JP6377172B2 - プロペラファン、プロペラファン装置および空気調和装置用室外機 - Google Patents

Description

本発明は、プロペラファン、プロペラファン装置および空気調和装置用室外機に関するものである。

従来のプロペラファン形状としては、特許文献１に開示のプロペラファン形状を挙げることができる。このプロペラファンでは、翼根元部から翼中間部に至るまで翼取付角βが徐々に減少し、その翼中間部から翼先端部にかけて翼取付角βは増加するものとなっている。これは、翼先端部の翼取付角βを大きくし、翼先端部の軸流速度を上げることにより、先端部の空気の乱れを改善し、低騒音化を図っているためである。また、翼根元部での翼取付角βを大きくしているのは、風量を大きくとるためのものである。

特許第２５９０５１４号（第７頁 図９）

上記の特許文献１に示す技術では、ファンの下流の風速分布を均一化できていないため、局所的に風速の高い領域ができ、ファンの下流にグリル等の構造物がある場合、騒音が増大するという問題があった。

本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、低騒音な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、本発明のプロペラファンは、ボスと、前記ボスに固定された翼とを備え、前記翼は、前縁の一部が、正圧面側へ突出している形状か、または、後縁の一部が、負圧面側へ突出している形状を有しており、突出の径方向の中心は、回転中心線から翼半径の半分の径方向位置よりも、径方向外側に位置している。
同目的を達成するための本発明のプロペラファン装置は、上述の本発明のプロペラファンと、ベルマウスと、ファングリルとを備え、前記ベルマウスは、平面的にみて、前記プロペラファンの送風方向の下流側の部分を包囲し、前記プロペラファンの送風方向の上流側の部分は、平面的にみて、前記ベルマウスの外にあり、前記ファングリルは、前記プロペラファンの送風方向の下流に配置されている。
さらに、同目的を達成するための本発明の空気調和装置用室外機は、上述の本発明のプロペラファンを搭載する。

本発明によれば、低騒音なプロペラファンを提供することができる。

本発明の実施の形態１の空気調和装置用室外機の正面図である。 本発明の実施の形態１の空気調和装置用室外機の内部構成を平面的に示す図である。 本発明の実施の形態１のプロペラファンの斜視図である。 比較例のプロペラファンの吹き出し風速分布を示す図である。 本発明のプロペラファンの吹き出し風速分布を示す図である。 本発明のプロペラファンの吹き出し風速分布を示すグラフである。 本発明の実施の形態２および３に関し、プロペラファンおよびその周辺部を平面的に示す図である。 本発明の実施の形態４のプロペラファンの斜視図である。 本発明の実施の形態４のプロペラファンのＬ／Ｒｔと基準化風速の最大値のグラフである。

以下、本発明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、明細書の全文および図面において共通することとして、図中、同一符号は、同一又は対応部分を示すものとする。また、複数枚有する翼に関する符号は、代表の１枚にのみ付すものとする。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の空気調和装置用室外機の正面図である。図２は、本発明の実施の形態１の空気調和装置用室外機の内部構成を平面的に示す図である。図３は、本発明の実施の形態１のプロペラファンの斜視図である。

図１〜図３に示すように、空気調和装置用室外機１００は、ケース５１を有している。ケース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、外部から空気を吸い込む（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、外部に空気を吹き出す（矢印Ａ参照）ための開口部分としての吹出口が形成されている。吹出口は、格子状のファングリル４で覆われている。

空気調和装置用室外機１００のケース５１内には、プロペラファン１、ファンモータ（駆動源）６１、ベルマウス３、熱交換器６８が収容されている。一例である、プロペラファン１は、プロペラファン１よりも背面５１ｄ側に配置されたファンモータ６１と接続されており、そのファンモータ６１の駆動力によって回転される。

熱交換器６８は、側面５１ａと背面５１ｄとの近傍に配置されており、それら側面５１ａと背面５１ｄとに沿うように平面視、略Ｌ字状に延びている。

プロペラファン１の径方向外側には、ベルマウス３が配置されている。ベルマウス３は、プロペラファン１の回転方向に沿ってループ状（リング状）をなしている。

なお、図２および図３における、矢印Ａは、空気の流れを例示しているが、あくまでも、説明上の図示であり、実際の流れを正確に示しているものではない。

プロペラファン１は、ボス１ａと、複数の翼２とを備えている。一例であるが、本実施の形態１では、プロペラファン１は、３つの翼２を備えている。

ボス１ａは、プロペラファン１における中心部を占めている。換言すれば、プロペラファン１の回転中心線ＲＣが、ボス１ａを通っている。ボス１ａの形状は、特に限定されるものではないが、例えば、円柱状や錐体状に構成することができる。

３つの翼２はそれぞれ、ボス１ａの外周面に固定されている。翼２は、平面的にみて、部分的に、ベルマウス３に包囲されている。すなわち、それぞれの翼２の下流部は、平面的にみて、ベルマウス３で包囲されたベルマウス３の内側の領域内に入っており、それぞれの翼２の上流部は、平面的にみて、ベルマウス３で包囲されたベルマウス３の内側の領域の外に出ている。つまり、それぞれの翼２の上流部は、ベルマウス３の上流端（入口端）よりも、上流側に位置している。また、ファングリル４は、プロペラファン１の下流に配置されている。

本発明として、特に限定するものではないが、本実施の形態１では、３つの翼２は、同じ形状を有しているので、以下、一つの翼２について説明する。本発明の翼としては、半径方向の内周端２３から外周端２４に至る間に、前縁２１の一部が、正圧面２ａ側へ突出している形状か、または、後縁２２の一部が、負圧面２ｂ側へ突出している形状かの、少なくとも一方の形状を有している。別の言い方をすると、翼２は、半径方向の最内周から最外周に至る間に、局部的に、前縁２１が正圧面２ａ側へ突出している形状か、または、局所的に、後縁２２が、負圧面２ｂ側へ突出している形状かの、少なくとも一方の形状を有している。図示例の翼２は、前縁２１の一部が、正圧面２ａ側へ突出している形状と、後縁２２の一部が、負圧面２ｂ側へ突出している形状との、両方の形状を有している。また、別の記述態様によれば、回転中心線ＲＣの延びる方向でみた送風方向（図３に矢印Ａで例示の方向）に関して、上述した前縁２１の一部の突出は、送風方向の下流側への突出であり、上述した後縁２２の一部の突出は、送風方向の上流側への突出である。

後述する図５に示すように、回転中心線ＲＣから翼２の外周端２４までの半径を翼半径Ｒｔとしたとき、前縁２１の突出の径方向の中心２８および後縁２２の突出の径方向の中心２８は、回転中心線ＲＣから０．５Ｒｔの径方向位置よりも、径方向外側に位置しており、すなわち、回転中心線ＲＣから翼半径の半分の径方向位置よりも、径方向外側に位置している。なお、前縁２１の突出の径方向の中心２８および後縁２２の突出の径方向の中心２８は、突出の開始半径位置（突出における径方向の最も内側の位置）２６と、突出の終了半径位置（突出における径方向の最も外側の位置）２７との間の、径方向でいうところの中央の位置を指すものとする。

また、上述した前縁２１の一部２１ａの突出から始まる部分的な前縁側突出エリア３１、および、上述した後縁２２の一部２２ａの突出から始まる部分的な後縁側突出エリア３２は、共に、回転軌跡の前後方向に延びている。

また、前縁２１の一部２１ａの突出から始まる部分的な前縁側突出エリア３１の突出高さは、前縁２１で最大であり、後縁２２に向け徐々に減少する。同様に、後縁２２の一部２２ａの突出から始まる部分的な後縁側突出エリア３２の突出高さは、後縁２２で最大であり、前縁２１に向け徐々に減少する。つまり、前縁２１の一部２１ａの突出から始まる部分的な前縁側突出エリア３１は、正圧面２ａにおいて、後縁２２に至ることなく消失しており、後縁２２の一部２２ａの突出から始まる部分的な後縁側突出エリア３２は、負圧面２ｂにおいて、前縁２１に至ることなく消失している。

また、前縁２１の一部２１ａの突出から始まる部分的な前縁側突出エリア３１および後縁２２の一部２２ａの突出から始まる部分的な後縁側突出エリア３２を通る半径位置において回転中心線ＲＣを中心とした弧状に延びる断面ラインＶで切断した弧状断面を、さらに、平面へ展開した仮想面上では、前縁２１（２１ａ）から後縁２２（２２ａ）をつなぐ翼面の曲線は、略円弧形状をなしている。

上記のような構成により得られる効果について、図４〜図６を用いて説明する。図４は、比較例のプロペラファンの吹き出し風速分布を示す図である。図５は、本発明のプロペラファンの吹き出し風速分布を示す図である。図６は、本発明のプロペラファンの吹き出し風速分布を示すグラフである。

比較例として、上述の前縁側突出エリア３１および後縁側突出エリア３２のどちらも持たない翼２’のみを備えたプロペラファンの吹き出し風速分布は、図４に示すように、翼２’の外周端２４の近傍で極大となるような風速分布を示す。翼２の内周端２３から外周端２４に向かって次第に風速が大きくなるのは、翼２’の外周側ほど翼２の運動速度が大きくなり、翼２の仕事量が増加するためであり、最も外周端２４の近傍で風速が低下するのは、翼２’の外周端２４では翼２とベルマウス３の隙間からの漏れがある事や、翼２の送風方向の上流側の一部がベルマウス３から突出しているので元々の仕事量が少ない事による。

こうした比較例のプロペラファンにおいては、プロペラファンからの吹き出し気流が、プロペラファンの下流に設置されたファングリル４を通過すると、騒音を発生するが、一般にファングリル４を気流が通過する際の騒音は、流速の６乗に比例して増大することから、プロペラファンからの吹き出し風速分布に極大部があると、大きな騒音源になってしまう。

これに対して、本発明の実施の形態１のプロペラファン１の吹き出し風速分布は、前述のように構成されていることにより、プロペラファン１からの吹き出し風速分布が極大となる領域の旋回方向の速度成分を減少させて、翼２の仕事量を効果的に減少させるとともに、相対的に翼２の内周端２３の仕事を増加させることができる。このため、図５に示すように、翼２の半径方向にわたって、より均一な吹き出し風速分布を実現でき、プロペラファン１の下流に設置されたファングリル４を通過する際に発生する騒音を低減し、プロペラファンを低騒音化できる。

また、前述したように、前縁２１の一部２１ａの突出から始まる部分的な前縁側突出エリア３１および後縁２２の一部２２ａの突出から始まる部分的な後縁側突出エリア３２を通る半径位置において回転中心線ＲＣを中心とした弧状に延びる断面ラインＶで切断した弧状断面を、さらに、平面へ展開した仮想面上において、前縁２１（２１ａ）から後縁２２（２２ａ）をつなぐ翼面の曲線が、略円弧形状をなしていることにより、流れは翼面に滑らかに沿うこととなり、これによっても、騒音源となる渦の発生を効果的に抑制でき、さらにプロペラファンの低騒音化を進めることとなっている。

また、図６では、吹き出し風速分布の比較に関し、比較例のプロペラファンと本発明の実施の形態１のプロペラファン１とを比較している。比較例のプロペラファンでは、半径比０．８付近に、風速の明らかな極大部がみられるが、本発明の実施の形態１のプロペラファンでは、半径比０．８付近の風速が、比較例のプロペラファンの場合よりも、減少しており、半径比０．６以下の翼の内周側の領域での風速が、比較例のプロペラファンの場合よりも、増加している。つまり、本発明の実施の形態１のプロペラファンでは、比較例のプロペラファンの場合のような風速の明らかな極大部は見られず、比較例のプロペラファンの場合よりも風速分布が均一化されていることが分かる。なお、半径比とは、翼半径Ｒｔ（プロペラファンの半径）を１としたときの、翼上の半径位置の比率であり、基準化風速とは、比較例のプロペラファンの吹き出し風速分布の最大値を１として基準化した風速を示す。

以上に説明したように本実施の形態１によれば、低騒音なプロペラファンおよび空気調和装置用室外機を提供することができる。

実施の形態２．
次に、図７に基づき、本発明の実施の形態２について説明する。図７は、本発明の実施の形態２に関する、プロペラファンおよびその周辺部を平面的に示す図である。なお、本実施の形態２は、以下に示す説明以外の内容については、上述した実施の形態１と同様であるものとする。

図７に示すように、本発明の実施の形態２のプロペラファンでは、前縁２１の突出および後縁２２の突出に関し、最大突出半径位置２５が、突出の開始半径位置２６と突出の終了半径位置２７との中央である突出の径方向の中心２８の径方向位置よりも、径方向の外側に位置している。

このような構成により得られる効果について説明する。図６に示したとおり、プロペラファン１の吹き出し風速分布の変化の勾配は、風速分布の極大部よりも内周側では比較的小さく、風速分布の極大部よりも外周側では比較的大きくなっていることが分かる。これに対して、本実施の形態２のような構成にすることにより、前縁２１の突出の勾配の変化および後縁２２の突出の勾配の変化が、風速分布の変化の勾配と、よりよく一致するため、プロペラファンからの吹き出し風速分布をより一層均一化でき、プロペラファンの下流に設置されたグリルを通過する際に発生する騒音を低減し、プロペラファンを低騒音化できる。

実施の形態３．
次に、図６および図７に基づき、本発明の実施の形態３について説明する。図７は、本発明の実施の形態３に関する、プロペラファンおよびその周辺部を平面的に示す図である。なお、本実施の形態３は、以下に示す説明以外の内容については、上述した実施の形態１または２と同様であるものとする。

図７に示すように、本発明の実施の形態３のプロペラファンでは、上記実施の形態２と同様、前縁２１の突出および後縁２２の突出に関し、最大突出半径位置２５が、突出の開始半径位置２６と突出の終了半径位置２７との中央である突出の径方向の中心２８の径方向位置よりも、径方向の外側に位置している。

上記に加えて、本発明の実施の形態３のプロペラファンでは、前縁２１の突出および後縁２２の突出に関し、最大突出半径位置２５が、吹き出し風速分布の極大部と略一致する位置に設けられている。すなわち、最大突出半径位置２５の位置の設定において、前縁にも後縁にも突出が設けられていない条件だけが異なる翼に関して、吹き出し風速分布を得て、その吹き出し風速分布の極大となる位置に、最大突出半径位置２５を設定する。具体的には、図６に関して前述したように、比較例のプロペラファンの吹き出し風速分布は、半径比０．８（回転中心線ＲＣから０．８Ｒｔの径方向位置）付近に風速分布の極大部があることから、前縁２１の突出および後縁２２の突出に関し、最大突出半径位置２５は、回転中心線ＲＣから０．８Ｒｔの径方向位置に設けられている。

上記のような構成によれば次のような利点が得られる。すなわち、翼２の前縁２１の突出および後縁２２の突出に関する最大突出半径位置２５において、最も風速を低減することができるので、その最も風速を低減する位置を、プロペラファン１の吹き出し風速分布の極大部と略一致させることで、プロペラファン１の吹き出し風速分布をより一層、均一化でき、プロペラファン１の下流に設置されたファングリル４を通過する際に発生する騒音を低減し、プロペラファンを低騒音化できる。

実施の形態４．
次に、図８および図９に基づき、本発明の実施の形態４について説明する。図８は、本発明の実施の形態４のプロペラファンの斜視図である。図９は、本発明の実施の形態４のプロペラファンのＬ／Ｒｔと基準化風速の最大値のグラフである。なお、本実施の形態４は、以下に示す説明以外の内容については、上述した実施の形態１〜３の何れか一つと同様であるものとする。

図８に示すように、本発明の実施の形態４のプロペラファンでは、翼２の前縁２１の突出および後縁２２の突出に関する最大突出半径位置２５の突出高さＬは、Ｌ／Ｒｔ＜０．１を満たすように、設定されている。

上記のような構成により得られる効果につき、図９を用いて説明する。図９に示すように、Ｌ／Ｒｔ＜０．１の範囲では、Ｌ／Ｒｔが大きくなるにつれ基準化風速の最大値が低減するが、Ｌ／Ｒｔ≧０．１の範囲では、基準化風速の最大値が一定となる傾向を示している。ここで、上記のように前縁２１の一部を正圧面２ａ側へ突出させたり、後縁２２の一部を負圧面２ｂ側へ突出させたりすると、当該突出部分の翼面が回転中心線ＲＣに対して垂直な面（直交する面）に近づくことになり、翼面を流れる気流の相対速度が上昇してしまうことにより、騒音の悪化要因となる可能性がある。特に、Ｌ／Ｒｔ≧０．１においては、基準化風速の最大値が一定となるため、この騒音悪化要因が支配的となり、十分な騒音低減効果が発揮されない恐れがある。これに対して、本実施の形態４では、上記のようにＬ／Ｒｔ＜０．１を満たすように、突出を設けるので、そのような騒音の悪化を回避することができ、プロペラファンのより一層の低騒音化を進めることができる。

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。

上述した実施の形態では、プロペラファンを、空気調和装置用室外機に組み入れた態様として説明しているが、本発明のプロペラファンは、これに限定されるものではない。本発明は、上述したプロペラファンと、ベルマウスと、ファングリルとを備えたプロペラファン装置として実施することができる。ベルマウスは、平面的にみて、プロペラファンの送風方向の下流側の部分を包囲し、プロペラファンの送風方向の上流側の部分は、平面的にみて、ベルマウスの外にあり、ファングリルは、プロペラファンの送風方向の下流に配置されている。そして、このようなプロペラファン装置を、熱交換器と組み合わせて実施した態様の一つが、先に説明してきた空気調和装置用室外機としての実施の形態である。よって、他の例を挙げると、本発明のプロペラファン装置は、冷凍装置等の空気調和装置以外の冷凍サイクル装置（圧縮機、凝縮器、膨張装置および蒸発器を少なくとも含む冷凍回路を備えた装置）に用いることができ、さらに、熱交換要素の具備を条件としない、換気装置、送風装置、ドライヤとして実施することも可能である。

また、本発明を実施するための最良の形態として、上記に説明した例では、翼の枚数が３枚である場合を図示しているが、本発明は、３枚以外の翼枚数の構成として実施することも可能であり、かかる構成においても、上記の優れた作用効果が得られる。

また、上述した実施の形態では、翼が、前縁の一部が正圧面側へ突出している形状と、後縁の一部が負圧面側へ突出している形状との両方を備えている態様を例示していたが、この態様は、本発明のあくまでも一例であり、本発明に関する翼は、前縁に上記の突出を有する一方、後縁に上記の突出を有しない形態であってもよく、あるいは、本発明に関する翼は、後縁に上記の突出を有する一方、前縁に上記の突出を有しない形態であってもよい。

１ プロペラファン、１ａ ボス、２ 翼、２ａ 正圧面、２ｂ 負圧面、３ ベルマウス、４ ファングリル、２１ 前縁、２２ 後縁、２４ 外周端、２５ 最大突出半径位置、２８ 突出の径方向の中心、１００ 空気調和装置用室外機。

Claims (11)

1. ボスと、
   前記ボスに固定された翼とを備え、
   前記翼は、前縁の一部が、正圧面側へ突出している形状か、または、後縁の一部が、負圧面側へ突出している形状を有しており、
   突出の径方向の中心は、回転中心線から翼半径の半分の径方向位置よりも、径方向外側に位置しており、
   突出の最大突出半径位置は、突出の径方向の中心の径方向位置よりも、径方向の外側に位置している、
   プロペラファン。
2. 前記最大突出半径位置は、吹き出し風速分布の極大部と一致する位置に設けられている、
   請求項１のプロペラファン。
3. 回転中心線から前記翼の外周端までの半径を翼半径Ｒｔとしたとき、
   突出の最大突出半径位置の突出高さＬは、Ｌ／Ｒｔ＜０．１を満たすように、設定されている、
   請求項１または２のプロペラファン。
4. 請求項１〜３の何れか一項のプロペラファンと、ベルマウスと、ファングリルとを備え、
   前記ベルマウスは、平面的にみて、前記プロペラファンの送風方向の下流側の部分を包囲し、
   前記プロペラファンの送風方向の上流側の部分は、平面的にみて、前記ベルマウスの外にあり、
   前記ファングリルは、前記プロペラファンの送風方向の下流に配置されている、
   プロペラファン装置。
5. 請求項１〜３の何れか一項のプロペラファンを搭載した、
   空気調和装置用室外機。
6. ボスと、
   前記ボスに固定された翼とを備え、
   前記翼は、前縁の一部が、正圧面側へ突出しており、且つ、後縁の一部が、負圧面側へ突出している、形状を有しており、
   突出の径方向の中心は、回転中心線から翼半径の半分の径方向位置よりも、径方向外側に位置しており、
   回転中心線から前記翼の外周端までの半径を翼半径Ｒｔとしたとき、
   突出の最大突出半径位置の突出高さＬは、Ｌ／Ｒｔ＜０．１を満たすように、設定されており、
   前記前縁の一部の突出から始まる部分的な前縁側突出エリアの突出高さは、前記前縁で最大であり、前記後縁に向け徐々に減少し、
   前記後縁の一部の突出から始まる部分的な後縁側突出エリアの突出高さは、前記後縁で最大であり、前記前縁に向けて徐々に減少する、
   プロペラファン。
7. 突出の最大突出半径位置は、突出の径方向の中心の径方向位置よりも、径方向の外側に位置している、
   請求項６のプロペラファン。
8. ボスと、
   前記ボスに固定された翼とを備え、
   前記翼は、前縁の一部が、正圧面側へ突出しており、且つ、後縁の一部が、負圧面側へ突出している、形状を有しており、
   突出の径方向の中心は、回転中心線から翼半径の半分の径方向位置よりも、径方向外側に位置しており、
   回転中心線から前記翼の外周端までの半径を翼半径Ｒｔとしたとき、
   突出の最大突出半径位置の突出高さＬは、Ｌ／Ｒｔ＜０．１を満たすように、設定されており、
   突出の最大突出半径位置は、突出の径方向の中心の径方向位置よりも、径方向の外側に位置している、
   プロペラファン。
9. 前記最大突出半径位置は、吹き出し風速分布の極大部と一致する位置に設けられている、
   請求項７または請求項８のプロペラファン。
10. 請求項６〜９の何れか一項のプロペラファンと、ベルマウスと、ファングリルとを備え、
    前記ベルマウスは、平面的にみて、前記プロペラファンの送風方向の下流側の部分を包囲し、
    前記プロペラファンの送風方向の上流側の部分は、平面的にみて、前記ベルマウスの外にあり、
    前記ファングリルは、前記プロペラファンの送風方向の下流に配置されている、
    プロペラファン装置。
11. 請求項６〜９の何れか一項のプロペラファンを搭載した、
    空気調和装置用室外機。

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