JPH06173895A - プロペラファン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は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
よる騒音を低減したプロペラファンを提供することを目
的とする。 【構成】 本発明は羽根の外周縁部に、流体主流方向に
傾斜した小翼を設けたことを特徴とするプロペラファン
を構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば空調装置の熱交
換器内を流動する作動ガスの冷却または加熱を行う空気
等の媒体をポンプする送風機あるいは換気装置等に用い
られる、プロペラファンを用いた送風装置の低騒音化に
好適な、プロペラファンに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２は従来の送風装置の要部の斜視図
で、送風装置１００を構成する主要部はプロペラファン
１０とベルマウス２０である。これを、流れの下流Ａか
ら上流Ｂに向かう斜視図にて示す。図に於て、１０はプ
ロペラファン、２０はベルマウスである。

【０００３】プロペラファン１０は円筒状のボス１１と
複数の羽根１２から成り、羽根１２はボス１１の外周表
面の円周方向に沿い複数個植設乃至一体に設けられてい
る。羽根１２はボス１１の中心軸を１１２とし正方向を
矢印方向Ｐに決めると、左捩じれ曲面を成し、大きさは
ボス１１の外表面１１１に加えて前縁１２１、外縁１２
２、後縁１２３及び各々の縁を滑らかに連結する前連結
部１２４ａ、後連結部１２４ｂで限界され、概略前縁部
が尖った形態を成す。此処に外縁１２２の形態に関係し
軸１１１に対する半径の大きさは一定で直径ｄを成す。

【０００４】ベルマウス２０はプロペラファン１０の外
径ｄに対し所定の隙間εを成す直径Ｄ、厚さｔの円弧状
オリフィス２１を設けた板状体である。ベルマウス２０
とプロペラファン１０は適宜の手段で同軸上に固定さ
れ、プロペラファン１０は図示しない電動機、内燃機
関、プーリ等の駆動手段で駆動される。

【０００５】今、プロペラファン１０が白抜き矢印Ｎで
示す右方向に回転すると、上流Ａから下流Ｂに向かい中
心軸１１２の正方向の流れが生じる。此の種のプロペラ
ファン１０は、低静圧で大風量を得る為、即ち送風性能
向上の為、オリフィス２１の厚さｔを薄くし、羽根１２
を上流側に突き出す構造が一般に用いられる。

【０００６】この様子は図１２の円周方向に沿い外方か
ら中心に向かうＢ−Ｂ展開図で示した図１４に示してあ
る。図１４に於て２１ａはオリフィス２１の前縁であ
り、ベルマウス２０の前縁でもある。

【０００７】２１ｂはオリフィス２１の後縁であり、オ
リフィス２１は幅ｔの帯状を成し、羽根１２の外縁１２
２の投影は羽根数に応じて等間隔に並ぶ。Ｌ_f ，Ｌ_b は
夫々オリフィス２１の前縁及び後縁に対する突出量を示
し、前縁２１ａに対し大きく突出しているのが解る。

【０００８】プロペラファン１０は樹脂製の場合はボス
１１と羽根１２は一体に成形されるのが一般であるが、
ボス１１と羽根１２を別体に加工して一体に組み立てる
場合も用途により材料を選択的に用いて行われる。いず
れの場合も、羽根１２の外縁１２２の羽根の厚み方向断
面はバリ取りを施した程度の鋭い形状をなしている。こ
の様子を図１２のＣ−Ｃ断面により図１６に示す。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の送風装
置１００では、羽根１２の外縁１２２の大部分はベルマ
ウス２１の厚みからはみだしていること、及び図１６に
示すように羽根１２の流れに対する迎え角ψが図１６に
示すように大きいこともあり、羽根１２の曲面の半径方
向に沿う流れ成分による流れの剥離が起こり、図１４に
示す所謂チップ渦３０が発生しやすい。

【００１０】チップ渦３０の発生状況を模式的に図１３
に及び図１４に示す。図１３に示す如く羽根１２の外縁
の上流で発生したチップ渦３０は下流に流されベルマウ
ス２０に衝突する。また図１４に示す如く羽根１２の外
縁の上流で発生したチップ渦３０は翼間を流れてファン
の作動点によっては次の羽根１２に衝突することもあ
る。これは図１５に示す翼間流れの流速に関する２次流
れの測定結果から窺える。図中３１はチップ渦中心を示
す。

【００１１】以上のチップ渦３０がベルマウス２０や羽
根１２に衝突すると、乱れによる圧力変動が発生し、騒
音発生の原因になるという問題があった。

【００１２】本発明は上記問題解決のため、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したプロペラフ
ァンを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題の解決
手段として、次の（１）〜（５）に記載のプロペラファ
ンを提供しようとするものである。

【００１４】（１）羽根の外周縁部に、流体主流方向に
傾斜した小翼を設けたことを特徴とするプロペラファ
ン。

【００１５】（２）上記（１）記載のプロペラファンに
おいて、小翼の半径方向に対する傾斜角度θ、小翼の放
射方向実幅ｌ、羽根の外周縁の直径即ち、ファン外径を
ｄとしたとき、小翼の緒元を θ ＝１５〜７０° ｌ／ｄ≦０．０４ に選択したことを特徴とするプロペラファン。

【００１６】（３）上記（２）記載のプロペラファンに
おいて、 θ ＝４５±２０° ｌ／ｄ＝１．２５±０．７５％ に選択して、低騒音化の最適化を測ったことを特徴とす
るプロペラファン。

【００１７】（４）羽根の外周縁部を鋸歯状に形成して
なることを特徴とするプロペラファン。

【００１８】（５）羽根の外周縁部の前縁に丸みをつけ
たことを特徴とするプロペラファン。

【００１９】

【作用】本発明は上記のように構成されるので次の作用
を有する。

【００２０】（１）上記（１）の構成にあっては羽根の
外周縁部に、流体主流方向に傾斜した小翼を設けるの
で、外縁部に起きる流れの剥離に原因するチップ渦とベ
ルマウスとの干渉及びチップ渦と下流の羽根と干渉する
ことによる送風装置の騒音を低減できる。

【００２１】（２）上記（２）の構成にあっては、図
３、図４に示すように半径方向のプロペラファンの翼幅
をｌ、ファンの直径をｄ及び小翼の傾斜角をθとすると
き、ｌ／ｄは０．０４以下でθが１５〜７０°の範囲に
大きな騒音低減効果が認められるため、これらの値をも
って数値限定した。

【００２２】（３）上記（３）の構成にあっては、図
３、図４に示すように、上記（２）の限定数値のうち、
ｌ／ｄは１．２５、θは４５°で最大の騒音低減効果が
認められるため、これらの値をもって数値限定した。

【００２３】（４）上記（４）の構成にあっては、羽根
の外周縁部を鋸歯状に形成するので、羽根に流入する流
れは鋸歯状の突起により分断され、大規模なチップ渦の
発生が抑えられる。

【００２４】（５）上記（５）の構成にあっては、羽根
の外周縁部の前縁に丸みをつけるので羽根に流入する空
気の流れはこの丸みに沿って流れるため、剥離による大
規模なチップ渦の発生が抑えられる。

【００２５】

【実施例】本発明の第１〜第３実施例を図１〜図１１に
より説明する。なお、従来例または先の実施例と同様の
構成部材には同符号を付し、説明を省略する。

【００２６】（第１実施例）請求項１〜３の発明に係る
第１実施例を図１〜図６により説明する。図１は本実施
例のプロペラファンの図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、図２は図１（ｂ）の上部近
傍の拡大図、図３は本実施例の小翼の無次元幅ｌ／ｄを
パラメータにした騒音低減効果特性図、図４は小翼の傾
斜角θをパラメータにした騒音低減効果特性図、図５は
小翼の緒元θ、ｌ／ｄの最適値付近での騒音特性図、図
６は小翼の諸元θ、ｌ／ｄの最適値付近での空力特性図
で、（ａ）は静圧効率特性、（ｂ）は静圧圧力係数特
性、（ｃ）は比騒音特性の各図である。

【００２７】図１及び図２において、プロペラファン１
０は羽根１２ａの外縁１２２の外方に半径と角度θをな
し羽根１２の回転方向に傾斜し幅ｌを成す小翼５０が設
けられている。そのほかは従来例と同一であり説明を省
略する。

【００２８】上記構成の作用と騒音低減に対する効果は
図３及び図４に示す様に、半径方向の翼幅ｌ及び小翼５
０の傾斜角θの関数である。図３はθ＝４５°の場合に
つき、従来のものの騒音特性を基準にした騒音低減効果
を、翼幅ｌをファンの直径ｄで無次元表示した無次元幅
ｌ／ｄを変数にして示したものである。

【００２９】これから、ｌ／ｄ≦０．０４が騒音低減効
果の出る範囲であることが分かる。更にｌ／ｄ＝０．０
１付近で最大の騒音低減効果が得られる事が分かる。ま
た上記小翼５０の騒音低減特性は傾斜角度θの関数でも
あり、これを無次元幅ｌ／ｄを助変数に採り、ｌ／ｄ＝
０．０１，０．０２５の場合に対し傾斜角度θを変数に
採って図４に示した。

【００３０】図４では、ｌ／ｄが大きくなれば図３と同
じ様に騒音低減効果は低下するが、傾斜角θ＝４５°付
近で最大の効果が得られる。ｌ／ｄ＝０．０１に対しθ
＝１５°〜７０°に選択すれば騒音低減効果が得られる
事が分かる。

【００３１】図５は小翼５０の諸元θ、ｌ／ｄの最適値
付近での騒音特性図を示し、広い周波数範囲で騒音レベ
ルが低下している事が分かる。

【００３２】図６は小翼５０の諸元θ、ｌ／ｄの最適値
付近での空力特性で、（ａ）は静圧効率特性、（ｂ）は
静圧圧力係数特性、（ｃ）は比騒音特性を示し、流量係
数φを変数に採って示してある。これから広い流量係数
の範囲で、（ａ）静圧効率、（ｂ）静圧圧力係数、共に
従来のファン特性を上回ることが分かる。比騒音特性
も、上述の特性から流量係数φの広い範囲で騒音低下効
果が得られることが分かる。

【００３３】以上の通り、本実施例によれば羽根外縁部
がベルマウスから突出しているプロペラファンの羽根外
縁部に小翼を設けるので外縁部に起きる流れの剥離に原
因するチップ渦とのベルマウスとの干渉及び下流の羽根
と干渉することによる送風装置の騒音を低減できるとい
う利点がある。

【００３４】（第２実施例）請求項４の発明に係る第２
実施例を図７、図８により説明する。

【００３５】図７は本実施例のプロペラファンの図で、
（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、
図８は羽根（プロペラファン）の周縁近傍の破断斜視図
で比較した本実施例と従来例との流れ（気流）の説明図
である。

【００３６】両図において、１２ｂは羽根、５１は羽根
１２ｂの鋸歯状周縁である。その他の構成は従来例と同
様である。

【００３７】次に上記構成の作用について説明する。

【００３８】図７に示すように、羽根１２ｂの外周は鋸
歯状周縁５１を有しているため、図８に示すように、羽
根１２ｂに流入する空気の流れは鋸歯状周縁５１の突起
により分断されるので、大規模なチップ渦の発生が抑え
られる。これによって、この渦が下流にあるベルマウス
２０や羽根１２ｂと衝突すると乱れが発生して騒音を発
生していたものが軽減され、ファン騒音を低くすること
ができる。一方、羽根１２ｂの外周端を鋸歯状周縁５１
にする場合のファン空力性能に与える影響は、鋸歯状の
突起は小さいため、空力性能に与える影響もほとんどな
く騒音のみが低下するだけであるので、羽根１２ｂの外
周端を鋸歯状周縁５１にすることによるデメリットはほ
とんどない。

【００３９】以上の通り、本実施例によれば羽根の外周
縁を鋸歯状周縁とするので、それによって空気流が分断
され、大規模なチップ渦の発生が抑えられ、それに伴う
騒音が低減できるという利点がある。

【００４０】（第３実施例）請求項５の発明に係る第３
実施例を図９〜図１１により説明する。

【００４１】図９は本実施例のプロペラファンの図で、
（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、
図１０は羽根（プロペラファン）の周縁近傍の断面で比
較した本実施例と従来例との流れ（気流）の説明図、図
１１は羽根（プロペラファン）の周縁近傍の断面図で比
較した本実施例と従来例との流れ（気流）の説明図で、
（ａ）は丸みが上流側に、（ｂ）は丸みが下流側に、
（ｃ）は丸みが上・下流両側にそれそれ形成された状態
を示す図である。

【００４２】図９、図１０において、１２ｃは羽根、５
２は羽根１２ｃの外縁を、羽根１２ｃの翼断面相当方向
に見た場合、端部に付された丸みである。その他の構成
は従来例と同様である。

【００４３】次に上記構成の作用について説明する。

【００４４】図９に示すように、プロペラファンにおい
て、羽根１２ｃの外周端の前縁に丸み５２を付けると、
図１０に示すように、羽根１２ｃに流入する流れはこの
丸み５２に沿って流れるため、剥離に伴う大規模なチッ
プ渦の発生が抑えられる。これによって、この渦が下流
にあるベルマウス２０や羽根１２ｃと衝突すると乱れが
発生して騒音を発生していたものが軽減され、ファン騒
音を低くすることができる。一方、ファンの仕事は円筒
面に沿った流れによりほとんどなされるため、羽根１２
ｃの外周端の前縁に丸み５２を付けることによるファン
空力性能に与える影響は、ほとんどなく、騒音のみが低
下するというメリットだけでデメリットはほとんどな
い。

【００４５】また、上述のような小さい前縁の丸み５２
では、流れの剥離に対処できない場合には、図１１に示
すように積極的に丸みを付加し流れを改善することがで
きる。

【００４６】図１１に於て、（ａ）は羽根１２ｃの外周
端の前縁に丸み５２ａを上流側のみに突き出したもの、
（ｂ）は羽根１２ｃの下流側のみに丸み５２ｂを突き出
したもの、（ｃ）は羽根１２ｃの上・下流に丸み５２ｃ
を突き出したものである。

【００４７】図１１に示すように羽根１２ｃの外周端に
丸み５２ａ〜５２ｃを付けることによって、羽根１２ｃ
の横から流入する流れは、コアンダ効果により丸み５２
ａ〜５２ｃに付着するのでこの部分での剥離は抑えら
れ、大規模なチップ渦の発生が抑えられる。この結果、
上述の丸み５２と同様な効果が得られる。

【００４８】以上の通り、本実施例によれば、羽根の外
周端に丸みをつけるので空気流れが丸みに沿って流れ、
剥離が抑制され、チップ渦が生じないのでそれに伴う騒
音が低減できるという利点がある。

【００４９】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されるので次
の効果を有する。

【００５０】即ち、本発明によれば羽根の曲面の半径方
向に沿う流れ成分の流れに剥離が起らず、チップ渦の発
生が抑えられるため、それに基因する騒音が生ぜず、静
粛なプロペラファンが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のプロペラファンの図で、
（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、

【図２】図１（ｂ）の上部近傍の拡大図、

【図３】第１実施例の小翼の無次元幅ｌ／ｄをパラメー
タにした騒音低減効果特性図、

【図４】第１実施例の小翼の傾斜角θをパラメータにし
た騒音低減効果特性図、

【図５】第１実施例の小翼の諸元θ、ｌ／ｄの最適値付
近での騒音特性図、

【図６】第１実施例の小翼の諸元θ、ｌ／ｄの最適値付
近での空力特性図で、（ａ）は静圧効率特性、（ｂ）は
静圧圧力係数特性、（ｃ）は比騒音特性の各図、

【図７】本発明の第２実施例のプロペラファンの図で
（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、

【図８】第２実施例の羽根の周縁近傍の破断斜視図で比
較した、本実施例と従来例との流れの説明図で、（ａ）
は従来例の図、（ｂ）は本実施例の図、

【図９】本発明の第３実施例のプロペラファンの図で、
（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、

【図１０】第２実施例の周縁近傍の断面で比較した本実
施例と従来例との流れの説明図で、（ａ）は従来例の
図、（ｂ）は本実施例の図、

【図１１】第２実施例の羽根の周縁近傍の断面で比較し
た本実施例と従来例との流れの説明図で、（ａ）は丸み
が上流側に、（ｂ）は丸みが下流側に、（ｃ）は丸みが
上・下流両側にそれぞれ形成された状態での流れの図、

【図１２】従来の送風装置の斜視図、

【図１３】従来の送風装置におけるチップ渦の模式図、

【図１４】従来の送風装置におけるチップ渦の翼間流れ
の説明図、

【図１５】従来の送風装置の翼間流れの流速シミュレー
ション結果の説明図、

【図１６】従来の送風装置の羽根外縁近傍をいわゆる翼
断面で見た状態における流れ剥離の模式図である。

【符号の説明】

１０ プロペラファン １２ａ〜１２ｃ 羽根 ５０ 小翼 ５１ 鋸歯状周縁 ５２，５２ａ〜５２ｃ 丸み

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 羽根の外周縁部に、流体主流方向に傾斜
   した小翼を設けたことを特徴とするプロペラファン。
2. 【請求項２】 請求項１記載のプロペラファンにおい
   て、小翼の半径方向に対する傾斜角度θ、小翼の放射方
   向実幅ｌ、羽根の外周縁の直径即ち、ファン外径をｄと
   したとき、小翼の緒元を θ ＝１５〜７０° ｌ／ｄ≦０．０４ に選択したことを特徴とするプロペラファン。
3. 【請求項３】 請求項２記載のプロペラファンにおい
   て、 θ ＝４５±２０° ｌ／ｄ＝１．２５±０．７５％ に選択して、低騒音化の最適化を測ったことを特徴とす
   るプロペラファン。
4. 【請求項４】 羽根の外周縁部を鋸歯状に形成してなる
   ことを特徴とするプロペラファン。
5. 【請求項５】 羽根の外周縁部の前縁に丸みをつけたこ
   とを特徴とするプロペラファン。