JP5984162B2 - プロペラファン、送風装置、および室外機 - Google Patents

Description

本発明は、プロペラファン、送風装置、室外機に関するものである。

プロペラファンは、一般的に、駆動源に接続される円筒状のボスと、ボス外周面から放射状に延びる複数枚の翼とを有している。また、特許文献１には、各翼において、反り比が最大となる位置を、翼外周縁よりも翼根元部に近いに位置に設定し、さらに、反り比の最大位置から翼根元部までは反り比を漸減させている構成が開示されている。かかる構成により、翼根元部の近傍では、大きな仕事をさせずに、渦の発生を抑制している。

特開２０１２−０５２４４３号公報（主に図１）

ところで、翼間の気流は、プロペラファンの回転方向と逆方向に働くコリオリ力と、隣り合う翼面の圧力勾配とがバランスすることで、翼に沿って流れる。しかし、上記の圧力勾配の存在は、ボス外周面まで及ぶのに対し、ボス外周面の境界層内では、気流の相対速度が小さいため、コリオリ力は小さくなる。そのため、ボス外周面近傍では、上記のバランスが崩れ、上記の圧力勾配の影響により隣の翼へ向かう２次流れが発生する。そして、この２次流れが翼に衝突することで渦が発生し、それが騒音の原因となる。

一方、特許文献１に開示のプロペラファンによれば、反り比の最大位置から翼根元部までは反り比を漸減させることで翼とボスとの接続部で生じる渦を抑制できるが、翼とボスとの接続部の付近の翼の仕事が小さくなってしまうという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、翼根元部付近の翼の反り比の設定に頼ることなく、翼とボスとの接続部で発生する渦を抑制し、ファンの低騒音化を図ることができるプロペラファンを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するための本発明のプロペラファンは、筒壁を有するボス部と、前記ボス部の前記筒壁の外周面から放射状に延びた複数の翼とを備えたプロペラファンであって、前記外周面における隣り合う一対の前記翼の間には、２次流れ制御スリットが設けられており、複数の前記２次流れ制御スリットはそれぞれ、前記筒壁を貫通し前記ボス部の内部と該ボス部の外側とを連通しており、前記筒壁における下流端は、閉塞されており、該筒壁における上流端は、開放されており、複数の前記２次流れ制御スリットはそれぞれ、側面視、該プロペラファンの回転軸線に対して傾いて延び、且つ、前記複数の翼の翼根元部の形成方向と同じ向きに傾いて延びている。
同目的を達成するための本発明の送風装置は、上述した本発明のプロペラファンと、前記プロペラファンに駆動力を付与する駆動源と、前記プロペラファン及び前記駆動源を収容するケーシングとを備える。
さらに、同目的を達成するための本発明の室外機は、熱交換器と、上述した本発明のプロペラファンと、前記プロペラファンに駆動力を付与する駆動源と、前記プロペラファン、前記駆動源及び前記熱交換器を収容するケーシングとを備える。

本発明のプロペラファンによれば、翼根元部付近の翼の反り比の設定に頼ることなく、翼とボスとの接続部で発生する渦を抑制し、ファンの低騒音化を図ることができる。

本発明の実施の形態１に係るプロペラファンを下流側から示す斜視図である。 本実施の形態１に係るプロペラファンの側面図である。 本実施の形態１に係るプロペラファンにおけるボス外周面上の気流を説明する図である。 本実施の形態１に係るプロペラファンにおけるボス外周面のスリット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に関し、ボス外周面のスリットの設置位置を説明する図である。 本発明の実施の形態３に関し、ボス外周面のスリットの設置位置を説明する図である。 本発明の実施の形態４に関し、ボス外周面のスリットの設置位置を説明する図である。 本発明の実施の形態５に関し、ボス外周面のスリットの形状を説明する図である。 本発明の実施の形態６に関し、ボス外周面のスリットの形状を説明する図である。 比較例としてのプロペラファンに係る翼間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７に係る室外機を吹出口側から見たときの斜視図である。 本実施の形態７に関し、上面側から室外機の構成を説明するための図である。 本実施の形態７に関し、ファングリルを外した状態を示す図である。 本実施の形態７に関し、さらに、前面パネル等を除去して、内部構成を示す図である。

以下、本発明に係るプロペラファンの実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るプロペラファンを下流側から示す斜視図である。図２、図３及び図４はそれぞれ、プロペラファンの側面図、ボス外周面上の気流を説明する図及びスリットを通過する気流を説明する図である。プロペラファン１は、ボス部３と、複数の翼５とを備える。

ボス部３は、円筒状の筒壁３ａを有している。ボス部３の中央部３ｂには、モータ等の駆動源の出力軸が接続され、プロペラファン１はかかる駆動源の駆動力によって回転される。なお、図１中の符号ＲＤは、プロペラファン１の回転方向を示し、図２中の符号ＲＡは、プロペラファン１の回転軸線を示し、符号ＵＳは、上流の気流を概念的に示し、符号ＤＳは、下流の気流を概念的に示している。

図４に最もよく示されているように、ボス部３の筒壁３ａにおける下流端は、蓋板部３ｃによって閉塞されている。一方、ボス部３の筒壁３ａにおける上流端は、開放されており、それによって、ボス部３の内部とボス部３の外部とが連通している。

複数の翼５は、ボス部３の筒壁３ａにおける外周面３ｄから放射状に延びている。また、複数の翼５は、相互に同一形状、同一間隔で設けられているものとする。翼５は、それぞれ、外周縁５ａ、翼根元部５ｂ、前縁５ｃ、後縁５ｄ、正圧面５ｅ及び負圧面５ｆを有している。

外周縁５ａは、翼５の径方向外側の縁部であって、周方向に延びる縁部である。逆に、翼根元部５ｂは、翼５においてボス部３の外周面３ｄにつながる部分である。前縁５ｃは、外周縁５ａの前端と翼根元部５ｂの前端とをつなぐ縁部であり、プロペラファン１の回転方向前方側の縁部である。同様に、後縁５ｄは、外周縁５ａの後端と翼根元部５ｂの後端とをつなぐ縁部であり、プロペラファン１の回転方向後方側の縁部である。図示の構成では、前縁５ｃ及び後縁５ｄはともに、径方向外側にいくほど回転方向前方に位置するように湾曲している。

正圧面５ｅ及び負圧面５ｆはともに、平面的にみて、外周縁５ａ、翼根元部５ｂ、前縁５ｃ及び後縁５ｄによって画定された翼面である。正圧面５ｅ及び負圧面５ｆは相互に表裏関係に位置する。正圧面５ｅは、プロペラファン１の回転により生じる気流の下流側の翼面であり、負圧面５ｆは、当該気流の上流側の翼面である。また、図示の構成では、正圧面５ｅは、下流側に向かって凹面であり、負圧面５ｆは、上流側に向かって凸面である。

ボス部３の外周面３ｄにおける隣り合う一対の翼５の間には、２次流れ制御スリット７が設けられている。図４に最もよく示されているように、ボス部３の外周面３ｄ全体における複数の２次流れ制御スリット７のそれぞれは、ボス部３の筒壁３ａを貫通し、ボス部３の内部とボス部３の外側とを連通している。

また、図２に最もよく示されているように、複数の２次流れ制御スリット７のそれぞれは、側面視、プロペラファンの回転軸線ＲＡに対して傾いて延び、且つ、複数の翼５の翼根元部５ｂの形成方向と同じ向きに傾いて延びている。図示の構成では、２次流れ制御スリット７はそれぞれ、側面視、直線的に延びており、プロペラファンの回転方向の前方側ほど、気流の上流側に位置するように傾斜している。

次に、本実施の形態１のプロペラファンにおける送風動作について説明する。まず、図１０に基づき、本発明の特徴を有しない比較例としてのプロペラファンにおける流れを説明する。翼５５における径方向中央部では、上流側からプロペラファンに流入する気流は矢印Ｆ３で示されるように、翼５５に沿って下流側へ流れる。一方、ボス部５３の外周面上では、上流側からプロペラファンに流入する気流は矢印Ｆ４で示されるように、翼５５の正圧面５５ｅの前縁５５ｃ付近から隣の翼５５の負圧面５５ｆへ向かった後、渦を巻いて下流側へ流れる。

すなわち、翼間の径方向中央部では、翼間の気流は回転方向と逆方向に働くコリオリ力と、翼５５の正圧面５５ｅから隣の翼５５の負圧面５５ｆへの圧力勾配とがバランスしていることで、翼５５に沿った流れが形成される。しかし、上記の圧力勾配の存在はボス部５３の外周面まで及ぶのに対し、ボス部５３の外周面の境界層内では気流の相対速度が小さいため、コリオリ力が小さくなる。このため、上記の圧力勾配の影響により隣の翼の負圧面へ向かう２次流れが発生する。この２次流れが負圧面に衝突することで、渦が発生する。

これに対し、本実施の形態１では、ボス部３の上流端面が開放され、ボス部３の内部はプロペラファン１の上流側と連通しており、ボス部３の外周面上に翼間を横切るようにボス部３の内部と外部とを接続する２次流れ制御スリット７が設けられている。よって、ボス部３の内部の圧力に比べ、翼間の圧力が高い場合、図３及び図４において実線の矢印Ｆ１で示されるように、２次流れは、ボス部３の外周面３ｄ上の２次流れ制御スリット７を通ってボス部３の内部へ吸い込まれる。２次流れがボス部３の内部に吸い込まれるため、負圧面５ｆへ流れる気流を抑制でき、それによって、渦の発生による気流の乱れを抑制することができる。逆に、ボス部３の内部の圧力に比べ、翼間の圧力が低い場合には、図３及び図４において点線の矢印Ｆ２で示されるように、ボス部３の外周面３ｄ上の２次流れ制御スリット７を通りボス部３の内部から外部へと流出する気流が、発生する。この気流により、２次流れは、ボス部３の外周面３ｄ上の境界層から離れるため、負圧面５ｆへ流れる気流を抑制でき、渦の発生による気流の乱れを抑制することができる。

また、２次流れ制御スリット７は、プロペラファンの回転軸線ＲＡに対して、翼５と同じ方向に傾斜されているため、翼５と平行な気流に対しては、２次流れ制御スリット７が与える作用を小さくすることができ、そのうえで、２次流れに対しては直角になることで、上述した渦発生の抑制効果を大きくすることができる。

以上のように、実施の形態１のプロペラファンによれば、２次流れ制御スリットによって翼とボスとの接続部で発生する渦を抑制し、ファンの低騒音化を図ることができる。また、それにより、翼根元部付近の翼の反り比の設定に依存しないので、翼根元部付近までも有効に仕事をさせつつ、渦の発生も抑制することができる。

実施の形態２
図５は、本発明の実施の形態２に関し、ボス外周面のスリットの設置位置を説明する図である。図５は、ボス部３の外周面３ｄを部分的に展開した状態を示しており、当該図には、一対の翼５の翼根元部５ｂと、それらの間に位置する２次流れ制御スリット１０７とが図示されている。

図５においてみて、翼根元部５ｂの位置における、複数の前縁５ｃをつなぐ仮想線ＶＬ１と、翼根元部５ｂの位置における、複数の後縁５ｄをつなぐ仮想線ＶＬ２とを観念する。本実施の形態２では、２次流れ制御スリット１０７は、仮想線ＶＬ１と仮想線ＶＬ２との間の範囲で設けられている。なお、２次流れ制御スリット１０７における他の特徴は、上記実施の形態１の２次流れ制御スリット７と同様であってもよい。

かかる本実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様、翼とボスとの接続部で発生する渦を抑制し、ファンの低騒音化を図ることができる。特に本実施の形態２では、翼間の圧力勾配が大きく２次流れが発生しやすい範囲に２次流れ制御スリットが限定的に設けられるため、主流に対する影響を小さくしつつ、渦の発生を抑制できる。

実施の形態３
図６は、本発明の実施の形態３に関し、ボス外周面のスリットの設置位置を説明する図であり、図５と同態様の図である。図６において、図５と同様な仮想線ＶＬ１，ＶＬ２に加え、さらに、一対の隣り合う翼（翼根元部５ｂ）の周方向に関する中間位置を延びる仮想線ＶＬ３を観念する。より詳細には、仮想線ＶＬ３は、一対の隣り合う翼における一対のカンバーライン（翼厚中心線）ＣＬの周方向の中点を、一対の前縁から一対の後縁にわたって連ねて得られる線である。

本実施の形態３では、２次流れ制御スリット２０７は、仮想線ＶＬ１と仮想線ＶＬ２との間の範囲内において延び、且つ、仮想線ＶＬ３よりもプロペラファンの回転方向ＲＤでいう前方側の領域内に配置されている。なお、２次流れ制御スリット２０７における他の特徴は、上記実施の形態１の２次流れ制御スリット７と同様であってもよい。

かかる本実施の形態３においても、上記実施の形態２と同様な利点が得られる。さらに、本実施の形態３では、２次流れ制御スリット２０７が、２次流れが最も強くなる負圧面５ｆに近い位置（すなわち正圧面５ｅよりも負圧面５ｆに近い位置）に設置されているため、２次流れの抑制に対する効果が顕著に得られる。

実施の形態４
図７は、本発明の実施の形態４に関し、ボス外周面のスリットの設置位置を説明する図であり、図５と同態様の図である。図７において、図６と同様な仮想線ＶＬ１，ＶＬ２，ＶＬ３に加え、さらに、仮想線ＶＬ４，ＶＬ５を観念する。

まず、仮想線ＶＬ４は、図７においてみて、一対の仮想線ＶＬ１，ＶＬ２から等距離に位置する線であり、換言するならば、一対の仮想線ＶＬ１，ＶＬ２における、プロペラファンの回転軸線方向に関する中間位置を延びる線である。また、図７においてみて、対応する一対の翼５のうちのプロペラファンの回転方向ＲＤでいう前方側の翼５におけるカンバーライン（翼厚中心線）ＣＬと仮想線ＶＬ４との交点をＰとしたとき、対応の後方側の翼５の前縁５ｃと、対応の前方側の翼５の交点Ｐとを結ぶ線分を、仮想線ＶＬ５として観念する。

そして、本実施の形態４では、２次流れ制御スリット３０７は、仮想線ＶＬ１と仮想線ＶＬ２との間の範囲内において延び、且つ、仮想線ＶＬ３よりもプロペラファンの回転方向ＲＤでいう前方側の領域内に配置され、且つ、仮想線ＶＬ５よりもプロペラファンの回転方向ＲＤでいう後方側の領域内に配置されている。換言するならば、２次流れ制御スリット３０７は、図７においてみて、仮想線ＶＬ２と、仮想線ＶＬ３と、仮想線ＶＬ５と、対応の一対の翼５のうちのプロペラファンの回転方向ＲＤでいう前方側の翼５とによって囲まれた領域内に配置されている。なお、２次流れ制御スリット２０７における他の特徴は、上記実施の形態１の２次流れ制御スリット７と同様であってもよい。

かかる本実施の形態４においても、上記実施の形態３と同様な利点が得られる。さらに、２次流れは、後方側の翼におけるボス部接続部の前縁付近から、隣接する前方側の翼の前縁と後縁との中点付近ないし後縁にかけて、極めて発生しやすいところ、本実施の形態４では、そのように２次流れの極めて発生しやすい領域において、より集中的に、２次流れ制御スリットによる作用が得られる利点がある。

実施の形態５
図８は、本発明の実施の形態５に関し、ボス外周面のスリットの設置位置を説明する図であり、図５と同態様の図である。図８に示されるように、本実施の形態５における２次流れ制御スリット４０７は、翼５の反りと平行になるように延びている。特に、図８の２次流れ制御スリット４０７は、本実施の形態５におけるより限定的な一例であるが、上記実施の形態４の２次流れ制御スリットの配置態様（図８では、仮想線及び交点は図示省略）において、さらに、翼５の反りと平行になるように湾曲させて形成したものである。なお、本実施の形態５に関する２次流れ制御スリットは、前述した実施の形態１〜４の何れかの２次流れ制御スリットにおいて、翼の反りと平行になるように延びているものであり、必ずしも、図８の図示状態に限定されるものではない。

かかる本実施の形態５においても、少なくとも上記実施の形態１と同様な利点が得られ、さらに、２次流れ制御スリットが、翼間の気流の主流に対しても平行となるため、主流に与える影響を小さくすることができる。

実施の形態６
図９は、本発明の実施の形態６に関し、ボス外周面のスリットの設置位置を説明する図であり、図５と同態様の図である。図９に示されるように、本実施の形態６における２次流れ制御スリット５０７は、対応する一対の翼５における周方向の翼間距離Ｌに対して、Ｌ／１０以下の幅（スリット延長方向と直交する方向の寸法）で延びている。また、２次流れ制御スリット５０７のその他の構成は、前述した実施の形態１〜５の何れかの２次流れ制御スリットと同様であるものとする。

かかる本実施の形態６においても、少なくとも上記実施の形態１と同様な利点が得られ、また、２次流れ制御スリットを通過する気流が多くなることで主流に与える影響を小さくできる。

実施の形態７．
図１１は、本実施の形態７に係る室外機（送風装置）を吹出口側から見たときの斜視図であり、図１２は、上面側から室外機の構成を説明するための図である。また、図１３は、ファングリルを外した状態を示し、図１４は、さらに、前面パネル等を除去して、内部構成を示す図である。

図１１〜１４に示すように、室外機本体（ケーシング）５１は、左右一対の側面５１ａ，５１ｃ、前面５１ｂ、背面５１ｄ、上面５１ｅ並びに底面５１ｆを有する筐体として構成されている。側面５１ａ及び背面５１ｄは、外部から空気を吸込む（図１２の矢印Ａ参照）ために開口部分を有している。また、前面５１ｂにおいては、前面パネル５２に、外部に空気を吹出す（図１２の矢印Ａ参照）ための開口部分としての吹出口５３が形成されている。さらに、吹出口５３は、ファングリル５４で覆われており、それにより、物体等とプロペラファン１との接触を防止し、安全が図られている。

室外機本体５１内には、プロペラファン１が設置されている。プロペラファン１は、前述した実施の形態１〜６の何れかのプロペラファンである。プロペラファン１は、背面５１ｄ側にあるファンモータ（駆動源）６１と、回転軸６２を介して接続されており、このファンモータ６１によって回転駆動される。

室外機本体５１の内部は、仕切板（壁体）５１ｇによって、プロペラファン１が収納・設置されている送風室５６と、圧縮機６４等が設置されている機械室５７とに分けられている。送風室５６内における側面５１ａ側と背面５１ｄ側とには、平面視、略Ｌ字状に延びるような熱交換器６８が設けられている。

送風室５６に配置されたプロペラファン１の半径方向外側には、ベルマウス６３が配置されている。ベルマウス６３は、翼５の外周端よりも外側に位置し、プロペラファン１の回転方向に沿って環状をなしている。また、ベルマウス６３の一方側の側方（図１２の紙面で右方）には、仕切板５１ｇが位置し、他方側（反対方向）の側方（図１２の紙面で左方）には、熱交換器６８の一部が位置することとなる。

ベルマウス６３の前端は、吹出口５３の外周を囲むように室外機の前面パネル５２と接続している。なお、ベルマウス６３は、前面パネル５２と一体的に構成されていてもよく、あるいは、別体としてつなげられるものとして用意されていてもよい。このベルマウス６３によって、ベルマウス６３の吸込側と吹出側との間の流路が、吹出口５３近傍の風路として構成される。すなわち、吹出口３近傍の風路は、ベルマウス６３によって、送風室５６内の他の空間と区切られる。

プロペラファン１の吸込側に設けられている熱交換器６８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とを備えている。伝熱管内には、冷媒回路を循環する冷媒が流通する。本実施の形態の熱交換器６８は、伝熱管が室外機本体５１の側面５１ａと背面５１ｄとにかけてＬ字状に延び、図１４に示すように複数段の伝熱管がフィンを貫通しながら蛇行するように構成される。また、熱交換器６８は、配管６５等を介して圧縮機６４と接続し、さらに、図示省略する室内側熱交換器や膨張弁等と接続されて、空気調和装置の冷媒回路を構成する。また、機械室７には、基板箱６６が配置されており、この基板箱６６に設けられた制御基板６７によって室外機内に搭載された機器が制御されている。

かかる本実施の形態７においても、対応する上記実施の形態１〜６と同様な利点が得られる。

なお、本実施の形態７は、送風装置を含む室外機として空気調和装置の室外機を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、給湯器等の室外機として実施することも可能であり、さらに、送風を行う装置として、広く適用することができ、室外機以外の装置や設備等に適用することも可能である。

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。なお、本発明は、例えば、送風機や、空気調和機、給湯器等の室外機や、冷凍サイクルの熱交換器などに、広く適用することできる。

１ プロペラファン、３ ボス部、３ａ 筒壁、３ｄ 外周面、５ 翼、７，１０７，２０７、３０７、４０７，５０７ ２次流れ制御スリット、５１ 室外機本体（ケーシング）、６１ ファンモータ（駆動源）、６８ 熱交換器。

Claims (7)

1. 筒壁を有するボスと、
   前記ボスの前記筒壁の外周面に設けられた複数の翼とを備えたプロペラファンであって、
   前記外周面には、スリットが設けられており、
   前記スリットは、前記筒壁を貫通し前記ボスの内部と該ボスの外側とを連通しており、
   前記筒壁における下流端は、閉塞されており、該筒壁における上流端は、開放されており、
   前記スリットは、側面視、前記複数の翼の翼根元の形成方向と同じ向きに傾いて延びており、
   前記スリットは、前記複数の翼の反りと平行になるように延びている、
   プロペラファン。
2. 前記翼の翼根元の位置における、複数の前縁をつなぐ仮想線をＶＬ１とし、複数の後縁をつなぐ仮想線をＶＬ２としたとき、前記スリットは、仮想線ＶＬ１と仮想線ＶＬ２との間の範囲で設けられている、
   請求項１のプロペラファン。
3. 一対の隣り合う前記翼の中間位置を延びる仮想線をＶＬ３としたとき、前記スリットは、仮想線ＶＬ３よりもプロペラファンの回転方向でいう前方側の領域内に配置されている、
   請求項２のプロペラファン。
4. 一対の前記仮想線ＶＬ１，ＶＬ２から等距離に位置する線を仮想線ＶＬ４とし、
   対応する一対の前記翼のうちのプロペラファンの回転方向でいう前方側の前記翼におけるカンバーラインと前記仮想線ＶＬ４との交点をＰとしたときの、対応の後方側の翼の前縁と、対応の前方側の翼の前記交点Ｐとを結ぶ線分を仮想線ＶＬ５としたとき、
   前記スリットは、前記仮想線ＶＬ５よりもプロペラファンの回転方向でいう後方側の領域内に配置されている、
   請求項３のプロペラファン。
5. 前記スリットは、対応する一対の翼における周方向の翼間距離Ｌに対して、Ｌ／１０以下の幅で延びている、請求項１乃至４の何れか一項のプロペラファン。
6. 請求項１乃至５の何れか一項のプロペラファンと、
   前記プロペラファンに駆動力を付与する駆動源と、
   前記プロペラファン及び前記駆動源を収容するケーシングと
   を備えた送風装置。
7. 熱交換器と、
   請求項１乃至５の何れか一項のプロペラファンと、
   前記プロペラファンに駆動力を付与する駆動源と、
   前記プロペラファン、前記駆動源及び前記熱交換器を収容するケーシングと
   を備えた室外機。

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