JP5611277B2 - 送風機、室外機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば空気調和機や給湯器などの冷凍サイクル装置を構成する熱交換器等に送風を行うための送風機等に関するものである。

例えば、冷媒回路を構成して、冷媒を循環させて対象空間等の加熱、冷却等を行う冷凍サイクル装置では、室内機と室外機とに分けて構成することが多い。そして、このような室外機（室外ユニット）では、翼（プロペラ）を有するプロペラファンを回転させて空気の流れを発生させ、送風（冷却、排熱等）を行っている。

従来のプロペラファンのボスは、円筒形状をしており、また、プロペラファンの強度を維持するために内側に補強リブが設置され、下流側は蓋板で覆われている。そして、例えばこのボスの蓋板において、ファンモータが有効に冷却されるように板厚方向に４つの通気口が設けられたものが提案されている(例えば、特許文献１参照)。

特開２００６−０８４０４９号公報(第１０項、第７図)

このような室外機では、例えば、背面と側面側から熱交換器を通過して、気流が室外機の送風室内部に流入するようにし、プロペラファンとベルマウスを通過し送風室外部に流出するようにしていた。このとき、プロペラファンのボス部下流側は、気流が流入せずにはく離域となり、大きな渦が発生することで騒音の原因となっていた。特許文献１を適用することで、ボス部上流側に比べボス部下流側の圧力が低い場合は、気流がプロペラファンのボス内部を通過し、ボス部下流側に気流が流入するようになる。ただ、ボス部上流側に比べボス部下流側の圧力が高い場合は、プロペラファンを通過し室外機外部に流出した気流がボス内部を通過し室外機内部へ戻ってしまうため、送風効率が低下してしまう。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、例えば、ボスの上流側に比べて下流側の圧力が高い場合でも、ボスの下流側のはく離域に気流を流入させ、はく離による大きな渦を抑制することで低騒音をはかること等ができる送風機等を得ることを目的とするものである。

本発明に係る送風機は、円筒形状のボスの外周に取り付けられ、回転軸を中心に回転して気体の流れを発生させる複数の翼を有するプロペラファンを少なくとも備え、ボスは、翼と同じ向きに傾斜する扇形状の複数の斜面と、傾斜により斜面間にできる開口面とを有する円形状の蓋板により、気体の流れの下流側における外表面が形成され、また、円筒内壁面に対して垂直方向に延びる方向に設けられて強度を確保する補強リブをさらに有し、補強リブのうち、少なくとも翼と同じ数の補強リブは、ボスと各翼との連結部分における翼の前縁側の位置に対応するように設けられる。

本発明によれば、プロペラファンのボス部下流側の蓋板を周方向に分割し、翼と同じ方向に傾斜させたことで、翼と同じような圧力上昇を生じさせることができるため、例えばボスの上流側に比べて下流側の圧力が高い場合でも、上流側の空気がボス内部を通過し、ボス下流側に流れるようにすることができる。このため、ボスのはく離領域に空気が流入し、はく離による大きな渦を抑制することができ、低騒音の室外機を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る室外機を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る室外機の構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係るファングリル４を外した室外機の構成図である。 本発明の実施の形態１に係る室外機内部構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１に係るプロペラファンを示す図である。 従来のプロペラファンと室外機内部を通過する気流を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係る室外機内部を通過する気流を説明する図である。 本発明の実施の形態２に係るファン８の形状を説明するための図である。 本発明の実施の形態３に係るファン８の形状を説明するための図である。 本発明の実施の形態４に係るファン８の形状を説明するための図である。 本発明の実施の形態６に係るファン８を上流側から見た図である。 本発明の実施の形態７に係るファン８を下流側から見た図である。 本発明の実施の形態８に係る空気調和装置の構成図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について説明する。
図１は本発明の実施の形態１に係る室外機の吹出口から見た斜視図である。また、図２は上面側から室外機の構成を説明するための図である。ここでは、冷凍サイクル装置として空気調和装置を代表とし、空気調和装置の室外機について説明するが、例えば給湯器用の室外機等も同様の構成とすることができる。

図１等に示すように、室外機本体１は、２つの側面１ａ及び１ｃ、前面１ｂ、背面１ｄ、上面１ｅ並びに底面１ｆを有する筐体で構成されている。側面１ａ及び背面１ｄは外部から空気を吸込むために開口部分を有している。また、前面１ｂは外部に空気を吹出す吹出口３となる開口部分を有している。そして、吹出口３は、物体等とプロペラファン８（以下、単にファン８と記す）との接触を防止して安全をはかるためにファングリル４で覆われている。

また、空気調和装置の室外機本体１内には、プロペラボス９（以下、単にボス９と記す）の周囲に複数（例えば３枚）の翼１０を有するファン８が設置されている。ファン８は背面側にあるファンモータ１１で回転駆動される。そして、室外機本体１の内部は仕切板５によってファン８が設置されている送風機室６と圧縮機１４等が設置されている機械室７に分けられている。側面１ａと背面１ｄの内側には略Ｌ字状の熱交換器１８が設けられている。

上述したように、熱交換器１８、前面パネル２等で囲まれた送風機室６には、ファン８が設置されている。ファン８の半径方向外側には、翼１０の回転方向に沿って、翼１０の外周端より外側に、吹出口３の外周を囲むようにベルマウス１３が室外機の前面パネル２と一体または別体として取り付けられる。このベルマウス１３は吸込側と吹出側とを区切って吹出口３近傍の風路を構成するものである。

図３は吹出口３を覆うファングリル４を取り外した室外機の構成図である。また、図４は室外機本体１の内部構成等を説明するために前面パネル２等を取り外した構成図である。次に室外機本体１の内部構成等について説明する。

上述したように、室外機本体１の外側からベルマウス１３を覆うようにファングリル４が前面パネル２に取り付けられている。そして、ファン８の吸込み側には熱交換器１８が側面１ａと背面１ｄにかけてＬ字状に設けられている。この熱交換器１８は、板状の面が平行になるように並設された複数のフィンと、その並設方向に各フィンを貫通する伝熱管で構成される。そして伝熱管内には、冷媒回路を循環する冷媒が循環する。本実施の形態の熱交換器１８は、伝熱管が室外機本体１の側面１ａと背面１ｄにかけてＬ字状に伸び、図４に示すように複数段の伝熱管がフィンを貫通するように構成される。また、熱交換器１８は、配管１５等を介して圧縮機１４と接続し、空気調和装置の冷媒回路を構成する。そして、基板箱１６内の制御基板１７により室外機内に搭載された機器を制御する。

図５は実施の形態１に係るファン８を示す図である。図５（ａ）はファン８を下流側（空気吹出し側）から見た図を示している。また、図５（ｂ）はファン８を上流側（空気吸込み側）から見た図を示している。ファン８は、前述したように円筒形状のボス９の周囲に複数の翼１０を有している。そして、本実施の形態のボス９は、強度を維持するために内部に複数（例えば６つ）の補強リブ９ｂを、円筒面に対して垂直に設置している。また、下流側には蓋板９ａを設置している。蓋板９ａは周方向に複数に分割（例えば６分割）され、各分割部分は、翼１０の傾斜と略同じ向きに傾斜する扇状の斜面を有している（複数の扇状の斜面が円周上に配置され、蓋板９ａを形成している）。この斜面により隣接する斜面間には段差が生じる。この段差の部分を開口させて開口面を形成し、ボス９の円筒内部を通過した空気は開口面を通過してファン８の下流側に流れる。

次に、本実施の形態の室外機における送風動作について、図２等に基づいて説明する。室外機において、ファン８が回転すると、室外機本体１の外部から空気を吸込む。これにより、側面１ａまたは背面１ｄの熱交換器１８に空気が流入して熱交換がなされる。その後、ファン８、さらにベルマウス１３を通過して、吹出口３から室外に空気が吹出される。このとき、図２等に示すように、吹出口３から室外に導かれる気流Ａが発生する。

図６は従来のファンと室外機内部を通過する気流を説明する図である。図６（ａ）は従来のファンを下流側から見た図である。また、図６（ｂ）は従来のファンを通過する気流の流れを説明するための図である。次にファンを通過する気流について説明する。例えば、図６（ｂ）に示すように、熱交換器１８を通過し送風室内部に流入した気流は、ファン８とベルマウス１３とを通過した後、送風室外部へ流出する。図６（ａ）に示すように、ファン８のボス９の下流側の蓋板９ａが完全に塞がった状態では、ボス９内を通過して下流側には空気が流れず、大きなはく離域２０が発生してしまう。

図７は、本発明の実施の形態１に係る室外機内部を通過する気流を説明する図である。前述したように、本実施の形態ではボス９の下流側の蓋板９ａを複数に分割し、翼１０と同じ方向に傾斜するような斜面を有し、斜面により形成された段差部分は開口している。このため、ファン８が回転することで翼１０同様の圧力上昇を得ることができ、空気の流れが生じる。その結果、ボス９の上流側に比べて、ボス９の下流側の圧力が高い場合でも、ボス９内部を通過してボス９の下流側に流れる気流が増加する。このため、ボス９の下流側におけるはく離域２０を縮小させることができる。これにより、渦の発生を抑制することができる。

以上のように、実施の形態１の冷凍サイクル装置の室外機が有する送風機によれば、円筒形状のボス９の下流側の外表面を形成する蓋板９ａについて、翼１０と同じ方向に傾斜するような扇形の斜面を複数の円形状に配置し、斜面間に開口面を有することにより、ボス９の下流側における気流のはく離域２０を縮小し、渦の発生を抑制することができる。このため、渦の発生による騒音の低減をはかることができる。このとき、翼１０と同じ方向の斜面を形成することで、翼１０と同様に空気の圧力上昇をはかり、ボス９内部を通過する空気が上流側から下流側に流れるようにすることができる。また、ファン８のボス９内部に補強リブ９ｂを円筒面に対し垂直に設置し、ファン８（ボス９）の強度を確保することができる。

実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２に係る送風機のファン８の形状を説明するための図である。図８（ａ）はファン８を下流側から見た図を示している。また、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示すａ―ａ１方向の断面から見たボス９の部分拡大図である。

本実施の形態では、ボス９の下流側に設けた蓋板９ａの斜面形状について説明する。本実施の形態では、蓋板９ａを周方向に複数に分割して翼１０と同じ方向に傾斜させ、さらに翼１０と同じ方向に反らせた形状としている。

本実施の形態の送風機においても、実施の形態１の送風機と同様の効果が得られる。さらに傾斜させた蓋板９ａの斜面を翼１０と同じ方向に反らせるようにしたことで、高い圧力上昇を得ることができ、ボス９の内部を通過する気流を増加させることができる。

以上のように実施の形態２の送風機では、ボス９内部を通過させてボス９の下流側に空気を流すことができるため、ボス９の下流側に発生するはく離域２０を縮小することができ、渦の発生を抑制できる。このため、渦の発生による騒音の低減をはかることができる。

実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３に係る送風機のファン８の形状を説明するための図である。図９（ａ）はファン８を下流側から見た図を示している。また、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すａ―ａ１方向の断面から見たボス９の部分拡大図である。

本実施の形態の送風機は、ボス９の下流側の蓋板９ａにおいて、ａ―ａ１方向の断面形状が円弧翼形状となるように形成したものである。

以上のように本実施の形態の送風機においても実施の形態１の送風機と同様の効果が得られる。さらに傾斜させた蓋板９ａの斜面における径方向の断面が円弧翼形状となるようにしたことで、高い圧力上昇を得ることができ、ボス９の内部を通過する気流を増加させることができる。

以上のように、実施の形態３の送風機では、ボス９内部を通過させてボス９の下流側に空気を流すことができるため、ボス９の下流側に発生するはく離域２０を縮小することができ、渦の発生を抑制できる。このため、渦の発生による騒音の低減をはかることができる。特に傾斜させた蓋板９ａの斜面における径方向の断面が円弧翼形状になるようにしたことで、蓋板９ａ上の気流のはく離を抑制することができる。

実施の形態４．
図１０は、本発明の実施の形態４に係る送風機のファン８の形状を説明するための図である。図１０（ａ）はファン８を下流側から見た図を示している。また、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示すａ―ａ１方向の断面から見たボス９の部分拡大図である。

本実施の形態の送風機は、ボス９の下流側の蓋板９ａにおいて、ａ―ａ１方向の断面形状が翼型翼形状となるように形成したものである。

本実施の形態の送風機においても、実施の形態１の送風機と同様の効果が得られる。さらに傾斜させた蓋板９ａの斜面における径方向の断面が翼型翼形状となるようにしたことで、高い圧力上昇を得ることができ、ボス９の内部を通過する気流を増加させることができる。

以上のように、本実施の形態の送風機においても実施の形態１の送風機と同様の効果が得られる。さらに傾斜させた蓋板９ａの斜面における径方向の断面が円弧翼形状となるようにしたことで、高い圧力上昇を得ることができ、ボス９の内部を通過する気流を増加させることができる。特に傾斜させた蓋板の斜面９ａにおける径方向の断面が翼型翼形状となるようにしたことで、蓋板９ａ上の気流のはく離を抑制すると共に、翼型翼形状の蓋板９ａを通過した後の後流幅を小さくし、気流の乱れを抑制することができる。

実施の形態５．
本実施の形態の送風機は、蓋板９ａに形成した斜面の傾斜角度について、ファン８の中心に近いほど、回転軸１２と蓋板９ａとが成す食違い角が小さくなるようにしたものである。

本実施の形態の送風機は、実施の形態１から実施の形態４と同様の効果が得られる。さらに蓋板９ａの斜面における傾斜角度について、ファン８の中心に近づくほど回転軸１２との食違い角を小さくするようにすることで、ファン８の中心側でも高い圧力上昇が得られるようになる。このため、ボス内部を通過する気流をさらに増加させることができる。

以上のように、本実施の形態の送風機においては、斜面の傾斜角度について、ファン８の中心に近いほど、回転軸１２と蓋板９ａとが成す食違い角が小さくなるようにしたので、高い圧力上昇を得ることができ、ボス９の内部を通過する気流をさらに増加させることができる。

実施の形態６．
本実施の形態では、ボス９内部の補強リブ９ｂのうち少なくとも翼１０と同じ枚数は、ボス９と各翼１０の連結部の前縁の位置に設置されるようにした。

図１１は本発明の実施の形態６に係るファン８を上流側から見た図である。ボス９と各翼１０の連結部分においては、連結部分の前縁側で最も応力集中が高くなる。このため、連結部分において、翼１０の前縁となる位置（連結部分前縁側１０ａ）に対応して補強リブ９ｂを設置することで有効に強度を向上させることができる。

以上のように、実施の形態６の送風機によれば、ボス９内部に設ける補強リブ９ｂのうち、少なくとも翼１０の枚数と同じ数の補強リブ９ｂは、ボス９と各翼１０の連結部分の前縁の位置に対応して設けるようにしたことによりファンの強度の向上を有効的にはかることができる。

実施の形態７．
図１２は本発明の実施の形態７に係るファン８を下流側から見た図である。本実施の形態の送風機では、空気の流れ方向（回転軸１２方向）におけるボス９の円筒面の下流側の端部の位置が、ボス９と翼１０の連結部分において翼１０の後縁となる位置（連結部分後縁側１０ｂ）よりも下流側に位置するようにしたものである。また、縁部９ｃを形成し、ボス９の円筒面の下流側の端部において、蓋板９ａの分割数、斜面の傾斜角度に関係なくファン８の回転軸１２方向の位置が一定となるようにしたものである。

例えば、翼１０の下流側の圧力がボス９内部の圧力より高い場合、翼１０の下流側からボス９内部を通過し、送風機室６の内部方向に戻る気流が発生し、風量が低下することがある。そこで、ボス９の円筒面の下流側の端部の位置が、連結部分後縁側１０ｂよりも下流側に位置することにより、翼１０の下流側からボス９内部までの圧力勾配が小さくなり、前述した送風機室６の内部へ戻る気流を抑制することができる。また、ボス９に縁部９ｃを設けることで、下流側端部の縁が周縁方向で揃っている（一定である）ため、気流の乱れの発生を抑制できる。

以上のように、実施の形態７の送風機によれば、ボス９の円筒面の下流側の端部の位置が、ボス９と翼１０の連結部分において翼１０の後縁となる位置よりも下流側に位置するようにしたので、室外機６の内部に戻る気流を抑制することができ、風量の低下を抑制できる。また、縁部９ｃを設け、下流側端部の縁が周縁方向で一定となるようにしたので、気流の乱れの発生を抑制し、風量の低下を抑制することができる。

実施の形態８．
図１３は本発明の実施の形態８に係る空気調和装置の構成図である。本実施の形態では、上述した送風機等を備える室外機１００を有する冷凍サイクル装置について、空気調和装置について説明する。図１３の空気調和装置は、室外機１００と室内機２００とを備え、これらが冷媒配管で連結され、冷媒回路を構成して冷媒を循環させている。冷媒配管のうち、気体の冷媒（ガス冷媒）が流れる配管をガス配管３００とし、液体の冷媒（液冷媒。気液二相冷媒の場合もある）が流れる配管を液配管４００とする。

室外機１００は、本実施の形態においては、圧縮機１０１、四方弁１０２、室外側熱交換器１０３、室外側送風機１０４、絞り装置（膨張弁）１０５で構成する。

圧縮機１０１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。ここで、圧縮機１０１は、インバータ装置等を備え、運転周波数を任意に変化させることにより、圧縮機１０１の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を細かく変化させることができるものとする。四方弁１０２は、制御装置（図示せず）からの指示に基づいて冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える。

また、室外側熱交換器１０３は、冷媒と空気（室外の空気）との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、液配管４００から流入した低圧の冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、四方弁１０２側から流入した圧縮機１０１において圧縮された冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させる。室外側熱交換器１０３には、冷媒と空気との熱交換を効率よく行うため、上述の実施の形態１〜７で説明したファン８等を有する室外側送風機１０４が設けられている。室外側送風機１０４についても、インバータ装置によりファンモータの運転周波数を任意に変化させてファン８の回転速度を細かく変化させるようにしてもよい。絞り装置１０５は、開度を変化させることで、冷媒の圧力等を調整するために設ける。

一方、室内機２００は、負荷側熱交換器２０１及び負荷側送風機２０２で構成される。負荷側熱交換器２０１は冷媒と空気との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては凝縮器として機能し、ガス配管３００から流入した冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液化（又は気液二相化）させ、液配管４００側に流出させる。一方、冷房運転時においては蒸発器として機能し、例えば絞り装置１０５により低圧状態にされた冷媒と空気との熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発させて気化させ、ガス配管３００側に流出させる。また、室内機２００には、熱交換を行う空気の流れを調整するための負荷側送風機２０２が設けられている。この負荷側送風機２０２の運転速度は、例えば利用者の設定により決定される。特に限定するものではないが、負荷側送風機２０２にも実施の形態１〜７で説明した送風機を用いるようにすることができる。

以上のように実施の形態８の空気調和装置では、実施の形態１〜７において説明した送風機を室外機１００に用いることで、風量低下、騒音の抑制等を実現することができる。

本発明の活用例として、冷凍サイクル装置を構成する室外機、例えば空気調和機や給湯器などの室外機、その他、送風機が設置される各種装置や設備などに広く利用することができる。

１ 室外機本体、１ａ，１ｃ 側面、１ｂ 前面、１ｄ 背面、１ｅ 上面、１ｆ 底面、２ 前面パネル、３ 吹出口、４ ファングリル、５ 仕切板、６ 送風機室、７ 機械室、８ プロペラファン、９ プロペラボス、９ａ 蓋板、９ｂ 補強リブ、９ｃ 縁部、１０ 翼、１０ａ 連結部分前縁側、１０ｂ 連結部分後縁側、１１ ファンモータ、１２ 回転軸、１３ ベルマウス、１３ａ 吸込側入口端、１４ 圧縮機、１５ 配管、１６ 基板箱、１７ 制御基板、１８ 熱交換器、２０ はく離域、１００ 室外機、１０１ 圧縮機、１０２ 四方弁、１０３ 室外側熱交換器、１０４ 室外側送風機、１０５ 絞り装置、２００ 室内機、２０１ 負荷側熱交換器、２０２ 負荷側送風機、３００ ガス配管、４００ 液配管。

Claims (9)

1. 円筒形状のボスの外周に取り付けられ、回転軸を中心に回転して気体の流れを発生させる複数の翼を有するプロペラファンを少なくとも備え、
   前記ボスは、前記翼と同じ向きに傾斜する扇形状の複数の斜面と、前記傾斜により前記斜面間にできる開口面とを有する円形状の蓋板により、前記気体の流れの下流側における外表面が形成され、また、円筒内壁面に対して垂直方向に延びる方向に設けられて強度を確保する補強リブをさらに有し、前記補強リブのうち、少なくとも翼と同じ数の前記補強リブは、前記ボスと各翼との連結部分における前記翼の前縁側の位置に対応するように設けられることを特徴とする送風機。
2. 前記蓋板は、前記翼と同じ方向の反りを有することを特徴とする請求項１に記載の送風機。
3. 前記蓋板が有する斜面は、前記円筒の径方向に切ったときの断面形状が円弧翼形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の送風機。
4. 前記蓋板が有する斜面は、前記円筒の径方向に切ったときの断面形状が翼型形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の送風機。
5. 前記蓋板は、前記斜面の傾斜角度が前記プロペラファンの中心に近いほど前記回転軸と前記蓋板とがなす食違い角が小さくなるような形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の送風機。
6. 前記プロペラファンのボス円筒面の下流側端部が、前記ボスと各翼との連結部分における前記翼の後縁側よりも下流側に位置することを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載の送風機。
7. 前記ボスの円筒側面の下流側端部を揃える縁部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載の送風機。
8. 請求項１〜請求項７のいずれかに記載の送風機と、
   前記送風機における筐体内のファンの吸込み側に設けられ、空気との熱交換を行う熱交換器と
   を備えることを特徴とする冷凍サイクル装置の室外機。
9. 吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、熱交換により前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮に係る冷媒を減圧させるための絞り装置と、熱交換により前記冷媒を蒸発させる蒸発器とを配管接続して冷媒回路を構成する冷凍サイクル装置において、
   請求項８に記載の室外機の熱交換器を前記凝縮器又は前記蒸発器とすることを特徴とする冷凍サイクル装置。

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