JP5812572B2 - 軸流送風機およびこの軸流送風機を用いた空気調和機の室外機 - Google Patents

Description

本発明は、小型化、低騒音化が可能な軸流送風機と、この軸流送風機を用いた空気調和機の室外機に関する。

従来より、軸流送風機において、ファングリルの一部にベルマウス部を形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このようなものにおいて、プロペラファンの周囲を覆っているベルマウス部が、プロペラファンの羽根の外周を、回転軸方向に全体を覆っていない場合、翼端渦が発生し易くなり、所定風量時のファン騒音、入力が大きくなる。
また、プロペラファンの周囲を覆っているベルマウス部が、プロペラファンの羽根の外周を、回転軸方向に全体を覆うように構成した場合、ベルマウス部の軸方向寸法が大きくなり、ファングリル全体として大形化を余儀なくされる。

特開２００７−３０９６３２号公報（図８）

ところで、ビルや店舗用空気調和機の室外機は、ビルの屋上や建物の間に設置されるが、室外機から発生する騒音により、近隣住民へ迷惑をかけることがあるため、室外機の低騒音化が求められている。

また、地球温暖化防止のため、空気調和機の省エネ化が求められている。省エネに関しては、室外機の高風量化が有効な手段であるが、高風量化は騒音が増加し、さらに近隣住民へ迷惑をかけることになる。このため、近隣住民への迷惑を抑え、省エネ化を図るために、室外機の低騒音化が重要な要素となっている。当然、ファン入力低減も省エネ化には欠かせない要素となる。

また、室外機をビルの屋上に設置する際、クレーン車や、人が階段を登って運ぶよりも、エレベータで搬送するのが容易であるが、エレベータが小さい場合もある。このため、小さなエレベータでも搬送できるよう、室外機の小型化が求められているが、小型化はファン径縮小や熱交換器小型化による通風抵抗増加を伴うため、ファン騒音、入力増加の原因となり易い。

本発明の技術的課題は、低騒音化を図りながら省エネ化、小型化、ファン入力低減を可能ならしめるようにすることにある。

本発明に係る軸流送風機は、プロペラファンと、プロペラファンを駆動するファンモーターと、ファンモーターを固定するモーター支持部材と、一端側が吹出口を有するストレート部として形成され、他端側が該ストレート部から連続しプロペラファンの吹出し側外周を覆い吸込み側に伸びて外周形状がアール面を有したラッパ形状となったベルマウス部として形成された円筒部、及び円筒部よりも断面が大きくこの円筒部のベルマウス部の下部が連通接続された箱部、を有するファングリルとを備え、ファングリルの円筒部のベルマウス部におけるアール面の上端部に、ストレート部から連続するようにプロペラファンの当該ベルマウス部にて覆われていない部位を覆い箱部内に突出する円筒状のリブを設けたものである。

本発明の軸流送風機によれば、一端側が吹出口を有するストレート部として形成され、他端側がストレート部から連続しプロペラファンの吹出し側外周を覆い吸込み側に伸びて外周形状がアール面を有したラッパ形状となったベルマウス部として形成された円筒部、及び円筒部よりも断面が大きくこの円筒部のベルマウス部の下部が連通接続された箱部、を有するファングリルとを備え、ファングリルの円筒部のベルマウス部におけるアール面の上端部に、ストレート部から連続するようにプロペラファンの当該ベルマウス部にて覆われていない部位を覆い箱部内に突出する円筒状のリブを設けているので、ファングリルすなわち軸流送風機の軸方向寸法を大きくすることなく、低騒音化を図ることができる。また、これに伴い、省エネ化が図れ、ファン入力低減を可能ならしめることができる。そして、このような軸流送風機を空気調和機の室外機に搭載した場合には、室外機の省エネ化および低騒音化が可能となり、これに伴いファン入力低減を図ることができる。さらに、ファングリルの高さを低くできるため、室外機全体としての小型化が図れる。また、リブは、ファングリルを樹脂で作成する場合は、モールドにより一体成型することも可能となる。

本発明の実施の形態１に係る軸流送風機が適用される空気調和機の室外機の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る軸流送風機のファングリルとプロペラファンの関係を示す断面図である。 従来の軸流送風機のファングリルとプロペラファンの関係を示す断面図である。 従来の軸流送風機のファングリルを用いた場合のプロペラファン翼面上の静圧分布を表す図である。 本発明の実施の形態１に係る軸流送風機のファングリルを用いた場合のプロペラファン翼面上の静圧分布を表す図である。 軸流送風機の比較例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る軸流送風機のファングリルの変形例を示す図２相当の断面図である。 本発明の実施の形態１に係る軸流送風機のプロペラファンとモーター支持部材の最短距離の説明図である。 本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の、（ａ）は騒音と、プロペラファンとモーター支持部材との最短距離Ｌ／ファン径Ｄの関係を示すグラフ、及び（ｂ）はファン入力と、Ｌ／Ｄの関係を示すグラフである。 プロペラファンの比較例を圧力面側から見た正面図である。 本発明の実施の形態２に係る軸流送風機のプロペラファンを圧力面側から見た正面図である。 本発明の実施の形態２に係る軸流送風機のＰ−Ｑ特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る軸流送風機を用いた空気調和機の室外機と防雪フードの関係を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る軸流送風機のＰ−Ｑ特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る軸流送風機のＰ−Ｑ特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る軸流送風機のプロペラファンの変形例を圧力面側から示す正面図である。 本発明の実施の形態２に係る軸流送風機のプロペラファンの他の変形例を圧力面側から示す正面図である。

実施の形態１．
以下、図示実施の形態により本発明を説明する。
図１は本発明の実施の形態１に係る軸流送風機が適用される空気調和機の室外機の概略構成を示す断面図、図２はその軸流送風機のファングリルとプロペラファンの関係を示す断面図、図３は従来の軸流送風機のファングリルとプロペラファンの関係を示す断面図である。

本実施の形態１の軸流送風機２０は、ファングリル１と、ファングリル１内に収容されたプロペラファン４と、プロペラファン４の上流側に配置されてモーターシャフト７にプロペラファン４が取り付けられたファンモーター６と、ファンモーター６を固定するモーター支持部材８とを備えている。

ファングリル１は、円筒部１ａと、円筒部１ａに連通接続され、（水平）断面が略矩形の箱部１ｂとで形成されている。円筒部１ａは、プロペラファン４の吹出し側に垂直に伸びたストレート部と、プロペラファン４の外周の吹出し側の一部を覆い、吸込み側に伸びて外周形状がアール面を有したラッパ形状となったベルマウス部２とから成っており、吹出し口がスリット部３により覆われている。箱部１ｂは、プロペラファン４の下部及びファンモーター６を覆い、ベルマウス部２と連続するように形成された略矩形の水平の天板を有して、吸込み側に延びて筐体１１に接続される箱形状となっている。また、円筒部１ａには、図１のようにプロペラファン４のベルマウス部２にて覆われていない部位の羽根の外周を、回転軸方向に沿って略全体を覆うように、箱部１ｂ内に突出する円筒状のリブ１２が設けられている。なお、リブ１２は、ファングリル１が樹脂製の場合は、モールドにより一体成型することも可能である。

空気調和機の室外機３０は、軸流送風機２０を載置した筐体１１内に、熱交換器９、圧縮機１０、及びアキュームレーター１３を収容してなるものである。

ベルマウス部２は、図１のようにプロペラファン４の高さ方向全体を覆っていない。高さ方向全体を覆っていない理由は以下の構造上の制約によるものである。
（ａ）室外機３０の高さの小型化のため、ファングリル１の高さを長くできない。
（ｂ）プロペラファン４の運転中にスリット部３に仮に指が入ってもプロペラファン４に指が当たらないよう、スリット部３とプロペラファン４との距離は所定距離確保する必要がある。このため、プロペラファン４とスリット部３間の距離を所定距離より縮めることはできない。
（ｃ）ファングリル１は、箱部１ｂの側面部５において筐体１１とねじ止めすることで固定するようになっており、側面部５の高さはある程度必要である。

次に、図３のようにベルマウス部２がプロペラファン４の高さ方向全体を覆っていない従来の場合と、図２のようにベルマウス部２と円筒状のリブ１２とによりプロペラファン４の高さ方向全体を覆っている場合において、室外機３０の吹出し風量が１７５ｍ³/ｍｉｎのときの空力性能を下表１に比較して示す。

表１から明らかなように、ベルマウス部２がプロペラファン４の高さ方向全体を覆っていた方が、騒音値、ファン入力、及び回転数が低くなる。

次に、その理由について説明する。
図４に図３のベルマウスの場合のプロペラファンの翼面上の静圧分布を、図５に図２のベルマウスの場合のプロペラファンの翼面上の静圧分布を、それぞれ示す。図４及び図５において、圧力面は室外機の上方側を向いている面、負圧面は室外機の下方側を向いている面であり、圧力面の静圧の最も高い点ｈと、負圧面の静圧の最も低い点ｌを記載してある。

図４と図５を比較すると、図４の方が点ｈと点ｌの位置が近いことがわかる。静圧差により、点ｈからプロペラファン４とベルマウス部２との隙間を通り、点ｌへ向かう流れ、すなわち翼端渦が生成されるが、点ｈと点ｌの位置が近いほど、翼端渦の渦度は大きくなる。翼端渦は生成した後、隣の翼の前縁へ流入し、騒音、入力増加の原因となる。また、図５のベルマウス部＋円筒状のリブの方が長い分、翼端渦にとって流路が狭まるため、翼端渦が生成しにくい。従って、表１に示した空力性能の差は、点ｈと点ｌの位置による翼端渦の違いによるものである。

図６に円筒状のリブ１２を設けずにベルマウス部２のみでプロペラファン４の高さ方向全体を覆うようにしたファングリル１の比較例を示す。図６に示すファングリル１の高さ、特に円筒部１ａの高さは、ベルマウス部２にてプロペラファンの高さ方向全体を覆うようにした分、図３、図２に示すファングリルよりも高くなっている。

図２のファングリルと、図６のファングリルの場合において、室外機の吹出し風量が１７５ｍ³/ｍｉｎのときの空力性能を下表２に示す。

表２から明らかなように、図２と図６のファングリルにおいて、空力性能は同等であり、僅かな差は測定ばらつきと考えてよい。このことから、図２のファングリルは、高さを抑えつつ、騒音値、ファン入力を低減できることがわかる。

また、ファングリルを金型で製造している場合は、既存の金型を改造すればリブを設けることができるため、新規に金型を作る必要もない。

一般にベルマウスの上流側は略１／４円弧形状である。図７に図２のベルマウス上流側が略１／４円弧形状となるようにリブ１２を設けた例を示す。図７の場合、リブ１２の肉厚が厚くなり、ファングリル１が樹脂製の場合、製造工程において肉厚が厚くなったことにより、図２よりも冷却時間を要し、製造工程に要する時間が長くなる場合がある。

図２のファングリルと図７のファングリルの場合において、室外機の吹出し風量が１７５ｍ³/ｍｉｎのときの空力性能を下表３に示す。

表３から明らかなように、図７のベルマウスの方が図２のベルマウスよりも騒音、ファン入力は若干低いが、これらは略同等の空力性能を有していることがわかる。

このように、本実施の形態１に係る軸流送風機によれば、一端に吹出口となるスリット部３が形成されているとともに、他端にプロペラファン４の吹出し側外周を覆うベルマウス部２が形成された円筒部１ａ、及び円筒部１ａよりも断面が大きくこの円筒部１ａの下部が連通接続された箱部１ｂ、を有するファングリル１とを備え、ファングリル１の円筒部１ａに、プロペラファン４のベルマウス部２にて覆われていない部位を覆い箱部１ｂ内に突出する円筒状のリブ１２を設けているので、ファングリル１すなわち軸流送風機２０の軸方向寸法を大きくすることなく、低騒音化を図ることができる。また、これに伴い、省エネ化が図れ、ファン入力低減を可能ならしめることができる。そして、このような軸流送風機２０を搭載した空気調和機の室外機３０は、省エネ化および低騒音化が可能となり、これに伴いファン入力低減を図ることができる。さらに、ファングリル１の高さを低くできるため、室外機３０全体としての小型化が図れる。

図８はプロペラファン４とモーター支持部材８間の最短距離Ｌを表す図である。最短距離Ｌが短すぎると、モーター支持部材８から発生した後流渦が、プロペラファン４の前縁に流入し、前縁の流れが乱れるため、ファン騒音、入力増加の原因となる。図２に示したベルマウス部を有するファングリルを用いて、ファン径Ｄを固定し、最短距離Ｌを変化させたときの、ファン騒音とＬ／Ｄの関係を図９（ａ）、ファン入力とＬ／Ｄの関係を図９（ｂ）に示す。図９（ａ）より、騒音値はＬ／Ｄ≧０．１７で一定となり、図９（ｂ）より、ファン入力はＬ／Ｄ≧０．１７５で一定となる。すなわち、Ｌ／Ｄ≧０．１７５であれば、最短距離Ｌを長くしても、ファン騒音、入力は変わらなくなる。

ちなみに、図３に示した従来のベルマウス部を有するファングリルを用いて、ファン径Ｄを固定し、最短距離Ｌを変化させ、同様にファン騒音、入力が変わらなくなるＬ／Ｄを求めたところ、Ｌ／Ｄ＝０．２２であった。

従って、図２のベルマウス部を有するファングリルは、図３のベルマウス部を有するファングリルよりも、ファン騒音、入力が変わらなくなる最短距離Ｌを短くすることができるため、モーター支持部材の設置の自由度を向上することができ、かつ表１よりファン騒音、入力を小さくすることができる。

このように、円筒状のリブ１２の内側の領域においてファン径Ｄのプロペラファン４と、モーター支持部材８との最短距離をＬとしたとき、Ｌ／Ｄ≧０．１７５とすることにより、ファン騒音、入力が変わらなくなる最短距離Ｌを短くすることができるため、モーター支持部材８の設置の自由度を向上することができ、かつファン騒音、入力を小さくすることができる。

実施の形態２．
図１０は比較例であり、一般的なプロペラファンを圧力面側から見た図、図１１は本発明の実施の形態２に係る軸流送風機を示すもので、図１０のプロペラファンの羽根後縁部の輪郭線が羽根前縁部方向に凹状に形成されたプロペラファンを圧力面側から見た図、図１２は図３に示したベルマウスを用い、図１０、図１１のプロペラファンを使用した場合のＰ−Ｑ特性を示す。

Ｐ−Ｑ特性は、プロペラファンの回転数を一定として、通風抵抗である静圧Ｐと、風量Ｑの関係を表したものである。通風抵抗が小さいほど風は流れ易くなり、通風抵抗が大きいほど風は流れ難くなる。よって、静圧が小さいほど、風量は大きくなり、静圧が大きいほど風量は小さくなる。なお、これ以降、図１２の低風量、高静圧側を締切側（グラフの左上側）、高風量、低静圧側を開放側（グラフの右下側）という。回転数は動作点Ａを通る回転数としてある。

図１２のＰ−Ｑ特性から明らかなように、両者を比べると動作点Ａより開放側では、図１１のプロペラファンの方が回転数が低いにも関わらず、静圧が高いが、締切側では、図１１のプロペラファンの方が静圧が低い。つまり、図１１の羽根後縁部４ｂの輪郭線が羽根前縁部４ａ方向に凹状に形成されたプロペラファン４は、動作点Ａにおけるファン入力が図１０のプロペラファンより約１０％低く、かつ締切側で静圧が低くなる。

ところで、豪雪地域で空気調和機が暖房運転される場合、雪の堆積により室外機の吹出し口が塞がれ、風が流れにくくなることがある。これを防止するために、図１３のようにファングリル１の吹出口部に防雪フード１４を取付けることがある。防雪フードを取付けると、当然、通風抵抗は増加し、動作点は締切側へ移動する。また、防雪フードが必要な場合は、外気温度が低く、室外機の冷媒温度も低くなるため、熱交換器に霜が付きやすく、熱交換器９の通風抵抗が増加するため、さらに動作点は締切側へ移動する。なお、動作点Ａは防雪フード１４や熱交換器９に霜が付いていない場合の、室外機３０の動作点である。

このように、図１１の羽根後縁部４ｂの輪郭線が羽根前縁部４ａ方向に凹状に形成されたプロペラファン４は、締切側の静圧が低くなる特性があるため、豪雪地域における空気調和機の暖房運転には不向きなプロペラファンである。

図１４に図２に示した円筒状のリブを有するベルマウス部を用い、図１１に示したプロペラファンを用いた場合のＰ−Ｑ特性と、図１２で示したＰ−Ｑ特性を併記したものを示す。回転数は動作点Ａを通る回転数としてある。図２の円筒状のリブを有するベルマウス部＋図１１のプロペラファンは、図３の円筒状のリブを有していないベルマウス部＋図１０のプロペラファンよりも締切側で若干静圧が低いものの、図３の円筒状のリブを有していないベルマウス部＋図１１のプロペラファンよりは締切側で静圧が高くなっている。動作点Ａにおけるファン入力結果を下表４に示す。

また、図２の円筒状のリブを有するベルマウス部＋図１１のプロペラファンにおけるＰ−Ｑ特性の静圧が、全域で図３の円筒状のリブを有していないベルマウス部＋図１０のプロペラファンにおけるＰ−Ｑ特性の静圧よりも高くなるよう、図２の円筒状のリブを有するベルマウス部＋図１１のプロペラファンの回転数を大きくしたときのＰ−Ｑ特性と、ファン入力結果を図１５に示す。

表４及び図１５から明らかなように、図２の円筒状のリブを有するベルマウス部＋図１１のプロペラファンは、全域で静圧が高いにも関わらず、ファン入力を低減することができる。

このように、本実施の形態２に係る軸流送風機によれば、プロペラファン４の羽根後縁部４ｂの輪郭線が羽根前縁部４ａ方向に凹状に形成された形状を有している。また、ファングリル１は、一端に吹出口となるスリット部３が形成されているとともに、他端にプロペラファン４の吹出し側外周を覆うベルマウス部２が形成された円筒部１ａ、及び円筒部１ａよりも断面が大きくこの円筒部１ａにベルマウス部２を介して下部が連通接続されているがベルマウスの働きをしない箱部１ｂ、を有している。そして、ファングリルの円筒部１ａに、プロペラファンのベルマウス部にて覆われていない部位を覆い箱部１ｂ内に突出する円筒状のリブ１２を設けたので、羽根後縁部４ｂの輪郭線が羽根前縁部４ａ方向に凹状に形成されたプロペラファンにおいても締切側の静圧低下を抑制でき、かつファン入力を低減することができる。そして、このような軸流送風機２０を搭載した空気調和機の室外機３０は、省エネ化および低騒音化が可能となり、これに伴いファン入力低減を図ることができる。さらに、ファングリル１の高さを低くできるため、室外機３０全体としての小型化が図れる。

図１６は羽根後縁部４ｂの輪郭線が羽根前縁部４ａ方向に凹状に形成され、かつこの凹状部がファン内周側に偏ったプロペラファン４、図１７は羽根後縁部４ｂの輪郭線が羽根前縁部４ａ方向に凹状に形成され、かつこの凹状部がファン外周側に偏ったプロペラファン４、をそれぞれ示している。

図２に示した円筒状のリブを有するベルマウスを用い、図１１、図１６、図１７の、羽根後縁部の輪郭線が羽根前縁部方向に凹状に形成されたプロペラファンにおいて、図１２に示した動作点Ａにおける比騒音を下表５に示す。
比騒音Ｋｓは下式で定義される。
Ｋｓ＝ＳＰＬ−１０log₁₀（Ｐ・Ｑ^2.5）
ここで、ＳＰＬ：ファンから１ｍ離れた位置の騒音値［ｄＢ］
Ｐ：動作点Ａの静圧［ｍｍＡｑ］
Ｑ：動作点Ａの風量［ｍ³/ｍｉｎ］

表５から明らかなように、プロペラファンの羽根後縁部４ｂの輪郭線が羽根前縁部４ａ方向に凹状に形成され、かつこの凹状部がファン内周側に偏るほど、比騒音Ｋｓが小さくなる。

このように、ファングリルが、一端に吹出口となるスリット部３が形成されているとともに、他端にプロペラファン４の吹出し側外周を覆うベルマウス部２が形成された円筒部１ａ、及び円筒部１ａよりも断面が大きくこの円筒部１ａにベルマウス部２を介して下部が連通接続された箱部１ｂ、を有している。そして、ファングリルの円筒部１ａに、プロペラファンのベルマウス部にて覆われていない部位を覆い箱部１ｂ内に突出する円筒状のリブ１２を設け、またプロペラファン４の羽根後縁部４ｂの輪郭線が羽根前縁部４ａ方向に凹状に形成され、かつこの凹状部がファン内周側に偏る構成とすることにより、比騒音Ｋｓを小さくすることができる。

図２に示した円筒状のリブを有するベルマウスを用い、図１１、図１６、図１７の、羽根後縁部の輪郭線が羽根前縁部方向に凹状に形成されたプロペラファンにおいて、図１２に示した動作点Ａにおけるファン効率を下表６に示す。
ファン効率ηは下式で定義される。
η＝ＰＱ／Ｗ
ここで、Ｐ：動作点Ａの静圧［Ｐａ］
Ｑ：動作点Ａの風量［ｍ³/ｓ］
Ｗ：軸出力［Ｗ］

表６から明らかなように、プロペラファンの羽根後縁部４ｂの輪郭線が羽根前縁部４ａ方向に凹状に形成され、かつこの凹状部がファン外周側に偏るほど、ファン効率ηが大きくなる。

このように、ファングリルが、一端に吹出口となるスリット部３が形成されているとともに、他端にプロペラファン４の吹出し側外周を覆うベルマウス部２が形成された円筒部１ａ、及び円筒部１ａよりも断面が大きくこの円筒部１ａにベルマウス部２を介して下部が連通接続された箱部１ｂ、を有し、円筒部１ａに、プロペラファンのベルマウス部にて覆われていない部位を覆い箱部１ｂ内に突出する円筒状のリブ１２を設け、またプロペラファンの羽根後縁部４ｂの輪郭線が羽根前縁部４ａ方向に凹状に形成され、かつこの凹状部がファン外周側に偏る構成とすることにより、ファン効率ηを大きくすることができる。

１ ファングリル、１ａ 円筒部、１ｂ 箱部、２ ベルマウス部、３ スリット部（吹出口）、４ プロペラファン、４ａ 羽根前縁部、４ｂ 羽根後縁部、６ ファンモーター、８ モーター支持部材、１２ 円筒状のリブ、２０ 軸流送風機、３０ 空気調和機の室外機。

Claims (6)

1. プロペラファンと、
   前記プロペラファンを駆動するファンモーターと、
   前記ファンモーターを固定するモーター支持部材と、
   一端側が吹出口を有するストレート部として形成され、他端側が該ストレート部から連続し前記プロペラファンの吹出し側外周を覆い吸込み側に伸びて外周形状がアール面を有したラッパ形状となったベルマウス部として形成された円筒部、及び前記円筒部よりも断面が大きく前記円筒部の前記ベルマウス部の下部が連通接続された箱部、を有するファングリルとを備え、
   前記ファングリルの前記円筒部の前記ベルマウス部における前記アール面の上端部に、前記ストレート部から連続するように前記プロペラファンの当該ベルマウス部にて覆われていない部位を覆い前記箱部内に突出する円筒状のリブを設けたことを特徴とする軸流送風機。
2. 前記円筒状のリブの内側の領域における前記プロペラファンのファン径をＤ、前記プロペラファンと前記モーター支持部材との最短距離をＬとしたとき、Ｌ／Ｄ≧０．１７５としたことを特徴とする請求項１記載の軸流送風機。
3. 前記プロペラファンの羽根後縁部の輪郭線が、羽根前縁部方向に凹状に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の軸流送風機。
4. 前記プロペラファンの羽根後縁部の凹状部が、ファン内周側に偏って形成されていることを特徴とする請求項３記載の軸流送風機。
5. 前記プロペラファンの羽根後縁部の凹状部が、ファン外周側に偏って形成されていることを特徴とする請求項３記載の軸流送風機。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の軸流送風機を用いた空気調和機の室外機。

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