JPWO2014128908A1 - プロペラファン及びこれを備えた空気調和機 - Google Patents

Abstract

騒音低減の手段として翼端渦を小さくする前進翼を採用することにより、ベルマウス近傍の速度が低下し、翼の出口やベルマウスの出口における速度が不均一となることを抑制するために、プロペラファンの翼で、回転軸を通る平面に回転投影した後縁部は、回転軸から翼端部に向かって、吸込み側から吐出し側に、第１の曲率により曲がるように形成され、さらに、変曲点を介して、前記第１の曲率よりも小さい第２の曲率により曲がるように形成される。

Description

本発明は、プロペラファン及びこれを備えた空気調和機に関する。

空気調和機などではプロペラファンが多く適用されている。図１３に従来のプロペラファンのプロペラの平面図を示す。図１３はプロペラを吐出し側から見た図である。プロペラはハブの周囲に設けられた複数の翼から構成される。翼は騒音低減を狙いとして、翼を回転方向に前進させる形状（前進翼）が採用されることが多い。前進翼には翼端から流出する翼端渦を小さくする作用があり、騒音を低減する効果がある。

本技術分野の背景技術として、特公平２−２０００（特許文献１）がある。特許文献１には、上述の前進翼における翼の前進の度合いや翼の傾き、翼断面の反りといった形状パラメータを数値限定することによって、大風量化、高静圧化及び騒音の低減ができると記載されている。

また、特許第３７４４４８９号（特許文献２）がある。特許文献２には、翼の外周端部を吸込側に反り返らせることによって、翼端渦を小さくすることで騒音を低減することができると記載されている。さらにそのような翼とベルマウスの位置関係を規定することによって、気流とベルマウスとの干渉を抑制して騒音を低減することができると記載されている。

更に、特許第４８１８１８４号（特許文献３）がある。特許文献３には、特許文献２とは異なる定義方法で翼を吸込側に反り返らせることによって、翼端渦を翼外周部の内側に移動させ、翼端渦とベルマウスの干渉を防ぎ、騒音低減と高効率化ができると記載されている。

特公平２−２０００ 特許第３７４４４８９号 特許第４８１８１８４号

実施例では翼が流れに作用する力を「翼力」と称することとする。図１３には翼が流れに作用する翼力を矢印Ａ’で示す。従来のプロペラファンのプロペラでは、翼が回転方向に前進した形状であるため、翼力は矢印Ａ’のように回転軸６の方向に対して内周方向に向かうように作用する。この内周方向向きの翼力により、流れは内周方向向きの運動量を得るため流れは内周方向向きとなる。

図１４に従来のプロペラファンにおける回転軸６を通る断面に投影した速度ベクトルの模式図を示す。図１４で示すように流れは内周方向向きとなるため、図示していないがプロペラファンの外周を覆うように配置されるベルマウスの近傍には流れが供給されないこととなる。すると、ベルマウス近傍の空気速度が低下する。ベルマウス近傍に流れが供給されないと、翼の出口やベルマウスの出口における速度が不均一となるため、プロペラファンの高効率化においては課題であった。
そこで本発明はプロペラファンの高効率化を図ることを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、回転中心となる回転軸と、該回転軸の周囲に設けられた複数の翼と、を備え、前記複数の翼の外周方向外側にベルマウスが配置されるプロペラファンにおいて、前記複数の翼のそれぞれは、回転方向に対して後方に形成される後縁部と、回転方向に対して前方に形成される前縁部と、該後縁部の外周方向の先端部から前縁部の外周方向の先端部に向かって形成される翼端部と、から形成され、前記回転軸を通る平面に回転投影した前記後縁部は、前記回転軸から前記翼端部に向かって、吸込み側から吐出し側に、第１の曲率により曲がるように形成され、さらに、変曲点を介して、前記第１の曲率よりも小さい第２の曲率により曲がるように形成されることを特徴とする。

また、上記構成において、前記ベルマウスの前記翼に最も近い端面において、吐出し方向の端部で、かつ、外周方向に角度が変わる位置が、前記変曲点の位置と回転面上からみてほぼ一致することが望ましい。
また、上記構成において、前記回転軸に垂直な平面に投影した前記後縁部は、前記回転軸から前記翼端部に向かって、反回転方向に凸状に形成され、さらに変曲点を介して、直線状もしくは回転方向に凸状に形成されることが望ましい。

また、上記構成において、前記複数の翼のそれぞれは、前記後縁部のうちの前記第１の曲率で形成される部位には、前記回転軸方向に対して外周方向に向かうように翼力が作用するとともに、前記後縁部のうちの前記第２の曲率で形成される部位には、前記回転軸方向に対して内周方向に向かうように翼力が作用することが望ましい。
また、上記構成において、前記翼の吐出し側に空気を通すとともに所定の大きさ以上の異物混入を防止し、プロペラとの距離を所定の長さ以上に離れたガードを備えることが望ましい。
さらに、空気の吸込口及び吹出口を有する筐体と、該筐体内に配置された熱交換器と、該熱交換器の上流側または下流側に配置され、筐体外部の空気を前記吸込口より吸い込み、前記吹出口から吹き出すファンと、を備えた空気調和機において、該ファンに、上記した構成のうちの何れかに記載のプロペラファンを用いることが望ましい。

本発明によれば、プロペラファンの高効率化を実現することができる。

実施例１のプロペラファンの回転軸を通る平面の断面図 実施例１のプロペラファンと従来例のプロペラファンにおける翼力の違いを説明する図 実施例１のプロペラファンにおける回転軸を通る断面に投影した速度ベクトルの模式図 実施例２のプロペラファンの回転軸を通る平面の断面図 実施例２のプロペラファンにおける回転軸を通る断面に投影した速度ベクトルの模式図 実施例２におけるプロペラファンと従来のプロペラファンの軸動力の比較の一例 実施例２において図４とは異なる形状のベルマウスとの組み合わせを示す図 実施例２において図４とは異なる形状のベルマウスとの組み合わせを示す図 実施例３におけるプロペラの平面図である。 実施例４におけるプロペラファンの図 実施例４におけるプロペラファンと従来のプロペラファンの騒音の比較の一例 実施例５における空気調和機の断面図 従来のプロペラファンのプロペラの平面図 従来のプロペラファンにおける回転軸を通る断面に投影した速度ベクトルの模式図

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

本発明の実施例１を図１から図３を用いて説明する。
図１は実施例１のプロペラファンの回転軸を通る平面の断面図である。１は翼、２はハブ、３は後縁部、４は前縁部、５は翼端部、６は回転中心となる回転軸、Ｘは空気の流れ方向を示す。後縁部３は翼１の回転方向に対して後方に形成され、前縁部４は翼１の回転方向に対して前方に形成される。翼端部５は後縁部３の該周方向の先端部から前縁部４の該周方向の先端部に形成される。

図１において後縁部３は回転軸６を通る平面に回転投影したものを示している。後縁部３は回転軸６から翼端部５に向かって、吸込み側から吐出し側に、第１の曲率αにより曲がるように形成される。さらに変曲点７を介して、第１の曲率αよりも小さい第２の曲率βにより曲がるように形成される。

図２は実施例１のプロペラファンと従来例のプロペラファンにおける翼力の違いを説明する図である。図２はプロペラファンを吐出し側斜め方向より見た図である。Ａは実施例１のプロペラファンの後縁部３における第２の曲率βの部分３ｂが作用する翼力を示す。Ａ’は従来例のプロペラファンの翼端部５’側の後縁部３ｂ’が作用する翼力を示す。Ｙは翼の回転方向を示す。

本実施例のプロペラファンの翼１は、上述の構成となっているため、翼力Ａは回転軸６の方向に対して外周方向に向かうように作用する。そのため後縁部３ｂ付近の流れは部分的に回転軸６の方向に対して外周方向に向かうような運動量を得ることとなる。他方、従来のプロペラファンの翼力Ａ’は回転軸６の方向に対して内周方向に向かうように作用する。そのため翼間の流れは回転軸６の方向に対して内周方向に向かうような運動量を得る。

図１４に従来のプロペラファンにおける回転軸を通る断面に投影した速度ベクトルの模式図を示す。図２における回転軸６の方向に対して内周方向に向かう翼力Ａ’により、図１４の流れＴは内周方向に向かう運動量を得るため内周方向向きとなる。したがって、図示していないがプロペラファンの外周方向を覆うように配置されるベルマウスの近傍には流れが供給されず、ベルマウス近傍の速度が低下する。ベルマウス近傍に流れが供給されないことは、すなわち、流れＵのように滞ることになる。するとベルマウス近傍の流れＵと流れＴとで翼の出口側における速度が不均一となるものであり、効率低下の要因となり得る。

図３に実施例１のプロペラファンにおける回転軸を通る断面に投影した速度ベクトルの模式図を示す。図２における翼力Ａの作用によって、図３の流れＳのように、翼端部５付近の流れが回転軸６に対して外周方向に向かうようになる。すなわち、本実施例の後縁部３の形状によれば後縁部３のうちの第１の曲率αで形成される部位には、回転軸６の方向に対して外周方向に向かうように翼力Ａが作用するとともに、後縁部３のうちの第２の曲率βで形成される部位には、回転軸６の方向に対して内周方向に向かうように翼力が作用するものである。

その結果、従来はベルマウス近傍において図１４に示したように流れが供給されず流れＵのように滞ることがあったのに対し、翼力Ａの作用により従来のような流れＵが生じる事態を抑制することができる。したがって、翼出口付近の速度が均一化されることができ翼後流の混合損失が低減するため、効率を増加することが可能となる。

本実施例では、実施例１を更に高効率化できる実施例について図４から図８を用いて説明する。
図４は実施例２のプロペラファンの回転軸を通る平面の断面図である。８はベルマウス、９は円筒部、１０はベルマウスの端部を示す。円筒部９はベルマウス８の一部分であって、所定のクリアランスを介して、翼１を覆っている。端部１０は円筒部９の吐出し側の端部で、図１においては外周方向に直角に角度が変わる位置とし、端部１０を変曲点７と回転面上からみて一致して配置させる。

つまりベルマウス８の翼１に最も近い端面において、吐出し方向の端部１０で、かつ、外周方向に角度が変わる位置が、変曲点７の位置と回転面上からみてほぼ一致するようにしている。これによりベルマウス８の翼１に最も近い端面において、吐出し方向の端部１０で、かつ、外周方向に角度が変わる位置が、外向きの翼力Ａを作用する部分と外向きの翼力Ａを作用しない部分の境界となる位置と、回転面上からみてほぼ一致する。

図５に実施例２のプロペラファンにおける回転軸を通る断面に投影した速度ベクトルの模式図を示す。端部１０と変曲点７をほぼ一致して配置させているため、実施例１における図２で示した矢印Ａ方向の翼力の作用により均一化された速度分布が、円筒部９により流れが拡散されずに保持される。そのため実施例１の作用効果をさらに確実に得ることができ、プロペラファンの効率を増加することができる。

図６に実施例２におけるプロペラファンと従来のプロペラファンの軸動力の比較結果を示す。動作点付近において、実施例２のプロペラファンの消費電力は、従来のプロペラファンに比べて３．３％の省エネ化すなわち高効率化が得られている。

図７及び図８に実施例２において図４とは異なる形状のベルマウスとの組み合わせを示す図である。図７のベルマウスは円筒部９の吐出し側は円弧状となっている。この場合、端部１０ａは円筒部９の直線と円弧の接点となる。図８のベルマウスは円筒部９の吐出し側は円錐状のテーパーとなっている。この場合、端部１０ｂは円筒部９の直線と円錐状のテーパーとの接点となる。図示のように端部１０ａ及び１０ｂを変曲点７と回転面上からみて一致して配置させる。本発明で得られる作用効果は、図７及び図８のいずれのベルマウスにおいても図４のベルマウスと同様の効果を得ることができる。

本実施例では、実施例１又は実施例２を更に高効率化できる実施例について図９と図１０を用いて説明する。
図９は実施例３におけるプロペラの平面図である。図９はプロペラを吐出し側から見た図である。図９では後縁部３は回転軸に垂直な平面に投影されている。後縁部３は、ハブ２から翼端部５に向かって、反回転方向に凸状に形成され、変曲点１８を介して、回転方向に凸状となるように形成される。Ｂはハブ２側の後縁部３ｈ付近が作用する翼力、Ｃは翼端部５側の後縁部３ｔ付近が作用する翼力を示す。変曲点１８は実施例１及び２で述べた変曲点７と同一の半径とすることが望ましい。

変曲点１８を境として、後縁部３ｔの曲率が変化したために、翼力Ｃは翼力Ｂに比べて回転軸６の方向に対して外周方向に向きが変わる。この翼力の向きの変化によって、後縁部３ｔ付近の流れは外周方向向きの運動量を得、翼端部５付近の流れが外周方向向きとなる。その結果、翼出口付近の速度が均一化される。速度の均一化により翼後流の混合損失が低減するため、効率が増加する。

なお、図９では後縁部３ｔは回転方向に凸状となるように形成されているが、後縁部３ｔの曲率が、変曲点１８を介して後縁部３ｈに対して大きくなる方向に、さらには直線状に変化させることにより、上記で述べた同様の作用を得ることができる。

本実施例では、実施例１から３の高効率化に加えて、低騒音化の効果も得ることができる実施例について、図１０と図１１を用いて説明する。
図１０は実施例４におけるプロペラファンの図である。図１０は実施例１から３のプロペラファンの翼の後流側にガードを配置したものである。このガードは、翼の吐出し側に空気を通すように桟状や網状に形成されるものであり、この桟や網の隙間によって所定の大きさ以上の異物混入を防止するものである。実施例１から３のプロペラファンの翼出口付近の速度は従来のプロペラファンに比べて均一化されている。流れによる騒音は流速の６乗に比例するため、ガード１１から発生する騒音は、速度が局所的に大きい場合には、その部分から発生する騒音が支配的となる。そのため速度が均一化された本実施例３においては、従来のプロペラファンとの組み合わせに比べて騒音が低減する。

図１１に実施例３におけるプロペラファンと従来のプロペラファンの騒音の比較の一例を示す。実施例３におけるプロペラファンの騒音は従来のプロペラファンに比べて約１ｄＢ低減することが確認されている。

なお、このガード１１の桟や網の隙間には大人の指が入らないように所定の大きさ以下にすることが必要である。さらに子供の指がガード１１の隙間に入った場合にもプロペラ１２に触ることがないようにすることが必要である。そこでガード１１の桟や網の端部から後縁３とガード１１が最も近づく位置１９との距離Ｌが所定の長さ以上にすることにより更なる安全性を確保することができる。子供の指の長さは約５０ｍｍと想定されるので、距離Ｌとしては５０ｍｍ以上を確保するのが望ましい。

本実施例では、実施例１〜４のいずれかの要件を備えたプロペラファンを用いた空気調和機について説明する。
図１２は実施例５における空気調和機の断面図である。この空気調和機は室外機で、図１２において、プロペラ１２はモータ１３、モータ支持台１４に固定、支持されて回転する。プロペラ１２の外周にはベルマウス８を配置する。その下流域にはガード１１を配置する。ユニット１５の内部には、プロペラ１２の上流に熱交換器１６が設置されている。ユニット１５の内部には、圧縮機１７が搭載されている。

この空気調和機は、モータ１３でプロペラ１２を回転させることで、空気を熱交換器１６に吸込、冷却又は過熱された後、プロペラ１２とベルマウス８にて昇圧された後、ガード１１から吐き出す。プロペラファン及びベルマウスには実施例１〜４のいずれかに記載のプロペラファンを用いているため、低騒音・高効率な空気調和機を得ることができる。

なお、本実施例では室外機について説明したが、空気調和機は他の型式でも、室内機でも、プロペラファンを用いるものであれば本発明は共通して使用できる技術である。

１、１’ 翼
２、２’ ハブ
３、３’、３ｔ、３ｈ 後縁部
４、４’ 前縁部
５、５’ 翼端部
６、６’ 回転中心
７ 変曲点
８ ベルマウス
９ 円筒部
１０、１０ａ、１０ｂ 端部
１１ ガード
１２ プロペラ
１３ モータ
１４ モータ支持台
１５ ユニット
１６ 熱交換器
１７ 圧縮機
１８ 変曲点
１９ ガード１１の桟や網の端部から後縁３とガード１１が最も近づく位置
Ａ、Ａ’ 翼力
Ｂ 翼力
Ｃ 翼力
Ｌ 距離
Ｓ 流れ
Ｔ 流れ
Ｕ 流れ
Ｘ 空気の流れ方向
Ｙ 回転方向
α 第１の曲率
β 第２の曲率

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、回転中心となる回転軸と、該回転軸の周囲に設けられた複数の翼と、を備え、前記複数の翼の外周方向外側にベルマウスが配置されるプロペラファンにおいて、前記複数の翼のそれぞれは、回転方向に対して後方に形成される後縁部と、回転方向に対して前方に形成される前縁部と、該後縁部の外周方向の先端部から前縁部の外周方向の先端部に向かって形成される翼端部と、から形成され、前記回転軸を通る平面に回転投影した前記後縁部は、前記回転軸から前記翼端部に向かって、吸込み側から吐出し側に、第１の曲率により曲がるように形成され、さらに、変曲点を介して、前記第１の曲率よりも小さい第２の曲率により曲がるように形成されることを特徴とする。

また、上記構成において、前記ベルマウスの前記翼に最も近い端面において、吐出し方向の端部で、かつ、外周方向に角度が変わる位置が、前記変曲点の位置と回転面上からみてほぼ一致することが望ましい。
また、上記構成において、前記回転軸に垂直な平面に投影した前記後縁部は、前記回転軸から前記翼端部に向かって、反回転方向に凸状に形成され、さらに変曲点を介して、直線状もしくは回転方向に凸状に形成されることが望ましい。

また、上記構成において、前記複数の翼のそれぞれは、前記後縁部のうちの前記第１の曲率で形成される部位には、前記回転軸方向に対して外周方向に向かうように翼力が作用するとともに、前記後縁部のうちの前記第２の曲率で形成される部位には、前記回転軸方向に対して内周方向に向かうように翼力が作用することが望ましい。
また、上記構成において、前記翼の吐出し側に空気を通すとともに所定の大きさ以上の異物混入を防止し、プロペラとの距離を所定の長さ以上に離れたガードを備えることが望ましい。
さらに、空気の吸込口及び吹出口を有する筐体と、該筐体内に配置された熱交換器と、該熱交換器の上流側または下流側に配置され、筐体外部の空気を前記吸込口より吸い込み、前記吹出口から吹き出すファンと、を備えた空気調和機において、該ファンに、上記した構成のうちの何れかに記載のプロペラファンを用いることが望ましい。

Claims (6)

1. 回転中心となる回転軸と、
   該回転軸の周囲に設けられた複数の翼と、を備え、
   前記複数の翼の外周方向外側にベルマウスが配置されるプロペラファンにおいて、
   前記複数の翼のそれぞれは、
   回転方向に対して後方に形成される後縁部と、回転方向に対して前方に形成される前縁部と、該後縁部の外周方向の先端部から前縁部の外周方向の先端部に向かって形成される翼端部と、から形成され、
   前記回転軸を通る平面に回転投影した前記後縁部は、前記回転軸から前記翼端部に向かって、吸込み側から吐出し側に、第１の曲率により曲がるように形成され、さらに、変曲点を介して、前記第１の曲率よりも小さい第２の曲率により曲がるように形成されること、を特徴とするプロペラファン。
2. 請求項１において、前記ベルマウスの前記翼に最も近い端面において、吐出し方向の端部で、かつ、外周方向に角度が変わる位置が、前記変曲点の位置と回転面上からみてほぼ一致すること、を特徴とするプロペラファン。
3. 請求項１において、
   前記回転軸に垂直な平面に投影した前記後縁部は、前記回転軸から前記翼端部に向かって、反回転方向に凸状に形成され、さらに変曲点を介して、直線状もしくは回転方向に凸状に形成されること、を特徴とするプロペラファン。
4. 請求項１〜３の何れかにおいて、
   前記複数の翼のそれぞれは、
   前記後縁部のうちの前記第１の曲率で形成される部位には、前記回転軸方向に対して外周方向に向かうように翼力が作用するとともに、
   前記後縁部のうちの前記第２の曲率で形成される部位には、前記回転軸方向に対して内周方向に向かうように翼力が作用することを特徴とするプロペラファン。
5. 請求項１〜３の何れかにおいて、
   前記翼の吐出し側に空気を通すとともに所定の大きさ以上の異物混入を防止し、プロペラとの距離を所定の長さ以上に離れたガードを備えることを特徴とするプロペラファン。
6. 空気の吸込口及び吹出口を有する筐体と、
   該筐体内に配置された熱交換器と、
   該熱交換器の上流側または下流側に配置され、筐体外部の空気を前記吸込口より吸い込み、前記吹出口から吹き出すファンと、を備えた空気調和機において、
   該ファンに、請求項１から３の何れかに記載のプロペラファンを用いたことを特徴とする空気調和機。

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