JP6311116B2 - 送風装置 - Google Patents

Description

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

従来、この種の送風装置として、羽根の翼外周部の前縁を先細形状とし気流の流入をスムーズにして騒音を低減させた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６を参照しながら説明する。

図６は羽根車の翼１０１を回転軸方向上流側から平面視した概略図である。図６に示すように、翼１０１の前縁における接線１０２の半径方向成分１０３が回転方向成分１０４よりも大きい翼内周部１０５と、前縁における接線１０６の回転方向成分１０７が半径方向成分１０８よりも大きい翼外周部１０９とによって構成され、翼外周部１０９の前縁を先細形状としている。

これにより、周速の早い翼外周部１０９の前縁に流入する気流に対して衝突する時間をずらし、前縁における騒音の発生を抑制することができる。

また、前縁に肉厚部を設け、翼の強度を上げたものが知られている（例えば特許文献２参照）。

図７は軸流羽根車の翼２０２の厚みを増加した位置および断面形状を示す。図７（ａ）に位置を図７（ｂ）および図７（ｃ）に断面形状を示す。ここでは、翼２０２の変形防止手段として、軸流羽根車２０１の翼部２０２の前縁が翼２０２を支持する支持部である円筒状の支持部２０３と接合する位置２０４から前縁中央部２０５までの範囲２０６の翼２０２の厚みを図７（ｂ）に示すように、及び、前縁が円筒状の支持部２０３と接合する位置２０４から翼端中央位置２０７までを結ぶ範囲２０８の翼部の厚みを図７（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２０１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。

特開平６−３０７３９７号公報 特開平７−２９３４９５号公報

しかしながら上記した従来の特許文献１の送風装置においては、樹脂材料にて羽根車が成形されることの多い、屋内換気用の比較的小型で翼の肉厚が薄い送風装置として使用する場合においては、送風性能に対する影響が少ないハブ部分に樹脂充填のゲートが設けられることが多いが、この場合翼外周部の前縁の先細形状部分がゲートから遠い位置にあり充填されにくいため成形時の形状が安定しにくくなってしまい、特に周速の早い翼外周部に変形が生じるとそれぞれの翼のなす仕事にアンバランスが生じて羽根車の後流に乱れを生み、騒音性能および送風性能を悪化させてしまうため、先細形状による騒音低減効果を作用させるためには成形の安定性が課題となるものであった。また、特許文献２を参考にして単に前縁部を肉厚形状とし、強度向上と同時に翼端前縁の先細形状への樹脂充填をしやすくするだけでは、実使用において異物流入防止のため羽根車の上流に格子や羽根板が設けた場合に、羽根車に流入する気流が乱れた場合に翼からの気流の剥離が生じやすくなり送風性能および騒音性能が悪化してしまうものであった。

よって、本発明は上記の課題を解決し、成形安定性と送風性能および騒音性能を両立させた送風装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の送風装置は、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、前記羽根車の上流側に近接してフレームに固定される格子または羽根板を備えた送風装置であって、前記翼は、平面視における翼前縁の接線の向きが回転方向成分よりも半径方向成分が大きい翼内周部と、半径方向成分よりも回転方向成分が大きい翼外周部とから構成され、前記翼内周部は、前記翼前縁から翼後縁に渡って翼の回転軸方向上流側に膨出した弧と、前記翼前縁に沿って備えた翼前部を有し、前記翼前部は、前記翼の回転軸方向下流側に向かって突出した第一突出部と前記翼の回転軸方向上流側に向かって突
出した第二突出部を備え、前記第一突出部は、前記翼前縁から翼の回転軸方向下流側に向かって前記弧に比べて曲率の大きな第一円弧を形成し、前記翼後縁側の面が切り立つように形成し、前記第二突出部は、前記翼前縁側の面が前記翼前縁から翼の回転軸方向上流側に向かって前記弧に比べて曲率の大きな第二円弧を形成し、前記翼後縁側の面が切り立つように形成し、前記第一突出部の下流側端部と前記第二突出部の上流側端部とで形成される前記翼前部に亘る最大厚みは、前記孤における翼の厚みよりも大きく、前記第一突出部と前記第二突出部とは、前記翼前部に亘って設けられているものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、羽根の成形性と送風性能および騒音性能の両立ができる送風装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１の送風装置の概略断面図 同送風装置の羽根車の翼の一枚を平面視した概略図 同送風装置の翼の翼内周部の回転方向断面図 同送風装置の翼の回転軸方向下流側を流れる気流を模式的に示す回転方向断面図 同送風装置の翼の回転軸方向上流側を流れる気流を模式的に示す回転方向断面図 従来技術としての特許文献１の送風装置の翼を平面視した概略図 （ａ）従来技術としての特許文献２の送風装置の翼を示す概略斜視図、（ｂ）同送風装置の翼のＡ−Ａ断面の形状を示す概略図、（ｃ）同送風装置の翼のＢ−Ｂ断面の形状を示す概略図

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、前記羽根車の上流側に近接してフレームに固定される格子または羽根板を備えた送風装置であって、前記翼は、翼前縁の平面視における接線の向きが回転方向成分よりも半径方向成分が大きい翼内周部と、半径方向成分よりも回転方向成分が大きい翼外周部とから構成され、前記翼内周部は、前記翼前縁から翼後縁に渡って翼の回転軸方向上流側に膨出した弧と、前記翼前縁に沿って備えた翼前部を有し、前記翼前部は、前記翼の回転軸方向下流側に向かって突出した第一突出部と前記翼の回転軸方向上流側に向かって突出した第二突出部を備え、前記第一突出部は、前記翼前縁から翼の回転軸方向下流側に向かって前記弧に比べて曲率の大きな第一円弧を形成し、前記翼後縁側の面が切り立つように形成し、前記第二突出部は、前記翼前縁側の面が前記翼前縁から翼の回転軸方向上流側に向かって前記弧に比べて曲率の大きな第二円弧を形成し、前記翼後縁側の面が切り立つように形成したものである。

このようにすると、第一突出部の翼後縁側の面を回転軸方向に切り立つように形成し、第二突出部の翼後縁側の面を回転軸方向に切り立つように形成したので、第一突出部および第二突出部の翼後縁側に流路が急激拡大する部分ができるようになる。この流路が急激拡大する部分において気流の渦が生じる。

この渦の回転軸は翼前縁に沿って形成され、その回転方向は、第一突出部の翼後縁側にできる渦においては翼端側から見て時計回り、すなわち、翼の回転軸方向下流側の面から離れた位置においては翼前縁側から翼後縁側に向かって流れ、翼の回転軸方向下流側の面に近い位置では翼後縁側から翼前縁側に向かって流れるように渦が生じている。一方、第二突出部の翼後縁側にできる渦においては、翼の回転軸方向上流側の面から離れた位置においては、翼端側から見て反時計回り、すなわち、翼前縁側から翼後縁側に向かって流れ、翼の回転軸方向上流側の面に近い位置では翼後縁側から翼前縁側に向かって流れるように渦が生じている。

そして格子または羽根板の影響により気流が乱れ、翼からの気流の剥離が生じると全圧損失の増加が生じるが、流入する気流の向きが羽根車の回転軸方向寄りの角度になった場合、気流は回転軸方向下流側の面で剥離が生じるが、第一突出部の翼後縁側に生じる渦に引き込まれるようにして気流が曲がり、回転軸方向下流側の面から気流が剥離しにくくなるので、損失を小さくすることができる。

一方、格子または羽根板の影響により翼に流入する気流の向きが羽根車の回転方向寄りの角度となった場合、気流は回転軸方向上流側の面で剥離が生じるが、第二突出部の翼後縁側に生じる渦に引き込まれるようにして気流が曲がり、回転軸方向上流側の面から気流が剥離しにくくなるので、損失を小さくすることができる。

そして、第一突出部および第二突出部の翼後縁側の面を回転軸方向に切り立った形状としたので、渦のできる空間を大きくでき、気流が渦に引き寄せられる時間を長くして気流の曲がりを大きくすることができるので、翼からの気流剥離の作用をより強めることができる。

そして、成形時に樹脂充填のゲートをハブ部分に設けたときに、翼の翼前部の肉厚が厚く樹脂が翼端までまわりやすくなるので、前縁の接線の向きにおいて半径方向成分よりも回転方向成分が大きく先細形状となっている翼外周部の形状が出やすくなるので、成形安定性が向上し先細形状による騒音低減効果を作用させやすくすることができる。

このようにして、成形性と送風性能および騒音性能を両立させることができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の送風装置の実施の形態１について、図１を参照しながら説明する。

図１に示すように、本発明の送風装置は、翼１をハブ２に固定した軸流の羽根車３と、羽根車３を下流側で接続する電動機４と、電動機４を支持し風路を形成するフレーム５と、フレーム５に固定され、羽根車３の上流側に、羽根車３の直径の２５％以内の距離に近接して固定された化粧パネル６を備えている。

化粧パネル６は格子状または平板状のパネル板に複数枚の平板を放射状に配設した羽根板形状に形成されている。本実施の形態では一例として図１に示すような格子状に形成された化粧パネルとしている。

翼１は、ハブ２の周囲に４枚設けられており、そのうちの１枚の構成について回転軸方向から平面視した図を図２に示す。図２に示すように、翼１は回転軸７を中心とし、上流側から見て反時計回りに回転する向きに設けられている。

翼１は、翼前縁８において、翼前縁８の接線の向き（矢符９）において、翼内周部の翼前縁の接線方向の半径方向成分１０が翼内周部の翼前縁の接線方向の回転方向成分１１よりも大きい領域となる翼内周部１２と、翼前縁８の接線の向き（矢符１３）において、翼外周部の翼前縁の接線方向の回転方向成分１４が、翼外周部の翼前縁の接線方向の半径方向成分１５よりも大きい領域となる翼外周部１６から構成されている。

翼内周部１２の回転方向断面図を図３に示す。図３に示すように、翼内周部１２は翼前縁８から翼後縁１７に渡って翼１の回転軸方向上流側に膨出した弧１８と、翼前縁８に沿って備えられた翼前部１９から構成されている。

そして、翼前部１９には、回転軸方向下流側に向かって突出した第一突出部２０が形成されている。第一突出部２０の翼前縁８側の面である第一突出部翼前縁面２１は翼前縁８から翼１の回転軸方向下流側に向かって弧１８に比べて曲率の大きな第一円弧２２を形成している。そして、第一突出部２０の翼後縁１７側の面である第一突出部翼後縁面２３は回転軸方向に切り立つように形成、すなわち、本実施の形態では、第一突出部翼後縁面２３を回転軸７に平行な線分を翼前縁８に沿って翼根２４から接続部２５まで掃引して形成した面となっている。

また、翼前部１９には、回転軸方向上流側に向かって突出した第二突出部２６が形成されている。第二突出部２６の翼前縁８側の面である第二突出部翼前縁面２７は翼前縁８から翼１の回転軸方向上流側に向かって弧１８に比べて曲率の大きな第二円弧２８を形成している。そして、第二突出部２６の翼後縁１７側の面である第二突出部翼後縁面２９は回転軸方向に切り立つように形成、すなわち、本実施の形態では、第二突出部翼後縁面２９を、回転軸７に平行な線分を翼前縁８に沿って翼根２４から接続部２５まで掃引して形成した面となっている。

これらの第一突出部２０および第二突出部２６は、図２に示すように、翼内周部１２の翼根２４から翼外周部１６との接続部２５にかけて、翼前部１９に沿うようにして形成されており、接続部２５にて翼内周部１２から翼外周部１６にかけて徐々に消滅している。

次に、本実施の形態における作用について説明する。

電動機４により羽根車３が回転すると、翼１が空気を掻く作用により、外部から化粧パネル６を通ってフレーム５内部に空気が吸い込まれ、羽根車３を通って外部へ吹出される。化粧パネル６は格子状に形成されているため、格子の隙間を通過した気流の風速が局所的に高まり、化粧パネル６の下流側では気流の乱れが生じる。そして、化粧パネル６はフレーム５に近接して設けられているので、気流は乱れた状態のまま羽根車３に流入する。

この乱れた気流と翼前縁８とが衝突すると非定常な圧力変動が生じ騒音が生じる。ここで、本実施の形態では、翼内周部１２の翼前部１９に第一突出部２０および第二突出部２６を設けている。

化粧パネル６の影響により翼１へ流入する気流の向きが羽根車３の回転軸方向寄りの角度になった場合、回転軸方向下流側の面３０から気流が剥離し損失が増加してしまう。しかし本発明では、第一突出部翼後縁面２３を回転軸方向に切り立つように形成、すなわち、本実施の形態では、第一突出部翼後縁面２３を、回転軸７に平行な線分を翼前縁８に沿って翼根２４から接続部２５まで掃引して形成した面としたので、図４に示すように、第一突出部２０の翼後縁側に流路が急激拡大する部分３１ができるようになる。この流路が急激拡大する部分３１では渦３２が生じる。この渦３２の回転軸は翼前縁８に沿って形成され、その回転方向は、翼端３３から見て反時計回り、すなわち、翼１の回転軸方向下流側の面３０から離れた位置においては翼前縁８側から翼後縁１７側に向かって流れ、回転軸方向下流側の面３０に近い位置においては翼後縁１７側から翼前縁８側に向かって流れるように渦３２が生じている。この渦３２により、この近傍を流れる気流３４は渦３２に引き寄せられるように流れ方向が曲げられるので、気流３４は翼１の回転軸方向下流側の面３０に付着して流れるようになる。

一方、化粧パネル６の影響により気流が乱れ、翼１に流入する気流の向きが羽根車３の回転方向寄りの角度になった場合、回転軸方向上流側の面３５から気流が剥離し、損失や騒音が増加してしまう。しかし本発明では、図５に示すように第二突出部翼後縁面２９を回転軸方向に切り立つように形成、すなわち、本実施の形態では、第二突出部翼後縁面２９を、回転軸７に平行な線分を翼前縁８に沿って翼根２４から接続部２５まで掃引して形成した面としたので、第二突出部２６の翼後縁側に流路が急激拡大する部分３６ができるようになる。この流路が急激拡大する部分３６では渦３７が生じる。この渦３７の回転方向は翼端３３からみて時計回り、すなわち、回転軸方向上流側の面３５から離れた位置においては翼前縁８側から翼後縁１７側に向かって流れ、回転軸方向上流側の面３５に近い位置においては翼後縁１７側から翼前縁８側に向かって流れるように渦３７が生じる。第二突出部２６の翼後縁１７側にできる渦３７により、この近傍を流れる気流３８は渦３７に引き寄せられるように流れ方向が曲げられるので、気流３８は翼１の回転軸方向上流側の面３５に付着して流れるようになる。

そして、従来技術と比較すると、第一突出部翼後縁面２３および第二突出部翼後縁面２９を回転軸方向に切り立った形状としたので、従来技術のように略円筒形状とした場合よりも流路の拡大率がより急となっている。翼１に流入する気流は第一突出部翼前縁面２１および第二突出部翼前縁面２７に流入し、翼１の回転軸方向に対して下流側および上流側へと分流し、それぞれ第一突出部翼前縁面２１および第二突出部翼前縁面２７に沿うようにして流れる。第一突出部２０および第二突出部２６の翼後縁１７側に流れると、流路が急激拡大しているので、気流の向きが回転軸方向下流側の面３０と回転軸方向上流側の面３５に向かう方向寄りに変わる。第一突出部２０および第二突出部２６の翼後縁１７側での流路の拡大が従来技術よりも急激であるため、渦のできる空間を大きくでき、気流が渦に引き寄せられる時間を長くして気流の曲がりを大きくすることができるので、翼からの気流剥離の作用をより強めることができる。

そして、成形時に樹脂充填のためのゲートをハブ２に設けたときに、翼１の翼前部１９の肉厚が厚いため樹脂が翼端３３までまわりやすくなるので、翼外周部１６の翼前縁８の先細形状が安定して出やすくなるので、成形の安定性に加えて先細形状による騒音低減効果を作用させやすくすることができる。

以上のようにして、成形安定性と送風性能および騒音性能を両立した送風装置を提供することができる。

本発明にかかる送風装置は、成形安定性と騒音性能および送風性能を両立させることができるので、送風能力や静音性が求められる屋内換気用の小型の送風装置としての活用が期待されるものである。

１ 翼
２ ハブ
３ 羽根車
４ 電動機
５ フレーム
６ 化粧パネル
７ 回転軸
８ 翼前縁
１０ 翼内周部の翼前縁の接線方向の半径方向成分
１１ 翼内周部の翼前縁の接線方向の回転方向成分
１２ 翼内周部
１４ 翼外周部の翼前縁の接線方向の回転方向成分
１５ 翼外周部の翼前縁の接線方向の半径方向成分
１６ 翼外周部
１７ 翼後縁
１８ 弧
１９ 翼前部
２０ 第一突出部
２１ 第一突出部翼前縁面
２２ 第一円弧
２３ 第一突出部翼後縁面
２４ 翼根
２５ 接続部
２６ 第二突出部
２７ 第二突出部翼前縁面
２８ 第二円弧
２９ 第二突出部翼後縁面
３０ 回転軸方向下流側の面
３１ 流路が急激拡大する部分
３２ 渦
３３ 翼端
３４ 気流
３５ 回転軸方向上流側の面
３６ 流路が急激拡大する部分
３７ 渦
３８ 気流

Claims (1)

1. 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、前記羽根車の上流側に近接してフレームに固定される格子または羽根板を備えた送風装置であって、前記翼は、翼前縁の平面視における接線の向きが回転方向成分よりも半径方向成分が大きい翼内周部と、半径方向成分よりも回転方向成分が大きい翼外周部とから構成され、前記翼内周部は、前記翼前縁から翼後縁に渡って翼の回転軸方向上流側に膨出した弧と、前記翼前縁に沿って備えた翼前部を有し、前記翼前部は、前記翼の回転軸方向下流側に向かって突出した第一突出部と前記翼の回転軸方向上流側に向かって突出した第二突出部を備え、前記第一突出部は、前記翼前縁から翼の回転軸方向下流側に向かって前記弧に比べて曲率の大きな第一円弧を形成し、前記翼後縁側の面が切り立つように形成し、前記第二突出部は、前記翼前縁側の面が前記翼前縁から翼の回転軸方向上流側に向かって前記弧に比べて曲率の大きな第二円弧を形成し、前記翼後縁側の面が切り立つように形成し、前記第一突出部の下流側端部と前記第二突出部の上流側端部とで形成される前記翼前部に亘る最大厚みは、前記孤における翼の厚みよりも大きく、前記第一突出部と前記第二突出部とは、前記翼前部に亘って設けられていることを特徴とする送風装置。

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