特許 6642913 ターボファンおよびそれを用いた空気調和機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6642913

(24)【登録日】2020年1月8日

(45)【発行日】2020年2月12日

(54)【発明の名称】ターボファンおよびそれを用いた空気調和機

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/30 20060101AFI20200130BHJP

   F04D 29/66 20060101ALI20200130BHJP

   F04D 29/28 20060101ALI20200130BHJP

【ＦＩ】

   F04D29/30 F

   F04D29/30 C

   F04D29/66 M

   F04D29/28 K

   F04D29/28 P

【請求項の数】11

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2015-196839(P2015-196839)

(22)【出願日】2015年10月2日

(65)【公開番号】特開2017-67056(P2017-67056A)

(43)【公開日】2017年4月6日

【審査請求日】2018年7月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】516299338

【氏名又は名称】三菱重工サーマルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100140914

【弁理士】

【氏名又は名称】三苫 貴織

(74)【代理人】

【識別番号】100136168

【弁理士】

【氏名又は名称】川上 美紀

(74)【代理人】

【識別番号】100172524

【弁理士】

【氏名又は名称】長田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】江口 剛

(72)【発明者】

【氏名】松本 創一郎

(72)【発明者】

【氏名】石塚 浩史

【審査官】 岸 智章

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０９６３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２６４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０６９６０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 西独国特許第０１０５８２００（ＤＥ，Ｂ）

【文献】 国際公開第２０１４／０６１６４２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−１４４６６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１２７５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１２８６１８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ ２９／２８

Ｆ０４Ｄ ２９／３０

Ｆ０４Ｄ ２９／６６

Ｆ２４Ｆ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータ駆動軸に連結されて回転駆動されるハブと、
前記ハブに対向して配置され、空気吸込み口を形成する環状のシュラウドと、
前記ハブおよび前記シュラウド間に両端部が結合され、内周側の前縁が外周側の後縁に対して、回転方向側に配置されている複数枚の羽根と、を備え、
前記複数枚の羽根は、前記後縁において、前記羽根のスパン方向の中央部分が該スパン方向の２５％〜７５％の範囲で、前記ハブおよび前記シュラウドに対する結合部に対して反空気流方向に凹状とされ、前記羽根の前記後縁の反空気流方向への凹状量（−表示）は、ファン外径Ｄに対して、−０．０１４２Ｄ〜−０．０１５３Ｄの範囲とされており、
前記羽根の前記ハブに対する結合部は、回転方向または反回転方向に滑らかな湾曲面が空気流方向の全体にわたって形成されていることを特徴とするターボファン。

【請求項2】

前記羽根の前記前縁は、前記ハブおよび前記シュラウドに対する結合部に対して空気流方向に凹状もしくは反空気流方向に凸状とされていることを特徴とする請求項１に記載のターボファン。

【請求項3】

前記羽根の前記前縁の空気流方向への凹状量（＋表示）は、ファン外径Ｄに対して、０．００９１Ｄ〜０．０１５３Ｄの範囲とされ、反空気流方向への凸状量（−表示）は、ファン外径Ｄに対して、−０．０４３８Ｄとされていることを特徴とする請求項２に記載のターボファン。

【請求項4】

前記羽根の前記前縁は、前記羽根のスパン方向の中央部分が該スパン方向の２５％〜７５％の範囲で、前記の通り空気流方向に凹状もしくは反空気流方向に凸状とされていることを特徴とする請求項２または３に記載のターボファン。

【請求項5】

前記羽根の前記ハブに対する結合部は、反回転方向に滑らかな湾曲面とされており、前記羽根の前記シュラウドに対する結合部は、回転方向に滑らかな湾曲面とされていることを特徴とする請求項１に記載のターボファン。

【請求項6】

前記羽根の前記ハブに対する結合部の反回転方向への湾曲面の角度（＋表示）は、前記羽根の１ピッチ角度θに対して、０．０５６３θ〜０．０９７２θの範囲とされ、前記シュラウドに対する結合部の回転方向への湾曲面の角度（−表示）は、前記羽根の１ピッチ角度θに対して、−０．０１５４θ〜−０．０９７２θの範囲とされていることを特徴とする請求項５に記載のターボファン。

【請求項7】

前記羽根の前記ハブに対する結合部は、回転方向に滑らかな湾曲面とされており、前記羽根の前記シュラウドに対する結合部は、反回転方向に滑らかな湾曲面とされていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載のターボファン。

【請求項8】

前記羽根の前記ハブに対する結合部の回転方向への湾曲面の角度（−表示）は、前記羽根の１ピッチ角度θに対して、−０．０７６８θとされ、前記シュラウドに対する結合部の反回転方向への湾曲面の角度（＋表示）は、前記羽根の１ピッチ角度θに対して、０．００３１θとされていることを特徴とする請求項７に記載のターボファン。

【請求項9】

前記羽根の前記ハブに対する結合部は、回転方向に滑らかな湾曲面とされており、前記羽根の前記シュラウドに対する結合部は、回転方向に滑らかな湾曲面とされていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載のターボファン。

【請求項10】

前記羽根の前記ハブに対する結合部の回転方向への湾曲面の角度（−表示）は、前記羽根の１ピッチ角度θに対して、−０．０１５４θとされ、前記シュラウドに対する結合部の回転方向への湾曲面の角度（−表示）は、前記羽根の１ピッチ角度θに対して、−０．０４６１θとされていることを特徴とする請求項９に記載のターボファン。

【請求項11】

室内空気を吸込んで吹出す送風機と、
前記送風機の吸込み側または吹出し側のいずれかに配置され、前記室内空気を冷却または加熱する熱交換器と、を備え、
前記送風機が、請求項１ないし１０のいずれかに記載のターボファンとされている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、シュラウド側から軸方向に吸込んだ空気をラジアル方向に向きを変えて吹出すターボファンおよびそれを用いた空気調和機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ターボファンは、モータ等により回転駆動されるハブと、そのハブに対向して配置されるシュラウドと、ハブとシュラウド間に配置される複数枚の羽根とから構成される。このターボファンの羽根は、ハブとシュラウド間において、内周側の端部である前縁が外周側の端部である後縁よりも回転方向側に配置されるものが多く、また翼形形状に成形されているものが多いが、成形上の制約等により、その断面形状は軸方向に一様な二次元形状が一般的であった（例えば、特許文献１等参照）。しかし、昨今では、製造法の制約がなくなりつつあり、羽根を軸方向に三次元形状としたものや、中空形状としたもの等も多く提案されている（例えば、特許文献２−４等参照）。

【0003】

一方、低騒音化や高効率化を狙って性能を重視したものとして、例えば、特許文献５−７に示すように、ハブと羽根との結合部で発生する馬蹄形渦流を抑制するため、羽根のハブ側前縁近傍を回転方向または反回転方向に湾曲構造とし、馬蹄形渦抑制部を形成したものや、羽根とシュラウド間に、死水域低減空間を形成すべく、羽根の一部を反回転方向に曲成し、その曲成部を介してシュラウドの円弧面と接続したもの、あるいは羽根後縁のハブ側を回転方向および反回転方向の双方に湾曲させ、羽根の後縁部において気流を加速できるようにしたもの等が提案されている。

【0004】

つまり、ターボファンの場合、軸方向に吸込んだ空気流をラジアル方向に向きを変えるため、吸込み口の外縁側から吸込んだ空気流は慣性力によって曲がり切れずに、内部でハブ側に偏った流れとなり易く、吸込み口に近い箇所で羽根が有効に機能せず、効率低下を招くとともに、吹出し側で気流の偏りによる高速噴流が発生したり、吸込み口付近で逆流が発生したりし、騒音が大きくなり易かった。また、ターボファンを空気調和機に用いた場合、空気をグリルやフィルタを経た四角形状通路から吸込み、吹出し側が四角形状の熱交換器で囲まれた非軸対称の圧力場で作動されるため、ファンのスパン方向（軸方向）全体に亘って、一様な流れを実現することは困難であり、上記の如く、低騒音化や高効率化を狙った様々なアイデアが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２−２３５６９５号公報

【特許文献2】特開２００７−１７０３３１号公報

【特許文献3】特開２００７−１７０７７１号公報

【特許文献4】特開２０１０−２１６４８６号公報

【特許文献5】特開２００９−１２７５４１号公報

【特許文献6】国際公開第２００９／０６９６０６号

【特許文献7】国際公開第２０１０／１２８６１８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記ターボファンやそれを用いた空気調和機において、ターボファンの駆動力であるファン入力を評価パラメータとしたとき、ターボファンには、まだまだ改善する余地があった。つまり、ファン入力を低減することは、永遠の課題であり、かかる観点から、ターボファンを有限体積法により流体解析したところ、現状のターボファンにおいては、羽根の外周側（後縁側）の負圧面において、羽根に沿う空気流が翼面から剥離しやすい傾向がある一方、羽根の圧力面側において、高静圧領域が発生しており、それによって羽根に沿う空気流が減速（駆動力の損失が発生）し、ファン効率が低下していることが判明した。

【0007】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、羽根の外周側（後縁側）の負圧面での空気流の剥離を抑えるとともに、羽根の圧力面側での空気流の減速を抑制することにより、ファン効率を向上し、ファンの駆動力であるファン入力を低減し得るターボファンおよびそれを用いた空気調和機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記した課題を解決するために、本発明のターボファンおよびそれを用いた空気調和機は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるターボファンは、モータ駆動軸に連結されて回転駆動されるハブと、前記ハブに対向して配置され、空気吸込み口を形成する環状のシュラウドと、前記ハブおよび前記シュラウド間に両端部が結合され、内周側の前縁が外周側の後縁に対して、回転方向側に配置されている複数枚の羽根と、を備え、前記複数枚の羽根は、前記後縁が前記ハブおよび前記シュラウドに対する結合部に対して反空気流方向に凹状とされ、前記羽根の前記ハブに対する結合部は、回転方向または反回転方向に滑らかな湾曲面が空気流方向の全体にわたって形成されているを特徴とする。

【0009】

本発明によれば、複数枚の羽根の後縁（後縁ラインともいう。）が、ハブおよびシュラウドに対する結合部に対して反空気流方向に凹状とされているため、羽根の後縁を直線状としたものや空気流方向に凸状としているものに比べ、羽根の負圧面側での空気流の剥離を改善し、空気流の乱れを抑制することができるとともに、羽根の正圧面側で発生する高静圧領域を減少し、空気流の減速（駆動力の損失）を抑制することによりファン効率を向上させ、ファンの駆動力（ファン入力）を低減することができる。つまり、羽根の後縁を反空気流方向に凹状とすることにより、凹状とした領域の半径が元の形状よりも小さくなり、同一回転数でファンを回転させた場合、ファンを通過する空気流の圧力上昇を減少させることができ、これによって、負圧面の特にシュラウド側の剥離し易い箇所において、羽根後縁付近の圧力（静圧）が減少するため、空気流としては流れ易くなり、剥離を抑制することができる一方、正圧面においては、ファンを通過する空気流がハブ側に偏る影響が顕著であり、羽根表面の圧力もハブ側に向って急激に上昇する分布を示すが、後縁を凹状とすることにより、羽根後縁付近の圧力（静圧）を減少し、正圧面での静圧を低減することができ、ファン効率を向上させ、ファン入力を低減できるためである。従って、ターボファンの一層の高効率化、低騒音化を図ることができる。

【0010】

また、本発明のターボファンは、上記のターボファンにおいて、前記羽根の前記後縁は、前記羽根のスパン方向の中央部分が該スパン方向の２５％〜７５％の範囲で、前記の通り反空気流方向に凹状とされていることを特徴とする。

【0011】

本発明によれば、羽根の後縁の中央部分が、羽根のスパン方向の２５〜７５％の範囲で反空気流方向に凹状とされているため、羽根のハブおよびシュラウドに対する結合部の機能、性能に影響を及ぼすことなく、羽根をハブおよびシュラウドに結合することができる。従って、羽根のハブ側結合部およびシュラウド側結合部において空気流を乱すことがなく、低騒音化、高効率化を図ることができる。

【0012】

さらに、本発明のターボファンは、上述のいずれかのターボファンにおいて、前記羽根の前記後縁の反空気流方向への凹状量（−表示）は、ファン外径Ｄに対して、−０．０１４２Ｄ〜−０．０１５３Ｄの範囲とされていることを特徴とする。

【0013】

本発明によれば、羽根の後縁の反空気流方向への凹状量（−表示）が、ファン外径Ｄに対して、−０．０１４２Ｄ〜−０．０１５３Ｄの範囲とされているため、ターボファンの駆動力であるファン入力を好ましい範囲に低減することができる。従って、ターボファンを高効率化、低騒音化することができる。

【0014】

さらに、本発明のターボファンは、上述のいずれかのターボファンにおいて、前記羽根の前記前縁は、前記ハブおよび前記シュラウドに対する結合部に対して空気流方向に凹状もしくは反空気流方向に凸状とされていることを特徴とする。

【0015】

本発明によれば、羽根の前縁（前縁ラインともいう。）が、ハブおよびシュラウドに対する結合部に対して空気流方向に凹状もしくは反空気流方向に凸状とされているため、前縁を空気流方向に凹状に変位することにより、羽根の負圧面で空気流に僅かな乱れが生じる場合もあるが、正圧面側での高静圧領域を小さくして空気流の減速を抑制することができる一方、前縁を反空気流方向に凸状に変位することにより、正圧面側での高静圧領域が僅かに大きくなり空気流の減速抑制効果がやや低下する場合もあるが、負圧面での空気流の乱れを抑制して剥離を抑えることができる。つまり、羽根の前縁を空気流方向に凹状とすることによって羽根の空気流方向長さが短くなり、空気流と羽根表面との摩擦損失を低減し、ファン入力を低減することができる。但し、凹状にし過ぎると、隣接する羽根間の距離に対する空気流方向の羽根長さが短くなり過ぎ、羽根性能が悪化する。また、羽根の前縁を反空気流方向に凸状とすることにより、一般的には空気流と羽根表面との摩擦損失が増加する一方、羽根の空気流方向長さが実質的に長くなるため、羽根上流側から流入する流れを下流側に安定して導くことで、羽根表面での静圧のピーク値を抑制して流れを剥離し難くし、ファン入力を低減することができるとともに、ファン騒音を低減することができる。従って、この場合もファン入力を十分低減し、ターボファンの高効率化および低騒音化を図ることができる。

【0016】

さらに、本発明のターボファンは、上記のターボファンにおいて、前記羽根の前記前縁の空気流方向への凹状量（＋表示）は、ファン外径Ｄに対して、０．００９１Ｄ〜０．０１５３Ｄの範囲とされ、反空気流方向への凸状量（−表示）は、ファン外径Ｄに対して、−０．０４３８Ｄとされていることを特徴とする。

【0017】

本発明によれば、前縁ラインの空気流方向への凹状量（＋表示）が、ファン外径Ｄに対して、０．００９１Ｄ〜０．０１５３Ｄの範囲とされ、反空気流方向への凸状量（−表示）が、ファン外径Ｄに対して、−０．０４３８Ｄとされているため、ターボファンの駆動力であるファン入力を好ましい範囲に低減することができ、これによって、ターボファンを高効率化、低騒音化することができる。

【0018】

さらに、本発明のターボファンは、上述のいずれかのターボファンにおいて、前記羽根の前記前縁ラインは、前記羽根のスパン方向の中央部分が該スパン方向の２５％〜７５％の範囲で、前記の通り空気流方向に凹状もしくは反空気流方向に凸状とされていることを特徴とする。

【0019】

本発明によれば、羽根の前縁ラインの中央部分が、羽根のスパン方向の２５％〜７５％の範囲で、空気流方向に凹状もしくは反空気流方向に凸状とされているため、羽根のハブおよびシュラウドに対する結合部の機能、性能に影響を及ぼすことなく、羽根をハブおよびシュラウドに結合することができる。従って、羽根のハブ側結合部およびシュラウド側結合部において空気流を乱すことがなく、低騒音化、高効率化を図ることができる。

【0020】

さらに、本発明のターボファンは、上述のいずれかのターボファンにおいて、前記羽根の前記ハブに対する結合部は、反回転方向に滑らかな湾曲面とされており、前記羽根の前記シュラウドに対する結合部は、回転方向に滑らかな湾曲面とされていることを特徴とする。

【0021】

本発明によれば、羽根のハブに対する結合部が、反回転方向に滑らかな湾曲面とされ、羽根のシュラウドに対する結合部が、回転方向に滑らかな湾曲面とされているため、羽根のハブに対する結合部を反回転方向に滑らかな湾曲面とすることにより、結合部を左右非対称とし、結合部での空気流の淀みを抑制することができる一方、羽根のシュラウドに対する結合部を回転方向に滑らかな湾曲面とすることにより、翼力で負圧面側での流れの剥離を抑制し、空気流をスムーズにすることができる。従って、羽根性能を向上し、ファン入力を更に低減して高効率化を図ることができるとともに、空気流の乱れを抑制し、低騒音化を図ることができる。

【0022】

さらに、本発明のターボファンは、上記のターボファンにおいて、前記羽根の前記ハブに対する結合部の反回転方向への湾曲面の角度（＋表示）は、前記羽根の１ピッチ角度θに対して、０．０５６３θ〜０．０９７２θの範囲とされ、前記シュラウドに対する結合部の回転方向への湾曲面の角度（−表示）は、前記羽根の１ピッチ角度θに対して、−０．０１５４θ〜−０．０９７２θの範囲とされていることを特徴とする。

【0023】

本発明によれば、羽根のハブに対する結合部の反回転方向への湾曲面の角度（＋表示）が、羽根の１ピッチ角度θに対して、０．０５６３θ〜０．０９７２θの範囲とされ、シュラウドに対する結合部の回転方向への湾曲面の角度（−表示）が、羽根の１ピッチ角度θに対して、−０．０１５４θ〜−０．０９７２θの範囲とされているため、ハブ側結合部での空気流の淀みを抑制することができるとともに、負圧面側での空気流の剥離を翼力により抑制し、羽根性能を更に向上することができる。従って、ターボファンの駆動力であるファン入力を好ましい範囲に低減し、ターボファンを高効率化、低騒音化することができる。

【0024】

さらに、本発明のターボファンは、上述のいずれかのターボファンにおいて、前記羽根の前記ハブに対する結合部は、回転方向に滑らかな湾曲面とされており、前記羽根の前記シュラウドに対する結合部は、反回転方向に滑らかな湾曲面とされていることを特徴とする。

【0025】

本発明によれば、羽根のハブに対する結合部が、回転方向に滑らかな湾曲面とされ、羽根のシュラウドに対する結合部が、反回転方向に滑らかな湾曲面とされているため、羽根のハブに対する結合部を回転方向に滑らかな湾曲面とすることによって、結合部を左右非対称とし、結合部での空気流の淀みを抑制することができる。また、羽根のシュラウドに対する結合部を反回転方向に滑らかな湾曲面とすることによって、シュラウド近傍の負圧面側での空気流をスムーズにし、剥離を抑制にすることができる。従って、羽根性能を向上し、ファン入力を更に低減して高効率化を図ることができるとともに、空気流の乱れを抑制し、低騒音化を図ることができる。

【0026】

さらに、本発明のターボファンは、上記のターボファンにおいて、前記羽根の前記ハブに対する結合部の回転方向への湾曲面の角度（−表示）は、前記羽根の１ピッチ角度θに対して、−０．０７６８θとされ、前記シュラウドに対する結合部の反回転方向への湾曲面の角度（＋表示）は、前記羽根の１ピッチ角度θに対して、０．００３１θとされていることを特徴とする。

【0027】

本発明によれば、羽根の前記ハブに対する結合部の回転方向への湾曲面の角度（−表示）が、前記羽根の１ピッチ角度θに対して、−０．０７６８θとされ、前記シュラウドに対する結合部の反回転方向への湾曲面の角度（＋表示）が、前記羽根の１ピッチ角度θに対して、０．００３１θとされているため、ハブ側結合部での空気流の淀みを抑制することができるとともに、シュラウド近傍の負圧面側での空気流の剥離を抑制し、羽根性能を更に向上することができる。従って、ターボファンの駆動力であるファン入力を好ましい範囲に低減し、ターボファンを高効率化、低騒音化することができる。

【0028】

また、本発明のターボファンは、上述のいずれかのターボファンにおいて、前記羽根の前記ハブに対する結合部は、回転方向に滑らかな湾曲面とされており、前記羽根の前記シュラウドに対する結合部は、回転方向に滑らかな湾曲面とされていることを特徴とする。

【0029】

本発明によれば、羽根のハブに対する結合部が、回転方向に滑らかな湾曲面とされ、羽根のシュラウドに対する結合部が、回転方向に滑らかな湾曲面とされているため、羽根のハブに対する結合部を回転方向に滑らかな湾曲面とすることにより、結合部を左右非対称とし、結合部での空気流の淀みを抑制することができる一方、羽根のシュラウドに対する結合部を回転方向に滑らかな湾曲面とすることによって、翼力で負圧面側での流れの剥離を抑制し、空気流をスムーズにすることができる。従って、羽根性能を向上し、ファン入力を更に低減して高効率化を図ることができるとともに、空気流の乱れを抑制し、低騒音化を図ることができる。

【0030】

さらに、本発明のターボファンは、上記のターボファンにおいて、前記羽根の前記ハブに対する結合部の回転方向への湾曲面の角度（−表示）は、前記羽根の１ピッチ角度θに対して、−０．０１５４θとされ、前記シュラウドに対する結合部の回転方向への湾曲面の角度（−表示）は、前記羽根の１ピッチ角度θに対して、−０．０４６１θとされていることを特徴とする。

【0031】

本発明によれば、羽根のハブに対する結合部の回転方向への湾曲面の角度（−表示）が、羽根の１ピッチ角度θに対して、−０．０１５４θとされ、シュラウドに対する結合部の回転方向への湾曲面の角度（−表示）が、羽根の１ピッチ角度θに対して、−０．０４６１θとされているため、ハブ側結合部での空気流の淀みを抑制することができるとともに、負圧面側での空気流の剥離を翼力によって抑制し、羽根性能を更に向上することができる。従って、ターボファンの駆動力であるファン入力を好ましい範囲に低減し、ターボファンを高効率化、低騒音化することができる。

【0032】

さらに、本発明にかかる空気調和機は、室内空気を吸込んで吹出す送風機と、前記送風機の吸込み側または吹出し側のいずれかに配置され、前記室内空気を冷却または加熱する熱交換器と、を備え、前記送風機が、上述のいずれかのターボファンとされていることを特徴とする。

【0033】

本発明によれば、室内空気を吸込んで熱交換器により冷却または加熱し、その温調風を室内に吹出す送風機が、上述のいずれかのターボファンとされているため、ターボファンの駆動力であるファン入力を低減し、ターボファンを高効率化、低騒音化を図ることができる。従って、空気調和機をより高性能化および低騒音化することができる。

【発明の効果】

【0034】

本発明のターボファンによると、羽根の負圧面側での空気流の剥離を改善し、空気流の乱れを抑制することができるとともに、羽根の正圧面側で発生する高静圧領域を減少し、空気流の減速（駆動力の損失）を抑制することによりファン効率を向上させ、ファンの駆動力（ファン入力）を低減することができるため、ターボファンの一層の高効率化、低騒音化を図ることができる。

【0035】

本発明の空気調和機によると、ターボファンの駆動力であるファン入力を低減し、ターボファンを高効率化、低騒音化を図ることができるため、空気調和機をより高性能化および低騒音化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】本発明の一実施形態に係る空気調和機の分解斜視図である。

【図2】上記空気調和機に適用したターボファンのファン形状（Ａ）、その羽根表面での限界流線（Ｂ）および羽根表面での静圧コンタ（Ｃ）を示す図である。

【図3】上記ターボファンを有限体積法により流体解析した際に用いたターボファン形状（Ａ）ないし（Ｅ）の比較図である。

【図4】上記各ターボファンの羽根表面での限界流線（Ａ）ないし（Ｅ）の比較図である。

【図5】上記各ターボファンの羽根表面での静圧コンタ（Ａ）ないし（Ｅ）の比較図である。

【図6】上記各ターボファンの設計変数として用いた羽根前縁の元形状（Ａ）に対する変位形状（Ｂ），（Ｃ）の比較図である。

【図7】上記各ターボファンの設計変数として用いた羽根後縁の元形状（Ａ）に対する変位形状（Ｂ），（Ｃ）の比較図である。

【図8】上記各ターボファンの設計変数として用いた羽根ハブ側湾曲形状の元形状（Ａ）に対する変位形状（Ｂ），（Ｃ）の比較図である。

【図9】上記各ターボファンの設計変数として用いた羽根シュラウド側湾曲形状の元形状（Ａ）に対する変位形状（Ｂ），（Ｃ）の比較図である。

【図10】上記各ターボファンの設計変数として用いた羽根全体を回転軸中心に回転させた羽根２枚分の重ね合わせ図である。

【図11】上記各ターボファンの設計変数として用いた羽根の前縁および後縁の変位を示す２枚分の重ね合わせ図である。

【図12】上記各ターボファンの設計変数として用いた羽根の前縁および後縁の変位状態を説明する説明図である。

【図13】上記各ターボファンの翼力を説明するための模式図である。

【図14】上記各ターボファンの解析に用いた設計変数（Ａ）と目的関数（Ｂ）を示す図表である。

【図15】上記有限体積法による解析結果における設計変数の値を示す図表である。

【図16】目的関数Ｄ’（風量合わせ入力のオリジナルとの比）の比較結果を示す棒グラフである。

【図17】目的関数Ｄ’と設計変数（１）との相関関係を示すグラフである。

【図18】目的関数Ｄ’と設計変数（２）との相関関係を示すグラフである。

【図19】目的関数Ｄ’と設計変数（３）との相関関係を示すグラフである。

【図20】目的関数Ｄ’と設計変数（４）との相関関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0037】

以下、本発明の一実施形態について、図１ないし図２０を用いて説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係る空気調和機の分解斜視図が示されている。
本実施形態に係る空気調和機１は、天井埋め込み型空気調和機１とされているが、本発明は、かかる天井埋め込み型空気調和機１に限定されるものではなく、他型式の空気調和機１に適用してもよいことはもちろんである。

【0038】

この天井埋め込み型空気調和機１は、天井内にボルト等により吊下げ設置される略四方形状のユニット本体２と、そのユニット本体２の下面に設けられる室内空気吸込み口４および温調空気吹出し口５を備えた四辺形状の天井パネル３と、天井パネル３の室内空気吸込み口４に対向するようにユニット本体２内に配置されるベルマウス６と、ベルマウス６と対向するようにユニット本体２の天板に固定設置されるターボファン（送風機）７と、ターボファン（送風機）７を取囲むようにユニット本体２内に設置される四角形状の熱交換器８等々を備えている。

【0039】

ターボファン７は、ユニット本体２の天板に固定設置されるモータ９と、モータ９の回転軸９Ａに結合され、モータ９により回転駆動されるハブ（主板）１０と、ハブ（主板）１０と対向して配置される環状のシュラウド（側板）１１と、ハブ（主板）１０およびシュラウド（側板）１１に各々両端部が結合されて配設される複数枚の羽根１２と、を備えたケーシングレス構造のファンである。このターボファン７の複数枚の羽根１２は、内周側の前縁（前縁ラインと称する場合もある。）１３が外周側の後縁（後縁ラインと称する場合もある。）１４に対して、回転方向Ｎ側に位置するように配置されている。

【0040】

本実施形態のターボファン７は、図２（Ａ）に示すように、羽根１２の形状を後述の通り工夫したもので、それによって、羽根１２の負圧面１５側での空気流を、図２（Ｂ）に示す限界流線（羽根表面の流れを線状に可視化したもの）のように、間隔の急変化が少ない（剥離のない）綺麗な流線とするとともに、羽根１２の正圧面１６側での静圧を、図２（Ｃ）に示す静圧コンタ図のように、高静圧領域を無くする、あるいは極力小さくして空気流の減速（損失）を抑制し、ターボファン７の駆動力であるファン入力を低減するようにしたものである。

【0041】

本実施形態では、ターボファン７の性能をターボファン７の駆動力であるファン入力をパラメータとして評価すべく、ターボファン７を空気調和機１に装着した状態で有限体積法により解析し、それに基づいて羽根１２の形状を設定したものである。この流体解析を行うため、図１４（Ａ）に示すように、（１）羽根１２の前縁１３の変位（移動量）、（２）羽根１２の後縁１４の変位（移動量）、（３）羽根１２のハブ側結合部１７の湾曲（回転角）および（４）羽根１２のシュラウド側結合部１８の湾曲（回転角）、の４つを設計変数として用い、４１ケースのパラメータスタディについて評価を行った。更に、そのパラメータスタディでの第１位の形状（Ｎｏ．３１）をベースにして、最適形状（Ｎｏ．５９）を求めた。

【0042】

図２（Ａ）および図３（Ａ）ないし（Ｅ）は、最適形状のファン（Ｎｏ．５９）と、パラメータスタディで評価した４１ケースのうち、評価が１位（Ｎｏ．３１）、２位（Ｎｏ．３２）、３位（Ｎｏ．０６）のファンと、評価基準としたオリジナル形状のファン（Ｎｏ．０）と、評価が最下位（４１位）のファン（Ｎｏ．１４）の形状を示したものである。図２（Ａ）および図３（Ａ）ないし（Ｅ）に示したファンの詳細形状は、後述するが、オリジナル形状のファンは、図３（Ｄ）に示すように、羽根１２の断面が軸方向に一様な二次元形状、羽根１２の前縁ライン１３および後縁ライン１４が互いに平行な直線、羽根１２の両端をハブ１０およびシュラウド１１に対して結合するハブ側結合部１７およびシュラウド側結合部１８が、ハブ１０およびシュラウド１１に対して略直角に結合された構成とされている。

【0043】

また、評価が４１位と最も低かったケースＮｏ．１４のファン形状は、図３（Ｅ）に示すように、図３（Ｄ）に示したオリジナルのファン形状に対して、羽根１２の前縁ライン１３を空気流方向に凹状１３Ａとし、後縁ライン１４を空気流方向に凸状１４Ｂとするとともに、ハブ側結合部１７を反回転方向に湾曲した湾曲面１７Ａとし、シュラウド側結合部１８を反回転方向に湾曲した湾曲面１８Ａとした構成とされている。
更に、図４の（Ａ）ないし（Ｅ）および図５の（Ａ）ないし（Ｅ）には、図３の（Ａ）ないし（Ｅ）に示したファン形状に対応する各ファンの限界流線および静圧コンタを比較した図が示されている。

【0044】

ここで、上記した４つの設計変数（１）〜（４）の形状、構成を、図６ないし図９に基づいて、詳しく説明する。
（１）羽根１２の前縁１３の変位（移動量）とは、図６に示すように、羽根１２の前縁１３を直線状としている図６（Ａ）に示すオリジナル形状に対して、図６（Ｂ）に示すように、前縁ライン１３をハブ１０およびシュラウド１１への結合部１７および１８に対して空気流方向にへこました凹状１３Ａ（移動量を＋表示）、あるいは図６（Ｃ）に示すように、反空気流方向に膨らました凸状１３Ｂ（移動量を−表示）としていることを意味する。

【0045】

（２）羽根１２の後縁１４の変位（移動量）とは、図７に示すように、羽根１２の後縁１４を直線状としている図７（Ａ）に示すオリジナル形状に対して、図７（Ｂ）に示すように、後縁ライン１４をハブ１０およびシュラウド１１への結合部１７および１８に対して反空気流方向にへこました凹状１４Ａ（移動量を−表示）、あるいは図７（Ｃ）に示すように、空気流方向に膨らました凸状１４Ｂ（移動量を＋表示）としていることを意味する。

【0046】

（３）羽根１２のハブ側結合部１７の湾曲（回転角）とは、図８に示すように、羽根１２のハブ側結合部１７をハブ１０側に略直角に結合している図８（Ａ）に示すオリジナル形状に対して、図８（Ｂ）に示すように、羽根１２のハブ側結合部１７を反回転方向（反時計回り方向）に湾曲した湾曲面１７Ａとしたときのハブ１０に対する回転角（回転角を＋表示）、あるいは図８（Ｃ）に示すように、回転方向（時計回り方向）に湾曲した湾曲面１７Ｂとしたときのハブ１０に対する回転角（回転角を−表示）を意味している。

【0047】

（４）羽根１２のシュラウド側結合部１８の湾曲（回転角）とは、図９に示されるように、羽根１２のシュラウド側結合部１８をシュラウド１１側に略直角に結合している図９（Ａ）に示すオリジナル形状に対して、図９（Ｂ）に示すように、羽根１２のシュラウド側結合部１８を反回転方向（反時計回り方向）に湾曲した湾曲面１８Ａとしたときのシュラウド１１に対する回転角（回転角を＋表示）、あるいは図９（Ｃ）に示すように、回転方向（時計回り方向）に湾曲した湾曲面１８Ｂとしたときのシュラウド１１に対する回転角（回転角を−表示）を意味している。

【0048】

なお、羽根１２のハブ１０およびシュラウド１１に対する結合部１７，１８は、図１０に示すように、羽根１２と空気流との角度が変わらないように、羽根全体を回転軸９Ａの中心Ｏに対して、反回転方向（反時計回り方向）あるいは回転方向（時計回り方向）に湾曲させている。

【0049】

更に、羽根１２の前縁１３および後縁１４の変位（移動量）は、図１１に示すように、羽根１２の外径方向を＋方向とし、羽根（翼）１２のそり線（キャンバライン）およびその延長線上において、凹状または凸状に変位させるようにしている。つまり、羽根１２の前縁１３および後縁１４の変位は、図１２に示されるように、前縁１３側および後縁１４側の双方において、スパン方向（回転軸方向）の羽根高さの略２５％〜７５％の範囲でそり線（キャンバライン）に沿って同じ量だけ移動され、凹状または凸状とされている。そして、ハブ１０およびシュラウド１１には、各々滑らかな曲線で接続される構成とされている。

【0050】

また、図１３には、ターボファン７の翼力ＢＦについての図解がされている。
ターボファン７の翼力ＢＦは、複数枚の翼（羽根１２）間に働く圧力勾配に相当し、翼が流体である空気流に及ぼす力であり、図１３に示すように、翼（羽根１２）を傾斜させることによって、翼面と直角方向に翼力ＢＦが作用することとなる。この翼力ＢＦは、空気流を壁面（図１３では、シュラウド１１の壁面）に押し付けることにより、負圧面側の剥離を抑制する作用をなすものとなる。

【0051】

以下に、上述した事項に基づいて、ターボファン７のファン入力を低減すべく設定した羽根１２の形状、構成を詳しく説明する。
[最適形状ファン（ケースＮｏ．５９）]
図２（Ａ）は、ケースＮｏ．５９の最適形状とされた羽根１２を備えたターボファン７の斜視図である。
この羽根１２は、前縁ライン１３が空気流方向に凹状１３Ａ（図６（Ｂ）参照）とされるとともに、後縁ライン１４が反空気流方向に凹状１４Ａ（図７（Ｂ）参照）とされた構成とされている。

【0052】

また、羽根１２のハブ１０に対する結合部（ハブ側結合部）１７は、反回転方向（反時計回り方向）に湾曲する湾曲面１７Ａ（図８（Ｂ）参照）とされるとともに、羽根１２のシュラウド１１に対する結合部（シュラウド側結合部）１８は、回転方向（時計回り方向）に湾曲する湾曲面１８Ｂ（図９（Ｃ）参照）とされた構成とされている。なお、このハブ側結合部１７およびシュラウド側結合部１８は、図１０に示されるように、羽根１２と空気流れとの角度が変わらないように、羽根全体が回転軸中心Ｏに対して湾曲されている。

【0053】

更に、上記前縁ライン１３および後縁ライン１４は、図１１、図１２に示すように、羽根１２のスパン方向（回転軸方向）の中央部分がスパン方向寸法の２５〜７５％の範囲において、羽根（翼）１２のそり線（キャンバライン）およびその延長線上に同じ量移動されることにより、前縁ライン１３が空気流方向に凹状１３Ａ、後縁ライン１４が反空気流方向に凹状１４Ａとされた構成とされている。

【0054】

この最適形状の羽根１２において、ターボファン７の外径をＤ[ｍ]（図１０、図１２を参照）、羽根１２の１ピッチ角度をθ[°]（図１０参照）としたとき、上記設計変数（１）ないし（４）は、図１５の表に示すように、（１）羽根１２の前縁（ｐｕｌｌ−ＬＥ）１３の変位（移動量）は、空気流方向（＋表示）に対して、０．０１５３Ｄ相当の凹状１３Ａとされ、（２）羽根１２の後縁（ｐｕｌｌ−ＴＥ）１４の変位（移動量）は、反空気流方向（−表示）に対して、−０．０１５３Ｄ相当の凹状１４Ａとされている。

【0055】

また、（３）羽根１２のハブ側結合部１７の湾曲（回転角）は、反回転方向（反時計回り方向、＋表示）に、０．０９７２θの湾曲面１７Ａとされ、（４）羽根１２のシュラウド側結合部１８の湾曲（回転角）は、回転方向（時計回り方向、−表示）に、−０．０９７２θの湾曲面１８Ｂとされている。

【0056】

[ケースＮｏ．３１（１位）のファン形状]
図３（Ａ）には、ケースＮｏ．３１（１位）の羽根形状を備えたターボファン７の斜視図が示されている。
この羽根１２は、最適形状の羽根１２と同じく、前縁ライン１３が空気流方向に凹状１３Ａ（図６（Ｂ）参照）とされるとともに、後縁ライン１４が反空気流方向に凹状１４Ａ（図７（Ｂ）参照）とされた構成とされている。

【0057】

また、羽根１２のハブ１０に対する結合部（ハブ側結合部）１７は、反回転方向（反時計回り方向）に湾曲する湾曲面１７Ａ（図８（Ｂ）参照）とされるとともに、羽根１２のシュラウド１１に対する結合部（シュラウド側結合部）１８は、回転方向（時計回り方向）に湾曲する湾曲面１８Ｂ（図９（Ｃ）参照）とされた構成とされている。なお、このハブ側結合部１７およびシュラウド側結合部１８は、図１０に示されるように、羽根１２と空気流との角度が変わらないように、羽根全体が回転軸中心Ｏに対して湾曲されている。

【0058】

更に、前縁ライン１３および後縁ライン１４は、図１１および図１２に示すように、羽根１２のスパン方向（回転軸方向）の中央部分がスパン方向寸法の２５〜７５％の範囲において、羽根（翼）１２のそり線（キャンバライン）およびその延長線上に同じ量移動されることにより、前縁ライン１３が空気流れ方向に凹状１３Ａ、後縁ライン１４が反空気流れ方向に凹状１４Ａとされた構成とされている。

【0059】

このケースＮｏ．３１（１位）の羽根１２において、上記設計変数（１）ないし（４）は、図１５の表に示すように、（１）羽根１２の前縁（ｐｕｌｌ−ＬＥ）１３の変位（移動量）は、空気流方向（＋表示）に対し、０．０１５３Ｄ相当の凹状１３Ａとされ、（２）羽根１２の後縁（ｐｕｌｌ−ＴＥ）１４の変位（移動量）は、反空気流方向（−表示）に対して、−０．０１５３Ｄ相当の凹状１４Ａとされている。

【0060】

また、（３）羽根１２のハブ側結合部１７の湾曲（回転角）は、反回転方向（反時計回り方向、＋表示）に、０．０５６３θの湾曲面１７Ａとされ、（４）羽根１２のシュラウド側結合部１８の湾曲（回転角）は、回転方向（時計回り方向、−表示）に、−０．０１５４θの湾曲面１８Ｂとされている。

【0061】

[ケースＮｏ．３２（２位）のファン形状]
図３（Ｂ）には、ケースＮｏ．３２（２位）の羽根形状を備えたターボファン７の斜視図が示されている。
この羽根１２は、最適形状の羽根１２と同じく、前縁ライン１３が空気流方向に凹状１３Ａ（図６（Ｂ）参照）とされるとともに、後縁ライン１４が反空気流方向に凹状１４Ａ（図７（Ｂ）参照）とされた構成とされている。

【0062】

一方、羽根１２のハブ１０に対する結合部（ハブ側結合部）１７は、回転方向（時計回り方向）に湾曲する湾曲面１７Ｂ（図８（Ｃ）参照）とされるとともに、羽根１２のシュラウド１１に対する結合部（シュラウド側結合部）１８は、反回転方向（反時計回り方向）に湾曲する湾曲面１８Ａ（図９（Ｂ）参照）とされた構成とされている。なお、このハブ側結合部１７およびシュラウド側結合部１８は、図１０に示されるように、羽根１２と空気流との角度が変わらないように、羽根全体が回転軸中心Ｏに対して湾曲されている。

【0063】

更に、前縁ライン１３および後縁ライン１４は、図１１および図１２に示すように、羽根１２のスパン方向（回転軸方向）の中央部分がスパン方向寸法の２５〜７５％の範囲において、羽根（翼）１２のそり線（キャンバライン）およびその延長線上に同じ量移動されることにより、前縁ライン１３が空気流方向に凹状１３Ａ、後縁ライン１４が反空気流方向に凹状１４Ａとされた構成とされている。

【0064】

このケースＮｏ．３２（２位）の羽根１２において、上記設計変数（１）ないし（４）は、図１５の表に示すように、（１）羽根１２の前縁（ｐｕｌｌ−ＬＥ）１３の変位（移動量）は、空気流方向（＋表示）に対し、０．００９１Ｄ相当の凹状１３Ａとされ、（２）羽根１２の後縁（ｐｕｌｌ−ＴＥ）１４の変位（移動量）は、反空気流方向（−表示）に対して、−０．０１４２Ｄ相当の凹状１４Ａとされている。

【0065】

また、（３）の羽根１２のハブ側結合部１７の湾曲（回転角）は、回転方向（時計回り方向、−表示）に、−０．０７６８θの湾曲面１７Ｂとされ、（４）の羽根１２のシュラウド側結合部１８の湾曲（回転角）は、反回転方向（反時計回り方向、＋表示）に、０．００３１θの湾曲面１８Ａとされている。

【0066】

[ケースＮｏ．０６（３位）のファン形状]
図３（Ｃ）には、ケースＮｏ．０６（３位）の羽根形状を備えたターボファン７の斜視図が示されている。
この羽根１２は、前縁ライン１３が反空気流方向に凸状１３Ｂ（図６（Ｃ）参照）とされるとともに、後縁ライン１４が反空気流方向に凹状１４Ａ（図７（Ｂ）参照）とされた構成とされている。

【0067】

一方、羽根１２のハブ１０に対する結合部（ハブ側結合部）１７は、回転方向（時計回り方向）に湾曲する湾曲面１７Ｂ（図８（Ｃ）参照）とされるとともに、羽根１２のシュラウド１１に対する結合部（シュラウド側結合部）１８は、回転方向（時計回り方向）に湾曲する湾曲面１８Ｂ（図９（Ｃ）参照）とされた構成とされている。なお、このハブ側結合部１７およびシュラウド側結合部１８は、図１０に示されるように、羽根１２と空気流との角度が変わらないように、羽根全体が回転軸中心Ｏに対して湾曲されている。

【0068】

更に、前縁ライン１３および後縁ライン１４は、図１１および図１２に示すように、羽根１２のスパン方向（回転軸方向）の中央部分がスパン方向寸法の２５〜７５％の範囲において、羽根（翼）１２のそり線（キャンバライン）およびその延長線上に同じ量移動されることにより、前縁ライン１３が反空気流方向に凸状１３B、後縁ライン１４が反空気流方向に凹状１４Ａとされた構成とされている。

【0069】

このケースＮｏ．０６（３位）の羽根１２において、上記設計変数（１）ないし（４）は、図１５の表に示すように、（１）羽根１２の前縁（ｐｕｌｌ−ＬＥ）１３の変位（移動量）は、反空気流方向（−表示）に、−０．０４３８Ｄ相当の凸状１３Ｂとされ、（２）羽根１２の後縁（ｐｕｌｌ−ＴＥ）１４の変位（移動量）は、反空気流方向（−表示）に対して、−０．０１５３Ｄ相当の凹状１４Ａとされている。

【0070】

また、（３）の羽根１２のハブ側結合部１７の湾曲（回転角）は、回転方向（時計回り方向、−表示）に、−０．０１５４θの湾曲面１７Ｂとされ、（４）の羽根１２のシュラウド側結合部１８の湾曲（回転角）は、回転方向（時計回り方向、−表示）に、−０．０４６１θの湾曲面１８Ｂとされている。

【0071】

ちなみに、ケースＮｏ．０のオリジナルの羽根形状は、図１５の表に示すように、４つの設計変数（１）ないし（４）は、いずれも０とされている。また、評価が最も低かった（４１位）ケースＮｏ．１４の羽根形状は、（１）羽根１２の前縁（ｐｕｌｌ−ＬＥ）１３の変位（移動量）を、空気流方向（＋表示）に、０．０１５３Ｄ相当の凹状１３Ａとするとともに、（２）後縁（ｐｕｌｌ−ＴＥ）１４の変位（移動量）を、空気流方向（＋表示）に対して、０．０４３８Ｄ相当の凸状１４Ｂとし、（３）羽根１２のハブ側結合部１７の湾曲（回転角）を、反回転方向（＋表示）に、０．０５６３θの湾曲面１７Ａとするとともに、（４）シュラウド側結合部１８の湾曲（回転角）を、反回転方向（＋表示）に、０．０３５８の湾曲面１８Ａとしている。

【0072】

以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
上記ターボファン７および空気調和機１において、ターボファン７の回転により天井パネル３の室内空気吸込み口４から吸込まれた室内空気は、ベルマウス６を介してターボファン７のシュラウド１１側の開口部から軸方向に吸込まれる。ターボファン７に吸込まれた空気流は、複数枚の羽根１２によりラジアル方向に向きを変えて吹出され、ターボファン７を取囲むように配設されている熱交換器８を通過する過程で冷却または加熱されることにより、温調風として天井パネル３の四辺に設けられている４つの温調吹出し口５から室内へと吹出され、室内の空調に供される。

【0073】

ターボファン７の場合、軸方向に吸込んだ空気流をラジアル方向（遠心方向）に向きを変えるため、特に吸込み口の外縁付近（シュラウド１１側）から吸込んだ空気流は慣性力によって曲がり切れずに、ファン内部でハブ１０側に偏った流れとなり、シュラウド１１に近い側で羽根１２が有効に機能せず、効率が低下するとともに、吹出し側で気流の偏りにより高速噴流が発生したり、吸込み側で逆流が発生したりして、空力騒音が大きくなり易かった。また、空気調和機１に用いた場合、四角形状の風路から空気を吸込み、四角形状の熱交換器８で囲まれた非軸対称の圧力場で作動される場合が多く、ファンのスパン方向全体に亘って、一様な流れを実現することは困難であった。

【0074】

そうした中、本実施形態に係るターボファン７は、図１４（Ａ）に示した上記（１）ないし（４）の４項目を設計変数として、有限体積法による流体解析をパラメトリックに行い、その設計変数の値に基づいて、羽根１２の形状を設定したものである。なお、図１４（Ｂ）には、目的関数Ｄ’の定義が示されている。また、図１５の一覧表には、有限体積法による解析結果における設計変数の値が纏められている。

【0075】

上記図１５の一覧表には、ケースＮｏ．５９の最適形状のファンと、４１ケースのパラメータスタディにおいて評価が高かった１位（ケースＮｏ．３１）、２位（ケースＮｏ．３２）および３位（ケースＮｏ．０６）の３つのファンと、評価基準としたオリジナルファン（ケースＮｏ．０）と、最も評価が低かった４１位（ケースＮｏ．１４）のファンの計６ケースの結果のみが表示されている。

【0076】

更に、図１６には、上記目的関数Ｄ’について、上記６ケースの値を比較した棒グラフが示され、図１７ないし図２０には、目的関数Ｄ’と設計変数（１）、目的関数Ｄ’と設計変数（２）、目的関数Ｄ’と設計変数（３）、目的関数Ｄ’と設計変数（４）の相関関係を示すグラフが示されている。

【0077】

これらの解析結果から明らかなように、本実施形態のターボファン７は、複数枚の羽根１２の後縁ライン１４の中央部分が、図２（Ａ）あるいは図３（Ａ）ないし（Ｃ）に示すように、スパン方向（回転軸方向）の２５〜７５％の範囲において、反空気流方向に凹状１４Ａとされた構成とされているため、羽根１２の負圧面１５側の空気流を、図２（Ｂ）あるいは図４（Ａ）ないし（Ｃ）に示す限界流線（羽根表面の流れを線状に可視化したもの）のように、間隔の急変化が少ない（剥離のない）綺麗な流線とすることができる。

【0078】

つまり、ケースＮｏ．０のオリジナル形状や評価が最下位となったケースＮｏ．１４のものでは、羽根１２の負圧面１５側の空気流が、図４（Ｄ）および（Ｅ）に示す限界流線のように、乱れている箇所Ｘが見られ、空気流に剥離が発生しているが、図２（Ａ）あるいは図３（Ａ）ないし（Ｃ）に示したケースＮｏ．５９の最適形状あるいは評価が１〜３位とされたケースＮｏ．３１、ケースＮｏ．３２およびケースＮｏ．６のものでは、いずれも負圧面１５の限界流線に乱れている箇所Ｘはなく、負圧面１５での剥離が改善されていることが判る。

【0079】

また、ターボファン７の回転により羽根１２の正圧面１６には、静圧（翼面圧力）が分布するが、その静圧が高い程あるいは高静圧領域が大きい程、羽根１２に沿う空気流が減速しており、その損失によってファン効率が低下していることを意味する。本実施形態のターボファン７では、この高静圧領域を、図２（Ｃ）あるいは図５（Ａ）ないし（Ｃ）に示す静圧コンタ図のように、図５（Ｄ）および（Ｅ）に示すものに比べ、圧力を低くあるいは領域を小さくすることができる。

【0080】

つまり、ケースＮｏ．０のオリジナル形状や評価が最下位となったケースＮｏ．１４のものでは、羽根１２の正圧面１６で発生する高静圧領域Ｙが、図５（Ｄ）および（Ｅ）に示すように、比較的大きい領域Ｙで発生しているが、図２（Ｃ）あるいは図５（Ａ）ないし（Ｃ）に示したケースＮｏ．５９の最適形状あるいは評価が１〜３位とされたケースＮｏ．３１、ケースＮｏ．３２およびケースＮｏ．６のものでは、高静圧領域Ｙが発生していないか、非常に小さい領域Ｙとされており、空気流の減速が発生せず、減速による損失でファン効率が低下していないことが判る。

【0081】

このように、羽根１２の後縁ライン１４を反空気流方向に凹状１４Ａとすることによって、羽根１２の負圧面１５側での空気流の剥離を改善し、空気流の乱れを抑制することができるとともに、正圧面１６側で分布する高静圧領域Ｙを減少し、空気流の減速を抑制することによってファン効率を向上させ、図１６および図１８に示す通り、ターボファン７の駆動力であるファン入力を低減することができる。

【0082】

これは、羽根１２の後縁ライン１４を反空気流方向に凹状１４Ａとすることにより、凹状とした領域の半径が元の形状よりも小さくなり、同一回転数でターボファン７を回転させた場合、ターボファン７を通過する空気流の圧力上昇を減少させることができ、これによって、負圧面１５の特にシュラウド１１側の剥離し易い箇所において、羽根１２の後縁１４付近の圧力（静圧）が減少するため、空気流としては流れ易くなり、剥離を抑制することができるということである。

【0083】

一方、正圧面１６においては、ターボファン７を通過する空気流がハブ１０側に偏る影響が顕著であって、羽根１２の表面の圧力もハブ１０側に向って急激に上昇する分布を示すが、後縁ライン１４を凹状１４Ａとすることによって、羽根１２の後縁１４付近の圧力（静圧）を減少し、正圧面１６での静圧を低減できるため、ターボファン７のファン効率を向上させ、ファン入力を低減できるということであり、従って、ターボファン７の一層の低騒音化、高効率化を図ることができる。

【0084】

また、後縁ライン１４を反空気流方向に凹状１４Ａとするのは、スパン方向の中央部分の２５〜７５％の範囲でよく、ハブ１０およびシュラウド１１に対する結合部１７，１８の機能、性能に影響を及ぼすことなく、羽根１２をハブ１０およびシュラウド１１に対して結合することができる。このため、ハブ側結合部１７およびシュラウド側結合部１８において空気流を乱すことがなく、低騒音化、高効率化を図ることができる。

【0085】

さらに、羽根１２の後縁ライン１４の反空気流方向への凹状量（−表示）を、ターボファン７の外径をＤとしたとき、−０．０１４２Ｄ〜−０．０１５３Ｄの範囲とすることにより、図１６および図１８に示す通り、ターボファン７の駆動力であるファン入力を好ましい範囲に低減することができる。

【0086】

一方、本実施形態のターボファン７は、羽根１２の前縁ライン１３が、図２（Ａ）あるいは図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、中央部分をスパン方向（回転軸方向）の２５〜７５％の範囲において、ハブ１０およびシュラウド１１に対する結合部１７および１８に対して空気流方向に凹状１３Ａとされるか、もしくは図３（Ｃ）に示すように、反空気流方向に凸状１３Ｂとされている。

【0087】

このように、前縁ライン１３を空気流方向に凹状１３Ａに変位することで、図２に示した最適形状の羽根１２に比べ、図４（Ｂ）に示すように、羽根１２の負圧面１５側で空気流に僅かな乱れが発生する場合もあるが、正圧面１６側での高静圧領域を、図５（Ｂ）に示す如く、小さくして空気流の減速を抑制することができる一方、前縁ライン１３を反空気流方向に凸状１３Ｂに変位することで、図５（Ｃ）に示すように、正圧面１６側での高静圧領域が僅かに大きくなり、空気流の減速抑制効果がやや低下する場合もあるが、図４（Ｃ）に示す如く、負圧面１５での空気流の乱れを抑制して剥離を抑えることができる。

【0088】

これは、羽根１２の前縁ライン１３を空気流方向に凹状１３Ａとすることにより、羽根１２の空気流方向長さが短くなり、空気流と羽根１２の表面との摩擦損失を低減し、ファン入力を低減することができるためである。但し、凹状１３Ａにし過ぎると、隣接する羽根１２間の距離に対する空気流方向の羽根長さが短くなり過ぎ、羽根１２の性能が悪化する虞がある。また、羽根１２の前縁ライン１３を反空気流方向に凸状１３Ｂとすることによって、一般的には空気流と羽根１２の表面との摩擦損失が増加する一方、羽根１２の空気流方向長さが実質的に長くなるため、羽根上流側から流入する流れを下流側に安定して導くことで、羽根１２の表面での静圧のピーク値を抑制して流れを剥離し難くし、ファン入力を低減することができるとともに、ファン騒音を低減することができる。

【0089】

従って、この実施形態においても、図１６および図１７、図１８に示すように、ターボファン７の駆動力であるファン入力を好ましい範囲に低減することができ、ターボファン７の高効率化および低騒音化を図ることができる。

【0090】

また、この場合も、羽根１２の前縁ライン１３の中央部分をスパン方向（回転軸方向）の２５〜７５％の範囲において、図２（Ａ）あるいは図３（Ａ）ないし（Ｃ）に示されるように、ハブ１０およびシュラウド１１に対する結合部１７および１８に対して空気流方向に凹状１３Ａとするか、もしくは反空気流方向に凸状１３Ｂとしているため、ハブ１０およびシュラウド１１に対する結合部１７，１８の機能、性能に影響を及ぼすことなく、羽根１２をハブ１０およびシュラウド１１に結合することができる。従って、ハブ側結合部１７およびシュラウド側結合部１８において空気流を乱すことがなく、低騒音化、高効率化を図ることができる。

【0091】

また、上記した羽根１２の前縁ライン１３において、空気流方向への凹状１３Ａの凹状量（＋表示）をファン外径Ｄに対して、０．００９１Ｄ〜０．０１５３Ｄの範囲とし、反空気流方向への凸状１３Ｂの凸状量（−表示）をファン外径Ｄに対して、−０．０４３８Ｄとしているため、図１６および図１８に示す通り、ターボファン７の駆動力であるファン入力を好ましい範囲に低減することができる。これによって、ターボファン７を低騒音化、高効率化することができる。

【0092】

さらに、本実施形態のターボファン７は、図２（Ａ）および図３（Ａ）に示すように、羽根１２のハブ１０に対する結合部（ハブ側結合部）１７が、反回転方向に滑らかな湾曲面１７Ａとされ、羽根１２のシュラウド１１に対する結合部（シュラウド側結合部）１８が、回転方向に滑らかな湾曲面１８Ｂとされた構成とされている。

【0093】

このように、羽根１２のハブ１０に対する結合部１７を反回転方向に滑らかな湾曲面１７Ａとすることによって、ハブ１０との結合部１７を左右非対称とし、当該結合部１７での空気流の淀みを抑制することができるとともに、羽根１２のシュラウド１１に対する結合部を回転方向に滑らかな湾曲面１８Ｂとすることにより、翼力ＢＦで流れの剥離を抑制し、空気流をスムーズにすることができる。同時に、図２（Ｂ）および図４（Ａ）に示すように、羽根１２の負圧面１５側での空気流の乱れを抑制することができるとともに、図２（Ｃ）および図５（Ａ）に示すように、羽根１２の正圧面１６側での高静圧領域を減少することで空気流の減速（駆動力の損失）を抑制することができる。

【0094】

従って、ターボファン７の羽根性能を向上し、図１６および図１９、図２０に示すように、ターボファン７の駆動力であるファン入力を低減して高効率化を図ることができるとともに、空気流の乱れを抑制し、低騒音化を図ることができる。

【0095】

また、本実施形態では、羽根１２のハブ１０に対する結合部（ハブ側結合部）１７の反回転方向への湾曲面１７Ａの角度（＋表示）、羽根１２の１ピッチ角度θに対して、０．０５６３θ〜０．０９７２θの範囲とし、シュラウド１１に対する結合部（シュラウド側結合部）１８の回転方向への湾曲面１８Ｂの角度（−表示）を、羽根の１ピッチ角度θに対して、−０．０１５４θ〜−０．０９７２θの範囲とした構成としている。

【0096】

このため、羽根１２のハブ側結合部１７での空気流の淀みを抑制することができるとともに、負圧面１５側での空気流の剥離を翼力により抑制し、羽根１２の性能を更に向上することができ、これによっても、図１６および図１９、図２０に示すように、ターボファン７の駆動力であるファン入力を好ましい範囲に低減することにより、ターボファン７を高効率化、低騒音化することができる。

【0097】

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ターボファン７の吹出し側に熱交換器８を配設した天井埋め込み型の空気調和機１に適用した例について説明したが、これに限定されるものではなく、平面形状の熱交換器を通して熱交換した温調空気を吸引し、遠心方向に上下の吹出し口から室内に吹出すようにした空気調和機等にも適用できることはもちろんである。また、ターボファン７自体は、空気調和機以外の機器に適用してもよいことは云うまでもない。

【符号の説明】

【0098】

１ 空気調和機
７ ターボファン（送風機）
８ 熱交換器
１０ ハブ
１１ シュラウド
１２ 羽根
１３ 前縁（前縁ライン）
１３Ａ 凹状
１３Ｂ 凸状
１４ 後縁（後縁ライン）
１４Ａ 凹状
１５ 負圧面
１６ 正圧面
１７ 結合部（ハブ側結合部）
１７Ａ，１７Ｂ 湾曲面
１８ 結合部（シュラウド側結合部）
１８Ａ，１８Ｂ 湾曲面

【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19】

【図20】