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)
T=SPLA−10Log(Q・PT 2.5
ηT=(PT・Q)/(60PW
Q :風量[m3/min]
T :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]
W :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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