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WO2018123519A1 - プロペラファン - Google Patents

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Publication number
WO2018123519A1
WO2018123519A1 PCT/JP2017/044226 JP2017044226W WO2018123519A1 WO 2018123519 A1 WO2018123519 A1 WO 2018123519A1 JP 2017044226 W JP2017044226 W JP 2017044226W WO 2018123519 A1 WO2018123519 A1 WO 2018123519A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
blade
section
warp
maximum
ratio
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/044226
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
透 岩田
洋峻 富岡
Original Assignee
ダイキン工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2017080267A external-priority patent/JP6414268B2/ja
Application filed by ダイキン工業株式会社 filed Critical ダイキン工業株式会社
Priority to US16/471,284 priority Critical patent/US11333165B2/en
Priority to CN201780075312.0A priority patent/CN110036209B/zh
Priority to EP17888019.1A priority patent/EP3553320B1/en
Publication of WO2018123519A1 publication Critical patent/WO2018123519A1/ja

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/38Blades
    • F04D29/384Blades characterised by form
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/38Blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/661Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/667Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps by influencing the flow pattern, e.g. suppression of turbulence
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/20Rotors
    • F05D2240/30Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/303Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the leading edge of a rotor blade

Definitions

  • the present invention relates to a propeller fan used for a blower or the like.
  • Patent Document 1 discloses a propeller fan including a hub and three wings.
  • General wings of propeller fans are warped to swell toward the suction side. That is, the blade height of the propeller fan has the highest warp height, which is the distance from the chord to the warp line in the blade cross section, on the way from the leading edge to the trailing edge along the chord of the blade.
  • the position where the warp height is maximum in the blade cross section gradually becomes closer to the leading edge from the blade head toward the blade tip.
  • a blade tip vortex is generated when the blade flows around the blade tip from the pressure surface side to the suction surface side and air flows backward.
  • the blade tip vortex is generated in the vicinity of a position where the pressure difference between the pressure surface side and the suction surface side of the blade is maximized. For this reason, in the blade of the propeller fan, the blade tip vortex is generated in the vicinity of the position where the warp height is maximum at the blade tip.
  • the tip vortex generated in the wing of the propeller fan develops toward the trailing edge of the wing. Therefore, the tip vortex develops and becomes longer as the position at which the warp height becomes maximum at the tip of the blade is further away from the trailing edge of the blade.
  • the position where the warp height is maximum in the blade cross section is relatively far from the trailing edge from the blade tip toward the blade tip. For this reason, in the propeller fan of patent document 1, since a blade tip vortex became long and the energy consumed for generation
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to improve the fan efficiency of the propeller fan.
  • the first aspect of the present disclosure is directed to a propeller fan including a cylindrical hub (15) and a plurality of blades (20) extending outward from a side surface of the hub (15).
  • Each of the blades (20) has a warp height that is a distance from the chord (31) to the warp line (32) in the blade cross section, and the chord (31 ) Is the maximum warp position (A), and the ratio of the distance (d) from the leading edge (23) to the maximum warp position (A) in the blade cross section to the chord length (c) is the maximum warp position ratio.
  • the blade tip vortex (90) is generated in the vicinity of the position where the warp height is maximum at the blade tip (22).
  • the closer the generation position of the blade tip vortex (90) is to the leading edge (23) of the blade (20) the longer the blade tip vortex (90) becomes, and the energy consumed to generate the blade tip vortex (90). Will increase.
  • the maximum warp position ratio (d / c) at the blade tip (22) is the maximum warp position ratio ( d / c). That is, in each blade (20), the maximum warp position (A) at which the warp height is maximum in the blade cross section is closer to the trailing edge (24) of the blade (20) than in the past at the blade tip (22). This suppresses the development of the tip vortex (90), shortens the tip vortex (90), and reduces the energy consumed to generate the tip vortex (90), resulting in improved fan efficiency. Figured.
  • each of the blades (20) has a maximum warp position ratio (d / c) of the blade base (21) and the blade tip (22). From the first reference blade cross section (33) located between the blades, the blade monotonously increases toward the blade tip (22) and reaches the maximum at the blade tip (22).
  • the maximum warp position (A) at which the warp height is maximum in the blade cross section is from the first reference blade cross section (33) to the blade tip (22). )
  • the first reference blade section (33) is a blade section at a position away from the blade base (21) by a predetermined distance.
  • the “monotonic increase” described in this specification is “monotonic increase in a broad sense”. Accordingly, the maximum warp position ratio (d / c) of each blade (20) may continue to increase from the first reference blade section (33) toward the blade tip (22), or the first reference blade section ( The maximum warp position ratio (d / c) may be constant in a part of the section from 33) to the blade tip (22).
  • the maximum warp position (A) at which the warp height is maximum in the blade cross section is from the first reference blade cross section (33) to the blade tip (22). As you head toward, you are relatively closer to the trailing edge (24) of the wing (20). As a result, in each blade (20) of the propeller fan (10), the generation position of the blade tip vortex (90) approaches the trailing edge (24) of the blade (20). This suppresses the development of the tip vortex (90), shortens the tip vortex (90), and reduces the energy consumed to generate the tip vortex (90), resulting in improved fan efficiency. Figured.
  • the maximum warp position ratio (d / c) of each of the blades (20) is minimized in the first reference blade cross section (33). Is.
  • the maximum warp position ratio (d / c) is minimum in the first reference blade cross section (33). Therefore, in the region from the blade base (21) to the first reference blade cross section (33) in the blade (20), the maximum warp position ratio (d / c) is not less than the minimum value.
  • each of the blades (20) has a distance from the blade base (21) to the first reference blade cross section (33). 22) and shorter than the distance from the first reference blade cross section (33).
  • the first reference blade cross section (33) is closer to the blade base (21) than the center of the blade (20) in the radial direction of the propeller fan (10). ) Is located. And in this 1st reference blade cross section (33), the largest curvature position ratio (d / c) becomes the minimum.
  • each of the blades (20) has a maximum warp position ratio (d / c) in the blade cross section of 0. 5 or more and 0.8 or less.
  • the maximum warp position ratio (d / c) in the blade cross section is set to a value of 0.5 or more and 0.8 or less.
  • each of the blades (20) has a maximum warp position ratio (d / c) of the blade base (21) and the blade tip (22). It is the largest in the intermediate blade cross section (33a) located between the two.
  • the maximum warp position ratio (d / c) in the intermediate blade cross section (33a) positioned closer to the blade root (21) than the blade tip (22) ) Is the largest.
  • each of the blades (20) has a maximum warp position ratio (d / c) that is minimum at the blade base (21), and It increases monotonously from (21) toward the intermediate blade cross section (33a).
  • the maximum warp position ratio (d / c) is from the minimum value to the maximum value from the blade base (21) toward the intermediate blade cross section (33a). Monotonically increases to the value.
  • each of the blades (20) has a distance from the blade base (21) to the intermediate blade cross section (33a). It is longer than the distance from (22) to the intermediate blade cross section (33a).
  • the intermediate blade section (33a) is located closer to the blade tip (22) than the center between the blade base (21) and the blade tip (22). To do. And in this intermediate blade cross section (33a), the maximum warp position ratio (d / c) becomes the maximum.
  • each of the wings (20) has a maximum warp height (f )
  • the ratio of the maximum warp height (f) in the blade cross section to the chord length (c) is the warp ratio (f / c)
  • the warp ratio (f / c) is It becomes the maximum at the second reference blade cross section (33, 33b) located between the wing (21) and the blade tip (22), and goes from the second reference blade cross section (33, 33b) to the wing tip (21). And monotonously decreasing from the second reference blade cross section (33, 33b) toward the blade tip (22).
  • each of the blades (20) may have a maximum warp height (f ) And the ratio of the maximum warp height (f) in the blade cross section to the chord length (c) is the warp ratio (f / c), the warp ratio (f / c) is It becomes the maximum at the second reference blade cross section (33, 33b) located between the wing (21) and the blade tip (22), and goes from the second reference blade cross section (33, 33b) to the wing tip (21). Monotonically decreasing, and monotonously decreasing from the second reference blade cross section (33, 33b) toward the blade tip (22), and the first reference blade cross section also serves as the second reference blade cross section.
  • the second reference blade cross section (33, 33b) separated from the blade base (21) by a predetermined distance
  • the warp ratio (f / c) becomes maximum.
  • the warp ratio (f / c) monotonously decreases from the second reference blade section (33, 33b) toward the blade base (21) and the second reference blade section (33, 33b). It decreases monotonically from 33b) toward the wing tip (22).
  • each blade (20) may continue to have a warp ratio (f / c) decreasing from the second reference blade cross section (33, 33b) toward the blade tip (22), or the second reference blade cross section ( The warp ratio (f / c) may be constant in a part of the section from 33, 33b) to the blade tip (22).
  • each blade (20) of the propeller fan (10) of the ninth and tenth aspects has a warp ratio (f / c) from the second reference blade cross section (33, 33b) to the blade base (21). Decreases monotonically.
  • the warp ratio (f / c) is smaller than the second reference blade cross section (33, 33b) in the region of the blade (20) in the vicinity of the blade base (21) where the turbulence is likely to occur. For this reason, the turbulence of the airflow in the vicinity of the wing base (21) of each wing (20) is suppressed, the energy consumed by the turbulence is reduced, and as a result, the fan efficiency is improved.
  • each blade (20) of the propeller fan (10) of each of the ninth and tenth aspects has a warp ratio (f / c) from the second reference blade cross section (33, 33b) toward the blade tip (22). Decreases monotonically. That is, in each blade (20), the warp ratio (f) from the second reference blade section (33, 33b) toward the blade tip (22) having a higher peripheral speed than the second reference blade section (33, 33b). / C) decreases monotonously. For this reason, the work amount of the blade (20) (specifically, the lift acting on the blade (20)) is averaged over the entire blade (20), and as a result, the fan efficiency is improved.
  • each blade (20) of the propeller fan (10) of the tenth aspect the first reference blade section and the second reference blade section match. That is, in each blade (20) of the propeller fan (10), the maximum warp position ratio (d / c) is minimized and the warp ratio ( f / c) is maximized.
  • each of the wings (20) has a warp ratio (f / c) at the wing tip (22) such that the wing root (21 ) Is smaller than the warp ratio (f / c).
  • the peripheral speed of the blade tip (22) is higher than the peripheral speed of the blade base (21). Therefore, when the warp ratio (f / c) at the blade tip (22) is approximately the same as the warp ratio (f / c) at the blade tip (21), the blade tip (22) near the blade tip (22) The pressure difference between the pressure surface (25) and suction surface (26) becomes too large. As a result, the pressure surface (26) wraps around the blade tip (22) from the pressure surface (25) side of the blade (20). There is a possibility that the flow rate of air flowing to the side increases and the fan efficiency decreases.
  • each blade (20) of the propeller fan (10) of the eleventh aspect has a warp ratio (f / c) at the blade tip (22) and a warp ratio (f / c) at the blade base (21).
  • the pressure difference between the pressure surface (25) side and the suction surface (26) side in the vicinity of the blade tip (22) of each blade (20) is suppressed to an extent that is not excessive.
  • the flow rate of air that flows around the blade tip (22) from the pressure surface (25) side of the blade (20) and flows back to the suction surface (26) side is reduced, and fan efficiency is improved.
  • the tip vortex (90) generated near the tip (22) is suppressed and the energy consumed to generate the tip vortex (90) is reduced, the fan efficiency is also improved in this respect. .
  • the maximum warp position ratio (d / c) at the blade tip (22) is the maximum warp position ratio (d) at the blade base (21). / C). For this reason, the development of the tip vortex (90) is suppressed, the tip vortex (90) is shortened, and the energy consumed to generate the tip vortex (90) is reduced. Therefore, according to this aspect, fan efficiency can be improved by reducing the loss of power for rotationally driving the propeller fan (10).
  • the maximum warp position ratio (d / c) monotonically increases from the first reference blade section (33) toward the blade tip (22). However, it becomes maximum at the wing tip (22). For this reason, the development of the tip vortex (90) is suppressed, the tip vortex (90) is shortened, and the energy consumed to generate the tip vortex (90) is reduced. Therefore, according to this aspect, fan efficiency can be improved by reducing the loss of power for rotationally driving the propeller fan (10).
  • the warp ratio (f / c) is the second reference blade cross section positioned between the blade base (21) and the blade tip (22).
  • (33,33b) is the largest, decreases monotonically from the second reference blade section (33,33b) toward the blade base (21), and from the second reference blade section (33,33b) to the blade tip (22) It decreases monotonously. For this reason, it is possible to suppress the turbulence of the airflow in the vicinity of the blade base (21) of each blade (20) and to average the work amount of the blade (20) in the entire blade (20). Therefore, according to this aspect, loss of power for rotationally driving the fan can be further reduced, and fan efficiency can be further improved.
  • the warp ratio (f / c) at the blade tip (22) is smaller than the warp ratio (f / c) at the blade base (21). It has become. For this reason, it is possible to reduce the flow rate of air that flows around the blade tip (22) from the pressure surface (25) side of the blade (20) and back to the suction surface (26) side, and is generated near the blade tip (22).
  • the tip vortex (90) can be suppressed. Therefore, according to this aspect, loss of power for rotationally driving the fan can be further reduced, and fan efficiency can be further improved.
  • FIG. 1 is a perspective view of the propeller fan according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the propeller fan according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a blade cross section of a blade of the propeller fan according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the distance r from the rotation center axis and the warp ratio (f / c) in the blades of the propeller fan according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the distance r from the rotation center axis and the maximum warp position ratio (d / c) in the blades of the propeller fan according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view of the propeller fan according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the propeller fan according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a blade cross section of a blade of the propeller fan according to the first
  • FIG. 6A is a cross-sectional view of a blade showing a blade cross section of the blade base of the propeller fan according to the first embodiment.
  • 6B is a cross-sectional view of a blade showing a reference blade cross-section of the blade in the propeller fan according to Embodiment 1.
  • FIG. 6C is a cross-sectional view of a blade showing a blade cross section of a blade tip of the blade of the propeller fan according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 7 is a perspective view of the propeller fan illustrating the airflow in the propeller fan of the first embodiment.
  • FIG. 8 is a perspective view of a propeller fan showing airflow in a conventional propeller fan.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the distance r from the rotation center axis and the warp ratio (f / c) in the blade of the first modification of the first embodiment.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the distance r from the rotation center axis and the maximum warp position ratio (d / c) in the blade of the second modification of the first embodiment.
  • FIG. 11 is a perspective view of the propeller fan according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a plan view of the propeller fan according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the distance r from the rotation center axis and the warp ratio (f / c) in the blades of the propeller fan according to the second embodiment.
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between the distance r from the rotation center axis and the maximum warp position ratio (d / c) in the blades of the propeller fan according to the second embodiment.
  • FIG. 15A is a cross-sectional view of a blade showing a blade cross section of the blade base of the propeller fan according to the second embodiment.
  • FIG. 15B is a cross-sectional view of a blade showing a second reference blade cross section of the blade of the propeller fan according to the second embodiment.
  • FIG. 15C is a cross-sectional view of a blade showing a blade cross section of a blade tip of a propeller fan according to a second embodiment.
  • the propeller fan (10) of the present embodiment is an axial fan.
  • the propeller fan (10) is provided, for example, in a heat source unit of an air conditioner and is used to supply outdoor air to a heat source side heat exchanger.
  • the propeller fan (10) of this embodiment is provided with one hub (15) and three blades (20).
  • One hub (15) and three wings (20) are integrally formed.
  • the material of the propeller fan (10) is resin.
  • the hub (15) is formed in a cylindrical shape with a closed end surface (upper surface in FIG. 1).
  • the hub (15) is attached to the drive shaft of the fan motor.
  • the central axis of the hub (15) is the rotation central axis (11) of the propeller fan (10).
  • the wing (20) is disposed so as to protrude outward from the outer peripheral surface of the hub (15).
  • the three wings (20) are arranged at a constant angular interval with respect to the circumferential direction of the hub (15).
  • Each blade (20) has a shape that expands outward in the radial direction of the propeller fan (10).
  • the shape of each wing (20) is the same as each other.
  • the blade (20) has an end on the radial center side of the propeller fan (10) (that is, the hub (15) side) as the blade base (21), and the radially outer end of the propeller fan (10).
  • the part is the wing tip (22).
  • the wing base (21) of the wing (20) is joined to the hub (15).
  • the distance r i from the rotation center axis (11) of the propeller fan (10) to the blade base (21) is substantially constant over the entire length of the blade base (21).
  • the distance r o from the central axis of rotation of the propeller fan (10) (11) to the blade tip (22) is substantially constant over the entire length of the blade tip (22).
  • the blade (20) has a front edge in the rotation direction of the propeller fan (10) as a front edge (23), and a rear edge in the rotation direction of the propeller fan (10) as a rear edge (24). .
  • the leading edge (23) and the trailing edge (24) of the blade (20) extend from the blade base (21) toward the blade tip (22) toward the outer peripheral side of the propeller fan (10).
  • the blade (20) is inclined with respect to a plane orthogonal to the rotation center axis (11) of the propeller fan (10). Specifically, in the wing (20), the front edge (23) is disposed near the tip (the upper end in FIG. 1) of the hub (15), and the rear edge (24) is the base end (in FIG. 1). It is arranged near the lower end.
  • the front surface in the rotation direction of the propeller fan (10) (the downward surface in FIG. 1) is the pressure surface (25), and the rear surface in the rotation direction of the propeller fan (10) (see FIG.
  • the upward surface in 1) is the suction surface (26).
  • the blade cross section shown in FIG. 3 is a flat development of the cross section of the blade (20) located at a distance r from the rotation center axis (11) of the propeller fan (10). As shown in FIG. 3, the blade (20) is warped so as to swell toward the suction surface (26).
  • the line connecting the midpoints of the pressure surface (25) and suction surface (26) is the warp line (32), and the distance from the chord (31) to the warp line (32) is It is warp height.
  • the warp height gradually increases along the chord (31) from the leading edge (23) to the trailing edge (24), and reaches its maximum value on the way from the leading edge (23) to the trailing edge (24). It gradually decreases as it approaches the trailing edge (24) from the position where the maximum value is reached.
  • the maximum warp height is the maximum warp height f
  • the position on the chord (31) where the warp height is the maximum warp height f is the maximum warp position A. Further, the distance from the leading edge (23) to the maximum warp position A is d.
  • the warp ratio (f / c) that is the ratio of the maximum warp height f to the chord length c in the blade cross section is the rotation of the propeller fan (10). It changes according to the distance from the central axis (11). This warp ratio (f / c) changes so that it becomes a maximum only once and never becomes a minimum in the process from the blade base (21) to the blade tip (22).
  • the warp ratio (f / c) is the maximum value (f m / c m ) at the reference blade cross section (33) located between the blade base (21) and the blade tip (22).
  • f m is the maximum camber height of the reference airfoil section (33)
  • c m is the chord length of the reference airfoil section (33) (see Figure 6B).
  • the warp ratio (f / c) gradually decreases from the reference blade section (33) toward the blade base (21), and gradually decreases from the reference blade section (33) toward the blade tip (22). That, r i ⁇ r ⁇ r distance r when m is warp ratio (f / c) is reduced as small, r m ⁇ r ⁇ r warp ratio as the distance r increases if the o (f / c) becomes smaller.
  • the reference airfoil section (33), the distance from the central axis of rotation of the propeller fan (10) (11) is a blade section of the position of r m. That is, the reference airfoil section (33) is a blade section of a position away from Tsubasamoto (21) by a distance (r m -r i).
  • the distance (r m ⁇ r i ) from the blade base (21) to the reference blade cross section (33) is the distance (r o ⁇ r i ) from the blade base (21) to the blade tip (22). Is about 10% (ie, about 1/10). That is, the reference blade cross section (33) is located closer to the blade base (21) than the center of the blade base (21) and the blade tip (22) in the radial direction of the propeller fan (10).
  • the distance (r m ⁇ r i ) from the blade base (21) to the reference blade cross section (33) is 5 to 5 from the distance (r o ⁇ r i ) from the blade base (21) to the blade tip (22). it is preferably from 30%, more preferably from 5 to 20% of the distance from Tsubasamoto (21) to the blade tip (22) (r o -r i), the wing tip from Tsubasamoto (21) ( More preferably, it is 5 to 10% of the distance (r o ⁇ r i ) to 22).
  • the warp ratio (f o / c o ) at the blade tip (22) is smaller than the warp ratio (f i / c i ) at the blade base (21).
  • the warp ratio (f o / c o ) at the blade tip (22) is substantially half of the warp ratio (f i / c i ) at the blade base (21).
  • the warp ratio (f o / c o ) at the blade tip (22) is preferably set to a value that is less than half of the warp ratio (f i / c i ) at the blade tip (21) and greater than zero. .
  • f i is the maximum warp height at the wing root (21), and c i is the chord length at the wing root (21) (see FIG. 6A). Further, f o is the maximum warp height at the blade tip (22), and c o is the chord length at the blade tip (22) (see FIG. 6C).
  • the maximum warp position ratio (d / c) which is the ratio of the distance d from the leading edge (23) to the maximum warp position A to the chord length c.
  • This maximum warp position ratio (d / c) changes so as to be minimized only once and not maximized in the process from the blade base (21) to the blade tip (22).
  • the maximum warp position ratio (d / c) is the minimum value (d m / c m ) in the reference blade cross section (33) located between the blade base (21) and the blade tip (22).
  • d m is the distance from the leading edge (23) at the reference airfoil section (33) up to the maximum warpage position A (see FIG. 6B).
  • the maximum warp position ratio (d / c) gradually increases from the reference blade cross section (33) toward the blade base (21), and gradually increases from the reference blade cross section (33) toward the blade tip (22). . That is, the maximum warpage position ratio (d / c) is increased as in the case of r i ⁇ r ⁇ r m is the distance r becomes smaller, the maximum camber position as the distance r increases if the r m ⁇ r ⁇ r o The ratio (d / c) increases. As the maximum warp position ratio (d / c) increases, the maximum warp position A moves away from the front edge (23) relatively, and the maximum warp position A moves closer to the rear edge (24).
  • the maximum warp position line (35) connecting the maximum warp positions A on the blade cross section located at an arbitrary distance from the rotation center axis (11) of the propeller fan (10) is shown by a two-dot chain line in FIG.
  • the maximum warp position ratio (d / c) is the minimum value
  • the warp ratio (f / c) is the maximum value. That is, in the present embodiment, the first reference blade cross section where the maximum warp position ratio (d / c) is the minimum value matches the second reference blade cross section where the warp ratio (f / c) is the maximum value. .
  • the maximum warp position ratio (d / c) at the blade tip (22) is the maximum value (d o / co ), that is, in the blade (20) of the present embodiment,
  • the maximum warp position ratio (d o / c o ) at the blade tip (22) is larger than the maximum warp position ratio (d i / c i ) at the wing tip (21).
  • d i is the distance from the leading edge (23) at the wing tip (21) to the maximum warp position A (see FIG. 6A)
  • d o is from the leading edge (23) at the wing tip (22). This is the distance to the maximum warp position A (see FIG. 6C).
  • the maximum warp position ratio (d / c) is set to a value of 0.6 or more and 0.7 or less in all blade cross sections.
  • the maximum warp position ratio (d / c) is preferably set to a value between 0.5 and 0.8.
  • the mounting angle ⁇ gradually decreases from the blade base (21) toward the blade tip (22). That is, as the blade cross section is farther from the rotation center axis (11) of the propeller fan (10), the mounting angle ⁇ is smaller. Therefore, in the blade (20) of the present embodiment, the mounting angle ⁇ i at the blade base (21) is the maximum value, and the mounting angle ⁇ o at the blade tip (22) is the minimum value.
  • the propeller fan (10) of this embodiment is driven by a fan motor connected to the hub (15) and rotates clockwise in FIG. When the propeller fan (10) rotates, the air is pushed out by the blade (20) in the direction of the rotation center axis (11) of the propeller fan (10).
  • the vicinity of the wing base (21) of the wing (20) is in the vicinity of the hub (15), and thus is an area where air current is likely to be disturbed.
  • the warpage ratio (f / c) of each blade (20) of the propeller fan (10) of the present embodiment gradually decreases from the reference blade section (33) toward the blade base (21). That is, the warp ratio (f / c) is smaller than that of the reference blade cross section (33) in a region near the blade base (21) in which the turbulence is likely to occur in the blade (20).
  • the warp ratio (f / c) of each blade (20) of the propeller fan (10) of the present embodiment gradually decreases from the reference blade cross section (33) toward the blade tip (22). That is, in each blade (20), the warp ratio (f / c) gradually decreases from the reference blade cross section (33) toward the blade tip (22) having a higher peripheral speed than the reference blade cross section (33). For this reason, the work amount of the blade (20) (specifically, the lift acting on the blade (20)) is averaged over the entire blade (20), and as a result, the fan efficiency is improved.
  • the peripheral speed of the blade tip (22) is higher than the peripheral speed of the blade base (21). Therefore, when the warp ratio (f o / c o ) at the blade tip (22) is approximately the same as the warp ratio (f i / c i ) at the blade tip (21), the blade tip ( 22) The pressure difference between the pressure surface (25) side and the suction surface (26) side in the vicinity becomes too large, and as a result, the blade (20) is negatively moved around the blade tip (22) from the pressure surface (25) side. There is a possibility that the flow rate of air flowing to the pressure surface (26) side increases and the fan efficiency decreases.
  • each blade (20) of the propeller fan (10) of the present embodiment has a warp ratio (f o / c o ) at the blade tip (22) and a warp ratio (f i / It is about 1/2 of c i ).
  • the pressure difference between the pressure surface (25) side and the suction surface (26) side in the vicinity of the blade tip (22) of each blade (20) is suppressed to an extent that is not excessive.
  • the flow rate of air that flows around the blade tip (22) from the pressure surface (25) side of the blade (20) and flows back to the suction surface (26) side is reduced, and fan efficiency is improved.
  • the tip vortex (90) generated near the tip (22) is suppressed and the energy consumed to generate the tip vortex (90) is reduced, the fan efficiency is also improved in this respect. .
  • a blade tip vortex (90) is generated in the vicinity of the position where the warp height is maximum at the blade tip (22). As shown in FIG. 8, the wing tip vortex (90) becomes longer as the blade tip vortex (90) is generated closer to the leading edge (23) of the wing (80). The energy consumed for production increases.
  • the maximum warp position ratio (d / c) gradually increases from the reference blade cross section (33) toward the blade tip (22). That is, in each blade (20), the maximum warp position A at which the warp height is maximum in the blade cross section is directed from the reference blade cross section (33) toward the blade tip (22), and the trailing edge (24 ) As shown in FIG. 7, in the wing (20) of the present embodiment, the position where the wing tip vortex (90) is generated is the trailing edge of the wing (20) as compared to the conventional wing (80) shown in FIG. Close to (24).
  • the development of the tip vortex (90) is suppressed, the tip vortex (90) is shortened, and the energy consumed to generate the tip vortex (90) is reduced.
  • fan efficiency is improved and power consumption of the fan motor that drives the propeller fan (10) is reduced.
  • the airflow from the leading edge (23) to the trailing edge (24) along the suction surface (26) of the blade (20) is near the maximum warp position A and the suction surface (26 ) May peel off.
  • the maximum warpage position A is too close to the leading edge (23)
  • the area where the air current peels from the suction surface (26) of the blade (20) is expanded, resulting in an increase in blowing sound and a decrease in fan efficiency.
  • the maximum warp position ratio (d / c) is set to 0.6 or more.
  • the maximum warp position ratio (d / c) is set to 0.7 or less.
  • the blade (20) of the present embodiment has a larger blade section with a mounting angle ⁇ closer to the blade base (21).
  • the mounting angle ⁇ is larger, the airflow flowing along the suction surface (26) of the blade (20) is more easily separated from the suction surface (26).
  • the maximum warp position ratio (d / c) is approximately 0.5 or more, the smaller the maximum warp position ratio (d / c) (that is, the maximum warp position A is relatively at the leading edge (23).
  • the airflow flowing along the suction surface (26) of the wing (20) becomes difficult to peel off from the suction surface (26).
  • the maximum is obtained as the blade tip (21) is approached (that is, as the mounting angle ⁇ is increased).
  • the warp position ratio (d / c) is gradually reduced to make it difficult for airflow to peel from the suction surface (26) of the blade (20).
  • the maximum warp position ratio (d / c) gradually increases from the reference blade cross section (33) toward the blade tip (22). It becomes the maximum in 22). For this reason, the development of the tip vortex (90) is suppressed, the tip vortex (90) is shortened, and the energy consumed to generate the tip vortex (90) is reduced. Therefore, according to the present embodiment, the fan efficiency can be improved by reducing the loss of power for rotationally driving the fan, and the power consumption of the fan motor that drives the propeller fan (10) can be reduced.
  • the maximum warp position ratio (d / c) is set to 0.5 or more and 0.8 or less. For this reason, it becomes difficult for the airflow to peel off from the suction surface (26) of the blade (20), and an increase in blowing sound and a decrease in fan efficiency due to the airflow separation can be suppressed.
  • the warp ratio (f / c) becomes the maximum in the reference blade cross section (33), and the blade tip (21) from the reference blade cross section (33). And gradually decrease from the reference blade section (33) toward the blade tip (22). For this reason, it is possible to suppress the turbulence of the airflow in the vicinity of the blade base (21) of each blade (20) and to average the work amount of the blade (20) in the entire blade (20). Therefore, according to the present embodiment, it is possible to further reduce the power loss for rotationally driving the fan, and to further improve the fan efficiency.
  • the warp ratio (f / c) at the blade tip (22) is smaller than the warp ratio (f / c) at the blade tip (21). It has become. For this reason, it is possible to reduce the flow rate of air that flows around the blade tip (22) from the pressure surface (25) side of the blade (20) and back to the suction surface (26) side, and is generated near the blade tip (22).
  • the tip vortex (90) can be suppressed. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to further reduce the power loss for rotationally driving the fan, and to further improve the fan efficiency.
  • the region from the blade base (21) to the reference blade cross section (33) and the region from the reference blade cross section (33) to the blade tip (22) there may be a section where the warp ratio (f / c) is constant.
  • the warp ratio (f / c) may be constant in a region extending from the position near the blade tip (22) to the blade tip (22) in the blade (20).
  • the region from the blade base (21) to the reference blade cross section (33) and the region from the reference blade cross section (33) to the blade tip (22) there may be a section where the maximum warp position ratio (d / c) is constant.
  • the maximum warp position ratio (d / c) may be constant in a region from the blade base (21) to the reference blade cross section (33) in the blade (20). In this case, the maximum warp position ratio (d / c) has a minimum value in a region extending from the blade base (21) to the reference blade cross section (33) in the blade (20).
  • Embodiment 2 ⁇ Embodiment 2 >> Embodiment 2 will be described.
  • the propeller fan (10) of the present embodiment is obtained by changing the shape of the blade (20) in the propeller fan (10) of the first embodiment.
  • the difference between the propeller fan (10) of the present embodiment and the propeller fan (10) of the first embodiment will be mainly described.
  • the propeller fan (10) of the present embodiment includes one hub (15) and three blades (20), like the propeller fan (10) of the first embodiment. I have.
  • the shape of the wing will be described in detail.
  • the blade (20) of the present embodiment has a warped shape so as to swell toward the suction surface (26). This is the same as the wing (20) of the first embodiment.
  • the warp ratio (f / c) that is the ratio of the maximum warp height f to the chord length c in the blade cross section is the rotation of the propeller fan (10). It changes according to the distance from the central axis (11). This warp ratio (f / c) changes so that it becomes a maximum only once and never becomes a minimum in the process from the blade base (21) to the blade tip (22).
  • the warp ratio (f / c) becomes the maximum value (f m2 / c m2 ) in the second reference blade cross section (33b) located between the blade base (21) and the blade tip (22).
  • f m2 is the maximum warp height in the second reference blade cross section (33b)
  • c m2 is the chord length in the second reference blade cross section (33b) (see FIG. 15B).
  • the warp ratio (f / c) gradually increases from the blade base (21) toward the second reference blade cross section (33b), and gradually from the second reference blade cross section (33b) toward the blade tip (22). Decrease. That, r i ⁇ r ⁇ r distance r in the case of m2 is warp ratio (f / c) increases as increases, r m2 ⁇ r ⁇ r warp ratio as the distance r increases if the o (f / c) becomes smaller.
  • the second reference blade cross section (33b) is the blade cross section at a distance of rm2 from the rotation center axis (11) of the propeller fan (10). That is, the second reference airfoil section (33b) is a blade section of a position away from Tsubasamoto (21) by a distance (r m @ 2 -r i). In the present embodiment, the distance from Tsubasamoto (21) to the second reference airfoil section (33b) (r m @ 2 -r i) the distance from the Tsubasamoto (21) to the blade tip (22) (r o -r i ) about 15% of the total. That is, the second reference blade cross section (33b) is positioned closer to the blade base (21) than the center of the blade base (21) and the blade tip (22) in the radial direction of the propeller fan (10).
  • the warp ratio (f o / c o ) at the blade tip (22) is smaller than the warp ratio (f i / c i ) at the blade base (21).
  • the warp ratio (f o / c o ) at the blade tip (22) is approximately 55% of the warp ratio (f i / c i ) at the blade base (21).
  • f i is the maximum warp height at the wing root (21)
  • c i is the chord length at the wing root (21) (see FIG. 15A).
  • F o is the maximum warp height at the wing tip (22), and c o is the chord length at the wing tip (22) (see FIG. 15C).
  • the maximum warp position ratio (d / c) which is the ratio of the distance d from the leading edge (23) to the maximum warp position A to the chord length c. However, it changes according to the distance from the rotation axis (11) of the propeller fan (10). This maximum warp position ratio (d / c) changes so that it becomes a maximum only once and never becomes a minimum in the process from the blade base (21) to the blade tip (22).
  • the maximum warp position ratio (d / c) is the maximum value (d m1 / c m1 ) in the intermediate blade cross section (33a) located between the blade base (21) and the blade tip (22).
  • dm1 is the distance from the leading edge (23) in the intermediate blade cross section (33a) to the maximum warp position A.
  • the maximum warp position ratio (d / c) gradually increases from the blade root (21) toward the intermediate blade cross section (33a) and gradually decreases from the intermediate blade cross section (33a) toward the blade tip (22). . That is, the maximum warpage position ratio (d / c) increases as the distance r increases if the r i ⁇ r ⁇ r m1, the maximum camber position as the distance r increases if the r m1 ⁇ r ⁇ r o The ratio (d / c) is reduced. As the maximum warp position ratio (d / c) increases, the maximum warp position A moves away from the front edge (23) relatively, and the maximum warp position A moves closer to the rear edge (24).
  • the maximum warp position line (35) connecting the maximum warp positions A in the blade cross section located at an arbitrary distance from the rotation center axis (11) of the propeller fan (10) is shown by a two-dot chain line in FIG.
  • the intermediate blade cross section (33a) is the blade cross section at a distance of rm1 from the rotation center axis (11) of the propeller fan (10). That is, an intermediate blade section (33a) is a blade section of a position away from Tsubasamoto (21) by a distance (r m1 -r i).
  • Tsubasamoto distance from (21) to an intermediate blade section (33a) (r m1 -r i) the distance from the Tsubasamoto (21) to the blade tip (22) (r o -r i) About 90%. That is, the intermediate blade cross section (33a) is located closer to the blade tip (22) than the center of the blade tip (21) and the blade tip (22) in the radial direction of the propeller fan (10).
  • the maximum warp position ratio (d o / c o ) at the blade tip (22) is larger than the maximum warp position ratio (d i / c i ) at the blade base (21). ing.
  • d i is the distance from the leading edge (23) at the wing tip (21) to the maximum warp position A (see FIG. 15A)
  • d o is from the leading edge (23) at the wing tip (22). This is the distance to the maximum warp position A (see FIG. 15C).
  • the maximum warp position ratio (d / c) is set to a value between 0.55 and 0.65 in all blade cross sections. In the blade (20) of the present embodiment, it is desirable to set the maximum warp position ratio (d / c) to a value between 0.5 and 0.8, as with the blade (20) of the first embodiment.
  • the mounting angle ⁇ is directed from the wing base (21) to the wing tip (22), similarly to the wing (20) of the first embodiment. It is getting smaller gradually. That is, as the blade cross section is farther from the rotation center axis (11) of the propeller fan (10), the mounting angle ⁇ is smaller. Therefore, in the blade (20) of the present embodiment, the mounting angle ⁇ i at the blade base (21) is the maximum value, and the mounting angle ⁇ o at the blade tip (22) is the minimum value.
  • the propeller fan (10) of the present embodiment is driven by a fan motor connected to the hub (15), and rotates clockwise in FIG.
  • the propeller fan (10) rotates, the air is pushed out by the blade (20) in the direction of the rotation center axis (11) of the propeller fan (10).
  • the pressure on the pressure surface (25) side is higher than atmospheric pressure
  • the pressure on the suction surface (26) side is lower than atmospheric pressure.
  • the warp ratio (f / c) is in the second reference blade cross section (33b) in the region near the blade base (21) where the turbulence is likely to occur in the blade (20). Smaller than that. For this reason, similarly to the propeller fan (10) of the first embodiment, the turbulence of the airflow in the vicinity of the wing base (21) of each wing (20) is suppressed, and the energy consumed by the turbulence is reduced. As a result, fan efficiency is improved and power consumption of the fan motor that drives the propeller fan (10) is reduced.
  • the second reference blade cross section (33b) is directed toward the blade tip (22) having a higher peripheral speed than the second reference blade cross section (33b).
  • the warp ratio (f / c) gradually decreases.
  • the work amount of the blade (20) (specifically, the lift acting on the blade (20)) is averaged over the entire blade (20), and as a result, the fan efficiency is improved.
  • each blade (20) of the propeller fan (10) of the present embodiment has a warp ratio (f o / c o ) at the blade tip (22), and a warp ratio (f i / c i ) at the blade base (21). ) About 56%. Therefore, like the propeller fan (10) of the first embodiment, the pressure difference between the pressure surface (25) side and the suction surface (26) side in the vicinity of the blade tip (22) of each blade (20) is not excessive. It can be suppressed. As a result, the flow rate of air flowing back from the pressure surface (25) side to the suction surface (26) side of the blade (20) decreases, and further, the blade tip vortex (90) generated near the blade tip (22) is suppressed. Therefore, fan efficiency is improved.
  • the maximum camber position ratio at the blade tip (22) (d o / c o) is the maximum warpage position ratio in Tsubasamoto (21) (d i / greater than c i ). That is, at the blade tip (22) of each blade (20), the maximum warp position A at which the warp height is maximum in the blade cross section relatively approaches the trailing edge (24) of the blade (20).
  • production position of a wing tip vortex (90) becomes close to the trailing edge (24) of a wing
  • FIG. For this reason, the blade tip vortex (90) is shortened, the energy consumed to generate the blade tip vortex (90) is reduced, and the power consumption of the fan motor that drives the propeller fan (10) is reduced.
  • the maximum warp position ratio (d / c) is set to a value of 0.5 or more and 0.8 or less for each blade (20) of the propeller fan (10).
  • the maximum warp position ratio (d / c) of each blade (20) is set to a value between 0.55 and 0.65. For this reason, the area where the air current peels from the suction surface (26) of the blade (20) is reduced, so that the blowing noise is reduced and the fan efficiency is improved.
  • each blade (20) of the propeller fan (10) of the present embodiment in the region between the intermediate blade cross section (33a) and the blade base (21), the blade angle (21) approaches the blade blade (21) (that is, the mounting angle).
  • the maximum warp position ratio (d / c) gradually decreases (as ⁇ increases). For this reason, like the propeller fan (10) of the first embodiment, separation of the airflow from the suction surface (26) of the blade (20) is less likely to occur.
  • the present invention is useful for a propeller fan used in a blower or the like.

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Abstract

プロペラファン(10)の翼(20)において、反り高さが最大となる翼弦(31)上の位置を最大反り位置Aとし、前縁(23)から最大反り位置Aまでの距離dの翼弦長cに対する比を最大反り位置比(d/c)とする。また、翼(20)のハブ側の端部を翼元とし、翼(20)の外周側の端部を翼端とする。そして、翼(20)では、最大反り位置比(d/c)が、翼元と翼端の間に位置する基準翼断面から翼端へ向かって単調増加すると共に、翼端において最大値となる。そうすることにより、プロペラファンのファン効率が向上する。

Description

プロペラファン
 本発明は、送風機などに用いられるプロペラファンに関するものである。
 従来より、プロペラファンは、送風機などに広く用いられている。例えば、特許文献1には、ハブと三つの翼とを備えたプロペラファンが開示されている。
 一般的なプロペラファンの翼は、負圧面側へ膨らむように反った形状となっている。つまり、プロペラファンの翼は、翼断面における翼弦から反り線までの距離である反り高さが、翼の翼弦に沿って前縁から後縁に至る途中で最大となる。特許文献1の図6には、プロペラファンの各翼において、翼断面において反り高さが最大となる位置を、翼元から翼端へ向かうにつれて次第に前縁寄りにすることが記載されている。
特開2012-052443号公報
 プロペラファンの翼では、翼の正圧面側から負圧面側へ翼端を回り込んで空気が逆流することによって翼端渦が生じる。この翼端渦は、翼の正圧面側と負圧面側の圧力差が最大となる位置の近傍で発生する。このため、プロペラファンの翼において、翼端渦は、翼端において反り高さが最大となる位置の近傍において発生する。
 プロペラファンの翼において発生した翼端渦は、翼の後縁へ向かって発達してゆく。従って、翼端において反り高さが最大となる位置が翼の後縁から離れるほど、翼端渦が発達して長くなる。上述したように、特許文献1のプロペラファンの翼では、翼断面において反り高さが最大となる位置が、翼元から翼端へ向かって後縁から相対的に遠ざかる。このため、特許文献1のプロペラファンでは、翼端渦が長くなり、翼端渦の生成に消費されるエネルギが嵩むため、ファン効率を充分に向上できないおそれがあった。
 本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、プロペラファンのファン効率の向上を図ることにある。
 本開示の第1の態様は、円筒状のハブ(15)と、該ハブ(15)の側面から外方へ伸びる複数の翼(20)とを備えるプロペラファンを対象とする。そして、上記翼(20)のそれぞれは、翼断面における翼弦(31)から反り線(32)までの距離を反り高さとし、上記翼断面において上記反り高さが最大となる上記翼弦(31)上の位置を最大反り位置(A)とし、上記翼断面における前縁(23)から上記最大反り位置(A)までの距離(d)の翼弦長(c)に対する比を最大反り位置比(d/c)とし、上記翼(20)のハブ(15)側の端部を翼元(21)とし、上記翼(20)の外周側の端部を翼端(22)としたときに、上記翼端(22)における上記最大反り位置比(d/c)が、上記翼元(21)における上記最大反り位置比(d/c)よりも大きいものである。
 ここで、プロペラファン(10)の翼(20)では、翼端(22)において反り高さが最大となる位置の近傍において翼端渦(90)が発生する。そして、この翼端渦(90)の発生位置が翼(20)の前縁(23)に近づくほど、翼端渦(90)が長くなり、翼端渦(90)の生成に消費されるエネルギが増加する。
 これに対し、第1の態様のプロペラファン(10)の各翼(20)では、翼端(22)における最大反り位置比(d/c)が、翼元(21)における最大反り位置比(d/c)よりも大きくなっている。つまり、各翼(20)では、翼断面において反り高さが最大となる最大反り位置(A)が、翼端(22)において従来よりも翼(20)の後縁(24)に近づく。このため、翼端渦(90)の発達が抑制されて翼端渦(90)が短くなり、翼端渦(90)の生成に消費されるエネルギが減少し、その結果、ファン効率の向上が図られる。
 本開示の第2の態様は、上記第1の態様において、上記翼(20)のそれぞれは、上記最大反り位置比(d/c)が、上記翼元(21)と上記翼端(22)の間に位置する第1基準翼断面(33)から上記翼端(22)へ向かって単調増加し、上記翼端(22)において最大となるものである。
 第2の態様において、プロペラファン(10)の各翼(20)では、翼断面において反り高さが最大となる最大反り位置(A)が、第1基準翼断面(33)から翼端(22)へ向かうにつれて、翼(20)の後縁(24)へ相対的に近づく。第1基準翼断面(33)は、翼元(21)から所定の距離だけ離れた位置の翼断面である。
 なお、この明細書に記載した「単調増加」は、“広義の単調増加”である。従って、各翼(20)は、第1基準翼断面(33)から翼端(22)へ向かって最大反り位置比(d/c)が増加し続けてもよいし、第1基準翼断面(33)から翼端(22)へ至るまでの一部の区間において最大反り位置比(d/c)が一定となっていてもよい。
 第2の態様のプロペラファン(10)の各翼(20)では、翼断面において反り高さが最大となる最大反り位置(A)が、第1基準翼断面(33)から翼端(22)へ向かうにつれて、翼(20)の後縁(24)に相対的に近づく。その結果、プロペラファン(10)の各翼(20)では、翼端渦(90)の発生位置が、翼(20)の後縁(24)に近づく。このため、翼端渦(90)の発達が抑制されて翼端渦(90)が短くなり、翼端渦(90)の生成に消費されるエネルギが減少し、その結果、ファン効率の向上が図られる。
 本開示の第3の態様は、上記第2の態様において、上記翼(20)のそれぞれは、上記最大反り位置比(d/c)が、上記第1基準翼断面(33)において最小となるものである。
 第3の態様のプロペラファン(10)の翼(20)では、第1基準翼断面(33)において、最大反り位置比(d/c)が最小となる。このため、翼(20)における翼元(21)から第1基準翼断面(33)までの領域では、最大反り位置比(d/c)が最小値以上となる。
 本開示の第4の態様は、上記第3の態様において、上記翼(20)のそれぞれは、上記翼元(21)から上記第1基準翼断面(33)までの距離が、上記翼端(22)から上記第1基準翼断面(33)までの距離よりも短いものである。
 第4の態様では、プロペラファン(10)の各翼(20)において、プロペラファン(10)の径方向における翼(20)の中央よりも翼元(21)寄りに第1基準翼断面(33)が位置する。そして、この第1基準翼断面(33)において、最大反り位置比(d/c)が最小となる。
 本開示の第5の態様は、上記第2~第4のいずれか一つの態様において、上記翼(20)のそれぞれは、上記翼断面における上記最大反り位置比(d/c)が、0.5以上0.8以下であるものである。
 第5の態様では、プロペラファン(10)の各翼(20)において、翼断面における最大反り位置比(d/c)が、0.5以上0.8以下の値に設定される。
 本開示の第6の態様は、上記第1の態様において、上記翼(20)のそれぞれは、上記最大反り位置比(d/c)が、上記翼元(21)と上記翼端(22)の間に位置する中間翼断面(33a)において最大となるものである。
 第6の態様のプロペラファン(10)の各翼(20)では、翼端(22)よりも翼元(21)寄りに位置する中間翼断面(33a)において、最大反り位置比(d/c)が最大となる。
 本開示の第7の態様は、上記第6の態様において、上記翼(20)のそれぞれは、上記最大反り位置比(d/c)が、上記翼元(21)において最小となり、上記翼元(21)から上記中間翼断面(33a)へ向かって単調増加するものである。
 第7の態様のプロペラファン(10)の各翼(20)において、最大反り位置比(d/c)は、翼元(21)から上記中間翼断面(33a)へ向かって、最小値から最大値にまで単調増加する。
 本開示の第8の態様は、上記第6又は第7の態様において、上記翼(20)のそれぞれは、上記翼元(21)から上記中間翼断面(33a)までの距離が、上記翼端(22)から上記中間翼断面(33a)までの距離よりも長いものである。
 第8の態様のプロペラファン(10)の各翼(20)では、翼元(21)と翼端(22)の間の中央よりも翼端(22)寄りに中間翼断面(33a)が位置する。そして、この中間翼断面(33a)において、最大反り位置比(d/c)が最大となる。
 本開示の第9の態様は、上記第1~第8のいずれか一つの態様において、上記翼(20)のそれぞれは、上記翼断面における上記反り高さの最大値を最大反り高さ(f)とし、上記翼断面における上記最大反り高さ(f)の上記翼弦長(c)に対する比を反り比(f/c)としたときに、上記反り比(f/c)が、上記翼元(21)と上記翼端(22)の間に位置する第2基準翼断面(33,33b)において最大となり、上記第2基準翼断面(33,33b)から上記翼元(21)へ向かって単調減少し、上記第2基準翼断面(33,33b)から上記翼端(22)へ向かって単調減少するものである。
 本開示の第10の態様は、上記第2~第5のいずれか一つの態様において、上記翼(20)のそれぞれは、上記翼断面における上記反り高さの最大値を最大反り高さ(f)とし、上記翼断面における上記最大反り高さ(f)の上記翼弦長(c)に対する比を反り比(f/c)としたときに、上記反り比(f/c)が、上記翼元(21)と上記翼端(22)の間に位置する第2基準翼断面(33,33b)において最大となり、上記第2基準翼断面(33,33b)から上記翼元(21)へ向かって単調減少し、上記第2基準翼断面(33,33b)から上記翼端(22)へ向かって単調減少し、上記第1基準翼断面が上記第2基準翼断面を兼ねるものである。
 第9,第10の各態様のプロペラファン(10)に設けられた複数の翼(20)のそれぞれでは、翼元(21)から所定の距離だけ離れた第2基準翼断面(33,33b)において反り比(f/c)が最大となる。また、各翼(20)において、反り比(f/c)は、第2基準翼断面(33,33b)から翼元(21)へ向かって単調減少し、且つ第2基準翼断面(33,33b)から翼端(22)へ向かって単調減少する。
 なお、この明細書に記載した「単調減少」は、“広義の単調減少”である。従って、各翼(20)は、第2基準翼断面(33,33b)から翼端(22)へ向かって反り比(f/c)が減少し続けてもよいし、第2基準翼断面(33,33b)から翼端(22)へ至るまでの一部の区間において反り比(f/c)が一定となっていてもよい。
 ここで、翼(20)の翼元(21)付近は、ハブ(15)の近傍であるため、気流の乱れが生じやすい領域である。一方、第9,第10の各態様のプロペラファン(10)の各翼(20)は、反り比(f/c)が第2基準翼断面(33,33b)から翼元(21)へ向かって単調減少する。つまり、翼(20)のうち気流の乱れが生じやすい翼元(21)付近の領域において、反り比(f/c)が第2基準翼断面(33,33b)に比べて小さくなる。このため、各翼(20)の翼元(21)付近における気流の乱れが抑制され、乱れによって消費されるエネルギが減少し、その結果、ファン効率の向上が図られる。
 また、第9,第10の各態様のプロペラファン(10)の各翼(20)は、反り比(f/c)が第2基準翼断面(33,33b)から翼端(22)へ向かって単調減少する。つまり、各翼(20)では、第2基準翼断面(33,33b)から、第2基準翼断面(33,33b)よりも周速度の高い翼端(22)へ向かって、反り比(f/c)が単調減少する。このため、翼(20)の仕事量(具体的には、翼(20)に作用する揚力)が翼(20)の全体で平均化され、その結果、ファン効率の向上が図られる。
 更に、第10の態様のプロペラファン(10)の各翼(20)では、第1基準翼断面と第2基準翼断面が一致している。つまり、プロペラファン(10)の各翼(20)では、翼元(21)から所定の距離だけ離れた一つの翼断面において、最大反り位置比(d/c)が最小となり、且つ反り比(f/c)が最大となる。
 本開示の第11の態様は、上記第9又は第10の態様において、上記翼(20)のそれぞれは、上記翼端(22)における上記反り比(f/c)が、上記翼元(21)における上記反り比(f/c)よりも小さいものである。
 ここで、プロペラファン(10)の各翼(20)では、翼端(22)の周速度が翼元(21)の周速度よりも高い。このため、翼端(22)における反り比(f/c)が翼元(21)における反り比(f/c)と同程度であると、各翼(20)の翼端(22)付近における正圧面(25)側と負圧面(26)側の気圧差が大きくなり過ぎ、その結果、翼(20)の正圧面(25)側から翼端(22)を回り込んで負圧面(26)側へ流れる空気の流量が多くなってファン効率の低下を招くおそれがある。
 これに対し、第11の態様のプロペラファン(10)の各翼(20)は、翼端(22)における反り比(f/c)が、翼元(21)における反り比(f/c)よりも小さくなっている。このため、各翼(20)の翼端(22)付近における正圧面(25)側と負圧面(26)側の気圧差が過大でない程度に抑えられる。その結果、翼(20)の正圧面(25)側から翼端(22)を回り込んで負圧面(26)側へ逆流する空気の流量が低減され、ファン効率の向上が図られる。また、翼端(22)付近で発生する翼端渦(90)が抑制され、この翼端渦(90)の生成に消費されるエネルギが減少するため、その点でもファン効率の向上が図られる。
 上記第1の態様では、プロペラファン(10)の各翼(20)において、翼端(22)における上記最大反り位置比(d/c)が、翼元(21)における最大反り位置比(d/c)よりも大きくなる。このため、翼端渦(90)の発達が抑制されて翼端渦(90)が短くなり、翼端渦(90)の生成に消費されるエネルギが減少する。従って、この態様によれば、プロペラファン(10)を回転駆動するための動力のロスを低減することによってファン効率を向上させることができる。
 上記第2の態様では、プロペラファン(10)の各翼(20)において、最大反り位置比(d/c)が、第1基準翼断面(33)から翼端(22)へ向かって単調増加し、翼端(22)において最大となる。このため、翼端渦(90)の発達が抑制されて翼端渦(90)が短くなり、翼端渦(90)の生成に消費されるエネルギが減少する。従って、この態様によれば、プロペラファン(10)を回転駆動するための動力のロスを低減することによってファン効率を向上させることができる。
 上記第9の態様では、プロペラファン(10)の各翼(20)において、反り比(f/c)が、翼元(21)と翼端(22)の間に位置する第2基準翼断面(33,33b)において最大となり、第2基準翼断面(33,33b)から翼元(21)へ向かって単調減少し、且つ第2基準翼断面(33,33b)から翼端(22)へ向かって単調減少する。このため、各翼(20)の翼元(21)付近における気流の乱れを抑えることができると共に、各翼(20)の全体において翼(20)の仕事量を平均化できる。従って、この態様によれば、ファンを回転駆動するための動力のロスを更に低減でき、ファン効率の更なる向上を図ることができる。
 上記第11の態様のプロペラファン(10)の各翼(20)では、翼端(22)における反り比(f/c)が、翼元(21)における反り比(f/c)よりも小さくなっている。このため、翼(20)の正圧面(25)側から翼端(22)を回り込んで負圧面(26)側へ逆流する空気の流量を削減できると共に、翼端(22)付近で発生する翼端渦(90)を抑制できる。従って、この態様によれば、ファンを回転駆動するための動力のロスを更に低減でき、ファン効率の更なる向上を図ることができる。
図1は、実施形態1のプロペラファンの斜視図である。 図2は、実施形態1のプロペラファンの平面図である。 図3は、実施形態1のプロペラファンの翼の翼断面を示す断面図である。 図4は、実施形態1のプロペラファンの翼における回転中心軸からの距離rと反り比(f/c)の関係を示すグラフである。 図5は、実施形態1のプロペラファンの翼における回転中心軸からの距離rと最大反り位置比(d/c)の関係を示すグラフである。 図6Aは、実施形態1のプロペラファンにおける翼の翼元の翼断面を示す翼の断面図である。 図6Bは、実施形態1のプロペラファンにおける翼の基準翼断面を示す翼の断面図である。 図6Cは、実施形態1のプロペラファンにおける翼の翼端の翼断面を示す翼の断面図である。 図7は、実施形態1のプロペラファンにおける気流を示すプロペラファンの斜視図である。 図8は、従来のプロペラファンにおける気流を示すプロペラファンの斜視図である。 図9は、実施形態1の変形例1の翼における回転中心軸からの距離rと反り比(f/c)の関係を示すグラフである。 図10は、実施形態1の変形例2の翼における回転中心軸からの距離rと最大反り位置比(d/c)の関係を示すグラフである。 図11は、実施形態2のプロペラファンの斜視図である。 図12は、実施形態2のプロペラファンの平面図である。 図13は、実施形態2のプロペラファンの翼における回転中心軸からの距離rと反り比(f/c)の関係を示すグラフである。 図14は、実施形態2のプロペラファンの翼における回転中心軸からの距離rと最大反り位置比(d/c)の関係を示すグラフである。 図15Aは、実施形態2のプロペラファンにおける翼の翼元の翼断面を示す翼の断面図である。 図15Bは、実施形態2のプロペラファンにおける翼の第2基準翼断面を示す翼の断面図である。 図15Cは、実施形態2のプロペラファンにおける翼の翼端の翼断面を示す翼の断面図である。
 本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態および変形例は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
 《実施形態1》
 実施形態1について説明する。本実施形態のプロペラファン(10)は、軸流ファンである。このプロペラファン(10)は、例えば、空気調和機の熱源ユニットに設けられ、熱源側熱交換器へ室外空気を供給するために用いられる。
  -プロペラファンの構造-
 図1及び図2に示すように、本実施形態のプロペラファン(10)は、一つのハブ(15)と、三つの翼(20)とを備えている。一つのハブ(15)と、三つの翼(20)とは、一体に形成されている。プロペラファン(10)の材質は、樹脂である。
 ハブ(15)は、先端面(図1における上面)が閉塞した円筒状に形成されている。このハブ(15)は、ファンモータの駆動軸に取り付けられる。ハブ(15)の中心軸は、プロペラファン(10)の回転中心軸(11)である。
 翼(20)は、ハブ(15)の外周面から外側へ突出するように配置されている。三つの翼(20)は、ハブ(15)の周方向へ互いに一定の角度間隔で配置されている。各翼(20)は、プロペラファン(10)の径方向の外側に向かって広がる形状となっている。各翼(20)の形状は、互いに同じである。
 翼(20)は、プロペラファン(10)の径方向の中心側(即ち、ハブ(15)側)の端部が翼元(21)であり、プロペラファン(10)の径方向の外側の端部が翼端(22)である。翼(20)の翼元(21)は、ハブ(15)に接合されている。プロペラファン(10)の回転中心軸(11)から翼元(21)までの距離rは、翼元(21)の全長に亘って実質的に一定である。また、プロペラファン(10)の回転中心軸(11)から翼端(22)までの距離rは、翼端(22)の全長に亘って実質的に一定である。
 翼(20)は、プロペラファン(10)の回転方向の前側の縁部が前縁(23)であり、プロペラファン(10)の回転方向の後側の縁部が後縁(24)である。翼(20)の前縁(23)及び後縁(24)は、翼元(21)から翼端(22)へ向かってプロペラファン(10)の外周側へ延びている。
 翼(20)は、プロペラファン(10)の回転中心軸(11)と直交する平面に対して傾いている。具体的に、翼(20)は、前縁(23)がハブ(15)の先端(図1における上端)寄りに配置され、後縁(24)がハブ(15)の基端(図1における下端)寄りに配置されている。翼(20)は、プロペラファン(10)の回転方向の前側の面(図1における下向きの面)が正圧面(25)であり、プロペラファン(10)の回転方向の後側の面(図1における上向きの面)が負圧面(26)である。
  -翼の詳細な形状-
 翼(20)の形状について、詳細に説明する。
 図3に示す翼断面は、プロペラファン(10)の回転中心軸(11)から距離rに位置する翼(20)の断面を平面に展開したものである。この図3に示すように、翼(20)は、負圧面(26)側に膨らむように反っている。
 図3に示す翼断面において、前縁(23)と後縁(24)を結んだ線分が翼弦(31)であり、翼弦(31)が“プロペラファン(10)の回転中心軸(11)と直交する平面”となす角が取付け角αである。翼弦長cは、半径がrで中心角がθの円弧の長さrθを、取付け角αに対する余弦cosαで除した値である(c=rθ/cosα)。なお、θは、プロペラファン(10)の回転中心軸(11)から距離rの位置における翼(20)の中心角であり(図2を参照)、その単位はラジアンである。
 図3に示す翼断面において、正圧面(25)と負圧面(26)の中点を結んだ線が反り線(32)であり、翼弦(31)から反り線(32)までの距離が反り高さである。反り高さは、翼弦(31)に沿って前縁(23)から後縁(24)に向かうにつれて次第に増加し、前縁(23)から後縁(24)に至る途中で最大値となり、最大値となった位置から後縁(24)に近づくにつれて次第に減少する。反り高さの最大値が最大反り高さfであり、反り高さが最大反り高さfとなる翼弦(31)上の位置が最大反り位置Aである。また、前縁(23)から最大反り位置Aまでの距離がdである。
   〈反り比〉
 図4に示すように、本実施形態の翼(20)では、翼断面における最大反り高さfの翼弦長cに対する比である反り比(f/c)が、プロペラファン(10)の回転中心軸(11)からの距離に応じて変化する。この反り比(f/c)は、翼元(21)から翼端(22)へ至る過程において、一度だけ極大となり且つ一度も極小とならないように変化する。
 具体的に、反り比(f/c)は、翼元(21)と翼端(22)の間に位置する基準翼断面(33)において最大値(f/c)となる。なお、fは、基準翼断面(33)における最大反り高さであり、cは、基準翼断面(33)における翼弦長である(図6Bを参照)。
 また、反り比(f/c)は、基準翼断面(33)から翼元(21)へ向かって次第に減少し、基準翼断面(33)から翼端(22)へ向かって次第に減少する。つまり、r≦r≦rの場合は距離rが小さくなるにつれて反り比(f/c)が小さくなり、r≦r≦rの場合は距離rが大きくなるにつれて反り比(f/c)が小さくなる。
 ここで、基準翼断面(33)は、プロペラファン(10)の回転中心軸(11)からの距離がrの位置の翼断面である。つまり、基準翼断面(33)は、翼元(21)から距離(r-r)だけ離れた位置の翼断面である。本実施形態において、翼元(21)から基準翼断面(33)までの距離(r-r)は、翼元(21)から翼端(22)までの距離(r-r)の約10%(即ち、約1/10)となっている。つまり、基準翼断面(33)は、プロペラファン(10)の径方向における翼元(21)と翼端(22)の中央よりも翼元(21)寄りに位置している。
 なお、翼元(21)から基準翼断面(33)までの距離(r-r)は、翼元(21)から翼端(22)までの距離(r-r)の5~30%であるのが望ましく、翼元(21)から翼端(22)までの距離(r-r)の5~20%であるのが更に望ましく、翼元(21)から翼端(22)までの距離(r-r)の5~10%であるのが更に望ましい。
 本実施形態の翼(20)では、翼端(22)における反り比(f/c)が、翼元(21)における反り比(f/c)よりも小さくなっている。具体的に、翼端(22)における反り比(f/c)は、翼元(21)における反り比(f/c)の実質的に半分である。翼端(22)における反り比(f/c)は、翼元(21)における反り比(f/c)の半分以下で、且つゼロよりも大きな値に設定されるのが望ましい。なお、fは、翼元(21)における最大反り高さであり、cは、翼元(21)における翼弦長である(図6Aを参照)。また、fは、翼端(22)における最大反り高さであり、cは、翼端(22)における翼弦長である(図6Cを参照)。
   〈最大反り位置比〉
 図5に示すように、本実施形態の翼(20)では、前縁(23)から上記最大反り位置Aまでの距離dの翼弦長cに対する比である最大反り位置比(d/c)が、プロペラファン(10)の回転中心軸(11)からの距離に応じて変化する。この最大反り位置比(d/c)は、翼元(21)から翼端(22)へ至る過程において、一度だけ極小となり且つ一度も極大とならないように変化する。
 具体的に、最大反り位置比(d/c)は、翼元(21)と翼端(22)の間に位置する基準翼断面(33)において最小値(d/c)となる。なお、dは、基準翼断面(33)における前縁(23)から上記最大反り位置Aまでの距離である(図6Bを参照)。
 また、最大反り位置比(d/c)は、基準翼断面(33)から翼元(21)へ向かって次第に増加し、基準翼断面(33)から翼端(22)へ向かって次第に増加する。つまり、r≦r≦rの場合は距離rが小さくなるにつれて最大反り位置比(d/c)が大きくなり、r≦r≦rの場合は距離rが大きくなるにつれて最大反り位置比(d/c)が大きくなる。最大反り位置比(d/c)が大きくなるほど、最大反り位置Aが相対的に前縁(23)から遠ざかり、最大反り位置Aが相対的に後縁(24)に近づく。プロペラファン(10)の回転中心軸(11)から任意の距離に位置する翼断面における最大反り位置Aを結んだ最大反り位置線(35)を、図2に二点鎖線で示す。
 本実施形態では、基準翼断面(33)において、最大反り位置比(d/c)が最小値となり、且つ反り比(f/c)が最大値となる。つまり、本実施形態では、最大反り位置比(d/c)が最小値となる第1基準翼断面が、反り比(f/c)が最大値となる第2基準翼断面と一致している。
 本実施形態の翼(20)では、翼端(22)において最大反り位置比(d/c)が最大値(d/c)となる、つまり、本実施形態の翼(20)では、翼端(22)における最大反り位置比(d/c)が、翼元(21)における最大反り位置比(d/c)よりも大きくなっている。なお、dは、翼元(21)における前縁(23)から最大反り位置Aまでの距離であり(図6Aを参照)、dは、翼端(22)における前縁(23)から最大反り位置Aまでの距離である(図6Cを参照)。
 また、本実施形態の翼(20)では、全ての翼断面において、最大反り位置比(d/c)が、0.6以上0.7以下の値に設定されている。この最大反り位置比(d/c)は、0.5以上0.8以下の値に設定されるのが望ましい。
   〈取付け角〉
 図6A~図6Cに示すように、本実施形態の翼(20)では、取付け角αが翼元(21)から翼端(22)へ向かって次第に小さくなっている。つまり、プロペラファン(10)の回転中心軸(11)から離れた翼断面ほど、取付け角αが小さくなっている。従って、本実施形態の翼(20)では、翼元(21)における取付け角αが最大値であり、翼端(22)における取付け角αが最小値である。
  -プロペラファンの送風作用-
 本実施形態のプロペラファン(10)は、ハブ(15)に連結されたファンモータによって駆動され、図2における時計方向へ回転する。プロペラファン(10)が回転すると、空気が翼(20)によってプロペラファン(10)の回転中心軸(11)方向へ押し出される。
 プロペラファン(10)の各翼(20)では、正圧面(25)側の気圧が大気圧よりも高くなり、負圧面(26)側の気圧が大気圧よりも低くなる。このため、プロペラファン(10)の各翼(20)には、翼(20)を正圧面(25)から負圧面(26)へ向かって押す方向の揚力が作用する。この揚力は、プロペラファン(10)の各翼(20)が空気を押し出す力の反力である。従って、翼(20)に作用する揚力が大きいほど、空気を押し出す翼(20)の仕事量が大きくなる。
   〈反り比と気流の関係〉
 プロペラファン(10)における翼(20)の翼元(21)付近は、ハブ(15)の近傍であるため、気流の乱れが生じやすい領域である。一方、本実施形態のプロペラファン(10)の各翼(20)は、反り比(f/c)が基準翼断面(33)から翼元(21)へ向かって次第に減少する。つまり、翼(20)のうち気流の乱れが生じやすい翼元(21)付近の領域において、反り比(f/c)が基準翼断面(33)に比べて小さくなる。このため、各翼(20)の翼元(21)付近における気流の乱れが抑制され、乱れによって消費されるエネルギが減少する。その結果、ファン効率が向上し、プロペラファン(10)を駆動するファンモータの消費電力が減少する。
 また、本実施形態のプロペラファン(10)の各翼(20)は、反り比(f/c)が基準翼断面(33)から翼端(22)へ向かって次第に減少する。つまり、各翼(20)では、基準翼断面(33)から、基準翼断面(33)よりも周速度の高い翼端(22)へ向かって、反り比(f/c)が次第に小さくなる。このため、翼(20)の仕事量(具体的には、翼(20)に作用する揚力)が翼(20)の全体で平均化され、その結果、ファン効率の向上が図られる。
 ここで、プロペラファン(10)の各翼(20)では、翼端(22)の周速度が翼元(21)の周速度よりも高い。このため、翼端(22)における反り比(f/c)が翼元(21)における反り比(f/c)と同程度であると、各翼(20)の翼端(22)付近における正圧面(25)側と負圧面(26)側の気圧差が大きくなり過ぎ、その結果、翼(20)の正圧面(25)側から翼端(22)を回り込んで負圧面(26)側へ流れる空気の流量が多くなってファン効率の低下を招くおそれがある。
 これに対し、本実施形態のプロペラファン(10)の各翼(20)は、翼端(22)における反り比(f/c)が、翼元(21)における反り比(f/c)の約1/2となっている。このため、各翼(20)の翼端(22)付近における正圧面(25)側と負圧面(26)側の気圧差が過大でない程度に抑えられる。その結果、翼(20)の正圧面(25)側から翼端(22)を回り込んで負圧面(26)側へ逆流する空気の流量が低減され、ファン効率の向上が図られる。また、翼端(22)付近で発生する翼端渦(90)が抑制され、この翼端渦(90)の生成に消費されるエネルギが減少するため、その点でもファン効率の向上が図られる。
   〈最大反り位置比と気流の関係〉
 プロペラファン(10)の翼(20)では、翼端(22)において反り高さが最大となる位置の近傍において翼端渦(90)が発生する。そして、図8に示すように、翼端渦(90)の発生位置が翼(80)の前縁(23)に近づくほど、翼端渦(90)が長くなり、翼端渦(90)の生成に消費されるエネルギが増加する。
 これに対し、本実施形態のプロペラファン(10)の各翼(20)では、基準翼断面(33)から翼端(22)へ向かって最大反り位置比(d/c)が次第に大きくなる。つまり、各翼(20)では、翼断面において反り高さが最大となる最大反り位置Aが、基準翼断面(33)から翼端(22)へ向かうにつれて、翼(20)の後縁(24)に相対的に近づく。そして、図7に示すように、本実施形態の翼(20)では、図8に示す従来の翼(80)に比べて、翼端渦(90)の発生位置が翼(20)の後縁(24)に近くなる。このため、翼端渦(90)の発達が抑制されて翼端渦(90)が短くなり、翼端渦(90)の生成に消費されるエネルギが減少する。その結果、ファン効率が向上し、プロペラファン(10)を駆動するファンモータの消費電力が減少する。
 ここで、翼(20)の負圧面(26)に沿って前縁(23)から後縁(24)に向かう気流は、最大反り位置Aを過ぎた付近で翼(20)の負圧面(26)から剥離することがある。このため、最大反り位置Aを前縁(23)に近づけ過ぎると、気流が翼(20)の負圧面(26)から剥離する領域が拡大し、送風音の増大や、ファン効率の低下を招くおそれがある。この問題を回避するには、最大反り位置比(d/c)を0.5以上の値に設定するのが望ましい。そこで、本実施形態の翼(20)では、最大反り位置比(d/c)を0.6以上にしている。
 また、最大反り位置Aを後縁(24)に近づけ過ぎると、翼断面の形状が、後縁(24)寄りの位置で急激に折れ曲がるような形状となる。このため、最大反り位置Aが後縁(24)に近すぎると、翼(20)の負圧面(26)に沿って流れる気流が負圧面(26)から剥離しやすくなる。そして、気流が翼(20)の負圧面(26)から剥離すると、送風音の増大や、ファン効率の低下を招くおそれがある。この問題を回避するには、最大反り位置比(d/c)を0.8以下の値に設定するのが望ましい。そこで、本実施形態の翼(20)では、最大反り位置比(d/c)を0.7以下にしている。
 上述したように、本実施形態の翼(20)は、取付け角αが翼元(21)に近い翼断面ほど大きくなっている。取付け角αが大きいほど、翼(20)の負圧面(26)に沿って流れる気流が、負圧面(26)から剥離しやすくなる。一方、最大反り位置比(d/c)が概ね0.5以上の範囲では、最大反り位置比(d/c)が小さいほど(即ち、最大反り位置Aが相対的に前縁(23)に近づくほど)、翼(20)の負圧面(26)に沿って流れる気流が負圧面(26)から剥離しにくくなる。そこで、本実施形態の翼(20)では、翼端(22)と基準翼断面(33)の間の領域において、翼元(21)に近づくにつれて(即ち、取付け角αが大きくなるにつれて)最大反り位置比(d/c)を次第に小さくし、翼(20)の負圧面(26)からの気流の剥離を生じにくくしている。
  -実施形態1の効果-
 本実施形態のプロペラファン(10)の各翼(20)では、最大反り位置比(d/c)が、基準翼断面(33)から翼端(22)へ向かって次第に増加し、翼端(22)において最大となる。このため、翼端渦(90)の発達が抑制されて翼端渦(90)が短くなり、翼端渦(90)の生成に消費されるエネルギが減少する。従って、本実施形態によれば、ファンを回転駆動するための動力のロスを低減することによってファン効率を向上させることができ、プロペラファン(10)を駆動するファンモータの消費電力を削減できる。
 また、本実施形態のプロペラファン(10)の各翼(20)では、最大反り位置比(d/c)が0.5以上0.8以下に設定されている。このため、翼(20)の負圧面(26)から気流が剥離しにくくなり、気流の剥離に起因する送風音の増加やファン効率の低下を抑えることができる。
 また、本実施形態のプロペラファン(10)の各翼(20)では、反り比(f/c)が、基準翼断面(33)において最大となり、基準翼断面(33)から翼元(21)へ向かって次第に減少し、且つ基準翼断面(33)から翼端(22)へ向かって次第に減少する。このため、各翼(20)の翼元(21)付近における気流の乱れを抑えることができると共に、各翼(20)の全体において翼(20)の仕事量を平均化できる。従って、本実施形態によれば、ファンを回転駆動するための動力のロスを更に低減でき、ファン効率の更なる向上を図ることができる。
 また、本実施形態のプロペラファン(10)の各翼(20)では、翼端(22)における反り比(f/c)が、翼元(21)における反り比(f/c)よりも小さくなっている。このため、翼(20)の正圧面(25)側から翼端(22)を回り込んで負圧面(26)側へ逆流する空気の流量を削減できると共に、翼端(22)付近で発生する翼端渦(90)を抑制できる。従って、本実施形態によれば、ファンを回転駆動するための動力のロスを更に低減でき、ファン効率の更なる向上を図ることができる。
  -実施形態1の変形例1-
 本実施形態のプロペラファン(10)の各翼(20)では、翼元(21)から基準翼断面(33)までの領域と、基準翼断面(33)から翼端(22)までの領域の一方または両方において、反り比(f/c)が一定となる区間があってもよい。例えば、図9に示すように、翼(20)のうち翼端(22)近傍の位置から翼端(22)に亘る領域において、反り比(f/c)が一定となっていてもよい。
  -実施形態1の変形例2-
 本実施形態のプロペラファン(10)の各翼(20)では、翼元(21)から基準翼断面(33)までの領域と、基準翼断面(33)から翼端(22)までの領域の一方または両方において、最大反り位置比(d/c)が一定となる区間があってもよい。また、図10に示すように、翼(20)のうち翼元(21)から基準翼断面(33)に亘る領域において、最大反り位置比(d/c)が一定となっていてもよい。この場合、最大反り位置比(d/c)は、翼(20)のうち翼元(21)から基準翼断面(33)に亘る領域において最小値となる。
 《実施形態2》
 実施形態2について説明する。本実施形態のプロペラファン(10)は、実施形態1のプロペラファン(10)において、翼(20)の形状を変更したものである。ここでは、本実施形態のプロペラファン(10)について、主に実施形態1のプロペラファン(10)と異なる点を説明する。
 図11及び図12に示すように、本実施形態のプロペラファン(10)は、実施形態1のプロペラファン(10)と同様に、一つのハブ(15)と、三つの翼(20)とを備えている。
  -翼の詳細な形状-
 翼(20)の形状について、詳細に説明する。本実施形態の翼(20)は、負圧面(26)側に膨らむように反った形状となっている。この点は、実施形態1の翼(20)と同様である。
   〈反り比〉
 図13に示すように、本実施形態の翼(20)では、翼断面における最大反り高さfの翼弦長cに対する比である反り比(f/c)が、プロペラファン(10)の回転中心軸(11)からの距離に応じて変化する。この反り比(f/c)は、翼元(21)から翼端(22)へ至る過程において、一度だけ極大となり且つ一度も極小とならないように変化する。
 具体的に、反り比(f/c)は、翼元(21)と翼端(22)の間に位置する第2基準翼断面(33b)において最大値(fm2/cm2)となる。なお、fm2は、第2基準翼断面(33b)における最大反り高さであり、cm2は、第2基準翼断面(33b)における翼弦長である(図15Bを参照)。
 また、反り比(f/c)は、翼元(21)から第2基準翼断面(33b)へ向かって次第に増加し、第2基準翼断面(33b)から翼端(22)へ向かって次第に減少する。つまり、r≦r≦rm2の場合は距離rが大きくなるにつれて反り比(f/c)が大きくなり、rm2≦r≦rの場合は距離rが大きくなるにつれて反り比(f/c)が小さくなる。
 ここで、第2基準翼断面(33b)は、プロペラファン(10)の回転中心軸(11)からの距離がrm2の位置の翼断面である。つまり、第2基準翼断面(33b)は、翼元(21)から距離(rm2-r)だけ離れた位置の翼断面である。本実施形態において、翼元(21)から第2基準翼断面(33b)までの距離(rm2-r)は、翼元(21)から翼端(22)までの距離(r-r)の約15%となっている。つまり、第2基準翼断面(33b)は、プロペラファン(10)の径方向における翼元(21)と翼端(22)の中央よりも翼元(21)寄りに位置している。
 本実施形態の翼(20)では、翼端(22)における反り比(f/c)が、翼元(21)における反り比(f/c)よりも小さくなっている。具体的に、翼端(22)における反り比(f/c)は、翼元(21)における反り比(f/c)の約55%である。なお、fは、翼元(21)における最大反り高さであり、cは、翼元(21)における翼弦長である(図15Aを参照)。また、fは、翼端(22)における最大反り高さであり、cは、翼端(22)における翼弦長である(図15Cを参照)。
   〈最大反り位置比〉
 図14に示すように、本実施形態の翼(20)では、前縁(23)から上記最大反り位置Aまでの距離dの翼弦長cに対する比である最大反り位置比(d/c)が、プロペラファン(10)の回転中心軸(11)からの距離に応じて変化する。この最大反り位置比(d/c)は、翼元(21)から翼端(22)へ至る過程において、一度だけ極大となり且つ一度も極小とならないように変化する。
 具体的に、最大反り位置比(d/c)は、翼元(21)と翼端(22)の間に位置する中間翼断面(33a)において最大値(dm1/cm1)となる。なお、dm1は、中間翼断面(33a)における前縁(23)から上記最大反り位置Aまでの距離である。
 また、最大反り位置比(d/c)は、翼元(21)から中間翼断面(33a)へ向かって次第に増加し、中間翼断面(33a)から翼端(22)へ向かって次第に減少する。つまり、r≦r≦rm1の場合は距離rが大きくなるにつれて最大反り位置比(d/c)が大きくなり、rm1≦r≦rの場合は距離rが大きくなるにつれて最大反り位置比(d/c)が小さくなる。最大反り位置比(d/c)が大きくなるほど、最大反り位置Aが相対的に前縁(23)から遠ざかり、最大反り位置Aが相対的に後縁(24)に近づく。プロペラファン(10)の回転中心軸(11)から任意の距離に位置する翼断面における最大反り位置Aを結んだ最大反り位置線(35)を、図12に二点鎖線で示す。
 ここで、中間翼断面(33a)は、プロペラファン(10)の回転中心軸(11)からの距離がrm1の位置の翼断面である。つまり、中間翼断面(33a)は、翼元(21)から距離(rm1-r)だけ離れた位置の翼断面である。本実施形態において、翼元(21)から中間翼断面(33a)までの距離(rm1-r)は、翼元(21)から翼端(22)までの距離(r-r)の約90%となっている。つまり、中間翼断面(33a)は、プロペラファン(10)の径方向における翼元(21)と翼端(22)の中央よりも翼端(22)寄りに位置している。
 本実施形態の翼(20)では、翼端(22)における最大反り位置比(d/c)が、翼元(21)における最大反り位置比(d/c)よりも大きくなっている。なお、dは、翼元(21)における前縁(23)から最大反り位置Aまでの距離であり(図15Aを参照)、dは、翼端(22)における前縁(23)から最大反り位置Aまでの距離である(図15Cを参照)。
 また、本実施形態の翼(20)では、全ての翼断面において、最大反り位置比(d/c)が、0.55以上0.65以下の値に設定されている。本実施形態の翼(20)では、実施形態1の翼(20)と同様に、この最大反り位置比(d/c)を0.5以上0.8以下の値に設定するのが望ましい。
   〈取付け角〉
 図15A~図15Cに示すように、本実施形態の翼(20)では、実施形態1の翼(20)と同様に、取付け角αが翼元(21)から翼端(22)へ向かって次第に小さくなっている。つまり、プロペラファン(10)の回転中心軸(11)から離れた翼断面ほど、取付け角αが小さくなっている。従って、本実施形態の翼(20)では、翼元(21)における取付け角αが最大値であり、翼端(22)における取付け角αが最小値である。
  -プロペラファンの送風作用-
 本実施形態のプロペラファン(10)は、ハブ(15)に連結されたファンモータによって駆動され、図12における時計方向へ回転する。プロペラファン(10)が回転すると、空気が翼(20)によってプロペラファン(10)の回転中心軸(11)方向へ押し出される。また、プロペラファン(10)の各翼(20)では、正圧面(25)側の気圧が大気圧よりも高くなり、負圧面(26)側の気圧が大気圧よりも低くなる。
   〈反り比と気流の関係〉
 本実施形態のプロペラファン(10)では、翼(20)のうち気流の乱れが生じやすい翼元(21)付近の領域において、反り比(f/c)が第2基準翼断面(33b)に比べて小さくなる。このため、実施形態1のプロペラファン(10)と同様に、各翼(20)の翼元(21)付近における気流の乱れが抑制され、乱れによって消費されるエネルギが減少する。その結果、ファン効率が向上し、プロペラファン(10)を駆動するファンモータの消費電力が減少する。
 また、本実施形態のプロペラファン(10)の各翼(20)では、第2基準翼断面(33b)から、第2基準翼断面(33b)よりも周速度の高い翼端(22)へ向かって、反り比(f/c)が次第に小さくなる。このため、翼(20)の仕事量(具体的には、翼(20)に作用する揚力)が翼(20)の全体で平均化され、その結果、ファン効率の向上が図られる。
 また、本実施形態のプロペラファン(10)の各翼(20)は、翼端(22)における反り比(f/c)が、翼元(21)における反り比(f/c)の約56%程度となっている。このため、実施形態1のプロペラファン(10)と同様に、各翼(20)の翼端(22)付近における正圧面(25)側と負圧面(26)側の気圧差を過大でない程度に抑えられる。その結果、翼(20)の正圧面(25)側から負圧面(26)側へ逆流する空気の流量が減少し、更には翼端(22)付近で発生する翼端渦(90)が抑制されるため、ファン効率の向上が図られる。
   〈最大反り位置比と気流の関係〉
 本実施形態のプロペラファン(10)の各翼(20)では、翼端(22)における最大反り位置比(d/c)が、翼元(21)における最大反り位置比(d/c)よりも大きい。つまり、各翼(20)の翼端(22)では、翼断面において反り高さが最大となる最大反り位置Aが、翼(20)の後縁(24)に相対的に近づく。そして、本実施形態の翼(20)では、実施形態1の翼(20)と同様に、翼端渦(90)の発生位置が翼(20)の後縁(24)に近くなる。このため、翼端渦(90)が短くなって翼端渦(90)の生成に消費されるエネルギが減少し、プロペラファン(10)を駆動するファンモータの消費電力が減少する。
 また、実施形態1について記載した通り、プロペラファン(10)の各翼(20)では、最大反り位置比(d/c)を0.5以上0.8以下の値に設定するのが望ましい。そして、本実施形態のプロペラファン(10)では、各翼(20)の最大反り位置比(d/c)が0.55以上0.65以下の値に設定されている。このため、気流が翼(20)の負圧面(26)から剥離する領域が縮小し、送風音の低減やファン効率の向上が図られる。
 また、本実施形態のプロペラファン(10)の各翼(20)では、中間翼断面(33a)から翼元(21)の間の領域において、翼元(21)に近づくにつれて(即ち、取付け角αが大きくなるにつれて)最大反り位置比(d/c)が次第に小さくなっている。このため、実施形態1のプロペラファン(10)と同様に、翼(20)の負圧面(26)からの気流の剥離が生じにくくなる。
  -実施形態2の効果-
 本実施形態のプロペラファン(10)によれば、実施形態1のプロペラファン(10)によって得られる効果と同様の効果が得られる。
 以上説明したように、本発明は、送風機などに用いられるプロペラファンについて有用である。
 10  プロペラファン
 15  ハブ
 20  翼
 21  翼元
 22  翼端
 31  翼弦
 32  反り線
 33  基準翼断面(第1基準翼断面、第2基準翼断面)
 33a  中間翼断面
 33b  第2基準翼断面

Claims (11)

  1.  円筒状のハブ(15)と、該ハブ(15)の側面から外方へ伸びる複数の翼(20)とを備えるプロペラファンであって、
     上記翼(20)のそれぞれは、
      翼断面における翼弦(31)から反り線(32)までの距離を反り高さとし、
      上記翼断面において上記反り高さが最大となる上記翼弦(31)上の位置を最大反り位置(A)とし、
      上記翼断面における前縁(23)から上記最大反り位置(A)までの距離(d)の翼弦長(c)に対する比を最大反り位置比(d/c)とし、
      上記翼(20)のハブ(15)側の端部を翼元(21)とし、
      上記翼(20)の外周側の端部を翼端(22)としたときに、
      上記翼端(22)における上記最大反り位置比(d/c)が、上記翼元(21)における上記最大反り位置比(d/c)よりも大きい
    ことを特徴とするプロペラファン。
  2.  請求項1において、
     上記翼(20)のそれぞれは、上記最大反り位置比(d/c)が、上記翼元(21)と上記翼端(22)の間に位置する第1基準翼断面(33)から上記翼端(22)へ向かって単調増加し、上記翼端(22)において最大となる
    ことを特徴とするプロペラファン。
  3.  請求項2において、
     上記翼(20)のそれぞれは、上記最大反り位置比(d/c)が、上記第1基準翼断面(33)において最小となる
    ことを特徴とするプロペラファン。
  4.  請求項3において、
     上記翼(20)のそれぞれは、上記翼元(21)から上記第1基準翼断面(33)までの距離が、上記翼端(22)から上記第1基準翼断面(33)までの距離よりも短い
    ことを特徴とするプロペラファン。
  5.  請求項2乃至4のいずれか一つにおいて、
     上記翼(20)のそれぞれは、上記翼断面における上記最大反り位置比(d/c)が、0.5以上0.8以下である
    ことを特徴とするプロペラファン。
  6.  請求項1において、
     上記翼(20)のそれぞれは、上記最大反り位置比(d/c)が、上記翼元(21)と上記翼端(22)の間に位置する中間翼断面(33a)において最大となる
    ことを特徴とするプロペラファン。
  7.  請求項6において、
     上記翼(20)のそれぞれは、上記最大反り位置比(d/c)が、上記翼元(21)において最小となり、上記翼元(21)から上記中間翼断面(33a)へ向かって単調増加する
    ことを特徴とするプロペラファン。
  8.  請求項6又は7において、
     上記翼(20)のそれぞれは、上記翼元(21)から上記中間翼断面(33a)までの距離が、上記翼端(22)から上記中間翼断面(33a)までの距離よりも長い
    ことを特徴とするプロペラファン。
  9.  請求項1乃至8のいずれか一つにおいて、
     上記翼(20)のそれぞれは、
      上記翼断面における上記反り高さの最大値を最大反り高さ(f)とし、
      上記翼断面における上記最大反り高さ(f)の上記翼弦長(c)に対する比を反り比(f/c)としたときに、
      上記反り比(f/c)が、上記翼元(21)と上記翼端(22)の間に位置する第2基準翼断面(33,33b)において最大となり、上記第2基準翼断面(33,33b)から上記翼元(21)へ向かって単調減少し、上記第2基準翼断面(33,33b)から上記翼端(22)へ向かって単調減少する
    ことを特徴とするプロペラファン。
  10.  請求項2乃至5のいずれか一つにおいて、
     上記翼(20)のそれぞれは、
      上記翼断面における上記反り高さの最大値を最大反り高さ(f)とし、
      上記翼断面における上記最大反り高さ(f)の上記翼弦長(c)に対する比を反り比(f/c)としたときに、
      上記反り比(f/c)が、上記翼元(21)と上記翼端(22)の間に位置する第2基準翼断面(33,33b)において最大となり、上記第2基準翼断面(33,33b)から上記翼元(21)へ向かって単調減少し、上記第2基準翼断面(33,33b)から上記翼端(22)へ向かって単調減少し、
     上記翼(20)のそれぞれは、上記第1基準翼断面が上記第2基準翼断面を兼ねている
    ことを特徴とするプロペラファン。
  11.  請求項9又は10において、
     上記翼(20)のそれぞれは、上記翼端(22)における上記反り比(f/c)が、上記翼元(21)における上記反り比(f/c)よりも小さい
    ことを特徴とするプロペラファン。
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