JPWO2020234997A1 - 軸流ファン、送風装置、及び、冷凍サイクル装置 - Google Patents

軸流ファン、送風装置、及び、冷凍サイクル装置 Download PDF

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Abstract

軸流ファンは、回転駆動され回転軸を形成するハブと、ハブに接続され、発生させる気流の上流側に位置する前縁部と、気流の下流側に位置する後縁部とを有する翼と、を備え、回転軸と翼とを含む子午面に回転投影させた場合の翼の形状において、前縁部の輪郭線で示される前縁投影部は、気流に対して上流側に凹んだ形状に形成された第1凹部を有し、後縁部の輪郭線で示される後縁投影部は、気流に対して上流側に凹んだ形状に形成された第2凹部を有し、第1凹部の少なくとも一部は、第2凹部よりも径方向の内周側に形成されているものである。

Description

本発明は、複数の翼を備えた軸流ファン、当該軸流ファンを備えた送風装置、及び、当該送風装置を備えた冷凍サイクル装置に関するものである。
従来の軸流ファンは、円筒状のボスの面に沿って複数枚の翼を備えており、ボスに与えられる回転力にともなって翼が回転し、流体を搬送するものである。軸流ファンは、翼が回転することで、翼間に存在している流体が翼面に衝突する。流体が衝突する面は圧力が上昇し、流体を翼が回転する際の中心軸となる回転軸線方向に押し出して移動させる。
このような軸流ファンにおいて、従来よりもファン入力の低減を図ることを目的として、気流をすくい取る翼の圧力面側に遠心方向と交差する方向に設けられた凸部を有する軸流ファンが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2016−056772号公報
特許文献1の軸流ファンは、翼の外周側において翼表面の法線が外周側を向くため、回転方向の前縁から後縁にかけて気流が翼の外周側に押し出される。しかし、特許文献1の軸流ファンは、翼の外周端に気流の漏れを防ぐ構造がないため、前縁から後縁に向かって翼の圧力面に沿って流れる気流が翼の外周縁から翼の外側に漏れる割合が多くなる。そのため、特許文献1の軸流ファンにおいて、翼の前縁で受けた気流は、翼から気流へ力を効率よく与えられる圧力面の外周側を翼の回転方向に沿って流れにくい。
本発明は、上述のような課題を解決するためのものであり、翼の前縁で受けた気流が、翼から気流へ力を効率よく与えられる圧力面の外周側を翼の回転方向に沿って流れやすい軸流ファン、当該軸流ファンを備えた送風装置、及び、当該送風装置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。
本発明に係る軸流ファンは、回転駆動され回転軸を形成するハブと、ハブに接続され、発生させる気流の上流側に位置する前縁部と、気流の下流側に位置する後縁部とを有する翼と、を備え、回転軸と翼とを含む子午面に回転投影させた場合の翼の形状において、前縁部の輪郭線で示される前縁投影部は、気流に対して上流側に凹んだ形状に形成された第1凹部を有し、後縁部の輪郭線で示される後縁投影部は、気流に対して上流側に凹んだ形状に形成された第2凹部を有し、第1凹部の少なくとも一部は、第2凹部よりも径方向の内周側に形成されているものである。
本発明に係る送風装置は、上記構成の軸流ファンと、軸流ファンに駆動力を付与する駆動源と、軸流ファン及び駆動源を収容するケーシングと、を備えたものである。
本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記構成の送風装置と、凝縮器及び蒸発器を有する冷媒回路と、を備え、送風装置は、凝縮器及び蒸発器の少なくとも一方に空気を送風するものである。
本発明によれば、後縁投影部の第2凹部は、前縁投影部の第1凹部よりも径方向の外周側に形成されており、第1凹部の少なくとも一部は、第2凹部よりも径方向の内周側に形成されているものである。そのため、翼の圧力面を流れる気流は、前縁部の第1凹部から後縁部の第2凹部に向かうにつれて径方向の外側に向かい、翼の前縁で受けた気流が、翼から気流へ力を効率よく与えられる圧力面の外周側を翼の回転方向に沿って流れやすくなる。
実施の形態1に係る軸流ファンの概略構成を示す斜視図である。 実施の形態1に係る軸流ファンを図1の子午面MPに回転投影した場合の軸流ファンの一例の形状を示す図である。 実施の形態1に係る軸流ファンを図1の子午面MPに回転投影した場合の軸流ファンの他の一例の形状を示す図である。 実施の形態1に係る軸流ファンの断面位置を特定する斜視図である。 子午面MPに回転投影した場合の、図4に示す軸流ファンの断面位置A、断面位置B及び断面位置Cを表す図である。 回転軸RSに対して垂直方向から見た場合の、断面位置A、断面位置B及び断面位置Cにおける翼の断面を示す図である。 回転軸RSに対して垂直方向から見た場合の翼の端面の一例を表す図である。 実施の形態1に係る軸流ファンの凹部流路を示す斜視図である。 実施の形態1の軸流ファンの翼における気流を模式的に表した子午面図である。 実施の形態1の軸流ファンの変形例の翼における気流を模式的に表した子午面図である。 実施の形態2に係る軸流ファンを子午面に回転投影した場合の軸流ファンの一例の形状を示す図である。 実施の形態3に係る軸流ファンを子午面に回転投影した場合の軸流ファンの一例の形状を示す図である。 実施の形態4に係る軸流ファンを子午面に回転投影した場合の軸流ファンの一例の形状を示す図である。 実施の形態5に係る軸流ファンの概略構成を示す斜視図である。 実施の形態6に係る軸流ファンを子午面に回転投影した場合の軸流ファンの一例の形状を示す図である。 実施の形態7に係る軸流ファンを子午面に回転投影した場合の軸流ファンの一例の形状を示す図である。 比較例に係る軸流ファンの吹出し気流の態様を表した斜視図である。 実施の形態7に係る軸流ファンの吹出し気流の態様を表した斜視図である。 実施の形態8に係る軸流ファンの概略構成を示す斜視図である。 実施の形態9に係る軸流ファンの概略構成を示す斜視図である。 実施の形態10に係る冷凍サイクル装置の概要図である。 送風装置である室外機を、吹出口側から見たときの斜視図である。 上面側から室外機の構成を説明するための図である。 室外機からファングリルを外した状態を示す図である。 室外機からファングリル及び前面パネル等を除去して、内部構成を示す図である。
以下、実施の形態に係る軸流ファン、送風装置、及び、冷凍サイクル装置について図面を参照しながら説明する。なお、図1を含む以下の図面では、各構成部材の相対的な寸法の関係及び形状等が実際のものとは異なる場合がある。また、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。また、理解を容易にするために方向を表す用語(例えば「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」など)を適宜用いるが、それらの表記は、説明の便宜上、そのように記載しているだけであって、装置あるいは部品の配置及び向きを限定するものではない。
実施の形態1.
[軸流ファン100]
図1は、実施の形態1に係る軸流ファン100の概略構成を示す斜視図である。なお、図中の矢印で示す回転方向DRは、軸流ファン100の回転方向DRを示す。また、図中の白抜き矢印で示す方向FLは、気流の流れる方向FLを示している。気流の流れる方向FLにおいて、軸流ファン100に対してZ1側は、軸流ファン100に対して気流の上流側となり、軸流ファン100に対してZ2側は、軸流ファン100に対して気流の下流側となる。すなわち、Z1側は、軸流ファン100に対して空気の吸込側であり、Z2側は、軸流ファン100に対して空気の吹出側である。また、Y軸は、軸流ファン100の回転軸RSに対する径方向を表している。軸流ファン100に対してY2側は、軸流ファン100の内周側であり、軸流ファン100に対してY1側は、軸流ファン100の外周側である。
図1を用いて実施の形態1に係る軸流ファンについて説明する。軸流ファン100は、例えば、空気調和装置又は換気装置などに用いられるものである。図1に示すように、軸流ファン100は、回転軸RS上に設けられたハブ10と、ハブ10に接続された複数枚の翼20と、を備える。
(ハブ10)
ハブ10は、回転駆動され回転軸RSを形成する。ハブ10は、回転軸RSを中心に回転する。軸流ファン100の回転方向DRは、図1中の矢印で示す時計回りの方向である。ただし、軸流ファン100の回転方向DRは、時計回りに限定されるものではなく、翼20の取り付け角度を変更した構成にすることによって、反時計回りに回転してもよい。ハブ10は、モータ(図示は省略)など駆動源の回転軸と接続される。ハブ10は、例えば、円筒状に構成されてもよく、あるいは、板状に構成されてもよい。ハブ10は、上述したように駆動源の回転軸と接続されるものであればよく、その形状は限定されるものではない。
(翼20)
複数の翼20は、ハブ10から径方向外側に放射状に延びて構成されている。複数の翼20は、相互に周方向に離隔して設けられている。実施の形態1においては、翼20が3枚である態様を例示しているが、翼20の枚数はこれに限定されない。翼20において、気流の流れる方向FLに対し、翼20の上流側(Z1側)の面を負圧面26と称し、下流側(Z2側)の面を圧力面25と称する。翼20は、図1において、翼20の手前側の面が圧力面25となり、翼20の奥側の面が負圧面26となる。
翼20は、前縁部21と、後縁部22と、外周縁部23と、内周縁部24とを有している。前縁部21は、発生させる気流の上流側(Z1側)に位置し、翼20において回転方向DRの前進側に形成されている。すなわち、前縁部21は、回転方向DRにおいて後縁部22に対して前方に位置している。後縁部22は、発生させる気流の下流側(Z2側)に位置し、翼20において回転方向DRの後進側に形成されている。すなわち、後縁部22は、回転方向DRにおいて前縁部21に対して後方に位置している。軸流ファン100は、軸流ファン100の回転方向DRを向く翼端部として前縁部21を有し、回転方向DRにおいて前縁部21に対して反対側の翼端部として後縁部22を有している。
外周縁部23は、前縁部21の最外周部と後縁部22の最外周部とを接続するように前後に、且つ弧状に延びる部分である。外周縁部23は、軸流ファン100において、径方向(Y軸方向)の端部に位置している。内周縁部24は、前縁部21の最内周部と後縁部22の最内周部との間で前後に、且つ弧状に延びる部分である。翼20は、内周縁部24がハブ10の外周に接続されている。
図2は、実施の形態1に係る軸流ファン100を図1の子午面MPに回転投影した場合の軸流ファン100の一例の形状を示す図である。図3は、実施の形態1に係る軸流ファン100を図1の子午面MPに回転投影した場合の軸流ファン100の他の一例の形状を示す図である。図2及び図3は、回転軸RSと翼20とを含む子午面MPに回転投影させた場合の軸流ファン100の翼20の形状を示している。軸流ファン100は、子午面MPに回転投影した場合の翼20が翼投影部20aで示され、子午面MPに回転投影した場合のハブ10が、ハブ投影部10aで示される。
図2及び図3に示すように、Y軸で表す横軸を径方向とし、Z軸で表す縦軸を回転軸RSの軸方向とした子午面MPでは、前縁部21は後縁部22に対して下方に位置し、後縁部22は前縁部21に対して上方に位置する。また、前縁部21及び後縁部22は、ハブ10において翼20の付け根となる基部11と外周縁部23とを結ぶ曲線で構成される
(前縁部21)
前縁部21は、回転投影された子午面MPにおいて、S字形状を含む曲線で構成された前縁投影部21aを形成する。前縁投影部21aは、軸流ファン100に対して上流側(Z1側)と下流側(Z2側)とに弧を描くS字形状の曲線で構成されている。
前縁投影部21aは、S字の変曲点となる前縁変曲点部Sf1を有する。前縁変曲点部Sf1は、回転軸RSに対する垂直な方向、すなわち、軸流ファン100の径方向において、ハブ10と外周縁部23とを結んだ直線L1の中間位置MLよりも外周縁部23側に形成されている。
(前縁凹部120a)
前縁部21は、前縁凹部120aを有している。前縁凹部120aは、前縁部21の輪郭線で示される前縁投影部21aにおいて、気流に対して上流側(Z1側)に凸形状となるように形成されている。図2及び図3に示すように、前縁部21の輪郭線で示される前縁投影部21aは、気流に対して上流側に凸形状に形成された前縁凹部120aを有している。前縁凹部120aは、軸流ファン100の第1凹部である。前縁凹部120aは、前縁投影部21aにおいて、前縁部21のハブ10との付け根部分である前縁基部11aと、前縁変曲点部Sf1との間に形成されている。前縁凹部120aは、前縁投影部21aにおいて、上流側(Z1側)に凸となる弧を形成する。換言すると、前縁部21の前縁凹部120aは、圧力面25側が上流側(Z1側)に凹んでいる弧を形成する。すなわち、前縁凹部120aは、圧力面25側が下流側(Z2側)に開口した凹状に形成されている。また、前縁部21の前縁凹部120aは、負圧面26側が上流側(Z1側)に凸の弧を形成する。
前縁部21は、更に、前縁山部121を有している。前縁山部121は、前縁投影部21aにおいて、下流側(Z2側)に凹むように形成されている。図2及び図3に示すように、前縁投影部21aは、下流側(Z2側)に凹んでいる前縁山部121を有している。前縁山部121は、前縁投影部21aにおいて、下流側(Z2側)に凹んでいる弧を形成する。換言すると、前縁部21の前縁山部121は、圧力面25側が下流側(Z2側)に凸となる弧を形成する。すなわち、前縁部21の前縁山部121は、負圧面26側が上流側(Z1側)に開口した凹状に形成されている。
前縁投影部21aは、軸流ファン100の径方向において、内周側から外周側に向かって、前縁凹部120a、前縁山部121の順に形成されている。前縁投影部21aは、径方向において、第1凹部である前縁凹部120aの割合が、前縁山部121の割合よりも多い。換言すると、前縁投影部21aは、径方向において、第1凹部である前縁凹部120aの割合が、気流に対して下流側に凹んだ形状に形成された部分の割合よりも多い。
ここで、前縁部21とハブ10との付け根となる前縁基部11aを通り、回転軸RSに対して垂直な仮想の平面を第1平面FHSとする。前縁山部121において、第1平面FHSから最も距離が近い点を極大点部121aとする。極大点部121aは、前縁山部121において、最も下流側に位置する。極大点部121aは、回転軸RSに対する垂直な方向、すなわち、軸流ファン100の径方向において、ハブ10と外周縁部23とを結んだ直線L1の中間位置MLよりも外周縁部23側に形成されている。
図2及び図3に示すように、前縁凹部120aは、極大点部121aよりも内周側に形成されている。前縁凹部120aにおいて、第1平面FHSから最も遠い位置にある点を前縁極小点部Mn1とする。前縁極小点部Mn1は、軸流ファン100の第1極小点部である。また、前縁極小点部Mn1は、極大点部121aよりも上流側(Z2側)に位置する。第1極小点部である前縁極小点部Mn1は、前縁凹部120aにおいて気流の最も上流側(Z1側)に位置する。第1平面FHSと前縁極小点部Mn1との間の距離FH1は、第1平面FHSと極大点部121aとの間の距離FH2よりも大きい。
(後縁部22)
後縁部22は、回転投影された子午面MPにおいて、複数のS字形状を含む曲線で構成された後縁投影部22eを形成する。後縁投影部22eは、第1S字部22aと、第2S字部22bと、を有する。後縁投影部22eの第1S字部22a及び第2S字部22bは、気流の上流側(Z1側)と下流側(Z2側)とに弧を描くS字形状の曲線で構成されている。後縁投影部22eは、第1S字部22a、第2S字部22bと、を組み合わせた曲線で構成されている。
後縁投影部22eは、第1S字部22aの変曲点となる後縁第1変曲点部Se1と、第2S字部22bの変曲点となる後縁第2変曲点部Se2と、を有する。後縁第2変曲点部Se2は、回転軸RSに対する垂直な方向、すなわち、軸流ファン100の径方向において、ハブ10と外周縁部23とを結んだ直線L1の中間位置MLよりも外周縁部23側に形成されている。後縁第1変曲点部Se1は、回転軸RSに対する垂直な方向、すなわち、軸流ファン100の径方向において、後縁第2変曲点部Se2よりも内周側に形成されている。
(後縁凹部120b)
後縁部22は、後縁凹部120bを有している。後縁凹部120bは、気流に対して上流側に凹んだ形状に形成されている。図2及び図3に示すように、後縁部22の輪郭線で示される後縁投影部22eは、気流に対して上流側(Z1側)に凹んだ形状に形成された後縁凹部120bを有している。後縁凹部120bは、軸流ファン100の第2凹部である。後縁凹部120bは、後縁投影部22eにおいて、後縁第1変曲点部Se1と、後縁第2変曲点部Se2との間に形成されている。後縁凹部120bは、後縁投影部22eにおいて、上流側(Z1側)に凹んでいる弧を形成する。換言すると、後縁部22の後縁凹部120bは、圧力面25側が上流側(Z1側)に凹んでいる弧を形成する。すなわち、後縁凹部120bは、圧力面25側が下流側(Z2側)に開口した凹状に形成されている。また、後縁部22の後縁凹部120bは、負圧面26側が上流側(Z1側)に凸の弧を形成する。
後縁部22は、更に、第1山部122a及び第2山部122bを有している。第1山部122a及び第2山部122bは、下流側(Z2側)に凸となるように形成されている。図2及び図3に示すように、後縁投影部22eは、下流側(Z2側)に凸となる弧を形成する第1山部122aを有する。また、後縁投影部22eは、下流側(Z2側)に凸となる弧を形成する第2山部122bを有する。第1山部122a及び第2山部122bは、前縁投影部21aにおいて、下流側(Z2側)に凸となる弧を形成する。換言すると、後縁部22の第1山部122a及び第2山部122bは、圧力面25側が下流側(Z2側)に凸となる弧を形成する。すなわち、後縁部22の第1山部122a及び第2山部122bは、負圧面26側が上流側(Z1側)に開口した凹状に形成されている。後縁凹部120bは、第1山部122aと、第2山部122bとの間に形成されている。後縁投影部22eは、軸流ファン100の径方向において、内周側から外周側に向かって、第1山部122a、後縁凹部120b、第2山部122bの順に形成されている。
ここで、後縁部22とハブ10との付け根となる後縁基部11bを通り、回転軸RSに対して垂直な仮想の平面を第2平面BHSとする。第1山部122aにおいて、第2平面BHSから最も距離が離れている点を第1極大点部123aとする。第1極大点部123aは、第1山部122aにおいて、最も下流側に位置する。同様に、第2山部122bにおいて、第2平面BHSから最も距離が離れている点を第2極大点部123bとする。第2極大点部123bは、第2山部122bにおいて最も下流側に位置する。第2平面BHSと第2極大点部123bとの間の距離BH2は、第2平面BHSと第1極大点部123aとの間の距離BH1よりも大きい。すなわち、第2平面BHSと第1極大点部123aとの間の距離BH1は、第2平面BHSと第2極大点部123bとの間の距離BH2よりも小さい。第2極大点部123bは、第1極大点部123aよりも下流側(Z2側)に位置している。第2極大点部123bは、回転軸RSに対する垂直な方向、すなわち、軸流ファン100の径方向において、ハブ10と外周縁部23とを結んだ直線L1の中間位置MLよりも外周縁部23側に形成されている。
図2及び図3に示すように、後縁凹部120bは、第1極大点部123aと、第2極大点部123bとの間に形成されている。後縁凹部120bにおいて、第2平面BHSと最も近い位置にある点を後縁極小点部Mn2とする。後縁極小点部Mn2は、軸流ファン100の第2極小点部である。第2極小点部である後縁極小点部Mn2は、後縁凹部120bにおいて気流の最も上流側(Z1側)に位置する。また、後縁極小点部Mn2は、第1極大点部123a及び第2極大点部123bよりも上流側(Z1側)に位置する。第2平面BHSと後縁極小点部Mn2との間の距離BH3は、第2平面BHSと第1極大点部123aとの間の距離BH1よりも小さい。また、第2平面BHSと後縁極小点部Mn2との間の距離BH3は、第2平面BHSと第2極大点部123bとの間の距離BH2よりも小さい。
図2及び図3に示すように、軸流ファン100の第2凹部である後縁凹部120bは、軸流ファン100の第1凹部である前縁凹部120aよりも径方向において外周縁部23側に形成されている。また、軸流ファン100の第1凹部である前縁凹部120aの少なくとも一部は、軸流ファン100の第2凹部である後縁凹部120bよりも内周縁部24側に形成されている。
ここで、前縁凹部120aの径方向の幅において、中間位置を前縁側中間部Aaとする。すなわち、軸流ファン100の径方向において、前縁基部11aと前縁変曲点部Sf1との間の距離の中間点を前縁側中間部Aaとする。また、後縁凹部120bの径方向の幅において、中間位置を後縁側中間部Abとする。すなわち、軸流ファン100の径方向において、後縁第1変曲点部Se1と後縁第2変曲点部Se2との間の距離の中間点を後縁側中間部Abとする。図2及び図3に示すように、軸流ファン100の径方向において、後縁側中間部Abは、前縁側中間部Aaに対して外周側に形成されている。前縁側中間部Aaは、図2に示すように、前縁極小点部Mn1と異なってもよく、前縁側中間部Aaは、図3に示すように、前縁極小点部Mn1と同一であってもよい。
(前縁凹部120a及び後縁凹部120bと子午面との関係)
図4は、実施の形態1に係る軸流ファン100の断面位置を特定する斜視図である。なお、図4に示す断面位置A、断面位置B及び断面位置Cは、翼20における回転方向DRの断面位置を示している。図5は、子午面MPに回転投影した場合の、図4に示す軸流ファン100の断面位置A、断面位置B及び断面位置Cを表す図である。図6は、回転軸RSに対して垂直方向から見た場合の、断面位置A、断面位置B及び断面位置Cにおける翼20の断面を示す図である。図7は、回転軸RSに対して垂直方向から見た場合の翼20の端面の一例を表す図である。なお、回転軸RSに対して垂直方向から見た場合とは、図5の白抜き矢印VPで示す方向から見た場合をいう。図4〜図7を用いて、前縁凹部120a及び後縁凹部120bと子午面との関係について説明する。
図4〜図7に示すように、翼20は、前縁部21が気流の上流側(Z1側)に位置し、後縁部22が気流の下流側(Z2側)に位置するように、翼20が傾斜して形成されている。また、図6及び図7に示すように、回転方向DRにおいて、翼20が気流の上流側(Z1側)に凹んでいる弧を描くように反っている。なお、図7に示すように、翼20において、前縁部21と後縁部22とを結ぶ直線を翼弦長WLと規定し、翼弦長WLと翼20の圧力面25との間の距離を反りの高さWHと規定する。図6に示すように、断面位置Bは、断面位置A及び断面位置Cの翼20と比較して最も上流側(Z1側)の翼断面を形成する。すなわち、断面位置Bの翼20は、断面位置A及び断面位置Cに対して凹んだ形状に形成されている。また、図6に示すように、翼20は、断面位置A、断面位置B、断面位置Cの順に翼弦長WLが長くなっている。すなわち、翼20は、径方向において断面位置Aから断面位置Cの間では、外周側に向かうにつれて、翼弦長WLが長くなっている。なお、断面位置A、断面位置B及び断面位置Cの翼弦長WLの関係は、一例であり、当該構成に限定されるものではない。
軸流ファン100は、図7に示すような翼20の翼弦長WL、反りの高さWH、及び、図6に示すような回転軸RSの軸方向における断面位置A、断面位置B及び断面位置C等の前縁部21の位置により子午面に前縁凹部120aを形成することができる。また、軸流ファン100は、図7に示すような翼20の翼弦長WL、反りの高さWH、及び、図6に示すような回転軸RSの軸方向における断面位置A、断面位置B及び断面位置C等の後縁部22の位置により子午面に後縁凹部120bを形成することができる。
(凹部流路120)
図8は、実施の形態1に係る軸流ファン100の凹部流路120を示す斜視図である。図8に示すように、翼20の圧力面25には、気流の上流側(Z1)に凹んだ形状の凹部流路120が形成されている。凹部流路120は、翼20の圧力面25において、空気が流れる流路を形成する。凹部流路120は、軸流ファン100の径方向において、圧力面25が上流側(Z1側)に弧を描くように凹んだ形状に形成されている。また、凹部流路120は、軸流ファン100の径方向において、負圧面26が上流側(Z1側)に弧を描くように凸形状に形成されている。すなわち、翼20は、凹部流路120を構成する壁が、上流側(Z1側)に向かって凸となるように湾曲している。
凹部流路120は、前縁部21と後縁部22との間に形成されている。凹部流路120は、軸流ファン100の回転方向DRにおいて、前縁部21から後縁部22にかけて連続して形成されている。凹部流路120は、周方向において、前縁部21側の端部が前縁凹部120aを形成する部分により構成されており、後縁部22側の端部が後縁凹部120bを形成する部分により構成されている。すなわち、凹部流路120は、軸流ファン100の回転方向DRの両端部に前縁凹部120aを形成する部分と後縁凹部120bを形成する部分とを含み、前縁凹部120aと後縁凹部120bとの間において気流の通る流路を構成する。
[軸流ファン100の作用]
図9は、実施の形態1に係る軸流ファン100の翼20における気流を模式的に表した子午面図である。図8〜図9を用いて、軸流ファン100の翼20における空気の流れについて説明する。なお、矢印で示す方向FLは、気流の方向を示している。図8に示すように、凹部流路120は、翼20の圧力面25において、気流の流路となる。軸流ファン100に連結されたモータ等の駆動により回転軸RSを中心に翼20が回転すると、翼20の圧力面25が空気を受ける。そして、軸流ファン100は、図8及び図9に示すように、前縁部21の前縁凹部120aから流入した気流が、凹部流路120を通り、凹部流路120に沿って流れる。この際、気流は、前縁部21の前縁凹部120aから凹部流路120に沿って後縁部22の後縁凹部120bに向かうにつれて、軸流ファン100の径方向の外側に向かう。軸流ファン100は、気流が径方向の内周側から外周側へ向かうため、半径変化に伴う角運動量(=半径×運動量)の差によるエネルギーが翼20から気体に供給される。
図10は、実施の形態1に係る軸流ファン100の変形例の翼20における気流を模式的に表した子午面図である。上述した図9の軸流ファン100は、後縁第2変曲点部Se2と前縁変曲点部Sf1とが径方向において、回転軸RSから略同じ位置に位置している。これに対し、図10の軸流ファン100は、後縁第2変曲点部Se2と前縁変曲点部Sf1とが径方向において、回転軸RSから異なる位置に位置している。より詳細には、図10の軸流ファン100は、前縁変曲点部Sf1が後縁第2変曲点部Se2よりも、径方向において、回転軸RSに近い内周側に位置している。また、前縁変曲点部Sf1は、径方向において、後縁第1変曲点部Se1と、後縁第2変曲点部Se2との間に位置している。そのため、図10の軸流ファン100は、図9に示す軸流ファン100よりも、軸流ファン100の径方向の外側に向かう気流の流れが多くなる。そのため、図10に示す軸流ファン100は、図9に示す軸流ファン100よりも、半径変化に伴う角運動量(=半径×運動量)の差によるエネルギーが大きくなる。
[軸流ファン100の効果]
軸流ファン100は、第2凹部である後縁凹部120bが、第1凹部である前縁凹部120aよりも径方向の外周側に形成されており、前縁凹部120aの少なくとも一部は、後縁凹部120bよりも径方向の内周側に形成されている。そのため、翼20の圧力面25を流れる気流は、前縁部21の前縁凹部120aから後縁部22の後縁凹部120bに向かうにつれて径方向の外側に向かう。ここで、一般に、軸流ファンは、翼の外周側で気体を押し出した方が、翼の内周側で気体を押し出すよりも、軸流ファンが同じ回転数で回っているときの翼から気体に与えるモーメントが長くなるので、翼の外周側に気流を通すことが望まれる。軸流ファン100は、上記構成により、翼20の前縁部21で受けた気流が、翼20から気流へ力を効率よく与えられる圧力面25の外周側を翼20の回転方向に沿って流れやすくなる。また、軸流ファン100の翼20の圧力面25に沿って流れる気体は、径方向の内周側から外周側への移動による運動量のエネルギーを得ることができ、風量が増す。その結果、軸流ファン100は、効率よく送風することができ、消費電力を抑制することができる。
また、前縁凹部120aは、前縁部21のハブ10との付け根部分である基部11と、前縁変曲点部Sf1との間に形成されており、後縁凹部120bは、後縁第1変曲点部Se1と後縁第2変曲点部Se2との間に形成されている。そのため、翼20の圧力面25を流れる気流は、前縁部21の前縁凹部120aから後縁部22の後縁凹部120bに向かうにつれて径方向の外側に向かう。軸流ファン100は、上記構成により、翼20の前縁部21で受けた気流が、翼20から気流へ力を効率よく与えられる圧力面25の外周側を翼20の回転方向に沿って流れやすくなる。また、軸流ファン100の翼20の圧力面25に沿って流れる気体は、径方向の内周側から外周側への移動による運動量のエネルギーを得ることができ、風量が増す。その結果、軸流ファン100は、効率よく送風することができ、消費電力を抑制することができる。
また、前縁変曲点部Sf1は、径方向において、後縁第1変曲点部Se1と、後縁第2変曲点部Se2との間に位置している。当該構成を有することで、圧力面25の凹部流路120の形成位置は、前縁部21が後縁部22よりも内周側に位置するので、前縁部21から後縁部22にかけて、凹部流路120が内周側から外周側に形成される。そのため、圧力面25上の気流は、前縁部21から後縁部22にかけて内周側から外周側への移動が発生し、半径違いにより発生する運動量エネルギーを得ることができ、風量が増す。その結果、軸流ファン100は、効率よく送風することができ、消費電力を抑制することができる。
また、前縁投影部21aは、径方向において、第1凹部である前縁凹部120aの割合が、気流に対して下流側に凹んだ形状に形成された部分の割合よりも多い。軸流ファン100は、翼20の表面が下流側に凹んだ形状(お椀状の形状)となるため、気流をすくい取りやすく、大風量を流入させることができる。また、軸流ファン100は、下流側に凹んだ形状となるため外周端から気流が漏れにくくなり、前縁部21から後縁部22まで気流を保持しやすくなる。
また、凹部流路120は、前縁部21と後縁部22との間に形成されている。そして、凹部流路120は、周方向において、前縁部21側の端部が前縁凹部120aを形成する部分により構成されており、後縁部22側の端部が後縁凹部120bを形成する部分により構成されている。軸流ファン100は、上記構成により、翼20の前縁部21で受けた気流が、翼20から気流へ力を効率よく与えられる圧力面25の外周側を翼20の回転方向に沿って流れやすくなる。また、軸流ファン100の翼20の圧力面25に沿って流れる気体は、径方向の内周側から外周側への移動による運動量のエネルギーを得ることができ、風量が増す。その結果、軸流ファン100は、効率よく送風することができ、消費電力を抑制することができる。
実施の形態2.
図11は、実施の形態2に係る軸流ファン100Aを子午面に回転投影した場合の軸流ファン100Aの一例の形状を示す図である。なお、図1〜図10の軸流ファン100Aと同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。実施の形態2に係る軸流ファン100Aは、前縁凹部120a1及び後縁凹部120b1の構成が、実施の形態1に係る軸流ファン100の前縁凹部120a及び後縁凹部120bと異なるものである。そのため、以下の説明では、実施の形態2に係る軸流ファン100Aについて、前縁凹部120a1及び後縁凹部120b1の構成を中心に説明する。
(前縁凹部120a1)
前縁部21は、前縁凹部120a1を有している。前縁凹部120a1は、前縁部21の輪郭線で示される前縁投影部21aにおいて、気流に対して上流側(Z1側)に凸形状となるように形成されている。図11に示すように、前縁部21の輪郭線で示される前縁投影部21aは、気流に対して上流側に凸形状に形成された前縁凹部120a1を有している。前縁凹部120a1は、軸流ファン100の第1凹部である。前縁凹部120a1は、前縁投影部21aにおいて、上流側(Z1側)に凸となる弧を形成する。換言すると、前縁部21の前縁凹部120a1は、圧力面25側が上流側(Z1側)に凹んでいる弧を形成する。すなわち、前縁凹部120a1は、圧力面25側が下流側(Z2側)に開口した凹状に形成されている。また、前縁部21の前縁凹部120a1は、負圧面26側が上流側(Z1側)に凸の弧を形成する。前縁投影部21aは、下流側(Z2側)に凹んでいる前縁山部121を有している。前縁投影部21aは、軸流ファン100の径方向において、内周側から外周側に向かって、前縁凹部120a1、前縁山部121の順に形成されている。
ここで、子午面において、前縁部21とハブ10との付け根となる前縁基部11aと極大点部121aとを結ぶ直線を直線SL1と定義する。前縁凹部120a1は、前縁投影部21aにおいて、直線SL1よりも上流側(Z1側)に存在する部分である。
図11に示すように、前縁凹部120a1は、極大点部121aよりも内周側に形成されている。前縁凹部120a1において、第1平面FHSから最も遠い位置にある点を前縁極小点部Mn1とする。また、前縁極小点部Mn1は、極大点部121aよりも上流側(Z2側)に位置する。前縁極小点部Mn1は、前縁凹部120a1において最も上流側(Z1側)に位置する。
(後縁凹部120b1)
後縁部22は、後縁凹部120b1を有している。後縁凹部120b1は、気流に対して上流側に凹んだ形状に形成されている。図11に示すように、後縁部22の輪郭線で示される後縁投影部22eは、気流に対して上流側(Z1側)に凹んだ形状に形成された後縁凹部120b1を有している。後縁凹部120b1は、軸流ファン100の第2凹部である。後縁凹部120b1は、後縁投影部22eにおいて、上流側(Z1側)に凹んでいる弧を形成する。換言すると、後縁部22の後縁凹部120b1は、圧力面25側が上流側(Z1側)に凹んでいる弧を形成する。すなわち、後縁凹部120b1は、圧力面25側が下流側(Z2側)に開口した凹状に形成されている。また、後縁部22の後縁凹部120b1は、負圧面26側が上流側(Z1側)に凸の弧を形成する。後縁部22は、更に、第1山部122a及び第2山部122bを有している。第1山部122a及び第2山部122bは、下流側(Z2側)に凸となるように形成されている。第1山部122a及び第2山部122bは、前縁投影部21aにおいて、下流側(Z2側)に凸となる弧を形成する。後縁凹部120b1は、第1山部122aと、第2山部122bとの間に形成されている。後縁投影部22eは、軸流ファン100の径方向において、内周側から外周側に向かって、第1山部122a、後縁凹部120b1、第2山部122bの順に形成されている。
ここで、子午面において、後縁部22とハブ10との付け根となる後縁基部11bと第2極大点部123bとを結ぶ直線を直線SL2と定義する。後縁凹部120b1は、後縁投影部22eにおいて、直線SL2よりも上流側(Z1側)に存在する部分である。
図11に示すように、後縁凹部120b1は、第1極大点部123aと、第2極大点部123bとの間に形成されている。後縁凹部120b1において、第2平面BHSと最も近い位置にある点を後縁極小点部Mn2とする。また、後縁極小点部Mn2は、第1極大点部123a及び第2極大点部123bよりも上流側(Z1側)に位置する。後縁極小点部Mn2は、後縁凹部120b1において最も上流側(Z1側)に位置する。
図11に示すように、後縁投影部22eの後縁凹部120b1は、前縁投影部21aの前縁凹部120a1よりも径方向において外周縁部23側に形成されている。また、前縁投影部21aの前縁凹部120a1の一部は、後縁投影部22eの後縁凹部120b1よりも内周縁部24側に形成されている。
軸流ファン100Aは、軸流ファン100と同様に翼20に凹部流路120を有している。軸流ファン100Aは、回転方向DRにおいて、凹部流路120の両端に前縁凹部120a1と後縁凹部120b1とを有する。
[軸流ファン100Aの効果]
軸流ファン100Aは、第2凹部である後縁凹部120b1が、第1凹部である前縁凹部120a1よりも径方向の外周側に形成されており、前縁凹部120a1の少なくとも一部は、後縁凹部120b1よりも径方向の内周側に形成されている。そのため、翼20の圧力面25を流れる気流は、前縁部21の前縁凹部120a1から後縁部22の後縁凹部120b1に向かうにつれて径方向の外側に向かう。ここで、一般に、軸流ファンは、翼の外周側で気体を押し出した方が、翼の内周側で気体を押し出すよりも、軸流ファンが同じ回転数で回っているときの翼から気体に与えるモーメントが長くなるので、翼の外周側に気流を通すことが望まれる。軸流ファン100Aは、上記構成により、翼20の前縁部21で受けた気流が、翼20から気流へ力を効率よく与えられる圧力面25の外周側を翼20の回転方向に沿って流れやすくなる。また、軸流ファン100Aの翼20の圧力面25に沿って流れる気体は、径方向の内周側から外周側への移動による運動量のエネルギーを得ることができ、風量が増す。その結果、軸流ファン100Aは、効率よく送風することができ、消費電力を抑制することができる。
実施の形態3.
図12は、実施の形態3に係る軸流ファン100Bを子午面に回転投影した場合の軸流ファン100Bの一例の形状を示す図である。なお、図1〜図11の軸流ファン100等と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。実施の形態3に係る軸流ファン100Bは、前縁凹部120a及び後縁凹部120b、並びに、前縁凹部120a1及び後縁凹部120b1の構成を更に特定するものである。
(軸流ファン100Bの構成)
図12に示すように、軸流ファン100Bの径方向において、第2極小点部である後縁極小点部Mn2は、第1極小点部である前縁極小点部Mn1よりも外周側に形成されている。すなわち、回転軸RSに対する垂直な方向において、回転軸RSと後縁極小点部Mn2との間の距離は、回転軸RSと前縁極小点部Mn1との間の距離よりも大きい。
前縁極小点部Mn1及び後縁極小点部Mn2を含む極小点部120mは、凹部流路120において、翼20の圧力面25における回転軸RSの軸方向の高低差が最も大きい部分であり、気流が集中しやすい部分である。なお、極小点部120mとは、軸方向における凹部流路120の各断面において、最も上流側に位置する部分である。また、極小点部120mは、軸方向における凹部流路120の各断面において最も上流側に位置する部分が、前縁部21と後縁部22との間で連続した部分である。
(軸流ファン100Bの作用効果)
軸流ファン100Bは、軸流ファン100Bの径方向において、後縁極小点部Mn2が、前縁極小点部Mn1に対して外周側に形成されているため、前縁部21から後縁部22に向かうにつれて、より多くの気流が軸流ファン100Bの径方向の外側に向かう。気流が前縁部21から後縁部22にかけて径方向の内周側から外周側に向かうにつれ、軸流ファン100の圧力面25を周方向に沿って移動する気流と比較して、より多くの気流が径方向の内周側から外周側への移動による運動量のエネルギーを得やすくなる。また、軸流ファン100Bの翼20の圧力面25に沿って流れる気体は、径方向の内周側から外周側への移動による運動量のエネルギーを得ることができ、風量が増す。その結果、軸流ファン100Bは、効率よく送風することができ、消費電力を抑制することができる。
実施の形態4.
図13は、実施の形態4に係る軸流ファン100Cを子午面に回転投影した場合の軸流ファン100Cの一例の形状を示す図である。なお、図1〜図12の軸流ファン100等と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。実施の形態4に係る軸流ファン100Cは、前縁凹部120a及び後縁凹部120b、並びに、前縁凹部120a1及び後縁凹部120b1の構成を更に特定するものである。なお、以下の説明では、前縁凹部120a及び後縁凹部120bの構成について説明するが、前縁凹部120a1及び後縁凹部120b1の構成も同じであるため、前縁凹部120a1及び後縁凹部120b1の構成についての説明は省略する。
(軸流ファン100Cの構成)
図13に示すように、軸流ファン100Cの翼20は、第2凹部である後縁凹部120bの径方向幅BWが、第1凹部である前縁凹部120aの径方向幅FWよりも狭い。翼20を通過する気流は、前縁投影部21aでは前縁側中間部Aaを中心とする径方向に幅広い前縁凹部120aから流入し、後縁部22側に向かうにつれて、後縁側中間部Abを中心とする径方向に狭い後縁凹部120bに集中するように凹部流路120を流れる。
(軸流ファン100Cの作用効果)
軸流ファン100Cは、翼20において、半径方向に広い範囲で気流を流入させて、流入させた気体が翼20から気流に与える力が大きい翼20の外周側を通過するように集中させることができるため、気流に効率よくエネルギーを与えることができる。そのため、軸流ファン100Cは、大風量を高効率に送風することができる。
実施の形態5.
図14は、実施の形態5に係る軸流ファン100Dの概略構成を示す斜視図である。なお、図1〜図13の軸流ファン100等と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。実施の形態5に係る軸流ファン100Dは、凹部流路120の構成を更に特定するものである。
(軸流ファン100Dの構成)
上述したように極小点部120mは、径方向における凹部流路120の各断面において、最も上流側に位置する部分である。また、極小点部120mは、径方向における凹部流路120の各断面において最も上流側に位置する部分が、前縁部21と後縁部22との間で連続した部分である。実施の形態5に係る軸流ファン100Dは、凹部流路120の極小点部120mが前縁部21から後縁部22にかけて、極小点部120mの形成位置が径方向外側へ向かう状態に形成されている。なお、極小点部120mの形成位置は、外周縁部23側から吸込まれる気流の量と、内周縁部24側からの遠心力で凹部流路120に流れ込む気流の外力とのバランスが考慮される。そのため、極小点部120mは、前縁部21から後縁部22に向かうにつれて、内周側から外周側へ単調移動するように形成されることが必須ではない。
(軸流ファン100Dの作用効果)
軸流ファン100Dは、翼20を通過する気流が、前縁部21から流入し、後縁部22側に向かうにつれて、極小点部120mに沿って凹部流路120を流れ、翼20から気流に与える力が大きい翼20の外周側を通過するように集中させることができる。そのため、軸流ファン100Dは、気流に効率よくエネルギーを与えることができ、大風量を高効率に送風することができる。
実施の形態6.
図15は、実施の形態6に係る軸流ファン100Eを子午面に回転投影した場合の軸流ファン100Eの一例の形状を示す図である。なお、図1〜図14の軸流ファン100等と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。実施の形態6に係る軸流ファン100Cは、前縁凹部120a及び後縁凹部120b、並びに、前縁凹部120a1及び後縁凹部120b1の構成を更に特定するものである。なお、以下の説明では、前縁凹部120a及び後縁凹部120bの構成について説明するが、前縁凹部120a1及び後縁凹部120b1の構成も同じであるため、前縁凹部120a1及び後縁凹部120b1の構成についての説明は省略する。
(軸流ファン100Eの構成)
回転軸RSの軸方向における前縁凹部120aの凹み形状の深さを前縁高EH1と定義する。前縁高EH1は、図15に示すように、回転軸RSの軸方向と平行な方向において、前縁極小点部Mn1と極大点部121aとの間の距離である。同様に、回転軸RSの軸方向における後縁凹部120bの凹み形状の深さを後縁高EH2と定義する。後縁高EH2は、図15に示すように、回転軸RSの軸方向と平行な方向において、後縁極小点部Mn2と第2極大点部123bとの間の距離である。前縁高EH1及び後縁高EH2は、前縁凹部120a及び後縁凹部120bの凹部形状の深さを、凹部形状の外周側に位置する最も下流側(Z2側)の壁を基準にし、凹部形状の最も上流側(Z1側)の壁となる極小点までの軸方向の高さで規定したものである。
軸流ファン100Eは、後縁凹部120bの後縁高EH2が、前縁凹部120aの前縁高EH1よりも大きくなるように形成されている。すなわち、軸流ファン100Eは、回転軸RSの軸方向において、第2凹部である後縁凹部120bの深さは、第1凹部である前縁凹部120aの深さよりも大きい。
(軸流ファン100Eの作用効果)
一般的に、軸流ファンの後縁部側は、気流の圧力が高くなり、遠心力の影響によって外周側へ気流が漏れやすい。軸流ファン100Eは、気流の圧力が高くなると共に遠心力の影響を受ける、後縁部22側において、後縁凹部120bの後縁高EH2が、前縁凹部120aの前縁高EH1よりも大きくなるように形成されている。そのため、軸流ファン100Eは、気流の圧力が高くなり遠心力の影響を受ける後縁部22側において、翼20の外周側に気流が漏れにくくなり、気流を凹部流路120に確実に流すことができる。
実施の形態7.
図16は、実施の形態7に係る軸流ファン100Fを子午面に回転投影した場合の軸流ファン100Fの一例の形状を示す図である。なお、図1〜図15の軸流ファン100等と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。実施の形態7に係る軸流ファン100Fは、翼20の構成を更に特定するものである。なお、以下の説明では、後縁凹部120bの構成について説明するが、後縁凹部120b1の構成も同じであるため、後縁凹部120b1の構成についての説明は省略する。
(後縁部22)
後縁投影部22eは、回転投影された子午面MPにおいて、複数のS字形状を含む曲線で構成されている。後縁投影部22eは、第1S字部22aと、第2S字部22bと、第3S字部22cとを有する。後縁投影部22eの第1S字部22a、第2S字部22b及び第3S字部22cは、それぞれ気流の上流側と下流側とに弧を描くS字形状の曲線で構成されている。後縁投影部22eは、第1S字部22aと第2S字部22bとの間に、第3S字部22cを組み合わせた曲線で構成されている。
後縁投影部22eは、第1S字部22aの変曲点となる後縁第1変曲点部Se1と、第2S字部22bの変曲点となる後縁第2変曲点部Se2と、第3S字部22cの変曲点となる後縁第3変曲点部Se3とを有する。後縁第1変曲点部Se1は、回転軸RSに対する垂直な方向、すなわち、軸流ファン100の径方向において、後縁第2変曲点部Se2よりも内周側に形成されている。後縁第3変曲点部Se3は、回転軸RSに対する垂直な方向、すなわち、軸流ファン100の径方向において、後縁第1変曲点部Se1と後縁第2変曲点部Se2との間に形成されている。
(後縁凹部120b)
後縁投影部22eは、後縁第1変曲点部Se1と、後縁第2変曲点部Se2との間が上流側(Z1側)に凹んだ形状に形成された後縁凹部120bを有している。後縁凹部120bは、気流に対して上流側に凹んだ形状に形成された後縁内側凹部120baと、気流に対して上流側に凹んだ形状に形成された後縁外側凹部120bbとを有する。後縁内側凹部120baは、軸流ファン100の第3凹部であり、後縁外側凹部120bbは、軸流ファン100の第4凹部である。後縁内側凹部120baは後縁外側凹部120bbに対して翼20の内周側に形成されており、後縁外側凹部120bbは後縁内側凹部120baに対して翼20の外周側に形成されている。後縁内側凹部120ba及び後縁外側凹部120bbは、後縁投影部22eにおいて、上流側(Z1側)に凹んだ弧を形成する。後縁内側凹部120ba及び後縁外側凹部120bbは、軸流ファン100Fの回転方向DRとは反対の方向に向かって、翼20の中央部から後縁投影部22eにかけて形成されている。
後縁投影部22eは、下流側(Z2側)に凸となる弧を形成する第1山部122aを有する。また、後縁投影部22eは、下流側(Z2側)に凸となる弧を形成する第2山部122bを有する。更に、後縁投影部22eの後縁凹部120bは、下流側(Z2側)に凸となる弧を形成する第3山部122cを有する。後縁凹部120bは、第1山部122aと、第2山部122bとの間に形成されている。後縁内側凹部120baは、第1山部122aと、第3山部122cとの間に形成されている。後縁外側凹部120bbは、第3山部122cと、第2山部122bとの間に形成されている。後縁投影部22eは、軸流ファン100の径方向において、内周側から外周側に向かって、第1山部122a、後縁凹部120b、第2山部122bの順に形成されている。また、後縁凹部120bは、後縁内側凹部120ba、第3山部122c、後縁外側凹部120bbが形成されている。そのため、後縁投影部22eは、軸流ファン100の径方向において、内周側から外周側に向かって、第1山部122a、後縁内側凹部120ba、第3山部122c、後縁外側凹部120bb、第2山部122bの順に形成されている。
軸流ファン100Fは、後縁投影部22eの凹部流路120を構成する後縁第1変曲点部Se1と後縁第2変曲点部Se2との間に、後縁第3変曲点部Se3を有する。また、軸流ファン100Fは、後縁凹部120bに第3山部122cを設けている。軸流ファン100Fは、当該構成により、軸流ファン100Fの周方向において、翼20の中央部から後縁投影部22eにかけて凹部流路120が後縁内側凹部120baと後縁外側凹部120bbに向かう2つの流路に分岐するように形成されている。すなわち、軸流ファン100Fは、当該構成により、軸流ファン100Fの周方向において、翼20の中央部から後縁投影部22eにかけて凹部流路120が複数に分岐するように形成されている。
軸流ファン100Fは、後縁内側凹部120baと、後縁外側凹部120bbとによって、翼20の圧力面25側に空気の流れる方向に沿った縦溝が形成されており、翼20の圧力面25側にいわゆるリブレットのような形状を有している。図16に示すように、前縁部21から流入した気流は、翼20の後縁部22側では、凹部流路120に沿って2つに分かれて流れる。
(軸流ファン100Fの作用効果)
図17は、比較例に係る軸流ファン100Gの吹出し気流の態様を表した斜視図である。なお、比較例に係る軸流ファン100Gは、実施の形態1〜実施の形態6に係る軸流ファン100〜軸流ファン100Eに相当する構成である。軸流ファン100Gは、図17に示すように、後縁部22側の凹部流路120を流れる気流が凹部流路120の外周側に集中し、吹出流の風速分布WSDは外周側が高くなる。そのため、軸流ファン100Gは、後縁部22において風速差によって渦VTが発生する場合がある。この後縁部22において生じた渦VTは、軸流エネルギー損失の原因となり、また、発生する音の増加の原因となる。
図18は、実施の形態7に係る軸流ファン100Fの吹出し気流の態様を表した斜視図である。図18に示すように、比較例に係る軸流ファン100Gに対して、実施の形態7に係る軸流ファン100Fは、後縁部22側で区分けされた凹部流路120に沿って気流が流れる。軸流ファン100Fは、後縁凹部120bにおいて、気流に対して上流側に凹んだ形状に形成された第3凹部である後縁内側凹部120baと、気流に対して上流側に凹んだ形状に形成された第4凹部である後縁外側凹部120bbとを有する。軸流ファン100Fは、当該構成を有することで、後縁部22の凹部流路120に集中する気流を、細かい凹部流路120にて整流し、翼20からの吹出し気流が狭い箇所に集中することを抑え、気流速度を均一化する。そのため、軸流ファン100Fは、図18に示すように、吹出流の風速分布WSDが凹部流路120の内周側から外周側にかけて均一化する。その結果、軸流ファン100Fは、後縁部22から渦VTが発生しにくく、渦VTの発生によるエネルギー損失を抑制することができ、更に、渦VTによって発生する音の増加を抑制することができる。すなわち、軸流ファン100Fは、上記構成を備えることで、高速流と低速流が吹出し後に混ざって発生する速度差に起因するエネルギー損失を小さく抑えることができる。
実施の形態8.
図19は、実施の形態8に係る軸流ファン100Hの概略構成を示す斜視図である。なお、図1〜図18の軸流ファン100等と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。実施の形態8に係る軸流ファン100Hは、翼20の後縁部22の構成を更に特定するものである。なお、実施の形態8に係る軸流ファン100Hを図1の子午面MPに回転投影した場合の軸流ファン100Hの形状は、図2に示す軸流ファン100の形状と同じである。
(軸流ファン100Hの構成)
後縁部22は、回転軸RSと平行な方向に見た平面視において、後縁凹部120bを構成する部分の後縁部22の縁部が前縁部21側に切り欠かれた状態に形成された切欠部27を有する。翼20の後縁部22には、少なくとも1つの切欠部27が形成されている。切欠部27は、翼20を構成する後縁部22が軸流ファン100Hの周方向に切り欠かれた切り欠き形状を有している部分である。すなわち、切欠部27は、後縁部22から前縁部21に向かって切り欠かれた切り欠き形状を有している部分である。翼20は、切欠部27を構成する縁部の径方向の幅が、前縁部21に向かうにつれて狭くなるように形成されている。切欠部27において、後縁部22は、前縁部21側に凹んだ縁部を構成する。切欠部27の開口は、回転方向DRと反対方向に開口している。切欠部27を構成する後縁部22の縁部は、回転軸RSの軸方向と平行に見た平面視において、例えば、U字形状、あるいは、V字形状に形成されている。
切欠部27は、後縁第1変曲点部Se1と、後縁第2変曲点部Se2との間に形成されている。すなわち、切欠部27は、後縁部22の後縁凹部120bに形成されている。したがって、後縁凹部120bは、上流側(Z1側)に凹んだ弧を形成すると共に、切欠部27によって前縁部21側に凹んだ縁部を構成する。
(軸流ファン100Hの作用効果)
上述した実施の形態7の軸流ファン100Fは、吹出流の風速分布WSDが凹部流路120の内周側から外周側にかけて均一化する。しかし、吹出し風速の均一化を目的とし、実施の形態7に係る軸流ファン100Fのように、凹部流路120に流路の凹凸を追加する場合に、径方向の幅によっては圧力面25の凹凸の高さの差を設けにくい場合がある。
実施の形態8に係る軸流ファン100Hは、後縁凹部120bに切欠部27を形成することで、図6に示した翼弦長WLの長さを調整することができる。その結果、軸流ファン100Hは、凹部流路120の間で翼20が気流を押す力を低減することができ、吹出し風速の均一化を目的とした吹出し風速分布を更に作りやすくなる。また、軸流ファン100Hは、上記構成によって凹部流路120の外周側と内周側との風速差が小さくなるため、高速流と低速流が吹出し後に混ざって発生する速度差に起因するエネルギー損失を小さく抑えることができる。
実施の形態9.
図20は、実施の形態9に係る軸流ファン100Iの概略構成を示す斜視図である。なお、図1〜図19の軸流ファン100等と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。実施の形態9に係る軸流ファン100Iは、翼20の前縁部21の構成と後縁部22の構成とを更に特定するものである。
(軸流ファン100Iの構成)
前縁凹部120aを構成する部分の前縁部21の縁部には、波型のセレーション28が形成されている。あるいは、後縁凹部120bを構成する部分の後縁部22の縁部には、波型のセレーション28が形成されている。翼20の前縁部21及び後縁部22には、少なくとも1つのセレーション28が形成されている。セレーション28は、前縁部21にのみ形成されてもよく、後縁部22にのみ形成されてもよい。あるいは、セレーション28は、前縁部21と後縁部22との両方に形成されてもよい。セレーション28は、回転軸RSの軸方向と平行な方向に見た平面視において、前縁部21又は後縁部22の縁部に形成された鋸歯状、あるいは、細かい波型の溝部である。セレーション28を構成する溝は、翼20の縁部において気流の上流側(Z1側)と下流側(Z2)との間に延びるように形成されている。
セレーション28は、後縁部22では後縁第1変曲点部Se1と、後縁第2変曲点部Se2との間に形成されている。すなわち、セレーション28は、後縁部22では後縁凹部120bに形成されている。セレーション28は、前縁部21では前縁基部11aと前縁変曲点部Sf1との間に形成されている。すなわち、セレーション28は、前縁部21では前縁凹部120aに形成されている。
(軸流ファン100Iの作用効果)
前縁凹部120aに設けられたセレーション28は、外乱により気流方向と翼20の先端の向きとが大きくずれた場合に、翼20の先端の気流を乱すことで気流の向きをぼかすことができる。そのため、前縁凹部120aにセレーション28を設けた軸流ファン100Iは、前縁凹部120aにセレーション28を設けていない軸流送風機と比較して、気流が前縁凹部120aに流入しやすくなる。
後縁凹部120bに設けられたセレーション28は、後縁凹部120bで集中した気流を乱すことで、吹出し風速が極端に高い箇所をなくすことができる。その結果、軸流ファン100Iは、後縁部22から渦VTが発生しにくく、渦VTの発生によるエネルギー損失を抑制することができ、更に、渦VTによって発生する音の増加を抑制することができる。
実施の形態10.
本実施の形態10は、上記実施の形態1〜9の軸流ファン100等を、送風装置としての冷凍サイクル装置70の室外機50に適用した場合について説明する。
図21は、実施の形態10に係る冷凍サイクル装置70の概要図である。以下の説明では、冷凍サイクル装置70について、空調用途に使用される場合について説明するが、冷凍サイクル装置70は、空調用途に使用されるものに限定されるものではない。冷凍サイクル装置70は、例えば、冷蔵庫あるいは冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、冷凍装置、給湯器などの、冷凍用途又は空調用途に使用される。
図21に示すように、冷凍サイクル装置70は、圧縮機64と凝縮器72と膨張弁74と蒸発器73とを順番に冷媒配管で接続した冷媒回路71を備えている。凝縮器72には、熱交換用の空気を凝縮器72に送風する凝縮器用ファン72aが配置されている。また、蒸発器73には、熱交換用の空気を蒸発器73に送風する蒸発器用ファン73aが配置されている。凝縮器用ファン72a及び蒸発器用ファン73aの少なくとも一方は、上記実施の形態1〜9の何れかの軸流ファン100によって構成される。なお、冷凍サイクル装置70は、冷媒回路71に冷媒の流れを切り替える四方弁等の流路切替装置を設け、暖房運転と冷房運転とを切り替える構成としてもよい。
図22は、送風装置である室外機50を、吹出口側から見たときの斜視図である。図23は、上面側から室外機50の構成を説明するための図である。図24は、室外機50からファングリルを外した状態を示す図である。図25は、室外機50からファングリル及び前面パネル等を除去して、内部構成を示す図である。
図22〜図25に示すように、ケーシングである室外機本体51は、左右一対の側面51a及び側面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には、外部から空気を吸込むための開口部が形成されている。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ための開口部としての吹出口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、室外機本体51の外部の物体等と軸流ファン100との接触を防止し、安全が図られている。なお、図23の矢印ARは、空気の流れを示している。
室外機本体51内には、軸流ファン100と、ファンモータ61とが収容されている。軸流ファン100は、背面51d側にある駆動源であるファンモータ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。ファンモータ61は、軸流ファン100に駆動力を付与する。
室外機本体51の内部は、壁体である仕切板51gによって、軸流ファン100が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。なお、熱交換器68は、暖房運転時において凝縮器72として機能し、冷房運転時において蒸発器73として機能する。
送風室56に配置された軸流ファン100の径方向外側には、ベルマウス63が配置されている。ベルマウス63は、翼20の外周端よりも外側に位置し、軸流ファン100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の一方側の側方には、仕切板51gが位置し、他方側の側方には、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50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、前面パネル52につなげられる構成として用意されてもよい。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53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。
軸流ファン100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、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及び膨張弁等と接続されて、空気調和装置の冷媒回路71を構成する。また、機械室57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。
(冷凍サイクル装置70の作用効果)
本実施の形態10においても、対応する上記実施の形態1〜9と同様な利点が得られる。例えば、上述したように軸流ファン100〜軸流ファン100Iは、翼20の前縁部21で受けた気流が、翼20から気流へ力を効率よく与えられる圧力面25の外周側を翼20の回転方向DRに沿って流れやすくするものである。この軸流ファン100〜軸流ファン100Iのいずれか1つ以上を送風装置に搭載すれば、送風装置は、高効率で送風量を増加することができる。また、圧縮機64と熱交換器などで構成される冷凍サイクル装置70である空気調和機又は給湯用室外機に搭載すれば、低騒音かつ高効率で熱交換器通過風量を稼ぐことができ、機器の低騒音化と省エネルギー化を実現することができる。
以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
10 ハブ、10a ハブ投影部、11 基部、11a 前縁基部、11b 後縁基部、20 翼、20a 翼投影部、21 前縁部、21a 前縁投影部、22 後縁部、22a 第1S字部、22b 第2S字部、22c 第3S字部、22e 後縁投影部、23 外周縁部、24 内周縁部、25 圧力面、26 負圧面、27 切欠部、28 セレーション、50 室外機、51 室外機本体、51a 側面、51b 前面、51c 側面、51d 背面、51e 上面、51f 底面、51g 仕切板、52 前面パネル、53 吹出口、54 ファングリル、56 送風室、57 機械室、61 ファンモータ、62 回転軸、63 ベルマウス、64 圧縮機、65 配管、66 基板箱、67 制御基板、68 熱交換器、70 冷凍サイクル装置、71 冷媒回路、72 凝縮器、72a 凝縮器用ファン、73 蒸発器、73a 蒸発器用ファン、74 膨張弁、100 軸流ファン、100A 軸流ファン、100B 軸流ファン、100C 軸流ファン、100D 軸流ファン、100E 軸流ファン、100F 軸流ファン、100G 軸流ファン、100H 軸流ファン、100I 軸流ファン、120 凹部流路、120a 前縁凹部、120a1 前縁凹部、120b 後縁凹部、120b1 後縁凹部、120ba 後縁内側凹部、120bb 後縁外側凹部、120m 極小点部、121 前縁山部、121a 極大点部、122a 第1山部、122b 第2山部、122c 第3山部、123a 第1極大点部、123b 第2極大点部。

Claims (16)

  1. 回転駆動され回転軸を形成するハブと、
    前記ハブに接続され、発生させる気流の上流側に位置する前縁部と、前記気流の下流側に位置する後縁部とを有する翼と、
    を備え、
    前記回転軸と前記翼とを含む子午面に回転投影させた場合の前記翼の形状において、
    前記前縁部の輪郭線で示される前縁投影部は、
    前記気流に対して上流側に凹んだ形状に形成された第1凹部を有し、
    前記後縁部の輪郭線で示される後縁投影部は、
    前記気流に対して上流側に凹んだ形状に形成された第2凹部を有し、
    前記第1凹部の少なくとも一部は、
    前記第2凹部よりも径方向の内周側に形成されている軸流ファン。
  2. 前記前縁投影部は、
    変曲点となる前縁変曲点部を有し、前記気流の上流側と下流側とに弧を描くS字形状の曲線で構成されており、
    前記第1凹部は、
    前記前縁部の前記ハブとの付け根部分である基部と、前記前縁変曲点部との間に形成されており、
    前記後縁投影部は、
    変曲点となる第1変曲点部を有し、前記気流の上流側と下流側とに弧を描くS字形状の曲線で構成された第1S字部と、
    変曲点となる第2変曲点部を有し、前記気流の上流側と下流側とに弧を描くS字形状の曲線で構成された第2S字部と、
    を有し、
    前記第2凹部は、
    前記第1変曲点部と前記第2変曲点部との間に形成されている請求項1に記載の軸流ファン。
  3. 前記前縁変曲点部は、
    径方向において、前記第1変曲点部と、前記第2変曲点部との間に位置している請求項2に記載の軸流ファン。
  4. 前記後縁投影部は、
    変曲点となる第3変曲点部を有し、前記気流の上流側と下流側とに弧を描くS字形状の曲線で構成された第3S字部を、前記第1S字部と前記第2S字部との間に更に有し、
    前記第2凹部において、
    前記気流に対して上流側に凹んだ形状に形成された第3凹部と、
    前記気流に対して上流側に凹んだ形状に形成された第4凹部と、
    を有する請求項2又は3に記載の軸流ファン。
  5. 前記第2凹部は、
    前記第1凹部よりも径方向の外周側に形成されている請求項1〜4のいずれか1項に記載の軸流ファン。
  6. 前記前縁投影部は、
    前記第1凹部において、前記気流の最も上流側に位置する第1極小点部を有し、
    前記後縁投影部は、
    前記第2凹部において、前記気流の最も上流側に位置する第2極小点部を有し、
    前記第2極小点部は、
    径方向において、前記第1極小点部よりも外周側に形成されている請求項1〜5のいずれか1項に記載の軸流ファン。
  7. 径方向において、前記第2凹部の幅は、前記第1凹部の幅よりも狭い請求項1〜6のいずれか1項に記載の軸流ファン。
  8. 前記前縁投影部は、
    径方向において、前記第1凹部の割合が、前記気流に対して下流側に凹んだ形状に形成された部分の割合よりも多い請求項1〜7のいずれか1項に記載の軸流ファン。
  9. 前記後縁部は、
    前記回転軸と平行な方向に見た平面視において、
    前記第2凹部を構成する部分の前記後縁部の縁部が前記前縁部側に切り欠かれた状態に形成された切欠部を有する請求項1〜8のいずれか1項に記載の軸流ファン。
  10. 前記第1凹部を構成する部分の前記前縁部の縁部には、波型のセレーションが形成されている請求項1〜9のいずれか1項に記載の軸流ファン。
  11. 前記第2凹部を構成する部分の前記後縁部の縁部には、波型のセレーションが形成されている請求項1〜10のいずれか1項に記載の軸流ファン。
  12. 前記回転軸の軸方向において、前記第2凹部の深さは、前記第1凹部の深さよりも大きい請求項1〜11のいずれか1項に記載の軸流ファン。
  13. 前記翼は、
    前記気流の下流側の面を構成する圧力面を有し、
    前記圧力面には、前記気流の上流側に凹んだ形状の凹部流路が形成されており、
    前記凹部流路は、
    前記前縁部と前記後縁部との間に形成されており、
    周方向において、前記前縁部側の端部が前記第1凹部を形成する部分により構成されており、前記後縁部側の端部が前記第2凹部を形成する部分により構成されている請求項1〜12のいずれか1項に記載の軸流ファン。
  14. 径方向における前記凹部流路の断面において最も上流側に位置する部分であって、前記前縁部と前記後縁部との間で連続した部分として構成された極小点部は、
    前記前縁部から前記後縁部にかけて、径方向の外側へ向かう状態に形成されている請求項13に記載の軸流ファン。
  15. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の軸流ファンと、
    前記軸流ファンに駆動力を付与する駆動源と、
    前記軸流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。
  16. 請求項15に記載の送風装置と、
    凝縮器及び蒸発器を有する冷媒回路と、を備え、
    前記送風装置は、
    前記凝縮器及び前記蒸発器の少なくとも一方に空気を送風する
    冷凍サイクル装置。
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