JP6634589B2 - 送風機羽根車 - Google Patents

Description

本発明は、居室内の天井や壁、床面に設置され、直接気流による体感温度の減少や室内の空気の循環に使用される送風機に関するものである。

従来の送風機の羽根車の形状として、例えば、特許文献１に記載される構成が示されている。
以下、その構成について、図５及び図６を参照しながら説明する。

図５に従来の送風機羽根車の吹き出し方向から見た形状を示す正面図、図６に従来の補助翼がついた送風機羽根車の吹き出し方向から見た正面図を示している。

図５に示すように、羽根車１０１は、回転軸を有するハブ１０２と、ハブ１０２の外周に形成される複数の翼１０３を具備している。さらに、翼１０３の形状は、前縁１０４と、後縁１０５を有している。回転駆動により前縁１０４から空気が流入し翼面で昇圧された後、後縁１０５から吹き出される。

また、図６に示すように、補助翼付き羽根車は、翼１０３の翼端側に補助翼１０６が回転方向に向かって鋭角的に突出して設けられ、先端は空気が流入する補助翼前縁１０７がある。回転駆動により、翼１０３の前縁１０４から空気が流入するとともに、補助翼１０６の補助翼前縁１０７からも空気が滑らかに流入し翼面で昇圧された後、翼１０３の後縁１０５から吹き出されるようにして、流量特性を向上させる。

特許第３０７７３７１号公報

従来の送風機羽根車、あるいは従来の補助翼付き羽根車では、羽根車直後の半径方向の風速分布は、翼端側に風速の最大値があり、そこから急激に速度が減少しているため、離れた場所では風が拡散してしまい、強い風が届かないという課題を見出した。

これは、例えば図５、図６に示す従来の送風機の場合、気流の流れを解析し、翼面の空気の流れを観察していくと、以下の様な気流になっていることが確認できたからである。

すなわち、空気は、羽根車１０１の前縁１０４から流入し、翼面で昇圧された後に、後縁１０５から吹き出される。羽根車１０１の翼端側は、回転中心に比べて半径が大きいため、周速度が大きくなり、そのため吹き出し風速の、半径方向の分布は、翼端側で速度の最大値を持つ形となる。また、従来の補助翼付き送風機羽根車においても、補助翼１０６から流入した気流は、羽根車１０１の後縁１０５から吹き出されており、送風効率は従来の送風機羽根車より良くなるが、羽根車直後の半径方向の風速分布は、従来の送風機羽根車と同様に翼端側で風速の最大値を持つ形となる。翼端側には、羽根車の周囲で静止している空気に近く、静止している空気と大きな速度差があるため、粘性作用により風速が減衰する。つまり、翼端側に風速の最大値があると、周囲の静止している空気と接触する面積が大きくなるため、風速が減衰しやすくなる。

そこで本発明は、上記課題を解決するものであり、離れた場所にも強い風が届く送風機羽根車を提供することを目的とする。

本願は、離れた場所にも強い風を届けるために、中心の風速を減衰しにくくする構成を考案したものである。

すなわち、本発明に係わる送風機羽根車は、回転中心に回転軸を有するハブと、前記ハブの周囲に複数配列した主翼を備え、前記主翼には、空気が流入する主翼前縁と、空気が流出する主翼後縁と、前記主翼の外周側で、前記主翼前縁の径方向の外側から前記主翼後縁の径方向の外側までの主翼翼端を有し、前記各主翼翼端に補助翼を設け、前記補助翼には、空気が流入する補助翼前縁と、空気が流出する補助翼後縁と、前記補助翼の外周側で、前記補助翼前縁の径方向の外側から前記補助翼後縁の径方向の外側までの補助翼翼端と、前記補助翼の内側で、前記補助翼前縁の径方向の内側から前記補助翼後縁の径方向の内側までの補助翼内翼端を有し、前記主翼には、翼弦長が最大の最大翼弦長Ｌｍａｘとなる箇所を有し、前記補助翼内翼端は、前記最大翼弦長Ｌｍａｘの０．２５倍から０．７倍の長さで、前記補助翼内翼端は前記主翼翼端の一部と共有し、前記補助翼の取付角を、前記補助翼内翼端から前記補助翼翼端にかけて単調減少するように設定したものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、回転中心に回転軸を有するハブと、前記ハブの周囲に複数配列した主翼を備え、前記主翼には、空気が流入する主翼前縁と、空気が流出する主翼後縁と、前記主翼の外周側で、前記主翼前縁の径方向の外側から前記主翼後縁の径方向の外側までの主翼翼端を有し、前記各主翼翼端に補助翼を設け、前記補助翼には、空気が流入する補助翼前縁と、空気が流出する補助翼後縁と、前記補助翼の外周側で、前記補助翼前縁の径方向の外側から前記補助翼後縁の径方向の外側までの補助翼翼端と、前記補助翼の内側で、前記補助翼前縁の径方向の内側から前記補助翼後縁の径方向の内側までの補助翼内翼端を有し、前記主翼には、翼弦長が最大の最大翼弦長Ｌｍａｘとなる箇所を有し、前記補助翼内翼端は、前記最大翼弦長Ｌｍａｘの０．２５倍から０．７倍の長さで、前記補助翼内翼端は前記主翼翼端の一部と共有し、前記補助翼の取付角を、前記補助翼内翼端から前記補助翼翼端にかけて単調減少するように設定したことにより、離れた場所にも強い風が届く送風機羽根車を提供するという効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１の送風機羽根車の正面図 本発明の実施の形態１の送風機羽根車の側面図 本発明の実施の形態１の主翼後縁と補助翼後縁が一致していない送風機羽根車の正面図 本発明の実施の形態２の送風機羽根車の正面図 従来の送風機羽根車の構成を示す正面図 従来の補助翼付き羽根車の構成を示す正面図

本発明の請求項１に係わる送風機羽根車は、回転中心に回転軸を有するハブと、前記ハブの周囲に複数配列した主翼を備え、前記主翼には、空気が流入する主翼前縁と、空気が流出する主翼後縁と、前記主翼の外周側で、前記主翼前縁の径方向の外側から前記主翼後縁の径方向の外側までの主翼翼端を有し、前記各主翼翼端に補助翼を設け、前記補助翼には、空気が流入する補助翼前縁と、空気が流出する補助翼後縁と、前記補助翼の外周側で、前記補助翼前縁の径方向の外側から前記補助翼後縁の径方向の外側までの補助翼翼端と、前記補助翼の内側で、前記補助翼前縁の径方向の内側から前記補助翼後縁の径方向の内側までの補助翼内翼端を有し、前記主翼には、翼弦長が最大の最大翼弦長Ｌｍａｘとなる箇所を有し、前記補助翼内翼端は、前記最大翼弦長Ｌｍａｘの０．２５倍から０．７倍の長さで、前記補助翼内翼端は前記主翼翼端の一部と共有し、前記補助翼の取付角を、前記補助翼内翼端から前記補助翼翼端にかけて単調減少するように設定したものである。

これにより、羽根車直後の径方向の風速分布において、取付角が次第に小さくなる補助翼があるため、風速の最大値が内側に寄り、最大風速と周囲の静止している空気と接触する面積を小さくし、補助翼内翼端の長さが最大翼弦長Ｌｍａｘの０．２５倍から０．７倍の長さで補助翼の取付角が次第に小さくなっているので、風速の最大位置から外周側に緩やかに速度を減少させることができるので、周囲の静止している空気の粘性作用による風速の減衰作用を緩和して、中心の風速を減衰しにくくするため、離れた場所にも強い風が届くという効果が得られる。

なお、補助翼内翼端の長さが最大翼弦長Ｌｍａｘの０．７倍より長いと主翼翼端の前縁寄りに流入する気流が阻害されて、最大風速が減少し、後縁から押し出される風の風速を確保することができなくなる。また、補助翼内翼端の長さが最大翼弦長Ｌｍａｘの０．２５倍より短いと、補助翼での十分な昇圧効果が得られず、風速の最大位置から補助翼端にかけての速度勾配が大きくなり、周囲の静止している空気の粘性作用を受けやすくなる。

また、請求項２に係わる送風機羽根車は、前記主翼翼端と前記補助翼内翼端が共有している半径方向の位置は、羽根車外径の０．６倍から０．８５倍としたものである。

これにより、羽根車直後の径方向の風速分布において、主翼翼端と補助翼内翼端が共有している半径方向の位置が羽根車外径の０．６倍から０．８５倍にあると、風速の最大位置から外周側に緩やかに速度を減少させることができるので、中心の風速が減衰しにくくなるため、離れた場所にも強い風が届くという効果が得られる。

なお、主翼翼端と補助翼内翼端が共有している半径方向の位置が羽根車外径の０．６倍より小さいところから存在していると、主翼の翼面積が小さくなり、風量が低下し、主翼翼端と補助翼内翼端が共有している半径方向の位置が羽根車外径の０．８５倍より大きいところから存在していると、風速最大位置が翼端側に寄り、風速最大位置から翼端にかけて速度の勾配が急になるので、風速の最大位置から外周側に緩やかに速度を減少させることはできない。

また、請求項３に係わる送風機羽根車は、前記主翼の取付角は、ハブ側から、前記主翼翼端にかけて単調減少するように設定したものである。

これにより、羽根車直後の径方向の風速分布において、風速の最大位置が、さらに内側に寄るため、中心の風速が減衰しにくくなり、離れた場所にも強い風が届くという効果が得られる。

また、請求項４に係わる送風機羽根車は、前記補助翼の後縁は、前記主翼の後縁と繋がっているものである。

これにより、風速の最大位置から外周側に緩やかに速度を減少させることができるので、中心の風速が減衰しにくくなるため、離れた場所にも強い風が届くという効果が得られる。

また、請求項５に係わる送風機羽根車は、前記補助翼前縁の形状は、回転方向に凹となっているものである。

これにより、補助翼前縁の凹んでいる部分から主翼側に空気が流入し、羽根車直後の径方向の風速分布において、中心の風速が減衰しにくくなり、離れた場所にも強い風が届くという効果が得られる。

また、請求項６に係わる送風機羽根車は、前記補助翼後縁は、回転方向と逆向きに突出した形状をしているものである。

これにより、羽根車直後の径方向の風速分布において、補助翼後縁が回転方向と逆向きに突出していない形状に比べて、風速の最大位置から外周側にさらに緩やかに速度を減少させることができるので、中心の風速が減衰しにくくなり、離れた場所にも強い風が届くという効果が得られる。
以下、本発明の実施の形態について説明をする。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態１の羽根車の正面図である。図２は本発明の実施の形態１の羽根車の側面図である。図３は、本発明の実施の形態１の主翼後縁と補助翼後縁が一致していない羽根車の正面図である。

図１に示すように、羽根車１は、回転中心に回転軸を有するハブ２と、ハブ２の外周側から半径方向外側に突出した主翼３を備え、その外周側に補助翼４を具備している。主翼３には、空気が流入する主翼前縁５と、空気が流出する主翼後縁６があり、主翼３の外周側で主翼前縁５の径方向の外側から主翼後縁６の径方向の外側までの主翼翼端７がある。主翼翼端７には補助翼４が設けられており、補助翼４には、空気が流入する補助翼前縁８と、空気が流出する補助翼後縁９があり、補助翼４の外周で、補助翼前縁８の径方向の外側から補助翼後縁９の径方向の外側までの補助翼翼端１０と、補助翼４の内側で、補助翼前縁８の径方向の内側から補助翼後縁９の径方向の外側までの補助翼内翼端１１がある。

主翼３は、ハブの周りに放射状に配置していることと、送風仕事を主に行う箇所である、つまり送風量を確保することから内側に比べて外側の面積を大きくしている。このことから、主翼翼端７寄りに最大翼弦長Ｌｍａｘとなる箇所がある。補助翼４の補助翼内翼端１１は、最大翼弦長Ｌｍａｘの０．７倍以下の長さとして、主翼翼端７の主翼前縁５寄りの領域に補助翼４が存在しない形状とすることで、主翼翼端７の主翼前縁５寄りの領域に空気を流入させることができる。

その理由は、主翼翼端７の主翼前縁５寄りの領域は、外側から空気が流入し、主翼３の翼面で昇圧されて、主翼後縁６から空気を流出させることで、主翼３の送風性能を向上させることができるからである。主翼翼端７の主翼前縁５寄りの領域から空気が流入しない場合には、主翼３の送風性能を向上させることはできない。

また、羽根車直後の半径方向の風速分布において、主翼３は、回転軌道をすることから主翼翼端７側に風速の最大値を持っているため、補助翼４は、その風速の最大値から補助翼翼端１０側にかけて緩やかに速度を減少させて、周囲の静止している空気の粘性作用による風速の減衰作用を緩和して、中心の風速を減衰しにくくすることが重要である。図２に示すように、補助翼内翼端１１から補助翼翼端１０にかけて、取付角を単調減少するように設定し、補助翼翼端１０寄りの部分では、送風仕事をしないようにして、吹出風速を小さくしている。

また、補助翼４の翼弦長が短いと、補助翼内翼端１１寄りの部分で送風仕事を十分にすることができなくなるため、吹出直後の半径方向の風速分布において、主翼翼端７側の風速の最大位置から、補助翼翼端１０にかけて急激に速度が低下するため、周囲の静止している空気の粘性作用により風速が減衰してしまうので、補助翼４の補助翼内翼端１１の翼弦長は最大翼弦長Ｌｍａｘの０．２５倍以上の長さが必要である。

一例として、羽根車１の大きさは、直径４００ｍｍで、主翼３の主翼翼端７は、回転中心から半径１５０ｍｍの位置にあり、最大翼弦長Ｌｍａｘは２５０ｍｍで、補助翼内翼端１１の取付角は２７°とした場合、吹出直後の半径方向の風速分布は、主翼３のハブ２側で７ｍ／ｓ、半径１３０ｍｍの位置で風速最大値８ｍ／ｓとなり、補助翼翼端１０側にかけて速度が減少する。

一方、羽根車直径が４００ｍｍと羽根車１と同じ直径の従来品の羽根車直後の半径方向の風速分布は、ハブ２側で３．５ｍ／ｓ、半径１５０ｍｍの位置で風速最大値７．５ｍ／ｓとなり、翼端側にかけて速度が減少する。

羽根車１の羽根車直後の半径方向の風速分布は、羽根車直径が４００ｍｍと羽根車１と同じ直径の従来品と比較すると、本実施の形態の羽根車１は、内側よりの風速が増加し、風速最大位置が内側に寄っている。羽根車直径が同じ４００ｍｍであるため、外周側の風速が０ｍ／ｓとなる位置は同じであるが、半径方向の風速最大位置が内側に寄っているため、風速の最大位置から外周側にかけて、速度の勾配を緩やかにすることができる。

また、主翼翼端と補助翼内翼端が共有している半径方向の位置は、羽根車１の直径の０．６倍から０．８５倍とすることで、風速の最大位置から外周側に緩やかに速度を減少させることができるので、中心の風速が減衰しにくくなる。

一方、主翼翼端７と補助翼内翼端１１が共有している半径方向の位置が羽根車１の直径の０．６倍より小さいところから存在していると、主翼３の翼面積が小さくなり、風量が低下し、また、主翼翼端７と補助翼内翼端１１が共有している半径方向の位置が羽根車１の直径の０．８５倍より大きいところから存在していると、半径方向の風速の最大位置が主翼翼端７側に寄り、風速の最大値から翼端にかけて速度の勾配が急になる。

また、主翼３の取付角を、ハブ２側から、主翼翼端７にかけて単調減少するように設定することで、羽根車直後の半径方向の風速分布において、風速の最大位置が、さらに内側に寄るため、中心の風速が減衰しにくくなる。

一例として、羽根車１の直径が４００ｍｍの場合、主翼３のハブ２側の取付角を３０°として、主翼翼端７の取付角を２０°とすることで、羽根車１の直後の半径方向の風速分布において、ハブ側の風速と、風速の最大位置での風速がほぼ同等となる。

また、主翼後縁６の主翼翼端７側と補助翼後縁９の補助翼内翼端１１側を一致させることで、最大風速の減少を抑制することができる。

一方、図３に示すように、主翼後縁６の主翼翼端７側と補助翼後縁９の補助翼内翼端１１側が一致せず、主翼後縁６の主翼翼端７側と補助翼後縁９の補助翼内翼端１１側の間に主翼翼端７がある形状だと、羽根車直後の半径方向の風速分布において、主翼３の主翼翼端７側の風速と補助翼４の補助翼内翼端１１側の風速の回転方向の位相がずれるため、主翼３の主翼翼端７側の風速と補助翼４の補助翼内翼端１１側の風速の両方が減速されてしまう。

また、補助翼前縁８の形状が、回転方向に凹となっていると、補助翼前縁８の凹んでいる部分から主翼３側に空気が流入し、羽根車直後の径方向の風速分布において、主翼３の風速が速くなり、中心の風速が減衰しにくくなる。

（実施の形態２）
図４において、実施の形態１と同一の部分は同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図４に示すように、補助翼４の補助翼後縁９が、回転方向と逆向きに突出した形状をしている。これにより、羽根車直後の径方向の風速分布において、補助翼後縁９が回転方向と逆向きに突出していない形状より、外周側に風速分布が広がり、速度の最大位置からさらに緩やかに速度が減少させることができるので、中心の風速が減衰しにくくなる。

本発明にかかる送風機羽根車は、離れた場所にも強風を届けることができるため、人に気流を当てて涼感を得るための扇風機や、室内の空気を循環させるためのサーキュレータとして有用である。

１ 羽根車
２ ハブ
３ 主翼
４ 補助翼
５ 主翼前縁
６ 主翼後縁
７ 主翼翼端
８ 補助翼前縁
９ 補助翼後縁
１０ 補助翼翼端
１１ 補助翼内翼端

Claims (6)

1. 回転中心に回転軸を有するハブと、前記ハブの周囲に複数配列した主翼を備え、
   前記主翼には、空気が流入する主翼前縁と、空気が流出する主翼後縁と、前記主翼の外周側で、前記主翼前縁の径方向の外側から前記主翼後縁の径方向の外側までの主翼翼端を有し、前記主翼翼端に補助翼を設け、
   前記補助翼には、空気が流入する補助翼前縁と、空気が流出する補助翼後縁と、前記補助翼の外周側で、前記補助翼前縁の径方向の外側から前記補助翼後縁の径方向の外側までの補助翼翼端と、前記補助翼の内側で、前記補助翼前縁の径方向の内側から前記補助翼後縁の径方向の内側までの補助翼内翼端を有し、
   前記主翼には、翼弦長が最大の最大翼弦長Ｌｍａｘとなる箇所を有し、前記補助翼内翼端は、前記最大翼弦長Ｌｍａｘの０．２５倍から０．７倍の長さで、前記補助翼内翼端は前記主翼翼端の一部と共有し、
   前記補助翼の取付角を、前記補助翼翼端において略零となるまで前記補助翼内翼端から前記補助翼翼端にかけて単調減少するように設定したことを特徴とする送風機羽根車。
2. 前記主翼翼端と前記補助翼内翼端が共有している半径方向の位置は、羽根車外径の０．６倍から０．８５倍であることを特徴とする請求項１に記載の送風機羽根車。
3. 前記主翼の取付角は、前記ハブ側から、前記主翼翼端にかけて単調減少するように設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の送風機羽根車。
4. 前記補助翼後縁の内側は、前記主翼後縁の翼端側と繋がっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の送風機羽根車。
5. 前記補助翼前縁の形状は、回転方向に凹となっていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の送風機羽根車。
6. 前記補助翼後縁は、回転方向と逆向きに突出した形状をしていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の送風機羽根車。

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