JPH0786359B2 - プロペラファン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は換気扇、空調機室外機等に用いられるプロペ
ラファンに関するものである。

［従来の技術］ 食違い角が大きい翼や、層流翼形を使用した翼で羽根車
を構成したプロペラファン、又は翼面に発達する境界層
を層流に保つように羽根の形状を最適化したプロペラフ
ァンでは、開放点近くで運転すると、渦流失に伴い特定
の周波数帯域の騒音が発生する。この状態を第10図に示
す。

図中、（１）は翼、（1A）は翼（１）の負圧面、（1B）
は同じく圧力面、（２）は負圧面（1A）に発達する層流
境界層で、（2a）はそこに生ずるＴ−Ｓ波、（３）は翼
（１）の圧力面（1B）に発達する境界層、（４）は流失
渦、θは食違い角である。

すなわち、流失渦（４）は翼（１）の後縁を離れると
き、音波を発生し、その音波が上流に伝搬し、層流境界
層（２）中のＴ−Ｓ波（2a）を誘起する。翼（１）の後
縁をＴ−Ｓ波（2a）が通過するとき、後縁から渦が流失
し、また音波が発生する。このような現像の繰返しによ
って、特定の周波数帯域の騒音が発生する。

第11図及び第12図は、例えば特開昭54−39207号公報に
示された従来のプロペラファンで、上記渦流失騒音を低
減させようとするものであり、第11図は要部斜視図、第
12図は翼の横断面図である。

図中（５）は翼（１）の後縁に設けられた網状の突起、
（６）は突起（５）により発生した乱流境界層、（７）
はポテンシャル流である。

従来のプロペラファンは上記のように構成され、ポテン
シャル流（７）は翼（１）に軸流速度Ca、相対速度W₁、
及び流入角β_１で流入し、相対速度W₂及び流失角β_２で
流失する。また、W₂n及びβ₂nは翼（１）に突起（２）
がないときの相対速度及び出口角度である。

さて、ポテンシャル流（７）の中に翼（１）を設置する
と、食違い角θが大きい場合、翼（１）の負圧面（1A）
に発達する層流境界層（２）は乱流境界層（６）に遷移
せず、後縁まで層流境界層（２）として存在する。層流
境角層（２）が翼（１）の後縁を通過するとき、特定の
条件が成立すると、上述のように渦流失騒音が発生す
る。そこで、翼（１）の後縁部に突起（５）を設ける
と、負圧面（1A）の層流境界層（２）は突起（５）によ
って乱され、乱流境界層（６）に遷移する。後縁部を通
過する流れが乱流境界層（６）の場合は、層流不安定に
起因する渦流失騒音は大幅に減少する。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来のプロペラファンでは、翼（１）の後
縁に網状の突起（５）を設けたため、渦流失騒音は減少
するが、新たに次のような二つの問題点が生じる。

その一つは、翼（１）の後端部に突起（５）を設けるた
め、突起（５）により発生する乱流境界層（６）の強度
が大幅に増加する点である。翼（１）から発生する騒音
は、上記のような周期的な渦流失によるものの外に、不
規則な乱流渦によるものがある。乱流渦による騒音は広
帯域騒音と呼ばれ、翼（１）の後縁を通過する乱流の強
度と、後流幅にはほぼ比例して増加する。したがって、
突起（５）で乱流境界層（６）を発生させると、渦流失
騒音は減少するが乱流渦騒音が増加し、騒音の総計値は
突起（５）がない場合に比べてほぼ同じか、最悪の場合
逆に増加するという問題点がある。

他の一つは、翼（１）の後縁部に突起（５）を設ける
と、負圧面（1A）の層流境界層（２）は突起（５）の先
端ではく離し、下流で再付着して乱流境界層（６）に遷
移する。ポテンシャル流（７）は大規模なはく離、再付
着の外側を流れるため、突起（５）がない場合と比べ
て、翼（１）の後縁から流失するとき滑りが大きくな
る。すなわち、ポテンシャル流（７）は後縁から相対速
度W₂n及び流失角β₂nで流失するところ、相対速度W₂及
び流失角β_２で流失することになる。ここで、翼（１）
が行う仕事は転向角β_１−β_２に比例するため、β_２＞
β₂nの場合、β_１−β_２＜β_１−β₂nとなるため仕事量
が減少し、その結果風量も減少するという問題点があ
る。

この発明は上記問題点を解決するためになされたもの
で、乱流渦による広帯域騒音を増加させることなく、更
に風量も減少させることなく、翼から発生する渦流失騒
音を大幅に低減できるようにしたプロペラファンを提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るプロペラファンは、翼の負圧面の後縁部
に後端に向かって低くなる段を１段以上設け、段の境界
から後端までの流さを、段の高さの６倍〜30倍に設定し
たものである。

［作 用］ この発明においては、翼の負圧面の後縁部に段を設け、
段の境界から後端までの長さを、段の高さの６倍〜30倍
に設定したため、負圧面上に発達する層流境界層は円滑
に乱流境界層に遷移する。

［実施例］ 第１図〜第３図はこの発明の一実施例を示す図で、第１
図は正面図、第２図は第１図のII−II線断面図、第３図
は第２図の要部拡大図であり、従来装置と同様の部分は
同一符号で示す。

図中、（1a）は翼（１）の前縁部、（1b）は同じく後縁
部、（1c）は後縁部（1b）に高さＨだけ低く、長さＬに
形成された段、（1d）は翼（１）の後端、（1e）は段
（1c）と翼（１）の境界で、段（1c）は圧力面（1B）と
平行に、境界（1e）は負圧面（1A）と垂直に形成されて
いる。（９）は翼（１）の回転方向、（10）は翼（１）
の翼弦線の中心線を連ねた線、（11）は層流再循環領
域、（12）は境界層の再付着点、（13）は層流境界層
（２）が乱流境界層（６）に遷移する混合領域である。

上記のように構成されたプロペラファンにおいては、翼
（１）の負圧面（1A）上を後縁部（1b）に達した層流境
界層（２）は、境界（1e）ではく離して境界（1e）と段
（1c）の間で渦を生じ、層流再循環領域（11）を発生さ
せる。境界（1e）ではく離した層流境界層（２）は、層
流再循環領域（11）の外側を流れ、再付着点（12）で段
（1c）に付着する。付着した流れは混合領域（13）を経
て乱流境界層（６）に遷移する。後端（1d）における境
界層が乱流境界層（６）の場合は、層流不安定に起因す
る渦流失騒音は発生しない。

境界（1e）から再付着点（12）までの距離Ｓは、Ｓ＝6H
〜7Hとなることが実験により判明している。また、乱流
境界層（６）の厚さは、境界（1e）から30H程度離れる
と、段（1c）の高さＨ程度となり、これよりも長くなる
と乱流境界層（６）が厚くなり過ぎて、乱流騒音が増加
する傾向になる。したがって、段（1c）の長さＬは6H〜
30Hあれば、渦流失騒音を減衰させることができ、しか
も乱流騒音を増加させることはない。また、段（1c）の
高さＨは、翼（１）の厚さをｄとすれば、0.1d＜Ｈ＜ｄ
の条件を満足させれば十分であることが実験により確か
められた。

プロペラファンの送風作用は、翼（１）によりポテンシ
ャル流（７）である翼間流れが変化することによって達
成される。ポテンシャル流（７）は層流境界層（２）及
び乱流境界層（６）の外側の流れで、境界層の厚みによ
ってその方向が変化する。特に翼（１）の後縁部（1b）
におけるポテンシャル流（７）が、翼（１）の負圧面
（1A）から離れると、ファンの送風性能は急激に低下す
る。すなわち、ファンの行う仕事は転向角β_１−β_２に
比例するので、境界層が大きくはく離し、そのまま後端
（1d）から流失したり、その厚みが大幅に大きくなった
りすると、流失角β_２が大きくなり、ファンの仕事量は
大幅に減少する。しかし、実施例のように段（1c）があ
れば、層流境界層（２）は小規模のはく離を起こすもの
の、段（1c）で再付着するので、ポテンシャル流（７）
が後端部（1b）で翼（１）から離れることはない。その
結果、ポテンシャル流（７）は翼（１）の後縁部（1b）
に沿って流れるので、従来のものと異なり流量が減少す
ることはない。

また、第１図に示すような翼弦線中心点を連ねた線（1
0）が回転方向に前進し、かつファンの吸込み方向に前
傾しているような低騒音プロペラファンでは、その形状
によって翼（１）面の境界層の発達が抑制され、負圧面
（1a）の境界層は層流のまま後縁部（1b）から流失して
いる。この形式のプロペラファンに対して、段（1c）を
翼（１）の後縁部（1b）に設ければ、渦流失騒音は消失
し、かつ乱流騒音も低減できるので、極めて低騒音のプ
ロペラファンを構成することができる。

また、上記実施例では、段（1c）を圧力面（1B）と平行
にし、境界（1e）を負圧面（1A）と直交するようにした
が、第４図〜第９図の他の実施例に示すように構成する
ことも可能である。

すなわち、第４図は境界（1e）面を後端（1d）に向かっ
て傾斜させ、段（1c）を圧力面（1b）と平行にしたもの
である。第５図は段（1c）を後端（1d）に向かって低く
なるテーパ状にし、境界（1e）面を負圧面（1A）と直交
させたものである。第６図は段（1c）を後端（1d）に向
かって低くなるテーパ状にし、境界（1e）面も後端（1
d）に向かって傾斜させたものである。第７図は境界（1
e）面と負圧面（1A）の交差部に丸味を設け、段（1c）
を圧力面（1B）と平行にしたものである。第８図は境界
（1e）面と負圧面（1A）の交差部に丸味を設け、段（1
c）を後端（1d）に向かって傾斜させたものである。第
９図は複数の段（1c₁）（1c₂）を設けたもので、後端
（1d）の厚みを薄くすることができるので、渦流失騒音
は消失し、乱流騒音も更に低減する。

［発明の効果］ 以上説明したとおりこの発明では、翼の負圧面の後端部
に後端に向かって低くなる段を１段以上設け、段の境界
から後端までの長さを、段の高さの６倍〜30倍に設定し
たので、乱流騒音を大幅に増加させることなく、かつ風
量を減少させることなく、層流不安定による渦流失騒音
を大幅に低減することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるプロペラファンの一実施例を示
す正面図、第２図は第１図のII−II線断面図、第３図は
第２図の要部拡大図、第４図〜第９図はこの発明の他の
実施例を示す図で、第２図の要部拡大相当図、第10図〜
第12図は従来のプロペラファンを示す図で、第10図は渦
流失説明図、第11図は要部斜視図、第12図は第11図の翼
の横断面図である。 図中、（１）は翼、（1A）は負圧面、（1b）は後縁部、
（1c）（1c₁）、（1c₂）は段、（1d）は後端、（1e）は
境界である。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数枚の翼を有し、この翼の負圧面の後縁
   部に後端に向かって低くなる段を１段以上設け、上記翼
   と上記段の境界から上記翼の後端までの長さを上記段の
   高さの６倍〜30倍に設定してなるプロペラファン。