JPWO2020194756A1 - プロペラファンおよび送風装置 - Google Patents

Abstract

プロペラファンは、回転軸を中心に回転するボス部と、ボス部の周囲に設けられてボス部とともに回転するとともに、回転方向における前方を向く正圧面（１ａ）と回転方向における後方を向く負圧面（１ｂ）とを有するブレード（１）と、ブレード（１）の回転方向における前方の縁である前縁部（１１）が負圧面（１ｂ）側に突き出る突出し部（１３）を備える。

Description

本発明は、ボス部の周囲に複数の板金製のブレードが設けられたプロペラファンおよび送風装置に関する。

空気調和機および換気扇に例示される送風装置には、ボス部の周囲に複数のブレードが設けられたプロペラファンが用いられる場合がある。プロペラファンは、ボス部およびブレードが回転することで、回転軸に沿った方向に空気を流動させて送風する。

プロペラファンには、回転時の低騒音化が求められている。特許文献１には、プロペラファンのブレードの前縁に正圧面側に前縁を傾けたフラップを設けることで、ブレードに流入してくる気流の整流を狙い、騒音の低減を図る構成が開示されている。

特開平８−１７７７９２号公報

プロペラファンは、プロペラファンの周囲がダクトに囲まれた送風装置に用いられる場合がある。プロペラファンの回転軸に沿った方向における全域をダクトが囲む場合には、プロペラファンの前縁への空気の流入角度の関係で、フラップが気流の剥離を誘発してしまい、騒音を悪化させてしまう場合がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、周囲がダクトに覆われても騒音の低減を図ることができるプロペラファンを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるプロペラファンは、回転軸を中心に回転するボス部と、ボス部の周囲に設けられてボス部とともに回転するとともに、回転方向における前方を向く正圧面と回転方向における後方を向く負圧面とを有するブレードと、ブレードの回転方向における前方の縁である前縁部が負圧面側に突き出る突出し部を備える。

本発明にかかるプロペラファンは、周囲がダクトに覆われても騒音の低減を図ることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる送風装置の正面図 図１に示すＩＩ−ＩＩ線で切断した送風装置の断面図 図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断したブレードの断面図 実施の形態１にかかる送風装置における突き出し比と騒音差との関係を示す図 実施の形態１にかかる送風装置における突出し部を設ける範囲と騒音差との関係を示す図 実施の形態１にかかる送風装置の変形例を示す図 比較例にかかる送風装置の断面図であって、図２に示した断面図に相当する図 比較例にかかるプロペラファンの断面図であって、図３に示した断面図に相当する図

以下に、本発明の実施の形態にかかるプロペラファンおよび送風装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる送風装置の正面図である。図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線で切断した送風装置の断面図である。送風装置３０は、プロペラファン１０とダクト４とを備える。プロペラファン１０は、ボス部２とブレード１とを備える。

ボス部２とブレード１は、駆動源であるモータ５からの駆動力を受けて、回転軸３を中心に回転する。ブレード１は、ボス部２の周囲に設けられて、ボス部２とともに回転する。ボス部２およびブレード１の回転方向は矢印Ｘで示している。ブレード１が回転すると、気流６が発生する。モータ５は、プロペラファン１０に対して気流６の流れ方向における下流側に配置される。なお、以下の説明において、回転軸３に沿った方向を単に軸方向という。また、回転軸３を中心とする円の径方向を、単に径方向という。また、回転軸３を中心とする円の周方向を、単に周方向という。

図３は、図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断したブレードの断面図である。図３に示す断面図は、ブレード１を径方向に沿って見た断面図とも換言できる。ブレード１は、回転方向に対して傾きを持って設けられており、回転方向における前方を向く面である正圧面１ａと、回転方向における後方を向く面である負圧面１ｂとを有する。ブレード１の回転方向における前方の縁である前縁部１１からは、負圧面１ｂ側に突き出る突出し部１３が設けられている。なお、ブレード１の回転方向における後方の縁が後縁部１２となる。

図３で示す突出し部１３の突き出し量Ｈを、径方向に沿って見た場合の前縁部１１における正圧面１ａの接線１４に対する垂線方向において、突出し部１３の先端１３ａと接線１４との距離であると定義する。また、図１に示す羽根中心半径ｒ_ｍａにおける周方向に沿ったブレード１の長さを翼弦長ｃ_ｍと定義する。また、突き出し量Ｈを翼弦長ｃ_ｍで無次元化した突き出し比αを定義する。突き出し量Ｈは、突出し部１３が負圧面１ｂ側に突き出している場合はプラス、突出し部１３が正圧面１ａ側に突き出している場合はマイナスとなる。具体的にはα＝Ｈ／ｃ_ｍと定義する。なお、突き出し比αは、ブレード１において回転軸３を中心とする円弧で切断したいずれの断面においても同じ値となっている。

図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線は、回転軸３を中心とする羽根中心半径ｒ_ｍａの円弧である。羽根中心半径ｒ_ｍａは、ブレード１の外周縁１５の半径をｒ１とし、ブレード１の内周の半径すなわちボス部２の半径をｒ２とした場合に、ｒ_ｍａ＝（ｒ１＋ｒ２）／２で定義される。

図１に示すように、ダクト４は、回転軸３に沿って見てプロペラファン１０の周囲を囲む円筒形状の筒体である。図２に示すように、ダクト４は、回転軸３に垂直な方向から見て、ブレード１の回転によって発生する気流６の方向におけるブレード１よりも下流側から上流側に向けて延びてブレード１の周囲を囲んでいる。すなわち、ブレード１は上流端から下流端までの全体がダクト４に囲まれている。

この構成は、以下のようにも説明できる。すなわち、気流６の方向における下流側となるダクト４の端面４ａを基準と定義する。基準からブレード後縁翼端部１２ａまでの距離をＢとする。基準からブレード前縁翼端部１１ａまでの距離をＡとする。基準からのダクト高さをＣとする。プロペラファン１０とダクト４の設置状態の関係は０≦Ｂ＜Ａ且つＢ＜Ａ≦Ｃの関係を満たす。

図３では、ブレード１が回転した場合の気流６の流れ場と流入角θが示されている。ブレード１が回転するとブレード１の前縁部１１に流入してくる気流６が存在する。送風装置３０では、プロペラファン１０の周囲がダクト４で覆われているため、ブレード１の前縁部１１に流入してくる気流６は、ダクト４の延びる方向、すなわち軸方向に進む成分が強く、流入角θは９０ｄｅｇに近くなり、気流６は負圧面１ｂに対して垂直気味の角度でブレード１の前縁部１１に流入する。

プロペラファン１０が回転する際に生じる騒音を低下させるには、気流の剥離が生じる剥離領域を抑制することが有効である。図３で示すように負圧面１ｂ側に突出する突出し部１３を設けることで、気流６に沿う流れが形成されるため、剥離領域の抑制および騒音の低減を図ることができる。

図４は、実施の形態１にかかる送風装置における突き出し比と騒音差との関係を示す図である。図４では、突出し部１３をｒ２から０．７×ｒ１の範囲内で設けた条件での、突き出し比αと騒音差との関係を示している。図５は、実施の形態１にかかる送風装置における突出し部を設ける範囲と騒音差との関係を示す図である。

図４で示す縦軸は、突出し部１３がブレード１に設けられていない場合の同一風量時の騒音との差を示している。突出し部１３がブレード１に設けられていない場合の騒音よりも騒音が大きい場合には騒音差がプラスとなることを示す。突出し部１３がブレード１に設けられていない場合の騒音よりも騒音が小さい場合には騒音差がマイナスとなることを示す。突出し部１３が設けられていない場合はα＝０となり、騒音差は０となる。また、図４で示す横軸は、突き出し比αを示している。また、図４では、突き出し比αを異ならせて騒音差を測定した結果をプロットした点を直線で結んで示している。

図４に示す結果から、突出し部１３の突き出し量Ｈ＝α×ｃ_ｍと定義した場合、０＜α＜０．０２９の範囲で低騒音効果があり、更にその中でも０．００７＜α＜０．０２７の範囲では−０．３ｄＢの効果があり、更にα＝０．０１５では−０．６ｄＢと最も低騒音効果がある。

図４に示すように、騒音差がプラスとなり改善効果が得られない突き出し比αが存在している。この理由は、騒音差がプラスとなる突き出し比αの範囲では、突出し部１３が気流６に沿わず、負圧面１ｂに形成される剥離領域が大きくなってしまい、騒音の増大を招くためと考えられる。

図５では、突出し部１３の突き出し量Ｈを、図４において最も騒音改善効果の確認できたＨ＝α×ｃ_ｍ＝０．０１４５×ｃ_ｍで固定した条件での、前縁部１１に突出し部１３を設ける範囲と、低騒音効果値の関係を示している。

図５で示す縦軸は、ブレード１に突出し部１３が設けられていない場合の同一風量時の騒音との差を示している。ブレード１に突出し部１３が設けられていない場合の騒音よりも騒音が大きい場合には騒音差がプラスとなる。ブレード１に突出し部１３が設けられていない場合の騒音よりも騒音が小さい場合には騒音差がマイナスとなる。

また、図５で示す横軸は、ボス部２の半径ｒ２からブレード１の外周縁１５に向かって前縁部１１の突出し部１３を設ける範囲を示しており、その範囲をブレード１の外周縁１５の半径ｒ１に対する比率で示している。

図５に示す結果から、ブレード１の根本であるボス部２の外周面からｒ_ｍａまでの範囲に突出し部１３を設けた場合、ｒ_ｍａが０．６×ｒ１≦ｒ_ｍａ＜０．８×ｒ１の範囲で低騒音化の効果がある。その中でも０．６×ｒ１≦ｒ_ｍａ≦０．７×ｒ１の範囲で−０．５〜−０．６ｄＢと最も低騒音効果がある。

一方、ｒ_ｍａが０．８×ｒ１＜ｒ_ｍａの範囲の場合、騒音が悪化していることがわかる。騒音が悪化している理由として、ブレード１の外周では流入する気流６の相対的な流速が半径の小さい部分と比較して大きいため、突出し部１３が気流６に沿わず、ブレード１の外周での乱れを誘発したためと考えられる。

なお、ブレード１の前縁部１１に突出し部１３を設けることで、ブレード１の断面係数が増加するため、プロペラファン１０の回転中にブレード１の根元部に生じる応力が小さくなる。すなわち、プロペラファン１０の強度耐力向上が図られる。

以上のようにして、風量の低下を招くことなく、低騒音化と強度耐力向上の効果を奏するプロペラファン１０を提供することができる。また、プロペラファン１０を用いた送風装置３０は、例えば、空気調和機、換気扇、扇風機、またはサーキュレータである。

図６は、実施の形態１にかかる送風装置の変形例を示す図である。変形例にかかる送風装置３０でも、プロペラファン１０とダクト４の設置状態の関係は０≦Ｂ＜Ａ且つＢ＜Ａ≦Ｃの関係を満たす。なお、変形例にかかる送風装置３０では、軸方向においてダクト４の断面積が変化しない。このようなダクト４を備える送風装置３０であっても、風量の低下を招くことなく、低騒音化と強度耐力向上の効果を奏するプロペラファン１０を提供することができる。

図７は、比較例にかかる送風装置の断面図であって、図２に示した断面図に相当する図である。図８は、比較例にかかるプロペラファンの断面図であって、図３に示した断面図に相当する図である。

比較例にかかる送風装置４０では、ダクト４１は、回転軸３に垂直な方向から見て、気流６の方向におけるブレード１のブレード前縁翼端部１１ａよりも上流側からさらに上流側に向けて延びてブレード１の周囲を囲んでいる。すなわち、ブレード１の上流側部分はダクト４１に囲まれていない。この構成では、プロペラファン１０とダクト４１の設置状態の関係は０≦Ｂ＜Ｃ＜Ａの関係を満たす。

この場合、図８に示すように、ブレード１の前縁部１１に流入してくる気流６は、上流側がダクト４に囲まれていないため、周方向に進む成分が強く、流入角θは０ｄｅｇに近くなり、気流６は水平気味にブレード１の前縁部１１に流入する。ブレード１の前縁部１１に水平気味に気流６が流入してくる場合には、本実施の形態１にかかるプロペラファン１０のように負圧面１ｂ側に突出させた突出し部１３を設けてしまうと、かえって負圧面１ｂ側で気流の剥離が生じて騒音が悪化してしまう場合がある。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ ブレード、１ａ 正圧面、１ｂ 負圧面、２ ボス部、３ 回転軸、４，４１ ダクト、５ モータ、６ 気流、１０ プロペラファン、１１ 前縁部、１１ａ ブレード前縁翼端部、１２ 後縁部、１２ａ ブレード後縁翼端部、１３ 突出し部、１３ａ 先端、１４ 接線、１５ 外周縁、３０，４０ 送風装置。

Claims (4)

1. 回転軸を中心に回転するボス部と、
   前記ボス部の周囲に設けられて前記ボス部とともに回転するとともに、回転方向における前方を向く正圧面と回転方向における後方を向く負圧面とを有するブレードと、
   前記ブレードの回転方向における前方の縁である前縁部が前記負圧面側に突き出る突出し部を備えることを特徴とするプロペラファン。
2. 前記ボス部は、前記回転軸を中心とする円柱形状であり、
   前記ボス部の半径をｒ２とし、前記ブレードの外周半径をｒ１とした場合に、
   前記突出し部をｒ２から０．８×ｒ１以下の範囲に設けたことを特徴とする請求項１に記載のプロペラファン。
3. 前記ボス部は、前記回転軸を中心とする円柱形状であり、
   前記ボス部の半径をｒ２とし、前記ブレードの外周半径をｒ１とした場合に、前記突出し部をｒ２から０．７×ｒ１の範囲に設けたことを特徴とする請求項１に記載のプロペラファン。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載のプロペラファンと、
   前記回転軸に沿って見て前記プロペラファンの周囲を囲む円筒形状のダクトをさらに備え、
   前記ダクトは、前記回転軸に垂直な方向から見て、前記ブレードの回転によって発生する気流の方向における前記ブレードよりも下流側から上流側に向けて延びて前記ブレードの周囲を囲む領域を有することを特徴とする送風装置。

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