JP2014040807A - プロペラファン - Google Patents

Abstract

【課題】不安定な境界層の流れに起因する騒音を抑制できるプロペラファンを提供すること。
【解決手段】
プロペラファン１のブレード３には、正圧面３Ａ側と負圧面３Ｂ側とに開口するスリット１０が形成され、スリット１０の負圧面３Ｂ側の開口１０Ｂは、正圧面３Ａ側の開口１０Ａよりもブレード３の回転後方Ｂに位置している。スリット１０を区画する回転後方Ｂ側の内壁１２は、正圧面３Ａ側から負圧面３Ｂ側に向けて順に配置される第１曲面１２１、第２曲面１２２、および第３曲面１２３を有し、第１曲面１２１は、内壁１２の正圧面３Ａ側の端部と負圧面３Ｂ側の端部とを結ぶ方向Ｃに対して凸となる向きとされ、第２曲面１２２は、方向Ｃに対して凹となる向きとされ、第３曲面１２３は、方向Ｃに対して凸となる向きとされるとともに、負圧面３Ｂに連続する。
【選択図】図２

Description

本発明は、プロペラファンに関する。

空気調和機の室外機に用いられるプロペラファンは、低騒音化のために様々な工夫が施されている。
例えば、特許文献１のプロペラファンは、負圧面側に向けて凸となるように湾曲されたブレードに、正圧側に向けて凸となる変曲面部を形成することにより、騒音を低減している。変曲面部を形成すると、ブレードの負圧面では流れが変曲面部において渦を巻くように変化するとともに、ブレードの正圧面では変曲面部を乗り越えるときに流速が増加し圧力が低下する。これにより、変曲面部において、負圧側と正圧側との圧力差が小さくなることにより、負圧側と正圧側との圧力差によって発生する翼端渦の発生を抑制している。
また、負圧面においては、ブレードの回転方向前方側から後方側に向けて境界層が徐々に成長していくが、変曲面部で流れが変化するため、境界層の成長が一端中断される。これにより、境界層の発達を抑制している。

特開２００８−５１０７４号公報

近年、周囲環境の静粛性が進んでいることから、より一層の低騒音化が必要とされている。
ここで、空気調和機のプロペラファンでは、広い周波数範囲に亘る広帯域騒音が発生している。この騒音は、ブレードの表面に沿った境界層が発達して流れが不安定になることに起因している。特に、ブレードの負圧面では、ブレードの正圧面と、隣接するブレードの負圧面との間の流路を流れる主流の転向の内側であることと、圧力を上げて送風するプロペラファンにあって、当該流路の減速側に位置し、そこでは圧力勾配が逆転することが、境界層の流れが不安定になるのを助長する。その状態を経て、境界層の剥離にまで進行すると、大きな騒音を発生させるおそれがある。
特許文献１のプロペラファンでは、負圧面上の流れが凹状の変曲面部に転向して入るときに速度増加に伴って静圧を低下させることで主流との圧力差を大きくし、その変曲面部に主流を取り込むことで境界層の流れを安定化させる狙いと考えられる。しかし、流れが変曲面部の端縁を乗り越えて負圧面上に戻るときに静圧が上昇するので、かえって境界層の流れが不安定となるおそれが大きい。その上、変曲面部に沿って流れの経路が長くなるため、送風に必要な動力が増すので、効率が低下するおそれがある。

本発明は、上記のような課題に基づいてなされたもので、不安定な境界層の流れに起因する騒音を抑制できるプロペラファンを提供することを目的とする。

本発明のプロペラファンは、所定の向きに回転されるハブと、ハブに放射状に設けられてハブの回転に伴って回転されるとともに、正圧面および負圧面を有する複数のブレードと、を備える。ブレードには、正圧面側と負圧面側とに開口する貫通路が形成され、貫通路の負圧面側の開口は、正圧面側の開口よりもブレードの回転後方に位置する。
そして、本発明は、貫通路を区画する回転後方側の内壁は、正圧面側から負圧面側に向けて順に配置される第１曲面、第２曲面、および第３曲面を有し、第１曲面は、回転後方側の内壁の正圧面側の端部と負圧面側の端部とを結ぶ方向に対して凸となる向きとされ、第２曲面は、前記方向に対して凹となる向きとされ、第３曲面は、前記方向に対して凸となる向きとされるとともに、負圧面に連続することを特徴とする。

正圧面に沿って回転後方に向けて流れる空気は、正圧面よりも気流のエネルギが小さい負圧面に向けて貫通路の正圧面側の開口に流入する。その気流は、負圧面側の開口に向けて回転後方に向けて進み、負圧面側の開口から負圧面に供給される。このようにして正圧面側の高いエネルギを持つ主流が負圧面の境界層に導入されると、境界層の発達を遅らせ、負圧面に沿った境界層の流れを安定化させることができる。
ここで、貫通路を通じて負圧面に気流を導入するにあたり、その気流を負圧面の境界層の流れに沿った向きとし、負圧面の境界層の流れにエネルギを十分に送り込めるように、回転後方側の内壁に第１曲面、第２曲面、および第３曲面が形成されている。貫通路内に入った気流は、第１曲面の凸部を乗り越え、続いて第２曲面の凹部に進入することで、負圧面に対してなす傾斜角度が小さくなるように気流の向きが転向される。そして、第２曲面の凹部から出るときに逆向きに転向された後、第３曲面の凸部によって再び転向されることで、負圧面上を境界層の流れと同じ向きに沿って流れ、その境界層の流れに導入される。これにより、負圧面の境界層の流れにエネルギを補充できるので、負圧面の境界層の流れを安定化させることができる。したがって、不安定な境界層の流れに起因する広帯域騒音を抑制できる。
さらに、境界層の流れが安定化されることで、動力損失が低減されるので、プロペラファンの効率も向上させることができる。

本発明のプロペラファンでは、第１曲面の曲率半径をＲ１、第２曲面の曲率半径をＲ２、第３曲面の曲率半径をＲ３とすると、Ｒ１ ＜ Ｒ２ ＜ Ｒ３ を満足することが好ましい。
第１曲面〜第３曲面の曲率半径Ｒ１〜Ｒ３が次第に大きくなることにより、第１曲面〜第３曲面によって規定される貫通路の内壁によって順次転向されるときの遠心力が低下するために流れが壁面に沿って流れ易くなるので、流れの変動が抑制されながら、気流の向きを負圧面に沿う向きに漸次近づけることができる。これにより、導入される気流を負圧面に確実に沿わせることができる。

本発明のプロペラファンでは、貫通路の負圧面側の開口は、負圧面における最大反り位置の近傍または最大反り位置よりもブレードの回転後方に位置することが好ましい。
負圧面上の最大反り位置の近傍では、主流の影響により減速が開始され、これに伴って気流のエネルギが低下し始める。したがって、最大反り位置の近傍、または最大反り位置よりも回転後方に貫通路を形成することにより、負圧面に効率良く気流エネルギを補充できる。

本発明のプロペラファンでは、貫通路を区画するブレードの回転前方側の内壁は、回転後方に向けて延びていることが好ましい。
それによれば、導入される気流を負圧面に沿う向きまでガイドする効果を高めることができる。

本発明の第２のプロペラファンは、所定の向きに回転されるハブと、ハブに放射状に設けられてハブの回転に伴って回転されるとともに、正圧面および負圧面を有する複数のブレードと、を備える。
そして、ブレードには、ブレード内部を通り、正圧面および負圧面の少なくとも一方に到達する吹込経路が形成され、吹込経路は、正圧面および負圧面の少なくとも一方の面上でブレードの回転後方に向けて開口する吹込口を有することを特徴とする。

この発明によれば、吹込経路により、負圧面の境界層の流れに沿った向きに気流を吹き込むことができるので、負圧面において低下する気流エネルギを補充できる。これにより、境界層の発達を遅らせ、負圧面の境界層の流れを安定化できるので、広帯域騒音を抑制することができる。
さらに、境界層の流れが安定化されることで、動力損失が低減されるので、プロペラファンの効率も向上させることができる。
また、吹込経路は、主流の影響により減速が開始され、これに伴って気流のエネルギが低下し始める負圧面上の最大反り位置の近傍、または最大反り位置よりもブレードの回転後方に形成すれば、効率良く気流エネルギを補充できる。

さらに、本発明の第３のプロペラファンは、所定の向きに回転されるハブと、ハブに放射状に設けられてハブの回転に伴って回転されるとともに、正圧面および負圧面を有する複数のブレードと、を備える。
そして、ブレードには、正圧面および負圧面の少なくとも一方から、ブレード内部を通り、ブレードの外部に到達する吸込経路が形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、吸込経路を通じて負圧面の境界層の流れをプロペラの外部に吸い出すことができる。これによって境界層が負圧面から排除されると、負圧面にはエネルギの大きな主流が吸引される。これにより、負圧面の境界層の流れが安定化されるので、広帯域騒音を抑制することができる。
さらに、境界層の流れが安定化されることで、動力損失が低減されるので、プロペラファンの効率も向上させることができる。
また、吸込経路は、境界層の発達に伴って不安定となり易い回転後方側に形成すれば、境界層が排除されることによる騒音抑制の効果を高めることができる。

本発明のプロペラファンによれば、不安定な境界層の流れに起因する広帯域騒音を低減できる。さらに、境界層の流れが安定化されることで、動力損失が低減されるので、プロペラファンの効率も向上させることができる。

第１実施形態に係るプロペラファンを負圧面側から示す平面図である。（ａ）はプロペラファンの全体図であり、（ｂ）は１つのブレードを示す拡大図である。 図１（ｂ）のＩＩ−ＩＩ線断面図であり、ハブの軸心から同一半径に沿ったブレードの断面を示す。また、その部分拡大図も示す。細い実線矢印は気流の向きを示している。 正圧面と負圧面との間の流路断面をプロペラファンの周方向に展開して示す図である。 （ａ）および（ｂ）ともに第１実施形態の変形例を示す平面図である。 第２実施形態に係るプロペラファンのブレードを示す図である。（ａ）は負圧面側からブレードを示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線断面図である。 （ａ）は、第３実施形態に係るプロペラファンのブレードを示す平面図である。（ｂ）は、その変形例を示す平面図である。 図６（ａ）、（ｂ）のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図、およびその部分拡大図である。 第３実施形態の変形例に係るプロペラファンのハブの軸心から同一半径に沿ったブレードの断面図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
図１および図２に示す本実施形態のプロペラファン１は、射出成形品であり、円筒状のハブ２と、ハブ２の外周に放射状に設けられる複数のブレード３とを一体に備えている。薄板状とされるブレード３は、ハブ２の軸心Ｓ（図２参照）に対して傾いた状態でハブ２の外周に支持される。
ハブ２に接続される図示しない動力源により、ブレード３が所定の向き（図１の矢印方向）に回転される。これにより、図１の紙面の手前側から奥側へと、隣り合うブレード３の表面に沿って斜めに拡がるように送風される。以下では、ブレード３の回転向きの前方（上流）を回転前方Ｆ、後方（下流）を回転後方Ｂと呼ぶ。

ブレード３は、回転前方Ｆ側に位置する前縁４と、回転後方Ｂ側に位置する後縁５と、前縁４および後縁５を径方向外側で繋ぐ外周縁６と、ハブ２に支持されるとともに前縁４および後縁５に連なる基端部７とを有している。前縁４は、外周縁６側の部分が回転前方Ｆに向けて張り出しており、これによってブレード３は鎌形に形成されている。
このブレード３は、図２に示すように、その全体形状が負圧面３Ｂ側に向けて凸となるように湾曲されている。正圧面３Ａの曲率半径よりも負圧面３Ｂの曲率半径の方が小さいため、ブレード３は、前縁４と後縁５とを結ぶ直線Ｎに対して、負圧面３Ｂの方が正圧面３Ａよりも反っている。

ブレード３の正圧面３Ａと、これに隣合うブレード３の負圧面３Ｂとは、図３に示すように、間隔をおいて互いに対向する。回転するブレード３の正圧面３Ａによってかきとられる空気は、前縁４側から正圧面３Ａと負圧面３Ｂとの間に押し込まれる。正圧面３Ａと負圧面３Ｂとの間に挟まれる気流の流路は、ブレード３の全体の湾曲形状に沿って転向しており、負圧面３Ｂは、その転向の内側に位置する。

上記構成のブレード３には、正圧面３Ａ側と負圧面３Ｂ側とに開口する貫通路としてのスリット１０が形成されている。このスリット１０は、上記の最大反り位置Ｐの近傍（Ｐの前側または後側）に位置しており、後述するように、スリット１０を通じて正圧面３Ａ側から負圧面３Ｂ側へと空気が流れる。なお、スリット１０が形成されていないときのブレード３の表面を図２の部分拡大図に一点鎖線で示す。
スリット１０は、図１（ｂ）に示すように、ブレード３の基端部７から外周縁６に向かう方向に沿って、基端部７近傍から外周縁６近傍までの所定の長さで形成されている。より具体的には、スリット１０は、前縁４の形状に倣って、外周縁６側が回転前方Ｆ側に位置し、基端部７側が回転後方Ｂ側に位置するように、ブレード３の径方向Ｄに対して傾斜している。このスリット１０は、基端部７から外周縁６に向けて最大反り位置Ｐが連なる方向に沿って形成されている。
図２に示すように、スリット１０の負圧面３Ｂ側の開口（負圧面開口）１０Ｂは、正圧面３Ａ側の開口（正圧面開口）１０Ａよりも回転後方Ｂに位置している。後述するように、前縁４側からブレード３，３間に押し込まれる空気の流れは、後縁５側に向かう成分を持つ。その流れの向きに倣ってスリット１０内を空気が流れるので、正圧面開口１０Ａと負圧面開口１０Ｂが回転方向の同じ位置に形成されている場合よりも、スリット１０の内壁および開口１０Ａ，１０Ｂの周縁における空気抵抗が小さい。

図２に示す断面においてスリット１０を区画する内壁１１，１２は、いずれも以下に述べるような曲面を有している。図２に表される内壁１１，１２の各々の稜線（曲線）がスリット１０の長さ方向に連続することで、曲面状の内壁１１，１２が形成されている。その曲面状の内壁１１，１２は、後述するように、正圧面開口１０Ａから負圧面開口１０Ｂへと流れる気流をガイドする機能を有している。

以下、負圧面３Ｂ側における内壁１１，１２の形状について説明する。
回転後方Ｂ側に位置する内壁１２は、負圧面３Ｂ側に、正圧面３Ａ側から負圧面３Ｂ側に向けて順に配置される第１曲面１２１、第２曲面１２２、および第３曲面１２３を有している。これらの第１〜第３曲面１２１〜１２３は相互に滑らかに連続している。
第１曲面１２１は、図２において内壁１２の正圧面３Ａ側の端部と負圧面３Ｂ側の端部とを結ぶ方向Ｃに対して凸となる向きとされている。また、第２曲面１２２は、方向Ｃに対して凹となる向きとされ、第３曲面１２３は、方向Ｃに対して凸となる向きとされるとともに、負圧面３Ｂに連続している。なお、以下の説明で、内壁１１，１２の凹凸の向きは、方向Ｃに対するものとする。
そして、第１曲面１２１の曲率半径をＲ１、第２曲面１２２の曲率半径をＲ２、第３曲面１２３の曲率半径をＲ３とすると、下式の関係を満足する。
Ｒ１ ＜ Ｒ２ ＜ Ｒ３
また、第１曲面１２１の行程をＬ１、第２曲面１２２の行程をＬ２、および第３曲面１２３の行程をＬ３とすると、Ｌ２は、Ｌ１およびＬ３に比べて小さい。但し、Ｌ１〜Ｌ３はこれに限らず任意に設定できる。

一方、回転前方Ｆ側に位置する内壁１１は、負圧面３Ｂ側に、上記の内壁１２の形状に倣い、回転後方Ｂに向けて延びる負圧面側曲面１１１を有している。負圧面側曲面１１１は、凸とされ、その湾曲の頂点部から負圧面３Ｂに連続する先端部にかけて内壁１２を負圧面３Ｂ側から覆っている。より具体的には、負圧面側曲面１１１は、第１曲面１２１の頂点を過ぎ、第２曲面１２２の一部を覆っている。この負圧面側曲面１１１は、内壁１２の第３曲面１２３と共に負圧面開口１０Ｂを形成している。

次に、正圧面３Ａ側における内壁１１，１２の形状について説明する。
内壁１１は、正圧面３Ａに連続する部分が面取りされることにより、正圧面側曲面１１２を有している。正圧面側曲面１１２は、方向Ｃに対して凹となる向きとされている。この正圧面側曲面１１２と上記の負圧面側曲面１１１により、内壁１１は略Ｓ字状とされている。
そして、内壁１２は、正圧面３Ａ側に、上記の正圧面側曲面１１２の形状に倣う正圧面側曲面１２４を有している。上記の正圧面側曲面１１２および正圧面側曲面１２４の曲率半径は各々、第１曲面１２１〜第３曲面１２３の曲率半径Ｒ１〜Ｒ３よりも小さい。それら正圧面側曲面１１２および正圧面側曲面１２４は、正圧面開口１０Ａを形成している。以上の正圧面側曲面１１２，１２４に沿ってガイドされることにより、正圧面開口１０Ａからスリット１０内に空気がスムーズに流入する。

上記のように正圧面３Ａ側に形成された内壁１２の正圧面側曲面１２４から、負圧面３Ｂ側に形成された内壁１２の第１曲面１２１にかけては、その全体が曲面により滑らかに連続している。また、内壁１１についても、正圧面側曲面１１２から負圧面側曲面１１１にかけての全体が曲面により滑らかに連続している。
なお、内壁１２における正圧面側曲面１２４と第１曲面１２１との間に直線を介在させることもできる。内壁１１についても同様に、正圧面側曲面１１２と負圧面側曲面１１１との間に直線を介在させることもできる。

以上説明した構成のプロペラファン１を作動させると、各ブレード３が正圧面３Ａ側に周囲の空気をかきとるように回転し、これによって、正圧面３Ａと負圧面３Ｂとの間に前縁４側から周囲の空気が押し込まれる。その空気は、正圧面３Ａと負圧面３Ｂとの間で、ブレード３の回転に伴う遠心力が働くことによって一部が外周縁６に向かうとともに、ブレード３全体の周方向における湾曲形状に沿って転向しながら後縁５にも向かう主流を形成する。その主流の経路は隣接するブレード３同士で形成され、後縁５に向けてディフューザ風路になるので、主流は後縁５に向けて次第に減速する。この減速に伴って流れの動圧が静圧に変換されることで空気圧力が大きくなり、プロペラファン１が昇圧する。

ここで、ブレード３の表面に沿って境界層の流れが存在する。この境界層は、特に、負圧面３Ｂ側において発達し、その流れが不安定になり易い。
その要因について以下説明する。まず、負圧面３Ｂは、図３に示すように、正圧面３Ａと負圧面３Ｂに挟まれる流路の転向の内側であるために正圧面３Ａ側よりも気流のエネルギが小さい。
次に、正圧面３Ａと負圧面３Ｂに挟まれる流路において、負圧面３Ｂは、主流の進行方向前方側である減速側（圧力が大きくなる）に位置する点でも、正圧面３Ａ側よりも気流のエネルギが小さい。ここで、負圧面３Ｂ側でも前縁４近傍では、正圧面３Ａと負圧面３Ｂとの間に押し込まれた空気が加速されるため、気流を安定させるだけの気流エネルギを有しており、上流側が圧力大、下流側が圧力小となる通常の圧力勾配となる。これに対して、それよりも回転後方Ｂでは、当該流路を流れる主流の影響が支配的となるので、負圧面３Ｂに沿った流れは減速する。そのため、負圧面３Ｂに沿った境界層は、正圧面３Ａに沿った境界層と圧力勾配（主流の圧力勾配に同じ）が逆転しており、上流側が圧力小、下流側が圧力大となっている。このため、負圧面３Ｂに沿った境界層の流れにブレーキがかかるので、気流のエネルギが小さくなる。これがさらに進行して、境界層の流れに向きが逆転する成分が生じると、境界層の剥離が生じうる。
以上で説明したように気流のエネルギが小さいと、負圧面３Ｂにおける境界層の流れが一定方向に安定せずに、断続的に向きや速度が変化する。

そこで、本実施形態では、正圧面３Ａ側から負圧面３Ｂ側に気流のエネルギを補充すべく、スリット１０を形成している。図２に破線で示すように、正圧面３Ａに沿って回転後方Ｂに向けて流れる空気は、正圧面３Ａよりも気流のエネルギが小さい負圧面３Ｂに向けてスリット１０の正圧面開口１０Ａに流入する。その気流は、スリット１０内で負圧面開口１０Ｂに向けて回転後方Ｂに向けて進み、負圧面開口１０Ｂから負圧面３Ｂに供給されるとともに、負圧面３Ｂに沿って更に回転後方Ｂに向かう。このようにして正圧面３Ａ側の高いエネルギを持つ主流が負圧面３Ｂの境界層に導入されると、境界層の発達を遅らせ、負圧面３Ｂに沿った境界層の流れを安定化させることができる。
また、本実施形態では、負圧面３Ｂにおいて、主流が拡大流れとなるために減速が開始され、これに伴って気流のエネルギが低下し始める最大反り位置Ｐの近傍にスリット１０の負圧面開口１０Ｂが配置されているので、効率良くエネルギを補充できる。
なお、スリット１０の負圧面開口１０Ｂは、負圧面３Ｂにおける任意の位置に形成できるが、負圧面３Ｂへのエネルギ補充効果は、最大反り位置Ｐの近傍、または最大反り位置Ｐよりも回転後方Ｂに形成されるときに際立つ。この範囲では負圧面１０Ｂ側の流れが拡大流れとなるために（ディフューザ風路）境界層が不安定になり易く、エネルギが低下し易いためである。
さらに、スリット１０を通じて、基端部７から外周縁６に向かう各所で負圧面３Ｂの境界層に気流が導入されるので、エネルギの補充効果を高めることができる。

さて、正圧面３Ａ側から負圧面３Ｂ側に気流を導入するにあたり、その気流を負圧面３Ｂの境界層の流れに沿った向きにすると、負圧面３Ｂ上の境界層の流れにエネルギを十分に送り込める。そのために、本実施形態では、スリット１０に上述の曲面を形成している。正圧面開口１０Ａからスリット１０内に流入した空気は、図２に破線で示すように、スリット１０の内壁に沿って緩やかに転向しながら、負圧面３Ｂ側に進む。そして、第１曲面１２１〜第３曲面１２３によって形状が定まる内壁１２と、それに対向する内壁１１により、負圧面３Ｂに沿うまでガイドされ、負圧面３Ｂにおける境界層の流れに導入される。

以下、第１曲面１２１〜第３曲面１２３に沿って気流がガイドされる様子を説明する。
第１曲面１２１の凸部１２１Ａを乗り越え、第２曲面１２２によって形成される凹部１２２Ａに気流が進入すると、負圧面３Ｂに対してなす傾斜角度が小さくなるように気流の向きが転向される。そして、凹部１２２Ａから出るときに逆向きに転向された後、第３曲面１２３の凸部１２３Ａによって再び転向されることで、気流は、負圧面３Ｂ上を境界層の流れと同じ向きに沿って流れ、その境界層の流れに導入される。これにより、負圧面３Ｂの境界層の流れにエネルギを十分に補充できるので、負圧面３Ｂの境界層の流れをより安定化させることができる。
しかも、上記のように第１曲面１２１〜第３曲面１２３の曲率半径Ｒ１〜Ｒ３が次第に大きくなるので、順次転向されるときの遠心力が低下するために流れが壁面に沿って流れ易くなるので、流れの変動が抑制されながら、気流の向きを負圧面３Ｂに沿う向きに漸次近づけ、負圧面３Ｂに確実に沿わせることができる。
さらに、上記の第１曲面１２１〜第３曲面１２３は滑らかに連続しているので、転向による圧力変動を極力抑えられる。このため、負圧面開口１０Ｂから安定した気流が負圧面３Ｂに導入されることも、負圧面３Ｂの境界層の流れの安定化に寄与できる。

以上説明した本実施形態のプロペラファン１によれば、第１曲面１２１〜第３曲面１２３によって規定される曲面状のスリット１０内壁に沿って、負圧面３Ｂの境界層の流れに沿った向きに気流が導入される。このようにして負圧面３Ｂに気流エネルギが補充されるので、負圧面３Ｂの境界層の流れを安定化することができる。
したがって、本実施形態によれば、不安定な境界層の流れに起因する広帯域騒音を十分に抑制できる。
さらに、境界層の流れが安定化されることで、動力損失が低減されるので、プロペラファン１の効率も向上させることができる。

上記の第１実施形態において、図４（ａ）に示すように、スリット１０と同様の構成のスリット１５を、スリット１０よりも回転後方Ｂ側に形成することもできる。これにより、スリット１０からのエネルギの補充後、負圧面３Ｂにおける減速が進行したために負圧面３Ｂの気流エネルギが境界層の流れを安定化するには不足したとしても、再度、スリット１５を通じて負圧面３Ｂにエネルギを補充できる。これにより、後縁５までエネルギを保って、負圧面３Ｂの境界層の流れを安定化させ易くなる。なお、ブレード３には、エネルギの補充により境界層の流れを安定化させるのに足りる数だけ、回転方向に間隔をおいて複数のスリット１５を設けることができる。

また、スリット１０は、第１曲面１２１〜第３曲面１２３が形成されている限り、その内壁の形状は任意である。
さらに、第１曲面１２１〜第３曲面１２３には、上述したＲ１〜Ｒ３に限らず、負圧面３Ｂに沿って気流を沿わせることのできる任意の曲率半径を採用できる。

ブレード３に形成される貫通路の形態や、形成される位置も任意である。
例えば、図４（ｂ）に示すように、複数の貫通孔１７を、最大反り位置Ｐで、基端部７から外周縁６に向けて配列させることもできる。この貫通孔１７は、その中心を通るＩＩ−ＩＩ線断面がスリット１０と同様とされており、負圧面３Ｂへエネルギを補充するスリット１０と同様の効果を得ることができる。貫通孔１７の数や位置は任意であり、図４（ａ）のスリット１５を複数の貫通孔１７に代替することもできる。
また、貫通路は、スリット１０のように基端部７から外周縁６に向かう全域に限らず、その一部に形成することができる。さらに、スリット１０は、最大反り位置Ｐの近傍に限らず、それよりも回転後方Ｂに形成することもできる。

次に、本発明の第２実施形態について、図５を参照して、第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と共通する構成については、同じ符号を付している。
本実施形態のブレード３には、上述のスリット１０の代わりに、気流の吹込経路４０が形成されている。
吹込経路４０は、ブレード３の内部（板厚内）に形成されるととともに、基端部７から外周縁６に向けて最大反り位置Ｐが連なる方向に沿って形成される経路４１と、その経路４１に連通するとともに負圧面３Ｂ上で回転後方Ｂに向けて開口する吹込口４２とを有している。
経路４１は、基端部７側の一端が、ハブ２の側壁２１を厚み方向に貫通する気流の取込口２１０に連通し、他端が外周縁６側で閉塞している。
吹込経路４０から回転後方Ｂに向けて所定の範囲は、吹込経路４０が形成されていないブレード３の表面から正圧面３Ａ側に退いている。この退いた負圧面の３Ｂの退避部４２１と、その退避部４２１の回転前方Ｆ側端部に対向する負圧面３Ｂである屋根部４２２との間の隙間が、気流の吹込口４２とされている。吹込口４２は、図５（ｂ）の紙面に交差する方向に連続している。

本実施形態のプロペラファンを回転させると、遠心力により、ハブ２の取込口２１０を介して吹込経路４０の経路４１内に空気が取り込まれる。経路４１内の空気は遠心力で圧縮されるとともに、吹込口４２から負圧面３Ｂに沿って境界層の流れに吹き込まれる（導入される）。したがって、本実施形態によれば、負圧面３Ｂにおいて低下する気流エネルギを補充できる。これにより、境界層の発達を遅らせ、負圧面３Ｂの境界層の流れを安定化できるので、広帯域騒音を抑制することができる。
さらに、境界層の流れが安定化されることで、動力損失が低減されるので、プロペラファンの効率も向上させることができる。
また、吹込経路４０は、主流の影響による減速に伴って気流のエネルギが低下し始める最大反り位置Ｐの近傍に形成されているので、効率良く気流エネルギを補充できる。
さらに、吹込経路４０を通じて、基端部７から外周縁６に向かう各所で負圧面３Ｂの境界層の流れに気流が導入されるので、エネルギの補充効果を高めることができる。

第２実施形態の吹込経路４０は、経路４１と、正圧面３Ａ上で回転後方Ｂに向けて開口する吹込口とを有するように構成することもできる。また、経路４１と、正圧面３Ａおよび負圧面３Ｂの両方に開口する吹込口とを有するように構成することもできる。正圧面３Ａにおいても、境界層の流れが発達し、不安定となりうる。したがって、正圧面３Ａに開口する吹込口から吹き込まれる気流によって正圧面３Ａにもエネルギを補充する意義がある。これにより、正圧面３Ａの境界層の流れが不安定になることで生じる騒音を抑制できる。
また、第２実施形態では、経路４１が基端部７から外周縁６に向かう方向に沿って形成されるとともに、経路４１内にハブ２の内側から空気を取り込んでいるが、経路の向きや、経路内に空気を取り込む箇所は上記に限られない。例えば、吹込部は、その経路がブレード３の回転の向きに沿って形成されるとともに、経路の回転前方Ｆ側の端部が正圧面３Ａに開口する取込口に連通するように構成することもできる。その場合には、正圧面３Ａと経路内との圧力差によって経路内に空気が取り込まれる。
さらに、強制的に送風する装置を取込口に接続し、経路内に空気を送り込むこともできる。
なお、吹込経路４０は、ブレード３において基端部７から外周縁６に向かう方向の一部に形成することもできる。また、吹込経路４０は、最大反り位置Ｐの近傍に限らず、それよりも回転後方Ｂに形成することもできる。

次に、本発明の第３実施形態について、図６および図７を参照して、第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と共通する構成については、同じ符号を付している。
本実施形態のブレード３には、上述のスリット１０の代わりに、気流の吸込経路５０が形成されている。図６（ａ）に示すように、吸込経路５０は、ブレード３の回転後方Ｂ側に形成されている。吸込経路５０は、本実施形態では複数が設けられているが、その数は任意である。

吸込経路５０は、ブレード３の内部（板厚内）に形成されるとともに、基端部７から外周縁６に向けて形成される経路５１と、その経路５１に連通するとともに負圧面３Ｂに向けて開口する吸込溝５２とを有している。
経路５１は、基端部７側の一端が、ハブ２の側壁２１を厚み方向に貫通する気流の放出口２１２に連通し、他端が外周縁６側で閉塞している。放出口２１２には図示しない吸気装置が接続される。
吸込溝５２の回転前方Ｆ側の端縁５２１は、負圧面３Ｂに連続する部分が丸められてなだらかな曲面状とされている。吸込溝５２の回転後方Ｂ側の端縁５２２は、端縁５２１に倣って吸込溝５２の内側に突き出すように曲面状とされている。これらの端縁５２１，５２２によりガイドされながら、負圧面３Ｂに沿った境界層の流れが吸込溝５２に入り込む。吸込溝５２は、図７の紙面に交差する方向に連続している。
なお、図６（ｂ）に示すように、吸込溝５２に代わる複数の吸込孔５３を形成することもできる。

本実施形態のプロペラファンを回転させるとともに、ハブ２に接続された吸気装置を作動させると、吸気装置により、負圧面３Ｂの境界層の流れが吸込溝５２から経路５１内に強制的に吸い込まれ、放出口２１２からプロペラファンの外部に放出される。これによって境界層が負圧面３Ｂから排除されると、負圧面３Ｂにはエネルギの大きな主流が吸引される。これにより、負圧面３Ｂの境界層の流れが安定化されるので、広帯域騒音を抑制することができる。
さらに、境界層の流れが安定化されることで、動力損失が低減されるので、プロペラファンの効率も向上させることができる。
また、吸込経路５０は、境界層の発達に伴って不安定となり易い回転後方Ｂ側に形成されているので、境界層が排除されることによる騒音抑制の効果を高めることができる。
さらに、吸込経路５０を通じて、基端部７から外周縁６に向かう各所で負圧面３Ｂの境界層が排除されることでも、騒音抑制の効果を高めることができる。

第３実施形態の吸込経路５０は、経路５１と、正圧面３Ａ側に開口する吸込溝とを有するように構成することもできる。また、経路５１と、正圧面３Ａおよび負圧面３Ｂの両方に開口する吸込溝とを有するように構成することもできる。正圧面３Ａにおいても、境界層の流れが発達し、不安定となることもあるので、正圧面３Ａに開口する吸込溝から境界層の流れを吸い込み、よりエネルギの大きな主流を吸引する意義がある。これにより、正圧面３Ａ側で生じる騒音を抑制できる。
なお、吸込経路５０は、ブレード３において基端部７から外周縁６に向かう方向の一部に形成することもできる。

図８は、吸気装置を用いないで自然吸気が可能なプロペラファンのブレード３を示している。ブレード３に形成される気流の吸込経路５０´は、周方向に延びてブレード３の内部を貫通する経路５１´と、上述の吸込溝５２とほぼ同様の構成の吸込溝５４とを有している。吸込溝５４は経路５１´に連通している。
経路５１´は、ブレード３の前縁５側の側面に開口する入口５１１と、後縁６に対してディフューザ風路をなすように後縁６の正圧面３Ａ側に開口する出口５１２とを有している。経路５１´は、その途中で流路面積が絞られている。

上記構成では、前縁５近傍の動圧（淀み圧）を利用して、入口５１１から経路５１´内に気流を取り込む。取り込まれた気流は、経路５１´の途中で絞りによる流速増大によって静圧が低下する。すると、負圧面３Ｂの境界層の流れが経路５１´に向けて、吸込溝５４を通じて吸い込まれる。そして、気流は、出口５１２に向けて拡大流れとされているために、静圧が回復されて、後縁６へと抜けていく。このようにして境界層が負圧面３Ｂから排除されるので、負圧面３Ｂにはエネルギの大きな主流が吸引される。これにより、負圧面３Ｂの境界層の流れが安定化されるので、広帯域騒音を抑制することができる。

上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１ プロペラファン
２ ハブ
３ ブレード
３Ａ 正圧面
３Ｂ 負圧面
４ 前縁
５ 後縁
６ 外周縁
７ 基端部
１０，１５ スリット（貫通路）
１０Ａ 正圧面開口
１０Ｂ 負圧面開口
１１ 内壁（回転前方側の内壁）
１２ 内壁（回転後方側の内壁）
１７ 貫通孔（貫通路）
４０ 吹込経路
４１ 経路
４２ 吹込口
５０ 吸込経路
５１ 経路
５２ 吸込溝
５３ 吸込孔
１１１ 負圧面側曲面
１１２ 正圧面側曲面
１２１ 第１曲面
１２１Ａ 凸部
１２２ 第２曲面
１２２Ａ 凹部
１２３ 第３曲面
１２３Ａ 凸部
１２４ 正圧面側曲面
２１０ 取込口
２１２ 放出口
４２１ 退避部
４２２ 屋根部
５２１，５２２ 端縁
Ｂ 回転後方
Ｆ 回転前方
Ｃ 方向
Ｎ 直線
Ｐ 最大反り位置
Ｓ 軸心

Claims (8)

1. 所定の向きに回転されるハブと、
   前記ハブに放射状に設けられて前記ハブの回転に伴って回転されるとともに、正圧面および負圧面を有する複数のブレードと、を備え、
   前記ブレードには、前記正圧面と前記負圧面とに開口する貫通路が形成され、
   前記貫通路の前記負圧面側の開口は、前記正圧面側の開口よりも前記ブレードの回転後方に位置し、
   前記貫通路を区画する前記回転後方側の内壁は、
   前記正圧面側から前記負圧面側に向けて順に配置される第１曲面面、第２曲面面、および第３曲面面を有し、
   前記第１曲面面は、前記内壁の前記正圧面側の端部と前記負圧面側の端部とを結ぶ方向に対して凸となる向きとされ、
   前記第２曲面面は、前記方向に対して凹となる向きとされ、
   前記第３曲面面は、前記方向に対して凸となる向きとされるとともに、前記負圧面に連続する、
   ことを特徴とするプロペラファン。
2. 前記第１曲面の曲率半径をＲ１、
   前記第２曲面の曲率半径をＲ２、
   前記第３曲面の曲率半径をＲ３とすると、
   Ｒ１ ＜ Ｒ２ ＜ Ｒ３ を満足する、
   請求項１に記載のプロペラファン。
3. 前記貫通路の前記負圧面側の開口は、
   前記負圧面における最大反り位置の近傍または前記最大反り位置よりも前記ブレードの回転後方に位置する、
   請求項１または２に記載のプロペラファン。
4. 前記貫通路を区画する前記ブレードの回転前方側の内壁は、
   前記回転後方に向けて延びている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のプロペラファン。
5. 所定の向きに回転されるハブと、
   前記ハブに放射状に設けられて前記ハブの回転に伴って回転されるとともに、正圧面および負圧面を有する複数のブレードと、を備え、
   前記ブレードには、前記ブレード内部を通り、前記正圧面および前記負圧面の少なくとも一方に到達する吹込経路が形成され、
   前記吹込経路は、前記正圧面および前記負圧面の少なくとも一方の面上で前記ブレードの回転後方に向けて開口する吹込口を有する、
   ことを特徴とするプロペラファン。
6. 前記吹込経路は、
   前記負圧面における最大反り位置の近傍または前記最大反り位置よりも前記ブレードの回転後方に位置する、
   請求項５に記載のプロペラファン。
7. 所定の向きに回転されるハブと、
   前記ハブに放射状に設けられて前記ハブの回転に伴って回転されるとともに、正圧面および負圧面を有する複数のブレードと、を備え、
   前記ブレードには、前記正圧面および前記負圧面の少なくとも一方から、前記ブレード内部を通り、前記ブレードの外部に到達する吸込経路が形成されている、
   ことを特徴とするプロペラファン。
8. 前記吸込経路は、前記正圧面および前記負圧面の少なくとも一方において前記ブレードの回転後方側に位置する、
   請求項７に記載のプロペラファン。

Images