JP2012012942A - プロペラファン - Google Patents

Abstract

【課題】プロペラファンの騒音、入力増加の原因である翼端渦の生成を抑制することにより、低騒音、低入力化を図ることが可能なプロペラファンを提供する。
【解決手段】回転中心となるハブ２１の外周に複数の羽根２２が設けられた羽根車２と、羽根車２の外周に配置されたベルマウス３とを備え、羽根車２の各羽根２２は、羽根２２の外周端の全体又は外周端の両端を除く部分から羽根車２の回転軸１０と略並行に風上側に延びるウィングレット２６を有し、ベルマウス３は、羽根車２の羽根２２を、回転軸１０方向の長さ全体に渡って覆うように形成されたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロペラファンに関する。

従来の技術は、ベルマウスにおいて、プロペラファンの羽根を覆う部分の長さが短いため、翼端渦が発生しやすく、所定動作点におけるファン効率が低く、比騒音が大きいという課題があった（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開２００６−３１２９１２号公報（図２） 特開２００２−２５７３８１号公報（図２） 特開２００２−２５２９８号公報(図４）

プロペラファンは空気調和機の室外機、換気扇、パソコン等の冷却装置など幅広く使われている。例えば空気調和機の室外機に用いられる場合、室外機から発生する騒音により、近隣住民へ迷惑をかけることがあることから、室外機の低騒音化が求められている。また、地球温暖化防止のため空気調和機の省エネ化が求められており、室外機の高風量化が有効な手段である。しかし、高風量化は騒音が増加するため、さらに近隣住民へ迷惑をかけることになる。このため近隣住民への迷惑を抑え、省エネを図るためには室外機の低騒音化が重要な技術であり、当然、ファン入力低減も省エネ化には重要な技術である。

また、プロペラファンが換気扇、パソコン等の冷却装置に用いられる場合、換気扇を２４時間換気に使用したり、また、職場等におけるパソコンの運転時間が長いことを考慮すると、プロペラファンの低入力化技術は重要な技術である。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、プロペラファンの騒音、入力増加の原因である翼端渦の生成を抑制することにより、低騒音、低入力化を図ることが可能なプロペラファンを提供することを目的とする。

本発明に係るプロペラファンは、回転中心となるハブの外周に複数の羽根が設けられた羽根車と、羽根車の外周に配置されたベルマウスとを備え、羽根車の羽根は、各羽根のそれぞれの外周端の全体又は外周端の両端を除く部分から羽根車の回転軸と略並行に風上側に延びるウィングレットを有し、ベルマウスは、羽根車の羽根を、回転軸方向の長さ全体に渡って覆うように形成されたものである。

本発明に係るプロペラファンは、羽根車の羽根の外周端の全体又は外周端の両端を除く部分に、羽根車の回転軸と略並行に風上側に延びるウィングレットを設け、ベルマウスを、羽根の回転軸方向の長さ全体に渡って覆う構造としたので、低騒音、低入力化を図ることができ、動作点変化時の騒音、入力増加を低減することができる。

本発明の実施の形態１に係るプロペラファンの立体図である。 図１のプロペラファンの羽根車を示す立体図である。 図１のプロペラファンの断面を示す模式図である。 図１のプロペラファンの羽根車の平面図である。 図４のＡ−Ａ断面模式図である。 ウィングレットが無い羽根車の一例を示す立体図である。 図６の羽根車を備え、また、図３よりも回転軸方向の長さを短くしたベルマウスを備えたプロペラファンを示す立体図である。 図７のベルマウスを備えたプロペラファンの断面を示す模式図である。 本発明の実施の形態１のプロペラファンと他の構造のプロペラファンのそれぞれにおける、ファン単体のＰ−Ｑ特性とＫｓ−Ｑ特性とを示した図である。 本発明の実施の形態１に係るプロペラファンの翼面から出した流跡線を示す図（表１の（１）対応）である。 表１の（２）のプロペラファンの翼面から出した流跡線を示す図である。 表１の（３）のプロペラファンの翼面から出した流跡線を示す図である。 表１の（４）のプロペラファンの翼面から出した流跡線を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るプロペラファンの動作点Ａにおける、ベルマウス壁面の静圧変動の２Ｐａ毎のｒｍｓ値の等高線を示す図である。 表１の（２）において動作点Ａと同一風量Ｑ１における、ベルマウス壁面の静圧変動の２Ｐａ毎のｒｍｓ値の等高線を示す図である。 羽根車とベルマウスとの位置関係をベルマウスの軸流方向の風上端の位置のみを変更したときの、動作点Ａにおけるファン効率及び比騒音の変化を示す図である。 羽根の外周端の両端を除く部分にウィングレットを設けた羽根車を有するプロペラファンα₁を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るプロペラファンの羽根車の断面を示す模式図である。 本発明の実施の形態３に係るプロペラファンの羽根車の断面を示す模式図である。 図１９のＲ部の半径と、プロペラファンが破壊する最小の回転数との関係を示す図である。 図１９のＲ部の半径を０ｍｍ又は２１ｍｍとし、回転数を８００ｒｐｍとしたときの、Ｐ−Ｑ特性を示す図である。 本発明の実施の形態４に係るプロペラファンの立体図であり、一部断面で示した図である。 図２２のプロペラファンの羽根車の断面を示す模式図である。 本発明の実施の形態４に係るプロペラファンと、他の構造のプロペラファンのそれぞれにおける、ファン単体のＰ−Ｑ特性とＫｓ−Ｑ特性とを示した図である。 本発明の実施の形態４に係るプロペラファン（表４の（５））に対応する翼端渦を示す図である。 表４の（６）に対応するプロペラファンの翼端渦を示す図である。 プロペラファンβ₂の羽根車を示す図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るプロペラファンの立体図である。図２は、図１のプロペラファンの羽根車を示す立体図である。図３は、図１のプロペラファンの断面を示す模式図である。図４は、図１のプロペラファンの羽根車の平面図である。図５は、図４のＡ−Ａ断面模式図である。
プロペラファン１は、羽根車２と、羽根車２の外周に配置されたベルマウス３とを備えている。羽根車２は、不図示のモータに回転駆動連結される円筒状のハブ２１と、複数（図の例では３つ）の羽根２２とを備えている。各羽根２２は、ハブ２１の外周に周方向に所定の傾きを持って配置されている。このハブ２１を所定方向（図中矢印方向ａ）に回転させて羽根２２を旋回させることで、空気を所定方向（矢印ｂ方向）に圧送している。

各羽根２２において、前縁２３は羽根２２の回転方向の前側の縁を形成し、後縁２４は羽根２２の回転方向の後側の縁を形成し、外周端２５は羽根２２の外周側の縁を形成している。各羽根２２には、羽根２２のそれぞれにおける外周端２５部分と接続するウィングレット２６が設けられている。ウィングレット２６はプロペラファン１の外周端２５の全体から、回転軸１０と略並行に、プロペラファン１の風上側に延びるようにして設けてある。なお、プロペラファン１のファン径はここではφ４００ｍｍである。

また、ベルマウス３は、円筒形状を有する円筒部の両端それぞれから外方に向かって拡径した形状を有し、図１及び図３に示すように、羽根車２の各羽根２２を、回転軸１０方向の長さ全体に渡って覆う大きさに形成されている。

以下、図１〜図５に示した本実施の形態１のプロペラファン１と他の構成を採用したプロペラファンとを、ファン効率及び比騒音について比較する。

図６は、ウィングレットが無い羽根車の一例を示す立体図である。図７は、図６の羽根車を備え、また、図３よりも回転軸方向の長さを短くしたベルマウスを備えたプロペラファンを示す立体図である。図８は、図７のベルマウスを備えたプロペラファンの断面を示す模式図である。なお、図６〜図８及び後述の図において、ウィングレットが無い羽根車を羽根車２ａと符号を付し、図３よりも回転軸方向の長さを短くしたベルマウスをベルマウス３ａと符号を付す。図７及び図８に示すベルマウス３ａは、羽根車２の高さ方向の約５０％を覆っている。

図９は、本発明の実施の形態１のプロペラファンと他の構造のプロペラファンのそれぞれにおける、ファン単体のＰ−Ｑ特性とＫｓ−Ｑ特性とを示した図である。図９は、表１の（１）〜（４）の各構造パターンそれぞれについて、回転数を８００ｒｐｍとし、風量条件を適宜変更して行った実験結果である。

表１は、ベルマウス３の形状の２パターン（図３、図８）と、ウィングレット２６の有無（図２、図６）の２パターンとを組み合わせた、（１）〜（４）の４パターンのそれぞれについて、ファン効率と比騒音とをまとめた表である。なお、表１において、（１）のプロペラファン１、すなわち図１に示した本実施の形態１のプロペラファン１については、動作点Ａ（図９参照）におけるファン効率と比騒音を示している。そして、表１の他の（２）〜（４）については、動作点Ａと同じ風量Ｑ１のときのファン効率と比騒音を示している。ファン効率η、比騒音Ｋｓの定義は以下の通りである。

ファン効率η［％］＝静圧［Ｐａ］×風量［ｍ³／ｓ］／（トルク［Ｎｍ］×角速度［ｒａｄ／ｓ］）×１００
比騒音Ｋｓ［ｄＢ］＝ＳＰＬ−１０ｌｏｇ₁₀（Ｐ^2.5Ｑ）
ＳＰＬ：ファンから所定距離、離れた位置における騒音［ｄＢ］
Ｐ：静圧［ｍｍＡｑ］
Ｑ：風量［ｍ³／ｍｉｎ］

表１より、（１）のプロペラファン１、すなわち図１に示した本実施の形態１のプロペラファン１が最もファン効率が大きく、比騒音が小さいことが分かる。また、（１）のプロペラファン１の場合、図９より、動作点Ａ付近におけるＫｓ−Ｑの勾配が緩やかであり、動作点Ａが変化した場合、比騒音の変化が緩やかであるため、広範囲の動作点において低騒音化を図ることができる。

次に、上記のような効果が得られる理由を説明する。図１０〜図１３は、翼面から出した流跡線を示す図で、表１の（１）〜（４）にそれぞれ対応している。
図１１〜図１３の流跡線には翼端渦Ｅが生成されているが、図１０の流跡線には翼端渦は生成されていない。翼端渦Ｅは、図１１〜図１３の構造では、羽根２２の外周端２５に、静圧差により、高静圧の圧力面２８側から低静圧の負圧面２７側に向かう流れが生じ、この流れによって翼端渦が形成され、かつ、その翼端渦は螺旋状の渦構造を有する。先行の羽根２２にて発生した翼端渦は、後続の羽根２２に流入して干渉し、また、ベルマウス３の壁面に衝突して静圧変動を生じさせるため、騒音が増加し、モータ入力が増大する。一方、図１０の流跡線は渦構造を有しないため、渦構造を有する場合に比べ、空気流が後続の羽根２２へ流入しても騒音、入力増加の原因となりにくい。

次に、ウィングレット２６の有無による騒音の違いについて検討する。

図１４は、本発明の実施の形態１に係るプロペラファン（表１の（１））の動作点Ａにおける、ベルマウス壁面の静圧変動の２Ｐａ毎のｒｍｓ値の等高線を示す図である。図１５は、表１の（２）において風量Ｑ１における、ベルマウス壁面の静圧変動の２Ｐａ毎のｒｍｓ（root mean square：実行値）値の等高線を示す図である。
ここで、静圧変動のｒｍｓ値の定義は以下の通りである。
静圧をｐ_s(ｔ)＝ｐ_s＋のｐ_s’(ｔ)とおいたとき（ｐ_s：平均値、ｐ_s’(ｔ)：変動値）、
静圧変動のｒｍｓ値＝｛（Σｐ_si（ｔ）²）／Ｎ｝^0.5
（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）
であり、このｒｍｓ値が大きいほどベルマウス壁面から発生する騒音が大きくなる。

表１の（１）と（２）のそれぞれのｒｍｓ値の最大値は、２８Ｐａと４４Ｐａであり、羽根車２（ウィングレット２６有）を備えたプロペラファンの方が、ベルマウス壁面から発生する騒音を小さくすることができる。これは、羽根車２ａ（ウィングレット２６無し）を備えたプロペラファンの翼端渦は渦構造を有するが、羽根車２（ウィングレット２６有）を備えたプロペラファンは渦構造を有しないためであり、翼端渦が渦構造を有するとき、ベルマウス壁面において静圧変動が生じ、ベルマウス壁面から騒音が発生することがわかる。

図１６は、羽根車２とベルマウス３との位置関係をベルマウス３の軸流方向の風上端の位置のみを変更したときの、動作点Ａにおけるファン効率及び比騒音の変化を示す図である。ここで、Ｌ₀は、羽根車２の軸流方向の風上端から羽根車２の軸流方向の風下端までの距離（図８参照）である。Ｌは、ベルマウス３の軸流方向の風上端から羽根車２の軸流方向の風下端までの距離（図８参照）である。ここでは、ベルマウス３の風上端の位置のみを変えてＬを変化させたときの、動作点Ａにおけるファン効率及び比騒音とＬ／Ｌ₀との関係を示している。

図１６に示すように、Ｌ／Ｌ₀＜１（羽根車２がベルマウス３の風上端よりも風上側に出る）の範囲においては、Ｌ／Ｌ₀が大きいほどファン効率が大きくなり、比騒音が小さくなる。一方、Ｌ／Ｌ₀≧１（羽根車２がベルマウス３から出ない）の範囲では、ファン効率、比騒音は変化しない。Ｌ／Ｌ₀＜１の範囲では、ベルマウス３が羽根車２の羽根２２を回転軸方向に覆っていない部分から渦構造を有する翼端渦が発生する。しかし、Ｌ／Ｌ₀が大きくなるほど回転軸方向に覆っていない部分が少なくなり、渦構造を有する翼端渦の発生領域が小さくなるため、Ｌ／Ｌ₀が大きいほど、ファン効率が大きくなり、比騒音が小さくなる。

一方、Ｌ／Ｌ₀≧１のときは、ベルマウス３が羽根車２の羽根２２全体を回転軸方向に覆っており、渦構造を有する翼端渦の発生領域がない。このため、ファン効率、比騒音は変化しない。よって、羽根２２の負圧面２７側にウィングレット２６を設け、かつ、ベルマウス３が羽根車２の羽根２２高さ全体を覆う構成とすることにより、翼端渦の発生を抑制し、ファン効率を高くし、比騒音を小さくすることができる。

ところで、プロペラファン１を樹脂成型により製造する場合、羽根２２の外周端２５の全体にウィングレット２６を設けるよりも、図１７に示すように羽根２２の外周端２５の両端付近はウィングレット２６を設けない形状の方が成型しやすい。これは成型の際、外周端２５の両端付近のウィングレット２６部分を形成する金型箇所に液状の樹脂が入りにくいためである。

ここで、図７に示したように外周端２５の全体にウィングレット２６を設けた羽根車を有するプロペラファンα₁と、図１７に示したように外周端２５の両端を除く部分にウィングレット２６を設けた羽根車２を有するプロペラファンβ₁とのそれぞれについて、ファン効率及び比騒音を測定した結果を次の表２に示す。なお、プロペラファンα₁、プロペラファンβ₁の両方とも、ベルマウス３に関しては、図１のように羽根車２を回転軸１０方向の長さ全体に渡って覆う構成のものとする。

ここで、図２に示すように、羽根２２の外周端２５の前縁２３側を点Ａ₁、外周端２５の後縁２４側を点Ｂ₁、円弧Ａ₁Ｂ₁上の点を点Ｃ₁とし、円弧Ａ₁Ｂ₁の長さをＸ₁、円弧Ａ₁Ｃ₁の長さをＹ₁とする。プロペラファンβ₁は、ここでは一例として、羽根２２の外周端２５のうち、０．１５≦Ｙ₁／Ｘ₁≦０．８５の領域のみにウィングレット２６を設け、０≦Ｙ₁／Ｘ₁＜０．１５と０．８５＜Ｙ₁／Ｘ₁≦１との２つの領域にはウィングレット２６を設けない構成としている。

表２より、プロペラファンα₁、β₁とも、ファン効率、比騒音はほぼ一致することが示された。よって、樹脂成型しやすいプロペラファンβ₁を用いることが好ましい。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、羽根２２の外周端２５に、回転軸１０と略平行に風上側に延びるウィングレット２６を設け、且つベルマウス３を、羽根車２の羽根２２を回転軸方向の長さ全体に渡って覆う構造とした。これにより、翼端渦の渦構造を消失することができるため、低騒音、低入力化を図ることができ、また、動作点変化時の騒音、入力増加を低減することができる。また、ウィングレット２６を羽根２２の外周端２５の全体ではなく、外周端２５の両端を除いた一部に形成した場合、羽根２２の外周端２５の全体にウィングレット２６を設けた場合とほぼ同等のファン効率、比騒音を得ることを可能としながらも、樹脂成型しやすく、製造工程を容易とすることができる。

実施の形態２．
実施の形態１のプロペラファン１は、ウィングレット２６がプロペラファン１の外周端２５から回転軸１０と略並行に風上側に延びる構成であった。これに対し、実施の形態２のプロペラファン１は、ウィングレット２６が、回転軸１０から離れる方向に勾配を有する構成とした点に特徴を有するものである。

図１８は、本発明の実施の形態２に係るプロペラファンの羽根車の断面を示す模式図である。図１９において上記各図と同一部分には同一符号を付す。
図１８に示すように、実施の形態２の羽根車２Ａのウィングレット２６Ａは、プロペラファン１の外周端２５から回転軸１０と略並行な位置から、ここでは５゜の勾配で外方に広がるように設けられている。その他の構成は実施の形態１と同様である。以下、実施の形態１のようにウィングレットが回転軸１０と略並行なタイプを平行タイプと呼び、図１８に示すように勾配をつけたタイプを勾配タイプと呼ぶ。

表３は、羽根２２の外周端２５の両端付近を除く部分にウィングレット２６を設けたプロペラファンにおいて、ウィングレットを勾配タイプとした場合と平行タイプとした場合とのそれぞれについて、ファン効率及び比騒音を測定した結果を示している。なお、ベルマウス３は、図１のベルマウス３のように羽根車２を回転軸１０方向の長さ全体に渡って覆う構成のものとする。

表３より、平行タイプよりも勾配タイプ（ここでは５°の勾配）の方が、ファン効率が大きく、比騒音が小さい。これは、勾配を付けてウィングレット２６Ａの自由端を外方側に向けることで、羽根２２とベルマウス３との隙間が狭くなり、翼端渦にとって流路が狭まることで翼端渦が発生しにくくなるためである。

また、羽根車２Ａを樹脂成型で製造する場合、ウィングレットを平行タイプとすることは困難で、例えば、５°の勾配を付けて型抜きする必要がある。この場合、抜き勾配により、ウィングレットを回転軸１０から離れる方向に勾配を付けるか、回転軸１０に近づける方向に勾配を付けるかする必要があるが、ファン効率を高くし、比騒音を低くするためには、前者の構成とした方がよい。従って、回転軸１０から離れる方向に勾配を設けたウィングレット２６Ａの構成としたことにより、騒音、入力を低減することができる。

実施の形態３．
図１９は、本発明の実施の形態３に係るプロペラファンの羽根車の断面を示す模式図である。図１９において上記各図と同一部分には同一符号を付す。
実施の形態３の羽根車２Ｂは、実施の形態１のプロペラファン１の羽根車２において、羽根２２の外周端２５とウィングレット２６との交線部２９の負圧面２７側にＲ部３０を設けた点に特徴を有するものである。その他の構成は実施の形態１と同様である。

図２０は、図１９のＲ部の半径とプロペラファンが破壊する最小の回転数との関係を示す図である。Ｒ部３０は略１／４円弧形状であり、以後、プロペラファンが破壊する最小の回転数を破壊回転数と称する。
図２０に示すように、Ｒ部３０を設けることにより、Ｒ部３０がない場合よりも破壊回転数は大きくなる。そして、Ｒ部３０の半径が２１ｍｍ以上となると、破壊回転数は変わらなくなる。なお、Ｒ部３０の半径が３０ｍｍ以下の場合において実際に破壊した部分は全てＲ部３０付近であった。すなわち、交線部２９には応力が集中しやすく破損しやすいが、Ｒ部３０を設けることにより強度を増すことができる。

図２１は、図１９のＲ部の半径を０ｍｍ又は２１ｍｍとし、回転数を８００ｒｐｍとしたときの、Ｐ−Ｑ特性を示す図である。図２１から明かなように、Ｒ部３０を設けた場合も設けない場合も、Ｐ−Ｑ特性は略一致し、Ｒ部３０の有無によるＰ−Ｑ特性の違いはないことがわかる。

以上説明したように、本実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の作用効果が得られると共に、プロペラファン１の交線部２９にＲ部３０を設けたことにより、Ｐ−Ｑ特性を維持しながら破壊回転数を大きくすることが可能となる。

実施の形態４．
実施の形態１のプロペラファン１は、羽根車２の羽根２２が平面状であったのに対し、実施の形態４のプロペラファンは、羽根車の羽根の外周部が風下方向に反った（屈曲した）形状としたことに特徴を有するものである。

図２２は、本発明の実施の形態４に係るプロペラファンの立体図であり、一部断面で示している。図２３は、図２２のプロペラファンの羽根車の断面を示す模式図である。図２２及び図２３において、上記各図と同一部分には同一符号を付す。
実施の形態４のプロペラファン１Ｃは、羽根車２Ｃの羽根２２の外周部が風下方向に反り、反り部３１を形成している。この反り部３１は、圧力面２８→羽根車２Ｃとベルマウス３との隙間→負圧面２７の流れにとって通風抵抗となり、翼端渦の発生を抑制する効果がある。なお、図２２において１０１は、反り部３１とウィングレット２６Ａの断面を示している。また、ウィングレット２６Ａは、実施の形態２と同様、羽根２２の外周端２５の全体に設けられ、回転軸１０から離れる方向に勾配を有する構成としている。また、ベルマウス３は、図１に示した実施の形態１と同様、羽根車２を回転軸１０方向の長さ全体に渡って覆う構成としている。

以下、図２２に示した実施の形態４のプロペラファン１Ｃと、他の構造のプロペラファンとを、ファン効率及び比騒音について比較する。他の構造のプロペラファンとしては、ここでは、羽根車については図２２に示した羽根車２Ｃとし、ベルマウスについては回転軸方向の長さが短いベルマウス３ａとした構造のものとする。

図２４は、本発明の実施の形態４に係るプロペラファン１Ｃの場合（表４の（５））と、図２２の羽根車２Ｃを羽根高さの一部を覆うベルマウス３ａ（図８）で覆ったプロペラファンの場合（表４の（６））のそれぞれのＰ−Ｑ特性とＫｓ−Ｑ特性とを示した図である。また、次の表４は、上記（５）と（６）のそれぞれについて、ファン効率と比騒音とをまとめた表である。なお、表４において、（５）については動作点Ａ（図２４参照）におけるファン効率と比騒音を示している。表４において（６）については、動作点Ａと同じ風量Ｑ１のときのファン効率と比騒音を示している。

表４より明らかなように、ベルマウス３がプロペラファン１の羽根高さ全体を覆っている場合の方が、ファン効率が高く、比騒音が小さい。

図２５は、本発明の実施の形態４に係るプロペラファン（表４の（５））に対応する翼端渦を示す図である。図２６は、表４の（６）に対応するプロペラファンの翼端渦を示す図である。図２５及び図２６とも、圧力面２８及び負圧面２７から出した流跡線で翼端渦Ｅを表している。

図２５及び図２６より、表４の（５）の場合は、表４の（６）の場合に比べ、翼端渦Ｅの発生を抑制することができる。このように、図２２及び図２３に示した羽根車２Ｃを用いた場合も、上記実施の形態１と同様、プロペラファン１の羽根高さ全体を覆うベルマウス３を用いることにより、ファン効率を高く、比騒音を小さくすることができる。

また、実施の形態４の羽根車２Ｃにおいて、図１６と同様の実験を行ってグラフを作成した結果、Ｌ／Ｌ₀＜１（羽根車２がベルマウス３の風上端よりも風上側に出る）の範囲においては、Ｌが長いほどファン効率は高く、比騒音は低くなる。また、Ｌ／Ｌ₀≧１（羽根車２がベルマウス３から出ない）の範囲においては、ファン効率、比騒音は変わらなく、図１６と同様の結果が得られた。

ところで、翼端渦は、外周端２５全体から発生するのではなく、外周端２５の前縁２３側から発生することが知られている。以下では、図２２及び図２３に示したように、羽根２２の外周部全体を風下方向に反った（屈曲した）形状の羽根車２Ｃを備えたプロペラファンα₂と、後述の図２７に示す羽根車を備えたプロペラファンβ₂とのそれぞれについて、ファン効率及び比騒音を測定した結果について検討する。なお、プロペラファンα₂、プロペラファンβ₂の両方とも、ベルマウス３に関しては、図１のベルマウス３のように羽根車２を回転軸１０方向の長さ全体に渡って覆う構成のものとする。

図２７は、プロペラファンβ₂の羽根車を示す図である。
この羽根車は、羽根２２の外周部の全体ではなく一部（前縁２３側）を風下側に反らせたものである。図２６において、１０１は、図２２と同様、風下側に反った部分、１０２ａ、１０２ｂは、風上側に反った部分を示している。ここで、羽根２２の外周端２５の前縁２３側を点Ａ₂、外周端２５の後縁２４側を点Ｂ₂、円弧Ａ₂Ｂ₂上の点を点Ｃ₂とし、円弧Ａ₂Ｂ₂の長さをＸ₂、円弧Ａ₂Ｃ₂の長さをＹ₂とする。プロペラファンβ₂は、具体的には、外周部の半分よりも前縁側（０．２≦Ｙ₂／Ｘ₂≦０．５の領域）が風下方向に反り、外周部の前縁側のうちの先端部（０≦Ｙ₂／Ｘ₂＜０．２）と、外周部の半分よりも後縁側（０．５＜Ｙ₂／Ｘ₂≦１）との２つの領域が風上側に反る形状としている。

表５は、プロペラファンα₂とプロペラファンβ₂のそれぞれのファン効率及び比騒音を測定した結果を示す表である。

表５より、プロペラファンα₂、β₂は大きな差はないが、若干プロペラファンβ₂の方がファン効率が高く、比騒音が小さい。

以上説明したように、本実施の形態４によれば、実施の形態１及び実施の形態２と同様の効果が得られると共に、羽根２２の外周部を風下方向に反った（屈曲した）形状とし、且つベルマウス３が羽根車２Ｃの羽根を回転軸１０方向の長さ全体に渡って覆う構成としたので、圧力面２８→羽根車２Ｃとベルマウス３との隙間→負圧面２７の流れに抵抗を与えることができ、翼端渦の発生を抑制することができる。その結果、ファン効率を高く、比騒音を小さくすることができる。

なお、各実施の形態１〜４では、それぞれ別の実施の形態として説明したが、各実施の形態の特徴的な構成及び処理を適宜組み合わせてプロペラファンを構成してもよい。例えば、実施の形態３と実施の形態４とを組合せ、図１８に示した実施の形態３の羽根車２Ａにおいて、羽根２２の外周部を実施の形態４のように風下側に沿う形状としてもよい。

１ プロペラファン、１Ｃ プロペラファン、２ 羽根車、２Ａ 羽根車、２Ｂ 羽根車、２Ｃ 羽根車、２ａ 羽根車、３ ベルマウス、３ａ ベルマウス、１０ 回転軸、２１ ハブ、２２ 羽根、２３ 前縁、２４ 後縁、２５ 外周端、２６ ウィングレット、２６Ａ ウィングレット、２７ 負圧面、２８ 圧力面、２９ 交線部、３０ Ｒ部、３１ 反り部。

Claims (5)

1. 回転中心となるハブの外周に複数の羽根が設けられた羽根車と、
   該羽根車の外周に配置されたベルマウスとを備え、
   前記羽根車の各羽根は、羽根の外周端の全体又は外周端の両端を除く部分から前記羽根車の回転軸と略並行に風上側に延びるウィングレットを有し、
   前記ベルマウスは、前記羽根車の前記羽根を、回転軸方向の長さ全体に渡って覆うように形成されたことを特徴とするプロペラファン。
2. 回転中心となるハブの外周に複数の羽根が設けられた羽根車と、
   該羽根車の外周に配置されたベルマウスとを備え、
   前記羽根車の各羽根は、羽根の外周端の全体又は外周端の両端を除く部分から風上側に向けて延び、且つ前記羽根車の回転軸から離れる方向に勾配を有するウィングレットを有し、
   前記ベルマウスは、前記羽根車の前記羽根を、回転軸方向の長さ全体に渡って覆うように形成されたことを特徴とするプロペラファン。
3. 前記羽根の外周端と前記ウィングレットとの交線部の負圧面側にＲ部を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のプロペラファン。
4. 前記羽根の外周部の全体が気流の風下方向に反った形状を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のプロペラファン。
5. 前記羽根の外周部のうち前縁側が気流の風下方向に反った形状を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のプロペラファン。

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