JPS63124899A - クロスフアン用ブレ−ド - 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〕 本発明は空調機器における送風材として使用されるクロ
スフローファンのブレードの形状に係り、特に高流量を
静寂に送風するのに最適な形状に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のクロスフローファンのブレードは、特開昭６０−
１７２９４．６０−１９９９０．６０−４３１９３に記
載のように、断面形状が凹凸のない板状あるいは翼形状
をしたブレードでありスパン方向にもこの断面形状が一
定で、かつねじり等のない２次元形状のものであった。

そして、クロスフローファンの騒音の発生メカニズムま
で考慮したブレード形状ではないため、静寂さを期待で
きるものではなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は静寂さを要求される空調機器用としては
、低騒音化のための騒音発生メカニズムを追求したブレ
ード形状を採用するといった配慮がなされていないとい
うよりは、騒音発生メカニズムが不明のまま低騒音化が
進められてきたために限界を突破できず騒音が高く、人
間にとって静寂さという快適環境を提供できないという
問題があった。

本発明は、空調機器に要求される快適環境のうち、最も
重要な１つである騒音に着目して、真の騒音発生メカニ
ズムを追求して開発した低騒音化技術を一般に提供する
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、ブレードにいわゆるコルゲート形状を採用
することによって達成される。

このことは、従来技術の比較的に低騒音化がなされたク
ロスフローファンについて、その騒音特性が航空機用ジ
ェットエンジンのノズルからのジェットの騒音特性と等
価であることに着目することによって、ジェット騒音の
具体的かつ有名な低騒音化手法の１つであるノズル断面
形状に凹凸をつけて組識的乱れ発生を防止する技術を応
用したものである。

以下、前記着目と応用について許可に説明する。

第２図はクロスフローファンを用いた空調機の一例であ
る。クロスフローファン１が矢印の方向に回転すると、
グリル２から空気が吸い込まれ、熱交換器３の間を通り
抜ける際に熱交換され、クロスフローファン１を通り抜
け、室内に吐出される構造をもつ、尚１図中４はハウジ
ング、５は配管である。このクロスフローファンの性能
向上、低騒音化のための研究はかなり古くから行れてお
り、現在ではファン主要諸元も最適化されたものとなり
、その代表的な流量−圧力、流量−騒音特性は第３区の
ようなものである。この第３図の中で最も特徴的なこと
は、流敞−騒音特性に示されており、それがまた、クロ
スフロ・−ファンの主騒音源の発生メカニズムの特徴を
表すことになる。すなわち、低騒音化のためにファン主
要諸元の最適化を行ったクロスフローファンの騒音特性
は、設計流量付近でほぼ最低の値となり、設計流量以上
の流量では雇音値がほぼ同じかまたは上がる傾向となる
。そして、設計流量以上では、従来の遠心、軸流、斜流
ファンでは観測されない程に、流量増加の方向に急激に
騒音値が上昇する傾向にある。

本発明に至るまで前までこの現象をクロスフローファン
独特の特徴であるという従来の常識でとらえていた。

しかし、ユーザーからの一層の低騒音化というより静寂
さを望まれるに至って、この特徴すなわち、流量増加に
対して騒音が大巾に増加する現象をもう一度見直してみ
た。第３図において、貫流ファンの流量に対する騒音特
性を次のように考えてみる。まず第１に最小騒音の存在
により、小流量域で騒音が増加する現象を貫流ファンの
小流量域での逆流等の一般的に言われる非定常現象と考
えて、この部分を騒音が急激に増加する領域と切離して
みる。すなわち、貫流ファンの騒音特性は逆流等がなけ
れば第３図の一点鎖線のようになる。

これは、以下の考察から貫流ファンの騒音発生源とその
特徴を表す重要な特徴となる。まず第１に、設計流量点
も含めて流量−騒音特性がほぼ直線であることは、この
範囲でフローパターンの変化すなわち乱れなど流れの変
動を発生する現象は本質的に変化せず、単に流量または
貫流ファン内部の代表速度が大きくなり騒音が高くなる
ことを示していること、第２に、その流量または流量に
密接に関係する代表速度の８乗に比例して騒音が高くな
ることの２点であり、特に流量または代表速度の８乗に
騒音が比例する事実は、従来の遠心、軸流、斜流ファン
では過去に例をみたことはなく、かつこれはＬｉｇｈｔ
　ｈｉｌｌの研究以来有名となった航空機用ジェットエ
ンジンのノズルからのジェット流からの騒音発生とその
特徴を同じにするものであることが判る。この事実は低
騒音化を進める上で重要な発見である。

上記考察が正しいとずろと、過去に理論的にも実験的に
もまた実用段諧でも大巾な０騒変化を実現できたジェッ
ト機騒音の有名な低騒音化技術を静寂さを要望されるク
ロスフローファンに適用できる道を開くことになる。

ジェット騒音と等価ということであれば、クロスフロー
ファンのブレードまわりの流量に、ジェノ１−機ノズル
からのジェット流と本質的に同じ流れが存在することに
なる。この存在を確認するため第４図を用いて予想され
るジエン１−流の位置を探りあてることにする。遠心、
軸流、斜流ファンではその翼設計は流れの剥離を生じな
いように、効率のよい迎え角の基で作動するように行う
、しかしクロスフローファンは、これらとはかなり異る
フローパターンをもたざるを得ない。すなわち。

熱交換器３からの空気は、本来吐出口でも空気に流速を
与えなければならないクロスフローファンブレード６に
吸い込まれ、中心部を流れて吐出し側ブレード６に吸い
込まれここでまたエネルギを与えられることになる。こ
の場合、従来の研究で。

ノーズ７近傍でブレード６の回転により渦８が発生する
こと、吸込側ではＡ部、吐出側ではＢ部を通る流体が圧
倒的に多いことが知られている。この場合、翼の最適化
は、吸込側で流れとマツチングを計り効率的にも最適化
しても、吐出側ではそのブレード形状がよいことにはな
らず、過去の研究結果では、吸込側、吐出側ともに通常
の翼理論では流れが剥離してもおかしくない迎え角をも
たざるを得ないことになる。特に吐出側のブレード間の
流速は、ノーズ７付近の渦８の存在と合いまって吸込側
に比べてかなり高いものとなる。このような考察をもと
に、吐出側の流れについて熱線風速計を用いてジェット
機ノズルからのジェット流と同じ流れが存在するか否か
をみたのが第５図である。第５図は吐出側ブレード６近
傍の絶対流れを示すものであり、これでも、従来の各種
ファンとは異なり、特に負圧面剪断流が圧力面剪断流と
ほぼ同じように明確にでており負圧面側に剥離面が存在
することが判る。これを相対系で表現したのが第６図で
あり、クロスフローファンのブレードまわりでは、圧力
面の薄い剪断流と負圧面での剥離に起因する剪断流が存
在するのかよく判る。

この２つの強い剪断流は、従来の遠心、軸流、斜流等で
は見ることのできないものであり、ただジェット機ノズ
ルのジェット流の中に見ることのできるものである。こ
の場合、剪断流の１つが負圧面の剥離面で構成されてい
ることは重要である。

すなわち、クロスフローファン騒音の発生主因が、遠心
ファン、軸流ファン騒音と異り、負圧面の剥離に伴って
生じるジェット流の流れに起因し、その特性がジェット
機騒音を全く同じであることを見いだしたことになる。

ジェット機騒音の低騒音化はノズルからの強い剪断流流
出に伴う組織的溝の発生を制御することで達成されたも
のであり、この技術をクロスフローファンにも適用でき
る道が開けたことになる。

〔作用〕

ジェット機騒音の代表的な低音化手法の１つであるノズ
ル断面形状に凹凸をつける手法は、これによって、ノズ
ルからのジェット剪断流から発生する乱れの組織的かつ
急激な成長をノズル断面形状の変化によって鈍化させる
機能をもっており。

これにより乱流騒音の大巾な低減が可能となる。

第７図、第８図Ａは低騒音ジェット機ノズル形状の代表
的なものを示したものである。第８図Ｂはジェット機ノ
ズル形状におけるコルゲート形状が低騒音化の効果を有
することを示す公知文献資料（共立出版株式会社発行、
昭和４２年「騒音対策と消音設計」福山基−著）のグラ
フである。

本発明は、２次元翼を採用したクロスフローファンの主
騒音源が、吐出側ブレード列の主流路部のフローパター
ンが圧力面と、負圧面の前縁剥離面がジェット機のノズ
ル内面に相当するジェット騒音であることに着目してな
されたものである。

このジェット流の様子を第９図に示す、また、第１０図
が本発明の基本的なものであり、本発明の代表的な実施
例を示す第１図中のＡ矢視図である。

このようにブレードの後縁部分でスパン方向に凹凸を設
けたコルゲート翼を採用することにより、上述のジェッ
ト騒音の低騒音化と同一の効果を得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の第１実施例を第１１図及び第１２図によ
り説明するクロスフローファンの羽根車は駆動用側板１
０と補強用側板１１、これら側板に取りつけられたブレ
ード６より構成され、これが原動機によって駆動され、
送風することができる０本発明に係るブレード６は図の
ように後縁部がコルゲート状になっており、特に圧力面
側のジェット流剪断流からの組織的乱れの発生を防ぐも
のであり、これにより低騒音化が実現できるとともに、
吸込側では流れ方向に鈍感となり、二次元翼のようなス
パン方向での一斉剥離を起こすことがなく、低騒音かつ
高出力、高効率のクロスフローファンとなる。

第１３図に示す第２実施例は、ブレードの前後縁をコル
ゲート状にしたものであり、圧力面、負圧面のジェット
剪断流からの組織的乱れ発生を防止できるものである。

このコルゲートブレードは、クロスフローファンのブレ
ードすべてに採用してもよいし、ブレードスパン方向に
断面形状が変化しない従来のブレードと交互に配置して
もよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ジェット機での大巾な低騒音化（最適
形状では断面−様なものに比べ２　、８　ｄＢの低減）
技術そのものの効果が実現できることになり、現状空調
材での一般的レベルである４０ｄＢ程度のものが３０ｄ
Ｂ台となり、一般家庭内では、空気を送る機械的騒音と
して感することはなくなり、存在感のない自然な空調が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す斜視図、第２＠は従来の
クロスフローファンを用いた空調機の断面図、第３図は
従来のクロスフローファンの特性を示す図、第４図は従
来のクロスフローファンの流れを解析するための図、第
５図は第４図の吐出側ブレード近傍の絶対流れを示す図
、第６図は第５図流れを相対流れとして示す図、第７図
は従来の低騒音ジェット機のノズルを示すための側面図
、第８図Ａは第７図のノズルの背面図、第８図Ｂは第８
図Ａのノズルの消音効果を示す図、第９図は従来のブレ
ード近傍の流れを示す図、第１０図は本発明に係るブレ
ード近傍の流れを示す図、第１１図は本発明の第１実施
例を示す全体図、第１２図は第１１図の拡大図、第１ａ
図は本発明の第２実施例を示す拡大図である。 １・・・クロスフローファン、２・・・グリル、３・・
・熱交換器、４・・・ハウジング、５・・・配管、６・
・・ブレード、７・・・ノーズ、８・・・渦、１０・・
・駆動用側板、１１・・・補強用側板。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ブレードの後縁、中央、前縁部のいずれか、また
   は２つ以上の部分、あるいはブレードの弦方向全搬にわ
   たって、ブレードスパン方向に凹凸を設け、コルゲート
   状とすることを特徴としたクロスファン用ブレード。
2. （２）特許請求の範囲第１項において上記コルゲートブ
   レードを、クロスフローフアンのブレードすべてに採用
   、またはブレードスパン方向に断面形状が変化しないブ
   レードと交互に配置して採用したことを特徴とするクロ
   スフローフアン。