(57)【要約】【課題】翼端渦及び境界層の成長を抑制して騒音を抑えることができるプロペラファンを提供する。【解決手段】負圧側に向けて凸となるように湾曲された少なくとも一つのブレード１２がハブに設けられてなるプロペラファンにおいて、ブレード１２には、ブレード１２の回転方向後縁部１２Ｂを除いた部分に正圧側に向けて凸となる変曲面部１３が形成され、変曲面部１３は、ブレード１２の翼弦Ｃよりも負圧側に位置するように構成されていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負圧側に向けて凸となるように湾曲された少なくとも一つのブレードがハブに設けられてなるプロペラファンにおいて、
前記ブレードには、前記ブレードの回転方向後縁部を除いた部分に正圧側に向けて凸となる変曲面部が形成され、
該変曲面部は、前記ブレードの翼弦よりも負圧側に位置するように構成されていることを特徴とするプロペラファン。
【請求項２】
前記変曲面部よりも回転方向前方側部分が、平板状に形成されている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３】
前記変曲面部は、前記ブレードの外周側から内周側に向かうにしたがい漸次回転方向前縁部に近づくように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプロペラファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負圧側に向けて凸となるように湾曲されたブレードが設けられたハブを回転させて、空気等の流体を負圧側から正圧側に送り出すプロペラファンに関する。
【背景技術】
【０００２】
前述のプロペラファンは、例えば空気調和装置の室外機に使用される。従来の一般的なプロペラファンは、負圧側に向けて凸となるように湾曲されたブレードを備えている。ブレードの回転方向前方側から後方側に向けて圧力を変化させて、負圧側と正圧側との圧力差を効率的に生じさせ、負圧側から正圧側への空気の流れを大きくするように構成されている。
【０００３】
しかしながら、従来のブレードでは、ブレードの外周端（翼端）において正圧側と負圧側との圧力差によりブレードの外周端を巻き込むような流れ、いわゆる翼端渦が発生することが知られている。この翼端渦が他のブレードやプロペラファンの吸い込み側と吹き出し側とを仕切るベルマウスに衝突することにより騒音が発生する。
また、ブレードの表面と流れとの間に境界層が生じ、この境界層はブレードの回転方向後方側に向かうにしたがい徐々に発達していってブレード表面から剥離する。境界層が剥離した場合には広帯域の騒音が発生する。
【０００４】
これらの騒音対策として、ブレードの形状を変更したものが提案されている（例えば、特許文献１〜３）。
【特許文献１】特開２００３−１８４７９２号公報
【特許文献２】特開平７−７７１９８号公報
【特許文献３】特開２００４−１２４７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来のプロペラファンにおいては、翼端渦を抑制したもの（特許文献１）、あるいは、境界層の成長を抑制したもの（特許文献２、３）はそれぞれ提案されているが、翼端渦の成長と境界層の成長とを同時に効果的に抑制するブレード形状は、提案されていない。
また、特許文献２、３においては、ブレードの回転方向前縁部が大きく正圧側に張り出しているので、回転方向前方側からの流体の流れ込みが阻害されてファン効率が低下する。なお、ファン効率とは、ファンによる流体の移送量（例えば、風量）とファンを回転させるモータ等の動力との比である。流体の移送量を確保するために回転速度を上昇させると、さらに騒音が大きくなってしまう。
【０００６】
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであって、翼端渦及び境界層の成長を抑制して騒音を抑えることができるプロペラファンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決するために、本発明に係るプロペラファンは、負圧側に向けて凸となるように湾曲された少なくとも一つのブレードがハブに設けられてなるプロペラファンにおいて、前記ブレードには、前記ブレードの回転方向後縁部を除いた部分に正圧側に向けて凸となる変曲面部が形成され、該変曲面部は、前記ブレードの翼弦よりも負圧側に位置するように構成されていることを特徴としている。
【０００８】
この構成のプロペラファンでは、負圧側のブレード表面（負圧面）の流れが変曲面部において渦を巻くように変化することになる。また、正圧側のブレード表面（正圧面）では、変曲面部を乗り越えるように流れていくので流速が増加し圧力が低下する。これにより、変曲面部においては、負圧側と正圧側との圧力差が小さくなる。翼端渦は、負圧側と正圧側との圧力差によって発生するので、この変曲面部において翼端渦の成長が阻害される。
【０００９】
また、負圧面においては、回転方向前方側から境界層が徐々に成長していくが、正圧側に凸となる変曲面部で流れが変化するため、境界層の成長が中断される。そして、変曲面部の回転方向後方から改めて境界層が成長していく。さらに、正圧面においても変曲面部の回転方向後方から正圧面に沿うように流れて境界層が成長することになる。
【００１０】
さらに、変曲面部が前記ブレードの翼弦よりも負圧側に位置するように構成されているので、ブレードの回転方向前方からの流体の流れ込みが阻害されない。
また、この変曲面部がブレードの回転方向後縁部を除いた部分に設けられているので、効率的に圧力差を生じさせるようにブレードの回転方向後縁部の形状を設計してファン効率を維持できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、変曲面部において翼端渦の成長を防止するとともに境界層の発達を抑制でき、騒音の発生を防止できる。また、変曲面部によってブレードの回転方向前方からの流れ込みが阻害されないのでファン効率の低下を抑制でき、回転速度を必要以上に上昇させることがなく騒音を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の第１の実施形態であるプロペラファンについて添付した図面を参照にしながら説明する。このプロペラファンは、空気調和装置の室外機に備えられた送風機を構成するものである。
このプロペラファン１０は、回転軸Ｌ回りに回転方向Ｔに向けて回転される円筒状をなすハブ１１と、このハブ１１の外周部に設けられた複数（３つ）のブレード１２とを備えている。
【００１３】
ブレード１２の外周端１２Ａ（翼端）は、回転軸Ｌ方向から見て図１に示すように、回転軸Ｌを中心とした円弧状をなすように構成されている。
また、ブレード１２の回転方向Ｔ後縁部１２Ｂは、回転軸Ｌ方向から見て、半径方向中央部が回転方向Ｔ後方側に突出するように湾曲させられていて、径方向外側に向かうにしたがい回転方向前方側に向かうように構成され、ブレード１２の外周端１２Ａ（翼端）と鈍角に交差するように構成されている。
さらに、ブレード１２の回転方向Ｔ前縁部１２Ｃは、回転軸Ｌ方向から見て、半径方向中央部が回転方向Ｔ後方側に凹むように湾曲させられていて、径方向外側に向かうにしたがい回転方向前方側に突出するように構成され、ブレード１２の外周端１２Ａ（翼端）と鋭角に交差するように構成されている。
【００１４】
ブレード１２は、外周側から見て図２に示すように、全体として一方側（図２において下側）に向けて凸となるように湾曲させられている。これにより、回転軸Ｌに直交する仮想平面とブレード１２の回転方向Ｔ前縁部１２Ｃとがなす角度は、前記仮想平面とブレード１２の回転方向Ｔ後縁部１２Ｂとがなす角度よりも小さく、図２においてブレード１２の上側が正圧側となり、ブレード１２の下面が負圧側とされる。つまり、このブレード１２は、全体として負圧側に向けて凸となるように湾曲させられているのである。
【００１５】
そして、ブレード１２の回転方向Ｔ中央部には、正圧側に向けて凸となる変曲面部１３が形成されている。この変曲面部１３の頂点はブレード１２の回転方向Ｔ前縁部１２Ｃと回転方向Ｔ後縁部１２Ｂとを結んだ線、いわゆる翼弦Ｃよりも負圧側に位置するように構成されている。
【００１６】
このような構成とされたプロペラファン１０は、回転軸Ｌを中心として回転方向Ｔに向けて回転され、ブレード１２の上側（正圧側）と下側（負圧側）とで圧力差が生じて負圧側から正圧側に向けて空気が移送される。
【００１７】
回転方向Ｔ前方側から流れ込んだ空気は、負圧側のブレード１２表面（負圧面１２Ｅ）ではブレード１２表面に沿って流れていき変曲面部１３において渦を巻くように変化する。また、正圧側のブレード１２表面（正圧面１２Ｆ）では、変曲面部１３を乗り越えるように流れていくので流速が増加し圧力が低下する。これにより、変曲面部１３では負圧側と正圧側との圧力差が小さくなる。
負圧側と正圧側との圧力差によって生じる翼端渦は、変曲面部１３において圧力差が小さくなるのでその成長が阻害される。また、翼端渦は、変曲面部１３の回転方向Ｔ前方側と回転方向Ｔ後方側とに２分割されることになり、回転方向Ｔ後方側の翼端渦は吹き出し方向に放出される。
【００１８】
また、負圧面１２Ｅにおいては、回転方向Ｔ前方側から境界層が徐々に成長していくが、変曲面部１３で流れが変化することで境界層の成長が中断される。そして、変曲面部１３の回転方向Ｔ後方から改めて境界層が成長していく。さらに、正圧面１２Ｆにおいても変曲面部１３の回転方向Ｔ後方から正圧面１２Ｆに沿うように流れて境界層が成長することになる。
【００１９】
さらに、変曲面部１３が前記ブレード１２の翼弦Ｃよりも負圧側に位置するように構成されているので、ブレード１２の回転方向Ｔ前方側からの空気の流れ込みが変曲面部１３によって阻害されることがない。
また、変曲面部１３がブレード１２の回転方向Ｔ中央部に形成されているので、効率的に圧力差を生じさせるようにブレードの回転方向Ｔ後縁部が正圧側に反り返るように形成されている。
【００２０】
この構成のプロペラファン１０においては、変曲面部１３によって翼端渦の成長が阻害されるため、翼端渦による騒音を抑制することができる。
また、変曲面部１３で流れが変化することで境界層の成長が中断されるので、境界層が大きく成長することがなく剥離を抑制することができる。また、境界層自体が大きく成長しないので剥離した場合のエネルギーも小さい。したがって、境界層の剥離による騒音を抑制することができる。
【００２１】
さらに、ブレード１２の回転方向Ｔ前方側からの空気の流れ込みが変曲面部１３によって阻害されることがないので、ファン効率を低下させることがなく風量を確保するために回転数を上昇させる必要がない。
また、翼端渦が変曲面部１３の回転方向Ｔ前方側と回転方向Ｔ後方側とに２分割され、回転方向Ｔ後方側の翼端渦は吹き出し方向に放出されるので、ファン効率を向上させることができる。
【００２２】
ここで、負圧面１２Ｅにおける圧力分布の計算結果を図３に示す。また、正圧面１２Ｆにおける圧力分布の計算結果を図４に示す。負圧面１２Ｅにおいては、変曲面部１３では等圧線の間隔が大きく圧力変化していないことが分かる。また、正圧面１２Ｆにおいては、変曲面部１３を境界として等圧線が２つの山をなすように位置しており変曲面部１３の圧力が周囲よりも低下している。これにより、変曲面部１３においては、正圧面１２Ｆと負圧面１２Ｅとの圧力差が小さくなっていることが確認される。
【００２３】
次に、本発明の第２の実施形態であるプロペラファン１０について説明する。なお、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
このプロペラファン１０は、第１の実施形態と同様に、回転軸Ｌ回りに回転方向Ｔに向けて回転される円筒状をなすハブ１１と、このハブ１１の外周部に設けられた複数（３つ）のブレード１２とを備えている。
【００２４】
ブレード１２は、外周側から見て全体として下方に向けて凸となるように湾曲させられており、ブレード１２の回転方向Ｔ中央部に正圧側に向けて凸となる変曲面部１３が形成されている。そして、図６に示すように、変曲面部１３よりも回転方向Ｔ前方側には、前記ブレード１２の外周端１２Ａ（翼端）にまで延びる平板状をなす平板部１４が形成されている。なお、この平板部１４は、翼弦Ｃに対して負圧側に僅かに傾斜するように構成されている。さらに、ブレード１２の回転方向Ｔ後縁部１２Ｂは、大きく反り返るように構成されている。
【００２５】
そして、この変曲面部１３は、ブレード１２の外周側においては図６に示すように、ブレード１２の回転方向Ｔの中央部に位置しているが、ブレード１２の内周側に向かうにしたがいブレード１２の回転方向Ｔ前縁部１２Ｃへと近づくように構成されている。これにより、変曲面部１３の回転方向Ｔ前方側に設けられた平板部１４の回転方向Ｔ長さが徐々に短くなり、ブレード１２の内周端１２Ｄでは、図９に示すように、平板部１４及び変曲面部１３が形成されておらず負圧側に湾曲された翼形をなしている。
【００２６】
この第２の実施形態によれば、翼端渦が発生するブレード１２の外周側において、変曲面部１３よりも回転方向Ｔ前方側に平板部１４が形成されているので、平板部１４においても負圧側と正圧側との圧力差が小さく翼端渦の成長が抑制される。また、平板部１４ではブレード１２表面の流れが変化しないので境界層の剥離が抑えられる。したがって、翼端渦の衝突及び境界層の剥離による騒音を抑制することができる。なお、ブレード１２の回転方向Ｔ後縁部１２Ｂが大きく反り返るように構成されており、この部分での圧力差が大きく翼端渦が発生したり、流れが急激に変化して境界層の剥離が発生したりするが、これら翼端渦や境界層が大きく成長しないので、これら翼端渦及び境界層の剥離による騒音を抑えることができる。
【００２７】
さらに、平板部１４がブレード１２の外周端１２Ａ（翼端）にまで延びる平板状に形成されているので、ブレード１２の回転方向Ｔ前方からのみでなく外周側からも空気が流れ込み易くなり、ファン効率を大幅に向上させることができる。
また、ブレード１２の回転方向Ｔ後縁部１２Ｂは、大きく反り返るように構成されているので、ファン効率を十分に確保することができる。
【００２８】
さらに、外周側から内周側に向けて変曲面部１３の位置が漸次変化しているので、ブレード１２表面の境界層の剥離の大きさが異なることになり、剥離した流れがブレード１２の回転方向Ｔ後方側の障害物（例えば、他のブレード１２）に衝突した場合でも周期騒音を小さく抑えることができる。
【００２９】
また、ブレード１２表面を流れる流量が小さい内周側部分においては、境界層が成長して剥離してもエネルギーが小さく騒音が抑えられるので、変曲面部１３を設けずに圧力変化を効率的に生じさせる翼形としてファン効率を向上させることができる。
【００３０】
ここで、負圧面１２Ｅにおける圧力分布の計算結果を図１０に示す。また、正圧面１２Ｆにおける圧力分布の計算結果を図１１に示す。負圧面１２Ｅにおいては、変曲面部１３の外周側部分の圧力が高くなっている。また、正圧面１２Ｆにおいては、変曲面部１３の外周側部分の圧力が低くなっている。したがって、変曲面部１３においては、特に外周側において正圧面１２Ｆと負圧面１２Ｅとで圧力差が小さくなっていることが確認される。
【００３１】
以上、本発明の実施形態であるプロペラファンについて説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
このプロペラファンを備える装置としては、空気調和装置の室外機に限定されることはなく、換気扇等の他の産業機器や民生品であっても良い。
【００３２】
さらに、ブレードの枚数を３枚のものとして説明したが、これに限定されることはなく、プロペラファンのサイズや設定風量等を考慮してブレードの数、配置を決定することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態であるプロペラファンの正面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１に示すプロペラファンの負圧面の圧力分布図である。
【図４】図１に示すプロペラファンの正圧面の圧力分布図である。
【図５】本発明の第２の実施形態であるプロペラファンの正面図である。
【図６】図５におけるＡ−Ａ断面図である。
【図７】図５におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図８】図５におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図９】図５におけるＤ―Ｄ断面図である。
【図１０】図５に示すプロペラファンの負圧面の圧力分布図である。
【図１１】図５に示すプロペラファンの正圧面の圧力分布図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  プロペラファン
１１  ハブ
１２  ブレード
１２Ｅ  負圧面
１２Ｆ  正圧面
１３  変曲面部
１４  平板部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008051074.tif 000009
【図８】
2008051074.tif 000010
【図９】
2008051074.tif 000011
【図１０】
2008051074.tif 000012
【図１１】
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