JP2023514748A - 横流ファン - Google Patents

Abstract

【要約】本発明は、横流ファンのブレードに関するものであって、本発明に係る横流ファンブレードは、回転軸と、前記回転軸と平行な方向に延び、正圧面と負圧面とが形成された複数個のブレードと、前記回転軸と前記ブレードとを連結するコネクタとを備え、前記複数個のブレードには、厚み方向に突出され、前記ブレードの長さ方向に延びた少なくとも１つの突起が形成されて、ブレード表面に形成された突起により、ブレード表面との摩擦による流動剥離現象が抑制されて、横流ファンで発生する騒音を減らすことができる。

Description

本発明は、横流ファンに関し、より詳細には、横流ファンブレードに関する。

回転によって空気を吸入及び吐出させる送風ファンは、回転軸と流動方向の位置関係によって遠心ファン、軸流ファン、横流ファンなど、様々な種類に区分される。

このうち、横流ファンの場合、回転軸と、前記回転軸方向に長く延びたブレードとを備えることが一般的であり、横方向に多量の空気が吸入されることが特徴である。

このような横流ファンの性能を決定付ける要素のうち１つは、騒音であるが、横流ファンの騒音は、主にブレード近傍で発生する。

ブレード近傍で発生する騒音の最も大きい原因は、ブレード表面との摩擦による流動剥離現象であって、ブレード近傍に剥離された流動が横流ファンに空気が吸入されることを妨害しながら騒音を発生させる。

先行特許のＫＲ２０１１０１２２２２０Ａでは、上記のような問題点を解決しようとして、ブレードの外側エッジに形成された突起構造を開示しているが、ブレードの正圧面と負圧面との全般にわたって発生する流動剥離現象を解決できないという問題点がある。

先行特許のＵＳ２０１２／０１７１０１３Ａ１では、上記のような問題点を解決しようとして、キャンバーライン方向に複数個の変曲点を有するブレード構造を開示しているが、一定厚みのブレードのため、耐久性が弱く、様々な流動角度に対する適応性が足りないという問題点がある。

本発明が解決しようとする課題は、ブレード近傍で剥離される流動量を減少させて、横流ファンで発生する騒音を低減させることである。

本発明の他の課題は、ブレード厚み変形を介してブレードの耐久性を向上させ、様々な流動角度に対する汎用性を有させることである。

本発明のさらに他の課題は、従来のブレード規格を基に本発明のブレードを設計することにより、少ない製造単価で騒音低減効果を極大化させることである。

本発明の課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されていないさらに他の課題は、下記の記載から当業者に明確に理解され得るであろう。

上記課題を達成するために、本発明の実施形態に係る横流ファンは、回転軸と、前記回転軸を中心に所定角度離間して配置され、正圧面と負圧面とが形成された複数個のブレードと、前記複数個のブレードと前記回転軸とを連結するコネクタとを備える（構成する；構築する；設定する；包摂する；包含する；含む）。

前記複数個のブレードの各々には、前記正圧面及び前記負圧面のうち、少なくともいずれか１つの面に前記ブレードの厚み方向に突出され、前記ブレードの長さ方向に延びる突起が形成される。

前記突起は、前記ブレードの一側終端部から他側終端部まで延びて形成されることができる。

前記突起は、前記正圧面及び前記負圧面に各々形成されることができ、前記正圧面に形成された突起と前記負圧面に形成された突起とは、互いに反対方向に突出されて一対の対向突起を形成できる。

前記対向突起は、横断面が円の軌跡を描くことができる。

前記対向突起は、キャンバーライン方向に離間するように複数個が形成され得るし、前記対向突起ののうち、いずれか１つは、前記ブレードの内側エッジに形成されることができ、前記対向突起のうち、他の１つは、前記ブレードの外側エッジに形成されることができる。

前記複数個の対向突起のそれぞれの中心は、キャンバーライン上に位置することができる。

前記複数個の対向突起の間隔は、前記対向突起のそれぞれの中心から前記ブレードのコードラインに垂線の足を下すとき、前記コードラインが等分されるように形成されることができる。

前記複数個の対向突起の直径は、前記内側エッジに近く形成された対向突起であるほど大きく形成されることができる。

前記複数個の対向突起は、梁で連結されることができる。

前記梁の厚みは、内側エッジから遠ざかるほど薄く形成されることができる。

前記突起を含む前記ブレードの表面は、連続した曲率分布を有することができる。

その他の実施形態等の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。

本発明の横流ファンによれば、次のような効果が１つあるいはそれ以上ある。

第一に、ブレード表面に形成された突起により、ブレード表面との摩擦による流動剥離現象が抑制されて、横流ファンで発生する騒音を減らすことができる。

第２に、キャンバーラインに沿ってブレードの厚みと突起の直径を異にすることにより、ブレードの耐久性を向上させると同時に、様々な流動角度に対する適応性を有させることができる。

第３に、従来のブレードの形状規格を基に本発明のブレードを設計して、製造単価の大きな変化なしに騒音を低減させることができる。

本発明の効果は、以上で言及した効果に制限されず、言及されていないさらに他の効果は、請求の範囲の記載から当業者に明確に理解され得るであろう。

通常的な横流ファンの斜視図である。 ブレードの設計規格を説明する図である。 本発明の一実施形態に係るブレード斜視図の一部を示したものである。 本発明の一実施形態に係るブレードの断面図である。 本発明の他の実施形態に係るブレードの断面図である。 従来技術と本発明の実施形態に係る横流ファン内の流速分布を比較したコンターである。 本発明の実施形態に係る横流ファンの騒音低減効果を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る横流ファンの騒音低減効果を示す他のグラフである。

本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は、添付される図面とともに詳細に後述されている実施形態を参照すれば、明確になるであろう。しかしながら、本発明は、以下において開示される実施形態等に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態で実現されることができ、単に、本実施形態等は、本発明の開示が完全なようにし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇により定義されるだけである。明細書全体にわたって同一参照符号は、同一構成要素を称する。

以下、本発明の実施形態等によって横流ファンを説明するための図面を参考して本発明について説明する。

図１を参照して説明するとき、ブレード３という名称は、本発明の実施形態で使用されるブレード３０、４０とは区別される従来のブレード３を称するものであり、ブレード３と回転軸１０、及びコネクタ２０との配置関係を説明するためのものであり、本発明の要旨とは関係ない。

図１に示すように、横流ファン１は、外部動力源（図示せず）から動力を得て回転する回転軸１０と、回転により外部空気を横流ファン１の内部に吸入するブレード３と、回転軸１０とブレード３とを連結するコネクタ２０とを備える。

ブレード３は、複数個であることができ、複数個のブレード３は、回転軸１０を中心に所定角度離間して配置される。ブレード３は、回転軸１０方向の長さを有して回転軸１０と平行なように配置されることができ、複数個のコネクタ２０が回転軸１０方向に離間して配置されて回転軸１０とブレード３とを連結することができる。

以下では、図２を参照して、本発明の説明のためにブレード設計に通用される記号を定義する。

ブレードの表面上で回転軸に近く位置した端部を内側エッジＥ１といい、回転軸に遠く位置した端部を外側エッジＥ２という。

内側エッジＥ１と外側エッジＥ２とが形成される部位は、半円の形態を有することができ、内側エッジＥ１の半円の直径を内側直径Ｄ１といい、外側エッジＥ２の半円の直径を外側直径Ｄ２という。

内側エッジＥ１と外側エッジＥ２とを共に通り、ブレード厚みの中間地点をつなぐ曲線をキャンバーラインＣといい、内側エッジＥ１と外側エッジＥ２とをつなぐ直線をコードラインＬという。

内側エッジＥ１で回転方向とキャンバーラインＣとがなす角度を内側角度Ｂ１といい、外側エッジＥ２で回転方向とキャンバーラインＣとがなす角度を外側角度Ｂ２という。

以下では、図１及び図２において説明した内容に基づいて、図３を参照して、本発明の第１実施形態に係るブレード３０を説明する。

図３に示されたブレード３０は、図１に示された横流ファン１の構成のうち、従来のブレード３を代替して配置されることができ、回転軸１０及びコネクタ２０との配置及び連結関係は、図１において説明したとおりでありうる。

ブレード３０の表面は、回転により正圧を受ける正圧面３１と負圧を受ける負圧面３２とからなることができ、正圧面３１と負圧面３２とが会う地点に内側エッジＥ１と外側エッジＥ２とが各々形成され得る。

図１に示されたように、ブレード３０は、複数個が回転軸１０から所定角度離間して配置されることができ、これにより、それぞれのブレード３０は、当該ブレード３０の負圧面３２が先行ブレードの正圧面と向き合い、当該ブレード３０の正圧面３１が後行ブレードの負圧面と向き合うように配置されることができる。

正圧面３１には、ブレード３０の厚み方向に突出された正圧突起３３ａが形成され得るし、負圧面３２には、ブレード３０の厚み方向に突出された負圧突起３３ｂが形成され得る。正圧突起３３ａと負圧突起３３ｂとは、各々正圧面３１と負圧面３２とに沿って複数個がキャンバーラインＣ方向に離間して形成されることができる。

正圧突起３３ａと負圧突起３３ｂとは、内側エッジＥ１または外側エッジＥ２に形成されることができ、横断面の形状が半円の軌跡を描くことができる。

正圧突起３３ａと負圧突起３３ｂとは、キャンバーラインＣを基準に対称する位置に形成されて、一対の対向突起３３を形成できる。対向突起３３は、ブレード３０の横断面上で円柱の軌跡を描くように形成されることができる。

対向突起３３は、ブレード３０の長さ方向に一側端から他側端まで延びるように形成されることができる。対向突起３３は、キャンバーラインＣ方向に離間して複数個が形成され得るし、回転軸１０と平行なように形成されることができる。

図４は、図３に示されたＡ－Ａ’断面図を第１実施形態によって示したものである。

対向突起３３は、キャンバーラインＣ方向に離間するように複数個が形成され得るし、最も内側に位置した先発対向突起３３Ｆは、内側エッジＥ１に形成されることができ、最も外側に位置した後発対向突起３３Ｌは、外側エッジＥ２に形成されることができる。先発対向突起３３Ｆと後発対向突起３３Ｌとの中心は、キャンバーラインＣ上に位置することができる。

それだけでなく、複数個の対向突起３３の中心は、全てキャンバーラインＣ上に位置することができる。

複数個の対向突起３３の間隔は一定に形成されることができ、ここで、間隔が一定であるとは、各対向突起３３の中心でコードラインＬに垂線の足を下すとき、コードラインＬが等分されるということを意味し得る。

複数個の対向突起３３に全て接する曲線３ａは、図２に示された従来ブレードの表面と同一であることができ、これにより、ブレード３０は、従来ブレードで対向突起３３が表れるように表面を切削させる方式で製造されることができる。

ブレード３０の正圧面３１と負圧面３２とは、対向突起３３の表面と梁３４の表面からなる集合体であることができる。梁３４は、互いに離間して形成された対向突起３３を連結する構造物として機能することができ、平たい板の形状を有することができる。

梁３４は、図２に示された従来ブレードの表面と同じ曲率分布を有することができ、これにより、ブレード３０は、一部が梁３４の表面をなす第２の仮想の曲線３ｂに対向突起３３を突出させる方式で製造されることができる。

複数個の対向突起３３は、横断面が円柱の軌跡を描くように形成されることができ、各対向突起３３の直径は、内側エッジＥ１に近いほど大きくなることができる。

各対向突起３３の直径は、当該対向突起３３の中心が内側エッジＥ１からキャンバーラインＣに沿って離れた距離に反比例することができる。

各対向突起３３を連結する梁３４の厚みは、内側エッジＥ１に近いほど厚く形成されることができ、当該対向突起３３の中心が内側エッジＥ１からキャンバーラインＣに沿って離れた距離に反比例することができる。

梁３４は、対向突起３３を連結する連結手段としての梁３４でない、ブレード３０の骨格をなす連続した曲板形であることができ、この場合、対向突起３３は、梁３４の表面に突出された形態であることができる。すなわち、この場合には、第２の仮想の曲線３ｂが梁３４の表面であることができ、梁３４の厚みは、内側エッジＥ１から外側エッジＥ２に向かうにつれて薄くなることができ、各対向突起３３の直径と当該対向突起３３が形成された位置で梁３４の厚み間の割合は一定であることができる。

対向突起３３の表面から梁３４の表面に切り換えられる領域には、渦流が形成され得るし、これにより、ブレード３０表面に沿って流動する空気がブレード３０表面でない、相対的に摩擦強度が少ない渦流と摩擦を起こすようになることにより、剥離される流動量が低減され得る。

前記のような渦流の発生は、複数個のブレード３０に各々形成された対向突起３３が隣接したブレードの対向突起と互いに向き合うように配置されることにより、相互作用により、さらに強化されて表れることができる。

図５は、図３に示されたＡ－Ａ’断面図を第２実施形態によって示したものである。このとき、Ａ－Ａ’断面図を第２実施形態によって示したものであるとは、本発明の第２実施形態に係るブレード４０の横断面図を示したことを意味する。

第２実施形態に係るブレード４０の対向突起４３は、横断面が楕円筒型の軌跡を描くように形成されることができる。ブレード４０が形成する正圧面４１と負圧面４２とは、ブレード４０の全表面にわたって連続した曲率分布を有することができ、これは、第１実施形態に係るブレード３０が対向突起３３と梁３４とが接触される地点で不連続的な曲率分布を有することと所定の差がある。

このとき、対向突起４３の表面から梁４４の表面に切り換えられる領域は、滑らかな曲線形態を有することができる。

第２実施形態に係るブレード４０の対向突起４３が有する配置間隔、直径のような事項は、第１実施形態で説明したことと同一であるか、類似するので、説明を省略する。

以下では、図６～図８を参照して、本発明の実施形態に係る横流ファンの騒音性能改善効果を説明する。

図６は、従来技術に係る横流ファンと本発明の実施形態に係る横流ファン内の流速分布をコンターで比較したものであって、図面を基準に左側が従来技術に係るコンターであり、右側が本発明の実施形態に係るコンターである。

コンターの全体的な流速分布を観察したとき、流速が遅く分布される青い領域が左側でより広いこととみて、平均的な流速が本発明によるときに増加するということを可視的に確認できるので、横流ファンの流量性能が向上したといえる。

図７は、従来技術に係る横流ファンと本発明の実施形態に係る横流ファンとの騒音性能を比較したグラフである。

グラフのＸ軸は、横流ファンに流入する空気の風量を示したものであり、Ｙ軸は、当該風量条件で測定される騒音値を示したものである。

長方形形態の点を続けて描いた線図は、従来技術に係る騒音測定値を示したものであり、菱形形態の点を続いて描いた線図は、本発明の実施形態に係る騒音測定値を示したものである。

全風量条件にわたって本発明の実施形態に係る横流ファンでより少ない騒音値が測定され、これを通じて騒音性能が改善されたことを確認できる。

図８は、従来技術に係る横流ファンと本発明の実施形態に係る横流ファンとの騒音性能を騒音スペクトル分析を介して比較したグラフである。

グラフのＸ軸は、発生騒音の周波数領域帯を示したものであり、Ｙ軸は、発生騒音の強度をデシベルで示したものである。

グラフ上の黒色線図は、従来技術に係る横流ファンの騒音スペクトルであり、灰色線図は、本発明の実施形態に係る横流ファンの騒音スペクトルである。

図面上のＡ領域（８００～１３００Ｈｚ）で本発明の実施形態に係る横流ファンの騒音強度が従来技術に比べて５ｄＢくらい低く測定され、これを通じて騒音性能が改善されたことを確認できる。

以上では、本発明の望ましい実施形態について図示し、説明したが、本発明は、上述した特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者により様々な変形実施が可能であることはもちろんであり、このような変形実施等は、本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはならないであろう。

Claims (15)

1. 横流ファンであって、
   回転軸と、
   前記回転軸を中心に所定角度離間して配置され、前記回転軸と平行な方向に延び、正圧面と負圧面とが形成された複数個のブレードと、
   前記複数個のブレードと前記回転軸とを連結するコネクタと、を備えてなり、
   前記ブレードの各々には、
   前記正圧面及び前記負圧面のうちの少なくとも何れか１つの面に前記ブレードの厚み方向に突出され、前記ブレードの長さ方向に延びた少なくとも１つの突起が形成された、横流ファン。
2. 前記突起は、前記ブレードの長さ方向の一側終端部から他側終端部まで延びて形成される、請求項１に記載の横流ファン。
3. 前記突起は、前記正圧面及び前記負圧面に各々形成される、請求項１に記載の横流ファン。
4. 前記正圧面に形成された突起と前記負圧面に形成された突起とは、互いに反対方向に突出されて一対の対向突起を形成する、請求項３に記載の横流ファン。
5. 前記対向突起は、横断面が円の軌跡を形成する、請求項４に記載の横流ファン。
6. 前記対向突起は、前記ブレードのキャンバーライン方向に離間するように複数個が形成される、請求項４に記載の横流ファン。
7. 前記複数個の対向突起のうちの何れか１つは、前記ブレードの内側エッジに形成され、
   前記複数個の対向突起のうちの他の１つは、前記ブレードの外側エッジに形成される、請求項５に記載の横流ファン。
8. 前記対向突起の中心は、前記ブレードのキャンバーライン上に位置する、請求項４に記載の横流ファン。
9. 前記複数個の対向突起のそれぞれの中心は、前記ブレードのキャンバーライン上に位置する、請求項６に記載の横流ファン。
10. 前記複数個の対向突起の間隔は、前記対向突起のそれぞれの中心から前記ブレードのコードラインに垂線の足を下すとき、前記コードラインが等分されるように形成される、請求項６に記載の横流ファン。
11. 前記複数個の対向突起の直径は、前記ブレードの内側エッジから外側エッジへ行くほど小さくなる、請求項６に記載の横流ファン。
12. 前記複数個の対向突起は、両側面が前記正圧面及び前記負圧面の一部をなす梁と連結される、請求項６に記載の横流ファン。
13. 前記梁の表面は平たい、請求項１２に記載の横流ファン。
14. 前記梁の厚みは、前記ブレードの内側エッジから外側エッジへ行くほど薄くなる、請求項１２に記載の横流ファン。
15. 前記正圧面及び前記負圧面は、前記突起の前後に連続した曲率分布を有する、請求項１に記載の横流ファン。

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