JPWO2011141964A1 - 軸流送風機 - Google Patents

Abstract

翼の有効仕事の確保及び翼端渦の抑制によって低騒音化を図るようにした軸流送風機を提供する。本発明の軸流送風機は、翼３が、翼３の内周端から外周端までの翼弦中心点３４を結んだ翼弦中心線３７が全領域で下流側に凸状の曲線となるように形成されている。

Description

本発明は、たとえば空調機器・換気機器等に幅広く用いられる軸流送風機に関するものである。

軸流送風機は、空調機器や換気機器等に幅広く用いられており、低騒音化の実現が求められている。そこで、低騒音化を図るようにした軸流送風機が種々提案されている。そのようなものとして、「円筒状をなすボス部の外周に複数枚のブレードを設けてなる軸流ファンにおいて、前記ブレードを、回転中心線から前記ボス部に接するブレードの根元部を通って径方向に延びる任意の面に沿った断面が、いずれの部分においても、外周部側に向かって湾曲すると共にその外周部を送風方向へ指向し、且つ、外周部側へ向かうに従いその水平角度を徐々に大きくする形状に定めた軸流ファン」が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載されている軸流ファンは、上記のような構成と共に、当該ブレードを前進翼とし、回転中心線とブレードの根元部の中点とを結ぶ直線と、回転中心線とブレードの外周縁の中点とを結ぶ直線とのなす前進角を、２０°以上４０°以下の範囲に設定することにより、低騒音化を図るようにしている。

特開平６−２２９３９８号公報（第５頁、第１図等）

ところが、上記特許文献１に記載されているような技術では、翼（ブレード）を外周部側へ向かうに従いその水平角度を徐々に大きくする形状に定めているため、ファン内周側へ向かう気流同士が干渉し、気流の乱れを生成し、騒音が増大することになってしまう。また、上記特許文献１に記載されているような技術では、翼外周部近傍において正圧面と負圧面との圧力差が大きくなり、大規模かつ不安定な翼端渦を生成し、騒音が増大することにもなってしまう。

本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、翼の有効仕事の確保及び翼端渦の抑制によって低騒音化を図るようにした軸流送風機を提供することを目的としている。

本発明に係る軸流送風機は、軸心まわりに回転するボスと、前記ボスの外周部に配設される複数枚の翼と、を有し、前記翼は、前記翼の内周端から外周端までの翼弦中心点を結んだ翼弦中心線が前記翼の半径方向における全領域で気流の下流側に凸状の曲線となるように形成されている。

本発明に係る軸流送風機によれば、内周側に向かう流れを形成して有効仕事を確保しつつ、気流同士の干渉による乱れ、翼端渦の大規模化、及び、不安定化を抑制することができるので、低騒音化を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る軸流送風機の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る軸流送風機の構成を示す正面図である。 図２におけるＩ−Ｉ断面を示す平面展開図である。 本発明の実施の形態に係る軸流送風機の翼弦中心線及び翼弦中心線を含み回転軸に並行な曲面によって切り取られる翼断面を、回転軸を含む平面上に投影して示す投影図である。 本発明の実施の形態に係る軸流送風機の流れ場を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態に係る軸流送風機におけるＲｏ／（Ｒｔ−Ｒｂ）と基準化騒音低減量との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る軸流送風機におけるＺｍａｘ／Ｒｔと基準化騒音低減量との関係を示すグラフである。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態に係る軸流送風機の構成を示す斜視図である。図２は、本実施の形態に係る軸流送風機の構成を示す正面図である。図３は、図２におけるＩ−Ｉ断面を示す平面展開図である。図４は、本実施の形態に係る軸流送風機の翼弦中心線及び翼弦中心線を含み回転軸に並行な曲面によって切り取られる翼断面を、回転軸を含む平面上に投影して示す投影図である。図５は、本実施の形態に係る軸流送風機の流れ場を説明するための説明図である。図６は、本実施の形態に係る軸流送風機におけるＲｏ／（Ｒｔ−Ｒｂ）と基準化騒音低減量との関係を示すグラフである。図７は、本実施の形態に係る軸流送風機におけるＺｍａｘ／Ｒｔと基準化騒音低減量との関係を示すグラフである。

図１〜図７に基づいて、本実施の形態に係る軸流送風機について説明する。実施の形態に係る軸流送風機は、たとえば空調機器・換気機器等に幅広く適用可能なものであり、圧力をかけて空気を送り出す機能を有している。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。たとえば、本実施の形態では、軸流送風機が３枚翼である場合を例に図示しているが、翼の枚数を特に制限するものではない。

図１〜図４に示すように、本実施の形態に係る軸流送風機は、軸心まわりに回転するボス２と、ボス２の外周部に配設される複数枚の翼３と、を有する羽根車１として構成されている。つまり、三次元立体形状の翼３が、図示省略のモーターによって回転駆動する円柱状のボス２の外周部に放射状に取付けられているのである。そして、翼３の回転によって気流が発生する。なお、図１に示すように、翼３の上流側の面が負圧面３Ｓとなり、下流側の面が正圧面３Ｐとなる。

図３に示すように、羽根車１の回転軸を中心とする円筒断面（たとえば図２におけるＩ−Ｉ断面）を平面上へ展開した面内における翼３の前縁３１と後縁３２とを結ぶ直線を翼弦線３３とし、翼弦線３３の中点を翼弦中心点３４とする。そして、図２及び図４に示すように、内周端翼弦中心点３５から外周端翼弦中心点３６までの各半径での翼弦中心点３４を結んだ曲線を翼弦中心線３７とする。

図４に示すように、Ｒｂ＜Ｒｏ＜ＲｔとなるＲｏを定めるとき、半径Ｒｏより内周側の領域を第一領域、外周側を第二領域とする。つまり、翼弦中心線３７は、翼３の内周端から外周端までを第一領域と第二領域とに区分されている。ここで、Ｒｏは第一領域と第二領域との境界半径を、Ｒｂはボス半径を、Ｒｔは翼外周半径を、それぞれ表している。このとき、第一領域においては、翼弦中心線３７は、外周側ほど下流側に向かい、かつ、下流側に凸となる曲線を成すように定められている。また、第二領域においては、翼弦中心線３７は、外周側ほど上流側に向かい、かつ、下流側に凸となる曲線を成すように定められている。

上記のような構成としたことにより得られる効果について図５を用いて説明する。なお、図５（ａ）が本実施の形態に係る軸流送風機である羽根車１の流れ場を、図５（ｂ）が従来の軸流送風機である羽根車１’の流れ場を、それぞれ示している。また、図５に示す矢印は、羽根車（羽根車１、羽根車１’）の動作によって発生した気流（矢印４Ａ、矢印４Ｂ）を表している。

図５（ａ）に示すように、羽根車１は、第一領域において、翼弦中心線３７が外周側ほど下流側に向かう曲線を成すことから、気流は内周側に向かう流れを形成し、翼３の有効仕事を確保できる。これにより正圧面３Ｐと負圧面３Ｓとの圧力差が大きくなるため、翼外周端部においては正圧面３Ｐから負圧面３Ｓへと巻き上がる翼端渦４Ｂが大規模かつ不安定になり得る。しかしながら、図５（ａ）に示すように、羽根車１は、第二領域において、翼弦中心線３７が外周側ほど上流側に向かう曲線を成すことから、翼外周部近傍の圧力差を局部的に緩和し、翼端渦４Ｂの大規模化及び不安定化を抑制可能になっている。

これに対して、図５（ｂ）に示すように、従来の羽根車１’は、ボス２’に取り付けられている翼３’を外周部側へ向かうに従いその水平角度を徐々に大きくする形状に定めていることから、翼外周部近傍では正圧面３Ｐ’と負圧面３Ｓ’の圧力差が大きくなり、翼端渦４Ｂ’が大規模かつ不安定になり、騒音が増大することにもなる。また、図５（ｂ）に示すように、従来の羽根車１’は、翼内周側へ向かう気流４Ａ’同士が干渉し、乱れを生成し、騒音が増大する。

すなわち、本実施の形態に係る軸流送風機は、第一領域においては翼弦中心線３７が外周側ほど下流側に向かう曲線を成すこと、及び、第二領域においては翼弦中心線３７が外周側ほど上流側に向かう曲線を成すことの相乗効果により、翼３の有効仕事を確保しつつ、翼端渦を抑制するようにしている。よって、本実施の形態に係る軸流送風機は、翼３の有効仕事を確保すること、翼端渦を抑制すること、によって低騒音化を図ることを可能にしている。

また、図５（ａ）に示すように、羽根車１は、第一領域において、翼弦中心線３７が下流側に凸となる曲線を成すことから、正圧面３Ｐから押し出された気流４Ａが分散的に下流へ放出されるため、気流同士の干渉による乱れを低減でき、更なる低騒音化を図ることを可能にしている。さらに、図５（ａ）に示すように、羽根車１は、第二領域においても、翼弦中心線３７が下流側に凸となる曲線を成していることから、翼３の形状が翼端渦４Ｂの軌道に適合し、乱れの発生を抑制でき、更なる低騒音化を図ることを可能にしている。

ここで、図６に基づいてＲｏ／（Ｒｂ−Ｒｔ）と騒音低減量との関係について説明する。図６では、縦軸が基準化騒音低減量を、横軸がＲｏ／（Ｒｂ−Ｒｔ）を、表している。ここで、騒音低減量とは、従来の軸流送風機のように、たとえばＲｏ／（Ｒｂ−Ｒｔ）＝０または１となる軸流送風機に対する本実施の形態に係る軸流送風機の騒音低減量を示している。そして、この騒音低減量を、従来の軸流送風機の騒音値と、本実施の形態に係る軸流送風機により最も低騒音になるＲｏ／（Ｒｂ−Ｒｔ）の条件での騒音値と、の差を１として基準化した基準化騒音低減量で表記している。したがって、図６では、数値が正であることは、本実施の形態に係る軸流送風機の騒音値が、従来の軸流送風機の騒音値よりも低いことを示すことになる。

図６より、０．５５＜Ｒｏ／（Ｒｔ−Ｒｂ）＜０．９６を満たす範囲においては、基準化騒音低減量が０．５より大きくなっており、より顕著に騒音低減効果が現れているということが分かる。第一領域では、Ｒｏ／（Ｒｔ−Ｒｂ）の値が大きい方が、翼弦中心線３７が外周側ほど下流側に向かう曲線を成する範囲が広くなり、内周側へ向かう気流の量が多くなることで、より有効仕事が確保しやすくなる。第二領域では、Ｒｏ／（Ｒｔ−Ｒｂ）の値が小さい方が、より滑らかに翼外周部近傍の圧力差を緩和でき、効果的に翼端渦の大規模化及び不安定化を抑制することができる。そこで、Ｒｏの値を、０．５５＜Ｒｏ／（Ｒｔ−Ｒｂ）＜０．９６の範囲に定めることにより、上記の両効果が最もバランスよく発揮されるため、一層の低騒音化を実現できることになる。

次に、図７に基づいてＺｍａｘ／Ｒｔと騒音低減量の関係について説明する。図７では、縦軸が基準化騒音低減量を、横軸がＺｍａｘ／Ｒｔを、表している。ここで、Ｚｍａｘとは、図４に示すように、内周端翼弦中心点３５を通る基準水平線と翼弦中心線３７との垂直方向距離の最大値を表している。また、騒音低減量とは、Ｚｍａｘ／Ｒｔ＝０となる軸流送風機に対する本実施の形態に係る軸流送風機の騒音低減量を示している。そして、この騒音低減量を、Ｚｍａｘ／Ｒｔ＝０である軸流送風機の騒音値と、本実施の形態に係る軸流送風機により最も低騒音になるＺｍａｘ／Ｒｔの条件での騒音値と、の差を１として基準化した基準化騒音低減量で表記している。したがって、図７では、数値が正であることは、本実施の形態に係る軸流送風機の騒音値が、従来の軸流送風機の騒音値よりも低いことを示すことになる。

図７より、０．０２＜Ｚｍａｘ／Ｒｔ＜０．１４を満たす範囲においては、基準化騒音低減量が０．５より大きくなっており、より顕著に騒音低減効果が現れていることが分かる。Ｚｍａｘ／Ｒｔを大きくすると、第一領域での翼弦中心線３７が外周側ほど下流側に向かう勾配が大きくなり、効果的に気流を内周側へ向かわせることが可能となるが、その一方で、軸方向への送風能力が低下する傾向を示す。そこで、Ｚｍａｘ／Ｒｔを上記の範囲に定めることにより、軸方向への送風能力を維持しつつ、最も効果的に気流を内周側へ向かわせて有効仕事が確保でき、一層の低騒音化を実現できることになる。

なお、前縁３１及び後縁３２の形状についても、第一領域においては、外周側ほど下流側に向かい、かつ、下流側に凸となる曲線を成すように定め、かつ、第二領域においては、外周側ほど上流側に向かい、かつ、下流側に凸となる曲線を成すように定めるようにするとよい。このような形状にすれば、騒音低減効果により寄与できることになる。ただし、前縁３１及び後縁３２の形状は、軸流送風機の使用用途に応じて決定すればよく、特に限定するものではない。

１ 羽根車、１’ 羽根車、２ ボス、２’ ボス、３ 翼、３’ 翼、３Ｐ 正圧面、３Ｐ’ 正圧面、３Ｓ 負圧面、３Ｓ’ 負圧面、４Ａ 気流、４Ａ’ 気流、４Ｂ 翼端渦、４Ｂ’ 翼端渦、３１ 前縁、３２ 後縁、３３ 翼弦線、３４ 翼弦中心点、３５ 内周端翼弦中心点、３６ 外周端翼弦中心点、３７ 翼弦中心線、Ｒｂ ボス半径、Ｒｏ 境界半径、Ｒｔ 翼外周半径、Ｚｍａｘ 内周端翼弦中心点を通る基準水平線と翼弦中心線との垂直方向距離の最大値。

Claims (4)

1. 軸心まわりに回転するボスと、
   前記ボスの外周部に配設される複数枚の翼と、を有し、
   前記翼は、
   前記翼の内周端から外周端までの翼弦中心点を結んだ翼弦中心線が前記翼の半径方向における全領域で気流の下流側に凸状の曲線となるように形成されている
   ことを特徴とする軸流送風機。
2. 前記翼は、
   前記翼弦中心線が、前記翼の内周端から外周端までを第一領域と第二領域とに区分されており、
   前記第一領域では、外周側に行くほど気流の下流側に向かい、下流側に凸状の曲線となるように、
   前記第二領域では、外周側に行くほど気流の上流側に向かい、下流側に凸状の曲線となるように形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の軸流送風機。
3. 前記第一領域と前記第二領域との境界半径をＲｏ、ボス半径をＲｂ、翼外周半径をＲｔとするとき、
   前記Ｒｏと、前記Ｒｔと、前記Ｒｂとの関係を、
   ０．５５＜Ｒｏ／（Ｒｔ−Ｒｂ）＜０．９６を満たす範囲としている
   ことを特徴とする請求項２に記載の軸流送風機。
4. 内周端翼弦中心点を通る基準水平線と前記翼弦中心線との垂直方向距離の最大値をＺｍａｘ、翼外周半径をＲｔとするとき、
   前記Ｚｍａｘと、前記Ｒｔとの関係を、
   ０．０２＜Ｚｍａｘ／Ｒｔ＜０．１４を満たす範囲としている
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の軸流送風機。

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