JP2002317974A - 空気調和機の室外機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気調和機室外機における軸流ファンの省エ
ネルギ化、静音化を達成するために、ファン翼の翼端か
らの漏れ流れを抑制しつつ、ボス側での仕事量の増大を
図り、併せてファンから吐出される空気の風速をボス側
から翼端側にかけて一様にすることのできるファン構造
を提供する。 【解決手段】 軸流ファンのボスとファン翼の翼端との
間にボスと一体的に回転する円筒状案内板を設けて、フ
ァン翼を円筒状案内板内側の第１ファン翼と外側の第２
ファン翼とに分割し、第２ファン翼に比べて第１ファン
翼の方を翼枚数を多く、かつ、取付け角を大きくした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上流側の熱交換器
と下流側のファンガードとの間に、回転軸に連結された
ボスに基端を取付けたファン翼を有する軸流ファンを配
置してなる空気調和機の室外機に関し、特に、空気調和
機の室外機軸流ファンにおけるファン翼の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図９に、空気調和機の室外機における従
来の軸流ファンの斜視図を示す。従来の軸流ファンで
は、ファンモータ４回転軸に連結されるボス５によって
ファン翼１が片持ちで支持されている。一般に翼端側の
翼の周速度は、ボス５側の翼の周速度よりも大きく、か
つ翼端では翼長も長いので、ファンは翼端側でより多く
仕事をすることになる。空気調和機の室外機における軸
流ファンのように、翼端側がダクト等で仕切られていな
い所謂半開放型のファンの場合、周速度の大きい翼端側
で、例えば翼の取付け角を大きくすると、翼端でのファ
ン翼の正圧面から負圧面への漏れ流れが発生するため損
失が大きくなり、翼端でのファン翼負荷を大きくするこ
とは、必らずしも得策ではない。

【０００３】上記したファン翼の翼端からの漏れ流れ
は、ファンの効率を低下させるだけでなく、ファンの騒
音増大を招くことになる。そこで、翼端からの漏れを抑
制して大風量化を図り、かつ、低騒音化を図るために
は、相対的にボス側の翼により多くの仕事をさせる必要
があり、その目的を達成するため、ボス側の翼の取付け
角を翼端側の翼の取付け角に比べ大きくする方法が取ら
れる。この場合、翼がひねられた形状となり、ファンの
仕事量が増大することに伴って半径方向の圧力バランス
が悪化し、主流がボス側から翼端側へと向かう遠心流れ
へと移行しやすく、軸方向流れを基準に設計された軸流
ファンとしての有効動作範囲が小さくなるという問題が
生じる。

【０００４】一般的に、空気調和機の室外機における軸
流ファンでは、主な抵抗体である熱交換器に露や霜ある
いはゴミが着くことにより、ファンへの負荷が条件によ
って変化するため、ひろい動作範囲で高効率、低騒音で
あることが望まれている。また、特開平１０−２９９６
９５号公報に開示の軸流ファンのように、小径のファン
を大径のファンのボス内に格納し、小径ファンを高速回
転させることで回転軸に近い部分での周速度を増大させ
ることをねらいとした技術が開発されている。この公知
技術では、ボス側の小径ファンの回転数を上げることで
大径ファンと同等の回転周速度を与え、ボス側でのファ
ン仕事量を増大させるようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記したように、従来
技術による空気調和機の室外機における軸流ファンで
は、原理的に周速度の小さいボス側であまり仕事をさせ
ることができないという特性がある。ファン翼の仕事量
を増やすために翼端側の負荷を大きくすると、翼端での
漏れ流れが増大し、かえって効率の低下や騒音増大を招
くという問題が生じ、このことを解決するために、ボス
側の翼取付け角を相対的に大きくしたり、公知例である
前掲特開平１０−２９９６９５号公報に開示の軸流ファ
ンのように小径のファンを大径のファンのボス内に格納
し、小径ファンを高速回転させることで回転軸に近い部
分での周速度を増大させて、ボス側での翼の仕事を増大
させる試みがなされている。

【０００６】ところが、前者のようにボス側の翼取付け
角を相対的に大きくすると、ファンの仕事量が増大する
につれ半径方向の圧力バランスが悪化し、主流がボス側
から翼端側へと開く遠心流れへと移行しやすく、ファン
としての有効動作点が狭まるという問題があるし、ま
た、後者のように小径のファンを大径のファンのボス内
に格納し、小径ファンを高速回転させるためには、それ
ぞれのファンを独立に回転軸に固定する必要があり、特
に、外側大径ファンの固定構造が複雑になり強度も弱く
なるという問題が生ずる。また、小径ファンの翼端と大
径ファンのボス部との間にもギャップが生じ、このギャ
ップからの漏れ流れが発生するという問題も生ずる。

【０００７】また、前述した半開放型の軸流ファンで
は、文献（機械学会論文集43-375, pp.4168-4176, 197
7）によれば、同一の翼面積であれば、翼が短くて翼枚
数が多い場合よりも翼枚数が少なく長い翼とした方が一
般に騒音は低くなることの知見が発表されており、この
ことは、翼端からの漏れ流れが騒音に深く関連している
ためと解釈される。しかしながら、長い翼をボスで片持
ちで支えることは、そのこと自体が翼先端での変形や振
動につながり、強度上の問題を生ずる。

【０００８】また、近年の空気調和機では、地球温暖化
防止の観点から省エネルギ性が強く求められており、室
外機ユニットの通風抵抗低減が極限まで追求されている
という現状にある。そして室外機ユニットの通風抵抗と
しては、ファンガードが熱交換器に次ぐ抵抗体となって
いる。ファンガードは、ファンに接触するのを防ぐため
にファンの下流に設置されるものであるが、ファン吹出
し直後の流れが流入するため、その抵抗もファン吐出し
風速分布の影響を強く受ける。ファンから均一な風速が
流入した場合が最も低圧力損失となる。また、ファンガ
ードから発生するガード音もファン音と同程度のレベル
である。ガード音もファンからの吹出し速度分布の影響
を強く受け、ファンから均一な風速が流入した場合に最
も低騒音となる。逆に言えば、ファンの吹出し風速分布
が均一でない場合にはファンガードの抵抗も騒音も理想
的な条件よりも大幅に増大してしまう。

【０００９】以上に説明したような実状に鑑み、本発明
は、空気調和機の室外機における軸流ファンの省エネル
ギ化、静音化を達成するために、ファンの翼端からの漏
れ流れを抑制しつつ、ボス側での仕事量の増大を図り、
併せてファンから吐出される空気の風速を一様にするこ
とのできるファン構造を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による空気調和機は、請求項１ないし４に記
載されたところを特徴とするものである。特に独立項と
しての請求項１に係る発明による空気調和機の室外機
は、上流側の熱交換器と下流側のファンガードとの間
に、回転軸に連結されたボスに基端を取付けたファン翼
を有する軸流ファンを配置してなる空気調和機の室外機
において、前記ボスと前記ファン翼の翼端との間にボス
と一体回転する円筒状案内板を設け、前記ファン翼を円
筒状案内板内側の第１ファン翼と円筒状案内板外側の第
２ファン翼とに分割し、第１ファン翼の翼枚数を第２フ
ァン翼の翼枚数よりも多く、かつ、第１ファン翼のボス
への取付け角を第２ファン翼の円筒状案内板への取付け
角よりも大きくしたことを特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照しつつ説明する。

【００１２】図１は、本発明の第１実施例を説明する空
気調和機室外機の水平断面図である。図１に示す第１の
実施例は、空気を横方向に吹出す横吹き室外機であっ
て、空気は、熱交換器２側から吸込まれ、軸流ファンに
より昇圧され、ファンガード３を通して横方向に吐出さ
れるようになっている。

【００１３】本実施例においては、軸流ファンのファン
翼は、第１ファン翼１ａと第２ファン翼１ｂとに分割さ
れ、ファンモータ４の回転軸に連結されるボス５と第２
ファン翼１ｂの翼端との間に回転軸と一体的に回転する
円筒状案内板６を設け、該円筒状案内板６の内側での第
１ファン翼１ａの翼枚数を該円筒状案内板６の外側での
第２ファン翼１ｂの翼枚数よりも多くし、かつ、第１フ
ァン翼１ａのボス５への取付け角を第２ファン翼１ｂの
円筒状案内板６への取付け角よりも大きくしてある。

【００１４】近年の空気調和機室外機では、低騒音化に
加えて、地球温暖化防止の観点から省エネ性が強く求め
られており、その一つの施策として、ユニットの通風抵
抗を極力小さくすることが望まれている。ファンガード
は、室外機ユニットの通風抵抗のうち、熱交換器に次ぐ
抵抗体となっており、このファンガード３の抵抗を下げ
ることも重要な課題である。

【００１５】また、ファンガード３から発生するガード
音もファン音と同程度のレベルにあり、その低減も極め
て重要である。ファンガード３そのものを工夫すること
で抵抗や騒音を下げる試みがなされているが、抵抗は風
速の約２乗に、音圧は風速の６乗に、それぞれ比例する
ため、流入する空気の最大風速を低減すること、すなわ
ち、流入速度分布を均一化することが極めて重要であ
る。ファンガードは、ファンに接触するのを防ぐ目的で
ファンのすぐ下流に設置されるものであるため、特にそ
の影響が大きい。

【００１６】図８は、従来の空気調和機室外機の水平断
面図を示し、図９は、従来の空気調和機室内機に用いら
れている軸流ファンの斜視図を示すものであるが、これ
らに示される従来の軸流ファンでは、ファン翼１の翼端
で最も周速度が大きく、かつ、翼の弦長も長くなるの
で、翼端側でのファンの仕事が増大し風量が翼端側に偏
った分布となる。このため、ファン下流のファンガード
での損失や、ファンガードから発生する騒音が非常に増
大してしまうという問題が生ずる。本発明においては、
その実施例に示すとおり、ファン翼をボス５に近い第１
ファン翼１ａと、ボス５から遠い第２ファン翼１ｂとに
分割し、ボス５と第２ファン翼１ｂの翼端の間にボス５
と一体回転する円筒状案内板６を設け、該案内板６の内
側での第１ファン翼１ａの翼枚数を案内板６の外側での
第２ファン翼１ｂの翼枚数よりも多くし、かつ、第１フ
ァン翼１ａのボス５への取付け角を第２ファン翼１ｂの
円筒状案内板６への取付け角よりも大きくしてあるの
で、このような軸流ファンを備えた空気調和機室外機で
は、ファンのボス側での仕事量を増やすことができる。
結果的にはファンガード３全面にわたって流入する風速
を均一化することができ、ひいてはファンガード通風抵
抗と騒音を低減できる。

【００１７】図２は、本発明の第２実施例を説明する空
気調和機室外機の水平断面図である。この第２実施例に
おいては、ボス５側の第１ファン翼１ａの後流側にに静
圧回収用の静翼７が設けられている。この場合の静翼７
は、ファンガード３に固定してあり、このような構成に
することでコンパクト化を達成しつつ一層ファン翼のボ
ス５側での仕事量を増やすこととなり、ファンガード３
に流入する風速を均一化することができる。静圧回収用
の静翼７は、円筒状案内板６の外側の第２ファン翼１ｂ
の下流に設置してもよいが、この場合、翼端付近では静
翼からの騒音発生が問題となることがあるので、この点
に注意を払う必要がある。

【００１８】図３は、本発明の第１実施例に用いられて
いる軸流ファン主要部の斜視図を示す。図４および図５
は、それぞれ同じ軸流ファンの水平断面図および垂直断
面図を示す。本実施例軸流ファンはボス５と第２ファン
翼１ｂの翼端との間に円筒状案内板６を設けた軸流ファ
ンにおいて、円筒状案内板６の内側の第１ファン翼１ａ
の翼枚数を４枚とし、外側の第２ファン翼１ｂの翼枚数
を２枚として第１ファン翼１ａの翼枚数を多くし、かつ
内側の第１ファン翼１ａのボス５への取付け角を外側の
第２ファン翼１ｂの円筒状案内板６への取付け角よりも
大きくしたことで、翼端漏れ流れと半径方向流れを抑制
しつボス５側の風量を増大させたものである。

【００１９】一般に空気調和機室外機等で用いられる半
開放型の軸流ファンでは、同一の翼面積であれば翼が短
くて翼枚数が多い場合よりも、翼枚数が少なく長い翼と
した方が一般に騒音は低くなることが知られている（例
えば文献、機械学会論文集43-375, pp.4168-4176, 1977
参照）。このことは、翼端からの漏れ流れが騒音に深く
関連しているためと解釈される。すなわち、長い翼面上
を徐々に圧力上昇していくファンでは、流れ方向の圧力
勾配が小さいため、剥離しにくいことや乱れが小さくな
るというメリットがあることに起因して静音化が得られ
るものと考えられる。しかしながら、長い翼をボスで片
持ちで支えることは、強度上に問題があるため、従来の
軸流ファンでは3 枚翼、4 枚翼が限界であった。

【００２０】本発明によれば、その実施例の説明のとお
り、軸流ファン円筒状案内板６を設け、該案内板６の長
い支持部でもって片持ちの第２ファン翼を支える構造と
なるため、強度が大幅に向上し、従来では困難であった
２枚以下の長翼ファンが実現でき、一層の高効率低騒音
化が達成されるのである。また、騒音の音圧は、速度の
６乗に比例することや、ファンの騒音が翼端漏れ流れと
密接に関連するといったことから、ファン騒音は周速度
の大きい翼端側でほぼ決定されるのであるが、本発明の
軸流ファンのように翼端側の翼枚数を少なくすると、フ
ァン全体の騒音の大巾な低減を期待することができるの
である。

【００２１】また、従来の軸流ファンでボス側の翼負荷
が大きくなる設計を行うと、ファンの風量が大きく圧力
の小さい条件では半径方向の圧力バランスを保つことが
できても、風量が減少し圧力が増大するにつれ、主流が
ボス側から翼端側へと開く遠心流れへと流動様式が変化
し、効率の低下や騒音の増大といった問題が不可避的に
発生してしまうのであるが、本発明のボスと翼端の間に
円筒状案内板を設けた軸流ファンでは、ボス側で翼負荷
が大きくなる設計を行っても、案内板の効果により半径
方向流れを抑制することができることとなるので、ファ
ンの有効な動作範囲を広げることができる。

【００２２】さらに、図４に示されるように、円筒状案
内板６の内側第１ファン翼１ａの翼後縁の前進角β１を
大きくすると、円筒状案内板６の内側での半径方向流れ
を一層抑制することができる。一方、円筒状の案内板の
外側の翼後縁端前進角β２を大きくしすぎると、翼端か
らの漏れ流れの漏れ方向とファンの回転方向の向きが近
づいてくるので漏れ流れの運動エネルギが非常に大きく
なり、損失の低下と騒音の増大につながる。従って、円
筒状の案内板の内側と外側の翼後縁端前進角β１とβ２
とは、β１＞β２としておくことが望ましい。

【００２３】図６は、本発明の第２実施例に用いられた
軸流ファンの断面図を示す。本実施例による軸流ファン
は、円筒状案内板６の内側での第１ファン翼１ａの後縁
位置を上流側に移動させることで、その後流側の空間に
静圧回収用の静翼７を設置したものである。円筒状案内
板６の内側での第１ファン翼１ａの後縁位置を上流側に
移動させるには、例えば翼の枚数を一層多くして一枚あ
たりの翼の長さを短くしたり、内側ファン部を回転軸方
向に平行移動させたりすればよい。静圧回収用の静翼を
設置することで、従来捨てていた旋回成分の持つ運動エ
ネルギを空気に与える必要がなくなるので、その部分で
のファンの効率や風量が増大する。ボス側での風量が増
大すると、ファン出口風速分布が均一化され結果として
ファン全体の効率も向上し騒音は低下する。また、吐き
出し風速分布が均一化されるとファンの下流にあるファ
ンガードでの損失や騒音が低減できる。

【００２４】図７は、本発明の第３実施例を説明する空
気調和機室外機の水平断面図である、本実施例は、上吹
き空気調和機室外機に本発明による軸流ファンを適用し
たものであり、ボス５と翼端の間に円筒状案内板６を設
け、円筒状案内板６内側での第１ファン翼１ａの翼枚数
を円筒状案内板６外側での第２ファン翼１ｂの翼枚数よ
りも多く、かつ、第１ファン翼１ａのボス５への取付け
角を第２ファン翼１ｂの円筒状案内板６への取付け角よ
りも大きくしたものとなっている。本実施例は、ファン
の気流が上吹きである点を除き、他の説明は、横吹き室
外機の場合と同様である。なおこの実施例では、ファン
翼１ａ，１ｂの下流に静翼７を設置してある。上吹き室
外機の場合、ファン翼１ａ，１ｂとファンガード３との
間の距離があるので、本実施例における静翼７は、円筒
状案内板６の外側の第２ファン翼１ｂ下流にも設置され
たものとなっている。なお、静翼７が無い場合にも略同
様の効果を得ることができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、翼端漏れ流れと半径方
向流れを抑えつつ、従来あまり有効に仕事をしていなか
った軸流ファンのボス側での風量を増大させることがで
きる。その結果、ファンの省エネルギ化、低騒音化に効
果がある。

【００２６】図１０は、従来ファンと本発明ファンとの
圧力曲線および騒音を比較した比較図である。図１０に
よれば、本発明のファンにより大風量化、低騒音化、更
には有効動作範囲が達成されていることが分かる。同一
の熱交換能力を達成する場合には、必要な風量を低減さ
せることができるので、必要な送風機動力や騒音を低減
させることができる。

【００２７】また、本発明の軸流ファンを空気調和機室
外機に用いることで、ファンガードの損失や騒音を低減
することができ、結果として空気調和機の省エネルギ化
と低騒音化が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を説明する空気調和機室外
機の水平断面図

【図２】本発明の第２実施例を説明する空気調和機室外
機の水平断面図

【図３】本発明の第１実施例に用いられている軸流ファ
ン主要部の斜視図

【図４】本発明の第１実施例に用いられている軸流ファ
ンの水平断面図

【図５】本発明の第１実施例に用いられている軸流ファ
ンの垂直断面図

【図６】本発明の第２実施例に用いられている軸流ファ
ンおよび静翼の垂直断面図

【図７】本発明の第３実施例を説明する空気調和機室外
機の水平断面図

【図８】従来の空気調和機室外機の水平断面図

【図９】従来の空気調和機室外機に用いられている軸流
ファンの斜視図

【図１０】本発明ファンと従来ファンの静圧及び騒音の
比較を行った比較図

【符号の説明】

１…軸流ファンのファン翼 １ａ…軸流ファンの第１ファン翼 １ｂ…軸流ファンの第２ファン翼 ２…空気調和機室外機内の熱交換器 ３…ファンガード ４…ファンモータ ５…回転軸に連結されるボス ６…ボスと一体回転する円筒状案内板 ７…軸流ファンの後流に設置される静翼 ８…空気調和機室外機内に配設の電気箱 ９…空気調和機室外機内に配設の圧縮機

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H033 AA02 AA18 BB02 BB08 BB20 CC01 DD06 DD17 EE06 EE08 3H034 AA02 AA18 BB02 BB08 BB20 CC01 CC03 DD07 EE06 EE08 EE18 3H035 CC02 CC07

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上流側の熱交換器と下流側のファンガー
   ドとの間に、回転軸に連結されたボスに基端を取付けた
   ファン翼を有する軸流ファンを配置してなる空気調和機
   の室外機において、 前記ボスと前記ファン翼の翼端との間にボスと一体回転
   する円筒状案内板を設け、前記ファン翼を円筒状案内板
   内側の第１ファン翼と円筒状案内板外側の第２ファン翼
   とに分割し、第１ファン翼の翼枚数を第２ファン翼の翼
   枚数よりも多く、かつ、第１ファン翼のボスへの取付け
   角を第２ファン翼の円筒状案内板への取付け角よりも大
   きくしたことを特徴とする空気調和機の室外機。
2. 【請求項２】 前記第２ファン翼の翼枚数を２枚以下と
   したことを特徴とする請求項１に記載の空気調和機の室
   外機。
3. 【請求項３】 前記第１ファン翼の後縁の前進角を、前
   記第２ファン翼の後縁の前進角よりも大きくしたことを
   特徴とする請求項１または２に記載の空気調和機の室外
   機。
4. 【請求項４】 前記第１ファン翼の後流側に、静圧回収
   用の静翼を設けたことを特徴とする請求項１ないし３の
   いずれかに記載の空気調和機の室外機。