JP2012241684A - 軸流ファン - Google Patents

Abstract

【課題】従来の軸流ファンにおいては、羽根の圧力面側において外周縁部方向に流れる気流の一部がリブを乗り越えて負圧面側へ向かうため、発生した翼端渦と負圧面側を流れる気流との干渉を原因とする騒音を十分に小さくできないという課題があった。
【解決手段】羽根３の圧力面３d側において、ボス２側から羽根３の外周縁部３cに向かって階段状に高くなる段差部４が、羽根３の前縁部３aから後縁部３bにわたって、かつ外周縁部３cに沿うように一体に形成されているので、段差部４を乗り越えて外周縁部方向に流れる気流を減少させる。その結果、圧力面３dから負圧面３eへ流れる気流を減らして負圧面側を流れる気流との干渉をなくし、騒音を小さくすることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、空気調和機、換気扇等に用いられる軸流ファンに関する。

一般に空気調和機、換気扇等に用いられる軸流ファンは、モータに連結されるボスと、このボスの外周に放射状に設けられた複数の羽根とからなる羽根車と、この羽根車の外周に配設されたベルマウスとを備える構成となっている。

上記構成の軸流ファンにおいて、モータの駆動により羽根車が回転すると、羽根３０の表面上にその前縁部３０aから後縁部３０bに向かって流れる気流が生じる。この気流の一部は、図１２に示すように、羽根車の回転による遠心力を受けて、羽根３０の外周縁部３０cの方向へと流れを変え、その結果、羽根３０の圧力面３０d側に生じる気流はその外周縁部３０cを越えて羽根３０の負圧面３０e側へと流れて翼端渦を生じさせる。図１３、図１４に示すように、この翼端渦は負圧面３０e側の気流と干渉し、羽根３０の後縁部３０bに向かうにつれて除々に成長増大する。そして、やがては羽根３０の外周に配置されたベルマウス５０と衝突し、騒音を発生させていた。

そこで、その騒音を発生させる要因である翼端渦の発生を抑制するため、羽根の圧力面の後縁部近傍において圧力面から負圧面への気流の流れを抑制するためのリブを形成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１９５７６号公報

しかしながら、このような従来の軸流ファンにおいては、羽根の圧力面にて外周縁部の方向に流れる気流の一部は形成されたリブを乗り越えて負圧面側へ向かうため、負圧面側へ流れ込む気流を減らせず、翼端渦の成長増大を十分に抑制できないという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、翼端渦の成長増大を抑制し騒音を低減する軸流ファンを提供することを目的とする。

本発明の軸流ファンは、ボスの外周に複数の羽根を設けた羽根車と、この羽根車の外周に配設されたベルマウスとを備えた軸流ファンであって、前記各羽根の面の外周縁部近傍に前記ボス側から前記外周縁部に向かって階段状に高くなる段差部を一体に設け、この段差部の各段差壁面を前記羽根の外周縁部と並行になるよう配設したことを特徴とする。

上記のように構成された軸流ファンは、羽根の外周縁部に向かう気流を減らし、翼端渦の成長増大を抑制して騒音を低減することができる。

実施の形態１に係る軸流ファンの正面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 実施の形態１に係る軸流ファンの羽根の圧力面の気流の流れを示す図である。 実施の形態１に係る軸流ファンの変形例の断面図である。 実施の形態１に係る軸流ファンの変形例の断面図である。 実施の形態１に係る軸流ファンの変形例の正面図である。 実施の形態２に係る軸流ファンの背面図である。 図８のＧ−Ｇ断面図である。 実施の形態２に係る軸流ファンの変形例の断面図である。 実施の形態３に係る軸流ファンの断面図である。 従来の軸流ファンにおける羽根の外周方向へ流れる気流を表した図である。 従来の軸流ファンの断面図である。 従来の軸流ファンにおける翼端渦の状態を説明するための図である。

実施の形態１．
以下図面を用いて本発明の実施の形態１を説明する。図１は実施の形態１に係る軸流ファンの正面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図で、図４は実施の形態１に係る軸流ファンの羽根の圧力面の気流の流れを示す図、図５は実施の形態１に係る軸流ファンの変形例の正面図、図６は実施の形態１に係る軸流ファンの変形例の断面図、図７は実施の形態１に係る軸流ファンの変形例の断面図である。

図１及び図２に示すように、本実施の形態に係る軸流ファンは、羽根車１と、この羽根車１の外周側に所定幅の隙間を置いて配設されたベルマウス５とを備えている。羽根車１は、合成樹脂製のボス２と、このボス２の外周に放射状に一体に形成されるとともに、回転方向に沿って曲面状に形成された薄板状の３枚の羽根３とを有し、ボス２は図示しないモータの回転軸に連結される。なお、本実施の形態では羽根３が３枚の例を示しているが、羽根はこの枚数に限定されるものではなく、また、ボスとは必ずしも一体に形成されていなくてもよい。以下の実施の形態についても同様である。

各羽根３の圧力面３dの外周縁部３０c近傍には、図２に示すように、ボス２側から羽根３の外周縁部３cに向かって段階的に高くなるような階段状の段差部４が、羽根３の前縁部３aから後縁部３bにわたって、外周縁部３cに沿うように一体に形成されている。段差部４は、各羽根３の圧力面３０dから垂直方向で、且つ羽根３の外周縁部３０cに対し並行に延在する複数の段差壁面４aと、これら各段差壁面４aをつなぐ段差平面４bとから構成される。段差部４は、羽根３の圧力面３dから負圧面３eへ流れる気流を抑制するために所定の高さに形成され、その段数、すなわち各段差壁面４ａの高さは任意に決めればよい。さらに、段差部４は、図３に示すように、羽根３の圧力面３ｄの曲面に沿って凹状に湾曲しており、羽根３の後縁部３b付近を圧力面側方向に曲げた構成となっている。

図１〜図４を用いて実施の形態１に係る軸流ファンの動作について説明する。図示しないモータが駆動して羽根車１がＣ方向に回転すると、羽根３の圧力面３dに沿って流れる気流Ｆの一部は遠心力で羽根３の外周縁部３cの方向に流れる。この気流Ｆの一部は、まず圧力面３dに最も近い位置にある第１の段差壁面４aに当たり、この段差壁面４aと圧力面３dに沿って羽根３の後縁部３bの方向へと流れる。そして、この第１の段差壁面４aを乗り越えてさらに外周縁部４cの方向へと流れる気流Ｆは、第１の段差壁面４aの上部に位置する第２の段差部４の段差壁面４aに当たり、その段差壁面４aと第１の段差部４の段差平面４bに沿って羽根３の後縁部３bの方向へと流れてゆく。各段差壁面４aを乗り越えた気流Ｆは、以下同様に上部に位置する段差部４の段差壁面４aと段差平面４bに案内されて、羽根３の後縁部３bの方向へと流れてゆく。その結果、気流Ｆの大部分は羽根３の後縁部３bの方向に流れ、羽根３の外周縁部３cを越えて負圧面３eへ流れる気流Ｆは少なくなるので、翼端渦の発生を抑制することができる。

特に、段差部４はボス２側から羽根３の外周縁部３cに向かい段階的に高くなるように形成された階段状、すなわち複数段となっているので、羽根３の外周縁部３c方向へ気流Ｆが勢いよく流れても、その勢いは段差部４によって除々に弱められ、気流Ｆは段差部４を乗り越えにくくなる。

以上のように、本実施の形態に係る軸流ファンによれば、羽根３の圧力面３d側において、ボス２側から羽根３の外周縁部３cの方向へ段階的に高くなるような階段状の段差部４が、羽根３の前縁部３aから後縁部３bにわたって、外周縁部３cに沿うように一体に形成されているので、外周縁部３cから負圧面３e側に流れる気流Ｆを著しく減少させることができる。そのため、負圧面３e側を流れる気流との干渉が小さくなるので、負圧面３eにおける翼端渦の成長増大が抑えられ、騒音を低減することができる。

また、段差部４は、羽根３の曲面に沿って凹状に湾曲しており、羽根３の後縁部３b付近は圧力面側方向に曲げられた構成である場合は、段差部４の段差壁面４aに沿って前縁部３aから後縁部３bに向かって流れる気流Ｆを下流側方向に流出させやすくなるので、軸流ファンとしての送風性能を向上させることが可能となる。

なお、図５に示すように、段差部４は、段差部４の段差壁面４aと圧力面３d、または段差壁面４aと段差平面４bとのなす角が鋭角になるように、段差壁面４aをボス２に向けて傾斜させて形成してもよい。そうすることにより、気流Ｆは上述した構成よりも一層段差部４を乗り越えにくくなるので、外周縁部３cから負圧面３eへ流れ込む気流をさらに減少させて翼端渦の発達を抑え、騒音を低減することができる。

また、図６に示すように、段差部４は、段差平面４bに前記羽根３の外周縁部３cに沿うよう前縁部３aから後縁部３bにわたって凹部４cを形成するとともに、この凹部４cの一つの壁面が前記段差壁面４aと面一になるよう形成されていてもよい。図６では、第１の段差部４の段差平面４bと第２の段差部４の段差平面４bとに凹部４cが設けられている。そうすることにより、第１の段差壁面４aを乗り越えた気流Ｆは、段差平面４bに設けられた凹部４cにより羽根３の後縁部３bの方向へと流されやすくなる。第２の段差壁面４a以降も同様である。そのため、外周縁部３c方向への気流Ｆの流れがより一層抑制されるので、翼端渦の成長増大が抑えられ、騒音をより低減することができる。

また、図７に示すように、段差部４は、羽根３の外周縁部３cであって、前縁部３a近傍にのみ設けられていてもよい。前縁部３a近傍にのみ設けることにより前縁部３a近傍で圧力面３dから負圧面３eへの気流Ｆの流れ込みを抑制し、負圧面３eの前縁部３a付近で発生する翼端渦を渦の発生初期の段階で抑制できる。そのため、翼端渦の成長増大を効果的に妨げることができ、騒音の低減が可能となる。

実施の形態２．
以下図面を用いて実施の形態２について説明する。図８は実施の形態２に係る軸流ファンの背面図、図９は図８のＧ−Ｇ断面図、図１０は実施の形態２に係る軸流ファンの変形例の断面図である。実施の形態１と同一の構成については図１、２と同一の符号を付してその説明を省略する。

図８、９に示すように、本実施の形態においては、羽根３の負圧面３eに、ボス２側から羽根３の外周縁部３cの方向へ段階的に高くなるような階段状の段差部６が、羽根３の前縁部３aから後縁部３bのわたって、外周縁部３cに沿うように一体に形成されている。また段差部６は、羽根３の負圧面３ｅの曲面に沿って凸状に湾曲しており、羽根３の後縁部３b付近を圧力面側方向に曲げた構成となっている。

図８、９を用いて実施の形態２に係る軸流ファンの動作について説明する。図示しないモータが駆動して羽根車１がＣ’方向に回転すると、羽根３の圧力面３d側を流れる気流Ｉの一部と、羽根３の負圧面３e側を流れる気流Ｊの一部はそれぞれ、羽根車１の回転による遠心力によって、羽根３の外周縁部３cの方向へ流れる。

まず圧力面３d側における気流Ｉの流れについて説明する。圧力面３d側においては、段差部は設けられておらず、気流Ｉの一部は段差部に妨げられることなく外周縁部３c方向へ流され、圧力面３dから負圧面３eへ流れ込み翼端渦を発生させる。

次に負圧面３e側における気流Ｊの流れについて説明する。この気流Ｊの一部は、まず負圧面３eから最も近い位置にある第１の段差壁面６aに当たり、この段差壁面６aと負圧面３eに沿って羽根３の後縁部３bの方向へと流れる。そして、この第１の段差壁面６aを乗り越えてさらに外周縁部３cの方向へと流れる気流Ｆは、第１の段差壁面６aの上部に位置する第２の段差部６の段差壁面６aに当たり、その段差壁面６aと第１の段差部６の段差平面６bに沿って羽根３の後縁部３bの方向へと流れてゆく。各段差壁面６aを乗り越えた気流Ｊは、以下同様に上部に位置する段差部６の段差壁面６aと段差平面６bに案内されて、羽根３の後縁部３bの方向へと流れてゆく。結果として、気流Ｊの大部分は羽根３の後縁部３bの方向に流れるので、羽根３の外周縁部３cを越えて圧力面３dからの気流を要因とする翼端渦と干渉する気流Ｊが少なくなり、翼端渦の成長増大を抑制することができる。

特に、段差部６はボス２側から羽根３の外周縁部３cに向かい段階的に高くなるように形成された階段状、すなわち複数段となっているので、羽根３の外周縁部３c方向へ気流Ｊが勢いよく流れても、その勢いは段差部６によって除々に弱められ、結果として、気流Ｊは段差部６を乗り越えにくくなる。

本実施の形態においては、羽根３の圧力面３dから負圧面３eへ流れ込む気流Ｉは減少しない。したがって、負圧面３eで発生する翼端渦は小さくならない。しかしながら、負圧面３eには段差部６が設けられているため、羽根３の負圧面３eにおける羽根３の外周縁部３c方向への流れを妨げ、気流Ｉを原因とする翼端渦と、気流Ｊとの干渉を小さくし、結果として翼端渦の成長増大を抑制し騒音の低減が可能となる。特に翼端渦の成長増大は、圧力面３dから負圧面３eへ流れ込む気流Ｉの影響もさることながら、負圧面３eにおける羽根３の外周方向へ流れる気流Ｊとの干渉も大きな要因であるため、本実施の形態のように負圧面３eにおける羽根３の外周方向へ流れる気流Ｊを減少させるのは翼端渦の成長増大防止という観点から有効である。

以上のように、本実施の形態に係る軸流ファンによれば、羽根３の負圧面３eに、ボス２側から羽根３の外周縁部３cの方向へ段階的に高くなるような階段状の段差部６が、羽根３の前縁部３aから後縁部３bにわたって、外周縁部３cに沿うように一体に形成されているので、段差部６を乗り越えて外周方向に流れる気流Ｊを減らし、気流Ｉによる翼端渦との干渉を小さくする。その結果、翼端渦の成長増大が抑制されるので、騒音を低減することができる。

なお、図１０に示すように、羽根３の外周縁部３cの形状を、負圧面３eの向きに屈曲させて形成してもよい。そうすることにより、羽根３とベルマウス５との隙間が大きくなるので、圧力変動が小さくなり、騒音を減少させることが可能となる。

なお、実施の形態１で説明した図５〜７で示す段差部４の構成については、本実施の形態の段差部６にも適用可能であり、上述した同様の効果を奏する。

実施の形態３．
以下図面を用いて実施の形態３について説明する。図１１は実施の形態３に係る軸流ファンの断面図である。実施の形態１、２と同一の構成については図１、２、８、９と同一の符号を付してその説明を省略する。

図１１に示すように、本実施の形態においては、羽根３の圧力面３dと負圧面３eの両方に、ボス２側から羽根３の外周縁部３cの方向へ段階的に高くなるような階段状の段差部４、６が、羽根３の前縁部３aから後縁部３bにわたって、外周縁部３cに沿うように一体に形成されている。段差部４、６の構成はそれぞれ実施の形態１、実施の形態２で説明した構成と同様であるのでその説明を省略する。なお、圧力面３ｄの段差部４と、負圧面３ｅの段差部６とは、羽根３に対し対称な形状になるよう形成することが好ましい。

図１１を用いて実施の形態３に係る軸流ファンの動作について説明する。羽根車１が回転すると、羽根３の圧力面３d側を流れる気流Ｋと、羽根３の負圧面３e側を流れる気流Ｌとはそれぞれ、羽根車１の回転による遠心力によって、羽根３の外周縁部３cの方向へ流れようとする。

まず圧力面３d側における気流Ｋの流れについて説明する。この気流Ｋの一部は、まず圧力面３dから最も近い位置にある第１の段差壁面４aに当たり、この段差壁面４aと圧力面３dに沿って羽根３の後縁部３bの方向へと流れる。そして、この第１の段差壁面４aを乗り越えてさらに外周縁部４cの方向へと流れる気流Ｋは、第１の段差壁面４aの上部に位置する第２の段差部４の段差壁面４aに当たり、その段差壁面４aと第１の段差部４の段差平面４bに沿って羽根３の後縁部３bの方向へと流れてゆく。各段差壁面４aを乗り越えた気流Ｋは、以下同様に上部に位置する段差部４の段差壁面４aと段差平面４bに案内されて、羽根３の後縁部３bの方向へと流れてゆく。結果として、気流Ｋの大部分は羽根３の後縁部３bの方向に流れるので、羽根３の外周縁部３cを越えて負圧面３eへ流れる気流Ｋは少なくなり、翼端渦の発生を抑制することができる。

次に負圧面３e側における気流Ｌの流れについて説明する。この気流Ｌの一部は、まず負圧面３eから最も近い位置にある第１の段差壁面６aに当たり、この段差壁面６aと負圧面３eに沿って羽根３の後縁部３bの方向へと流れる。そして、この第１の段差壁面６aを乗り越えてさらに外周縁部３cの方向へと流れる気流Ｌは、第１の段差壁面６aの上部に位置する第２の段差部６の段差壁面６aに当たり、その段差壁面６aと第１の段差部６の段差平面６bに沿って羽根３の後縁部３bの方向へと流れてゆく。各段差壁面６aを乗り越えた気流Ｌは、以下同様に上部に位置する段差部６の段差壁面６aと段差平面６bに案内されて、羽根３の後縁部３bの方向へと流れてゆく。結果として、気流Ｌの大部分は羽根３の後縁部３bの方向に流れるので、羽根３の外周縁部３cを越えて圧力面３dからの気流を要因とする翼端渦と干渉する気流Ｌは少なくなり、翼端渦の成長増大を抑制することができる。

以上のように、本実施の形態に係る軸流ファンによれば、羽根３の圧力面３dと負圧面３eの両方に段差部４、６がそれぞれ設けられているので、圧力面３dから負圧面３eへの気流Ｋの減少により負圧面３eで発生する翼端渦を小さくするとともに、負圧面３eでの外周縁部３c方向への気流Ｌを減らし、負圧面３eにおける翼端渦と気流Ｌとの干渉を小さくして翼端渦の成長増大を妨げ、騒音を低減することができる。

なお、実施の形態１で説明した図５〜７で示す段差部４の構成は、本実施の形態の段差部４、段差部６にも適用可能であり、上述した同様の効果を奏する。

１ 羽根車
２ ボス
３ 羽根
３a 前縁部
３b 後縁部
３c 外周縁部
３d 圧力面
３e 負圧面
４、６ 段差部
４a、６a 段差壁面
４b、６b 段差平面
４c 凸部
５ ベルマウス

Claims (8)

1. ボスの外周に複数の羽根を取り付けた羽根車と、
   この羽根車の外周に配設されたベルマウスとを備えた軸流ファンであって、
   前記各羽根の面の外周縁部近傍に前記ボス側から前記外周縁部に向かって階段状に高くなる段差部を一体に設け、この段差部の各段差壁面を前記羽根の外周縁部と並行になるよう配設したことを特徴とする軸流ファン。
2. 前記段差部は前記羽根の圧力面に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
3. 前記段差部は前記羽根の負圧面に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の軸流ファン。
4. 前記段差部は、複数の段差を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の軸流ファン。
5. 前記段差部は、前記羽根の前縁部近傍に設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の軸流ファン。
6. 前記段差部は、前記羽根の前縁部から後縁部にわたって外周縁部に沿うように設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の軸流ファン。
7. 前記段差部は、段差壁面と段差平面のなす角が鋭角であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の軸流ファン。
8. 前記段差部は、段差平面に前記羽根の外周縁部に沿うよう前縁部から後縁部にわたって凹部を形成するとともに、この凹部の一つの壁面が前記段差壁面と面一になるよう形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の軸流ファン。

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