JP2006037800A - 送風機 - Google Patents

Abstract

【課題】 翼構造を改善することによって低騒音化および高効率化が可能な送風機を提供する。
【解決手段】 ボス２の外周面に周方向に間隔を置いて取り付けられた複数枚の翼３を配置した羽根車を備え、前記翼３の後縁は、その径方向中央部が吸い込み側に膨らむように湾曲した突形状部３０を有する。このように構成することにより、気体の吐き出し速度を翼３の径方向に沿って均一化することができ、低騒音化および高効率化が可能となる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えば空調機の室外機などに用いられる送風機に関し、特に、その翼構造に関するものである。

従来の翼構造の改善によって高効率化を実現した送風機としては、例えば特許文献１に示されるように、ハブ（ボス）の外周に複数枚の羽根（翼）を放射状に取り付けてなる羽根車を備えた送風機であって、前記羽根の後縁に沿って所定幅で翼スパン方向へ延びる特定領域を負圧面側へ湾曲させたものがある。

特開２００３−１３８９２号公報（第２０段落〜第３０段落、第１図〜第４図）

しかしながら、翼の後縁に沿って所定幅で負圧面側に湾曲させた場合、湾曲部分で気流の抵抗となり乱れを生じるため、入力増加および騒音増大につながるなどの問題点があった。

本発明は、上記のような従来のものの問題点を解決するためになされたものであり、低騒音化および高効率化が可能な送風機を提供することを目的とするものである。

本発明に係る送風機は、ボスの外周面に周方向に間隔を置いて取り付けられた複数枚の翼を配置した羽根車を備え、前記翼の後縁は、その径方向中央部が吸い込み側に膨らむように湾曲した突形状部を有するものである。

本発明によれば、翼の後縁は、その径方向中央部が吸い込み側に膨らむように湾曲した突形状部を有するので、気体の吐き出し速度を翼の径方向に均一化することができ、低騒音化および高効率化が可能となる。

実施の形態１．
図１〜図９は本発明の実施の形態１による送風機を説明するための図であり、より具体的には、図１は送風機の要部断面図、図２は図１に示した羽根車の正面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線での断面図、図４は図２のＩＶ−ＩＶ線での断面図、図５は図２のＶ−Ｖ線での断面図、図６は図２のＶＩ−ＶＩ線での断面図、図７は羽根車の斜視図、図８は羽根車の側面図、図９は突形状部の長さと静圧効率との関係を示す特性図である。なお、各断面図において、断面を表すハッチングは省略している。

この送風機は、軸流送風機であって、ボス２の外周面に複数枚の翼３，３・・を所定の取付角をもって放射状に取り付けてなる羽根車１を、モータ４によって回転駆動可能とするとともに、羽根車１の外周側には羽根車１を囲繞するようにしてベルマウス５を配置して構成されている。なお、図２では４枚の翼３を有する羽根車１を示しており、図７および図８では３枚の翼３を有する羽根車１を示しているが、翼３の枚数は、３枚あるいは４枚に限定されるものではない。

上記羽根車１の翼３は、図２〜図８に示すように、その前縁３ａが回転方向前方側へ延出した「前進翼」であるとともに、翼弦方向において所定の「反り」をもち、その凹側面を圧力面３ｅ、凸側面を負圧面３ｆとしている。なお、図２および図４〜図６において白抜き矢印は羽根車の回転方向を示し、図１および図３〜図６において破線矢印は風（流体）の流れる方向を示している。

そして、この翼３が最も特徴とする点は、前記翼３の後縁３ｂは、その径方向中央部が吸い込み側に膨らむように湾曲した突形状部を有する点である。より詳細には、後縁３ｂの突形状部３０は、その径方向中央部が吸い込み側に膨らみかつ径方向両端部側、すなわちボス側端部３ｃおよびチップ（外周側端部）３ｄ側へとなだらかに傾斜するように湾曲している。

一般的な軸流送風機の翼３の吐き出し側における軸方向流速の分布は、以下で詳述するように、径方向に、ボス２側から中央部に向かうにつれ増加し、中央部からチップ３ｄ側に向かうにつれ減少する。
すなわち、翼３のボス２側では、遠心力により流れがチップ３ｄ側に向かうことによりボス２側の流量が減少し、軸方向流速が減少する。このように流速が減少することにより効率が低下するという問題がある。さらに流量不足に起因する翼面剥離流れが生じ、乱れによる効率の低下および騒音の増大が生じるという問題がある。

また、翼３の径方向中央部においては、流量が集中するため流速が増加する。羽根車１の騒音は主に流速の６乗に比例して増加するため、流速の増加に伴い騒音が増加するという問題がある。さらに、翼３の径方向中央部付近において、翼３の回転方向の成分が大きく、吐き出し動圧による入力損失が問題となる。

また、翼３のチップ３ｄ側においては、翼３の吸い込み側と吐き出し側とに生じる圧力差により翼３とケーシング（ベルマウス５）間の隙間であるチップクリアランスから生じる漏れ流れや、翼３の前縁３ａから発達した翼端渦により、流量が減少する。その結果、流量不足に起因する翼面剥離流れが生じ、乱れによる騒音の増大が生じる。さらに、流速が減少するので効率が低下する。翼３の周速が速く仕事効率が高い翼３の外周部で流速が減少すると、効率は大きく低下することになる。

以上説明したように、吐き出し側において翼３の径方向に流速の分布が生じ、ボス２側とチップ３ｄ側とでは遅い流れ、中央部では速い流れとなる結果、流速の分布に起因した効率の低下および騒音の増大が生じる。

これに対して本実施の形態では、翼３の後縁３ｂは、その径方向中央部が吸い込み側に膨らむように湾曲した突形状部を有することにより、上述の翼３の径方向中央部に集中する流れが図３に矢印で示すように突形状部３０の傾斜に沿って流れ、突形状部３０でボス２側と外周側とに分流される。

翼後縁３ｂのボス２側においては、翼３の径方向中央部に集中する流れが突形状部３０の傾斜に沿って流れ、ボス２側に流入するため、流量不足に起因した剥離領域が減少する。流量が増加することにより効率が増加し、しかも剥離によって生じた乱れによる騒音が低減され、羽根車１の高効率化および低騒音化が可能となる。

翼後縁３ｂの径方向中央部においては、吸い込み側に膨らむように湾曲していることから、翼３が流れに対し回転方向の速度成分を与えることが少なく、軸方向に流れるため、吐き出し動圧による損失を低下させ効率を上昇させることが可能となる。さらに、翼３中央部に集中する流れが突形状部３０の傾斜に沿って流れ、ボス２側と外周側とに供給されるため、翼３中央部における流量が減少することになり、翼３の最大流速が低下することで騒音が低減する。

翼後縁３ｂのチップ３ｄ側においては、翼３の径方向中央部に集中する流れが突形状部３０の傾斜に沿って流れ、翼３チップ３ｄ側に流入するため、流量不足に起因した剥離領域が減少する。流量が増加することにより翼３チップ３ｄ側での効率が増加し、しかも剥離によって生じた乱れによる騒音が低減され、羽根車１の高効率化および低騒音化が可能となる。さらに、翼３チップ３ｄ側においては、翼３の周速が速いため、翼３が流体に対し回転方向の速度成分を与えるため不均一であった速度分布が均一化され、翼３の径方向にバランスよく仕事をさせることが可能となり、翼３の効率が増加する。さらに、チップ３ｄ側では仕事量が大きいので、圧力上昇量が大きく、翼３の静圧上昇による効率の増加が可能となる。

以上説明したように、本実施の形態では、翼３の後縁３ｂは、その径方向中央部が吸い込み側に膨らむように湾曲した突形状部を有しているため、翼３の径方向中央部に集中する流れが突形状部３０の傾斜に沿って流れ、ボス２側およびチップ３ｄ側に流入するので、翼３の径方向ボス２側、中央部およびチップ３ｄ側の上記各領域において吐き出し流れの流量が均一化される。したがって、翼３がその径方向に均一に仕事をすることが可能となるので、翼３の効率損失となっている領域が減少し、翼３の総合的な効率を増加させることが可能となる。
加えて、翼３の吐き出し流速が均一化するため、最大流速が低減し、流速の６乗に依存する羽根車１の騒音が低減する。

なお、突形状部３０の領域が狭いと、すなわち翼３の径方向の長さ（図３にＬで示す。）に対する突形状部３０の径方向の長さ（図３にＭで示す。）が短いと、流れを分流する領域が減少し、翼３のボス２側およびチップ３ｄ側における剥離領域の減少量が少なくなり、剥離による損失を低減させることができなくなる。このように、突形状部３０の径方向の長さが短いと剥離領域の減少が少なく効率改善量が低下する。
逆に、突形状部３０の領域が広いと、すなわち翼３の径方向の長さＬに対する突形状部３０の径方向の長さＭが長いと、流れを分流する領域が増加し、分流した流れが流入する領域が減少するため、翼３のボス２側およびチップ３ｄ側に流入する流量が増加することで、吐き出し流速の最大速さが増加し、騒音が増加する。

図９は、突形状部の径方向の長さの翼の径方向の長さに対する割合（Ｍ／Ｌ）と静圧効率との関係を示す特性図である。なお、図９では、突形状部の径方向長さは翼の径方向の長さに対する割合Ｍ／Ｌで示しており、静圧効率は突形状部を設けない場合の静圧効率に対する割合で示している。また、図９は羽根車１とベルマウス５の他に風の流れを阻害するものが無い場合の特性を示しており、シミュレーション結果である。

ベルマウス５やケーシングの有無あるいは形状の違い、さらには風路形状の違い等により、翼３のボス２側およびチップ３ｄ側における剥離領域は多少異なるが、図９より、突形状部３０の径方向の長さは、翼３の径方向の長さの２０％から９０％までの範囲（０．２Ｌ≦Ｍ≦０．９Ｌ）、より望ましくは、４０％から８０％までの範囲（０．４Ｌ≦Ｍ≦０．８Ｌ）にすると、効率的に吐き出し流れを制御して気体の吐き出し速度を翼の径方向に均一化することができ、より確実な低騒音化および高効率化が可能となることが分かる。

実施の形態２．
図１０および図１１は本発明の実施の形態２による送風機の要部断面図を示し、実施の形態１の図３に相当する図である。
上記実施の形態では、突形状部３０の頂点３０ａが翼３の後縁３ｂの径方向中点の辺りにある場合を示したが、本実施の形態では、径方向中点からボス２側またはチップ３ｄ側に外れた位置にある。他の構成は実施の形態１と同様であるので、以下では主に実施の形態１との相違点について説明する。

図１０は突形状部３０の頂点３０ａをボス２側に移動させた場合を示している。このように、後縁３ｂの突形状部３０の頂点３０ａをボス２側に移動させると、翼３の径方向中央部に集中する流れが突形状部３０の傾斜に沿って流れる際に分流する流量が、ボス２側では少なく、チップ３ｄ側では多くなる。
翼３のチップ３ｄ側において流量不足による大規模な剥離が生じている場合、流量が増加することにより、翼３のチップ３ｄ側での効率が増加すると共に剥離によって生じた乱れによる騒音が低減され、羽根車１の高効率化および低騒音化が可能となる。さらに、翼３のチップ３ｄ側においては、翼３の周速が速いため、翼３が流体に対し旋回成分を与える仕事量が大きいので、圧力上昇量が大きく、羽根車１の静圧上昇による効率の増加が可能となる。

図１１は突形状部３０の頂点３０ａをチップ３ｄ側に移動させた場合を示している。このように、後縁３ｂの突形状部３０の頂点３０ａをチップ３ｄ側に移動させると、翼３の径方向中央部に集中する流れが突形状部３０の傾斜に沿って流れる際に分流する流量が、ボス２側では多く、チップ３ｄ側では少なくなる。
翼３のボス２側において流量不足による大規模な剥離が生じている場合、流量が増加することにより、翼３のチップ３ｄ側での効率が増加すると共に剥離によって生じた乱れによる騒音が低減され、羽根車１の高効率化および低騒音化が可能となる。

このように、突形状部３０の形状により翼３のボス２側へ流す流量とチップ３ｄ側に流す流量との割合を制御することが可能となり、翼３の半径方向の仕事分布を制御することが可能となる。
したがって、羽根車１の実装形態により、流体の吸い込み分布が翼３の径方向に不均一である場合には、突形状部３０の頂点３０ａ位置を流れに対応する形で、ボス２側あるいはチップ３ｄ側に移動させることで、つまり羽根車１の特性によりボス２側の流量を増加させるのであれば、突形状部３０の頂点３０ａ位置をチップ３ｄ側に移動させ、チップ３ｄ側の流量を増加させるためには、突形状部３０の頂点３０ａ位置をボス２側に移動させることで、羽根車１の吐き出し流量分布を均一化することが可能となり、羽根車１の高効率化および低騒音化が可能となる。

このように、突形状部３０の頂点３０ａ位置をボス２側に移動させるとチップ３ｄ側に流れが誘引され、突形状部３０の頂点３０ａ位置をチップ３ｄ側に移動させるとボス２側に流れが誘引されるため、羽根車１の吐き出し流れを制御することが可能となる。したがって、吐き出し側に障害がある製品実装状態における風路においても、突形状部３０の頂点３０ａ位置を流れに対応する形で、ボス２側あるいはチップ３ｄ側に移動させることで吐き出し流れと風路との干渉を最小限に抑えることが可能となり、風路をも含めて送風機として高効率化することが可能となる。

なお、図１０および図１１では、突形状部３０を設ける位置は変更することなく実施の形態１と同様で、突形状部３０の頂点３０ａの位置を変更した場合、すなわち突形状部３０の形状が頂点３０ａを境としてボス２側と外周側とで線対称でない場合を示したが、図１２および図１３に示すように、突形状部３０の形状は変更することなく頂点３０ａを境としてボス２側と外周側とで線対称とし、突形状部３０を設ける位置を変更してもよく、この場合にも突形状部３０の頂点３０ａを径方向中点からボス２側またはチップ３ｄ側に外れた位置とすることができるので、同様の効果が得られる。

なお、本実施の形態においても、実施の形態１の場合と同様に、突形状部３０の径方向の長さを、翼３の径方向の長さの２０％から９０％までの範囲、より望ましくは、４０％から８０％までの範囲にすると、効率的に吐き出し流れを制御して気体の吐き出し速度を翼の径方向に均一化することができ、より確実な低騒音化および高効率化が可能となる。

実施の形態１による送風機の要部断面図である。 図１に示した羽根車の正面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線での断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線での断面図である。 図２のＶ−Ｖ線での断面図である。 図２のＶＩ−ＶＩ線での断面図である。 実施の形態１に係り羽根車の斜視図である。 実施の形態１に係り羽根車の側面図である。 実施の形態１による送風機の突形状部の長さと静圧効率との関係を示す特性図である。 実施の形態２による送風機の要部断面図である。 実施の形態２による送風機の別の構成例を示す要部断面図である。 実施の形態２による送風機の別の構成例を示す要部断面図である。 実施の形態２による送風機の別の構成例を示す要部断面図である。

符号の説明

１ 羽根車、２ ボス、３ 翼、３ａ 前縁、３ｂ 後縁、３ｃ ボス側端部、３ｄ 外周側端部（チップ）、３０ 突形状部、３０ａ 突形状部の頂点、４ モータ、５ ベルマウス。

Claims (3)

1. ボスの外周面に周方向に間隔を置いて取り付けられた複数枚の翼を配置した羽根車を備え、前記翼の後縁は、その径方向中央部が吸い込み側に膨らむように湾曲した突形状部を有することを特徴とする送風機。
2. 突形状部の径方向の長さは、翼の径方向の長さの２０％から９０％までの範囲であることを特徴とする請求項１記載の送風機。
3. 突形状部の径方向の長さは、翼の径方向の長さの４０％から８０％までの範囲であることを特徴とする請求項１記載の送風機。
   

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