JP2823657B2 - 熱交換器用ファンステータ集合体 - Google Patents
熱交換器用ファンステータ集合体Info
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- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
- F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
- F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/542—Bladed diffusers
- F04D29/544—Blade shapes
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
- F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/5826—Cooling at least part of the working fluid in a heat exchanger
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- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
- F24F13/30—Arrangement or mounting of heat-exchangers
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S165/302—Rotary gas pump
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- Other Air-Conditioning Systems (AREA)
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、空気移動ファンに係り、特に、ファンが熱
交換器コイルを通して空気を引入れあるいは押出す構成
の熱交換器用ファンステータ集合体に関する。
交換器コイルを通して空気を引入れあるいは押出す構成
の熱交換器用ファンステータ集合体に関する。
本発明は、詳細には、熱交換器コイルを通して空気を
移動させるプロペラファンを有するステータ列を採用し
た構成に関する。
移動させるプロペラファンを有するステータ列を採用し
た構成に関する。
以下に説明される所定の実施例では、パッケージ化タ
ーミナルエアコンディショナ（PTAC）に対し、ステータ
列が有効に適用され、ルームエアコンや他の類似装置に
対して適切に適用される。
ーミナルエアコンディショナ（PTAC）に対し、ステータ
列が有効に適用され、ルームエアコンや他の類似装置に
対して適切に適用される。
パッケージ化ターミナルエアコンディショナは、建物
の壁に設けられたペネトレーションを介して、室外側部
に接続された室内側部を有するユニットである。これら
のユニットは、一般に、夏には冷房用エアコンとして使
用され、冬には暖房用のヒートポンプとして使用されて
いる。PTACは、室内側の遠心力ファン及び室外側のプロ
ペラファンを動かすために、一般に同一のモータ及び駆
動軸を使用している。
の壁に設けられたペネトレーションを介して、室外側部
に接続された室内側部を有するユニットである。これら
のユニットは、一般に、夏には冷房用エアコンとして使
用され、冬には暖房用のヒートポンプとして使用されて
いる。PTACは、室内側の遠心力ファン及び室外側のプロ
ペラファンを動かすために、一般に同一のモータ及び駆
動軸を使用している。
ファンの空気移動効率を増大させることは、産業上の
大きな目標であった。このような効率の増大は、電力低
減及びファンによる騒音低減の二重の効果をもたらす。
大きな目標であった。このような効率の増大は、電力低
減及びファンによる騒音低減の二重の効果をもたらす。
例えば、種々のコンプレッサにおいては、ステータは
一般に良く知られているが、暖房、換気、及びエアコン
（HVAC）の分野では広く使用されていないし、PTACユニ
ットへ適用した例はなかった。
一般に良く知られているが、暖房、換気、及びエアコン
（HVAC）の分野では広く使用されていないし、PTACユニ
ットへ適用した例はなかった。
プロペラファンをステータ集合体と結合した例が、グ
レイの米国特許第4,548,548合明細書に自動車用装置と
して既に開示されている。この特許では、ファン空気を
熱交換器及びファンの直後に置かれた円形ステータを通
して吹き込まれ、軸方向に排気する構成を取っている。
ここには、回転成分を取り除き、熱交換器を通るより滑
らかな空気流を与える意図がある。グレイ特許のステー
タ集合体は、熱交換器の前部にファン及びモータを懸架
するスパイダすなわちフレームの部分を形成している。
また、ファンブレード先端が円周スカートによって接続
されているいわゆる帯締めファンと共にステータを使用
することを意図している。グレイ特許では、ファンモー
タシステムが一体でありかつファンによって支配される
流域を調節するように設計されているので、ステータ断
面が円形になっている。これは、ファンの有効面積がコ
イルの面積にほぼ等しいか、ファンの軸がコイル面の幾
何学的中心に一致する時に好都合である。
レイの米国特許第4,548,548合明細書に自動車用装置と
して既に開示されている。この特許では、ファン空気を
熱交換器及びファンの直後に置かれた円形ステータを通
して吹き込まれ、軸方向に排気する構成を取っている。
ここには、回転成分を取り除き、熱交換器を通るより滑
らかな空気流を与える意図がある。グレイ特許のステー
タ集合体は、熱交換器の前部にファン及びモータを懸架
するスパイダすなわちフレームの部分を形成している。
また、ファンブレード先端が円周スカートによって接続
されているいわゆる帯締めファンと共にステータを使用
することを意図している。グレイ特許では、ファンモー
タシステムが一体でありかつファンによって支配される
流域を調節するように設計されているので、ステータ断
面が円形になっている。これは、ファンの有効面積がコ
イルの面積にほぼ等しいか、ファンの軸がコイル面の幾
何学的中心に一致する時に好都合である。
しかしながら、コイルの面積がファンの面積よりも非
常に大きいとき、及び／若しくはファンの軸がコイルの
幾何学的中心から偏心している時には、ステータ配置及
び形状は、最大効率を得るために、拡散を考慮しなけれ
ばならない。この点は非常に重要である。なぜなら、円
形形状であるファンの放出領域から、大きくかつ偏心し
ている矩形形状のコイル（熱交換器）への空気流を分散
・膨張させることは非常に難しいからである。
常に大きいとき、及び／若しくはファンの軸がコイルの
幾何学的中心から偏心している時には、ステータ配置及
び形状は、最大効率を得るために、拡散を考慮しなけれ
ばならない。この点は非常に重要である。なぜなら、円
形形状であるファンの放出領域から、大きくかつ偏心し
ている矩形形状のコイル（熱交換器）への空気流を分散
・膨張させることは非常に難しいからである。
最大拡散を実現するには、定流となっている空気が乱
流への自然に乱れて行く傾向を最小限に抑える必要性が
ある。空気流が乱れると、定流の場合に比べて、熱交換
器面の有効利用面積が小さくなり、かつ、コイルを通過
する際の圧力損失が大きくなってしまうからである。
流への自然に乱れて行く傾向を最小限に抑える必要性が
ある。空気流が乱れると、定流の場合に比べて、熱交換
器面の有効利用面積が小さくなり、かつ、コイルを通過
する際の圧力損失が大きくなってしまうからである。
上述の影響を好適に制御するように拡散を最大化する
ために、ステータをコイルに対抗して設置し、かつその
全体形状をコイル面の面積と一致させる構造を取ること
が有益である。これは、旋回流による遠心力によって外
方向拡散プロセスを容易化させ、コイル面を横切る定流
を最大化させるものである。
ために、ステータをコイルに対抗して設置し、かつその
全体形状をコイル面の面積と一致させる構造を取ること
が有益である。これは、旋回流による遠心力によって外
方向拡散プロセスを容易化させ、コイル面を横切る定流
を最大化させるものである。
ステータが一般にファン放出部におかれる場合には
（グレイ特許）、旋回流速度成分が拡散プロセス前に除
去されるので、上述したような遠心力による拡散を行う
ことはできなくなってしまう。
（グレイ特許）、旋回流速度成分が拡散プロセス前に除
去されるので、上述したような遠心力による拡散を行う
ことはできなくなってしまう。
本発明の目的は、プロペラファンの拡散から主要な回
転エネルギーを例えば圧力増加のような有効な形態で回
収し、かつ、コイル面を横切る一定気流を最大化して増
加圧力等の有効な形に変換するとともにコイルフィンパ
ックと入射空気速度間の角度を最小化することにある。
転エネルギーを例えば圧力増加のような有効な形態で回
収し、かつ、コイル面を横切る一定気流を最大化して増
加圧力等の有効な形に変換するとともにコイルフィンパ
ックと入射空気速度間の角度を最小化することにある。
本発明の他の目的は、ファン騒音、及び熱交換器コイ
ルと共に用いられるプロペラファンのファン軸出力要求
を低減させることにある。
ルと共に用いられるプロペラファンのファン軸出力要求
を低減させることにある。
本発明の観点によれば、フィンを持つコンデンサコイ
ル、あるいは他の鉄交換器コイルは、軸流プロペラファ
ン、シュラウド、及び実質的にコイルのファン側に対抗
して配置されたステータ列と結合される。その熱交換器
コイルは平面をなし、熱交換器を通過する空気流路を形
成する多数のファンを有する。しかし、たいていの場
合、ファン軸は熱交換器の中心から一方又は他方へ片寄
っている。そのファンは、ハブ、及びそのハブから放射
状に出ている多数のブレードを有し、モータ等によって
回転駆動される。ブレードは、ファンが回転するとき軸
流を空気に与えるように選択されたピッチを有する。
ル、あるいは他の鉄交換器コイルは、軸流プロペラファ
ン、シュラウド、及び実質的にコイルのファン側に対抗
して配置されたステータ列と結合される。その熱交換器
コイルは平面をなし、熱交換器を通過する空気流路を形
成する多数のファンを有する。しかし、たいていの場
合、ファン軸は熱交換器の中心から一方又は他方へ片寄
っている。そのファンは、ハブ、及びそのハブから放射
状に出ている多数のブレードを有し、モータ等によって
回転駆動される。ブレードは、ファンが回転するとき軸
流を空気に与えるように選択されたピッチを有する。
しかし、その流れもまた、旋回成分、すなわち接線方
向即ち円周方向成分を持つ。シュラウドは、空気をファ
ンに案内するため、ファン及び熱交換器を覆って設置さ
れている。また、シュラウドは、空気が熱交換器を通過
するのを強制し、ファンの入力側に再循環を生じさせな
い役割をする。ステータ列は、熱交換器の平面に設けら
れ、実質的にそれと同面積を占めている。ステータ列
は、平面の周囲と実質的に一致する外側フレームと、実
質的にファンと同軸のリングを有する。多数の放射状ス
テータ翼すなわちブレードが、リングからフレームに伸
び、これらの翼はファンブレードのピッチと相補的なピ
ッチを有している。ステータ翼は、空気速度が一般に軸
方向になるまで空気流を曲げる。これは旋回運動エネル
ギーを、静圧上昇によって、より一層有効な形のエネル
ギーに変換する。また、これは、コイルファンと入射空
気流間の角度を最小化し、それにより、コイルの空気側
面圧力損失を低減させる。
向即ち円周方向成分を持つ。シュラウドは、空気をファ
ンに案内するため、ファン及び熱交換器を覆って設置さ
れている。また、シュラウドは、空気が熱交換器を通過
するのを強制し、ファンの入力側に再循環を生じさせな
い役割をする。ステータ列は、熱交換器の平面に設けら
れ、実質的にそれと同面積を占めている。ステータ列
は、平面の周囲と実質的に一致する外側フレームと、実
質的にファンと同軸のリングを有する。多数の放射状ス
テータ翼すなわちブレードが、リングからフレームに伸
び、これらの翼はファンブレードのピッチと相補的なピ
ッチを有している。ステータ翼は、空気速度が一般に軸
方向になるまで空気流を曲げる。これは旋回運動エネル
ギーを、静圧上昇によって、より一層有効な形のエネル
ギーに変換する。また、これは、コイルファンと入射空
気流間の角度を最小化し、それにより、コイルの空気側
面圧力損失を低減させる。
ステータをファン放出の直前に置くよりもそれをコイ
ルに対抗して置くことは、旋回を静圧に変換する前に拡
散を助ける旋回を与える利点がある。旋回は、コイル面
上の定流を促進させる空気流に遠心力を与える。この拡
散が最大化された後のみステータが旋回を取除き始め、
それを静圧に変換する。
ルに対抗して置くことは、旋回を静圧に変換する前に拡
散を助ける旋回を与える利点がある。旋回は、コイル面
上の定流を促進させる空気流に遠心力を与える。この拡
散が最大化された後のみステータが旋回を取除き始め、
それを静圧に変換する。
このように、拡散が最大限になされるので、空気の流
域は、コイルの自身及びその特徴寸法によって定められ
る。それ故、ステータは、ほぼ矩形のコイルにより最適
に構成されるとみなされる。
域は、コイルの自身及びその特徴寸法によって定められ
る。それ故、ステータは、ほぼ矩形のコイルにより最適
に構成されるとみなされる。
空気流回路のプロペラファンが、流体静圧及び運動エ
ネルギーを増加させることが理解される。ファンブレー
ドからの空気流は軸成分及び接線成分Ｖθ０を有する速
度ベクトルVAFを有する。接線成分におけるエネルギー
回収がない場合、このエネルギーは熱として浪費され
る。すなわち、旋回すなわち接線成分は、気体自体にな
される仕事つまり損失を表わす。接線成分Ｖθ０が有効
に回収される場合、損失は最小となる。この成分Ｖθ０
の変化は、静圧の増大として回収される。
ネルギーを増加させることが理解される。ファンブレー
ドからの空気流は軸成分及び接線成分Ｖθ０を有する速
度ベクトルVAFを有する。接線成分におけるエネルギー
回収がない場合、このエネルギーは熱として浪費され
る。すなわち、旋回すなわち接線成分は、気体自体にな
される仕事つまり損失を表わす。接線成分Ｖθ０が有効
に回収される場合、損失は最小となる。この成分Ｖθ０
の変化は、静圧の増大として回収される。
固定ステータブレードすなわち翼が平面配列されてい
るステータ列は、効率的にこの接線成分Ｖθ０を減少さ
せる。つまり、ステータ列への空気流は流速ベクトルV
AFであり、一方、ステータ列を出る空気流流速のベクト
はVS′で、その接線成分Ｖθ０は、ベクトルVAFの接線
成分Ｖθ０よりも小さい。
るステータ列は、効率的にこの接線成分Ｖθ０を減少さ
せる。つまり、ステータ列への空気流は流速ベクトルV
AFであり、一方、ステータ列を出る空気流流速のベクト
はVS′で、その接線成分Ｖθ０は、ベクトルVAFの接線
成分Ｖθ０よりも小さい。
これらの成分Ｖθ０及びＶθ１間の差は、ステータ翼
の存在により損失が小さくなって、熱交換器面における
静圧変換を表している。次に、この変換は、静圧の増加
を表わす。ステータ列は、運動エネルギーを静圧に変換
することで、通常は失われているエネルギーを回収して
いるので、従来と同じだけの静圧を発生するために必要
となる流体仕事は小さくなる。
の存在により損失が小さくなって、熱交換器面における
静圧変換を表している。次に、この変換は、静圧の増加
を表わす。ステータ列は、運動エネルギーを静圧に変換
することで、通常は失われているエネルギーを回収して
いるので、従来と同じだけの静圧を発生するために必要
となる流体仕事は小さくなる。
このプロセスを助けることで、システムの静圧要求を
減らせることになる。この低減は、フィンチャネルと入
射空気流間の角度低減、並びにコイルを横切る一層一定
な空気流の結果として、コイル損失の低減から生ずる。
従って、同じシステムに対して、ステータ列と関連し
て、より低い静圧上昇ファンが、ステータのない高圧上
昇ファンの代わりに使用できる。これにより、運転を静
かに行うことができ、所定の流量速度を与えるのに必要
な電力を大幅に低減させる。
減らせることになる。この低減は、フィンチャネルと入
射空気流間の角度低減、並びにコイルを横切る一層一定
な空気流の結果として、コイル損失の低減から生ずる。
従って、同じシステムに対して、ステータ列と関連し
て、より低い静圧上昇ファンが、ステータのない高圧上
昇ファンの代わりに使用できる。これにより、運転を静
かに行うことができ、所定の流量速度を与えるのに必要
な電力を大幅に低減させる。
以下に説明する実施例と関連して行われた試験では、
PTACの外側すなわちコンデンサ側について、プロペラフ
ァンのステータ列ダウンンストリームによって、軸出力
が40％低減し、騒音が3.6dBA低減された。これは、実際
の空気流速が減少することなく達成された。
PTACの外側すなわちコンデンサ側について、プロペラフ
ァンのステータ列ダウンンストリームによって、軸出力
が40％低減し、騒音が3.6dBA低減された。これは、実際
の空気流速が減少することなく達成された。
第１図を参照する。パッケージ化エアコンディショナ
ー（PTAC）ユニット10は、蒸発器コイル14、及び駆動軸
18に設けられた遠心機ファン16を含む室内部12を有して
いる。室外部20は、コンデンサコイル22、及び軸18によ
って駆動されるプロペラファン24を有する。ファン24
は、軸18に設けられたハブ26、及びハブ26から放射状に
出ている多数のブレード28を有する。
ー（PTAC）ユニット10は、蒸発器コイル14、及び駆動軸
18に設けられた遠心機ファン16を含む室内部12を有して
いる。室外部20は、コンデンサコイル22、及び軸18によ
って駆動されるプロペラファン24を有する。ファン24
は、軸18に設けられたハブ26、及びハブ26から放射状に
出ている多数のブレード28を有する。
シュラウド30は、ファンブレード28の先端にある円形
開口32からコイル22を覆うように伸びている。そのシュ
ラウド30は空気をファンに案内し、その後で熱交換器用
コイル22を通過させる。また、シュラウドは、空気の旋
回、再循環流がファンを通過するのを防止する働きをす
る。
開口32からコイル22を覆うように伸びている。そのシュ
ラウド30は空気をファンに案内し、その後で熱交換器用
コイル22を通過させる。また、シュラウドは、空気の旋
回、再循環流がファンを通過するのを防止する働きをす
る。
第1A図に示される様に、ファン24からの空気流は軸方
向にはなく、それは、大きな入射角で熱交換器のファン
34が角度付けられている。従って、熱交換器の表面で、
空気流は軸方向に向くように曲げられ、フィン34の間の
通路を通るようにされる必要がある。この大きな向きの
変更は、熱交換器を介しての圧力損失を増大させる。
向にはなく、それは、大きな入射角で熱交換器のファン
34が角度付けられている。従って、熱交換器の表面で、
空気流は軸方向に向くように曲げられ、フィン34の間の
通路を通るようにされる必要がある。この大きな向きの
変更は、熱交換器を介しての圧力損失を増大させる。
旋回流を補正するため、ステータ列40がコンデンサコ
イル22のファン側に、そのコイルに対抗して置かれてい
る。例えば、第２図さらには第３図に示されているごと
く、ステータ列40は、コンデンサコイル22のファン面側
の周囲と実質的に適合するフレーム42を有し、長方形状
をなしている。ファン軸がコイル22に関して偏心してい
るので、ファン24の前方突出領域は、コンデンサコイル
22の領域よりも非常に小さい。また、この形状により、
翼支持リング44は、プロペラファン24と同軸であるよう
に、フレーム42の中心の一方側に位置付けられている。
これらの翼46の代表的なものを第４図に示す。翼46は、
必要ではないが好ましくは、一端から他端まで幅及び形
状が実質的に一定であり、第５図に示されるごとく、横
断面が幾分弧を描いている。リング44の位置で、翼46
は、互いにできるだけ密接しているが、必ずしも必要で
はない。フレーム42、リング44及び翼46は、好ましくは
プラスチック合成樹脂で一体成形される。リング44内の
開領域48は、そこを通して空気を流させる役目をする。
イル22のファン側に、そのコイルに対抗して置かれてい
る。例えば、第２図さらには第３図に示されているごと
く、ステータ列40は、コンデンサコイル22のファン面側
の周囲と実質的に適合するフレーム42を有し、長方形状
をなしている。ファン軸がコイル22に関して偏心してい
るので、ファン24の前方突出領域は、コンデンサコイル
22の領域よりも非常に小さい。また、この形状により、
翼支持リング44は、プロペラファン24と同軸であるよう
に、フレーム42の中心の一方側に位置付けられている。
これらの翼46の代表的なものを第４図に示す。翼46は、
必要ではないが好ましくは、一端から他端まで幅及び形
状が実質的に一定であり、第５図に示されるごとく、横
断面が幾分弧を描いている。リング44の位置で、翼46
は、互いにできるだけ密接しているが、必ずしも必要で
はない。フレーム42、リング44及び翼46は、好ましくは
プラスチック合成樹脂で一体成形される。リング44内の
開領域48は、そこを通して空気を流させる役目をする。
この集合体の作用効果について、第６図〜第10図を用
いて以下に説明する。
いて以下に説明する。
150度の翼食い違い角を持つ摩擦のない理想的なファ
ンに対して、放出空気流の旋回速度成分に与える圧力上
昇の相対量は、一般に第６図に示される様になってい
る。その旋回速度成分が避けられるか補正され得る場合
には、縦軸に示されたパーセントまでの量は、例えばよ
り高い静圧に回復され得る。
ンに対して、放出空気流の旋回速度成分に与える圧力上
昇の相対量は、一般に第６図に示される様になってい
る。その旋回速度成分が避けられるか補正され得る場合
には、縦軸に示されたパーセントまでの量は、例えばよ
り高い静圧に回復され得る。
ステータ列40の補正効果は、第７図から理解され得
る。ここでは、簡略化のために、摩擦のない理想的なフ
ァン及び理想的ステータであると仮定されている。ファ
ンの径方向に見られる様に、ファンブレード28は、その
紙面の左方向に動いている。また、図示されている様
に、ファンブレード先端速度ベクトルUFを有する。強制
空気放出速度ベクトルVRF、すなわち、ファンブレード
の後縁方向に沿って存在する。
る。ここでは、簡略化のために、摩擦のない理想的なフ
ァン及び理想的ステータであると仮定されている。ファ
ンの径方向に見られる様に、ファンブレード28は、その
紙面の左方向に動いている。また、図示されている様
に、ファンブレード先端速度ベクトルUFを有する。強制
空気放出速度ベクトルVRF、すなわち、ファンブレード
の後縁方向に沿って存在する。
一方、絶対ファン放出速度ベクトルVAF、すなわちス
テータ列46に関するベクトルは、ベクトルVRF及びUFを
代数学的に結合して得られる。第７図の右側に示されて
いるごとく、補正されない場合には、その流速度ベクト
ル36は、コンデンサコイルファン34を大きな角度で打
つ。このため、大きな圧力損失が生ずる。さらに、Ｖ
θ０は最終的に熱として消費される空気量に加えられた
運動エネルギーを表す。それ故、それは損失を表してい
る。第７図の右側にグラフ的に表していうように、ステ
ータ列40に関して、ステータ翼46は、空気流速度ベクト
ルの方向を変える。
テータ列46に関するベクトルは、ベクトルVRF及びUFを
代数学的に結合して得られる。第７図の右側に示されて
いるごとく、補正されない場合には、その流速度ベクト
ル36は、コンデンサコイルファン34を大きな角度で打
つ。このため、大きな圧力損失が生ずる。さらに、Ｖ
θ０は最終的に熱として消費される空気量に加えられた
運動エネルギーを表す。それ故、それは損失を表してい
る。第７図の右側にグラフ的に表していうように、ステ
ータ列40に関して、ステータ翼46は、空気流速度ベクト
ルの方向を変える。
翼46のピッチは、ファンブレード28のピッチに対して
相補的であるので、図示のように、結果的にステータ絶
対放出速度ベクトルVsが得られる。この速度ベクトル
は、比較的小さな接線すなわち旋回成分Ｖθ１を有す
る。流速ベクトルＶθ０とＶθ１間の差は、コンデンサ
コイル22の面における静圧利得を表す。また、流量ベク
トルVsは再び軸方向に向けられるので、コイル22に当た
る空気は一層直接的に軸方向に沿って、すなわち、フィ
ン34と平行に入り込む。それによって、コイル22の前面
における乱気流損失を大幅に低減できる。それ故、シス
テムの静圧要求も同様に低減される。
相補的であるので、図示のように、結果的にステータ絶
対放出速度ベクトルVsが得られる。この速度ベクトル
は、比較的小さな接線すなわち旋回成分Ｖθ１を有す
る。流速ベクトルＶθ０とＶθ１間の差は、コンデンサ
コイル22の面における静圧利得を表す。また、流量ベク
トルVsは再び軸方向に向けられるので、コイル22に当た
る空気は一層直接的に軸方向に沿って、すなわち、フィ
ン34と平行に入り込む。それによって、コイル22の前面
における乱気流損失を大幅に低減できる。それ故、シス
テムの静圧要求も同様に低減される。
第８図に示されている様に、ステータ列40は、プロペ
ラファンを使用した時、（破線）プロペラファンのみ
（実線）で与えられる圧力と比較して、大きな静圧上昇
を発生できる。
ラファンを使用した時、（破線）プロペラファンのみ
（実線）で与えられる圧力と比較して、大きな静圧上昇
を発生できる。
上述の検討は、摩擦のない理想的なファン及び摩擦の
ない理想的なステータを仮定した行った。
ない理想的なステータを仮定した行った。
しかし、粘性効果によって、損失は旋回回復と関係す
る。第９図に示されているように、ロータ翼すなわちブ
レード46′が（流入及び流出矢印で示されているよう
に）流速ベクトルが完全に方向転換されるように選択さ
れる場合には、ステータブレードすなわち翼46′の表面
上の乱気流領域38のために、エネルギー損失が生ずる。
一般にこれらの損失は、空気流が真直ぐにされる度合い
に関係して増大する。従って、ステータ列40による損失
回復が最大となるのは、第10図の部分回復モードに示す
ように、ステータ放出角すなわち流出角が軸方向と一致
するには至らず、ある程度軸方向とずれているときであ
る。
る。第９図に示されているように、ロータ翼すなわちブ
レード46′が（流入及び流出矢印で示されているよう
に）流速ベクトルが完全に方向転換されるように選択さ
れる場合には、ステータブレードすなわち翼46′の表面
上の乱気流領域38のために、エネルギー損失が生ずる。
一般にこれらの損失は、空気流が真直ぐにされる度合い
に関係して増大する。従って、ステータ列40による損失
回復が最大となるのは、第10図の部分回復モードに示す
ように、ステータ放出角すなわち流出角が軸方向と一致
するには至らず、ある程度軸方向とずれているときであ
る。
実用的には、第10図に示されているように、ステータ
翼は、ファンブレードの形状と関連して、選択された形
状を有し、旋回成分の正味回復量が最大となるようにな
っている。すなわち、旋回成分Ｖθ１及びステータ翼46
の存在によって生ずる乱気量に関連するエネルギー損失
が、全体として最小化される。
翼は、ファンブレードの形状と関連して、選択された形
状を有し、旋回成分の正味回復量が最大となるようにな
っている。すなわち、旋回成分Ｖθ１及びステータ翼46
の存在によって生ずる乱気量に関連するエネルギー損失
が、全体として最小化される。
上述の特徴を持つステータ列40がPTAC（ユニット）の
室外側に組み込まれた時、共にステータ列が原因となっ
て、必要な軸出力が40パーセント低減され、騒音が3.6d
BA低減された。
室外側に組み込まれた時、共にステータ列が原因となっ
て、必要な軸出力が40パーセント低減され、騒音が3.6d
BA低減された。
本発明によれば、ファン騒音を大幅に低減でき、所定
の流量速度を与えるのに必要な電力を大幅に低減出来
る。
の流量速度を与えるのに必要な電力を大幅に低減出来
る。
第１図は、本発明の一実施例に係り、熱交換器、ファ
ン、及びステータ集合体を合体させているパッケージ化
ターミナルエアコンディショナーユニット（PTAC）の概
略断面図、第1A図は、熱交換器のフィン上への空気流の
入射角の効果を説明するための第１図に示したユニット
の一部分の補足図である。 第２図は、PTACの室外部すなわちコンデンサ部の分解透
視図、第３図は、本発明のこの実施例に係るステータ集
合体の前部立面図、第４図は、第３図のステータ集合体
の代表的ステータ翼すなわちブレードを示す図、第５図
は、線５−５で取られた第４図のステータ翼の断面図で
ある。 第６図は、放出空気流における旋回速度成分の原因とな
る摩擦のないファンからの理想的ガス圧上昇に関するチ
ャート図、第７図は、熱交換器のフィン上への空気入射
角に関してステータ集合体の効果を示すもので、ファン
及びステータ集合体の径方向に取られた概略図である。 第８図は、ステータ集合体を有するプロペラファンと、
摩擦のないプロペラファンを比較するチャート図、第９
図及び第10図は、それぞれ旋回成分の完全回収、部分的
回収のためのステータ及びファン配置を示す図である。 〔符号の説明〕 12……室内部 14……コンデンサコイル 18……駆動手段 20……室外部 22……熱交換コイル 28……ブレード 34……フィン 40……ステータ
ン、及びステータ集合体を合体させているパッケージ化
ターミナルエアコンディショナーユニット（PTAC）の概
略断面図、第1A図は、熱交換器のフィン上への空気流の
入射角の効果を説明するための第１図に示したユニット
の一部分の補足図である。 第２図は、PTACの室外部すなわちコンデンサ部の分解透
視図、第３図は、本発明のこの実施例に係るステータ集
合体の前部立面図、第４図は、第３図のステータ集合体
の代表的ステータ翼すなわちブレードを示す図、第５図
は、線５−５で取られた第４図のステータ翼の断面図で
ある。 第６図は、放出空気流における旋回速度成分の原因とな
る摩擦のないファンからの理想的ガス圧上昇に関するチ
ャート図、第７図は、熱交換器のフィン上への空気入射
角に関してステータ集合体の効果を示すもので、ファン
及びステータ集合体の径方向に取られた概略図である。 第８図は、ステータ集合体を有するプロペラファンと、
摩擦のないプロペラファンを比較するチャート図、第９
図及び第10図は、それぞれ旋回成分の完全回収、部分的
回収のためのステータ及びファン配置を示す図である。 〔符号の説明〕 12……室内部 14……コンデンサコイル 18……駆動手段 20……室外部 22……熱交換コイル 28……ブレード 34……フィン 40……ステータ
Claims (3)
- 【請求項１】平面と複数のフィンとを有し、このフィン
間に、前記平面に対して略垂直に熱交換器を通過する空
気の通路が形成される熱交換器コイル（22）と、 ハブ（26）とこのハブから放射状に出ている複数個のブ
レード（28）と前記ハブ及びブレードを回転させるため
の駆動手段（18）を有し、前記熱交換器平面に向い合う
とともにその軸が前記熱交換器を通過するように配置さ
れた軸流プロペラファン（24）であって、前記ブレード
は、ファン回転時に空気に軸流を与える様に選択された
ピッチを有し、この空気の流れは、円周方向に旋回成分
（Ｖθ０）を有するものとされている、軸流プロペラフ
ァンと、 空気を前記ファン内に案内し、それによって強制的に空
気が前記熱交換器コイル（22）を通過させられるよう
に、前記ファン及び前記熱交換器を覆っているシュラウ
ド手段（30）と、 実質的に熱交換器と同じ位置を占める様に前記熱交換器
の前記平面上に設けられるとともに、複数の放射状翼
（46）を有するステータ（40）であって、前記放射状翼
のピッチは、空気がより直接的に熱交換器通路へと入る
（Vs）ように、ファンブレードのピッチと相補的なピッ
チとなっており、これにより、前記熱交換器の平面にお
ける空気流の旋回成分（Ｖθ０）が軸方向に向かうよう
にされているステータと、を有し、更に、 前記ステータと前記ファンとは、前記ファンからの空気
の流れが前記ステータに到達するまでに拡散されるよう
に離間して配置されており、これにより、前記旋回成分
によって拡散が助けられることを特徴とする熱交換器用
ファンステータ集合体。 - 【請求項２】請求項（１）記載の集合体において、前記
ステータ（40）は、前記平面の周囲と同じ場所を占める
長方形の外側フレーム（42）と、前記ファンと実質的に
同軸のリング（44）を有し、前記ステータ翼（46）は、
前記リング（44）から前記外側フレーム（42）に径方向
に伸びていることを特徴とする熱交換器用ファンステー
タ集合体。 - 【請求項３】請求項（２）記載の集合体において、前記
ファンの軸は、前記熱交換器平面の中心から一方側にず
れて配置され、さらに、前記ステータの前記リング（4
4）は、前記ファンの軸と対応するようにずれて配置さ
れていることを特徴とする熱交換器用ファンステータ集
合体。
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|---|---|---|---|
| US07/354,885 US4971143A (en) | 1989-05-22 | 1989-05-22 | Fan stator assembly for heat exchanger |
| US354,885 | 1989-05-22 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0311200A JPH0311200A (ja) | 1991-01-18 |
| JP2823657B2 true JP2823657B2 (ja) | 1998-11-11 |
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ID=23395317
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|---|---|---|---|
| JP2128944A Expired - Fee Related JP2823657B2 (ja) | 1989-05-22 | 1990-05-18 | 熱交換器用ファンステータ集合体 |
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|---|---|
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| BR (1) | BR9002206A (ja) |
| CA (1) | CA2013479C (ja) |
| FR (1) | FR2647191A1 (ja) |
| IT (1) | IT1240441B (ja) |
| MX (1) | MX167879B (ja) |
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