(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】
(24)【登録日】2023-12-13
(45)【発行日】2023-12-21
(54)【発明の名称】多翼ファン
(51)【国際特許分類】
F04D 29/42 20060101AFI20231214BHJP
F04D 29/62 20060101ALI20231214BHJP
【ＦＩ】
F04D29/42 M
F04D29/42 L
F04D29/42 H
F04D29/62 C
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2019231617
(22)【出願日】2019-12-23
(65)【公開番号】P2021099073
(43)【公開日】2021-07-01
【審査請求日】2022-11-08
(73)【特許権者】
【識別番号】316011466
【氏名又は名称】日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】岩瀬 拓
(72)【発明者】
【氏名】尾原 秀司
【審査官】田谷 宗隆
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１７／００５８９１４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開平０７－２２４７９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２０／２０２４２０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】欧州特許出願公開第０１１５６２２４（ＥＰ，Ａ２）
【文献】特開２０１３－２４９７６６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０４Ｄ ２９／４２
Ｆ０４Ｄ ２９／６２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
円形の主板、および該主板の軸方向両側の面にそれぞれ設けられた複数の翼を有する羽根車と、前記羽根車の軸方向両側にそれぞれ設けられた吸込み口を有し、前記羽根車を囲う渦巻形のケーシングと、を備え、
前記ケーシングの内面に、前記主板の径方向外側に対向して延在する突起が前記ケーシングの内方に突出して設けられており、
前記突起の延在方向に垂直な断面形状は、前記ケーシングの内面に沿う底辺を有する三角形状を呈し、
前記ケーシングは、渦巻形の巻き始まり側を形成する第１ケーシングと、渦巻形の巻き終わり側を形成する第２ケーシングと、を有する二分割構造に構成されており、
前記突起は、前記第２ケーシングの内面のみに設けられていることを特徴とする、多翼ファン。
【請求項2】
前記ケーシング内の空間に露呈している前記三角形状の２つの辺は、前記空間を広げる方向に凹状に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の多翼ファン。
【請求項3】
前記突起の前記底辺から前記三角形状の頂点までの高さは、前記羽根車の外径の１０～１２％に設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の多翼ファン。
【請求項4】
前記ケーシングと前記突起とは一体成形されていることを特徴とする、請求項１に記載の多翼ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、多翼ファンに関する。
【背景技術】
【0002】
空気調和機の室内機では、騒音低減が要求されている。室内機に使用される多翼ファンとして、渦巻形のケーシングの対向する両側から空気を吸い込む、いわゆる両吸込み型の多翼ファンがある。両吸込み型の多翼ファンの羽根車では、モータに連結される羽根車の主板は、羽根車における軸方向の中間位置に配置される必要がある。したがって、ケーシングの対向する両側に設けられた吸込み口から吸い込んだ空気は、主板の軸方向両側からそれぞれ流れて、主板に対向するケーシングの内面に衝突する。このため、圧力変動が生じて、騒音増大の原因となっていた。
【0003】
両吸込み型の多翼ファンの背景技術として、例えば、特開２００１－２７１９９号公報（特許文献１）に記載された技術がある。この特許文献１に記載の多翼ファンは、羽根車の主板を外周側に、一部をケーシング壁よりも外側にはみ出すように延長したものである。そして、主板がはみ出す部分のケーシング壁に外方に張り出すＵ字状断面の凹所が設けられ、主板がはみ出ない部分のケーシング壁には、主板に対向する位置に突起が設けられている。これにより、ケーシング内に独立した二つの通風路を形成し、シール性能を向上することによって、騒音低減を図っている。
【0004】
また、別の背景技術として、特開２００２－５０９１号公報（特許文献２）に記載された技術がある。この特許文献２に記載の多翼ファンでは、渦巻形のケーシング内に左右両吸込型の羽根車が配置されており、この羽根車を左右に区画する主板と協働して、ケーシング内を左右に仕切る仕切り構造が設けられている。この仕切り構造は、ケーシングの内面に設けられた環状突起が、羽根車の主板の外周縁部に接近して配置されることで、構成されている。特許文献２には、特に騒音低減の効果は記載されていないが、このような構成とすることにより、特許文献１と同様の効果が得られると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００１－２７１９９号公報
【文献】特開２００２－５０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に記載されている技術では、羽根車の主板が径方向外側に延長されているため、主板の大型化に伴ってコストが増加する。さらに、主板の外径が大きくなるため、円板摩擦が増加することにより、ファンの効率が低下する。
【0007】
特許文献２に記載されている技術では、環状突起が羽根車の主板の外周縁部に接近してケーシングの内面に設けられるため、環状突起の壁面における摩擦が増加する。さらに、環状突起により流路面積が狭まるため、ケーシング内の流速が増大する。その結果、ファンの効率が低下する。また、環状突起とケーシング壁面との隅部に渦が発生する。この渦は音源となり、騒音が増大する可能性がある。
【0008】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、コスト増加を抑制しつつ、効率低下の抑制、および騒音の低減を図ることができる多翼ファンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記した課題を解決するための本発明に係る多翼ファンは、円形の主板、および該主板の軸方向両側の面にそれぞれ設けられた複数の翼を有する羽根車と、前記羽根車の軸方向両側にそれぞれ設けられた吸込み口を有し、前記羽根車を囲う渦巻形のケーシングと、を備え、前記ケーシングの内面に、前記主板の径方向外側に対向して延在する突起が前記ケーシングの内方に突出して設けられており、前記突起の延在方向に垂直な断面形状は、前記ケーシングの内面に沿う底辺を有する三角形状を呈し、前記ケーシングは、渦巻形の巻き始まり側を形成する第１ケーシングと、渦巻形の巻き終わり側を形成する第２ケーシングと、を有する二分割構造に構成されており、前記突起は、前記第２ケーシングの内面のみに設けられている。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、コスト増加を抑制しつつ、効率低下の抑制、および騒音の低減を図ることができる多翼ファンを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の第１実施形態に係る多翼ファンの断面図である。
【図3】本実施形態に対応する参考例に係る多翼ファンの断面図である。
【図4】本実施形態に係る多翼ファンの騒音レベル増減量を示すグラフである。
【図5】本実施形態に係る多翼ファンの騒音レベル増減量を示す別のグラフである。
【図6】本発明の第２実施形態に係る多翼ファンの断面図である。
【図7】本発明の第３実施形態に係る多翼ファンのケーシングおよび突起を示す斜視図である。
【図9】本発明の第４実施形態に係る多翼ファンの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、各図において、共通する構成要素や同質の構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、部材のサイズおよび形状は、説明の便宜のため、変形または誇張して模式的に表す場合がある。
なお、各図において、共通する構成要素や同質の構成要素については、同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、部材のサイズおよび形状は、説明の便宜のため、変形または誇張して模式的に表す場合がある。
【0013】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る多翼ファン１００の断面図である。図２は、図１に示される多翼ファン１００の斜視図である。また、図３は、本実施形態に対応する参考例に係る多翼ファン２００の断面図である。
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る多翼ファン１００の断面図である。図２は、図１に示される多翼ファン１００の斜視図である。また、図３は、本実施形態に対応する参考例に係る多翼ファン２００の断面図である。
【0014】
本発明の第１実施形態を説明する前に、図３に示す参考例に係る多翼ファン２００について説明する。多翼ファン２００は、従来の多翼ファンでよくみられる構造である。
【0015】
図３に示すように、多翼ファン２００は、羽根車５と、羽根車５を囲う渦巻形のケーシング１と、を備えている。羽根車５は、円形の主板３と、複数の翼２とを有している。複数の翼２は、主板３の軸方向両側の面にそれぞれ設けられている。
【0016】
ケーシング１は、羽根車５の軸方向両側にそれぞれ設けられた吸込み口としてのベルマウス４を有している。空気等の流体は、ベルマウス４を通って吸い込まれる。主板３および羽根車５は、共通の中心軸ＣＬを有しており、主板３の軸方向および羽根車５の軸方向は、中心軸ＣＬに沿う方向である。また、ケーシング１は吐出し口１０を有している。空気等の流体は、吐出し口１０から吐き出される。ケーシング１は、金属や樹脂等で形成されている。
【0017】
羽根車５の主板３は、中央部にボス３１を有している。主板３のボス３１には、シャフト６が取り付けられている。モータ７は、シャフト６を介して、羽根車５を回転させる。ケーシング１および羽根車５は、図１における左右両側からベルマウス４を通って流体を吸い込む両吸込み型の構造となっている。
【0018】
このように構成された参考例に係る多翼ファン２００において、モータ７によって羽根車５が回転させられると、流体はベルマウス４からケーシング１内に吸い込まれ、流れＢ及び流れＣで示す矢印方向に流れる。
【0019】
吐出し口１０から遠い側の流れＢは、ケーシング１の内面８の影響で渦状の流れとなる。その結果、内面８近傍の流れ場は、流れＡおよび流れＦのように内面８に衝突する。流れＡおよび流れＦによって、流体は内面８のＸ部で付着する。さらに、流れＦによって、流体は内面８のＹ部で剥離する。Ｘ部における流体の付着や、Ｙ部における流体の剥離は、流れの非定常性が強く、時間的および位置的に変動する。そのため、Ｘ部およびＹ部では圧力変動が大きくなる。ファンの空力騒音の音源は、壁面における流体の圧力変動であることが一般的に知られている。したがって、内面８のＸ部とＹ部における圧力変動の増大は騒音増大の要因となる。
【0020】
【0021】
本発明の第１実施形態に係る多翼ファン１００では、ケーシング１の内面８に、主板３の径方向外側に対向して延在する突起９が設けられている。突起９は、ケーシング１の内方に突出している。突起９は、金属や樹脂等で形成されており、ケーシング１の内面８に、溶接、溶着、ねじ締結等の固着手段によって固着されている。
【0022】
突起９の延在方向に垂直な該突起９の断面形状は、ケーシング１の内面８に沿う底辺９１を有する三角形状９０を呈している。突起９の底辺９１から三角形状９０の頂点９２までの高さＨは、ここでは、突起９の延在方向において一定に設定されている。高さＨが一定に設定されているとは、突起９の延在方向の両端部を除いて高さＨが概ね一定に設定されていることを含む趣旨である。突起９と主板３との間には、適当な隙間Ｚが形成されている。
【0023】
三角形状９０は、具体的には、鋭角三角形状であり、底辺９１以外の他の２つの辺９３，９４の長さが等しい二等辺三角形状であることが好ましい。ここで、三角形状９０というのは、厳密な三角形状のほか、例えば頂点９２が面取りされたり丸くされたりして、技術常識から三角形状と見られる略三角形状をも含む概念である。例えば、頂点９２は半径２ｍｍ以下のＲ形状とされ得る。
【0024】
次に、本実施形態に係る多翼ファン１００の動作について説明する。
モータ７によって羽根車５が回転させられると、空気はベルマウス４からケーシング１内に吸い込まれ、流れＢ及び流れＣで示す矢印方向に流れる。
モータ７によって羽根車５が回転させられると、空気はベルマウス４からケーシング１内に吸い込まれ、流れＢ及び流れＣで示す矢印方向に流れる。
【0025】
内面８近傍の流れは、突起９によって、流れＡ１および流れＡ２のように突起９の両側に分流される。このため、参考例に係る多翼ファン２００（図３参照）で見られた流れＡおよび流れＦのような内面８への流れの衝突を抑制することができる。これにより、圧力変動を抑制でき、騒音を低減することができる。
【0026】
さらに、本実施形態では、ケーシング１だけの修正で騒音低減が図れるため、コスト増大の抑制に貢献できる。
また、突起９の延在方向に垂直な断面形状が三角形状９０を呈するとともに、突起９と主板３との間に隙間Ｚが確保されているため、突起９が流路を閉塞する面積は小さい。このため、ケーシング１内の流速の増大は小さい。したがって、流速の増大による、ケーシング１の壁面における摩擦の増大は小さいため、多翼ファン１００の効率の低下は抑制される。
このように本実施形態によれば、コスト増加を抑制しつつ、効率低下の抑制、および騒音の低減を図ることができる多翼ファン１００を提供できる。
また、突起９の延在方向に垂直な断面形状が三角形状９０を呈するとともに、突起９と主板３との間に隙間Ｚが確保されているため、突起９が流路を閉塞する面積は小さい。このため、ケーシング１内の流速の増大は小さい。したがって、流速の増大による、ケーシング１の壁面における摩擦の増大は小さいため、多翼ファン１００の効率の低下は抑制される。
このように本実施形態によれば、コスト増加を抑制しつつ、効率低下の抑制、および騒音の低減を図ることができる多翼ファン１００を提供できる。
【0027】
【0028】
図４は、本実施形態に係る多翼ファン１００の騒音レベル増減量を示すグラフである。図５は、本実施形態に係る多翼ファン１００の騒音レベル増減量を示す別のグラフである。図４および図５は、異なる形状のケーシング１に、本実施形態の特徴である突起９をそれぞれ設けた場合の騒音について実験した結果である。具体的には、図４および図５に示す実験では、ベルマウス４および吐出し口１０の形状が異なるタイプを使用した。
【0029】
実験は、羽根車５の外径Ｄが１７５ｍｍの多翼ファンを対象とし、回転数は９００ｒｐｍとした。横軸は風量［ｍ３／ｍｉｎ］、縦軸は騒音レベル増減量［ｄＢ］を示す。縦軸の０．０ｄＢは突起９がない場合であり、プラスは騒音増加、マイナスは騒音低減を表す。凡例で示すパーセンテージは、図１中に示す突起９の底辺９１から三角形状の頂点９２までの高さＨと、羽根車５の外径Ｄとの比（Ｈ／Ｄ）［％］である。
【0030】
図４に示す実験において、風量８ｍ３／ｍｉｎ以下で、突起９による騒音低減効果が確認でき、Ｈ／Ｄが大きいほど、その効果は大きいことがわかった。また、図５に示す実験において、風量６ｍ３／ｍｉｎ以下で、突起９による騒音低減効果が確認できた。風量６ｍ３／ｍｉｎ以下において、Ｈ／Ｄ＝６％と９％の効果はほぼ同じであるが、Ｈ／Ｄ＝９％以上ではＨ／Ｄが大きいほど効果は大きい。図４および図５に示すように、各種のＨ／Ｄの中で、Ｈ／Ｄ＝１１％は、高風量における騒音増大の影響が最も小さく、低風量での騒音低減効果が大きい。したがって、突起９の底辺９１から三角形状９０の頂点９２までの高さＨは、羽根車５の外径Ｄの１０～１２％に設定されていることが好ましい。このように構成すれば、いずれの風量に対しても概ね騒音低減効果が得られることがわかる。
【0031】
（第２実施形態）
次に、図６を参照しながら、本発明の第２実施形態について、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図６は、本発明の第２実施形態に係る多翼ファン１００ａの断面図である。
次に、図６を参照しながら、本発明の第２実施形態について、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図６は、本発明の第２実施形態に係る多翼ファン１００ａの断面図である。
【0032】
図６に示すように、第２実施形態に係る多翼ファン１００ａでは、ケーシング１内の空間に露呈している三角形状９０ａの２つの辺９３ａ，９４ａは、ケーシング１内の空間を広げる方向に凹状に形成されている。つまり、２つの辺９３ａ，９４ａは、ケーシング１の内面８側に凹状となるような曲面に形成されている。三角形状９０ａは、突起９ａの延在方向に垂直な該突起９ａの断面形状を示している。
【0033】
このような第２実施形態によれば、流れＡ３と流れＡ４とに分かれる分流は、さらに滑らかとなる。したがって、図３に示す流れＡおよび流れＦのような内面８への流れの衝突がさらに抑制され、騒音低減効果が大きくなる。
【0034】
（第３実施形態）
次に、図７および図８を参照しながら、本発明の第３実施形態について、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図７は、本発明の第３実施形態に係る多翼ファンのケーシング１ａおよび突起９ａを示す斜視図である。図８は、図７に示されるケーシング１ａおよび突起９ａを示す分解斜視図である。
次に、図７および図８を参照しながら、本発明の第３実施形態について、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図７は、本発明の第３実施形態に係る多翼ファンのケーシング１ａおよび突起９ａを示す斜視図である。図８は、図７に示されるケーシング１ａおよび突起９ａを示す分解斜視図である。
【0035】
図７および図８に示すように、本発明の第３実施形態では、ケーシング１ａは、渦巻形の巻き始まり側を形成する第１ケーシング１１と、渦巻形の巻き終わり側（吐出し口１０がある側）を形成する第２ケーシング１２とを有している。つまり、ケーシング１ａは、二分割構造に構成されている。第１ケーシング１１と第２ケーシング１２とは、分割線１３と分割線１４で分割される。そして、分割面１５と分割面１６とが合わさって、一つのケーシング１ａが構成されている。突起９ａは、第２ケーシング１２の内面８のみに設けられている。なお、分割面１５および分割面１６の位置は、適宜変更して設定され得る。
【0036】
このような第３実施形態によれば、ケーシング１ａを分割することによって、ケーシング１ａを構成する一つの部品の寸法を小さくすることができるため、製作コストを低減できる。例えば、ケーシング１ａを樹脂成型で製作する場合には、金型を小型化でき、射出成型機が必要とする射出圧力を小さくすることができるため、コスト低減に貢献できる。
また、巻き終わり側の第２ケーシング１２だけに突起９を設けることで、巻き始まり側の第１ケーシング１１は従来の部品をそのまま活用することができるため、コスト増大を抑制できる。
また、巻き終わり側の第２ケーシング１２だけに突起９を設けることで、巻き始まり側の第１ケーシング１１は従来の部品をそのまま活用することができるため、コスト増大を抑制できる。
【0037】
（第４実施形態）
次に、図９を参照しながら、本発明の第４実施形態について、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図９は、本発明の第４実施形態に係る多翼ファン１００ｂの断面図である。
次に、図９を参照しながら、本発明の第４実施形態について、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を適宜省略する。
図９は、本発明の第４実施形態に係る多翼ファン１００ｂの断面図である。
【0038】
図９に示すように、第４実施形態に係る多翼ファン１００ｂでは、ケーシング１ｂと突起９ｂとは一体成形されている。すなわち、ケーシング１ｂと突起９ｂとは、１つの一体部品で構成されている。突起９ｂは、ケーシング１ｂの壁部と略同一の厚さで、ケーシング１ｂの内方に突出するように形成されている。突起９ｂの作用は、内面８近傍の流れを流れＡ１と流れＡ２とに分流させることであるから、前記した実施形態で示したような別部品である必要はない。
【0039】
このような第４実施形態によれば、部品点数および作業工数の低減ができ、コスト低減に貢献することができる。
【0040】
以上、本発明について実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、前記した実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【0041】
例えば、羽根車５は、該羽根車５の軸方向両端にそれぞれ設けられたリング状の側板を有していてもよい。この場合、翼２は主板３と側板との間に設けられる。
【符号の説明】
【0042】
１，１ａ，１ｂ ケーシング
１１ 第１ケーシング
１２ 第２ケーシング
２ 翼
３ 主板
４ ベルマウス（吸込み口）
５ 羽根車
８ 内面
９，９ａ，９ｂ 突起
９０，９０ａ 三角形状
９１ 底辺
９２ 頂点
９３，９３ａ 辺
９４，９４ａ 辺
１００，１００ａ，１００ｂ 多翼ファン
Ｄ 外径
Ｈ 高さ
１１ 第１ケーシング
１２ 第２ケーシング
２ 翼
３ 主板
４ ベルマウス（吸込み口）
５ 羽根車
８ 内面
９，９ａ，９ｂ 突起
９０，９０ａ 三角形状
９１ 底辺
９２ 頂点
９３，９３ａ 辺
９４，９４ａ 辺
１００，１００ａ，１００ｂ 多翼ファン
Ｄ 外径
Ｈ 高さ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】