JP5602237B2

JP5602237B2 - 軸流送風機

Info

Publication number: JP5602237B2
Application number: JP2012534913A
Authority: JP
Inventors: 誠治中島; 俊勝新井; 淳森; 仁菊地; 普道青木; 啓子柴田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2011-08-08
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2031-08-08
Also published as: TW201217654A; CN103140684A; TWI473946B; CN103140684B; JPWO2012039092A1; WO2012039092A1

Description

本発明は、例えば空調機や換気機器などに用いられる軸流送風機に関するものである。

従来の軸流送風機について、図８を用いて説明する。図８は従来の軸流送風機の正面図である。軸心まわりに回転するボス２と、前記ボス２の外周部に配設される複数枚の翼３とを有する羽根車１により構成されている。各々の翼３は、前縁３１、後縁３２、内周端３３、外周端３４にて囲繞されている。

また、これまでに、軸流送風機の騒音を低減させる技術としては、以下のようなものが知られている。すなわち、羽根の前縁部全体に翼弦方向に鋸状を成す複数の三角形の突起を付加し、吸い込み空気を切り裂くことにより縦渦を形成し、前縁部全体で吸い込み空気の剥離を抑え、気流を羽根に付着させて乱流騒音を低減させることと、吹き出し空気の外周側への漏れを抑制し、送風機の効率を向上させるというものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−８７８９８号公報（第４頁、図２）

従来の軸流送風機の問題を図９を用いて説明する。図９は、従来の軸流送風機の翼の前縁付近の流れ場を示す図である。翼３に流入する気流には、上流乱れ渦４が含まれる。この上流乱れ渦４が下流側へ進行するにつれて発達し、翼面上で圧力変動を誘起し、騒音を発生する。
また、特許文献１のような先行技術では、前縁部全体に鋸状の鋭利な先端を有する突起を付加していることにより、翼の前縁に流入する気流を不連続に切り裂くため、むしろ乱れが生じて騒音が増大するという問題がある。

本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、低騒音な軸流送風機を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、軸心まわりに回転するボスと、前記ボスの外周部に配設される複数枚の翼を有する羽根車であって、翼の前縁にのみ、半径方向に連続的に凹凸部を有する滑らかな波形状を成しており、翼の前縁における半径方向に連続的に凹凸部を有する滑らかな波形状の凸部の頂点間の距離であるピッチ距離が、翼の外周側ほど大きくなっていることを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、軸心まわりに回転するボスと、前記ボスの外周部に配設される複数枚の翼を有する羽根車であって、翼の前縁にのみ、半径方向に連続的に凹凸部を有する滑らかな波形状を成しており、翼の前縁における半径方向に連続的に凹凸部を有する滑らかな波形状の凸部の頂点間の距離であるピッチ距離が、翼の前縁から気流が流入する際に生じる上流乱れ渦のスケールの半径方向分布に相関して決定されていることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、羽根車を囲繞するベルマウスを備え、ベルマウスの高さが前記羽根車の高さより大きいことを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、羽根車を囲繞するベルマウスを備え、ベルマウスの高さが前記羽根車の高さより小さいことを特徴とするものである。

本発明に係る軸流送風機によれば、軸心まわりに回転するボスと、前記ボスの外周部に配設される複数枚の翼を有する羽根車であって、翼の前縁にのみ半径方向に連続的に凹凸部を有する滑らかな波形状を成していることにより、低騒音化を実現できる。
さらに、翼の前縁における半径方向に連続的に凹凸部を有する滑らかな波形状の凸部の頂点間の距離であるピッチ距離が、翼の外周側ほど大きくなっていることにより、より一層の低騒音化を実現できる。
さらに、翼の前縁における半径方向に連続的に凹凸部を有する滑らかな波形状の凸部の頂点間の距離であるピッチ距離が、翼の前縁から気流が流入する際に生じる上流乱れ渦のスケールの半径方向分布に相関して決定されていることにより、より一層の低騒音化を実現できる。

本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の斜視図である。本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の正面図である。本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の翼の前縁付近の流れ場を模式的に示す図である。本発明の実施の形態２に係る軸流送風機の正面図である。本発明の実施の形態２に係る軸流送風機のベルマウスの形態および流れ場を模式的に示す図である。本発明の実施の形態３に係る軸流送風機の正面図である。本発明の実施の形態３に係る軸流送風機のベルマウスの形態および流れ場を模式的に示す図である。従来の軸流送風機の正面図である。従来の軸流送風機の翼の前縁付近の流れ場を模式的に示す図である。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。なお、参照符号については、図１〜図９において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは、明細書の全文において共通することである。

実施の形態１．
図１〜図３は、本発明の実施の形態１に係る軸流送風機を説明するための図である。具体的には、図１は本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の斜視図、図２は本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の正面図、図３は本発明に係る軸流送風機の翼の前縁付近の流れ場を模式的に示す図である。また、図９は従来の軸流送風機の翼の前縁付近の流れ場を模式的に示す図である。

図１〜図２に示すように、本発明に係る軸流送風機は、軸心まわりに回転するボス２と、ボス２の外周部に配設される複数枚の翼３とを有する羽根車１により構成されている。各々の翼３は、前縁３１、後縁３２、内周端３３、外周端３４にて囲繞されている。さらに、翼３の前縁３１は、内周端３３側から外周端３４側にかけて、半径方向に連続的に凹凸部を有する滑らかな波形状を成している。

上記のような構成により得られる効果について、図３を用いて説明する。翼３に流入する気流には、上流乱れ渦４が含まれる。この上流乱れ渦４を含んだ気流が翼３の前縁３１を通過するとき、以下のような効果を発揮する。

前縁３１が内周端３３側から外周端３４側にかけて、半径方向に連続的に凹凸部を有する滑らかな波形状を有することにより、上流乱れ渦４は半径方向長さが短くなるように分断され、分断渦４ａを形成する。これにより、上流乱れ渦４はランダム化され、渦の発達が抑制されるため、騒音を低減できる。

さらに、分断された分断渦４ａは、進行方向が波形状を成す前縁３１の接線方向に転向するため、下流側に進行するにつれて隣接する分断渦４ａ同士は、お互いに渦の強さを弱め合う形で干渉し、全体として元よりも弱い渦を形成するため、騒音を低減できる。

また別の騒音低減効果を説明するために、渦度の等値線について説明する。図３および図９の破線は翼面上の渦度の等値線６を示している。従来の軸流送風機では、図９に示すように渦度の等値線６はほぼライン状を成すが、本発明に係る軸流送風機に関しては、渦が上記のような過程で形成されるため、図３に示すように、渦度の等値線６は半径方向に波型を成す。これにより、隣接する渦同士の相関が低減でき、渦の発達が抑制され、騒音を低減できる。

さらに、図２に示すように、波形状の凸部の頂点３１１が滑らかに形成されていることにより、渦を分断する際にも急激な流れの不連続を生じないため、安定した分断渦４ａを形成できることにより、騒音を低減することができる。

実施の形態２．
より一層の騒音低減を実現するためには、以下のような構成にするのが望ましい。図４および図５は、本発明の実施の形態２に係る軸流送風機を説明するための図である。具体的には、図４は本発明の実施の形態２に係る軸流送風機の正面図、図５は本発明の実施の形態２に係る軸流送風機のベルマウスの形態および流れ場を模式的に示す図である。

図４に示すように、波形状を成す翼３の前縁３１の凸部の頂点３１１について、隣接する凸部の頂点３１１間のピッチ距離をＬとするとき、ピッチ距離Ｌは翼３の外周側ほど大きくなるように構成されている。また、実施の形態１では説明を省略したが、図５に示すように、軸流送風機は通常羽根車１の外側に、羽根車１との間に微小な隙間を空けて、羽根車１を囲繞するようにベルマウス５が設置されている。

上記のような構成により得られる効果を以下に説明する。波形状のピッチ距離Ｌと渦のスケールとの間には、以下のような関係がある。すなわち、渦のスケールに対してピッチ距離Ｌが小さすぎると、隣接する渦と渦の間に十分な距離が確保されないため、分断、干渉が効果的には起こりにくくなる。また、渦のスケールに対してピッチ距離Ｌが大きすぎると、波形状は渦のスケールに対しては波形状とみなせなくなり、渦を分断する効果が十分には発揮できない。このことは、分断すべき上流乱れ渦４のスケールに比例して、ピッチ距離Ｌを大きくすることが望ましいことを示している。一方、図５中の矢印７で示しているように、翼３に流入する気流の流速は羽根車１の半径に比例して大きくなるため、外周側ほど大きくなる。これは、例えば、図５に示すように、ベルマウス５の高さＨ２が羽根車１の高さ（翼３の軸方向の最大高さ）Ｈ１よりも大きい（Ｈ２＞Ｈ１）場合によく当てはまる。このとき、上流乱れ渦４は流速に比例して大きくなるため、外周側ほど上流乱れ渦４のスケールも大きくなる。したがって、ピッチ距離Ｌが翼３の外周側ほど大きくなるように構成されていることにより、上流乱れ渦４は効果的に分断され、より一層騒音を低減することができる。

実施の形態３．
より一層の騒音低減を実現するための別の方法として、以下のような構成にするのが望ましい。図６および図７は、本発明の実施の形態３に係る軸流送風機を説明するための図である。具体的には、図６は本発明の実施の形態３に係る軸流送風機の正面図、図７は本発明の実施の形態３に係る軸流送風機のベルマウスの形態および流れ場を模式的に示す図である。

図６に示すように、波形状を成す翼３の前縁３１の凸部の頂点３１１について、隣接する凸部の頂点３１１間のピッチ距離をＬとするとき、ピッチ距離Ｌは、上流乱れ渦４のスケールの半径方向分布に相関して決定されるように構成されている。また、図７に示すように、羽根車１の外側に、羽根車１との間に微小な隙間を空けて、羽根車１を囲繞するようにベルマウス５が設置されている。

上記のような構成により得られる効果を以下に説明する。波形状のピッチ距離Ｌと渦のスケールとの間の関係は、実施の形態２で説明したのと同様であるので、説明を省略する。
図７に示すように、ベルマウス５の高さＨ２が羽根車１の高さ（翼３の軸方向の最大高さ）Ｈ１よりも小さい（Ｈ２＜Ｈ１）場合には、翼３の外周端３４の前縁３１側では、下流側から上流側へ部分的に逆流する漏れ渦８が発生する。この場合、外周端３４近傍では翼３は気流が十分には流入しなくなり、翼に流入する気流は、図７の矢印７で示すように、翼３の半径方向中腹付近で最も大きくなるような分布になる。したがって、上流乱れ渦４のスケールの半径方向分布も、半径方向中腹付近で最も渦のスケールが大きくなるような分布となるため、ピッチ距離Ｌをこれに相関させて決定することにより、より一層騒音を低減することができる。このようにピッチ距離Ｌを、翼の前縁から気流が流入する際に生じる上流乱れ渦４のスケールに合わせて増減することで、より一層の騒音低減を実現することができる。上記の説明は一例であり、その他の条件により上流乱れ渦４の半径方向分布が変化しても、ピッチ距離Ｌをこれに相関させて決定することにより、同様の騒音低減効果が得られる。

１羽根車、２ボス、３翼、３１前縁、３１１凸部の頂点、３２後縁、３３内周端、３４外周端、４上流乱れ渦、４a 分断渦、５ベルマウス、６等値線、８漏れ渦。

Claims

軸心まわりに回転するボスと、前記ボスの外周部に配設される複数枚の翼とを有する羽根車であって、
前記翼の前縁にのみ、半径方向に連続的に凹凸部を有する滑らかな波形状を成しており、
前記翼の前縁における半径方向に連続的に凹凸部を有する滑らかな波形状の凸部の頂点間の距離であるピッチ距離が、翼の外周側ほど大きくなっていることを特徴とする軸流送風機。
軸心まわりに回転するボスと、前記ボスの外周部に配設される複数枚の翼とを有する羽根車であって、
前記翼の前縁にのみ、半径方向に連続的に凹凸部を有する滑らかな波形状を成しており、
前記翼の前縁における半径方向に連続的に凹凸部を有する滑らかな波形状の凸部の頂点間の距離であるピッチ距離が、翼の前縁から気流が流入する際に生じる上流乱れ渦のスケールの半径方向分布に相関して決定されていることを特徴とする軸流送風機。
前記羽根車を囲繞するベルマウスを備え、前記ベルマウスの高さが前記羽根車の高さより大きいことを特徴とする請求項１記載の軸流送風機。
前記羽根車を囲繞するベルマウスを備え、前記ベルマウスの高さが前記羽根車の高さより小さいことを特徴とする請求項２記載の軸流送風機。