JP2006200368A - プロペラファンおよびそれを用いた空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、プロペラファンのファン効率向上を主観点として、そのプロペラファンの構成によって、ファン効率を向上させることを目的としたものである。
【解決手段】円筒状のハブ５に、１枚のみからなる翼１ａを設け、翼１ａのチップ部４の弦長が、翼１ａのハブ部５の弦長より長く、翼１ａの前縁２は螺旋曲線にて構成し、１枚からなる翼１ａの軸対称位置にハブ５内部側に、翼１ａとの動バランスのとれたバランサー６を配置したプロペラファン１を提供してなるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機などに用いられるプロペラファンに関するもので、特に、プロペラファンの静圧効率の向上と低騒音化に関わる構成に関するものである。

翼枚数の最も少ない２枚からなる送風機羽根車は、特許文献１に記載されている。図１１及び図１２は、特許文献１に記載された従来のプロペラファンの構成を示すものである。

図１１及び図１２において、送風機羽根車２０は、ハブ２２に２枚からなる翼２１の半径方向長さＢと翼２１の自乗平均半径位置での翼弦長Ｌの比であるアスペクト比Ｂ／Ｌ≦１にて設定して、当然、翼同士のピッチが広い為に、それぞれの翼が、翼端渦の影響を受けないので、各翼が向かえる流入空気の乱れが少ないので、羽根車として流れが円滑になり、翼の剥離や失速などの不安定現象がなくなり、低騒音化と静圧の向上を図れると言うものである。
特開２００１−９０６９３号公報

しかしながら、上記従来の構成では、アスペクト比Ｂ／Ｌ≦１と、翼弦長が短くても、翼枚数が２枚から構成されているので、翼２１の空力仕事に比較して、全体としての翼面積の投入量が多く、その結果として流体摩擦分が多い。そのために、ファン効率である静圧効率の向上には明確な理論限界があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ファン効率を向上させたプロペラファンを提供することを目的とする。

上記課題を解決する為に本発明は、円筒状のハブに、１枚のみからなる翼を設け、翼のチップ部の弦長が、翼のハブ部の弦長より長く、翼の前縁は螺旋曲線にて構成し、１枚からなる翼の軸対称位置にハブ内部側に、翼との動バランスのとれたバランサーを配置したプロペラファンを提供してなるものである。

上記構成によって、翼枚数が１枚からなるので、全体としての翼面積の投入量が、非常に少なくて翼による流体摩擦が非常に低くて、静圧効率が高いものである。更に、ハブ内部に、翼と軸対称位置に動バランスのとれるバランサーを配置しているので、翼１枚からなるプロペラファンの回転は、動バランスが取れて非常に円滑なので、翼１枚でも、充分な空力仕事をなし得る。即ち、その結果、プロペラファンとしての静圧効率が従来になく、高いものである。また、前縁が螺旋曲線で構成されているので、空気を斜めにタイミングをずらして前縁が進んでいくので、低騒音でもある。

本発明のプロペラファンは、円筒状のハブに、１枚のみからなる翼を設け、翼のチップ部の弦長が、翼のハブ部の弦長より長く、翼の前縁は螺旋曲線にて構成し、１枚からなる翼の軸対称位置にハブ内部側に、翼との動バランスのとれたバランサーを配置したプロペラファンを提供してなるものである。

この構成によって、翼枚数が１枚からなるので、全体としての翼面積の投入量が、非常に少なくて翼による流体摩擦が非常に低くて、静圧効率が高いものである。更に、ハブ内部に、翼と軸対称位置に動バランスのとれるバランサーを配置しているので、翼１枚からなるプロペラファンの回転は、動バランスが取れて非常に円滑なので、翼１枚でも、充分な空力仕事をなし得る。即ち、その結果、プロペラファンとしての静圧効率が従来になく、高いものである。また、前縁が螺旋曲線で構成されているので、空気を斜めにタイミングをずらして前縁が進んでいくので、低騒音でもある。

第一の本発明は、円筒状のハブに、１枚のみからなる翼を設け、翼のチップ部の弦長が、翼のハブ部の弦長より長く、翼の前縁は螺旋曲線にて構成し、１枚からなる翼の軸対称位置にハブ内部側に、翼との動バランスのとれたバランサーを配置したプロペラファンを提供してなるものである。

上記構成によって、翼枚数が１枚からなるので、全体としての翼面積の投入量が、非常に少なくて翼による流体摩擦が非常に低くて、静圧効率が高いものである。更に、ハブ内部に、翼と軸対称位置に動バランスのとれるバランサーを配置しているので、翼１枚からなるプロペラファンの回転は、動バランスが取れて非常に円滑なので、翼１枚でも、充分な空力仕事をなし得る。即ち、その結果、プロペラファンとしての静圧効率が従来になく、高いものである。また、前縁が螺旋曲線で構成されているので、空気を斜めにタイミングをずらして前縁が進んでいくので、低騒音でもある。

第二の本発明は、１枚からなる翼の回転方向の断面形状を、厚さ一定の薄翼にて構成したプロペラファンを提供するものである。

上記構成によって、翼枚数が１枚であり、且つ、翼が厚さ一定の薄翼にて構成されているので、静圧効率が高いのみならず、プロペラファンのコストも従来になく、安く製作できるものである。

第三の本発明は、１枚からなる翼の回転方向の断面形状を、前縁が丸みをもち、後縁が尖った形をした、翼厚みのある翼形にて構成したプロペラファンを提供するものである。

上記構成によって、翼枚数が１枚であるので、静圧効率が高いのは同様であるが、前縁が丸みをもち、後縁が尖った形をした、翼厚みのある翼形にて翼を構成しているので、翼形にて構成されたプロペラファンは、翼負圧面上の流れの剥離が大きく低減できるので、風量あたりの騒音を低減できる。即ち、ファン効率の向上と低騒音化を両立できるものである。

第四の本発明は、１枚からなる翼の半径方法長さＢと、翼の自乗平均半径位置での翼弦長Ｌとの比であるアスペクト比Ｂ／Ｌ≦１．１にて構成したプロペラファンを提供するものである。

上記構成によって、翼枚数が１枚であるので、静圧効率が高いのは同様であるが、アスペクト比が１．１以内にして翼弦長が適正に短いので、充分な空力仕事を発揮する上に、全体としての翼面積の投入量が適正に限界まで少ないので、非常に静圧効率が高い。そして、製作コストも更に、安くなる。また、実験的にも、アスペクト比Ｂ／Ｌ≦１．１では、４１ｄＢ当たりの風量が充分に多いが、１．１以上では、風量が極端に低下することが判明している。アスペクト比Ｂ／Ｌ≦１．１という、翼面積の適正投入量が、十分に流体摩擦を低減できるので、この理由によって低騒音化をも両立させるものである。

第五の本発明は、円筒状のハブに、１枚のみからなる翼を設け、翼のチップ部の弦長が、翼のハブ部の弦長より長く、翼の前縁は前傾した直線にて構成し、小さな３角状の翼の１辺を前縁に重ね合わせて、翼の半径は同一となるように構成し、１枚からなる翼の軸対称位置にハブ内部側に、翼との動バランスのとれたバランサーを配置したプロペラファンを提供するものである。

上記構成によって、翼枚数が１枚からなるので、全体としての翼面積の投入量が、非常に少なくて翼による流体摩擦が非常に低くて、静圧効率が高いものである。更に、ハブ内部に、翼と軸対称位置に動バランスのとれるバランサーを配置しているので、翼１枚からなるプロペラファンの回転は、動バランスが取れて非常に円滑なので、翼１枚でも、充分な空力仕事をなし得る。即ち、その結果、プロペラファンとしての静圧効率が従来になく、高いものである。また、前縁は前傾した直線にて構成し、小さな３角状の翼の１辺を前縁に重ね合わせて、翼の半径は同一となるように構成している。３角状の翼の頂点が、翼端渦の発生点であり、前縁は前傾した直線にて構成しているので、空気をタイミングをずらして切っていく事になるので、低騒音である。この翼端渦から音響４極子音を発生し、騒音と密接な関係にある。このように３角状の翼とその頂点が、翼端渦の生成と翼負圧面の途中から剥離する状況をあえて積極的に規定するので、低騒音化を実現する事ができる。以上のように、従来にない高い静圧効率と、そして低騒音化を実現する事ができる。

第六の本発明は、第１〜第５の発明のいずれかの１項に記載のプロペラファンを、熱交換促進用のファンとして用い、熱交換器、圧縮機などを有する室外機側に設けた空気調和機を提供するものである。

上記の構成によって、ファン効率が高いので、ファンモータ入力を低減できて、空気調和機としてのエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を高める事が出来る。また、空気調和機の低騒音と低コストを実現できるものである。

（実施の形態１）
本発明の第一の実施の形態を、図１、図２、図９を用いて説明する。

図１は、本発明の第一の実施の形態におけるプロペラファンの子午面図である。図２は、本発明の第一の実施の形態におけるプロペラファンの平面図である。図９は、本発明の第一の実施の形態におけるプロペラファンの動作状態を示す作動状態図である。

図１及び図２において、円筒状のハブ５に、１枚のみからなる翼１ａを設け、翼１ａのチップ部４の弦長が、翼１ａのハブ部５の弦長より長く、翼１ａの前縁２は螺旋曲線にて構成し、１枚からなる翼１ａの軸対称位置にハブ５内部側に、翼１ａとの動バランスのとれたバランサー６を配置したプロペラファン１を提供してなるものである。３が後縁である。

図９において、プロペラファン１の動作状況を説明する。オリフィス１２内に、プロペラファン１を収納し、ファンモータ１１によって、プロペラファン１を回転させる事により、送風作用を実現するものである。

以上の様に構成されたプロペラファン１について、以下にその動作と作用を説明する。翼枚数が１枚からなるので、全体としての翼面積の投入量が、非常に少なくて翼１ａによる流体摩擦が非常に低くて、静圧効率が高いものである。更に、ハブ５内部に、翼１ａと軸対称位置に動バランスのとれるバランサー６を配置しているので、翼１枚からなるプロペラファン１の回転は、動バランスが取れて非常に円滑なので、翼１枚でも、充分な空力仕事をなし得る。即ち、その結果、プロペラファン１としての静圧効率が従来になく、高いものである。また、前縁２が螺旋曲線で構成されているので、空気を斜めにタイミングをずらして前縁２が進んでいくので、低騒音でもある。その結果、ファンモータ１１の入力を、大幅に低減できる。

（実施の形態２）
本発明の第二の実施の形態を、図３を用いて説明する。

図３は、図１のプロペラファン１の翼１ａの自乗半径位置Ａ−Ａで切断し、展開した薄翼８の断面展開図である。

図３において、図１の１枚からなる翼１ａの自乗半径位置Ａ−Ａで切断し、展開した薄翼８の断面形状を、厚さ一定の薄翼８にて構成したプロペラファン１を構成するものである。７ａが負圧面であり、７ｂが圧力面である。

以上の様に構成されたプロペラファン１について、以下にその動作と作用を説明する。翼枚数が１枚であり、且つ、翼１ａが厚さ一定の薄翼８にて構成されているので、静圧効率が高いのみならず、プロペラファン８のコストも従来になく、安く製作できるものである。

（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態を、図４を用いて説明する。

図４は、図１のプロペラファン１の翼１ａの自乗半径位置Ａ−Ａで切断し、展開した厚翼９の断面展開図である。

図４において、図１の１枚からなる翼１ａの自乗半径位置Ａ−Ａで切断し、展開した厚翼９の断面形状を、前縁２が丸みをもち、後縁３が尖った形をした、翼厚みのある翼形にて構成したプロペラファン１を提供するものである。７ａが負圧面であり、７ｂが圧力面である。

以上の様に構成されたプロペラファン１について、以下にその動作と作用を説明する。翼枚数が１枚であるので、静圧効率が高いのは同様であるが、前縁２が丸みをもち、後縁３が尖った形をした、翼厚みのある翼形にて翼１ａを構成しているので、翼形にて構成されたプロペラファン１は、翼負圧面７ａ上の流れの剥離が大きく低減できるので、風量あたりの騒音を低減できる。即ち、ファン効率の向上と低騒音化を両立できるものである。

（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態を、図５、図６、図７を用いて説明する。

図５は、本発明の第４の実施の形態におけるプロペラファン１の子午面図である。図６は、図１の翼１ａを自乗半径位置で切断し展開した断面図である。図７は、空気調和機室外機にて、本発明のプロペラファン１を回転させた時の４１ｄＢ当たりの風量の特性図である。

図５及び図６において、１枚からなる翼１ａの半径方法長さＢと、翼１ａの自乗平均半径位置での翼弦長Ｌとの比であるアスペクト比Ｂ／Ｌ≦１．１にて構成したプロペラファン１を提供するものである。

以上の様に構成されたプロペラファン１について、以下にその動作と作用を説明する。翼枚数が１枚であるので、静圧効率が高いのは同様であるが、アスペクト比が１．１以内にして翼弦長Ｌが適正に短いので、充分な空力仕事を発揮する上に、全体としての翼面積の投入量が適正に限界まで少ないので、非常に静圧効率が高い。そして、製作コストも更に、安くなる。また、図７に開示したように、実験的にも、アスペクト比Ｂ／Ｌ≦１．１では、４１ｄＢ当たりの風量が充分に多いが、１．１以上では、風量が極端に低下することが判明している。アスペクト比Ｂ／Ｌ≦１．１という、翼面積の適正投入量が、十分に流体摩擦を低減できるので、この理由によって低騒音化をも両立させるものである。

（実施の形態５）
本発明の第五の実施の形態を、図８を用いて説明する。

図８は、本発明の第五の実施の形態におけるプロペラファン１の平面図である。

図８において、円筒状のハブ５に、１枚のみからなる翼１ａを設け、翼１ａのチップ部４の弦長が、翼１ａのハブ部５の弦長より長く、翼１ａの前縁２ａは前傾した直線にて構成し、小さな３角状の翼１０の１辺を前縁２に重ね合わせて、翼１ａの半径は同一となるように構成し、１枚からなる翼１ａの軸対称位置にハブ５内部側に、翼との動バランスのとれたバランサー６を配置したプロペラファン１を提供するものである。

以上の様に構成されたプロペラファン１について、以下にその動作と作用を説明する。翼枚数が１枚からなるので、全体としての翼面積の投入量が、非常に少なくて翼１ａによる流体摩擦が非常に低くて、静圧効率が高いものである。更に、ハブ５内部に、翼と軸対称位置に動バランスのとれるバランサー６を配置しているので、翼１枚からなるプロペラファン１の回転は、動バランスが取れて非常に円滑なので、翼１枚でも、充分な空力仕事をなし得る。即ち、その結果、プロペラファン１としての静圧効率が従来になく、高いものである。また、前縁２ａは前傾した直線にて構成し、小さな３角状の翼１０の１辺を前縁２ａに重ね合わせて、翼１ａの半径は同一となるように構成している。３角状の翼１０の頂点が、翼端渦の発生点であり、前縁２ａは前傾した直線にて構成しているので、空気をタイミングをずらして切っていく事になるので、低騒音である。この翼端渦から音響４極子音を発生し、騒音と密接な関係にある。このように３角状の翼１０とその頂点が、翼端渦の生成と翼負圧面７ａの途中から剥離する状況をあえて積極的に規定するので、低騒音化を実現する事ができる。以上のように、従来にない高い静圧効率と、そして低騒音化を実現する事ができる。

（実施の形態６）
本発明の第６の実施の形態を、図１０を用いて説明する。

図１０は、第６の実施の形態におけるセパレート型空気調和機の室外機１７の横断面図である。

図１０において、第１〜第５の本発明の実施の形態のいずれか１つのプロペラファン１を、熱交換促進用のファンとして用い、熱交換器１２、圧縮機１５などを有する空気調和機の室外機１７を提供するものである。１１が、ファンモータであり、１３が外箱であり、１４が前面グリルであり、１６がオリフィスである。

以上の様に構成された空気講和機の室外機１７について、その動作と作用を説明する。ファンモータ１１によって、プロペラファン１が回転されて、熱交換器１７にて熱交換する。

プロペラファン１は、ファン効率が非常に高いので、ファンモータ入力を低減できて、空気調和機としてのエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を高める事が出来る。また、空気調和機の低騒音と低コストを実現できるものである。

以上の様に、本発明にかかるプロペラファンは、翼枚数が１枚からなるので、全体としての翼面積の投入量が、非常に少なくて翼による流体摩擦が非常に低くて、静圧効率が高いものである。更に、ハブ内部に、翼と軸対称位置に動バランスのとれるバランサーを配置しているので、翼１枚からなるプロペラファンの回転は、動バランスが取れて非常に円滑なので、翼１枚でも、充分な空力仕事をなし得る。即ち、その結果、プロペラファンとしての静圧効率が従来になく、高いものである。また、前縁が螺旋曲線で構成されているので、空気を斜めにタイミングをずらして前縁が進んでいくので、低騒音でもある。従って、本発明のプロペラファンは、ファンを用いる工業製品である空気調和機や換気扇、扇風機にも展開が可能である。

本発明の実施の形態１におけるプロペラファンの子午面図 本発明の実施の形態１におけるプロペラファンの平面図 本発明の実施の形態２におけるプロペラファンの自乗平均半径位置にて切断し展開した断面展開図 本発明の実施の形態３におけるプロペラファンの自乗平均半径位置にて切断し展開した断面展開図 本発明の実施の形態４におけるプロペラファンの子午面図 本発明の実施の形態４におけるプロペラファンの自乗平均半径位置にて切断し展開した断面展開図 本発明の実施の形態４におけるセパレート型空気調和機の室外機での騒音４１ｄＢ当たりの風量変化特性図 本発明の実施の形態５におけるプロペラファンの平面図 本発明の実施の形態１におけるプロペラファンの動作状態の模式図 本発明の実施の形態６における空気調和機の室外機を示す横断面図 従来のプロペラファンの子午面図 従来のプロペラファンの平面図

符号の説明

１ プロペラファン
２ 前縁
３ 後縁
４ チップ
５ ハブ
６ バランサー
７ａ 負圧面
７ｂ 圧力面
８ 薄翼
９ 厚翼
１０ ３角状の翼
１１ ファンモータ
１２ オリフィス
１３ 外箱
１４ 前面グリル
１５ 圧縮機
１６ 空気調和機用オリフィス
１７ 空気調和機の室外機

Claims (6)

1. 円筒状のハブに、１枚のみからなる翼を設け、前記翼のチップ部の弦長が、前記翼のハブ部の弦長より長く、前記翼の前縁は螺旋曲線にて構成し、１枚からなる前記翼の軸対称位置に前記ハブ内部側に、前記翼との動バランスのとれたバランサーを配置したプロペラファン。
2. １枚からなる翼の回転方向の断面形状を、厚さ一定の薄翼にて構成した請求項１記載のプロペラファン。
3. １枚からなる翼の回転方向の断面形状を、前縁が丸みをもち、後縁が尖った形をした、翼厚みのある翼形にて構成した請求項１記載のプロペラファン。
4. １枚からなる翼の半径方法長さＢと、前記翼の自乗平均半径位置での翼弦長Ｌとの比であるアスペクト比Ｂ／Ｌ≦１．１にて構成した請求項１記載のプロペラファン。
5. 円筒状のハブに、１枚のみからなる翼を設け、前記翼のチップ部の弦長が、前記翼のハブ部の弦長より長く、前記翼の前縁は前傾した直線にて構成し、小さな３角状の翼の１辺を前記前縁に重ね合わせて、前記翼の半径は同一となるように構成し、１枚からなる前記翼の軸対称位置に前記ハブ内部側に、前記翼との動バランスのとれたバランサーを配置したプロペラファン。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のプロペラファンを、熱交換促進用のファンとして用い、熱交換器、圧縮機などを有する室外機側に設けた空気調和機。

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