(57)【要約】【課題】軸流ファンを多様な回転数で使用する場合に、回転に起因する羽根の変形量の変化が大きいこと。【解決手段】軸流ファン７０は複数の羽根７１と、ハブ７２とを備えている。羽根７１は内周側に位置する大翼７３と、外周側に位置する小翼７４とを備え、小翼７４は回転軸を通る平面での断面において凸形状にして、周方向に凸形状を延在する形態にする。そしてハブ７２と大翼７３と、凸形状にして断面二次モーメントを増大させた小翼７４とを一体に形成する。【選択図】図３
2020112034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の羽根と、ハブと、を備え、
前記羽根は、前記ハブによって、回転軸の周りに等間隔に、且つ、前記回転軸と直交する平面に対して所定の角度を有して保持されている軸流ファンであって、
前記羽根は大翼と、小翼と、を備え、
前記羽根は前記軸流ファンの半径方向の外側に向かって前記ハブと、前記大翼と、前記小翼がこの順に接続して一体に形成しており、
前記回転軸を通る平面での前記羽根の断面において前記大翼と前記小翼の接続部は屈曲しており、
前記小翼の形状は、前記接続部から前記小翼の半径方向外方の端点にかけて前記回転軸の方向に凸となっており、
前記小翼は前記羽根の周方向に延在することを特徴とした軸流ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転することで回転軸方向に気相の流体の流れ（以下、気流）を発生させる軸流ファンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の軸流ファンは、冷凍サイクル装置等で用いられており、多様な回転数や、多様な軸流ファンの前後の圧力差の下で使用されることから羽根の表面からの気流の剥離等の損失を伴う流れを生じやすいため、成形自由度の高い樹脂成型により羽根の厚み分布を調整することで損失を伴う流れを低減して効率を高めている。また羽根の角度や、羽根の外周部や回転方向の前方と後方の端部の曲率を適正化して、羽根の近傍における気流の乱れを低減して所定の風量での効率を向上している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６は、特許文献１に記載された従来の軸流ファンを示すものである。図６に示すように、軸流ファン１は、羽根２と、ハブ３と、羽根２の周方向に沿って上流側に凸の領域４と、羽根２の周方向に沿って下流側に凸で半径方向に沿って上流側に凸の領域５と、半径方向に沿って下流側に凸の領域６と、から構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１８１４６３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら従来の構成では、軸流ファン１に主に作用する力である遠心力は回転数の２乗に比例するため、多様な回転数で使用する場合に羽根２の変形量の変化が大きいという課題を有していた。これにより、羽根２が変形することを前提として所定の回転数で最大効率が得られるように設計しても、それ以外の回転数では最大効率に対して効率が低下していた。
【０００６】
ここで、効率に影響するのは主に羽根２の、回転軸７の方向への変形である。羽根２を微小に細分化した体積を質量要素８とし、質量要素８に作用する張力の方向を線分１２とし、線分１２が半径方向に対して有する角度を１３として、線分１２は質量要素８とハブ３の外周面における回転軸方向の中間位置１１とを結んでいる。線分１２が角度１３を有する場合には、張力は半径方向成分の他に回転軸方向成分も有することから、羽根２は、中間位置１１を通り且つ回転軸７に直交する平面１４に近づくように、すなわち気流の下流側に位置する部分は上流側に向かって、気流の上流側に位置する部分は下流側に向かって変形する。従来の軸流ファンでは回転軸７の方向への変形量の変化が大きい原因として少なくとも３点挙げることができる。第１の原因は荷重の変化であって、遠心力は回転数の２乗に比例すること、第２の原因は変形のしやすさであって、軸流ファン１は羽根２が半径方向外方ほど拡大していることが多く、角度１３が大きい質量要素８が多いこと、第３の原因も変形のしやすさであって、外周側に向かうほど板厚を薄くしているために断面二次モーメントが小さいこと、である。以上により従来の軸流ファンには多様な回転数で使用する場合に、特に外周側において、羽根２の変形量の変化が大きいという課題があった。
【０００７】
本発明は、従来の課題を解決するもので、前記の変形の第３の原因の影響を小さくすることによって、多様な回転数において変形量の変化を低減した軸流ファンを提供すること
を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従来の課題を解決するために、本発明の軸流ファンは、複数の羽根と、ハブと、を備え、羽根は、ハブによって、回転軸の周りに等間隔に、且つ、回転軸と直交する平面に対して所定の角度を有して保持されている軸流ファンであって、羽根は大翼と、小翼と、を備え、羽根は軸流ファンの半径方向の外方に向かってハブと、大翼と、小翼がこの順に接続して一体に形成しており、回転軸を通る平面での羽根の断面において大翼と小翼の接続部は屈曲しており、小翼の形状は、接続部から小翼の半径方向外方の端点にかけて回転軸の方向に凸となっており、小翼は羽根の周方向に延在することを特徴としたものである。
【０００９】
これによって、変形量の変化の低減のために羽根に補強用のリブ等を追加すると羽根とハブとの接続部に応力が集中する軸流ファンでは羽根が重くなることで遠心力が増大して強度低下を生じることや、樹脂製の羽根に金属等で骨格を追加すると異種材料であるため接着面において温度変化や経年劣化により剥がれやがたつきが生じる可能性があり信頼性が低下することから補強等による対策は難しかったのに対し、羽根に断面二次モーメントの高い小翼を一体に備えるため、変形量の変化が減少することとなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の軸流ファンは、所定の風量を得るための回転数で最大効率になるように設計している。そして従来は異なる回転数で回転させた場合には変形量の変化により最大効率よりも効率が低下していたのに対して、本発明の軸流ファンは断面二次モーメントの高い小翼を一体に備えているため、最大効率からの効率の低下を低減できるので、多様な回転数において効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態１における軸流ファンの斜視図
【図３】本発明の実施の形態１における軸流ファンの回転方向の前方における回転軸を通る平面での断面図
【図４】本発明の実施の形態１における軸流ファンの回転方向の中間における回転軸を通る平面での断面図
【図５】本発明の実施の形態１における軸流ファンの回転方向の後方における回転軸を通る平面での断面図
【図６】従来の軸流ファンの羽根の正面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明は、複数の羽根と、ハブと、を備え、羽根は、ハブによって、回転軸の周りに等間隔に、且つ、回転軸と直交する平面に対して所定の角度を有して保持されている軸流ファンであって、羽根は大翼と、小翼と、を備え、羽根は軸流ファンの半径方向の外方に向かってハブと、大翼と、小翼がこの順に接続して一体に形成しており、回転軸を通る平面での羽根の断面において大翼と小翼の接続部は屈曲しており、小翼の形状は、接続部から小翼の半径方向外方の端点にかけて回転軸の方向に凸となっており、小翼は羽根の周方向に延在することを特徴とする。
【００１３】
これにより、羽根の外周側での板厚の薄さと、回転方向に前進しているために変形量が大きいことに対し、変形量の低減のために、補強用のリブ等を追加すると羽根とハブとの接続部に応力が集中する軸流ファンでは羽根が重くなることで遠心力が増大して強度低下を生じたり、羽根に金属等で骨格を追加すると異種材料であるため接着面において温度変化や経年劣化により剥がれやがたつきが生じる可能性があり信頼性が低下するのに対して
、小翼を一体に備えることで、強度低下や信頼性低下を防止しつつ、変形量を低減できる。これにより、最大効率が得られる所定の回転数とは異なる回転数であっても最大効率からの効率の低下を低減できるので、多様な回転数において効率を向上することができる。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における冷凍サイクル装置の構成図を示すものである。図２は、本発明の第１の実施の形態における軸流ファンの斜視図を示すものである。図３は、本発明の第１の実施の形態における軸流ファンの回転方向の前方における回転軸を通る平面での断面図を示すものであり、図２における破線８７での断面図である。図４は、本発明の第１の実施の形態における軸流ファンの回転方向の中間における回転軸を通る平面での断面図を示すものであり、図２における破線８８での断面図である。図５は、本発明の第１の実施の形態における軸流ファンの回転方向の後方における回転軸を通る平面での断面図を示すものであり、図２における破線８９での断面図である。
【００１６】
図１において、冷凍サイクル装置２０は、主回路２１と、圧縮機３０と、室外熱交換器４１と、室内熱交換器４２と、四方弁５０と、室外膨張弁５５と、室内膨張弁５６と、冷媒貯留槽５７と、室外送風機６１と、室内送風機６２と、を備えており、室外熱交換器４１で放熱するとともに室内熱交換器４２で吸熱する、もしくは室外熱交換器４１で吸熱するとともに室内熱交換器４２で放熱するという動作を切り替えることが可能な構成となっている。冷凍サイクル装置２０を、空気を加熱または冷却することを目的として用いた装置がエアコン等と呼ばれ、水を加熱または冷却することを目的として用いた装置がチラー等と呼ばれる。
【００１７】
また、冷凍サイクル装置２０の形態として、圧縮機３０と、室外熱交換器４１と、四方弁５０と、室外膨張弁５５と、冷媒貯留槽５７と、室外送風機６１と、を含む室外機２２、および、室内熱交換器４２と、室内膨張弁５６と、室内送風機６２と、を含む室内機２３、でユニットを分離して構成することもあるし、室外機２２と、室内機２３と、を一体のユニットとして構成することもある。また、室外機２２と室内機２３を分離する構成においても、室外機２２と室内機２３が同数の場合と、室外機２２よりも室内機２３の台数が多い場合と、がある。本実施の形態においては、家庭用エアコンや店舗用エアコンに多く見られる、室外機２２と室内機２３が分離しており、室外機２２と室内機２３が１台ずつであるエアコンの構成例を示す。
【００１８】
主回路２１は、室外熱交換器４１で放熱して室内熱交換器４２で吸熱する動作を行う場合には、圧縮機３０、四方弁５０の第１経路５１、室外熱交換器４１、室外膨張弁５５、冷媒貯留槽５７、室内膨張弁５６、室内熱交換器４２をこの順に接続しており、室内熱交換器４２から四方弁５０の第２経路５２を経由して圧縮機３０に戻す回路である。圧縮機３０と四方弁５０の第１経路５１を流路９１によって、四方弁５０の第１経路５１と室外熱交換器４１を流路９２によって、室外熱交換器４１と室外膨張弁５５を流路９３によって、室外膨張弁５５と冷媒貯留槽５７を流路９４によって、冷媒貯留槽５７と室内膨張弁５６を流路９５によって、室内膨張弁５６と室内熱交換器４２を流路９６によって、室内熱交換器４２と四方弁５０の第２経路５２を流路９７によって、四方弁５０の第２経路５２と圧縮機３０を流路９８によって、接続している。
【００１９】
また、室外熱交換器４１で吸熱して室内熱交換器４２で放熱する動作を行う場合には、圧縮機３０、四方弁５０の第３経路５３、室内熱交換器４２、室内膨張弁５６、冷媒貯留槽５７、室外膨張弁５５、室外熱交換器４１をこの順に接続しており、室外熱交換器４１
から四方弁５０の第４経路５４を経由して圧縮機３０に戻す回路である。圧縮機３０と四方弁５０の第３経路５３を流路９１によって、四方弁５０の第３経路５３と室内熱交換器４２を流路９７によって、室内熱交換器４２と室内膨張弁５６を流路９６によって、室内膨張弁５６と冷媒貯留槽５７を流路９５によって、冷媒貯留槽５７と室外膨張弁５５を流路９４によって、室外膨張弁５５と室外熱交換器４１を流路９３によって、室外熱交換器４１と四方弁５０の第４経路５４を流路９２によって、四方弁５０の第４経路５４と圧縮機３０を流路９８によって、接続している。
【００２０】
冷凍サイクル装置２０の動作の別による主回路２１の切り替えは四方弁５０により行うようにしている。主回路２１の内部にはＲ３２やＲ４１０Ａに代表される冷媒と、圧縮機３０の摺動部を潤滑するための圧縮機油を封入している。
【００２１】
圧縮機３０は、ロータリー式圧縮機、すなわち、円筒形の内部空間を有するシリンダと、シリンダの内部の中心軸に対して偏心して配したローターと、シリンダ壁面に設けたスリットに摺動自由に収納されていて先端がローターの円筒面に常に接する構成にした仕切弁と、シリンダにおいて仕切弁の両側に主回路２１への連通孔と、を備えている。
【００２２】
室外熱交換器４１および室内熱交換器４２は、フィンアンドチューブ式熱交換器、すなわち、厚さ０．１ｍｍ程度のアルミニウムの板に直径５ｍｍ〜８ｍｍ程度の複数個の丸穴が開いていて且つ丸穴が襟状に曲げられているフィンと、銅またはアルミニウムの管と、を備え、数百枚のフィンを並べて丸穴に管を挿入し、管を押し広げてフィンに密着するようにして構成している。
【００２３】
四方弁５０は、内部に備える弁を用いて、第１経路５１と第２経路５２、もしくは、第３経路５３と第４経路５４の組み合わせを切り替えることが可能な構成にしている。
【００２４】
室外膨張弁５５と室内膨張弁は、主回路２１に対して冷媒が流れる経路の断面積を小さくする、または、閉塞と開放を切り替える等して、部分的に冷媒を流れにくくする構成にしている。
【００２５】
冷媒貯留槽５７は、容器と、主回路２１へ接続するための２つの連通孔と、を備え、連通孔から容器内部の下部まで管が延びており、容器の下部に溜まった液相の冷媒を主回路２１に戻す構成にしている。
【００２６】
室内送風機６２は、ターボファンや、シロッコファンや、クロスフローファンを用いるのが一般的であるが、軸流ファンを用いたものもある。
【００２７】
室外送風機６１は、軸流ファン７０と、ベルマウス８１と電動機８２と、を備える。軸流ファン７０によって発生する空気の流れの上流側から下流側へ向かう方向において、室外熱交換器４１と、電動機８２と、軸流ファン７０と、ベルマウス８１と、をこの順に配置している。軸流ファン７０は電動機８２の回転シャフトに固定している。電動機は室外機２２に固定している。ベルマウス８１は、軸流ファン７０の回転軸に対して周方向に、所定の隙間を有して軸流ファン７０を囲繞する略円筒形の形態であって、回転軸方向に少なくとも部分的に軸流ファン７０と重なるように配置し、室外機２２に固定している。
【００２８】
図２において軸流ファン７０は、羽根７１と、ハブ７２と、を有する。ハブ７２は羽根７１を保持している。羽根７１は、大翼７３と、小翼７４と、を有する。ハブ７２、大翼７３、小翼７４と、はこの順で接続されており、ガラス繊維強化プラスチック等（例えばＡＳ／ＧＦやＰＰ／ＧＦ）の樹脂成型により一体に形成している。羽根７１の回転方向の前方の稜線は回転軸７に対する半径が大きくなるにつれて軸流ファン７０の回転方向の前
方に位置するように形成している。
【００２９】
図３と図４と図５において羽根７１は、内周側の板厚が厚く、外周側の板厚を薄くしている。図３と図５のようにハブ７２の回転軸７の方向の高さの中間位置８０以外では小翼７４は大翼７３との接続部７５において屈曲している。接続部７５においては、大翼７３の半径方向外方の端点が小翼７４と接続している。小翼７４の回転軸７に対する半径方向の長さは、軸流ファン７０の直径の５％程度にしている。
【００３０】
図３と図５のように小翼７４はハブ７２の回転軸７の方向の高さの中間位置８０に向かって凸になるように形成している。小翼７４は、軸流ファン７０の周方向に沿って小翼７４の高さを変化させている。小翼７４は、それぞれ羽根７１の回転方向前方の端部と、回転方向後方の端部で最大になるように形成しており、小翼７４の最大の高さは軸流ファン７０の直径の０．５〜１％にしている。
【００３１】
以上のように構成された冷凍サイクル装置２０および軸流ファン７０について、以下その動作、作用を説明する。
【００３２】
まず、冷凍サイクル装置２０が室外熱交換器４１で放熱するとともに室内熱交換器４２で吸熱する動作を行う場合は、主回路２１において、主回路２１に封入した冷媒が低温低圧の気相の状態で圧縮機３０に吸入され、圧縮機３０によって高温高圧の気相の状態に圧縮される。冷媒は四方弁５０によって流れの方向が選択されて室外熱交換器４１へ流れ、室外熱交換器４１によって放熱して凝縮し、中温中圧の液相の状態となる。冷媒は冷媒貯留槽５７に蓄えられた後に、室内膨張弁５６で冷媒の流れる量が調整されて吐出され、室内熱交換器４２において外気から吸熱して蒸発し、低温低圧の気相の状態に戻り、再び圧縮機３０によって高温高圧の気相の状態に圧縮される。この一連の動作によって、冷媒を介して室内の熱を室外に移動することになるので、エアコンにおける冷房動作となる。
【００３３】
また、冷凍サイクル装置２０が室外熱交換器４１で吸熱するとともに室内熱交換器４２で放熱する動作を行う場合は、主回路２１において、主回路２１に封入された冷媒が低温低圧の気相の状態で圧縮機３０に吸入され、圧縮機３０によって高温高圧の気相の状態に圧縮される。冷媒は四方弁５０によって流れの方向が選択されて室内熱交換器４２へ流れ、室内熱交換器４２によって放熱して、中温中圧の液相の冷媒となる。冷媒は冷媒貯留槽５７に蓄えられた後に、室外膨張弁５５で冷媒の流れる量が調整されて吐出され、室外熱交換器４１において吸熱して蒸発し、低温低圧の気相の状態に戻り、再び圧縮機３０によって高温高圧の気相の状態に圧縮される。この一連の動作によって、冷媒を介して室外の熱を室内に移動することになるので、エアコンにおける暖房動作となる。
【００３４】
なお、室外熱交換器４１で放熱または吸熱する際に、軸流ファン７０を併用することによって、室外機２２の効率向上を図っている。すなわち、軸流ファン７０を併用しない場合は、室外熱交換器４１は熱い空気は鉛直上方または下方に移動するという自然な空気の流れで放熱するので空気の入れ替えが少なく室外機２２の効率が低いのに対して、軸流ファン７０を併用する場合は、室外熱交換器４１は軸流ファン７０によって生じる空気の流れで放熱するので空気の入れ替えが多く室外機２２の効率を向上することができる。
【００３５】
特に、一般的に、軸流ファンは、羽根が遠心力によって半径方向の外方に変形すると同時に、回転軸方向へもハブの回転軸方向の中間位置に近づくように変形するため、設計においては変形することを踏まえて所定の風量を送風する際の回転数において最大効率となるように羽根と回転軸に直行する平面との角度である取付角等を設定している。また、軸流ファンの外周側は周速が早いことから送風する機能に重要であるので効率を向上させるために板厚を薄くし、且つ、回転軸の半径方向の外方に向かうにつれて拡大している。し
かし従来においては、板厚が薄いことと図６に示すところのハブ３の外周面上の回転軸方向の中間点１１と質量要素８とを結ぶ線分１２と半径方向とで成す角度１３が大きいことと、から外周側が変形しやすい。これに対して、本実施形態のように、回転軸８３を通る平面での断面図において凸で、羽根７１の周方向に延在する小翼７４を備えることによって、所定の回転数とは異なる回転数で動作する場合、すなわち回転数の変化により変形量も変化して最大効率にならない場合であっても、変形量の変化を低減できるので高い効率を維持できる。
【００３６】
同様の効果を得る手段として他に、羽根の外周側に補強用のリブ等を追加したり板厚を増加したりする方法が考えられるが、軸流ファンの応力は羽根とハブとの接続部に集中するため補強部は強固になっても羽根が重くなることで遠心力が増大して強度が低下することとなり、強度の低下に対して応力集中部にリブを追加したり厚肉化するという対策をすると樹脂成型時における熱収縮による残留応力の対策で冷却時間を長くする必要があるためコストが高くなる。また金属等による補強の追加や高剛性な材料への変更という方法も考えられるがインサート成型等により手数が増えるためコストが高くなる。本実施形態の軸流ファン７０によれば、強度を保ちコストを抑えつつ多様な回転数で高い効率を維持することを可能とした。
【００３７】
また羽根７１の変形の方向と小翼７４が凸になる方向を一致させた場合には小翼７４は回転軸７を通る平面での断面において両端部の距離が短くなる方向に変形して高さが高くなるので断面二次モーメントが大きくなり、より変形量を低減できる。
【００３８】
また羽根７１の回転方向の前方の稜線７６はハブ７２から外周側に向かうにつれて回転方向の前方に前進しているために外周側で尖っており変形量が大きい。また羽根７１の回転方向の後方の稜線７７は半径方向の中間付近で回転方向の前方に凹む形状になっており、同様に外周側の変形量が大きい。それぞれ変形量が大きい部分は外周側から軸流ファン７０の直径の５％程度であるため、回転軸７に対する半径方向の長さを、軸流ファン７０の直径の５％にした小翼７４を設けることにより過不足なく小翼の幅を決定できる。
【００３９】
また羽根７１は遠心力に起因してハブ７２の回転軸７の方向の高さの中間位置に一致する方向に変形し、中間位置から回転軸方向の外方に向かうほど遠心力に対する張力の角度が大きくなって回転軸方向の成分が大きくなるため、小翼７４を羽根７１の回転方向の前方と、回転方向の後方と、に分けて、且つ、回転方向の前方の端部と後方の端部で小翼７４の高さが最大となり中間位置では高さを有しないように構成することで、気流の乱れや応力集中の原因となりうる段差を設けることなく、荷重の分布に合わせて小翼７４を形成できて変形量を低減できる。
【００４０】
以上のように、本実施の形態においては、複数の羽根７１と、ハブ７２と、を備え、
羽根７１は、ハブ７２によって、回転軸７の周りに等間隔に、且つ、回転軸７と直交する平面に対して所定の角度を有して保持されている軸流ファン７０であって、羽根７１は大翼７３と、小翼７４と、を備え、羽根７１は軸流ファン７０の半径方向の外方に向かってハブ７２と、大翼７３と、小翼７４がこの順に接続して一体に形成しており、回転軸７を通る平面での羽根７１の断面において大翼７３と小翼７４の接続部７５は屈曲しており、小翼７４の形状は、接続部７５から小翼７４の半径方向外方の端点７９にかけて回転軸８３の方向に凸となっており、小翼７４は羽根７１の周方向に延在することを特徴とした軸流ファン７０としている。
【００４１】
例えば、羽根の外周部では板厚が薄く変形量が大きいことに対し、変形量の低減のために、補強用のリブ等を追加すると補強部は強固になっても羽根とハブとの接続部応力が集中する軸流ファンでは羽根が重くなることで遠心力が増大して強度低下を生じる。また、
羽根に金属等で骨格を追加すると異種材料であるため接着面において温度変化や経年劣化により剥がれやがたつきが生じる可能性があり信頼性が低下したり、コストが増加する。これに対して、本実施の形態の軸流ファン７０によれば、ハブ７２と、大翼７３と、小翼７４を一体に備えることで、強度低下や信頼性低下を防止しつつ遠心力に起因する羽根７１の変形量を低減できることとなり、変形量を低減できるので、最大効率が得られる所定の回転数とは異なる回転数であっても最大効率に対する効率の低下を低減できて、多様な回転数において軸流ファン７０の効率を向上することができる。
【００４２】
以上のように、本実施の形態の軸流ファンは、所定の風量を得るための回転数で最大効率になるように設計している。そして従来は異なる回転数で回転させた場合には変形量の変化により最大効率よりも効率が低下していたのに対して、本実施の形態の軸流ファンは断面二次モーメントの高い小翼をハブと大翼に一体に備えているため、最大効率からの効率の低下を低減できるので、多様な回転数において効率を向上することができる。
【００４３】
すなわち、従来の軸流ファン１には、回転軸７の方向への変形が大きいことで以下のような影響がある。まず、軸流ファン１が変形しないと仮定した場合には回転数と風量は正比例の関係にある。しかし実際には軸流ファン１に主に作用する遠心力により軸流ファン１は変形する。例えば回転数を２倍にすると、遠心力は回転数の２乗に比例することから（２００％の２乗）＝４００％となる。樹脂材料の応力―ひずみ特性を表す特性曲線は直線状ではないため厳密には荷重と変形量は正比例しないものの、特性曲線の曲率が小さいことと、軸流ファン１は一般的に最大でも樹脂材料の強度の１０％〜２５％の狭い範囲で動作するように設計されることと、から、荷重と変形量は近似的に正比例するとみなせるので、変形量も約４００％になる。
【００４４】
このように、ある風量よりも多くの風量を得ようとすると、変形により取付角１５が小さくなるので、回転数を風量の増加割合よりも大きくする必要があり、騒音が増大したり強度が不足することがある。そのため要求される静音性や強度が成立する最大回転数で最大効率を得るようにするのが好ましい。
【００４５】
一方で、軸流ファン１は羽根２の取付角１５が小さくなるほど高効率だが高回転になる傾向にある。そのため最大回転数で最大効率を得られるように設計すると、半分の風量を得たい場合は回転数が半分になり、遠心力は回転数の２乗に比例するので（５０％の２乗）＝２５％になり、最大効率を得られる変形した形状から静止時の形状に向かって約７５％も戻ってしまうこと、すなわち取付角１５が大きくなってしまうことで、最大効率に対して効率が低下する。
【００４６】
軸流ファン１は所定の風量を送風できることを前提とするため、それ以外の風量では効率が低下することになる。なお、羽根２に作用する空力は羽根２を通過する流れの速さの２乗に比例することから、周速度の大きい外周側に向かうほど効率への影響が大きいため、外周側の変形量の変化を低減することで効率の低下を効果的に小さくすることができる。
【００４７】
そのため、断面二次モーメントが大きい小翼をハブと大翼に一体に備えることで、最大効率が得られる所定の回転数とは異なる回転数であっても変形量の変化を低減することができ、最大効率に対する効率の低下を低減できるので、多様な回転数において効率を向上することができる。
【００４８】
なお、冷凍サイクル装置２０において、第一の実施の形態に対して以下の構成であっても良い。
【００４９】
圧縮機３０の圧縮形式については、ロータリー式でも良いし、スクロール式やレシプロ式やターボ式でも良い。また圧縮機３０の動力については、圧縮機３０の内部に備えられた電動機でも良いし、圧縮機とは独立した電動機を動力としても良いし、電動機ではなく原動機を動力としても良い。気相の冷媒を圧縮できる機構であれば、その形式や動力は問わない。
【００５０】
なお、室内機２３は、室内の空気を温度調節する代わりに水を温度調節するチラーモジュールであっても良く、単独の筐体という形態を取らずに化学物質の分留設備等に一体に組み込まれていても良い。主回路２１から外部へ熱交換が可能な構成であれば、温度調節する対象や形態は問わない。
【００５１】
なお、室内熱交換器４２は、扁平管を並べた形態の熱交換器であっても、直径の異なる円筒管を同軸に配した熱交換器であっても、容器の内部に管を並べた熱交換器であっても良い。流体間で熱を授受する構成であれば形式は問わない。
【００５２】
なお、室外熱交換器４１は、扁平管を並べた形態の熱交換器であっても良い。軸流ファン７０によって発生する空気の流れを通過させることで熱交換が促進できる構成であれば形式は問わない。
【００５３】
なお、主回路２１に封入する冷媒は相変化を伴わないＣＯ２等であってもよく、冷媒の種類は問わない。
【００５４】
なお、軸流ファン７０の小翼７４を凸にする方向は問わない。小翼７４の凸の方向が羽根７１の変形の方向と反対の場合はそれぞれの方向を一致させた場合に比べて変形しやすくなるものの、小翼７４は単純な板状の翼に比べれば高さを有するため断面二次モーメントが大きく、変形しにくいので、変形量を低減する効果がある。敢えて羽根７１の変形の方向とは反対に凸にする場合として、送風による騒音の低減を図る場合に羽根７１の回転方向の後方の外周側をハブ７２の方向に捩じり下げることが有効であるため、小翼７４が凸になる方向を羽根７１が変形する方向とは反対向きにすることが挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上のように、本発明にかかる軸流ファンは、最大効率となる所定の回転数とは異なる回転数で使用した場合にも効率が高いので、エアコンやチラー等の冷凍サイクル装置の他にも、換気装置や、噴霧装置や、ファンヒーター等の燃焼器の吸気装置や、バイオベンチの気流循環装置等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００５６】
２０    冷凍サイクル装置
２１    主回路
２２    室外機
２３    室内機
３０    圧縮機
４１    室外熱交換器
４２    室内熱交換器
５０    四方弁
５１    第１経路
５２    第２経路
５３    第３経路
５４    第４経路
５５    室外膨張弁
５６    室内膨張弁
５７    冷媒貯留槽
６１    室外送風機
６２    室内送風機
７０    軸流ファン
７１    羽根
７２    ハブ
７３    大翼
７４    小翼
７５    接続部
７６    回転方向の前方の稜線
７７    回転方向の後方の稜線
７９    小翼の半径方向外方の端点
８０    中間位置
８１    ベルマウス
８２    電動機
９１〜９８    流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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