JP6440888B2 - プロペラファン、空気調和装置及び換気装置 - Google Patents

プロペラファン、空気調和装置及び換気装置 Download PDF

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本発明は、翼の後縁に切欠きが形成されたプロペラファン、空気調和装置及び換気装置に関するものである。
特許文献1には、複数の羽根を有するプロペラファンが記載されている。このプロペラファンでは、羽根の後縁の形状がノコギリ歯状になっている。これにより、羽根の負圧面側と圧力面側の流れが少しずつ合流するため、後縁の付近では速度欠損が小さくなる。その結果、従来に比べて速度勾配が減少し、乱れの発生が少なくなって騒音が減少する。
特開平8−189497号公報
しかしながら、特許文献1のプロペラファンでは、羽根の径方向位置に応じた流れ場の違いを十分に考慮せずに、ノコギリ歯のピッチ及び幅が決定されている。このため、最大風速の低減、及び騒音源となる渦の細分化を有効に行うことができず、十分な騒音低減効果が得られないという課題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、騒音をより低減できるプロペラファン、空気調和装置及び換気装置を提供することを目的とする。
本発明に係るプロペラファンは、回転軸上に配置されたボスと、前記ボスの外周に配置され、前縁及び後縁を有する翼と、を備え、前記翼は、第1領域と、前記第1領域よりも内周側に位置する第1サブ領域と、前記第1領域よりも外周側に位置する第2サブ領域と、を有しており、前記第1領域の後縁には、1つの切欠きが形成されており、前記第1サブ領域の後縁及び前記第2サブ領域の後縁には、それぞれ複数の切欠きが形成されており、前記第1領域の前記1つの切欠きの大きさは、前記第1サブ領域及び前記第2サブ領域の前記複数の切欠きのそれぞれの大きさよりも大きいものである。
本発明によれば、翼の後縁に形成された切欠きの幅がプロペラファンの径方向位置に応じて設定されるため、プロペラファンの騒音をより低減することができる。
本発明の実施の形態1に係るプロペラファン100の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファン100のボス1及び1枚の翼2の構成を示す正面図である。 本発明の実施の形態1に係るプロペラファン100における風の流れの例を示す図である。 本発明の実施の形態2に係るプロペラファン100のボス1及び1枚の翼2の構成を示す正面図である。 本発明の実施の形態3に係るプロペラファン100のボス1及び1枚の翼2の構成を示す正面図である。
実施の形態1.
本発明の実施の形態1に係るプロペラファンについて説明する。図1は、本実施の形態に係るプロペラファン100の概略構成を示す斜視図である。図2は、本実施の形態に係るプロペラファン100のボス1及び1枚の翼2の構成を示す正面図である。プロペラファン100は、例えば、空気調和装置又は換気装置などに用いられる。なお、図1及び図2を含む以下の図面では、各構成部材の相対的な寸法の関係や形状等が実際のものとは異なる場合がある。
図1及び図2に示すように、プロペラファン100は、ボス1と、ボス1の外周に配置された複数枚の翼2(図2では、1枚の翼2のみを示している)と、を有している。ボス1は、プロペラファン100の回転軸RC上に配置されている。ボス1は、不図示のモータの駆動力により、回転軸RCを中心として図2中の太矢印で示す回転方向に回転するようになっている。複数枚の翼2は、例えば周方向に等間隔で配置されている。複数枚の翼2は、例えば全て同様の構成を有している。なお、図1では3枚の翼2を示しているが、翼2の枚数はこれに限定されるものではない。
翼2は、前縁23、後縁24、外周縁21及び内周縁22を有している。前縁23は、ボス1及び翼2が回転するときに翼2の前方に位置する縁部である。後縁24は、ボス1及び翼2が回転するときに翼2の後方に位置する縁部である。外周縁21は、翼2の外周側に位置し、前縁23の外周端と後縁24の外周端との間に設けられた縁部である。内周縁22は、翼2の内周側に位置し、前縁23の内周端と後縁24の内周端との間に設けられた縁部である。内周縁22は、ボス1の外周面に接続されている。
翼2は、プロペラファン100の半径方向(以下、単に「半径方向」という場合がある)において、第1領域51、第2領域52及び第3領域53に分けることができる。第1領域51は、翼2において相対的に外周側に位置している。例えば、第1領域51は、外周縁21と内周縁22との間の中間部、すなわち翼2の半径方向中間部よりも外周側に位置している。第2領域52は、第1領域51よりも内周側に位置している。第3領域53は、第2領域52よりも外周側に位置し、かつ第1領域51を挟んで第1領域51よりも内周側及び外周側に位置している。第3領域53は、第2領域52よりも外周側であって第1領域51よりも内周側に位置する第1サブ領域53−1と、第1領域51よりも外周側に位置する第2サブ領域53−2と、を有している。第1サブ領域53−1は、第2領域52の外周側に隣接しており、かつ第1領域51の内周側に隣接している。第2サブ領域53−2は、第1領域51の外周側に隣接している。第1領域51、第2領域52、第1サブ領域53−1及び第2サブ領域53−2のそれぞれは、翼2においてプロペラファン100の周方向に延伸している。
翼2の後縁24には、複数の切欠きが形成されている。第1領域51の後縁24、第2領域52の後縁24及び第3領域53の後縁24には、それぞれ少なくとも1つの切欠きが形成されている。後述するように、各切欠きの大きさ(少なくとも、幅)は、第1領域51、第2領域52及び第3領域53のそれぞれで異なっている。各切欠きはいずれも、谷部が丸まった三角形状に形成されている。隣接する2つの切欠きの間には、山部252が形成されている。切欠きの幅は、当該切欠きの両側に隣接する2つの山部252の間隔で定義される。切欠きの深さは、当該切欠きの両側に隣接する2つの山部252を結んだ直線と、当該切欠きの谷部と、の距離で定義される。本例では、各切欠きにおける幅と深さの比は同一である。各切欠きは全て相似形状であってもよい。また、本例では、全ての切欠きが、後縁24に沿って連続的に形成されている。
第1領域51の後縁24には、1つの切欠き25aが形成されている。第2領域52の後縁24には、複数の切欠き25bが形成されている。複数の切欠き25bの幅は、例えば全て同一である。複数の切欠き25bは後縁24に沿って連続的に形成されているため、切欠き25bの配列ピッチは切欠き25bの幅と等しい。第3領域53のうちの第1サブ領域53−1の後縁24には、複数の切欠き25cが形成されている。第3領域53のうちの第2サブ領域53−2の後縁24には、複数の切欠き25dが形成されている。複数の切欠き25c及び複数の切欠き25dの幅は、例えば全て同一である。複数の切欠き25cは後縁24に沿って連続的に形成されているため、切欠き25cの配列ピッチは切欠き25cの幅と等しい。また、複数の切欠き25dは後縁24に沿って連続的に形成されているため、切欠き25dの配列ピッチは切欠き25dの幅と等しい。切欠き25aの幅をP1とし、切欠き25bの幅をP2とし、切欠き25c、25dの幅をP3としたとき、P1、P2及びP3は、P1>P2>P3の関係を満たしている。
本例では、回転軸RCから外周縁21までの距離、すなわち外周縁21の半径をRとしたとき、P1=0.32R、P2=0.072R、P3=0.019Rである。ただし、P1、P2及びP3は、これらの値に限定されるものではない。
また、本例では、第1領域51の切欠き25aの個数をn1とし、第2領域52の切欠き25bの個数をn2とし、第3領域53の切欠き25c、25dの個数の和をn3としたとき、n1、n2及びn3は、n1<n2<n3の関係を満たしている。
以上説明したように、本実施の形態に係るプロペラファン100は、回転軸RC上に配置されたボス1と、ボス1の外周に配置され、前縁23及び後縁24を有する翼2と、を備えている。翼2は、第1領域51と、第1領域51よりも内周側に位置する第2領域52と、第2領域52よりも外周側に位置し、かつ第1領域51を挟んで第1領域51よりも内周側及び外周側に位置する第3領域53と、を有している。第1領域51の後縁24、第2領域52の後縁24及び第3領域53の後縁24には、それぞれ少なくとも1つの切欠きが形成されている。第1領域51の切欠き25aの幅をP1とし、第2領域52の切欠き25bの幅をP2とし、第3領域53の切欠き25c又は切欠き25dの幅をP3としたとき、P1、P2及びP3は、P1>P2>P3の関係を満たしている。
本実施の形態に係るプロペラファン100により得られる効果について、図3を用いて説明する。図3は、本実施の形態に係るプロペラファン100における風の流れの例を示す図であり、図2に対応している。図3に示すように、第1領域51は翼2の外周側に位置しているため、第1領域51での翼2の移動速度は相対的に速い。これにより、第1領域51での翼面上の風速V1は、例えば最大風速となる。第1領域51の後縁24には幅P1の大きい切欠き25aが形成されているため、風速V1での風の流れを内周側の第1サブ領域53−1と外周側の第2サブ領域53−2とに大きく分散できる。したがって、騒音発生に寄与の大きい後縁24通過時の風速を低下させることができる。
第2領域52は第1領域51よりも内周側に位置しているため、第2領域52での翼2の移動速度は第1領域51よりも遅い。これにより、第2領域52での翼面上の風速V2は、風速V1よりも遅くなる。このため、第2領域52では、風の流れが後縁24を通過するときに後縁24から放出される後縁放出渦Waが支配的な騒音源となる。この第2領域52の後縁24には、第1領域51の切欠き25aよりも狭い幅P2を有する切欠き25bが設けられているため、第1領域51よりも小スケールの流れ現象である後縁放出渦Waを分散させることができる。
第3領域53では、第1領域51の切欠き25aにより分散された後の、風速V3の風の流れが生じる。この流れは風速V1の流れから分散された流れであることから、風速V3は風速V1よりも遅い。また、第3領域53が第2領域52よりも外周側に位置していることから、風速V3は風速V2よりも速い。すなわち、風速V1、風速V2及び風速V3の関係は、V1>V3>V2となる。第3領域53においても、風の流れが後縁24を通過するときに後縁24から放出される後縁放出渦Wbが支配的な騒音源となる。第3領域53での風速V3は第2領域52での風速V2よりも速いため、後縁放出渦Wbのスケールは、後縁放出渦Waよりもさらに小さいものとなる。第3領域53の後縁24には、第2領域52の切欠き25bよりも狭い幅P3を有する切欠き25c、25dが設けられているため、第2領域52よりも小スケールの後縁放出渦Wbを分散させることができる。
以上のように、本実施の形態では、翼2の後縁24に形成された切欠き25a、25b、25c、25dの幅が、径方向位置に応じて適切に設定される。このため、プロペラファン100の騒音をより低減することができるとともに、プロペラファン100の入力をより低減することができる。
実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係るプロペラファンについて説明する。図4は、本実施の形態に係るプロペラファン100のボス1及び1枚の翼2の構成を示す正面図である。なお、実施の形態1と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図4に示すように、第1領域51、第2領域52、第1サブ領域53−1及び第2サブ領域53−2の半径方向の幅は、それぞれR1、R2、R31及びR32となっている。第3領域53の半径方向の幅の合計は、第1サブ領域53−1の幅R31と第2サブ領域53−2の幅R32との和である。本実施の形態では、第3領域53の幅の合計R31+R32は、第1領域51の幅R1と同一になっている(R31+R32=R1)。ここで、本願明細書中の「同一」には、完全同一だけでなく、技術常識を考慮して実質的に同一とみなすことができる略同一の範囲も含まれる。
本実施の形態に係るプロペラファン100により得られる効果について説明する。図3に示したように、第3領域53での風の流れは、切欠き25aによって第1領域51から分散された流れである。本実施の形態では、第3領域53の幅の合計R31+R32と第1領域51の幅R1とが同一であるため、分散前の流れの幅と分散後の流れの幅とを同一にすることができる。したがって、第3領域53で発生する後縁放出渦Wbをより効果的に分散させることができるため、プロペラファン100の騒音をより一層低減することができる。
本実施の形態では、第3領域53の幅の合計R31+R32と第1領域51の幅R1とが同一であるが、第3領域53の幅の合計R31+R32が第1領域51の幅R1よりも大きくても(R31+R32>R1)、同様の効果が得られる。
実施の形態3.
本発明の実施の形態3に係るプロペラファンについて説明する。図5は、本実施の形態に係るプロペラファン100のボス1及び1枚の翼2の構成を示す正面図である。なお、実施の形態1と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図5に示すように、本実施の形態では、切欠き25a、25b、25c、25dがいずれも三角形状に形成されている。これにより、切欠き25a、25b、25c、25dのそれぞれの谷部251の角度を鋭くすることができる。
第1領域51では、切欠き25aの谷部251の角度が鋭くなることによって、風速V1の風の流れを内周側の第1サブ領域53−1と外周側の第2サブ領域53−2とに効果的に分散できる。これにより、騒音発生に寄与の大きい後縁24通過時の風速をさらに低下させることができる。第2領域52及び第3領域53では、切欠き25b、25c、25dの谷部251の角度が鋭くなることによって、後縁放出渦Wa、Wbをより効果的に分散させることができる。したがって、プロペラファン100の騒音をより一層低減することができる。
実施の形態4.
本発明の実施の形態4に係るプロペラファンについて、既に示した図5を参照しつつ説明する。本実施の形態では、各切欠きの幅と深さとが同一になっている。すなわち、切欠き25aでは幅P1と深さH1とが同一になっており(P1=H1)、切欠き25bでは幅P2と深さH2とが同一になっており(P2=H2)、切欠き25c、25dでは幅P3と深さH3とが同一になっている(P3=H3)。上述のように、各切欠きの深さは、当該切欠きの両側に隣接する2つの山部252を結んだ直線と、当該切欠きの谷部251と、の距離で定義される。本願明細書中の「同一」には、完全同一だけでなく、技術常識を考慮して実質的に同一とみなすことができる略同一の範囲も含まれる。
これにより、第1領域51では、切欠き25aの谷部251の角度が、風速V1の風の流れを内周側の第1サブ領域53−1と外周側の第2サブ領域53−2とに最も効果的に分散できる角度になる。これにより、騒音発生に寄与の大きい後縁24通過時の風速をさらに低下させることができる。第2領域52及び第3領域53では、切欠き25b、25c、25dの谷部251の角度が、後縁放出渦Wa、Wbを最も効果的に分散できる角度になる。以上により、プロペラファン100の騒音をより一層低減することができる。
上記の各実施の形態は、互いに組み合わせて実施することが可能である。
1 ボス、2 翼、21 外周縁、22 内周縁、23 前縁、24 後縁、25a、25b、25c、25d 切欠き、51 第1領域、52 第2領域、53 第3領域、53−1 第1サブ領域、53−2 第2サブ領域、100 プロペラファン、251 谷部、252 山部、RC 回転軸、Wa、Wb 後縁放出渦。

Claims (8)

  1. 回転軸上に配置されたボスと、
    前記ボスの外周に配置され、前縁及び後縁を有する翼と、を備え、
    前記翼は、
    第1領域と、
    前記第1領域よりも内周側に位置する第1サブ領域と、
    前記第1領域よりも外周側に位置する第2サブ領域と、を有しており、
    前記第1領域の後縁には、1つの切欠きが形成されており、
    前記第1サブ領域の後縁及び前記第2サブ領域の後縁には、それぞれ複数の切欠きが形成されており、
    前記第1領域の前記1つの切欠きの大きさは、前記第1サブ領域及び前記第2サブ領域の前記複数の切欠きのそれぞれの大きさよりも大きいプロペラファン。
  2. 前記第1領域の前記1つの切欠きの幅は、前記第1サブ領域及び前記第2サブ領域の前記複数の切欠きのそれぞれの幅よりも大きい請求項1に記載のプロペラファン。
  3. 前記第1領域の前記1つの切欠きの深さは、前記第1サブ領域及び前記第2サブ領域の前記複数の切欠きのそれぞれの深さよりも大きい請求項1又は請求項2に記載のプロペラファン。
  4. 前記第1サブ領域の半径方向の幅と前記第2サブ領域の半径方向の幅との合計は、前記第1領域の半径方向の幅と同一又はそれより大きい請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のプロペラファン。
  5. 前記第1領域は、前記翼の半径方向中間部よりも外周側に位置する請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のプロペラファン。
  6. 前記第1領域の前記1つの切欠き、前記第1サブ領域の前記複数の切欠き及び前記第2サブ領域の前記複数の切欠きは、前記後縁に沿って連続的に形成されている請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載のプロペラファン。
  7. 請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のプロペラファンを備えた空気調和装置。
  8. 請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のプロペラファンを備えた換気装置。
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