などは特定されるもではない。
【００２７】
実施の形態８．
図１３はこの発明の実施の形態８による貫流送風羽根車の羽根接線角β２の周方向分布を示す図である。
この実施の形態８では、羽根車の外径側において定義される羽根の接線角β２を３種類とし、その３種類の接線角β２を羽根車の周方向へランダムに変化させた分布となるような構成としたものである。
このような実施の形態８によれば、３種類の接線角β３が周方向へランダムに分布する構成としたことにより、吹き出し気流の乱れを増幅し、気流の拡散性を高めるとともにディフューザ壁面の境界層を乱流促進し、その壁面での剥離、逆流を抑制してディフューザ効率を高めることができるという効果がある。
【００２８】
参考例４．
図１４は参考例４による貫流送風羽根車の羽根接線角β２の周方向分布を示す図である。
この参考例４では、上記実施の形態８による接線角β２の種類をさらに増加させたものであり、その接線角β２の種類増加により、高周波乱流成分が増大し、より気流の拡散性が高まるとともに羽根車外周とスタビライザーとの干渉によって生じる圧力変動の相関が壊れるため、回転音を低減できるという効果がある。
【００２９】
実施の形態９．
この発明の実施の形態９では、図７に示すような羽根の接線角β１の略周期的な変調と、図１１に示すような接線角β２の略周期的な変調をそれぞれ与えるように羽根車を構成したものである。
このような実施の形態９によれば、気流吹き出し方向に制御性と回転音低減との相乗効果が得られる。
なお、図７および図１１では、接線角β１，β２の変調位相を同位相としたものを例示したが、それぞれの変調位相、周期、振幅は特定されるものではない。
【００３０】
実施の形態１０．
この発明の実施の形態１０による羽根車の羽根の接線角β１，β２の周方向分布を説明するために図９および図１３を適用する。
この実施の形態１０では、図９に示すような羽根の接線角β１のランダムな変調と、図１３に示すような羽根の接線角β２のランダムな変調をそれぞれ与えるように羽根車を構成したものである。
このような実施の形態１０によれば、気流吹き出し方向の制御性と回転音低減との相乗効果を得ることができる。
【００３１】
実施の形態１１．
この発明の実施の形態１１による羽根車の羽根の接線角β１，β２の周方向分布を説明するために図７および図１３を適用する。
この実施の形態１１による羽根車は、図７に示すような羽根の接線角β１の略周期的な変調と、図１３に示すような羽根の接線角β２のランダムな変調をそれぞれ与えるように構成したものである。
このような実施の形態１１によれば、気流吹き出し方向の制御性と回転音低減との相乗効果を得ることができる。
【００３２】
実施の形態１２．
この発明の実施の形態１２による羽根車の羽根の接線角β１，β２の周方向分布を説明するために図９から図１１を適用する。
この実施の形態１２による羽根車は、図９に示すような羽根の接線角β１のランダムな変調と、図１１に示すような羽根の接線角β２の略周期的な変調をそれぞれ与えるように構成したものである。
このような実施の形態１２の場合も、気流吹き出し方向の制御性と回転音低減との相乗効果を得ることができる。
【００３３】
実施の形態１３．
図１５はこの発明の実施の形態１３による空気調和機を示す断面図であって、その空気調和機は、ケーシング５と、スタビライザー６と、吹き出し風路７と、空気吸込口８と、室内機９と、熱交換器１０とを備え、上記実施の形態１から上記実施の形態１２による羽根車１を組み込んだものである。
このような実施の形態１３による空気調和機は、ケーシング５とスタビライザー６とで構成されるディフューザの拡大率を増加しても、吹き出し気流の逆流が生じ難く、露付着耐力の低下もなく送風動力を大幅に低減できるという効果が得られる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、回転軸の軸周りに配列されて当該回転軸と平行する複数の羽根を備え、その羽根の配列群を前記回転軸と垂直な断面上で複数のブロックに区分し、かつ、各ブロックを少なくとも２枚以上の羽根で構成すると共に、羽根車の内径側で定義される羽根の接線角β１または羽根車の外径側で定義される羽根の接線角β２もしくは接線角β１，β２の両方を各ブロック毎に異なる接線角とし、かつ、ブロック内では同一の接線角としたので、羽根車の回転時における気流吹き出し方向が各ブロック毎に変化し、ディフューザ効率が向上して送風動力が低減するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による貫流送風羽根車を示す断面図である。
【図２】 図１の正面図である。
【図３】 羽根車の回転時における気流吹出方向を示す動作説明図である。
【図４】 従来の羽根車と本発明の羽根車によるディフューザ拡大率の比と同一風量時の送風動力を示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態２による貫流送風羽根車を示す断面図である。
【図６】 この発明の実施の形態３による貫流送風羽根車を示す断面図である。
【図７】 この発明の実施の形態４による貫流送風羽根車の羽根接線角β１の周方向分布を示す図である。
【図８】 参考例１による貫流送風羽根車の羽根接線角β１の周方向分布を示す図である。
【図９】 この発明の実施の形態５による貫流送風羽根車の羽根接線角β１の周方向分布を示す図である。
【図１０】 参考例２による貫流送風羽根車の羽根接線角β１の周方向分布を示す図である。
【図１１】 この発明の実施の形態７による貫流送風羽根車の羽根接線角β２の周方向分布を示す図である。
【図１２】 参考例３による貫流送風羽根車の羽根接線角β２の周方向分布を示す図である。
【図１３】 この発明の実施の形態８による貫流送風羽根車の羽根接線角β２の周方向分布を示す図である。
【図１４】 参考例４による貫流送風羽根車の羽根接線角β２の周方向分布を示す図である。
【図１５】 この発明の実施の形態１３による空気調和機を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 羽根車、２ 回転軸、３ 仕切板、４ 羽根、５ 空気調和機のケーシング、６ スタビライザー、７ 吹き出し風路、８ 空気吸込口、９ 室内機、１０ 熱交換器、Ａ〜Ｄ 羽根のブロック。

Claims (9)

1. 回転軸の軸周りに配列されて当該回転軸と平行する複数の羽根を備えた貫流送風羽根車において、
   前記羽根の配列群を前記回転軸と垂直な断面上で複数のブロックに区分し、かつ、各ブロックを少なくとも２枚以上の羽根で構成すると共に、羽根車の内径側で定義される前記羽根の接線角β１または羽根車の外径側で定義される前記羽根の接線角β２もしくは前記接線角β１，β２の両方を各ブロック毎に異なる接線角とし、かつ、ブロック内では同一の接線角としたことを特徴とする貫流送風羽根車。
2. 羽根の接線角β１の周方向分布を略周期的に変調させたことを特徴とする請求項１記載の貫流送風羽根車。
3. 羽根の接線角β１の周方向分布をランダムに変調させたことを特徴とする請求項１記載の貫流送風羽根車。
4. 羽根の接線角β２の周方向分布を略周期的に変調させたことを特徴とする請求項１記載の貫流送風羽根車。
5. 羽根の接線角β２の周方向分布をランダムに変調させたことを特徴とする請求項１記載の貫流送風羽根車。
6. 羽根の接線角β１およびβ２の周方向分布を略周期的に変調させたことを特徴とする請求項１記載の貫流送風羽根車。
7. 羽根の接線角β１およびβ２の周方向分布をランダムに変調させたことを特徴とする請求項１記載の貫流送風羽根車。
8. 羽根の接線角β１の周方向分布を略周期的に変調させ、かつ羽根の接線角β２の周方向分布をランダムに変調させたことを特徴とする請求項１記載の貫流送風羽根車。
9. 羽根の接線角β１の周方向分布をランダムに変調させ、かつ羽根の接線角β２の周方向分布を略周期的に変調させたことを特徴とする請求項１記載の貫流送風羽根車。

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