WO2010053037A1 - 送風機及びこの送風機を用いたヒートポンプ装置 - Google Patents

送風機及びこの送風機を用いたヒートポンプ装置 Download PDF

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bell mouth
blower
fan
cross
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PCT/JP2009/068567
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Inventor
加藤　康明
敬英 田所
馬場　正信
高田　博之
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F24F1/00—Room units for air-conditioning, e.g. separate or self-contained units or units receiving primary air from a central station
    • F24F1/06—Separate outdoor units, e.g. outdoor unit to be linked to a separate room comprising a compressor and a heat exchanger
    • F24F1/38—Fan details of outdoor units, e.g. bell-mouth shaped inlets or fan mountings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/16—Sealings between pressure and suction sides
    • F04D29/161—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/162—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps of a centrifugal flow wheel
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    • F04D29/661—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24F1/00—Room units for air-conditioning, e.g. separate or self-contained units or units receiving primary air from a central station
    • F24F1/06—Separate outdoor units, e.g. outdoor unit to be linked to a separate room comprising a compressor and a heat exchanger
    • F24F1/40—Vibration or noise prevention at outdoor units

Definitions

  • the present invention relates to a blower provided with a bell mouth and an impeller and a heat pump device using the blower.
  • an air conditioning outdoor unit In a device equipped with a blower such as a propeller fan type blower or an air conditioner outdoor unit (hereinafter referred to as an air conditioning outdoor unit), in order to reduce aerodynamic noise, the turbulence and fluctuation of the airflow flowing into the blower are minimized. It is essential. In order to reduce aerodynamic noise, it is also effective to reduce the relative speed between the blade and the gas by increasing the diameter of the impeller, or to reduce the absolute speed of the gas by ensuring the gas cross-sectional area. It is.
  • the suction space outside the radial direction of the impeller is generally a plurality of side surfaces, and the section perpendicular to the fan rotation axis is generally rectangular, and the space is large enough to make the bell mouth large enough. In many cases, the entire cross-sectional shape cannot be the same.
  • Japanese Patent No. 2769211 Japanese Patent Publication No. 7-117077 (Page 2, Fig. 2-3)
  • the conventional blower described above changes the size of the curvature of the bell mouth corresponding to the non-uniformity due to the circumferential position of the suction side air passage, but the separation of the airflow flowing along the bell mouth
  • noise reduction cannot be realized because there is no effect of reducing the turbulence of the inflowing airflow itself.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and even when there is non-uniformity due to the circumferential position around the rotation axis of the suction side air passage, the disturbance of the inflowing air current itself is reduced. Therefore, it is to obtain a blower that achieves low noise.
  • a blower includes a propeller fan, a propeller fan driving device that rotationally drives the propeller fan, a bell mouth that covers the outer peripheral edge of the rear edge of the propeller fan, and at least one surface on the radially outer side of the propeller fan.
  • the blade of the propeller fan has the plate that forms the air path from the suction side to the blowout side, and the blade of the propeller fan is at the position of the plate where the distance between the propeller fan and the plate that forms the radially outer air path is relatively narrow
  • the bellmouth cross section at the front and back positions is closer to the cross section at a position where the distance between the propeller fan and the plate is relatively wide. The bellmouth cross-sectional shape between the two is gently changed.
  • the outer peripheral edge of the rear edge side of the propeller fan that is rotationally driven by the propeller fan driving device is covered with a bell mouth, and the air path that extends from the suction side to the blowout side on at least one outer surface in the radial direction of the propeller fan
  • the cross-section of the bell mouth at the position before and after the propeller fan blades are closest to each other at a position where the distance between the propeller fan and the plate constituting the radially outer air passage is relatively narrow.
  • the horizontal sectional view which shows the outdoor unit of the air conditioner of Embodiment 1 of this invention The front view which shows the outdoor unit of the air conditioner.
  • the front view of the propeller fan mounted in the outdoor unit of the air conditioner The cylindrical cross-section expanded view of the propeller fan mounted in the outdoor unit of the air conditioner.
  • Sectional drawing which shows the shape of the bellmouth in the A section of FIG. Sectional drawing which shows the shape of the bellmouth in the B section of FIG.
  • Supplemental sectional drawing explaining another characteristic of the bellmouth of the outdoor unit of the air conditioner are examples of the bellmouth of the outdoor unit of the air conditioner.
  • the horizontal sectional view which shows the outdoor unit of the air conditioner of Embodiment 2 of this invention.
  • the front view which shows the outdoor unit of the air conditioner.
  • the graph which shows the aerodynamic characteristic of the outdoor unit of the air conditioner compared with the past.
  • the horizontal sectional view of the outdoor unit of the heat pump type water heater of Embodiment 3 of the present invention The front view of the outdoor unit of the heat pump type water heater.
  • FIG. 1 is a horizontal sectional view showing an outdoor unit of an air conditioner according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a front view showing the outdoor unit of the air conditioner
  • FIG. 3 is mounted on the outdoor unit of the air conditioner.
  • 4 is a front sectional view of the propeller fan
  • FIG. 4 is a developed cylindrical sectional view of the propeller fan mounted on the outdoor unit of the air conditioner
  • FIG. 5 is a sectional view showing the shape of the bell mouth in part A of FIG. 2
  • FIG. FIG. 7 is another front view showing the outdoor unit of the air conditioner
  • FIG. 8 explains the characteristics of the bell mouth of the outdoor unit of the air conditioner.
  • FIG. 1 is a horizontal sectional view showing an outdoor unit of an air conditioner according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a front view showing the outdoor unit of the air conditioner
  • FIG. 3 is mounted on the outdoor unit of the air conditioner.
  • 4 is a front sectional view of the propeller fan
  • a propeller fan type blower 2 of an outdoor unit 1 of a separate air conditioner that is a heat pump device covers a propeller fan 3 and an outer peripheral edge 3b on the trailing edge 3c side of the blade of the propeller fan 3. It consists of a bell mouth 4, a blowing plate 5 continuous with the bell mouth 4, and a motor 6 that rotationally drives the propeller fan 3.
  • the rotation axis direction means a direction perpendicular to the rotation direction of the propeller fan 3 and the motor 6.
  • the blade shape of the propeller fan 3 is a forward blade shape in which the midpoint P1 of the outer peripheral edge 3b is ahead of the midpoint P2 of the boss side in the rotational direction as shown in FIG. .
  • FIG. 4 is a developed plan view in which the outer peripheral edge 3b side of the propeller fan 3 is cut along a cylindrical section taken along the line AA in FIG. The chord length L of the outer peripheral edge 3b is longer on the outer peripheral edge side 3b than on the boss side. And the negative pressure surface of the cross-sectional shape of the outer peripheral edge 3b developed in the plane of the propeller fan 3 shown in the plan development view of FIG.
  • the air passage chamber 7 with the propeller fan 3 is surrounded by the upper plate 8, the lower plate 9, the lateral plate 10, and the machine chamber plate 11 on the radially outer side of the propeller fan 3, and the surface facing the blowing plate 5 is heat exchanged.
  • the vessel 12 is covered.
  • the cross section of the air channel chamber perpendicular to the direction of the rotation axis in the air channel chamber 7 is vertically long when viewed from the front where the length of the horizontal plate 10 and the machine chamber plate 11 is longer than the length of the upper plate 8 and the lower plate 9. .
  • refrigerant circuit components connected to the heat exchanger 12 and an electric circuit for controlling the heat pump device are stored in the machine room 13 separated from the air passage room 7 by the machine room plate 11, in addition to the compressor 14, refrigerant circuit components connected to the heat exchanger 12 and an electric circuit for controlling the heat pump device are stored.
  • the heat exchanger 12 is provided with multi-layer fins for heat transfer on the outer surface of a pipe through which a refrigerant circulates.
  • both the A portion and the B portion in FIG. 2 have a radius of curvature R2 larger than R1 from the radius of curvature R1 on the suction side immediately from the minimum inner diameter portion of the bell mouth 4 to the suction side.
  • the radius of curvature R2 is extremely large, the cross section is close to a straight line, and the radius of curvature R1 is almost the same over the entire circumference.
  • the expansion angle ⁇ 1 from the rotation axis on the suction side of the bell mouth 4 makes the A portion where the space changes abruptly smaller than the B portion where the air passage chamber space on the radially outer side of the bell mouth 4 is wide. It gradually changes between the A part and the B part in FIG.
  • the overlapping height Hb of the bell mouth 4 and the propeller fan 3 in the rotation axis direction is higher in the A portion than in the B portion.
  • FIG. 1 is located in the fan rotation direction side rather than the intersection direction of the upper board 8 and the machine room board 11 seeing the outdoor unit 1 from the front.
  • the air passage chamber space on the radially outer side of the propeller fan 3 is a narrow portion.
  • the cross-sectional shape of the bell mouth 4 in this part is connected with a larger radius of curvature from the radius of curvature on the suction side immediately from the smallest inner diameter portion of the bell mouth 4 in the same way as the portion A, and the bell mouth 4 and the propeller fan are connected.
  • the overlapping height in the direction of the rotation axis 3 is higher than that in the B portion.
  • the position at the side where the horizontal plate 10 and the blades of the propeller fan 3 are closest to each other is limited in size as the outdoor unit 1, and the noise of the bell mouth 4 is considered.
  • the shape of the bell mouth 4 is considered as described above in order to reduce noise for A and B in FIG.
  • the airflow around the propeller fan 3 will be described in more detail.
  • the gas in the region in which the propeller fan 3 rotates is pushed out to the blow-out side space, and the rotation region of the propeller fan 3 becomes negative pressure, so that the gas in the air passage chamber 7 rotates the propeller fan 3.
  • the gas in the air passage chamber 7 flows into the propeller fan 3 from the surface formed by the rotation locus of the blade leading edge 3a of the propeller fan 3 or the surface formed by the rotation locus of the blade outer peripheral edge 3b.
  • a part of the gas flowing into the propeller fan 3 leaks from the pressure surface facing the rotation direction of the propeller fan 3 to the negative pressure surface opposite to the pressure surface via the outside of the outer peripheral edge 3b.
  • a flow having a vortex structure called a blade tip vortex is generated at a position along the outer peripheral edge 3b of the suction surface based on the leakage flow generated in the vicinity of the front edge 3a of the outer peripheral edge 3b.
  • the blade tip vortex grows as it moves from the leading edge side to the trailing edge side, and departs from the outer peripheral edge in the vicinity of a half position on the outer periphery of the blade where the flow direction becomes large.
  • the blade tip vortex separated from the outer peripheral edge 3b is gradually discharged to the outside while being pushed by the entire flow while weakening the structure as a vortex.
  • the flow In the vicinity of the outer peripheral edge 3b, the flow mainly enters the fan rotation area, but as described above, there is also a flow that partially exits the rotation area. There are also tip vortices. Therefore, the aerodynamic performance of the blower 2 is greatly influenced by the air passage chamber space outside the propeller fan 3 in the radial direction.
  • the flow around the propeller fan 3 becomes unstable if the space of the air passage chamber 7 on the radially outer side changes abruptly.
  • the pressure fluctuation on the surface of the propeller fan 3 increases and noise increases. Even on the surface of the bell mouth 4, the pressure fluctuation increases and the noise increases.
  • the blades of the rotating propeller fan 3 are closest to the horizontal plate 10 at a horizontal position passing through the center of the rotation axis. At this time, the air passage chamber space on the radially outer side of the propeller fan 3 is narrowest on the horizontal plate 10 side. Thereafter, as the portion A in FIG. 2 is approached, the air channel space outside in the radial direction gradually increases, and the distance between the propeller fan 3 and the lateral plate 10 increases rapidly in the vicinity of the portion A, and the radial direction of the outer periphery of the fan The outside air channel room space widens rapidly.
  • the overlap height Hb between the propeller fan 3 and the bell mouth 4 is relatively increased in the portion A of FIG.
  • the propeller is caused by a sudden change in the air passage space.
  • the presence of the bell mouth 4 having a small expansion angle on the bell mouth suction side in the air channel space where the air current flowing through the fan changes abruptly reduces the abrupt change in the air channel space, and the air current changes It can be suppressed and aerodynamic noise can be reduced.
  • the cross-section of the bell mouth 4 is gradually changed to gradually change the overlap height Hb between the propeller fan 3 and the bell mouth 4. Changes in the road shape can be made smooth, fluctuations in the flow around the fan periphery can be suppressed, and an increase in aerodynamic noise can be suppressed.
  • the spread angle ⁇ 1 is relatively increased to widen the space outside the outer periphery of the fan.
  • the flow velocity can be lowered and aerodynamic noise in the suction portion can be suppressed.
  • the distance between the surface of the bell mouth 4 and the propeller fan 3 is large, the pressure fluctuation on the bell mouth surface due to the fluctuation of the flow around the fan outer periphery such as the blade tip vortex is reduced, and the generated noise is reduced. it can.
  • the overlap height Hb of the propeller fan 3 and the bell mouth 4 is larger than half the height Hf of the fan outer periphery in the A part and B part of FIG. That is, the position about half of the fan outer peripheral height is a position where the blade tip vortex is separated from the blade surface, and the fluctuation of the flow near the fan outer periphery is large.
  • the blade tip vortex is stabilized, the flow fluctuation caused by the blade tip vortex can be suppressed, and the aerodynamic noise of the propeller fan 3 can be reduced.
  • the D part, the E part, and the F part shown in FIG. 7 correspond to the A part, the B part, and the C part, and the bell mouth cross section is similar to the shape from the A part to the C part.
  • the same flow as described can be realized, and aerodynamic noise can be reduced.
  • With the bellmouth cross-section noise reduction can be achieved only on the upper side and only on the lower side. When implemented on both the upper and lower sides, a larger noise reduction effect can be obtained.
  • the distance between the outer periphery of the fan and the surface of the bell mouth can be increased.
  • the aerodynamic noise in the suction portion can be suppressed by reducing the flow velocity.
  • the distance between the surface of the bell mouth 4 and the propeller fan 3 is wide, the pressure fluctuation on the bell mouth surface due to the flow fluctuation near the outer periphery of the fan, such as the blade tip vortex, becomes low, and the generated noise is reduced. it can.
  • the propeller fan 3 has a longer chord length on the outer peripheral edge 3b side than the boss side and has a forward wing shape, so that the outer peripheral edge 3b side of the front edge 3a protrudes in the rotation direction. Longitudinal vortices generated from the outer peripheral edge 3b and the leading edge 3a of the projecting portion are strengthened, and a large blade tip vortex is generated along the outer peripheral edge on the suction surface side based on the vertical vortex on the outer peripheral edge 3b side. The blade tip vortex increases the suction force from the outer peripheral direction to the propeller fan 3 and has a noise reduction effect.
  • the blade of the propeller fan 3 has a negative pressure surface with a convex curvature in the anti-rotation direction. Moderate warpage diverts the flow through the wing, reducing the relative velocity of the gas seen by the wing and increasing the pressurizing action. As a result, the fan speed is reduced, and the noise is reduced. In addition, the tip vortex tends to separate from the blade surface at about half the blade height at which the warpage is maximum near the outer periphery.
  • the overlapping height of the bell mouth 4 and the propeller fan 3 in the rotation axis direction at the A part, the C part, the D part, and the F part where the air passage space on the outer side in the radial direction widens suddenly increases. Since the height Hb is increased, fluctuations in the blade tip vortex can be suppressed and noise can be reduced. In particular, the effect is enhanced by making the overlap height Hb higher than half the height of the fan outer periphery.
  • a low noise blower can be obtained. Moreover, the low noise heat pump apparatus as the outdoor unit 1 of the air conditioner which mounts the air blower 2 can be obtained. If the noise is the same as before, a blower with a large air volume can be obtained. That is, it is possible to obtain a heat pump device having high heat exchange processing capability and excellent energy saving characteristics.
  • FIG. FIG. 10 is a horizontal sectional view showing an outdoor unit of an air conditioner according to Embodiment 2 of the present invention
  • FIG. 11 is a front view showing the outdoor unit of the air conditioner, and a protective grill is omitted.
  • the side opposite to the machine room 13 is the horizontal plate 10 when viewed from the front of the propeller fan 3, whereas in the second embodiment, the heat exchanger 12 is opposite to the machine room 13.
  • the surface facing the blowing plate 5 is covered with the heat exchanger 12 as in the first embodiment.
  • the degree of negative pressure is strong, and when there is a heat exchanger 12, which is a resistor that allows gas to pass radially outward near the propeller fan 3, the propeller fan depends on the distance to the propeller fan 3.
  • the velocity of the gas flowing into 3 changes. Therefore, the fluctuation is increased in the airflow around the blades of the propeller fan 3 when passing through the portion.
  • the overlap height between the propeller fan 3 and the bell mouth 4 is relatively increased in the A part and the F part as in the first embodiment. Variations in the airflow flowing through the propeller fan due to sudden changes can be suppressed, and aerodynamic noise can be reduced.
  • the operations and effects described in the first embodiment are the same as those in the second embodiment.
  • a low noise blower can be obtained. Moreover, the low noise heat pump apparatus as the outdoor unit 1 of the air conditioner which mounts the air blower can be obtained. If the noise is the same as before, a blower with a large air volume can be obtained. That is, it is possible to obtain a heat pump device having high heat exchange processing capability and excellent energy saving characteristics.
  • FIG. 12 is a result of experimentally confirming the low noise effect of the air conditioner outdoor unit according to the second embodiment.
  • the general specification one-dot chain line
  • suction from R1 Specification (broken line) in which the enlarged part is connected to the side and the enlarged angle of the entire circumference is 45 degrees (indicated by a broken line)
  • the enlarged angles of the A part, C part, D part, and F part are 45 degrees
  • B part, E The specifications (solid line) where the expansion angle of the part was 70 degrees were compared.
  • the specification connected to the suction side with an expansion angle of 45 degrees upstream can achieve low noise. ing. It can be seen that the specification in which the expansion angle according to the second embodiment is changed from 45 degrees to 70 degrees can further reduce noise.
  • FIG. 13 is a horizontal sectional view of the outdoor unit of the heat pump type hot water heater according to the third embodiment
  • FIG. 14 is a front view of the outdoor unit of the heat pump type hot water heater, and the protective grill is omitted.
  • the side opposite to the machine room 13 is a heat exchanger 12, the surface facing the blowout plate 5 is covered with the heat exchanger 12, and the outdoor side
  • a water heat exchanger 17 for performing a heat exchanger between the refrigerant and water is installed in the lower part of the machine 1.
  • the water heat exchanger 17 occupies the lower part in the outdoor unit 1, and the air channel chamber upper surface 17 a becomes one surface of the plate constituting the air channel chamber 7 when viewed from the propeller fan 3.
  • the cross section of the air passage chamber 7 is horizontally long when viewed from the front, in which the lengths of the heat exchanger 12 and the machine chamber plate 11 are shorter than the lengths of the upper plate 8 and the water heat exchanger upper surface 17a.
  • the A ′, C ′, D ′, and F ′ portions correspond to FIG. 5, and the B ′ and E ′ portions correspond to FIG.
  • a low noise blower can be obtained.
  • a low-noise heat pump device can be obtained as an outdoor unit of a heat pump type water heater equipped with the blower. If the noise is the same as before, a blower with a large air volume can be obtained. That is, it is possible to obtain a heat pump device having high heat exchange processing capability and excellent energy saving characteristics.
  • the upper plate 8, the lower plate 9, the horizontal plate 10, and the machine room plate 11 are provided in the vicinity of the outer side in the radial direction of the propeller fan 3.
  • the present invention is applied to the case where only the plate 8 is in the vicinity of the outer side in the radial direction of the propeller fan 3 and the other plates are located far away from the outer side in the radial direction of the propeller fan 3. .
  • blower of the present invention an outdoor unit of an air conditioner or an outdoor unit of a heat pump type hot water heater has been described as an example, but in addition, for example, various devices and facilities such as a ventilator where a blower is installed Can be widely used.

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Abstract

　プロペラファン駆動装置であるモータ６によって回転駆動されるプロペラファン３の後縁側外周縁をベルマウス４で覆い、プロペラファンの径方向外側に吸込み側の風路を構成する複数の板である上板８、下板９、横板１０及び機械室板１１を有し、プロペラファンと径方向外側の風路を構成する板との距離が相対的に狭い板の位置でプロペラファンの翼が最も近づく前後の位置のベルマウス断面が、プロペラファンと板との距離が相対的に広い位置の断面に対して、ベルマウス吸込み側の拡大角度θ１を小さく、プロペラファンとベルマウスとの重なり高さＨｂを大きくし、両者の間のベルマウス断面形状をなだらかに変化させるようにしたものである。

Description

送風機及びこの送風機を用いたヒートポンプ装置
　本発明は、ベルマウスと羽根車を備える送風機及びこの送風機を用いたヒートポンプ装置に関するものである。
　プロペラファン形式の送風機や、空気調和機の室外機（以下、空調室外機）等の送風機を備える装置では、空力騒音低減を実現するためには送風機に流入する気流の乱れ、変動を極力小さくすることが不可欠である。
　また、空力騒音低減を実現するために、羽根車の径を大きくして翼と気体の相対速度を低減したり、気体の通過断面積を確保して気体の絶対速度を低減すること等も有効である。
　送風機に流入する気流の乱れ、変動を小さくするには、回転軸を中心として周方向に均一な十分に広い空間から気体を吸込むことが理想であるが、プロペラファン形式の送風機を搭載した空調室外機を例にとっても、羽根車の径方向外側の吸込み空間は複数の側面で、ファン回転軸に垂直な断面が概ね四角形であることが一般的であり、空間の広さもベルマウスを十分な大きさの全周同じ断面形状とできない場合が多い。
　ベルマウス面上の流れのベクトルが異なることへの従来の送風機の工夫として、ベルマウスの吸込み側先端部の曲率半径を場所により変えて、ベルマウス付近での気流の剥離を抑えて乱流音増加の抑制を図っているものがある（例えば、特許文献１参照。）。
特許第２７６９２１１号公報[特公平７－１１７０７７号公報]（第２頁、第２－３図）
　上述した従来の送風機は、吸い込み側風路の周方向位置に因る不均一性に対応させてベルマウスの曲率の大きさを変えているが、ベルマウス上に沿って流れている気流の剥離などを低減する効果に留まり、流入する気流そのものの乱れを低減する効果はなく、騒音低減を実現することができない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、吸い込み側風路の回転軸を中心とした周方向位置に因る不均一性がある場合にも、流入する気流そのものの乱れを低減して、低騒音を図った送風機を得ることにある。
　本発明に係る送風機は、プロペラファンと、該プロペラファンを回転駆動するプロペラファン駆動装置と、前記プロペラファンの後縁側外周縁を覆うベルマウスと、前記プロペラファンの径方向外側の少なくとも１面に吸込み側から吹き出し側に至る風路を構成する板を有し、前記プロペラファンと径方向外側の風路を構成する板との距離が相対的に狭い板の位置で前記プロペラファンの翼が最も近づく前後の位置のベルマウス断面が、前記プロペラファンと板との距離が相対的に広い位置の断面に対して、ベルマウス吸込み側の拡大角度を小さく、プロペラファンとベルマウスとの重なり高さを大きくし、両者の間のベルマウス断面形状をなだらかに変化させたものである。
　本発明の送風機においては、プロペラファン駆動装置によって回転駆動されるプロペラファンの後縁側外周縁をベルマウスで覆い、前記プロペラファンの径方向外側の少なくとも１面に吸込み側から吹き出し側に至る風路を構成する板を有し、前記プロペラファンと径方向外側の風路を構成する板との距離が相対的に狭い板の位置で前記プロペラファンの翼が最も近づく前後の位置のベルマウス断面が、前記プロペラファンと板との距離が相対的に広い位置の断面に対して、ベルマウス吸込み側の拡大角度を小さく、プロペラファンとベルマウスとの重なり高さを大きくし、両者の間のベルマウス断面形状をなだらかに変化させるようにしたので、風路室空間が急激に変化することに起因するプロペラファンを流れる気流の変動が、急激に変化する風路室空間にベルマウス吸込み側の拡大角度が小さいベルマウスが存在することによって風路室空間の急激な変化が少なくなり、気流の変動が抑えられ、空力騒音を低くできるという効果がある。
本発明の実施の形態１の空気調和機の室外機を示す水平断面図。 同空気調和機の室外機を示す正面図。 同空気調和機の室外機に搭載するプロペラファンの正面図。 同空気調和機の室外機に搭載するプロペラファンの円筒断面展開図。 図２のＡ部におけるベルマウスの形状を示す断面図。 図２のＢ部におけるベルマウスの形状を示す断面図。 同空気調和機の室外機を示すもう１つの正面図。 同空気調和機の室外機のベルマウスの特徴を説明する補足断面図。 同空気調和機の室外機のベルマウスの別の特徴を説明する補足断面図。 本発明の実施の形態２の空気調和機の室外機を示す水平断面図。 同空気調和機の室外機を示す正面図。 同空気調和機の室外機の空力特性を従来と比較して示すグラフ。 本発明の実施の形態３のヒートポンプ式給湯機の室外機の水平断面図。 同ヒートポンプ式給湯機の室外機の正面図。
実施の形態１．
　図１は本発明の実施の形態１の空気調和機の室外機を示す水平断面図、図２は同空気調和機の室外機を示す正面図、図３は同空気調和機の室外機に搭載するプロペラファンの正面図、図４は同空気調和機の室外機に搭載するプロペラファンの円筒断面展開図、図５は図２のＡ部におけるベルマウスの形状を示す断面図、図６は図２のＢ部におけるベルマウスの形状を示す断面図、図７は同空気調和機の室外機を示すもう１つの正面図、図８は同空気調和機の室外機のベルマウスの特徴を説明する補足断面図、図９は同空気調和機の室外機のベルマウスの別の特徴を説明する補足断面図である。
　図１～図２において、ヒートポンプ装置であるセパレート型空気調和機の室外機１のプロペラファン形式の送風機２は、プロペラファン３と、プロペラファン３の翼の後縁３ｃ側の外周縁３ｂを覆うベルマウス４と、ベルマウス４と連続する吹出し板５と、プロペラファン３を回転駆動するモータ６とからなる。ここで、回転軸方向とはプロペラファン３、モータ６の回転方向と垂直な方向を意味する。
　プロペラファン３の翼形状は、吹出し側から見た平面図である図３に示すように外周縁３ｂの中点Ｐ１がボス側の中点Ｐ２よりも回転方向の先になる前進翼形状である。
　図４はプロペラファン３の外周縁３ｂ側を図３のＡ－Ａ線の円筒断面で切断し、それを平面に展開した平面展開図で、その平面展開図に示すプロペラファン３の平面に展開した外周縁３ｂの弦長Ｌは、ボス側よりも外周縁側３ｂの方が長い。
　そして、図４の平面展開図で示すプロペラファン３の平面に展開した外周縁３ｂの断面形状の負圧面は回転方向の反対側に凸となる反り形状を持つ。
　プロペラファン３がある風路室７は、プロペラファン３の径方向外側四方を上板８、下板９、横板１０、機械室板１１で囲まれ、吹出し板５と対抗する面は熱交換器１２に覆われている。その風路室７における回転軸方向に垂直な風路室断面は、横板１０及び機械室板１１の長さが上板８及び下板９の長さより長い正面から見て縦長となっている。
　機械室板１１により風路室７から隔てられた機械室１３には、圧縮機１４の他に、熱交換器１２と繋がる冷媒回路構成要素やヒートポンプ装置を制御する電気回路が格納されている。
　熱交換器１２は、内部を冷媒が循環するパイプの外表面に伝熱用の多層形状のフィンを設けたものである。また、ベルマウス４の開口部は保護グリル１５に覆われている。
　図２のＡ部は、図５の断面図で示すように、回転するプロペラファン３側から見た場合に、プロペラファン３の径方向外側の風路室空間が急に広がる部分を示している。即ち、図２のＡ部は、室外機１の正面から見て、横板１０とプロペラファン３の翼とが最も接近するところからファン回転方向に進み、横板１０と翼との距離が広がる位置である。
　図２のＢ部は、図６の断面図で示すように、回転するプロペラファン３側から見た場合に、プロペラファン３の径方向外側の風路室空間が広い部分であることを示している。
　図２のＡ部、Ｂ部はともに、図５及び図６で示すように、ベルマウス４の内径最小部から直ぐの吸込み側の曲率半径Ｒ１からさらに吸込み側へはＲ１よりも大きな曲率半径Ｒ２で繋がるように形成されている。図５及び図６に示す如く、曲率半径Ｒ２が極めて大きく断面は直線に近く、曲率半径Ｒ１は全周に渡りほぼ同じ大きさである。
　ベルマウス４の吸込み側の回転軸からの拡がり角度θ１は、ベルマウス４の径方向外側の風路室空間が広いＢ部よりも空間が急激に変化するＡ部を小さくしている。図２におけるＡ部からＢ部の間では徐々に変化している。ベルマウス４とプロペラファン３の回転軸方向の重なり高さＨｂはＡ部の方がＢ部よりも高い。
　図１のＣ部は、室外機１を正面から見て上板８と機械室板１１との交点方向よりもファン回転方向側に位置する。プロペラファン３側から見た場合に、プロペラファン３の径方向外側の風路室空間が狭くなる部分である。この部分のベルマウス４の断面形状は、Ａ部と同様にベルマウス４の内径最小部から直ぐの吸込み側の曲率半径からさらに吸込み側へはより大きな曲率半径で繋がり、ベルマウス４とプロペラファン３の回転軸方向の重なり高さはＢ部よりも高い。
　なお、室外機１の正面から見て、横板１０とプロペラファン３の翼とが最も接近する真横の位置は室外機１としての寸法上の制約があってベルマウス４の形状を考えて騒音を低減することは困難であり、本発明ではあまり寸法上の制約がない図２のＡ、Ｂについて騒音を低減するためにベルマウス４の形状を以上のように考慮したものである。
　次に、本発明の実施形態１の空気調和機の室外機の動作について説明する。
　モータ６の駆動力によりプロペラファン３が回転すると、プロペラファン３の昇圧作用により、風路室７の気体がベルマウス４の開口から保護グリル１５を通過して機外へ吹出す。それと共に、機外気体が熱交換器１２のフィン間を介して風路室７に流入する。
　熱交換器１２のパイプ内部には機外の気体の温度よりも高温または低温の冷媒が循環し、機外の気体が熱交換器１２を通過する際に熱交換を行う。
　風路室７に流入する際に熱交換器１２と熱交換を行い温度が上昇または低下した気体は、先に述べたようにプロペラファン３の回転により機外に吹き出される。この風量が多いほど熱交換量を多くすることができる。
　プロペラファン３の周りの気流について更に詳しく述べる。
　プロペラファン３が回転すると、プロペラファン３が回転する領域内の気体が吹出し側空間に押し出され、プロペラファン３の回転領域が負圧になるため、風路室７の気体がプロペラファン３の回転する領域に流入する。
　風路室７の気体はプロペラファン３の翼前縁３ａの回転軌跡からなる面や、翼外周縁３ｂの回転軌跡からなる面からプロペラファン３へ流入する。
　プロペラファン３へ流入した気体の一部は外周縁３ｂの外側を介してプロペラファン３の回転方向に向いた圧力面から圧力面と反対の負圧面への漏れ流れとなる。
　また、外周縁３ｂの前縁３ａ付近で生じた漏れ流れを基にして負圧面の外周縁３ｂに沿う位置に翼端渦と呼ぶ渦構造を持つ流れが生じる。
　翼端渦は前縁側から後縁側へと移行するに伴い成長し、流れの転向が大きくなる翼外周の半分位置付近において外周縁から離脱する。
　外周縁３ｂから離脱した翼端渦は渦としての構造を弱めながら、全体的な流れに押されながら徐々に機外へ放出される。
　外周縁３ｂ付近では、ファン回転領域へ入る流れが主となるが、先に述べたように一部回転領域から出る流れもある。更には翼端渦も存在している。そのためにプロペラファン３の径方向外側の風路室空間により送風機２の空力性能は大きく左右される。
　回転するプロペラファン３から見た場合に、径方向外側の風路室７の空間が急激に変化するとプロペラファン３の周りの流れが不安定となる。その結果、プロペラファン３の面上の圧力変動が大きくなり騒音が増加する。ベルマウス４の面上でも圧力変動が大きくなり騒音が増加する。
　回転するプロペラファン３の翼は、回転軸中心を通る水平位置において横板１０に最も近づき、この時にプロペラファン３の径方向外側の風路室空間が横板１０側で最も狭くなる。その後、図２のＡ部に近づくに伴い径方向外側の風路室空間が徐々に広くなり、Ａ部付近においてプロペラファン３と横板１０との距離が急激に増加し、ファン外周の径方向外側の風路室空間が急激に広くなる。
　本実施の形態１では、図２のＡ部においてプロペラファン３とベルマウス４との重なり高さＨｂを相対的に大きくしているので、風路室空間が急激に変化することに起因するプロペラファンを流れる気流の変動が、急激に変化する風路室空間にベルマウス吸い込み側の拡大角度が小さいベルマウス４が存在することによって風路室空間の急激な変化が少なくなり、気流の変動が抑えられ、空力騒音を低くできる。
　Ａ部からＢ部にかけては上記の通り、ベルマウス４の断面は徐々に変化してプロペラファン３とベルマウス４との重なり高さＨｂを徐々に変化させているので、外周縁の外側の風路形状変化をなだらかにでき、ファン外周付近の流れの変動が抑制できて、空力騒音増加を抑制することができる。
　図１に示したＢ部ではベルマウス断面において、拡がり角度θ１を相対的に大きくしファン外周縁の外側の空間を広くしている。所要の流量をプロペラファン３に吸込む面積を広く取ることにより、流速を低くして、吸込み部における空力騒音を抑制できる。
　また、ベルマウス４の表面とプロペラファン３との距離が広くでているので、翼端渦などのファン外周縁付近の流れの変動によるベルマウス表面の圧力変動が低くなり、発生する騒音を小さくできる。
　回転するプロペラファン３の翼が図２に示したＢ部を超えてＣ部に向かうときにも、ベルマウス４の断面は徐々に変化するので、外周縁の外側の風路形状変化をなだらかにでき、ファン外周付近の流れの変動が抑制できて、空力騒音増加を抑制することができる。
　図２に示したＣ部付近では、プロペラファン３と機械室板１１との距離が急激に減少し、ファン外周の径方向外側の風路室空間が急激に狭くなる。本実施の形態１では、Ｃ部においてＡ部と同様にプロペラファン３とベルマウス４との重なり高さＨｂを相対的に大きくしているので、風路室空間が急激に変化することに起因するプロペラファンを流れる気流の変動が抑えられ、空力騒音を低くできる。
　また、図２のＡ部、Ｂ部ではプロペラファン３とベルマウス４との重なり高さＨｂは、ファン外周の高さＨｆの半分よりも大きいことが望ましい。
　それは、ファン外周高さの半分ほどの位置は、翼端渦が翼面から離脱する位置であり、ファン外周付近の流れの変動が大きい。この部分をベルマウス４で覆うことにより翼端渦が安定し、翼端渦に起因する流れの変動を抑えられ、プロペラファン３の空力騒音を小さくすることができる。
　以上までは回転軸を含む水平面の上側についてのみ述べたが、下側についても同様である。図７に示すＤ部、Ｅ部、Ｆ部は、Ａ部、Ｂ部、Ｃ部に対応しベルマウス断面をＡ部からＣ部にかけての形状と同様にすることにより、Ａ部からＣ部にかけて説明した同様の流れを実現でき、空力騒音を小さくすることができる。
　ベルマウス断面の工夫は、上側のみ、下側のみでも騒音低減の効果は得られる。上下側とも実施した場合はより大きな低騒音効果が得られる。
　ベルマウス４の断面形状に係る説明を追加する。
　ベルマウス４の内径最小部から直ぐの吸込み側の曲率半径Ｒ１を全周同じとすることにより、図８の記号Ｓで示すベルマウス表面に沿う流れのベクトルを全周で均一化される。それによって、プロペラファン３の外周縁３ｂの後縁３ｃ付近の流れの変動が小さくでき、空力騒音を小さくすることができる。
　また、曲率半径Ｒ１から上流をより大きい曲率半径Ｒ２とすることで、図９に破線１６で示すように従来一般的なベルマウスの内径最小部から同一曲率半径でベルマウス断面を構成する場合に比べて、ファン外周縁とベルマウス表面の距離を広くとることができる。それによって、プロペラファン３に吸込む面積を広く取れるので、流速を低くして、吸込み部における空力騒音を抑制できる。
　さらに、ベルマウス４の表面とプロペラファン３との距離が広くでているので、翼端渦などのファン外周縁付近の流れの変動によるベルマウス表面の圧力変動が低くなり、発生する騒音を小さくできる。
　プロペラファン３の翼形状に係る説明を追加する。
　プロペラファン３はボス側よりも外周縁３ｂ側の弦長が長く、前進翼形状としていることにより、前縁３ａの外周縁３ｂ側が回転方向に突出した形状となる。突出部分の外周縁３ｂ、前縁３ａ部分から発生する縦渦が強くなり、外周縁３ｂ側の縦渦を基として大きな翼端渦が負圧面側の外周縁に沿って生成される。
　翼端渦は外周方向からプロペラファン３への吸引力を高め、騒音低減作用を有する。その反面、変動が大きな流れである渦のベルマウス４やプロペラファン３の翼への干渉による騒音増加を伴う。
　回転するプロペラファン３の翼から見た径方向外側の風路空間変動は、渦を不安定なものにして流れを乱してしまうが、上記説明した本実施の形態１のベルマウス形状との組合せにより、ファン外周の吸込み空間の変化がなだらかにできるので、翼端渦の安定性を高め、低騒音が可能となる。
　プロペラファン３の翼は負圧面が反回転方向に凸の反りを有する。適度な反りは翼を通過する流れを転向させて、翼から見た気体の相対速度を減少させて昇圧作用を高める。
　その結果、ファン回転数が低減し低騒音化の効果を有する。また、外周縁付近では反りが最大となる翼高さの半分程で翼端渦が翼面から離脱し易い。
　回転するプロペラファン３から見た場合に、径方向外側の風路室空間が急に広がるＡ部、Ｃ部、Ｄ部、Ｆ部で、ベルマウス４とプロペラファン３の回転軸方向の重なり高さＨｂを高くしているので、翼端渦の変動を抑えて低騒音化することができる。特に、重なり高さＨｂをファン外周の高さの半分よりも高くすることによりその効果が高くなる。
　以上のように、本実施の形態１によれば、低騒音の送風機を得ることができる。また、その送風機２を搭載した空気調和機の室外機１としての低騒音のヒートポンプ装置を得ることができる。
　騒音を従来と同じとすれば、風量の多い送風機を得ることができる。つまり、熱交換処理能力の高く、省エネルギー特性に優れたヒートポンプ装置を得ることができる。
実施の形態２．
　図１０は本発明の実施の形態２の空気調和機の室外機を示す水平断面図、図１１は同空気調和機の室外機を示す正面図で、保護グリルを省略している。
　上記実施の形態１ではプロペラファン３の正面から見て、機械室１３と反対側が横板１０になっているのに対して、この実施の形態２は、機械室１３と反対側が熱交換器１２となっており、吹出し板５と対向する面は実施の形態１と同様に熱交換器１２で覆われている。
　プロペラファン３の近傍は負圧の程度が強く、プロペラファン３に近い径方向外側に気体を通過させる抵抗体である熱交換器１２が存在する場合は、プロペラファン３との距離により、プロペラファン３へ流入する気体の速度が変化する。そのため、その部分を通過するときにプロペラファン３の翼周りの気流に変動を増長させる。
　しかし、本実施の形態２では、Ａ部やＦ部において実施の形態１と同様に、プロペラファン３とベルマウス４との重なり高さを相対的に大きくしているので、風路室空間が急激に変化することに起因するプロペラファンを流れる気流の変動が抑えられ、空力騒音を低くできる。
　その他、実施の形態１に説明した作用、効果は実施の形態２でも同様である。
　以上のように、本実施の形態２によれば、低騒音の送風機を得ることができる。またその送風機を搭載した空気調和機の室外機１としての低騒音のヒートポンプ装置を得ることができる。騒音を従来と同じとすれば、風量の多い送風機を得ることができる。つまり、熱交換処理能力の高く、省エネルギー特性に優れたヒートポンプ装置を得ることができる。
　図１２は、実施の形態２における空気調和機室外機の低騒音効果を試験的に確認した結果である。外径４９０mmのプロペラファンを用いて、ベルマウス内径最小部の直ぐ吸込み側に曲率半径Ｒ１＝３０mmの１/４円弧の拡大部を全周とした一般的な仕様（一点鎖線）、Ｒ１から吸込み側に拡大部を繋げ全周の拡大角度を４５度とした仕様（破線）、本実施の形態に係り、Ａ部、Ｃ部、Ｄ部、Ｆ部の拡大角度を４５度、Ｂ部、Ｅ部の拡大角度を７０度とした仕様（実線）を比較した。
　図１２のグラフを見ると、吸込み側の全周を同一曲率半径の１/４円弧とした仕様に比べ、その上流に拡大角度を４５度で吸込み側に繋げた仕様は低騒音化を実現できている。本実施の形態２に係る拡大角度を４５度から７０度で変化させた仕様は更に低騒音化が実現できていることが分かる。
実施の形態３．
　図１３は実施の形態３に係るヒートポンプ式給湯機の室外機の水平断面図、図１４は同ヒートポンプ式給湯機の室外機の正面図で、保護グリルを省略している。
　この実施の形態３は、実施の形態２と同様に、機械室１３と反対側が熱交換器１２となっており、吹出し板５と対向する面は熱交換器１２で覆われており、さらに室外機１内の下部に冷媒と水との間で熱交換器を行う水熱交換器１７が設置されているものである。
　水熱交換器１７は室外機１内の下部を占めており、プロペラファン３から見れば風路室上面１７ａが風路室７を構成する板の一面となる。
　つまり、風路室７の断面は熱交換器１２、機械室板１１の長さが上板８及び水熱交換器上面１７ａの長さよりも短い、正面から見て横長となっている。Ａ'部、Ｃ'部、Ｄ'部、Ｆ'部が図５に対応し、Ｂ'部、Ｅ'部が図６に対応している。
　本実施の形態３も実施の形態１に説明した作用、効果が得られる。本実施の形態３によれば低騒音の送風機を得ることができる。またその送風機を搭載したヒートポンプ式給湯機の室外機としての低騒音のヒートポンプ装置を得ることができる。
　騒音を従来と同じとすれば、風量の多い送風機を得ることができる。つまり、熱交換処理能力の高く、省エネルギー特性に優れたヒートポンプ装置を得ることができる。
　上記実施の形態１～３は、いずれもプロペラファン３の径方向外側の近傍に上板８、下板９、横板１０及び機械室板１１がある場合の例を示しているが、例えば横板８だけがプロペラファン３の径方向外側の近傍にあり、それ以外の板はプロペラファン３の径方向外側の遠く離れた処にある場合についても本発明が適用されることはいうまでもない。
　本発明の送風機の適用例として、空気調和機の室外機やヒートポンプ式給湯機の室外機を例に挙げて説明したが、その他、送風機が設置される例えば換気扇等の各種の装置や設備などに広く利用することができる。
　１　空気調和機の室外機、２　送風機、３　プロペラファン、３ａ　前縁、３ｂ　外周縁、３ｃ　後縁、４　ベルマウス、５　吹出し板、６　モータ（プロペラファン駆動装置）、７　風路室、８　上板、９　下板、１０　横板、１１　機械室板、１２　熱交換器、１３　機械室、１４　圧縮機、１５　保護グリル、１６　破線。

Claims (8)

  1. 　プロペラファンと、
    　該プロペラファンを回転駆動するプロペラファン駆動装置と、
    　前記プロペラファンの後縁側外周縁を覆うベルマウスと、
    　前記プロペラファンの径方向外側の少なくとも１面に吸込み側から吹き出し側に至る風路を構成する板を有し、前記プロペラファンと径方向外側の風路を構成する板との距離が相対的に狭い板の位置で前記プロペラファンの翼が最も近づく前後の位置のベルマウス断面が、前記プロペラファンと板との距離が相対的に広い位置の断面に対して、ベルマウス吸込み側の拡大角度を小さく、プロペラファンとベルマウスとの重なり高さを大きくし、両者の間のベルマウス断面形状をなだらかに変化させたことを特徴とする送風機。
  2. 　前記プロペラファンとベルマウスとの重なり高さを大きくした部分のプロペラファンとベルマウスとの重なり高さが、前記プロペラファン外周高さの半分以上であることを特徴とする請求項１記載の送風機。
  3. 　前記ベルマウス内径最小部から続く直ぐの上流側の拡大部の曲率半径を全周同じとしたことを特徴とする請求項１又は２記載の送風機。
  4. 　前記ベルマウス内径最小部から続く直ぐの上流側の拡大部の曲率半径に対して更に上流側に続く拡大部の曲率半径を大きくしたことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の送風機。
  5. 　前記プロペラファン翼形状が前進翼であり、弦長がボス側よりも外周側が長いことを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の送風機。
  6. 　前記プロペラファンの翼形状が回転軸を中心とした円筒断面において、負圧面が回転方向の反対側に凸となることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の送風機。
  7. 　請求項１～６に記載の送風機は、前記プロペラファンの径方向外側に吸込み側から吹き出し側に至る風路を複数の板を有して構成され、前記風路の吸込み側に熱交換器を備えたことを特徴とするヒートポンプ装置。
  8. 　前記風路を構成する少なくとも１つの板が熱交換器であることを特徴とする請求項７記載のヒートポンプ装置。
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