JP2017129018A - プロペラファンおよび熱源ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】翼の正圧面側から負圧面側に巻き込まれる流れを整流し、渦の抑制を図る一方で、厚肉部の高さを抑え、ひいては成形不良を抑制可能なプロペラファンおよび熱源ユニットを提案する。
【解決手段】プロペラファン１３は、中央に配置されるハブ４１と、ハブ４１の周囲に設けられる複数のブレード４２と、ブレード４２の翼外周縁部４２ｄに沿って負圧面４６側に設けられる厚肉部４８と、を備えている。厚肉部４８は、ブレード４２の外周に向かって開く複数の溝部４９を有している。
【選択図】 図２

Description

本発明に係る実施形態は、プロペラファンおよび熱源ユニットに関する。

正圧面側から負圧面側へ巻き込まれる流れによって発生する渦を安定させるため、翼の外周縁に沿って負圧面側に設けられる略山型断面の厚肉部を備えるプロペラファンが知られている。この厚肉部は、山幅（プロペラファンの径方向におけるリブの寸法）の中央よりも内周側（ハブ側）に最大高さ、つまり頂上を有している。

特開２００５−２４８７７０号公報

従来のプロペラファンは、厚肉部が翼の外周縁に沿って一様な形状を有しているので、厚肉部の高さ（翼の負圧面を基準とする厚肉部の突出高さ）を相応に高くしなければ、正圧面側から負圧面側に巻き込まれる流れによって発生する渦を、厚肉部の内周側（ハブ側）に寄せることができず、ひいては渦の発生を安定化させることができない。

また、翼の外周縁に厚肉部が配置されているため、樹脂成形のプロペラファンにおいて厚肉部を高くすることは、樹脂の充填不足や肉ひけなどの成形不良のリスクを高める。

そこで、本発明は、翼の正圧面側から負圧面側に巻き込まれる流れを整流し、渦の抑制を図る一方で、厚肉部の高さを抑え、ひいては成形不良を抑制可能なプロペラファンおよび熱源ユニットを提案する。

前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係るプロペラファンは、中央に配置されるハブと、前記ハブの周囲に設けられる複数の翼と、前記翼の外周縁部に沿って負圧面側に設けられる厚肉部と、を備え、前記厚肉部は、前記翼の外周に向かって開く複数の溝部を有している。

また、本発明の実施形態に係る熱源ユニットは、前記プロペラファンと、前記プロペラファンによって流動する空気と熱交換する熱交換器と、を備えている。

本発明の実施形態に係る空気調和機の室外機の概略的な平面図。 本発明の実施形態に係るプロペラファンの背面図。 本発明の実施形態に係るプロペラファンの径方向における厚肉部の断面図。 本発明の実施形態に係るプロペラファンの厚肉部の拡大図。 本発明の実施形態に係るプロペラファンの厚肉部の拡大図。 本発明の実施形態に係るプロペラファンの厚肉部における空気の流れを模式的に示す図。 比較例のプロペラファンの厚肉部における空気の流れを模式的に示す図。 本実施形態に係るプロペラファンの送風性能測定実験の実験データを示す図。

本発明に係るプロペラファンおよび熱源ユニットである空気調和機の室外機の実施形態について、図１から図８を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る空気調和機の室外機の概略的な平面図である。

図１に示すように、空気調和機１は、室外機２と室内機３とを含んでいる。空気調和機１の室外機２は、筐体１１と、平面形状が略Ｌ字状の室外熱交換器１２と、プロペラファン１３およびプロペラファン１３を回転駆動させる電動機１５を含む送風機１６と、圧縮機１７と、四方弁１８と、インバータ等の制御器１９と、を備えている。室外熱交換器１２、送風機１６、圧縮機１７、四方弁１８、および制御器１９は筐体１１内に納められている。

筐体１１は、室外熱交換器１２、送風機１６、圧縮機１７、四方弁１８、および制御器１９を支える底板２１と、底板２１を覆う本体カバー２２と、を備えている。

筐体１１内には、仕切板２３が設けられている。仕切板２３は、筐体１１内に室外熱交換器１２と送風機１６を収容する熱交換室２５と、圧縮機１７、四方弁１８、制御器１９を収容する機械室２６とを区画している。筐体１１の背面および一方の側面は、熱交換室２５に通じる空気の吸込口（図示省略）を有している。

筐体１１の前面は、吹出口２７を有している。吹出口２７の周囲には、ベルマウス２８が設けられている。ベルマウス２８は、筐体１１の前面の裏面から熱交換室２５内に突出する所定の長さを有している。

送風機１６は、吹出口２７に対向している。送風機１６のプロペラファン１３は、ベルマウス２８によって囲まれており、プロペラファン１３が生じさせる空気の流れは、ベルマウス２８に案内されて吹出口２７から筐体１１外へ吹き出す。筐体１１の前面には、吹出口２７の全面を覆うファンガード（図示省略）が設けられていて、安全性が確保されている。送風機１６の電動機１５は、筐体１１の底板２１に設けられるモータ固定板２９にネジなどの固定具（図示省略）で固定されている。

室外機２は、冷媒配管３１を介して室内機３に接続されている。冷凍サイクルの運転が開始されると圧縮機１７が駆動される。駆動する圧縮機１７は、冷媒配管に冷媒を流通させて室外熱交換器１２へ導く。同時に送風機１６の運転が開始される。電動機１５はプロペラファン１３を回転駆動させる。

外気は筐体１１の背面と側面の吸込口から熱交換室２５に導かれ、室外熱交換器１２を通過して、室外熱交換器１２内の冷媒と熱交換する。室外熱交換器１２で熱交換した空気は、送風機１６を介してベルマウス２８に案内され、筐体１１の前面の吹出口２７から外部へ排出される。

次に、プロペラファン１３について詳細に説明する。

図２は、本発明の実施形態に係るプロペラファンの背面図である。

図３は、本発明の実施形態に係るプロペラファンの径方向における厚肉部の断面図である。

なお、プロペラファン１３は、筐体１１の正面にプロペラファン１３の正面を向けた状態で筐体１１に納められている。

図２および図３に示すように、本実施形態に係るプロペラファン１３は、中央に配置されるハブ４１と、ハブ４１の周囲に設けられる複数の翼としてのブレード４２と、を備えている。なお、プロペラファン１３の正面は翼の正圧面４５であり、背面は翼の負圧面４６である。プロペラファン１３が回転駆動されると、翼の負圧面４６側から翼の正圧面４５側へ、回転軸に沿って送風される。

円筒状のハブ４１はプロペラファン１３の中心部に設けられている。ハブ４１の中心は、プロペラファン１３の回転中心に相当する。

複数のブレード４２、例えば４つのブレード４２、４２、４２、４２は、ハブ４１の周囲に等間隔に配置されて、ハブ４１に一体に設けられている。それぞれのブレード４２は、回転軸の軸芯方向に対して斜めに捩られている。なお、ブレード４２は複数あれば良い。

ここで、ブレード４２のハブ４１と一体に連設される部分を根元部４２ａと呼び、プロペラファン１３の回転方向（図２中の実線矢印Ｒ）前側を翼前縁部４２ｂと呼び、回転方向後側を翼後縁部４２ｃと呼び、翼前縁部４２ｂ外周端と翼後縁部４２ｃ外周端とを結ぶ端部を翼外周縁部４２ｄと呼ぶ。

プロペラファン１３の回転にともなうブレード４２上の空気の流れを基準にすると、翼前縁部４２ｂは空気の流入側であり、翼後縁部４２ｃは空気の流出側である。

翼前縁部４２ｂの輪郭線は、根元部４２ａ側よりも翼外周縁部４２ｄ側の方が回転方向（図２中の実線矢印Ｒ）へ大きく突き出している。

また、それぞれのブレード４２は、翼外周縁部４２ｄ（つまり、ブレード４２の外周縁）に沿って負圧面４６側に設けられる厚肉部４８を備えている。

厚肉部４８は、ブレード４２の負圧面４６から突出している。厚肉部４８は、円弧、山形、矩形、および多角形を含む任意の形状で良い。また、厚肉部４８の頂点あるいは頂上（つまり、ブレード４２の負圧面４６から最も離れている箇所）は、プロペラファン１３の径方向において厚肉部４８の中央にあっても良いし、ブレード４２の根元部４２ａ側に偏倚していても良いし、ブレード４２の翼外周縁部４２ｄ側に偏倚していても良い。

また、厚肉部４８は、ブレード４２の外周に向かって開く複数の溝部４９を有している。

溝部４９は、厚肉部４８の全長に渡って、円周方向に略等間隔に設けられている。なお、溝部４９は、厚肉部４８の一部、例えば翼前縁部４２ｂに近い部分のみに設けられていても良いし、翼後縁部４２ｃに近い部分のみに設けられていても良いし、翼前縁部４２ｂおよび翼後縁部４２ｃのいずれからも離れ、翼外周縁部４２ｄの途中部分にのみ設けられていても良い。

厚肉部４８は、ブレード４２の負圧面４６を基準とする突出高さｈを有している。

プロペラファン１３の溝部４９は、厚肉部４８の途中からプロペラファン１３の径方向外側へ向かって延び、ブレード４２の外周において開放されている。溝部４９は、プロペラファン１３の径方向に長さＬを有し、プロペラファン１３の周方向に幅Ｗを有し、プロペラファン１３の回転中心に平行な方向に深さｄを有している。

なお、溝部４９の長さＬ、幅Ｗ、および深さｄは、いずれも当該箇所における最大寸法を指し、一様な寸法でなくとも良く、例えば厚肉部４８の形状に依拠して変化していても良いし、樹脂成形における抜き勾配を考慮して変化していても良い。本実施形態のように、円弧状の厚肉部４８に設けられる溝部４９は、厚肉部４８の頂部を起点とする場合、または厚肉部４８の頂部を横切る場合には、厚肉部４８の頂部において最大寸法の深さｄを顕現させる。なお、溝部４９の幅Ｗは、隣り合う溝部４９間の厚肉部の幅よりも小さいことが好ましい。

図４および図５は、本発明の実施形態に係るプロペラファンの厚肉部の拡大図である。

図４に示すように、本実施形態に係るプロペラファン１３の溝部４９は、翼外周縁部４２ｄの接線に垂直な方向へ向かって延びていても良い。

また、図５に示すように、本実施形態に係るプロペラファン１３の溝部４９は、プロペラファン１３の径方向に対して傾斜していても良い。すなわち、溝部４９は、翼外周縁部４２ｄの接線に垂直な方向に対して傾斜していても良い。図５は溝部４９の翼外周縁部４２ｄ側の端部４９ａが、厚肉部４８の途中にある端部４９ｂに対し、プロペラファン１３の回転方向（図５中の実線矢印Ｒ）、換言すると翼後縁部４２ｃ側へ位置するように傾斜させたものである。

図６は、本発明の実施形態に係るプロペラファンの厚肉部における空気の流れを模式的に示す図である。

図７は、比較例のプロペラファンの厚肉部における空気の流れを模式的に示す図である。

図７の比較例のプロペラファン１０１は、溝部４９のない一様な断面形状の厚肉部１０２をブレード１０３の負圧面１０６の翼外周縁部１０３ｄに備えている。

先ず、図７に示すように、比較例のプロペラファン１０１は、厚肉部１０２によってブレード１０３の正圧面１０５側から負圧面１０６側に巻き込まれる流れＦ２によって発生する渦Ｓ２を、ブレード１０３の根元側（ハブ側）に寄った位置で安定させる。

他方、図６に示すように、本発明の実施形態に係るプロペラファン１３は、厚肉部４８に設けられる溝部４９によって、比較例のプロペラファン１０１に生じる渦Ｓ２よりも小さい渦Ｓを生じさせ、ブレード４２の正圧面４５側から負圧面４６側に巻き込まれる流れＦがブレード４２から剥離することを抑制し、風量性能をさらに向上させ、騒音をさらに低減させる。

ところで、溝部４９に生じる小さい渦Ｓは、溝部４９の深さｄに依存する。

そこで、発明者は、ブレード４２の負圧面４６を基準とする厚肉部４８の突出高さｈに対し、溝部の深さｄを０．２ｈ以上かつ０．９ｈ以下の範囲に設定することで、ブレード４２の正圧面１０５側から負圧面１０６側に巻き込まれる流れＦがブレード４２から剥離することを抑制し、風量性能を向上させ、騒音を低減させることを見出した。

図８は、本実施形態に係るプロペラファンの送風性能測定実験の実験データを示す図である。

図８は、本実施形態に係るプロペラファン１３の送風騒音の低減効果を示している。図８は、溝部４９の深さｄを横軸に取り、プロペラファン１３回転時の騒音の低減割合を縦軸に取って、その相関関係を示している。

なお、溝部４９の深さｄは、厚肉部４８の突出高さｈに対する比率で示され、０．１ｈから１ｈの範囲に設定した。

また、プロペラファン１３回転時の騒音の低減割合は、溝部４９の深さｄが０ｈ、つまり、溝部４９のない比較例のプロペラファン１０１を基準にした。

図８から、溝部４９の深さｄを０．２ｈ以上かつ０．９ｈ以下の範囲に設定することで、プロペラファン１３の送風騒音を低減できることが分かる。

また、樹脂製のプロペラファン１３において、厚肉部４８および溝部４９の成形性を考慮すると、溝部４９の深さｄは、０．９ｈ以下に設定されていることが好ましい。

本実施形態に係るプロペラファン１３および熱源ユニットである室外機２は、厚肉部４８に、ブレード４２の外周に向かって開く複数の溝部４９を有することによって、従来のプロペラファンよりも小さい渦Ｓを生じさせ、ブレード４２の正圧面１０５側から負圧面１０６側に巻き込まれる流れＦがブレード４２から剥離することを抑制し、風量性能をさらに向上させ、騒音をさらに低減させる。

また、本実施形態に係るプロペラファン１３および熱源ユニットである室外機２は、厚肉部４８に、ブレード４２の外周に向かって開く複数の溝部４９を有することによって、風量性能を向上させ、騒音を低減できるので、厚肉部４８の突出高さｈを従来のプロペラファンよりも低めに抑えても同等の整流効果、騒音低減効果を得ることが可能であり、ひいては、樹脂製のプロペラファン１３における成形性を高め、成形不良を抑制できる。

さらに、本実施形態に係るプロペラファン１３および熱源ユニットである室外機２は、溝部４９の深さｄを０．２ｈ以上かつ０．９ｈ以下の範囲に設定することで、風量性能の向上効果、騒音の低減効果、および成形性の向上効果を確実に得ることができる。

したがって、本実施形態のプロペラファン１３および熱源ユニットである空気調和機１の室外機２によれば、ブレード４２の正圧面４５側から負圧面４６側に巻き込まれる流れＦを整流し、渦Ｓの抑制を図る一方で、厚肉部４８の高さを抑え、ひいては成形不良を抑制することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…空気調和機、２…室外機、３…室内機、１１…筐体、１２…室外熱交換器、１３…プロペラファン、１５…電動機、１６…送風機、１７…圧縮機、１８…四方弁、１９…制御器、２１…底板、２２…本体カバー、２３…仕切板、２５…熱交換室、２６…機械室、２７…吹出口、２８…ベルマウス、２９…モータ固定板、３１…冷媒配管、４１…ハブ、４２…ブレード、４２ａ…根元部、４２ｂ…翼前縁部、４２ｃ…翼後縁部、４２ｄ…翼外周縁部、４５…正圧面、４６…負圧面、４８…厚肉部、４９…溝部、４９ａ…端部、４９ｂ…端部、１０１…プロペラファン、１０２…厚肉部、１０３…ブレード、１０３ｄ…翼外周縁部、１０５…正圧面、１０６…負圧面。

Claims (3)

1. 中央に配置されるハブと、
   前記ハブの周囲に設けられる複数の翼と、
   前記翼の外周縁部に沿って負圧面側に設けられる厚肉部と、を備え、
   前記厚肉部は、前記翼の外周に向かって開く複数の溝部を有するプロペラファン。
2. 前記溝部の深さは、前記翼の負圧面を基準とする前記厚肉部の突出高さをｈとしたとき、０．２ｈ以上かつ０．９ｈ以下の範囲に設定される請求項１に記載のプロペラファン。
3. 請求項１または２に記載のプロペラファンと、
   前記プロペラファンによって流動する空気と熱交換する熱交換器と、を備える熱源ユニット。

Images