JP2009299553A - プロペラファン - Google Patents

Abstract

【課題】プロペラファンへの流入する流体が偏流状態となり迎え角が増大する時でも、ファン騒音を低減できるプロペラファンを提供する。
【解決手段】ボス７２の外周に複数の翼７１を配設したプロペラファン７０において、各翼の負圧面７１ｅの前縁７１ａ側に沿って突起７１ｇを設けたことにより、迎え角が大きくても主流が突起の表面を沿って流れるので、負圧面からの剥離渦の発生が抑制され、騒音が低くすることが出来る。
【選択図】図３

Description

本発明は、プロペラファンの翼形状に係り、特に、自動販売機の前扉のようにファンの流入口の一部に流体障害物があり、流体が偏った速度分布で流入するプロペラファンに利用される。

従来、プロペラファンの低騒音化を図るために、翼端（翼外径周縁部）を流れの前方側に傾斜した小翼を設け、翼の裏側面である圧力面から翼端を周って翼の表側面である負圧面に流れ込む翼端渦の発生を抑制し、騒音を低減させる方法が知られている（例えば、特許文献１）。
また、プロペラファンの翼負圧面全体に2重ディンプルを形成させ、翼負圧面上に発生する剥離渦を抑制し、空力性能および低騒音化を図る方法が知られている（例えば、特許文献２）。
また、プロペラファンの翼後縁をノコギリ歯状に形成させ、翼後縁における速度欠損を低減させ、翼の後流へ移送する後流渦の発生を抑制し、低騒音化、高効率化を図る方法が知られている（例えば、特許文献３）。
特開平６−１７３８９５号公報 特開平６−１５９２９７号公報 特開平８−１８９４９７号公報

しかしながら、いずれの方法もプロペラファンの前方より偏流なく流入する流体が翼の先端部、翼面部、後縁部において発生する渦を抑制させるものであり、流体が偏った速度分布で流入するプロペラファンに利用される技術に関する開示はない。
例えば、自動販売機に使用されるプロペラファンは、自動販売機の前扉の下方に位置する商品の取出口のさらに下方に設けられた流入口より流入する流体を吸い込み、凝縮器を冷却して後方へ排出するものである。この場合、プロペラファンの径に対して前扉の形成された流入口は比較的小さい。このため、プロペラファンの中心より下部領域には多くの風量が流入し、一方、プロペラファンの上部領域では風量が少ないといった偏流の態様となる。
このときの流れの様子を従来のプロペラファン８０を例として、図７，８を参照しつつ説明をする。図７はプロペラファン８０の正面図であり、図８は、図７の同心円上Ｂ−Ｂの断面に関して、（ａ）は適正風量の場合における翼面周りの流れを示す模式図であり、（ｂ）は風量が少ない場合における翼面周りの流れを示す模式図である。
プロペラファン８０は、５枚の翼７１とその翼７１の根元部を取設するボス７２により構成され、不図示のモータにより図中Ｃの方向に回転をして、紙面の手前より奥側に流体を送風する。翼７１は、低騒音用の前進翼の形状であり、回転方向側を前縁７１ａ、その反対を後縁７１ｃ、半径方向の先端を先端部７１ｂ、ボス７２との付け根を翼根部７１ｄで囲われた曲面を形成し、流れの前方側に負圧面７１ｅを、その反対側に圧力面７１ｆを有している。

適正風量の場合には、図８（ａ）に示すように前縁７１ａと後縁７１ｃを結んだ基準線８３（図中の破線）と流入速度８４との角度である迎え角８５が小さく、流入する流体は、翼の負圧面７１ｅに沿って流れるため、負圧面７１ｅからの剥離渦が少なく、プロペラファン８０は高効率、低騒音で回転する。一方、風量が不足すると、図８（ｂ）に示すように迎え角８５ａが大きくなるため、流入速度８４ａで流入する流体は翼の負圧面７１ａを離れた主流８６となり、前縁７１ａで渦が発生するとともに、翼の負圧面７１ｅからも剥離渦８７が発生して、失速状態となりやすく乱流騒音である広帯域騒音が増大する。すなわち、プロペラファン８０の下部領域では風量が多く流入し迎え角８５が小さく、プロペラファン８０の下部領域では風量が少なく流入し迎え角８５ａが大きくなる。したがって、プロペラファン８０の下部領域では小負荷，上部領域では過負荷となり流入バランスが崩れ、迎え角８５ａが大きい箇所（上部領域）では前縁での渦や翼面での剥離が増加し騒音が増大する問題がある。
本発明は、上記に鑑みてプロペラファンへの流入する流体が偏流状態となり迎え角が増大する時でも、ファン騒音を低減できるプロペラファンを提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、請求項１に係る発明のファンは、ボスの外周に複数の翼を配設したプロペラファンにおいて、各翼の負圧面前縁を厚肉としたことを特徴とする。
また、請求項２に係る発明のファンは、厚肉は負圧面前縁側に沿った突起で形成されたことを特徴とする。
また、請求項３に係る発明のファンは、前記突起の断面形状が半円形であり、その半径が2.5〜6.5mmであることを特徴とする。
また、請求項３に係る発明のファンは、前記突起と翼が樹脂製にて一体に形成されていることを特徴とする。

本発明にかかる請求項１、２に係る発明のファンは、ボスの外周に複数の翼を配設したプロペラファンにおいて、各翼の負圧面前縁を厚肉を設けたことにより、または、その厚肉が各翼の負圧面前縁側に沿って突起であることにより、迎え角が大きくても主流が突起の表面を沿って流れるので、負圧面からの剥離渦の発生が抑制され、騒音が低くすることが出来る。
本発明にかかる請求項２に係る発明のファンは、突起の形状が半円形であり、その半径が2.5〜6.5mmとすることにより、迎え角が大きくても主流が半円形の突起の表面を沿って流れるので、さらに負圧面からの剥離渦の発生が抑制され、騒音が低くすることが出来る。
本発明にかかる請求項４に係る発明のファンは、突起と翼を樹脂で一体に形成することにより、コストを低く抑えることができる。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかるプロペラファンの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
図１は本発明の実施例に係るプロペラファンを適用した自動販売機を示す斜視図、図２は、図１に示した自動販売機の下部側断面図である。図３は本発明の実施例に係るプロペラファンの平面図であり、図４は、図３のＡ−Ａ断面のおける翼面周りの流れを示す模式図である。図５、６は本発明の実施例に係るプロペラの騒音実験結果を示す特性図である。
これら図において、自動販売機は、前面が開口した直方状の断熱体として形成された本体キャビネット１０と、その前面に設けられた外扉２０および内扉３０と、本体キャビネット１０の内部を上下２段に底板１１にて区画形成し、上部を例えば２つの断熱仕切板４０ｗによって仕切られた３つの独立した商品収納室４０ａ、４０ｂ、４０ｃと、下部に商品収納室４０ａ、４０ｂ、４０ｃを冷却もしくは加熱する冷却／加熱ユニット６０を収納する機械室５０と、外扉２０の内側に配設され、商品収納室（冷蔵室）４０ａ、４０ｂ、４０ｃ内の温度センサにより自動販売機の冷却、加熱運転などを制御する制御手段１００と、を有して構成されている。また、プロペラファン７０は、外扉２０の後方で機械室５０内の前側に設置されている。

より詳細に説明すると、外扉２０は、本体キャビネット１０の前面開口を開閉するためのものであり、図には明示していないが、この外扉２０の前面には、販売する商品の見本を展示する商品展示室、販売する商品を選択するための選択ボタン、貨幣を投入するための貨幣投入口、払い出された商品を取り出すための商品取出口２１等々、商品の販売に必要となる構成が配置してある。また、自動販売機の前扉２０の下方に位置する商品の取出口２１のさらに下方に流入口である通気孔２２が設けられている。
内扉３０は、商品収納室４０ａ、４０ｂ、４０ｃの前面を開閉し、内部の商品を保温するものであり、上下２段に分割され内部に断熱体を有する箱型形状の構造体である。上側の内扉３０ａは、一端を外扉２０に枢軸し、他端を外扉２０に係着して、外扉２０の開放と同時に上側の内扉３０ａを開放させて、商品の補充を容易にするものである。下側の内扉３０ｂは、一端を本体キャビネット１０に枢軸し、他端を本体キャビネット１０に不図示の掛金にて掛着して、外扉２０を開放したときには、閉止した状態であり、商品収納室４０ａ、４０ｂ、４０ｃ内の冷気もしくは暖気が流出することを防ぎ、メンテナンス時など必要に応じて開放できるものである。
商品収納室４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、缶入り飲料やペットボトル入り飲料等の商品を所望の温度に維持した状態で収容するためのものであり、その収納庫の容量は商品収納室４０a、４０ｃ、４０ｂの順番に大きな態様で配分されている。その商品収納室４０ａ，４０ｂ，４０ｃには、それぞれ、商品を上下方向に沿って並ぶ態様で収納し、販売信号により1個ずつ商品を排出するための商品搬出機構を備えた商品収納ラックＲ、排出された商品を外扉の取出口２１へ搬出する商品搬出シュート４２を有している。

機械室５０は、図１，２で示すように、前面（図１では手前側、図２では左側）および背面側に開口部５１，５２を有する箱型形状の構造体で、その内部に冷却／加熱ユニット６０を収容している。冷却／加熱ユニット６０は、機械室５０の前面より装着が可能となっている。また、機械室５０には、外扉２０の下部に穿孔された通気孔２２と連通して前面の開口部５１より背面側の開口部５２に至る空気通路が形成されている。
冷却／加熱ユニット６０は、冷凍サイクルを構成する圧縮機６２、凝縮器６３、膨張弁６４、アキュムレータ６５と、底板１１を跨いで庫内の蒸発器６１とを冷媒配管で連結した冷却部と，蒸発器６１の前方に取設したヒータ（不図示）による加熱部から構成され、ユニットベース６８に取設されている。冷却／加熱ユニット６０は、販売モードに応じて、庫内に冷風または温風を循環させて商品収納ラックＲ内の商品を冷却または加熱するものである。
凝縮器６３は、いわゆるフィンアンドチューブ型の熱交換器であり、水平方向に配置された複数の熱交換パイプと、その熱交換パイプに垂直方向に熱結合したフィンを有して構成されている。凝縮器６３の後方にはファンモータ取付具７９によりファンモータ７３が取設され、ファンモータ７３の中心にプロペラファン７０が取設されている。凝縮器６３内の空気は、水平方向に配置された熱交換パイプと垂直方向に配置されフィンとの間で形成される空間により整流されて、プロペラファン７０に移送される。

プロペラファン７０は、外扉２０の通気口２２より機械室５０の前面開口部５１を経由して空気を吸入し、凝縮器６３による凝縮熱を吸入するとともに、圧縮機６２の排熱を吸収して、機械室５０の背面開口部５２へ排気するためのものである。
プロペラファン７０は、図３に示すように５枚の翼７１とその翼７１の根元部を取設するボス７２により構成され、ファンモータ７３により図中Ｃの方向に回転をして、紙面の手前より奥側に流体を送風する。翼７１は、低騒音用の前進翼の形状であり、回転方向側を前縁７１ａ、その反対を後縁７１ｃ、半径方向の先端を先端部７１ｂ、ボス７２との付け根を翼根部７１ｄで囲われた曲面を形成し、流れの前方側に負圧面７１ｅを、その反対側に圧力面７１ｆを有している。また、負圧面７１ｅの前縁７１ａに沿って翼根部７１ｄから翼端部７１ｂの近傍まで、突起半径Ｒを有する突起７１ｇが形成されている厚肉形状を有している。また、突起７１ｇの端部は前縁７１ａとほぼ同位置に位置している。なお、5枚のブレード７１、ボス部７２とは、突起７１ｇを含めて樹脂にて一体に成形され、プロペラファン７０の外形寸法は、厚さ７０ｍｍ、外径２００ｍｍである。
制御手段１００は、図１に示すように外扉２０の内側に取設され、内部に主制御部、メモリなどを有し、蒸発器６１の上方に取設してある庫内センサの温度を検知して、冷却／加熱ユニット６０およびプロペラファン７０などの運転を制御して、各商品収納庫４０ａ，４０ｂ，４０ｃの商品を所定の温度にするためのものである。各商品収納庫４０ａ，４０ｂ，４０ｃの冷却加熱の選択は運転モードＳＷにより行われる。

かかる構成にて、自動販売機を制御手段１００により稼働すると、商品収納室４０ａ，４０ｂ，４０ｃが冷却され、各ラックＲに収容した商品が冷却されることになる。商品収納室４０ａ，４０ｂ，４０ｃが冷却されると、凝縮器６３からの凝縮熱がプロペラファン７０の回転駆動により排気される。
プロペラファン７０が回転駆動すると、プロペラファン７０は、外扉２０の下部に設けられた通気口２２より空気を流入し、その直後に設けられた凝縮器６３の前面より空気を流入して熱交換を行い、熱交換した後の空気を圧縮機６２の表面の送風してから後方に流出する。通気口２２より流入してプロペラファン７０を通過する流体の風量は、通気口２２の寸法に対してプロペラファン７０の径が大きいことからプロペラファン７０の下部領域で多く、上部領域で少ない態様となる。
プロペラファン７０の下部領域を回転する翼７１には、流入する流量が多いので、図８（ａ）に示すような小さな迎え角８５が形成される結果、プロペラファン７０に流入する流体は、翼の負圧面７１ａに沿って流れるため、負圧面７１ａからの剥離渦が少なく、高効率、低騒音で回転する。
一方、プロペラファン７０の上部領域を回転する翼７１は、風量が不足して迎え角７５が大きくなるが、図４に示すように厚肉形状である半円形状の突起７１ｇにより前縁７１ａでの渦の発生を抑制するとともに、突起７１ｇより下流側においては、縦渦７６が発生することにより、主流７７が負圧面側７１ｅから離れることなく、適正な乱流境界層が形成される。その結果、負圧面７１ｅから発生する騒音を低減することができる。

発明者らの実験によれば、図５に示す騒音の周波数解析結果に示すように、突起７１ｇを有するプロペラファン７０と突起７１ｇのない従来のプロペラファン８０とを比較したときには、７５０Ｈｚ以上の周波数範囲での広帯域に関する乱流騒音に低減の効果があり、全体では１．５ｄＢ低減することができた。
また、突起７１ｇの半径Ｒを変えた実験では、図６に示すように従来のプロペラファン８０とを比較して、突起７１ｇの半径Ｒが２．５mm〜６．５ｍｍの範囲のときに１ｄＢ以上の低減効果があり、突起７１ｇの半径Ｒが４ｍｍのときに１．５ｄＢ以上低減をしている。これは、半円形状突起７１ｇの半径Ｒが小さすぎると主流７７の剥離を抑制するための十分な縦渦７６を生成することができず、また、半円形状の半径Ｒが大きすぎると突起７１ｇの下流側において、よりスケールの大きい縦渦７６が発生するため、主流７７が負圧面７１ｅより離間して適正な境界層を形成できないと推測される。よって、突起７１ｇの半径Ｒが２．５mm〜６．５ｍｍの範囲が騒音低減効果に最適の範囲となる。
また、突起７１ｇの半径Ｒが２．５mm〜６．５ｍｍとプロペラファン７０の翼７１に対して十分に小さい高さであるので、プロペラファン７０の翼７１と突起７１ｇと同一樹脂で同一の成形型で成形することが可能となる結果、プロペラファン７０が低コストで製作できる。

以上のように、本発明に係るのプロペラファンは、自動販売機などの熱交換器用ファンに適している。

本発明の実施例に係るプロペラファンを適用した自動販売機を示す斜視図である。 図１に示した自動販売機の下部側断面図である。 本発明の実施例に係るプロペラファンの平面図である。 図３のＡＡ断面のおける翼面周りの流れを示す模式図である。 本発明の実施例に係るプロペラの騒音実験結果を示す特性図である。 本発明の実施例に係るプロペラの騒音実験結果を示す特性図である。 従来のプロペラファンの正面図である。 図７のプロペラファンにおけるＢＢ断面に関して、（ａ）は適正風量の場合における翼面周りの流れを示す模式図であり、（ｂ）は風量が少ない場合における翼面周りの流れを示す模式図である。

符号の説明

１０ 本体キャビネット
２０ 外扉
３０ 内扉
４０ａ、４０ｂ、 ４０ｃ 商品収納室
５０ 機械室
６０ 冷却／加熱ユニット
６２ 圧縮機
６３ 凝縮器
７０ プロペラファン
７１ 翼
７１ａ 前縁
７１ｇ 突起
７２ ボス
７３ ファンモータ

Claims (4)

1. ボスの外周に複数の翼を配設したプロペラファンにおいて、各翼の負圧面前縁を厚肉としたことを特徴とするプロペラファン。
2. 厚肉は負圧面前縁側に沿った突起で形成されたことを特徴とするプロペラファン。
3. 前記突起の断面形状が半円形であり、その半径が2.5〜6.5mmであることを特徴とする請求項1に記載のプロペラファン。
4. 前記突起と翼が樹脂製にて一体に形成されていることを特徴とする請求項2に記載のプロペラファン。

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