JP4967882B2 - 斜流送風機羽根車と空気調和機 - Google Patents

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本発明は、空気調和機の室外機などに用いられる熱交換促進用の送風機に関するもので、特に送風機の低騒音化と静圧効率向上の技術に関するものである。
この種の空気調和機は、熱交換器と送風機とを有する室内機と、圧縮機と熱交換器と送風機とを有する室外機とを接続配管で結んで冷凍サイクルを形成し、冷凍サイクル内に充填した冷媒の熱搬送によって冷房運転や暖房運転することによって室内の空気調和を行うものである。この室外機に備えられる熱交換促進用の送風機としての斜流送風機羽根車に関する技術が特許文献1に開示されている。
図10は、従来の斜流送風機羽根車の子午面図である。21が翼、22が略円錐台状ハブ、23が前縁、24が後縁、25が外周を示している。翼21の子午面における前縁23が、ハブ22と外周25の中点(D−D)付近より外周側が風上側に対して凹状でハブ側が風上側に対して凸状の曲線で構成している。
特許第3204208号公報
しかしながら、上記従来の構成では、翼21の半径方向断面形状で外周側凹部が洩れ流れを一因として生成する翼端渦を促進させて、ハブ側凸部が外周より流入する半径方向流入を円滑化させる。その結果として、Ф415の斜流送風機の静圧向上と約2dBの低騒音化に効果が存在した。しかし、静圧効率向上の寄与が少なく、低騒音化に上記の様に一定の限界が存在した。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、特に送風機の静圧効率向上とより一層の低騒音化、更には送風機の製作コスト低減を実現する空気調和機用斜流送風機羽根車を提供する事を目的とする。
前記従来の課題を解決する為に、本発明の斜流送風機羽根車は、略円錐台状のハブと、このハブに設けた2枚の翼とを備え、翼は、翼の自乗平均半径位置での翼弦長Lと翼の半径方向代表実長さbの比であるアスペクト比b/L≦1.1の範囲に設定し、且つこの範囲のアスペクト比で翼枚数を2枚から構成し、翼の子午面において前縁は翼外周側から1/3位置付近を境目として外周側は風上側に対して凹形状の曲線で構成しハブ側は風上側に対し凸形状の曲線で構成し、かつ翼の半径方向断面の外周側から1/3位置を境目として外周側は風上側に対し凹形状の曲線で構成しハブ側は風上側に対し凸形状の曲線で構成し、且つ前縁は螺旋曲線で構成し、且つ翼の外周側弦長が前記ハブ側弦長より長く構成してなるものである。
これによって、アスペクト比b/L≦1.1からなる2枚翼で構成しているために、適正な翼弦長を保ち最小翼枚数であるので流体仕事を実施する翼面積が最小である為に、流体摩擦が最も少なく送風機としての静圧効率を最も高く設定することができる。かつ翼の半径方向断面の外周側から1/3位置付近を境目として外周側は風上側に対し凹形状の曲線で構成しハブ側は風上側に対し凸形状の曲線で構成しているので、翼端に発生する洩れ流れを一因として生成する翼端渦を、翼の半径方向断面の外周側から1/3位置付近を境目として外周側は風上側に対し凹形状部分で促進させる事ができ、外周側から1/3位置
付近までとする寸法が適正であるので、翼端渦生成促進作用にとって最も有効であるので、流体現象として翼端渦の生成促進が却って音響4極子騒音を低減し低騒音化に繋がる技術であり、音響4極子騒音をより効果的に低減でき、最も低騒音化に寄与できる。外周側から1/3位置付近よりハブ側は風上側に対し凸形状の曲線で構成されるので、翼の半径方向断面形状で考える時、翼外周からの半径方向流入を充分に促進できるので静圧を充分に高める事ができる。そして、前縁は螺旋曲線で構成されているので空気を時間をずらせて滑らかに切り進むことが出来るので低騒音であり、翼の外周側弦長がハブ側弦長より長く構成しているので最も翼にかかる空力負荷の高い部分の翼面積投入が適正となるので、アスペクト比b/L≦1.1からなる2枚翼としての構成と相まって送風機としての静圧効率をより高く発揮できる。
アスペクト比b/L≦1.1からなる2枚翼で構成しているために、適正な翼弦長を保ち最小翼枚数であるので流体仕事を実施する翼面積が最小である為に、流体摩擦が最も少なく送風機としての静圧効率を最も高く設定することができる。かつ翼の半径方向断面の外周側から1/3位置付近を境目として外周側は風上側に対し凹形状の曲線で構成しハブ側は風上側に対し凸形状の曲線で構成しているので、翼端に発生する洩れ流れを一因として生成する翼端渦を、翼の半径方向断面の外周側から1/3位置付近を境目として外周側は風上側に対し凹形状部分で促進させる事ができ、外周側から1/3位置付近までとする寸法が適正であるので、翼端渦生成促進作用にとって最も有効であるので、流体現象として翼端渦の生成促進が却って音響4極子騒音を低減し低騒音化に繋がる技術であり、音響4極子騒音をより効果的に低減でき、最も低騒音化に寄与できる。外周側から1/3位置付近よりハブ側は風上側に対し凸形状の曲線で構成されるので、翼の半径方向断面形状で考える時、翼外周からの半径方向流入を充分に促進できるので静圧を充分に高める事ができる。そして、前縁は螺旋曲線で構成されているので空気を時間をずらせて滑らかに切り進むことが出来るので低騒音であり、翼の外周側弦長がハブ側弦長より長く構成しているので最も翼にかかる空力負荷の高い部分の翼面積投入が適正となるので、アスペクト比b/L≦1.1からなる2枚翼としての構成と相まって送風機としての静圧効率をより高く発揮できる。
第一の発明は、斜流送風機羽根車は、略円錐台状のハブと、このハブに設けた2枚の翼とを備え、翼は、翼の自乗平均半径位置での翼弦長Lと翼の半径方向代表実長さbの比であるアスペクト比b/L≦1.1の範囲に設定し、且つこの範囲のアスペクト比で翼枚数を2枚から構成し、翼の子午面において前縁は翼外周側から1/3位置付近を境目として外周側は風上側に対して凹形状の曲線で構成しハブ側は風上側に対し凸形状の曲線で構成し、かつ翼の半径方向断面の外周側から1/3位置を境目として外周側は風上側に対し凹形状の曲線で構成しハブ側は風上側に対し凸形状の曲線で構成し、且つ前縁は螺旋曲線で構成し、且つ翼の外周側弦長が前記ハブ側弦長より長く構成してなるものである。
これによって、アスペクト比b/L≦1.1からなる2枚翼で構成しているために、適正な翼弦長を保ち最小翼枚数であるので流体仕事を実施する翼面積が最小である為に、流体摩擦が最も少なく送風機としての静圧効率を最も高く設定することができる。かつ翼の半径方向断面の外周側から1/3位置付近を境目として外周側は風上側に対し凹形状の曲線で構成しハブ側は風上側に対し凸形状の曲線で構成しているので、翼端に発生する洩れ流れを一因として生成する翼端渦を、翼の半径方向断面の外周側から1/3位置付近を境目として外周側は風上側に対し凹形状部分で促進させる事ができ、外周側から1/3位置付近までとする寸法が適正であるので、翼端渦生成促進作用にとって最も有効であるので、流体現象として翼端渦の生成促進が却って音響4極子騒音を低減し低騒音化に繋がる技術であり、音響4極子騒音をより効果的に低減でき、最も低騒音化に寄与できる。外周側
から1/3位置付近よりハブ側は風上側に対し凸形状の曲線で構成されるので、翼の半径方向断面形状で考える時、翼外周からの半径方向流入を充分に促進できるので静圧を充分に高める事ができる。そして、前縁は螺旋曲線で構成されているので空気を時間をずらせて滑らかに切り進むことが出来るので低騒音であり、翼の外周側弦長がハブ側弦長より長く構成しているので最も翼にかかる空力負荷の高い部分の翼面積投入が適正となるので、アスペクト比b/L≦1.1からなる2枚翼としての構成と相まって送風機としての静圧効率をより高く発揮できる。
第二の発明は、略円錐台状のハブと、このハブに設けた2枚の翼とを備え、翼は、翼の自乗平均半径位置での翼弦長Lと翼の半径方向代表実長さbの比であるアスペクト比b/L≦1.1の範囲に設定し、かつこの範囲のアスペクト比で翼枚数を2枚から構成し、翼の子午面において前縁は翼外周側から1/3位置付近を境目として外周側は風上側に対して凹形状の曲線で構成しハブ側は風上側に対し凸形状の曲線で構成し、かつ翼の半径方向断面の外周側から1/3位置を境目として外周側は風上側に対し凹形状の曲線で構成しハブ側は風上側に対し凸形状の曲線で構成し、且つ翼の外周側弦長がハブ側弦長より長く構成し、翼は、この翼の前傾直線からなる前縁と外周の交点に三角形状翼の一点を合わせ、且つ前縁に三角形状翼の一辺を重ねて翼半径を同一となるように三角形状翼を設けてなる斜流送風機羽根車を提供してなるものである。
これによって、第一の発明との相違点は、この翼の前傾直線からなる前縁と外周の交点に三角形状翼の一点を重ね、且つ前縁に三角形状翼の一辺を密着させて翼半径を同一となるように三角形状翼を設けてなる斜流送風機羽根車を提供してなる点である。前縁が前傾直線で構成されているので、空気を時間をずらせて滑らかに切り進む事が出来るので低騒音である。上記三角上翼の頂点が翼端渦生成の起点とすることができるので、翼端渦をより明確に生成促進させる作用を有するので、流体現象として翼端渦の生成促進が却って音響4極子騒音を低減し低騒音化に繋がる技術である。
第三の発明は、この翼の後縁は、子午面において外周側とハブの中点付近より外周側は直線状で構成し、ハブ側は風上側に対して凸形状で構成してなる第一の発明或は第二の発明に記載の斜流送風機羽根車を提供してなるものである。
これによって、翼の後縁側ハブ近傍は、流体仕事に寄与しないので、上記のようにその部分の翼面積を少なくする事は、流体摩擦を減少させて送風機の静圧効率をより高める事ができ、且つ低騒音化にも寄与できるものである。この効果が、第一の発明や第二の発明に相乗して、その効果を発揮できるものである。
第四の発明は、第一の発明から第三の発明記載のいずれかの一つの発明に記載の斜流送風機羽根車を有する送風機を、熱交換器や圧縮機などを有するルームエアコン室外機に設けた空気調和機を提供してなるものである。
これによって、最も静圧効率の高くて低騒音である斜流送風機をルームエアコン室外機に適用するので、ルームエアコン全体のCOPを向上させることが出来て、且つその作動騒音を低くできるものである。
(実施の形態1)
図1は、本発明の第一の実施の形態における斜流送風機羽根車の平面図である。図2は、斜流送風機羽根車の子午面図である。図3は、斜流送風機羽根車の半径方向断面図である。図4は、アスペクト比b/Lと41dB当たりの風量の関係を示した性能図である。図5は、翼半径方向実長さ、即ちファンスパン方向の翼外周側からの翼面上の凹凸の切り替え点の区切り寸法位置とファン最高静圧効率点の推移の関係を示した性能図である。図
6は、斜流送風機羽根車を送風機として用いる場合の模式図である。
図に示すように、斜流送風機羽根車1は略円錐台状のハブ3と、このハブ3に設けた2枚の翼2とを備え、翼2は、翼2の自乗平均半径位置での翼弦長Lと翼の半径方向代表実長さbの比であるアスペクト比b/L≦1.1の範囲に設定し、且つこの範囲のアスペクト比で翼枚数を2枚から構成し、翼2の子午面において前縁4は翼外周側6から1/3位置(一点鎖線A−A)付近を境目として外周側は風上側に対して凹形状の曲線で構成しハブ側3は風上側に対し凸形状の曲線で構成し、かつ翼2の半径方向断面の外周側6から1/3位置を境目として外周側は風上側に対し凹形状の曲線で構成しハブ側は風上側に対し凸形状の曲線で構成し、且つ前縁4は螺旋曲線で構成し、且つ翼2の外周側6弦長が前記ハブ側3弦長より長く構成してなるものである。ここで後縁は5であり、翼負圧面が7であり、翼圧力面が8である。図6に示すように、斜流送風機羽根車1をオリフィス10に収納し、ファンモータ9で回転させる事で送風機としての作用を実施できるものである。
これによって、アスペクト比b/L≦1.1からなる2枚翼で構成しているために、適正な翼弦長を保ち最小翼枚数であるので流体仕事を実施する翼面積が最小である為に、流体摩擦が最も少なく送風機としての静圧効率を最も高く設定することができる。
かつ翼2の半径方向断面の外周側6から1/3位置付近を境目として外周側は風上側に対し凹形状の曲線で構成しハブ側は風上側に対し凸形状の曲線で構成しているので、翼端に発生する洩れ流れを一因として生成する翼端渦を、翼2の半径方向断面の外周側6から1/3位置付近を境目として外周側は風上側に対し凹形状部分で促進させる事ができ、外周側から1/3位置付近までとする寸法が適正であるので、翼端渦生成促進作用にとって最も有効であるので、流体現象として翼端渦の生成促進をする方が無理に抑制して翼端渦のエネルギー発散を抑制する技術よりも却って音響4極子騒音を低減し低騒音化に繋がる技術であり、音響4極子騒音をより効果的に低減でき、最も低騒音化に寄与できる。外周側6から1/3位置付近よりハブ側は風上側に対し凸形状の曲線で構成されるので、翼2の半径方向断面形状で考える時、翼外周6からの半径方向流入を充分に促進できるので静圧を充分に高める事ができる。
そして、前縁4は螺旋曲線で構成されているので空気を時間をずらせて滑らかに切り進むことが出来るので低騒音であり、翼2の外周側6弦長がハブ側3弦長より長く構成しているので最も翼にかかる空力負荷の高い部分の翼面積投入が適正となるので、アスペクト比b/L≦1.1からなる2枚翼としての構成と相まって送風機としての静圧効率をより高く発揮できる。
ここで、図4に示したようにアスペクト比b/Lと41dB当たりの風量の関係では、アスペクト比b/L≦1.1の範囲ではФ415の斜流送風機羽根車1をルームエアコン室外機に適用した場合の性能は充分の風量を発揮することが出来るが、アスペクト比b/Lが1.1を超えると41dB当たりの風量が大きく低下するので、アスペクト比b/L≦1.1の範囲に特許上の臨界的意義が存在する。
さらに、図5に示したように、翼2半径方向実長さ、即ちファンスパン方向の翼外周側6からの翼面上の凹凸の切り替え点の区切り寸法位置とファン最高静圧効率点との関係を示した性能図であり、Ф415の斜流送風機羽根車1の送風機単体の最高静圧効率点の推移を開示したものであり、翼外周側6から1/3付近の最高効率点は約57%であり、1/2付近では最高効率点は約54%であり、さらに翼外周側6から1/3付近より更に外周側6に寄ると最高静圧効率点はかなり低下するので、翼面上の凹凸の切り替え点を翼外周側6から1/3付近と選択することに特許上の臨界的意義を見出す事が出来る。
(実施の形態2)
図7は、本発明に実施の形態2に於ける斜流送風機羽根車の平面図を示している。略円錐台状のハブ3と、このハブ3に設けた2枚の翼2とを備え、翼2は、翼2の自乗平均半径位置での翼弦長Lと翼の半径方向代表実長さbの比であるアスペクト比b/L≦1.1の範囲に設定し、かつこの範囲のアスペクト比で翼枚数を2枚から構成し、翼2の子午面において前縁4は翼外周側6から1/3位置付近を境目として外周側は風上側に対して凹形状の曲線で構成しハブ側は風上側に対し凸形状の曲線で構成し、かつ翼2の半径方向断面の外周側6から1/3位置を境目として外周側6は風上側に対し凹形状の曲線で構成しハブ側は風上側に対し凸形状の曲線で構成し、且つ翼2の外周側6弦長がハブ側3弦長より長く構成し、翼2は、この翼2の前傾直線からなる前縁4と外周の交点に三角形状翼11の一点を合わせ、且つ前縁4に三角形状翼11の一辺を重ねて翼半径を同一となるように三角形状翼11を設けてなる斜流送風機羽根車1を構成してなるものである。
これによって、実施の形態1との相違点は、この翼2の前傾直線からなる前縁4と外周の交点に三角形状翼11の一点を重ね、且つ前縁4に三角形状翼11の一辺を密着させて翼半径を同一となるように三角形状翼11を設けてなる斜流送風機羽根車1を提供してなる点である。前縁4が前傾直線で構成されているので、空気を時間をずらせて滑らかに切り進む事が出来るので低騒音である。上記三角上翼11の頂点が翼端渦生成の起点とすることができるので、翼端渦をより明確に生成促進させる作用を有するので、流体現象として翼端渦の生成促進が却って音響4極子騒音を低減し低騒音化を発揮することが出来る。アスペクト比や、翼面上の凹凸形状切り替え位置であるファンスパン方向外周側よりの区切り寸法位置に関する斜流送風機羽根車1の送風機性能に関する記述は実施の形態1に記載した通りである。
(実施の形態3)
図8は、本発明の実施の形態3の斜流送風機羽根車1の子午面図である。この斜流送風機羽根車1の翼2の後縁5は、子午面において外周側6とハブ3の中点付近(一点鎖線B−B)より外周側6は直線状で構成し、ハブ側3は風上側に対して凸形状で構成してなる実施の形態1或は実施の形態2に記載の斜流送風機羽根車1を構成してなるものである。
これによって、翼2の後縁側5ハブ3近傍は、流体仕事に寄与しないので、上記のようにその部分の翼面積を少なくする事は、流体摩擦を減少させて送風機の静圧効率をより高める事ができ、且つ低騒音化にも寄与できるものである。この効果が、実施の形態1や実施の形態2相乗して、その効果を発揮できるものである。具体的には、Ф415の斜流送風機羽根車1をルームエアコン室外機に送風機として用いた時は、約1dBの低騒音化を得ることが出来た。
(実施の形態4)
図には開示していないが、公知のセパレート型ルームエアコン室外機に斜流送風機羽根車1を適用したものである。
実施の形態4は、実施の形態1から実施の形態3記載のいずれかの一つの発明に記載の斜流送風機羽根車1を有する送風機を、熱交換器や圧縮機などを有するルームエアコン室外機に設けた空気調和機を提供してなるものである。
これによって、最も静圧効率の高く低騒音である斜流送風機をルームエアコン室外機に適用するので、ルームエアコン全体のCOPを向上させることが出来て、且つその作動騒音を低くできるものである。
更に図9に示したように、上述したアスペクト比b/L≦1.1の翼枚数が2枚からな
る斜流送風機羽根車にかぎらず、翼枚数が3枚からなる斜流送風機羽根車11に実施の形態1から実施の形態3記載の構成技術を用いても同様の効果を発揮することが出来る。ただし、この場合アスペクト比はアスペクト比b/L≦1.1に限定するものではない。更に、此処にはハブ3が円錐状ハブ部分と垂直状はハブ部分の模式形状を開示している。
以上のように本発明にかかる、空気調和機の斜流送風機羽根車は、アスペクト比b/L≦1.1からなる2枚翼で構成しているために、適正な翼弦長を保ち最小翼枚数であるので流体仕事を実施する翼面積が最小である為に、流体摩擦が最も少なく送風機としての静圧効率を最も高く設定することができる。かつ翼の半径方向断面の外周側から1/3位置付近を境目として外周側は風上側に対し凹形状の曲線で構成しハブ側は風上側に対し凸形状の曲線で構成しているので、翼端に発生する洩れ流れを一因として生成する翼端渦を、翼の半径方向断面の外周側から1/3位置付近を境目として外周側は風上側に対し凹形状部分で促進させる事ができ、外周側から1/3位置付近までとする寸法が適正であるので、翼端渦生成促進作用にとって最も有効であるので、流体現象として翼端渦の生成促進が却って音響4極子騒音を低減し低騒音化に繋がる技術であり、音響4極子騒音をより効果的に低減でき、最も低騒音化に寄与できる。外周側から1/3位置付近よりハブ側は風上側に対し凸形状の曲線で構成されるので、翼の半径方向断面形状で考える時、翼外周からの半径方向流入を充分に促進できるので静圧を充分に高める事ができる。そして、前縁は螺旋曲線で構成されているので空気を時間をずらせて滑らかに切り進むことが出来るので低騒音であり、翼の外周側弦長がハブ側弦長より長く構成しているので最も翼にかかる空力負荷の高い部分の翼面積投入が適正となるので、アスペクト比b/L≦1.1からなる2枚翼としての構成と相まって送風機としての静圧効率をより高く発揮できる。
更に、この斜流送風機羽根車は、ファンを用いる工業製品である産業用機器に展開する事は可能である。即ち、換気扇、扇風機、コンピュ−タ冷却ファンなどに用いることは可能である。
本発明の実施の形態1における斜流送風機羽根車の平面図 本発明の実施の形態1における斜流送風機羽根車の子午面図 本発明の実施の形態1における斜流送風機羽根車の半径方向断面図 本発明に実施の形態1・2・3に於ける斜流送風機羽根車のアスペクト比b/Lと41dB当たりの風量との関係を示したルームエアコン室外機における特性図 本発明に実施の形態1・2・3に於ける斜流送風機羽根車単体の翼面上の凹凸のファンスパン方向外周側よりの区切り寸法位置とファン最高静圧効率点との特性図 本発明の実施の形態1・2・3に於ける斜流送風機羽根車を用いた送風機としての作動状態模式図 本発明の実施の形態2における斜流送風機羽根車の平面図 本発明の実施の形態3における斜流送風機羽根車の子午面図 本発明の他の実施の形態における斜流送風機羽根車の斜視図 従来の実施例の斜流送風機羽根車の子午面図
符号の説明
1 斜流送風機羽根車
2 翼
3 ハブ
4 前縁
5 後援
6 外周
7 負圧面
8 圧力面
9 ファンモータ
10 オリフィス
11 3枚からなる斜流送風機羽根車

Claims (4)

  1. 略円錐台状のハブと、このハブに設けた2枚の翼とを備え、前記翼は、翼の自乗平均半径位置での翼弦長Lと翼の半径方向代表実長さbの比であるアスペクト比b/L≦1.1の範囲に設定し、かつ前記範囲のアスペクト比で翼枚数を2枚から構成し、前記翼の子午面において前縁は前記翼外周側から1/3位置付近を境目として外周側は風上側に対して凹形状の曲線で構成しハブ側は風上側に対し凸形状の曲線で構成し、かつ前記翼の半径方向断面の外周側から1/3位置を境目として外周側は風上側に対し凹形状の曲線で構成しハブ側は風上側に対し凸形状の曲線で構成し、且つ前記前縁は螺旋曲線で構成し、且つ前記翼の外周側弦長が前記ハブ側弦長より長く構成してなる斜流送風機羽根車。
  2. 略円錐台状のハブと、このハブに設けた2枚の翼とを備え、前記翼は、翼の自乗平均半径位置での翼弦長Lと翼の半径方向代表実長さbの比であるアスペクト比b/L≦1.1の範囲に設定し、かつ前記範囲のアスペクト比で翼枚数を2枚から構成し、前記翼の子午面において前縁は前記翼外周側から1/3位置付近を境目として外周側は風上側に対して凹形状の曲線で構成しハブ側は風上側に対し凸形状の曲線で構成し、かつ前記翼の半径方向断面の外周側から1/3位置を境目として外周側は風上側に対し凹形状の曲線で構成しハブ側は風上側に対し凸形状の曲線で構成し、且つ前記翼の外周側弦長が前記ハブ側弦長より長く構成し、前記翼は、この翼の前傾直線からなる前記前縁と外周の交点に三角形状翼の一点を合わせ、且つ前記前縁に三角形状翼の一辺を重ねて翼半径を同一となるように前記三角形状翼を設けてなる斜流送風機羽根車。
  3. この翼の後縁は、子午面において前記外周側と前記ハブの中点付近より外周側は直線状で構成し、ハブ側は風上側に対して凸形状で構成してなる請求項1又は2記載の斜流送風機羽根車。
  4. 請求項1から請求項3記載のいずれか1項に記載の斜流送風機羽根車を有する送風機を、熱交換器や圧縮機などを有するルームエアコン室外機に設けた空気調和機。

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