KR101348012B1 - 프로펠러 팬, 성형용 금형 및 유체 이송 장치 - Google Patents

프로펠러 팬, 성형용 금형 및 유체 이송 장치 Download PDF

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Abstract

2장 날개의 프로펠러 팬은, 날개(21A) 및 날개(21B)와, 날개끼리를 연접하는 연접부(31)를 구비한다. 각 날개는, 중심축(101)을 중심으로, 직경 D를 갖고 원호 형상으로 연장되는 주연부(21a)와, 회전 방향측에 배치되는 전연부(21b)와, 회전 방향의 반대측에 배치되는 후연부(21c)와, 전연부(21b)와 주연부(21a)를 접속하는 날개 선단 연부(21d)를 갖는다. 후연부(21c) 및 주연부(21a)의 교점(21e)을 포함하여, 중심축(101)에 직교하는 평면을 γ라 한다. 프로펠러 팬을 날개 선단 연부(21d)와 중심축(101)을 포함하는 평면에 평행한 방향으로부터 본 경우에, 중심축(101)의 선 상에서의, 평면 γ와, 날개(21A)의 전연부(21b) 및 날개(21B)의 후연부(21c)의 접속 부분과의 사이의 거리 H는, 0.028≤H/D≤0.056의 관계를 만족한다. 이와 같은 구성에 의해, 에너지 절약성이나 자원 절약 설계의 면에서 크게 공헌하는 프로펠러 팬, 성형용 금형 및 유체 이송 장치를 제공할 수 있다.

Description

프로펠러 팬, 성형용 금형 및 유체 이송 장치{PROPELLER FAN, MOLDING DIE, AND FLUID FEED DEVICE}
본 발명은 일반적으로는, 프로펠러 팬, 성형용 금형 및 유체 이송 장치에 관한 것으로, 보다 특정적으로는, 송풍기를 위한 프로펠러 팬과, 그와 같은 프로펠러 팬을 수지에 의해 성형하기 위한 성형용 금형과, 그와 같은 프로펠러 팬을 구비한 공기 조화기의 실외기, 공기 청정기, 가습기, 제습기, 팬 히터, 냉각 장치, 환기 장치 등의 유체 이송 장치에 관한 것이다.
종래의 프로펠러 팬에 관해서, 예를 들면 일본 특허 공개 평3-88999호 공보에는, 프로펠러 날개의 정압력면에는 정압력을, 부압력면에는 부압력을 분리 공급하여 프로펠러 날개의 양력을 높이고, 동시에 강도도 향상시키는 것을 목적으로 한 축류 팬이 개시되어 있다(특허문헌 1). 특허문헌 1에 개시된 축류 팬은, 허브의 외주부에 형성되고, 허브 축심으로부터 반경 방향 외측으로 연장하는 복수매의 프로펠러 날개를 갖는다.
또한, 일본 특허 공개 제2000-314399호 공보에는, 회전 축 구멍 부분의 보스부의 후가공을 필요로 하지 않고, 게이트 처리를 양호하게 하는 것을 목적으로 한 프로펠러 팬이 개시되어 있다(특허문헌 2). 특허문헌 2에 개시된 프로펠러 팬은, 원통 형상 또는 원추 형상의 허브부와, 허브부에 일체가 되어 설치된 블레이드부를 갖는다.
또한, 일본 특허 공개 소64-397호 공보(특허문헌 3), 일본 특허 공개 제2008-240526호 공보(특허문헌 4) 및 일본 특허 공개 제2004-132211호 공보(특허문헌 5)에도, 각종 프로펠러 팬이 개시되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 평3-88999호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2000-314399호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 공개 소64-397호 공보 특허문헌 4 : 일본 특허 공개 제2008-240526호 공보 특허문헌 5 : 일본 특허 공개 제2004-132211호 공보
종래부터 송풍기나 냉각기에 프로펠러 팬이 이용되고, 예를 들면 에어컨의 실외기에는 열교환기에 송풍을 행하기 위한 프로펠러 팬이 부설되어 있다. 프로펠러 팬에는, 팬의 외주측과 비교하여 주위 속도가 느린 팬의 중심부 부근에서 송풍 능력이 약해진다는 특성이 있다. 이러한 특성에 의해, 송풍 경로 내에, 예를 들면 열교환기 등의 압력 손실이 큰 저항물이 설치되면, 팬 외주측에서는 순방향으로 송풍하지만, 팬의 중심부 부근에서는 역류가 발생하고, 그 결과, 팬의 압력 유량 특성이 고정압 영역에서 나빠진다고 하는 문제가 발생한다.
한편, 상술한 특허문헌 1 및 2에 개시된 바와 같이, 회전 중심에 큰 보스 허브부를 설치하고, 이 보스 허브부의 외주로부터 복수매의 날개를 연장시킨 구조의 프로펠러 팬이 알려져 있다. 이러한 프로펠러 팬에 있어서는, 큰 보스 허브부에 의해 팬의 중심부 부근의 역류 영역이 폐색되기 때문에, 역류를 방지하고, 팬의 압력 유량 특성의 고정압 영역에서의 악화를 억제할 수 있다. 또한, 통상, 날개는 영각을 갖고 있어, 날개의 근원부를 그대로 연장하면 복수의 날개의 근원부끼리가, 비틀어진 위치 관계로 되지만, 큰 보스 허브부를 설치함으로써, 송풍을 행하는 복수의 날개를 간편하게 일체로 형성할 수 있다.
그러나, 큰 보스 허브부가 설치된 상기 프로펠러 팬에서는, 하기에 설명하는 복수의 과제가 새롭게 발생한다.
즉, 첫번째 과제는, 압력 유량 특성의 고정압 영역에서의 악화를 어느 정도 억제할 수 있지만, 저압 대풍량 영역에 있어서는, 충분히 회전 중심부를 활용할 수 없어, 송풍 효율이 저하된다는 문제이다. 또한, 두번째 과제는, 큰 보스 허브부를 구비함으로써, 프로펠러 팬 자체의 질량이 커지기 때문에, 구동용 모터로의 부하가 증대하여, 소비 전력이 증대한다는 문제이다. 또한, 세번째 과제는, 재료비가 증대하여, 제조 비용이 증가한다는 문제이다. 이들 3개의 과제는, 요즘의 지구 환경 배려에 있어서, 에너지 절약성이나 자원 절약 설계의 면에서, 현저한 단점을 발생시킨다.
따라서 본 발명의 목적은, 상기의 과제를 해결하는 것이며, 에너지 절약성이나 자원 절약 설계의 면에서 크게 공헌하는 프로펠러 팬, 성형용 금형 및 유체 이송 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 국면에 따른 프로펠러 팬은, 2장 날개의 프로펠러 팬이다. 프로펠러 팬은, 2장 날개를 이루는 제1 날개 및 제2 날개와, 제1 날개 및 제2 날개를 연접하는 연접부를 구비한다. 제1 날개 및 제2 날개는, 둘레 방향으로 이격하여 설치되고, 가상의 중심축을 중심으로 회전하는데 수반하여 송풍을 행한다. 프로펠러 팬을 중심축의 축방향으로부터 보아, 제1 날개 및 제2 날개를 둘레 방향으로 이격시키는 최소의 가상원을 그린 경우에, 연접부는, 그 가상원의 내측에 배치된다. 제1 날개 및 제2 날개의 각 날개는, 중심축을 중심으로, 직경 D를 갖고 원호 형상으로 연장되는 주연부와, 회전 방향측에 배치되는 전연부와, 회전 방향의 반대측에 배치되고 주연부로 이어지는 후연부와, 전연부와 주연부를 접속하고 회전 방향을 향해서 돌출된 날개 선단 연부를 갖는다. 제1 날개의 전연부와 제2 날개의 후연부가, 연접부를 통해서 접속된다. 제1 날개 및 제2 날개의, 후연부 및 주연부의 각 교점을 포함하여, 중심축에 직교하는 평면을 γ라 규정한다. 프로펠러 팬을, 제1 날개 및 제2 날개의 날개 선단 연부와, 중심축을 포함하는 평면에 평행한 방향으로부터 본 경우에, 중심축의 선 상에서의, 평면 γ와, 제1 날개의 전연부 및 제2 날개의 후연부의 접속 부분과의 사이의 거리 H는, 0.028≤H/D≤0.056의 관계를 만족한다.
이와 같이 구성된 프로펠러 팬에 의하면, 평면 γ와, 제1 날개의 전연부 및 제2 날개의 후연부의 접속 부분과의 사이의 거리 H를, 날개의 주연부의 직경 D의 0.028배 이상으로 함으로써, 제1 날개의 전연부 및 제2 날개의 후연부의 접속 부분에 있어서, 날개가, 중심축에 직교하는 평면을 기준으로 중심축의 축방향에 의해 휘어진 기울기가 된다. 이에 의해, 날개의 회전 중심 부근의 정압면(공기의 분출측의 날개면)으로 공기가 유입하기 쉬워져서, 프로펠러 팬의 송풍 능력을 효율적으로 높일 수 있다. 또한, 거리 H를 날개의 주연부의 직경 D의 0.056배 이하로 함으로써, 제1 날개의 전연부 및 제2 날개의 후연부의 접속 부분에 있어서 날개의 기울기가 너무 커지는 것을 방지한다. 이에 의해, 정압면의 반대측의 부압면(공기의 분출측의 날개면)에 있어서 공기 흐름의 박리가 발생하여, 프로펠러 팬의 송풍 능력이 저하하는 것을 방지한다. 그 결과, 에너지 절약성이나 자원 절약 설계의 면에서 크게 공헌하는 2장 날개의 프로펠러 팬을 실현할 수 있다.
또한 바람직하게는, 연접부는, 제1 날개와 제2 날개 사이에서 연장하고, 제1 날개의 근원부 및 제2 날개의 근원부를 접속하는 영역에, 회전에 수반하여 송풍을 행하기 위한 날개면 형상의 표면을 갖는다.
이와 같이 구성된 프로펠러 팬에 의하면, 연접부에 회전에 수반하여 송풍을 행하기 위한 날개면 형상의 표면을 형성함으로써, 날개의 회전 중심 부근에 있어서도 순방향으로의 송풍이 가능해져서, 송풍 능력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 국면에 따른 프로펠러 팬은, 3장 날개의 프로펠러 팬이다. 프로펠러 팬은, 3장 날개를 이루는 제1 날개, 제2 날개 및 제3 날개와, 제1 날개, 제2 날개 및 제3 날개를 연접하는 연접부를 구비한다. 제1 날개, 제2 날개 및 제3 날개는, 둘레 방향으로 이격하여 설치되고, 가상의 중심축을 중심으로 회전하는데 수반하여 송풍을 행한다. 프로펠러 팬을 중심축의 축방향으로부터 보아, 제1 날개, 제2 날개 및 제3 날개를 둘레 방향으로 이격시키는 최소의 가상원을 그린 경우에, 연접부는, 그 가상원의 내측에 배치된다. 제1 날개, 제2 날개 및 제3 날개의 각 날개는, 중심축을 중심으로, 직경 D를 갖고 원호 형상으로 연장되는 주연부와, 회전 방향측에 배치되는 전연부와, 회전 방향의 반대측에 배치되고 주연부로 이어지는 후연부와, 전연부와 주연부를 접속하고 회전 방향을 향해서 돌출된 날개 선단 연부를 갖는다. 제2 날개는 제1 날개에 대하여 회전 방향측에 인접하여 배치되고, 제3 날개는 제2 날개에 대하여 회전 방향측에 인접하여 배치된다. 제1 날개의 전연부와, 제2 날개의 후연부가, 연접부를 통해서 접속된다. 제1 날개, 제2 날개 및 제3 날개의 후연부 및 주연부의 각 교점을 포함하여, 중심축에 직교하는 평면을 γ라 규정한다. 프로펠러 팬을, 제3 날개의 날개 선단 연부와, 중심축을 포함하는 평면에 직각인 방향으로부터 본 경우에, 중심축의 선 상에서의, 평면 γ와, 제1 날개의 전연부 및 제2 날개의 후연부의 접속 부분과의 사이의 거리 H는, 0.028≤H/D≤0.056의 관계를 만족한다.
이와 같이 구성된 프로펠러 팬에 의하면, 평면 γ와, 제1 날개의 전연부 및 제2 날개의 후연부의 접속 부분과의 사이의 거리 H를, 날개의 주연부의 직경 D의 0.028배 이상으로 함으로써, 제1 날개의 전연부 및 제2 날개의 후연부의 접속 부분에 있어서, 날개가, 중심축에 직교하는 평면을 기준으로 중심축의 축방향에 의해 휘어진 기울기가 된다. 이에 의해, 날개의 회전 중심 부근의 정압면(공기의 분출측의 날개면)으로 공기가 유입하기 쉬워져, 프로펠러 팬의 송풍 능력을 효율적으로 높일 수 있다. 또한, 거리 H를 날개의 주연부의 직경 D의 0.056배 이하로 함으로써, 제1 날개의 전연부 및 제2 날개의 후연부의 접속 부분에 있어서 날개의 기울기가 너무 커지는 것을 방지한다. 이에 의해, 정압면의 반대측의 부압면(공기의 분출측의 날개면)에 있어서 공기 흐름의 박리가 발생하여, 프로펠러 팬의 송풍 능력이 저하하는 것을 방지한다. 그 결과, 에너지 절약성이나 자원 절약 설계의 면에서 크게 공헌하는 3장 날개의 프로펠러 팬을 실현할 수 있다.
또한 바람직하게는, 연접부는, 제1 날개, 제2 날개 및 제3 날개 중 인접하는 날개 사이에서 연장하고, 인접하는 날개의 근원부끼리를 접속하는 영역에, 회전에 수반하여 송풍을 행하기 위한 날개면 형상의 표면을 갖는다.
이와 같이 구성된 프로펠러 팬에 의하면, 연접부에 회전에 수반하여 송풍을 행하기 위한 날개면 형상의 표면을 형성함으로써, 날개의 회전 중심 부근에 있어서도 순방향으로의 송풍이 가능해져서, 송풍 능력을 향상시킬 수 있다.
또한 바람직하게는, 가상원의 직경 d는, 0.14≤d/D의 관계를 만족한다. 이와 같이 구성된 프로펠러 팬에 의하면, 연접부의 크기가 날개의 외주 치수에 비하여 너무 작아져서, 프로펠러 팬의 강도가 불충분해지는 것을 방지한다.
또한 바람직하게는, 상술한 어느 하나에 기재된 프로펠러 팬은, 수지에 의해 성형된다. 이와 같이 구성된 프로펠러 팬에 의하면, 경량이면서 고강성의 프로펠러 팬을 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 성형용 금형은, 상술한 어느 하나에 기재된 프로펠러 팬을 수지에 의해 성형하기 위해 이용된다. 이와 같이 구성된 성형용 금형에 의하면, 경량이면서 고강성의 수지제 프로펠러 팬을 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 유체 이송 장치는, 상술한 어느 하나에 기재된 프로펠러 팬을 구비한다. 이와 같이 구성된 유체 이송 장치에 의하면, 본 발명에서의 프로펠러 팬을 구비함으로써, 에너지 절약성이나 자원 절약 설계의 면에서 크게 공헌하는 유체 이송 장치를 실현할 수 있다.
이상으로 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 에너지 절약성이나 자원 절약 설계의 면에서 크게 공헌하는 프로펠러 팬, 성형용 금형 및 유체 이송 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에서의 2장 날개의 프로펠러 팬을 도시하는 측면도이다.
도 2는 도 1 중 화살표 II로 나타내는 방향(흡입측)으로부터 본 프로펠러 팬을 도시하는 평면도이다.
도 3은 도 1 중 화살표 III으로 나타내는 방향(분출측)으로부터 본 프로펠러 팬을 도시하는 평면도이다.
도 4는 도 1 중 프로펠러 팬을 흡입측으로부터 본 사시도이다.
도 5는 도 1 중 프로펠러 팬의 일례를 도시하는 평면도이다.
도 6은 도 5 중 프로펠러 팬을 2점쇄선 X로 나타내는 위치에서 절단한 경우의 단면 형상을 도시하는 사시도이다.
도 7은 도 5 중 프로펠러 팬을 2점쇄선 Y로 나타내는 위치에서 절단한 경우의 단면 형상을 도시하는 사시도이다.
도 8은 도 5 중 프로펠러 팬을 2점쇄선 Z로 나타내는 위치에서 절단한 경우의 단면 형상을 도시하는 사시도이다.
도 9는 도 1 중 프로펠러 팬을 도시하는 다른 측면도이다.
도 10은 도 1 중 프로펠러 팬의 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 1 중 프로펠러 팬의 메커니즘을 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 12는 도 1 중 프로펠러 팬의 메커니즘을 설명하기 위한 또 다른 도면이다.
도 13은 도 1 중 프로펠러 팬의 메커니즘을 설명하기 위한 또 다른 도면이다.
도 14는 도 9 중 프로펠러 팬에 대하여 제1 비교예를 이루는 프로펠러 팬을 도시하는 측면도이다.
도 15는 도 9 중 프로펠러 팬에 대하여 제2 비교예를 이루는 프로펠러 팬을 도시하는 측면도이다.
도 16은 도 9 중 프로펠러 팬의 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 도 9 중 프로펠러 팬의 메커니즘을 설명하기 위한 다른 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시 형태 1에서의 3장 날개의 프로펠러 팬을 도시하는 측면도이다.
도 19는 도 18 중 화살표 XIX로 나타내는 방향(흡입측)으로부터 본 프로펠러 팬을 도시하는 평면도이다.
도 20은 도 18 중 화살표 XX로 나타내는 방향(분출측)으로부터 본 프로펠러 팬을 도시하는 평면도이다.
도 21은 도 18 중 프로펠러 팬을 흡입측으로부터 본 사시도이다.
도 22는 도 18 중 프로펠러 팬을 도시하는 다른 측면도이다.
도 23은 도 1 중 프로펠러 팬의 H/D와 풍량과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 24는 도 1 중 프로펠러 팬의 d/D와 최대 응력과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 25는 프로펠러 팬의 제조에 이용되는 성형용 금형을 도시하는 단면도이다.
도 26은 프로펠러 팬을 이용한 공기 조화기의 실외기를 도시하는 도면이다.
본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하에서 참조하는 도면에서는, 동일 또는 그에 상당하는 부재에는, 동일한 번호가 붙여져 있다.
[실시 형태 1]
(2장 날개의 프로펠러 팬의 구조의 설명)
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에서의 2장 날개의 프로펠러 팬을 도시하는 측면도이다. 도 2는 도 1 중 화살표 II로 나타내는 방향(흡입측)으로부터 본 프로펠러 팬을 도시하는 평면도이다. 도 3은 도 1 중 화살표 III으로 나타내는 방향(분출측)으로부터 본 프로펠러 팬을 도시하는 평면도이다. 도 4는 도 1 중 프로펠러 팬을 흡입측으로부터 본 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(10)은 2장 날개의 프로펠러 팬이며, 예를 들면 유리 섬유가 들어간 AS(acrylonitrile-styrene) 수지 등의 합성 수지에 의해 일체 성형되어 있다.
프로펠러 팬(10)은 날개(21A) 및 날개(21B)(이하, 특별히 구별하지 않은 경우에는 날개(21)라고 함)와, 날개(21A) 및 날개(21B)를 서로 연접하는(연결시키는) 연접부(31)를 갖는다. 프로펠러 팬(10)은 가상축인 중심축(101)을 중심으로 회전하고, 도 1 중 흡입측으로부터 분출측으로 송풍을 행한다.
도 2 중에 도시한 바와 같이, 프로펠러 팬(10)을 중심축(101)의 축방향으로부터 보아, 날개(21A) 및 날개(21B)를 중심축(101)의 둘레 방향에 있어서 서로 이격시키는 최소의 가상원(102)을 그린 경우에, 가상원(102)의 내측에 연접부(31)가 규정되고, 가상원(102)의 외측에 날개(21A) 및 날개(21B)가 규정된다.
날개(21A) 및 날개(21B)는, 프로펠러 팬(10)의 회전축, 즉 중심축(101)의 둘레 방향에 있어서, 등간격으로 배치되어 있다. 날개(21A) 및 날개(21B)는, 동일 형상으로 형성되어 있고, 한쪽 날개를 중심축(101)을 중심으로 다른 쪽 날개를 향하여 회전시킨 경우에 양자의 형상이 일치하도록 형성되어 있다.
날개(21)는, 프로펠러 팬(10)의 회전 방향측에 위치하는 전연부(21b)와, 회전 방향의 반대측에 위치하는 후연부(21c)와, 중심축(101)에 대하여 가장 외주측에 위치하는 주연부(21a)를 갖는다. 주연부(21a)는 중심축(101)을 중심으로 직경 D를 갖는 원호 형상으로 연장되어 형성되어 있다. 주연부(21a)는 그 원호 형상으로 연장되는 일단이 후연부(21c)로 이어지도록 형성되어 있다.
날개(21)는 날개 선단 연부(21d)를 더 갖는다. 날개 선단 연부(21d)는 주연부(21a)와 전연부(21b) 사이를 접속하도록 형성되어 있다. 날개 선단 연부(21d)는 낫 형상으로 뾰족해진 형상을 갖는다. 주연부(21a)는 그 원호 형상으로 연장되는 타단부가 날개 선단 연부(21d)를 개재하여 후연부(21c)로 이어지도록 형성되어 있다. 날개 선단 연부(21d)는, 그 날개 선단 연부(21d)가 형성된 날개(21)에 있어서, 프로펠러 팬(10)의 가장 회전 방향의 선단측에 위치하여 설치되어 있다.
프로펠러 팬(10)을 중심축(101)의 축방향으로부터 본 경우에, 날개(21)의 외형이, 전연부(21b), 날개 선단 연부(21d), 주연부(21a) 및 후연부(21c)에 의해 구성되어 있다.
날개(21)에는 프로펠러 팬(10)의 회전에 수반하여 송풍을 행하는(흡입측으로부터 분출측으로 공기를 송출하는) 날개면(26)이 형성되어 있다.
날개면(26)은 흡입측 및 분출측에 면하는 측에 각각 형성되어 있다. 날개면(26)은 전연부(21b), 날개 선단 연부(21d), 주연부(21a) 및 후연부(21c)에 둘러싸인 영역에 형성되어 있다. 날개면(26)은 전연부(21b), 날개 선단 연부(21d), 주연부(21a) 및 후연부(21c)에 둘러싸인 영역의 전체면에 형성되어 있다. 날개(21A) 및 날개(21B)의 날개면(26)은, 각각 전연부(21b)로부터 후연부(21c)를 향하는 둘레 방향에 있어서, 흡입측으로부터 분출측으로 경사지는 만곡면에 의해 형성되어 있다.
날개면(26)은 정압면(26q)과, 정압면(26q)의 뒤측에 배치되는 부압면(26p)으로 구성되어 있다. 정압면(26q)은 날개면(26)의 분출측에 면하는 측에 형성되고, 부압면(26p)은 날개면(26)의 흡입측에 면하는 측에 형성되어 있다. 프로펠러 팬(10)의 회전 시에, 날개면(26) 상에서 공기 흐름이 발생하는 것에 수반하여, 정압면(26q)에서 상대적으로 크고, 부압면(26p)에서 상대적으로 작아지는 압력 분포가 발생한다.
가상원(102)의 외주 상에 배치되는 날개(21A)의 근원부와 날개(21B)의 근원부는, 중심축(101)의 축 주위에 배치된 연접부(31)에 의해 서로 접속되어 있다.
연접부(31)는 흡입측 및 분출측에 면하는 측에 각각 날개면(36)을 갖고, 날개형으로 형성되어 있다. 날개면(36)은 날개(21A)의 날개면(26) 및 날개(21B)의 날개면(26)으로부터 각각 연속하여 형성되어 있다. 날개(21A)의 날개면(26)과 날개(21B)의 날개면(26)은, 날개면(36)을 개재하여 연속적으로 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 날개(21A) 및 날개(21B)를 연결하는 방향에 있어서, 날개(21A)의 전연부(21b)와 날개(21B)의 후연부(21c)가 대향하고, 날개(21B)의 전연부(21b)와 날개(21A)의 후연부(21c)가 대향하기 때문에, 날개(21A)측의 날개면(36)의 경사 방향과, 날개(21B)측의 날개면(36)의 경사 방향이, 중심축(101)을 사이에 두고 비틀어진 위치 관계가 된다. 날개(21A) 및 날개(21B)의 날개면(26)으로부터 각각 연접부(31)의 날개면(36)으로 이어짐에 따라서 날개면의 경사는 작아지고, 날개(21A)측의 날개면(36)과 날개(21B)측의 날개면(36)이, 바로 중심축(101)을 통과하는 선 상에서 원활하게 접속된다. 즉, 날개(21A, 21B) 및 연접부(31)는 일체적이면서 연속적으로 정접하여 형성되는, 날개면(26) 및 날개면(36)을 각각 형성한다.
본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(10)에 있어서는, 연접부(31)에 있어서 날개(21A)의 근원부와 날개(21B)의 근원부를 접속하는 영역이, 회전에 수반하여 송풍을 행하는 날개면 형상으로 형성되어 있다.
도 4 중에 가장 명확하게 나타낸 바와 같이, 날개(21A)의 전연부(21b)와 날개(21B)의 후연부(21c)가 연접부(31)를 통해서 접속되어 있고, 날개(21B)의 전연부(21b)와 날개(21A)의 후연부(21c)가 연접부(31)를 통해서 접속되어 있다. 가상원(102)은 날개(21A)의 전연부(21b)와 날개(21B)의 후연부(21c)와의 접속 부분에 접하고, 날개(21B)의 전연부(21b)와 날개(21A)의 후연부(21c)와의 접속 부분에 접하도록 그려져 있다.
연접부(31)는 날개(21A)의 전연부(21b)측의 근원부로부터 날개(21B)의 후연부(21c)측의 근원부를 향함에 따라서, 기류 송출 방향의 흡입측으로부터 분출측으로 연장하고, 날개(21B)의 전연부(21b)측의 근원부로부터 날개(21A)의 후연부(21c)측의 근원부를 향함에 따라서, 기류 송출 방향의 흡입측으로부터 분출측으로 연장하도록 형성되어 있다. 연접부(31)는 프로펠러 팬(10)의 기류 송출 방향의 흡입측으로부터 분출측으로, 공기를 송출하는 작용을 갖는 구성을 이루도록 형성되어 있다.
날개(21A) 및 날개(21B)와 연접부(31)는, 박육 형상을 갖고, 일체로 성형되어 있다. 즉, 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(10)에 있어서는, 중심축(101)을 중심으로 그 외주측으로 연장하는 1장짜리로 된 2장 날개가, 날개(21A) 및 날개(21B)와 연접부(31)에 의해 일체적으로 성형되어 있다. 프로펠러 팬(10)은 날개(21A) 및 날개(21B)와, 날개(21A)의 근원부 및 날개(21B)의 근원부를 접속하는 연접부(31)를 포함하여, 일체적으로 성형되어 있다.
프로펠러 팬(10)은 회전축부로서의 보스 허브부(41)를 갖는다. 보스 허브부(41)는, 프로펠러 팬(10)을, 그 구동원인 도시하지 않은 모터의 출력축에 접속하는 부분이다. 보스 허브부(41)는, 원통 형상을 갖고, 중심축(101)과 겹치는 위치에서 연접부(31)에 접속되어 있다. 보스 허브부(41)는, 흡입측의 날개면(36)으로부터 중심축(101)의 축방향으로 연장되어 형성되어 있다. 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(10)에 있어서는, 날개(21A)의 근원부 및 날개(21B)의 근원부를 접속하는 영역을 회전 중심으로 하고, 날개(21A) 및 날개(21B)를 회전 구동하기 위한 부재인 보스 허브부(41)가, 프로펠러 팬(10)에 일체적으로 설치되어 있다.
또한, 보스 허브부(41)의 형상은, 원통 형상에 한정되지 않고, 모터의 출력축에 대한 접속 구조에 따라서 적절히 변경된다. 보스 허브부(41)는, 분출측의 날개면(36)으로부터 연장되어 형성되어도 되고, 흡입측 및 분출측의 날개면(36)으로부터 연장되어 형성되어도 된다.
연접부(31)는 보스 허브부(41)의 외주면으로부터 그 외주측으로 연장하도록 형성되어 있다. 바꿔 말하면, 연접부(31)는, 프로펠러 팬(10)을 중심축(101)의 축방향으로부터 본 경우에, 중심축(101)에 직각으로 교차하는 가상선 Z 상에서의 연접부(31)의 외연의, 중심축(101)으로부터의 최소 거리 L1보다도, 그 가상선 Z 상에서의 보스 허브부(41)의 외연의, 중심축(101)으로부터의 거리 L2쪽이 작아지도록 형성되어 있다(도 2를 참조).
도 5는 도 1 중 프로펠러 팬의 일례를 도시하는 평면도이다. 도 6은 도 5 중 프로펠러 팬을 2점쇄선 X로 나타내는 위치에서 절단한 경우의 단면 형상을 도시하는 사시도이다. 도 7은 도 5 중 프로펠러 팬을 2점쇄선 Y로 나타내는 위치에서 절단한 경우의 단면 형상을 도시하는 사시도이다. 도 8은 도 5 중 프로펠러 팬을 2점쇄선 Z로 나타내는 위치에서 절단한 경우의 단면 형상을 도시하는 사시도이다. 도 6 및 도 7 중에는 날개(21)의 단면이 도시되고, 도 8 중에는 연접부(31)의 단면이 도시되어 있다.
도 6 및 도 7을 참조하여, 날개(21)는 전연부(21b)와 후연부(21c)를 연결하는, 둘레 방향의 단면 형상의 두께가, 날개 중심 부근으로부터 전연부(21b) 및 후연부(21c)를 각각 향할수록 얇아지고, 날개 중심보다도 전연부(21b)측으로 치우친 위치에 최대 두께를 갖는 날개형 형상으로 형성되어 있다. 도 8을 참조하여, 연접부(31)는 상기에 설명한 날개(21)와 마찬가지의 날개형 형상으로 형성되어 있다. 즉, 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(10)은 날개(21)의 주연부(21a)로부터 중심축(101)을 향하는 어느 하나의 단면 위치에 있어서도 날개형의 단면 형상을 갖도록 형성되어 있다.
또한, 이상에 있어서는, 합성 수지에 의해 일체 성형되는 프로펠러 팬(10)에 대하여 설명했지만, 본 발명에서의 프로펠러 팬은 수지제에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 1장짜리로 된 판금을 비틀기 가공함으로써 프로펠러 팬(10)을 형성해도 되고, 곡면을 갖고 형성되는 일체의 박육 형상물에 의해 프로펠러 팬(10)을 형성해도 된다. 이들의 경우, 별도로 성형한 보스 허브부(41)를 프로펠러 팬(10)의 회전 중심에 접합하는 구조로 해도 된다.
도 2를 참조하여, 날개(21A) 및 날개(21B)의 각 날개에 있어서, 주연부(21a) 및 후연부(21c)는 교점(21e)으로 이어져 있다. 교점(21e)은 직경 D를 갖고 원호를 그리는 주연부(21a)의 단부와, 이 단부로 이어지는 후연부(21c)와의 교차하는 위치에 존재한다. 날개(21A)에서의 교점(21e)과, 날개(21B)에서의 교점(21e)은, 중심축(101)의 축방향에 있어서 동일한 높이에 존재한다.
도 2 중에는 전연부(21b)와 주연부(21a)를 접속하는 날개 선단 연부(21d)와, 중심축(101)을 포함하는 가상 상의 평면(210)이 규정되어 있다.
도 9는 도 1 중의 프로펠러 팬을 도시하는 다른 측면도이다. 도 9 중에는 도 2 중의 평면(210)에 평행한 화살표 IX로 나타내는 방향으로부터 본 프로펠러 팬(10)이 도시되어 있다.
도 9를 참조하여, 도면 중에는, 날개(21A) 및 날개(21B)에서의 교점(21e)을 포함하여, 중심축(101)에 직교하는 평면 γ가 규정되어 있다. 도 9 중에 도시하는 방향으로부터 프로펠러 팬(10)을 본 경우에, 날개(21A)의 전연부(21b)와 날개(21B)의 후연부(21c)가 연접부(31)를 통해서 접속되어 있다. 이 날개(21A)의 전연부(21b)와 날개(21B)의 후연부(21c)의 접속 부분은, 날개(21A)의 전연부(21b)로부터 날개(21B)의 후연부(21c)를 향함에 따라, 중심축(101)과 교차하면서, 기류 송출 방향의 흡입측으로부터 분출측으로 연장되도록 형성되어 있다.
날개(21)의 주연부(21a)의 직경을 D라 하고 중심축(101)의 선 상에서의, 평면 γ와, 날개(21A)의 전연부(21b) 및 날개(21B)의 후연부(21c)의 접속 부분과의 사이의 거리를 H라 한 경우에, 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(10)은, 0.028≤H/D≤0.056의 관계를 만족한다.
도 2를 참조하여, 내측에 연접부(31)를 규정하는 가상원(102)의 직경을 d라 한 경우에, 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(10)에 있어서는, 가상원(102)의 직경 d가 날개(21)의 주연부(21a)의 직경 D의 0.14배 이상의 값으로 설정되어 있다. 즉, 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(10)은, 0.14≤d/D의 관계를 만족하도록 형성되어 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 이 가상원(102)의 직경 d와 날개(21)의 직경 D와의 관계식은, 필수 구성은 아니다. 또한, 0.14≤d/D의 관계를 만족하는 프로펠러 팬에 있어서, 0.028≤H/D≤0.056의 관계를 만족하지 않는 구성으로 해도 된다.
[프로펠러 팬에 의해 발휘되는 작용, 효과의 설명]
계속해서, 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(10)에 의해 발휘되는 작용, 효과에 대하여 설명한다.
우선, 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(10)에 있어서는, 날개(21A) 및 날개(21B) 사이를 연접하는 날개형의 연접부(31)가 설치된다. 이와 같은 구성에 의해, 종래, 보스 허브부로서 충분히 활용할 수 없었던 회전 중심부에 있어서도 날개형의 단면 형상 및 큰 영각을 갖는 날개로서 유효하게 활용할 수 있다. 이에 의해, 외주측에 비해 주위 속도가 느린 중심부 부근의 송풍 능력을 대폭 증강할 수 있어, 팬 전체의 송풍 성능을 대폭 개선할 수 있다.
송풍을 행하는 날개의 면적을 증가시킴으로써, 동일 회전수에 있어서 풍량을 증가시킬 수 있다. 또한, 종래, 회전 중심부에 존재하였던 큰 보스 허브부의 대부분을, 날개형의 단면 형상을 갖는 연접부(31)로 치환함으로써, 프로펠러 팬의 질량을 저감할 수 있다. 이에 의해, 구동용 모터로의 부하가 경감되어, 동일 풍량에 있어서 소비 전력을 저감할 수도 있다.
도 10 내지 도 13은 도 1 중의 프로펠러 팬의 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 중에는, 비교를 위한 프로펠러 팬이 도시되어 있다. 도 10을 참조하여, 비교를 위한 프로펠러 팬(110)에 있어서는, 회전 중심에 보스 허브부(141)가 설치되어 있고, 이 보스 허브부(141)로부터 그 외주측으로 연장하도록 날개(121; 121A, 121B)가 더 설치되어 있다. 날개(121)의 형상은, 도 2 중의 날개(21)와 거의 동일하다.
도 10 내지 도 13을 참조하여, 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(10)의 상기 메커니즘에 대하여 상세하게 설명한다. 팬의 날개(21)가 구동하여 회전함으로써, 바람은 팬의 날개면(26) 위를 통과한다. 그때, 바람은, 우선 날개(21)의 전연부(21b)와 만나고, 거기에서 날개면(26)을 따라 흘러서, 날개(21)의 후연부(21c)로부터 유출한다.
날개(21)가 작동하는 중에 가장 중심에 가까운 위치의 근방에서 발생하는 현상을 생각한다. 비교를 위한 프로펠러 팬(110; 도 11을 참조)의 경우, 날개(21)의 근원부와 보스 허브부(141)가 접하는 위치의 전연부(21b; 도 11 중 S1)로부터 바람이 날개면(26)으로 유입한다. 그 후, 회전하면서 원심력의 영향을 받기 때문에, 유선은 동심원보다도 약간 외측으로 퍼진 형태로, 도 11 중 R1을 그린다. 이 R1로부터 내측의 사선부(면적 A)는 바람을 보내는 송풍기의 일을 할 수 없다.
이에 반해, 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(10)은, 보스 허브부(41)가 매우 작고, 비교를 위한 프로펠러 팬(110)과 비교하여, 더 중심에 가까운 위치까지 날개로서 작용하기 때문에, 날개(21)의 근원부와 연접부(31)와의 경계 부근에서의 전연부(21b; 도 12 중 S2)로부터 바람이 날개면(36)으로 유입한다. 그 후, 유선은, 동심원보다도 약간 외측으로 퍼져서, 도 12 중 R2를 그린다. 비교를 위한 프로펠러 팬(110)과 마찬가지로, 이 R2보다 내측의 사선부(면적 B)는 바람을 보내는 송풍기의 일을 할 수 없다. 도 13 중에는, 이 양자의 바람을 보내는 송풍기의 일을 할 수 없는 영역의 면적차(A-B)가 도시되어 있다.
항공 공학에 있어서, 양력은 면적에 비례하는 것이 주지이다. 이 면적차(A-B)만큼, 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(10)은 팬에 발생하는 양력이 커진다. 또한, 바람은, 양력의 반작용으로 발생하는 반력으로 송풍되는 것이 알려져 있으며, 양력이 크면, 그 만큼 반력도 커져서, 송풍 능력이 증가한다.
이상의 이유에 의해, 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(10)에 있어서는, 회전 중심에 배치된 연접부(31)에 의해 송풍 능력을 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(10)은, 0.028≤H/D≤0.056의 관계(D: 날개(21)의 주연부(21a)의 직경, H: 중심축(101)의 선 상에서의, 평면 γ와, 날개(21A)의 전연부(21b) 및 날개(21B)의 후연부(21c)의 접속 부분과의 사이의 거리)를 만족한다. 다음으로, 이 구성에 의해 발휘되는 작용, 효과에 대하여 설명한다.
도 14는 도 9 중의 프로펠러 팬에 대하여 제1 비교예를 이루는 프로펠러 팬을 도시하는 측면도이다. 도 15는 도 9 중의 프로펠러 팬에 대하여 제2 비교예를 이루는 프로펠러 팬을 도시하는 측면도이다.
도 14 중에는, 평면 γ와, 날개(21A)의 전연부(21b) 및 날개(21B)의 후연부(21c)의 접속 부분과의 사이의 거리가 H1이고, H1/D<0.028의 관계를 만족하는 프로펠러 팬이 도시되어 있다. 도 15 중에는, 평면 γ와, 날개(21A)의 전연부(21b) 및 날개(21B)의 후연부(21c)의 접속 부분과의 사이의 거리가 H2이고, H2/D>0.056의 관계를 만족하는 프로펠러 팬이 도시되어 있다.
도 14를 참조하여, H1/D의 값이 0.028보다도 작은 범위가 되는 제1 비교예의 프로펠러 팬의 경우, 날개(21A)의 전연부(21b) 및 날개(21B)의 후연부(21c)의 접속 부분이, 중심축(101)에 직교하는 평면에 대하여 작은 각도로 기울면서 연장된다. 이 경우, 날개(21A)의 전연부(21b)로부터 유입하고, 날개(21B)의 후연부(21c)로부터 유출해가는 공기를, 회전 중심 부근에 있어서 중심축(101)의 축방향으로 강하게 송출할 수 없어, 송풍 효과가 손상된다.
도 16 및 도 17은, 도 9 중의 프로펠러 팬의 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 9, 도 16 및 도 17을 참조하여, 한편, 0.028≤H/D의 관계를 만족하는 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(10)은, 제1 비교예의 프로펠러 팬과 비교하여, 날개(21A)의 전연부(21b) 및 날개(21B)의 후연부(21c)의 접속 부분이, 중심축(101)에 직교하는 평면에 대하여 큰 각도로 기울어서, 중심축(101)의 축방향에 의해 휘어진 형상으로 된다.
이 경우, 도 16 중에 도시한 바와 같이, 도 12 중의 S2와의 비교에 있어서, 날개(21)의 근원부와 연접부(31)와의 경계에 의해 가까운 전연부(21b)(도 16 중 S3)로부터 바람이 날개면(26)으로 유입하기 때문에, 날개(21A)의 전연부(21b) 및 날개(21B)의 후연부(21c)의 접속 부분 부근에 있어서 정압면(26q)측으로 공기가 유입하기 쉬워진다. 그 후, 유선은, 동심원보다도 약간 외측으로 퍼져서, 도 16 중 R3을 그린다. 이 R3보다 내측의 사선부(면적 C)는 바람을 보내는 송풍기의 일을 할 수 없다. 도 17 중에는, 도 12중의 프로펠러 팬과의 비교에 있어서, 바람을 보내는 송풍기의 일을 할 수 없는 영역의 면적차(B-C)가 나타나 있다.
도 15를 참조하여, H2/D의 값이 0.056보다도 큰 범위가 되는 제2 비교예의 프로펠러 팬의 경우, 날개(21A)의 전연부(21b) 및 날개(21B)의 후연부(21c)의 접속 부분이, 중심축(101)에 직교하는 평면에 대하여 더 큰 각도로 기운 상태가 된다. 이와 같은 구성으로는, 날개(21A)의 전연부(21b) 및 날개(21B)의 후연부(21c)의 접속 부분 부근에 있어서 정압면(26q)측으로 공기가 유입되기 쉬워지는 한편으로, 부압면(26p)측에서 공기 흐름의 박리가 발생할 우려가 있다.
이에 대해, H/D≤0.056의 관계를 만족하는 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(310)에서는, 날개(21A)의 전연부(21b) 및 날개(21B)의 후연부(21c)의 접속 부분에 있어서 날개(21)의 기울기가 너무 커지는 것을 방지하여, 부압면(26p)측에서의 박리의 발생을 방지한다.
이상의 이유에 의해, 0.028≤H/D≤0.056의 관계를 만족하는 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(10)에 의해, 우수한 송풍 능력을 실현할 수 있다.
이상으로 설명한 작용, 효과로부터 도출되는 효과로서, 하기의 내용을 들 수 있다.
(1) 동일 회전수 시의 풍량을 증가할 수 있기 때문에, 소음을 저감할 수 있다(최근 들어, 예를 들면 공기 조화기에 있어서는, 에너지 절약성을 향상시키기 위해 풍량을 증가하는 경향이 있다. 이 때문에, 소음이 증대하여 주거환경의 쾌적성이 손상된다고 하는 문제가 있었다. 이에 반해, 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(10)에 의하면, 소음의 증대없이 풍량을 증가할 수 있다).
(2) 압력 유량 특성을 향상할 수 있기 때문에, 팬 성능을 향상할 수 있다(최근 들어, 예를 들면 공기 조화기에 있어서는, 에너지 절약성을 향상시키기 위해서 열교환기의 능력 증가에 수반하여 압력 손실이 증대하는 경향이 있다. 열교환기의 압력 손실이 증대하면, 풍량이 저하하기(트레이드오프의 관계) 때문에, 열교환기의 능력 증가의 효과를 충분히 얻을 수 없다고 하는 과제가 있었다. 이에 반해, 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(10)에 의하면, 압력 유량 특성을 향상할 수 있기 때문에, 압력 손실이 큰 열교환기에 대해서도, 풍량의 저하를 억제할 수 있고, 그 결과, 열교환기의 능력 증가의 효과를 충분히 얻을 수 있다).
(3) 팬 효율을 향상할 수 있어, 소비 전력을 저감할 수 있다(최근 들어, 예를 들면 공기 조화기에 있어서는, 에너지 절약성을 향상시키기 위하여 풍량을 증가하는 경향이 있다. 이 때문에, 모터의 소비 전력이 증대한다고 하는 문제가 있었다. 이에 대해, 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(10)에 의하면, 풍량을 증가하여도 모터의 소비 전력의 증대를 억제할 수 있다. 풍량을 증가하지 않은 경우에는, 효율이 향상하고 있기 때문에, 모터의 소비 전력을 저감할 수 있다).
(4) 경량화에 의해, 재료를 삭감할 수 있음과 함께, 모터의 소비 전력을 더 저감할 수 있다(팬의 중량이 크면, 모터 샤프트의 베어링 손실 등이 증대하고, 여분의 소비 전력을 필요로 한다. 이에 대해, 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(10)에 의하면, 팬을 대폭 경량화할 수 있고, 그 결과, 모터 샤프트의 베어링 손실 등을 감소할 수 있기 때문에, 모터의 소비 전력을 저감할 수 있다).
이 결과, 본 발명의 실시 형태 1에서의 프로펠러 팬(10)에 의하면, 지구 환경 보전에 대하여 에너지 절약성, 자원 절약 설계의 면에서, 크게 공헌하는 프로펠러 팬을 실현할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(10)에 있어서는, 가상원(102)의 직경 d가, 날개(21)의 주연부(21a)의 직경 D의 0.14배 이상의 값으로 설정되어 있다. 이에 의해, 날개(21A)의 근원부와 날개(21B)의 근원부를 접속하는 역할을 하는 연접부(31)의 크기가, 날개의 외주 치수에 비하여 너무 작아지는 것을 방지한다. 그 결과, 프로펠러 팬(10)의 강도를 충분히 확보할 수 있다.
[3장 날개의 프로펠러 팬의 구조의 설명]
계속해서, 도 1 중 프로펠러 팬(10)의 구조를 적용한 3장 날개의 프로펠러 팬의 구조에 대하여 설명한다. 또한, 도 1 중 프로펠러 팬(10)과 비교하여 중복하는 구조에 대해서는 설명을 반복하지 않는다.
도 18은 본 발명의 실시 형태 1에서의 3장 날개의 프로펠러 팬을 도시하는 측면도이다. 도 19는 도 18 중의 화살표 XIX로 나타내는 방향(흡입측)으로부터 본 프로펠러 팬을 도시하는 평면도이다. 도 20은 도 18 중의 화살표 XX로 나타내는 방향(분출측)으로부터 본 프로펠러 팬을 도시하는 평면도이다. 도 21은 도 18 중의 프로펠러 팬을 흡입측으로부터 본 사시도이다.
도 18 내지 도 21을 참조하여, 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(50)은 3장 날개의 프로펠러 팬이다. 프로펠러 팬(50)은 둘레 방향으로 이격하여 설치되고, 중심축(101)을 중심으로 회전하는데 수반하여 송풍을 행하는 날개(21A), 날개(21B) 및 날개(21C)(이하, 특별히 구별하지 않은 경우에는 날개(21)라고 함)와, 날개(21A), 날개(21B) 및 날개(21C)를 서로 연접하는 연접부(31)를 갖는다.
도 19 중에 도시한 바와 같이, 프로펠러 팬(50)을 중심축(101)의 축방향으로부터 보아, 날개(21A), 날개(21B) 및 날개(21C)를 중심축(101)의 둘레 방향에 있어서 서로 이격시키는 최소의 가상원(102)을 그린 경우에, 가상원(102)의 내측에 연접부(31)가 규정되고, 가상원(102)의 외측에 날개(21A), 날개(21B) 및 날개(21C)가 규정된다.
날개(21A), 날개(21B) 및 날개(21C)는, 프로펠러 팬(50)의 회전축, 즉 중심축(101)의 둘레 방향에 있어서, 등간격으로 배치되어 있다. 날개(21A), 날개(21B) 및 날개(21C)는 동일 형상으로 형성되어 있다. 날개(21B)는 날개(21A)에 대하여 프로펠러 팬(50)의 회전 방향측에 인접하여 배치되고, 날개(21C)는 날개(21B)에 대하여 프로펠러 팬(50)의 회전 방향측에 인접하여 배치되어 있다.
가상원(102)의 외주 상에 배치되는 날개(21A)의 근원부와 날개(21B)의 근원부와 날개(21C)의 근원부는, 중심축(101)의 축 둘레에 배치된 연접부(31)에 의해 서로 접속되어 있다. 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(50)에 있어서는, 중심축(101)을 중심으로 그 외주측으로 연장하는 1장짜리로 된 3장 날개가, 날개(21A), 날개(21B) 및 날개(21C)와, 연접부(31)에 의해 일체적으로 성형되어 있다.
도 21 중에 가장 명확하게 나타낸 바와 같이, 날개(21A)의 전연부(21b)와 날개(21B)의 후연부(21c)가 연접부(31)를 통해서 접속되어 있고, 날개(21B)의 전연부(21b)와 날개(21C)의 후연부(21c)가 연접부(31)를 통해서 접속되고, 날개(21C)의 전연부(21b)와 날개(21A)의 후연부(21c)가 연접부(31)를 통해서 접속되어 있다. 가상원(102)은, 날개(21A)의 전연부(21b)와 날개(21B)의 후연부(21c)와의 접속 부분에 접하고, 날개(21B)의 전연부(21b)와 날개(21C)의 후연부(21c)와의 접속 부분에 접하고, 날개(21C)의 전연부(21b)와 날개(21A)의 후연부(21c)와의 접속 부분에 접하도록 그려져 있다.
프로펠러 팬(50)은, 중심축부로서의 보스 허브부(41)를 갖는다. 연접부(31)는, 보스 허브부(41)의 외주면으로부터 그 외주측으로 연장하도록 형성되어 있다. 바꿔 말하면, 연접부(31)는 프로펠러 팬(50)을 중심축(101)의 축방향으로부터 본 경우에, 중심축(101)을 통과하는 가상선 Z 상에서의 중심축(101)으로부터의 연접부(31)의 최소 길이 L1보다도, 그 가상선 Z 상에서의 중심축(101)으로부터의 보스 허브부(41)의 길이 L2 쪽이 작아지도록 형성되어 있다(도 19를 참조).
도 19를 참조하여, 본 실시 형태에서의 3장 날개의 프로펠러 팬(50)에 있어서는, 날개(21A), 날개(21B) 및 날개(21C)의 각 날개에 있어서, 주연부(21a) 및 후연부(21c)는 교점(21e)에서 이어져 있다. 날개(21A)에서의 교점(21e)과, 날개(21B)에서의 교점(21e)과, 날개(21C)에서의 교점(21e)은, 중심축(101)의 축방향에 있어서 동일한 높이에 존재한다.
도면 중에는, 날개(21C)에 있어서 전연부(21b)와 주연부(21a)를 접속하는 날개 선단 연부(21d)와, 중심축(101)을 포함하는 가상 상의 평면(220)이 규정되어 있다.
도 22는 도 18 중의 프로펠러 팬을 도시하는 다른 측면도이다. 도 22 중에는, 도 19 중의 평면(220)에 직교하는 화살표 XXII로 나타내는 방향으로부터 본 프로펠러 팬(50)이 도시되어 있다.
도 22를 참조하여, 날개(21A), 날개(21B) 및 날개(21C)에서의 교점(21e)을 포함하여, 중심축(101)에 직교하는 평면 γ가 규정되어 있다. 도 22 중에 도시하는 방향으로부터 프로펠러 팬(50)을 본 경우에, 날개(21A)의 전연부(21b)와 날개(21B)의 후연부(21c)가, 연접부(31)를 통해서 접속되어 있다.
날개(21)의 주연부(21a)의 직경을 D라 하고, 중심축(101)의 선 상에서의, 평면 γ와, 날개(21A)의 전연부(21b) 및 날개(21B)의 후연부(21c)의 접속 부분과의 사이의 거리를 H라 한 경우에, 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(50)은 0.028≤H/D≤0.056의 관계를 만족한다.
이와 같이 구성된 3장 날개의 프로펠러 팬(50)에서도, 상기의 2장 날개의 프로펠러 팬(10)과 마찬가지의 작용, 효과가 발휘된다.
[작용, 효과를 확인하기 위한 실시예의 설명]
계속해서, 본 실시 형태에서의 프로펠러 팬(10, 50)에 의해 발휘되는 작용, 효과를 확인하기 위해서 행한 실시예에 대하여 설명한다.
도 23은 도 1 중의 프로펠러 팬의 H/D와 풍량과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 23을 참조하여, 본 실시예에서는, H(평면 γ와, 날개(21A)의 전연부(21b) 및 날개(21B)의 후연부(21c)의 접속 부분과의 사이의 거리)/D(날개(21)의 주연부(21a)의 직경 D)의 값이 서로 다른 복수 종류의 프로펠러 팬을 준비하고, 일정한 회전수로 회전시켰다. 각 프로펠러 팬에서의 풍량을 측정하고, 그 측정 결과를 도 23 중의 그래프에 정리하였다. 본 실시예에서는, 직경 D를 460㎜로 하고, 회전수를 1000rpm으로 하였다.
또한, 도 23 중에서는, H/D=0.028일 때에 측정된 풍량의 값을 기준(100％)으로 하여, 각 H/D일 때에 측정되는 풍량의 크기를 종축에 나타냈다.
도 23 중에 도시한 바와 같이, H/D의 값이 증대함에 따라서 풍량이 증대하고, H/D의 값이 0.042 부근에서 풍량이 극대값을 취하고, 또한 H/D의 값이 증대하면 풍량이 감소하는 결과로 되었다. 이 결과, H/D=0.042를 중심으로 하는 0.028≤H/D≤0.056의 범위에서 큰 풍량이 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.
도 24는 도 1 중의 프로펠러 팬의 d/D와 최대 응력과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 24를 참조하여, 본 실시예에서는, d(가상원(102)의 직경)/D(날개(21)의 주연부(21a)의 직경 D)가 변화하는 것에 수반하여, 프로펠러 팬의 최대 응력이 어떻게 변화하는지를 시뮬레이션에 의해 측정하고, 그 결과를 도 24 중에 도시하는 그래프로 정리하였다. 시뮬레이션은, 중심축(101)을 중심으로 프로펠러 팬을 회전시키고, 원심력 하중에 의해 프로펠러 팬 전체에 작용하는 응력을 구하였다. 회전수는, 1000rpm으로 일정하게 하고, 프로펠러 팬 전체에 작용하는 응력값 중에서 가장 큰 응력을 최대 응력으로 하였다.
또한, 도 24 중에서는, d/D=0.195일 때에 측정된 최대 응력의 값을 기준(100％)으로 하여, 각 d/D일 때에 측정되는 최대 응력의 크기를 종축에 나타냈다.
측정의 결과, d/D의 값이 감소하는, 즉 날개 외주에 대한 연접부(31)의 크기의 비율이 작아짐에 따라서, 프로펠러 팬(10)의 최대 응력이 서서히 커졌다. 이때, d/D의 값이 0.14보다도 작은 범위가 되면 최대 응력이 현저하게 증대하고, 프로펠러 팬(10)의 강도가 현저하게 저하하였다. 이 결과, 0.14≤d/D의 범위에서, 프로펠러 팬(10)의 강도를 확보할 수 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 상기의 실시예에서는, 2장 날개의 프로펠러 팬(10)을 일례로 들어 풍량, 최대 응력의 측정을 행하였지만, 3장 날개의 프로펠러 팬(50)이어도, 도 23 및 도 24 중에 도시하는 내용과 마찬가지의 측정 결과가 얻어진다.
[실시 형태 2]
본 실시 형태에서는, 우선 실시 형태 1에서의 각종 프로펠러 팬을 수지를 이용하여 성형하기 위한 성형용 금형의 구조에 대하여 설명한다.
도 25는 프로펠러 팬의 제조에 이용되는 성형용 금형을 도시하는 단면도이다. 도 25를 참조하여, 성형용 금형(61)은, 고정측 금형(62) 및 가동측 금형(63)을 갖는다. 고정측 금형(62) 및 가동측 금형(63)에 의해, 프로펠러 팬과 대략 동일 형상으로서, 유동성의 수지가 주입되는 캐비티가 규정되어 있다.
성형용 금형(61)에는, 캐비티에 주입된 수지의 유동성을 높이기 위한 도시하지 않은 히터가 설치되어도 된다. 이러한 히터의 설치는, 예를 들면 유리 섬유가 들어간 AS 수지와 같은 강도를 증가시킨 합성 수지를 이용하는 경우에 특히 유효하다.
또한, 도 25 중에 도시하는 성형용 금형(61)에 있어서는, 프로펠러 팬에서의 정압면측 표면을 고정측 금형(62)에 의해 형성하고, 부압면측 표면을 가동측 금형(63)에 의해 형성하는 것을 상정하고 있지만, 프로펠러 팬의 부압면측 표면을 고정측 금형(62)에 의해 형성하고, 프로펠러 팬의 정압면측 표면을 가동측 금형(63)에 의해 형성해도 된다.
프로펠러 팬으로서, 재료에 금속을 이용하여, 프레스 가공에 의한 드로우잉 성형에 의해 일체로 형성하는 것이 있다. 이들 성형은, 두꺼운 금속판으로는 드로우잉이 곤란하고, 질량도 무거워지기 때문에, 일반적으로는 얇은 금속판이 이용된다. 이 경우, 큰 프로펠러 팬으로는, 강도(강성)를 유지하는 것이 곤란하다. 이에 대해, 날개 부분보다 두꺼운 금속판으로 형성한 스파이더라고 불리는 부품을 이용하여, 날개 부분을 회전축에 고정하는 것이 있지만, 질량이 무거워지고, 팬 밸런스도 나빠진다는 문제가 있다. 또한, 일반적으로는, 얇고, 일정한 두께를 갖는 금속판이 이용되기 때문에, 날개 부분의 단면 형상을 날개형으로 할 수 없다는 문제가 있다.
이에 대해, 프로펠러 팬을 수지를 이용하여 형성함으로써, 이들 문제를 일괄하여 해결할 수 있다.
계속해서, 실시 형태 1에서의 프로펠러 팬(10)을 갖는 유체 이송 장치의 일례로서 공기 조화기의 실외기에 대하여 설명한다.
도 26은 프로펠러 팬을 이용한 공기 조화기의 실외기를 도시하는 도면이다. 도 26을 참조하여, 공기 조화기의 실외기(75)는, 실시 형태 1에서의 프로펠러 팬(10)과, 구동용 모터(72)를 갖는 송풍기(73)를 구비한다. 이 송풍기(73)에 의해 유체가 송출된다. 또한, 실외기(75) 내에는 실외 열교환기(74)가 설치되고, 송풍기(73)에 의해 효율적으로 열교환이 행해진다. 또한, 송풍기(73)는, 모터 앵글(76)에 의해 실외기(75)에 설치되어 있다.
이와 같은 구성에 의하면, 실외기(75)는, 실시 형태 1에 있어서 설명한 프로펠러 팬(10)을 갖기 때문에, 소음의 발생이 억제되어 운전 소리가 조용해진다.
또한, 프로펠러 팬(10)에 의해 송풍의 효율이 향상되므로, 본 실외기(75)에서는 소비 에너지도 저감할 수 있다. 또한, 실시 형태 1에 있어서 설명한 프로펠러 팬(50)을 이용한 경우도, 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 본 실시 형태에서는, 유체 이송 장치의 일례로서, 공기 조화기의 실외기를 예로 들어 설명했지만, 이 외에, 예를 들면 공기 청정기, 가습기, 선풍기, 팬 히터, 냉각 장치, 환기 장치 등의 유체를 송출하는 장치에 대해서도 본 프로펠러 팬을 적용함으로써, 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명은 아니고 청구범위에 의해 나타나며, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
본 발명은 주로, 공기 청정기나 공기 조화기 등의 송풍 기능을 갖는 가정용 전기 기기에 적용된다.
10, 50 : 프로펠러 팬
21, 21A, 21B, 21C : 날개
21a : 주연부
21b : 전연부
21c : 후연부
21d : 날개 선단 연부
21e : 교점
26 : 날개면
26q : 정압면
26p : 부압면
31 : 연접부
36 : 날개면
41 : 보스 허브부
61 : 성형용 금형
62 : 고정측 금형
63 : 가동측 금형
72 : 구동용 모터
73 : 송풍기
74 : 실외 열교환기
75 : 실외기
76 : 모터 앵글
101 : 중심축
102 : 가상원
210, 220 : 평면

Claims (12)

  1. 2장 날개의 프로펠러 팬으로서,
    둘레 방향으로 이격하여 설치되고, 가상의 중심축(101)을 중심으로 회전하는데 수반하여 송풍을 행하고, 2장 날개를 이루는 제1 날개(21A) 및 제2 날개(21B)와,
    프로펠러 팬을 상기 중심축(101)의 축방향으로부터 보아, 상기 제1 날개(21A) 및 상기 제2 날개(21B)를 둘레 방향으로 이격시키는 최소의 가상원(102)을 그린 경우에, 그 가상원(102)의 내측에 배치되고, 상기 제1 날개(21A) 및 상기 제2 날개(21B)를 연접하는 연접부(31)를 구비하고,
    상기 제1 날개(21A) 및 상기 제2 날개(21B)의 각 날개는, 상기 중심축(101)을 중심으로, 직경 D를 갖고 원호 형상으로 연장되는 주연부(21a)와, 회전 방향측에 배치되는 전연부(21b)와, 회전 방향의 반대측에 배치되고 상기 주연부(21a)로 이어지는 후연부(21c)와, 상기 전연부(21b)와 상기 주연부(21a)를 접속하고 회전 방향을 향해서 돌출된 날개 선단 연부(21d)를 갖고,
    상기 제1 날개(21A)의 상기 전연부(21b)와 상기 제2 날개(21B)의 상기 후연부(21c)가 상기 연접부(31)를 통해서 접속되고,
    상기 제1 날개(21A) 및 상기 제2 날개(21B)의, 상기 후연부(21c) 및 상기 주연부(21a)의 각 교점(21e)을 포함하여, 상기 중심축(101)에 직교하는 평면을 γ라 규정하고,
    프로펠러 팬을, 상기 제1 날개(21A) 및 상기 제2 날개(21B)의 상기 날개 선단 연부(21d)와, 상기 중심축(101)을 포함하는 평면(210)에 평행한 방향으로부터 본 경우에, 상기 중심축(101)의 선 상에서의, 상기 평면 γ와, 상기 제1 날개(21A)의 상기 전연부(21b) 또는 상기 제2 날개(21B)의 상기 후연부(21c)와 상기 중심축이 교차하는 위치 사이의 거리 H는, 0.028≤H/D≤0.056의 관계를 만족하며,
    상기 연접부(31)는 상기 제1 날개(21A)와 상기 제2 날개(21B) 사이에서 연장하고, 상기 제1 날개(21A)의 근원부 및 상기 제2 날개(21B)의 근원부를 접속하는 영역에, 회전에 수반하여 송풍을 행하기 위한 날개면 형상의 표면(36)을 갖는, 프로펠러 팬.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가상원(102)의 직경 d는, 0.14≤d/D의 관계를 만족하는, 프로펠러 팬.
  4. 제1항에 있어서,
    수지에 의해 성형되는, 프로펠러 팬.
  5. 제4항에 기재된 프로펠러 팬을 수지에 의해 성형하기 위해 이용되는, 성형용 금형.
  6. 제1항에 기재된 프로펠러 팬을 구비하는, 유체 이송 장치.
  7. 3장 날개의 프로펠러 팬으로서,
    둘레 방향으로 이격하여 설치되고, 가상의 중심축(101)을 중심으로 회전하는데 수반하여 송풍을 행하고, 3장 날개를 이루는 제1 날개(21A), 제2 날개(21B) 및 제3 날개(21C)와,
    프로펠러 팬을 상기 중심축(101)의 축방향으로부터 보아, 상기 제1 날개(21A), 상기 제2 날개(21B) 및 상기 제3 날개(21C)를 둘레 방향으로 이격시키는 최소의 가상원(102)을 그린 경우에, 그 가상원(102)의 내측에 배치되고, 상기 제1 날개(21A), 상기 제2 날개(21B) 및 상기 제3 날개(21C)를 연접하는 연접부(31)를 구비하고,
    상기 제1 날개(21A), 상기 제2 날개(21B) 및 상기 제3 날개(21C)의 각 날개는, 상기 중심축(101)을 중심으로, 직경 D를 갖고 원호 형상으로 연장되는 주연부(21a)와, 회전 방향측에 배치되는 전연부(21b)와, 회전 방향의 반대측에 배치되고 상기 주연부(21a)로 이어지는 후연부(21c)와, 상기 전연부(21b)와 상기 주연부(21a)를 접속하고 회전 방향을 향해서 돌출된 날개 선단 연부(21d)를 갖고,
    상기 제2 날개(21B)는 상기 제1 날개(21A)에 대하여 회전 방향측에 인접하여 배치되고, 상기 제3 날개(21C)는 상기 제2 날개(21B)에 대하여 회전 방향측에 인접하여 배치되고,
    상기 제1 날개(21A)의 상기 전연부(21b)와, 상기 제2 날개(21B)의 상기 후연부(21c)가 상기 연접부(31)를 통해서 접속되고,
    상기 제1 날개(21A), 상기 제2 날개(21B) 및 상기 제3 날개(21C)의, 상기 후연부(21c) 및 상기 주연부(21a)의 각 교점(21e)을 포함하여, 상기 중심축(101)에 직교하는 평면을 γ라 규정하고,
    프로펠러 팬을, 상기 제3 날개(21C)의 상기 날개 선단 연부(21d)와, 상기 중심축(101)을 포함하는 평면(220)에 직각한 방향으로부터 본 경우에, 상기 중심축(101)의 선 상에서의, 상기 평면 γ와, 상기 제1 날개(21A)의 상기 전연부(21b) 또는 상기 제2 날개(21B)의 상기 후연부(21c)와 상기 중심축이 교차하는 위치 사이의 거리 H는, 0.028≤H/D≤0.056의 관계를 만족하며,
    상기 연접부(31)는 상기 제1 날개(21A), 상기 제2 날개(21B) 및 상기 제3 날개(21C) 중 인접하는 날개 사이에서 연장하고, 인접하는 날개의 근원부끼리를 접속하는 영역에, 회전에 수반하여 송풍을 행하기 위한 날개면 형상의 표면(36)을 갖는, 프로펠러 팬.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 가상원(102)의 직경 d는, 0.14≤d/D의 관계를 만족하는, 프로펠러 팬.
  10. 제7항에 있어서,
    수지에 의해 성형되는, 프로펠러 팬.
  11. 제10항에 기재된 프로펠러 팬을 수지에 의해 성형하기 위해 이용되는, 성형용 금형.
  12. 제7항에 기재된 프로펠러 팬을 구비하는, 유체 이송 장치.
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