JP5649608B2 - 軸流送風機 - Google Patents

Description

本発明は、例えば空調・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。

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る。すなわち、羽根の外周縁部に流体主流方向に傾斜した小翼を設け、羽根の外周縁部の形状を適切にしてチップ渦の発生を抑制し、ベルマウスや羽根との干渉による騒音を低減するものである（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−１７３８９５号公報（第５頁、図１）

上記特許文献１に記載の技術では、翼（羽根）の外周端部に流体主流方向に傾斜した小翼を設けることによって、翼の外周端部の形状を適切にして翼端渦の発生を抑制している。しかし、翼端渦により減少してしまう翼間の有効流路幅が十分には確保されておらず、流れの抵抗が増加し、流れの乱れが増大することによって騒音が増大するという問題点がある。

本発明は、かかる問題点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。

本発明に係る軸流送風機は、軸心まわりに回転されるボスと、前記ボスの外周部に配設された複数枚の翼と、を有する羽根車を備え、前記翼は、外周端部近傍に流体主流の上流側へ滑らかに湾曲した湾曲領域を有し、前記羽根車の回転軸を中心とする円筒断面の平面展開図における、前記翼の前縁端と、当該翼より回転方向前方に隣接する前記翼の後縁端とを結んだ直線の長さをＨとし、前記羽根車の直径をＤとし、前記平面展開図における、前記翼の前縁端と当該翼の後縁端とを結んだ直線である翼弦の長さｌと、隣接する前記翼の間隔である翼ピッチｔとの比（ｌ／ｔ）を弦節比σ、前記羽根車の回転軸と前記翼弦とが成す角を食い違い角γとしたとき、前記湾曲領域において、０＜Ｈ／Ｄ＜０．３５、０．７２＜σ＜０．９１、および、６０°＜γ＜６６°を満足するように構成されたものである。

本発明は、湾曲領域において、０＜Ｈ／Ｄ＜０．３５、０．７２＜σ＜０．９１、および、６０°＜γ＜６６°を満足するように翼を構成したことにより、翼長さを十分確保して有効仕事を減少させることなく、翼間の有効流路幅を十分確保することができ、流れの抵抗を低減し、流れの乱れを抑制でき、騒音を低減できる。

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図２におけるＩ−Ｉ断面の平面展開図である。 弦節比と騒音低減量の関係を示すグラフである。 食い違い角と騒音低減量の関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る軸流送風機の図２におけるII−II断面の回転軸を含む平面上への投影図である。 前傾角と騒音低減量の関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態３に係る軸流送風機の図２におけるII−II断面の回転軸を含む平面上への投影図である。 本発明の実施の形態４に係る軸流送風機の図２におけるII−II断面の回転軸を含む平面上への投影図である。 湾曲開始長さ比と騒音低減量の関係を示すグラフである。 δｚｗ×αと騒音低減量の関係を示すグラフである。

以下、この発明を実施するための形態について、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１１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。また、複数枚有する翼に関する符号は、代表の１枚にのみ付すものとする。また、本発明を実施するための形態では、一例として翼の枚数が５枚である場合を図示しているが、５枚以外の翼の枚数においても本発明の効果は得られる。

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は本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の図２におけるＩ−Ｉ断面の平面展開図である。

図１および図２に示すように、本発明の実施の形態１に係る軸流送風機は、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た複数枚の翼３とによって構成された羽根車１を有している。翼３は前縁端３１、後縁端３２、内周端３３、外周端３４によって囲繞されている。翼３は、湾曲開始位置３５より外周側の外周端部近傍で、流体主流（気流）の上流側へ滑らかに湾曲した湾曲領域３６を有している。

次に、図３を用いて説明する。図３においては、複数ある翼３の前後関係を明確にするため、任意の翼３を基準翼３ａとしたとき、それより回転方向前方に隣接する翼３を前方翼３ｂと表記する。図３に示すように、羽根車１の回転軸を中心とする円筒断面の平面展開図において、基準翼３ａの前縁端３１と前方翼３ｂの後縁端３２を結んだ直線の長さをＨとし、羽根車１の直径をＤとしたとき、湾曲領域３６において、０＜Ｈ／Ｄ＜０．３５であるように構成されている。さらに、同平面展開図において、翼３の前縁端３１と後縁端３２を結んだ翼弦３７の長さｌと、隣接する翼３の間隔である翼ピッチｔとの比ｌ／ｔを弦節比σ、羽根車１の回転軸の軸方向線と翼弦３７とが成す角を食い違い角γとしたとき、湾曲領域３６において、０．７２＜σ＜０．９１、かつ、６０°＜γ＜６６°を満足するように構成されている。

次に、上記のような構成により得られる効果を説明する。翼３が湾曲領域３６において上流側へ滑らかに湾曲していることにより、翼端渦４の渦の大きさは抑制されるが、翼端渦４全体が上流側へ移動して、隣接する翼３と翼端渦４との間隔（有効流路幅）が実質的に狭くなっている。湾曲領域３６において、０．７２＜σ＜０．９１、かつ、６０°＜γ＜６６°を満足するように構成することにより、翼３の長さを十分確保して有効仕事を減少させることなく、隣接する翼３と翼端渦４との間隔を広げて有効流路幅を十分確保することができ、流れの抵抗を低減し、流れの乱れを抑制できることにより、騒音を低減できる。

次に、弦節比σおよび食い違い角γと騒音低減量の関係について、図４および図５を用いて説明する。図４は弦節比と騒音低減量の関係を示すグラフ、図５は食い違い角と騒音低減量の関係を示すグラフである。ここで、騒音低減量は、従来の軸流送風機（例えば特許文献１の技術）を０ｄＢとした場合における、本発明の実施の形態１にかかる軸流送風機の相対的な騒音の低減量を示している。図４では、一例として、食い違い角γを６３．５°、後述する前傾角δｚを９°、後述する湾曲開始長さ比αを０．７、後述するδｚｗ×αの値を２．３としたときのグラフを示している。なお、グラフはプロット点に対して略２次曲線で近似しているが、弦節比と騒音低減量の関係においてこのように近似することは妥当性を損なわない。図４から、０．７２＜σ＜０．９１の範囲において１ｄＢ程度以上の騒音低減量が得られており、顕著な騒音低減効果があることが分かる。特に、σ＝０．８３においては２．２ｄＢもの騒音低減量が得られている。図５では、一例として、弦節比σを０．８３、後述する前傾角δｚを９°、後述する湾曲開始長さ比αを０．７、後述するδｚｗ×αの値を２．３としたときのグラフを示している。なお、グラフはプロット点に対して略２次曲線で近似しているが、食い違い角と騒音低減量の関係においてこのように近似することは妥当性を損なわない。図５から、６０°＜γ＜６６°の範囲において１ｄＢ以上の騒音低減量が得られており、顕著な騒音低減効果があることが分かる。図４および図５から、弦節比σを０．８３、食い違い角γを６３．５°としたとき最も騒音低減効果が高く、騒音低減量は５ｄＢにもなることが分かる。特に、γ＝６３．５°においては３ｄＢもの騒音低減量が得られている。

以上のように本実施の形態１においては、湾曲領域３６において、０＜Ｈ／Ｄ＜０．３５、０．７２＜σ＜０．９１、および、６０°＜γ＜６６°を満足するように翼３を構成したことにより、翼長さを十分確保して有効仕事を減少させることなく、翼３と翼端渦４との間隔を広げて有効流路幅を十分確保することができ、流れの抵抗を低減し、流れの乱れを抑制できることにより、騒音を低減できる。

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６は本発明の実施の形態２に係る軸流送風機の図２におけるII−II断面の回転軸を含む平面上への投影図である。図２におけるII−II断面は、翼弦３７の中心を翼弦中心点３８（図３参照）とし、翼３の内周端３３から外周端３４までの各翼弦中心点３８をすべて含む回転軸に平行な断面である。図６において、翼３の内周端３３から外周端３４までの各翼弦中心点３８を結び、羽根車１の回転軸を含む平面上に投影した直線または曲線を翼弦中心線３９とする。図６に示すように、翼弦中心線３９が羽根車１の回転軸と垂直な平面と成す角を、当該平面に対し上流側へ向かう方向を正として、前傾角δｚと定義する。このとき、湾曲領域３６より内周側において、前傾角δｚは、５°＜δｚ＜４０°を満足するように構成されている。

次に、上記のような構成により得られる効果を説明する。前傾角δｚが過度に大きい場合、翼３の下流側の外周側へ向かう流れが極端に促進されてしまい、外周端３４で翼の下流側から上流側へ巻き上がる気流が増加し、翼端渦４の発生規模が増大してしまう。一方、前傾角δｚが過度に小さい場合、翼３の下流側の外周側へ向かう流れが極端に滞り、外周端３４の上流側と下流側の圧力差が増大してしまい、その過大な圧力差によって翼端渦４の発生規模が増大してしまう。前傾角δｚが、５°＜δｚ＜４０°を満足するように構成されていることにより、翼３の下流側の外周側へ向かう流れを最も効果的に抑制でき、翼端渦の発生規模を抑制できるため、より一層騒音を低減できる。

次に、前傾角δｚと騒音低減量の関係について、図７を用いて説明する。図７は前傾角と騒音低減量の関係を示すグラフである。図７では、一例として、弦節比σを０．８３、食い違い角γを６３．５°、後述する湾曲開始長さ比αを０．７、後述するδｚｗ×αの値を２．３としたときのグラフを示している。なお、グラフはプロット点に対して略２次曲線で近似しているが、前傾角と騒音低減量の関係においてこのように近似することは妥当性を損なわない。図７から、５°＜δｚ＜４０°の範囲において５ｄＢ以上の騒音低減量が得られており、顕著な騒音低減効果があることが分かる。δｚ＝９°では５．１ｄＢ、δｚ＝３０°では６．６ｄＢの騒音低減効果が得られている。

以上のように本実施の形態２においては、湾曲領域３６より内周側において、５°＜δｚ＜４０°を満足するように翼３を構成したことにより、翼３の下流側の外周側へ向かう流れを効果的に抑制でき、翼端渦４の発生規模を抑制できるため、より一層騒音を低減できる。

実施の形態３．
上述した実施の形態２に係る軸流送風機と同等の騒音低減を実現するための別の実施の形態としては、以下のような構成にするものがある。図８は本発明の実施の形態３に係る軸流送風機の図２におけるII−II断面の回転軸を含む平面上への投影図である。図２におけるII−II断面は、翼弦３７の中心を翼弦中心点３８（図３参照）とし、翼３の内周端３３から外周端３４までの各翼弦中心点３８をすべて含む回転軸に平行な断面である。図８において、翼３の内周端３３から外周端３４までの各翼弦中心点３８を結び、羽根車１の回転軸を含む平面上に投影した直線または曲線を翼弦中心線３９とする。図８に示すように、本実施の形態３では、翼弦中心線３９の接線が羽根車１の回転軸と垂直な平面と成す角を、当該平面に対し上流側へ向かう方向を正として、前傾角δｚと定義する。このとき、湾曲領域３６より内周側において、前傾角δｚは、５°＜δｚ＜４０°を満足するように構成されている。上記のような構成により得られる効果は、実施の形態２と同様である。

実施の形態４．
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９は本発明の実施の形態４に係る軸流送風機の図２におけるII−II断面の回転軸を含む平面上への投影図である。図９において、羽根車１の半径方向における翼３の内周端３３から外周端３４までのスパン長さをＬ、翼３の内周端３３から湾曲領域３６が開始される湾曲開始位置３５までの長さをＬｗとし、その比Ｌ／Ｌｗを湾曲開始長さ比αと定義する。また、図９において、翼３の内周端３３から外周端３４までの各翼弦中心点３８を結び、羽根車１の回転軸を含む平面上に投影した直線または曲線を翼弦中心線３９とする。さらに、翼３の外周端３４における前傾角と湾曲開始位置３５における前傾角の差をδｚｗと定義する。すなわち、翼弦中心線３９の外周端と内周端とを結ぶ直線と、翼弦中心線３９の湾曲領域３６の開始位置と内周端とを結ぶ直線とが成す角を、前傾角の差δｚｗと定義する。このとき、０．６＜α＜０．９５、かつ、１／α＜δｚｗ＜６／αを満足するように構成されている。

次に、上記のような構成により得られる効果を説明する。翼３の湾曲領域３６における上流側への滑らかな湾曲形状が翼端渦４の形状に適合し、翼端渦４を最も安定化できるため、渦変動を効果的に抑制でき、騒音を低減できる。

次に、湾曲開始長さ比αおよび前傾角の差δｚｗと騒音低減量の関係について、図１０および図１１を用いて説明する。図１０は湾曲開始長さ比と騒音低減量の関係を示すグラフ、図１１はδｚｗ×αと騒音低減量の関係を示すグラフである。図１０では、一例として、弦節比σを０．８３、食い違い角γを６３．５°、前傾角δｚを９°、δｚｗ×αの値を２．３としたときのグラフを示している。なお、グラフはプロット点に対して略２次曲線で近似しているが、湾曲長さ比αと騒音低減量の関係においてこのように近似することは妥当性を損なわない。図１０から、０．６＜α＜０．９５の範囲において、５ｄＢ以上の騒音低減量が得られており、顕著な騒音低減効果があることが分かる。α＝０．７では５．１ｄＢ、α＝０．９１では５．２ｄＢの騒音低減効果が得られている。図１１では、一例として、弦節比σを０．８３、食い違い角γを６３．５°、前傾角δｚを９°、湾曲開始長さ比αを０．７としたときのグラフを示している。なお、グラフはプロット点に対して略２次曲線で近似しているが、δｚｗ×αと騒音低減量の関係においてこのように近似することは妥当性を損なわない。図１１から、１＜δｚｗ×α＜６、すなわち１／α＜δｚｗ＜６／αの範囲において、５ｄＢ以上の騒音低減量が得られており、顕著な騒音低減効果があることが分かる。δｚｗ×α＝２．３では５．２ｄＢ、δｚｗ×α＝７．３では４．９ｄＢの騒音低減効果が得られている。

以上のように本実施の形態４においては、０．６＜α＜０．９５、および、１／α＜δｚｗ＜６／αを満足するように翼３を構成したことにより、翼３の湾曲領域３６における上流側への滑らかな湾曲形状が翼端渦４の形状に適合し、翼端渦４を最も安定化できるため、渦変動を効果的に抑制でき、より一層騒音を低減できる。

１ 羽根車、２ ボス、３ 翼、３ａ 基準翼、３ｂ 前方翼、４ 翼端渦、３１ 前縁端、３２ 後縁端、３３ 内周端、３４ 外周端、３５ 湾曲開始位置、３６ 湾曲領域、３７ 翼弦、３８ 翼弦中心点、３９ 翼弦中心線。

Claims (3)

1. 軸心まわりに回転されるボスと、前記ボスの外周部に配設された複数枚の翼と、を有する羽根車を備え、
   前記翼は、外周端部近傍に流体主流の上流側へ滑らかに湾曲した湾曲領域を有し、
   前記羽根車の回転軸を中心とする円筒断面の平面展開図における、前記翼の前縁端と、当該翼より回転方向前方に隣接する前記翼の後縁端とを結んだ直線の長さをＨとし、
   前記羽根車の直径をＤとし、
   前記平面展開図における、前記翼の前縁端と当該翼の後縁端とを結んだ直線である翼弦の長さｌと、隣接する前記翼の間隔である翼ピッチｔとの比（ｌ／ｔ）を弦節比σ、前記羽根車の回転軸と前記翼弦とが成す角を食い違い角γとしたとき、
   前記湾曲領域において、
   ０＜Ｈ／Ｄ＜０．３５、
   ０．７２＜σ＜０．９１、
   および、６０°＜γ＜６６°を満足するように構成された
   ことを特徴とする軸流送風機。
2. 前記翼弦の中心点を前記翼の内周端から外周端まで結び、前記羽根車の回転軸を含む平面上に投影した直線または曲線を翼弦中心線とし、
   前記翼弦中心線または前記翼弦中心線の接線と、前記羽根車の回転軸と垂直な平面とが成す角を、前傾角δｚとしたとき、
   前記湾曲領域より内周側において、
   ５°＜δｚ＜４０°を満足するように構成された
   ことを特徴とする請求項１記載の軸流送風機。
3. 前記羽根車の半径方向における、前記翼の内周端から外周端までのスパン長さＬと、前記翼の内周端から前記湾曲領域の開始位置までの長さＬｗとの比（Ｌ／Ｌｗ）を湾曲開始長さ比αとし、
   前記翼弦の中心点を前記翼の内周端から外周端まで結び、前記羽根車の回転軸を含む平面上に投影した直線または曲線を翼弦中心線とし、
   前記翼弦中心線の外周端と内周端とを結ぶ直線と、前記翼弦中心線の前記湾曲領域の開始位置と内周端とを結ぶ直線とが成す角を、前傾角の差δｚｗとしたとき、
   ０．６＜α＜０．９５、
   および、１／α＜δｚｗ＜６／αを満足するように構成された
   ことを特徴とする請求項１または２記載の軸流送風機。

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