WO2013099906A1 - 軸流ファン - Google Patents

Abstract

　軸流ファン（７０）は、後縁に前縁側に向かって凹んだ凹み部（１０１）が形成された羽根（９１）を有する軸流ファンであり、凹み部（１０１）の前縁側のエッジ部には、羽根（９１）の断面視において、正圧面側及び負圧面側にＲ形状の応力緩和部（１０５）が形成されている。

Description

軸流ファン

　本発明は、軸流ファン、特に、後縁に前縁側に向かって凹んだ凹み部が形成された羽根を有する軸流ファンに関する。

　従来より、特許文献１（特開２００３－２０６８９４号公報）に示すように、後縁に前縁側に向かって凹んだ凹み部が形成された羽根を有する軸流ファンがある。

　軸流ファンにおいては、回転時の遠心力によって羽根が外周側に広がるような変形が生じる。このとき、上記従来の凹み部が羽根に形成された軸流ファンでは、凹み部に応力が集中しやすくなっている。
　本発明の課題は、後縁に前縁側に向かって凹んだ凹み部が形成された羽根を有する軸流ファンにおいて、凹み部への応力集中を抑えることにある。

　第１の観点にかかる軸流ファンは、後縁に前縁側に向かって凹んだ凹み部が形成された羽根を有する軸流ファンであり、凹み部の前縁側のエッジ部には、羽根の断面視において、正圧面側及び負圧面側にＲ形状の応力緩和部が形成されている。

　第２の観点にかかる軸流ファンは、第１の観点にかかる軸流ファンにおいて、応力緩和部が、半径１ｍｍ以上のＲ形状をなしている。

　第３の観点にかかる軸流ファンは、第１又は第２の観点にかかる軸流ファンにおいて、凹み部が、Ｖ字形状の凹みである。
　凹み部のうち最も応力が集中しやすい部分は、前縁側のエッジ部である。このため、凹み部への応力集中を抑えるためには、前縁側のエッジ部の応力を緩和することが最も効果的である。
　そこで、この軸流ファンでは、上記のように、凹み部の前縁側のエッジ部に、羽根の断面視において、正圧面側及び負圧面側にＲ形状の応力緩和部を形成するようにしている。
　これにより、この軸流ファンでは、凹み部の前縁側のエッジ部における応力を緩和することができ、凹み部への応力集中を抑えることができる。

　第４の観点にかかる軸流ファンは、第３の観点にかかる軸流ファンにおいて、凹み部が、羽根の平面視において、羽根の後縁から前縁側に向かう２つの直線部と、２つの直線部の前縁側の端部間を結ぶ湾曲部とを有しており、前縁側のエッジ部が、湾曲部である。
　この軸流ファンでは、Ｖ字形状の凹み部において最も応力が集中しやすい湾曲部に応力緩和部が形成されている。
　これにより、この軸流ファンでは、Ｖ字形状の凹み部への応力集中を効果的に抑えることができる。

　第５の観点にかかる軸流ファンは、第４の観点にかかる軸流ファンにおいて、湾曲部が、羽根の平面視において、半径８ｍｍ以上のＲ形状をなしている。
　この軸流ファンでは、前縁側のエッジ部としての湾曲部の羽根の平面視におけるＲ形状を半径８ｍｍ以上にしているため、前縁側のエッジ部の応力をさらに緩和することができ、凹み部への応力集中をさらに抑えることができる。

本発明の一実施形態にかかる軸流ファンとしての室外ファンが採用された室外ユニットの天板を取り外した状態を示す平面図である。 本発明の一実施形態にかかる室外ファンが採用された室外ユニットの前面図である。 本発明の一実施形態にかかる室外ファンの斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる室外ファンの負圧面側平面図である。 本発明の一実施形態にかかる室外ファンの正圧面側平面図である。 図４のＡ部の拡大図である。 図５のＢ部の拡大図である。 図６及び図７のＩ－Ｉ断面図である。 変形例にかかる室外ファンの凹み部の拡大図であり、図６に対応する図である。 変形例にかかる室外ファンの直線部に形成された応力緩和部を示す図であり、図９のＩＩ－ＩＩ断面図である。

　以下、本発明にかかる軸流ファンの実施形態について、図面に基づいて説明する。尚、本発明にかかる軸流ファンの具体的な構成は、下記の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。また、以下の説明では、室外ユニットを構成する軸流ファンに本発明を適用した例を説明するが、これに限定されるものではなく、他の用途に使用される軸流ファンにも適用可能である。
　（１）室外ユニットの全体構成
　図１及び図２は、本発明の一実施形態にかかる軸流ファンとしての室外ファン７０が採用された空気調和装置の室外ユニット２を示す図である。ここで、図１は、室外ユニット２の天板５７を取り外した状態を示す平面図である。図２は、室外ユニット２の前面図である。尚、以下の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」や「前面」、「側面」、「背面」、「天面」、「底面」等の方向や面を示す文言は、特にことわりのない限り、図２に示される室外ユニット２を前面とした場合における方向や面を意味する。

　室外ユニット２は、ユニットケーシング５１の内部空間を鉛直方向に延びる仕切板５８で左右に分割することによって送風機室Ｓ１と機械室Ｓ２とを形成した構造（いわゆる、トランク型構造）を有するものである。室外ユニット２は、ユニットケーシング５１の背面及び側面の一部からユニットケーシング５１内に室外空気を吸い込んでユニットケーシング５１の前面から室外空気を吹き出すように構成されている。室外ユニット２は、主として、ユニットケーシング５１と、圧縮機２１、室外熱交換器２４、及び、これらの機器を接続する冷媒管を含む冷媒回路構成部品と、室外ファン７０（軸流ファン）と、ベルマウス８０とを有している。尚、ここでは、送風機室Ｓ１がユニットケーシング５１の左側面寄りに形成され、機械室Ｓ２がユニットケーシング５１の右側面寄りに形成された例を説明するが、左右が逆であってもよい。

　ユニットケーシング５１は、略直方体状に形成されており、主として、圧縮機２１、室外熱交換器２４、及び、これらの機器を接続する冷媒管を含む冷媒回路構成部品と、室外ファン７０とを収容している。ユニットケーシング５１は、底板５２と、送風機室側側板５３と、機械室側側板５４と、送風機室側前板５５と、機械室側前板５６と、天板５７とを有している。
　底板５２は、ユニットケーシング５１の底面部分を構成する金属製の板状部材である。底板５２の下側には、現地据付面に固定される２つの基礎脚５９、６０が設けられている。
　送風機室側側板５３は、ユニットケーシング５１の送風機室Ｓ１寄りの側面部分を構成する金属製の板状部材である。送風機室側側板５３は、その下部が底板５２に固定されている。送風機室側側板５３には、室外ファン７０によってユニットケーシング５１内に吸い込まれる室外空気の吸入口５３ａが形成されている。

　機械室側側板５４は、ユニットケーシング５１の機械室Ｓ２寄りの側面部分の一部と、ユニットケーシング５１の機械室Ｓ２寄りの背面部分とを構成する金属製の板状部材である。機械室側側板５４は、その下部が底板５２に固定されている。ここでは、機械室側側板５４は、機械室Ｓ２の側面のうち背面寄りの部分を覆っている。送風機室側側板５３の背面側の端部と機械室側側板５４の送風機室Ｓ１側の端部との間には、室外ファン７０によってユニットケーシング５１内に吸い込まれる室外空気の吸入口５３ｂが形成されている。
　送風機室側前板５５は、ユニットケーシング５１の送風機室Ｓ１の前面部分と、ユニットケーシング５１の機械室Ｓ２の前面部分の一部とを構成する金属製の板状部材である。送風機室側前板５５には、室外ファン７０によってユニットケーシング５１内に吸い込まれた室外空気を外部に吹き出すための吹出口５５ａが設けられている。吹出口５５ａの前側は、ファングリル５５ｂによって覆われている。送風機室側前板５５は、その下部が底板５２に固定され、その左側面側の端部が送風機室側側板５３の前面側の端部に固定されている。

　機械室側前板５６は、ユニットケーシング５１の前面側から機械室Ｓ２にアクセスして機械室Ｓ２内に配置された機器の点検等を行うために、試運転やメンテナンス時に取り外される金属製の板状部材である。機械室側前板５６は、ユニットケーシング５１の機械室Ｓ２の前面部分の一部と、ユニットケーシング５１の機械室Ｓ２の側面部分の一部とを構成する金属製の板状部材である。機械室側前板５６は、その送風機室Ｓ１側の端部が送風機室側前板５５の機械室Ｓ２側の端部に固定され、その背面側の端部が機械室側側板５４の前面側の端部に固定されている。尚、ここでは、ユニットケーシング５１の機械室Ｓ２の前面部分の一部が送風機室側前板５５によって構成されているが、機械室側前板５６によって構成されていてもよい。また、室側前板５５送風機室側前板５５と機械室側前板５６とが一体の部材であってもよい。

　天板５７は、ユニットケーシング５１の天面部分を構成する金属製の板状部材である。天板５７は、送風機室側板５３や機械室側側板５４、送風機室側前板５５に固定されている。
　仕切板５８は、底板５２上に配置される鉛直方向に延びる金属製の板状部材である。仕切板５８は、ユニットケーシング５１の内部空間を左右に分割することによって、左側面寄りの送風機室Ｓ１と、右側面寄りの機械室Ｓ２とを形成している。仕切板５８は、その前後方向の中央部分が送風機室Ｓ１側に突出するように湾曲した形状をなしている。仕切板５８は、その下部が底板５２に固定され、その前面側の端部が送風機室側前板５５に固定され、その背面側の端部が室外熱交換器２４の機械室Ｓ２側の端部に固定されている。
　室外ファン７０は、主として、ハブ７１と、ハブ７１の外周縁から突出するように形成された複数（ここでは、３枚）の羽根９１とが樹脂一体成形されたプロペラ型の軸流ファンである。室外ファン７０は、送風機室Ｓ１内において、ユニットケーシング５１の前面に対向するように設けられている。より具体的には、室外ファン７０は、室外熱交換器２４の前面側の位置において、送風機室側前板５５に形成された吹出口５５ａに対向するように設けられている。ここでは、羽根９１の後縁には、送風性能の向上や騒音の抑制のために、羽根９１の前縁側に向かって凹んだ凹み部１０１が形成されている。室外ファン７０は、室外ファン７０と室外熱交換器２４との前後方向間に配置されたファンモータ８９によって回転駆動される。ファンモータ８９は、天板５７と底板５２との間を鉛直方向に延びるファンモータ台６１によって支持されている。尚、室外ファン７０の詳細な構成については、後述する。

　ベルマウス６２は、中央が開口したベル形状の開口部６２ａを有する部材であり、室外ファン７０の外周側に設けられている。すなわち、ベルマウス６２は、室外ファン７０と同様に、送風機室Ｓ１内において、ユニットケーシング５１の前面に対向するように設けられており、その開口部６２ａが室外ファン７０の外周を取り囲んでいる。ベルマウス６２は、ユニットケーシング５１の前面に固定されている。そして、ベルマウス６２の送風機室側側板５３寄りの部分は、室外熱交換器２４の前側端に接近して配置されている。また、ベルマウス６２の機械室Ｓ１寄りの部分は、仕切板５８に接近して配置されている。
　室外熱交換器２４は、略Ｌ字形状の熱交換器パネルであり、送風機室Ｓ１内において、ユニットケーシング５１の左側面及び背面に沿うように底板５２上に配置されている。
　圧縮機２１は、縦型円筒形状の密閉式圧縮機であり、機械室Ｓ２内に配置されている。

　尚、ここでは図示を省略するが、圧縮機２１以外の機器や冷媒管等の冷媒回路構成部品も機械室Ｓ２内に配置されている。
　（２）室外ファンの詳細構成
　次に、図３～図８を用いて、本実施形態にかかる軸流ファンとしての室外ファン７０の詳細な構成について説明する。ここで、図３は、室外ファン７０の斜視図である。図４は、室外ファン７０の負圧面側平面図である。図５は、室外ファン７０の正圧面側平面図である。図６は、図４のＡ部の拡大図である。図７は、図５のＢ部の拡大図である。図８は、図６及び図７のＩ－Ｉ断面図である。尚、以下の説明において、室外ファン７０の軸心（回転中心）を軸心Ｏとし、その軸線を回転軸線Ｏ－Ｏとする。また、回転軸線Ｏ－Ｏに沿う方向を軸方向とし、室外ファン７０を軸方向から見た状態を平面視とし、この平面視に直交する方向（すなわち、室外ファン７０を回転軸線Ｏ－Ｏに沿う方向に切った断面を見る方向）を断面視とする。

　室外ファン７０は、上記のように、主として、ハブ７１と、ハブ７１の外周縁から突出するように形成された複数（ここでは、３枚）の羽根９１とが樹脂一体成形されたプロペラファンである。尚、羽根９１の数は、３枚に限定されるものではなく、４枚以上等であってもよい。
　羽根９１は、前進及び前傾した羽根形状を有している。そして、羽根９１の肉厚は、ハブ７１との付け根部において大きくなっており、外周側に向かうにつれて小さくなっている。羽根９１の後縁に形成された凹み部１０１は、付け根部よりも外周側に配置されている。ここで、室外ファン７０を回転させたときに空気が流入する側（空気の流通方向の上流側）の面を負圧面９１ａとし、その反対側（空気の流通方向の下流側）の面を正圧面９１ｂとする。

　凹み部１０１は、Ｖ字形状の凹みである。具体的には、凹み部１０１は、羽根９１の平面視において、主として、羽根９１の後縁から前縁側に向かう２つの直線部１０２、１０３と、２つの直線部１０２、１０３の前縁側の端部１０２ａ、１０３ａ間を結ぶ湾曲部１０４とを有している。内周側直線部１０２は、凹み部１０１のＶ字形状の内周寄りの一辺をなす略直線状の部分である。外周側直線部１０３は、凹み部１０１のＶ字形状の外周寄りの一辺をなす略直線状の部分である。湾曲部１０４は、２つの直線部１０２、１０３の頂点部に対応する部分である。湾曲部１０４は、直線部１０２、１０３の前縁側の端部１０２ａ、１０３ａから前縁側に突出するように湾曲している。ここで、湾曲部１０４は、半径ＲのＲ形状をなしている。
　このような軸流ファンからなる室外ファン７０を、ファンモータ８９によって回転駆動すると、回転時の遠心力によって、羽根９１が外周側に広がるような変形が生じる。このとき、凹み部１０１に応力が集中しやすい。そして、凹み部１０１のうち最も応力が集中しやすい部分は、前縁側のエッジ部、ここでは、２つの直線部１０２、１０３の頂点部に対応する湾曲部１０４である。このため、凹み部１０１への応力集中を抑えるためには、前縁側のエッジ部としての湾曲部１０４の応力を緩和することが最も効果的である。

　そこで、室外ファン７０では、凹み部１０１の前縁側のエッジ部（ここでは、湾曲部１０４）に、羽根９１の断面視において、正圧面９１ｂ側及び負圧面９１ａ側にＲ形状の応力緩和部１０５を形成するようにしている。応力緩和部１０５は、負圧面９１ａ側の負圧面側応力緩和部１０５ａと、正圧面９１ｂ側の正圧面側応力緩和部１０５ｂとを有している。負圧面側応力緩和部１０５ａは、半径ｒａのＲ形状をなしており、正圧面側応力緩和部１０５ｂは、半径ｒｂのＲ形状をなしている。
　これにより、室外ファン７０では、凹み部１０１の前縁側のエッジ部（ここでは、湾曲部１０４）における応力を緩和することができ、凹み部１０１への応力集中を抑えることができるようになっている。
　ここで、応力緩和部１０５は、半径ｒａ及びｒｂを１ｍｍ以上にして、応力を緩和する効果が明確に得られるようにすることが好ましい。例えば、羽根径や羽根肉厚が同じ２つの室外ファンにおいて、一方には半径ｒａ及びｒｂが１ｍｍ以上の応力緩和部１０５を形成し、他方には応力緩和部１０５を形成しなかった場合について、凹み部１０１における応力解析を行うと、応力緩和部１０５を形成したほうの室外ファンでは、応力緩和部１０５を形成しなかったほうの室外ファンに比べて、凹み部１０１の応力が２０％以上低減するという結果が得られている。

　また、室外ファン７０では、前縁側のエッジ部としての湾曲部１０４の羽根９１の平面視におけるＲ形状を半径８ｍｍ以上にしている。これにより、前縁側のエッジ部の応力をさらに緩和することができ、凹み部１０１への応力集中をさらに抑えることができるようになっている。
　（３）変形例
　上記実施形態の室外ファン７０（図３～図８参照）では、応力集中の抑制に最も効果的な凹み部１０１の前縁側エッジ部としての湾曲部１０４だけに応力緩和部１０５を形成するようにしている。しかし、これに限定されるものではなく、直線部１０２、１０３にも応力緩和部１０５を形成するようにしてもよい。
　例えば、図９及び図１０に示すように、前縁側エッジ部としての湾曲部１０４に応力緩和部１０５ａ、１０５ｂを形成するとともに、直線部１０２、１０３の負圧面９１ａ側にも直線部側応力緩和部１０５ｃを形成してもよい。ここで、応力緩和部１０５ｃは、湾曲部１０４の負圧面９１ａ側に形成された負圧面側応力緩和部１０５ａと連続するように形成された半径ｒｃのＲ形状である。

　これにより、本変形例の室外ファン７０においては、前縁側エッジ部としての湾曲部１０４だけでなく、直線部１０２、１０３にも応力緩和部１０５を形成しているため、凹み部１０１の応力集中をさらに抑えることができる。

　本発明は、後縁に前縁側に向かって凹んだ凹み部が形成された羽根を有する軸流ファンに対して、広く適用可能である。

　７０　　　　　　軸流ファン
　９１　　　　　　羽根
　１０１　　　　　凹み部
　１０２、１０３　直線部
　１０４　　　　　湾曲部
　１０５　　　　　応力緩和部

特開２００３－２０６８９４号公報

Claims (5)

1. 　後縁に前縁側に向かって凹んだ凹み部（１０１）が形成された羽根（９１）を有する軸流ファンにおいて、
   　前記凹み部の前縁側のエッジ部には、前記羽根の断面視において、正圧面側及び負圧面側にＲ形状の応力緩和部（１０５）が形成されている、
   軸流ファン（７０）。
2. 　前記応力緩和部（１０５）は、半径１ｍｍ以上のＲ形状をなしている、
   請求項１に記載の軸流ファン（７０）。
3. 　前記凹み部（１０１）は、Ｖ字形状の凹みである、
   　請求項１又は２に記載の軸流ファン（７０）。
4. 　前記凹み部（１０１）は、前記羽根（９１）の平面視において、前記羽根の後縁から前縁側に向かう２つの直線部（１０２、１０３）と、前記２つの直線部の前縁側の端部間を結ぶ湾曲部（１０４）とを有しており、
   　前記前縁側のエッジ部は、前記湾曲部である、
   請求項３に記載の軸流ファン（７０）。
5. 　前記湾曲部（１０４）は、前記羽根（９１）の平面視において、半径８ｍｍ以上のＲ形状をなしている、
   請求項４に記載の軸流ファン（７０）。

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