JP2018168764A - 送風機 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の送風機では、前縁外周側正圧面で発生した音がベルマウスの側壁で反射して、送風機の正面に放射していた。【解決手段】送風機１は、プロペラファン５本体と、プロペラファン５の外周を囲むベルマウス６とを備え、ベルマウス６の、回転軸２を含む平面で切断した断面の形状は、吸込側からベルマウス６の内側が凹面となる曲線形状の第一Ｒ部８と、それにつながる直線形状の第一直線部９と、その第一直線部９につながる、ベルマウス６の内側が凸面となる曲線形状の第二Ｒ部１０と、その第二Ｒ部１０に正接して、回転軸２に平行で直線形状である第二直線部１１という構成になっており、角Ａ+角Ｂ＜９０°と設定することで、第一反射音１９は真正面よりも外側に向き音を拡散することができ、正面での音を低減させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、ベルマウスとプロペラファンを備える送風機に関する。

従来この種の送風装置は、騒音低減を目的としたベルマウスの形状として、例えば、特許文献１に記載されている構成が示されている。

以下、その構成について、図６を参照しながら説明する。

図６に従来の送風機の回転軸１０１を含み、回転軸１０１を含む面で切った断面図を示している。

図６に示すように、プロペラファン１０２の外周を囲むベルマウス１０３があり、ベルマウス１０３の断面形状は、吸込側からベルマウス１０３の内側に曲率半径の中心があり、ベルマウス１０３の内側が凹状に湾曲した第一Ｒ部１０４と、それにつながる、ベルマウス１０３の外側に曲率半径の中心があり、ベルマウス１０３の内側が凸状に湾曲した第二Ｒ部１０５と、それにつながる、回転軸１０１に平行な、直線部１０６を具備している。このような構成において、ベルマウス１０３が第一Ｒ部１０４を有するため、吸込側におけるプロペラファン１０２の周囲のスペースを広くとることができる。このため、プロペラファン１０２の正面だけでなく、側面からも気流が流入し、吸込の面積が増えることで吸込風速が低下することで騒音が低減し、さらに、プロペラファン１０２の第一Ｒ部１０４近傍では、スペースが広いため、圧力変動が緩和されて、プロペラファン１０２に流入する気流の乱れを抑制することができ、騒音を低減させることができる。

特開２０１１−１８５２３６号公報

このような従来のベルマウスとプロペラファンを備える送風機の低騒音化の工夫では、プロペラファンが備える翼の外周縁からプロペラファンの回転領域へ流入する気体の変動を抑制するものであり、ベルマウスの吸込側側壁部に沿って流れる流れや、プロペラファン正圧面の前縁で発生した音がベルマウス側壁に反射して送風機正面に伝播する音の影響を考慮していないため、低騒音性能を十分に得ることができなかった。

そこで本発明は、送風機正面の音を低減することができる送風機を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明は、回転軸を中心に回転する、前縁が回転方向に前進した複数の翼を備えたプロペラファン本体と、前記プロペラファンの外周を囲むベルマウスとを備え、前記ベルマウスは、前記回転軸を含む平面で切断した断面の形状において、吸込側から吹出側端部へ、第一Ｒ部と、第一直線部と、第二Ｒ部と、第二直線部とを有し、前記第一Ｒ部は、前記回転軸からの最大距離がＲａで、前記ベルマウスの内側が凹面となる曲線形状を有し、前記第一直線部は、前記第一Ｒ部に繋がり、前記回転軸に垂直な平面とのなす角の小さい側が角Ａであり、ベルマウスの外側から内側に向かって吹出側に傾斜した直線形状であり、前記第二Ｒ部は、前記第一直線部に繋がり、前記ベルマウスの内側が凸面となる曲線形状を有し、前記第二直線部は、前記第二Ｒ部と正接して、前記回転軸に平行に直線形状であり、前記プロペラファンの外径Ｄｆと前記最大距離のＲａとがＲａ/Ｄｆ≦０．８５であり、前記回転軸から前記プロペラファンの前縁外周端の距離は、前記回転軸から前記第二Ｒ部と前記第一直線部の接点までの距離より短く、前記プロペラファンの前縁外周端と、前記第二Ｒ部と前記第一直線部の接点とを結んでできる直線と第一直線部とでできる角の外角が角Ｂであり、前記角Ａと前記角Ｂは、角Ａ+角Ｂ＜９０°であることを特徴としたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、送風機正面の音を低減することができる送風機を提供することができる。

本発明の実施の形態１の送風機の吸込側から見た斜視図 本発明の実施の形態１の送風機の要部断面図 図２のベルマウス部分の拡大図 図２のベルマウス部分の音の反射を説明する図 本発明の実施の形態１における音の反射作用を示した断面図 従来の送風機の構成を示す断面図

本発明の請求項１に係わる送風装置は、回転軸を中心に回転する、前縁が回転方向に前進した複数の翼を備えたプロペラファン本体と、前記プロペラファンの外周を囲むベルマウスとを備え、前記ベルマウスは、前記回転軸を含む平面で切断した断面の形状において、吸込側から吹出側端部へ、第一Ｒ部と、第一直線部と、第二Ｒ部と、第二直線部とを有し、前記第一Ｒ部は、前記回転軸からの最大距離がＲａで、前記ベルマウスの内側が凹面となる曲線形状を有し、前記第一直線部は、前記第一Ｒ部に繋がり、前記回転軸に垂直な平面とのなす角の小さい側が角Ａであり、ベルマウスの外側から内側に向かって吹出側に傾斜した直線形状であり、前記第二Ｒ部は、前記第一直線部に繋がり、前記ベルマウスの内側が凸面となる曲線形状を有し、前記第二直線部は、前記第二Ｒ部と正接して、前記回転軸に平行に直線形状であり、前記プロペラファンの外径Ｄｆと前記最大距離のＲａとがＲａ/Ｄｆ≦０．８５であり、前記回転軸から前記プロペラファンの前縁外周端の距離は、前記回転軸から前記第二Ｒ部と前記第一直線部の接点までの距離より短く、前記プロペラファンの前縁外周端と、前記第二Ｒ部と前記第一直線部の接点とを結んでできる直線と第一直線部とでできる角の外角が角Ｂであり、前記角Ａと前記角Ｂは、角Ａ+角Ｂ＜９０°であることを特徴とするものである。

これにより、第一直線部によりベルマウスの吸込側側壁部に沿って流れる流れの乱れを抑制し、第一直線部が、前縁正圧面から放射される音を周囲に拡散する角度で反射することができ、送風機正面に伝播する音を周囲に拡散させることができる。

また、請求項２に係わる送風装置は、前記第二Ｒ部の曲率半径Ｒ１は、前記第二直線部の軸方向の半径方向距離Ｒｓｔ２との比率で、Ｒ１／Ｒｓｔ２≧０．１２となることを特徴とするものである。

これにより、ベルマウスの吸込側の空気の流れを滑らかに翼の正圧面へ集め流れの乱れを抑制し、送風機の音を低減することができる。

また、請求項３に係わる送風装置は、前記第一Ｒ部の曲率半径の中心が前記翼の前縁外周端にあることを特徴とするものである。

これにより、第一Ｒ部が前縁正圧面から放射される音をプロペラファンの翼の正圧面に反射し、その反射した音を吹出側へ放出させて、送風機正面の音を低減することができる。

また、請求項４に係る送風装置は、前記翼の外周端と前記第二Ｒ部の前記第二直線部との接点を結ぶ線が前記第二Ｒ部の前記第二直線部との接点での法線であることを特徴とするものである。

これにより、第二Ｒ部が前縁正圧面から放射される音をプロペラファンの翼の正圧面に反射し、その反射した音は、吹出側へ音を放出され、送風機正面の音を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の送風機の吸込側から見た斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１の送風機の要部断面図である。図３は、図２のベルマウス部分の拡大図である。

図４は、図２のベルマウス部分の音の反射を説明する図である。図５は、本発明の実施の形態１における音の反射作用を示した断面図（図３の音の反射を示した断面図）である。

図１に示すように、送風機１は、回転軸２を中心に回転する、前縁３が回転方向に前進した複数の翼４を備えたプロペラファン５本体と、プロペラファン５の外周を囲むベルマウス６とを備えている。

空気の流れ７は、図１の前方、前縁３から流入して、後方へ流出していく。

図２に示すように、回転軸２を含む平面で切断した断面において、ベルマウス６の形状は、吸込側からベルマウス６の内側が凹面となる曲線形状の第一Ｒ部８と、それにつながる直線形状の第一直線部９と、その第一直線部９につながる、ベルマウス６の内側が凸面となる曲線形状の第二Ｒ部１０と、その第二Ｒ部１０に正接して、回転軸２に平行で直線形状である第二直線部１１となっている。

第一直線部９は、図３に示すように回転軸に垂直な面１２とのなす角の小さい側が角Ａ１３であり、ベルマウス６の外周側から内周側に向かって吹出側に傾斜した直線形状である。

また、プロペラファン５の外径Ｄｆと第一Ｒ部８の回転軸２からの最大距離をＲａとは、Ｒａ／Ｄｆ≦０．８５の関係にある。

プロペラファン５の回転軸２を含む平面で切断した断面において、翼４の前縁３のうち、軸方向で最も吸込側にある位置が前縁外周端１４である。回転軸２からプロペラファン５の前縁外周端１４の距離は、回転軸２から第一直線部と第二Ｒ部の接点１５までの距離より短く構成している。さらに、プロペラファン５の前縁外周端１４と、第一直線部と第二Ｒ部の接点１５とを結んでできる直線と第一直線部９とでできる角の外角が角Ｂ１６であり、角Ａ１３と角Ｂ１６は、角Ａ１３+角Ｂ１６＜９０°という構成になっている。

ベルマウス６とプロペラファン５とは吹出側に比べて吸込側に広い空間があるため、ベルマウス６の内側には、ベルマウス６に沿った空気が流れる、すなわち側方気流１７がある。プロペラファン５が回転することで、側方気流１７は、ベルマウス６の第一Ｒ部８、第一直線部９に沿って流れることで乱れが抑制され、第二Ｒ部１０からプロペラファン５の翼４の正圧面へ滑らかに流入して、翼４で昇圧されて、吹出側に流出する。第二直線部１１は翼４で昇圧した気流が半径方向に拡散しないように壁となり、翼４の外周側の気流を第二直線部１１に沿わせて流すことで、下流側へ多くの気流を運ぶことができる。

次に、図１、図３、図４、図５を用いて、前縁外周端１４で発生する音の発生、伝播について説明する。

図１において空気は、前縁３から流入する。詳細に説明すると、翼４の前縁３が回転方向に前進しているため、回転方向の先端である前縁外周端１４から空気が流入する。また、前縁外周端１４は周速度が速いため、空気が流入する前縁外周端１４の正圧面の圧力変動が大きくなり、騒音の発生源となっている。

前縁外周端１４の正圧面は吹出側を向いているため、図４に示すように、翼４が発生する音は吹出側に放射して、そのままベルマウス６から吹出側に放出される音と、側方のベルマウス６側に広がって、ベルマウス６の側壁の面の傾きによってベルマウス６の側壁に反射する音がある。ベルマウス６の側壁に反射する音は大きく分けると、第一放射音１８と第二放射音２０の２方向へ向かう。一つは、翼４の正圧面に反射する第一反射音１９、もう一つは、送風機１の吸込側である正面側に反射する第二反射音２１となる。

翼４の正圧面で発生した第一放射音１８は、ベルマウス６の側壁に反射する第一反射音１９として、翼４の正圧面方向に向かい、吹出方向を向いている翼４の正圧面で反射して、吹出側に放出される。正面で聞こえる音は、前縁外周端１４の正圧面で発生した第一放射音１８が、ベルマウス６の側壁で反射した第一反射音１９である。すなわち、前縁外周端１４に最も近い第一直線部９からの第一反射音１９が正面に伝播する。図３に示す第一直線部９を回転軸２側へ延長した第一直線部延長線２２が回転軸と垂直な面１２となす角Ａ１３を設定することで、第一直線部９からの第一反射音１９を正面に伝播させないようにすることができる。

図５を用いて、角Ａ１３の設定方法を説明する。

前縁外周端１４から放射した音が第一直線部と第二Ｒ部の接点１５へ入射した第一放射音１８が第一反射音１９としてとして反射する場合、角Ｂ１６で入射して、反射角２３で反射する。言い換えると、プロペラファン５の前縁外周端１４と、第一直線部と第二Ｒ部の接点１５とを結んでできる直線と第一直線部９とでできる角の外角が角Ｂ１６である。このとき、第一直線部９に対して角Ｂ１６と反射角２３は同じ角度である。第一反射音１９を音の進行方向と反対方向に延長した反射音延長線２４と回転軸と垂直な面１２と第一直線部延長線２２とでできる三角形のそれぞれの内角は、角Ａ１３、反射角２３の対角（角Ｂ１６に等しい）、反射音延長線２４と回転軸と垂直な面１２とでできる角Ｃ２５である。第一反射音１９に着目して、角Ｃ２５を９０°より大きく設定する、つまり、角Ａ１３＋角Ｂ１６＜９０°とすることで、第一反射音１９は真正面よりも外側に向き音を拡散することができ、正面での音を低減させることができる。

第一直線部と第二Ｒ部の接点１５で、角Ｃ２５の角度を設定することで、第一直線部９の回転軸２よりも遠い側は、第一直線部と第二Ｒ部の接点１５で反射する音よりも入射角が小さく入射するので、半径方向の外側に向かい、正面での音を低減させることができる。 第一直線部９を外周方向に延長した端点をベルマウス６の端にすれば、ベルマウス６の端まで同様の効果は得られるが、製品寸法が大きくなってしまう。

そこで、第一直線部９の外周方向に第一Ｒ部８を設けることで、製品寸法を小さくすることができる。すなわち、第一Ｒ部８の回転軸２からの最大距離をＲａとしたときに、プロペラファン５の外径Ｄｆとの関係が、Ｒａ/Ｄｆ≦０．８５となるようにすることで、製品寸法を小さくすることができる。一方、第一直線部９を外周方向へ延設したものに比べると曲率半径が小さい第一Ｒ部８となるため、そのままプロペラファン５の外周側へ流入すると乱れた流れが流入することになる。しかし、第一直線部９があることで、流れがベルマウス６に沿い、乱れの少ない流れをプロペラファン５に流入させることができる。

一例として、プロペラファン５の直径が２１０ｍｍ、プロペラファン５の軸方向の高さが８０ｍｍで、ベルマウス６の回転軸２からの最大距離を１７５ｍｍ、前縁外周端１４から、第一直線部と第二Ｒの接点１５の軸方向の距離が６０ｍｍ、半径方向の距離が２３ｍｍとすると、前縁外周端１４から、第一直線部と第二Ｒの接点１５への音の入射角度である角Ｂ１６は７９°であり、角Ａ１３を１０°と設定することで、第一反射音１９は正面よりも外側に放出されて、音が拡散して、正面の音を低減することができる。

また、第二Ｒ部１０の曲率半径Ｒ１としたときに、曲率半径Ｒ１が小さすぎると、ベルマウス６に沿った流れが、第二Ｒ部１０で急激に軸方向に変化するため、ベルマウス６に沿うことができず、流れが剥離して、プロペラファン５の外周へ乱れた流れ流入し、騒音増加の原因となる。そこで、第二直線部１１の回転軸２からの半径方向距離Ｒｓｔ２に対して、Ｒ１／Ｒｓｔ２≧０．１２とすることで、プロペラファン５に乱れた流れを流入することを抑制することができる。

一例として、Ｒｓｔ２が１１０ｍｍのとき、Ｒ１の曲率を半径１３ｍｍ以上とすることで、プロペラファン５の外周側に乱れた流れを流入させることを抑制することができる。

また、図３に示すように、第一Ｒ部８の曲率半径ｒの中心が前縁外周端１４にあることで、第一Ｒ部８が前縁外周端１４の正圧面から放射される音をプロペラファン５の翼４の正圧面に反射し、その反射した音は、吹出側へ放出されるので、送風機正面の音を低減することができる。

さらに、前縁外周端１４と第一直線部と第二Ｒ部の接点１５を結ぶ線が、第二Ｒ部１０の第一直線部と第二Ｒ部の接点１５での法線となるようにすることで、第二Ｒ部１０の第一直線部と第二Ｒ部の接点１５よりベルマウス６の内側の領域では、前縁外周端１４の正圧面で発生した音が第二Ｒ部１０で反射して、翼４の正圧面に向かい、翼４の正圧面で反射した音は、吹出側へ放出される。前縁外周端１４の正圧面で発生して、第二Ｒ部１０で反射する音はすべて、吹出側へ放出されて、正面の音を低減することができる。

本発明にかかる、ベルマウスとプロペラファンを備える送風機は、送風性能を維持しながら、低騒音が可能であるので、室内で使用して換気する換気扇として有用である。

１ 送風機
２ 回転軸
３ 前縁
４ 翼
５ プロペラファン
６ ベルマウス
７ 空気の流れ
８ 第一Ｒ部
９ 第一直線部
１０ 第二Ｒ部
１１ 第二直線部
１２ 回転軸と垂直な面
１３ 角Ａ
１４ 前縁外周端
１５ 第一直線部と第二Ｒ部との接点
１６ 角Ｂ
１７ 側方気流
１８ 第一放射音
１９ 第一反射音
２０ 第二放射音
２１ 第二反射音
２２ 第一直線部延長線
２３ 反射角
２４ 反射音延長線
２５ 角Ｃ

Claims (4)

1. 回転軸を中心に回転する、前縁が回転方向に前進した複数の翼を備えたプロペラファン本体と、前記プロペラファンの外周を囲むベルマウスとを備え、
   前記ベルマウスは、
   前記回転軸を含む平面で切断した断面の形状において、
   吸込側から吹出側端部へ、第一Ｒ部と、第一直線部と、第二Ｒ部と、第二直線部とを有し、
   前記第一Ｒ部は、
   前記回転軸からの最大距離がＲａで、前記ベルマウスの内側が凹面となる曲線形状を有し、
   前記第一直線部は、
   前記第一Ｒ部に繋がり、前記回転軸に垂直な平面とのなす角の小さい側が角Ａであり、ベルマウスの外側から内側に向かって吹出側に傾斜した直線形状であり、
   前記第二Ｒ部は、
   前記第一直線部に繋がり、前記ベルマウスの内側が凸面となる曲線形状を有し、前記第二直線部は、
   前記第二Ｒ部と正接して、前記回転軸に平行に直線形状であり、
   前記プロペラファンの外径Ｄｆと前記最大距離のＲａとがＲａ/Ｄｆ≦０．８５であり、
   前記プロペラファンの前縁外周端と、前記第二Ｒ部と前記第一直線部の接点とを結んでできる直線と第一直線部となす角の外角が角Ｂであり、
   前記角Ａと前記角Ｂは、角Ａ+角Ｂ＜９０°であることを特徴とする送風機。
2. 前記第二Ｒ部の曲率半径Ｒ１は、
   前記第二直線部の軸方向の半径方向距離Ｒｓｔ２との比率で、
   Ｒ１／Ｒｓｔ２≧０．１２となることを特徴とする請求項１に記載の送風機。
3. 前記第一Ｒ部の曲率半径の中心が前記翼の前縁外周端にあることを特徴とする請求項１または２に記載の送風機。
4. 前記翼の外周端と前記第二Ｒ部の前記第二直線部との接点を結ぶ線が前記第二Ｒ部の前記第二直線部との接点での法線であることを特徴とする請求項１、２、３のいずれか一つに記載の送風機。

Images