JP5253554B2 - 軸流ファン及び空調機用の室外機 - Google Patents
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Description
回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転によって前記回転軸の軸方向に気体を吹き出す軸流ファンにおいて、
前記回転軸に取り付けられるハブと、
前記ハブに設置された複数枚の主翼と、
前記複数枚の主翼の各主翼に1対1に対応して前記ハブに設置された前記主翼と同じ枚数の補助翼と
を備え、
前記補助翼は、
対応する前記主翼よりも軸方向の下流側にずれた位置に設置され、
対応する前記主翼と共に前記回転軸を法線とする平面に投影された場合には、前記補助翼の後縁が、対応する前記主翼の後縁と略重なるか、あるいは対応する前記主翼に対して逆回転方向で隣接する前記主翼と、対応する前記主翼との、周方向の隙間の1/3以内で、対応する前記主翼の前記後縁よりも逆回転方向にはみ出すように位置すると共に、前記補助翼の前縁が、対応する前記主翼の前縁と略重なるか、あるいは対応する前記主翼の前縁よりも逆回転方向に位置し、
前記補助翼のファン径が前記主翼のファン径よりも小さいことを特徴とする。
図1〜図4を参照して実施の形態1の軸流ファン101を説明する。図1は、実施の形態1の軸流ファン101の斜視図(a)、正面図(b)、翼間の側面図(c)(翼は所定の半径の円筒側面で切った場合の断面を示した)を示す。図をわかりやすくするため、翼1枚分(1枚の主翼5と、この主翼5に対応する1枚の補助翼6)を示す。回転軸が取り付けられるボス1(ハブともいう)の周面に主翼5と補助翼6が取り付けられており、正面図(b)に示すように、正面からみると、主翼5よりも補助翼6のファン径は小さく、補助翼6のファン径範囲では主翼5の後縁52を覆う構成になっている。つまり、範囲50では補助翼6の後縁62が主翼5の後縁52を覆っている。また、正面図(b)でみた場合に補助翼6は、主翼5の内部に収まって配置されており、主翼5に隣り合う他の主翼の空間を塞がない構造である。側面図(c)をみると主翼5の下流側に補助翼6が設置されており、主翼5と補助翼6で構成される翼間8は略一定幅になっている。
図2は、従来のプロペラファンの翼2の周りの空気の流れを数値解析により観察した結果を模式的に斜視図(a)、側面図(b)として示した図である。ファン外周側の気流9は、前縁201から後縁202にかけて翼面に沿って流れ、その間に翼2から気流9へエネルギーが供給される。しかし、側面図(b)に示すように、ファン内周側の気流10は後縁202に到達する前に下流に離脱する。ここでいう内周側、外周側とは、例えば図1の正面図(b)において、ファン半径の大きい方(半径R2)を外周側と呼び、ファン半径の小さい方(半径R1)を内周側と呼んでいる。この離脱により、内周側を通過する空気には翼2からのエネルギーが十分に供給されないため、ファンの効率が悪い。なお、外周側気流9、内周側気流10は、翼2から観測した相対流れを図示したものである。
次に、ファンの吹き出し流れ方向を図3により考える。吹き出し流速ベクトル11(絶対速度ベクトル)は、相対速度ベクトル12と翼の周速ベクトル13で合成されたベクトルで表される。ファン回転方向は、斜線矢印32(ファン回転軸14に示した速度方向を示すベクトルを意味する)とする。この場合、図3(a)のように、翼2に沿った流れの場合(相対速度ベクトル12a)は、吹き出し流れ方向11aがファン回転軸14の方向を向く。これ対して、図3(b)のように、翼2から離脱する流れの場合(相対速度ベクトル12b)は、吹き出し流れ方向11bがファンの旋回方向よりに向く。すなわち、図3(b)のように、翼2から離脱する流れの場合(相対速度ベクトル12b)は、「角度θ」が図3(a)の場合よりも小さくなる。従来のファンの内周側の流れは図3(b)のような流れになっているため、吹き出し流速ベクトル11が回転方向ベクトル32を向きやすい。旋回成分が強くなると送風機などでファン下流部に設置されるファングリルの桟やリブ4に衝突した気流が乱れて、渦が発生して騒音が大きくなる課題があった。
図4は、実施の形態1の軸流ファン101の翼周りの流れの模式図(斜視図(a)と側面図(b))を示す。ファン内周側の流れ10は,主翼5と補助翼6の間に入るため、側面図(b)に示すように、空気の流れが、主翼面から下流側に離脱しなくなる。よって気流への翼面からのエネルギー供給が活発に行われる。また、内周側の吹き出し相対速度ベクトル12が主翼5に沿うため、吹き出し流速ベクトル11の方向がファン回転軸14の方向に近づく。このため、軸流ファン101の下流側に置かれるファングリルの桟を通過するときに気流が乱れにくくなり、騒音が低減する。なお、補助翼6の圧力面を流れる気流15は翼面から離脱しやすい状態にあるが、翼長が短いためロスは小さく、補助翼6に主翼5と同様の対策をしてもファン全体として得る効果は小さい。
次に図5を用いて、実施の形態2の軸流ファン102を説明する。図5は、実施の形態2における軸流ファン102の斜視図(a)と翼断面図(b)を示している。
次に図7〜図9を参照して実施の形態3の軸流ファン103を説明する。軸流ファン103は、主翼5、補助翼6の前傾角に関する実施形態である。
翼の前傾角を以下のように決める。
(1)まず、図7(a)の線17を構成する一つの点34は、次の点である。ファン回転軸14を中心軸とする半径Rの仮想円筒35の側面で3次元形状の翼(厚さはないと仮定)を切断した場合、円筒側面上に前縁と後縁とを結ぶ交線ができる。点34は、その交線上の中央の点(交線上において交線両端からその点に向かう場合、両端からの距離が等しくなる点)である。線17を構成する各点は、異なる半径Rの各仮想円筒に対して得られた中心(中央の位置)である。線17は、これらの点を結んでできた線(翼弦線の中心線)である。線17を円筒断面18に回転投影したできた図7(b)の線19と、水平面20とのなす角度21で、翼の前傾角を表現する。次の(2)に詳しく説明する。
(2)翼の前傾角を、線17を円筒断面18に回転投影した図7(b)の線19と、水平面20とのなす角度21で表現する。ここで、図7(a)に示す円筒断面18とは、正面図(a)でみた場合、ファン回転軸14の方向に延びる平面であり、図7(c)に示す円筒断面18を意味している。そして、「線17を、円筒断面18に回転投影する」とは、図7の正面図(a)の線17は3次元形状(つまり正面図(a)の法線方向に奥行きをもつ)であり、平面である円筒断面18を固定しつつ、線17の形成されたファンを回転させたときに、線17が円筒断面18に投影された線が線19であることを意味する。
次に図10を参照して、実施の形態4の軸流ファン104を説明する。図10は、軸流ファン104の斜視図(a)と正面図(b)とを示す。正面図(b)に示すように、軸流ファン104は、正面図でみて、ファン半径の大きい位置ほど、補助翼6の前縁61が、主翼5の同一径の前縁51、後縁52を結んだ周区間24に対して相対的に後縁側に寄っていることを特徴としている。言い換えると、正面図(b)でみた場合に、補助翼6の前縁61は主翼5の前縁51よりも主翼5の後縁52よりに位置し、かつ、補助翼6の前縁61と主翼5の前縁51とは、ファン外周に向かいに従って互いに離れていく。また別の言い方をすれば、補助翼6は、主翼5と共にファン回転軸14を法線とする平面に投影された場合には、ファン半径の大きい位置ほど、そのファン半径の円の周上における補助翼6の前縁61と主翼5の前縁51との距離が大きいことを特徴とする。
次に図11を参照して、実施の形態の軸流ファン105を説明する。図11は、軸流ファン105の斜視図(a)と正面図(b)を示す。軸流ファン105では、斜視図(a)に示すように、補助翼6は主翼5の下流側にある。そして、正面図(b)でみた場合に、補助翼6のファン径25が、主翼5の後縁側に向かうほど長くなっている。これは、翼圧力面を流れる気流が後縁、内周側ほど離脱しやすい点を考慮したものである。言い換えると、補助翼6は、主翼5と共にファン回転軸14を法線とする平面に投影された場合には、補助翼6のファン径が、主翼5の前縁側から後縁側に向かうに従って大きくなる。
次に図12を参照して実施の形態6の軸流ファン106を説明する。
図12(a)は、斜視図を示す。
図12(b)は、正面図を示す。
図12(c)は、ファン回転軸を中心軸とする円筒の円筒側面で切断した翼断面を示す。
回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転によって前記回転軸の軸方向に気体を吹き出す軸流ファンにおいて、
前記回転軸に取り付けられるハブと、
前記ハブに設置された複数枚の主翼と、
前記複数枚の主翼の各主翼に1対1に対応して前記ハブに設置された前記主翼と同じ枚数の補助翼と
を備え、
前記補助翼は、
対応する前記主翼よりも軸方向の下流側にずれた位置に設置され、
対応する前記主翼と共に前記回転軸を法線とする平面に投影された場合には、前記補助翼の後縁が前記主翼の後縁と重なるか、あるいは前記主翼の後縁よりも逆回転方向に位置し、
前記補助翼のファン径が前記主翼のファン径よりも小さいことを特徴とする軸流ファンを説明した。
翼間が前記主翼の後縁に向かうに従って狭くなることを特徴とする軸流ファンを説明した。
前傾角が、対応する前記主翼の前傾角よりも小さいことを特徴とする軸流ファンを説明した。
対応する前記主翼と共に前記回転軸を法線とする平面に投影された場合には、ファン半径の大きい位置ほど前記補助翼の前縁と対応する前記主翼の前縁との間隔が大きいことを特徴とする軸流ファンを説明した。
対応する前記主翼と共に前記回転軸を法線とする平面に投影された場合には、ファン径が、対応する主翼の前縁側から後縁側に向かうに従って大きくなることを特徴とする軸流ファンを説明した。
前記回転軸に取り付けられるハブと、
前記ハブの外周面に設置された複数枚の主翼と、
前記複数枚の主翼の各主翼に1対1に対応して前記ハブに設置されると共に、対応する前記主翼のファン半径の短い側を示す内周側を流れる気流を対応する前記主翼の圧力面に押さえつける前記複数枚の主翼と同じ枚数の補助翼と
を備えたことを特徴とする軸流ファンを説明した。
Claims (5)
- 回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転によって前記回転軸の軸方向に気体を吹き出す軸流ファンにおいて、
前記回転軸に取り付けられるハブと、
前記ハブに設置された複数枚の主翼と、
前記複数枚の主翼の各主翼に1対1に対応して前記ハブに設置された前記主翼と同じ枚数の補助翼と
を備え、
前記補助翼は、
対応する前記主翼よりも軸方向の下流側にずれた位置に設置され、
対応する前記主翼と共に前記回転軸を法線とする平面に投影された場合には、前記補助翼の後縁が、対応する前記主翼の後縁と略重なるか、あるいは対応する前記主翼に対して逆回転方向で隣接する前記主翼と、対応する前記主翼との、周方向の隙間の1/3以内で、対応する前記主翼の前記後縁よりも逆回転方向にはみ出すように位置すると共に、前記補助翼の前縁が、対応する前記主翼の前縁と略重なるか、あるいは対応する前記主翼の前縁よりも逆回転方向に位置し、
前記補助翼のファン径が前記主翼のファン径よりも小さいことを特徴とする軸流ファン。 - それぞれの前記補助翼は、
前傾角が、対応する前記主翼の前傾角よりも小さいことを特徴とする請求項1記載の軸流ファン。 - それぞれの前記補助翼は、
対応する前記主翼と共に前記回転軸を法線とする平面に投影された場合には、
ファン半径の大きい位置ほど前記補助翼の前縁と対応する前記主翼の前縁との間隔が大きいことを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の軸流ファン。 - それぞれの前記補助翼は、
対応する前記主翼と共に前記回転軸を法線とする平面に投影された場合には、ファン径が、対応する主翼の前縁側から後縁側に向かうに従って大きくなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の軸流ファン。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の軸流ファンを備えた空調機用の室外機。
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