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WO2014162552A1 - プロペラファン、送風装置及び室外機 - Google Patents

プロペラファン、送風装置及び室外機 Download PDF

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WO2014162552A1
WO2014162552A1 PCT/JP2013/060295 JP2013060295W WO2014162552A1 WO 2014162552 A1 WO2014162552 A1 WO 2014162552A1 JP 2013060295 W JP2013060295 W JP 2013060295W WO 2014162552 A1 WO2014162552 A1 WO 2014162552A1
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WO
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propeller fan
pressure
side boundary
suction surface
surface side
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/060295
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English (en)
French (fr)
Inventor
敬英 田所
加藤 康明
惇司 河野
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
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Priority to JP2015509930A priority patent/JP5971667B2/ja
Priority to AU2014247827A priority patent/AU2014247827B2/en
Priority to EP14778652.9A priority patent/EP2982866B1/en
Priority to PCT/JP2014/050948 priority patent/WO2014162758A1/ja
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Priority to CN201420141664.5U priority patent/CN203796615U/zh
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    • F05D2240/30Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/306Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the suction side of a rotor blade

Definitions

  • Differences in static pressure distribution and wind speed distribution may occur in the flow on the blade surface or between the blades.
  • the wing surface normal is the pressure surface (the surface that pushes the airflow during rotation) and the negative surface (the surface that does not push) the surface that faces the reverse rotation direction
  • a static pressure difference is generated between the pressure surface and the suction surface.
  • the air pressure increased at the pressure surface is reduced by the low pressure air current on the negative pressure surface, and the pressure increase of air between the blade leading edge and the blade trailing edge decreases. Since the torque applied to the fan is determined by the static pressure difference generated on the blade surface, the torque increases as the differential pressure increases. For this reason, if the pressure is reduced at the junction, the fan efficiency considered by the fan torque with respect to the pressure increase amount becomes worse.
  • the loss can be reduced by smoothly flowing the airflow due to the change in curvature of the blade cross section, but no measures are taken to reduce the differential pressure of the airflow immediately after being blown from the blade. There is a risk of loss due to airflow mixing.
  • the pressure surface area of the wing is larger than the suction surface blade area, but the side surface of the boss becomes an obstacle to the passing airflow.
  • the area expansion effect may not be sufficiently obtained.
  • the area of the pressure surface becomes smaller toward the downstream, the blowout area on the inner peripheral side of the fan is reduced, and there is a possibility that the air volume is reduced.
  • An object of the present invention is to provide a propeller fan capable of achieving high noise efficiency while reducing noise and not reducing the amount of pressure increase due to airflow merging between the pressure surface and the suction surface at the rear edge. .
  • the present invention includes a boss provided rotatably about a rotation axis, and a plurality of blades provided on a side surface of the boss, each of the plurality of blades being a pressure surface. And a suction surface, wherein a connection portion between the pressure surface of each of the blades and a side surface of the boss is a pressure surface side boundary, and the suction surface and the boss of each of the blades
  • the connection part with the side surface of the suction surface is the suction surface side boundary portion
  • the curvature of the suction surface side boundary portion is smaller than the curvature of the pressure surface side boundary portion
  • the blade area projected on the surface orthogonal to the rotation axis The blade area of the suction surface is greater than the blade area of the pressure surface.
  • the pressure difference between the pressure surface and the suction surface is reduced by reducing the static pressure difference between the pressure surface and the suction surface, thereby suppressing the secondary flow and reducing noise.
  • the efficiency of the fan can be improved.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the outline of the propeller fan which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is the figure which projected the propeller fan which concerns on this Embodiment 1 on the surface where a rotating shaft orthogonally crosses. It is a figure which shows typically the flow of the airflow on the pressure surface of the propeller fan which concerns on this Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows typically the flow of the airflow on the negative pressure surface of the propeller fan which concerns on this Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure of the same aspect as FIG. 1 regarding Embodiment 2 of this invention. It is a figure of the same aspect regarding FIG. It is a figure of the same aspect as FIG. 2 regarding Embodiment 3 of this invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an outline of the propeller fan according to the first embodiment.
  • An arrow with a reference sign RD indicates a rotation direction RD of the propeller fan 1
  • an arrow with a reference sign FD indicates a flow direction FD of an air flow during blowing.
  • the propeller fan 1 includes a boss 3 and a plurality of (three in the illustrated example) blades 5.
  • the boss 3 is provided so as to be rotatable about the rotation axis RA.
  • the plurality of wings 5 are provided on the side surface of the boss 3.
  • the plurality of blades 5 are formed in the same shape and are arranged at equiangular intervals.
  • this invention it is not limited to this, You may vary the angular interval and shape of arrangement
  • Each wing 5 has a leading edge 7, a trailing edge 9, and an outer peripheral edge 11.
  • the leading edge 7 is a front edge in the rotational direction of the blade 5, and the trailing edge 9 is a rear edge in the rotational direction.
  • the outer peripheral edge 11 is an edge portion that connects the radial outer end of the front edge 7 and the radial outer end of the rear edge 9.
  • each blade 5 has a pressure surface 13 that is one surface that pushes the air flow during air rotation (when an air flow in the flow direction FD is generated) and a negative pressure surface 15 that is the other surface on the back side of the pressure surface 13. is doing.
  • the pressure surface 13 has the same circumferential direction component as the rotation direction RD of the propeller fan 1 during the rotation of the blower when the blade surface normal direction extending from the surface is decomposed into the axial direction component and the circumferential direction component.
  • the suction surface 15 is the opposite surface, that is, when the blade surface normal direction extending from the surface is decomposed into an axial component and a circumferential component, the circumferential component is It is a surface that is opposite to the rotation direction RD of the propeller fan 1 during the air rotation.
  • FIG. 2 is a diagram in which the propeller fan according to the first embodiment is projected onto a plane whose rotation axes are orthogonal to each other. More specifically, the rotation axis RA extends so as to be orthogonal to the paper surface of FIG. 2, the propeller fan 1 is viewed from the upstream side in the air flow direction FD, and the suction surface 15 is shown on the front side of the paper surface of FIG. Has been.
  • the boundary portion 17 includes a pressure surface side boundary portion 17p and a suction surface side boundary portion 17s. As shown in FIG. 2, the pressure surface side boundary portion 17p is a connecting portion between the pressure surface 13 of the blade 5 and the side surface of the boss 3, and the suction surface side boundary portion 17s is the suction surface 15 of the blade 5 and the boss. 3 is a connection portion with the side surface of the three.
  • the blade area of the suction surface 15 is larger than the blade area of the pressure surface 13 with respect to the blade area projected on the plane orthogonal to the rotation axis. Further, the position and the degree of curvature are different between the pressure surface side boundary portion 17p and the suction surface side boundary portion 17s.
  • the suction surface side boundary portion 17s is radially inward of the pressure surface side boundary portion 17p, and the curvature of the suction surface side boundary portion 17s is smaller than the curvature of the pressure surface side boundary portion 17p.
  • the pressure surface side boundary portion 17p includes a curved region having a pressure surface side curvature radius ⁇ p
  • the suction surface side boundary portion 17s includes a curved region having a suction surface side curvature radius ⁇ s.
  • the front edge side end portion and the rear edge side end portion of the pressure surface side boundary portion 17p are respectively the front edge side end portion and the rear edge side end of the suction surface side boundary portion 17s.
  • the suction surface side radius of curvature ⁇ s is larger than the pressure surface side radius of curvature ⁇ p.
  • the side surface of the boss 3 is closer to the rotation axis RA than the side surface on the pressure surface 13 side, in other words, the diameter of the side surface on the suction surface 15 side of the boss 3 is the same as that of the boss 3. It is smaller than the diameter of the side surface on the pressure surface 13 side. Furthermore, in other words, the side surface on the negative pressure surface 15 side (negative pressure surface side boundary portion 17s) of the boss 3 is directed toward the rotation axis RA side than the side surface (pressure surface side boundary portion 17p) of the boss 3 on the pressure surface side. Is recessed.
  • the airflow 19p flowing through the pressure surface 13 of the blade 5 of the propeller fan 1 leaks toward the negative pressure surface 15 side while flowing toward the outer peripheral side of the blade 5 by centrifugal force. Further, as shown in FIG. 4, a vortex (blade tip vortex 21) is generated on the suction surface 15 due to the leakage flow.
  • the blade tip vortex hinders the airflow passing through the suction surface (airflow 19 s in the case of Embodiment 1 in FIG. 4), and the blade tip vortex
  • the generated blade surface portion on the outer peripheral side of the suction surface becomes a region that is not used for boosting the airflow, and there is a problem that the amount of pressure increase on the suction surface decreases.
  • the curvature of the boundary portion 17 between the boss 3 and the blade 5 is different between the pressure surface 13 and the suction surface 15, and the suction surface side boundary portion. 17s is dented in the boss 3 center side rather than the pressure surface side boundary part 17p.
  • the suction surface 15 has an effect of expanding the blade area on the radially inner side than the pressure surface 13.
  • the suction surface 15 receives an increase in the blade area radially inward by the difference area Ss surrounded by the suction surface side boundary portion 17s and the pressure surface side boundary portion 17p.
  • the boss 3 on the suction surface 15 is shown in FIG. Since the airflow 19d flowing through the region of the differential area Ss on the side increases, the energy given to the airflow passing through the suction surface 15 increases as compared with the existing general propeller fan, and the pressure of the airflow passing through the suction surface 15 increases. The amount can be increased.
  • the differential pressure between the airflow 19p passing through the pressure surface 13 and the airflow 19s passing through the negative pressure surface 15 is reduced, and the vortex and turbulence 23 generated when the airflows 19p and 19s on both sides join at the trailing edge can be weakened. it can. Furthermore, since it is possible to suppress the air flow 19p boosted at the pressure surface 13 from being reduced by the air flow 19s from the negative pressure surface 15, the amount of pressure increase with respect to the fan torque is increased and the efficiency is improved.
  • the propeller fan according to the first embodiment it is possible to reduce the static pressure difference between the airflow flowing out from the pressure surface and the suction surface at the trailing edge of the blade. Disturbance can be weakened and noise can be reduced.
  • the static pressure drop of the air pressure boosted on the pressure surface can be suppressed, the amount of pressure increase with respect to the fan torque can be increased, and the efficiency of the fan can be increased.
  • the propeller fan 101 according to the second embodiment is characterized in that the radius Rsl of the front end portion 117sl of the suction surface side boundary portion 117s is smaller than the radius Rpl of the front end portion 117pl of the pressure surface side boundary portion 117p.
  • the radius of the rear end portion of the suction surface side boundary portion 117s is also smaller than the radius of the rear end portion of the pressure surface side boundary portion 117p.
  • FIG. 7 is a diagram of the same mode as FIG. 2 regarding the third embodiment.
  • the third embodiment is the same as the second embodiment described above except for the parts described below.
  • the rear end portion 217st of the suction surface side boundary portion 217s is more than the radius Rsl of the front end portion 217s1 of the suction surface side boundary portion 217s in the configuration of the second embodiment described above. This is characterized in that the radius Rst is larger.
  • the rear end portion 217st of the suction surface side boundary portion 217s is moved radially outward, and a spot where an air flow with a low wind speed is likely to stay. Is eliminated from the beginning to eliminate a region where vortices are likely to occur, and to suppress a reduction in static pressure of the airflow passing through the inner peripheral side of the suction surface.
  • the differential pressure between the airflow on the suction surface and the airflow flowing on the pressure surface becomes smaller, vortices and turbulences that occur at the time of merging can be further reduced, and noise can be reduced.
  • the static pressure drop of the airflow increased in pressure can be suppressed, the amount of pressure increase with respect to the fan torque is increased and the efficiency is improved.
  • FIG. 8 is a diagram of the same mode as FIG.
  • this Embodiment 4 shall be the same as that of Embodiment 3 mentioned above except the part demonstrated below.
  • the rear end portion of the boundary portion has the same radius between the pressure surface and the suction surface, and the air flow from the pressure surface to be merged with the air flow from the suction surface is ensured. Yes.
  • there is an advantage that vortices near the boundary can be further suppressed.
  • FIG. 9 is a diagram of the same mode as FIG.
  • this Embodiment 5 shall be the same as that of Embodiment 3 mentioned above except the part demonstrated below.
  • the radius Rs of the suction surface side boundary portion 417s gradually increases and smoothly changes from the front end portion to the rear end portion of the suction surface side boundary portion 417s. If the radius of the suction surface side boundary portion is suddenly changed, there is a possibility that the air flow does not flow along the airfoil shape and a vortex is generated.
  • the radius Rs of the suction surface side boundary portion 417s is By changing as described above, the air flow is encouraged to flow along the wing shape, and the generation of vortices is suppressed.
  • FIG. 10 is a diagram related to the sixth embodiment in the same manner as FIG.
  • this Embodiment 6 shall be the same as that of Embodiment 1 mentioned above except the part demonstrated below.
  • the propeller fan 501 according to the sixth embodiment is characterized in that the radius Rp of the pressure surface side boundary portion 517p has the same radius value from the front end portion to the rear end portion of the pressure surface side boundary portion 517p. Increasing the radius of the pressure side boundary part in the middle from the front end part to the rear end part (that is, shortening the length of the trailing edge 9 of the blade) reduces the blowing area on the inner side in the radial direction of the propeller fan. A decrease occurs. Therefore, in Embodiment 6, the radius Rp of the pressure surface side boundary portion 517p is made constant so as to suppress the decrease in the air volume. Moreover, by doing in this way, the high efficiency and the low noise effect which were shown so far can be implement
  • sixth embodiment can be implemented in combination with any of the second to sixth embodiments.
  • FIG. 11 is a perspective view of the outdoor unit (blower) according to the seventh embodiment when viewed from the outlet side
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the configuration of the outdoor unit from the upper surface side.
  • FIG. 13 shows a state in which the fan grill is removed
  • FIG. 14 is a diagram showing the internal configuration by further removing the front panel and the like.
  • the outdoor unit body (casing) 51 is configured as a housing having a pair of left and right side surfaces 51a, 51c, a front surface 51b, a back surface 51d, an upper surface 51e, and a bottom surface 51f.
  • the side surface 51a and the back surface 51d have an opening for sucking air from the outside (see arrow A in FIG. 12).
  • the blower outlet 53 is formed in the front panel 52 as an opening part for blowing air outside (refer arrow A of FIG. 12).
  • the blower outlet 53 is covered with a fan grille 54, thereby preventing contact between an object or the like and the propeller fan 1 for safety.
  • the propeller fan 1 is installed in the outdoor unit main body 51.
  • the propeller fan 1 is the propeller fan according to any one of the first to sixth embodiments described above.
  • the propeller fan 1 is connected to a fan motor (drive source) 61 on the back surface 51 d side via a rotary shaft 62, and is driven to rotate by the fan motor 61.
  • the interior of the outdoor unit main body 51 is divided into a blower chamber 56 in which the propeller fan 1 is housed and installed, and a machine room 57 in which the compressor 64 and the like are installed, by a partition plate (wall body) 51g. .
  • a heat exchanger 68 is provided so as to extend in a substantially L shape in plan view.
  • a bell mouth 63 is disposed on the outer side in the radial direction of the propeller fan 1 disposed in the blower chamber 56.
  • the bell mouth 63 is located outside the outer peripheral end of the blade 5 and has an annular shape along the rotation direction of the propeller fan 1.
  • a partition plate 51g is located on one side of the bell mouth 63 (rightward in the drawing of FIG. 12), and on the other side (opposite direction) (leftward in the drawing of FIG. 12).
  • a part of the heat exchanger 68 is located.
  • the heat exchanger 68 provided on the suction side of the propeller fan 1 includes a plurality of fins arranged side by side so that the plate-like surfaces are parallel to each other, and a heat transfer tube penetrating each fin in the direction of arrangement. I have.
  • a refrigerant circulating through the refrigerant circuit flows in the heat transfer tube.
  • the heat transfer tube extends in an L shape over the side surface 51a and the back surface 51d of the outdoor unit main body 51, and a plurality of stages of the heat transfer tubes meander while passing through the fins as shown in FIG. Configured to do.
  • the heat exchanger 68 is connected to the compressor 64 via a pipe 65 and the like, and further connected to an indoor heat exchanger, an expansion valve, etc. (not shown) to constitute a refrigerant circuit of the air conditioner. Further, a substrate box 66 is disposed in the machine room 7, and equipment mounted in the outdoor unit is controlled by a control board 67 provided in the substrate box 66.
  • this Embodiment 7 demonstrated the outdoor unit of the air conditioning apparatus as an example of the outdoor unit including the air blower, the present invention is not limited to this, and is implemented as, for example, an outdoor unit such as a water heater. Further, it can be widely applied as a device for blowing air, and can also be applied to devices and facilities other than outdoor units.

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Abstract

 プロペラファン1は、ボス3と、複数の翼5とを備え、複数の翼それぞれが、圧力面13と、負圧面15とを有し、圧力面とボスの側面との接続部位を圧力面側境界部17pとし、負圧面とボスの側面との接続部位を負圧面側境界部17sとしたとき、負圧面側境界部の湾曲の方が、圧力面側境界部の湾曲よりも小さく、さらに、回転軸が直交する面に投影した翼面積に関し、負圧面の翼面積の方が、圧力面の翼面積よりも大きい。

Description

プロペラファン、送風装置及び室外機
 本発明は、プロペラファン、送風装置及び室外機に関するものである。
 現在、低騒音且つ高効率な送風機を実現するために様々な翼形状が提案されている。一般に、ファンの低騒音化と高効率化とを実現するためには、翼周りに発生する気流の乱れを低減して、翼に働く圧力変動を抑制することや、気流同士の摩擦損失を低減することが必要であるとされている。
 例えば、特許文献1には、複数の翼が取り付けられたボスの側面が、円錐状に構成されているプロペラファンが開示されている。このプロペラファンでは、それぞれの翼は、半径方向の断面形状に関し、径方向中点よりも外側では風上側に対して凹形状の曲線を有し、径方向中点よりも外側では風上側に対して凸形状の曲線を有するように、構成されている。かかる構成により、翼端の漏れ渦を安定化させて、高負荷域での半径方向の流入流れを円滑化させ、静圧の向上を図っている。
特開平11-294389号公報(第4図)
 翼面を通過した後の風速分布や静圧分布が大きくなると、意図する流れ方向と別の流れ(2次流れ)が発生し、その2次流れは、風量不足を起こす原因や、渦を発生させて騒音増加や効率の低下の原因となる。
 翼面での流れや翼間の流れにおいて静圧分布の差や風速分布の差が発生する場合がある。例えば、翼面法線が送風時の回転方向に向く面を圧力面(回転時に気流を押す側の面)とし、逆回転方向に向く面を負圧面(押さない側の面)としたとき、その圧力面と負圧面との間に静圧差が発生する。
 また、負圧面側の翼外周側には、圧力面を流れる気流が遠心力で負圧面に漏れた時に発生する翼端渦が存在し、負圧面上の静圧を小さくする。そのため、負圧面の漏れ渦周囲を通過し、外周部から吹き出す流れの静圧は非常に低くなる。
 また、翼端渦は気流通過の障害となるため、負圧面で気流が通過して昇圧に作用する面積(有効面積)は圧力面よりも小さく、圧力面と負圧面とを通過する気流が合流する後縁部における静圧差は大きくなる。
 そして、翼後縁における圧力面側の気流と負圧面側の気流との差圧が大きくなると、両者が合流するときに、渦や2次流れが発達して、騒音増加や損失増加の原因になる。
 また、圧力面で昇圧された気流が負圧面の低圧気流により減圧されて、翼前縁から翼後縁までの間の空気の昇圧量が減少する。ファンにかかるトルクは、翼面に発生する静圧差で決まるため、差圧が大きくなるとトルクも大きくなる。このため、合流部で減圧すると、昇圧量に対するファンのトルクで考えるファン効率が悪くなる。
 また、特許文献1に開示のプロペラファンよると、翼断面の曲率変化により気流を円滑に流して損失を低減できるが、翼から吹出した直後の気流の差圧を小さくする対策はされておらず、気流混合による損失が発生する恐れがある。
 さらに、下流に向けて末広形状となる円錐状側面のボスに翼が取り付けられているので、翼における圧力面面積は負圧面翼面積より広くなるが、ボスの側面が通過気流の障害になるため、面積拡大効果を十分に得られない可能性がある。また、圧力面の面積が下流に向かい小さくなるため、ファンの内周側の吹出し領域が減少して、風量低下が発生する可能性もある。
 さらに、翼端漏れ渦が安定化すると、負圧面に発生する低圧部が強くなり、圧力面を流れる気流と負圧面を流れる気流との差圧が大きくなる課題がある。
 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、翼の吹出し側、つまり後縁付近において、圧力面と負圧面との静圧差を小さくして、2次流れを抑制し、低騒音化を図ると共に、後縁部で圧力面と負圧面との気流合流による昇圧量を低下させないようにして、ファンの高効率化を図ることができる、プロペラファンを提供することを目的とする。
 上述した目的を達成するため、本発明は、回転軸を中心に回転可能に設けられたボスと、該ボスの側面に設けられた複数の翼とを備え、前記複数の翼それぞれが、圧力面と、負圧面とを有する、プロペラファンであって、それぞれの前記翼の前記圧力面と前記ボスの側面との接続部位を圧力面側境界部とし、それぞれの前記翼の前記負圧面と前記ボスの側面との接続部位を負圧面側境界部としたとき、前記負圧面側境界部の湾曲の方が、圧力面側境界部の湾曲よりも小さく、回転軸が直交する面に投影した翼面積に関し、前記負圧面の翼面積の方が、前記圧力面の翼面積よりも大きい。
 本発明によれば、圧力面と負圧面との静圧差を小さくして、2次流れを抑制し、低騒音化を図ると共に、後縁部で圧力面と負圧面との気流合流による昇圧量を低下させないようにして、ファンの高効率化を図ることができる。
本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの概略を示す斜視図である。 本実施の形態1に係るプロペラファンを、回転軸が直交する面に投影した図である。 本実施の形態1に係るプロペラファンの圧力面上の気流の流れを模式的に示す図である。 本実施の形態1に係るプロペラファンの負圧面上の気流の流れを模式的に示す図である。 本発明の実施の形態2に関する、図1と同態様の図である。 本実施の形態2に関する、図2と同態様の図である。 本発明の実施の形態3に関する、図2と同態様の図である。 本発明の実施の形態4に関する、図2と同態様の図である。 本発明の実施の形態5に関する、図1と同態様の図である。 本発明の実施の形態6に関する、図2と同態様の図である。 本発明の実施の形態7に係る室外機を吹出口側から見たときの斜視図である。 本実施の形態7に関し、上面側から室外機の構成を説明するための図である。 本実施の形態7に関し、ファングリルを外した状態を示す図である。 本実施の形態7に関し、さらに、前面パネル等を除去して、内部構成を示す図である。
 以下、本発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。
 実施の形態1.
 図1は、本実施の形態1に係るプロペラファンの概略を示す斜視図である。符号RDの矢印は、プロペラファン1の回転方向RDを示しており、符号FDの矢印は、送風時の気流の流れ方向FDを示している。
 プロペラファン1は、ボス3と、複数(図示例では3枚)の翼5と備えている。ボス3は、回転軸RAを中心に回転可能に設けられている。複数の翼5は、ボス3の側面に設けられている。また、一例であるが、複数の翼5は、同じ形状に形成されており、且つ、等角度間隔で配置されている。なお、本発明としてはこれに限定されず、一部の翼や翼毎に、配置の角度間隔や形状を異ならせたりしてもよい。
 それぞれの翼5は、前縁7と、後縁9と、外周縁11とを有している。前縁7は、翼5の回転方向前方の縁部であり、後縁9は、回転方向後方の縁部である。外周縁11は、前縁7の径方向外端と、後縁9の径方向外端とをつなぐ縁部である。
 また、それぞれの翼5は、送風回転時(流れ方向FDの気流発生時)に気流を押す側の一面である圧力面13と、圧力面13の裏側の他面である負圧面15とを有している。また、言い換えると、圧力面13は、その面から延びる翼面法線方向を軸方向成分と周方向成分とに分解した時に、周方向成分が送風回転時のプロペラファン1の回転方向RDと同じ向きとなるような面であり、負圧面15は、その逆の面であり、すなわち、その面から延びる翼面法線方向を軸方向成分と周方向成分とに分解した時に、周方向成分が送風回転時のプロペラファン1の回転方向RDと逆向きとなるような面である。
 図2は、本実施の形態1に係るプロペラファンを、回転軸が直交する面に投影した図である。より詳細には、回転軸RAが図2の紙面に直交するように延びており、気流の流れ方向FDの上流側からプロペラファン1を見ており、図2の紙面表側に負圧面15が示されている。
 ボス3の側面と翼5とが接続される部位を、境界部17と称する。境界部17は、圧力面側境界部17pと、負圧面側境界部17sとからなる。図2に示されるように、圧力面側境界部17pは、翼5の圧力面13とボス3の側面との接続部位であり、負圧面側境界部17sは、翼5の負圧面15とボス3の側面との接続部位である。
 図2に最も良く示されるように、回転軸が直交する面に投影した翼面積に関し、負圧面15の翼面積の方が、圧力面13の翼面積よりも大きくなっている。また、圧力面側境界部17pと負圧面側境界部17sとの間では、位置と、湾曲の度合いとが異なっている。負圧面側境界部17sの方が、圧力面側境界部17pよりも径方向内側にあって、負圧面側境界部17sの湾曲の方が、圧力面側境界部17pの湾曲よりも小さい。圧力面側境界部17pは、圧力面側曲率半径ρpの湾曲領域を含み、負圧面側境界部17sは、負圧面側曲率半径ρsの湾曲領域を含んでいる。そして、本実施の形態1では、図2においてみて、圧力面側境界部17pの前縁側端部と後縁側端部とは、それぞれ、負圧面側境界部17sの前縁側端部と後縁側端部と、ほぼ重なっており、且つ、負圧面側曲率半径ρsが圧力面側曲率半径ρpよりも大きい。すなわち、ボス3の側面は、負圧面15側の側面が圧力面13側の側面よりも、回転軸RAに近く、換言すれば、ボス3における負圧面15側の側面の径は、ボス3における圧力面13側の側面の径よりも小さい。さらに、言い換えると、ボス3における負圧面15側の側面(負圧面側境界部17s)は、ボス3における圧力面13側の側面(圧力面側境界部17p)よりも、回転軸RA側に向けて凹んでいる。
 次に、以上のように構成された本実施の形態1に係るプロペラファンの動作について説明する。プロペラファン1は、送風機におけるファンモータに取り付けられ、ファンモータの駆動力で回る。プロペラファン1の回転により、気流は、翼5の前縁7から流入し、翼間を通過して、後縁9から放出される。翼間を通過する気流は、翼5に沿って流れるときに翼の傾きや反りにより気流方向を変えられ、運動量変化により静圧上昇する。
 図3は、本実施の形態1に係るプロペラファンの圧力面上の気流の流れを模式的に示す図であり、図4は、本実施の形態1に係るプロペラファンの負圧面上の気流の流れを模式的に示す図である。なお、図3は、図1とは逆向きに図示されており、圧力面が紙面表側に見えている。また、図4は、図示の明瞭性を優先し、一部の翼の図示を省略している。
 図3に示されるように、プロペラファン1の翼5の圧力面13を流れる気流19pは、遠心力により翼5の外周側に流されつつ、負圧面15側に向かって漏れる。また、図4に示されるように、漏れ流れにより負圧面15上には渦(翼端渦21)が発生する。
 ここで、既存の一般的なプロペラファンであれば、翼端渦は、負圧面を通過する気流(図4の本実施の形態1で言えば、気流19s)の妨げになり、翼端渦が生じる負圧面の外周側の翼面部分は、気流の昇圧に活用されない領域となり、負圧面での昇圧量が減少する問題が生じる。
 これに対し、本実施の形態1では、上述したように、ボス3と翼5との境界部17の曲率は、圧力面13と負圧面15との間で異なっており、負圧面側境界部17sの方が圧力面側境界部17pよりもボス3中心側に凹んでいる。このため、径方向内側(内周側)の翼面積に関して比較した場合、負圧面15の方が、圧力面13よりも、径方向内側の翼面積の拡大効果を得ている。具体的には、負圧面15は、負圧面側境界部17sと圧力面側境界部17pとで囲まれた差分面積Ssの分だけ、径方向内側への翼面積の増加を受けている。このような負圧面15の翼面積拡大と、ボス3の負圧面15側の側面の凹みとによって、気流が通過しやすくなったことから、図4に示されるように、負圧面15におけるボス3側の差分面積Ssの領域を流れる気流19dは増加するため、負圧面15を通過する気流に与えるエネルギーが、既存の一般的なプロペラファンに比べて増加し、負圧面15を通過する気流の昇圧量を増加させることができる。その結果、圧力面13を通過した気流19pと負圧面15通過した気流19sとの差圧が小さくなり、後縁で両面の気流19p,19sが合流する時に発生する渦や乱れ23を弱めることができる。さらに、圧力面13で昇圧した気流19pが負圧面15からの気流19sによって減圧されることも抑制することができるため、ファントルクに対する昇圧量が増加して効率が向上する。
 以上のように、本実施の形態1に係るプロペラファンによれば、翼の後縁で圧力面と負圧面とから流出する気流の静圧差を小さくすることができるので、合流時に発生する渦や乱れを弱め、騒音を低減することができる。加えて、圧力面で昇圧した気流の静圧低下も抑制することができるため、ファントルクに対する昇圧量を増加させ、ファンの高効率化を図ることもできる。
 実施の形態2.
 次に、本発明の実施の形態2に係るプロペラファンについて説明する。図5及び図6はそれぞれ、本実施の形態2に関する、図1及び図2と同態様の図である。なお、本実施の形態2は、以下に説明する部分を除いては、上述した実施の形態1と同様であるものとする。
 本実施の形態2に係るプロペラファン101では、負圧面側境界部117sの前端部117slの半径Rslが、圧力面側境界部117pの前端部117plの半径Rplよりも小さいことを特徴としている。なお、負圧面側境界部117sの後端部の半径も、圧力面側境界部117pの後端部の半径よりも小さいものとする。
 このように半径Rslを半径Rplよりも小さくすることにより、特に前縁側の翼面積を拡大することで、翼への流入領域を拡大し、気流19dの流入風量を増加させることできる。翼面積増加と風量増加とにより、漏れ渦の領域の気流よりも高静圧な気流が、より多く負圧面15上を流れる。そして、そのような高静圧な気流は、遠心力により径方向外側に流れて、漏れ渦の周囲を通過する低静圧な気流と混合し、漏れ渦の周囲を流れる気流の静圧を上昇させる。その結果、負圧面の後縁に到達する気流の静圧が増加し、負圧面の気流と圧力面を流れる気流との差圧は、より小さくなり、合流時に発生する渦や乱れをいっそう弱めることができ、騒音を低減することができる。また、圧力面で昇圧した気流の静圧低下も抑制することができるため、ファントルクに対する昇圧量が増加して効率の向上も図られる。
 実施の形態3.
 次に、本発明の実施の形態3に係るプロペラファンについて説明する。図7は、本実施の形態3に関する、図2と同態様の図である。なお、本実施の形態3は、以下に説明する部分を除いては、上述した実施の形態2と同様であるものとする。
 本実施の形態3に係るプロペラファン201では、上述した実施の形態2の構成においてさらに、負圧面側境界部217sの前端部217slの半径Rslよりも、負圧面側境界部217sの後端部217stの半径Rstの方が大きいことを特徴としている。
 ここで、一般的に、翼面上を流れる気流は遠心力により径方向外側に向かって流れるため、前縁から流入した気流は後縁にかけて径方向外側に移動する。翼とボスとの境界部の前縁と同半径で後縁に至る気流は少ない。そのため、後縁(特にボスに近い後縁)には、風速が遅い気流がとどまりやすく、径方向の外側を流れる気流とそのような遅い気流との風速差により、翼面上に渦が生じ、気流静圧が低下する恐れがある。
 そこで、本実施の形態3では、半径Rstを半径Rslよりも大きくすることで、負圧面側境界部217sの後端部217stを径方向外側へ移動させておき、風速が遅い気流がとどまりやすいスポットを当初から殆ど無くしておく事で、渦が発生しやすい領域を無くし、負圧面の内周側を通過する気流の静圧低下を抑制するようにしている。その結果、負圧面の気流と圧力面を流れる気流との差圧は、より小さくなり、合流時に発生する渦や乱れをいっそう弱めることができ、騒音を低減することができる。また、圧力面で昇圧した気流の静圧低下も抑制することができるため、ファントルクに対する昇圧量が増加して効率の向上も図られる。
 なお、本実施の形態3は、上記実施の形態1と組み合わせて実施することも可能である。
 実施の形態4.
 次に、本発明の実施の形態4に係るプロペラファンについて説明する。図8は、本実施の形態4に関する、図2と同態様の図である。なお、本実施の形態4は、以下に説明する部分を除いては、上述した実施の形態3と同様であるものとする。
 本実施の形態4に係るプロペラファン301では、上述した実施の形態3の構成において、負圧面側境界部317sの後端部317stの半径Rstと、圧力面側境界部317pの後端部317ptの半径Rptとが、同じであることを特徴とする。
 ここで、一般的に、負圧面でボスと翼との境界部の半径が圧力面よりも内側にある場合、負圧面の境界部から流出する気流と、ほぼ同径を流れて合流すべき圧力面の気流とが存在しないため、後縁において大きな速度差が生じ、強い渦を発生させて、騒音や損失増加の原因となる恐れがある。
 そこで、本実施の形態4では、圧力面と負圧面との間で、境界部の後端部を同じ半径とし、負圧面からの気流と合流すべき圧力面からの気流を確実に確保している。上記の実施の形態3における利点に加えて、境界部付近の渦をより抑制することができる利点もある。
 実施の形態5.
 次に、本発明の実施の形態5に係るプロペラファンについて説明する。図9は、本実施の形態5に関する、図1と同態様の図である。なお、本実施の形態5は、以下に説明する部分を除いては、上述した実施の形態3と同様であるものとする。
 本実施の形態5に係るプロペラファン401では、負圧面側境界部417sの半径Rsは、負圧面側境界部417sの前端部から後端部にかけて、徐々に拡大し且つ滑らかに変化している。負圧面側境界部の半径を急激に変化させると、気流が翼形状に沿って流れずに渦を発生させる恐れがあるところ、本実施の形態5では、負圧面側境界部417sの半径Rsが上記のように変化することで、気流が翼形状に沿って流れることを促し、渦の発生を抑制している。
 実施の形態6.
 次に、本発明の実施の形態6に係るプロペラファンについて説明する。図10は、本実施の形態6に関する、図2と同態様の図である。なお、本実施の形態6は、以下に説明する部分を除いては、上述した実施の形態1と同様であるものとする。
 本実施の形態6に係るプロペラファン501では、圧力面側境界部517pの半径Rpが、圧力面側境界部517pの前端部から後端部にわたって、同じ半径の値であることを特徴とする。圧力面側境界部の半径を前端部から後端部までの途中で大きくすると(つまり翼の後縁9の長さを短くすると)、プロペラファンの径方向内側の吹出し領域が減少して、風量低下が発生する。そこで、本実施の形態6では、圧力面側境界部517pの半径Rpを一定にすることで、風量低下の抑制を図っている。また、このようにすることで、高風量を保ちながら、これまでに示した高効率、低騒音効果を実現することができる。
 なお、本実施の形態6は、上記実施の形態2~6の何れかと組み合わせて実施することも可能である。
 実施の形態7.
 次に、本発明の実施の形態7に係る室外機(送風装置)について説明する。図11は、本実施の形態7に係る室外機(送風装置)を吹出口側から見たときの斜視図であり、図12は、上面側から室外機の構成を説明するための図である。また、図13は、ファングリルを外した状態を示し、図14は、さらに、前面パネル等を除去して、内部構成を示す図である。
 図11~14に示すように、室外機本体(ケーシング)51は、左右一対の側面51a,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は、外部から空気を吸込む(図12の矢印A参照)ために開口部分を有している。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(図12の矢印A参照)ための開口部分としての吹出口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、物体等とプロペラファン1との接触を防止し、安全が図られている。
 室外機本体51内には、プロペラファン1が設置されている。プロペラファン1は、前述した実施の形態1~6の何れかのプロペラファンである。プロペラファン1は、背面51d側にあるファンモータ(駆動源)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。
 室外機本体51の内部は、仕切板(壁体)51gによって、プロペラファン1が収納・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。
 送風室56に配置されたプロペラファン1の半径方向外側には、ベルマウス63が配置されている。ベルマウス63は、翼5の外周端よりも外側に位置し、プロペラファン1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(図12の紙面で右方)には、仕切板51gが位置し、他方側(反対方向)の側方(図12の紙面で左方)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、別体としてつなげられるものとして用意されていてもよい。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。
 プロペラファン1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、図14に示すように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や膨張弁等と接続されて、空気調和装置の冷媒回路を構成する。また、機械室7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。
 かかる本実施の形態7においても、対応する上記実施の形態1~6と同様な利点が得られる。また、上記実施の形態1~6のプロペラファンを送風機に搭載することで、高効率で送風量増加することができ、また、圧縮機と熱交換器などで構成される冷凍サイクル装置である空気調和機の室外機や給湯器の室外機に搭載することにより、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を実現することができる。
 なお、本実施の形態7は、送風装置を含む室外機として空気調和装置の室外機を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、給湯器等の室外機として実施することも可能であり、さらに、送風を行う装置として、広く適用することができ、室外機以外の装置や設備等に適用することも可能である。
 以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。
 1,101,201,301,401,501 プロペラファン、3 ボス、5 翼、13 圧力面、15 負圧面、17 境界部、17p,117p,317p,517p 圧力面側境界部、17s,117s,217s,317s,417s 負圧面側境界部。

Claims (8)

  1.  回転軸を中心に回転可能に設けられたボスと、該ボスの側面に設けられた複数の翼とを備え、
     前記複数の翼それぞれが、圧力面と、負圧面とを有する、プロペラファンであって、
     それぞれの前記翼の前記圧力面と前記ボスの側面との接続部位を圧力面側境界部とし、それぞれの前記翼の前記負圧面と前記ボスの側面との接続部位を負圧面側境界部としたとき、前記負圧面側境界部の湾曲の方が、圧力面側境界部の湾曲よりも小さく、
     回転軸が直交する面に投影した翼面積に関し、前記負圧面の翼面積の方が、前記圧力面の翼面積よりも大きい、
    プロペラファン。
  2.  前記負圧面側境界部の前端部の半径が、前記圧力面側境界部の前端部の半径よりも小さい、
    請求項1のプロペラファン。
  3.  前記負圧面側境界部の前端部の半径よりも、前記負圧面側境界部の後端部の半径の方が大きい、
    請求項1または2のプロペラファン。
  4.  前記負圧面側境界部の後端部の半径と、前記圧力面側境界部の後端部の半径とが、同じである、
    請求項1~3の何れか一項のプロペラファン。
  5.  前記負圧面側境界部の半径は、該負圧面側境界部の前端部から後端部にかけて、滑らかに拡大する、
    請求項1~4の何れか一項のプロペラファン。
  6.  前記圧力面側境界部の半径は、該圧力面側境界部の前端部から後端部にわたって、同じ半径の値である、
    請求項1~5の何れか一項のプロペラファン。
  7.  請求項1乃至6の何れか一項のプロペラファンと、
     前記プロペラファンに駆動力を付与する駆動源と、
     前記プロペラ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。
  8.  熱交換器と、
     請求項1乃至6の何れか一項のプロペラファンと、
     前記プロペラファンに駆動力を付与する駆動源と、
     前記プロペラファン、前記駆動源及び前記熱交換器を収容するケーシングと
    を備えた室外機。
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