JP6719641B2 - プロペラファン、送風機及び空気調和機 - Google Patents

プロペラファン、送風機及び空気調和機 Download PDF

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Description

本発明は、プロペラファン、プロペラファンを備えた送風機及び送風機を用いた空気調和機に関するものである。
従来から、低騒音化と高効率化の実現を図るようにしたプロペラファンが種々提案されている。たとえば、送風時の騒音を低減するための手段として、翼の外周端に折り曲げ部を設けて端部に発生する渦を弱めるプロペラファン、あるいは翼の後縁に切欠き又は凹凸の波断面を設けて気流を乱すことで特定の周波数音を避けるプロペラファンが提案されている(特許文献1参照)。また、翼の後縁に複数の凹凸を設けて気流が外側へ偏らないようにすることで効率を上げるプロペラファンが提案されている(特許文献2参照)。
特開2013−249787号公報 特開2009−185803号公報
プロペラファンを低騒音かつ高効率で動作させるためには、気流の乱れを抑制することが必要であり、そのためには羽根に沿って気流が流れる事が必要である。
しかし、翼の外側と内側の回転周速の差が大きいこと、あるいは遠心力で風が半径方向の外側へ力を受けることから、翼の内側では気流が翼に沿いにくく、特に気流の下流側では翼面から離れた位置に、剥離した渦が発生する。
特許文献1に示されたプロペラファンのように、翼端部に凹凸領域を設けても、翼の中央付近では外周側へ向かう気流を翼に沿わせるように制御することは難しく、また、剥離した気流を翼に沿わせるように制御することも難しい。さらに、特許文献2に示されたプロペラファンのように、断面が径方向に左右対称な波型を設けると、翼の法線が半径方向の外向きとなる領域ができ、気流を外向きへ押す力が大きくなるため、内側の気流を翼に沿わせることが難しくなる。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、気流を翼に沿わせることにより、気流の剥離あるいはそれに伴う気流の渦を低減することで圧力損失を低減して、低騒音で高効率なプロペラファン、送風機及び空気調和機を提供することを目的とする。
本発明に係るプロペラファンは、駆動装置の回転軸に取り付けられるボスと、ボスの外周に設けられ、回転軸方向に送風する複数の翼と、を備え、翼は、半径方向の断面形状において、翼の外周縁部側に形成され、気流の下流側に凸となるように湾曲した外側湾曲部と、外側湾曲部とボスとの間に形成され、気流の下流側に凸となるように湾曲した内側湾曲部と、を有すると共に、外側湾曲部における翼の圧力面と、回転軸に直交する平面とが接する第1極大点と、内側湾曲部における翼の圧力面と、回転軸に直交する平面とが接する第2極大点と、第1極大点と第2極大点との間で凹状に湾曲した谷状部の翼の圧力面と、回転軸に直交する平面とが接する極小点と、翼の圧力面とボスとが接する接続点と、を有し、翼の回転方向の前縁部と後縁部との間で、第1極大点が形成される起点が、第2極大点が形成される起点よりも前縁部側に形成され、回転軸に投影した、極小点と第1極大点との間の高さL1が、第1極大点が形成される起点から後縁部に向けて増加し、回転軸に投影した、接続点と第2極大点との間の高さL2が、第2極大点が形成される起点から後縁部に向けて増加し、第2極大点は、第2極大点が形成される起点から翼の後縁部に向かって、ボスの中心点から第2極大点までの半径が増加するように形成されているものである。
本発明に係るプロペラファン、送風機及び空気調和機によれば、プロペラファンの翼が半径方向の断面形状において、翼の圧力面の法線が内向きになる湾曲部を有するので、気流が半径方向の外周側に偏ることがない。また、2つの湾曲部を設けることで気流を区分けし、気流を整流することで、翼と気流との剥離を抑制し、気流の剥離あるいは空気の渦に伴う圧力損失を低減することができる。そのため、プロペラファン、送風機及び空気調和機は高効率と低騒音とを実現することができる。
本発明の実施の形態1に係るプロペラファンを気流の下流側から見た向きで示す斜視図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファンを気流の下流側から見た上面図である。 図2のプロペラファンにおける半径方向の断面図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの回転軸から外周縁部までの断面図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの動作を説明するためのプロペラファンの上面図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの動作と外周縁部の気流の流れを説明するための断面図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの動作と第1極大点より内周側を通過する気流の流れを説明するための断面図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの動作と第2極大点より内周側を通過する気流の流れを説明するための断面図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの高さL1と高さL2の大きさの比と騒音差との関係について示す図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの他の例を示す概略図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの他の例を示す概略図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの他の例を示す概略図である。 本発明の実施の形態2に係るプロペラファンを気流の下流側から見た上面図である。 本発明の実施の形態2に係るプロペラファンの翼の半径方向の断面図である。 本発明の実施の形態3に係るプロペラファンの翼の一部の半径方向の概略化した断面図である。 本発明の実施の形態4に係るプロペラファンの翼の一部の半径方向の概略化した断面図である。 本発明の実施の形態5に係るプロペラファンを下流側から見た上面図である。 本発明の実施の形態6に係るプロペラファンの概略化した一部の断面図である。 本発明の実施の形態7に係る送風機に用いられるプロペラファンとベルマウスを組合せた構成図である。 図19の回転軸を含む径方向のB−B断面図である。 本発明の実施の形態7に係る送風機の構成例を示す、気流の下流側から見た斜視図である。 本発明の実施の形態8に係る送風機の構成例を示す、気流の下流側から見た斜視図である。 本発明の実施の形態9に係る空気調和機の構成図である。 本発明の実施の形態9に係る空気調和機の室外ユニットの構成例を示す斜視図である。 図24の室外ユニットのC−C断面図である。
以下、図面を適宜参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図1を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、本発明はこれらの記載に限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係るプロペラファンを気流の下流側から見た向きで示す斜視図である。図1に基づいて、プロペラファン1について説明する。なお、図1において、プロペラファン1の回転軸Oを中心とした回転方向を回転方向Rで表し、プロペラファン1の回転により生じる気流の方向を気流方向Fで表している。
図1に示すように、プロペラファン1は、中央に設けられ、駆動装置の回転軸に取り付けられる円筒状のボス2と、ボス2の外周に設けられ、回転軸O方向に送風する複数の翼3と、を有している。ボス2は、図示省略のモータなどの駆動装置の回転軸に接続される。なお、図1では、3つの翼3がボス2に取り付けられている状態を例に示しているが、翼3は2つでもよく、また、4つ以上であってもよい。また、図1においてボス2は円筒状に表されているが、多角柱、円錐状、角錐状、半球状及び球状など、一般的にボスに使用される他の形状で構成されてもよい。
翼3は、回転方向Rの前方側に位置する前縁部4と、回転方向Rの後方側に位置し、前縁部4と向かい合う後縁部5とを有する。また翼3は、前縁部4と後縁部5とを結ぶように翼3の外周側の端部を形成する外周縁部6と、前縁部4と後縁部5とを結ぶように翼3の内周側の端部でボス2と接続される内周端部7と、を有する。各翼3において、気流方向Fに対して、下流側の翼面を圧力面8と称し、上流側の翼面を負圧面9と称する。
図2は、本発明の実施の形態1に係るプロペラファンを気流の下流側から見た上面図である。図3は、図2のプロペラファンにおける半径方向の断面図である。図3に示す、(a)、(b)、(c)及び(d)の各断面図は、図2における、翼3の前縁部4から後縁部5の間の(a)、(b)、(c)及び(d)の4箇所でのプロペラファン1の半径方向の断面形状を示したものである。図2及び図3を用いて本発明の実施の形態1に係るプロペラファン1の翼3の断面について説明する。
断面(a)は、翼3が、概ね上流側に凸となる曲線で構成されていることを表している。断面(b)〜断面(d)は、翼3が、翼の外周縁部6側に形成された、気流の下流側に凸となるように湾曲した外側湾曲部10を有することを示す。また、翼3が、外側湾曲部10における翼3の圧力面8と、回転軸Oに直交する平面H1とが接する第1極大点20aを有することを示す。断面(c)及び断面(d)は、翼3が、外側湾曲部10とボス2との間に形成された、気流の下流側に凸となるように湾曲した内側湾曲部11を有することを示す。また、翼3が、内側湾曲部11における翼3の圧力面8と、回転軸Oに直交する平面H2とが接する第2極大点を有することを示す。さらに、翼3は、第1極大点20aと第2極大点20bとの間で凹状に湾曲した谷状部12の翼3の圧力面8と、回転軸Oに直交する平面H3とが接する極小点21を有している。そして、翼3の圧力面8とボス2とが接する点を接続点22と称する。
図2に示すように、第1極大点20a及び第2極大点20bは、前縁部4から後縁部5の間のある半径方向の断面において、それぞれ起点20a1及び起点20b1が現れ、第1極大点20a及び第2極大点20bは各起点から後縁部5まで形成されている。そして、プロペラファン1は、翼3の回転方向Rにおける前縁部4と後縁部5との間で、第1極大点20aが形成される起点20a1が、第2極大点20bが形成される起点20b1よりも前縁部4側に形成されている。なお、起点とは、翼3の回転方向Rにおいて前縁部4から後縁部5へ向けて、第1極大点20a又は第2極大点20bが翼3に最初に現れる位置をいう。
図4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から外周縁部までの断面図である。図4は、翼3において、第1極大点20aと、極小点21と、第2極大点20bと、接続点22との4点が現れる部位のプロペラファン1の半径方向の断面を表したものである。図4に示すように、第1極大点20aと極小点21との間の回転軸Oに投影した軸方向の長さを高さL1とし、第2極大点20bと接続点22との間の回転軸Oに投影した軸方向の長さを高さL2とする。回転軸Oに投影した、極小点21と第1極大点20aとの間の高さL1は、第1極大点20aが形成される起点20a1から後縁部5に向けて増加する。また、回転軸Oに投影した、接続点22と第2極大点20bとの間の高さL2は、第2極大点20bが形成される起点20b1から後縁部5に向けて増加する。
図5は、本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの動作を説明するためのプロペラファンの上面図である。以下、本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの動作について気流の模式図により説明する。図5において、プロペラファン1の翼3を通過する気流を半径方向位置で気流FW1〜FW3に分けて説明する。図5に示す破線BL1は、各半径方向の断面の第1極大点20aを結んだ仮想線を表しており、破線BL2は、各半径方向の断面の第2極大点20bを結んだ仮想線を表している。プロペラファン1は、気流の下流側から見た場合に、翼後縁が内周側から外周側にかけて回転方向、反回転方向に波打つような形状を有している。ファンモータなどのプロペラファン1を駆動する機器によりプロペラファン1が回転すると、翼3が気流を下流側へ押し出すとともに、翼3に上流から風が流入する。翼3の外周縁部6は、翼3と図示省略のベルマウスとの間の隙間に隣接するため、翼3に沿って流れる気流FW1は遠心力により翼の外側に漏れやすい状態にある。一般に、気流FW1が翼の外側に漏れると翼の表面(圧力面)から裏面(負圧面)にかけて巻き込む空気の渦が発生し、気流の乱れの原因となる。この空気の渦は圧力面、負圧面の差圧が大きいほど強くなる。
図6は、本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの動作と外周縁部の気流の流れを説明するための断面図である。図6は、図5の断面(b)の断面図を表したものであり、翼3の外周側を通過する気流FW1を、断面図を用いて説明するものである。プロペラファン1では、翼3の外周部分に、第1極大点20aを頂点とする外側湾曲部10が設けられていることで、圧力面8の法線N1が径方向の外側へ傾けられるように翼3が形成されている。プロペラファン1は、第1極大点20aを頂点とする外側湾曲部10により、圧力面8の法線N1を径方向の外側へ傾けることでわざと気流FW1を漏らしやすくしている。翼3をこのように構成することで、プロペラファン1は、翼3の圧力面8と負圧面9との差圧を低減し、空気の巻き込みによる気流の乱れを小さくすることができる。
図7は、本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの動作と第1極大点より内周側を通過する気流の流れを説明するための断面図である。図7は、図5の断面(c)の断面図を表したものであり、翼3の中央を通過する気流FW2を、断面図を用いて説明するものである。第1極大点20aより内周側を通過する気流FW2は、気流が漏れる翼3の翼外周端より内周側であって、かつ翼3が気流に与えるトルクが大きい比較的半径方向の外側を通過する気流である。この領域においては、気流FW2の漏れを少なくして、翼3から気流FW2へ与える仕事量を大きくすることで圧力面8側の圧力上昇を大きくする必要がある。そこで、プロペラファン1は、図7に示すように、翼3に第1極大点20aを頂点とする外側湾曲部10を設けることで、圧力面8の法線N2が内周側に向くように構成されている。プロペラファン1は、翼3の圧力面8の法線N2が内周側に向いているために、遠心力により気流FW2が翼3の外周側へ漏れることを抑制する。プロペラファン1は、翼3をこのように構成することで、翼3から気流FW2に与えられたエネルギーにより圧力が上昇した気流を無駄なく下流側に送風することができる。
図8は、本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの動作と第2極大点より内周側を通過する気流の流れを説明するための断面図である。図8は、図5の断面(d)の断面図を表したものであり、翼3の第2極大点20bより径方向の内周側を通過する気流FW3を、断面図を用いて説明するものである。一般的に、翼の径方向の内周側の気流は、ボスと翼とに囲まれるため、気流の摩擦により速度勾配が生じて渦が発生する。そのため、ボス付近の気流は乱れやすくなっている。従来のプロペラファンでは、乱れた気流は遠心力で径方向の外側に流れ、翼の径方向の中央部の気流も乱していた。プロペラファン1は、翼3のボス2に近い側に第2極大点20bを有する内側湾曲部11を設けている。プロペラファン1は、図8に示すように、第2極大点20bを頂点とする内側湾曲部11を設けることで、圧力面8の法線N3が内周側に向くように構成されている。プロペラファン1は、翼3の圧力面8の法線N3が内周側に向いているために、ボス2側の乱れた気流FW3が翼3の中央側に流れこまないようにすることができる。
なお、第2極大点20bの起点は、第1極大点20aの起点よりも後縁部5側、すなわち、下流側に形成されている。翼3をこのように構成することにより、ボス2側の前縁部4を流れる気流で渦などの乱れが少ない気流については、図5の気流FW2で示す圧力を上昇させる流路に誘導して送風量の低下を抑制することができる。
また、一般的に、翼に沿って気流が流れるうちに遠心力の作用が大きくなるため、風が径方向の外側へ移動しやすくなる。プロペラファン1では、回転軸Oに投影した、極小点21と第1極大点20aとの間の高さL1は、第1極大点20aが形成される起点20a1から後縁部5に向けて増加している。また、回転軸Oに投影した、接続点22と第2極大点20bとの間の高さL2は、第2極大点20bが形成される起点20b1から後縁部5に向けて増加している。プロペラファン1は、第1極大点20aと極小点21との高低差及び第2極大点20bと接続点22との高低差を後縁部5に向けて大きくすることで、後縁部5に向かって遠心向きになる気流を整流させることができる。なお、翼3の外周側を流れる気流FW1は、遠心力を強く受け、径方向外側へ漏れやすい点を考慮する必要がある。そのため、回転軸Oに投影した、極小点21と前記第1極大点20aとの間の高さL1が、回転軸Oに投影した、接続点22と第2極大点20bとの間の高さL2より大きいことが望ましい。
図9は、本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの高さL1と高さL2の大きさの比と騒音差との関係について示す図である。ここで、プロペラファン1の高さL1と高さL2との関係と、プロペラファン1から生じる騒音との関係について説明する。図9は、実験に基づき、プロペラファン1の高さL1と高さL2の大きさの比(L1/L2)を変化させた場合のファン騒音の変化についての傾向をグラフ化したものである。図9において横軸は、プロペラファン1の高さL1と高さL2の大きさの比(L1/L2)を表す。縦軸は、騒音差[dB]を表し、上方から下方に掛けて騒音が小さくなることを表している。実験結果では、図9に示すように、高さL1と高さL2の大きさの比(L1/L2)が大きくなるにつれて、騒音が小さくなることが明らかになった。そして、特に、高さL1と高さL2の大きさの比(L1/L2)を0.3以上となるように構成すると、騒音の減少について顕著な効果を得ることができる。
ここで、従来技術にあるように翼に複数の凸部を設けると、気流に対して最も圧力上昇を与えたい領域において、気流が通過する風路を細分化することになる。そのため、凸部の頂点の翼面積が有効に活用できず、十分な圧力上昇を得られない場合がある。プロペラファン1は、気流の乱れが発生するボス2側の気流と、翼3の外周縁部6を流れる気流とを、圧力上昇させたい翼3の中間部の領域から区分けし、気流を整流することで、気流の剥離を抑制し、気流の剥離あるいは気流の渦に伴う圧力損失を低減することができる。そのため、プロペラファン1、このプロペラファン1を用いた送風機及びこの送風機を用いた空気調和機は高効率と低騒音を実現することができる。
図10は、本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの他の例を示す概略図である。なお、実施の形態1に係るプロペラファン1は、図5に示すように、プロペラファン1を気流の下流側から見た場合に、翼後縁が内周側から外周側にかけて回転方向、反回転方向に波打つような形状について説明した。本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの他の例は、前縁部4又は後縁部5の形状について説明するものである。実施の形態1に係るプロペラファン1は、図10に示すように、プロペラファン1を気流の下流側から見た場合に、前縁部4がボス2から外周縁部6に向かって回転方向に前進するように形成されてもよい。
図11は、本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの他の例を示す概略図である。また、実施の形態1に係るプロペラファン1は、図11に示すように、プロペラファン1を気流の下流側から見た場合に、前縁部4がボス2から外周縁部6に向かって回転方向に緩やかに前進するように形成されてもよい。
図12は、本発明の実施の形態1に係るプロペラファンの他の例を示す概略図である。また、実施の形態1に係るプロペラファン1は、図12に示すように、プロペラファン1を気流の下流側から見た場合に、後縁部5がボス2から外周縁部6に向かって回転方向とは反対方向に後進するように形成されてもよい。
実施の形態2.
図13は、本発明の実施の形態2に係るプロペラファンを気流の下流側から見た上面図である。図14は、本発明の実施の形態2に係るプロペラファンの翼の半径方向の断面図である。図14は、図13における、翼3の前縁部4から後縁部5の間の(e)及び(f)の2箇所での翼3の半径方向の断面形状を示したものである。図13及び図14を用いて本発明の実施の形態2に係るプロペラファン1Aの翼3の断面について説明する。なお、図1〜図8のプロペラファンと同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。本発明の実施の形態2に係るプロペラファンは、実施の形態1に係るプロペラファンの第2極大点20bの形成位置を更に詳細に特定するものである。
図13に示す破線BL3は、翼3の断面において定義される第2極大点20bの位置を翼面上に示したものである。翼3の回転方向における翼3の前縁部4から後縁部5に向けて、第2極大点20bが翼3に形成される起点を起点20b1とし、後縁部5に位置する第2極大点20bを終点20b2とする。図13及び図14に示すように、断面(e)において、ボス2の中心点Cから第2極大点20bの起点20b1までの径方向の長さを長さRcとする。また、断面(f)において、ボス2の中心点Cから第2極大点20bまでの径方向の長さを長さRdとする。さらに、図13において、ボス2の中心点Cから後縁部5に位置する第2極大点20bの終点20b2までの径方向の長さを長さReとする。なお、なお、中心点Cは回転軸Oがボス2を軸方向に貫通する部分である。
図13に示すように、本発明の実施の形態2に係るプロペラファン1Aでは、断面(e)に示されるボス2の中心点Cから第2極大点20bの起点20b1までの長さRcより、断面(f)に示されるボス2の中心点Cから第2極大点20bの長さRdの方が長い。すなわち、断面(e)に示される第2極大点20bの起点20b1よりも、断面(f)に示される第2極大点20bの方が半径方向の外側に形成されている。さらに、断面(f)に示されるボス2の中心点Cから第2極大点20bの長さRdよりも、ボス2の中心点Cから後縁部5にある第2極大点20bの終点20b2の長さRdの方が長い。すなわち、断面(f)に示される第2極大点20bよりも、後縁部5にある第2極大点20bの終点20b2の方が半径方向の外側に形成されている。プロペラファン1Aは、第2極大点20bが、第2極大点20bが形成される起点20b1から翼3の後縁部5に向かって、ボス2の中心点Cから第2極大点20bまでの半径が増加するように形成されている。
従来のプロペラファンでは、翼の翼面を通過する気流は遠心力により径方向の外側へ向かうため、ボスとの摩擦により乱れた気流も径方向の外側へ移動する。プロペラファン1Aは、第2極大点20bが、第2極大点20bが形成される起点20b1から翼3の後縁部5に向かって、ボス2の中心点Cから第2極大点20bまでの半径が増加するように形成されている。そのため、ボス2側の乱れた気流が翼3の中央側に流れこまないように気流を整流させることができる。その結果、プロペラファン1A、このプロペラファン1Aを用いた送風機及びこの送風機を用いた空気調和機は高効率と低騒音を実現することができる。なお、起点20b1から終点20b2にかけての第2極大点20bの半径方向の形成位置の変化は、ボス2の中心点Cから第2極大点20bまでの半径方向の長さが徐々に拡大することが望ましい。半径方向の長さの変化の方法については、例えば周方向に対して線形変化などを適用すると良い。
実施の形態3.
図15は、本発明の実施の形態3に係るプロペラファンの翼の一部の半径方向の概略化した断面図である。図15は、翼3において、第1極大点20aと、極小点21と、第2極大点20bと、接続点22との4点が現れる部位のプロペラファン1Bの半径方向の断面を表したものである。図15は、プロペラファン1Bの回転軸Oを含む翼3の一部の半径方向の断面図であり、図15には、第1極大点20a及び第2極大点20bが示されている。なお、図1〜図14のプロペラファンと同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。本発明の実施の形態3に係るプロペラファン1Bは、実施の形態1に係るプロペラファンにおいて、第1極大点20aと第2極大点20bとの間の半径方向の長さと、第1極大点20aと外周縁部6との間の半径方向の長さとの関係を更に詳細に特定するものである。
図15に示すように、翼3の半径方向の断面形状において、第1極大点20aとプロペラファン1Bの外周縁部6との間の半径方向の長さを長さRL1とし、第1極大点20aと第2極大点20bとの間の半径方向の長さを長さRL2とする。プロペラファン1Bは、翼3の半径方向の断面形状において、第1極大点20aと翼3の外周縁部6との半径方向の長さRL1よりも、第1極大点20aと第2極大点20bとの半径方向の長さRL2の方が長く形成されている。
第1極大点20aとプロペラファン1Bの外周縁部6との領域は、翼3の翼面である圧力面8の法線N4が径方向の外周側に向くため、気流が径方向の外周側に漏れやすい領域になる。そのため、第1極大点20aとプロペラファン1Bの外周縁部6との領域を通過する気流の風量を増やしてもプロペラファンの性能向上は難しい。これに対して、第2極大点20bと第1極大点20aとの間の領域は、第1極大点20aより半径方向の内周側で気流を流す領域となるため、風量を増やして所要の圧力を得ることができる。プロペラファン1Bは、翼3の半径方向の断面形状において、長さRL1よりも、長さRL2の方が長く形成されているため、風量を増やして所要の圧力を得る領域が広く形成されている。そのため、プロペラファン1B、このプロペラファン1Bを用いた送風機及びこの送風機を用いた空気調和機は高効率を実現することができる。
なお、第1極大点20aの形成位置と外周縁部6との間の領域は、翼3の表面と裏面との圧力差を緩和する領域であり、プロペラファン1Bが形成する圧力の上昇に対して大きな効果を与えることは期待できない領域である。そのため、第1極大点20aの形成位置は、回転軸Oを中心としてプロペラファン1Bの外径の90%より外周側の範囲に形成されていることが望ましい。
実施の形態4.
図16は、本発明の実施の形態4に係るプロペラファンの翼の一部の半径方向の概略化した断面図である。図16は、プロペラファン1Cの回転軸Oを含む翼3の一部の半径方向の断面図であり、図16には、第1極大点20a及び第2極大点20bが示されている。なお、図1〜図15のプロペラファンと同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。本発明の実施の形態4に係るプロペラファン1Cは、実施の形態1に係るプロペラファンにおいて、第1極大点20aと極小点21との間の半径方向の長さと、極小点21と第2極大点20bとの間の半径方向の長さとの関係を更に詳細に特定するものである。
図16に示すように、翼3の半径方向の断面形状において、回転軸Oから第1極大点20aまでの半径方向の長さR1と、回転軸Oから極小点21までの半径方向の長さR2との差を長さRL11とする。また、回転軸Oから極小点21までの半径方向の長さR2と、回転軸Oからの第2極大点20bまでの半径方向の長さR3との差を長さRL12とする。すなわち、第1極大点20aと極小点21との間の半径方向の長さが長さRL11であり、極小点21と第2極大点20bとの間の半径方向の長さが長さRL12である。
プロペラファン1Cは、長さRL11と長さRL12とを比較すると、長さRL12よりも長さRL11の方が大きく形成されている。また、換言すれば、翼3の半径方向の断面形状において、極小点21は、第1極大点20aの半径方向の位置と第2極大点20bの半径方向の位置との間の中間位置M1より半径方向の内周側に形成されている。
図16において、翼3の下流側の翼面の法線N5及び法線N6の法線方向に着目する。翼3が外側湾曲部10を設けていることで、極小点21から半径方向の外周側の第1極大点20aまでの圧力面8の領域において、翼3の圧力面8の法線N5の方向は半径方向で内周側に向いている。一方、翼3が内側湾曲部11を設けていることで、極小点21から半径方向で内周側の第2極大点20bまでの圧力面8の領域において、圧力面8の法線N6の方向は半径方向で外周側に向いている。
プロペラファン1Cでは、翼3の半径方向の断面形状において、極小点21は、第1極大点20aの半径方向の位置と第2極大点20bの半径方向の位置との間の中間位置M1よりも半径方向の内周側に形成されている。そのため、翼3は長さRL12よりも長さRL11の方が大きく形成されている。翼3をこのように構成することで、翼3の圧力面8の法線N6が半径方向で外周側に向いている領域よりも、翼3の圧力面8の法線N5が半径方向で内周側に向いている領域が広くなる。そのため、翼3の圧力面8に流れる気流を、圧力面8の第1極大点20aと第2極大点20bとの間の領域を通過させることができ、圧力上昇を得る気流が翼3の半径方向の外周側に偏らないようにすることができる。その結果、翼3の半径方向の外周側へ気流が漏れる流れを抑制し、気流の偏りによる圧力損失を抑制することができる。そのため、プロペラファン1C、このプロペラファン1Cを用いた送風機及びこの送風機を用いた空気調和機は高効率と低騒音を実現することができる。
実施の形態5.
図17は、本発明の実施の形態5に係るプロペラファンを下流側から見た上面図である。本発明の実施の形態5に係るプロペラファン1Dは、実施の形態1に係るプロペラファンにおいて、第2極大点20bの起点20b1の形成位置を更に詳細に特定するものである。なお、図1〜図16のプロペラファンと同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。
図17に示す、半径Rfは、プロペラファン1Dにおけるボス2の中心点Cから翼3の第2極大点20bまでの距離である。なお、中心点Cは回転軸Oがボス2を軸方向に貫通する部分である。図17において、実線で示す長さWL1は、翼3における同一半径Rfを結ぶ回転方向の軌跡であり、翼3の前縁部4と半径Rfとの接点である始点20c1と、翼3の後縁部5と半径Rfとの接点である終点20c3との間の回転方向の長さである。中間点20c2は、長さWL1の中間点であり、回転軸Oと始点20c1とを結ぶ半径Rfと、回転軸Oと中間点20c2とを結ぶ半径Rfとの間の角度θは、回転軸Oと中間点20c2とを結ぶ半径Rfと、回転軸Oと終点20c3とを結ぶ半径Rfとの間の角度θと等しい。図17に示す、破線BL4は、回転軸Oを含む翼3の半径方向の翼断面において、第2極大点20bの位置を翼3の翼面上に示したものである。また、翼3の回転方向Rにおいて前縁部4から後縁部5に向けて、第2極大点20bが翼3に形成される起点を起点20b1とする。第2極大点20bの起点20b1が形成されている位置は、気流解析の結果に基づくものである。
そして、プロペラファン1Dの回転方向Rの同一半径Rf上において、翼3の前縁部4と翼の後縁部5との間の回転方向の長さWL1に対して、第2極大点20bの起点20b1が、翼3の前縁部4から50%の位置より前縁部側の位置に形成されている。
ボス2の側壁と気流との摩擦により、翼3の表面で発達するする空気の渦は、図17の斜線で示した領域Sから発生する。プロペラファン1Dは、プロペラファン1Dの回転方向Rの同一半径Rf上において、翼3の前縁部4と翼の後縁部5との間の回転方向の長さWL1に対して、第2極大点20bの起点20b1が、翼3の前縁部4から50%の位置より前縁部4側の位置に形成されている。そのため、ボス2側の乱れた気流が翼3の中央側に流れこまないように気流を抑制することができ、翼3の圧力面8を流れる気流を整流させることができる。その結果、プロペラファン1D、このプロペラファン1Dを用いた送風機及びこの送風機を用いた空気調和機は高効率と低騒音を実現することができる。
実施の形態6.
図18は、本発明の実施の形態6に係るプロペラファンの概略化した一部の断面図である。図18は、翼3について、プロペラファン1Eを、回転軸O中心に回転させたときに図1のA−A断面に現れる軌跡を表した図(回転投影した図)となっている。なお、図1〜図17のプロペラファンと同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。
図18に示すように、プロペラファン1Eでは、翼3を回転方向に投影した断面において、翼3とボス2との接続部における翼3の前縁部4と後縁部5との間の中点23よりも、翼3の外周縁部6側の前縁部4と後縁部5との間の中点24が、気流の下流側に形成されている。
中点23よりも中点24の方が気流の下流側に存在するように翼3が形成されていると、本発明の実施の形態1〜5に係るプロペラファンで示した翼3の圧力面の法線が半径方向で内周側に向いている領域において、法線が半径方向の内周側に向く傾向が強くなる。そのため、翼3の圧力面8に沿って通過する気流が、プロペラファン1Eの半径方向の外周側に偏らない。なお、第2極大点から極小点の間の領域などは、圧力面の法線方向が外周側に向いているが、本発明の実施の形態1〜5に係るプロペラファンに比べて、翼3の全体としては、圧力面の法線方向が半径方向で内周側に向く傾向が強くなる。そのため、翼3は、気流に内向きの力を与える作用が強くなる。その結果、その結果、翼3の半径方向の外周側へ気流が漏れる流れを抑制し、気流の偏りによる圧力損失を抑制することができる。そのため、プロペラファン1E、このプロペラファン1Eを用いた送風機及びこの送風機を用いた空気調和機は高効率と低騒音を実現することができる。
実施の形態7.
図19は、本発明の実施の形態7に係る送風機に用いられるプロペラファンとベルマウスを組合せた構成図である。本発明の実施の形態7に係る送風機100は、本発明の実施の形態1〜6に係るプロペラファンのいずれか1つを備えた送風機である。なお、図1〜図18のプロペラファンと同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。また、プロペラファンは、本発明の実施の形態1〜6に係るプロペラファン1〜1Eのいずれか1つを備えるものであり、以下の説明では代表してプロペラファン1について説明し、他のプロペラファンについての説明を省略する。
図19に示すように、送風機100は、プロペラファン1を径方向の外方から囲むベルマウス30を備えている。すなわち、プロペラファン1は、その径方向の外方から環状のベルマウス30に包囲されるように配置されている。プロペラファン1とベルマウス30との間には、所定の隙間が確保されている。
図20は、図19の回転軸を含む径方向のB−B断面図である。図20は、翼3について、プロペラファン1を、回転軸Oを中心に回転させたときに図19のB−B断面に現れる軌跡を表した図(回転投影した図)となっている。プロペラファン1の外周縁部6が断面に作る軌跡を外周縁26、内周端部7が断面に作る軌跡を内周縁27と称する。翼3の回転によってできる外周縁26の軌跡はおおむね円柱状となる。
図19及び図20を用いて、ベルマウス30の構成について説明する。ダクト部31は、その円筒状の軌跡に接近してプロペラファン1を囲むベルマウス30の円筒状の部分のことである。ベルマウス30の入口部32は、ダクト部31よりも気流の上流側に位置し、気流の上流から下流に向かい風路の面積が縮小する部分である。近接点33は、ベルマウス30が翼3と最も接近する部分を示しているが、これはベルマウス30の成形により1点に限らず広さをもった領域となる場合もある。出口部34は、ダクト部31よりも気流の下流側に位置し、気流の上流から下流に向かい風路の面積が拡大する部分である。なお、出口部34は、図19では断面が円弧状に広がる構成で示されているが、入口部32と同様に滑らかな曲面で形成されていてもよい。また、ベルマウス30は、出口部34を形成する領域において、途中で連続して外周側に拡大しない領域を含んでもよい。
ダクト部31には、翼3が昇圧した気流の上流側と、気流の下流側との圧力差を確保する働きがある。そのため、気流が漏れないように、翼3とベルマウス30との隙間の大きさは一般にファン径の0%より大きく3%程度までで設定される。ベルマウス30を金属のプレス加工で製造する場合、ダクト部31は内径がほぼ一定の円筒で構成される。ベルマウス30を樹脂で製造する場合は、ダクト部31は成形後に型を抜くために抜き方向に数%の抜き勾配が付けられ、内径が回転軸方向に変化する。
図21は、本発明の実施の形態7に係る送風機の構成例を示す、気流の下流側から見た斜視図である。図21に示すように、本発明の実施の形態7に係る送風機100は、ベルマウス30の気流が排出される出口部34に設置された網目状の防護ガード35を備えている。防護ガード35は、縦横複数の桟36が格子状に配置されて構成されている。
防護ガード35は、回転する翼3と、人の指、あるいはその他の異物との接触防止のために取り付けられる。また、プロペラファン1から吹き出した気流に偏りがあると、風速が高くなり桟36を通過する際の圧力損失や気流の乱れが大きくなる。本発明の実施の形態7に係る送風機100は、防護ガード35を設けることで、気流の吹き出し風速の均一化を図ることができる。送風機100は、防護ガード35を設けることで、気流の吹き出し風速が均一化されるため、桟36を通過する気流の風速を従来に比べて低減でき、圧力損失又は騒音を低減することができる。その結果、送風機100及び送風機100を備える空気調和機の効率化と騒音低減を実現できる。
実施の形態8.
図22は、本発明の実施の形態8に係る送風機の構成例を示す、気流の下流側から見た斜視図である。本発明の実施の形態8に係る送風機は、本発明の実施の形態1〜6に係るプロペラファンのいずれか1つを備えた送風機である。なお、図1〜図21のプロペラファン及び送風機と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。また、プロペラファンは、本発明の実施の形態1〜6に係るプロペラファン1〜プロペラファン1Eのいずれか1つを備えるものであり、以下の説明では代表してプロペラファン1について説明し、他のプロペラファンについての説明を省略する。
一般に、屋外に設置される送風機の場合、防護ガードには飛来物、落下物などが衝突して強い衝撃が加わる場合がある。そのため、防護ガードの破損を防ぐために桟の間隔を狭くして防護ガードの強度を高める必要がある。なお、防護ガードの強度を高めるためには、材質を強度の高いものにすればよいが、材料のコストが高くなるという問題がある。これに対し、材料のコストの問題点がなく、製造の容易さから、ベルマウスの縁付近の桟の間隔を密にすることで防護ガードの強度を高める送風機が採用される例が多い。ただし、従来の送風機では気流が遠心力を受け、桟の間隔が狭い外周部に風が偏るために気流の通風抵抗が大きくなるという問題がある。また、桟で発生する気流の乱れにより騒音が大きくなるという問題もある。
本発明の実施の形態8に係る送風機100Aは、プロペラファン1を径方向の外方から囲むベルマウス30と、ベルマウス30の気流が排出される出口部34に設置された網目状の防護ガード35とを備える。そして、防護ガード35は、半径方向外側の網目隙間37が、半径方向内側の網目隙間38に対して小さく形成されている。つまり、送風機100Aは、半径方向外側の網目隙間37が半径方向内側の網目隙間38よりも密になるように桟36を配置した網目状の防護ガード35を、ベルマウス30の出口部34に備えている。また、本発明の実施の形態8に係る送風機100Aは、本発明の実施の形態1〜6に係るプロペラファン1〜1Eを備えるものである。そのため、本発明の実施の形態8に係る送風機100Aでは、吹き出し気流が径方向に均一化されることになり、間隔が狭い桟36を通過する風の風速が低減する。その結果、本発明の実施の形態8に係る送風機100Aによれば、防護ガード35による気流の通風抵抗が低減され、送風機100A及び送風機100Aを備える空気調和機の効率化と騒音低減を実現できる。加えて、送風機100Aの半径方向外側の網目隙間37が、半径方向内側の網目隙間38に対して小さくなるように桟36を配置しているので、防護ガード35の強度を増加させることができる。
実施の形態9.
図23は、本発明の実施の形態9に係る空気調和機の構成図である。図24は、本発明の実施の形態9に係る空気調和機の室外ユニットの構成例を示す斜視図である。図25は、図24の室外ユニットのC−C断面図である。図23〜図25に基づいて、本発明の実施の形態9に係る空気調和機について説明する。なお、本発明の実施の形態9に係る空気調和機では、本発明の実施の形態1〜8に係るプロペラファン及び送風機との相違点を中心に説明し、本発明の実施の形態1〜8に係るプロペラファン及び送風機と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。また、ここでは、室外ユニット110に本発明の実施の形態1に係るプロペラファンが適用されている場合を例に説明するが、室外ユニット110には本発明の実施の形態2〜8に係るプロペラファン及び送風機のいずれか1つを適用することができる。
図23に示すように、空気調和機200は、室内ユニット101と、室外ユニット110とを備える。室内ユニット101と、室外ユニット110とは冷媒配管150で接続され、ユニット間に冷媒を循環させることにより冷凍サイクルを構成する。
室内ユニット101は、室内側熱交換器102と、室内側送風機103とを備える。室内側熱交換器102は、外気と冷媒との熱交換を行うものであって、暖房運転時には凝縮器として機能し冷房運転時には蒸発器として機能する。室内側送風機103は、熱交換を効率的に行うための空気の循環を生成する。
図24に示すように、室外ユニット110は、室外側送風機125を備えている。また、室外ユニット110は、図24に示すように、筐体112と、筐体112に収容されるユニット内機器113と、を有している。筐体112の上端は天板114で覆われ、下端には底板115が取り付けられる。天板114には、吹き出し口を囲むベルマウス30が取り付けられる。ベルマウス30の下流端には防護ガード35が設けられている。また、図25に示すように、プロペラファン1を駆動するモータ116がプロペラファン1の下側に設けられている。ユニット内機器113としては、たとえば、図23に示す、圧縮機121と、流路切替装置122と、絞り装置123と、室外側熱交換器124と、を備えている。
室外側送風機125には、本発明の実施の形態7に係る送風機100又は本発明の実施の形態8に係る送風機100Aが用いられる。室外側送風機125は、プロペラファン1を備える送風手段であり、熱交換を効率的に行うための空気の循環を生成する。なお、図25においては、プロペラファン1が示されているが、本発明の実施の形態2〜6に係るプロペラファン1A〜プロペラファン1Eのいずれか1つが用いられてもよい。
圧縮機121は、吸入した冷媒を圧縮して高温高圧のガス冷媒の状態にして吐出する。流路切替装置122は、制御装置(図示せず)からの指示に基づいて冷房運転時と暖房運転時によって冷媒の流れを切り換える。絞り装置123は、開度を変化させることで、冷媒の圧力等を調整する。室外側熱交換器124は、外気と冷媒との熱交換を行うものであって、暖房運転時には蒸発器として機能し冷房運転時には凝縮器として機能する。室外側熱交換器124は、図25に示すように、筐体112の側面に向かい合うように配置されている。
室外ユニット110は、できるだけ設置面積を小さくすることが設置場所の自由度が高まるために好ましい。一方、プロペラファン1の送風音を小さくするためには径を大きくすることが好ましく、室外ユニット110のユニット幅がほぼプロペラファン1の外径に近くなることがある。室外ユニット110は、ベルマウス30の最上流部の幅130よりも、筐体112内の向かい合う室外側熱交換器124同士の側面間の幅140が小さくなるように構成されている。そのため、室外ユニット110では、室外側熱交換器124を通過した気流F2が室外側送風機125に向かうとき、回転軸Oの軸側に流入することになり、室外側送風機125の内周側に風が流入する。そして、室外ユニット110では、本発明の実施の形態1〜6に係るプロペラファンのいずれか1つを適用するようにしているので、気流が室外側送風機125の外側に偏ることがなく室外側送風機125を効率がよい状態で動作させることができる。そのため、空気調和機200の効率化と騒音低減を実現することができる。
なお、本発明の実施の形態は、上記実施の形態1〜9に限定されない。例えば、空気調和機としては、たとえば、ルームエアコン、パッケージエアコン、ビル用マルチエアコン、ヒートポンプ給湯機等、ショーケースなどの冷凍装置に適用することができる。また、室内ユニット101の室内側送風機103に、本発明の実施の形態1〜6に係るプロペラファン1〜プロペラファン1E又は本発明の実施の形態7及び8に係る送風機100及び送風機100Aを用いることができる。
1 プロペラファン、1A プロペラファン、1B プロペラファン、1C プロペラファン、1D プロペラファン、1E プロペラファン、2 ボス、3 翼、4 前縁部、5 後縁部、6 外周縁部、7 内周端部、8 圧力面、9 負圧面、10 外側湾曲部、11 内側湾曲部、12 谷状部、20a 第1極大点、20a1 起点、20b 第2極大点、20b1 起点、20b2 終点、20c1 始点、20c2 中間点、20c3 終点、21 極小点、22 接続点、23 中点、24 中点、26 外周縁、27 内周縁、30 ベルマウス、31 ダクト部、32 入口部、33 近接点、34 出口部、35 防護ガード、36 桟、37 網目隙間、38 網目隙間、100 送風機、100A 送風機、101 室内ユニット、102 室内側熱交換器、103 室内側送風機、110 室外ユニット、112 筐体、113 ユニット内機器、114 天板、115 底板、116 モータ、121 圧縮機、122 流路切替装置、123 絞り装置、124 室外側熱交換器、125 室外側送風機、150 冷媒配管、200 空気調和機。

Claims (10)

  1. 駆動装置の回転軸に取り付けられるボスと、
    前記ボスの外周に設けられ、回転軸方向に送風する複数の翼と、
    を備え、
    前記翼は、半径方向の断面形状において、
    前記翼の外周縁部側に形成され、気流の下流側に凸となるように湾曲した外側湾曲部と、
    前記外側湾曲部と前記ボスとの間に形成され、気流の下流側に凸となるように湾曲した内側湾曲部と、を有すると共に、
    前記外側湾曲部における前記翼の圧力面と、前記回転軸に直交する平面とが接する第1極大点と、
    前記内側湾曲部における前記翼の圧力面と、前記回転軸に直交する平面とが接する第2極大点と、
    前記第1極大点と前記第2極大点との間で凹状に湾曲した谷状部の前記翼の圧力面と、前記回転軸に直交する平面とが接する極小点と、
    前記翼の圧力面と前記ボスとが接する接続点と、
    を有し、
    前記翼の回転方向の前縁部と後縁部との間で、前記第1極大点が形成される起点が、前記第2極大点が形成される起点よりも前縁部側に形成され、
    前記回転軸に投影した、前記極小点と前記第1極大点との間の高さL1が、前記第1極大点が形成される起点から前記後縁部に向けて増加し、
    前記回転軸に投影した、前記接続点と前記第2極大点との間の高さL2が、前記第2極大点が形成される起点から前記後縁部に向けて増加し、
    前記第2極大点は、前記第2極大点が形成される起点から前記翼の前記後縁部に向かって、前記ボスの中心点から前記第2極大点までの半径が増加するように形成されているプロペラファン。
  2. 前記回転軸に投影した、前記極小点と前記第1極大点との間の前記高さL1が、前記回転軸に投影した、前記接続点と前記第2極大点との間の前記高さL2より大きい請求項1に記載のプロペラファン。
  3. 前記第1極大点は、前記回転軸を中心としてプロペラファンの外径の90%より外周側の範囲に形成される請求項1又は2に記載のプロペラファン。
  4. 前記翼の半径方向の断面形状において、前記第1極大点と前記翼の外周縁部との半径方向の長さRL1よりも、前記第1極大点と前記第2極大点との半径方向の長さRL2の方が長い請求項1〜のいずれか1項に記載のプロペラファン。
  5. 前記翼の半径方向の断面形状において、前記極小点は、前記第1極大点の半径方向の位置と前記第2極大点の半径方向の位置との間の中間位置より半径方向の内周側に形成されている請求項1〜のいずれか1項に記載のプロペラファン。
  6. プロペラファンの回転方向の同一半径上において、前記翼の前記前縁部と前記翼の前記後縁部との間の回転方向の長さに対して、前記第2極大点の起点が、前記翼の前記前縁部から50%の位置より前記前縁部側の位置に形成されている請求項1〜のいずれか1項に記載のプロペラファン。
  7. 前記翼を回転方向に投影した断面において、前記翼と前記ボスとの接続部における前記翼の前記前縁部と前記後縁部との間の中点よりも、前記翼の外周縁部側の前記前縁部と前記後縁部との間の中点が、気流の下流側に形成されている請求項1〜のいずれか1項に記載のプロペラファン。
  8. 請求項1〜のいずれか1項に記載のプロペラファンを備えた送風機。
  9. プロペラファンを径方向の外方から囲むベルマウスと、
    前記ベルマウスの気流が排出される出口部に設置された網目状の防護ガードと、
    をさらに備え、
    前記防護ガードは、半径方向外側の網目隙間が半径方向内側の網目隙間に対して小さく形成されている請求項に記載の送風機。
  10. 請求項又はに記載の送風機を室外ユニットに備えた空気調和機。
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