JP7113819B2 - プロペラファン及び冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態1に係るプロペラファン100Aを上流側から見た概略図である。図2は、プロペラファン100Aの凹部8Aを説明するための概略図である。図3は、従来のプロペラファン(以下、プロペラファン100Xと称する)を上流側から見た概略図である。図1及び図2に基づいて、プロペラファン100Aについて説明する。プロペラファン100Aを説明するにあたり、適宜、図3のプロペラファン100Xと比較するものとする。なお、図2では、プロペラファン100Aの構成に相当するプロペラファン100Xの各構成には、末尾に「X」を付記し、プロペラファン100Aの構成と区別するものとする。
ボス1が、本発明の「回転軸部」に相当する。
凹部8Aを構成する内周側の一辺である、後縁3から前縁4に向かって伸びる一辺を、第一辺5Aと定義する。また、凹部8Aを構成する外周側の一辺である、後縁3から前縁4かつ内周側(内周端21側)に向かって伸びる一辺を、第二辺6Aと定義する。第一辺5Aは前縁4かつ外周側に向かって伸び、第二辺6Aは前縁4かつ内周側に向かって伸びているので、両辺は後縁3から前縁4に進んだ部分で接続する。この接続部分を接続点7Aと定義する。そして、第一辺5Aは、図1及び図2に示すように、外周側へ膨らんで湾曲した曲線形状に構成されている。
プロペラファン100は、例えば図2に示すように、4つの翼2Aを有している。翼2Aの全部に、後縁3の一部が開放された凹部8Aが形成されている。プロペラファン100Aを上流側から上面視した場合、凹部8Aの第一辺5Aは、例えば、ボス1の同心円50の円周と重なるように形成することができる。つまり、プロペラファン100Aを上流側から上面視した場合、第一辺5Aは、ボス1の同心円50の一部の円弧を構成する。このように、第一辺5Aの形状を決定することができるため、第一辺5Aの形状の決定を簡素化することができる。
凹部8Xを構成する内周側の一辺である、後縁3Xから前縁4Xかつ外周側(外周端22X側)に向かって伸びる一辺を、第一辺5Xと定義する。また、凹部8Xを構成する外周側の一辺である、後縁3Xから前縁4Xかつ内周側(内周端21X側)に向かって伸びる一辺を、第二辺6Xと定義する。第一辺5Xは前縁4Xかつ外周側に向かって伸び、第二辺6Xは前縁4Xかつ内周側に向かって伸びているので、後縁3Xから前縁4Xに進んだ部分で接続する。この接続部分を接続点7Xと定義する。
ボス1に取り付けられているモータ(図示省略)が回転駆動することにより、図1及び図2に示す3次元立体形状の翼2Aが、ボス1ともに軸心RCを中心に矢印Aの方向に回転する。翼2Aが回転することによって紙面正面側から紙面裏側側に向けての気流(送風流)が発生する。なお、翼2Aの上流側が負圧面となり、下流側が正圧面となる。
プロペラファン100Xは、凹部8Xを設けることによって、凹部8Xの近傍を通る空気流れ(図3に示す矢印10X)を接続点7Xから内周側と外周側とにそれぞれそらすことができる。内周側の空気流れを矢印10-1Xで表し、外周側の空気流れを矢印10-2Xで表している。
また、第一辺5Aの形状について図2を基に示したが、第一辺5Aの曲率等を図2の内容に限定するものではない。
また、第一辺5Aが、後縁3から前縁4に向かって伸びる場合を例に示したが、第一辺5Aの形状によっては第一辺5Aが後縁3から前縁4かつ外周側(外周端22側)に向かって伸びることも考えられる。
さらに、第二辺6Aは、直線であってもよく、曲線であってもよい。
図7は、本発明の実施の形態2に係るプロペラファン100Bを上流側から見た概略図である。図7に基づいて、プロペラファン100Bについて説明する。
なお、実施の形態2では実施の形態1との相違点を中心に説明し、実施の形態1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。
なお、図7では、プロペラファン100Bの翼2Bを1つだけ図示している。つまり、プロペラファン100Bは翼2Bが複数存在するものの、便宜的に、1つの翼2Bのみを図示している。そして、翼2Bの枚数を特に限定するものではない。さらに、翼2Bの枚数によらず凹部は翼毎に設定され、本発明の実施の形態2に係るプロペラファン100Bを実施することによる効果は翼毎に得られる。
凹部8Bを構成する内周側の一辺である、後縁3から前縁4に向かって伸びる一辺を、第一辺5Bと定義する。また、凹部8Bを構成する外周側の一辺である、後縁3から前縁4かつ内周側(内周端21側)に向かって伸びる一辺を、第二辺6Bと定義する。さらに、凹部8Bを構成する前縁側の一辺を第三辺12と定義する。この第三辺12は、第一辺5Bの前縁側頂点と第二辺6Bの前縁側頂点を結ぶ一辺である。そして、第一辺5Bは、図7に示すように、外周側へ湾曲した曲線形状に構成されている。
例えば、プロペラファンの後縁に、内周側が直線である上面視略平行四辺形状の凹部を形成したとすると、内周側の負荷を減らし、一回転時の最も仕事量の大きい外周側の負荷を相対的に増加させるため、低入力化することになる。しかし、このような凹部では、図3で示した凹部8Xと同様に、内周側の空気の流れが、内周側の直線形状に沿い切らずに剥離してしまう。そのため、このような凹部では、上述した従来のプロペラファン100Xと同様に、低入力化及び低騒音化が効率的に実現できない。
また、第一辺5Bの形状について、第一辺5Aと同様に図2のように決定することができるものとするが、第一辺5Bの曲率等を特に限定するものではない。
また、第一辺5Bが、後縁3から前縁4に向かって伸びる場合を例に示したが、第一辺5Bの形状によっては第一辺5Bが後縁3から前縁4かつ外周側(外周端22側)に向かって伸びることも考えられる。
さらに、第二辺6Bは、直線であってもよく、曲線であってもよい。
図8及び図9は、本発明の実施の形態3に係るプロペラファン100Eを上流側から見た概略図である。図8及び図9に基づいて、プロペラファン100Eについて説明する。
なお、実施の形態4では実施の形態1、2との相違点を中心に説明し、実施の形態1、2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。
なお、図8では、プロペラファン100Eの翼2Eを1つだけ図示している。つまり、プロペラファン100Eは翼2Eが複数存在するものの、便宜的に、1つの翼2Eのみを図示している。そして、翼2Eの枚数を特に限定するものではない。さらに、翼2Eの枚数によらず凹部は翼毎に設定され、本発明の実施の形態3に係るプロペラファン100Eを実施することによる効果は翼毎に得られる。
凹部8Eを構成する内周側の一辺である、後縁3から前縁4に向かって伸びる一辺を、第一辺5Eと定義する。また、凹部8Eを構成する外周側の一辺である、後縁3から前縁4かつ内周側(内周端21側)に向かって伸びる一辺を、第二辺6Eと定義する。第一辺5Eは前縁4かつ外周側に向かって伸び、第二辺6Eは前縁4かつ内周側に向かって伸びているので、両辺は後縁3から前縁4に進んだ部分で接続する。この接続部分を接続点7Eと定義する。そして、第一辺5Eは、図8に示すように、外周側へ湾曲した曲線形状に構成されている。
プロペラファン100Eでは、第一辺5Eが外周側へ湾曲した曲線形状の凹部8Eを有し、凹部8Eの第一辺5Eに凸部30を形成したことにより、第一辺5Eに、第一辺5Eと第一辺5Eの円弧形状に沿って接続点7Eから生じる漏れ渦11との間に幅を有する領域が形成できることになる。その領域により、漏れ渦11の生成への寄与が小さくなる。
そのため、プロペラファン100Eによれば、プロペラファン100Eから下流へ流れる漏れ渦11を抑制でき、低騒音化が実現する。
例えば、図9に示すように、凸部30を、前縁側凸部30a、後縁側凸部30bの複数で構成し、それぞれの外周を曲線としてもよい。なお、凸部30を複数で構成する場合、それぞれを同じ形状、大きさとしてもよく、それぞれを異なる形状、大きさとしてもよい。
また、凸部30を実施の形態2で説明した凹部8Bと組み合わせてもよい。
また、第一辺5Eが、後縁3から前縁4に向かって伸びる場合を例に示したが、第一辺5Eの形状によっては第一辺5Eが後縁3から前縁4かつ外周側(外周端22側)に向かって伸びることも考えられる。
さらに、第二辺6Eは、直線であってもよく、曲線であってもよい。
図10は、本発明の実施の形態4に係るプロペラファン100Cを上流側から見た概略図である。図10に基づいて、プロペラファン100Cについて説明する。
なお、実施の形態4では実施の形態1、2との相違点を中心に説明し、実施の形態1、2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。
なお、図10では、プロペラファン100Cの翼2Cを1つだけ図示している。つまり、プロペラファン100Cは翼2Cが複数存在するものの、便宜的に、1つの翼2Cのみを図示している。そして、翼2Cの枚数を特に限定するものではない。さらに、翼2Cの枚数によらず凹部は翼毎に設定され、本発明の実施の形態4に係るプロペラファン100Cを実施することによる効果は翼毎に得られる。
凹部8Cを構成する内周側の一辺である、後縁3から前縁4に向かって伸びる一辺を、第一辺5Cと定義する。また、凹部8Cを構成する外周側の一辺である、後縁3から前縁4かつ内周側(内周端21側)に向かって伸びる一辺を、第二辺6Cと定義する。第一辺5Cは前縁4かつ外周側に向かって伸び、第二辺6Cは前縁4かつ内周側に向かって伸びているので、両辺は後縁3から前縁4に進んだ部分で接続する。この接続部分を接続点7Cと定義する。そして、第一辺5Cは、図10に示すように、外周側へ湾曲した曲線形状に構成されている。
凸部13は、図10に示すように、凹部8Cにより区切られた後縁3の内周側(内周端21側)において、頂点13-1が凹部8Cの第一辺5Cの後縁側頂点となっており、頂点13-2が後縁3の頂点13-1よりも内周側と接続し、頂点13-1と頂点13-2とを凸部13の外周で接続する辺(第四辺13-3)を下流側へ突出させて構成される。
例えば、プロペラファンの後縁の一部に、下流側に突出する凸部を形成したとすると、凸部を形成した領域の仕事量が増加する。そのため、凸部を通過する空気の流れが周囲の流れより相対的に増速することになる。凸部を通過する空気の流れが増速すると、その周囲の流れが誘引されるという効果が得られる。
また、第一辺5Cの形状について、第一辺5Aと同様に図2のように決定することができるものとするが、第一辺5Cの曲率等を特に限定するものではない。
また、凸部13を、実施の形態2で説明した凹部8B、実施の形態3で請求項した凹部8Eの少なくともいずれかと組み合わせてもよい。
また、第一辺5Cが、後縁3から前縁4に向かって伸びる場合を例に示したが、第一辺5Cの形状によっては第一辺5Cが後縁3から前縁4かつ外周側(外周端22側)に向かって伸びることも考えられる。
さらに、第二辺6Cは、直線であってもよく、曲線であってもよい。
図11は、本発明の実施の形態5に係るプロペラファン100Dを上流側から見た概略図である。図11に基づいて、プロペラファン100Dについて説明する。
なお、実施の形態5では実施の形態1~3との相違点を中心に説明し、実施の形態1~3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。
なお、図11では、プロペラファン100Dの翼2Dを1つだけ図示している。つまり、プロペラファン100Dは翼2Dが複数存在するものの、便宜的に、1つの翼2Dのみを図示している。そして、翼2Dの枚数を特に限定するものではない。さらに、翼2Dの枚数によらず凹部は翼毎に設定され、本発明の実施の形態5に係るプロペラファン100Dを実施することによる効果は翼毎に得られる。
凹部8Dを構成する内周側の一辺である、後縁3から前縁4に向かって伸びる一辺を、第一辺5Dと定義する。また、凹部8Dを構成する外周側の一辺である、後縁3から前縁4かつ内周側(内周端21側)に向かって伸びる一辺を、第二辺6Dと定義する。第一辺5Dは前縁4かつ外周側に向かって伸び、第二辺6Dは前縁4かつ内周側に向かって伸びているので、両辺は後縁3から前縁4に進んだ部分で接続する。この接続部分を接続点7Dと定義する。そして、第一辺5Dは、図11に示すように、外周側へ湾曲した曲線形状に構成されている。
凸部13Aは、図11に示すように、凹部8Dにより区切られた後縁3の内周側(内周端21側)において、頂点13A-1が凹部8Dの第一辺5Dの後縁側頂点となっており、頂点13A-2が後縁3の頂点13A-1よりも内周側と接続し、頂点13A-1と頂点13-2Aとを凸部13Aの外周で接続する辺(第四辺13A-3)を下流側へ突出させて構成される。
そして、凸部13Aは、凸部13Aの第四辺13A-3における最大突出点14が、交点17よりも内周側に位置するように構成される。
実施の形態4の凸部13と同様に、凸部13Aには周囲の流れを誘引するという作用がある。加えて、凸部13Aを通過する空気の流れは、凸部13Aの下流側に最も突出した点、つまり最大突出点14に集中する。そのため、最大突出点14を交点17よりも内周側に設けることにより、凹部8Dの内周側の流れを内周側へより誘引できるという効果が得られる。つまり、プロペラファン100Dによれば、実施の形態4に係るプロペラファン100Cによる効果に加え、凸部13Aによって漏れ渦11をより抑制することができ、低入力化、低騒音化が更に実現する。
また、第一辺5Dの形状について、第一辺5Aと同様に図2のように決定することができるものとするが、第一辺5Dの曲率等を特に限定するものではない。
また、凸部13Aを実施の形態2で説明した凹部8Bと組み合わせてもよい。
また、第一辺5Dが、後縁3から前縁4に向かって伸びる場合を例に示したが、第一辺5Dの形状によっては第一辺5Dが後縁3から前縁4かつ外周側(外周端22側)に向かって伸びることも考えられる。
さらに、第二辺6Dは、直線であってもよく、曲線であってもよい。
図12は、本発明の実施の形態6に係る冷凍サイクル装置200の冷媒回路構成を概略的に示す回路構成図である。図13は、冷凍サイクル装置200の一部を構成する冷却ユニット210(以下、冷却ユニット210Aと称する)の構成の一例を概略的に示す概略斜視図である。図14は、図13における冷却ユニットのIV-IV断面図である。図15は、冷凍サイクル装置200の一部を構成する冷却ユニット210(以下、冷却ユニット210Bと称する)の構成の別の一例を概略的に示す概略構成図である。図12~図15に基づいて、冷凍サイクル装置200について説明する。
冷凍サイクル装置200は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うものであり、実施の形態1~4に係るプロペラファンを冷却ユニット210(冷却ユニット210A、冷却ユニット210B)に備えるようにしたものである。なお、実施の形態6では、実施の形態1に係るプロペラファン100Aを備えた場合を例に説明する。
そして、冷凍サイクル装置200は、圧縮機211、第1熱交換器205、絞り装置213、第2熱交換器221が、冷媒配管216によって配管接続され、冷媒回路が形成されている。
圧縮機211は、冷媒を高温、高圧に圧縮して吐出するものである。圧縮機211は、例えば、インバータ圧縮機などで構成することができる。例えば、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機、往復圧縮機等を圧縮機211として採用することができる。
第1熱交換器205は、凝縮器(放熱器)として機能し、圧縮機211から吐出された冷媒を凝縮させて高圧液冷媒にするものである。第1熱交換器205は、上流側が圧縮機211に接続され、下流側が絞り装置213に接続されている。第1熱交換器205は、例えば、フィン・アンド・チューブ型熱交換器等で構成することができる。第1熱交換器205には、第1熱交換器205に空気を供給するプロペラファン100Aが付設されている。
絞り装置213は、第1熱交換器205を経由した冷媒を膨張させて減圧するものである。絞り装置213は、例えば開度が調整でき冷媒の流量を調整可能な電動膨張弁等で構成するとよい。なお、絞り装置213としては、電動膨張弁だけでなく、受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁、または、キャピラリーチューブ等を適用することも可能である。絞り装置213は、上流側が第1熱交換器205に接続され、下流側が第2熱交換器221に接続されている。
第2熱交換器221は、蒸発器として機能し、絞り装置213で減圧された冷媒を蒸発させてガス冷媒にするものである。第2熱交換器221は、上流側が絞り装置213に接続され、下流側が圧縮機211に接続されているものである。第2熱交換器221は、例えば、フィン・アンド・チューブ型熱交換器等で構成することができる。第2熱交換器221には、第2熱交換器221に空気を供給するプロペラファン等のファン222が付設されている。
圧縮機211、第1熱交換器205、プロペラファン100Aは、冷却ユニット210に搭載される。
絞り装置213、第2熱交換器221、ファン222は、利用側ユニット220に搭載される。なお、絞り装置213を、利用側ユニット220ではなく、冷却ユニット210に搭載してもよい。
圧縮機211の吐出側に冷媒流路を切り替える流路切替装置を設けて、第1熱交換器205を蒸発器として機能させ、第2熱交換器221を凝縮器として機能させてもよい。
なお、流路切替装置は、例えば四方弁、2つの二方弁又は三方弁を組み合わせたもので構成することができる。
次に、冷凍サイクル装置200の動作について、冷媒の流れとともに説明する。
圧縮機211を駆動させることによって、圧縮機211から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出する。圧縮機211から吐出した高温高圧のガス冷媒は、第1熱交換器205に流れ込む。第1熱交換器205では、流れ込んだ高温高圧のガス冷媒と、プロペラファン100Aによって供給される空気との間で熱交換が行われて、高温高圧のガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒になる。
図13及び図14に示すように、冷却ユニット210Aは、電車等の車両に搭載されることを想定したものであり、ベース201と、プロペラファン100Aと、筐体204Aと、モータ206と、第1熱交換器205と、を有している。
筐体204Aは、少なくともプロペラファン100Aを囲繞するようにベース201に設けられ、吐き出し部202及び吸い込み部203を有している。
吐き出し部202は、ベース201の法線方向上向きを正とするz軸及びそれに垂直な方向をx軸と定義したとき、z>0となるz軸平面内に設けられている。つまり、プロペラファン100Aの上方における開口部分が、空気の流出口となる吐き出し部202として機能する。
吸い込み部203は、ベース201のx軸方向に対向するように設けられている。つまり、第1熱交換器205の配置位置における開口部分が、空気の流入口となる吸い込み部203として機能する。
プロペラファン100Aは、吐き出し部202の上流にz軸の正の向きに気流が吐き出されるように筐体204Aのz軸上に配設されている。具体的には、プロペラファン100Aは、吐き出し部202の直下に設けられるとよい。そして、プロペラファン100Aは、吸い込み部203を介してベース201内に空気を取り込み、吐き出し部202を介してベース201内から外部に空気を吹き出すものである。
モータ206は、プロペラファン100Aを支持するとともに、プロペラファン100Aを駆動させるものである。
図15に示すように、冷却ユニット210Bは、熱源側ユニット(室外ユニット)として利用されることを想定したものであり、外郭を構成する筐体204Bと、筐体204Bの内部に設置されるプロペラファン100Aと、筐体204Bの内部に設置されるモータ206と、筐体204Bの内部に設置される第1熱交換器205と、図12に示した圧縮機211などを有している。
また、プロペラファン100Aは、筐体204Bの内部に設置されるモータ206によって回転駆動される。
Claims (6)
- 軸心を中心に回転する回転軸部と、
前記回転軸部の外周部に配設される複数枚の翼と、を有し、
前記翼は、
後縁を開放させた凹部を少なくとも1つ有し、
前記凹部は、
後縁から前縁に向かって伸びる内周側の第一辺が外周側へ湾曲しており、
前記翼は、
前記凹部により区切られた後縁の内周側に、下流側へ突出させた第2凸部を有し、前記第2凸部には、前記第一辺の先端である外周端側の頂点と、前記外周端側の頂点よりも内周側に位置する内周端側の頂点とを有するものであり、
前記第2凸部は、
前記外周端側の頂点が、前記凹部の前記第一辺の後縁側頂点となっており、
前記第2凸部の外周端側の頂点と内周端側の頂点とを前記第2凸部の外周で結んだ線を第四辺とし、
前記第2凸部の外周端側の頂点と内周端側の頂点とを直線的に結んだ線を第1仮想線とし、
前記第1仮想線の中点から垂直に伸びて前記第四辺と接続する線を第2仮想線とし、
前記第2凸部は、
前記第四辺における最大突出点が、
前記第四辺と前記第2仮想線との交点よりも内周側に位置しており、
前記内周端側の頂点は、前記回転軸部から外周側に延びた位置に設けられている
プロペラファン。 - 軸方向の上流側から上面視した状態において、
前記第一辺は、
前記回転軸部の同心円の一部の円弧を構成する
請求項1に記載のプロペラファン。 - 前記凹部は、
前記第一辺と、
後縁から前縁かつ内周側に向かって伸びる外周側の第二辺と、
前記第一辺と前記第二辺とが前縁側で接続する接続点と、を有する上面視略三角形状に構成されている
請求項1又は2に記載のプロペラファン。 - 前記凹部は、
前記第一辺と、
後縁から前縁かつ内周側に向かって伸びる外周側の第二辺と、
前記第一辺の前縁側頂点と前記第二辺の前縁側頂点とを結ぶ第三辺と、を有する上面視略四角形状に構成されている
請求項1又は2に記載のプロペラファン。 - 前記翼は、
前記第一辺に、外周側へ突出させた第1凸部を少なくとも一つ有する
請求項1~4のいずれか一項に記載のプロペラファン。 - 圧縮機、第1熱交換器、絞り装置、第2熱交換器を配管接続した冷媒回路を有し、
請求項1~5のいずれか一項に記載のプロペラファンは、
前記第1熱交換器に空気を供給するものとして、前記第1熱交換器とともに冷却ユニットに搭載される
冷凍サイクル装置。
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