JP4508974B2 - プロペラファン - Google Patents

Description

本発明は、プロペラファンに関するものであり、さらに詳しくは、ラジエータやコンデンサ等、車載の熱交換機の通風作用を促進させるプロペラファンに関する。

車両用ラジエータや空気調和装置用コンデンサの冷却ファンに利用される樹脂製のプロペラファンは、狭小なエンジンルーム内に装着されることが前提で、奥行き方向（厚み方向）の寸法を大きくとることができない。このことから、矩形のラジエータ等から円形のファン流入口までのシュラウド断面形状は、変化が急峻となり、整流効果が著しく制限される。特にファン流入部に設けられるベルマウス部分は、小半径の角Ｒ（面取り）で構成されることが多い。そのため、矩形のラジエータ等を通過した空気の多くは、慣性力により、ファンの中心部に向かう求心流（向心流）となりやすく、ファンの実効半径が減少し、ひいては送風性能、効率の悪化および騒音の増大を招いている。

上記性能等の悪化を回避するため、楕円角Ｒを持つベルマウスや比較的大きな角Ｒにてベルマウス主要部分を構成し、プロペラファンと干渉する部分のみを小さな角Ｒとするベルマウスが適用されている（たとえば、特許文献１）。

特開２００１−３４９３００号公報

しかしながら、上記技術でも、十分な効果が得られなかったり、プロペラファンの回転翼車とシュラウドの形状との相互作用により生じる離散周波数音が突出する等の副作用を持っていた。

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、奥行き方向寸法を大きくせずに、求心流を抑制し、送風性能が向上するプロペラファンを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、この発明によるプロペラファンは、軸流形式の回転翼車と、空気通路の形状が略矩形から円形状に移行し、当該円形状となる部分 に前記回転翼車が設けられ、車載熱交換機の下流に設置されるシュラウドと、を有するプロペラファンにおいて、前記シュラウドの前記空気通路の円形状と同心 円上の位置となる前記回転翼車の負圧側翼表面から、前記シュラウドの断面形状が円形となって前記回転翼車の周方向を囲む部分の前記空気通路の内壁と平行またはテーパとなる角度をもって前記回転翼車の軸方向に向いて立設される板状突起を有し、前記板状突起は、翼前縁０〜２０％コード位置から突出が始まり、翼後縁まで高さが滑らかに増加するようにしたものである。
翼の表面における静圧は、翼後縁にいくに従って高くなり、シュラウドから求心流として剥離する空気や、下流から翼端のチップクリアランスを通って逆流する 空気が突入し乱れる傾向が強くなる。したがって、翼後縁ほど板状突起を高くして、環状風路を確保するのが好ましい。高さ変化を滑らかにするのは、いたずら に空気の流れを乱すのを防止するためと、空気の混合拡散は、後縁にいくにしたがって徐々に変化するため、これに対応するためである。

車載熱交換機の下流という狭い場所で、奥行き方向寸法を大きくとれずに設置されるプロペラファンでは、断面が矩形から円に移行する箇所の、特に、矩形の角となる箇所から円に移行する箇所で、軸流形式の回転翼車の軸方向と８０度〜６０度程の比較的なだらかな斜面に沿って流れていた空気が、回転翼車によって急に当該軸方向に変えられることになる。このとき、なだらかな斜面を流れていた空気は、その慣性力によって、急な方向転換ができず、剥離しやすくなる。剥離すれば、回転翼車の最も送風効率のよい、外周部分付近を通り過ぎ、内周に近い部分になだれ込むようになる。

本発明では、空気通路の円形状と同心円上の位置となる回転翼車の負圧側翼の表面から板状突起が立設され、これによってシュラウドの表面から剥離して求心流となった空気や下流から翼のクリアランスを通って逆流する空気が、それ以上内側に流れることを防止する。また、そのような空気は、すぐ隣の翼によって、回転翼車の軸方向下流に、しかも大きな速度で押し込まれる。したがって、翼の板状突起の外側に形成される環状風路での送風作用が活発に営まれることから送風効率が向上する。

また、板状突起は、空気通路と同心円上の位置となる回転翼車の負圧側翼表面に設けられるので、翼車が回転するときの当該突起の空気抵抗も小さくすむし、これによって、軸方向下流に押し出される空気も、当該板状突起によって堰き止められた一つ空間の中で回転翼車の周方向に沿って滑らかに流れることになるので、送風効率がよい。板状突起は、回転翼車の周方向を囲み、円形状になっている部分の空気通路の内壁と平行またはテーパになる角度をもって軸方向に向いて立設されるのは、剥離する空気をそれ以上内側にいかないように押さえ込むために最低必要な角度だからである。

また、この発明によるプロペラファンは、前記プロペラファンにおいて、前記板状突起は、前記回転翼車の翼外縁からハブ外周までの長さを１００としたとき、当該翼外縁から５〜４５までの範囲に立設されるようにしたものである。

回転翼車の翼は、外縁にいけばいくほど、周速が大きくなるので、空気を下流に押し込める効率が高い。本発明では、この効率が高い部分を用いて、シュラウドの空気通路から剥離して求心流となった空気、および下流の高圧部分からシュラウドと回転翼車との隙間から漏れ戻る空気を下流に押し込むために、ハブ外周から翼外縁までの長さを１００としたときの、当該翼外縁から５〜４５までの範囲に板状突起を立設させる。

また、この発明によるプロペラファンは、前記プロペラファンにおいて、前記板状突起の高さは、前記回転翼車の高さ以下であるようにしたものである。

板状突起の高さは、高ければ高いほど、空気通路から剥離してしまう求心流と、翼と空気通路との隙間をぬって下流から逆流してくる空気の流れとを効率良く下流に押し込む環状風路の確保という点で好ましい。しかし、回転翼車の上流には、近傍に熱交換機が配置されるのが通常であるから、異物混入、変形時の熱交換機との接触回避を目的とした隙間確保のためには、回転翼車３のハブ７の高さ以下となるようにするのが好ましい。

以上説明したように、この発明に係るプロペラファンによれば、奥行き方向寸法を大きくせずに、シュラウドと回転翼車によって強制回折される空気の求心流を巧みに抑制し、回転翼車の送風効率が高い部分によって、空気を後方に流すことができる。これによって、プロペラファン全体の送風効率が向上する。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、プロペラファン全体を示す正面図である。プロペラファン１は、大きくわけて、軸流形式の回転翼車３と、それを囲うと共に、空気通路を形成するシュラウド２とで構成される。回転翼車３は、ハブ７に放射状に取り付けた翼８（図では、９枚）が軸心５を中心に紙面向かって時計回りに回転し、空気を紙面手前から後方に押し出す仕事をする。

シュラウド２の上流（紙面手前）には、車両用ラジエータや車載空気調和装置のコンデンサ等の熱交換機が設けられる。車両用ラジエータは構造上矩形であることがほとんどであり、一方、軸流形式の回転翼車を用いて、当該ラジエータを冷却するときは、空気通路を円形としなくてはならない。そのため、シュラウドが形成する空気通路は、入り口（紙面手前）が矩形で、出口が円形となっており、回転翼車が配置される入り口近傍で、矩形から円形へと形状が移行される。

この発明では、回転翼車３の負圧側（図１の手前側）の翼８表面に、板状突起４が立設されることが特徴である。さらに具体的には、シュラウド２の空気通路６が回転翼車３の周方向を囲む部分は、円となるが、この発明の板状突起４は、その円と同心円上の位置となる回転翼車３の負圧側の翼表面に立設される。

図２は、図１のプロペラファンの断面形状を示すＡ−Ａ断面図である。同図に示されているように、この発明にかかる板状突起１３は、上記の他に、負圧側の翼８の表面から、シュラウド２の空気通路６が回転翼車３の周方向を囲む部分の内壁１１と平行となる角度以上に回転翼車３の軸方向１０に向いて立設される。この図の場合は、内壁１１と平行またはテーパとなる角度をもって回転翼車３の軸方向１０と同じになっている。

図３は、板状突起が軸方向に向いていない場合を示す図１のＡ−Ａ断面図である。この図に示すように、板状突起１７は、空気通路１５の内壁の角度１６と平行となる角度１８に立設されている。このように、板状突起１７は、空気通路１５の内壁の角度１６と平行となる角度１８でもよいし、空気通路１５の内壁の角度１６が傾いている場合でも、図２の場合のように、回転翼車３の軸方向１０を向くようにしてもよい。

車載熱交換機の下流という狭い場所で、奥行き方向寸法を大きくとれずに設置されるプロペラファンでは、断面が矩形から円に移行する箇所の、特に、矩形の角となる箇所から円に移行する箇所（図１の９）で、軸流形式の回転翼車の軸方向と８０度〜６０度程の比較的なだらかな斜面（図２の符号２または図３の符号２参照）に沿って流れていた空気が、回転翼車３によって急に当該軸方向に変えられることになる。このとき、なだらかな斜面を流れていた空気は、その慣性力によって、急な方向転換ができず、剥離しやすくなる。剥離すれば、その空気は求心流となって、回転翼車の最も送風効率のよい外周部分付近（環状流路）を通り過ぎ、内周に近い部分に入り込むことになり、送風効率を低下させる。

図１に示したように、本発明では、空気通路６の円形状と同心円上の位置となる回転翼車３の負圧側翼８の表面から、板状突起４が立設されるから、シュラウド２の表面から剥離した空気は、板状突起４によってそれ以上内側に流れることを妨げられ、すぐ隣の翼によって、回転翼車３の軸方向下流に押し込まれる。したがって、翼の板状突起４の外側に形成される環状風路での送風作用が活発に営まれることから送風効率が向上する。

また、図２または図３に示したように、板状突起１３、１７は、空気通路６、１５と同心円上の位置となる回転翼車の負圧側翼表面に設けられるので、翼車が回転するときの当該突起の空気抵抗も小さくすむし、これによって、軸方向下流に押し出される空気も、当該板状突起１３、１７によって堰き止められた一つ空間の中で回転翼車３の周方向に沿って滑らかに流れることになるので、送風効率がよい。板状突起１３、１７は、回転翼車３の周方向を囲み、円形状になっている部分の空気通路６、１５の内壁１１と平行またはテーパになる角度をもって軸方向１０に向いて立設されるのは、剥離する空気をそれ以上内側にいかないように押さえ込むために最低必要な角度だからである。

図４は、板状突起より外側に形成される環状風路のイメージを示す説明図である。この図に示すように、板状突起４、４ａ、４ｂより外側にできる環状風路Ｂは、最も効率よく空気を押し出せる領域である。仮に板状突起４、４ａ、４ｂが翼長の８０％の位置に円上に立設されたとしても、空気を送り出す仕事は、回転翼車全体の５０％を越える効率となる。したがって、本発明により、板状突起４、４ａ、４ｂを設けることは、環状風路Ｂを最大限に利用することにもつながるため、至極有用となる。

図２に戻って、上記環状風路には、シュラウド２の空気通路となるなだらかな斜面に沿って流れたきた空気が急に向きを変えることになり、剥離してしまう流れＳ１と、上流に比べて相対的に高い静圧となっている下流から翼８と空気通路１２との隙間をぬって逆流してくる空気の流れＳ２とが負圧側の翼８の表面に流れ込むが、板状突起１３があるために、それ以上翼８の内側にいくことがなく、回転する翼８により、効率よく下流に押し込まれる。この作用を確保するために、板状突起１３は、軸方向に向けて立設されていることが好ましいが、図３の場合のように、空気通路１５がテーパーをもった円錐形状である場合は、進路が急に変化することにより空気が剥離する割合が減るので、図３のように当該空気通路１５と平行な角度で傾いて板状突起１７が設けられてもよい。

板状突起１３の高さｈ２は、高ければ高いほど、剥離してしまう空気の流れＳ１と、翼８と空気通路１２との隙間をぬって逆流してくる下流からの空気の流れＳ２とを効率良く下流に押し込む環状風路の確保という点で好ましい。しかし、回転翼車３の上流には、近傍に熱交換機が配置されるのが通常であるから、安全のためには、回転翼車３のハブ７の高さ以下となるようにするのがよい。

図５は、回転翼車の翼の表面における板状突起の長さを示す翼正面図である。翼前縁２３から翼後縁２４を１００％コード（１００％翼弦長）とすると、板状突起４は、翼前縁２３から０〜２０％コードの位置（符号２２から２１の間）から突出が始まり、翼後縁２４まで滑らかに高さが増加するように設けるのが理想的である。翼の表面における静圧は、翼後縁２４にいくに従って高くなり、シュラウドから剥離する空気や、下流から翼端のチップクリアランスを通って逆流する空気が突入し、乱れる傾向が強くなる。したがって、翼後縁ほど板状突起４を高くして、環状風路を確保するのが好ましい。高さ変化を滑らかにするのは、いたずらに空気の流れを乱すのを防止するためと、空気の混合拡散は、後縁にいくにしたがって徐々に広がるため、これに対応するためである。

図６は、回転翼車の翼の表面における板状突起のスパン方向位置を示す翼正面図である。板状突起４は、回転翼車３のハブ７の外周２５から翼外縁２６までの長さを１００Ｒとしたとき、翼外縁２６から５Ｒ〜４５Ｒまでの範囲に立設されるのが好ましい。既述したが、翼８は、外縁ほど周速が大きいので、効率よく空気を押し出せる仕事が可能となる。したがって、板状突起４は、最低でも外縁から５Ｒ以上、５０Ｒ以内、できれば４５Ｒ以内の領域に設けるのが得策である。これよりも内側に板状突起４を設けると、空気を押し込む効率が極端に下がり出すからである。

以上のように、本発明にかかるプロペラファンは、車載熱交換機の下流に配置され、奥行き方向の寸法を大きく制限されるシュラウドを有するプロペラファンの製造、使用に有用である。

プロペラファン全体を示す正面図である。 図１のプロペラファンの断面形状を示すＡ−Ａ断面図である。 板状突起が軸方向に向いていない場合を示す図１のＡ−Ａ断面図である。 板状突起より外側に形成される環状風路のイメージを示す説明図である。 回転翼車の翼の表面における板状突起の長さを示す翼正面図である。 回転翼車の翼の表面における板状突起のスパン方向位置を示す翼正面図である。

符号の説明

１ プロペラファン
２ シュラウド
３ 回転翼車
４、１０、１３、１７ 板状突起
６、１２、１５ 空気通路
７ ハブ
８ 翼
１１ 内壁
２３ 翼前縁
２４ 翼後縁
２５ ハブ外周
２６ 翼外縁

Claims (3)

1. 軸流形式の回転翼車と、
   空気通路の形状が略矩形から円形状に移行し、当該円形状となる部分に前記回転翼車が設けられ、車載熱交換機の下流に設置されるシュラウドと、
   を有するプロペラファンにおいて、
   前記シュラウドの前記空気通路の円形状と同心円上の位置となる前記回転翼車の負圧側翼表面から、前記シュラウドの前記回転翼車の周方向を囲む部分の前記空気通路の内壁と平行またはテーパとなる角度をもって前記回転翼車の軸方向に向いて立設される板状突起を有し、
   前記板状突起は、翼前縁０〜２０％コード位置から突出が始まり、翼後縁まで高さが滑らかに増加することを特徴とするプロペラファン。
2. 前記板状突起は、前記回転翼車の翼外縁からハブ外周までの長さを１００としたとき、当該翼外縁から５〜４５までの範囲に立設されることを特徴とする請求項１に記載のプロペラファン。
3. 前記板状突起の高さは、前記回転翼車のハブ高さ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のプロペラファン。

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