JP2006233886A - プロペラファン - Google Patents

Abstract

【課題】 風量―静圧特性を低下させることなく、翼端渦とベルマウスとの干渉や隣接翼間の干渉を抑制し、騒音を低減できるプロペラファンを得る。
【解決手段】 翼外周部において翼形状が圧力面側から負圧面側に反り返る形状とし、かつ反り返りを前縁付近と後縁付近との間で大きく、後縁付近で小さくなるように構成したので、プロペラファンの風量−静圧特性を低下させずに、翼端渦を安定したものとして、外周縁よりも内側に保持して、翼端渦とベルマウス、また隣接翼との干渉を抑制する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、プロペラファンの翼形状に関するものである。

プロペラファンは一般に例えば空気調和機の室外機の送風機として業務用から家庭用まで幅広く使われている。空気調和機の低騒音化、省エネルギー化が求められる中、搭載されるプロペラファンの低騒音化、省エネルギー化の要望が高まっている。
プロペラファンは翼の外周側で下流側の一部がベルマウスで囲まれた構成をしており、翼は外周側の外周縁、回転方向前方側の前縁、回転方向後方側の後縁の３つの縁とハブとの接続縁からなり、翼全体を接続縁から外周縁にかけて回転方向へ前進させた前進翼形状が一般的である（例えば、特許文献１参照。）。

翼が回転すると、翼の圧力面の圧力が高く負圧面の圧力が低くなるために、翼の外周縁において圧力面側から負圧面側へ外周縁を回り込むように流れ込む漏れ流れが生じ、この漏れ流れに起因した翼端渦と呼ばれるたて渦が生成される。現在現象は十分に解明されてはいないが、翼端渦がプロペラファンの低騒音化には不可欠であることは周知である。一方、翼端渦はベルマウスと干渉したり、翼の負圧面から離脱して隣接する翼と干渉したりするなどして気流を乱し送風性能を低下させる要因ともなる。
そこで、翼端渦とベルマウスや隣接する翼との干渉を低減させる目的で翼の外周縁の形状を工夫しているものもある（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照。）。

特公平２−２０００号公報（第６頁、第２図） 特開２００３−１８４７９２号公報（第７頁、第１２図） 特許第２６４４９５７号公報（第２頁、図３、図４） 特開平７−１１９６９６号公報（第３頁、図４）

従来のプロペラファンで、翼の外周縁で反り返りのない構成のものは、外周縁で発生した翼端渦がベルマウスと干渉して騒音が増加したり、翼の負圧面から離脱して隣接する翼と干渉したりするなどして気流を乱すことで騒音が増加し、さらには送風性能の低下を招くことがあるという問題があった。また、翼端渦がベルマウスや隣接する翼と干渉して崩壊し、翼間の流れをせき止めるなどして、送風性能を低下させるなどの問題があった。

また翼端渦とベルマウスや隣接翼との干渉を抑制するために工夫されたファン形状のものは、後縁近くの翼外周部を上流側へ反り返らせる、また後退させるなど、プロペラファンの風量−静圧特性の低下を伴なう構成となっている。このため、翼端渦を安定させることで騒音低減や送風性能低下の抑制を図っているとしても、その効果を充分に得ることができないなどの問題があった。

またベルマウス（オリフィス）に囲まれていないベルマウス吸込み近傍の断面形状のみで、外周部の翼形状を反回転方向に後退させるファン形状のものでは、ベルマウスに囲まれる部分では外周縁で反り返りのない構成の翼と同様であり、翼端渦とベルマウスとの干渉を抑制する効果は十分に得られない。さらに、ベルマウス上流近傍のみの翼形状を急激に変化させることになるために、流れの乱れが大きくなったり、翼端渦が翼から離脱するので、より騒音を大きくする。また流れの乱れが風量―静圧特性を低下させるなどの問題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、風量―静圧特性を低下させることなく、騒音を低減できるプロペラファンを得るものである。

この発明に係るプロペラファンは、回転軸と連結するハブと、前記ハブの周囲に設けた複数の翼と、前記翼の後縁側で前記翼の外周縁を覆うベルマウスと、を備え、前記回転軸を含む任意の平面での前記翼の断面の中心線を、前記回転軸を含む平面に回転投影した投影線を翼断面中心投影線とし、翼断面中心投影線が前記翼の外周部において圧力面側から負圧面側に反り返る形状の反り返りを設け、かつ前記反り返りを前記翼の前縁部および後縁部では小さく、その間で大きくしたことを特徴とする。

この発明のプロペラファンは、圧力面側から負圧面側への反り返りを翼の外周部に設け、特に前縁部と後縁部との間で反り返りを大きく構成することで、ベルマウスによって気流が絞られる部分で翼端渦を安定させて騒音を低減でき、昇圧特性に寄与するプロペラファンの後縁付近での反り返りを小さく構成することで、風量−静圧特性の低下を極力防止できるプロペラファンが得られる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１によるプロペラファンを示す断面図である。また、図２は羽根車１を示す斜視図（図２（ａ））及び回転軸を含む任意の平面で翼５を切断したときの部分断面を示す説明図（図２（ｂ））である。図において、白抜矢印は気流の方向を示す。

図に示すように、羽根車１の外周には所定の間隔をおいてベルマウス２が設けられ、羽根車１の下流側では回転軸３に沿った方向に重なる部分を有する。羽根車１は回転軸３と連結するハブ４とハブ４の周囲に設けられた複数、例えば３枚の翼５を有する。また、１枚の翼５の縁は外周側の外周縁５ａ、回転方向前方側の前縁５ｂ、回転方向後方側の後縁５ｃの３つの縁とハブ４との接続縁５ｄからなり、翼全体を接続縁５ｄから外周縁５ａにかけて気流の上流側及び回転方向へ前進させた前進翼形状をなす。

図１に示した翼の前縁投影線１５ｂは、翼５の前縁５ｂを回転軸３を中心として回転軸３を含む同一平面（例えば、ここでは紙面に示す面）に回転投影させた線、翼の後縁投影線１５ｃは後縁５ｃ、翼の外周縁投影線１５ａは外周縁５ａを回転投影させた線である。ベルマウス２は翼５の後縁５ｃ側で外周縁５ａの周囲を覆う構成であり、上流側では気流を滑らかに縮流させ、下流側では滑らかに拡大させる形状である。

また、図２（ｂ）に示すように、翼面は回転軸３方向（紙面では上下方向）において気流の上流側に向いた面が負圧面５ｅ、下流側に向いた面が圧力面５ｆとなる。翼５の外周部において圧力面５ｆ側から負圧面５ｅ側に反り返る形状の反り返りを設けている。回転軸３を含む任意の平面での翼５の断面の中心線（即ち、圧力面５ｆの交線と負圧面５ｅの交線との中心線）を翼断面中心線と称し、図２（ｂ）では点線で示す。翼断面中心線も翼５の外周部において圧力面５ｆ側から負圧面５ｅ側に反り返る形状となっている。図１、図２（ａ）における反り返りの基点を結ぶ線８は、図２（ｂ）に示した翼断面中心線の反り返りの基点を１枚の翼５の前縁５ｂから後縁５ｃの各部について結んだ線を示している。

図３は羽根車１を構成する１つの翼５とハブ４を上流側から見た平面図である。図において、矢印は羽根車１の回転方向を示し、一点鎖線で示したＡ１からＡ１１はそれぞれ回転軸３を含む平面を示す。これらの平面における翼断面中心線を回転軸３を含む同一の平面に回転投影させた翼断面中心投影線を図４に示す。二点鎖線Ｂ１からＢ１１は、平面Ａ１からＡ１１における翼断面中心投影線を示す。回転軸３に沿った方向におけるベルマウス２との位置関係を説明するため、ベルマウス２の断面も共に示す。翼断面中心投影線Ｂ１〜Ｂ１１のほとんどは、外周部において圧力面５ｆ側から負圧面５ｅ側に反り返る形状となる。前縁投影線１５ｂから後縁投影線１５ｃまでのほぼ全域に渡って反り返りを設け、翼５の外周縁５ａがベルマウス２の内壁と最も近接する範囲（Ｂ７〜Ｂ１０）における上流側の部分、図４では例えばＢ７近傍の反り返りの大きさを最も大きくし、後縁５ｃに近づくにつれて反り返りを小さく、または後縁投影線１５ｃ付近では反り返りをつけないように構成する。この実施の形態では、例えば前縁５ｂでの反り返りも最大部分よりも小さくし、さらにその反り返りの大きさは前縁５ｂから後縁５ｃに向かって連続的に変化するように設けている。ここで、各断面における反り返りの大きさとは、各翼断面中心投影線を反り返りを設けないでまっすぐに延ばした際の延長線と外周縁投影線１５ａとが交差する点と実際の翼断面中心投影線での外周縁との距離とする。

次に動作について説明する。
全体的な気流の流れとしては、羽根車１がモータ（図示せず）によって駆動されて回転軸３を中心として所定の回転方向に回転すると、ベルマウス２で区切られる上流域から空気が羽根車１内に流入し、下流域へ吹出される。
ここで、翼５の外周部の流れに着目する。図５は図３に示したＡ１、Ａ３、Ａ５、Ａ７、Ａ９平面における外周縁５ａ付近の断面を示す説明図である。Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、Ｃ７、Ｃ９は各平面Ａ１〜Ａ９における翼断面を示す。翼５の表面の流れには遠心力が働き、半径方向の速度成分が付加される。更に圧力面５ｆでは圧力が高く負圧面５ｅでは圧力が低くなるために、外周縁５ａにおいて圧力面５ｆから外周縁５ａを回り込むように負圧面５ｅへ流れ込む漏れ流れ６が生じる。この漏れ流れ６によって翼端渦と呼ばれる縦渦７が生成される。

まず、ベルマウス２によって覆われていない上流側（Ｃ１）からベルマウス２によって流れが絞られ始める付近（Ｃ５）までの流れについて述べる。翼端渦７はベルマウス２より上流の外周縁５ａでは外周縁側から流入する気流も巻き込み、図５の翼断面Ｃ１〜Ｃ５に示すように下流に向かうに連れて大きく成長する。この実施の形態に示すプロペラファンでは、翼外周部に圧力面５ｆ側から負圧面５ｅ側へ反り返る形状の反り返りを設けているので、圧力面５ｆから外周縁５ａを回り込むように負圧面５ｅへ流れ込む漏れ流れ６は促進される。そして、生成される翼端渦７は反り返りの部分で小さく安定した渦となる。

次に、Ｃ５よりも後縁５ｃ側では気流はベルマウス２によってさらに縮流される。翼端渦７とベルマウス２との干渉は、翼５がベルマウス２の内壁と接近する部分で最も大きくなる。具体的には例えばＡ７での断面から後縁側の部分で外周縁５ａがベルマウス２の内壁と最も接近し、その最も近接する部分のうちで翼断面Ｃ７の外周縁５ａがその上流側に位置する部分である。従って、翼断面Ｃ７での干渉が最も大きいと考えられ、この干渉によって騒音が発生する。そこで翼断面Ｃ７で外周部の反り返りを大きく構成する。この大きな反り返りによって翼端渦７は外周縁５ａから内側へ移動するので、翼端渦７とベルマウス２との干渉が抑制され、翼端渦７とベルマウス２との干渉により発生する騒音が低減される。さらに翼端渦７のベルマウス２との干渉による崩壊も抑制でき、翼端渦７の崩壊により発生する乱れによる騒音も低減される。以上のことから、翼断面Ｃ７の外周部における反り返りを大きくすることで、大幅に騒音を低減できる効果がある。

さらに、外周縁５ａとベルマウス２との距離が最も近接する部分Ｃ７よりも下流に位置する翼の部分Ｃ８〜Ｃ９の外周部では反り返りを小さく、またはＣ１０付近よりも後縁５ｃ側ではほとんど反り返りを設けていない。
ベルマウス２に覆われた内側では外周縁５ａ側から流入する気流は小さくなり、翼端渦７の成長の程度は小さい。このため、この部分では小さな反り返りでも翼端渦７を外周縁５ａの内側に安定させるのに充分である。
他方、翼の後縁５ｃ付近で大きな反り返りを設けると、この部分の外周縁５ａでのファンとしての仕事を低減させることになり、風量―静圧特性が低下する。この風量―静圧特性が低下すると、必要風量を得るためにファンの回転数を上げるなどして運転することになり、消費電力の増加を招くことになったりする。これに対し、ベルマウス２内の縮流されてしまった部分、ここではＣ８から後縁５ｃ側の翼では、上流側から下流側に向かって翼外周部での反り返りを徐々に小さくすることで、外周縁５ａでの仕事量の低下を防止できる。

上記のことから本実施の形態によるプロペラファンは、翼端渦７とベルマウス２との干渉抑制と送風仕事の確保を両立できる。送風仕事が低下してファン回転数が高くなると、これによってさらに騒音が大きくなることになる。本実施の形態では送風仕事の低減を抑制できるので、騒音低減効果をさらに得ることができる。

また、反り返りを前縁５ｂから後縁５ｃのほぼ全体にわたって設け、その反り返りの程度を連続的に徐々に変化させているので、流れの急激な変化を抑制でき、さらに騒音を低減できる。

図６は本実施の形態によるプロペラファンの特性を計測した性能特性図である。計測に用いたプロペラファンの外周部の反り返りの大きさは、最も程度の大きい位置（図４におけるＢ７）において、反り返りの基点よりも内周側の翼断面中心線を外周縁半径まで直線的に延長した位置から負圧面側へ、外周縁５ａの翼弦長の５％程度移動させた。また、翼５全体における反り返りの基点から外周縁５ａまでの長さは、最大部分で翼弦長の１５％程度として構成した。そして、十分な消音構造を有し、風量を自在に設定できるチャンバに羽根車１とベルマウス２を設置した。外径４００ｍｍのプロペラファンを７５０ｒｐｍの回転数で一定に固定し、プロペラファンの吹出し側１ｍの距離での騒音を計測して風量―静圧―騒音特性を得た。
図６の横軸は風量（ｍ^３／ｍｉｎ）を示し、縦軸は静圧（ｍｍＡｑ）及び騒音レベル（ｄＢＡ）を示す。ここで示した従来のプロペラファンは、特許文献１で記載されているような上流側及び回転方向へ前傾した翼で、外周部では反り返りを設けていない構成のプロペラファンを用いた。
プロペラファンは通常失速点よりも開放側で使用するように運転するが、この通常の使用域において、本実施の形態によるプロペラファンは従来のプロペラファンと同等の風量―静圧特性を示す。このことから、後縁５ｃ付近において外周縁５ａの反り返りを小さくしたことで、風量−静圧特性の低下を防止できたことがわかる。また、通常の使用域における騒音特性は、本実施の形態によるプロペラファンは、従来のプロペラファンに比べて１ｄＢ程度騒音を低減できる効果があった。

以上のように、本実施の形態によるプロペラファンは、ベルマウス２で覆われた内側の上流端部を含み回転によって生じる気流がベルマウス２によって絞られる部分に対する翼の外周縁、例えば翼断面中心投影線Ｂ５〜Ｂ７では、翼外周部における圧力面側から負圧面側への反り返りの大きさを大きくし、翼の後縁部、例えば翼断面中心投影線Ｂ９〜Ｂ１１付近では小さく構成したので、プロペラファンの風量−静圧特性を低下させずに、翼端渦を安定したものとして、外周縁よりも内側に保持できる。これにより、翼端渦とベルマウス、また隣接翼との干渉を抑制し、騒音を低減できるプロペラファンが得られる。

さらに、この実施の形態では前縁側でも後縁側と同様に反り返りを小さく構成している。図５で示したように、Ｃ１〜Ｃ５で翼端渦は上流の外周縁５ａ側から流入する気流も巻き込んで徐々に大きく成長していく。これに合わせて翼外周縁５ａにおける反り返りもＣ１では小さくし、Ｃ７で最大にし、Ｃ１〜Ｃ７に向かうにつれて徐々に大きくした。前縁側のＣ１付近の部分で反り返りを小さくすることで、この部分での圧力面５ｆ側から負圧面５ｅ側への漏れ流れ６を小さくでき、送風仕事を確保することができる。従って、反り返りを翼５の前縁部および後縁部では小さく、その間で大きくしたことにより、プロペラファンの風量−静圧特性を低下させずに、騒音を低減できるプロペラファンが得られる。

さらに、図４に示す構成では、Ｂ７は、羽根車１の回転時にベルマウス２との距離が最も近接する外周縁（Ｂ７〜Ｂ１０）のうちで、回転軸３に沿った方向における上流側の外周縁に該当する翼断面中心投影線である。このＢ７での反り返りの大きさを最も大きくすることで、翼端渦７とベルマウス２との干渉が抑制され、効果的に騒音を低減することができる。もちろん、翼端渦７とベルマウス２との干渉は、羽根車１の回転時にベルマウス２との距離が最も近接する外周縁（Ｂ７〜Ｂ１０）のうちで、回転軸３に沿った方向における上流側近傍で生じるので、Ｂ７近傍で反り返りを最も大きくすれば、ある程度騒音低減の効果を奏する。

本実施の形態によるプロペラファンによって、さらに以下のような効果が得られる。通常プロペラファンはモータなどの駆動による回転で気流を流す働きをするが、空気調和機の室外機になどに搭載されるプロペラファンは、台風などの外部でおこる強風が吹きつけることにより、プロペラファンを高速の気流（外風）が通過し、その外風の風圧で高速回転となることがある。通常、回転数をおよそ１０００ｒｐｍ程度で運転するようなプロペラファンでも、台風などの強風が吹きつけた場合には４０００ｒｐｍ以上の高回転となることがある。このような高回転になると翼５には大きな遠心力がかかり、その遠心力に耐える強度が要求される。翼５に遠心力がかかると、翼５の外周縁５ａの前縁側では図７の矢印１０に示す向きに力が加わり、翼５が回転軸３に垂直な平面に近づく方向に変形する。この変形により、同一風速の外風がプロペラファンを通過するときの回転数は増加し、さらに大きな遠心力が翼５にかかることになる。

上記のように外風に対し、本実施の形態のプロペラファンでは、反り返りを翼５の前縁５ｂから後縁５ｃまでのほぼ全域に渡って設けたことで、遠心力による翼５の変形を抑制することができる。このことからファンの回転数の増加を抑制でき、プロペラファンの外風に対する強度を高めるという効果を得ることができる。
ただし、必ずしも前縁５ｂから後縁５ｃまでの外周縁５ａの全域に渡って反り返りを設けなくてもよい。図７の矢印１０のように力は前縁５ｂ側の外周部にかかるので、後縁５ｃ側の外周部は反り返りを小さくしてもよいし、設けなくてもよい。前縁５ｂ及び中央部に反り返りを設けることで、強度をある程度高めることができる。

なお、ベルマウス２の構成は図１に示した形状に限るものではなく、図８の（ａ）、（ｂ）に断面の一部を示したような形状のベルマウスであっても、上記と同様の効果を得ることができる。図８（ａ）、（ｂ）のどちらの形状のベルマウス２においても、図に向かってベルマウス２の上端部で気流が絞られて縮流する構成であり、ベルマウス２で覆われた内側の上流端部を含み回転によって生じる気流がベルマウス２によって絞られる部分に対する外周部での反り返りを大きくし、この後、後縁５ｃに向かってしだいに反り返りを小さくすればよい。

実施の形態２．
実施の形態１では、図４に示したように翼断面中心投影線の圧力面５ｆから負圧面５ｅ側への反り返りの半径方向の幅を一定とした。これに対して本発明の実施の形態２によるプロペラファンでは、反り返りの半径方向の幅、即ち翼断面中心投影線における圧力面５ｆ側から負圧面５ｅ側への反り返りの基点と外周縁５ａとの距離を変化させた構成とした。
本実施の形態によるプロペラファンは、反り返りの基点を結ぶ線８が、翼５の外周縁５ａに沿って前縁５ｂから後縁５ｃに向かうにつれて徐々に広くなるような構成であるが、反り返りの大きさなど、他の各部の構成は図１〜図３に示した実施の形態１と同様である。

図９は、図４と同様に図３に示した平面Ａ１、Ａ３、Ａ５、Ａ７、Ａ９における翼断面中心線を回転軸３を含む同一の平面に回転投影させた翼断面中心投影線を示す説明図である。二点鎖線Ｄ１からＤ１１は、平面Ａ１からＡ１１における翼断面中心投影線を示す。翼断面中心投影線Ｄ１〜Ｄ１１のほとんどは、外周部において圧力面５ｆ側から負圧面５ｅ側に反り返る形状となり、さらに反り返りは翼５の外周縁５ａがベルマウス２の内壁と最も近接する範囲における上流側の部分、例えばＤ７付近で最も大きく、その前後では前縁５ｂや後縁５ｃに近づくにつれて小さくなっていることは実施の形態１と同じである。さらにここでは、翼断面中心投影線において、外周部の圧力面５ｆ側から負圧面５ｅ側への反り返り基点と、その部分での外周縁５ａとの幅が、翼５の前縁５ｂから後縁５ｃにむかうにつれて広くなるように構成している。

翼端渦７は翼外周縁５ａの前縁５ｂ側から生成を始め、下流に向かうにつれて徐々に成長する。図１０は本実施の形態によるプロペラファンに関し、図５と同様、図３に示したＡ１、Ａ３、Ａ５、Ａ７、Ａ９平面における外周縁５ａ付近の断面を示す説明図である。Ｅ１、Ｅ３、Ｅ５、Ｅ７、Ｅ９は各平面Ａ１〜Ａ９における翼断面を示す。翼５の表面の流れには遠心力が働き、半径方向の速度成分が付加される。更に圧力面５ｆでは圧力が高く負圧面５ｅでは圧力が低くなるために、外周縁５ａにおいて圧力面５ｆから外周縁５ａを回り込むように負圧面５ｅへ流れ込む漏れ流れ６が生じる。この漏れ流れ６によって翼端渦と呼ばれる縦渦７が生成される。翼端渦７はベルマウス２より上流の外周縁５ａでは外周縁側から流入する気流も巻き込み、例えば翼断面Ｅ１〜Ｅ５に示すように下流に向かうに連れて大きく成長する。

この実施の形態に示すプロペラファンでは、外周部に圧力面５ｆ側から負圧面５ｅ側への反り返りを設けているので、圧力面５ｆから外周縁５ａを回り込むように負圧面５ｅへ流れ込む漏れ流れ６は促進される。そして、生成される翼端渦７は小さく安定した渦となるのは実施の形態１と同様である。

さらにここでは反り返り幅を、上流側から下流側に向かうにつれて徐々に広くしたので、成長する翼端渦７に合わせて反り返り幅が広く構成されており、翼端渦７を翼５のハブ４側に安定させることができる。従って翼端渦７とベルマウス２との干渉を抑制し、騒音低減効果を高めることができる。

また、前縁５ｂから後縁５ｃのほぼ全体にわたって設けた反り返りにおいて、反り返り幅及び大きさを外周縁５ａで連続的に変化させたので、気流の急激な変化を起こさずに効果的に騒音を低減することができる。

さらに、本実施の形態では、実施の形態１でも説明したように翼５の後縁５ｃ付近では外周部の上流側への反り返りを小さくしているので、反り返り幅を広く構成しても、静圧−風量特性を低下させることがなく、騒音を低減できる。

なお、反り返り幅は、必ずしも外周部の前縁５ｂから後縁５ｃの全域にわたって徐々に広くしなくてもよい。翼端渦７は翼外周縁５ａの前縁５ｂ側から生成を始め、ベルマウス２に入るまでは下流に向かうにつれて外周縁５ａ側から流入する気流も巻き込んで成長する。即ち、翼断面Ｅ１〜Ｅ７までは翼端渦７が成長し、これにつれて反り返り幅も徐々に広くすると、翼端渦７を効率よくハブ４側に安定させることができる。特に、ベルマウス２によって風路が絞られる変化部分（例えばＥ５〜Ｅ７付近）では、翼端渦７とベルマウス２との干渉が起り易いので、この部分では反り返りの幅を広く構成することで、翼端渦７を翼の負圧面５ｅのハブ４側に確実に安定させて、騒音低減効果を確実に得ることができる。そして、ベルマウス２によって風路が絞られてしまったベルマウス２内では、即ち翼断面Ｅ７の下流側では翼端渦７の成長は小さいので、この部分から下流側は反り返り幅を一定にしても同様の効果を奏する。
この場合でも、前縁５ｂから後縁５ｃまで、反り返りを前縁５ｂから後縁５ｃのほぼ全体にわたり存在させ、反り返り幅を連続的に広く変化させているので、流れの急激な変化を起こさずに効果的に騒音を低減することができる。
また、反り返り幅は前縁５ｂで狭く後縁５ｃで広くなるように、段階的に変化させてもよく、同様の騒音低減効果が得られる。

また、特に前縁５ｂ付近の反り返り幅を小さくしたことで、実施の形態１に比べてさらにこの辺りで圧力面５ｆ側から負圧面５ｅ側への漏れ流れ６を少なくでき、効率のよいプロペラファンが得られる。
また、回転軸３に沿った方向で、ベルマウス２と外周縁５ａとの距離が最も近接する部分のうちの上流側の部分、ここでは翼断面Ｄ７で反り返り幅をある程度大きくしたので、翼端渦７が大きくなる部分かつベルマウス２と干渉を起し易い部分で反り返り幅を広く構成しており、確実に翼端渦７を小さく安定させることができ、さらに騒音を低減できた。

ここで、反り返り幅は、例えば前縁５ｂ側のＤ１付近で最大反り返り幅の半分程度、即ち翼弦長の７％程度とし、後縁５ｃ側のＤ１０付近で最大反り返り幅、即ち翼弦長の１５％程度とし、その間のＤ１〜Ｄ１０を滑らかに構成した。これは一例であり、この限りではない。反り返りの半径方向の幅を、翼の前縁５ｂ側から後縁５ｃ側に向かうにつれて広くすることで、静圧―風量特性を低減することなく騒音を低減できるという効果を確実に得ることができる。

実施の形態３．
実施の形態１、２では、羽根車１とベルマウス２の構成について述べたが、次に羽根車１の下流に格子状のグリルが装着される場合について述べる。本実施の形態における羽根車１やペルマウス２の構成は、実施の形態１または実施の形態２と同様である。
図１１（ａ）は実施の形態３によるプロペラファンの回転軸３を含む断面図、図１１（ｂ）はプロペラファンの下流側から見た正面図である。図において、９は格子状のグリルで、ここではファングリルであり、羽根車１の翼の下流側にベルマウス２の開口を塞ぐように取り付けられる。ファングリル９は羽根車１に指などが触れてけがをすることを防いだり、ボールなどの異物が羽根車１に当たって羽根車１が破壊することを防ぐなどの目的で装着される。ファングリル９は気流の抵抗となり、また騒音源ともなるので、羽根車１から離れた位置に設置し、また開口率を大きくする方が、低騒音、低入力という空力性能上は優位となる。ところが、現状では主に製品の寸法や装着目的の達成などによりその設置位置や開口率が選定され、ファングリル９を設けたことによる騒音増大や入力増加などの問題は無視されている。そこで、プロペラファンの羽根車１及びベルマウス２として、実施の形態１または実施の形態２による構成のものを用いる。

羽根車１が回転軸３を中心として所定の回転方向に回転すると、ベルマウス２で区切られる上流域から空気が羽根車１内に流入し、下流域へ吹出される。この羽根車１から吹出す気流は、ファングリル９を通過してさらに下流へ放出される。

ここで、プロペラファンは実施の形態１または実施の形態２で述べたものであり、翼５の外周部に圧力面５ｆ側から負圧面５ｅ側へ反り返る形状の反り返り有する。このため、圧力面５ｆから外周縁５ａを回り込むように負圧面５ｅへ流れ込む漏れ流れ６は、反り返りによって促進され、生成される翼端渦７は小さく安定した渦となる。さらにベルマウス２の内壁と接近する部分で反り返りを大きくしているので、翼端渦７が外周縁５ａから内側へ移動してベルマウス２との干渉が抑制される。これにより、翼端渦７とベルマウス２との干渉により発生する騒音が低減される。また翼端渦７のベルマウス２との干渉による崩壊も抑えられるので、翼端渦７の崩壊により発生する乱れによる騒音も低減されることは実施の形態１に述べた通りである。

さらに、翼端渦７とベルマウス２との干渉が抑制されることにより、以下の効果を得る。まず翼端渦７の崩壊し羽根車１内の気流を妨げる現象が抑制されることにより、羽根車１内を通過し吹出し気流の流路が確保されて流速が抑えられる。また、吹出し気流そのもの乱れが抑制される。即ち、ファングリル９の上流側では気流を外へ出す面積を広くとることができ、ファングリル９に流入する気流の流速や乱れが抑えられ、ファングリル９の通風抵抗及び発生する騒音を低減することができる。従って、ファングリル９を有するプロペラファンにおいても、静圧―風量特性を低減することなく、騒音を低減できる。

図１２は本実施の形態によるプロペラファンの特性を計測した性能特性図である。計測に用いたプロペラファンの外周部の反り返りの大きさは、最も程度の大きい位置（図４におけるＢ７）において、反り返りの基点よりも内周側の翼断面中心線を外周縁半径まで直線的に延長した位置から負圧面側へ、外周縁５ａの翼弦長の５％程度移動させた。また、翼５全体における反り返りの基点から外周縁５ａまでの長さは、最大部分で翼弦長の１５％程度として構成した。そして、十分な消音構造を有し、風量を自在に設定できるチャンバに羽根車１とベルマウス２を設置した。外径４００ｍｍのプロペラファンを７５０ｒｐｍの回転数で一定に固定し、プロペラファンの吹出し側１ｍの距離での騒音を計測して風量―静圧―騒音特性を得た。静圧は、ファングリル９の通風抵抗が差し引かれた値を計測し、騒音はファングリル９から発生する騒音を合わせて計測していることになる。
図１２の横軸は風量（ｍ^３／ｍｉｎ）を示し、縦軸は静圧（ｍｍＡｑ）及び騒音レベル（ｄＢＡ）を示す。ここで示した従来のプロペラファンは、特許文献１で記載されているような上流側及び回転方向へ前傾した翼で、外周部で反り返りを設けていない構成のプロペラファンを用いた。

プロペラファンは通常失速点よりも開放側で使用するように運転するが、この通常の使用域において、本実施の形態によるプロペラファンは従来のプロペラファンよりも高い風量―静圧特性を示す。このことから、後縁５ｃ付近において外周縁５ａの反り返りを小さくしたことで、風量−静圧特性の低下を防止していることがわかる。ファングリル９のない状態では実施の形態１に述べるように従来のプロペラファンと同等の風量−静圧特性であることを加味すれば、本実施の形態ではファングリル９の通風抵抗が小さい気流を実現していることがわかる。
また、通常の使用域における騒音特性は、本実施の形態によるプロペラファンは、従来のプロペラファンに比べて０．５ｄＢ程度騒音を低減できる効果があった。

以上のように、本実施の形態によるプロペラファンは、翼外周側における圧力面側から負圧面側への反り返りを、前縁と後縁の間の中央部分で大きく、後縁付近では小さく構成したので、翼の後縁よりも下流側に格子状のグリルを有する構成でも、風量−静圧特性を低下させずに、翼端渦を安定したものとして、外周縁よりも内側に保持して、翼端渦とベルマウス、また隣接翼との干渉を抑制し、騒音を低減できるプロペラファンが得られる。
図１１は、実施の形態１によるプロペラファンを用いた図であるが、実施の形態２によるプロペラファンとしても、同様の効果を奏する。

図１、図４、図５、図９、図１０、図１１において翼５の外周縁投影線１５ａをベルマウス２の内壁と平行な直線としたが、これに限るものではなく、ある程度の曲線を描く翼形状であってもよいし、ベルマウス２の内壁に対して傾斜した直線を描くような翼形状であってもよい。

実施の形態１〜実施の形態３では、例えば空気調和装置の室外機内に格納されるプロペラファンについて述べたが、これに限るものではなく、換気扇や車両用の空調ファンなど、羽根車の周囲にベルマウスのような囲いを有する構成のものにおいて適用でき、風量―静圧特性を低減することなく、囲いと気流との干渉による騒音を低減することのできるプロペラファンが得られる。

本発明の実施の形態１によるプロペラファンを示す断面図である。 実施の形態１によるプロペラファンの羽根車を示す斜視図（図２（ａ））、及び回転軸を含む任意の平面で翼を切断したときの部分断面を示す説明図（図２（ｂ））である。 実施の形態１に係る羽根車を構成する１つの翼とハブを上流側から見た平面図である。 実施の形態１に係る翼断面中心投影線を示す説明図である。 実施の形態１に係る翼の外周部における翼端渦を示す説明図である。 実施の形態１によるプロペラファンの特性の計測例を示す性能特性図である。 実施の形態１によるプロペラファンの遠心力により翼外周縁前縁部にかかる力の向きを示す説明図である。 本実施の形態１に係るベルマウスの他の形状を示す部分断面図である。 実施の形態２に係る翼断面中心投影線を示す説明図である。 実施の形態２に係る翼の外周部における翼端渦を示す説明図である。 実施の形態３によるプロペラファンを示す断面図（図１１（ａ））およびプロペラファンの下流側から見た正面図（図１１（ｂ））である。 実施の形態３によるプロペラファンの特性の計測例を示す性能特性図である。

符号の説明

１ 羽根車
２ ベルマウス
３ 回転軸
４ ハブ
５ 翼
５ａ 外周縁
５ｂ 前縁
５ｃ 後縁
５ｄ 接続縁
５ｅ 負圧面
５ｆ 圧力面
６ 漏れ流れ
７ 翼端渦
８ 反り返りの基点を結ぶ線
９ グリル
１５ａ 外周縁投影線
１５ｂ 前縁投影線
１５ｃ 後縁投影線

Claims (6)

1. 回転軸と連結するハブと、前記ハブの周囲に設けた複数の翼と、前記翼の後縁側で前記翼の外周縁を覆うベルマウスと、を備え、前記回転軸を含む任意の平面での前記翼の断面の中心線を、前記回転軸を含む平面に回転投影した投影線を翼断面中心投影線とし、前記翼断面中心投影線が前記翼の外周部において圧力面側から負圧面側に反り返る形状の反り返りを設け、かつ前記反り返りを前記翼の前縁部および後縁部では小さく、その間で大きくしたことを特徴とするプロペラファン。
2. 回転軸と連結するハブと、前記ハブの周囲に設けた複数の翼と、前記翼の後縁側で前記翼の外周縁を覆うベルマウスと、を備え、前記翼の全体が前記ハブとの接続縁から前記外周縁にかけて回転方向に前進した形状であり、前記翼の外周部において圧力面側から負圧面側に反り返る形状の反り返りを有し、かつ、前記ベルマウスで覆われた内側の上流端部を含み回転によって生じる気流が前記ベルマウスによって絞られる部分に対する前記翼の外周縁では、前記反り返りの大きさを大きくし、前記翼の後縁部付近では小さくしたことを特徴とするプロペラファン。
3. 前記羽根車の回転時に前記ベルマウスとの距離が最も近接する外周縁のうちで、前記回転軸に沿った方向における上流側の外周縁近傍の前記反り返りの大きさを最も大きくしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のプロペラファン。
4. 前記反り返りを前記翼の前縁から後縁までのほぼ全域に渡って設け、前記反り返りの大きさを前記翼の外周部で連続的に変化させたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のプロペラファン。
5. 前記反り返りの半径方向の幅を、前記翼の前縁側から後縁側に向かうにつれて広くしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のプロペラファン。
6. 前記翼の後縁よりも下流側に格子状のグリルを有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のプロペラファン。

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