JPH0849698A

JPH0849698A - 軸流ファン

Info

Publication number: JPH0849698A
Application number: JP18616794A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Goto; 一廣後藤; Isamu Nakamura; 勇中村; Susumu Fujita; 進藤田
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1994-08-08
Filing date: 1994-08-08
Publication date: 1996-02-20

Abstract

(57)【要約】【目的】送風効率の向上を達成させるために軸流ファ
ンの動翼形状を示す弦節比および動翼の取付角度の最適
条件を得、その結果低騒音の軸流ファンを得る。【構成】空調機器の室外機または送風機等のケーシン
グ内に設置される軸流ファンにおいて、軸流ファンを形
成する動翼の弦節比を１．０２〜１．１２とし、且つ動
翼の取付角を４０゜〜５０゜とし、且つファンの最外周
にて弦節比が最大となるようにしたことを特徴としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空調機器の室外機、送風
機等のケーシング内の限定空間内で使用する軸流ファン
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の軸流ファンは以下のような
状況下にある。 (A) 空調設備のための軸流ファンのファン形状を特定す
るための１つの尺度として弦節比が挙げられる。この弦
節比の最適値を得ることにより、高効率の軸流ファンを
得ることができることが知られている。また効率の良い
軸流ファンが得られることにより、目的とする一定風量
を達成するための軸流ファンの回転速度を低回転とする
ことができ、結果として騒音低減を得ることが可能とな
る。 (b) 軸流ファンの騒音低下を目的とした技術として特開
昭63-170589号公報に開示された技術が例示することが
できる。この技術はハブの回りに不等間隔に羽根を配置
し、かつ羽根相互の重なりをなくすようにしたものであ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は以下に
示す課題を有する。 (A) 従来の軸流ファンは実装状態における厳密な弦節比
の最適値を得ていない。従って、実装時において軸流フ
ァンの能力が十分に発揮されていない。それに伴って必
要な風量を得るための軸流ファンの回転数が上がり、結
果として騒音レベルが悪化している。 (B) 空調設備内に用いる軸流ファンの大きさには、設備
の大きさに起因する制限があるために、一定以上の大き
さにすることができない。その状態において、風量を上
げるためには、軸流ファンの駆動モータの回転数を上げ
るか、あるいは送風効率を上げる必要がある。上記の
(A)と(B)の条件から、目的とする一定風量を得てなおか
つ騒音を下げるためには、空調設備の実装条件において
軸流ファンの一回転あたりの送風効率を向上させること
が重要となり、この高効率の軸流ファンを達成すること
により軸流ファンの駆動モータの回転数を従来よりも下
げることができる。本発明はこの送風効率の向上を達成
させるために軸流ファンの動翼形状を示す弦節比および
動翼の取付角度の最適条件を得、その結果低騒音の軸流
ファンを得ることを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明による軸流ファンは空調機器の室外機また
は送風機等のケーシング内に設置される軸流ファンにお
いて、軸流ファンを形成する動翼の弦節比を１．０２〜
１．１２とし、且つ動翼の取付角を４０゜〜５０゜と
し、且つファンの最外周にて弦節比が最大となるように
したことを特徴としている。

【０００５】

【作用】このように動翼の弦節比の設定条件と、動翼の
取付角の設定条件を満たすことにより、空調設備の実装
環境時において最も効率の良い軸流ファンが得られる。

【０００６】

【実施例】以下本発明の軸流ファンの一実施例を添付図
面を参照して説明する。図１は本発明の軸流ファンを空
調機器の室外機に使用した状態を示す概略図、図２は図
１に示した軸流ファンの正面図、図３は図２に示した軸
流ファンの部分拡大図、図４は軸流ファンの一部を周方
向に切断した様子を示し、動翼形状のピッチｔと翼弦長
Ｌおよび取付角αを示すための説明図、図５の（ａ）は
弦節比と最大風量および騒音との関係を示すグラフ、
（ｂ）は弦節比とエンジン回転数または騒音との関係を
示すグラフ、図６は弦節比一定条件における取付角と最
大風量との関係を示すグラフ。図７は弦節比一定条件に
おける取付角の変更で生じる乱流の様子を示す説明図、
図８は動翼の内径外径間における弦節比の推移を示すグ
ラフ、図９は弦節比を様々に設定した状態において風量
一定条件で騒音レベルを示すグラフ、図１０は動翼の前
縁部の最先端部付近に周方向に沿った切り込み設けた部
分拡大図、図１１は動翼の前縁部付近に表裏へ連通する
小口径孔を複数設けた状態を示す部分拡大図、図１２は
動翼の前縁部の先端付近または動翼の外周縁の先頭付近
の縁形状に凹凸を設けた状態を示す部分拡大図、図１３
は動翼2bの外周縁に沿って長手方向の突起部を設けた状
態を示す部分拡大図、図１４は動翼2bの回転方向の先端
側にコーティング層を設けた状態を示す部分拡大図、図
１５は動翼2bの回転方向の先端側に表裏へ貫通する細長
い孔を設けた状態を示す部分拡大図である。

【０００７】図１において本発明の軸流ファンを冷媒熱
交換器に使用した環境状態を示し、1 は空調機器の室外
機、2 は軸流ファン、1aは冷媒熱交換器、1bはエンジン
冷却水用のラジエータ、1cはステー、1dは熱交換室、1e
は機関室、1fは配管室、1gはエンジンから構成される。
室外機1 は前方に（空気の吹き出し方向を前方とした場
合）熱交換室1d、後方に配管室1fおよび機関室1eが位置
決めされる構成から成り、熱交換室1dの後方および横側
方に冷媒熱交換器1aが各々設けられる。また後方の熱交
換器1aにはエンジン冷却用のラジエータ1bが併設され、
この熱交換室1dの前方中央にはステー1cで支持され、機
関室1eに設置されたエンジン1gの主軸に対し軸支された
軸流ファン2 が設けられ、さらにこの軸流ファン2 の外
周には動翼2bと非接触状態に位置決めされたシェラウド
1iが設けられている。一方、左右の冷媒熱交換器1aの外
側には空気流入方向の制御と必要に応じ粉塵除去効果を
兼ねそろえたフィン付きの空気流入口1hが設けられてい
る。そしてこのような環境下で軸流ファン2 を差動させ
ると配管室1fは大気圧に対し１〜３mmAq程度の負圧状態
となる。

【０００８】上述のように構成された本発明の軸流ファ
ンの使用環境では、軸流ファン2 の取り巻く冷媒熱交換
器1aとラジエータ1bと熱交換室1dとによって、軸流ファ
ンに流入する空気の流れが変化する。軸流ファン周辺に
何も物体が存在しない開放状態と異なり、このように周
辺に多くの風流を阻害する要素が多い場合には軸流ファ
ンへ流入する空気は偏流状態となる。このような設置環
境を十分に考慮せずに単体で設計された軸流ファンを使
用しても、設置時点では当初の性能を得ることはできな
い。従って、このような問題を解決するためには、軸流
ファンの設置に関する諸条件における代表的な条件にお
いて軸流ファンを実装し、その環境下において軸流ファ
ンの形成する各定数の最適値を得ることにより確実な高
性能を得ることができる。

【０００９】図２は軸流ファン2 の正面図、図３は図２
に示した軸流ファンの部分拡大図であり、これら図面を
参照して軸流ファンの形状の特徴および構成を説明す
る。図中において軸流ファンは動翼2b、ファンモータ2a
の駆動軸に軸支されるハブ2cとから成り、上記動翼2bは
ハブ2cに対し45゜の取付角で設けられ、前縁部2dの形状
は内周から外周へ移るに従って徐々に回転方向に成長さ
せる特徴を備えている。一方、後縁部2eは前縁部2dで決
定された形状を基準として弦節比（Ｌ／ｔ）の条件を
「１．０２＜Ｌ／ｔ＜１．１２」を満たすとともに内周
から徐々に外周に向かってＬ／ｔが徐々に大きくなるよ
うに設定する（図８中の本発明を参照）。なお、動翼2b
の最内周縁部においては取付環境を、最外周縁部におい
てはファン設計における常識的な丸め処理等を上記弦節
比の条件よりも例外的に優先させている。

【００１０】つぎに図４を参照して上記弦節比に関する
説明をする。図中で示した断面部分は、軸流ファンの一
部を周方向に切断した線端面が示されており、ｔはハブ
2c全周囲に対して取り付けられる動翼2bの枚数に対応す
るピッチ、Ｌは上記線端面位置における翼弦長、αは上
記線端面位置における取付角、4aは空気の流れの概略を
示す線、4bは動翼2bの前縁部で生じた渦が動翼2bの腹側
へ流れた乱流を示し、4cは動翼2bの前縁部で生じた渦が
動翼2bの背側に流れた乱流を示し、そして4dは乱流4bお
よび4cの双方が衝突するエリアを示す。そして図中に示
した定数ｔおよびＬを上述のとおり「１．０２＜Ｌ／
ｔ＜１．１２」を満たすように設定する。この弦節比
が決定した段階でさらに適切な取付角αを決定する。

【００１１】ところで、弦節比（Ｌ／ｔ）の条件を
「１．０２＜Ｌ／ｔ＜１．１２」を満たす理由を図５を
参照して説明する。図５（ａ）においては図１に示した
軸流ファンの取付環境において、軸流ファンの動翼形状
を示す弦節比を任意に設定した場合の取り得る最大の風
量と、その時点で生じた騒音を各々計測した結果を表し
ている。一方、図５（ｂ）は上記の（ａ）で計測された
結果を風量一定として表現し直したグラフである。これ
ら両グラフから明らかな通り弦節比が１．０２＜Ｌ／ｔ
＜１．１２を満たす範囲内において風量が十分に得ら
れ、しかも単位風量に対する騒音がこの範囲内において
顕著に低いことが明瞭に示されている。以上の測定結果
が弦節比を決定する理由である。

【００１２】つぎに、上記弦節比の最適値内において、
弦節比を変えずに取付角を可変させた場合の最大風量の
得られる取付角度の範囲を図６に示した。この図より、
本発明の動翼2bの取付角が４０〜５０゜の範囲において
従来の弦節比からなる動翼2bの測定結果に対し十分な風
量が得られることが実測的に得られた。なお、縦軸の最
大風量は相対値として表示してあるため絶対値は示して
いない。

【００１３】本発明の動翼2bの取付角を４０〜５０゜間
にすると最大風量の得られる理由を図７の説明図を参照
して説明する。図中において、取付角αを３５゜、４０
゜、５０゜、６０゜の４種類の代表的な角度を示した。
まず３５゜において乱流4bおよび乱流44cは動翼近傍に
おいて互いに接触し、エリア4dにおいてさらに大きな乱
流を形成し、その結果得られる風量が減衰している。と
ころが、αを４０゜以上にすることにより、このような
エリア4dは消滅するためこの理由による風量の減衰はな
くなる。一方、αが５０゜を越えると、今度は動翼2bの
後縁部付近から渦流が発生して大きな乱流が生じその結
果風量の減衰が始まる。このような理由で裏付けされる
ように、取付角は４０゜〜５０゜の範囲内にすることに
より最大風量が得られる。

【００１４】以上により弦節比および取付角の有効な範
囲が得られた。つぎに、これら取付角の有効な範囲内に
おいて、本発明の動翼2bの最適形状を図８のグラフの実
線で示した形状とした。すなわち、動翼2bの内周から外
周に向けて弦節比が大きくなるように、しかも動翼2bの
主要範囲内における最外周においてその弦節比が最大値
となるように動翼2bの形状を決定している。また、動翼
2bのシェラウド1iの隣接する最外周の端部においては例
外的に丸め処理を行っている。このような形状設定をし
た理由を以下に示す。

【００１５】動翼2bの回転で生じる遠心力によって内周
から外周方向に向かう空気の流れが生じ、内周よりも外
周付近において空気の流れは螺旋を顕著に呈し、外周に
いくに従って実質上の弦節比が小さくなる。このような
現象をなくすために、好ましくは弦節比を外周に行くに
従って大きくするように設計することが必要となる。な
お、本発明の弦節比の設定の是非を比較検証するため、
本発明と、弦節比を１以下に抑えた従来技術と、さらに
動翼2bの内周から外周の部分的に本発明の弦節比の範囲
に対応させた部分改良品とを図８に示し、さらにこれら
３種類の弦節比を有する動翼2bによって風量一定条件に
おける騒音の量を計測した例を図９に示す。この図で判
るように、３種類の動翼2bの中で突出して騒音が少ない
のが本発明の動翼2bであり、部分改良品においては、む
しろ大きな騒音が発生することが判明した。

【００１６】以上本発明の一実施例の構造および使用方
法を述べたが、各構成要素は必要に応じ下記に示した他
の実施態様を取り得る。

【００１７】図１０に図示したように動翼2bの前縁部2d
の最先端部付近に周方向に沿った切り込みを設ける。こ
のような状態の動翼2bを回転させると、この切り込みの
後縁部2e側に渦が生じる。また、この切り込みの有無に
関わらず前縁部2dでも渦が生じる。これら２つの渦の向
きは切り込みの形状を適宜選択することにより互いに逆
向きとすることが可能で、その手段により両渦によって
生じる乱流を相殺することができ、その結果同一回転で
得られる風量が大きく、かつ一定風量で生じる騒音を減
少させることができる。

【００１８】図１１に図示したように動翼2bの前縁部2d
付近に表裏へ連通する小口径孔を複数個設ける。このよ
うな状態の動翼2bを回転させると、この小口径孔に渦が
生じる。また、この小口径孔の有無に関わらず前縁部2d
でも渦が生じる。これら複数の渦の向きは小口径孔の設
置位置または大きさ選択することにより近接する渦の回
転方向または渦発生時点の圧力位相を互いに逆向きとす
ることができ、これによりこ複数の渦によって生じる乱
流を相殺することができるという作用が生じる。また更
にこの小口径孔によって生じる渦流は前縁部や外周部で
生じる渦流に比較して小さい、このような小さい渦流を
発生させることで、前縁部や外周部で生じる渦流の成長
を阻止する作用が生じる。以上の複数の作用により、同
一回転で得られる風量が大きく、従って一定風量で生じ
る騒音を減少させることができる。

【００１９】図１２に図示したように動翼2bの前縁部2d
の先端付近または動翼2bの外周縁の先頭付近の縁形状に
凹凸を設ける。このような状態の動翼2bを回転させる
と、この凹凸によって生じる渦の大きさが変化して、こ
の渦流を起因として生じる騒音の周波数成分が分散し、
騒音のピークレベルも低下させ、総合的に騒音レベルを
減少させることができる。また凹凸部で生じる小さい渦
流によって本来前縁部や外周縁部で生じるべき比較的大
きな渦が成長せずに拡散し、その作用により安定した乱
流が得られる。その結果、同一回転で得られる風量が大
きく、従って一定風量で生じる騒音を減少させることが
できる。

【００２０】図１３に図示したように動翼2bの外周縁に
沿って長手方向の突起部を設ける。このような状態の動
翼2bを回転させると、この外周縁部で生じた渦がこの突
起部による遮蔽効果により内周部へ移動することを阻止
し、その結果として乱流の発生が抑えられ、これにより
同一回転で得られる風量が大きくなり、従って一定風量
で生じる騒音を減少させることができる。

【００２１】図１４に図示したように動翼2bの回転方向
の先端側に微粒子素材から成るコーティング層を設け
る。このような状態の動翼2bを回転させると、層流境界
層が回転方向の後方側へ拡大し、乱流の領域が縮小す
る。これにより、動翼2bの動きを妨げる乱流が減少し、
その結果、同一回転で得られる風量が大きく、また、乱
流域減少により動翼で発生する騒音が減少し、効率向上
との相乗効果で一定風量で生じる騒音を十分に減少させ
ることができる。

【００２２】図１５に図示したように動翼2bの回転方向
の先端側に表裏へ貫通する細長い孔を設ける。このよう
な状態の動翼2bを回転させると、上記の細長い孔に渦が
生じる。また、この細長い孔の有無に関わらず前縁部2d
でも渦が生じる。これら複数種類の渦の向きは細長い孔
の設置位置または大きさを適宜選択することにより近接
する渦の回転方向または渦発生時点の圧力位相を互いに
逆向きとすることができ、これによりこれら複数の渦に
よって生じる乱流を相殺することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように構成した本発明の軸流ファ
ンは以下のような効果を奏する。動翼の弦節比の設定条
件と、動翼の取付角の設定条件を満たすことにより、空
調設備の実装環境時において最も効率の良い軸流ファン
が得られ、これにより単位回転あたりに動翼が得る風力
を最大とすることができ、また、この高効率条件におい
て軸流ファンの発生する騒音は逆に低下しているので、
同一風量を得る条件において騒音はきわめて減少する。
なお、この実装条件とは冷媒熱交換器やラジエータ等の
空気流の抵抗成分が付加されて軸流ファンの設置される
配管室が大気圧に対し１〜３mmAq程度の負圧状態になっ
ている環境を示す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の軸流ファンを空調機器の室外機に使用
した状態を示す概略図。

【図２】図１に示した軸流ファンの正面図。

【図３】図２に示した軸流ファンの部分拡大図。

【図４】軸流ファンの一部を周方向に切断した様子を示
し、動翼形状のピッチｔと翼弦長Ｌおよび取付角αを示
すための説明図。

【図５】（ａ）は弦節比と最大風量および騒音との関係
を示すグラフ、（ｂ）は弦節比とエンジン回転数または
騒音との関係を示すグラフ

【図６】弦節比一定条件における取付角と最大風量との
関係を示すグラフ

【図７】弦節比一定条件における取付角の変更で生じる
乱流の様子を示す説明図。

【図８】動翼の内径外径間における弦節比の推移を示す
グラフ

【図９】節弦比を様々に設定した状態において風量一定
条件で騒音レベルを示すグラフ

【図１０】動翼の前縁部の最先端部付近に周方向に沿っ
た切り込み設けた部分拡大図。

【図１１】動翼の前縁部付近に表裏へ連通する小口径孔
を複数設けた状態を示す部分拡大図。

【図１２】動翼の前縁部の先端付近または動翼の外周縁
の先頭付近の縁形状に凹凸を設けた状態を示す部分拡大
図。

【図１３】動翼2bの外周縁に沿って長手方向の突起部を
設けた状態を示す部分拡大図。

【図１４】動翼2bの回転方向の先端側にコーティング層
を設けた状態を示す部分拡大図。

【図１５】動翼2bの回転方向の先端側に表裏へ貫通する
細長い孔を設けた状態を示す部分拡大図。

【符号の説明】

図中 1 …室外機 1a…冷媒熱交換器 1b…ラジエータ 1c…ステー 1d…熱交換室 1e…機関室 1f…配管室 1g…エンジン 1h…空気流入口 1i…シュラウド 2 …軸流ファン 2a…ファンモータ 2b…動翼Ｌ／ｔ…弦節比 α…取付角Ｌ…翼弦長 4b…乱流 44c…乱流 4d…エリア 2d…前縁部 2e…後縁部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空調機器の室外機または送風機等のケーシ
ング内に設置される軸流ファン(2 )において、軸流ファ
ン(2 )を形成する動翼(2b)の弦節比（Ｌ／ｔ）を「１．
０２＜Ｌ／ｔ＜１．１２」とし、且つ動翼(2b)の取付角
（α）を「４０゜＜α＜５０゜」とし、且つファンの最
外周にて弦節比（Ｌ／ｔ）が最大となるようにしたこと
を特徴とする軸流ファン。
【請求項２】動翼(2b)の前縁部(2d)の最先端部付近に周
方向に沿った切り込みを設けることにより前縁部(2d)で
発生した渦流と上記切り込みにより発生した渦流を相殺
させて渦発生を減少させたことを特徴とする請求項１に
記載の軸流ファン。
【請求項３】動翼(2b)の前縁部(2d)付近に表裏へ連通す
る小口径孔を複数個設けることにより前縁部(2d)で発生
した渦流と上記小口径孔により発生した渦流を相殺させ
て渦発生を減少させたことを特徴とする請求項１に記載
の軸流ファン。
【請求項４】動翼(2b)の前縁部(2d)の先端付近または動
翼(2b)の外周縁の先頭付近の縁形状に凹凸を設けること
により前縁部(2d)で発生した渦流の大きさが変化して、
この渦流を起因として生じる騒音成分を分散させ騒音の
ピークレベルを低減させることを特徴とした請求項１に
記載の軸流ファン。
【請求項５】動翼(2b)の外周縁に沿って長手方向の突起
部を設けることにより外周縁部で生じた渦がこの突起部
による遮蔽効果により内周部へ移動することを阻止して
乱流の発生を抑えたことを特徴とする請求項１に記載の
軸流ファン。
【請求項６】動翼(2b)の回転方向の先端側に微粒子素材
から成るコーティング層を設けることにより動翼(2b)の
乱流発生をする領域を縮小させて乱流発生を減少させた
ことを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
【請求項７】動翼(2b)の回転方向の先端側に表裏へ貫通
する細長い孔を設けることにより前縁部2dで発生した渦
流と上記細長い孔により発生した渦流を相殺させて渦発
生を減少させたことを特徴とする請求項１に記載の軸流
ファン。