JPH08159090A - 軸流ファン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ファンブレード間の乱流発生を抑制するとと
もに回転音の低減を図ることにより、低騒音の軸流ファ
ンを実現する。 【構成】 ファンボス１の軸心に設けたシャフト固定部
１２をファンモータ４の回転軸４１に装着して使用され
る軸流ファンであって、このファンボス１の周囲に径が
相違する複数の薄板製円筒体を同心状に配設するととも
に、ファンボス１と最小径の円筒体２間、及び隣り合う
各円筒体２間に、回転時に風下側に空気を圧送するため
の複数のファンブレードを配設してなり、前記各円筒体
２の存在によって通風断面が狭くし、ファンブレード負
圧面での気流の剥離を抑え、境界層の発達に制約を与え
ることにより、ファンブレード間の流速分布を一様化し
て、騒音の原因となる乱流の発生を抑制するもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気調和装置の室外ユ
ニットに内装される送風機等として使用される新規な軸
流ファンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の送風機には例えば図１０
に示すようなプロペラファン形式の軸流ファンが一般に
広く使用されている。この軸流ファンＦは周知のよう
に、モータ等の駆動手段の回転軸に装着されるシャフト
固定部５１が軸心に形成された円筒状のファンボス５を
備え、このファンボス５の外周に所要枚数のファンブレ
ード６を半径方向に放射状に取り付けてなるものであ
る。

【０００３】ところで、近年、エアコンディショナーの
普及に伴い、特にその室外ユニットから発生する騒音被
害が問題となっているが、この室外ユニットの騒音は、
熱交換器の通風用として使用されるファン音が、コンプ
レッサ音と並んで支配的である。このため、室外ユニッ
トの騒音低減を図るうえで、ファン音の低減対策は不可
欠とされている。

【０００４】この軸流ファンから発する騒音は、広帯域
騒音と離散周波数騒音とに分けられるが、空気調和装置
に使用するような低圧ファンでは専ら前者の広帯域騒音
が支配的であることが知られている。広帯域騒音は上流
乱れ、羽根面上の境界層や、その境界層が剥離した後の
流れによる羽根面上の圧力変動によるか、あるいは羽根
後縁から放出される渦によって誘起される。なかでも、
羽根全面的に剥離した流れによる騒音発生は低流量域に
おける支配因子となるものであり、また、羽根後縁から
の渦放出によるものが最も重要な因子であると考えられ
ている。

【０００５】そして、従来より、このような観点からフ
ァンブレード６及びファンボス５の形状について様々な
研究が行われ、送風性能の向上策とともに騒音の低減化
対策が講じられている現状にある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１１は上記従来構成
の軸流ファンＦにおけるファンブレード６の表面気流に
おける乱れエネルギーの計測結果を模式的に示してい
る。この図に示すように、従来例の軸流ファンの場合、
ファンボス５付近の気流方向は可成り半径方向を向いて
おり、乱れエネルギーも大きい。このため、ファンブレ
ード６の負圧面においては気流の剥離による渦発生が起
こり、乱流騒音が増加する。また、ファンＦの回転駆動
によって生じる圧力変動のために騒音のひとつである回
転音が発生することにより、ファンによる騒音レベルが
高くなるうえ、送風特性の悪化を招くという問題点があ
った。

【０００７】本発明は、上記のような従来の問題点を解
決しようとするものであって、ファンブレード間の乱流
発生を抑制するとともに回転音の低減を図ることによ
り、ファンによる騒音レベルの低減を可能とし、しかも
送風特性の向上を図り得る軸流ファンを提供することを
目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の軸流ファンは、ファンボスの周囲に径が相違
する複数の円筒体を該ファンボスと同心に配設し、さら
に前記ファンボスと最小径の円筒体間、及び隣り合う各
円筒体間の空隙に、前記ファンボス及び各円筒体と一体
に回転駆動され且つその回転時に風下側に空気を圧送可
能な形状に形成された複数のファンブレードを配設し、
これらのファンブレードを介して前記ファンボスと円筒
体及び隣り合う各円筒体どうしを一体に連結固定してな
るものとしている。

【０００９】上記構成の軸流ファンは、ファンボスの円
筒部軸心に設けたシャフト固定部をを駆動手段の回転軸
に装着して使用されるもので、各円筒体は乱流発生を抑
制するために設けられたもので、薄板により作製され
る。また、ファンボス円筒部と最小径の円筒体間距離及
び隣り合う各円筒体間距離は、ファン回転時においてフ
ァンブレードが配設された空隙を通る気流が層流となる
ようなレイノルズ数に制限されるように設定される。

【００１０】前記各円筒体及びファンボス円筒部の形状
はそれぞれ軸方向に亙って等径とするか、あるいは各周
面周囲の流れを低減させるために吸込側から吹出側に漸
次拡大する形状に形成する。また、回転音を低減するた
めにファンブレードの取付位置及び枚数を前記各空隙毎
に設定する。さらに、前記各円筒体の前後縁をファンブ
レードの前後縁よりも軸方向前方または後方に位置する
ように両者の位置関係を設定する。

【００１１】

【作用】上記構成の軸流ファンによると、各円筒体の存
在によって通風経路が制限されているため、駆動手段に
よって回転駆動されることによって送風状態となった場
合に、ファンブレード間の流速分布が一様なものとな
る。また、ファンボスと円筒体間及び隣り合う円筒体間
の空隙、つまり通風断面を狭くすることにより、ファン
ブレード負圧面での気流の剥離を抑え、しかも境界層の
発達に制約を与えることが可能となるため、乱流騒音の
低減を図ることができる。

【００１２】各円筒体を中心側から外周側に漸次拡大し
た形状としたものでは、各円筒体周辺における乱流騒音
の発生を抑制し得るとともに、各円筒体の回転によって
発生する遠心力による送風効果を得ることが可能とな
る。また、円筒体間に設置されたファンブレードの取付
位置及び枚数を適宜選択することにより、回転音、いわ
ゆるＮｚ音の低減を図ることができる。さらに、前記各
円筒体とファンブレードの前後縁位置を上記のように設
定することにより、ファンブレード前縁への流入気流及
びファンブレード後方の後流を該円筒体によって抑制す
ることが可能となり、騒音の低減を図ることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。図１〜図４は本発明の第１実施例に係る軸流
ファンを示し、図１はその正面を、図２は図１における
切断線Ａ−Ａに沿う断面を、図３は図１におけるＢ部の
外観を、図４はファンブレードと円筒体の位置関係の種
々の態様をそれぞれ示している。図１〜図３において、
本実施例の軸流ファンＦ１は、ファンボス１と、各々径
が相違する複数の円筒体２及び複数枚のファンブレード
３により構成されている。

【００１４】ファンボス１は、軸方向に亙って等径に形
成された円筒部１１を備え、この円筒部１１の軸心に、
孔断面が切円状を呈する短管状のシャフト固定部１２を
配設し、このシャフト固定部１２の前端と円筒部１１の
内周面間に亙って、両者１１、１２を連結する支持板部
１３を一体に形成してなるものである。各円筒体２は、
例えばプラスチック製の薄板を軸方向に亙って等径な円
筒状に成形してなり、それぞれファンボス円筒部１１の
周囲に該ファンボス１と同心に配設されている。

【００１５】各ファンブレード３は、ファンボス１と最
小径の円筒体２間、及び隣り合う各円筒体２間の空隙ｇ
に取り付けられるもので、これらのファンブレード３を
介してファンボス１と円筒体２及び隣り合う各円筒体２
どうしが一体に連結固定されている。また、各ファンブ
レード３は、ファンボス１及び各円筒体２と一体に回転
駆動され、且つ、その回転時に風下側に空気を圧送可能
な翼形状に形成されている。

【００１６】上記構成を備えた本実施例の軸流ファンＦ
１はシャフト固定部１２の軸孔が駆動手段としてのファ
ンモータ４の回転軸４１に装着され、該ファンモータ４
によって回転駆動される。

【００１７】本実施例では、ファンブレード３は各円筒
体２間にそれぞれ６枚ずつ取り付けられているが、本発
明では、該ファンブレード３はその枚数や形状が特に限
定されるものではなく、その周速及び風量に対応する最
適な枚数、曲面形状、及び取付角度をもって形成された
ものであればよい。

【００１８】ところで、ファンボス円筒部１１と最小径
の円筒体２間の距離、及び隣り合う各円筒体２間の距離
は、ファン回転時においてファンブレード３が配設され
た空隙ｇを通る気流が層流となるようなレイノルズ数に
制限されるように設定されている。すなわち、ファンブ
レード３間の気流が層流となるようなレイノルズ数に制
限するために、ファンボス円筒部１１と最小径の円筒体
２間の距離、及び隣り合う各円筒体２間の距離を次項数
式１で表される値とした。

【００１９】 Ｒｅ＝ω・δ／ν＜２３２０…………数式１ 但し、Ｒｅ：レイノルズ数 ω：流体とファンブレ
ードとの相対速度 δ：円筒体間距離 ν：流体の動粘性係数

【００２０】このように構成したことにより、ファンブ
レード３間の気流は円周方向に流れるようになる。ま
た、通気路上に円筒体２が存在することによって送風経
路が限定されるため、乱流の発生を抑制するものとな
り、従来と比較して送風性能の向上、及び騒音の低減を
実現することができる。

【００２１】図９は従来の軸流ファンＦの翼表面流れの
速度ベクトルの計測結果を示している。この図に示すよ
うに、通常のプロペラファンの場合、ファンブレード６
の流速は外周で速い。

【００２２】本実施例において、ファンブレード３間の
圧力損失を低減するために円筒体２間距離を、上記数式
１を満たす最大値とすると、ファンブレード３間の流速
が、図９に示す従来例と同様にファン外周で速いため、
円筒体２間距離はファンの中心側から外周側へと漸次減
少する。但し、本発明では円筒体２間距離を、上記数式
１を満たす最大値とすることに特に限定するものではな
く、上記数式１の範囲内で円筒体２間距離を任意に設定
することができる。

【００２３】例えば、ファン外径φ250mm、ファンボス
径φ100mmの軸流ファンの場合、回転数を500rpm、風量
を15.0m³、軸流方向への流速分布が均一、流体を20℃の
空気とすると、流体とファンブレード３との相対速度は
次項数式２によって導くことができる。

【００２４】 Ｕ_l＝Ｖ／｛６０×π×(ｒ_t ²−ｒ_b ²)｝ Ｕ_t＝ｎ×２×π×ｒ_t／６０ Ｕ_b＝ｎ×２×π×ｒ_b／６０ ω_t＝(Ｕ_l ²＋Ｕ_t ²)^1/2 ω_b＝(Ｕ_l ²＋Ｕ_b ²)^1/2 以上、数式２ 但し、 Ｕ_l：流体軸流方向速度 Ｖ：風量 ｎ：回転数 ｒ_t：ファン外周半径 ｒ_b：ファンボス半径 Ｕ_t：ファン外周の周速 Ｕ_b：ファンボスの周速 ω_t：ファン外周相対速度 ω_b：ファンボス相対速度

【００２５】上記数式２により導かれた相対速度と、上
記数式１とから円筒体２間の距離を導くと、次項の数式
３の結果が得られる。

【００２６】 δ_t＜２３２０×ν／ω_t δ_b＜２３２０×ν／ω_b 以上、数式３ 但し、δ_t：ファン外周部の円筒体間距離 δ_b：ファン
ボス部の円筒体間距離

【００２７】上記数式３に具体的数値を代入して計算す
ると、 δ_t＜３.９３ (mm) δ_b＜５.３２ (mm) となり、円筒体２間距離の最大値はファンの中心側から
外周側へと漸次減少することになる。この計算による
と、円筒体２は１７体以上になるが、本実施例及び後述
する第２〜第４実施例においては、煩雑さを避けるため
に図面を簡略化し、円筒体２を６体としている。

【００２８】図４は本実施例の軸流ファンの円周方向断
面における円筒体２とファンブレード３との位置関係の
種々の態様を円周方向断面の展開図で示している。図４
(ａ)〜(ｄ)において、矢印ｘは送風方向を、矢印ｙはフ
ァンの回転方向をそれぞれ示している。図４(ａ)に示す
態様は、軸方向において円筒体２の吸込側エッジ２ａが
ファンブレード３の吸込側エッジ３ａと一致し、吹出側
エッジ２ｂがファンブレード３の吹出側エッジ３ｂと一
致した構成となっている。

【００２９】図４(ｂ)に示す態様は、軸方向において円
筒体２の吸込側エッジ２ａとファンブレード３の吸込側
エッジ３ａに間隔ｔ(１)を設け、円筒体２の吹出側エッ
ジ２ｂがファンブレード３の吹出側エッジ３ｂと一致し
ている。これとは逆に図４(ｃ)に示す態様は、軸方向に
おいて円筒体２の吸込側エッジ２ａがファンブレード３
の吸込側エッジ３ａと一致し、円筒体２の吹出側エッジ
２ｂとファンブレード３の吹出側エッジ３ｂに間隔ｔ
(２)を設定している。

【００３０】さらに、図４(ｄ)に示す態様は、円筒体２
の吸込側エッジ２ａとファンブレード３の吸込側エッジ
３ａに間隔ｔ(１)を、及び円筒体２の吹出側エッジ２ｂ
とファンブレード３の吹出側エッジ３ｂの間隔ｔ(２)を
設定している。このように円筒体２とファンブレード３
との吸込側と吹出側でエッジ間隔を任意に設定すること
により、ファンブレード３へ流入する気流、及びファン
ブレード３の後流を抑制し、送風性能の向上及び騒音の
低減を行うことができる。

【００３１】図５及び図６は本発明の第２実施例に係る
軸流ファンを示し、図５はその正面を、図６は図５にお
ける切断線Ｃ−Ｃに沿う断面をそれぞれ示している。本
実施例の軸流ファンＦ２は、前記第１実施例と同様に、
ファンボス１の円筒部１１の周囲に径が相違する複数の
薄板製円筒体２を該ファンボス１と同心に配設するとと
もに、ファンボス円筒部１１と最小径の円筒体２間、及
び隣り合う各円筒体２間の空隙ｇに複数のファンブレー
ド３を配設し、これらのファンブレード３を介してファ
ンボス１と円筒体２及び隣り合う各円筒体２どうしを一
体に連結固定して構成されている。そして、各円筒体２
及びファンボス１の円筒部１１をそれぞれ吸込側から吹
出側に漸次拡大するコーン形状に形成している。

【００３２】本実施例は、上記のように円筒体２及びフ
ァンボス１の円筒部１１をそれぞれ吸込側から吹出側に
漸次拡大する形状に形成したことにより、ファンブレー
ド３間の円筒体２による乱流発生を低減するとともに、
ファン回転時において円筒体２で発生する遠心力によっ
て送風効果が生起し、軸流ファンの送風性能を向上させ
ることができる。

【００３３】図７は本発明の第３実施例に係る軸流ファ
ンを示している。本実施例の軸流ファンＦ３は、前記第
１実施例及び第２実施例と同様に、ファンボス１の円筒
部１１の周囲に径が相違する複数の薄板製円筒体２を該
ファンボス１と同心に配設するとともに、ファンボス円
筒部１１と最小径の円筒体２間、及び隣り合う各円筒体
２間の空隙ｇに複数のファンブレード３を配設し、これ
らのファンブレード３を介してファンボス１と円筒体２
及び隣り合う各円筒体２どうしを一体に連結固定して構
成されている。そして、ファンブレード３の取付位置が
各円筒体２毎に周方向にずれるように構成している。

【００３４】本実施例は、上記のようにファンブレード
３の取付位置を各円筒体２毎に周方向にずらせた構成と
したことにより、ファンブレード３のエッジにおける圧
力変動の位相差を生じるため、回転音を効果的に低減さ
せることができる。

【００３５】図８は本発明の第４実施例に係る軸流ファ
ンを示している。本実施例の軸流ファンＦ４は、前記第
１実施例〜第３実施例と同様に、ファンボス１の円筒部
１１の周囲に径が相違する複数の薄板製円筒体２を該フ
ァンボス１と同心に配設するとともに、ファンボス円筒
部１１と最小径の円筒体２間、及び隣り合う各円筒体２
間の空隙ｇに複数のファンブレード３を配設し、これら
のファンブレード３を介してファンボス１と円筒体２及
び隣り合う各円筒体２どうしを一体に連結固定して構成
されている。そして、各円筒体２間のファンブレード３
の枚数をそれぞれの円筒体２毎に変化させた構成として
いる。

【００３６】また、本実施例ではファンボス１の外周で
８枚、そして、外周側に向かって各円筒体２毎に１枚ず
つファンブレード３の枚数が減少するように構成してい
るが、その枚数は特に限定するものではなく、ファン寸
法及びファンの送風性能に応じて最適な枚数とするよう
に形成されるものである。

【００３７】本実施例は上記のように各円筒体２間のフ
ァンブレード３の枚数をそれぞれの円筒体２毎に変化さ
せることにより、各ファンブレード３のエッジにおいて
圧力変動の位相差を生じるため、回転音を効果的に低減
することができる。

【００３８】なお、前記図４に示すように、各円筒体２
の前後縁をファンブレード３の前後縁よりも軸方向前方
または後方に位置するように両者の位置関係を設定する
構成は、第１実施例の軸流ファンＦ１のみならず、第２
〜第４実施例における軸流ファンＦ２〜Ｆ４においても
同様にファンブレード３へ流入する気流、及びファンブ
レード３の後流を抑制し、送風性能の向上及び騒音を低
減するといった効果を奏する。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によるとき
は、ファンボスの周囲に複数の円筒体を間隔をおいて同
心状に配設するという比較的簡単な構成によって、通風
断面が狭くなって、ファンブレード負圧面での気流の剥
離を抑え、しかも境界層の発達に制約を与えることがで
きるので、ファンブレード間の流速分布を一様化して、
騒音の原因となる乱流の発生を効果的に抑制することが
でき、また、これによって、送風性能の向上を図ること
ができるとともに、騒音レベルを効果的に低下させるこ
とができる。

【００４０】また、各円筒体の径を吸込側から吹出側に
漸次拡大するようにすれば、円筒体周囲の乱流発生を抑
えることができるとともに、円筒体の回転によって生じ
る遠心力による送風効果を得ることができるので、送風
性能の向上及び騒音レベルの低減を容易に図ることがで
きる。さらに、ファンブレードの取付位置を周方向にず
らせるようにするか、あるいはファンブレードの枚数を
円筒体毎に変えるようにすれば、圧力脈動に位相差が生
じ、回転音を低減させることが可能となる。

【００４１】さらにまた、円筒体の吸込側エッジをファ
ンブレード吸込側エッジより前方に設けるようにすれ
ば、ファンブレードへの流入気流を抑制でき、円筒体の
吹出側エッジをファンブレード吹出側エッジより後方に
設けるようにすれば、ファンブレードの後流を抑制で
き、いずれの場合も騒音の低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例に係る軸流ファンを示す
正面図。

【図２】 図１における切断線Ａ−Ａに沿う断面図。

【図３】 図１におけるＢ部を拡大して示す要部斜視
図。

【図４】 ファンブレードと円筒体の位置関係の種々の
態様を示す円周方向部分展開図。

【図５】 本発明の第２実施例に係る軸流ファンを示す
正面図。

【図６】 図５における切断線Ｃ−Ｃに沿う断面図。

【図７】 本発明の第３実施例に係る軸流ファンを示す
正面図。

【図８】 本発明の第４実施例に係る軸流ファンを示す
正面図。

【図９】 従来例の軸流ファンのファンブレード上の気
流速度ベクトルを示す要部正面図。

【図１０】 従来例の軸流ファンを示す斜視図。

【図１１】 その乱れエネルギー分布を示す要部正面
図。

【符号の説明】

１ ファンボス １１ 円筒部 １２ シャフト固定部 ２ 円筒体 ２ａ 吸込側エッジ ２ｂ 吹出側エッジ ３ ファンブレード ３ａ 吸込側エッジ ３ｂ 吹出側エッジ ４ ファンモータ ４１ 回転軸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動手段の回転軸に装着されるシャフト
   固定部を軸心に備えたファンボスを備え、このファンボ
   スの周囲に径が相違する複数の円筒体を該ファンボスと
   同心に配設し、さらに前記ファンボスと最小径の円筒体
   間、及び隣り合う各円筒体間の空隙に、前記ファンボス
   及び各円筒体と一体に回転駆動され且つその回転時に風
   下側に空気を圧送可能な形状に形成された複数のファン
   ブレードを配設し、これらのファンブレードを介して前
   記ファンボスと円筒体及び隣り合う各円筒体どうしを一
   体に連結固定してなることを特徴とする軸流ファン。
2. 【請求項２】 駆動手段の回転軸に装着されるシャフト
   固定部を軸心に設けてなるファンボスを備え、このファ
   ンボスの周囲に径が相違する複数の円筒体を該ファンボ
   スと同心に配設するとともに、前記ファンボスと最小径
   の円筒体間、及び隣り合う各円筒体間の空隙に、前記フ
   ァンボス及び各円筒体と一体に回転駆動され且つその回
   転時に風下側に空気を圧送可能な形状に形成された複数
   のファンブレードを配設し、これらのファンブレードを
   介して前記ファンボスと円筒体及び隣り合う各円筒体ど
   うしを一体に連結固定してなり、さらに前記ファンボス
   と最小径の円筒体間距離及び隣り合う各円筒体間距離
   を、ファン回転時において前記ファンブレードが配設さ
   れた空隙を通る気流が層流となるようなレイノルズ数に
   制限されるように設定したことを特徴とする軸流ファ
   ン。
3. 【請求項３】 駆動手段の回転軸に装着されるシャフト
   固定部を円筒部の軸心に設けてなるファンボスを備え、
   このファンボス円筒部の周囲に径が相違する複数の薄板
   製円筒体を該ファンボスと同心に配設するとともに、前
   記ファンボス円筒部と最小径の円筒体間、及び隣り合う
   各円筒体間の空隙に、前記ファンボス及び各円筒体と一
   体に回転駆動され且つその回転時に風下側に空気を圧送
   可能な形状に形成された複数のファンブレードを配設
   し、これらのファンブレードを介して前記ファンボスと
   円筒体及び隣り合う各円筒体どうしを一体に連結固定し
   てなる軸流ファンであって、前記ファンボス円筒部と最
   小径の円筒体間距離及び隣り合う各円筒体間距離を、フ
   ァン回転時において前記ファンブレードが配設された空
   隙を通る気流が層流となるようなレイノルズ数に制限さ
   れるように設定するとともに、各円筒体及びファンボス
   円筒部をそれぞれ軸方向に亙って等径乃至吸込側から吹
   出側に漸次拡大する形状に形成し、またファンブレード
   の取付位置及び枚数を前記各空隙毎に設定し、さらに前
   記各円筒体の前後縁をファンブレードの前後縁よりも軸
   方向前方または後方に位置するように両者の位置関係を
   設定したことを特徴とする軸流ファン。