JP3524410B2

JP3524410B2 - プロペラファン

Info

Publication number: JP3524410B2
Application number: JP37004298A
Authority: JP
Inventors: 大塚　　雅生
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2004-05-10
Anticipated expiration: 2018-12-25
Also published as: JP2000192898A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば空調装置の
熱交換器内を流動する作動ガスの冷却または加熱を行う
空気等の媒体をポンプする送風機あるいは換気装置等に
用いられるプロペラファンに関し、特に送風装置の低騒
音化及び高効率化に好適なプロペラファンに関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来の送風装置の要部の斜視図で
ある。送風装置１を構成する主要部はプロペラファン２
とベルマウス３である。プロペラファン２は円筒状のボ
ス４と複数の翼５から成り、翼５はボス４の外周表面の
円周方向に沿い、複数枚が等間隔に設けられている。翼
５は、ボス４の中心軸６の正方向を矢印方向Ｐに決める
と、そのＰ方向に対して左捩じれ曲面を成す。この翼５
の曲面は、ボス４の外表面４ａに加えて前縁５ａ、外縁
５ｂ、後縁５ｃ及び各々の縁を滑らかに連結する前連結
部即ち翼先端部５ｄ、後連結部５ｅで形成される。一般
的に翼先端部５ｄが鎌状に尖った形態を成し、外縁５ｂ
は軸６に対し半径一定で直径ｄなる形態を成す。

【０００３】ベルマウス３は、プロペラファン２の外径
ｄに対し所定の隙間εを成す厚さｔの円弧状オリフィス
７を設けた板状体である。ベルマウス３とプロペラファ
ン２は適宜の手段で同軸上に固定され、プロペラファン
２は図示しない電動機、内燃機関、プーリ等の駆動手段
で駆動される。

【０００４】今、プロペラファン２が白抜き矢印Ｎで示
す右方向に回転すると、上流Ｅから下流Ｆに向かい中心
軸６の正方向Ｐの流れが生じる。この種のプロペラファ
ン２は、低静圧で大風量を得る為、即ち送風性能向上の
為、オリフィス７の厚さｔを薄くし、翼５を上流側に突
き出す構造が一般に用いられる。

【０００５】この様子は図９の円周方向に沿い外方から
中心に向かうＢ−Ｂ展開図で示した図１０に示してあ
る。図１０において、７ａはオリフィス７の前縁であ
り、ベルマウス３の前縁でもある。７ｂはオリフィス７
の後縁であり、オリフィス７は幅ｔの帯状を成し、翼５
の外縁５ｂの投影は翼数に応じて等間隔に並ぶ。Ｌｆ、
Ｌｂは夫々オリフィス７の前縁７ａ及び後縁７ｂに対す
る翼５の突出量を示し、オリフィス前縁７ａに対し大き
く突出しているのが解る。

【０００６】プロペラファン２は、樹脂製の場合、ボス
４と翼５が一体に成形されるのが一般であるが、ボス４
と翼５を別体に加工して一体に組み立てる場合も用途に
より材料を選択的に用いて行われる。いずれの場合も、
翼５の外縁５ｂの翼の厚み方向断面はバリ取りを施した
程度の鋭い形状をなしている。この様子を図９のＣ−Ｃ
断面により図１１に示す。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の送風装
置１では、翼５の先端部５ｄ及び外縁５ｂの大部分はベ
ルマウス３の厚みからはみ出していること、及び図１１
に示すように翼５の流れに対する迎え角ψが大きいこと
もあり、翼先端部５ｄから剥離による渦（翼先端渦）８
が発生し、これが図１２のように翼５の翼面上且つ翼先
端部５ｄの下流域に流線に沿って発達しやすい。また、
翼５において流れの上流側の面（負圧面）と下流側の面
（正圧面）の圧力差により流れが正圧面から負圧面へと
向かう２次流れが生じ、これが発達して図１０に示すよ
うな翼端渦（馬蹄渦）９となりやすい。

【０００８】図１２に示す如く翼５の先端部及び外縁の
上流で発生した翼先端渦８と馬蹄渦９は、それぞれ下流
に流され、翼５の負圧面上を変動、発達、更には互いに
干渉しあいながら通過する。

【０００９】また、静圧の比較的高い動作点即ち中圧域
及び高圧域にて動作する場合には、翼５の後縁５ｃから
ボス４の外表面４ａにかけて剥離領域１０が大きく発達
し（図１０参照）、騒音発生の大きな原因となる。これ
は図１３に示すファン直後の平均風速分布の測定結果か
ら窺える。但し、図１３はファン直後の軸方向風速Ｖを
ファンの翼端風速Ｕｔにて無次元表示した無次元風速で
示している。また、この剥離領域の影響により翼先端渦
８及び馬蹄渦９がめくれあがり、ベルマウス３に衝突し
たり、翼間を流れて次の翼５に衝突したりして、更なる
乱れや圧力変動が発生し、騒音発生の原因になるという
問題があった。

【００１０】本発明は、上記問題解決のため、プロペラ
ファンの翼中央部の形状を適切にして翼先端部及び翼端
部より生じる渦の変動、発達を抑制し、ベルマウスや翼
との干渉音を低減するとともに、翼面上の剥離を防ぎ、
風量を増加させ高効率化できるプロペラファンを提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のプロペラファン
は、円筒状のボスの外周面に複数枚の翼を設け、該翼が
前記ボスの中心軸に対し半径一定の翼外周部と、前記翼
外周部とボス外周面に連結する翼前縁部及び翼後縁部
と、前記翼外周部と前記翼前縁部の連結部である翼先端
部と、前記翼外周部と前記翼後縁部の連結部である翼後
連結部とで形成されるプロペラファンにおいて、前記翼
先端部の下流域にあたる負圧側翼面上に、翼間を流れる
翼先端渦の流れに沿った一つの溝を前記翼先端部から前
記翼後縁部まで設けたことを特徴とする。また、前記翼
先端部の下流域にあたる負圧側翼面上に、翼間を流れる
翼先端渦の流れに沿った一つの溝を前記翼先端部から前
記翼後縁部までの途中から前記翼後縁部まで設けてもよ
い。このとき、前記溝を翼の最大厚み位置より下流域か
ら設けるのが望ましい。

【００１２】また、本発明のプロペラファンは、前記中
心軸から前記翼後縁部における溝の外周までの距離を
ｒ、前記中心軸から前記翼外周部までの半径をＲ、溝の
無次元位置をλ＝ｒ／Ｒとしたとき、この無次元位置λ
を、０．４０≦λ≦０．９８の範囲で設定したことを特
徴とする。

【００１３】また、この無次元位置λを、０．５０≦λ
≦０．６４の範囲で設定してもよい。

【００１４】また、この無次元位置λを、０．６０≦λ
≦０．７６の範囲で設定してもよい。

【００１５】また、この無次元位置λを、０．７４≦λ
≦０．８４の範囲で設定してもよい。

【００１６】また、本発明のプロペラファンは、前記無
次元位置（０．５０≦λ≦０．６４、０．６０≦λ≦
０．７６、０．７４≦λ≦０．８４）に形成した溝のさ
らに外側に溝を形成し、該外側溝の無次元位置λを、
０．８６≦λ≦０．９６の範囲で設定したことを特徴と
する。

【００１７】また、本発明のプロペラファンは、さらに
前記翼先端部の下流域にあたる負圧側翼面上に、前記翼
外周部から翼後縁部までの溝を設けてもよいし、前記翼
先端部の下流域にあたる負圧側翼面上に、前記翼前縁部
から翼後縁部までの溝を設けてもよい。

【００１８】また、本発明の流体送り装置は、前記プロ
ペラファンと、該プロペラファンを駆動する駆動モータ
とから成る送風機を設けたことを特徴とする。

【００１９】本発明に係るプロペラファンは、ファンの
鎌形状先端部の下流域にあたる翼面上に流線に沿った溝
を設けているので、この溝に翼端から生じる渦（馬蹄
渦）と翼先端部から生じる渦（翼先端渦）をある程度保
持させることができ、そのため渦の変動、発達を抑制
し、ベルマウスや翼との干渉音を低減することができる
とともに、溝に保持された渦のエネルギーを翼面上の剥
離領域にそそぎ込むことで剥離を防ぐことができ、風量
を増加させ高効率化できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て、図を参照しながら説明する。

【００２１】（第１実施形態）本発明に係る第１実施形
態を図１〜図５により説明する。図１は本実施形態のプ
ロペラファンの図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）
のＡ−Ａ矢視断面図である。

【００２２】図１において、本実施形態のプロペラファ
ン２は翼５の負圧面上に、鎌形状翼先端部５ｄの下流域
にあたる翼面上に流線に沿った溝１１が設けられてい
る。そのほかは従来例と同一であり、説明を省略する。

【００２３】図２は、圧力係数０．１９の溝１１の半径
方向位置ｒ（ファンの回転中心から溝の外周までの距
離）を最適値にとったときの空力特性図で、（ａ）は圧
力流量特性、（ｂ）はファン効率特性の各図である。上
記構成の作用と効果は、図２に示すように同じ静圧にお
いて風量が増し、そのため効率も向上する。図３は、溝
１１の位置をその動作点で最大の効果を発揮する位置に
あわせたときの本実施形態ファンの直後の軸方向風速分
布図である。この図からも窺えるように本実施形態の剥
離領域が小さくなっているのが窺える。

【００２４】この理由について図４を参照して説明す
る。図４は本実施形態と従来例の翼面上の流れ及び渦の
挙動の説明図である。図１に示したように、ファン２の
鎌形状翼先端部５ｄの下流域にあたる負圧側翼面上に流
線に沿った溝１１を設けているので、この溝に翼端から
生じる馬蹄渦９と翼先端部から生じる翼先端渦８をある
程度、翼５に沿って保持させることができる。図４
（ａ）の従来例に比較して図４（ｂ）の本実施例を見る
と、従来よりも剥離領域１０が小さく、馬蹄渦９と翼先
端渦８が翼５に沿って流れている。これは、渦の変動、
発達を抑制し、溝１１に保持された渦のエネルギーを翼
面上の剥離領域１０にそそぎ込むことで剥離を防ぐこと
ができたためである。

【００２５】ここで、翼後縁部５ｃにおける溝１１の半
径方向位置（ファンの回転中心から溝１１の外周までの
距離）をｒ、ファンの半径をＲ、溝の形成位置をファン
の半径で無次元表示した無次元位置λ＝ｒ／Ｒとする。
無次元位置λを、０．４０≦λ≦０．９８の範囲に設定
すると、大きな騒音低減及び高効率化の効果が認められ
た。

【００２６】さらに、無次元位置λを、０．５０≦λ≦
０．６４の範囲に設定すると、低圧域での動作時におい
て大きな騒音低減及び高効率化の効果が認められた。

【００２７】また、無次元位置λを、０．６０≦λ≦
０．７６の範囲に設定すると、中圧域での動作時におい
て大きな騒音低減及び高効率化の効果が認められた。

【００２８】また、無次元位置λを、０．７４≦λ≦
０．８４の範囲に設定すると、高圧域での動作時におい
て大きな騒音低減及び高効率化の効果が認められた。

【００２９】溝を上述の無次元位置λの範囲に形成する
と、騒音値及び効率化においても従来ファンに比べて改
善されることが確認できた。これは、剥離領域から発生
する騒音を低減できただけでなく、翼先端渦及び馬蹄渦
の変動、発達を抑制し、ベルマウスや翼との干渉音を低
減することができたためである。

【００３０】尚、上記溝１１は翼先端部５ｄ、翼前縁部
５ａおよび翼外周部５ｂから翼後縁部５ｃまで施しても
よいし、途中から施してもよい。特に、翼を厚肉に形成
し、翼断面形状を図５様な翼型にする場合には、翼の最
大厚み位置より下流域から溝１１を施すことが望まし
い。また、上記溝１１は、負圧側翼面上だけでなく、必
要に応じて正圧側翼面上に施してもよい。

【００３１】（第２実施形態）本発明に係る第２実施形
態を図６により説明する。図６は本実施形態のプロペラ
ファンの図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−
Ａ矢視断面図である。

【００３２】図６において、本実施形態プロペラファン
２は翼５の負圧面上に、鎌形状翼先端部５ｄの下流域に
あたる翼面上に流線に沿った溝１１が２本設けられてい
る。そのほかは従来例と同一であり説明を省略する。

【００３３】本実施形態のファンにおける内側の溝は第
１実施形態で示された溝であり、外側の溝の無次元位置
を、０．８６≦λ≦０．９６の位置に設ける。この位置
が馬蹄渦８を保持するに最も都合のよい位置であるの
で、馬蹄渦は発生の直後にこの第２の溝により保持され
るため、その成長が抑制され、それに伴う騒音が低減で
きるだけでなく、この第２の溝に馬蹄渦を、第１の溝に
翼先端渦を別々に保持できるため、互いの渦の干渉によ
る騒音をさらに低減できる。

【００３４】尚、上記溝１１は翼先端部５ｄ、翼前縁部
５ａおよび翼外周部５ｂから翼後縁部５ｃまで施しても
よいし、途中から施してもよい。特に、翼を厚肉に形成
し、翼断面形状を図５の様な翼型にする場合には、翼の
最大厚み位置より下流域から溝１１に施すことが望まし
い。また、上記溝１１は、負圧側翼面上だけでなく、必
要に応じて正圧側翼面上に施してもよい。

【００３５】（第３実施形態）本発明に係る第３実施形
態を図７により説明する。図７は本実施形態のプロペラ
ファンの図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−
Ａ矢視断面図である。

【００３６】図７において、本実施形態プロペラファン
２は翼５の負圧面上に、鎌形状翼先端部５ｄの下流域に
あたる翼面上に流線に沿った溝１１が多数設けられてい
る。そのほかは従来例と同一であり説明を省略する。

【００３７】本実施形態のファンにおける溝１１は第１
実施形態で示された溝１１が狭い間隔で多数設けられた
ものである。従って、実施形態１及び２記載のプロペラ
ファンの特長をある程度併せ持つことができ、低圧域動
作時、中圧域動作時、高圧域動作時など、様々な動作点
での動作時において騒音低減及び高効率化できる。従っ
て、動作点が刻一刻変化するような環境下において効果
を発揮する。

【００３８】尚、上記溝１１は翼先端部５ｄ、翼前縁部
５ａおよび翼外周部５ｂから翼後縁部５ｃまで施しても
よいし、途中から施してもよい。特に、翼を厚肉に形成
し、翼断面形状を図５の様な翼型にする場合には、翼の
最大厚み位置より下流域から溝１１を施すことが望まし
い。また、上記溝１１は、何本設けてもよいし、負圧側
翼面上だけでなく、必要に応じて正圧側翼面上に施して
もよい。

【００３９】（流体送り装置）次に、本発明に係る流体
送り装置の実施形態について説明する。図８は、空気調
和機の室外機１２の本体内における送風装置１を示す構
成図である。この流体送り装置は、第１実施形態のプロ
ペラファン２と駆動モータ１３から成る送風装置１を備
えており、この送風装置１によって流体を送出する構成
となっている。このような構成の流体送り装置として
は、例えば、空気清浄機、加湿器、ファンヒータ、冷却
装置、換気装置などがあるが、本実施形態の流体送り装
置は空気調和機の室外機１２である。この室外機１２内
には、室外熱交換器１４が備えられており、上記送風装
置１により、効率的に熱交換を行う。

【００４０】本実施形態の室外機１２は、第１実施形態
のプロペラファン２を備えていることから、騒音が低減
された静かな室外機となる。また、プロペラファン２は
ファン効率が向上したものなので、省エネの実現した効
率のよい室外機となる。

【００４１】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されるので次
の効果を有する。

【００４２】即ち、本発明のプロペラファンによれば、
翼先端渦及び馬蹄渦の変動、発達、ベルマウスや翼との
干渉を抑制でき、更には翼面上の剥離を防ぐことができ
るため、静粛且つ高効率なプロペラファンが得られる。

【００４３】特に、本発明のプロペラファンによれば、
溝の無次元位置λを、０．５０≦λ≦０．６４の範囲で
設定したので、低圧域での動作時における低騒音化およ
び高効率化の最適化を行ったプロペラファンが得られ
る。

【００４４】特に、本発明のプロペラファンによれば、
溝の無次元位置λを、０．６０≦λ≦０．７６の範囲で
設定したので、中圧域での動作時における低騒音化およ
び高効率化の最適化を行ったプロペラファンが得られ
る。

【００４５】特に、本発明のプロペラファンによれば、
溝の無次元位置λを、０．７４≦λ≦０．８４の範囲で
設定したので、高圧域での動作時における低騒音化およ
び高効率化の最適化を行ったプロペラファンが得られ
る。

【００４６】また、本発明のプロペラファンによれば、
溝の無次元位置（０．５０≦λ≦０．６４、０．６０≦
λ≦０．７６、０．７４≦λ≦０．８４）に形成した溝
のさらに外側に溝を形成し、該外側溝の無次元位置λ
を、０．８６≦λ≦０．９６の範囲で設定したので、馬
蹄渦と翼先端渦を別々に保持できるため、互いの渦の干
渉による騒音をある程度低減でき、低騒音化の効果がい
っそう得られるため、静粛且つ高効率なプロペラファン
が得られる。

【００４７】また、本発明のプロペラファンによれば、
さらに前記翼先端部の下流域にあたる負圧側翼面上に、
前記翼外周部から翼後縁部までの溝を設けたり、前記翼
先端部の下流域にあたる負圧側翼面上に、前記翼前縁部
から翼後縁部までの溝を設けたりするので、前記プロペ
ラファンの特徴をある程度併せ持つことができるため、
様々な動作点での動作時において騒音低減及び高効率化
の効果が認められる。従って、動作点が刻一刻変化する
ような環境下において騒音、効率とも有利なプロペラフ
ァンが得られる。

【００４８】また、本発明の流体送り装置は、前記プロ
ペラファンを備えた送風装置により構成されていること
から、効率が良好で省エネが達成され騒音の小さいもの
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態のプロペラファ
ンの正面図であり、（ｂ）は本発明の第１実施形態のプ
ロペラファンの（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図２】本発明の第１実施形態のプロペラファンの圧力
係数０．１９での溝の半径方向位置ｒを最適値にとった
ときの空力特性図である。

【図３】本発明の第１実施形態のプロペラファンの溝の
位置をその動作点で最大の効果を発揮する位置にあわせ
たときのファン直後の軸方向風速分布図である。

【図４】本実施形態と従来例の翼面上の流れ及び渦の挙
動の説明図である。

【図５】翼断面形状の一例である。

【図６】（ａ）は本発明の第２実施形態のプロペラファ
ンの正面図であり、（ｂ）は本発明の第２実施形態のプ
ロペラファンの（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図７】（ａ）は本発明の第３実施形態のプロペラファ
ンの正面図であり、（ｂ）は本発明の第３実施形態のプ
ロペラファンの（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図８】本発明の流体送り装置の一実施形態を示した構
成図である。

【図９】従来の送風装置の斜視図である。

【図１０】従来の送風装置における翼先端渦、馬蹄渦の
翼間流れの説明図である。

【図１１】従来の送風装置における翼先端渦の模式図で
ある。

【図１２】従来の送風装置における負圧面上の翼先端
渦、馬蹄渦の模式図である。

【図１３】従来の送風装置のファン直後の軸方向風速分
布図である。

【符号の説明】

２プロペラファン４ボス４ａボス外表面５翼５ｃ翼後縁部５ｄ翼先端部１１溝ｒ溝の半径方向位置Ｒファンの半径

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状のボスの外周面に複数枚の翼を設
け、該翼が前記ボスの中心軸に対し半径一定の翼外周部
と、前記翼外周部とボス外周面に連結する翼前縁部及び
翼後縁部と、前記翼外周部と前記翼前縁部の連結部であ
る翼先端部と、前記翼外周部と前記翼後縁部の連結部で
ある翼後連結部とで形成されるプロペラファンにおい
て、前記翼先端部の下流域にあたる負圧側翼面上に、翼間を
流れる翼先端渦の流れに沿った一つの溝を前記翼先端部
から前記翼後縁部まで設けたことを特徴とするプロペラ
ファン。
【請求項２】円筒状のボスの外周面に複数枚の翼を設
け、該翼が前記ボスの中心軸に対し半径一定の翼外周部
と、前記翼外周部とボス外周面に連結する翼前縁部及び
翼後縁部と、前記翼外周部と前記翼前縁部の連結部であ
る翼先端部と、前記翼外周部と前記翼後縁部の連結部で
ある翼後連結部とで形成されるプロペラファンにおい
て、前記翼先端部の下流域にあたる負圧側翼面上に、翼間を
流れる翼先端渦の流れに沿った一つの溝を前記翼先端部
から前記翼後縁部までの途中から前記翼後縁部まで設け
たことを特徴とするプロペラファン。
【請求項３】請求項２記載のプロペラファンにおい
て、前記溝を翼の最大厚み位置より下流域から設けたことを
特徴とするプロペラファン。
【請求項４】請求項１、２又は３記載のプロペラファ
ンにおいて、前記中心軸から前記翼後縁部における溝の外周までの距
離をｒ、前記中心軸から前記翼外周部までの半径をＲ、
溝の無次元位置をλ＝ｒ／Ｒとしたとき、この無次元位
置λを、０．４０≦λ≦０．９８の範囲で設定したこと
を特徴とするプロペラファン。
【請求項５】請求項１、２又は３記載のプロペラファ
ンにおいて、前記中心軸から前記翼後縁部における溝の外周までの距
離をｒ、前記中心軸から前記翼外周部までの半径をＲ、
溝の無次元位置をλ＝ｒ／Ｒとしたとき、この無次元位
置λを、０．５０≦λ≦０．６４の範囲で設定したこと
を特徴とするプロペラファン。
【請求項６】請求項１、２又は３記載のプロペラファ
ンにおいて、前記中心軸から前記翼後縁部における溝の外周までの距
離をｒ、前記中心軸から前記翼外周部までの半径をＲ、
溝の無次元位置をλ＝ｒ／Ｒとしたとき、この無次元位
置λを、０．６０≦λ≦０．７６の範囲で設定したこと
を特徴とするプロペラファン。
【請求項７】請求項１又は２記載のプロペラファンに
おいて、前記中心軸から前記翼後縁部における溝の外周までの距
離をｒ、前記中心軸から前記翼外周部までの半径をＲ、
溝の無次元位置をλ＝ｒ／Ｒとしたとき、この無次元位
置λを、０．７４≦λ≦０．８４の範囲で設定したこと
を特徴とするプロペラファン。
【請求項８】請求項５乃至７のいずれかに記載のプロ
ペラファンにおいて、前記無次元位置に形成した溝のさらに外側に溝を形成
し、該外側溝の無次元位置λを、０．８６≦λ≦０．９
６の範囲で設定したことを特徴とするプロペラファン。
【請求項９】請求項１乃至４のいずれかに記載のプロ
ペラファンにおいて、さらに前記翼先端部の下流域にあたる負圧側翼面上に、
前記翼外周部から翼後縁部までの溝を設けたことを特徴
とするプロペラファン。
【請求項１０】請求項１、２、３、４又は７に記載の
プロペラファンにおいて、さらに前記翼先端部の下流域にあたる負圧側翼面上に、
前記翼前縁部から翼後縁部までの溝を設けたことを特徴
とするプロペラファン。
【請求項１１】請求項１乃至９のいずれかに記載のプ
ロペラファンと、該プロペラファンを駆動する駆動モー
タとから成る送風機を設けたことを特徴とする流体送り
装置。