JP2000265997A

JP2000265997A - 翼形プロペラファン

Info

Publication number: JP2000265997A
Application number: JP11375746A
Authority: JP
Inventors: Fumio Kondo; 文男近藤; Kazuhiro Suzuki; 一弘鈴木; Kei Matsuda; 圭松田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-01-12
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2000-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】翼形プロペラファンの空力特性を損なうこと
なく低騒音化し、かつ、その重量及び材料の低減を図
る。【解決手段】翼形プロペラファン１０Ａにおける翼圧
力面１１ａの少なくとも一部領域にスリット１２を多数
設けた。このスリット１２は、回転軸１５に対し同心円
状ないし翼面流れ方向に設けられている。このスリット
１２は、翼圧力面１１ａの全面に設けてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和機の室外
ユニットや換気扇等に使用される送風機の翼形プロペラ
ファンに係り、特に、空力性能を損なうことなく重量の
低減が可能となる送風機の翼形状に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、空気調和機の室外ユニットに
おける熱交換器送風ファンや換気扇等として、プロペラ
ファンを比較的低速で回転させて送風する送風機が使用
されている。このプロペラファンには、プラスチック材
料を成形することにより製造されたものが広く採用され
ている。また、このようなプロペラファンに使用される
翼の形状は、低コストで量産に対応するため、薄板で製
作されるものが一般的である。

【０００３】図７は空気調和機の室外ユニットを示して
おり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図７に
示される室外ユニットは、住宅用空調装置の室外機であ
る。この室外ユニットは、冷房運転時に放熱器として機
能し、一方、暖房運転時には吸熱機として機能する。い
ずれの運転でも、基本的には空気と冷媒系との熱交換を
するものである。この室外ユニットの中には、主要部品
として送風ファン１、熱交換器２、コンプレッサ３が搭
載されており、送風ファン１と熱交換器２とで熱交系を
形成しており、コンプレッサ３は冷媒の循環ポンプとし
て機能する。また、コンプレッサ３の遮音及び流路の形
成のために、コンプレッサ室を形成する仕切板４が設け
られている。

【０００４】この室外ユニットの主要な音源は、コンプ
レッサ３の運転音及び送風ファン１の運転音であり、一
般的には送風ファン１の音（以下ファン音）が最も大き
い。これは、ファン音と比較した場合、機械音であるコ
ンプレッサ３の運転音はフィーリング上好ましくないの
で、ファン音によりマスキングするようにしているため
である。

【０００５】近年、空調装置の省エネ化が叫ばれ、冷媒
システムの高ＣＯＰ（Coefficientof Performance)化が
検討されてきている。これを実現するため、高効率熱交
換器やコンプレッサの開発が行われている。冷房運転の
場合、最も入力に寄与を持つコンプレッサ入力は高圧を
低下させることにより低減される。このコンプレッサの
運転点を改善するために、室外熱交換器２の高性能化が
必要である。このとき、冷媒温度と吸込空気温度との差
が小さくなるので、大量の空気を室外熱交換器２に通過
させる必要がでてくる。さらに、室外熱交換器２の性能
の半分以上の寄与率を有する空気側フィンの圧力損失
（以下圧損）も高性能化のため大きくなる傾向にある。

【０００６】室外熱交換器２の通風を受け持つのが送風
ファン１であり、そのファン動力は（風量）×（系の圧
損）に、また、その騒音はｌｏｇ（風量×（系の圧損）
² ）にそれぞれ関連するので、風量及び室外ユニットの
空気圧損の半分以上を占めている熱交換機２の高圧損化
により、送風ファン１は動力ばかりでなく騒音的にも非
常に苦しくなる。このため、送風ファン１には、高静圧
化、高効率化及び低騒音化が要求される。そして、送風
ファン１を高静圧化、高効率化及び低騒音化するための
有力な方法の一つとして、翼の肉厚を厚くした厚肉の翼
断面を採用したプロペラファンがあり、このような厚肉
の翼断面形状を採用したプロペラファンを厚肉プロペラ
ファンと呼ぶことにする。

【０００７】図８（ａ）及び（ｂ）は、従来のプロペラ
ファンに使用される翼の断面形状を示しており、ここで
（ａ）はプロペラファンの正面図、（ｂ）は（ａ）のＤ
−Ｄ線に沿う断面図である。図において、符号の１０は
プロペラファンを示し、３枚の翼１１により構成されて
いる。翼１１の断面形状は、上（前）面側１１ｂの曲率
半径が腹（後）面１１ａ側の曲率半径より小さくなるよ
うそれぞれが異なる曲率半径で湾曲した曲面により構成
されており、曲率の小さい腹面側１１ａを翼圧力面と呼
んでいる。なお、このような翼形状では、翼形プロペラ
ファン１０を矢印４の回転方向に回転させると、翼形プ
ロペラファン１０の回転面と交差する白抜矢印５の送風
方向へ向けて送風されることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した厚
肉の翼断面形状のプロペラファンとすれば、薄肉翼のプ
ロペラファンと比較して、空力特性の面では有利になる
ことが分かっている。ここで、図９に一点鎖線で示す厚
肉プロペラファンと、実線で示す薄肉プロペラファンと
の空力性能及び騒音性能を比較すると、図１０に示すよ
うに、厚肉プロペラファンは薄肉プロペラファンよりも
空力性能（静圧効率及び静圧圧力係数）及び騒音性能
（比騒音）がともに優れていることが分かる。図１０に
おいて、二点鎖線で表示した右上がりの曲線は送風特性
に対する負荷曲線であり、運転条件またはユニットが変
わることにより変化する。この負荷曲線とプロペラファ
ンによって決まるファン特性（静圧圧力係数）との交点
が運転点Ｐであり、この運転点Ｐが決まることにより流
線の方向（流線の形状）は一意的に決まる。プロペラフ
ァンの翼面に沿う流体の流れの流線方向を意味している
のが「流れ方向」である。これらは無次元量であるか
ら、たとえばプロペラファンの回転数が変化しても不変
である。しかし、運転点Ｐについては、室外熱交換器２
に霜が付いて負荷特性が変わったり、装置が変わったり
した場合に変化する。つまり、同一の装置であれば、設
計点ｐの負荷に対して負荷が図示のように変化すれば、
設計点ｐの流れ方向に対して、流れ方向が変わることが
分かる。また、設計点ｐの負荷に対応する装置に対し
て、装置が変わったため負荷が変わる場合もこの考え方
で流れ方向の変化を予想できることを意味する。

【０００９】上述した図９及び図１０に係る翼断面形状
は、厚肉プロペラファンの肉厚が薄肉プロペラファンに
比べ３倍程度厚い。この程度に翼の肉厚が厚くなると、
従来の一般的な低コストプラスチック成形法ではヒケの
問題が生じて成形できず、特殊な成形法を採用する必要
がある。このため、翼形プロペラファンの成形費用はコ
スト高になる。当然のことながら肉厚の厚い分だけ重量
は増大し、振動の原因にもなる。さらに、材料費もかさ
むことになる。

【００１０】このように、従来の翼形プロペラファンが
有する第１の問題点として、翼形をプラスチックで成形
する場合、翼形化は厚肉成形となることから、プラスチ
ックのヒケの問題から従来の低コスト成形法では成形可
能な肉厚に限界を生じることが上げられる。また、第２
の問題点は、肉厚の翼形状は、肉厚になった分だけ翼全
体の重量が増し、プラスチック材料も多く使用するため
コスト高となり、さらに第３の問題点は振動の原因とな
ることである。

【００１１】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、翼形プロペラファンの空力特性を損なうことなく
低騒音化し、かつ、その重量及び材料の低減を図ること
を目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため以下の手段を採用した。請求項１に記載の翼
形プロペラファンは、翼形プロペラファンにおける翼圧
力面の少なくとも一部領域にスリットを設けたことを特
徴とするものである。この場合、前記スリットを翼圧力
面の全面に設けてもよい。

【００１３】このような翼形プロペラファンとすれば、
翼形プロペラファンの空力性能を維持して低騒音化で
き、かつ、スリットを設けた分だけ成形材料が少なくて
すむので、ファンを軽量化することも可能になる。

【００１４】また、上記翼形プロペラファンは、前記ス
リットを回転軸に対し同心円状ないし翼面流れ方向に設
けるのが好ましく、好適には前記スリットと流れ方向と
のなす角度を２０度以下にするとよい。そして、好適な
前記スリットの幅は７mm以下であり、さらに、前記スリ
ット間に設けられる仕切部の端部をＲ形状に形成するの
が好ましい。このようにスリットの形状及び配置とすれ
ば、翼形プロペラファンの運転騒音を確実に低く抑える
ことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る翼形プロペラ
ファンの一実施形態を図面に基づいて説明する。図１
は、比較的低速で運転される送風機に使用される翼形プ
ロペラファンの第１実施形態を示す正面図で、符号の１
０Ａは翼形プロペラファン、１１は翼、１２はスリッ
ト、１３はボスである。この翼形プロペラファン１０Ａ
は、プラスチック等の素材を成形してなるもので、図示
の例では複数の翼１１を備え、ボス１３には図示を省略
した電動機等の回転駆動源が連結されるように構成され
ている。

【００１６】各翼１１には、図２の各断面図に示すよう
に、その断面形状において曲率の小さい側の翼面、すな
わち翼圧力面（腹面）１１ａにスリット１２が多数設け
られている。図示の例では、翼圧力面１１ａの一部領域
に翼面流れ方向に沿って細長い凹溝のスリット１２が１
１本設けられているが、多くの場合、これらのスリット
１２は、設計点で回転軸１５に対し同心円状となる。負
荷が変動して流れ方向が変わっても、図６に示すように
θ≒３０度の範囲なら騒音特性が変わらない。また、流
れ方向の変化範囲が３０度以内に収まるよう、円周方向
に対して角度を付けて溝を設ければよい。

【００１７】また、図３に示した第２実施形態の厚肉プ
ロペラファン１０Ｂでは、スリット１２が翼圧力面１１
ａの全面に多数設けられている。図示の例では、翼面流
れ方向に沿って１２本のスリット１２が設けられてお
り、これらのスリット１２は、やはり多くの場合におい
て設計点で回転軸１５に対し同心円状（角度θ＝０度）
となる。

【００１８】このように、本発明の翼形プロペラファン
では、圧力面である腹面側に多数の細長いスリット１２
が設けられており、このスリット加工を施す領域は、翼
圧力面１１ａの全域あるいは一部領域である。図２で
は、（ａ）にスリット１２の中心線を含む断面（図１の
Ａ−Ａ断面）で切断した翼形断面形状、（ｂ）にスリッ
ト１２が設けられていない部分の翼形断面形状（図１の
Ｂ−Ｂ断面）、（ｃ）にこれらの断面と垂直な断面（図
１のＣ−Ｃ断面）の翼形断面形状を示す。これらの図に
おいて、スリット１２の形状は、翼形プロペラファンの
各部位が従来の薄肉成形法で規定されている肉厚となる
ように、換言すれば、各部位が従来の低コスト成形法で
ヒケを生じることなく成形可能な肉厚の範囲内となるよ
うに決定される。

【００１９】また、このスリット１２を施す範囲は、厚
肉の翼形で従来の薄肉成形法が使えない領域、すなわち
ある値以上に厚い領域である。このため、翼形プロペラ
ファン１０Ａ，１０Ｂの形状において、翼１１の全体が
翼形などの厚翼であるときには、図３に示されるように
スリット１２が全面に設けられる。しかし、翼負荷の大
きいボス１３付近のみが厚翼となっている場合には、図
１のようにボス１３付近にのみスリット１２を設ければ
よい。

【００２０】ここで、上述したスリット１２を設けた本
発明の翼形プロペラファンと、スリット１２のない翼形
プロペラファンとの空力性能及び騒音性能を比較した実
験結果を図４に示す。図４において、実線がスリットの
ない翼形プロペラファン、○印がスリット付の翼形プロ
ペラファンを示しており、両者の静圧効率、静圧圧力係
数及び比騒音にはほとんど差がないことが分かる。すな
わち、厚肉プロペラファンの翼圧力面１１ａにスリット
１２を設けても、空力性能及び騒音性能に性能差はない
ことを意味している。このため、翼圧力面（翼腹面）１
１ａに加工するスリット１２の形状を従来の低コスト成
形法で成形可能な最大肉厚をキープするように定めて成
形型を製作すれば、低コストの従来法で容易に成形でき
る。また、スリット化により翼形プロペラファン１０
Ａ，１０Ｂが軽量化されるとともに、成形に要する素材
の材料費を低減してコストを下げることも可能となる。
また、軽量化により振動の原因も軽減される。

【００２１】続いて、図５に示す実験結果のグラフは、
スリット１２の幅（スリット幅Ｗ）と騒音との関係を示
すものである。この実験結果によれば、スリット幅Ｗが
７mmを超えると騒音増大量が急激に大きくなって騒音性
能が悪化してくることが分かる。従って、スリット１２
の幅Ｗとしては、低騒音化の観点から７mm以下程度が適
正であると考えられる。これは、スリット幅Ｗが小さい
と、スリット１２を設けてあっても、空調装置における
室外ユニットなどのように比較的低速で運転される翼形
プロペラファンでは、流れは自分のよどみ圧のためスリ
ット１２の奥まで到達できないため、スリット１２内に
空気の流れが形成されず、あたかもスリット１２内に空
気の翼形が形成されたようになって、中実の翼形とほぼ
同じ騒音性能を示しているものと考えられる。

【００２２】また、隣接するスリット１２間の仕切部
は、その表面が基本的な翼形の形状をしている。スリッ
ト１２を設けることにより、上述のようにスリット１２
内にはほとんど空気の流れは侵入しないが、翼圧力面１
１ａの表面付近では、空気の流れがスリット１２内に入
り込んだり、あるいは、翼圧力面１１ａの表面に沿って
流れると考えられる。このため、仕切部１４の端面１４
ａ（図２（ｃ）参照）にエッジ部があると、プロペラフ
ァンの作動点が変わったりした場合、流れが迎え角を持
つようになり、端面１４ａから気流音が出る恐れがあ
る。このため、仕切部１４の先端部（翼圧力面１１ａ）
は、図２（ｃ）に示すように、端面１４ａをＲ形状にし
て丸みを付ける方がよい。また、スリット１２間の仕切
部１４の厚みＷｓは、通常のプラスチック成形の厚みで
ある２〜４mm程度で問題ない。

【００２３】また、スリット１２の中心線Ｌと矢印Ｒで
示す流れの方向とが角度θを持っている場合について、
その角度θが騒音に及ぼす影響の実験結果を図６に示
す。この実験結果によれば、スリット１２と流れのなす
角度θが２０度程度までの領域では、騒音増大量が実質
的になくほぼ一定であることが分かる。しかし、その角
度θが３０度を超える領域では、角度θが大きくなるほ
ど騒音増大量が急激に大きくなる傾向にあるため、騒音
性能を維持するためには角度θを３０度以下に設定する
のが好ましい。このため、厚肉プロペラファン１０Ａ，
１０Ｂにスリット１２を付加する場合には、設計点であ
れば回転軸１５に対し同心円状に設ければ、−３０度≦
θ≦３０度の流れ変化範囲の負荷変動に対して有効であ
る。また逆にこの変化範囲に収まるように溝の角度を円
周方向に対して傾斜して設けてもよい。

【００２４】以上、本発明の翼形プロペラファンに係る
翼形状を図面に基づいて説明してきたが、具体的な構成
は本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で適宜設計の変更等が可能である。た
とえば、翼形プロペラファンの翼数を３枚あるいは４枚
以上としてもよく、また、スリット１２の数についても
翼１１の形状・寸法に応じて適宜変更可能である。

【００２５】

【発明の効果】上述した本発明の送風機によれば、厚肉
プロペラファンの翼圧力面にスリットを形成したことに
より、空力性能及び騒音性能を損なうことなく重量を低
減できる。また、スリットを設けることで厚肉部がなく
なって成形時におけるヒケの問題が解消されるので、従
来よりある低コストの薄肉成形法を採用でき、さらに、
成形に要する材料も低減できる。このため、翼形プロペ
ラファンの軽量化に伴う性能向上及びランニングコスト
の削減に大きな効果を奏するだけではなく、製造コスト
を低減するためにも有効である。

【００２６】さらに、軽量化により振動の原因が小さく
なる。これは、振動の原因である加振力ｆは、ｆ＝（Ｗ
e／ｇ）ｒω² で記述されることからも明確である。こ
こに、Ｗe：回転体の重量、ｇ：重力加速度、ｒ：偏心
量、ω：回転角速度である。

【００２７】特に、スリット幅Ｗを７mm以下とするこ
と、スリットを回転軸に対し同心円ないし翼面流れ方向
に沿って、好適にはスリットと流れ方向とのなす角度θ
を２０度以下に設けること、そして、仕切部の端部をＲ
形状にすることで、スリットのない中実の翼形プロペラ
ファンとほぼ同様の騒音性能を得ることができ、スリッ
ト化による運転騒音の増加を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る翼形プロペラファンの第１実
施形態を示すもので、翼圧力面の一部領域にスリットを
設けた翼形状の正面図である。

【図２】図１の翼形形状を示す断面図で、（ａ）は
図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線
に沿う断面図、（ｃ）は図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図で
ある。

【図３】本発明に係る翼形プロペラファンの第２実
施形態を示すもので、翼圧力面の全域にスリットを設け
た翼形状の正面図である。

【図４】スリットを設けた厚肉の翼形プロペラファ
ンと、スリットのない中実厚肉の翼形プロペラファンと
の空力特性及び騒音特性を示す図である。

【図５】本発明における翼形プロペラファンのスリ
ット幅Ｗと騒音増大量との関係を示す実験結果のグラフ
である。

【図６】本発明における翼形プロペラファンのスリ
ットと流れとのなす角度θと騒音増大量との関係を示す
実験結果のグラフである。

【図７】住宅用空調装置の室外ユニットを示す概略
構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。

【図８】従来の（中実）翼形プロペラファンを示す
図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線に沿
う断面図である。

【図９】薄肉及び厚肉のプロペラファン翼形断面形
状を重ねて示す断面図である。

【図１０】図９に示した翼形断面形状を有する薄肉
プロペラファン及び厚肉プロペラファンの空力特性及び
騒音特性を示す図である。

【符号の説明】

１０Ａ，１０Ｂ翼形プロペラファン１１翼１１ａ翼圧力面１２スリット１３ボス１４仕切部１５回転軸Ｗスリット幅 θ スリットと流れ（方向）とのなす角
度

フロントページの続き (72)発明者松田圭愛知県西春日井郡西枇杷島町旭町３丁目１番地三菱重工業株式会社エアコン製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】翼圧力面の少なくとも一部領域にスリ
ットを設けたことを特徴とする翼形プロペラファン。
【請求項２】前記スリットを翼圧力面の全面に設け
たことを特徴とする請求項１に記載の翼形プロペラファ
ン。
【請求項３】前記スリットを回転軸に対し同心円状
ないし翼面流れ方向に設けたことを特徴とする請求項１
又は２に記載の翼形プロペラファン。
【請求項４】前記スリットと流れ方向とのなす角度
を２０度以下にしたことを特徴とする請求項３に記載の
翼形プロペラファン。
【請求項５】前記スリットの幅を７mm以下にしたこ
とを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の翼
形プロペラファン。
【請求項６】前記スリット間に設けられる仕切部の
端部をＲ形状にしたことを特徴とする請求項１ないし５
のいずれかに記載の翼形プロペラファン。