JP6615379B2 - プロペラファン、室外機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

プロペラファン、室外機及び冷凍サイクル装置 Download PDF

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Description

本発明は、隣接する羽根が前縁部と後縁部とで接続された所謂翼一体型のプロペラファン、並びに、該プロペラファンを備えた室外機及び冷凍サイクル装置に関するものである。
冷凍サイクル装置は、冷媒回路に冷媒を循環させて、対象空間等の加熱及び冷却等を行う。この冷凍サイクル装置は、室内機(室内ユニット)と室外機(室外ユニット)とを備えていることが多い。この室外機は、送風機として、羽根(プロペラ)を有するプロペラファンを備えている。そして、プロペラファンを回転させて空気の流れを発生させることにより、送風(冷却、排熱等)を行う。
上述のプロペラファンは、一般的に、モーター等の駆動源の回転軸に接続される円筒状のボス部の外周側に、複数の羽根が接続された構成となっている。このようなボス部を備えたプロペラファンでは、ボス部の重量が嵩むため軽量化が難しく、省資源化(環境負荷低減)を進めることが困難である。加えて、ボス部は送風機能を有さないため、ファンの送風効率を向上させることが難しいという課題があった。
そこで、従来、モーター等の駆動源の回転軸に接続される回転軸部(回転中心)と、該回転軸部の外周側に設けられた複数の羽根と、を備え、隣接する羽根が前縁部と後縁部とで接続された所謂翼一体型のプロペラファンも提案されている。この翼一体型のプロペラファンは、隣接する羽根をボス部を介さず連続面で接続する構成となる。このため、翼一体型のプロペラファンは、回転軸部(回転中心)を中心とする羽根間の連続面の最小半径が、回転軸部の半径より大きい寸法となっている。したがって、翼一体型のプロペラファンは、ボス部を備えたプロペラファンが有する上記課題を解決することができる。
しかしながら、翼一体型のプロペラファンは、羽根の強度不足によって回転時に羽根の変形量が多くなってしまい、送風機能が低下する等の課題があった。このため、従来の翼一体型のプロペラファンには、回転軸部の周囲に羽根の強度不足を補うリブを備えたものも提案されている。例えば、特許文献1に記載の翼一体型のプロペラファンは、回転軸部が羽根の圧力面側に突出した構成となっている。そして、羽根の圧力面に、回転軸部から放射状に延びるリブが形成されている。特許文献1によると、放射状に延びるリブがターボファンとしても機能し、翼一体型のプロペラファンの送風性能の向上も図ることができるとしている。
国際公開第2016/021555号
翼一体型のプロペラファンが回転した際に発生する気流の主流は、羽根の外周側を流れる。このため、回転軸部の下流側では空気があまり流れずに淀み、回転軸部の下流側に大きな剥離域が発生する。ここで、特許文献1に記載のプロペラファンは、回転時、圧力面に形成された放射状リブの外周側端部近傍において、該外周側端部近傍の空気を拡散することができる。このため、特許文献1に記載のプロペラファンは、この拡散された空気が主流に誘引されることにより、主流を若干内周側(回転軸部側)にまで流すことが可能となる。しかしながら、特許文献1に記載のプロペラファンも、回転軸部の下流側に十分な気流を発生させることができず、回転軸部の下流側に発生する剥離域を小さくすることができないという課題があった。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、回転軸部の下流側に発生する剥離域を従来よりも小さくすることができる翼一体型のプロペラファンを提供することを第1の目的とする。また、当該プロペラファンを備えた室外機及び冷凍サイクル装置を提供することを第2の目的とする。
本発明に係るプロペラファンは、回転中心となる回転軸部と、該回転軸部の外周側に設けられた複数の羽根と、を備え、前記複数の羽根は、隣接する羽根が前縁部と後縁部とで接続されたプロペラファンであって、前記複数の羽根の圧力面に、前記回転軸部を囲むように前記回転軸部の回転中心方向に沿って突出した第1リブと、前記回転軸部から前記第1リブに向かって延びるように、前記回転中心方向に沿って突出した第2リブと、を有し、前記第2リブにおける前記回転中心方向の端部のうちの前記圧力面とは反対側の端部が、前記第1リブにおける前記回転中心方向の端部のうちの前記圧力面とは反対側の端部よりも、前記圧力面から離れる方向に突出しているものである。
本発明に係るプロペラファンは、羽根の回転により発生した気流を第1リブにより内周側に拡大することができる。さらに、本発明に係るプロペラファンは、第1リブによって拡大された流れを、第2リブによってさらに回転軸部の下流側まで拡大することができる。このため、本発明に係るプロペラファンは、回転軸部の下流側に十分な気流を発生させることができ、回転軸部の下流側に発生する剥離域を従来よりも小さくすることができる。
本発明の実施の形態1に係る室外機を正面側から見た斜視図である。 本発明の実施の形態1に係る室外機において、室外機本体の上面部を取り外した状態を示す平面図である。 本発明の実施の形態1に係る室外機を正面側から見た斜視図であり、ファングリルを取り外した状態を示す図である。 本発明の実施の形態1に係る室外機において、室外機本体の第1側面部、前面部の一部及び上面部を取り外した状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファンを正面側(空気流れの下流側)から見た斜視図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの背面図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの回転軸部周辺を正面側から見た斜視図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの回転軸部周辺の正面図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの別の一例の回転軸部周辺を示す正面図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの別の一例の回転軸部周辺を示す正面図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの別の一例の回転軸部周辺を示す正面図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの別の一例の回転軸部周辺を示す正面図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの別の一例の回転軸部周辺を示す正面図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの別の一例の回転軸部周辺を示す正面図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの別の一例の回転軸部周辺を示す正面図である。 従来の室外機を正面側から見た斜視図であり、ファングリルを取り外した状態を示す図である。 従来の室外機を側方から観察した縦断面模式図であり、該室外機で発生する気流を説明するための図である。 本発明の実施の形態1に係る室外機を側方から観察した縦断面模式図であり、該室外機で発生する気流を説明するための図である。 本発明の実施の形態2に係るプロペラファンの一例の回転軸部周辺を示す正面図である。 本発明の実施の形態2に係るプロペラファンの別の一例の回転軸部周辺を示す正面図である。 本発明の実施の形態3に係るプロペラファンの一例の回転軸部周辺を示す正面図である。 本発明の実施の形態4に係るプロペラファンの回転軸部周辺を正面側から見た斜視図である。 本発明の実施の形態4に係るプロペラファンの回転軸部周辺を正面側から見た斜視図である。 本発明の実施の形態5に係る空気調和装置の構成図である。
以下、本発明の各実施の形態について、図に基づいて説明する。
実施の形態1.
まず、本発明の実施の形態1における室外機の構成について説明する。本実施の形態1では、室外機の一例として空気調和装置の室外機について説明する。なお、本実施の形態1の室外機は、例えば給湯器用の室外機であってもよく、空気調和機の室外機と同様の構成とすることができる。
図1は、本発明の実施の形態1に係る室外機を正面側から見た斜視図である。図2は、本発明の実施の形態1に係る室外機において、室外機本体の上面部を取り外した状態を示す平面図である。図3は、本発明の実施の形態1に係る室外機を正面側から見た斜視図であり、ファングリルを取り外した状態を示す図である。また、図4は、本発明の実施の形態1に係る室外機において、室外機本体の第1側面部、前面部の一部及び上面部を取り外した状態を示す斜視図である。
室外機100は、室外機本体1と、ファングリル2と、送風機であるプロペラファン3と、ファンモータ4と、仕切板5と、送風機室6と、機械室7と、熱交換器8と、ベルマウス9とを主に有している。
室外機本体1は、例えば略直方体形状をしており、室外機100の外郭を構成するものである。室外機本体1は、第1側面部1a、前面部1b、第2側面部1c、背面部1d、上面部1e及び底面部1fで構成されている。この室外機本体1の内部は、仕切板5によって、送風機室6と機械室7とに区画されている。そして、第1側面部1a及び背面部1dにおける送風機室6を構成する部分には、室外機本体1内に空気を吸い込む吸込口1hとなる開口部が形成されている。また、前面部1bにおける送風機室6を構成する部分には、外部に空気を吹出す吹出口1gとなる開口部が形成されている。
送風機室6には、プロペラファン3、ファンモータ4、熱交換器8及びベルマウス9が設置されている。熱交換器8は、第1側面部1a及び背面部1dの吸込口1hと対向するように送風機室6に配置されている。つまり、熱交換器8は、平面視略L字状に形成されている。この熱交換器8は、プロペラファン3により導かれた空気と熱交換を行うものであり、複数のフィン及び伝熱管を有するフィンアンドチューブ型の熱交換器として構成されている。複数のフィンは、規定の間隔を空けて、第1側面部1a及び背面部1dに沿うように横方向に並設されている。複数の伝熱管は、これら複数のフィンを貫通するように設けられている。つまり、各伝熱管は、平面視略L字状に形成されている。そして、これら伝熱管は、規定の間隔を空けて、上下方向に並設されている。各伝熱管内には、冷媒回路を循環する冷媒が流れる。
プロペラファン3は、前面部1bの吹出口1gと対向するように設けられている。すなわち、上述の熱交換器8は、プロペラファン3の吸込側に配置されている。プロペラファン3は、後述のように、回転中心となる回転軸部30を備えている(図5等参照)。この回転軸部30に、ファンモータ4の回転軸4aが接続されている。すなわち、ファンモータ4の回転軸4aが回転することにより、プロペラファン3も回転軸部30を回転中心として回転する。このようにプロペラファン3に回転駆動力を伝達するファンモータ4は、室外機本体1の前後方向において、熱交換器8とプロペラファン3との間に配置されている。
なお、プロペラファン3の詳細については後述する。
ベルマウス9は、前面部1bの吹出口1gの周縁から、プロペラファン3側に突出するように設けられている。このベルマウス9は、所定の間隔を空けてプロペラファン3の外周側を覆うように配置されている。これにより、ベルマウス9は、吹出口1gの近傍の風路を、吸込側と吹出側とに区切る。また、前面部1bの吹出口1gは、ファングリル2で覆われている。ファングリル2は、物体等とプロペラファン3との接触を防止して安全を図るためのものである。なお、ベルマウス9は、前面部1bと一体で形成されていてもよいし、別体で形成されていてもよい。
また、機械室7には、圧縮機10、配管11及び基板箱12が設置されている。圧縮機10は、冷媒回路の一部を構成するものであり、冷媒回路を循環する冷媒を圧縮するものである。配管11は、圧縮機10と熱交換器8とを接続する配管等である。基板箱12は、制御基板13が収納されているものである。制御基板13は、圧縮機10等、室外機100に搭載された機器を制御するものである。
続いて本実施の形態1に係るプロペラファン3の構成をさらに詳しく説明する。
図5は、本発明の実施の形態1に係るプロペラファンを正面側から見た斜視図である。つまり、図5は、プロペラファン3を、該プロペラファン3が発生させる空気流れ(以下、単に空気流れともいう)の下流側から見た斜視図である。換言すると、図5は、プロペラファン3を羽根31の圧力面31a側から見た斜視図である。さらに換言すると、図5は、室外機本体1の吹出口1g側からプロペラファン3を見た斜視図である。また、図6は、本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの背面図である。つまり、図6は、プロペラファン3を空気流れの上流側から見た図である。また、図7は、本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの回転軸部周辺を正面側から見た斜視図である。また、図8は、本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの回転軸部周辺の正面図である。なお、図5〜図8に示す円弧状の矢印は、プロペラファン3の回転方向を示している。
プロペラファン3は、該プロペラファン3の回転中心となる回転軸部30と、回転軸部30の外周側に設けられた複数の羽根31(プロペラ)と、を備えている。回転軸部30は、例えば円筒形状をしており、該回転軸部30の回転中心となる中心部には、ファンモータ4の回転軸4aが挿入されて固定される接続孔30aが形成されている。なお、本実施の形態1では、回転軸部30を羽根31の圧力面31a側に突出させているが、回転軸部30を羽根31の圧力面31a側に突出させていなくてもよい。
以下、単に回転中心と称した場合には、プロペラファン3の回転中心、つまり回転軸部30の回転中心を示すものとする。また、回転中心方向とは、回転軸部30の回転中心方向、換言すると接続孔30aの貫通方向を示すものとする。
複数の羽根31は、回転軸部30の周方向に、該回転軸部30を中心として同角度間隔で配置されている。これら複数の羽根31は、隣接する羽根31が前縁部31bと後縁部31cとで接続されている。すなわち、本実施の形態1に係るプロペラファン3は、所謂翼一体型のプロペラファンである。なお、本実施の形態1に係るプロペラファン3は3つの羽根31を備えているが、羽根31の枚数は3つに限定されるものではない。また、各羽根31は、回転軸部30を中心として、異なる角度間隔で配置されていてもよい。
また、本実施の形態1に係るプロペラファン3は、回転軸部30の周囲に、第1リブ32及び第2リブ33を備えている。回転軸部30、第1リブ32及び第2リブ33は、プロペラファン3のハブを構成するものである。さらに、本実施の形態1に係るプロペラファン3は、空気拡散作用及び強度のうちの少なくとも1つをさらに向上させるため、補強リブ34及び第3リブ35も備えている。なお、補強リブ34及び第3リブ35は、プロペラファン3において、必須の構成ではない。
第1リブ32は、複数の羽根31の圧力面31aに設けられている。また、第1リブ32は、回転軸部30を囲むように、回転中心方向に沿って突出している。換言すると、第1リブ32は、回転軸部30を囲むように、空気流れの下流側へ突出している。より詳しくは、本実施の形態1に係る第1リブ32は、回転中心方向に観察したときに外周面が円弧形状となっている3つのリブ32aを有している。つまり、リブ32aの外周面は曲面形状となっている。これらリブ32aは、回転軸部30の周方向に、該回転軸部30を中心として同角度間隔で配置されている。また、隣接するリブ32aは、端部同士が接続されている。このため、本実施の形態1に係る第1リブ32は、回転中心方向に第1リブ32を観察した際、外周面が略三角形状となるように、回転軸部30を囲んでいる。なお、第1リブ32を構成する各リブ32aは、回転中心方向に観察した際、両端部間において厚みが略一様となっている。つまり、第1リブ32は、全周に渡り、略一様の厚さとなっている。このため、回転中心方向に第1リブ32を観察した際、内周面も略三角形状となっている。すなわち、回転中心方向に第1リブ32を観察した際、略三角形状となるように、回転軸部30を囲んでいる。
プロペラファン3が回転した際、第1リブ32は、周囲の空気を拡散する。この拡散された空気が、羽根31の外周側を流れるプロペラファン3の主流に誘引されることにより、プロペラファン3の主流を内周側に拡大することができる。つまり、プロペラファン3の主流を第1リブ32の外周部近傍まで拡大することができる。
また、第1リブ32を構成するリブ32aのそれぞれの一端には、該リブ32aに沿って第1リブ32の外周側に延びるように、第3リブ35が設けられている。すなわち、第3リブ35は羽根31の圧力面31aに設けられており、第3リブ35は、第1リブ32から外周側に延びるように回転中心方向に沿って突出している。換言すると、第3リブ35は、第1リブ32から外周側に延びるように空気流れの下流側へ突出している。第3リブ35を設けることにより、プロペラファン3が回転した際、第1リブ32周辺の空気をより拡散でき、プロペラファン3の主流を内周側により拡大することができる。
ここで、第1リブ32を構成するリブ32aの数は、3つに限定されるものではない。また、各リブ32aは、回転軸部30を中心として異なる角度間隔で配置されていてもよいし、回転軸部30からの距離をリブ32a毎に異ならせてもよい。また、回転中心方向に第1リブ32を観察した際、リブ32a毎に長さが異なっていてもよい。また、リブ32aの一端に設けられた第3リブ35は必須の構成ではなく、例えば図9に示すように、リブ32aの一端に第3リブ35を設けなくてもよい。また、第1リブ32は、回転軸部30の周囲を完全に囲んでいる必要はない。例えば図10に示すように、第1リブ32の一部が切り欠かれていてもよい。本実施の形態1では、第1リブ32の一部が切り欠かれている場合でも、「回転軸部30を囲む」と称する。
なお、図9及び図10は、本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの別の一例の回転軸部周辺を示す正面図である。
第2リブ33は、複数の羽根31の圧力面31aに設けられている。また、第2リブ33は、回転軸部30から第1リブ32に向かって延びるように、回転中心方向に沿って突出している。換言すると、第2リブ33は、回転軸部30から第1リブ32に向かって延びるように、空気流れの下流側へ突出している。より詳しくは、本実施の形態1では3つの第2リブ33が設けられている。これら第2リブ33は、回転軸部30の周方向に、該回転軸部30を中心として同角度間隔で配置されている。すなわち、これら第2リブ33は、回転軸部30から略放射状に延びている。
プロペラファン3が回転した際、第2リブ33は、周囲の空気を拡散する。この拡散された空気が、第1リブ32によって第1リブ32の外周部近傍まで拡大したプロペラファン3の主流に誘引されることにより、プロペラファン3の主流を回転軸部30の下流側まで拡大することができる。つまり、回転軸部30の下流側に十分な気流を発生させることができる。
また、第2リブ33のそれぞれの外周側端部には、第2リブ33に沿って第1リブ32の外周側に延びるように、第3リブ35が設けられている。上述のように、第3リブ35を設けることにより、プロペラファン3が回転した際、第1リブ32周辺の空気をより拡散でき、プロペラファン3の主流を内周側により拡大することができる。
ここで、図7に示すように、第2リブ33の下流側端部33aは、第1リブ32の下流側端部32bよりも、空気流れの下流側に位置している。換言すると、第2リブ33における回転中心方向の端部のうちの圧力面31aとは反対側の下流側端部33aが、第1リブ32における回転中心方向の端部のうちの圧力面31aとは反対側の下流側端部32bよりも、圧力面31aから離れる方向に突出している。第2リブ33の下流側端部33aをこのような位置に配置することにより、第2リブ33周辺の空気をより拡散でき、回転軸部30の下流側により十分な気流を発生させることができる。
なお、第2リブ33の数は、3つに限定されるものではない。また、各第2リブ33は、回転軸部30を中心として異なる角度間隔で配置されていてもよい。また、第2リブ33の外周側端部に設けられた第3リブ35は必須の構成ではなく、例えば図11に示すように、第2リブ33の外周側端部に第3リブ35を設けなくてもよい。また、第2リブ33の内周側端部が回転軸部30に接続されていなくてもよい。また、図12に示すように、第2リブ33の外周側端部が第1リブ32に接続されていなくてもよい。
なお、図11及び図12は、本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの別の一例の回転軸部周辺を示す正面図である。
補強リブ34は、必須の構成ではなく、回転軸部30、第1リブ32及び第2リブ33で構成されるハブの強度をさらに向上させたい場合に、羽根31の圧力面31aに設けられる。この際、例えば図8に示すように、補強リブ34を形成してもよい。図8に示す補強リブ34は、回転軸部30から第1リブ32に向かって延びるように、回転中心方向に沿って突出している。このように補強リブ34を形成することにより、補強リブ34を第2リブ33としても機能させることができる。換言すると、第2リブ33の数を増やして、ハブの強度を向上させてもよい。
また例えば、図13に示すように、補強リブ34を形成してもよい。図13に示す補強リブ34は、第1リブ32から外周側に延びるように回転中心方向に沿って突出している。このように補強リブ34を形成することにより、補強リブ34を第3リブ35としても機能させることができる。換言すると、第3リブ35の数を増やして、ハブの強度を向上させてもよい。また例えば、図14に示すように、図8で示した補強リブ34と図13で示した補強リブ34の双方を形成してもよい。また例えば、補強リブ34に空力的な仕事をさせる必要がなければ、補強リブ34の形状は、上述した形状に限らず、種々のリブ形状とすることができる。例えば図15に示すように、第1リブ32の内周側において、該第1リブ32と第2リブ33とを接続するように、補強リブ34を形成してもよい。
なお、図13〜図15は、本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの別の一例の回転軸部周辺を示す正面図である。
次に、本実施の形態1に係る室外機100の送風動作について説明する。
図2に矢印で示すように、本実施の形態1に係る室外機100において、プロペラファン3が回転すると、室外機本体1の第1側面部1a及び背面部1dに形成された吸込口1hを介して、室外機本体1の外部から空気が室外機本体1内に吸い込まれる。室外機本体1内に吸い込まれた空気は、吸込口1hに沿って配置された熱交換器8を通過する。これにより、空気と熱交換器8内の冷媒との間で熱交換が行われる。熱交換器8で熱交換が行われた空気は、プロペラファン3及びベルマウス9を通過して、吹出口1gから室外に吹き出される。このとき、図2に示すように吹出口1gから室外に吹き出される気流Aが発生する。
ここで、従来のプロペラファンにおいては、該プロペラファンが回転した際に発生する気流の主流は、羽根の外周側を流れる。このため、従来のプロペラファンにおいては、室外機の吹出口から室外に吹き出される気流Aは、回転軸部の下流側をあまり流れず、回転軸部の下流側に淀みが発生し、回転軸部の下流側に大きな剥離域が発生する。一方、本実施の形態1に係るプロペラファン3は、上述の第1リブ32及び第2リブ33を備えている。このため、室外機100の吹出口1gから室外に吹き出される気流Aは、回転軸部30の下流側を流れることができ、回転軸部30の下流側に発生する剥離域を従来よりも小さくすることができる。
以下、本実施の形態1に係るプロペラファン3を備えた室外機100と、従来のプロペラファンを備えた室外機とを比較しながら、本実施の形態1に係るプロペラファン3及び室外機100が有する剥離域を小さくできる効果について説明していく。なお、以下では、従来のプロペラファン及び室外機を説明する際、本実施の形態1に係るプロペラファン3及び室外機100と同じ構成については、本実施の形態1に係るプロペラファン3及び室外機100と同じ符号を付し、これらの構成の説明を省略する。
図16は、従来の室外機を正面側から見た斜視図であり、ファングリルを取り外した状態を示す図である。また、図17は、従来の室外機を側方から観察した縦断面模式図であり、該室外機で発生する気流を説明するための図である。
従来の室外機500が本実施の形態1に係る室外機100と異なる点は、プロペラファン503の構成である。詳しくは、従来のプロペラファン503は、本実施の形態1に係るプロペラファン3が有している各リブ(第1リブ32、第2リブ33、補強リブ34、第3リブ35)を備えていない。従来のプロペラファン503は、これらのリブに代わりに、リブ540を備えている。リブ540は、複数の羽根31の圧力面31aに設けられており、回転軸部30から放射状に延び、圧力面31aから空気流れの下流側に突出した形状となっている。従来の室外機500及びプロペラファン503のその他の構成は、本実施の形態1に係る室外機100及びプロペラファン3と同じである。
プロペラファン503が回転した際に発生する主流は、羽根31の外周側を流れる。この際、プロペラファン503は回転軸部30から放射状に延びるリブ540を有しているので、リブ540の外周側端部近傍の空気が拡散される。このため、この拡散された空気が主流に誘引されることにより、主流は、リブ540の外周側端部近傍にまで拡大する。つまり、気流Aをリブ540の外周側端部近傍まで流すことができる。しかしながら、気流Aは、回転軸部30の下流側までは拡大しない。このため、プロペラファン503においては、回転軸部30の下流側に大きな剥離域20が発生してしまう。
図18は、本発明の実施の形態1に係る室外機を側方から観察した縦断面模式図であり、該室外機で発生する気流を説明するための図である。
一方、プロペラファン3が回転した際に発生する主流も、羽根31の外周側を流れる。この際、プロペラファン3の第1リブ32が周囲の空気を拡散する。このため、この拡散された空気が主流に誘引されることにより、プロペラファン3の主流を内周側に拡大することができる。つまり、気流Aを第1リブ32の外周部近傍まで拡大することができる。さらに、プロペラファン3が回転した際、第2リブ33も周囲の空気を拡散する。この拡散された空気が、第1リブ32によって第1リブ32の外周部近傍まで拡大した気流Aに誘引されることにより、気流Aを回転軸部30の下流側まで拡大することができる。つまり、回転軸部30の下流側に十分な量の気流Aを発生させることができる。したがって、プロペラファン3は、回転軸部30の下流側に発生する剥離域20を十分に小さくすることができる。
以上のように、本実施の形態1に係るプロペラファン3は、上述のような第1リブ32及び第2リブ33を有しているので、回転軸部30の下流側に発生する剥離域20を十分に小さくすることができる。このため、本実施の形態1に係るプロペラファン3は、回転軸部30の下流側において渦の発生を抑制することができる。これにより、本実施の形態1に係るプロペラファン3は、渦の発生による圧力流量特性の損失を低減させることができる。また、本実施の形態1に係るプロペラファン3は、渦の発生による騒音を低減させることができる。
また、本実施の形態1に係るプロペラファン3は、第1リブ32の外周側に延びる第3リブ35が設けられている。このため、本実施の形態1に係るプロペラファン3は、プロペラファン3の気流Aを内周側により拡大することができる。これにより、本実施の形態1に係るプロペラファン3は、渦の発生による圧力流量特性の損失をより低減させることができ、渦の発生による騒音をより低減させることができる。
また、本実施の形態1に係る室外機100は、上記のプロペラファン3と、熱交換器8とを備えている。したがって、本実施の形態1に係る室外機100は、プロペラファン3の回転軸部30の下流側に発生する剥離域20を十分に小さくすることができる。このため、本実施の形態1に係る室外機100は、回転軸部30の下流側において渦の発生を抑制することができる。これにより、渦の発生による圧力流量特性の損失を低減させることができる室外機100を得ることができる。また、渦の発生による騒音を低減させることができる室外機100を得ることができる。
実施の形態2.
実施の形態1に係るプロペラファン3は、外周面が曲面形状に形成され、略一様の厚さを有する複数のリブ32aにより、第1リブ32を構成していた。そして、実施の形態1に係るプロペラファン3においては、回転中心方向に第1リブ32を観察した際、第1リブ32は、略多角形状となるように回転軸部30を囲んでいた。しかしながら、回転軸部30を囲む第1リブ32の形状は、実施の形態1で示した形状に限定されるものではない。例えば、第1リブ32は、以下のように回転軸部30を囲んでいてもよい。なお、本実施の形態2において、特に記述しない項目については実施の形態1と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
図19は、本発明の実施の形態2に係るプロペラファンの一例の回転軸部周辺を示す正面図である。例えば図19に示すように、回転中心方向に回転軸部30を囲む第1リブ32を観察したとき、該第1リブ32の外周面が円形状となっていてもよい。換言すると、図19に示す第1リブ32は、回転中心方向に観察したときに外周面が円弧形状となっている2つのリブを有し、これらのリブで回転軸部30を囲んでいるということもできる。なお、図19に示す第1リブ32は、回転中心方向に観察した際、実施の形態1で示した第1リブ32と同様に、厚みが略一様となっている。
図19のように第1リブ32が構成されたプロペラファン3においても、プロペラファン3の回転によって、第1リブ32が周囲の空気を拡散する。このため、気流Aを第1リブ32の外周部近傍まで拡大することができる。さらに、第2リブ33も周囲の空気を拡散することにより、気流Aを回転軸部30の下流側まで拡大することができる。したがって、図19に示すプロペラファン3においても、回転軸部30の下流側に十分な量の気流Aを発生させることができ、回転軸部30の下流側に発生する剥離域20を十分に小さくすることができる。
このため、図19に示すプロペラファン3も、実施の形態1と同様に、回転軸部30の下流側において渦の発生を抑制することができる。つまり、図19に示すプロペラファン3も、実施の形態1と同様に、渦の発生による圧力流量特性の損失を低減させることができ、渦の発生による騒音を低減させることができる。
なお、図19に示すプロペラファン3と実施の形態1に係るプロペラファン3とを比較した場合、実施の形態1で示した第1リブ32の構成の方が、プロペラファン3の強度を向上させることができる。換言すると、図19に示すプロペラファン3と実施の形態1に係るプロペラファン3とを同じ強度で製作した場合、実施の形態1に係るプロペラファン3の方が、軽量化することができる。
また、図19に示すプロペラファン3と実施の形態1に係るプロペラファン3とを比較した場合、実施の形態1に係るプロペラファン3の第1リブ32の外周面の方が、プロペラファン3の回転方向に対して大きな角度を有する。このため、図19に示すプロペラファン3と実施の形態1に係るプロペラファン3とを比較した場合、実施の形態1に係るプロペラファン3の第1リブ32の方が、周囲の空気を拡散することができる。したがって、図19に示すプロペラファン3と実施の形態1に係るプロペラファン3とを比較した場合、実施の形態1に係るプロペラファン3の方が、仕事率が向上し、空力特性を向上させることができる。
また、実施の形態1に係るプロペラファン3は、図19に示すプロペラファン3と比べ、騒音を低減できるという効果も得られる。詳しくは、実施の形態1に係るプロペラファン3は、第1リブ32の外周面が略多角形状となっている。この多角形状の辺(換言すると角)の数をnとした場合、実施の形態1に係るプロペラファン3が回転すると、該プロペラファン3の回転周波数のn倍の周波数でピークが発生する騒音が生じることとなる。すなわち、実施の形態1に係るプロペラファン3が発生する騒音は、n次の騒音となる。このため、実施の形態1に係るプロペラファン3は、プロペラファン3の騒音によって該プロペラファン3の周囲の部品が共鳴及び共振を起こさないように多角形状の辺(換言すると角)の数nを決定することにより、騒音を低減することもできる。
図20は、本発明の実施の形態2に係るプロペラファンの別の一例の回転軸部周辺を示す正面図である。例えば図20に示すように、第1リブ32は回転中心方向に観察したときに外周面が円弧形状となっている4つ以上のリブ32aを有している。そして、これらリブ32aが接続されて、回転軸部30を囲んでいる。
図20のように第1リブ32が構成されたプロペラファン3においても、プロペラファン3の回転によって、第1リブ32が周囲の空気を拡散する。このため、気流Aを第1リブ32の外周部近傍まで拡大することができる。さらに、第2リブ33も周囲の空気を拡散することにより、気流Aを回転軸部30の下流側まで拡大することができる。したがって、図20に示すプロペラファン3においても、回転軸部30の下流側に十分な量の気流Aを発生させることができ、回転軸部30の下流側に発生する剥離域20を十分に小さくすることができる。
このため、図20に示すプロペラファン3も、実施の形態1と同様に、回転軸部30の下流側において渦の発生を抑制することができる。つまり、図20に示すプロペラファン3も、実施の形態1と同様に、渦の発生による圧力流量特性の損失を低減させることができ、渦の発生による騒音を低減させることができる。
なお、図19に示すプロペラファン3と図20に示すプロペラファン3とを比較した場合、実施の形態1に係るプロペラファン3と同様に、図20に示すプロペラファン3の第1リブ32の外周面の方が、プロペラファン3の回転方向に対して大きな角度を有する。このため、図19に示すプロペラファン3と図20に示すプロペラファン3とを比較した場合、実施の形態1に係るプロペラファン3と同様に、図20に示すプロペラファン3の第1リブ32の方が、周囲の空気を拡散することができる。したがって、図19に示すプロペラファン3と図20に示すプロペラファン3とを比較した場合、実施の形態1に係るプロペラファン3と同様に、図20に示すプロペラファン3の方が、仕事率が向上し、空力特性を向上させることができる。
また、図20に示すプロペラファン3は、実施の形態1に係るプロペラファン3と同様に、図19に示すプロペラファン3と比べ、騒音を低減できるという効果も得られる。詳しくは、図20に示すプロペラファン3において、第1リブ32の外周面の円弧数をnと定義する。この場合、図20に示すプロペラファン3が回転すると、該プロペラファン3の回転周波数のn倍の周波数でピークが発生する騒音が生じることとなる。すなわち、図20に示すプロペラファン3が発生する騒音は、n次の騒音となる。このため、図20に示すプロペラファン3は、プロペラファン3の騒音によって該プロペラファン3の周囲の部品が共鳴及び共振を起こさないように円弧数nを決定することにより、騒音を低減することもできる。
実施の形態3.
実施の形態1及び実施の形態2に係るプロペラファン3の第1リブ32は、曲面形状の外周面を有するリブ32aを用いて形成されていた。これに限らず、第1リブ32を構成するリブ32aの外周面を平面形状に形成しても、本発明を実施することができる。なお、本実施の形態3において、特に記述しない項目については実施の形態1又は実施の形態2と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
図21は、本発明の実施の形態3に係るプロペラファンの一例の回転軸部周辺を示す正面図である。
本実施の形態3に係る第1リブ32は、回転中心方向に観察したときに外周面が直線形状となっている複数のリブ32aを有している。つまり、リブ32aの外周面は平面形状となっている。また、隣接するリブ32aは、端部同士が接続されている。このため、本実施の形態3に係る第1リブ32は、回転中心方向に第1リブ32を観察した際、外周面が多角形状となるように、回転軸部30を囲んでいる。
本実施の形態3のように第1リブ32が構成されたプロペラファン3においても、プロペラファン3の回転によって、第1リブ32が周囲の空気を拡散する。このため、気流Aを第1リブ32の外周部近傍まで拡大することができる。さらに、第2リブ33も周囲の空気を拡散することにより、気流Aを回転軸部30の下流側まで拡大することができる。したがって、本実施の形態3に係るプロペラファン3においても、回転軸部30の下流側に十分な量の気流Aを発生させることができ、回転軸部30の下流側に発生する剥離域20を十分に小さくすることができる。
このため、本実施の形態3に係るプロペラファン3も、実施の形態1及び実施の形態2と同様に、回転軸部30の下流側において渦の発生を抑制することができる。つまり、本実施の形態3に係るプロペラファン3も、実施の形態1及び実施の形態2と同様に、渦の発生による圧力流量特性の損失を低減させることができ、渦の発生による騒音を低減させることができる。
なお、本実施の形態3に係るプロペラファン3も、図19に示すプロペラファン3と比較した場合、実施の形態1に係るプロペラファン3と同様に、プロペラファン3の第1リブ32の外周面がプロペラファン3の回転方向に対して大きな角度を有する。このため、図19に示すプロペラファン3と本実施の形態3に係るプロペラファン3とを比較した場合、実施の形態1に係るプロペラファン3と同様に、本実施の形態3に係るプロペラファン3の第1リブ32の方が、周囲の空気を拡散することができる。したがって、図19に示すプロペラファン3と本実施の形態3に係るプロペラファン3とを比較した場合、実施の形態1に係るプロペラファン3と同様に、本実施の形態3に係るプロペラファン3の方が、仕事率が向上し、空力特性を向上させることができる。
また、本実施の形態3に係るプロペラファン3は、実施の形態1に係るプロペラファン3と同様に、図19に示すプロペラファン3と比べ、騒音を低減できるという効果も得られる。詳しくは、本実施の形態3に係るプロペラファン3において、第1リブ32の外周面が形成する多角形の辺数をnと定義する。この場合、本実施の形態3に係るプロペラファン3が回転すると、該プロペラファン3の回転周波数のn倍の周波数でピークが発生する騒音が生じることとなる。すなわち、本実施の形態3に係るプロペラファン3が発生する騒音は、n次の騒音となる。このため、本実施の形態3に係るプロペラファン3は、プロペラファン3の騒音によって該プロペラファン3の周囲の部品が共鳴及び共振を起こさないように辺数nを決定することにより、騒音を低減することもできる。
実施の形態4.
熱交換器8のフィン間が塵埃等で詰まってきたとき等、プロペラファン3が回転したときにプロペラファン3の空気流れの上流側又は下流側で発生する圧力が上昇した場合、気流Aの流れ方向において回転軸部30の下流側となる範囲には、気流Aとは逆向きの流れが発生する。換言すると、図17及び図18で剥離域20として示した範囲の空気が回転軸部30の方へ逆流する流れが発生する。このような逆流が発生した場合、気流Aは、プロペラファン3の外周側へ広がるような流れとなり、気流Aの流れ方向において回転軸部30の下流側となる範囲に渦が発生してしまう。このため、渦の発生による圧力流量特性の損失が大きくなり、渦の発生による騒音も大きくなってしまう。
しかしながら、実施の形態1〜実施の形態3で示したプロペラファン3は、第2リブ33の下流側端部33aを、第1リブ32の下流側端部32bよりも、気流Aの流れ方向において下流側に位置させている。このため、プロペラファン3が回転した際、第2リブ33における第1リブ32よりも気流Aの流れ方向の下流側に突出した部分において、回転軸部30に向かって逆流してきた空気を外周側へ送り出すことができる。そして、この送り出された空気が気流Aに誘引されることにより、気流Aを内周側へ拡大することができる。つまり、実施の形態1〜実施の形態3で示したプロペラファン3は、プロペラファン3が回転したときにプロペラファン3の空気流れの上流側又は下流側で発生する圧力が上昇した場合でも、回転軸部30の下流側において渦の発生を抑制することができる。すなわち、実施の形態1〜実施の形態3で示したプロペラファン3は、プロペラファン3が回転したときにプロペラファン3の空気流れの上流側又は下流側で発生する圧力が上昇した場合でも、渦の発生による圧力流量特性の損失を低減させることができ、渦の発生による騒音を低減させることができる。
このように、プロペラファン3の空気流れの上流側又は下流側で発生する圧力が上昇した際に渦の発生を抑制しようとする場合、以下のような閉塞リブ36を備えることにより、渦の発生をより抑制することができる。なお、本実施の形態4において、特に記述しない項目については実施の形態1〜実施の形態3のいずれかと同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
図22及び図23は、本発明の実施の形態4に係るプロペラファンの回転軸部周辺を正面側から見た斜視図である。つまり、図22及び図23は、気流Aの流れ方向の下流側から、プロペラファン3の回転軸部30周辺を見た図である。
本実施の形態4に係るプロペラファン3においては、第2リブ33の下流側端部33aは、第1リブ32の下流側端部32bよりも、気流Aの流れ方向の下流側に位置している。換言すると、第2リブ33における回転中心方向の端部のうちの圧力面31aとは反対側の下流側端部33aが、第1リブ32における回転中心方向の端部のうちの圧力面31aとは反対側の下流側端部32bよりも、圧力面31aから離れる方向に突出している。
また、本実施の形態4に係るプロペラファン3は、第1リブ32と第2リブ33との間に形成された隙間の少なくとも一部を閉塞する閉塞リブ36を備えている。閉塞リブ36は、例えば、第1リブ32の下流側端部32bから回転中心と略垂直な方向に延びる面上に配置されている。なお、図22は、第1リブ32と第2リブ33との間に形成された隙間の一部を閉塞リブ36で閉塞した例を示している。詳しくは、図22に示すプロペラファン3は、第1リブ32の下流側端部32bから第2リブ33の側面に向かって延びる閉塞リブ36と、第2リブ33の側面に沿って形成され、第1リブ32へ向かって突出する閉塞リブ36と、を備えている。また、図23は、第1リブ32と第2リブ33との間に形成された隙間の全部を閉塞リブ36で閉塞した例を示している。
閉塞リブ36を有する本実施の形態4に係るプロペラファン3においては、プロペラファン3の空気流れの上流側又は下流側で発生する圧力が上昇し、回転軸部30に向かって逆流してきた空気を第2リブ33で外周側へ送り出そうとした際、該送り出そうとした空気が第1リブ32の内周面に衝突することを抑制でき、該送り出そうとした空気を第1リブ32の外周側まで送り出せないことを抑制できる。したがって、本実施の形態4に係るプロペラファン3は、プロペラファン3の空気流れの上流側又は下流側で発生する圧力が上昇した際に渦の発生を抑制しようとする際、閉塞リブ36を備えていない場合と比べ、渦の発生をさらに抑制することができる。
実施の形態5.
本実施の形態5では、実施の形態1〜実施の形態4で示したプロペラファン3を有する冷凍サイクル装置の一例について説明する。また、本実施の形態5では、当該冷凍サイクル装置を空気調和装置として用いた例について説明する。なお、本実施の形態5において、特に記述しない項目については実施の形態1〜実施の形態4のいずれかと同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
図24は、本発明の実施の形態5に係る空気調和装置の構成図である。
空気調和装置400は、室外機100と、室内機200とを備えている。そして、室外機100及び室内機200の各構成が冷媒配管で接続されて、冷媒が循環する冷媒回路が構成されている。なお、室外機100の構成と室内機200の構成とを接続する冷媒配管のうち、気体の冷媒(ガス冷媒)が流れる配管をガス配管301とし、液体の冷媒(液冷媒。気液二相冷媒の場合もある)が流れる配管を液配管302とする。
室外機100は、例えば、圧縮機10、四方弁102、室外熱交換器である熱交換器8、プロペラファン3、及び、例えば膨張弁である絞り装置105を有している。
圧縮機10は、吸入した冷媒を圧縮して吐出するものである。ここで、圧縮機10は、インバータ装置等を備え、運転周波数を任意に変化させることにより、圧縮機10の容量(単位時間あたりの冷媒を送り出す量)を細かく変化させることができるものが好ましい。四方弁102は、制御基板13からの指示に基づいて、冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換えるものである。なお、空気調和装置400が冷房運転又は暖房運転の一方のみを行うものである場合、四方弁102は不要である。
また、室外熱交換器である熱交換器8は、冷媒と室外空気との熱交換を行うものである。例えば、熱交換器8は、暖房運転時においては蒸発器として機能し、液配管302から室外機100に流入して絞り装置105により減圧された低圧の冷媒と室外空気との熱交換を行い、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、熱交換器8は、冷房運転時においては凝縮器として機能し、四方弁102側から流入した圧縮機10において圧縮された冷媒と室外空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮して液化させる。熱交換器8の近傍には、熱交換器8へ室外空気を導くため、上述の実施の形態1〜実施の形態4で説明したプロペラファン3が設けられている。このプロペラファン3には、実施の形態1で説明したように、該プロペラファン3を回転駆動させるファンモータ4が接続されている。ファンモータ4についても、インバータ装置によりファンモータ4の運転周波数を任意に変化させてプロペラファン3の回転速度を細かく変化させるようにしてもよい。絞り装置105は、開度を変化させることで、冷媒の圧力等を調整するために設ける。
一方、室内機200は、負荷側熱交換器201及び負荷側送風機202を有している。負荷側熱交換器201は、冷媒と室内空気との熱交換を行うものである。例えば、負荷側熱交換器201は、暖房運転時においては凝縮器として機能し、ガス配管301から流入した冷媒と室内空気との熱交換を行い、冷媒を凝縮させて液化(又は気液二相化)させ、液配管302側に流出させる。一方、負荷側熱交換器201は、冷房運転時においては蒸発器として機能し、例えば絞り装置105により低圧状態にされた冷媒と室内空気との熱交換を行い、冷媒に空気の熱を奪わせて蒸発させて気化させ、ガス配管301側に流出させる。また、室内機200には、負荷側熱交換器201に室内空気を導く負荷側送風機202が設けられている。この負荷側送風機202の運転速度は、例えば利用者の設定により決定される。なお、負荷側送風機202として、実施の形態1〜実施の形態4で説明したプロペラファン3を用いても勿論よい。
すなわち、本実施の形態5に係る空気調和装置400は、凝縮器(熱交換器8又は負荷側熱交換器201の一方)及び蒸発器(熱交換器8又は負荷側熱交換器201の他方)を有する冷媒回路を備えている。詳しくは、本実施の形態5に係る冷媒回路は、圧縮機10、凝縮器(熱交換器8又は負荷側熱交換器201の一方)、絞り装置105及び蒸発器(熱交換器8又は負荷側熱交換器201の他方)を備えている。そして、本実施の形態5に係る空気調和装置400は、凝縮器又は蒸発器に空気を導く送風機として、実施の形態1〜実施の形態4で説明したプロペラファン3を備えている。したがって、本実施の形態5に係る空気調和装置400は、プロペラファン3の回転軸部30の下流側に発生する剥離域20を十分に小さくすることができる。このため、本実施の形態5に係る空気調和装置400は、プロペラファン3の回転軸部30の下流側において渦の発生を抑制することができる。これにより、渦の発生による圧力流量特性の損失を低減させることができる空気調和装置400を得ることができる。また、渦の発生による騒音を低減させることができる空気調和装置400を得ることができる。
ここで、実施の形態1〜実施の形態4で示したプロペラファン3を有する冷凍サイクル装置の使用例は、空気調和装置400に限定されるものではない。例えば、給湯機等、冷媒回路と、該冷媒回路の熱交換器に空気を供給する送風機とを有する各種装置及び設備として、実施の形態1〜実施の形態4で示したプロペラファン3を有する冷凍サイクル装置を用いることができる。
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 室外機本体、1a 第1側面部、1b 前面部、1c 第2側面部、1d 背面部、1e 上面部、1f 底面部、1g 吹出口、1h 吸込口、2 ファングリル、3 プロペラファン、4 ファンモータ、4a 回転軸、5 仕切板、6 送風機室、7 機械室、8 熱交換器、9 ベルマウス、10 圧縮機、11 配管、12 基板箱、13 制御基板、20 剥離域、30 回転軸部、30a 接続孔、31 羽根、31a 圧力面、31b 前縁部、31c 後縁部、32 第1リブ、32a リブ、32b 下流側端部、33 第2リブ、33a 下流側端部、34 補強リブ、35 第3リブ、36 閉塞リブ、100 室外機、102 四方弁、105 絞り装置、200 室内機、201 負荷側熱交換器、202 負荷側送風機、301 ガス配管、302 液配管、400 空気調和装置、500 室外機(従来)、503 プロペラファン(従来)、540 リブ(従来)、A 気流。

Claims (8)

  1. 回転中心となる回転軸部と、
    該回転軸部の外周側に設けられた複数の羽根と、
    を備え、
    前記複数の羽根は、隣接する羽根が前縁部と後縁部とで接続されたプロペラファンであって、
    前記複数の羽根の圧力面に、
    前記回転軸部を囲むように前記回転軸部の回転中心方向に沿って突出した第1リブと、
    前記回転軸部から前記第1リブに向かって延びるように、前記回転中心方向に沿って突出した第2リブと、
    を有し、
    前記第2リブにおける前記回転中心方向の端部のうちの前記圧力面とは反対側の端部が、前記第1リブにおける前記回転中心方向の端部のうちの前記圧力面とは反対側の端部よりも、前記圧力面から離れる方向に突出しているプロペラファン。
  2. 前記第1リブと前記第2リブとの間に形成された隙間の少なくとも一部を閉塞する閉塞リブを備えた請求項1に記載のプロペラファン。
  3. 前記圧力面に、
    前記第1リブから外周側に延びるように前記回転中心方向に沿って突出した第3リブを備えた請求項1又は請求項2に記載のプロペラファン。
  4. 前記回転中心方向に前記第1リブを観察したとき、
    該第1リブの外周面が円形状となっている請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のプロペラファン。
  5. 前記第1リブは、
    前記回転中心方向に観察したときに外周面が円弧形状となっている複数のリブを有し、
    前記複数のリブで前記回転軸部を囲うように構成されている請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のプロペラファン。
  6. 前記回転中心方向に前記第1リブを観察したとき、
    該第1リブの外周面が多角形状となっている請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のプロペラファン。
  7. 請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のプロペラファンと、
    該プロペラファンにより導かれた空気と熱交換を行う熱交換器と、
    を備えた室外機。
  8. 凝縮器及び蒸発器を有する冷媒回路を備え、
    前記凝縮器又は前記蒸発器に空気を導く送風機として、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のプロペラファンを備えた冷凍サイクル装置。
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