JPH0223300A - プロペラファン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は換気扇、空調機室外機等に用いられるプロペ
ラファンに関するものである。

［従来の技術］ 食違い角が大きい翼や、層流翼形を使用した翼で羽根車
を構成したプロペラファン、又は翼面に発達する境界層
を層流に保つように羽根の形状を最適化したプロペラフ
ァンでは、開放点近くで運転すると、渦流失に伴い特定
の周波数帯域の騒音が発生する。この状態を第１０図に
示す。

図中、（１）は翼、（ＩＡ）は翼（１）の負圧面、（Ｉ
Ｂ）は同じく圧力面、（２）は負圧面（ＩＡ）に発達す
る層流境界層で、（２ａ）はそこに生ずるＴ−８波、（
３）は翼（１）の圧力面（ＩＢ）に発達する境界層、（
４）は流失渦、θは食違い角である。

すなわち、流失渦（４）は翼（１）の後縁を離れるとき
、音波を発生し、その音波が上流に伝搬し、層流境界層
（２）中のＴ−８波（２ａ）を誘起する。翼（１）の後
縁をＴ−８波（２ａ）が通過するとき、後縁から渦が流
失し、また音波が発生する。このような現象の繰返しに
よって、特定の周波数帯域の騒音が発生する。

第１１図及び第１２図は、例えば特開昭５４−３９２０
７号公報に示された従来のプロペラファンで、上記渦流
失騒音を低減させようとするものであり、第１１図は要
部斜視図、第１２図は翼の横断面図である。

図中（５）は翼（１）の後縁に設けられた網状の突起。

（６）は突起（５）により発生した乱流境界層、（７）
はポテンシャル流である。

従来のプロペラファンは上記のように構成され、ポテン
シャル流（７）は翼（１）に軸流速度Ｃａ、相対速度Ｗ
い及び流入角β１で流入し、相対速度Ｗ２及び流失角β
、で流失する。また、Ｗ、ｎ及びβ２ｎは翼（１）に突
起（２）がないときの相対速度及び出口角度である。

さて、ポテンシャル流（７）の中に翼（１）を設置する
と１食違い角θが大きい場合、翼（１）の負圧面（ＩＡ
）に発達する層流境界層（２）は乱流境界層（６）に遷
移せず、後縁まで層流境界層（２）として存在する。層
流境角層（２）が翼（１）の後縁を通過するとき、特定
の条件が成立すると、上述のように渦流失騒音が発生す
る。そこで、翼（１）の後縁部に突起（５）を設けると
、負圧面（ＩＡ）の層流境界層（２）は突起（５）によ
って乱され、乱流境界層（６）に遷移する。

後縁部を通過する流れが乱流境界層（６）の場合は、層
流不安定に起因する渦流失騒音は大幅に減少する。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来のプロペラファンでは、翼（１）の後
縁に網状の突起（５）を設けたため、渦流失騒音は減少
するが、新たに次のような二つの問題点が生じる。

その一つは、翼（１）の後縁部に突起（５）を設けるた
め、突起（５）により発生する乱流境界層（６）の強度
が大幅に増加する点である。翼（１）から発生する騒音
は、上記のような周期的な渦流失によるものの外に、不
規則な乱流渦によるものがある。乱流渦による騒音は広
帯域騒音と呼ばれ、翼（１）の後縁を通過する乱流の強
度と、後流幅にほぼ比例して増加する。したがって、突
起（５）で乱流境界層（６）を発生させると、渦流失騒
音は減少するが乱流渦騒音が増加し、騒音の総計値は突
起（５）がない場合に比べてほぼ同じか、最悪の場合逆
に増加するという問題点がある。

他の一つは、翼（１）の後縁部に突起（５）を設けると
、負圧面（ＩＡ）の層流境界層（２）は突起（５）の先
端ではく離し、下流で再付着して乱流境界層（６）に遷
移する。ポテンシャル流（７）は大規模なはく離、再付
着の外側を流れるため、突起（５）がない場合と比べて
、翼（１）の後縁から流失するとき滑りが大きくなる。

すなわち、ポテンシャル流（７）は後縁から相対速度Ｗ
、ｎ及び流失角β２ｎで流失するところ、相対速度Ｗ２
及び流失角β、で流失することになる。ここで、翼（１
）が行う仕事は転向角β、−β２に比例するため、β２
〉β、ｎの場合、β、−β２〈β、−β２ｎとなるため
仕事量が減少し、その結果風量も減少するという問題点
がある。

この発明は上記問題点を解決するためになされたもので
、乱流渦に広帯域騒音を増加させることなく、更に風量
も減少させることなく、翼から発生する渦流失騒音を大
幅に低減できるようにしたプロペラファンを提供するこ
とを目的とする。

［ｉＩ題を解決するための手段］ この発明に係るプロペラファンは、翼の負圧面の後縁部
に後端に向かって低くなる段を１段以上設けたものであ
る。

［作　用］ この発明においては、翼の負圧面の後縁部に段を設けた
ため、負圧面上に発達する層流境界層は円滑に乱流境界
層に遷移する。

［実施例コ 第１図〜第３図はこの発明の一実施例を示す図で、第１
＠は正面図、第２図は第１図の■−■線断面図、第３図
は第２図の要部拡大図であり、従来装置と同様の部分は
同一符号で示す。

図中、（ｌａ）は翼（１）の前縁部、　（ｌｂ）は同じ
く後縁部、（１ｃ）は後縁部（１ｂ）に高さＨだけ低く
、長さＬに形成された段、　（ｌｄ）は翼（１）の後端
、（１ｅ）は段（ｌｃ）と翼（１）の境界で１段（１ｃ
）は圧力面（ＩＢ）と平行に、境界（１ｅ）は負圧面（
ＩＡ）と垂直に形成されている。（９）は翼（１）の回
転方向、（１０）は翼＜１）の翼弦線の中心線を連ねた
線、（１１）は層流再循環領域、　（１２）は境界層の
再付着点、　（１３）は層流境界層（２）が乱流境界層
（６）に遷移する混合領域である。

上記のように構成されたプロペラファンにおいては、翼
（１）の負圧面（ＩＡ）上を後縁部（１ｂ）に達した層
流境界層（２）は、境界（１ｅ）ではく離して境界（１
ｅ）と段（１ｃ）の間で渦を生じ、層流再循環領域（１
１）を発生させる。境界（１ｅ）ではく離した層流境界
層（２）は、層流再循環領域（１１）の外側を流れ、再
付着点（１２）で段（１ｃ）に付着する。付着した流れ
は混合領域（１３）を経て乱流境界層（６）に遷移する
。

後端（１ｄ）における境界層が乱流境界層（６）の場合
は、層流不安定に起因する渦流失騒音は発生しない。

境界（１ｅ）から再付着点（１２）までの距離Ｓは、５
＝６Ｈ〜７Ｈとなることが実験により判明している。ま
た、乱流境界層（６）の厚さは、境界（１ｅ）から３０
Ｈ程度離れると、段（１ｃ）の高さＨ程度となり、これ
よりも長くなると乱流境界層（６）が厚くなり過ぎて、
乱流騒音が増加する傾向になる。したがって、段（１ｃ
）の長さＬは６Ｈ〜３０Ｈあれば、渦流失騒音を減衰さ
せ、しかも乱流騒音を増加させることはない、また、段
（ＩＣ）の高さＨは、翼（１）の厚さをｄとすれば、０
．１ｄ＜Ｈ＜ｄの条件を満足させれば十分であることが
実験により確かめられた。

プロペラファンの送風作用は、翼（１）によりポテンシ
ャル流（７）である翼間流れが変化することによって達
成される。ポテンシャル流（７）は層流境界層（２）及
び乱流境界層（６）の外側の流れで、境界層の厚みによ
ってその方向が変化する。特に翼（１）の後縁部（１ｂ
）におけるポテンシャル流（７）が、翼（１）の負圧面
（ＩＡ）から離れると、ファンの送風性能は急激に低下
する。すなわち、ファンの行う仕事は転向角β１−β８
に比例するので、境界層が大きくはく離し、そのまま後
端（１ｄ）から流失したり、その厚みが大幅に大きくな
ったりすると、流失角β８が大きくなり、ファンの仕事
量は大幅に減少する。しかし、実施例のように段（１ｃ
）があれば１層流境界層（２）は小規模のはく離を起こ
すものの１段（ｌｃ）で再付着するので、ポテンシャル
流（７）が後縁部（１ｂ）で翼（１）から離れることは
ない。

その結果、ポテンシャル流（７）は翼（１）の後縁部（
１ｂ）に沿って流れるので、従来のものと異なり流量が
減少することはない。

また、第１図に示すような翼弦線中心点を連ねた線（１
０）が回転方向に前進し、かつファンの吸込み方向に前
傾しているような低騒音プロペラファンでは、その形状
によって翼（１）面の境界層の発達が抑制され、負圧面
（ｌａ）の境界層は層流のまま後縁部（１ｂ）から流失
している。この形式のプロペラファンに対して、段（１
ｃ）を翼（１）の後縁部（１ｂ）に設ければ、渦流失騒
音は消失し、かつ乱流騒音も低減できるので、極めて低
騒音のプロペラファンを構成することができる。

また、上記実施例では、段（１ｃ）を圧力面（１Ｂ）と
平行にし、境界（１ｅ）を負圧面（１＾）と直交するよ
うにしたが、第４図〜第９図の他の実施例に示すように
構成することも可能である。

すなわち、第４図は境界（１ｅ）面を後端（Ｉｄ）に向
かって傾斜させ、段（１ｃ）を圧力面（Ｉｂ）と平行に
したものである。第５図は段（ｌｃ）を後端（１ｄ）に
向がって低くなるテーパ状にし、境界（ｌｅ）面を負圧
面（ＩＡ）と直交させたものである。第６図は段（１ｃ
）を後端（１ｄ）に向かって低くなるテーパ状にし、境
界（１ｅ）面も後端（１ｄ）に向がって傾斜させたもの
である。第７図は境界（ｌａ）面と負圧面（ＩＡ）の交
差部に丸味を設け、段（１ｃ）を圧力面（ＩＢ）と平行
にしたものである。第８図は境界（１ｅ）面と負圧面（
ＩＡ）の交差部に丸味を設け、段（１ｃ）を後端（１ｄ
）に向がって傾斜させたものである。第９図は複数の段
（ｌｃｌ）（ｌｃ、　）を設けたもので、後端（１ｄ）
の厚みを薄くすることができるので、渦流失騒音は消失
し、乱流騒音も更に低減する。

［発明の効果］ 以上説明したとおりこの発明では、翼の負圧面の後縁部
に後端に向かって低くなる段を１段以上設けたので、乱
流騒音を大幅に増加させることなく、かつ風量を減少さ
せることなく、層流不安定による渦流契騒音を大幅に低
減することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるプロペラファンの一実施例を示
す正面図、第２図は第１図の■−■線断面図、第３図は
第２図の要部拡大図、第４図〜第９図はこの発明の他の
実施例を示す図で、第２図の要部拡大相当図、第１０図
〜第１２図は従来のプロペラファンを示す図で、第１０
図は渦流失説明図、第１１図は要部斜視図、第１２図は
第１１図の翼め横断面図である。 図中、（１）は翼、（ＩＡ）は負圧面、（１ｂ）は後縁
部、（ｌｃ）（１ｃ、）（ｌｃ、）は段、（１ｄ）は後
端である。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数枚の翼を有し、この翼の負圧面の後縁部に後端に向
   かって低くなる段を１段以上設けてなるプロペラファン
   。