JP2009264390A

JP2009264390A - 送風装置

Info

Publication number: JP2009264390A
Application number: JP2009163639A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Saito; 昌弘斎藤; Toyohiro Goto; 豊博後藤; Kinji Tsuboi; 均志坪井; Shuichi Nakagawa; 修一中川
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2009-11-12

Abstract

【課題】空気調和装置の室外機の空気吹き出し部等に備えられるプロペラファンを大型にすることなしに、高効率で低騒音の送風装置を提供する。
【解決手段】複数枚のブレードを有するプロペラファン１５と、このプロペラファンの外周縁を囲むように筒状に形成されたシュラウド５２とを備え、シュラウド５２の吹き出し側端縁からのプロペラファン１５の突き出し量Ｐｌのプロペラファン１５の直径Ｄに対する比（Ｐｌ／Ｄ）を、−０．０８〜＋０．０８の範囲に設定する。
【選択図】図７

Description

本発明は、例えば空気調和装置の室外機の空気吹き出し部等に備えられる軸流型の送風装置に係る。特に、本発明は、送風装置が発する騒音を低減するための対策に関する。

従来より、例えば下記の特許文献１や特許文献２に開示されているように、空気調和装置の室外機の空気吹き出し部には送風装置が設けられている。図１２は一般的な室外機に備えられた送風装置を室外機の内側から見た斜視図である。この図に示すように、送風装置は、室外機ケーシングに形成された空気排出口ａに備えられたプロペラファン（送風ファン）ｂと、空気排出口ａの開口縁から排気側に向けて延びる円筒形状のシュラウドｃとを備えている。つまり、このシュラウドｃがプロペラファンｂの外縁に対して僅かなチップクリアランス（シュラウドｃの内面とプロペラファンｂの外縁との間の隙間）を存してその外周部を囲んだ構成となっている。

そして、空気調和装置の運転時には、図示しないファンモータの駆動に伴ってプロペラファンｂが回転し（図１２では回転方向を矢印Ａで示す）、室外機内に空気導入口から空気排出口ａに亘る気流が発生する（図１２では紙面手前側から奥側に向けて気流が発生する）。そして、この室外機内に導入した空気と熱交換器内を流れる冷媒との間で熱交換を行って冷媒の凝縮動作（冷房運転時）などを行わせるようにしている。

特開平８−１８９６７１号公報特開平１０−２３８８２５号公報

ところで、この種の送風装置にあっては、低騒音、省スペース、高効率といったことが求められている。そして、低騒音でありながらも高効率を実現する（大風量を得ることを可能にする）ための一手段として比較的大径のプロペラファンが採用されているが、これでは、上記省スペース化を図ることはできない。

また、ファン騒音は、広帯域騒音と狭帯域ピッチノイズとに大別できるが、空調機用や換気扇用の比較的低速度のプロペラファンでは広帯域騒音が支配的となっている。この広帯域騒音は、空気の乱流発生がその根源であり、プロペラファンのブレード面上の圧力変動やブレード後縁（回転方向上流側縁）を離れた空気の流れが作り出す渦などが音源となっている。

このようなファン騒音を低減するために、ブレード形状を前進翼とすることで流れを安定化させたり、翼コード長を長く設定して揚力分布を減少且つ均一化させるなどといった手段が講じられている。

しかし、これら手段は、プロペラファンの強度上及び製作上の都合で限界に近い状況となっている。このため、他の手法によってファン騒音を低減することが求められている。

また、プロペラファンの低騒音化のために、ブレードの先端とシュラウドの先端との距離や上記チップクリアランスを小さくすることが行われている。しかし、これでは、熱的な膨張収縮や予期せぬ機械的な荷重を受けた場合に、ブレードがシュラウドに接触してしまう可能性があり、実用性に欠けるものであった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、プロペラファンを大型にすることなしに、高効率で低騒音の送風装置を提供することにある。

本発明が講じた解決手段は、複数枚のブレードを有するプロペラファンと、このプロペラファンの外周縁を囲むように筒状に形成されたシュラウドとを備えた送風装置において、前記シュラウドの吹き出し側端縁からのプロペラファンの突き出し量Ｐｌのプロペラファンの直径Ｄに対する比（Ｐｌ／Ｄ）を、−０．０８〜＋０．０８の範囲に設定している。

本発明は、複数枚のブレードを有するプロペラファンと、このプロペラファンの外周縁を囲むように筒状に形成されたシュラウドとを備えた送風装置において、
前記シュラウドの内面とプロペラファンの外縁との間の隙間からなるチップクリアランスｔｃのプロペラファンの直径Ｄに対する比（ｔｃ／Ｄ）を、０．０１〜０．０４の範囲に設定している。

本発明は、複数枚のブレードを有するプロペラファンと、このプロペラファンの外周縁を囲むように筒状に形成されたシュラウドとを備えた送風装置において、前記シュラウドの送風方向の長さ寸法Ｓｌのプロペラファンの直径Ｄに対する比（Ｓｌ／Ｄ）を、０．０３〜０．２０の範囲に設定している。

以上説明したように、本発明では、プロペラファンとシュラウドとの関係を改良することにより、プロペラファンを大型にすることなしに、高効率で低騒音の送風装置を提供することが可能になる。これにより、送風装置の静粛化と高性能化とを両立できる。

実施形態に係るＧＨＰ室外機の内部構成を示す斜視図である。実施形態に係るＧＨＰ室外機の内部構成を示す正面図である。実施形態に係るＧＨＰ室外機の内部構成を示す平面図である。第１実施形態に係るプロペラファンの平面図である。第２実施形態に係るプロペラファン及びシュラウドを示す平面図である。チップクリアランスと比騒音との関係を示す図である。第３実施形態に係るプロペラファン及びシュラウドを側方から見た断面図である。シュラウド長さと比騒音との関係を示す図である。第４実施形態に係るプロペラファン及びシュラウドを側方から見た断面図である。第５実施形態に係るプロペラファン及びシュラウドを側方から見た断面図である。シュラウドの突き出し量と比騒音との関係を示す図である。従来例における送風装置を室外機の内側から見たの斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本形態では、ＧＨＰ（ガスヒートポンプ）の室外機の空気吹き出し部に備えられた送風ユニット（送風装置）に本発明を適用した場合について説明する。
−ＧＨＰ室外機の全体構成−
図１は本形態に係るＧＨＰ室外機の内部構成を示す斜視図、図２はその正面図、図３はその平面図である。

これら図に示すように、ＧＨＰ室外機のパッケージ４は上下に分割された２つの装置室１，２で構成されており、上側が熱交換室１であり、下側がエンジンルーム２となっている。ここで、熱交換室１は、後述する熱交換のために外気が通風できる空間であり、エンジンルーム２は吸気管や排気管を通じてのみ外部とつながる略密閉状態である。尚、上記熱交換室１には、ＧＨＰの冷媒回路の室外熱交換器（図示省略）や、エンジン冷却水回路のラジエータ（図示省略）が収容されており、この熱交換室１に導入された空気が、室外熱交換器内を流れる冷媒やラジエータ内を流れる冷却水との間で熱交換を行うようになっている。

エンジンルーム２内には、エンジン３１、冷媒圧縮機２１及びアキュムレータ２７等が設置され、エンジン３１には吸気サイレンサ８や排気サイレンサ９等が付設されている。また、エンジン３１の底部付近には、エンジン３１の潤滑油を貯留するオイルパン５及びこのオイルパン５に連通する補助オイルパン６が配置されている。また、このエンジンルーム２内には、制御装置等の電装部材が収納された電装ボックス１１及び冷媒回路２０を構成する配管等が設置されるとともに、オイルパン５とは別個に設けられ潤滑油を貯留しているオイルタンク１０が配置されている。

このオイルタンク１０と上記補助オイルパン６とは連結されており、連結途中に介装された潤滑油ポンプ１８により、オイルタンク１０内に貯留された潤滑油を補助オイルパン６へ補充するように構成されている。

また、エンジンルーム２の上側に設けられている上記熱交換室１の天井面には、放熱用のファン（プロペラファン）１５，１５を備えた送風ユニット５０が設けられている。一方、熱交換室１の側面には、この熱交換室１に外気を導入するための導入開口が形成されている。そして、上記室外熱交換器やラジエータは、この導入開口に臨む位置に配置されている。これにより、上記放熱用のファン１５，１５が回転駆動すると、上記導入開口から送風ユニット５０の排出開口に向かう気流が発生して、室外熱交換器内を流れる冷媒やラジエータ内を流れる冷却水と、熱交換室１に導入された外気との間で熱交換が行われるようになっている。つまり、室外熱交換器内を流れる冷媒と外気との間での熱交換によって、冷房運転時には冷媒の凝縮動作が、暖房運転時には冷媒の蒸発動作が行われる。また、ラジエータ内を流れる冷却水と外気との間での熱交換によって、エンジンのウォータジャケット内を流れる冷却水温度を低くしてエンジンのオーバヒートを防止している。尚、放熱用のファン１５の吹き出し側には、このファン１５を保護するためのファンガード５１が配設されている。

また、上記熱交換室１の天井面には、排気口１４が開口され、排気サイレンサ９を通過した後のエンジン３１からの排気をこの排気口１４から外部へ排出するように構成されている。
−送風ユニットの構成−
本実施形態の特徴は、上記室外熱交換器を流れる冷媒やラジエータを流れる冷却水との間で熱交換を行うための外気を熱交換室１内に導入するための上記送風ユニット５０にある。この送風ユニット５０は、熱交換室１の天井面に形成された空気排出口に備えられた上記プロペラファン１５と、空気排出口の開口縁から排気側（本形態のものでは上側）に向けて延びる円筒形状のシュラウド５２とを備えている。つまり、このシュラウド５２がプロペラファン１５の外縁に対して僅かなチップクリアランスを存してその外周部を囲んだ構成となっている。以下、この送風ユニット５０についての複数の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
本実施形態に係るプロペラファン１５は、図４（プロペラファン１５の平面図であって回転方向は矢印Ａ）に示すように、ハブ部１５ａから外周側に延びる複数枚（本形態のものは４枚）のブレード１５ｂ，１５ｂ，…を備えている。そして、これらブレード１５ｂ，１５ｂ，…における、プロペラファン１５の回転方向上流側の外周端縁（図４におけるポイントＢ）からプロペラファン１５の回転中心（図４におけるポイントＯ）までの距離Ｄｔｅと、プロペラファン１５の回転方向下流側の外周端縁（図４におけるポイントＣ）からプロペラファン１５の回転中心（図４におけるポイントＯ）までの距離Ｄｌｅとが互いに異なるような形状とされている。より具体的には、プロペラファン１５の回転方向下流側の外周端縁からプロペラファン１５の回転中心までの距離Ｄｌｅの方が、プロペラファンの回転方向上流側の外周端縁からプロペラファンの回転中心までの距離Ｄｔｅよりも長く設定されている。また、各ブレード１５ｂ，１５ｂ，…は互いに同一形状であって、そのブレード１５ｂの外周縁は、プロペラファン１５の回転方向上流側の外周端縁Ｂからプロペラファン１５の回転方向下流側の外周端縁Ｃに亘って、プロペラファン１５の回転中心Ｏからの距離が連続的に変化する（連続的に大きくなっていく）形状となっている。

具体的には、「プロペラファン１５の回転方向下流側の外周端縁からプロペラファン１５の回転中心までの距離Ｄｌｅ」の「プロペラファン１５の回転方向上流側の外周端縁からプロペラファン１５の回転中心までの距離Ｄｔｅ」に対する比（Ｄｌｅ／Ｄｔｅ）として、１．０２〜１．２０の範囲が掲げられる。好ましくは、Ｄｌｅ／Ｄｔｅ＝１．０５〜１．１０の範囲が掲げられる。より具体的には、プロペラファン１５の回転方向下流側の外周端縁からプロペラファン１５の回転中心までの距離Ｄｌｅを３００ｍｍとし、プロペラファン１５の回転方向上流側の外周端縁からプロペラファン１５の回転中心までの距離Ｄｔｅを２７０ｍｍとする等が掲げられる。尚、この寸法に限られるものではない。

本実施形態によれば、プロペラファン１５を回転駆動するファンモータを支持するためのステー等がブレード１５ｂに干渉する虞がある場合に、この干渉する虞のある部分の外周径（プロペラファン１５の回転中心からの距離）を小さくすることでこの干渉を回避できることになる。特に、プロペラファン１５の回転方向下流側の外周端縁からプロペラファンの回転中心までの距離Ｄｌｅを大きくしたことで、同一設置面積（プロペラファン１５を設置するために必要な開口面積）にプロペラファン１５を設置する場合に、従来のものに比べて、本実施形態のものでは同等以上の効果を奏することができ、送風量の増大を図ることができる。または、同一風量であれば従来のものに比べて騒音低減効果を奏することができる。更には、既存のシュラウド５２に対して、チップクリアランスを拡大することもでき、ブレード１５ｂがシュラウド５２に接触することを確実に回避できる。

尚、本形態では、ブレード１５ｂの外周縁が、プロペラファン１５の回転方向上流側の外周端縁Ｂからプロペラファン１５の回転方向下流側の外周端縁Ｃに亘って、プロペラファン１５の回転中心Ｏからの距離が連続的に変化する形状としたが、必ずしも連続的に変化させる必要はない。例えば、プロペラファン１５の外周縁とシュラウド５２との接触を考慮し、プロペラファン１５の外周端面の形状を、回転方向上流側の外周端縁Ｂから回転方向下流側の外周端縁Ｃに亘ってＳ字状の曲線としてもよい。
（第２実施形態）
本実施形態は、図５（プロペラファン１５及びシュラウド５２を示す平面図）に示すように、上記チップクリアランスｔｃのプロペラファンの直径Ｄに対する比（ｔｃ／Ｄ）として、０．０１〜０．０４の範囲に設定されている。好ましくは、ｔｃ／Ｄ＝０．０２〜０．０３の範囲が掲げられる。このチップクリアランスｔｃは、プロペラファン１５の作動条件によって適切な値が存在する。

本実施形態のようにチップクリアランスｔｃを大きめに設定する理由を図６を用いて説明する。図６の実線は静圧が低く大風量で使用した場合の上記比（ｔｃ／Ｄ）と比騒音との関係の一例を示している。チップクリアランスｔｃとファン直径Ｄとの比ｔｃ／Ｄで０．０２〜０．０４の範囲で良好な値となっている。このように低静圧の条件でチップクリアランスが大きい場合に騒音低減するのは、シュラウド前後での圧力差が小さく、ブレード正圧面から負圧面への空気の吹き返しが小さく、動圧的効果によって送風されており、流量が減らない或いは増えることがその理由である。また、チップクリアランスを大きくすることで、ブレード１５とシュラウド５２との間で発生する圧力干渉による騒音発生も小さくなることが第２の理由である。尚、図６の破線は静圧が高く小風量で使用した場合の結果で、ｔｃ／Ｄ＝０．０１〜０．０２の範囲で良好な値となっている。
（第３実施形態）
本実施形態は、図７（プロペラファン１５及びシュラウド５２を側方から見た断面図）に示すように、シュラウド５２の送風方向（プロペラファン１５の回転軸線の延長方向）の長さ寸法Ｓｌのプロペラファンの直径Ｄに対する比（Ｓｌ／Ｄ）として、０．０３〜０．２０の範囲に設定している。好ましくは、Ｓｌ／Ｄ＝０．１０〜０．１５の範囲が掲げられる。図８は上記比（Ｓｌ／Ｄ）と比騒音との関係を示している。本実施形態においてはＳｌ／Ｄ＝０．０３〜０．２０の範囲が適当としている。シュラウド５２の効果は、ファン前後の圧力差を確保することであり、その意味においてはＳｌ／Ｄは大きいほど良いことになる。しかし、現実にはシュラウド自体が一種の抵抗体であり、Ｓｌが長すぎると逆に流体の円滑な流れを阻害する。特に、静圧が低い条件ではこの傾向は顕著である。また、ブレード１５ｂはシュラウド５２と干渉を起こすため、Ｓｌが長すぎる条件では騒音増加を起こす。このため、本形態では、上記比Ｓｌ／Ｄを０．０３〜０．２０の範囲に設定している。
（第４実施形態）
本実施形態は、図９に示すように、上記シュラウド５２に、プロペラファン１５の回転に伴う送風方向の下流側に向かって次第に開口面積を大きくする拡径部５３を備えさせている。

シュラウド５２の形状は、高分子系の材料で製作することを前提に、製作都合を優先すれば型抜きし易いように軸線方向と平行な面を形成することとなる。一方で、流体がブレード１５ｂによって加速されることによる動圧成分を回収する効果、すなわち圧力回復効果（ディフューザ効果）を得るには、下流側に広がる形状とすればよい。この角度αはシュラウド面上にて流れの剥離が発生しない範囲とする必要があり、３０°以下が適当な範囲である。
（第５実施形態）
本実施形態は、図１０に示すように、上記シュラウド５２に、拡径部５３よりも送風方向の上流側に位置して送風方向の下流側に向かって次第に開口面積を小さくする縮径部５４を備えさせ、この縮径部５４と拡径部５３との境界部分に、プロペラファン１５の中心側に向かって膨出する膨出部５５を形成している。このように縮径部５４と拡径部５３との境界部分を曲面で構成し、所謂流線形状とすることで圧力回復効果を更に大きく得ることができる。
（第６実施形態）
本実施形態は、プロペラファン１５とシュラウド５２との位置関係を特定するものである。図７に示すように、シュラウド５２の吹き出し側端縁からのプロペラファン１５の突き出し量Ｐｌのプロペラファン１５の直径Ｄに対する比（Ｐｌ／Ｄ）を−０．０８〜＋０．０８の範囲に設定している。

図１１は上記比（Ｐｌ／Ｄ）と比騒音との関係を示している。この図からも明らかなように、この比（Ｐｌ／Ｄ）を−０．０８〜＋０．０８の範囲に設定することによって比騒音を低く抑えることができる。
−その他の実施形態−
上述した実施形態では、ＧＨＰの室外機の送風ユニットに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、他の機器（ＥＨＰの室外機など）に備えられる送風ユニットへの適用も可能である。

また、上述した第１実施形態では、プロペラファンの回転方向下流側の外周端縁からプロペラファンの回転中心までの距離が、プロペラファンの回転方向上流側の外周端縁からプロペラファンの回転中心までの距離よりも長く設定されたものについて説明したが、逆に、プロペラファンの回転方向上流側の外周端縁からプロペラファンの回転中心までの距離が、プロペラファンの回転方向下流側の外周端縁からプロペラファンの回転中心までの距離よりも長く設定するようにしてもよい。

また、各実施形態では、４枚のブレード１５ｂ，１５ｂ，…を備えたプロペラファン１５について説明したが、これに限らず、３枚以下や５枚以上のブレードを備えたプロペラファンへの適用も可能である。

また、上述した実施形態では、熱交換室１の天井面に備えられた送風ユニット５０について説明したが、側面に備えられる送風ユニットに対しても本発明は適用可能である。

１５プロペラファン
１５ｂブレード
５０送風ユニット（送風装置）
５２シュラウド
５３拡径部
５４縮径部
５５膨出部

Claims

複数枚のブレードを有するプロペラファンと、このプロペラファンの外周縁を囲むように筒状に形成されたシュラウドとを備えた送風装置において、
前記シュラウドの吹き出し側端縁からのプロペラファンの突き出し量Ｐｌのプロペラファンの直径Ｄに対する比（Ｐｌ／Ｄ）を、−０．０８〜＋０．０８の範囲に設定していることを特徴とする送風装置。
複数枚のブレードを有するプロペラファンと、このプロペラファンの外周縁を囲むように筒状に形成されたシュラウドとを備えた送風装置において、
前記シュラウドの内面とプロペラファンの外縁との間の隙間からなるチップクリアランスｔｃのプロペラファンの直径Ｄに対する比（ｔｃ／Ｄ）を、０．０１〜０．０４の範囲に設定していることを特徴とする送風装置。
複数枚のブレードを有するプロペラファンと、このプロペラファンの外周縁を囲むように筒状に形成されたシュラウドとを備えた送風装置において、
前記シュラウドの送風方向の長さ寸法Ｓｌのプロペラファンの直径Ｄに対する比（Ｓｌ／Ｄ）を、０．０３〜０．２０の範囲に設定していることを特徴とする送風装置。