JP6060370B2

JP6060370B2 - 送風装置

Info

Publication number: JP6060370B2
Application number: JP2012166788A
Authority: JP
Inventors: 長田　篤; 篤長田; 崇藤園
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2032-07-27
Also published as: JP2014025426A

Description

本発明は、空調機や換気扇などに用いられる、羽根車が格子や羽板等で目隠しされた送風装置に関するものである。

従来、この種の送風装置は、翼の肉厚を不均一にして性能を改善するものが知られている（例えば特許文献１参照）。

以下、その送風装置について図７を参照しながら説明する。

図７の軸流羽根車における翼１０１の周方向の切断面に沿う端面図に示すように、翼１０１の負圧側表面に、その翼１０１の回転方向前縁１０３に沿って延びるリブ１０２が設けられており、このリブ１０２によって翼１０１が厚肉化されることなく補強されている。

これにより、翼１０１の回転に伴って、リブ１０２よりも回転方向後方側における符号１０４で示した領域に翼１０１の負圧側表面に付着した沿面渦流が発生し、その結果、気流１０５の剥離が生じにくくなり、軸流羽根車の空力特性や騒音特性が改善されることとなる。

また肉厚部により、翼の変形を抑制するものが知られている。（例えば特許文献２参照）。

以下、その送風装置について図８を参照しながら説明する。

図８は軸流羽根車１１２の翼部１１３の従来機と比較して厚みを増加した位置および断面形状を示す。図８（ａ）に位置を図８（ｂ）に断面形状を示す。ここでは、翼部の変形防止手段として、軸流羽根車１１２の翼部１１３の前縁が翼部を支持する支持部である円筒状の支持部１１４と接合する位置から前縁中央部までの範囲１１５及び前縁が円筒状の支持部１１４と接合する位置から翼端中央位置を結ぶ範囲１１６の翼部の厚みを最大歪発生部を中心として、図８（ｃ）に示すように局所的に厚くしている。

これにより、軸流羽根車１１２が回転時の変形量を低下することができ、設計時の性能が確保できる。即ち、風量の低下を抑制でき、また、同一風量で騒音の増加を抑制できる。

実開平４−２１４８７号公報特開平６−８１５４４号公報

特許文献１、特許文献２のような従来の送風装置においては、翼の前縁の肉厚部を一様に付加しているが、羽根車の上流側近傍に、格子や羽板等の障害物が備えられた場合は、障害物からの乱れた気流を表面積の大きな肉厚部で掻くために広い面で圧力変動が発生するため、特に周速の大きな外周部では圧力変動を原因とする騒音が増大するという課題があった。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、乱れた気流に対して圧力変動を抑制する翼形状とすることで、羽根車上流側すなわち翼の前縁側近傍に格子状の化粧パネルが障害物として存在しても、騒音増加を抑制する送風装置を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明は、ハブの外周に複数枚の翼を固定した軸流の羽根車と、前記羽根車を回転させる電動機と、前記電動機を支持して風路を形成するフレームと、前記翼の前縁側に近接して前記フレームに固定される格子状の化粧パネルを備えた送風装置であって、前記翼は、前記前縁の外側に向かう接線において半径方向成分が大きい翼内周部と、前記翼内周部に比べて周方向成分を大きくした翼外周部とから構成され、前記羽根車と前記化粧パネルを重ね合わせた投影面において、前記前縁が前記格子状の隙間内に納まらないように、前記翼外周部は前記翼内周部に対して前縁の傾きを変えて回転方向に突出させて備え、前記翼内周部は前記前縁を、断面が略円弧状の肉厚部とし、外側に向かって前記肉厚部を薄肉化し、最外端で前記肉厚部を消滅させた形状とし、前記翼外周部を、翼厚みと同等となる形状としたものであり、これにより所定の目的を達成するものである。

本発明によれば、羽根車の翼の前縁側近傍に格子状の化粧パネルが存在しても、乱れた気流に対して圧力変動を抑制する翼形状とすることで騒音増加を抑制することができ、かつ翼取付け部の強度を向上する羽根車とすることが出来る。

本発明の実施の形態１の送風装置の断面図同送付装置の羽根車の斜視図同送風装置の翼の上面図同送風装置の翼の半径方向断面図翼と隙間の関係を示す概要図（羽根車と化粧パネルを重ね合わせた投影図）同送風装置の翼の肉厚形状の効果を示すグラフ従来の送風装置の翼を示す断面図従来の送風装置の羽根車を示す斜視図

本発明の請求項１記載の送風装置は、ハブの外周に複数枚の翼を固定した軸流の羽根車と、前記羽根車を回転させる電動機と、前記電動機を支持して風路を形成するフレームと、前記翼の前縁側に近接して前記フレームに固定される格子状の化粧パネルを備えた送風装置であって、前記翼は、前記前縁の外側に向かう接線において半径方向成分が大きい翼内周部と、前記翼内周部に比べて周方向成分を大きくした翼外周部とから構成され、前記羽根車と前記化粧パネルを重ね合わせた投影面において、前記前縁が前記格子状の隙間内に納まらないように、前記翼外周部は前記翼内周部に対して前縁の傾きを変えて回転方向に突出させて備え、前記翼内周部は前記前縁を、断面が略円弧状の肉厚部とし、外側に向かって前記肉厚部を薄肉化し、最外端で前記肉厚部を消滅させた形状とし、前記翼外周部を、翼厚みと同等となる形状としたことを特徴とした送風装置である。

これにより、羽根車上流側近傍の障害物後流の乱れた気流に対して、翼外周部の回転速度の大きい箇所では突出形状が乱れに衝突するタイミングを回転方向にずらし、翼内周部の回転速度の小さい箇所では前縁の略円弧状の肉厚部が軸方向の乱れに対して剥離流れを抑制できる。加えて肉厚部を薄肉化して突出形状の翼外周部につなげることで、格子状の化粧パネル近くの気流を表面積の小さな肉厚部で掻くために翼面での圧力変動を抑制する翼形状となるので、羽根車上流側近傍に障害物が存在しても騒音上昇を抑制することができる。

また、肉厚部が、翼内周部の外側に向かって漸次薄肉化されたものであり、段差から発生する可能性のある渦からの騒音発生源を除去することになるので、騒音上昇のより大きな効果を得ることができる。

また、肉厚部の薄肉開始部が羽根車半径の５０〜７０％の位置にあることを特徴としたものであり、周速の小さな５０％以下の領域では肉厚部を確保することで、肉厚化による広い面での圧力変動の影響よりも肉厚化による剥離抑制の効果を大きくし、７０％以上の周速が大きくなる領域で、肉厚部の無い翼外周部に向けて接続することで最も騒音上昇抑制に対して大きな効果を得ることができる。

また、電動機周りまで翼外周部後端を後流側へ延長したものであり、翼内周部の羽根の付け根が肉厚化されて強度が上がり、翼有効面積を大きくしても翼の反作用にも十分に耐えることができるので、送風装置として大型化することなく、風量を増加させることができる。

（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１の送風装置の断面図、図２に同送風装置の羽根車の斜視図を示す。なお、図１の羽根車の翼の部分は子午面形状として示している。

まず、実施の形態１の構成について説明する。

図１に示すように、送風装置１は、翼２をハブ３に固定した軸流の羽根車４と、羽根車４に後流側で接続する電動機５と、電動機５を支持して風路を形成するフレーム６と、フレーム６に固定されて羽根車４の上流側に、羽根車直径の２５％以内で近接する格子状の化粧パネル７を備えたものである。

また、図２に示すように、翼２は４枚である。

ここで翼２は図３の上面図に示すように、前縁８の接線（Ａ）９の周方向成分（Ａ）１０よりも半径方向成分（Ａ）１１が大きくなる領域の翼内周部１２と、前縁８の接線（Ｂ）１３の半径方向成分（Ｂ）１４よりも周方向成分（Ｂ）１５が大きくなる領域の翼外周部１６が、境界点１７において曲率を急に変えて接続されている。

さらに図２に示すように、翼内周部１２のハブ３から半径の６０％の位置の薄肉開始部１８までの前縁を断面が略円弧状の肉厚部１９とし、薄肉開始部１８から境界点１７まででは楕円状に滑らかに縮小する肉厚部を縮小肉厚部２０とし、縮小肉厚部２０は境界点１７において肉厚部が消滅して翼厚みと同等となる翼形状としている。この肉厚が変化する様子について、図２におけるＡ−Ａ’断面を図４（ａ）に、Ｂ−Ｂ’断面を図４（ｂ）に、Ｃ−Ｃ’断面を（ｃ）に示す。

また、図２に示すように、翼２は後端２１が電動機５の上流側周りまで延長されて延長領域２２として特に翼外周部１６が翼下流側へ面積が広くなっている。

次に実施の形態１の作用について説明する。

電動機５により羽根車４が回転されると、翼２の空気を掻く作用により、図１では上から下に向かって化粧パネル７を通過して空気が流れる。化粧パネル７は格子状であるので、隙間の部分で局所的に風速が大きくなって乱れを生じて翼と接触することになる。

ここで図５に翼２と化粧パネルの隙間２３の関係の概要図を示す。本実施の形態では翼外周部に突出部２４を設けているが、突出部２４が無い場合、突出部の無い前縁２５と化粧パネルの隙間２３が重なる位相があり（図５が一致した状態）、化粧パネルの隙間２３を通過した風速の速い箇所と半径方向の全ての前縁が同時に干渉することになるので騒音発生の原因となり、これは特に翼の回転周速の大きい翼外周部１６で大きな影響となる。

よって突出部の無い前縁２５が化粧パネルの隙間２３内に納まらないよう、図５に示すように、例えば突出部２４を三角の形状とし、突出部の無い前縁２５と傾きを変えることで干渉のタイミングを周方向にずらし騒音発生の原因を抑制することができ、この効果は羽根車４の回転時のどの位相においても同様の効果が得られることとなる。

翼内周部１２においては、翼の回転周速が小さいために化粧パネル７との干渉の影響も小さくなるので、背景技術に示した前縁近傍の肉厚部１９による剥離の抑制と同様に騒音の原因となる圧力変動を小さくすることができる。

しかし、この肉厚部１９が外周側まで及ぶと、化粧パネル７からの乱れの悪影響を肉厚部１９の広い表面積で受けるために、かえって騒音増大を招くことになる。

そこで本発明では、薄肉開始部１８から境界点１７まで図４（ｂ）に示した楕円状に滑らかに縮小されるように薄肉化することで、突出部２４の効果と肉厚部１９、縮小肉厚部２０の効果を最適に得られる形状とすることができる。このような形状とすることにより、羽根車４の上流側近傍に障害物が存在しても、騒音増加を抑制することを可能としている。

図６は実施の形態１における、羽根車径８０ｍｍ、回転数２０００ｒｐｍで縮小肉厚部２０の有無の効果を、風量−静圧の関係と、風量−騒音（送風機前方１ｍ地点で騒音測定）の関係で示したものである。このように、風量−静圧特性が同等の送風機において、騒音を低減できている。

また、肉厚部１９を翼２の付け根のハブ３に接続しているので、翼２とハブ３の接続部の補強の役割を果たし、接続部が大きくなくても十分な強度が確保できる。よって図２に示した延長領域２２を設けることができ、この延長領域２２が空気を掻くための翼有効面積を大きくするので風量を増加させることができる。

また、縮小肉厚部２０を滑らかに縮小する形状としているが、中間で段状のような不連続的に多めに薄肉化したりすること羽根車４の体積を減らして材料や重量を削減してもよい。

本発明にかかる送風装置は、乱れた気流に対して圧力変動を抑制する翼形状とすることで、羽根車上流側近傍に障害物が存在しても、騒音増加を抑制でき、かつ風量を増加することができるため、静音性や高い送風能力が求められる室内に気流を発生する各種送風機器等として有用である。

１送風装置
２翼
３ハブ
４羽根車
５電動機
６フレーム
７化粧パネル
８前縁
９接線（Ａ）
１０周方向成分（Ａ）
１１半径方向成分（Ａ）
１２翼内周部
１３接線（Ｂ）
１４半径方向成分（Ｂ）
１５周方向成分（Ｂ）
１６翼外周部
１７境界点
１８薄肉開始部
１９肉厚部
２０縮小肉厚部
２１後端
２２延長領域
２３化粧パネルの隙間
２４突出部
２５突出部の無い前縁

Claims

ハブの外周に複数枚の翼を固定した軸流の羽根車と、前記羽根車を回転させる電動機と、前記電動機を支持して風路を形成するフレームと、前記翼の前縁側に近接して前記フレームに固定される格子状の化粧パネルを備えた送風装置であって、
前記翼は、
前記前縁の外側に向かう接線において半径方向成分が大きい翼内周部と、前記翼内周部に比べて周方向成分を大きくした翼外周部とから構成され、
前記羽根車と前記化粧パネルを重ね合わせた投影面において、前記前縁が前記格子状の隙間内に納まらないように、前記翼外周部は前記翼内周部に対して前縁の傾きを変えて回転方向に突出させて備え、
前記翼内周部は前記前縁を、断面が略円弧状の肉厚部とし、外側に向かって前記肉厚部を薄肉化し、最外端で前記肉厚部を消滅させた形状とし、
前記翼外周部を、翼厚みと同等となる形状としたことを特徴とする送風装置。
肉厚部が、翼内周部の外側に向かって漸次薄肉化されたことを特徴とする請求項１に記載の送風装置。
肉厚部の薄肉開始部が羽根車半径の５０〜７０％の位置にあることを特徴とした請求項１または２に記載の送風装置。
電動機周りまで翼外周部後端を後流側へ延長したことを特徴とした請求項１から３のいずれかに記載の送風装置。