JP2014206054A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大径化したとしても、回転破壊強度を確保し、製造コストの増加を抑制することができるプロペラファン及びそれを備えた空気調和機の室外機を提供する。【解決手段】 プロペラファンは、回転軸を中心として回転するボスと、ボスの外周面に設けられた複数の羽根とを備える。各羽根は、羽根本体と、肉厚増加部とを有し、ボスに対する付根である付根縁及びプロペラファンの回転方向の前側に位置する前縁により外縁の一部が構成される。羽根本体は、回転方向に回転したときに風の上流側の面となる負圧面を有する。肉厚増加部は、羽根本体の負圧面側に設けられ、付根縁及び前縁の近傍から徐々に厚さが薄くなるように前縁の略半分の位置まで前縁に沿って延び、幅が略一定である第１のリブを有する。【選択図】図４

Description

本発明は、プロペラファン及びそれを備えた空気調和機の室外機に関する。

従来から、空気調和機の室外機に用いられるプロペラファンが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。当該プロペラファンは、樹脂製の軸流ファンであり、羽根のハブに対する付根の前縁側にリブを有し、回転強度を向上させている。

特許第４４８３１４８号公報

ところで、近年空気調和機の室外機は省エネが求められており、その手段として、ファンモータの入力を小さくすることができるプロペラファンの大径化が挙げられている。しかし、ファンの大径化により羽根の自重が増加する。そのため、台風等の強風によりファンが煽られて逆回転し、その回転数が上がっていった場合、羽根の自重による力が羽根とボスの付根にかかりやがて破壊に至る恐れがある。その破壊に至る回転数は大径化する前より低い回転数となる。

当該破壊を防止するために、羽根とボスの付根の肉厚を増加させたり、特許文献１の軸流ファンのリブを太く長くして対応することが考えられる。しかし、当該強度を上げる方法は、大径ファンの自重を増加させることにつながり、目標の回転破壊強度を満たすためには、羽根とボスの肉厚を大幅に増加させる必要がある。更に特許文献１のように軸流ファンにリブを設けてもそれは回避できない。また、特許文献１の軸流ファンの場合、羽根の自重が増加すると、回転中の応力最大位置がリブと羽根のつなぎ部に移動する恐れがあり、そうなった場合、回転破壊強度は低下し、その低下を補うために更に肉厚を増加させる必要がある。

しかし、ファンは樹脂製であり、射出成形で製造しているため、羽根とボスの付根の肉厚を増加させると射出成形過程の冷却時間が増大するためコスト増加につながる。この成形時間増大は、その工場の生産能力にもよるが、一日の必要とする成形個数を満足させないことにもありえる。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、大径化したとしても、回転破壊強度を確保し、製造コストの増加を抑制することができるプロペラファン及びそれを備えた空気調和機の室外機を提供することである。

上記課題を解決すべく、本発明の一態様であるプロペラファンは、回転軸を中心として回転するボスと、前記ボスの外周面に一体成形された複数の羽根とを備えるプロペラファンにおいて、各羽根は、羽根本体と、肉厚増加部とを有し、前記ボスに対する付根である付根縁及び前記プロペラファンの回転方向の前側に位置する前縁により外縁の一部が構成され、前記羽根本体は、前記回転方向に回転したときに風の上流側の面となる負圧面を有し、前記肉厚増加部は、前記羽根本体の前記負圧面側に設けられ、前記付根縁と前記前縁との接続部の近傍から徐々に厚さが薄くなるように前記前縁の略半分の位置まで前記前縁に沿って延び、幅が一定である第１のリブを有する。

本発明によれば、大径化したとしても、回転破壊強度を確保し、製造コストの増加を抑制することができるプロペラファン及びそれを備えた空気調和機の室外機を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態によるプロペラファンを搭載した空気調和機の室外機の正面図である。 図１に示した室外機の上カバーを外した状態の上面図である。 本発明の第１の実施の形態によるプロペラファンを負圧面側から見た図である。 図３に示したプロペラファンの一つの羽根のみを示す図である。 図３に示した羽根のボスに対する付根付近の斜視図である。 図４のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 本発明の第２の実施の形態によるプロペラファンを負圧面側から見た図である。 図７に示した羽根のボスに対する付根付近の斜視図である。 図７のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。 本発明の第２の実施の形態によるプロペラファンを負圧面側から見た図である。 図１０に示した羽根のボスに対する付根付近の斜視図である。 図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図である。

以下、本発明の第１の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１は、第１の実施の形態によるプロペラファン３０を搭載した空気調和機の室外機１の正面図であり、図２は、図１に示した室外機１の上カバー１１を外した状態の上面図である。本実施の形態の室外機は、ビルの屋上に設置して使用される場合がある。

図１に示すように、空気調和機の室外機１は、底ベース１０、上カバー１１、機械室カバー１２、及び正面カバー１３からなる外枠１４を備える。図２に示すように外枠１４内は、仕切り板１５により、送風機室１６と機械室１７とに仕切られている。正面カバー１３には、吹出しグリル１８が取り付けられている。

送風機室１６には、熱交換器１９と、モータクランプ２０と、ファンモータ２１と、プロペラファン３０と、ベルマウス２２とが配置されている。熱交換器１９は、外枠１４の裏面側及び側面側に配置されている。モータクランプ２０はファンモータ２１を支持し、プロペラファン３０はファンモータ２１の出力軸に取り付けられている。ベルマウス２２は、プロペラファン３０の周りを囲むように配置されている。

機械室１７には、圧縮機２３及び電気箱２４が配置されている。室外機１は、空気調和機の運転時に、ファンモータ２１の回転駆動力によりプロペラファン３０が図１の反時計回り方向に回転し、外気を熱交換器１９側から吸込み、熱交換器１９で冷媒と外気との間で熱交換を行い、吹出しグリル１８から外気を吹出すよう動作する。また、圧縮機２３は、室内機又は熱交換器１９へガス冷媒を吐出するように動作する。

次に、第１の実施の形態におけるプロペラファン３０の構造について、図３〜図６に基づき説明する。図３は、プロペラファン３０を負圧面側から見た図であり、図４は、図３に示したプロペラファン３０の一つの羽根のみを示す図であり、図５は、羽根のボスに対する付根付近の斜視図であり、図６は、図４のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。

図３に示すように、プロペラファン３０は、軸流ファンであり、ボス３１と、複数枚の羽根３２（本実施の形態では３枚）とを有している。プロペラファン３０には、仕様回転数及び破壊回転数が設定されている。仕様回転数は、室外機１の通常の使用時に回転方向Ｒ１に回転（正回転）される場合に想定される最大の回転数である。破壊回転数は、室外機１の停止時において、台風等により強風が吹出しグリル１８から入り、その強風がプロペラファン３０を回転方向Ｒ１の反対方向Ｒ２に高回転で回転（逆回転）させる場合に想定される最大の回転数である。そして、プロペラファン３０は、仕様回転数及び破壊回転数で回転したとしても、耐えられるように設計されている。

一例として、本実施の形態におけるプロペラファン３０の直径は約５４０ｍｍであり、ボス３１の直径は約１６０ｍｍである。また、プロペラファン３０は、樹脂製であり、射出成型により製造される。空気調和機の運転時には、プロペラファン３０は、図３における時計回り方向（回転方向Ｒ１）に回転する。羽根３２は、プロペラファン３０の回転軸に対して傾斜してボス３１に設けられている。

図４〜図６に示すように、各羽根３２は、羽根本体３３と、肉厚増加部３４とを有し、付根縁３２Ａと、前縁３２Ｂと、後縁３２Ｃと、外周縁３２Ｄとにより外縁が構成される。

付根縁３２Ａにおいて、羽根３２は、ボス３１に対して接続されている。前縁３２Ｂは、湾曲状をなし、ボス３１から回転方向Ｒ１の下流側へ行くにつれてボス３１から離間するように延びている。前縁３２Ｂは、プロペラファン３０の回転方向Ｒ１の前側に位置し、後縁３２Ｃはプロペラファン３０の回転方向Ｒ１の後側に位置する。外周縁３２Ｄは、羽根３２の翼端（最大径部）を構成する。

羽根本体３３は、負圧面３３Ａ及び圧力面３３Ｂ（図６）を有し、付根縁３２付近の肉厚Ｔは約５ｍｍであり、外周縁３２Ｄに向かって徐々に肉厚が減少し、外周縁３２Ｄ付近の肉厚は約２ｍｍである。負圧面３３Ａは、プロペラファン３０が回転方向Ｒ１に回転したときの風の上流側の面であり、圧力面３３Ｂは、プロペラファン３０が回転方向Ｒ１に回転したときの風の下流側の面である。

肉厚増加部３４は、羽根本体３３の負圧面３３Ａ側に設けられ、基本肉厚部３５と、付根肉厚部３６と、第一のリブ３７と、肉付け部３８とを有している。なお、図６では、理解を容易にするため、羽根本体３３と、基本肉厚部３５と、第一のリブ３７と、肉付け部３８との間に境界線を示し、それぞれハッチングを変えているが、実際は同一の樹脂で一体に構成されている。

基本肉厚部３５は、羽根本体３３上において、付根縁３２Ａから前縁３２Ｂの略半分の位置Ｐ１まで設けられ、付根縁３２Ａ及び前縁３２Ｂ近傍の肉厚を最大肉厚（例えば、約７ｍｍ）とし、羽根３２の内側及び位置Ｐ１に向かうにつれて徐々にその厚さが減少するように構成されている。なお、基本肉厚部３５の前縁３２Ｂから羽根３２の内側の端部までの回転方向Ｒ１に沿う最大長さは、例えば約５０ｍｍである。また、基本肉厚部３５は、室外機１の仕様回転数に対する強度を確保するために設けられている。

付根肉厚部３６は、基本肉厚部３５上において、前縁３２Ｂから約８〜９ｍｍ内側の位置に付根縁３２Ａから前縁３２Ｂに沿って延びるように設けられ、その幅は例えば約５ｍｍであり、例えば約５ｍｍの一定厚さの肉厚を有する。従って、付根縁３２Ａ近傍における羽根３２の最大肉厚は、約１７ｍｍ（羽根本体３３（約５ｍｍ）、基本肉厚部３５（約７ｍｍ）、及び、付根肉厚部３６（約５ｍｍ））である。また、付根肉厚部３６は、室外機１の破壊回転数に対する強度を確保するために設けられている。

第１のリブ３７は、付根肉厚部３６の先端（付根縁３２Ａと前縁３２Ｂとの接続部の近傍）から前縁３２Ｂに沿って延びるように設けられ、位置Ｐ１に向かうにつれて徐々にその厚さが減少するように構成されている。即ち、第１のリブ３７は、付根肉厚部３６との接続部では約５ｍｍの肉厚を有し、接続部から位置Ｐ１に向かうにつれて徐々にその厚さが減少するよう構成される。そして、第１のリブ３７と基本肉厚部３５とにより段差３９が形成される。また、第１のリブ３７の幅Ｗ１は約５ｍｍで略一定であり、略一定の幅で接続部から位置Ｐ１まで延びている。また、付根肉厚部３６は、室外機１の破壊回転数に対する強度を確保するためにもうけられている。

肉付け部３８は、基本肉厚部３５と、付根肉厚部３６及び第１のリブ３７とにより形成される段差を埋めるように前縁３２Ｂに沿って設けられている。

上記のプロペラファン３０によれば、基本肉厚部３５により仕様回転数に対する強度を確保し、付根肉厚部３６及び外周縁３２Ｄに向かって徐々に肉厚を減少させた第１のリブ３７により羽根３２の付根付近における応力集中を回避し破壊回転数に対する強度を確保している。従って、本実施の形態のプロペラファン３０によれば、羽根本体３３の肉厚増加部３４に対し、第１のリブ３７を設けることにより、必要最小限の肉厚増加のみで、破壊回転数に対する強度を確保することができる。

また、基本肉厚部３５と第１のリブ３７との間に段差３９が形成されるので、プロペラファン３０と金型との接触面積（冷却面積）が増加し、成形時の冷却時間の増加を抑えることができ、製造コストの増加を抑制することができ。また、室外機１は、上記のプロペラファン３０を有しているので、仕様回転数及び破壊回転数に対する強度を確保したプロペラファン３０を有する室外機１を提供することができる。更に、室外機１の製造コストの増加を抑制することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態におけるプロペラファン１３０の構造について、図７〜図９に基づいて説明する。図７は、プロペラファン１３０を負圧面側から見たときの羽根３２のボス３１に対する付根付近の拡大図であり、図８は、羽根３２のボス３１に対する付根付近の斜視図であり、図９は、図７のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。第１の実施の形態におけるプロペラファン３０と同一の構成には同一の番号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明を行う。

図７〜図９に示すように、本実施の形態のプロペラファン１３０の肉厚増加部１３４は、第２のリブ４０を有している。第２のリブ４０は、基本肉厚部３５上であって、付根肉厚部３６及び第１のリブ３７の内側（後縁３２Ｃ側）において、付根縁３２Ａから付根肉厚部３６及び第１のリブ３７に沿って設けられている。また、第２のリブ４０のプロペラファンの径方向の長さは、第１のリブ３７のプロペラファンの径方向の長さの半分以下になるように構成されている。換言すれば、第２のリブ４０の前縁３２Ｂに沿う長さは、第１のリブ３７の前縁３２Ｂに沿う長さの半分以下になるように構成されている。

また、第２のリブ４０の付根肉厚部３６に対する接合部の肉厚は、付根肉厚部３６の肉厚と同じ（例えば約５ｍｍ）であり、当該接合部から遠ざかるにつれて（後縁３２Ｃ及び外周縁３２Ｄに向かうにつれて）徐々に薄くなるように構成されている。そして、第２のリブ４０の付根縁３２Ａ近傍における最も内側の肉厚は例えば約３ｍｍであり、第２のリブ４０の最外部であって第１のリブ３７に接続する部分の肉厚は例えば約３ｍｍである。よって、第２のリブ４０と基本肉厚部３５とにより段差４１が形成される。また、第２のリブ４０の幅Ｗ２は、例えば約１５〜１７ｍｍである。

本実施の形態のプロペラファン１３０は、第１の実施の形態のプロペラファン３０に対して、更に第２のリブ４０を有するので、更に高い破壊回転数に対する強度を確保することができる。また、付根肉厚部３６の肉厚は増加させておらず、基本肉厚部３５と第１のリブ３７及び第２のリブ４０との間の段差３９、４１により、プロペラファン１３０と金型との接触面積（冷却面積）を増加させているので、成形時の冷却時間の増加を抑えることができ、製造コストの増加を抑制することができ。また、室外機１は、上記のプロペラファン１３０を有しているので、更に高い破壊回転数に対する強度を確保したプロペラファン１３０を有する室外機１を提供することができる。更に、室外機１の製造コストの増加を抑制することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態におけるプロペラファン２３０の構造について、図１０〜図１２に基づいて説明する。図１０は、プロペラファン２３０を負圧面側から見たときの羽根３２のボス３１に対する付根付近の拡大図であり、図１１は、羽根３２のボス３１に対する付根付近の斜視図であり、図１２は、図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図である。第２の実施の形態におけるプロペラファン１３０と同一の構成には同一の番号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明を行う。

図１０〜図１２に示すように、プロペラファン２３０の肉厚増加部２３４には、６箇所に円筒形の肉盗み４２が形成されている。肉盗み４２は、例えば直径７．５〜１５ｍｍであり、第一のリブ３７には形成せず、基本肉厚部３５と、付根肉厚部３６と、第２のリブ４０とに形成している。図１２に示すように、肉盗み４２は、基本肉厚部３５及び第２のリブ４０、又は、基本肉厚部３５に凹部を形成するようにして設けられている。

本実施の形態のプロペラファン２３０によれば、肉盗み４２により、プロペラファン２３０と金型との接触面積（冷却面積）を増加せることができるので、成形時の冷却時間の増加を抑えることができ、製造コストの増加を抑制することができる。また、第一のリブ３７には肉盗み４２を形成していないので、高い破壊回転数に対する強度を確保することができる。また、室外機１は、上記のプロペラファン２３０を有しているので、室外機１の製造コストの増加を抑制することができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。

例えば、基本肉厚部３５、付根肉厚部３６、第１のリブ３７、及び第２のリブ４０の肉厚は、上記の実施の形態において示した肉厚に限られず、羽根３２のボス３１に対する取り付け角度、仕様回転数、及び破壊回転数に応じて適宜変更しても良い。また、第２のリブ４０の肉厚は、第２のリブ４０の付根肉厚部３６に対する接合部から遠ざかるにつれて（後縁３２Ｃ及び外周縁３２Ｄに向かうにつれて）徐々に薄くなるように構成したが、付根肉厚部３６及び第１のリブ３７と同じ肉厚となるような一定肉厚であっても良い。

また、肉盗み４２は、基本肉厚部３５及び第２のリブ４０、又は、基本肉厚部３５に凹部を形成するようにして設けたが、羽根本体３３まで形成されていても良い。また、上記の実施の形態の室外機１は、プロペラファン３０を１個のみ備えるタイプであったが、上下に２個のファンを備えるタイプであっても良い。

１：室外機、３０：プロペラファン、３１：ボス、３２：羽根、３３：羽根本体、３４：肉厚増加部、３２Ａ：付根縁、３２Ｂ：前縁、３２Ｃ：後縁、３２Ｄ：外周縁、３３Ａ：負圧面、３７：第一のリブ、４０：第２のリブ、４２：肉盗み

Claims (5)

1. 回転軸を中心として回転するボスと、前記ボスの外周面に一体成形された複数の羽根とを備えるプロペラファンにおいて、
   各羽根は、羽根本体と、肉厚増加部とを有し、前記ボスに対する付根である付根縁及び前記プロペラファンの回転方向の前側に位置する前縁により外縁の一部が構成され、
   前記羽根本体は、前記回転方向に回転したときに風の上流側の面となる負圧面を有し、
   前記肉厚増加部は、前記羽根本体の前記負圧面側に設けられ、前記付根縁と前記前縁との接続部の近傍から徐々に厚さが薄くなるように前記前縁の略半分の位置まで前記前縁に沿って延び、幅が略一定である第１のリブを有する
   プロペラファン。
2. 前記羽根本体は、前記プロペラファンの回転方向の後側に位置する後縁を有し、
   前記肉厚増加部は、前記第１のリブに対して前記後縁側に位置し、前記付根縁から徐々に厚さが薄くなるように前記第１のリブに沿って延び、前記第１のリブの半分の長さより短い長さの第２のリブを有する
   請求項１に記載のプロペラファン。
3. 前記肉厚増加部の第２のリブ及び第２のリブの後縁側に肉盗みを形成した
   請求項２に記載のプロペラファン。
4. 前記肉盗みの断面形状は略円形であり、その直径は７．５〜１５ｍｍである
   請求項３に記載のプロペラファン。
5. 請求項１〜４のプロペラファンを備えた空気調和機の室外機。
   

Images