JP2018044512A - 送風装置及び空気調和機用室外機 - Google Patents

送風装置及び空気調和機用室外機 Download PDF

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Abstract

【課題】送風効率を向上させる。【解決手段】回転軸を中心に所定方向に回転するファン30と、ファン30の下流側に設けられ、ファン30の軸方向から視て回転軸を中心として放射状に配置された複数の静翼50a、50bとを有する送風装置100であって、一部の静翼50aが、ファン30の回転により生じる気流に対して、少なくとも軸方向の抵抗がその他の静翼50bに比べて小さくなる形状にした。【選択図】図3

Description

本発明は、送風装置及びそれを用いた空気調和機用室外機に関するものである。
従来、空気調和機用室外機に用いられる送風装置としては、軸流ファンと、この軸流ファンの下流側において、軸流ファンの回転軸を中心に放射状に配置された複数の静翼とを備えたものがある。
これらの静翼は、軸流ファンの回転により発生する旋回エネルギーを静圧に変換して軸方向流量を増やすことにより送風効率を向上させるものであり、製造容易のためにいずれも同じ形状にしてある。
ところで、軸流ファンにより発生する気流は周方向において均等であるとは限らず、軸流ファンの上流側における流れの急収縮や、上流側に設けられている電装品箱などの抵抗体や、軸流ファンへ吸い込まれる気流の急激な屈曲等がある場合、その位置での下流側は気流が乱れやすい。
このことから、上述したように静翼がいずれも同じ形状であると、周方向において気流が乱れやすい位置にある静翼は、軸流ファンの回転により発生する気流の旋回速度成分を回収することができないどころか、軸方向に流れる空気の抵抗となって、むしろ送風効率を低下させることになる。
特開2015−175304公報
そこで、本願発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであって、従来よりも送風効率を向上させることが可能な送風装置及びそれを用いた空気調和機用室外機を提出することを主たる課題とするものである。
すなわち、本願発明に係る送風装置は、回転軸を中心に所定方向に回転するファンと、前記ファンの下流側に設けられ、前記ファンの軸方向から視て前記回転軸を中心として放射状に配置された複数の静翼とを有する送風装置であって、一部の前記静翼が、前記ファンの回転により生じる気流に対して、少なくとも軸方向の抵抗がその他の前記静翼よりも小さくなる形状であることを特徴とするものである。
以下、前記一部の静翼を低抵抗静翼ともいい、前記その他の静翼を既存静翼ともいう。
このように構成された送風装置であれば、周方向において気流が乱れやすい位置にある静翼の軸方向の抵抗を小さくすることにより、この位置にある静翼による損失を抑制し、その他の位置にある静翼によって気流の旋回速度成分を回収することができる。
これにより、従来に比べて送風効率を向上させることができ、低消費電力化や送風騒音の低減を図れる。
さらに、室外機の吹出側に例えばダクトなどの機外静圧が設けられている場合でも、本発明に係る送風装置から排気される風量は従来よりも増大するので、失速耐力を向上させることができる。
そのうえ、気流の旋回速度成分を従来よりも回収することができるので、気流の直進性を向上させることができ、送風装置から排気された空気が再び送風装置に吸入されてしまう、いわゆるショートサーキットを低減させることができる。
抵抗を小さくするための具体的な構成としては、前記静翼の前縁部における接線方向と前記軸方向とのなす角度を入口角とした場合に、前記低抵抗静翼の前記入口角が、前記既存静翼の前記入口角よりも小さい構成が挙げられる。
また、抵抗を小さくするための別の構成としては、前記低抵抗静翼における径方向の長さが、前記既存静翼における径方向の長さよりも短い構成が挙げられる。
さらに、抵抗を小さくするための別の構成としては、前記低抵抗静翼の軸方向高さが、前記既存静翼の軸方向高さよりも低い構成が挙げられる。
加えて、抵抗を小さくするための別の構成としては、前記静翼の前縁部及び後縁部を結ぶ線分と前記軸方向に沿った線分とのなす角度を翼弦角とした場合に、前記低抵抗静翼の翼弦角が、前記既存静翼の翼弦角よりも小さい構成が挙げられる。
本発明に係る送風装置が、横吹きタイプの空気調和機用室外機に用いられた場合に、本発明の効果を顕著に発揮するためには、前記軸方向が水平方向と平行に設定してあり、前記低抵抗静翼が、前記ファンの軸方向から視て、上側及び下側に位置する静翼であることが好ましい。
周方向における低抵抗静翼の配置としては、前記低抵抗静翼が、前記ファンの軸方向から視て、上側及び下側それぞれにおいて、前記ファンの回転軸を中心とした所定の角度範囲内に位置しており、上側の角度範囲をZ1、下側の角度範囲をZ2とした場合に、0度≦Z1≦160度、0度≦Z2≦120度である構成が挙げられる。
より具体的な実施態様としては、前記ファンの回転軸から前記低抵抗静翼の径方向外端までの距離をRa、前記ファンの回転軸から前記既存静翼の径方向外端までの距離をRbとした場合、Ra/Rb≧0.25である構成が挙げられる。
前記ファンの軸方向から視て、前記低抵抗静翼が前記ファンの回転方向側に傾斜していることが好ましい。
このような構成であれば、低抵抗静翼の径方向外側をさらに低抵抗化させることができる。
前記ファンの軸方向から視て、前記既存静翼が前記ファンの反回転方向側に傾斜していることが好ましい。
このような構成であれば、既存静翼による旋回速度成分の回収を高効率化することができる。
前記ファンを取り囲むように設けられたベルマウス部と、前記ベルマウス部の下流側において前記ファンを取り囲むように設けられたディフューザ部とをさらに具備し、前記各静翼における径方向外側端部が、前記ファンの軸方向と平行に構成されていることが好ましい。
このような構成であれば、ディフューザ部の内側に静翼が位置していたとしても、静翼の径方向外側端部がファンの軸方向と平行に構成されているので、いわゆるアンダーカットと呼ばれる部分が生じず、ディフューザ及び静翼を一体成型することができる。
また、本発明に係る送風装置は、回転軸を中心に所定方向に回転するファンと、前記ファンの下流側に設けられ、前記ファンの軸方向から視て前記回転軸を中心として放射状に配置された複数の静翼とを有する送風装置であって、前記ファンの回転により生じる旋回エネルギーを回収する静翼が配置される旋回エネルギー回収領域と、前記ファンの回転により生じる気流に対して、少なくとも軸方向の抵抗が前記旋回エネルギー回収領域に位置する静翼よりも小さい静翼が配置される低抵抗領域とに、前記複数の静翼が配置されており、前記低抵抗領域の静翼の枚数が、前記旋回エネルギー回収領域の静翼の枚数よりも少ないことを特徴とするものである。
このような構成であれば、気流が乱れやすい低抵抗領域では静翼による抵抗を小さくすることで、この位置における損失を抑制し、それ以外の旋回エネルギー回収領域では気流の旋回速度成分を回収することができ、送風効率を向上させることができる。
これにより、従来に比べて送風効率を向上させることができ、低消費電力化や送風騒音の低減を図れる。
また、本発明に係る空気調和機用室外機は、上述した送風装置を備えることを特徴とするものであり、このような空気調和機用室外機であれば、上述した送風装置と同様の作用効果を得ることができる。
このように構成した本発明によれば、従来よりも送風効率を向上させることができる。
本実施形態の空気調和機用室外機の構成を示す概略図。 同実施形態の空気調和機用室外機の断面を示す断面図。 同実施形態の静翼の構成を示す概略的に示す斜視図。 同実施形態の静翼の構成を示す概略的に示す平面図。 同実施形態の静翼の断面を示す断面図。 その他の実施形態における静翼の構成を概略的に示す斜視図。 その他の実施形態における静翼の断面を示す断面図。 その他の実施形態における静翼の構成を概略的に示す平面図。 その他の実施形態における静翼の構成を概略的に示す平面図。
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る送風装置100は、空気調和機用室外機200(以下、単に室外機200ともいう)に用いられる軸流ファンの一種である。
この室外機200は、図1及び図2に示すように、底板、側周板および天板からなる概略直方体形状のケーシング10と、該ケーシング10の側面及び背面に配置された熱交換器20と、ケーシング10の前面に配置された前記送風装置100とを具備し、この送風装置100により形成された空気流によって前記ケーシング10の側面及び背面から内部へ空気を流入させ、前記熱交換器20に該空気を触れさせた後、前方へ排気するいわゆる横吹きタイプのものである。なお、このケーシング10には、熱交換器20の他、図示しない種々の電装機器等が収容されている。
次に、前記送風装置100について具体的に説明する。
この送風装置100は、図2に示すように、回転軸Cを中心に所定方向に回転するプロペラファン30及びこれを回転駆動する図示しないモータと、該プロペラファン30の周囲に配置された筒状をなす筒状成型体40と、プロペラファン30の下流側に設けられた複数の静翼50とを具備したものであり、軸方向を水平方向と平行に設定してある。
筒状成型体40は、プロペラファン30の軸方向から視て外縁輪郭形状が円形状をなすとともに、軸方向に貫通孔を設けたものであり、この貫通孔の内周面にベルマウス部41及びディフューザ部42が一体に形成してある。
ベルマウス部41は、前記筒状成型体40の内周面のうち、プロペラファン30の外周端のさらに外周に隙間を有して設けられた真円筒状をなすベルマウスダクト411と、該ベルマウスダクト411の上流側に連設した喇叭状をなす開口部(ベルマウス)412とからなるものである。
ディフューザ部42は、前記筒状成型体40の内周面のうち、ベルマウス部41の下流端から下流側に連続する内周面に形成されたもので、ここでは、該内周面の略全面を、下流側に向かうに連れ径方向外側に向かうように傾斜させた傾斜面421としてある。
静翼50は、図3に示すように、前記プロペラファン30の回転により生じる旋回エネルギーを静圧に変換して軸方向流量を増やす翼面51を有したものである。ここでは、概略円筒状のハブHに複数の静翼50が設けられており、これらの静翼50は前記プロペラファン30の軸方向から視て回転軸Cを中心として放射状に配置されている。
そして、これら複数の静翼50のうち、一部の静翼50aは、前記プロペラファン30の回転により生じる気流に対する抵抗の低減を図るべく、その他の静翼50bと異形状に設計されている。より詳細には、前記一部の静翼50aは、前記プロペラファン30の回転により生じる気流に対して少なくとも軸方向の抵抗が、その他の静翼50bに比べて小さくなる形状に形成されている。以下、各静翼50のうち、抵抗を小さくした前記一部の静翼50aを低抵抗静翼50aと呼び、前記その他の静翼50bを既存静翼50bと呼ぶ。
本実施形態では、図1に示すように、室外機100をプロペラファン30の軸方向から視て(正面から視て)、上側及び下側それぞれに複数の低抵抗静翼50aが位置しており、左側及び右側それぞれに複数の既存静翼50bが位置している。
低抵抗静翼50a及び既存静翼50bを上記の配置にしているのは、本実施形態のように横吹きタイプの室外機100では、プロペラファン30の回転により生じる旋回流が、プロペラファン30の下流側において、軸方向から視た上側及び下側で乱れやすいからである。
この原因の一つとしては、図2に示すように、軸方向から視た上側及び下側では、プロペラファン30に流れ込む空気の急収縮等が起きていることが挙げられる。
また、プロペラファン30の下流側において気流が乱れる別の原因としては、ケーシング10に収容されている電装機器等がプロペラファン30に流れ込む空気の障害となっていることも挙げられる。
このように、プロペラファン30の下流側において気流の乱れが生じる理由は種々あり、室外機10のタイプやケーシング内の電装機器等の配置などによって、乱れる位置は異なると考えられることから、低抵抗静翼50a及び既存静翼50bの形状や配置や枚数は、適宜変更して構わない。
本実施形態では、図4に示すように、プロペラファン30の回転軸Cを中心に上側及び下側それぞれにおいて所定の角度範囲Z1、Z2内にある静翼50を低抵抗静翼50aとしており、その他の静翼50を既存静翼50bとしている。ここでは、上側の角度範囲Z1と下側の角度範囲Z2とを異なる範囲としているが、それぞれの角度範囲Z1、Z2を同じ値に設定しても良い。なお、具体的な角度範囲Z1、Z2としては0度≦Z1≦160度、0度≦Z2≦120度であることが好ましく、ここではZ1を120度、Z2を75度にしてある。
また、図4に示すように、回転軸Cから低抵抗静翼50aの径方向外端までの距離をRa、回転軸Cから既存静翼50bの径方向外端までの距離をRbとした場合、Ra/Rb≧0.25となることが好ましく、ここではRa/Rbを0.77にしてある。
なお、上述したように、室外機200の構成などによってプロペラファン30の下流側において気流が乱れやすい位置は異なることから、角度範囲Z1、Z2やRa/Rbは適宜変更して構わない。
次に、既存静翼50bについて説明する。
既存静翼50bは、プロペラファン30の回転により生じる旋回エネルギーを回収できるように設計されたものであり、図3及び図4に示すように、翼面51がプロペラファン30の吹出し気流に沿って(プロペラファン30の回転方向側に)湾曲した形状をなしている。
ここで、図5に示すように、径方向内端から径方向外端までのある位置で静翼50を軸方向に沿った円筒面で切った断面において、前縁部52及び後縁部53を結ぶ線分L1と軸方向に沿った線分L2とのなす角度を翼弦角θと定義する。このとき、本実施形態の既存静翼50bは、前縁部52と筒状成型体40とを一体に成型するために、ディフューザ42と重なる部分において翼弦角θが0度となり、軸方向と平行になるようにしている。
一方、低抵抗静翼50aは、プロペラファン30の回転により生じる気流に対して、少なくとも軸方向の抵抗が既存静翼50bよりも小さくなる形状に構成されている。
本実施形態の低抵抗静翼50aは、径方向内端から径方向外端までの寸法、すなわち径方向の長さ寸法(以下、径方向長さという)が既存静翼50bよりも短いものである。かかる構成により、プロペラファン30による気流に対する少なくとも軸方向の抵抗は、低抵抗静翼50aの方が既存静翼50bよりも小さくなる。
なお、低抵抗静翼50aの形状としては、上述した形状に限ったものではなく、既存静翼50bよりも高さを低くしたり、既存静翼50bよりも翼弦角θを小さくしたり、翼長を短くしたりしても良い。また、プロペラファン30の回転により生じる気流が乱れやすい位置にある低抵抗静翼50aを既存静翼50bよりも少ない枚数にしても良い。かかる構成により、プロペラファン30による旋回エネルギーを効率的に静圧に変換して軸方向流量を増加させることができる。
このように構成された本実施形態の送風装置100によれば、周方向において気流が乱れやすく旋回エネルギーの回収が困難であった軸方向から視た正面視上側及び下側に位置する低抵抗静翼50aを、その他の位置にある既存静翼50bよりも、軸方向の抵抗が小さくなるように構成しているので、静翼全体として、従来よりも損失を抑制するとともに、旋回エネルギー回収効率を向上させることができる。
これにより、従来に比べて送風効率を向上させることができ、低消費電力化や送風騒音の低減を図れる。
さらに、室外機100の吹出側に例えばダクトなどの機外静圧が設けられている場合でも、送風装置100から排気される風量を増大させることができるので、失速耐力を向上させることができる。
そのうえ、気流の旋回速度成分を従来よりも回収することができるので、気流の直進性を向上させることができ、送風装置100から排気された空気が再び送風装置100に吸入されてしまう、いわゆるショートサーキットを低減させることができる。
また、既存静翼50bの外端における翼弦角θが0度となるようにし、既存静翼50bの径方向外端部を軸方向と平行に形成しているので、いわゆるアンダーカットと呼ばれる部分が生じず、ディフューザ42と静翼50とを一体成型することができ、ベルマウス41、ディフューザ42、及び静翼50の一体成型が可能となる。
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、低抵抗静翼50aの形状は、既存静翼50bよりも抵抗が小さい形状であれば前記実施形態には限られず、例えば図6に示すように、低抵抗静翼50aの高さを径方向内側から外側に向かって徐々に小さくなるようにしても良い。
この場合、低抵抗静翼50a及び既存静翼50bの全てが、径方向の外端部において軸方向と平行に形成すれば、前記実施形態と同様に、ディフューザ42と各静翼50とを一体成型することができる。
また、例えば同半径や径方向外側端部で比較して、低抵抗静翼50aの翼弦角θを既存静翼50bよりも小さくなるようにしても構わない。
さらに、図7に示すように、静翼50の前縁部52における接線L3と軸方向に沿った線分L2とのなす角度を入口角αとした場合に、低抵抗静翼50aの入口角αを既存静翼50bの入口角αよりも小さくしても良い。
すなわち、径方向長さ、高さ、翼弦角θ、翼枚数、及び入口角αの1つ又は複数をパラメータとして、低抵抗静翼50aの抵抗が既存静翼50bの抵抗よりも抵抗が小さくなるように、各静翼50を構成すれば良い。
前記実施形態の既存静翼50bは、プロペラファン30の回転方向R側に傾斜した形状であったが、図8に示すように、既存静翼50bは、プロペラファン30の反回転方向側に傾斜させた形状であっても良い。
このように構成することにより、気流が乱れにくい位置(ここでは軸方向から視た左側及び右側)にある既存静翼50bによる旋回速度成分の回収を高効率化させることができる。
一方、低抵抗静翼50aは、プロペラファン30による気流に対する少なくとも軸方向の抵抗をより低減すべく、プロペラファン30の回転方向R側に傾斜した形状であっても良い。特に、軸方向から視た上側及び下側に位置する低抵抗静翼50aの外周側をプロペラファン30の回転方向R側に傾斜させることが望ましい。
なお、低抵抗静翼50aによって内周側における旋回成分の回収が見込まれる場合は、図8に示すように、低抵抗静翼50aをプロペラファン30の反回転方向側に傾斜させることで、送風効率の向上を図れる。
また、前記実施形態では、既存静翼50bを径方向内側から外側に向かって高さ及び翼弦角θが徐々に小さくなる形状にしていたが、例えば既存静翼50bの高さや翼弦角θを外周側で大きくするなど、旋回成分を効率良く回収できる形状であれば適宜変更して構わない。既存静翼50bの形状や配置や枚数などを変更した場合は、その変更に応じて、低抵抗静翼50aを、プロペラファン30の回転により生じる気流に対する少なくとも軸方向の抵抗が既存静翼50bよりも小さくなるように設計すれば良い。
さらに、図9に示すように、送風装置100としては、プロペラファンの回転により生じる旋回エネルギーを回収する静翼が配置される旋回エネルギー回収領域と、プロペラファンの回転により生じる気流に対して、少なくとも軸方向の抵抗が旋回エネルギー回収領域に位置する静翼よりも小さい静翼が配置される低抵抗領域とに、複数の静翼が配置されており、前記低抵抗領域の静翼の枚数が、前記旋回エネルギー回収領域の静翼の枚数よりも少ないものであっても良い。
図9に示される実施態様では、旋回エネルギー回収領域は、内側全周と、外側における周方向の一部(ここでは、軸方向から視た左側及び右側)であり、低抵抗領域は、外側における周方向のその他の部分(ここでは、軸方向から視た上側及び下側)としているが、これらの領域は適宜変更して構わない。
具体的にこの送風装置100は、例えば径方向内側から順に、第1静翼群50A、第2静翼群50B、及び第3静翼群50Cを有しており、第3静翼群Cの流れの乱れが大きい地点において、枚数が最も少なくなるように構成されている。この第3静翼群Cにおいて、旋回エネルギー回収領域では静翼50が6枚、低抵抗領域では静翼50が0枚である。なお、機械的強度を確保すべく、旋回エネルギー回収領域における枚数よりも少なければ、低抵抗領域に静翼50を複数枚設けても良い。
このように構成することにより、気流が乱れやすい低抵抗領域では静翼50による抵抗を小さくすることで、この位置における損失を抑制し、それ以外の旋回エネルギー回収領域では気流の旋回速度成分を回収することができ、送風効率を向上させることができる。
なお、静翼群の数は3つに限られず、2つの静翼群を有する送風装置や4つ以上の静翼群を有する送風装置であっても良い。
また、前記実施形態では、室外機200の一例として1つの送風装置100を備えた横吹きタイプのものを説明したが、室外機200は、複数の送風装置100を備えていても良いし、送風装置100によって上方に排気する縦吹きタイプのものであっても良い。
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
200・・・室外機
100・・・送風装置
30 ・・・プロペラファン
50a・・・低抵抗静翼
50b・・・既存静翼

Claims (13)

  1. 回転軸を中心に所定方向に回転するファンと、
    前記ファンの下流側に設けられ、前記ファンの軸方向から視て前記回転軸を中心として放射状に配置された複数の静翼とを有する送風装置であって、
    一部の前記静翼が、前記ファンの回転により生じる気流に対して、少なくとも軸方向の抵抗がその他の前記静翼に比べて小さくなる形状である送風装置。
  2. 前記一部の静翼における径方向の長さが、前記その他の静翼における径方向の長さよりも短い請求項1記載の送風装置。
  3. 前記一部の静翼の軸方向高さが、前記その他の静翼の軸方向高さよりも低い請求項1又は2記載の送風装置。
  4. 前記静翼の前縁部及び後縁部を結ぶ線分と前記軸方向に沿った線分とのなす角度を翼弦角とした場合に、前記一部の静翼の翼弦角が、前記その他の静翼の翼弦角よりも小さい請求項1乃至3のうち何れか一項に記載の送風装置。
  5. 前記静翼の前縁部における接線方向と前記軸方向とのなす角度を入口角とした場合に、前記一部の静翼の前記入口角が、前記その他の静翼の前記入口角よりも小さい請求項1乃至4のうち何れか一項に記載の送風装置。
  6. 前記軸方向が水平方向と平行に設定してあり、
    前記一部の静翼が、前記ファンの軸方向から視て、上側及び下側に位置する静翼である請求項1乃至5のうち何れか一項に記載の送風装置。
  7. 前記一部の静翼が、前記ファンの軸方向から視て、上側及び下側それぞれにおいて、前記ファンの回転軸を中心とした所定の角度範囲内に位置しており、上側の角度範囲をZ1、下側の角度範囲をZ2とした場合に、0度≦Z1≦160度、0度≦Z2≦120度である請求項6記載の送風装置。
  8. 前記ファンの回転軸から前記一部の静翼の径方向外端までの距離をRa、前記ファンの回転軸から前記その他の静翼の径方向外端までの距離をRbとした場合、Ra/Rb≧0.25である請求項1乃至7のうち何れか一項に記載の送風装置。
  9. 前記ファンの軸方向から視て、前記一部の静翼が前記ファンの回転方向側に傾斜している請求項1乃至8のうち何れか一項に記載の送風装置。
  10. 前記ファンの軸方向から視て、前記その他の静翼が前記ファンの反回転方向側に傾斜している請求項1乃至9のうち何れか一項に記載の送風装置。
  11. 前記ファンを取り囲むように設けられたベルマウス部と、
    前記ベルマウス部の下流側において前記ファンを取り囲むように設けられたディフューザ部とをさらに具備し、
    前記各静翼における径方向外側端部が、前記ファンの軸方向と平行に構成されている請求項1乃至10のうち何れか一項に記載の送風装置。
  12. 回転軸を中心に所定方向に回転するファンと、
    前記ファンの下流側に設けられ、前記ファンの軸方向から視て前記回転軸を中心として放射状に配置された複数の静翼とを有する送風装置であって、
    前記ファンの回転により生じる旋回エネルギーを回収する静翼が配置される旋回エネルギー回収領域と、前記ファンの回転により生じる気流に対して、少なくとも軸方向の抵抗が前記旋回エネルギー回収領域に位置する静翼よりも小さい静翼が配置される低抵抗領域とに、前記複数の静翼が配置されており、
    前記低抵抗領域の静翼の枚数が、前記旋回エネルギー回収領域の静翼の枚数よりも少ない送風装置。
  13. 請求項1乃至12のうち何れか一項に記載の送風装置を備える空気調和機用室外機。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111306754A (zh) * 2019-12-27 2020-06-19 广东美的制冷设备有限公司 风道部件及具有其的空调器

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