JP3594986B2 - 多翼ファン - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、換気送風機器および空気調和機器に使用される多翼ファンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、居住および非居住空間で使用される換気送風機器および空気調和機器において、多翼ファンを使用する機器が増加し、より低騒音のものが要求されている。
【０００３】
従来、この種の多翼ファンは、羽根車の主板と側板に挟むように配設されたブレードの軸方向における入口部および出口部において、羽根外径および羽根内径が一定でかつブレード断面の曲率半径が一定であったため、入口角度および出口角度を一種類有する構成が一般的であった。
【０００４】
以下、その構成について図１３〜図２０を参照にしながら説明する。
図に示すように、シャフト１０１に連結された主板１０２と、環状の側板１０３とで、断面形状が主板１０２側から側板１０３側まで同一で、かつ入口角度β１および出口角度β２が同一であるブレード１０４が多数挟むように羽根車１０５を構成している。
【０００５】
上記構成において、前記シャフト１０１に駆動力を与えて前記ブレード１０４を回転させることにより吸込側空気１０６は、ブレード入口部１０７へ吸い込まれ、前記ブレード１０４で昇圧され、ブレード出口部１０８からスクロール１０９を通って吐出口１１０へ吐出されることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の多翼ファンでは、特に高静圧状態でない限り吸込口１１１から前記ブレード１０４への前記吸込側空気１０６の曲がりを伴う流れは、前記主板１０２から前記側板１０３における前記ブレード入口部１０７に均一に流れ込まず大部分は主板１０２側に流れ込むため前記ブレード１０４による気流の風速は側板１０３側ほど小さくなる。しかし、前記ブレード各断面で流速が異なるにもかかわらず同じ断面形状となっているため、特に主板１０２側のブレード入口部１０７ｂにおいてブレード後部への渦および渦音が発生する問題があった。
【０００７】
また、前記ブレード出口部１０８の出口角度β２を小さく設定した時、静圧特性は向上するが転向角が大きくなるため特に風量の多い主板１０２側のブレード出口部１０８ｂ近傍で剥離現象による乱流騒音が発生する問題があった。
【０００８】
また、前記ブレード出口部１０８の出口角度β２を大きく設定した時、剥離減少は防げるが舌部１１２からスクロール１０９の巻き始め付近で特に風量の少ない前記ブレード１０４の側板１０３側において気流の逆流現象による騒音の発生や等しい回転数では出口角度が小さく設定したときよりも流出絶対速度の周方向成分Ｃｕ２が低下するため静圧特性が低下するので、静圧回復のための回転数上昇による騒音が増加する問題があった。
【０００９】
また、静圧特性を向上させるために羽根の外径と内径の比を大きくしてブレード枚数を増やした場合、互いに隣接するブレード入口部１０７が接近することにより通風抵抗が増加し、ブレード１０４間における乱流騒音が増加する問題があった。
【００１０】
また、このような従来の多翼ファンを備えた機器において、吸込側にフィルタなどの抵抗体が配設された場合、前記抵抗体を通過した空気の流れは前記吸込口１１１を経て乱れた状態でブレード入口部１０７に流入するため前記ブレード１０７において特に負圧面側で流れの剥離が生じ易く渦音が発生するという問題があった。
【００１１】
また、羽根車１０５とスクロール１０９の最接近部である舌部１１２の主板１０２側において特に低静圧時に前記羽根車１０５の通過による干渉騒音（ＮＺ音）が発生する問題があった。
【００１２】
また、特公平１−７０９１０号公報に示すような羽根内径を側板１０３から主板１０２に至るまで次第に小さくした１種類の傾きをもつテーパブレード形状をもつ多翼ファンでは従来のブレードよりも騒音低減の効果はあるものの風量−静圧特性が若干低下し、特に高静圧大風量を必要とする産業用の大型多翼ファンでは風量−静圧特性維持のため回転数を増加させる必要があり騒音低減の効果が少なくなるという問題や従来の多翼ファンでは入口角度が一定となっているため、吸込流れが側板１０３側にも多く流れ込む高静圧状態で使用するときにおいても側板１０３側の入口部１０７ａの入口角度が流入角度と異なるため乱流騒音が発生するという問題があった。
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するもので、風量の多い主板１０２側のブレード出口部１０８ｂ近傍で発生する剥離現象による乱流騒音を低減することを第１の目的とする。
【００１４】
第２の目的は、静圧特性の低下および回転数の上昇に伴う騒音の増加を防ぐことにある。
【００１５】
第３の目的は、羽根車１０５が舌部１１２を通過するときに発生する干渉騒音（ＮＺ音）を低減することにある。
【００１６】
第４の目的は、主板１０２側のブレード入口部１０７ｂにおけるブレード後部への渦および渦音を低減することにある。
【００１７】
第５の目的は、互いに隣接するブレード入口部１０７が接近することによるブレード１０４における乱流騒音を低減することにある。
【００１８】
第６の目的は、高静圧状態での乱流騒音の低減および大型多翼ファンなどにおける風量−静圧特性および騒音低減の効果を維持することにある。
【００１９】
第７の目的は、抵抗体を通過した乱れを伴う空気の流れがブレード入口部１０７に流入する際に生じる渦音を主とした乱流騒音を低減することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の多翼ファンは上記第１および第２の目的を達成するための第１の手段は、主板と環状の側板によって挟むように取り付けられた複数のブレードを備え、前記側板から前記主板に向かって軸方向に全羽根幅の５０〜６０％の部位を分割境界とし、前記ブレードのブレード出口部を前記分割境界から側板側と主板側に分割し、異なった出口角度を有する構成とする。
【００２１】
また、第１および第２の目的を達成するための第２の手段は、分割境界近傍のブレード出口部において、異なった出口角度を連続的に接続した連続部分を有する構成とする。
【００２２】
また、第１、第２、および第３の目的を達成するための第３の手段は、分割境界の主板側のブレード出口部において、羽根外径の大小を付与することにより出口角度を随時変化させた構成とする。
【００２３】
また、第４の目的を達成するための第４の手段は、主板と環状の側板によって挟むように取り付けられた複数のブレードを備えたブレード入口部において、前記側板から前記主板に向かって軸方向に全羽根幅の４０〜５０％の部位を境界とし、前記境界から主板側に向かうに従って羽根内径を小さくしたテーパブレード形状を有する構成とする。
【００２４】
また、第１、第２、第３、第４および第５の目的を達成するための第５の手段は、境界から主板側に向かうに従って羽根内径を小さくしたテーパブレード形状を有するブレードと前記テーパブレード形状の傾きと異なった傾きのテーパブレード形状を有するブレードを交互に配設した構成とする。
【００２５】
また、第１、第２、第３、第４、第５および第６の目的を達成するための第６の手段は、境界から側板側に向かうに従って羽根内径を大きくしたテーパブレード形状の傾きと前記境界から主板側に向かうに従って羽根内径を小さくした前記テーパブレード形状の傾きが異なった２段テーパブレード形状を有した構成とする。
【００２６】
また、第１、第２、第３、第４、第５、第６および第７の目的を達成するための第７の手段は、２段テーパブレードの入口部の負圧面側に曲率半径をもった半円状の肉厚部ないし折り返し部を一部ないし全部配した構成とする。
【００２７】
【作用】
本発明は上記した第１の手段の構成により風量の多い主板側のブレード出口部において転向角が大きくならないような出口角度を設定できるので剥離現象を減少させ乱流騒音を低減でき、側板側のブレード出口部において主板側の出口角度と異なった出口角度を設定できるので逆流及び静圧低下を防ぐことができる。
【００２８】
また、第２の手段の構成により第１の手段による作用に加えて、分割境界に配した連続部分によって、分割境界近傍に発生する流出乱れおよび乱れに伴う乱流騒音を低減することができる。
【００２９】
また、第３の手段の構成により第１の手段の作用に加えて、舌部を通過する際ブレード主板側において干渉エネルギーが減少し干渉音（ＮＺ音）を低減することができる。
【００３０】
また、第４の手段の構成により風量の多い主板側ではブレード入口部の周速が小さくなることにより流入空気のブレード入口部での衝突力が弱まると共に入口角度が実際の流入角度に近づき渦および渦音を低減することができる。
【００３１】
また、第５の手段の構成により第４の手段の作用に加えて、羽根枚数を増加させた際にブレードに隣設するブレードのテーパブレード形状の傾きを主板側のブレード入口部が密にならないような傾きにすることにより流入速度を低減でき、静圧を増加させた状態でブレード枚数増加による特にブレード入口部での乱流騒音の増加を防ぐことができる。
【００３２】
また、第６の手段の構成により第５の手段の作用に加えて、特に高静圧状態で使用する際に風量がブレードの側板側に多く流入することにより発生するブレード入口部の側板側での乱流騒音を低減でき、かつ静圧−風量特性を維持することができる。
【００３３】
また、第７の手段の構成により第６の手段の作用に加えて、抵抗体を通過した乱れた空気がブレード折り返し部に流入する際、ブレード負圧面に設けた半円状の肉厚部および折り返し部によってどの方向からも滑らかに迎えられ、渦および渦音の発生を防ぐことができる。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明の第１実施例について、図１および図２を参照しながら説明する。なお、従来例と同一箇所には同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３５】
図に示すように、羽根車１０５の側板１０３から主板１０２に向かって全羽根幅Ｗの５０〜６０％の部位を分割境界１としてブレード出口部１０８を側板１０３側のブレード出口部１０８ａ（以下出口部１０８ａとする）と主板１０２側ブレード出口部１０８ｂ（以下出口部１０８ｂとする）に分割し、ブレード１０４のＡ−Ａにおける半径方向断面で示すように、側板１０３側のブレード出口角度β２−Ｕおよび主板１０２側のブレード出口角度β２−Ｌを配した構成となっている。
【００３６】
上記構成により、前記羽根車１０５を特に高静圧状態以外で使用する時、吸込側空気１０６の曲がりを伴う流れは大部分が前記ブレード入口部１０７ｂへ流入し一部は前記ブレード入口部１０７ａへ流入する。この時、風量が多く流出する前記出口部１０８ｂにおいて前記出口角度β２−Ｌが前記出口角度β２−Ｕよりも大きく設定していることから転向角が小さくなり剥離現象の発生および乱流騒音を大幅に防ぐことができる。また、前記出口部１０８ａでは風量の流出が少ないため前記出口角度β２−Ｕを前記出口角度β２−Ｌより小さく設定しても剥離現象の影響は小さく、流出状態における速度三角形より流出絶対速度の周方向成分Ｃｕ２−Ｕが大きく得られ静圧低下を防止できかつ逆流現象も防止できる。
【００３７】
なお、ブレード入口部１０７における入口角度β１は風量が多く流入する前記主板１０２側の流入状態の速度三角形から設定することが望ましい。
【００３８】
このように本発明の第１実施例の多翼ファンによれば、ブレード出口部を側板側と主板側に分割し、異なった出口角度を設定できることにより静圧の低下を防ぎ、ブレード出口部での剥離現象および乱流騒音の発生を大幅に防ぐことができる。
【００３９】
つぎに本発明の第２実施例について図１、図３および図４を参照しながら説明する。なお、第１実施例と同一箇所には同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４０】
図に示すように、ブレード１０４において、分割境界１における出口部１０８ａの端部２および出口部１０８ｂの端部３を接続する連続部分４を配した構成になっている。
【００４１】
上記構成により、前記分割境界１近傍１ａ−ｂにおける空気の流れ５は、前記連続部分４がないときに懸念される前記端部２における正圧面から負圧面へ流れる２次的な流れ５を遮断し圧力変動の増加を防ぎ騒音を低減できる。
【００４２】
なお、前記連続部分４が前記端部２および前記端部３をブレード１０４の軸方向に若干の連続幅をもって滑らかに連続形成されれば、前記連続部分４における２次的な空気の前記流れ５は、より滑らかに流出されて更に低騒音化が図れる。
【００４３】
このように本発明の第２実施例の多翼ファンによれば、前記分割境界１近傍１ａ−ｂにおける空気の流れは、前記連続部分４がないときに懸念される前記端部２と前記端部３における流れの乱れおよび圧力変動の増加による騒音の発生を防ぐことができ、第１実施例以上の低騒音化を図ることができる。
【００４４】
つぎに本発明の第３実施例について図５を参照しながら説明する。なお、第１実施例と同一箇所には同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４５】
図に示すように、分割境界１から主板１０２側の出口部１０８ｂにおいて、羽根外径Ｄ２の大小を任意に付与することにより出口角度β２−Ｌを最大の出口角度βｍａｘ２−Ｌから最小の出口角度βｍｉｎ２−Ｌの範囲で連続的に変化させた構成になっている。
【００４６】
上記構成により、特に風量の多い主板１０２側の前記出口部１０８ｂが舌部１１２を通過する際、干渉エネルギーが時間的ずれをもって分散されて発生するため前記舌部１１２とブレード１０４の干渉音（ＮＺ音）は低減されることとなる。
【００４７】
なお、前記羽根外径Ｄ２および前記出口角度β２−Ｌの設定は風量−静圧特性を維持するために、平均外径または平均出口角度が最大値と最小値の中間値であるように設計することが望ましい。
【００４８】
このように本発明の第３実施例の多翼ファンによれば、舌部通過時のブレードとの干渉エネルギーを分散させることで干渉音（ＮＺ音）を低減でき、第１実施例以上の低騒音化を図ることができる。
【００４９】
つぎに本発明の第４実施例について図６および図７を参照しながら説明する。なお、第１実施例と同一箇所には同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５０】
図に示すように、ブレード入口部１０７において側板１０３から主板１０２に向かって全羽根幅の４０〜５０％の部位を境界６とし、この境界６から前記主板１０２側に向かうに従って羽根内径Ｄ１を小さくしたテーパブレード形状７を有した構成となっている。
【００５１】
上記構成により、風量が多く流入する前記境界６から主板１０２側のブレード入口部１０７ａ（以下入口部１０７ａ）における入口角度β１−Ｌは側板１０３側のブレード入口部１０７ｂ（以下入口部１０７ｂ）の入口角度β１−Ｕ以下の大きさであり、かつ羽根内径も小さくしたテーパブレード形状７であることからブレード衝突時の羽根の周速は小さくなる。よって速度三角形から空気の流入相対速度の流入角度は前記入口角度β１−Ｌに近づいた角度となり、流入空気の前記入口部１０７ｂでの衝突力が弱まると共にブレード背面への渦の発生および渦音を低減することができる。
【００５２】
このように本発明の第４実施例によれば境界６から主板側に向かって羽根内径を次第に小さくしたテーパブレード形状７を形にすることで入口部の渦による乱流騒音を低減でき、第３実施例以上の低騒音化を図ることができる。
【００５３】
つぎに本発明の第５実施例について図８および図９を参照しながら説明する。なお、第１実施例と同一箇所には同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５４】
図に示すように、テーパブレード形状７を有したブレード１０４と異なった傾き（前記テーパブレード形状７の最小内径よりも大きい最小内径を設定した傾き）をもつテーパブレード形状８のブレード１０４が交互に配設された構成となっている。
【００５５】
上記構成により、風量−静圧特性を向上させるために翼枚数を増加させたときに特に風量の多い主板１０２側の入口部１０７ｂでは、同じ傾きをもつ前記テーパブレード形状７のみが配設されたときよりも前記入口部１０７ｂが密でなくなるため通風空間９が大きくなり、通風抵抗が軽減され流入速度が緩和されるので、流入時の乱流騒音の増加を防ぐことができる。
【００５６】
なお、交互に配設されるブレードについては羽根の外径と内径の比が異なっても良い。
【００５７】
このように本発明の第５実施例によれば静圧−風量特性を翼枚数を増やして向上させたときに懸念される流入時の乱流騒音の増加を防ぐことができるので、比騒音の観点から第４実施例以上の騒音低減ができることとなる。
【００５８】
つぎに本発明の第６実施例について図１０と図１１を参照しながら説明する。なお、第１実施例と同一箇所には同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５９】
図に示すように、入口部１０７において境界６から主板１０２側と側板１０３側で傾きの異なるテーパブレード形状１０（以下形状１０とする）およびテーパブレード形状１１（以下形状１１とする）を有した２段テーパブレード形状１３を形成する構成となっている。
【００６０】
上記構成により、特に高静圧状態で使用したいときブレード１０４に流入する軸方向での風量のアンバランスは緩和され境界６から側板１０３側にも多く流入するようになる。このとき前記境界６から側板１０３側にも前記形状１０が形成されているため入口部１０７ａの入口角度β１−Ｕ（１０）は傾きの無いストレート形状１２（以下形状１２とする）の入口角度β１−Ｕ（１２）よりも流入角度に近づき、衝突力が弱まると共にブレード背面への渦の発生および渦音を低減することができる。また、前記形状１０の傾きは前記形状１１よりも傾きが小さいため、前記入口部１０７が全て同一の傾きのテーパブレード形状１４（以下形状１４とする）になっているときに懸念される同回転時での静圧−風量特性の低下を防止することができる。
【００６１】
また、本実施例の前記形状１３に対してテーパブレード形状１１Ｌと前記形状１２を組み合わせたブレードとの静圧−風量性能差はほとんどないことを実験により確認した。
【００６２】
なお、ブレード１０４の側断面形状における前記入口部１０７の稜線が、前記形状１４の稜線と前記形状１１Ｌおよび前記形状１２でなす稜線の間に位置する曲線の稜線でなす形状１３ａのブレードとしてもその作用効果に差異はない。
【００６３】
このように本発明の第６実施例によれば、特に高静圧状態で使用する際にも風量−静圧特性を維持した状態でブレード入口部での渦による乱流騒音を低減でき、第５実施例以上の低騒音化を図ることができる。
【００６４】
つぎに本発明の第７実施例について図１２を参照しながら説明する。なお、第１実施例と同一箇所には同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６５】
図に示すように、入口部１０７が負圧面側に曲率半径をもった半円状の肉厚部１５を設けた構成となっている。
【００６６】
上記構成において、フィルタを通過した流れの乱れた空気は前記入口部１０７の近傍では整流化されて流入していくが、前記入口部１０７から離れた領域では乱れたままの状態で流入していく。このときいかなる角度で流入しようとも前記肉厚部１５により滑らかに迎え入れられるので、前記入口部１０７での渦の発生および乱流騒音は低減されることとなる。
【００６７】
なお、前記肉厚部１５の曲率半径は、ブレード円弧長ｌに対して１０％以下であることが望ましい。
【００６８】
また、前記肉厚部１５に変えて折り返し部１６を設けてもその作用効果に差異はない。
【００６９】
このように本発明の第７実施例によれば、フィルタなどの抵抗体が吸込側に配設されたときでもブレード入口部での渦の発生および乱流騒音を低減することができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上の実施例から明らかなように、本発明によれば、風量−静圧特性を低下させずに多翼ファンから発生する流体騒音の中で特に渦音を主とした乱流騒音および舌部におけるブレード通過騒音を低減できる効果のある多翼ファンが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の多翼ファンの側断面図
【図２】同要部断面図
【図３】同第２実施例の要部断面図
【図４】（ａ）同要部側面図
（ｂ）同要部側面図
（ｃ）同要部側面図
【図５】同第３実施例の側断面図および要部斜視図
【図６】同第４実施例の側断面図
【図７】同要部断面図
【図８】同第５実施例の側断面図
【図９】同要部断面図
【図１０】（ａ）同第６実施例の側断面図
（ｂ）同第６実施例の特性図
（ｃ）同第６実施例の要部拡大図
【図１１】同要部断面図
【図１２】同第７実施例の要部断面図
【図１３】従来の多翼ファンの正面図
【図１４】同側断面図
【図１５】同要部断面図
【図１６】同要部断面図
【図１７】同側断面図
【図１８】同要部断面図
【図１９】同要部断面図
【図２０】（ａ）同要部側断面図
（ｂ）同要部側断面図
（ｃ）同特性図
【符号の説明】
１ 分割境界
４ 連続部分
６ 境界
７ テーパブレード形状
８ テーパブレード形状
１０ テーパブレード形状
１１ テーパブレード形状
１３ ２段テーパブレード形状
１５ 肉厚部
１６ 折り返し部
１０２ 主板
１０３ 側板
１０４ ブレード
１０７ ブレード入口部
１０８ ブレード出口部
１０８ａ ブレード出口部
１０８ｂ ブレード出口部
【産業上の利用分野】
本発明は、換気送風機器および空気調和機器に使用される多翼ファンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、居住および非居住空間で使用される換気送風機器および空気調和機器において、多翼ファンを使用する機器が増加し、より低騒音のものが要求されている。
【０００３】
従来、この種の多翼ファンは、羽根車の主板と側板に挟むように配設されたブレードの軸方向における入口部および出口部において、羽根外径および羽根内径が一定でかつブレード断面の曲率半径が一定であったため、入口角度および出口角度を一種類有する構成が一般的であった。
【０００４】
以下、その構成について図１３〜図２０を参照にしながら説明する。
図に示すように、シャフト１０１に連結された主板１０２と、環状の側板１０３とで、断面形状が主板１０２側から側板１０３側まで同一で、かつ入口角度β１および出口角度β２が同一であるブレード１０４が多数挟むように羽根車１０５を構成している。
【０００５】
上記構成において、前記シャフト１０１に駆動力を与えて前記ブレード１０４を回転させることにより吸込側空気１０６は、ブレード入口部１０７へ吸い込まれ、前記ブレード１０４で昇圧され、ブレード出口部１０８からスクロール１０９を通って吐出口１１０へ吐出されることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の多翼ファンでは、特に高静圧状態でない限り吸込口１１１から前記ブレード１０４への前記吸込側空気１０６の曲がりを伴う流れは、前記主板１０２から前記側板１０３における前記ブレード入口部１０７に均一に流れ込まず大部分は主板１０２側に流れ込むため前記ブレード１０４による気流の風速は側板１０３側ほど小さくなる。しかし、前記ブレード各断面で流速が異なるにもかかわらず同じ断面形状となっているため、特に主板１０２側のブレード入口部１０７ｂにおいてブレード後部への渦および渦音が発生する問題があった。
【０００７】
また、前記ブレード出口部１０８の出口角度β２を小さく設定した時、静圧特性は向上するが転向角が大きくなるため特に風量の多い主板１０２側のブレード出口部１０８ｂ近傍で剥離現象による乱流騒音が発生する問題があった。
【０００８】
また、前記ブレード出口部１０８の出口角度β２を大きく設定した時、剥離減少は防げるが舌部１１２からスクロール１０９の巻き始め付近で特に風量の少ない前記ブレード１０４の側板１０３側において気流の逆流現象による騒音の発生や等しい回転数では出口角度が小さく設定したときよりも流出絶対速度の周方向成分Ｃｕ２が低下するため静圧特性が低下するので、静圧回復のための回転数上昇による騒音が増加する問題があった。
【０００９】
また、静圧特性を向上させるために羽根の外径と内径の比を大きくしてブレード枚数を増やした場合、互いに隣接するブレード入口部１０７が接近することにより通風抵抗が増加し、ブレード１０４間における乱流騒音が増加する問題があった。
【００１０】
また、このような従来の多翼ファンを備えた機器において、吸込側にフィルタなどの抵抗体が配設された場合、前記抵抗体を通過した空気の流れは前記吸込口１１１を経て乱れた状態でブレード入口部１０７に流入するため前記ブレード１０７において特に負圧面側で流れの剥離が生じ易く渦音が発生するという問題があった。
【００１１】
また、羽根車１０５とスクロール１０９の最接近部である舌部１１２の主板１０２側において特に低静圧時に前記羽根車１０５の通過による干渉騒音（ＮＺ音）が発生する問題があった。
【００１２】
また、特公平１−７０９１０号公報に示すような羽根内径を側板１０３から主板１０２に至るまで次第に小さくした１種類の傾きをもつテーパブレード形状をもつ多翼ファンでは従来のブレードよりも騒音低減の効果はあるものの風量−静圧特性が若干低下し、特に高静圧大風量を必要とする産業用の大型多翼ファンでは風量−静圧特性維持のため回転数を増加させる必要があり騒音低減の効果が少なくなるという問題や従来の多翼ファンでは入口角度が一定となっているため、吸込流れが側板１０３側にも多く流れ込む高静圧状態で使用するときにおいても側板１０３側の入口部１０７ａの入口角度が流入角度と異なるため乱流騒音が発生するという問題があった。
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するもので、風量の多い主板１０２側のブレード出口部１０８ｂ近傍で発生する剥離現象による乱流騒音を低減することを第１の目的とする。
【００１４】
第２の目的は、静圧特性の低下および回転数の上昇に伴う騒音の増加を防ぐことにある。
【００１５】
第３の目的は、羽根車１０５が舌部１１２を通過するときに発生する干渉騒音（ＮＺ音）を低減することにある。
【００１６】
第４の目的は、主板１０２側のブレード入口部１０７ｂにおけるブレード後部への渦および渦音を低減することにある。
【００１７】
第５の目的は、互いに隣接するブレード入口部１０７が接近することによるブレード１０４における乱流騒音を低減することにある。
【００１８】
第６の目的は、高静圧状態での乱流騒音の低減および大型多翼ファンなどにおける風量−静圧特性および騒音低減の効果を維持することにある。
【００１９】
第７の目的は、抵抗体を通過した乱れを伴う空気の流れがブレード入口部１０７に流入する際に生じる渦音を主とした乱流騒音を低減することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の多翼ファンは上記第１および第２の目的を達成するための第１の手段は、主板と環状の側板によって挟むように取り付けられた複数のブレードを備え、前記側板から前記主板に向かって軸方向に全羽根幅の５０〜６０％の部位を分割境界とし、前記ブレードのブレード出口部を前記分割境界から側板側と主板側に分割し、異なった出口角度を有する構成とする。
【００２１】
また、第１および第２の目的を達成するための第２の手段は、分割境界近傍のブレード出口部において、異なった出口角度を連続的に接続した連続部分を有する構成とする。
【００２２】
また、第１、第２、および第３の目的を達成するための第３の手段は、分割境界の主板側のブレード出口部において、羽根外径の大小を付与することにより出口角度を随時変化させた構成とする。
【００２３】
また、第４の目的を達成するための第４の手段は、主板と環状の側板によって挟むように取り付けられた複数のブレードを備えたブレード入口部において、前記側板から前記主板に向かって軸方向に全羽根幅の４０〜５０％の部位を境界とし、前記境界から主板側に向かうに従って羽根内径を小さくしたテーパブレード形状を有する構成とする。
【００２４】
また、第１、第２、第３、第４および第５の目的を達成するための第５の手段は、境界から主板側に向かうに従って羽根内径を小さくしたテーパブレード形状を有するブレードと前記テーパブレード形状の傾きと異なった傾きのテーパブレード形状を有するブレードを交互に配設した構成とする。
【００２５】
また、第１、第２、第３、第４、第５および第６の目的を達成するための第６の手段は、境界から側板側に向かうに従って羽根内径を大きくしたテーパブレード形状の傾きと前記境界から主板側に向かうに従って羽根内径を小さくした前記テーパブレード形状の傾きが異なった２段テーパブレード形状を有した構成とする。
【００２６】
また、第１、第２、第３、第４、第５、第６および第７の目的を達成するための第７の手段は、２段テーパブレードの入口部の負圧面側に曲率半径をもった半円状の肉厚部ないし折り返し部を一部ないし全部配した構成とする。
【００２７】
【作用】
本発明は上記した第１の手段の構成により風量の多い主板側のブレード出口部において転向角が大きくならないような出口角度を設定できるので剥離現象を減少させ乱流騒音を低減でき、側板側のブレード出口部において主板側の出口角度と異なった出口角度を設定できるので逆流及び静圧低下を防ぐことができる。
【００２８】
また、第２の手段の構成により第１の手段による作用に加えて、分割境界に配した連続部分によって、分割境界近傍に発生する流出乱れおよび乱れに伴う乱流騒音を低減することができる。
【００２９】
また、第３の手段の構成により第１の手段の作用に加えて、舌部を通過する際ブレード主板側において干渉エネルギーが減少し干渉音（ＮＺ音）を低減することができる。
【００３０】
また、第４の手段の構成により風量の多い主板側ではブレード入口部の周速が小さくなることにより流入空気のブレード入口部での衝突力が弱まると共に入口角度が実際の流入角度に近づき渦および渦音を低減することができる。
【００３１】
また、第５の手段の構成により第４の手段の作用に加えて、羽根枚数を増加させた際にブレードに隣設するブレードのテーパブレード形状の傾きを主板側のブレード入口部が密にならないような傾きにすることにより流入速度を低減でき、静圧を増加させた状態でブレード枚数増加による特にブレード入口部での乱流騒音の増加を防ぐことができる。
【００３２】
また、第６の手段の構成により第５の手段の作用に加えて、特に高静圧状態で使用する際に風量がブレードの側板側に多く流入することにより発生するブレード入口部の側板側での乱流騒音を低減でき、かつ静圧−風量特性を維持することができる。
【００３３】
また、第７の手段の構成により第６の手段の作用に加えて、抵抗体を通過した乱れた空気がブレード折り返し部に流入する際、ブレード負圧面に設けた半円状の肉厚部および折り返し部によってどの方向からも滑らかに迎えられ、渦および渦音の発生を防ぐことができる。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明の第１実施例について、図１および図２を参照しながら説明する。なお、従来例と同一箇所には同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３５】
図に示すように、羽根車１０５の側板１０３から主板１０２に向かって全羽根幅Ｗの５０〜６０％の部位を分割境界１としてブレード出口部１０８を側板１０３側のブレード出口部１０８ａ（以下出口部１０８ａとする）と主板１０２側ブレード出口部１０８ｂ（以下出口部１０８ｂとする）に分割し、ブレード１０４のＡ−Ａにおける半径方向断面で示すように、側板１０３側のブレード出口角度β２−Ｕおよび主板１０２側のブレード出口角度β２−Ｌを配した構成となっている。
【００３６】
上記構成により、前記羽根車１０５を特に高静圧状態以外で使用する時、吸込側空気１０６の曲がりを伴う流れは大部分が前記ブレード入口部１０７ｂへ流入し一部は前記ブレード入口部１０７ａへ流入する。この時、風量が多く流出する前記出口部１０８ｂにおいて前記出口角度β２−Ｌが前記出口角度β２−Ｕよりも大きく設定していることから転向角が小さくなり剥離現象の発生および乱流騒音を大幅に防ぐことができる。また、前記出口部１０８ａでは風量の流出が少ないため前記出口角度β２−Ｕを前記出口角度β２−Ｌより小さく設定しても剥離現象の影響は小さく、流出状態における速度三角形より流出絶対速度の周方向成分Ｃｕ２−Ｕが大きく得られ静圧低下を防止できかつ逆流現象も防止できる。
【００３７】
なお、ブレード入口部１０７における入口角度β１は風量が多く流入する前記主板１０２側の流入状態の速度三角形から設定することが望ましい。
【００３８】
このように本発明の第１実施例の多翼ファンによれば、ブレード出口部を側板側と主板側に分割し、異なった出口角度を設定できることにより静圧の低下を防ぎ、ブレード出口部での剥離現象および乱流騒音の発生を大幅に防ぐことができる。
【００３９】
つぎに本発明の第２実施例について図１、図３および図４を参照しながら説明する。なお、第１実施例と同一箇所には同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４０】
図に示すように、ブレード１０４において、分割境界１における出口部１０８ａの端部２および出口部１０８ｂの端部３を接続する連続部分４を配した構成になっている。
【００４１】
上記構成により、前記分割境界１近傍１ａ−ｂにおける空気の流れ５は、前記連続部分４がないときに懸念される前記端部２における正圧面から負圧面へ流れる２次的な流れ５を遮断し圧力変動の増加を防ぎ騒音を低減できる。
【００４２】
なお、前記連続部分４が前記端部２および前記端部３をブレード１０４の軸方向に若干の連続幅をもって滑らかに連続形成されれば、前記連続部分４における２次的な空気の前記流れ５は、より滑らかに流出されて更に低騒音化が図れる。
【００４３】
このように本発明の第２実施例の多翼ファンによれば、前記分割境界１近傍１ａ−ｂにおける空気の流れは、前記連続部分４がないときに懸念される前記端部２と前記端部３における流れの乱れおよび圧力変動の増加による騒音の発生を防ぐことができ、第１実施例以上の低騒音化を図ることができる。
【００４４】
つぎに本発明の第３実施例について図５を参照しながら説明する。なお、第１実施例と同一箇所には同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４５】
図に示すように、分割境界１から主板１０２側の出口部１０８ｂにおいて、羽根外径Ｄ２の大小を任意に付与することにより出口角度β２−Ｌを最大の出口角度βｍａｘ２−Ｌから最小の出口角度βｍｉｎ２−Ｌの範囲で連続的に変化させた構成になっている。
【００４６】
上記構成により、特に風量の多い主板１０２側の前記出口部１０８ｂが舌部１１２を通過する際、干渉エネルギーが時間的ずれをもって分散されて発生するため前記舌部１１２とブレード１０４の干渉音（ＮＺ音）は低減されることとなる。
【００４７】
なお、前記羽根外径Ｄ２および前記出口角度β２−Ｌの設定は風量−静圧特性を維持するために、平均外径または平均出口角度が最大値と最小値の中間値であるように設計することが望ましい。
【００４８】
このように本発明の第３実施例の多翼ファンによれば、舌部通過時のブレードとの干渉エネルギーを分散させることで干渉音（ＮＺ音）を低減でき、第１実施例以上の低騒音化を図ることができる。
【００４９】
つぎに本発明の第４実施例について図６および図７を参照しながら説明する。なお、第１実施例と同一箇所には同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５０】
図に示すように、ブレード入口部１０７において側板１０３から主板１０２に向かって全羽根幅の４０〜５０％の部位を境界６とし、この境界６から前記主板１０２側に向かうに従って羽根内径Ｄ１を小さくしたテーパブレード形状７を有した構成となっている。
【００５１】
上記構成により、風量が多く流入する前記境界６から主板１０２側のブレード入口部１０７ａ（以下入口部１０７ａ）における入口角度β１−Ｌは側板１０３側のブレード入口部１０７ｂ（以下入口部１０７ｂ）の入口角度β１−Ｕ以下の大きさであり、かつ羽根内径も小さくしたテーパブレード形状７であることからブレード衝突時の羽根の周速は小さくなる。よって速度三角形から空気の流入相対速度の流入角度は前記入口角度β１−Ｌに近づいた角度となり、流入空気の前記入口部１０７ｂでの衝突力が弱まると共にブレード背面への渦の発生および渦音を低減することができる。
【００５２】
このように本発明の第４実施例によれば境界６から主板側に向かって羽根内径を次第に小さくしたテーパブレード形状７を形にすることで入口部の渦による乱流騒音を低減でき、第３実施例以上の低騒音化を図ることができる。
【００５３】
つぎに本発明の第５実施例について図８および図９を参照しながら説明する。なお、第１実施例と同一箇所には同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５４】
図に示すように、テーパブレード形状７を有したブレード１０４と異なった傾き（前記テーパブレード形状７の最小内径よりも大きい最小内径を設定した傾き）をもつテーパブレード形状８のブレード１０４が交互に配設された構成となっている。
【００５５】
上記構成により、風量−静圧特性を向上させるために翼枚数を増加させたときに特に風量の多い主板１０２側の入口部１０７ｂでは、同じ傾きをもつ前記テーパブレード形状７のみが配設されたときよりも前記入口部１０７ｂが密でなくなるため通風空間９が大きくなり、通風抵抗が軽減され流入速度が緩和されるので、流入時の乱流騒音の増加を防ぐことができる。
【００５６】
なお、交互に配設されるブレードについては羽根の外径と内径の比が異なっても良い。
【００５７】
このように本発明の第５実施例によれば静圧−風量特性を翼枚数を増やして向上させたときに懸念される流入時の乱流騒音の増加を防ぐことができるので、比騒音の観点から第４実施例以上の騒音低減ができることとなる。
【００５８】
つぎに本発明の第６実施例について図１０と図１１を参照しながら説明する。なお、第１実施例と同一箇所には同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５９】
図に示すように、入口部１０７において境界６から主板１０２側と側板１０３側で傾きの異なるテーパブレード形状１０（以下形状１０とする）およびテーパブレード形状１１（以下形状１１とする）を有した２段テーパブレード形状１３を形成する構成となっている。
【００６０】
上記構成により、特に高静圧状態で使用したいときブレード１０４に流入する軸方向での風量のアンバランスは緩和され境界６から側板１０３側にも多く流入するようになる。このとき前記境界６から側板１０３側にも前記形状１０が形成されているため入口部１０７ａの入口角度β１−Ｕ（１０）は傾きの無いストレート形状１２（以下形状１２とする）の入口角度β１−Ｕ（１２）よりも流入角度に近づき、衝突力が弱まると共にブレード背面への渦の発生および渦音を低減することができる。また、前記形状１０の傾きは前記形状１１よりも傾きが小さいため、前記入口部１０７が全て同一の傾きのテーパブレード形状１４（以下形状１４とする）になっているときに懸念される同回転時での静圧−風量特性の低下を防止することができる。
【００６１】
また、本実施例の前記形状１３に対してテーパブレード形状１１Ｌと前記形状１２を組み合わせたブレードとの静圧−風量性能差はほとんどないことを実験により確認した。
【００６２】
なお、ブレード１０４の側断面形状における前記入口部１０７の稜線が、前記形状１４の稜線と前記形状１１Ｌおよび前記形状１２でなす稜線の間に位置する曲線の稜線でなす形状１３ａのブレードとしてもその作用効果に差異はない。
【００６３】
このように本発明の第６実施例によれば、特に高静圧状態で使用する際にも風量−静圧特性を維持した状態でブレード入口部での渦による乱流騒音を低減でき、第５実施例以上の低騒音化を図ることができる。
【００６４】
つぎに本発明の第７実施例について図１２を参照しながら説明する。なお、第１実施例と同一箇所には同一番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６５】
図に示すように、入口部１０７が負圧面側に曲率半径をもった半円状の肉厚部１５を設けた構成となっている。
【００６６】
上記構成において、フィルタを通過した流れの乱れた空気は前記入口部１０７の近傍では整流化されて流入していくが、前記入口部１０７から離れた領域では乱れたままの状態で流入していく。このときいかなる角度で流入しようとも前記肉厚部１５により滑らかに迎え入れられるので、前記入口部１０７での渦の発生および乱流騒音は低減されることとなる。
【００６７】
なお、前記肉厚部１５の曲率半径は、ブレード円弧長ｌに対して１０％以下であることが望ましい。
【００６８】
また、前記肉厚部１５に変えて折り返し部１６を設けてもその作用効果に差異はない。
【００６９】
このように本発明の第７実施例によれば、フィルタなどの抵抗体が吸込側に配設されたときでもブレード入口部での渦の発生および乱流騒音を低減することができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上の実施例から明らかなように、本発明によれば、風量−静圧特性を低下させずに多翼ファンから発生する流体騒音の中で特に渦音を主とした乱流騒音および舌部におけるブレード通過騒音を低減できる効果のある多翼ファンが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の多翼ファンの側断面図
【図２】同要部断面図
【図３】同第２実施例の要部断面図
【図４】（ａ）同要部側面図
（ｂ）同要部側面図
（ｃ）同要部側面図
【図５】同第３実施例の側断面図および要部斜視図
【図６】同第４実施例の側断面図
【図７】同要部断面図
【図８】同第５実施例の側断面図
【図９】同要部断面図
【図１０】（ａ）同第６実施例の側断面図
（ｂ）同第６実施例の特性図
（ｃ）同第６実施例の要部拡大図
【図１１】同要部断面図
【図１２】同第７実施例の要部断面図
【図１３】従来の多翼ファンの正面図
【図１４】同側断面図
【図１５】同要部断面図
【図１６】同要部断面図
【図１７】同側断面図
【図１８】同要部断面図
【図１９】同要部断面図
【図２０】（ａ）同要部側断面図
（ｂ）同要部側断面図
（ｃ）同特性図
【符号の説明】
１ 分割境界
４ 連続部分
６ 境界
７ テーパブレード形状
８ テーパブレード形状
１０ テーパブレード形状
１１ テーパブレード形状
１３ ２段テーパブレード形状
１５ 肉厚部
１６ 折り返し部
１０２ 主板
１０３ 側板
１０４ ブレード
１０７ ブレード入口部
１０８ ブレード出口部
１０８ａ ブレード出口部
１０８ｂ ブレード出口部
Claims (7)
- 主板と環状の側板によって挟むように取り付けられた複数のブレードを備え、前記側板から前記主板に向かって軸方向に全羽根幅の５０〜６０％の部位を分割境界とし、前記ブレードのブレード出口部を前記分割境界から側板側と主板側に分割し、異なった出口角度を有する多翼ファン。
- 分割境界近傍のブレード出口部において、異なった出口角度を連続的に接続した連続部分を有する請求項１記載の多翼ファン。
- 分割境界の主板側のブレード出口部において、羽根外径の大小を付与することにより出口角度を随時変化させた請求項１または２記載の多翼ファン。
- 主板と環状の側板によって挟むように取り付けられた複数のブレードを備えたブレード入口部において、前記側板から前記主板に向かって軸方向に全羽根幅の４０〜５０％の部位を境界とし、前記境界から主板側に向かうに従って羽根内径を小さくしたテーパブレード形状を有する多翼ファン。
- 境界から主板側に向かうに従って羽根内径を小さくしたテーパブレード形状を有するブレードと前記テーパブレード形状の傾きと異なった傾きのテーパブレード形状を有するブレードを交互に配設した請求項４記載の多翼ファン。
- 境界から側板側に向かうに従って羽根内径を大きくしたテーパブレード形状の傾きと前記境界から主板側に向かうに従って羽根内径を小さくしたテーパブレード形状の傾きが異なった２段テーパブレード形状を有した請求項４記載の多翼ファン。
- ２段テーパブレードのブレード入口部の負圧面側に曲率半径をもった半円状の肉厚部ないし折り返し部を一部ないし全部配してなる請求項４または請求項６記載の多翼ファン。
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