JP2009068361A - 送風機 - Google Patents

Abstract

【課題】低騒音且つ高効率な送風機を提供することである。
【解決手段】回転中心となるハブ２と、前記ハブ２の外周面に設けられる複数の翼３（翼片）と、を備えたプロペラファン１であって、前記翼３の前縁部３１又は負圧面３Ｂに１又は複数の突起部４を有し、前記突起部４における前記翼３の圧力面３Ａから最も離れた位置に形成される稜線が、回転方向に対して斜めを向き、且つ、前記突起部４の回転軸方向の厚みが、前記回転方向後方に向かって大きくなるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機等に用いられるプロペラファンに関するものである。

従来、空気調和機の室外ユニットにおいて、翼面流れの剥離やそれに伴って発生する騒音及び失速現象を抑制するため、当該室外ユニットに用いられるプロペラファンの形状の改善が取り組まれている。

例えば、特許文献１に示すように、プロペラファンの翼（羽根）の前縁部に翼弦方向に延長させて三角形状の突起部を多数形成した鋸形状を成すものが考えられている。この翼では、気流は、三角状突起の端部を圧力面側から負圧面側へと流れ込むように流れ、これが縦渦となって翼面に沿って流れる。この縦渦は、境界層の外側の主流を巻き込んで翼面近くまで引き寄せられるため、境界層の発達を抑制することができる。

しかしながら、この翼では、気流の流入方向に対する翼前縁の角度（迎え角）が大きく、突起部前後の圧力差が大きければ強い縦渦を発生させることができるが、空気調和機で使用されるプロペラファンの運転範囲では、低騒音運転のために迎え角が小さく設定されているので、発生する縦渦は弱く、境界層の発達抑制効果は小さいという問題がある。

また、特許文献２に示すように、縦渦発生器として主流に平行に流線形断面の突起部（リブ）を負圧面上に設けたものや、特許文献３に示すように、上流側に頂部を有する三角錐形状をなす突起部を負圧面上における剥離位置の上流側に設けたものがある。これらの翼は、突起部の前後で圧力差を発生させることによって、縦渦を形成するものであり、上記特許文献１と同様、境界層の外側の主流を巻き込んで境界層の発達を抑制するものである。

しかしながら、流線型断面の突起部の場合（特許文献２）、気流はその表面にそって滑らかに流れるため、突起部周辺には大きな圧力差が生じにくく、縦渦が発生するのは限られた条件である。

また、剥離位置の上流側に三角錐形状の突起部を設けた場合（特許文献３）、翼前縁を起点として剥離する失速現象に対しては、これを抑制することができない。仮に、この突起部を翼前縁に設けた場合であっても、突起部の前後の圧力差が下流側ほど弱くなるため縦渦を成長させるための外側の巻き込み流れが弱く消散し易いため、効果が小さいという問題がある。
特開２０００−８７８９８号公報 特開２０００−１１０７８９号公報 特開２０００−３４５９９５号公報

そこで、本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、回転中の流入気流の変動や空気調和機等の運転状態に関わらず、騒音及び風量低下等の原因となる翼面流れの剥離及びそれに伴って生じる失速現象を抑制して、低騒音且つ高効率なプロペラファンを提供することをその主たる所期課題とするものである。

すなわち、本発明に係るプロペラファンは、回転中心となるハブと、前記ハブの外周面に設けられる複数の翼と、を備えたプロペラファンであって、前記翼の前縁部又は負圧面に１又は複数の突起部を有し、前記突起部における前記翼の圧力面から最も離れた位置に形成される稜線が、回転方向に対して斜めを向き、且つ、前記突起部の回転軸方向の厚みが、前記回転方向後方に向かって大きくなるように構成されていることを特徴とする。

このようなものであれば、突起部に衝突した気流が突起部の後方に流れ込むように流れ、しかも下流側に向けて突起部が高くなっているため、突起部の下流側ほど突起部前後の圧力差が大きく巻き込み流れが強くなり、さらに突起部上流側の巻き込み流れの外側に突起部下流側の巻き込み流れが供給される。したがって、負圧面の下流側に行っても消散しにくく、強く安定した縦渦を形成することができる。例えば高負荷運転時など気流の翼に対する迎え角が大きい場合においても、また、ほぼ無衝突流入となる設計負荷運転時においても、気流（翼面流れ）が負圧面から剥離せず、負圧面に沿って後縁付近まで流れるようになるため、負圧面上の気流が乱れず安定し、送風騒音を低減することができる。また、縦渦によって、境界層の発達を抑制することができ、プロペラファンの失速現象を回避して、ファン性能を維持することができる。

前記突起部が、負圧面に設けられ、前記突起部における回転方向を向く面が、斜め上方（プロペラファンの気流吸い込み側）へ向くように傾斜していることが望ましい。これならば、突起部における回転方向を向く面に衝突した気流が、翼面方向に傾いて突起部の稜線から放出されるため、突起部後方（突起部の回転方向の後方）の負圧領域への巻き込みが強くなり、縦渦をさらに強く安定な状態にすることができる。

前記突起部が、半径方向に対向するように１対１組で配置されていることが望ましい。これならば、気流の流入方向が半径方向に変化してもどちらか一方の突起部により縦渦が形成されるため、ファンの運転状態に依らず縦渦を負圧面に形成することができる。また、隣接する縦渦の旋回方向が反対であるため、縦渦の崩壊を抑制することができる。

前記突起部が、前記前縁部から回転方向に突出して設けられ、前記負圧面とほぼ面一又は前記負圧面よりも上方（気流吸い込み側）に傾斜した上面と、回転軸方向と平行な側面と、斜め下方（気流吹き出し側）を向く下面とを有する錐状を成すものであることが望ましい。これならば、斜め下方を向く下面に衝突した気流が負圧面に流れやすく、しかも、突起部の先端部から上面に巻き込む流れよりも、突起部の基端部から上面に巻き込む流れの方が多くなり、負圧面の下流側に行っても消散しにくく、強く安定した縦渦を形成することができる。

このように構成した本発明によれば、プロペラファンの回転中における流入気流の変動や空気調和機等の運転状態に関わらず、騒音及び風量低下等の原因となる翼面流れの剥離及びそれに伴って生じる失速現象を抑制して、低騒音且つ高効率な送風機を提供することができる。

＜第１実施形態＞
以下に、本発明の第１実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図１は第１実施形態のプロペラファン１を負圧面３Ｂ側から見たときの全体構成を示す平面図であり、図２は、プロペラファン１の負圧面３Ｂ側及び圧力面３Ａ側を流れる気流の状態を示す翼縦断面図であり、図３は本実施形態の突起部４及び気流の状態を示す部分拡大斜視図である。

本実施形態に係るプロペラファン１は、図１に示すように、回転中心となるハブ２と、前記ハブ２の外周面に設けられる複数の翼（羽根）３と、を具備する。

ハブ２は、概略円筒形状を成すものであり、その中心部が図示しない駆動モータの回転軸に固定されて回転するものである。

翼３は、ハブ２の外周面に所定の取り付け角度で複数枚設けられ、前記ハブ２とともに合成樹脂等により一体成形される。なお、本実施形態では翼は３枚であるが、これに限られない。

各翼３は、図１及び図２に示すように、図１の矢印で示すプロペラファン１の回転方向に対して気流の上流側端部をなす凹弧状の前縁部３１と、当該回転方向に対して気流の下流側端部をなす後縁部３２と、前縁部３１及び後縁部３２の径方向外端同士を一体に連結する外周部３３と、気流吸い込み側の圧力面（正圧面）３Ａと、気流吹き出し側の負圧面３Ｂと、を備えたものである。

そして、各翼３の負圧面３Ｂには、１つの突起部４が設けられている。

この突起部４は、負圧面３Ｂに沿って縦渦を発生させて、境界層の発達を抑制するものであり、翼３の圧力面３Ａから最も離れた位置に形成される稜線が、プロペラファン１の回転方向に対して斜めを向き、且つ、プロペラファン１の回転軸方向における突起部４の厚みが、回転方向後方に向かって大きくなるように構成されている。

具体的には、本実施形態の突起部４は、図１〜図３に示すように、翼３の負圧面３Ｂの前縁部３１近傍に設けられ、回転方向に対して傾斜した稜線を１つ以上有し、回転方向後方に行くに従って徐々に負圧面３Ｂからの高さが大きくなるように構成されている。ここで、前縁部３１近傍とは、前縁部３１から前縁剥離の防止効果が得られる範囲離間した位置までである。

より詳細には、突起部４は、回転方向前方（上流側）に先端が設けられたくさび薄板状を成すものであり、先端から後端に行くに従って、回転方向に対して半径方向内側に所定角度傾いて設けられている。

つまり、突起部４のうち回転方向前方を向く側面４Ａは、回転方向に対して斜めを向き、負圧面３Ｂからの高さが回転方向後方に行くに従って徐々に大きくなる。なお、この突起部４において、圧力面３Ａから最も離れた位置に形成される稜線は、負圧面３Ｂから最も離れた位置に形成される稜線であり、突起部４の回転方向前方を向く側面４Ａと突起部４の上面４Ｂとから形成される稜線４０１である。この稜線４０１は、半径方向に傾斜している。

次に、このように構成したプロペラファン１による縦渦の形成について図３を参照して説明する。

プロペラファン１が回転すると、気流が突起部４の回転方向前方を向く側面（半径方向内側の側面）４Ａに衝突する。これにより、突起部４の回転方向前後で圧力差が発生する。

そして、回転方向前方を向く側面４Ａに衝突した気流は、突起部４の上流側から下流側にかけて順次、突起部４の後方に形成される低圧部（負圧領域）に向けて回り込むように流れ込む。このとき、突起部４は、下流側に向かって徐々に高くなっているため、下流側ほど突起部４前後の圧力差が大きく巻き込み流れが強く、さらに上流側の巻き込み流れの外側に下流側の巻き込み流れが供給される。

＜第１実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係るプロペラファン１によれば、突起部４に衝突した気流が突起部４の後方に流れ込むように流れ、しかも下流側に向けて突起部４が高くなっているため、下流側ほど突起部４前後の圧力差が大きく巻き込み流れが強くなり、さらに上流側の巻き込み流れの外側に下流側の巻き込み流れが供給され、いわゆる中身の詰まった縦渦を発生することができる。したがって、負圧面３Ｂの下流側に行っても消散しにくく、強く安定した縦渦を形成することができる。

例えば高負荷運転時など気流の翼３に対する迎え角が大きい場合においても、また、ほぼ無衝突流入となる設計負荷運転時においても、突起部４により発生する縦渦は、後縁部３２付近まで翼３の負圧面３Ｂに沿って流れながら境界層の外側の主流を巻き込んで負圧面３Ｂ近くまで引き寄せるため、境界層の発達を抑制することができる。よって、プロペラファン１の失速現象を回避して、ファン性能を維持することができる。また、気流（翼面流れ）が負圧面３Ｂから剥離せず、負圧面３Ｂに沿って後縁付近まで流れるようになるため、負圧面３Ｂ上の気流が乱れず安定し、送風騒音を低減することができる。

＜第２実施形態＞
次に第２実施形態にかかるプロペラファン１について、図４を参照して説明する。なお、図４は、第２実施形態の突起部４及び気流の状態を示す部分拡大斜視図である。また、前記第１実施形態に対応する部材には同一の符号を付している。

本実施形態のプロペラファン１の突起部４は、図４に示すように、突起部４における回転方向前方を向く面４Ａが、斜め上方へ向くように傾斜している。ここで、プロペラファン１に対する気流吸い込み側を上、気流吹き出し側を下としている。つまり、突起部４における回転方向前方を向く面４Ａは、気流吸い込み側を向くように傾斜している。

具体的には、突起部４は、回転方向前方（上流側）に先端が設けられ、１つの側面が負圧面３Ｂに接触するように設けられた三角錐形状を成すものである。なお、この突起部４において、圧力面３Ａから最も離れた位置に形成される稜線は、負圧面３Ｂから最も離れた位置に形成される稜線であり、突起部４の回転方向前方を向く側面４Ａと回転方向後方を向く側面４Ｃとから形成される稜線４０２である。

この三角錐状を成す突起部４は、負圧面３Ｂから最も離れた稜線４０２が、回転方向に対して傾斜し、回転方向後方に行くに従って徐々に負圧面３Ｂからの高さが大きくなるように、負圧面３Ｂの前縁部３１付近に設けられている。

＜第２実施形態の効果＞
このようなものであれば、前記第１実施形態の効果に加えて、突起部４における回転方向前方を向く面４Ａに衝突した気流は、やや翼面（負圧面３Ｂ）方向に傾いて突起部４の稜線４０２から放出されるので、突起部４後方の負圧領域（突起部４後方に形成される低圧部）への巻き込みを強くすることができ、縦渦をさらに強く安定な状態にすることができる。

＜第３実施形態＞
次に第３実施形態にかかるプロペラファン１について、図５及び図６を参照して説明する。なお、図５は、第３実施形態に係るプロペラファン１を負圧面３Ｂ側から見たときの全体構成を示す平面図であり、図６は、同実施形態の突起部４及び気流の状態を示す部分拡大斜視図である。また、前記各実施形態に対応する部材には同一の符号を付している。

本実施形態の突起部４は、図５及び図６に示すように、半径方向に対向するように１対１組をなし、半径方向に所定の間隔で複数組設けられている。

本実施形態の突起部４は、第２実施形態と同様、回転方向前方（上流側）に先端が設けられ、１つの側面が負圧面３Ｂに接触するように設けられた三角錐形状を成すものであり、突起部４における回転方向前方を向く面４Ａが、斜め上方、つまり気流吸い込み側へ向くように傾斜している。

各組を構成するそれぞれの突起部４は、稜線４０２が回転方向に対して所定角度傾斜するように設けられている。具体的には、対をなす２つの突起部４は、回転方向に対して対称に設けられており、対をなす一方の突起部４の稜線４０２と回転方向との角度は、他方の突起部４の稜線４０２と回転方向との角度と同じである。

対をなす２つの突起部４の先端部は、ほぼ接触するようにしている。つまり、各突起部４の稜線４０２は、同一位置から延びるように構成されている。

＜第３実施形態の効果＞
このようなものであれば、気流の翼３への流入方向が半径方向に変化しても、少なくとも一方の突起部４で縦渦が形成されるため、プロペラファン１の運転状態に依らず縦渦を負圧面３Ｂに供給することができる。また、隣接する縦渦の旋回方向が反対であるため隣接する縦渦が衝突することによる縦渦の崩壊を防止することができる。さらに、半径方向に複数組設けているので、縦渦による剥離抑制効果を負圧面３Ｂの広い範囲に亘って及ぼすことができる。

＜第４実施形態＞
次に第４実施形態に係るプロペラファン１について、図７及び図８を参照して説明する。なお、図７は、第４実施形態に係るプロペラファン１を負圧面３Ｂ側から見たときの全体構成を示す平面図であり、図８は、同実施形態の突起部４及び気流の状態を示す部分拡大斜視図である。また、前記各実施形態に対応する部材には同一の符号を付している。

本実施形態の突起部４は、負圧面３Ｂとほぼ面一な概略二等辺三角形をなす上面４１と、当該上面４１の左右両辺に連続して設けられ、ファン１の回転軸方向と平行な側面４２と、その左右両辺に設けられた側面４２同士を連結し、斜め下方を向く下面４３とを有する概略多角錐形状（概略五角錐形状）をなすものである。側面４２は概略三角形をなすものであり、その先端が上面４１の先端と一致するように設けられている。なお、この突起部４において、翼３の圧力面３Ａから最も離れた位置に形成される稜線は、上面４１と側面４２とから形成される稜線４０３である。

このような構成の突起部４において、上面４１は負圧面となり、下面４３は圧力面となる。

また、側面４２は、プロペラファン１の回転軸方向と平行に形成されているので、金型を用いて合成樹脂等から一体成形することができる。つまり、本実施形態の突起部４は、一体成形に際して、プロペラファン１の回転軸方向のみの金型の移動で成形する場合において、金型が抜けないような凹部又は勾配が無いような構造としている。つまり、前縁部３１と突起部４との間に金型が抜けないような凹部又は勾配が形成されないように、前縁部３１と側面４２及び下面４３との構造が決定されている。

＜第４実施形態の効果＞
このようなものであれば、突起部４の圧力面３Ａ側に設けられた傾斜面（下面４３）に衝突した気流が負圧面３Ｂ（上面４１）側に流れ込み易く、突起部４の先端部から基端部に行くに従って、負圧面３Ｂ側に巻き込む気流が多くなり、より強い縦渦を形成することができる。

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。

例えば、図９に示すように、第１又は第２実施形態の突起部４を複数個、半径方向に沿って等間隔に設けるようにしても良い。これならば、縦渦による剥離抑制効果を負圧面３Ｂの広い範囲に亘って及ぼすことができる。

前記第１、第２及び第３実施形態では、突起部４を負圧面３Ｂの前縁部３１付近に設けているが、前縁部３１から回転方向（翼弦方向）後方の位置に設けても良い。具体的には、翼３の負圧面３Ｂ上において翼弦方向に境界層が発達しやすい箇所がある場合などに、そのやや上流に突起部４を設けることによって境界層の発達を抑制することができる。

また、前記各実施形態において、翼３（羽根）の外周部３３近傍には、突起部４を設けないようにしても良い。これならば、翼端付近（羽根の外周部３３近傍）で発生する翼端渦が突起部４により形成された縦渦を崩壊してしまうため、失速防止又は境界層の発達抑制の効果を発揮しにくく、むしろ突起部４による空気抵抗（気流抵抗）のみが作用してしまうというデメリットを防止することができる。さらに、これらの成形コストを低減することができる。

加えて、特に突起部４を複数設ける場合には、各翼３の場所に応じて、突起部４の配置、形状、具体的には、突起部４の回転方向に対する設置角度、突起部４の高さ等を適宜選択することができる。

その上、前記第４実施形態では、突起部４を、その上面が負圧面３Ｂとほぼ面一となるようにも設けているが、突起部４の回転方向前方に位置する先端が、負圧面を回転方向に延長した面よりも気流吸い込み側上流に位置するように傾斜させても良い。これならば、縦渦の放出方向が、負圧面３Ｂにほぼ平行となり、縦渦が負圧面３Ｂに沿って流れるようになる。

その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

第１実施形態のプロペラファンの負圧面側から見たときの平面図。 同実施形態におけるプロペラファンの負圧面側及び圧力面側を流れる気流の状態を示す翼縦断面図。 同実施形態の突起部及び気流の状態を示す部分拡大斜視図。 第２実施形態の突起部及び気流の状態を示す部分拡大斜視図。 第３実施形態のプロペラファンの負圧面側から見たときの平面図。 同実施形態の突起部及び気流の状態を示す部分拡大斜視図。 第４実施形態のプロペラファンの負圧面側から見たときの平面図。 同実施形態の突起部及び気流の状態を示す部分拡大斜視図。 その他の変形例を示す平面図。

符号の説明

１ ・・・プロペラファン
２ ・・・ハブ
３ ・・・翼
３１・・・前縁部
３２・・・後縁部
３３・・・外周部
３Ａ・・・圧力面
３Ｂ・・・負圧面
４ ・・・突起部
４Ａ・・・突起部における回転方向を向く面
４１・・・上面
４２・・・側面
４０１〜４０４・・・稜線

Claims (4)

1. 回転中心となるハブと、
   前記ハブの外周面に設けられる複数の翼と、を備えたプロペラファンであって、
   前記翼の前縁部又は負圧面に１又は複数の突起部を有し、
   前記突起部における前記翼の圧力面から最も離れた位置に形成される稜線が、回転方向に対して斜めを向き、且つ、前記突起部の回転軸方向の厚みが、前記回転方向後方に向かって大きくなるように構成されているプロペラファン。
2. 前記突起部が、負圧面に設けられ、前記突起部における回転方向を向く面が、斜め上方へ向くように傾斜している請求項１記載のプロペラファン。
3. 前記突起部が、半径方向に対向するように１対１組で配置されている請求項１又は２記載のプロペラファン。
4. 前記突起部が、前記前縁部から回転方向に突出して設けられ、前記負圧面とほぼ面一又は前記負圧面よりも上方に傾斜した上面と、回転軸方向と平行な側面と、斜め下方を向く下面とを有する錐状を成すものである請求項１記載のプロペラファン。