JP3608038B2 - プロペラファン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和機などに用いられるプロペラファンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気調和機などに用いられるプロペラファンは、略円筒形状のボスに複数枚の翼を配設した構成で、これらの翼は半径が小さい位置から大きい位置に行くにしたがって翼を回転方向に前進（スキュー）、さらには吸込み側へ傾斜（前傾）させることで低騒音化を図ることが知られ、例えば、特開平２−２０００号公報に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術においては、騒音、効率に大きく影響する翼端前縁の形状に着目して最適化がされてなく、さらなる低騒音化、高効率化については、十分とは言い難かった。
【０００４】
本発明の目的は、空気調和機などに適した、より一層の低騒音化、高効率化が図られるプロペラファンを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は回転軸に取り付けられるボスの外周部に複数枚の翼が設けられたプロペラファンにおいて、回転軸から任意の半径に沿って切断した翼の円筒断面において反りが最大となる位置は、半径が大きくなるに従い翼の後縁側に位置されたものである。
【０００６】
これにより、半径が大きくなる位置ほど翼の最大反り位置を後縁側とするので、翼の回転軸方向の高さを大きくすることなく、翼の出口角を翼端で大きくして昇圧効果を高めることができる。よって、半径方向流れの発生を抑制して、遠心力による逆流を防止して、騒音の増加、効率の低下を防ぐことができる。
【０００７】
また、本発明は、プロペラファンにおいて、翼端の延長線と翼前縁の延長線が交差してできる点から、翼端及び翼前縁から同一距離離れた翼端の点と翼前縁の点とを結んでできる直線は、同一距離が翼端から翼弦長の２０％までの範囲において、回転軸に垂直となる平面に対して略平行とされたものである。
【０００８】
これにより、空気の流れは、デルタ翼が一様流中にある迎角を持って置かれた場合と同様になり、翼前縁及び翼端で発生する渦を同程度にできるので、過大な漏れ渦の発生をなくすことができる。よって、効率の低下、騒音の増大を防止できる。
【０００９】
さらに、上記に記載のものにおいて、翼の出口角が最大となる半径位置は、翼の最大半径をＲｔ、ボスの半径をＲｂとしたとき、（Ｒｔ＋Ｒｂ）／２以上Ｒｔ以下とされたことが望ましい。
【００１０】
さらに、上記に記載のものにおいて、回転軸から任意の半径に沿って切断した前記翼の円筒断面において反りが最大となる位置は、半径が大きくなるに従い後縁側に位置されたことが望ましい。
【００１１】
さらに、上記に記載のものにおいて、翼前縁は、丸みを有した形状とされたことが望ましい。
【００１２】
さらに、上記に記載のものにおいて、翼前縁は、複数の三角形の突起を有したセレーション形状とされたことが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態を示すプロペラファンの斜視図であり、図の断面９は、翼端の延長線１１と翼前縁の延長線１０とが交差してできる点Ａから略同一距離Ｌ離れた翼端の点Ｂと翼前縁の点Ｃとを通り、回転軸３と平行な平面５で切断した時の断面である。なお、翼端の点Ｂと翼前縁の点Ｃとを結んでできる直線は、少なくともＬが、０＜Ｌ≦０．２Ｃｔ（Ｃｔは翼端での翼弦長）となる範囲で、回転軸に垂直となる平面に対して略平行とされている。また、図の点線８は、半径ｒの位置での翼の円筒断面を示すための線である。
【００１４】
図２は、図１において、矢印Ｄの示す方向から、上記の点Ｂ、点Ｃを通る断面９を見た側面図である。直線ＢＣは、回転軸３に垂直な平面に対して、略水平となっている。
【００１５】
図３は、図１において、矢印Ｅの示す方向から、点線８にて示した円筒断面をを示している。翼の円筒断面形状は、反りｈを持っており、前縁６は圧力面３１、負圧面３２側とも丸みを有している。 図４は翼の出口角β２の半径方向分布を示しており、出口角β２は翼端で最大値をとっている。
【００１６】
また、図５は翼の円筒断面において、反りｈが最大となる位置の前縁からの距離ｘを翼弦長ｃで割った値、すなわち、無次元の最大反り位置ｘ／ｃの半径方向分布を示しており、これは半径が大きい位置ほど大きな値をとっている。すなわち、半径が大きいほど最大反り位置は後縁側に位置している。
【００１７】
プロペラファンを回転させた際の、翼端及び前縁部４の流れを図６に模式的に示す。プロペラファンが回転することで、空気の流れ３６は相対的に、翼４に対して反回転方向の速度を持って流入してくる。このとき、ファンの上流側だけでなくファンの側方からも空気は流入してくるので、前記流入流れ３６は、略二等辺三角形ＡＢＣの辺ＢＣにほぼ垂直な角度で流入してくることになる。この流れは、デルタ翼が一様流中にある迎角を持っておかれた場合と同等となる。翼の圧力面４ａに当たった流れの一部は、翼前縁（辺ＡＢ）、および翼端（辺ＡＣ）から負圧面４ｂに回り込み、その際に、渦３５を発生する。本プロペラファンの場合、辺ＢＣが回転軸に垂直な平面に対して平行となっているため、辺ＡＢと辺ＡＣから発生する渦３５は同程度の大きさであり、どちらか一方が他方に比べて極端に大きくなるということがない。
【００１８】
従来のプロペラファンにおいては、略二等辺三角形ＡＢＣの形状は、前進、前傾など、翼の基本パラメータを最適化した結果として決定してしまい、例えば、図１１に示すように、点Ｂが点Ｃに対して負圧面側に位置し、辺ＢＣが回転軸に垂直な平面に対して傾いていた。その場合の流れは、図１２に示すように、翼端、すなわち辺ＡＢから発生する渦３９は、翼前縁（辺ＡＣ）から発生する渦３８よりも極端に大きくなっていた。この過大な漏れ渦３９は、効率の低下、騒音の増大をもたらす。
【００１９】
以上の説明のように、本プロペラファンは、翼端及び前縁部分から発生する渦３５を従来のものより小さくできるため、効率の向上、騒音の低減の効果が得られる。
【００２０】
一方で、略二等辺三角形ＡＢＣの形状を、上記のように決定したために、従来、前進、前傾によって制御していた半径方向流れを制御する新たな施策が必要となる。半径方向外向き流れの抑制が十分でないと、図１３に示すように、遠心力によって流れ４１は半径の小さい方から、大きいほうへと流れ、その結果、翼端入口側や翼根元出口側で逆流４２、４３が生じ、騒音の増加、ならびに効率の低下が起きる。
【００２１】
本プロペラファンでは、図４に示したように、出口角β２は翼端で最大としている。これによって、半径の大きい位置での昇圧効果が高まり、その結果、半径方向流れの発生が抑制され、より広い動作点において、図７に示すように、軸流の好ましい流れ３７を維持することが可能となる。
【００２２】
ただし、図３からわかるように、同一の翼弦長ｃのまま、翼端での出口角β２を大きくしようとすると、翼の回転軸方向の高さＨが大きくなってしまい、例えば空気調和機などに搭載する際、その機器全体のコンパクト性をも阻害してしまう恐れがある。
【００２３】
本プロペラファンでは、図５に示すように、半径が大きい位置ほど翼の最大反り位置を翼後縁側に位置させることによって、翼の回転軸方向の高さＨを維持、もしくは低減しながら、図４に示した出口角の分布を実現できる。
【００２４】
以上によって、プロペラファンの効率は向上し、騒音、特に広帯域に渡って乱流音の低減が図れる。乱流音の低減がなされると、プロペラファンの翼枚数と回転数の積の整数倍の周波数における狭帯域騒音、いわゆる羽根音が目立つようになってくる。また、羽根音は、例えば空気調和機などにプロペラファンを搭載した際に、その上流側で発生した空気の乱れが流入することや、周囲に障害物が存在することで、プロペラファンへの空気の流入が不均一となるために、さらに大きくなる。
【００２５】
本プロペラファンでは、図３に示したように、翼の前縁において、圧力面、負圧面とも丸みを有しているので、上記の羽根音が増大しやすい流れの状況においても、その流入流れに対して鈍感となり、より広い範囲の流入角に対して、剥離し難く、良好な流れを得ることができる。その結果、乱流音の低減で目立つようになった羽根音も低減できるので、騒音レベルが低く、耳障りもよいプロペラファンを実現できる。
【００２６】
本プロペラファンの効果を図８に示す。図８の上の図は、第１の実施例のプロペラファンの騒音レベルを、以上説明してきた改良を施していない従来のプロペラファンの騒音レベルから引いた、騒音低減量を表している。図８の下の図は、本プロペラファンを回転させるときの軸動力を、従来のプロペラファンのものと比較して、その低減比を表している。全流領域に渡って、騒音低減の効果が得られる。また、効率も全流領域で向上しており、そのため軸動力も低減されている。
【００２７】
なお、略二等辺三角形となるＡＢＣの形状は、図９に示したようにすることでも良い。図９は、図１における、矢印Ｄの示す方向から、図９のものを点Ｂ、点Ｃを通る断面を見た側面図である。点Ｂ、点Ｃを含む断面９ｂの形状は、翼の圧力面側に凸となっている。本例でも辺ＡＢと辺ＡＣから発生する渦は同程度の大きさであり、どちらか一方が他方に比べて極端に大きくなるということはない。
【００２８】
さらに、断面９ｂが圧力面側に凸となっているので、圧力面から負圧面へ向かう流れはスムーズとなり、発生する渦の強さは弱くなる。その結果、より一層の効率向上、騒音低減の効果が得られる。
【００２９】
また、翼前縁での丸みについては、図１０に示したように構成することでも良い。本例では、翼前縁の丸みに代えて、翼前縁に小さな三角形５０を複数ならべて、セレーション形状としている。これによっても、前縁の丸みと同様、羽根音が増大しやすい流れの状況においても、その流入流れに対して鈍感となり、より広い範囲の流入角に対して、剥離し難く、良好な流れを得ることができる。その結果、乱流音の低減で目立つようになった羽根音を低減できるので、騒音レベルが低く、耳障りのよいプロペラファンとなる。
【００３０】
また、翼の出口角が最大となる半径位置は、翼の半径方向長さの半分より外側、すなわち、翼の最大半径をＲｔ、ボスの半径をＲｂとしたときの、（Ｒｔ＋Ｒｂ）／２以上であれば、半径方向外向き流れを十分抑制することが可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半径方向流れを抑制しながら、翼端及び前縁部分から発生する渦を小さくできるために、高効率、低騒音のプロペラファンを得ることができ、空気調和機のより一層の低騒音化、高効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による一実施の形態のプロペラファンの斜視図。
【図２】図１のプロペラファンの翼の点Ｂ、点Ｃを通る断面を示す側面図。
【図３】図１のプロペラファンの翼の円筒断面図。
【図４】図１のプロペラファンの翼の出口角の半径方向分布を示すグラフ。
【図５】図１のプロペラファンの翼の最大反り位置の半径方向分布を示すグラフ。
【図６】図１のプロペラファンの翼端前縁部の流れの様子を示す模式図。
【図７】図１のプロペラファンの半径方向流れの様子を示す側面図。
【図８】一実施の形態であるプロペラファンの効果を示すグラフ。
【図９】他の実施の形態のプロペラファンの翼の点Ｂ、点Ｃを通る断面を示す側面図。
【図１０】さらに、他の実施の形態のプロペラファンの斜視図。
【図１１】従来のプロペラファンの翼のＢＣ断面を示す側面図。
【図１２】従来のプロペラファンの翼端前縁部の流れの様子を示す模式図。
【図１３】従来のプロペラファンの半径方向流れの様子を示す側面図。
【符号の説明】
１…翼、２…ボス、３…回転軸、４…翼端前縁部、５…点Ｂ、点Ｃを通り回転軸に平行な平面、６…翼前縁、７…翼後縁、８…翼の円筒断面、９…翼端前縁部の断面、１０…翼前縁の延長線、１１…翼端の延長線、３１…圧力面、３２…負圧面、３３…翼弦、３４…反り線、３５…渦、３６…翼への流入流れ、３７…空気の流れ、３８…翼前縁から発生した渦、３９…翼端から発生した渦、４１…空気の流れ、４２…入口逆流、４３…出口逆流。

Claims (7)

1. 回転軸に取り付けられるボスの外周部に複数枚の翼が設けられたプロペラファンにおいて、前記回転軸から任意の半径に沿って切断した前記翼の円筒断面において反りが最大となる位置は、半径が大きくなるに従い翼の後縁側に位置されたことを特徴とするプロペラファン。
2. 回転軸に取り付けられるボスの外周部に複数枚の翼が設けられたプロペラファンにおいて、
   翼端の延長線と翼前縁の延長線が交差してできる点から、同一距離離れた前記翼端の点と前記翼前縁の点とを結んでできる直線は、前記同一距離が前記翼端から翼弦長の２０％までの範囲において、前記回転軸に垂直となる平面に対して略平行とされたことを特徴とするプロペラファン。
3. 請求項１又は２に記載のいずれかにおいて、前記翼の出口角が最大となる半径位置は、前記翼の最大半径をＲｔ、前記ボスの半径をＲｂとしたとき、
   （Ｒｔ＋Ｒｂ）／２以上Ｒｔ以下とされたことを特徴とするプロペラファン。
4. 請求項２に記載のものにおいて、前記直線を通り、前記回転軸と平行となる平面で切断したときの前記翼断面は、圧力面側に凸形状とされたことを特徴とするプロペラファン。
5. 請求項２に記載のものにおいて、前記回転軸から任意の半径に沿って切断した前記翼の円筒断面において反りが最大となる位置は、半径が大きくなるに従い後縁側に位置されたことを特徴とするプロペラファン。
6. 請求項２に記載のものにおいて、前記翼前縁は、丸みを有した形状とされたことを特徴とするプロペラファン。
7. 請求項２に記載のものにおいて、前記翼前縁は、複数の三角形の突起を有したセレーション形状とされたことを特徴とするプロペラファン。

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