JP7113819B2 - プロペラファン及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば空気調和装置、換気装置等の冷凍サイクル装置に用いられるプロペラファン及びこのプロペラファンを備えた冷凍サイクル装置に関するものである。
従来から、プロペラファン(軸流送風機)には低騒音化が求められている。そこで、翼の形状によって、低騒音化を図るようにしたプロペラファンが種々提案されている。
例えば、特許文献1には、「ファン回転軸に取り付けられるハブに2枚の翼が設けられたプロペラファンにおいて、前記翼はファン回転中の空気流れの流出部にあたる翼後縁部に空気流れと逆方向に凹んだ略円弧状、またはV字状、あるいは多角形状の後縁凹部が設けられ、かつ一方の翼はファン回転軸を中心に180°±5°の範囲で他方の翼とほぼ点対称に配置され、翼外径寸法D1、ハブ外径寸法D2、Rm=(D1-D2)/2としたとき、0.75Rm~1.25Rmの範囲にて、翼弦線の長さL、翼間ピッチTからなるソリディティσ=L/Tが、0.3~0.55となるように翼が配置される」プロペラファンが開示されている。
特許第4467952号公報
上記の特許文献1に示す技術は、ソリディティσを0.3~0.55にすることにより、低騒音化を図るようにしたものである。しかしながら、特許文献1に示す技術においては、凹部の内周側が直線形状となっているため、正圧面から負圧面へ漏れる流れが増大してしまう。そのため、十分な低騒音化を図れていないという問題点があった。
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、正圧面から負圧面へ漏れる流れを抑制した翼形状を採用し、低騒音化を図るようにしたプロペラファン及びこのプロペラファンを備えた冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
本発明に係るプロペラファンは、軸心を中心に回転する回転軸部と、回転軸部の外周部に配設される複数枚の翼と、を有し、翼は、後縁を開放させた凹部を少なくとも1つ有し、凹部は、後縁から前縁に向かって伸びる内周側の第一辺が外周側へ湾曲しており、翼は、凹部により区切られた後縁の内周側に、下流側へ突出させた第2凸部を有し、第2凸部には、第一辺の先端である外周端側の頂点と、外周端側の頂点よりも内周側に位置する内周端側の頂点とを有するものであり、第2凸部は、外周端側の頂点が、凹部の第一辺の後縁側頂点となっており、第2凸部の外周端側の頂点と内周端側の頂点とを第2凸部の外周で結んだ線を第四辺とし、第2凸部の外周端側の頂点と内周端側の頂点とを直線的に結んだ線を第1仮想線とし、第1仮想線の中点から垂直に伸びて第四辺と接続する線を第2仮想線とし、第2凸部は、第四辺における最大突出点が、第四辺と第2仮想線との交点よりも内周側に位置しており、周端側の頂点は、回転軸部から外周側に延びた位置に設けられている。
本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、第1熱交換器、絞り装置、第2熱交換器を配管接続した冷媒回路を有し、上記のプロペラファンは、前記第1熱交換器に空気を供給するものとして、前記第1熱交換器とともに冷却ユニットに搭載されるものである。
本発明に係るプロペラファンによれば、後縁から前縁に向かって伸びる内周側の第一辺を外周側へ湾曲させた凹部を後縁に有した翼を備えているので、凹部の内周側の空気流れが第1辺の曲線形状に沿い、漏れ渦を抑制でき、低入力化及び低騒音化が実現できる。
本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、上記のプロペラファンを第1熱交換器とともに冷却ユニットに備えているので、騒音が低減したものになる。
本発明の実施の形態1に係るプロペラファンを上流側から見た概略図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの凹部を説明するための概略図である。 従来のプロペラファンを上流側から見た概略図である。 図1におけるプロペラファンのI-I断面図である。 図2におけるプロペラファンのII-II断面図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファンが搭載された冷却ユニットの構成の一例を概略的に示す概略構成図である。 本発明の実施の形態2に係るプロペラファンを上流側から見た概略図である。 本発明の実施の形態3に係るプロペラファンを上流側から見た概略図である。 本発明の実施の形態3に係るプロペラファンを上流側から見た概略図である。 本発明の実施の形態4に係るプロペラファンを上流側から見た概略図である。 本発明の実施の形態5に係るプロペラファンを上流側から見た概略図である。 本発明の実施の形態6に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路構成を概略的に示す回路構成図である。 本発明の実施の形態6に係る冷凍サイクル装置の一部を構成する冷却ユニットの構成の一例を概略的に示す概略斜視図である。 図13における冷却ユニットのIV-IV断面図である。 本発明の実施の形態6に係る冷凍サイクル装置の一部を構成する冷却ユニットの構成の別の一例を概略的に示す概略構成図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図1を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。
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100Aを上流側から見た概略図である。図2は、プロペラファン100Aの凹部8Aを説明するための概略図である。図3は、従来のプロペラファン(以下、プロペラファン100Xと称する)を上流側から見た概略図である。図1及び図2に基づいて、プロペラファン100Aについて説明する。プロペラファン100Aを説明するにあたり、適宜、図3のプロペラファン100Xと比較するものとする。なお、図2では、プロペラファン100Aの構成に相当するプロペラファン100Xの各構成には、末尾に「X」を付記し、プロペラファン100Aの構成と区別するものとする。
なお、図1では、プロペラファン100Aの翼2Aを1つだけ図示している。つまり、プロペラファン100Aは翼2Aが複数存在するものの、便宜的に、1つの翼2Aのみを図示している。また、図2では、プロペラファン100Aの翼2Aを4つ図示している。ただし、翼2Aの枚数を特に限定するものではない。さらに、翼2Aの枚数によらず凹部は翼毎に設定され、本発明の実施の形態1に係るプロペラファン100Aを実施することによる効果は翼毎に得られる。
プロペラファン100Aは、軸心RCを中心に回転するボス1と、ボス1の外周部に配設される複数枚の翼2Aとを有している。翼2Aは、内周端21、外周端22、前縁4、後縁3で囲繞されている。また、翼2Aの後縁3には、後縁3の一部を開放させた凹部8Aが形成されている。
ボス1が、本発明の「回転軸部」に相当する。
凹部8Aについて詳しく説明する。
凹部8Aを構成する内周側の一辺である、後縁3から前縁4に向かって伸びる一辺を、第一辺5Aと定義する。また、凹部8Aを構成する外周側の一辺である、後縁3から前縁4かつ内周側(内周端21側)に向かって伸びる一辺を、第二辺6Aと定義する。第一辺5Aは前縁4かつ外周側に向かって伸び、第二辺6Aは前縁4かつ内周側に向かって伸びているので、両辺は後縁3から前縁4に進んだ部分で接続する。この接続部分を接続点7Aと定義する。そして、第一辺5Aは、図1及び図2に示すように、外周側へ膨らんで湾曲した曲線形状に構成されている。
すなわち、プロペラファン100Aを軸方向の上流側から上面視した場合、凹部8Aは、第一辺5Aと第二辺6Aとを境とした空間部として形成される。また、凹部8Aは、上面視略三角形状として構成されるが、第一辺5Aが、外周側へ湾曲、つまり外周側に凸の曲線となった形状に構成されている。
更に具体的に凹部8Aを説明する。
プロペラファン100は、例えば図2に示すように、4つの翼2Aを有している。翼2Aの全部に、後縁3の一部が開放された凹部8Aが形成されている。プロペラファン100Aを上流側から上面視した場合、凹部8Aの第一辺5Aは、例えば、ボス1の同心円50の円周と重なるように形成することができる。つまり、プロペラファン100Aを上流側から上面視した場合、第一辺5Aは、ボス1の同心円50の一部の円弧を構成する。このように、第一辺5Aの形状を決定することができるため、第一辺5Aの形状の決定を簡素化することができる。
図3に示すように、プロペラファン100Xは、軸心RCを中心に回転するボス1Xと、ボス1Xの外周部に配設される複数枚の翼2Xとを有している。翼2Xは、内周端21X、外周端22X、前縁4X、後縁3Xで囲繞されている。また、翼2Xの後縁3Xには、凹部8Xが形成されている。
凹部8Xについて詳しく説明する。
凹部8Xを構成する内周側の一辺である、後縁3Xから前縁4Xかつ外周側(外周端22X側)に向かって伸びる一辺を、第一辺5Xと定義する。また、凹部8Xを構成する外周側の一辺である、後縁3Xから前縁4Xかつ内周側(内周端21X側)に向かって伸びる一辺を、第二辺6Xと定義する。第一辺5Xは前縁4Xかつ外周側に向かって伸び、第二辺6Xは前縁4Xかつ内周側に向かって伸びているので、後縁3Xから前縁4Xに進んだ部分で接続する。この接続部分を接続点7Xと定義する。
すなわち、プロペラファン100Xを軸方向の上流側から上面視した場合、凹部8Xは、第一辺5Xと第二辺6Xとを境とした空間部として形成される。また、凹部8Xは、上面視略三角形状として構成され、第一辺5X及び第二辺6Xが、直線形状に構成されている。あるいは、凹部8Xは、上面視略三角形状として構成され、第一辺5Xが、空気流れと逆方向に凹んだ円弧形状に構成されている。
プロペラファン100Aの動作を簡単に説明する。
ボス1に取り付けられているモータ(図示省略)が回転駆動することにより、図1及び図2に示す3次元立体形状の翼2Aが、ボス1ともに軸心RCを中心に矢印Aの方向に回転する。翼2Aが回転することによって紙面正面側から紙面裏側側に向けての気流(送風流)が発生する。なお、翼2Aの上流側が負圧面となり、下流側が正圧面となる。
プロペラファン100Aの効果について、プロペラファン100Xと比較しながら説明する。
プロペラファン100Xは、凹部8Xを設けることによって、凹部8Xの近傍を通る空気流れ(図3に示す矢印10X)を接続点7Xから内周側と外周側とにそれぞれそらすことができる。内周側の空気流れを矢印10-1Xで表し、外周側の空気流れを矢印10-2Xで表している。
そして、外周側の流れ(矢印10-2X)は、プロペラファン100Xの遠心力との相乗効果により、一回転時の仕事量が大きい外周側へ流れを移行でき、低入力化する。しかしながら、内周側の流れ(矢印10-1X)は、凹部8Xの内周側の直線形状に沿い切らずに剥離してしまう。そのため、剥離した流れが正圧面側から負圧面側へ向かい、漏れ渦11Xを大きくしてしまう。漏れ渦11Xが大きくなると損失も大きくなるため、入力が悪化し、かつ漏れ渦11Xが下流側に設置された物体に干渉することにより大きく騒音を発生させる。
プロペラファン100Aは、凹部8Aを設けることによって、凹部8Aの近傍を通る流れ(図1に示す矢印10)を接続点7から内周側と外周側とにそれぞれそらすことができる。内周側の空気流れを矢印10-1で表し、外周側の空気流れを矢印10-2で表している。
そして、外周側の流れ(矢印10-2)は、プロペラファン100Aの遠心力との相乗効果により、一回転時の仕事量が大きい外周側へ流れを移行でき、低入力化する。加えて、内周側の流れ(矢印10-1)は、凹部8Aの第一辺5Aを外周側へ湾曲した曲線形状としているので、正圧面側の流れが外周側へ湾曲した曲線形状に沿うことになり剥離を抑制できる。そのため、内周側の流れ(矢印10-1)において、漏れ渦11を抑制することができる。したがって、プロペラファン100Aによれば、凹部8Aによって漏れ渦11を抑制することができ、低入力化、低騒音化が実現する。
図4は、図1におけるプロペラファン100AのI-I断面図である。図5は、図2におけるプロペラファン100AのII-II断面図である。図6は、プロペラファン100Aが搭載された冷却ユニット210Bの構成の一例を概略的に示す概略構成図である。図4~図6に基づいて、プロペラファン100Aの効果について更に説明する。なお、図6に示す冷却ユニット210Bについては、実施の形態6で詳細に説明するものとする。
図4では、軸心RCを中心とする円筒断面における翼2Aのキャンバーライン33、及び、キャンバーライン33の前縁4と後縁3とを結ぶ直線の中点である翼弦中心点34を図示している。図5では、図4に示す翼弦中心点34を内周端21から外周端22まで結んだ曲線である翼弦中心線35を図示している。
漏れ渦11は、正圧面と負圧面との圧力差の大きさに寄与し、圧力差が大きいほど漏れ渦11は大きくなる。図4及び図5に示すように、翼弦中心線35が半径方向の凹部8Aを除いた領域で下流側に凸となるようなプロペラファン100Aは、回転時に正圧面側の圧力上昇が大きい傾向にある。そのため、正圧面と負圧面との圧力差が大きくなり、漏れ渦11が大きくなる。そこで、プロペラファン100Aでは凹部8Aを設け、漏れ渦11を抑制することを可能にしているので、効果が大きい。
図6に示すように、冷却ユニット210Bは、例えば熱源側ユニット(室外ユニット)として利用される。冷却ユニット210Bは、外郭を構成する筐体204Bを有している。筐体204Bの内部には、セパレータ250が設けられ、プロペラファン100Aが設置される送風機室252と、圧縮機211などが設置される機械室251と、が区画形成されている。また、送風機室252には、プロペラファン100Aを駆動するモータ206、第1熱交換器205が設置されている。さらに、プロペラファン100Aの周囲にはベルマウス255が設置されている。
図6に示すように、プロペラファン100Aを側面から見たときに、ベルマウス255とプロペラファン100Aとの重なる領域が大きくなるように両者を配置した場合、両者が重なる領域では正圧面側の圧力上昇が大きくなる。そのため、漏れ渦11が大きくなってしまう。そこで、ベルマウス255とプロペラファン100Aとの重なる領域が大きくなるように両者が配置されたとしても、プロペラファン100Aには凹部8Aが設けられているので、漏れ渦11を抑制することが可能になり、効果が大きい。
なお、凹部8Aの個数、凹部8Aを構成する第一辺5Aの長さ、第二辺6Aの長さ、接続点7Aにおける第一辺5Aと第二辺6Aとがなす角度等を特に限定するものではなく、適宜設定できるものとする。
また、第一辺5Aの形状について図2を基に示したが、第一辺5Aの曲率等を図2の内容に限定するものではない。
また、第一辺5Aが、後縁3から前縁4に向かって伸びる場合を例に示したが、第一辺5Aの形状によっては第一辺5Aが後縁3から前縁4かつ外周側(外周端22側)に向かって伸びることも考えられる。
さらに、第二辺6Aは、直線であってもよく、曲線であってもよい。
実施の形態1では、回転軸部の一例としてボス1を備えたプロペラファン100Aを示したが、プロペラファン100Aを、いわゆる翼一体型のプロペラファンとして構成してもよい。翼一体型のプロペラファンは、モータ等の駆動源の回転軸に接続される回転軸部(回転中心)と、該回転軸部の外周側に設けられた複数の羽根と、を備え、隣接する羽根が前縁部と後縁部とで接続されて構成されている。つまり、翼一体型のプロペラファンは、隣接する羽根をボス部を介さず連続面で接続する構成となる。この場合、回転中心となる回転軸部が、本発明の「回転軸部」に相当する。なお、翼一体型のプロペラファンとして構成することは、以下の実施の形態でも同様である。
実施の形態2.
図7は、本発明の実施の形態2に係るプロペラファン100Bを上流側から見た概略図である。図7に基づいて、プロペラファン100Bについて説明する。
なお、実施の形態2では実施の形態1との相違点を中心に説明し、実施の形態1と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
実施の形態2では、プロペラファン100Bの翼2Bが、実施の形態1に係るプロペラファン100Aの翼2Aと相違している。
なお、図7では、プロペラファン100Bの翼2Bを1つだけ図示している。つまり、プロペラファン100Bは翼2Bが複数存在するものの、便宜的に、1つの翼2Bのみを図示している。そして、翼2Bの枚数を特に限定するものではない。さらに、翼2Bの枚数によらず凹部は翼毎に設定され、本発明の実施の形態2に係るプロペラファン100Bを実施することによる効果は翼毎に得られる。
プロペラファン100Bは、軸心RCを中心に回転するボス1と、ボス1の外周部に配設される複数枚の翼2Bとを有している。翼2Bは、内周端21、外周端22、前縁4、後縁3で囲繞されている。また、翼2Bの後縁3には、後縁3の一部を開放させた凹部8Bが形成されている。
凹部8Bについて詳しく説明する。
凹部8Bを構成する内周側の一辺である、後縁3から前縁4に向かって伸びる一辺を、第一辺5Bと定義する。また、凹部8Bを構成する外周側の一辺である、後縁3から前縁4かつ内周側(内周端21側)に向かって伸びる一辺を、第二辺6Bと定義する。さらに、凹部8Bを構成する前縁側の一辺を第三辺12と定義する。この第三辺12は、第一辺5Bの前縁側頂点と第二辺6Bの前縁側頂点を結ぶ一辺である。そして、第一辺5Bは、図7に示すように、外周側へ湾曲した曲線形状に構成されている。
すなわち、プロペラファン100Bを軸方向の上流側から上面視した場合、凹部8Bは、第一辺5Bと第二辺6Bと第三辺12を境とした空間部として形成される。また、凹部8Bは、上面視略四角形状(例えば、平行四辺形状又は台形状)として構成されるが、第一辺5Bが、外周側へ湾曲、つまり外周側に凸の曲線となった形状に構成されている。
プロペラファン100Bの効果について説明する。
例えば、プロペラファンの後縁に、内周側が直線である上面視略平行四辺形状の凹部を形成したとすると、内周側の負荷を減らし、一回転時の最も仕事量の大きい外周側の負荷を相対的に増加させるため、低入力化することになる。しかし、このような凹部では、図3で示した凹部8Xと同様に、内周側の空気の流れが、内周側の直線形状に沿い切らずに剥離してしまう。そのため、このような凹部では、上述した従来のプロペラファン100Xと同様に、低入力化及び低騒音化が効率的に実現できない。
それに対し、プロペラファン100Bは、凹部8Bを設けることによって、凹部8Bの内周側の空気流れ(矢印10-1)は、凹部8Bの第一辺5Bを外周側へ湾曲した曲線形状としているので、正圧面側の流れが外周側へ湾曲した曲線形状に沿うことになり剥離を抑制できる。そのため、内周側の流れ(矢印10-1)において、漏れ渦11を抑制することができる。したがって、プロペラファン100Bによれば、実施の形態1に係るプロペラファン100Aと同様に、凹部8Bによって漏れ渦11を抑制することができ、低入力化、低騒音化が実現する。
なお、凹部8Bの個数、凹部8Bを構成する第一辺5Bの長さ、第二辺6Bの長さ、第三辺12の長さ、第一辺5Aと第三辺12とがなす角度、第二辺6Aと第三辺12とがなす角度等を特に限定するものではなく、適宜設定できるものとする。
また、第一辺5Bの形状について、第一辺5Aと同様に図2のように決定することができるものとするが、第一辺5Bの曲率等を特に限定するものではない。
また、第一辺5Bが、後縁3から前縁4に向かって伸びる場合を例に示したが、第一辺5Bの形状によっては第一辺5Bが後縁3から前縁4かつ外周側(外周端22側)に向かって伸びることも考えられる。
さらに、第二辺6Bは、直線であってもよく、曲線であってもよい。
実施の形態3.
図8及び図9は、本発明の実施の形態3に係るプロペラファン100Eを上流側から見た概略図である。図8及び図9に基づいて、プロペラファン100Eについて説明する。
なお、実施の形態4では実施の形態1、2との相違点を中心に説明し、実施の形態1、2と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
実施の形態3では、プロペラファン100Eの翼2Eが、実施の形態1に係るプロペラファン100Aの翼2Aと相違している。
なお、図8では、プロペラファン100Eの翼2Eを1つだけ図示している。つまり、プロペラファン100Eは翼2Eが複数存在するものの、便宜的に、1つの翼2Eのみを図示している。そして、翼2Eの枚数を特に限定するものではない。さらに、翼2Eの枚数によらず凹部は翼毎に設定され、本発明の実施の形態3に係るプロペラファン100Eを実施することによる効果は翼毎に得られる。
プロペラファン100Eは、軸心RCを中心に回転するボス1と、ボス1の外周部に配設される複数枚の翼2Eとを有している。翼2Eは、内周端21、外周端22、前縁4、後縁3で囲繞されている。また、翼2Eの後縁3には、後縁3の一部を開放させた凹部8Eが形成されている。さらに、凹部8Eを構成する内周側の一辺にと凸部(第1凸部)30が形成されている。
凹部8E及び凸部30について詳しく説明する。
凹部8Eを構成する内周側の一辺である、後縁3から前縁4に向かって伸びる一辺を、第一辺5Eと定義する。また、凹部8Eを構成する外周側の一辺である、後縁3から前縁4かつ内周側(内周端21側)に向かって伸びる一辺を、第二辺6Eと定義する。第一辺5Eは前縁4かつ外周側に向かって伸び、第二辺6Eは前縁4かつ内周側に向かって伸びているので、両辺は後縁3から前縁4に進んだ部分で接続する。この接続部分を接続点7Eと定義する。そして、第一辺5Eは、図8に示すように、外周側へ湾曲した曲線形状に構成されている。
すなわち、プロペラファン100Eを軸方向の上流側から上面視した場合、凹部8Eは、第一辺5Eと第二辺6Eとを境とした空間部として形成される。また、凹部8Eは、上面視略三角形状として構成されるが、第一辺5Eが、外周側へ湾曲、つまり外周側に凸の曲線となった形状に構成されている。なお、凹部8Eは、実施の形態1で説明した凹部8Aと基本的に同じである。
凸部30は、図8に示すように、凹部8Eの第一辺5Eの一部を外周端22側に突出させて形成されている。また、凸部30は、プロペラファン100Eを軸方向の上流側から上面視した場合、長方形状に構成されている。なお、図8では、凸部30が1つ設置されている状態を例に示している。
プロペラファン100Eの効果について説明する。
プロペラファン100Eでは、第一辺5Eが外周側へ湾曲した曲線形状の凹部8Eを有し、凹部8Eの第一辺5Eに凸部30を形成したことにより、第一辺5Eに、第一辺5Eと第一辺5Eの円弧形状に沿って接続点7Eから生じる漏れ渦11との間に幅を有する領域が形成できることになる。その領域により、漏れ渦11の生成への寄与が小さくなる。
そのため、プロペラファン100Eによれば、プロペラファン100Eから下流へ流れる漏れ渦11を抑制でき、低騒音化が実現する。
なお、凹部8Eの個数、凹部8Eを構成する第一辺5Eの長さ、第二辺6Eの長さ、接続点7Eにおける第一辺5Eと第二辺6Eとがなす角度、凸部30の個数、大きさ、形状、第四辺13-3の曲率等を特に限定するものではなく、適宜設定できるものとする。
例えば、図9に示すように、凸部30を、前縁側凸部30a、後縁側凸部30bの複数で構成し、それぞれの外周を曲線としてもよい。なお、凸部30を複数で構成する場合、それぞれを同じ形状、大きさとしてもよく、それぞれを異なる形状、大きさとしてもよい。
また、第一辺5Eの形状について、第一辺5Aと同様に図2のように決定することができるものとするが、第一辺5Eの曲率等を特に限定するものではない。
また、凸部30を実施の形態2で説明した凹部8Bと組み合わせてもよい。
また、第一辺5Eが、後縁3から前縁4に向かって伸びる場合を例に示したが、第一辺5Eの形状によっては第一辺5Eが後縁3から前縁4かつ外周側(外周端22側)に向かって伸びることも考えられる。
さらに、第二辺6Eは、直線であってもよく、曲線であってもよい。
実施の形態4.
図10は、本発明の実施の形態4に係るプロペラファン100Cを上流側から見た概略図である。図10に基づいて、プロペラファン100Cについて説明する。
なお、実施の形態4では実施の形態1、2との相違点を中心に説明し、実施の形態1、2と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
実施の形態4では、プロペラファン100Cの翼2Cが、実施の形態1に係るプロペラファン100Aの翼2Aと相違している。
なお、図10では、プロペラファン100Cの翼2Cを1つだけ図示している。つまり、プロペラファン100Cは翼2Cが複数存在するものの、便宜的に、1つの翼2Cのみを図示している。そして、翼2Cの枚数を特に限定するものではない。さらに、翼2Cの枚数によらず凹部は翼毎に設定され、本発明の実施の形態4に係るプロペラファン100Cを実施することによる効果は翼毎に得られる。
プロペラファン100Cは、軸心RCを中心に回転するボス1と、ボス1の外周部に配設される複数枚の翼2Cとを有している。翼2Cは、内周端21、外周端22、前縁4、後縁3で囲繞されている。また、翼2Cの後縁3には、後縁3の一部を開放させた凹部8C、及び凸部(第2凸部)13が形成されている。
凹部8C及び凸部13について詳しく説明する。
凹部8Cを構成する内周側の一辺である、後縁3から前縁4に向かって伸びる一辺を、第一辺5Cと定義する。また、凹部8Cを構成する外周側の一辺である、後縁3から前縁4かつ内周側(内周端21側)に向かって伸びる一辺を、第二辺6Cと定義する。第一辺5Cは前縁4かつ外周側に向かって伸び、第二辺6Cは前縁4かつ内周側に向かって伸びているので、両辺は後縁3から前縁4に進んだ部分で接続する。この接続部分を接続点7Cと定義する。そして、第一辺5Cは、図10に示すように、外周側へ湾曲した曲線形状に構成されている。
すなわち、プロペラファン100Cを軸方向の上流側から上面視した場合、凹部8Cは、第一辺5Cと第二辺6Cとを境とした空間部として形成される。また、凹部8Cは、上面視略三角形状として構成されるが、第一辺5Cが、外周側へ湾曲、つまり外周側に凸の曲線となった形状に構成されている。なお、凹部8Cは、実施の形態1で説明した凹部8Aと基本的に同じである。
凸部13の外周端22側の頂点を頂点13-1と定義し、凸部13の内周端21側の頂点を頂点13-2と定義する。
凸部13は、図10に示すように、凹部8Cにより区切られた後縁3の内周側(内周端21側)において、頂点13-1が凹部8Cの第一辺5Cの後縁側頂点となっており、頂点13-2が後縁3の頂点13-1よりも内周側と接続し、頂点13-1と頂点13-2とを凸部13の外周で接続する辺(第四辺13-3)を下流側へ突出させて構成される。
プロペラファン100Cの効果について説明する。
例えば、プロペラファンの後縁の一部に、下流側に突出する凸部を形成したとすると、凸部を形成した領域の仕事量が増加する。そのため、凸部を通過する空気の流れが周囲の流れより相対的に増速することになる。凸部を通過する空気の流れが増速すると、その周囲の流れが誘引されるという効果が得られる。
ところで、プロペラファンの後縁に、内周側が直線である上面視略三角形状又は平行四辺形状の凹部を形成し、この凹部の内周側の漏れ抑制を狙いとして、凹部により区切られた後縁の内周側に凸部を形成したとすると、内周側の空気の流れが、内周側の直線形状に沿い切らずに剥離してしまうため、凸部を設けても内周側の流れを誘引する効果があまり得られない。
それに対し、プロペラファン100Cは、第一辺5Cが外周側へ湾曲した曲線形状の凹部8Cを有し、凹部8Cにより区切られた後縁3の内周側に凸部13を形成しているので、凹部8Cの内周側の空気流れ外周側へ湾曲した曲線形状に沿うことになり、凸部13による誘引効果が得られやすくなる。そのため、漏れ渦11の発生をより抑制することができる。したがって、プロペラファン100Cによれば、実施の形態1に係るプロペラファン100Aによる効果に加え、凸部13によって漏れ渦11をより抑制することができ、低入力化、低騒音化が更に実現する。
なお、凹部8Cの個数、凹部8Cを構成する第一辺5Cの長さ、第二辺6Cの長さ、接続点7Cにおける第一辺5Cと第二辺6Cとがなす角度、凸部13の大きさ、凸部13の形状、第四辺13-3の曲率等を特に限定するものではなく、適宜設定できるものとする。
また、第一辺5Cの形状について、第一辺5Aと同様に図2のように決定することができるものとするが、第一辺5Cの曲率等を特に限定するものではない。
また、凸部13を、実施の形態2で説明した凹部8B、実施の形態3で請求項した凹部8Eの少なくともいずれかと組み合わせてもよい。
また、第一辺5Cが、後縁3から前縁4に向かって伸びる場合を例に示したが、第一辺5Cの形状によっては第一辺5Cが後縁3から前縁4かつ外周側(外周端22側)に向かって伸びることも考えられる。
さらに、第二辺6Cは、直線であってもよく、曲線であってもよい。
実施の形態5.
図11は、本発明の実施の形態5に係るプロペラファン100Dを上流側から見た概略図である。図11に基づいて、プロペラファン100Dについて説明する。
なお、実施の形態5では実施の形態1~3との相違点を中心に説明し、実施の形態1~3と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。
実施の形態5では、プロペラファン100Dの翼2Dが、実施の形態1に係るプロペラファン100Aの翼2Aと相違している。
なお、図11では、プロペラファン100Dの翼2Dを1つだけ図示している。つまり、プロペラファン100Dは翼2Dが複数存在するものの、便宜的に、1つの翼2Dのみを図示している。そして、翼2Dの枚数を特に限定するものではない。さらに、翼2Dの枚数によらず凹部は翼毎に設定され、本発明の実施の形態5に係るプロペラファン100Dを実施することによる効果は翼毎に得られる。
プロペラファン100Dは、軸心RCを中心に回転するボス1と、ボス1の外周部に配設される複数枚の翼2Dとを有している。翼2Dは、内周端21、外周端22、前縁4、後縁3で囲繞されている。また、翼2Dの後縁3には、後縁3の一部を開放させた凹部8D、及び凸部13Aが形成されている。
凹部8D及び凸部13Aについて詳しく説明する。
凹部8Dを構成する内周側の一辺である、後縁3から前縁4に向かって伸びる一辺を、第一辺5Dと定義する。また、凹部8Dを構成する外周側の一辺である、後縁3から前縁4かつ内周側(内周端21側)に向かって伸びる一辺を、第二辺6Dと定義する。第一辺5Dは前縁4かつ外周側に向かって伸び、第二辺6Dは前縁4かつ内周側に向かって伸びているので、両辺は後縁3から前縁4に進んだ部分で接続する。この接続部分を接続点7Dと定義する。そして、第一辺5Dは、図11に示すように、外周側へ湾曲した曲線形状に構成されている。
すなわち、プロペラファン100Dを軸方向の上流側から上面視した場合、凹部8Dは、第一辺5Dと第二辺6Dとを境とした空間部として形成される。また、凹部8Dは、上面視略三角形状として構成されるが、第一辺5Dが、外周側へ湾曲、つまり外周側に凸の曲線となった形状に構成されている。なお、凹部8Dは、実施の形態1で説明した凹部8Aと基本的に同じである。
凸部13Aの外周端22側の頂点を頂点13A-1と定義し、凸部13Aの内周端21側の頂点を頂点13A-2と定義する。
凸部13Aは、図11に示すように、凹部8Dにより区切られた後縁3の内周側(内周端21側)において、頂点13A-1が凹部8Dの第一辺5Dの後縁側頂点となっており、頂点13A-2が後縁3の頂点13A-1よりも内周側と接続し、頂点13A-1と頂点13-2Aとを凸部13Aの外周で接続する辺(第四辺13A-3)を下流側へ突出させて構成される。
また、頂点13A-1と頂点13A-2とを直線的に結んだ線を第1仮想線15と定義する。第1仮想線15の中点から垂直に伸びて第四辺13A-3と接続する線を第2仮想線16と定義する。第四辺13A-3と第2仮想線16との交点を交点17と定義する。
そして、凸部13Aは、凸部13Aの第四辺13A-3における最大突出点14が、交点17よりも内周側に位置するように構成される。
プロペラファン100Dの効果について説明する。
実施の形態4の凸部13と同様に、凸部13Aには周囲の流れを誘引するという作用がある。加えて、凸部13Aを通過する空気の流れは、凸部13Aの下流側に最も突出した点、つまり最大突出点14に集中する。そのため、最大突出点14を交点17よりも内周側に設けることにより、凹部8Dの内周側の流れを内周側へより誘引できるという効果が得られる。つまり、プロペラファン100Dによれば、実施の形態4に係るプロペラファン100Cによる効果に加え、凸部13Aによって漏れ渦11をより抑制することができ、低入力化、低騒音化が更に実現する。
なお、凹部8Dの個数、凹部8Dを構成する第一辺5Dの長さ、第二辺6Dの長さ、接続点7Dにおける第一辺5Dと第二辺6Dとがなす角度、凸部13Aの大きさ、凸部13Aの形状、第四辺13A-3の曲率等を特に限定するものではなく、適宜設定できるものとする。
また、第一辺5Dの形状について、第一辺5Aと同様に図2のように決定することができるものとするが、第一辺5Dの曲率等を特に限定するものではない。
また、凸部13Aを実施の形態2で説明した凹部8Bと組み合わせてもよい。
また、第一辺5Dが、後縁3から前縁4に向かって伸びる場合を例に示したが、第一辺5Dの形状によっては第一辺5Dが後縁3から前縁4かつ外周側(外周端22側)に向かって伸びることも考えられる。
さらに、第二辺6Dは、直線であってもよく、曲線であってもよい。
実施の形態6.
図12は、本発明の実施の形態6に係る冷凍サイクル装置200の冷媒回路構成を概略的に示す回路構成図である。図13は、冷凍サイクル装置200の一部を構成する冷却ユニット210(以下、冷却ユニット210Aと称する)の構成の一例を概略的に示す概略斜視図である。図14は、図13における冷却ユニットのIV-IV断面図である。図15は、冷凍サイクル装置200の一部を構成する冷却ユニット210(以下、冷却ユニット210Bと称する)の構成の別の一例を概略的に示す概略構成図である。図12~図15に基づいて、冷凍サイクル装置200について説明する。
<冷凍サイクル装置200の冷媒回路構成>
冷凍サイクル装置200は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うものであり、実施の形態1~4に係るプロペラファンを冷却ユニット210(冷却ユニット210A、冷却ユニット210B)に備えるようにしたものである。なお、実施の形態6では、実施の形態1に係るプロペラファン100Aを備えた場合を例に説明する。
冷凍サイクル装置200は、圧縮機211と、第1熱交換器205と、絞り装置213と、第2熱交換器221と、を有している。
そして、冷凍サイクル装置200は、圧縮機211、第1熱交換器205、絞り装置213、第2熱交換器221が、冷媒配管216によって配管接続され、冷媒回路が形成されている。
(圧縮機211)
圧縮機211は、冷媒を高温、高圧に圧縮して吐出するものである。圧縮機211は、例えば、インバータ圧縮機などで構成することができる。例えば、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機、往復圧縮機等を圧縮機211として採用することができる。
(第1熱交換器205)
第1熱交換器205は、凝縮器(放熱器)として機能し、圧縮機211から吐出された冷媒を凝縮させて高圧液冷媒にするものである。第1熱交換器205は、上流側が圧縮機211に接続され、下流側が絞り装置213に接続されている。第1熱交換器205は、例えば、フィン・アンド・チューブ型熱交換器等で構成することができる。第1熱交換器205には、第1熱交換器205に空気を供給するプロペラファン100Aが付設されている。
(絞り装置213)
絞り装置213は、第1熱交換器205を経由した冷媒を膨張させて減圧するものである。絞り装置213は、例えば開度が調整でき冷媒の流量を調整可能な電動膨張弁等で構成するとよい。なお、絞り装置213としては、電動膨張弁だけでなく、受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁、または、キャピラリーチューブ等を適用することも可能である。絞り装置213は、上流側が第1熱交換器205に接続され、下流側が第2熱交換器221に接続されている。
(第2熱交換器221)
第2熱交換器221は、蒸発器として機能し、絞り装置213で減圧された冷媒を蒸発させてガス冷媒にするものである。第2熱交換器221は、上流側が絞り装置213に接続され、下流側が圧縮機211に接続されているものである。第2熱交換器221は、例えば、フィン・アンド・チューブ型熱交換器等で構成することができる。第2熱交換器221には、第2熱交換器221に空気を供給するプロペラファン等のファン222が付設されている。
(冷却ユニット210)
圧縮機211、第1熱交換器205、プロペラファン100Aは、冷却ユニット210に搭載される。
(利用側ユニット220)
絞り装置213、第2熱交換器221、ファン222は、利用側ユニット220に搭載される。なお、絞り装置213を、利用側ユニット220ではなく、冷却ユニット210に搭載してもよい。
(その他)
圧縮機211の吐出側に冷媒流路を切り替える流路切替装置を設けて、第1熱交換器205を蒸発器として機能させ、第2熱交換器221を凝縮器として機能させてもよい。
なお、流路切替装置は、例えば四方弁、2つの二方弁又は三方弁を組み合わせたもので構成することができる。
<冷凍サイクル装置200の動作>
次に、冷凍サイクル装置200の動作について、冷媒の流れとともに説明する。
圧縮機211を駆動させることによって、圧縮機211から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出する。圧縮機211から吐出した高温高圧のガス冷媒は、第1熱交換器205に流れ込む。第1熱交換器205では、流れ込んだ高温高圧のガス冷媒と、プロペラファン100Aによって供給される空気との間で熱交換が行われて、高温高圧のガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒になる。
第1熱交換器205から送り出された高圧の液冷媒は、絞り装置213によって、低圧のガス冷媒と液冷媒との二相状態の冷媒になる。二相状態の冷媒は、第2熱交換器221に流れ込む。第2熱交換器221では、流れ込んだ二相状態の冷媒と、ファン222によって供給される空気との間で熱交換が行われて、二相状態の冷媒のうち液冷媒が蒸発して低圧のガス冷媒となる。第2熱交換器221から送り出された低圧のガス冷媒は、圧縮機211に流れ込み、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となって、再び圧縮機211から吐出する。以下、このサイクルが繰り返される。
<冷却ユニット210A>
図13及び図14に示すように、冷却ユニット210Aは、電車等の車両に搭載されることを想定したものであり、ベース201と、プロペラファン100Aと、筐体204Aと、モータ206と、第1熱交換器205と、を有している。
ベース201は、冷却ユニット210Aの底部(モータ206の設置面)及び側部を構成するものである。
筐体204Aは、少なくともプロペラファン100Aを囲繞するようにベース201に設けられ、吐き出し部202及び吸い込み部203を有している。
吐き出し部202は、ベース201の法線方向上向きを正とするz軸及びそれに垂直な方向をx軸と定義したとき、z>0となるz軸平面内に設けられている。つまり、プロペラファン100Aの上方における開口部分が、空気の流出口となる吐き出し部202として機能する。
吸い込み部203は、ベース201のx軸方向に対向するように設けられている。つまり、第1熱交換器205の配置位置における開口部分が、空気の流入口となる吸い込み部203として機能する。
第1熱交換器205は、図示省略の冷媒配管を導通する冷媒とプロペラファン100Aにより供給される空気との間で熱交換を行うものであり、一対が吸い込み部203に近接するように筐体204Aに配置されている。
プロペラファン100Aは、吐き出し部202の上流にz軸の正の向きに気流が吐き出されるように筐体204Aのz軸上に配設されている。具体的には、プロペラファン100Aは、吐き出し部202の直下に設けられるとよい。そして、プロペラファン100Aは、吸い込み部203を介してベース201内に空気を取り込み、吐き出し部202を介してベース201内から外部に空気を吹き出すものである。
モータ206は、プロペラファン100Aを支持するとともに、プロペラファン100Aを駆動させるものである。
例えば、冷却ユニット210Aでは、ベース201内部の空気の流れは、図14に示すような気流S1となる。ただし、プロペラファン100Aの空気の吹き出し方向を逆にすることにより、ベース201内部の空気の流れは、気流S1とは逆向きになる。この場合、吐き出し部202と吸い込み部203の機能も逆転する。
<冷却ユニット210B>
図15に示すように、冷却ユニット210Bは、熱源側ユニット(室外ユニット)として利用されることを想定したものであり、外郭を構成する筐体204Bと、筐体204Bの内部に設置されるプロペラファン100Aと、筐体204Bの内部に設置されるモータ206と、筐体204Bの内部に設置される第1熱交換器205と、図12に示した圧縮機211などを有している。
筐体204Bは、少なくとも2面(たとえば、側面及び背面)に空気吸込口を有し、箱型に構成されている。また、筐体204Bの内部にはセパレータ250が設けられ、プロペラファン100Aが設置される送風機室252と、圧縮機211などが設置される機械室251とが、区画形成されている。
第1熱交換器205は、筐体204Bの空気吸込口に対応する側面及び背面に位置するように上面視L字形状に構成されている。
なお、筐体204Bの前面には、空気が流れる開口部が開口形成されている。
また、プロペラファン100Aは、筐体204Bの内部に設置されるモータ206によって回転駆動される。
以上のように、冷凍サイクル装置200は、実施の形態1~4のいずれかに係るプロペラファンを冷却ユニット210に備えているため、第一辺が外周側へ湾曲した曲線形状の凹部をプロペラファンの後縁3が形成されているので、第一辺における空気の流れの剥離を抑制でき、漏れ渦の発生を低減できる。よって、冷凍サイクル装置200によれば、実施の形態1~4のいずれかに係るプロペラファンを備えたことにより、低入力化及び低騒音化を実現できる。
1 ボス、1X ボス、2A 翼、2B 翼、2C 翼、2D 翼、2E 翼、2X 翼、3 後縁、3X 後縁、4 前縁、4X 前縁、5A 第一辺、5B 第一辺、5C 第一辺、5D 第一辺、5E 第一辺、5X 第一辺、6A 第二辺、6B 第二辺、6C 第二辺、6D 第二辺、6E 第二辺、6X 第二辺、7 接続点、7A 接続点、7C 接続点、7D 接続点、7E 接続点、7X 接続点、8A 凹部、8B 凹部、8C 凹部、8D 凹部、8E 凹部、8X 凹部、10 空気流れ、10-1 空気流れ、10-1X 空気流れ、10-2 空気流れ、10-2X 空気流れ、10X 空気流れ、11 漏れ渦、11X 漏れ渦、12 第三辺、13 凸部(第2凸部)、13-1 頂点、13-2 頂点、13-2A 頂点、13-3 第四辺、13A 凸部、13A-1 頂点、13A-2 頂点、13A-3 第四辺、14 最大突出点、15 第1仮想線、16 第2仮想線、17 交点、21 内周端、21X 内周端、22 外周端、22X 外周端、30 凸部(第1凸部)、30a 前縁側凸部、30b 後縁側凸部、33 キャンバーライン、34 翼弦中心点、35 翼弦中心線、50 同心円、100A プロペラファン、100B プロペラファン、100C プロペラファン、100D プロペラファン、100E プロペラファン、100X プロペラファン、200 冷凍サイクル装置、201 ベース、202 吐き出し部、203 吸い込み部、204A 筐体、204B 筐体、205 第1熱交換器、206 モータ、210 冷却ユニット、210A 冷却ユニット、210B 冷却ユニット、211 圧縮機、213 絞り装置、216 冷媒配管、220 利用側ユニット、221 第2熱交換器、222 ファン、250 セパレータ、251 機械室、252 送風機室、255 ベルマウス、A 回転方向、RC 軸心、S1 気流。

Claims (6)

  1. 軸心を中心に回転する回転軸部と、
    前記回転軸部の外周部に配設される複数枚の翼と、を有し、
    前記翼は、
    後縁を開放させた凹部を少なくとも1つ有し、
    前記凹部は、
    後縁から前縁に向かって伸びる内周側の第一辺が外周側へ湾曲しており、
    前記翼は、
    前記凹部により区切られた後縁の内周側に、下流側へ突出させた第2凸部を有し、前記第2凸部には、前記第一辺の先端である外周端側の頂点と、前記外周端側の頂点よりも内周側に位置する内周端側の頂点とを有するものであり、
    前記第2凸部は、
    前記外周端側の頂点が、前記凹部の前記第一辺の後縁側頂点となっており、
    前記第2凸部の外周端側の頂点と内周端側の頂点とを前記第2凸部の外周で結んだ線を第四辺とし、
    前記第2凸部の外周端側の頂点と内周端側の頂点とを直線的に結んだ線を第1仮想線とし、
    前記第1仮想線の中点から垂直に伸びて前記第四辺と接続する線を第2仮想線とし、
    前記第2凸部は、
    前記第四辺における最大突出点が、
    前記第四辺と前記第2仮想線との交点よりも内周側に位置しており、
    記内周端側の頂点は、前記回転軸部から外周側に延びた位置に設けられている
    プロペラファン。
  2. 軸方向の上流側から上面視した状態において、
    前記第一辺は、
    前記回転軸部の同心円の一部の円弧を構成する
    請求項1に記載のプロペラファン。
  3. 前記凹部は、
    前記第一辺と、
    後縁から前縁かつ内周側に向かって伸びる外周側の第二辺と、
    前記第一辺と前記第二辺とが前縁側で接続する接続点と、を有する上面視略三角形状に構成されている
    請求項1又は2に記載のプロペラファン。
  4. 前記凹部は、
    前記第一辺と、
    後縁から前縁かつ内周側に向かって伸びる外周側の第二辺と、
    前記第一辺の前縁側頂点と前記第二辺の前縁側頂点とを結ぶ第三辺と、を有する上面視略四角形状に構成されている
    請求項1又は2に記載のプロペラファン。
  5. 前記翼は、
    前記第一辺に、外周側へ突出させた第1凸部を少なくとも一つ有する
    請求項1~4のいずれか一項に記載のプロペラファン。
  6. 圧縮機、第1熱交換器、絞り装置、第2熱交換器を配管接続した冷媒回路を有し、
    請求項1~5のいずれか一項に記載のプロペラファンは、
    前記第1熱交換器に空気を供給するものとして、前記第1熱交換器とともに冷却ユニットに搭載される
    冷凍サイクル装置。
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