JPWO2015092924A1

JPWO2015092924A1 - 軸流送風機

Info

Publication number: JPWO2015092924A1
Application number: JP2015553308A
Authority: JP
Inventors: 加藤　康明; 康明加藤; 敬英田所; 惇司河野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2017-03-16
Also published as: EP3085966A4; EP3085966B1; EP3085966A1; WO2015092924A1

Abstract

軸流送風機１００は、プロペラファン１と、プロペラファン１を回転させるモータ４とを備えており、プロペラファン１は、ハブ２と、ハブ２に支持された複数の翼３とを有しており、複数の翼のそれぞれの圧力面９ｂは、吸込み側６に膨らむように湾曲した突形状部１１を有しており、複数の翼のそれぞれの後縁側の突形状部１１の高さは、前縁側の突形状部１１の高さよりも高くなっており、後縁側の突形状部１１の頂点１１ｃの径方向位置は、前縁側の突形状部１１の頂点１１ｃの径方向位置よりも、径方向内側にある。

Description

本発明は、軸流送風機に関するものである。

翼構造の改善によって低騒音化を図る軸流送風機としては、例えば、特許文献１に開示された軸流送風機がある。この軸流送風機では、翼の後縁の径方向中央部を、吸込み側に膨らむように湾曲した突形状に形成し、気体の吐き出し速度を翼の径方向に均一化させている。

特許第４５０１５７５号明細書（主に第３図、第８図）

しかしながら、上述した従来の軸流送風機では、気体が、径方向に急激に移動すると、気流の乱れを生じ、騒音増加につながる可能性があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、騒音の増加を抑制することができる、軸流送風機を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明は、プロペラファンと、該プロペラファンを回転させる駆動部とを備え、前記プロペラファンは、前記ハブと、該ハブに支持された複数の翼とを有している、軸流送風機であって、前記翼のそれぞれの圧力面は、吸込み側に膨らむように湾曲した突形状部を有しており、該翼の後縁側の前記突形状部の高さは、前縁側の前記突形状部の高さよりも高く、前記後縁側の突形状部の頂点の径方向位置は、前記前縁側の突形状部の頂点の径方向位置よりも、径方向内側にある。
また、前記翼のそれぞれの外周縁は、吸込み側に反っているように湾曲しているように構成してもよい。
また、前記後縁側の突形状部の内側端の位置は、前記前縁側の突形状部の内側端の位置よりも、径方向内側にあるように構成してもよい。
さらに、前記後縁側の突形状部の幅寸法は、前記前縁側の突形状部の幅寸法よりも、広くなるように構成してもよい。

本発明によれば、騒音の増加を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の断面図である。本実施の形態１における軸流送風機のプロペラファンの斜視図である。本実施の形態１に関し、一つの翼をとりあげて示す平面図である。本実施の形態１に関し、圧力面の周方向の変化を、回転軸を含む径方向の面に投影的に示す図である。図４と同態様の図であり、特に、一つの径方向の断面上の圧力面だけを示す図である。

以下、本発明に係る軸流送風機の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の断面図であり、図２は、本実施の形態１における軸流送風機のプロペラファンの斜視図である。軸流送風機１００は、プロペラファン１と、駆動部であるモータ４と、ベルマウス５とを備えている。

プロペラファン１は、ハブ２と、複数の翼３とを有している。複数の翼３は、ハブ２に支持されており、概ね円柱状（截頭円錐状も含む）のハブ２の外周面に、放射状に配置されている。なお、図示例は、３枚の翼を備えるプロペラファンを示している。

ハブ２の中央部は、モータ４と接続されており、プロペラファン１は、モータ４の駆動力を受けて、回転される。プロペラファン１における径方向外側には、ベルマウス５が配置されている。すなわち、プロペラファン１の外周部と、ベルマウス５の内周部との間に適当な隙間があけられた状態で、プロペラファン１は、ベルマウス５に囲まれている。なお、図１の紙面上側の空間が、吸込み側６であり、図１の紙面下側の空間が、吐き出し側７である。

翼３はそれぞれ、前縁が回転方向ＲＤでいう前方側へ延出する前進翼である。翼３の縁８のうち、回転方向ＲＤの前方に向いた縁を前縁８ａと称し、回転方向ＲＤの後方に向いた縁を後縁８ｃと称し、それら前縁８ａの径方向外側部と後縁８ｃの径方向外側部とをつなぐ部分を外周縁８ｂと称する。また、翼３とハブ２とが接続される部分を接続縁８ｄと称する。

上記のように前縁８ａ、外周縁８ｂ、後縁８ｃ及び接続縁８ｄで囲まれた翼３の一面を、負圧面９ａとし、他面を圧力面９ｂとする。負圧面９ａは、吸込み側６の面であり、圧力面９ｂは、吐き出し側７の面である。また、プロペラファン１の回転中心線を回転軸１０と称する。図中の、白抜き矢印は、プロペラファンの回転方向ＲＤを示し、破線矢印は気体の流れを、模式的に示している。

図３は、一つの翼をとりあげて示す平面図であり、図４は、本実施の形態１に関し、圧力面の周方向の変化を、回転軸を含む径方向の面に投影的に示す図である。さらに、図５は、図４と同態様の図であり、特に、一つの径方向の断面上の圧力面だけを示す図である。図３の一点鎖線Ａ１〜Ａ６は、ハブと翼との径方向の断面線を示している。これら一点鎖線Ａ１〜Ａ６は、回転軸を含み、接続縁から外周縁まで連続して延びている。また、図４の線Ｂ１〜Ｂ６はそれぞれ、一点鎖線Ａ１〜Ａ６の断面における圧力面を示している。さらに、図５は、図４の線Ｂ３で示す圧力面のみを図示したものである。

図５の一圧力面を例に、翼３の圧力面の形状を説明する。圧力面９ｂは、吸込み側６に膨らむように湾曲した突形状部１１を有する。圧力面９ｂに、吐き出し側７から直線ＢＬ（図の二点鎖線）を当てて、当該直線ＢＬから吸込み側６へ膨らむ部分が突形状部１１である。

突形状部１１における、翼３の外周縁側の端部及び接続縁側の端部をそれぞれ、突形状部の外側端１１ａ、内側端１１ｂとする。突形状部１１が直線ＢＬ（二点鎖線）から最も離れる点を突形状部の頂点１１ｃとする。突形状部１１の頂点１１ｃと直線ＢＬ（二点鎖線）との距離を突形状部１１の高さＨとする。突形状部１１の外側端１１ａと内側端１１ｂとの径方向距離（図５のＷ）を突形状部１１の幅寸法Ｗとする。なお、突形状部１１の外側端１１ａ、内側端１１ｂ及び頂点１１ｃをそれぞれ連ねたラインを、図３及び図４において、曲線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃとして図示している。

本実施の形態１における翼３は、径方向の断面のうちでも、接続縁８ｄから外周縁８ｂまで連続して径方向の断面が存在する角度範囲（図３の一点鎖線Ａ１〜Ａ６の角度範囲）において、圧力面９ｂが吸込み側６に膨らむように湾曲する突形状部１１を有している。突形状部１１の外側端１１ａは、翼３の外周縁８ｂよりも径方向の内側に位置している。また、後縁側の突形状部１１の高さＨは、前縁側の突形状部１１の高さＨよりも高い。一例として、突形状部１１の高さＨは、当該一点鎖線Ａ１〜Ａ６の角度範囲内において、後縁に近い部分ほど、高くなる。また、後縁側の突形状部１１の頂点１１ｃの半径位置（径方向位置）は、前縁側の突形状部１１の頂点１１ｃの半径位置（径方向位置）よりも、径方向内側にある。一例として、突形状部１１の径方向の位置は、当該一点鎖線Ａ１〜Ａ６の角度範囲内において、後縁に近い部分ほど、径方向内側にある。

また、後縁側の突形状部１１の内側端１１ｂの位置は、前縁側の突形状部１１の内側端１１ｂの位置よりも、径方向内側にある。一例として、突形状部１１の内側端１１ｂの位置は、当該一点鎖線Ａ１〜Ａ６の角度範囲内において、後縁に近い部分ほど、径方向内側にある。換言すると、突形状部１１の内側端１１ｂを連ねた曲線Ｌｂは、当該一点鎖線Ａ１〜Ａ６の角度範囲内において、後縁にいくに従い径方向内側に位置する。

また、後縁側の突形状部１１の幅寸法Ｗは、前縁側の突形状部１１の幅寸法Ｗよりも、広い。一例として、突形状部１１の幅寸法Ｗは、当該一点鎖線Ａ１〜Ａ６の角度範囲内において、後縁に近い部分ほど広い。

さらに、翼３の外周縁８ｂは、吸込み側６に反っているように湾曲している。

次に、以上のように構成された軸流送風機の動作について説明する。モータ４の駆動力により、モータ４と連結するハブ２さらに翼３が、参照符号ＲＤで示されるように、回転する。

この回転により、翼３それぞれの圧力面９ｂは、翼３の回転領域にある気体を吐き出し側７に押し、翼３の負圧面９ａ側では負圧面９ａの移動により圧力が低下し、吸込み側６から翼３の回転領域に気体が流入する。このような翼３の作用により、気体は、破線矢印で示すように、吸込み側６から吐き出し側７へと流れる。

一般的な軸流送風機の吐き出し側での後縁近傍の軸方向流速の径方向の分布は、径方向内側から径方向外側に向かうにつれ流速が増加し、径方向の中央よりもやや径方向外側の領域で最大となり、そこからは最大半径の位置である外周縁に向かって減少する。また、翼のハブ側では、遠心力により流れが径方向外側に向かうことにより、ハブ側の流量が減少する。このため、流量不足に起因し翼面剥離流れが生じ、そうした剥離による乱れに起因し騒音の増大が生じたり、剥離による効率の低下が生じたりする。また翼の径方向中央よりも外周側においては、流量が集中するため流速が増加する。プロペラファンの空力騒音は主に流速の６乗に比例して増加するため、流速の増加に伴い騒音が増加するという問題がある。このように、吐き出し側において、翼の径方向に流速の分布が生じ、ハブ側では遅い流れ、外周縁側では速い流れとなる結果、流速の分布に起因した騒音増大の問題や、効率低下の問題が生じる。

これに対して本実施の形態１では、翼３の圧力面９ｂに突形状部１１を有することにより、径方向に上記のような問題が生じる流量分布が出現することを抑制している。圧力面９ｂは、気体を吐き出し側７の方向に押し出すように作用する。突形状部１１は押される気体の逃げ道になり、圧力面９ｂでは、突形状部１１に向かう流れが生じる。後縁側の突形状部１１の頂点１１ｃの径方向位置は、前縁側の突形状部１１の頂点１１ｃの径方向位置よりも、径方向内側にある。このため、圧力面９ｂ上の径方向外側にある気体を、径方向内側へと移動させる作用が得られ、遠心力による径方向外側への気体の移動を低減することができる。また、後縁側の突形状部１１の高さＨは、前縁側の突形状部１１の高さＨよりも高い。このため、気体を径方向内側へと移動させる作用をより高めることができ、径方向外側への流量の偏りをより抑えることができ、径方向の流量分布を均一に近づけることができる。

また、径方向の断面のうちでも、接続縁８ｄから外周縁８ｂまで連続して径方向の断面が存在する角度範囲の全体（接続縁８ｄから外周縁８ｂまで径方向に連続して圧力面が存在している角度範囲の全体）に渡り、突形状部１１が形成されているので、気体の流れに急激な変化を与えずに径方向の流量分布を制御することができ、気体の乱れを抑え、気体の乱れに起因する騒音増加や効率低下を抑えられる。

また、プロペラファンでは、外周縁の近傍において、圧力面と負圧面との圧力差により外周縁の外側を介して圧力面から負圧面への巻き込み流れが生じる。これに関し、本実施の形態１では、突形状部の径方向外側が気体を内周側に押すように傾斜し、圧力を高め圧力面から負圧面への巻き込み流れを強くするように見えるが、突形状部の外側端を外周縁よりも内周側に配置しているので、外周縁の外側に発生する巻き込み流れを強くすることは抑制されている。

また、本実施の形態１では、翼の外周縁が、吸込み側に反っているように湾曲しており、すなわち、図５における直線ＢＬ（二点鎖線）よりも外周縁８ｂが吸込み側６に位置する。このため、上記のような圧力面から負圧面への巻き込み流が起こりそうになった場合にも、外周縁が湾曲して吸込み側に反っているので、圧力面から外周縁の外側へ流れ出るまでに圧力変化が始まり、その後の急激な圧力変化を押さえ、巻き込みの乱れを小さくすることができる。また、仮に、巻き込み流が生じる場合でも、巻き込み流の位置を負圧面から吸込み側へと離すことができるので、巻き込み流れによる影響を受けにくくすることができる。

また、本実施の形態１では、後縁側の突形状部１１の内側端１１ｂの位置は、前縁側の突形状部１１の内側端１１ｂの位置よりも、径方向内側にある。このため、プロペラファンを通過する気体の径方向内側の流量を増加させる作用を、突形状部を備えるだけの態様に比べて、増強することができる。

さらに、本実施の形態１では、後縁側の突形状部１１の幅寸法Ｗは、前縁側の突形状部１１の幅寸法Ｗよりも、広い。このため、突形状部を備えることにより吐き出し側における流速の径方向分布を均一に近づけるにあたり、その吐き出し側における流速の径方向分布を制御できる幅を拡大することができる。

以上説明したように、本実施の形態１の軸流送風機では、吐き出し側の軸方向の流速分布を均一に近づけることができるので、流速分布が大きいために生じていた騒音増加や効率低下を抑えて、低騒音、高効率のプロペラファンを得ることができる。さらに、流速を均一に近づけるために生じてしまう恐れのある、流れの乱れを抑えることができるので、低騒音、高効率の効果を高めることが可能となる。

以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

本発明の活用例としては、空気調和機の室外機がある。本発明の軸流送風機を空気調和機の室外機の送風機として活用することにより、所用風量を発生させたときの空力騒音を下げることができ、必要な動力を小さくすることができる。つまり低騒音で省エネルギー性能に優れた空気調和機を得ることができる。

１プロペラファン、２ハブ、３翼、４モータ、５ベルマウス、６吸込み側、７吐き出し側、８ａ前縁、８ｂ外周縁、８ｃ後縁、８ｄ接続縁、９ａ負圧面、９ｂ圧力面、１０回転軸、１１突形状部、１１ａ突形状部の外側端、１１ｂ突形状部の内側端、１１ｃ突形状部の頂点、１００軸流送風機。

Claims

プロペラファンと、該プロペラファンを回転させる駆動部とを備え、
前記プロペラファンは、前記ハブと、該ハブに支持された複数の翼とを有している、軸流送風機であって、
前記翼のそれぞれの圧力面は、吸込み側に膨らむように湾曲した突形状部を有しており、
該翼の後縁側の前記突形状部の高さは、前縁側の前記突形状部の高さよりも高く、
前記後縁側の突形状部の頂点の径方向位置は、前記前縁側の突形状部の頂点の径方向位置よりも、径方向内側にある、
軸流送風機。
前記翼のそれぞれの外周縁は、吸込み側に反っているように湾曲している、
請求項１の軸流送風機。
前記後縁側の突形状部の内側端の位置は、前記前縁側の突形状部の内側端の位置よりも、径方向内側にある、
請求項１又は２の軸流送風機。
前記後縁側の突形状部の幅寸法は、前記前縁側の突形状部の幅寸法よりも、広い、
請求項１〜３の何れか一項の軸流送風機。