JP4922698B2 - 軸流ファン - Google Patents
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Description
このファンに作用する遠心力を下げるために制御的にファンモータの回転数を抑える対策を施した場合、ファンの風量性能を大幅に減少させてしまうといった問題が生じてしまうことになる。
図1は、本発明の軸流ファンの一実施形態に係るプロペラファンが適用された室外機を示す図である。室外機10は、室外に配置され、室内の天井や壁に配置された室内機(不図示)と配管接続されて空気調和装置を構成するものであり、空気調和装置は、室外機10と室内機とで構成される冷媒回路に冷媒を流して冷房運転及び暖房運転を行う。室外機10は、外気と冷媒とを熱交換し、冷房運転時には冷媒を凝縮させて外気へ熱を放出し、暖房運転時には冷媒を蒸発させて外気から熱を取り込むものである。
ところで、プロペラファン16には、翼正圧面(翼正面)24Sから翼負圧面24Fに巻き込まれる流れによって生じる翼端渦などが生じることが知られている。この種の渦は騒音(送風音)の原因となるため、近年のプロペラファンには、翼後縁23や翼外周の曲面を変化させる等の形状変更を施して騒音低減を図る場合があるが、翼形状の変更はファンの剛性を低くする場合があり、剛性アップが必要になる場合がある。
そこで、本実施形態のプロペラファン16の翼20には、図4及び図5に示すように、翼前縁22部分(翼前縁部)とハブ部19との接合部50Aから翼前縁22に沿って翼外周へ延びる肉厚補強部20Nが設けられ、これら肉厚補強部20Nによってプロペラファン16の強度や剛性の向上を図ると共に、騒音低減に有効な翼後縁23や翼外周の曲面の形状変更に対応できるものとしている。
この座標データは、例えば3次元CAD(Computer Aided Design)に入力されることによって設計データとして利用でき、また、この設計データは、例えば、この翼20の金型成形に利用する金型を製作する金型加工装置に入力されることによって、加工データとしても活用することが可能である。
まず、基本翼20Aの設計について説明する。この基本翼20Aの形状(3次元形状)は、図6に示すように、プロペラファン16の回転軸に垂直な平面において回転中心19Aを原点Oとする座標系において、周方向断面形状と半径方向断面形状の2つの断面形状を用いて定義される。具体的には、プロペラファン16の送風性能を決定するために重要な周方向断面形状に重きを置き、原点Oから任意の半径rにおける周方向断面形状を数式で定義し、半径方向断面形状については、上記周方向断面形状を維持したままで変化させていくために、基本翼20Aの最大半径Rと上記任意の半径rとの差(r−R)を上記周方向断面形状に加味することによって定義する。
次に、肉厚補強部20Nの設計について説明する。この肉厚補強部20Nは、図4に示すように、翼正圧面(翼正面)24S側に設けられ、翼20の翼前縁22部分(翼前縁部)とハブ部19との接合部50Aから翼前縁22に沿って翼外周へ延び、翼正面から見て略半月形状を有するように形成される。
この肉厚補強部20Nは、図10に示すように、プロペラファン16の回転軸に垂直な平面における回転中心19Aを原点Oとする座標系において、原点Oを基準とした距離(半径r(r<Rm)に相当)が大きくなるほど肉厚及び幅を減少させた形状に形成される。ここで、Rmは、肉厚補強部20Nにおける最外周位置T1と原点Oとの間の距離である。
具体的には、この接合面100Aを設定する場合、図10及び図11に示すように、翼前縁22上に肉厚補強部20Nの最外周位置T1が設定され、この最外周位置T1からハブ部19の外周位置T2、T3へと互いに間隔を拡げながら延びる第1曲線101及び第2曲線102が設定されることにより、これら曲線101、102とで形成される面領域からなる接合面100Aが設定される。ここで、外周位置T2、T3は、翼20の翼前縁22部分(翼前縁部)とハブ部19との接合部50Aに対応する位置に設定されている。
また、第2曲線102には、翼前縁22の軌跡と一致する曲率の曲線であって、この曲線を、第1曲線101における接合部50Aと反対側の端点(最外周位置T1に相当)から接合部50A(上記外周位置T3)に向けて延びるように翼正圧面24S上に配置した曲線が適用される。
このように、肉厚補強部20Nの接合面100Aを規定する第2曲線102に、第1曲線101と同じく、翼前縁22の軌跡と一致する曲率の曲線が適用されるので、この曲線だけで、第1曲線101との間の間隔を徐々に拡げながら翼外周側へ延びる第2曲線102を容易に設定することができる。
これによって、最外周位置T1から円弧T2−T3へ向かって幅が広くなる接合面100Aを容易に作成することができ、原点Oを基準とした距離(半径r)が大きくなるほど幅を減少させた略半月形状の接合面100Aを容易に得ることができる。
なお、図12において、直線70は、肉厚最小位置である最外周位置T1と、肉厚最大位置である接合部50Aの位置との二点間を直線で結んだ肉厚分布曲線であり、上記肉厚分布曲線60は、この直線70よりも上記二点間で厚さが減少した曲線となる。
また、最外周位置T1と、肉厚最大値(接合部50Aにおける厚さ)hmとを変数として、例えば、上述した肉厚分布曲線60を求める数式を定義し、演算処理装置を用いて、肉厚分布曲線60を求めることにより、この肉厚分布曲線60に基づいて、求めた接合面100Aの座標データから肉厚補強部20Nの全ての座標データを算出することができる。
しかも、翼20の外周側ほど肉厚補強部20Nによる質量増加が低減されるので、翼全体を一様に厚くする場合に比して、全体の軽量化を図り、かつ、遠心力の増大を抑制することができ、遠心力に対する強度を向上させることができる。
また、本実施形態では、肉厚補強部20Nの接合面100Aを設定する場合、接合面100Aを特定する一方の第1曲線101を、最外周位置T1から翼前縁22に接して接合部50A側へ延びる曲線にすると共に、この第1曲線101より翼後縁23側に位置して接合面100Aを特定する他方の第2曲線102を、翼前縁22の軌跡と一致する曲率の曲線を位置変更した曲線としたので、原点Oを基準とした距離(半径r)が大きくなるほど幅を減少させた略半月形状の接合面100Aを容易かつ確実に得ることができる。
従って、これらの設計方法を採用することにより、最外周位置T1と肉厚最大値hmとを指定するだけで、肉厚補強部20Nの座標データを求める数式を含むプログラムを作成でき、肉厚補強部20Nの設計や設計変更を容易に行うことが可能になる。
また、上記実施形態では、3枚ファンのプロペラファン16に本発明を適用する場合について述べたが、これに限らず、2枚ファンや4枚ファンなどの様々な軸流ファンに適用可能である。また、室外機10に使用される軸流ファンに限らず、換気扇や扇風機などに使用される軸流ファンに広く適用が可能である。
16 プロペラファン
19 ハブ部
19A 回転中心
20 翼
20A 基本翼
20N 肉厚補強部
22 翼前縁
23 翼後縁
24F 翼負圧面
24S 翼正圧面
50A 接合部
60 肉厚分布曲線
100A 接合面
r ハブ部の回転中心を基準とした距離
O 原点
T1 最外周位置
T2、T3 ハブ部の外周位置
hm 肉厚最大値
Claims (4)
- 回転中心を備えたハブ部と、ハブ部の外周に配置された翼とを備える軸流ファンにおいて、
前記翼における翼前縁部と前記ハブ部との接合部から翼前縁に沿って翼外周へ延びる肉厚補強部を設け、この肉厚補強部の幅及び肉厚を、前記ハブ部の回転中心を基準とした距離が大きくなるほど減少させ、
前記肉厚補強部の肉厚及び幅を前記翼前縁上に設定した共通位置で略零とし、
前記翼の翼面上に、前記共通位置から前記翼前縁に接して前記接合部側へ延びる第1曲線を設定すると共に、前記翼前縁の軌跡と一致する曲率の曲線を、前記第1曲線における前記接合部と反対側の端点から前記接合部に向けて延ばした第2曲線を設定し、前記翼面上における前記第1曲線と前記第2曲線とで形成される面領域を、前記肉厚補強部における前記翼との接合面にするように前記肉厚補強部を設計したことを特徴とする軸流ファン。 - 請求項1に記載の軸流ファンにおいて、
前記肉厚補強部の肉厚を前記ハブ部の回転中心からの距離で特定する肉厚分布曲線を規定し、この肉厚分布曲線に基づいた肉厚になるように前記肉厚補強部を設計したことを特徴とする軸流ファン。 - 請求項2に記載の軸流ファンにおいて、
前記肉厚分布曲線は、前記翼前縁部と前記ハブ部との接合部における肉厚最大位置と、前記ハブ部の回転中心から最も離れた位置に相当する肉厚最小位置との二点を通る近似曲線とされることを特徴とする軸流ファン。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の軸流ファンにおいて、
前記肉厚補強部を、前記翼の正圧面側に設けたことを特徴とする軸流ファン。
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