WO2020194756A1 - プロペラファンおよび送風装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a propeller fan and a blower in which a plurality of sheet metal blades are provided around a boss portion.
- Propeller fans with multiple blades around the boss may be used in the air conditioners and blowers exemplified by ventilation fans.
- the propeller fan blows air by flowing the air in the direction along the rotation axis by rotating the boss portion and the blade.
- Patent Document 1 discloses a configuration in which a flap with an inclined front edge on the positive pressure surface side is provided on the front edge of a propeller fan blade to aim at rectification of the airflow flowing into the blade and reduce noise. ing.
- the propeller fan may be used for a blower in which the propeller fan is surrounded by a duct.
- the flap induces the separation of the airflow due to the inflow angle of the air to the front edge of the propeller fan, which worsens the noise. It may end up.
- the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a propeller fan capable of reducing noise even if the surroundings are covered with a duct.
- the propeller fan according to the present invention has a boss portion that rotates around a rotation axis and a boss portion that is provided around the boss portion and rotates together with the boss portion and in a rotation direction.
- a blade having a positive pressure surface facing forward and a negative pressure surface facing backward in the rotation direction, and a protruding portion in which a front edge portion, which is a front edge in the rotation direction of the blade, projects toward the negative pressure surface side.
- the propeller fan according to the present invention has the effect of being able to reduce noise even if the surroundings are covered with a duct.
- FIG. 1 Front view of the blower device according to the first embodiment of the present invention.
- Sectional view of the blade cut along line III-III shown in FIG. The figure which shows the relationship between the protrusion ratio and noise difference in the blower device which concerns on Embodiment 1.
- FIG. 1 is a front view of the blower according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the blower cut along the line II-II shown in FIG.
- the blower 30 includes a propeller fan 10 and a duct 4.
- the propeller fan 10 includes a boss portion 2 and a blade 1.
- the boss portion 2 and the blade 1 receive a driving force from the motor 5 which is a driving source, and rotate around the rotation shaft 3.
- the blade 1 is provided around the boss portion 2 and rotates together with the boss portion 2.
- the rotation directions of the boss portion 2 and the blade 1 are indicated by arrows X.
- the motor 5 is arranged on the downstream side of the propeller fan 10 in the flow direction of the air flow 6.
- the direction along the rotation axis 3 is simply referred to as an axial direction.
- the radial direction of the circle centered on the rotation shaft 3 is simply referred to as the radial direction.
- the circumferential direction of the circle centered on the rotation axis 3 is simply referred to as the circumferential direction.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of the blade cut along the line III-III shown in FIG.
- the cross-sectional view shown in FIG. 3 can be rephrased as a cross-sectional view of the blade 1 viewed along the radial direction.
- the blade 1 is provided with an inclination with respect to the rotation direction, and has a positive pressure surface 1a which is a surface facing forward in the rotation direction and a negative pressure surface 1b which is a surface facing backward in the rotation direction.
- a protruding portion 13 protruding toward the negative pressure surface 1b is provided from the front edge portion 11 which is the front edge in the rotation direction of the blade 1.
- the rear edge of the blade 1 in the rotation direction is the trailing edge portion 12.
- the protrusion ratio ⁇ is the same value in any cross section of the blade 1 cut along an arc centered on the rotation axis 3.
- Lines III-III shown in FIG. 1 are arcs having a blade center radius r ma centered on the rotation axis 3.
- the duct 4 is a cylindrical body that surrounds the propeller fan 10 when viewed along the rotation axis 3. As shown in FIG. 2, the duct 4 extends from the downstream side to the upstream side of the blade 1 in the direction of the air flow 6 generated by the rotation of the blade 1 when viewed from the direction perpendicular to the rotation axis 3. Surrounds the area. That is, the entire blade 1 from the upstream end to the downstream end is surrounded by the duct 4.
- the end surface 4a of the duct 4 on the downstream side in the direction of the air flow 6 is defined as a reference.
- B be the distance from the reference to the blade trailing edge wing tip 12a.
- A be the distance from the reference to the blade front edge blade tip 11a.
- C be the duct height from the standard. The relationship between the installed state of the propeller fan 10 and the duct 4 satisfies the relationship of 0 ⁇ B ⁇ A and B ⁇ A ⁇ C.
- FIG. 3 shows the flow field and the inflow angle ⁇ of the airflow 6 when the blade 1 rotates.
- the airflow 6 flowing into the front edge portion 11 of the blade 1 has a strong component that travels in the extending direction of the duct 4, that is, in the axial direction.
- the inflow angle ⁇ is close to 90 deg, and the air flow 6 flows into the front edge portion 11 of the blade 1 at an angle slightly perpendicular to the negative pressure surface 1b.
- FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the protrusion ratio and the noise difference in the blower according to the first embodiment.
- FIG. 4 shows the relationship between the protrusion ratio ⁇ and the noise difference under the condition that the protruding portion 13 is provided within the range of r2 to 0.7 ⁇ r1.
- FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the range in which the protruding portion is provided and the noise difference in the blower according to the first embodiment.
- the relationship between the range in which the portion 13 is provided and the low noise effect value is shown.
- the vertical axis shown in FIG. 5 shows the difference from the noise at the same air volume when the blade 1 is not provided with the protruding portion 13.
- the noise difference becomes positive.
- the noise is smaller than the noise when the blade 1 is not provided with the protruding portion 13, the noise difference becomes negative.
- the horizontal axis shown in FIG. 5 indicates a range in which the protruding portion 13 of the front edge portion 11 is provided from the radius r2 of the boss portion 2 toward the outer peripheral edge 15 of the blade 1, and the range is defined as the outer peripheral edge of the blade 1. It is shown as a ratio of 15 to the radius r1.
- the cross-sectional coefficient of the blade 1 is increased, so that the stress generated at the root portion of the blade 1 during the rotation of the propeller fan 10 is reduced. That is, the strength and proof stress of the propeller fan 10 can be improved.
- the blower device 30 using the propeller fan 10 is, for example, an air conditioner, a ventilation fan, a fan, or a circulator.
- FIG. 6 is a diagram showing a modified example of the blower device according to the first embodiment.
- the relationship between the installed state of the propeller fan 10 and the duct 4 satisfies the relationship of 0 ⁇ B ⁇ A and B ⁇ A ⁇ C.
- the cross-sectional area of the duct 4 does not change in the axial direction. Even in the blower device 30 provided with such a duct 4, it is possible to provide the propeller fan 10 which has the effects of reducing noise and improving strength and proof stress without causing a decrease in air volume.
- FIG. 7 is a cross-sectional view of the blower device according to the comparative example, and is a view corresponding to the cross-sectional view shown in FIG.
- FIG. 8 is a cross-sectional view of the propeller fan according to the comparative example, and is a view corresponding to the cross-sectional view shown in FIG.
- the duct 41 is directed from the upstream side to the further upstream side of the blade front edge blade end portion 11a of the blade 1 in the direction of the air flow 6 when viewed from the direction perpendicular to the rotation axis 3. It extends and surrounds the blade 1. That is, the upstream portion of the blade 1 is not surrounded by the duct 41.
- the relationship between the installed state of the propeller fan 10 and the duct 41 satisfies the relationship of 0 ⁇ B ⁇ C ⁇ A.
- the airflow 6 flowing into the front edge portion 11 of the blade 1 has a strong component traveling in the circumferential direction because the upstream side is not surrounded by the duct 4, and the inflow angle ⁇ is 0 deg.
- the airflow 6 flows horizontally into the front edge portion 11 of the blade 1.
- a protruding portion 13 projecting toward the negative pressure surface 1b is provided like the propeller fan 10 according to the first embodiment.
- the airflow may separate on the negative pressure surface 1b side and the noise may worsen.
- the configuration shown in the above-described embodiment shows an example of the content of the present invention, can be combined with another known technique, and is one of the configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
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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。
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。
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。
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rmaにおける周方向に沿ったブレード1の長さを翼弦長cmと定義する。また、突き出し量Hを翼弦長cm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/cm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rmaの円弧である。羽根中心半径rma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、rma=(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×cm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×cm=0.0145×cm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rmaまでの範囲に突出し部13を設けた場合、rmaが0.6×r1≦rma<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≦rma≦0.7×r1の範囲で-0.5~-0.6dBと最も低騒音効果がある。
一方、rmaが0.8×r1<rma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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021508673A JP7069406B2 (ja) | 2019-03-28 | 2019-03-28 | プロペラファンおよび送風装置 |
PCT/JP2019/013899 WO2020194756A1 (ja) | 2019-03-28 | 2019-03-28 | プロペラファンおよび送風装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2019/013899 WO2020194756A1 (ja) | 2019-03-28 | 2019-03-28 | プロペラファンおよび送風装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2020194756A1 true WO2020194756A1 (ja) | 2020-10-01 |
Family
ID=72611199
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2019/013899 WO2020194756A1 (ja) | 2019-03-28 | 2019-03-28 | プロペラファンおよび送風装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7069406B2 (ja) |
WO (1) | WO2020194756A1 (ja) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH02119699A (ja) * | 1988-10-28 | 1990-05-07 | Matsushita Seiko Co Ltd | 軸流ファン |
JP2014206054A (ja) * | 2013-04-10 | 2014-10-30 | 日立アプライアンス株式会社 | 空気調和装置 |
JP2016102467A (ja) * | 2014-11-28 | 2016-06-02 | 株式会社デンソー | 送風装置 |
-
2019
- 2019-03-28 JP JP2021508673A patent/JP7069406B2/ja active Active
- 2019-03-28 WO PCT/JP2019/013899 patent/WO2020194756A1/ja active Application Filing
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2020194756A1 (ja) | 2021-10-14 |
JP7069406B2 (ja) | 2022-05-17 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 19921622 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2021508673 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |
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NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 19921622 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |