JP2023066596A - ファン - Google Patents

Abstract

【課題】送風効率を向上可能なファンを提供する。【解決手段】 実施形態に係るファンは、ブレード及びベルマウスを備える。前記ブレードは、第１方向に沿う回転軸を中心に回転する。前記ベルマウスは、前記第１方向に垂直な第１面に沿って前記ブレードの周りに位置する階段構造を含む。前記階段構造は、前記階段構造に囲まれた開口が前記ブレードによる送風方向に向けて広がるように形成されている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、ファンに関する。

空気を送るファンがある。ファンについて、送風効率を向上できる技術が求められている。

特開２０１６－１７３２１０号公報

本発明が解決しようとする課題は、送風効率を向上可能なファンを提供することである。

実施形態に係るファンは、ブレード及びベルマウスを備える。前記ブレードは、第１方向に沿う回転軸を中心に回転する。前記ベルマウスは、前記第１方向に垂直な第１面に沿って前記ブレードの周りに位置する階段構造を含む。前記階段構造は、前記階段構造に囲まれた開口が前記ブレードによる送風方向に向けて広がるように形成されている。

図１は、実施形態に係るファンを示す斜視図である。 図２は、実施形態に係るファンを示す側面図である。 図３は、実施形態に係るファンの一部を示す側面図である。 図４は、参考例に係るファンの一部を示す模式図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、実施形態に係るファンの一部を示す模式図である。 図６は、参考例及び実施形態に係るファンの特性を示すシミュレーション結果である。 図７は、ベルマウスの製造過程を示す模式図である。 図８は、実施形態の第１変形例に係るファンを示す模式図である。 図９は、実施形態の第１変形例に係るファンの特性を示す模式図である。 図１０は、実施形態の第２変形例に係るファンを示す模式図である。 図１１は、実施形態の第３変形例に係るファンを示す模式図である。 図１２は、実施形態の第４変形例に係るファンを示す模式図である。

以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１は、実施形態に係るファンを示す斜視図である。
実施形態に係るファン１は、図１に示すように、ブレード１０及びベルマウス２０を含む。ここでは、説明のために、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向（第１方向）を用いる。Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向は、相互に直交する。

ブレード１０は、Ｚ方向に沿う回転軸Ｒを中心に回転する。ブレード１０は、Ｚ方向に垂直なＸ－Ｙ面（第１面）に対して傾斜した複数の板１１を含む。図示した例では、３枚の板１１が設けられている。板１１の数は、適宜変更可能である。ブレード１０が回転することで、送風方向Ｄ１に風が動く。

ベルマウス２０は、基部２１及び環状部２２を含む。基部２１は、Ｘ－Ｙ面に沿って広がる板状である。環状部２２は、Ｚ方向から見たときに、回転軸Ｒを中心とする円状である。ブレード１０は、環状部２２の内側に設けられる。

実施形態に係るファン１は、例えば、室外機、換気扇などに用いられる。

図２は、実施形態に係るファンを示す側面図である。なお、図２において、ベルマウスについてはその断面構造が示されている。また、図１では、図２に示す駆動部１２が省略されている。

図２に示すように、ブレード１０には、駆動部１２が連結される。駆動部１２は、例えばモータである。駆動部１２の回転軸Ｒが、ブレード１０のＸ－Ｙ面における中心と連結される。駆動部１２は、ブレード１０を回転方向ＲＤに回転させる。

図２に示す例では、駆動部１２が、ブレード１０に対して、送風方向Ｄ１と反対方向側に設けられている。すなわち、駆動部１２は、ブレード１０の上流側に設けられている。この例に限らず、駆動部１２は、ブレード１０に対して、送風方向Ｄ１側に設けられても良い。

環状部２２は、Ｘ－Ｙ面において、ブレード１０の周りに位置する。環状部２２は、ブレード１０に面する内周面２２ａと、内周面２２ａとは反対側の外周面２２ｂと、を有する。

図３は、実施形態に係るファンの一部を示す側面図である。なお、図３において、ベルマウスについてはその断面構造が示されている。
図３に示すように、環状部２２の内周面２２ａには、階段構造２３が設けられている。階段構造２３は、Ｘ－Ｙ面において、ブレード１０の周りに位置する。

階段構造２３は、Ｚ方向に沿って設けられた複数の段２３ａを含む。それぞれの段２３ａは、内周面２２ａに周方向に沿って形成されている。Ｚ方向において隣り合う段２３ａの間には、段差２３ｂが形成されている。それぞれの段２３ａとブレード１０の回転軸Ｒとの間の距離は、送風方向Ｄ１に向かうほど長くなっている。すなわち、階段構造２３に囲まれた開口は、送風方向Ｄ１に向かうほど広がっている。

外周面２２ｂは、環状部２２の厚みがほぼ一定となるように、Ｚ方向に対して傾斜している。外周面２２ｂには、階段構造が設けられていない。又は、外周面２２ｂに、内周面２２ａと同様の階段構造が設けられても良い。

実施形態の利点を説明する。
ファンについては、送風効率が高いことが好ましい。送風効率は、ＰＱ特性を用いて表すことができる。ＰＱ特性は、ファン動作時の風量と静圧の積で表される。例えば、風量が一定の場合でも、静圧を大きくすることで、ＰＱ特性を向上できる。

図４は、参考例に係るファンの一部を示す模式図である。
図４に示す参考例に係るファン１ｒでは、環状部２２の内周面２２ａには、階段構造が設けられていない。内周面２２ａは、送風方向Ｄ１において平坦である。ファン１ｒが動作したとき、ブレード１０によって空気が送風方向Ｄ１に送られる。このとき、ブレード１０と環状部２２との隙間では、順流Ｆ１及び逆流Ｆ２が生じる。順流Ｆ１は、送風方向Ｄ１に向けた空気の流れである。逆流Ｆ２は、順流Ｆ１とは逆向きの空気の流れである。逆流Ｆ２の流量が大きいと、静圧が低下し、ＰＱ特性が低下する。このため、逆流Ｆ２の流量は小さいことが望ましい。

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、実施形態に係るファンの一部を示す模式図である。
上述したように、実施形態に係るファン１では、ベルマウス２０に階段構造２３が設けられている。図５（ａ）に示すように、階段構造２３は、順流Ｆ１に対しては実質的に作用しない。一方、図５（ｂ）に示すように、逆流Ｆ２は、階段構造２３の段差２３ｂによって阻害される。これにより、逆流Ｆ２の流量を小さくし、静圧を大きくできる。この結果、ＰＱ特性を向上させることができる。

図６は、参考例及び実施形態に係るファンの特性を示すシミュレーション結果である。
図６において、横軸は、流量（ｍ^３／ｈ）を表す。縦軸は、静圧値（Ｐａ）を表す。実線は、実施形態に係るファン１の特性を示す。破線は、参考例に係るファン１ｒの特性を示す。図６のシミュレーションに関する条件は、以下の通りである。ブレード１０の直径は、５８ｃｍである。Ｚ方向に対する内周面２２ａの傾きθ１（図３に示す）は、３度である。傾きθ１は、線分ＬとＺ方向との間の角度に対応する。線分Ｌは、階段構造２３のＺ方向における一端Ｅ１と他端Ｅ２とを結んで得られる。Ｚ方向に対する外周面２２ｂの傾きθ２は、３度である。

同じ流量で比べたときに、より静圧が高い方がＰＱ特性が優れている。図６から分かるように、実施形態に係るファン１は、いずれの流量においても、参考例に係るファン１ｒに比べて、静圧がより高い。すなわち、実施形態に係るファン１は、参考例に係るファン１ｒに比べて、より優れたＰＱ特性を有する。実施形態によれば、ファンの送風効率を向上できる。

なお、ブレード１０の一部が階段構造２３に囲まれた領域から外れていても良いが、階段構造２３の少なくとも一部はＸ－Ｙ面においてブレード１０の周りに位置する必要がある。階段構造２３の全体が、ブレード１０の周囲から外れた位置に設けられると、逆流Ｆ２を抑える効果が得られないためである。

図７は、ベルマウスの製造過程を示す模式図である。
ベルマウス２０は、射出成形により作製できる。例えば図７に示すように、２つの型Ｍ１及び型Ｍ２が用いられる。型Ｍ１及び型Ｍ２をＺ方向に嵌合させたときに、ベルマウス２０の形状に対応した空間ＳＰが形成される。空間ＳＰに、注入口ＩＮから樹脂Ｒｅを注入する。空間ＳＰに樹脂Ｒｅを充填した後、樹脂Ｒｅを硬化させる。これにより、ベルマウス２０が作製される。その後、型Ｍ１及び型Ｍ２をベルマウス２０から分離させる。

図３に示すように、環状部２２の内周面２２ａ（階段構造２３）及び外周面２２ｂは、Ｚ方向に平行ではなく、Ｚ方向に対して傾斜している。このため、樹脂Ｒの硬化後、型Ｍ１及びＭ２をＺ方向においてベルマウス２０から分離させる際、摩擦を低減でき、型Ｍ１及びＭ２の分離が容易となる。

Ｚ方向に対する内周面２２ａの傾きθ１が大きいほど、型Ｍ１をベルマウス２０から分離させ易くなる。型Ｍ１とベルマウス２０との分離の容易性の観点から、傾きθ１は、２度よりも大きいことが好ましい。一方、傾きθ１が大きすぎると、他端Ｅ２側において、ブレード１０と内周面２２ａとの間の隙間が広がりすぎ、ＰＱ特性が過度に低下しうる。ファン１の送風効率の観点から、傾きθ１は、５度未満が好ましい。

同様に、Ｚ方向に対する外周面２２ｂの傾きθ２は、型Ｍ２とベルマウス２０との分離の容易性の観点から、２度よりも大きいことが好ましい。傾きθ２の上限は任意であるが、傾きθ１とθ２の差が過度に大きいと、環状部２２において必要以上に厚い箇所が生じ、且つ過剰に樹脂Ｒｅが使用される。

好ましくは、階段構造２３におけるそれぞれの段２３ａも、Ｚ方向に対して傾斜している。Ｚ方向に対する段２３ａの傾きは、傾きθ１よりも小さい。Ｚ方向に対する段２３ａの傾きは、０度よりも大きく、０．５度未満が好ましい。段２３ａが傾斜していることで、型Ｍ１をベルマウス２０から分離させることがさらに容易になる。

（第１変形例）
図８は、実施形態の第１変形例に係るファンを示す模式図である。
第１変形例に係るファン１ａでは、階段構造２３が、回転軸Ｒを中心とする螺旋状に形成されている。螺旋は、送風方向Ｄ１に向かうほど段２３ａがブレード１０の回転方向ＲＤへ回転するように、形成されている。

図９は、実施形態の第１変形例に係るファンの特性を示す模式図である。
ブレード１０が回転したとき、図９に示すように、ブレード１０に沿った逆流Ｆ３が発生する。逆流Ｆ３の流量が大きいほど、静圧をより低下させる。螺旋形状を付与することで、第１変形例に係るファン１ａでは、逆流Ｆ３の向きと交差するように、段差２３ｂが形成されている。これにより、逆流Ｆ３の空気が、より段差２３ｂに当たり易くなる。逆流Ｆ３が阻害されることで、静圧をより高めることができる。第１変形例によれば、ファン１に比べて、送風効率をさらに向上できる。

（第２変形例）
図１０は、実施形態の第２変形例に係るファンを示す模式図である。
第２変形例に係るファン１ｂでは、図１０に示すように、階段構造２３における段２３ａのＺ方向における長さが、送風方向Ｄ１の反対方向Ｄ２に向かうほど長くなっている。

例えば、複数の段２３ａは、段２３ａ１及び段２３ａ２を含む。段２３ａ１は、段２３ａ２よりも反対方向Ｄ２側に位置している。段２３ａ１のＺ方向における長さＬａ１は、段２３ａ２のＺ方向における長さＬａ２よりも長い。

環状部２２の上流側では、下流側に比べて、ブレード１０と階段構造２３との隙間が狭い。隙間が狭い部分がよりＺ方向に長い方が、静圧を増大させ易い。反対方向Ｄ２に向かうほど段２３ａのＺ方向における長さが長くなることで、隙間が狭い部分を長くし、静圧を増大できる。第２変形例によれば、ファン１に比べて、送風効率をさらに向上できる。

（第３変形例）
図１１は、実施形態の第３変形例に係るファンを示す模式図である。
第３変形例に係るファン１ｃでは、図１１に示すように、階段構造２３における段差２３ｂが、反対方向Ｄ２に向かうほど小さくなっている。

例えば、階段構造２３は、段差２３ｂ１及び２３ｂ２を含む。段差２３ｂ１は、段差２３ｂ２よりも反対方向Ｄ２側に位置している。段差２３ｂ１の大きさＬｂ１は、段差２３ｂ２の大きさＬｂ２よりも小さい。

環状部２２の上流側では、下流側に比べて、ブレード１０と階段構造２３との隙間が狭い。隙間が狭いほど、静圧を増大させ易い。反対方向Ｄ２に向かうほど段差２３ｂの大きさが小さくなることで、隙間をより狭くできる。例えば、ファン１に比べて、段差２３ｂ１と２３ｂ２との間の段２３ａ２と、ブレード１０と、の間の距離を短くできる。この結果、ファン１ｃにおける静圧を増大できる。第３変形例によれば、ファン１に比べて、送風効率をさらに向上できる。

（第４変形例）
図１２は、実施形態の第４変形例に係るファンを示す模式図である。
第４変形例に係るファン１ｄでは、図１２に示すように、段２３ａのＺ方向における長さが反対方向Ｄ２に向かうほど長くなり、且つ段差２３ｂが反対方向Ｄ２に向かうほど小さくなっている。第２変形例に係るファン１ｂの構造と、第３変形例に係るファン１ｃの構造と、を組み合わせることで、送風効率をさらに向上できる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１，１ａ～１ｄ，１ｒ：ファン、 １０：ブレード、 １１：板、 １２：駆動部、 ２０：ベルマウス、 ２１：基部、 ２２：環状部、 ２２ａ：内周面、 ２２ｂ：外周面、 ２３：階段構造、 ２３ａ，２３ａ１，２３ａ２：段、 ２３ｂ，２３ｂ１，２３ｂ２：段差、 Ｄ１：送風方向、 Ｄ２：反対方向、 Ｅ１：一端、 Ｅ２：他端、 Ｆ１：順流、 Ｆ２，Ｆ３：逆流、 ＩＮ：注入口、 Ｌ：線分、 Ｍ１，Ｍ２：型、 Ｒ：回転軸、 ＲＤ：回転方向、 ＳＰ：空間、 θ１，θ２：傾き

Claims (8)

1. 第１方向に沿う回転軸を中心に回転するブレードと、
   前記第１方向に垂直な第１面に沿って前記ブレードの周りに位置する階段構造を含み、前記階段構造に囲まれた開口が前記ブレードによる送風方向に向けて広がるように前記階段構造が形成されたベルマウスと、
   を備えたファン。
2. 前記ベルマウスは、前記第１面に沿って前記ブレードを囲む環状部を含み、
   前記環状部は、前記ブレードに面する内周面を有し、
   前記階段構造は、前記内周面に設けられた、請求項１記載のファン。
3. 前記環状部は、前記内周面と反対側の外周面を有し、
   前記外周面は、前記第１方向に対して傾斜している、請求項２記載のファン。
4. 前記外周面の前記第１方向に対する傾きは、２度よりも大きく５度未満である、請求項３記載のファン。
5. 前記階段構造は、前記回転軸を中心とする螺旋状に形成され、
   前記階段構造の段は、前記送風方向に向かうほど、前記ブレードの回転方向と反対方向に回転している、請求項１～４のいずれか１つに記載のファン。
6. 前記階段構造は、複数の段を含み、
   前記複数の段のそれぞれの前記第１方向における長さは、前記送風方向と反対の方向に向かうほど長い、請求項１～５のいずれか１つに記載のファン。
7. 前記複数の段のそれぞれは、前記第１方向に対して傾斜している、請求項６記載のファン。
8. 前記階段構造には、複数の段差が形成され、
   前記複数の段差は、前記送風方向と反対の方向に向かうほど小さい、請求項１～７のいずれか１つに記載のファン。

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