JP2008002441A - 軸流送風機 - Google Patents

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Abstract

【課題】軸流送風機の軸方向の寸法を増大させずに騒音を低減する軸流送風機を得ること。
【解決手段】モータにより回転駆動されるボス部２と、前記ボス部２に放射状に取付けられ回転軸３方向に送風する複数の回転翼１と、を備える軸流送風機において、前記回転翼１の、前記ボス部２から径方向中間部の屈曲点Ｐｗまでの第１領域における翼弦中心線Ｐｒ１を、０°より大きい一定の第１前傾角δｚｗで上流側へ傾斜させ、前記屈曲点Ｐｗから翼外周部までの第２領域における翼弦中心線Ｐｒ１を、前記第１前傾角δｚｗよりもさらに上流側に傾斜させ、かつ、前記翼外周部における翼弦中心線Ｐｒ１の接線１５の前傾角δｚｓを３０°〜４５°の範囲内とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、換気扇やエアコン等に用いる軸流送風機に関するものである。
従来の軸流送風機として、回転翼を取り付けて回転するボス部と、回転方向に面する翼前縁部、回転方向と反対の方向に面する翼後縁部、及び上記ボス部に対向する翼外周部から周が構成される回転翼とを有する軸流送風機において、上記ボス部から上記翼外周部の間に位置する屈曲点までの第１領域に存在する各翼弦線中心点に対応する第１前傾角を一定とし、かつ前記第１領域と上記翼外周部間の第２領域に存在する各翼弦線中心点に対応する第２前傾角を前記第１前傾角より大きくなるように形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
特許第３２０３９９４号公報
しかしながら、上記従来の技術によれば、翼端渦に起因する騒音を低減することができるが、回転翼に第１、第２の前傾角をつけることによって、翼外周部がボス部よりかなり前方（上流側）へ出るので、軸流送風機の軸方向の寸法が大きくなる。そのため、製品全体の寸法が大きくなってしまう、という問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、軸流送風機の軸方向の寸法を増大させずに騒音を低減する軸流送風機を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、モータにより回転駆動されるボス部と、前記ボス部に放射状に取付けられ回転軸方向に送風する複数の回転翼と、を備える軸流送風機において、前記回転翼の、前記ボス部から径方向中間部の屈曲点までの第１領域における翼弦中心線を、０°より大きい一定の第１前傾角で上流側へ傾斜させ、前記屈曲点から翼外周部までの第２領域における翼弦中心線を、前記第１前傾角よりもさらに上流側に傾斜させ、かつ、前記翼外周部における翼弦中心線の接線の前傾角を３０°〜４５°の範囲内とすることを特徴とする。
この発明によれば、回転翼の軸方向寸法を増大させずに、翼端渦に起因する騒音を低減させ、かつ、送風性能の低下が小さい軸流送風機が得られる、という効果を奏する。
以下に、本発明にかかる軸流送風機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態
図１は、軸流送風機の翼車を示す斜視図であり、図２は、翼車を回転軸３に直交する平面Ｓｃに投影した平面投影図であり、図３は、図２におけるボス部翼弦線中心点Ｐｂ´から外周部翼弦線中心点Ｐｔ´までの各翼弦線中心点の軌跡、すなわち翼弦線中心点Ｐｂ´−Ｐｒ´−Ｐｔ´について、任意の半径Ｒにおける各翼弦線中心点Ｐｒ´を、回転軸３と０Ｘ軸とを含む垂直平面に半径Ｒで回転投影した各翼弦線中心点Ｐｒの軌跡を示す図であり、図４は、本発明の実施の形態の各翼弦線中心点Ｐｒ２の軌跡を示す図３と同様の図であり、図５は、実施の形態の各翼弦線中心点Ｐｒ２の軌跡の定義方法を示す図４と同様の図であり、図６は、実施の形態の翼車の流量係数φと比騒音ＫT、流量係数φとファン効率ηSとの関係を実験的に求めた結果を示す図である。
図１に示すように、実施の形態の翼車は３枚羽根であるが、本発明の翼車の回転翼枚数は、他の複数の枚数であってもよい。以下の説明は、主に１枚の回転翼の形状について述べるが、他の回転翼の形状も同一の形状である。
３次元立体形状を有する回転翼１が、図示しないモータに回転駆動されて回転軸３回りに矢印４方向に回転する円柱状のボス部２の外周に放射状に取付けられている。回転翼１の回転によって矢印Ａ方向の気流が発生する。
図１に示す回転翼１を回転軸３に直交する平面Ｓｃ（図３、図４参照）に投影すると、図２に示す回転翼１´の形状となる。図２に示す点Ｐｂ´は、ボス部２の外周における翼前縁部１ｂ´から翼後縁部１ｃ´までの翼弦線中心点（中点）を示す。
同様に、Ｐｔ´は、翼外周部１ｄにおける翼前縁部１ｂから翼後縁部１ｃ´までの翼弦線中心点（中点）を示す。図２に示す線Ｐｒ´は、ボス部の翼弦線中心点Ｐｂ´から外周部の翼弦線中心点Ｐｔ´までの任意の半径Ｒにおける各翼弦線中心点の軌跡（翼弦中心線）を示す。
図３は、図２におけるボス部の翼弦線中心点Ｐｂ´から外周部の翼弦線中心点Ｐｔ´までの各翼弦線中心点の軌跡（翼弦中心線）、すなわち翼弦線中心点Ｐｂ´−Ｐｒ´−Ｐｔ´について、任意の半径Ｒにおける各翼弦線中心点Ｐｒ´を、回転軸３と０Ｘ軸とを含む垂直平面に半径Ｒで回転投影した各翼弦線中心点Ｐｒの軌跡（翼弦中心線）を示す図である。
図３に示すように、回転軸３と０Ｘ軸とを含む垂直平面に回転投影された翼弦中心線Ｐｒ（各翼弦線中心点Ｐｒの軌跡）は、ボス部の翼弦線中心点Ｐｂから翼外周部の翼弦線中心点Ｐｔまで、空気流の上流側に傾斜する前傾角δｚが、回転軸３に直交する平面Ｓｃと一定角度を成す線として表すことができる。
図４に破線で示す翼弦中心線Ｐｒは、図３に示す、前傾角δｚが一定角度の回転翼１の翼弦中心点の軌跡であり、本発明の実施の形態の翼弦中心線Ｐｒ１は、ボス部の翼弦線中心点Ｐｂから翼外周部の翼弦線中心点Ｐｔまでの領域で前傾角一定の場合の翼弦中心線Ｐｒと、ボス部の翼弦線中心点Ｐｂを通り回転軸３に直交する０Ｘ軸（前傾角＝０°）とに挟まれた領域内に位置させる。
翼弦線中心線Ｐｒと翼弦線中心線Ｐｒ１とは、ボス部の翼弦線中心点Ｐｂと翼外周部の翼弦線中心点Ｐｔとが同一位置にあり、翼外周部の翼弦線中心点Ｐｔの０Ｘ軸からの距離は、Ｈとなっている。
図５に、実施の形態の各翼弦線中心点Ｐｒ２の軌跡と前傾角を示す。回転軸３から任意の半径Ｒでの翼弦線中心点をＰｒ２とし、翼弦中心線Ｐｒ１上に位置する翼弦線中心点Ｐｒ２の、回転軸３に直交する０Ｘ軸からの距離をＬｓとする。
実施の形態の回転翼１は、ボス部２（半径Ｒｂ）から径方向中間部の屈曲点Ｐｗまでの第１領域は、一定の第１前傾角δｚｗで上流側に傾斜させ、屈曲点Ｐｗから翼外周部までの第２領域は、前記第１領域よりもさらに上流側に傾斜させている。
翼弦中心線Ｐｒ１上の屈曲点Ｐｗの半径をＲｗ、翼外周部における翼弦線中心点Ｐｔとボス部２の外周における翼弦中心点Ｐｂとを結ぶ線Ｐｒの上流側への傾斜角である第２前傾角をδｚｔとする。第１前傾角δｚｗは、次の式で表わされる。
δｚｗ＝ｔａｎ-1（Ｌｓ／（Ｒ−Ｒｂ））
（Ｒｂ＜Ｒ≦Ｒｗ）
屈曲点Ｐｗから翼外周部（半径Ｒｔ）までの間の第２領域における任意の半径Ｒでの翼弦線中心点Ｐｒ２に対応する傾斜角δｚｄは、下記に示すように、半径Ｒのｎ次関数（１≦ｎ）になるように形成し、さらに、翼外周部の翼弦線中心点Ｐｔにおける翼弦中心線Ｐｒ１の接線１５の傾斜角δｚｓを、３０°〜４５°の範囲内とする。
δｚｄ＝α（Ｒ−Ｒｂ)n＋δｚｗ
α＝（δｚｔ−δｚｗ）／（Ｒｔ−Ｒｗ）n
（Ｒｗ＜Ｒ≦Ｒｔ)
なお、上記の傾斜角δｚｄを半径Ｒのｎ次関数（１≦ｎ）とせずに、第２領域における翼弦中心線Ｐｒ１を、一定の前傾角で直線状に上流側に傾斜させるようにしてもよい。
図６は、上述の実施の形態の軸流送風機において、屈曲点半径Ｒｗ＝０．７×Ｒｔとし、屈曲点Ｐｗから翼外周部（半径Ｒｔ）までの間の第２領域における任意の半径Ｒでの翼弦線中心点Ｐｒ２に対応する傾斜角δｚｄを半径Ｒの２次関数により決定し、さらに、図５に示すように、翼外周部の翼弦線中心点Ｐｔにおける翼弦中心線Ｐｒ１の接線１５の傾斜角がδｚｓ＝３０°の場合、及び、接線１５の傾斜角がδｚｓ＝４５°の場合の、流量係数φと比騒音ＫT、流量係数φとファン効率ηTの関係を実験的に求めた結果を示す。
図６に示すように、翼外周部の翼弦線中心点Ｐｔにおける回転翼１の翼弦中心線Ｐｒ１の接線１５の傾斜角δｚｓが３０°の軸流送風機では、流量係数φの大きい動作領域において、従来の、前傾角δｚが一定の軸流送風機に比べ、比騒音ＫTが低減（−２〜−３ｄＢ(Ａ)）され、かつ、ファン効率ηTが改善（１％程度）されている。
また、翼外周部の翼弦線中心点Ｐｔにおける翼弦中心線Ｐｒ１の接線１５の傾斜角δｚｓが４５°の軸流送風機では、若干ファン効率ηTが低下する動作領域があるが、開放点においては、従来の、前傾角δｚが一定の軸流送風機に比べ、比騒音ＫTが低減（−２〜−３ｄＢ(Ａ)）され、かつ、ファン効率ηTが改善（０．５％程度）されている。
なお、流量係数φ、比騒音ＫT及びファン効率ηTは、次の式で定義される。
φ＝Ｑ／（（π2／４）Ｄ3・（１−ν2）Ｎ）
ＫT＝ＳＰＬA−１０Ｌｏｇ（Ｑ・ＰT 2.5）
ηT＝（ＰT・Ｑ）／(６０ＰW）
Ｑ ：風量[ｍ3／ｍｉｎ]
ＰT ：全圧[Ｐａ]
ＳＰＬA ：騒音特性（Ａ補正）[ｄＢ(Ａ)]
Ｄ ：軸流送風機外径[ｍ]
ν ：ボス比（＝ボス部外径/軸流送風機外径）
Ｎ ：回転数[ｒｐｍ]
ＰW ：軸動力[Ｗ]
以上のように、本発明にかかる軸流送風機は、換気扇やエアコン等に適している。
軸流送風機の翼車を示す斜視図である。 翼車を回転軸に直交する平面に投影した平面投影図である。 図２における各翼弦線中心点Ｐｒ´の軌跡を、回転軸と０Ｘ軸とを含む垂直平面に半径Ｒで回転投影した図である。 本発明の実施の形態の翼弦中心線Ｐｒ１を示す図３と同様の図である。 実施の形態の各翼弦線中心点Ｐｒ２の軌跡（翼弦中心線Ｐｒ１）の定義方法を示す図４と同様の図である。 実施の形態の翼車の流量係数φと比騒音ＫT、流量係数φとファン効率ηSとの関係を実験的に求めた結果を示す図である。
符号の説明
１ 回転翼
１´ 回転軸に直交する面に投影した回転翼
１ｂ´ 翼前縁部
１ｃ´ 翼後縁部
１ｄ´ 翼外周部
２ ボス部
３ 回転軸
４ 回転方向
Ａ 気流の方向
Ｐｂ，Ｐｂ´ ボス部の翼弦線中心点
Ｐｔ，Ｐｔ´ 翼外周部の翼弦線中心点
Ｐｒ，Ｐｒ´ 翼弦線中心点の軌跡（翼弦中心線）
Ｐｒ１ 本発明の実施の形態の翼弦線中心点の軌跡（翼弦中心線）
Ｐｒ２ 本発明の実施の形態の翼弦線中心点
Ｐｗ 一定の前傾角を変化させる起点となる屈曲点
Ｓｃ ボス部の翼弦線中心点を通り回転軸に直交する平面
Ｈ 翼外周部の翼弦線中心点Ｐｔの０Ｘ軸からの距離
１５ 翼外周部の翼弦線中心点Ｐｔにおける翼弦中心線の接線
δｚ 回転翼の前傾角
δｚｗ 屈曲点Ｐｗより内側の第１領域の一定の前傾角（第１前傾角）
δｚｔ ボス部の翼弦線中心点Ｐｂと翼外周部の翼弦線中心点Ｐｔとを結ぶ線の傾斜角（第２前傾角）
δｚｄ 屈曲点Ｐｗより外側の第２領域における任意の半径Ｒでの翼弦線中心点Ｐｒ２とボス部の翼弦線中心点Ｐｂとを結ぶ線の上流側への傾斜角
δｚｓ 翼外周部の翼弦線中心点Ｐｔにおける翼弦中心線Ｐｒ１の接線１５の前傾角

Claims (3)

  1. モータにより回転駆動されるボス部と、前記ボス部に放射状に取付けられ回転軸方向に送風する複数の回転翼と、を備える軸流送風機において、
    前記回転翼の、前記ボス部から径方向中間部の屈曲点までの第１領域における翼弦中心線を、０°より大きい一定の第１前傾角で上流側へ傾斜させ、前記屈曲点から翼外周部までの第２領域における翼弦中心線を、前記第１前傾角よりもさらに上流側に傾斜させ、かつ、前記翼外周部における翼弦中心線の接線の前傾角を３０°〜４５°の範囲内とすることを特徴とする軸流送風機。
  2. 前記ボス部における翼弦線中心点と前記第２領域における翼弦線中心点とを結ぶ線の上流側への傾斜角が、前記第２領域における翼弦線中心点の半径のｎ次関数（１≦ｎ）となっていることを特徴とする請求項１に記載の軸流送風機。
  3. 前記第２領域における翼弦中心線を一定の前傾角で上流側へ傾斜させたことを特徴とする請求項１に記載の軸流送風機。
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