JP3803184B2

JP3803184B2 - 軸流ファン

Info

Publication number: JP3803184B2
Application number: JP29252597A
Authority: JP
Inventors: 満義石嶋
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1997-10-24
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2017-10-24
Also published as: JPH11132194A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば空気調和機の室外ユニットに配置され、吸込み側の熱交換器を介して熱交換風を外部へ吹出す送風機であり、特に軸流ファンにおけるブレードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば空気調和機の室外ユニットには、熱交換器と離間対向して送風機が配置されている。この送風機は、ファン吸込み側を上記熱交換器に対向し、吹出し側をユニット本体前面に設けられる吹出し口に対向する。
【０００３】
送風機の構成は、ファンモータと、このファンモータの回転軸に嵌着されるファンとからなる。上記ファンの形状構造の選択にあたっては、室外ユニットの薄形化が促進されて内部スペースが狭く、かつ熱交換器に対する熱交換効率を確保するために、軸流ファンが多用される。
【０００４】
上記軸流ファンは、ファンモータの回転軸に嵌着される円筒状のボスハブと、このボスハブの周面に沿って三角状リブを介して設けられる翼（以下、ブレードと言う）とからなる。このブレードは、３枚もしくは４枚が所定間隔を存して設けられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の上記ブレードは、半径ｒにおける円弧に沿う断面が均一な肉厚であるか、あるいは前縁部のみ厚肉の形状であった。そして、これらブレードを負圧面から見た状態で、前縁部から後縁部まで滑らかに曲成されていない。
【０００６】
そのため、負圧面に発生する境界層乱れが大きく、吹き出し後縁部に大きな渦（後流渦）が生成されて送風騒音が増大する。特に前縁部のみ厚肉の場合は、厚肉部と薄肉部との境界において境界層乱れが大きくなり、大きな騒音発生の要因となっている。
【０００７】
そして、上記ブレードの外周部における変曲点位置は、前縁部長さと異なって設定されている。この変曲点位置が前縁部長さより大の場合は、送風騒音が低くなる反面風量が減少し、また変曲点位置が前縁部長さよりも小の場合は、逆に風量は増大するが送風騒音は高くなる。
【０００８】
また、上記三角状リブと連結されるブレード後縁部の位置について、回転軸方向および回転方向に対する取付け角度によって、回転中のファンモータにかかる負荷が変化することが知られている。
【０００９】
従来のファンでは、ブレードの弦長とファン高さから決定されるブレード取付け角度が、回転軸方向および回転方向に対する取付け角度より大きく設定されているので、モータへの負荷も大きくなっている。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ファンモータに対する負荷の低減を図って、送風騒音の低減化を得るとともに送風量の増大化をなして、送風性能の向上を図れるブレードを備えた軸流ファンを提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を満足するため本発明の軸流ファンは、円筒状のボスハブの周面に沿って複数枚の翼であるブレードが設けられてなる軸流ファンであり、上記ブレードは、所定の半径ｒにおける円弧に沿う断面が、流線形状をなすように成形し、前縁部側の最大厚部から後縁部と外周部に向かって滑らかに負圧面を曲成し、ボスハブとブレードとの間にブレード取付け部である三角状リブを形成し、この三角状リブと後縁部との交点をＭとし、外周部と後縁部の交点をＮとし、ファン回転中心をＯとしたとき、直線ＯＮ＝（２．２〜２．４）×直線ＯＭとなすよう設定し、直線ＯＮと直線ＯＭとのなす角度θは１５°〜２０°の範囲となすよう設定する。
【００１２】
さらに好ましくは、直線ＯＭとボスハブのファン回転軸と垂直な面とのなす角度αは、１５°〜２０°となすよう設定し、上記直線ＯＭと直線ＯＮとのなす角度θは、ブレード取付け角γ（ｓｉｎγ＝ファン高さＨ／弦長ＣＬ）に対して、γ＞θとなすよう設定する。
【００１３】
さらに好ましくは、ブレード前縁部と外周部との交点Ｓとファン回転中心部Ｏとを結ぶ直線ＯＳと直線ＯＭとのなす角度βは、９５°〜１０５°の範囲となすよう設定する。
【００２０】
このような課題を解決するための手段を採用することにより、ファンモータに対する負荷の低減を図って、送風騒音の低減化を得るとともに送風量の増大化をなして、送風性能の向上を得る。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、たとえば空気調和機の室外ユニットに用いられる送風機の軸流ファンの吹き出し側である正圧面側を示す。
【００２２】
この軸流ファンは、図示しないファンモータの回転軸に嵌着される円筒状のボスハブ１と、このボスハブ１の周面に沿って設けられた翼であるブレード２とからなる。
【００２３】
そして、ブレード２のボスハブ１連結部分には、三角状リブ３が介在される。この三角状リブ３の正圧面側は三角枠状をなすが、吸込み側である負圧面側は蓋部によって閉成されている。
【００２４】
上記複数枚のブレード２は、この外周部４が三角状リブ３とボスハブ１との連結部５に比べて回転方向側である前縁部６に大きく突き出す一方、反回転方向側である後縁部７は、回転方向とほぼ直交する方向に大きな曲率半径の曲線状に形成される。
【００２５】
図２（Ａ）は、ボスハブ１に対して１枚のブレード２のみを取り出して、正圧面側から示す。ボスハブ１中心であるファン回転中心をＯとして、所定の半径ｒにおける円弧を描いたとき、この円弧状線３Ｆ−３Ｆに沿って切断したブレード２の断面は、図３で示すようになる。
【００２６】
すなわち、ブレード２は、前縁部６側が断面紡錘状に形成されて厚く、中間部から後縁部７に向かってほぼ同一の厚さであり、後縁部７側から端縁に亘って断面尖鋭状の薄肉に形成される。
【００２７】
また、図５に示すように、ブレード２の負圧面においては、その前縁部６における流線形断面の最大厚部に沿うａ〜ａ線から、後縁部７および外周部４に向かって滑らかに曲成されている。
【００２８】
再び図２（Ａ）および同図（Ｂ）に示すように、ブレード２において、外周部４と前縁部６との間に形成されるＲ部の中点８から外周部４側へ向かって前縁部６長さと同じ長さのところへ、ブレード変曲点Ｐが設けられる。
【００２９】
再び図３で示すように、軸流ファンの回転方向におけるブレード２の断面は、前縁部６から変曲点Ｐまでが吹き出し側へ突出し、変曲点Ｐから後縁部７までは吸込み側へ突出させた複合曲面となっている。
【００３０】
図６（Ａ）に示すように、ブレード２の前縁部６と後縁部７において、それぞれの長さの中点ｂ，ｃを通る前縁Ｒ部と後縁Ｒ部の接垂線（接線に対する垂直な線）４Ｂ−４Ｂ，４Ｃ−４Ｃに沿って断面した形状を、同図（Ｂ）と同図（Ｃ）で示す。
【００３１】
同図（Ｂ）は前縁部６側の断面形状であり、同図（Ｃ）は後縁部７側の断面形状である。すなわち、先に図３において後縁部７の断面は尖鋭状として説明したが、実際には最小限の厚さが確保されている。
【００３２】
そして、ここでは上記部位４Ｂ−４Ｂ，４Ｃ−４Ｃにおいて前縁部６および後縁部７を切断した断面厚さの比率が、前縁部６厚さ：後縁部７厚さ＝３：１となるように設定されている。
【００３３】
図７に示すように、ボスハブ１とブレード２との間の三角状リブ３と、後縁部７との交点をＭとし、かつ外周部４と後縁部７の交点をＮとしたとき、ファン回転中心Ｏと交点Ｎとを結ぶ直線ＯＮが、ファン回転中心Ｏと交点Ｍとを結ぶ直線ＯＭの２．２〜２．４倍となすよう設定されている。
【００３４】
そして、上記直線ＯＮと、直線ＯＭとのなす角度θが、１５°〜２０°の範囲となすよう設定されている。
また、前縁部６と外周部４との交点をＳとし、ファン回転中心Ｏとを結ぶ直線ＯＳと、上記直線ＯＭとのなす角度βが、９５°〜１０５°の範囲となすよう設定されている。
【００３５】
図８に示すように、上記直線ＯＭと、ファン回転軸ＯＬに垂直なボスハブ上面１ａとのなす角度αは、先に説明した直線ＯＭと直線ＯＮとのなす角度θと、同じ範囲である１５°〜２０°となるよう設定されている。
【００３６】
図９に示すように、上記直線ＯＭと直線ＯＮとのなす角度θは、ブレード取付け角γ（ｓｉｎγ＝ファン高さＨ／弦長ＣＬ）よりも小さく（γ＞θ）なすよう設定されている。
【００３７】
このようにして構成される軸流ファンのブレード２であって、以下に述べるような特性を有する。
すなわち、ブレード２は、所定半径ｒの円弧に沿う断面を流線形状とした。そしてブレード２は、前縁部６側の最大厚部から後縁部７と外周部４に向かって滑らかに負圧面が曲成される。前縁部６と後縁部７の長さの中点を通る前縁Ｒ部および後縁Ｒ部の接垂線に沿う断面で、前縁部厚さ：後縁部厚さ＝３：１となるように設定した。
【００３８】
その結果、図４（Ａ）に示すように、ブレード２面の風流れによって発生する境界層乱れＫが小さくなり、吹き出し後縁部７付近にできる後流渦Ｚが減少し、送風騒音が小さくなる。
【００３９】
これに対して同図（Ｂ）に示すように、従来の均一肉厚のブレード２Ａの場合および同図（Ｃ）に示すように、従来の前縁部のみ厚肉としたブレード２Ｂの場合は、いずれも風流れによって発生する境界層乱れＫａ，Ｋｂが大きく、後縁部付近にできる後流渦Ｚａ，Ｚｂが大きく生成して、送風騒音が大きい。
【００４０】
また、上記ブレード２は、外周部４と前縁部６との間に形成されるＲ部の中点８から外周部４側へ向かって前縁部６長さと同じ長さのところへブレード変曲点Ｐを設けた。
【００４１】
上記変曲点Ｐの位置によって、ブレード２面上の風の流れが変化することが知られている。外周部４における変曲点Ｐ位置が前縁部６長さよりも大の場合は、送風騒音が低くなるが風量が減少する。変曲点Ｐ位置が前縁部６長さよりも小の場合は、逆に風量が増大するが、送風騒音が高くなる。そこで、先に説明したように、変曲点Ｐの位置を前縁部６長さと同じ長さにしたので、送風騒音と風量のバランスがよくなる。
【００４２】
また、直線ＯＮを２．２〜２．４×直線ＯＭの範囲に設定した。直線ＯＮと直線ＯＭとのなす角度θを１５°〜２０°の範囲に設定した。直線ＯＳと直線ＯＭとのなす角度βを９５°〜１０５°の範囲に設定した。
【００４３】
これらの設定によつて、後述するようにファン回転軸ＯＬに対して垂直な面における後縁部７の位置と、後縁部７に対する前縁部６の位置についての有効な条件が揃うことになる。
【００４４】
すなわち、ファン回転軸ＯＬに対して垂直な面で見た場合、後縁部７の位置（直線ＭＮの位置）がファン回転中心Ｏから後縁部７の終端Ｎを結ぶ直線（基準線ＯＮ）に対してどの位置にあるかによって、回転中のファンモータにかかる負荷が変化する。
【００４５】
基準線ＯＮに対して後縁部７の位置（直線ＭＮの位置）が図の上方にある場合、換言すれば直線ＯＭと直線ＯＮとのなす角度θが大きいと、ファンモータにかかる負荷が大きくなる。
【００４６】
そこで、先に述べたように、ＯＮ＝２．２〜２．４×ＯＭとするとともに、θ＝１５°〜２０°として後縁部７位置（直線ＭＮの位置）の最適化をなす。さらにまた、後縁部７に対する前縁部６の位置についても、β＝９５〜１０５°に設定することにより、前縁部６位置の最適化が行われて、大風量でもファンモータにかかる負荷をより小さく抑えられる。
【００４７】
また、直線ＯＭと、ボスハブ上面１ａとのなす角度αは、直線ＯＭと直線ＯＮとのなす角度θと、同じ範囲である１５°〜２０°に設定した。直線ＯＭと直線ＯＮとのなす角度θは、ブレード取付け角γ（ｓｉｎγ＝ファン高さＨ／弦長ＣＬ）よりも小さく（γ＞θ）なるよう設定した。
【００４８】
このような角度設定により、ファン回転軸ＯＬ方向に対する後縁部７の位置が定まる。すなわち、図８におけるＸＺ面に対して見たときも、後縁部７の位置（直線ＭＮの位置）がブレードＸＺ面の基準線ｑ（ボスハブ上面１ａをＸ方向へ延長した直線）に対してどの位置にあるかによって、回転中のファンモータにかかる負荷が変化する。
【００４９】
後縁部７の位置（直線ＭＮの位置）がボスハブ上面１ａから離間するにしたがって、すなわち直線ＯＭとボスハブ上面１ａのなす角度αが大きくなるにしたがって、ファンモータにかかる負荷が大きくなる。
【００５０】
そこで、先に説明した角度α＝θ＝１５°〜２０°で、かつγ＞θの関係を設定して、ファン回転軸ＯＬ方向に対する後縁部７の位置（直線ＭＮの位置）を最適化し、大風量でもファンモータにかかる負荷を小さく抑えられる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、ファンモータに対する負荷の低減を図って、送風騒音の低減化を得るとともに送風量の増大化をなし、送風性能の向上を得るなどの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における一実施の形態を示す、軸流ファンの正圧側から見た正面図。
【図２】（Ａ）は、同実施の形態の、ボスハブと１枚のブレードの正圧側から見た正面図。
（Ｂ）は、ブレード一部の拡大図。
【図３】同実施の形態の、ブレードの半径Ｒにおける円弧に沿う断面図。
【図４】（Ａ）は、同実施の形態の、ブレードに沿う風の流れの特性図。
（Ｂ）は、従来のブレードに沿う風の流れの特性図。
（Ｃ）は、さらに異なる従来のブレードに沿う風の流れの特性図。
【図５】同実施の形態の、ブレード負圧面側から見た前縁部最大厚部と後縁部前縁部および外周部の位置を説明する図。
【図６】（Ａ）は、同実施の形態の、ブレードの前縁部と後縁部におけるそれぞれの長さの中点を通る前縁Ｒ部と後縁Ｒ部の接垂線の位置を説明する図。
（Ｂ）は、図６（Ａ）の４Ｂ−４Ｂ線に沿う断面図。
（Ｃ）は、図６（Ａ）の４Ｃ−４Ｃ線に沿う断面図。
【図７】（Ａ）は、同実施の形態の、ファン回転軸に対して垂直な面で見たブレード後縁部位置を説明する図。
（Ｂ）は、ブレード一部の拡大図。
【図８】同実施の形態の、ファン回転軸方向に沿って見たブレード後縁部位置を説明する図。
【図９】同実施の形態の、ボスハブに対するブレードの取付け角度を説明する図。
【符号の説明】
１…ボスハブ、
２…ブレード、
４…前縁部、
７…後縁部、
３…三角状リブ。

Claims

円筒状のボスハブの周面に沿って複数枚の翼であるブレードが設けられてなる軸流ファンであり、上記ブレードは、所定の半径ｒにおける円弧に沿う断面が、流線形状をなすように成形され、前縁部側の最大厚部から後縁部と外周部に向かって滑らかに負圧面が曲成されるとともに、
上記ボスハブとブレードとの間にブレード取付け部である三角状リブが形成され、この三角状リブと後縁部との交点をＭとし、外周部と後縁部の交点をＮとし、ファン回転中心をＯとしたとき直線ＯＮ＝（２．２〜２．４）×直線ＯＭとなすよう設定され、上記直線ＯＮと直線ＯＭとのなす角度θは１５°〜２０°の範囲となすよう設定されることを特徴とする軸流ファン。
上記直線ＯＭと、上記ボスハブのファン回転軸と垂直な面とのなす角度αは、１５°〜２０°となすよう設定され、上記直線ＯＭと直線ＯＮとのなす角度θは、ブレード取付け角γ（ｓｉｎγ＝ファン高さＨ／弦長ＣＬ）に対して、γ＞θとなすよう設定されることを特徴とする請求項１記載の軸流ファン。
上記ブレード前縁部と外周部との交点Ｓとファン回転中心部Ｏとを結ぶ直線ＯＳと、上記直線ＯＭとのなす角度βは、９５°〜１０５°の範囲となすよう設定されることを特徴とする請求項１および請求項２のいずれかに記載の軸流ファン。