JP3677214B2

JP3677214B2 - 軸流ファン

Info

Publication number: JP3677214B2
Application number: JP2001063612A
Authority: JP
Inventors: ヨンギュジュン; チャンジューンキム
Original assignee: エルジー電子株式会社
Priority date: 2000-10-02
Filing date: 2001-03-07
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2021-03-07
Also published as: KR100393993B1; JP2002106494A; KR20020026623A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸流ファンに関するもので、特に、冷蔵庫及び空気調和機などに広く用いられる軸流ファンのブレード構造の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、軸流ファンは外部の駆動源から伝えられる回転力によって回転しながら空気を軸方向に送風する流体機械の一つであって、扇風機や空気調和機及び冷蔵庫などの家電製品のみならず、航空機や発電機など多様な分野に広く用いられている。
かかる、軸流ファンの主要性能は、ファンの効率などのような流体力学的な特性と構造物の強度及び振動のような構造的な特性によって支配され、場合によって騒音などの特性は流体流動と構造物の相互作用とによって影響されることもある。
【０００３】
以下、図９ないし図１２を参照して従来の軸流ファンについて説明する。
既存の軸流ファン１０ａは、モーター３の駆動軸に結合されるハブ１５と、前記ハブ１５の外周部に放射状に形成されて空気を送風させる複数のブレード１４とからなり、ブレード１４の３次元的な形状は軸流ファンから得られる空気の流動特性を定める主な構成因子となる。
例えば、軸流ファンを構成するブレードの３次元的な形状はスイープ角と、内外径比、ピッチ角、最大キャンバー量及び最大キャンバー位置などの構成因子から表現され、ブレード１４の形状を３次元的に定義するかかる構成因子は空気力学分野で広く知られている因子であるので各々の個別因子に対する具体的な説明は省略する。
【０００４】
尚、流体の流れと関連したブレード１４の形状は、図９に示したように、流体が軸流ファン１０ａへ吸入される前の位置の上流側から軸流ファン１０を見る時、ブレード１４の面が負圧面１４ａ、その反対側の見えないブレード１４面は圧力面１４ｂにて定義される。
【０００５】
また、前記ブレード１４の半径方向の先端はブレードの前縁１６と後縁１７とを連結するブレードチップ１８で定義される。
【０００６】
この時、前縁１６はブレードチップ１８の一側とハブ１５とを連結する部分として空気を吸入する役割を行い、後縁１７はブレードチップ１８の他側とハブ１５とを連結する部分として空気を排出する。
一方、前記ブレード１４の厚さは図１０に示すようにファン半径方向に沿って先端分へいくほど減るようになる。
【０００７】
このように構成された軸流ファン１０ａはモーター３の駆動力を受けて回転することによってブレード１４の圧力面１４ｂと負圧面１４ａとの間に圧力差を引き起こし、そのため上流側の流体が下流側に流動することになり、軸流の流動現象が発生する。
しかしながら、このような従来の軸流ファン１０ａは、回転時に次のような構造上の問題があった。
【０００８】
即ち、従来の軸流ファン１０ａではブレード１４の回転時、図９及び図１０に示したように、ブレード１４のチップから渦流が生じ、該渦流は軸流ファン１０ａの送風効率を落とすだけではなく、ファン騒音を起こす主な要因となっている。
この時、前記渦流はブレード１４のチップ１８に沿ってブレード１４の下面である圧力面１４ｂから上面である負圧面１４ａへ流れるような流動形態を現す。
【０００９】
尚、このように各ブレード１４のチップ１８に沿って発生する渦流は軸流ファンにおいてはその設置個所に関係せず、共通的に発生する。
即ち、開放された空間に設置された軸流ファン１０ａであるか、或いは閉鎖された空間内に設置された軸流ファンであるかに構わず共通的に発生する。
特に、前記のようにブレード１４のチップから発生する渦流は図１２に示したように、軸流ファン１０ａがシュラウド５の内側に位置する時発生し易い。
【００１０】
即ち、図１２は図１１のＰ地点からシュラウド５と従来の軸流ファン１０ａの間を通過する空気の流動を観察して示した展開図であって、シュラウド５とブレードチップ１８との距離が最も近い位置に発生した渦流による逆流量は″ｄ１″で表示され、図面上の矢印の長さは流体の速度の大きさを表す。
【００１１】
要するに、従来の軸流ファン１０ａのブレードチップ１８では圧力面１４ｂの側から負圧面１４ａ側へ流れ込むような形態の多量の渦流が発生し、これは軸流ファンの損失だけではなく、ファン騒音の主な発生源となるという問題があった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述したような従来の問題点を解決するためになされたもので、軸流ファンを構成するブレード形状を最適に設計することによって一層向上された高効率、低騒音の軸流ファンを提供することをその目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明はハブと、前記ハブの外周面に放射状に形成されるブレードを備えた軸流ファンであって、前記ブレードの前縁と後縁とを連結するブレードチップに、前記ブレードの負圧面の方向に湾曲された小翼部が形成された軸流ファンにおいて、前記小翼部のファン半径方向の最大の長さがａである地点におけるファン軸方向の長さをｂとする時、前記小翼部のファン軸方向の長さｂは前記小翼部のファン半径方向の最大の長さａの４５〜１０５％の範囲に属する長さで設定されることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図１ないし図７を参照して本発明の実施の形態による軸流ファンをより詳細に説明する。
【００１５】
まず、図１ないし図６に基づいて本発明の第１実施形態を説明する。
図１は本発明による軸流ファンの一実施形態を示した斜視図であり、図２は図１の本発明の軸流ファンの構造を説明するための側面図であり、図３は図２のII−II線を切開して示した断面図であって、本発明はハブ１５と、前記ハブ１５の外周面に放射状に形成されるブレード１４を備えた軸流ファン１０において、前記ブレード１４の前縁と後縁１７とを連結するブレードチップ部分に、前記ブレード１４の負圧面１４ａ方向に湾曲された小翼部２０を形成している。
この時、前記軸流ファン１０に形成される小翼部２０はブレードチップの前縁１６から後縁１７に至るまでの全領域に亘って形成される。また、前記小翼部２０のファン半径方向の長さは前記ブレード１４の前縁１６から後縁１７に行くほど線型的に大きくなる。
【００１６】
より具体的には、前記小翼部２０のブレードの後縁１７側に存在するファン半径方向の最大の長さをａとし、軸流ファン１０の半径をＲｔとする時、前記小翼部２０のファン半径方向の最大の長さａは軸流ファン１０の半径Ｒｔの１１〜１８％の範囲に属する長さで設定される。ここで、小翼部２０のファン半径方向の最大の長さａはハブ１５の中心から小翼部２０のファン軸方向の先端までの高さで定義される（図３参照）。
また、前記小翼部２０のファン半径方向の長さが最大である地点におけるファン軸方向の長さをｂとする時、前記小翼部２０のファン軸方向の長さｂは前記小翼部２０の半径方向の最大の長さａの４５〜１０５％の範囲に属する長さで設定される。
前記小翼部２０のファン軸方向の長さｂはファン半径方向の長さが最大である地点におけるファン軸方向の長さであるので、結局ファン軸方向の最大の長さとなる。
【００１７】
要するに、本発明の第１実施形態による軸流ファンの小翼部は、前縁ではファン半径方向の長さ及びファン軸方向の長さが全て″０″として、後縁に行くほどファン半径方向の長さ及びファン軸方向の長さが線型的に増加して、後縁のある地点に至ってはファン半径方向の長さ及びファン軸方向の長さが各々最大値のａ，ｂを成すように設計される。
【００１８】
なお、前記小翼部２０の湾曲された形状は、ファンの軸線と、前記ファンの軸線に直交してブレード１４の厚さの中心を通る線との交差点の座標を（０，０）とし、小翼部２０のファン半径方向の最大の長さａにファン半径方向への小翼部の厚さを加えた長さをｃとする時、小翼部２０のファン半径方向の長さａの２倍である２ａを長軸とし、小翼部２０のファン軸方向の長さｂの２倍である２ｂを短軸とし、前記の座標（０，０）をファンの軸線方向にｂほど移動させると共に前記ブレード１４の厚さ中心部を通る垂直線方向にＲｔ−ｃほど移動させた地点の座標（ｂ、Ｒｔ−ｃ）を中心とした楕円の軌跡に沿うよう形成するのが望ましい。
【００１９】
以下、このように構成された本発明の第１実施形態における軸流ファンの作用に対して説明する。
【００２０】
まず、図４は図１１のＰ地点でシュラウド５と本発明の軸流ファン１０との間を通過する空気の流動を観察して示した展開図であって、図１２に比べるとシュラウド５と軸流ファン１０との間の流速が相対的に遅いので流動損失と逆流量が減少することがわかる。
即ち、図１２及び図４における矢印の長さは逆流する流体の速度の大きさを示し、″ｄ１″及び″ｄ２″は逆流量を示すので、前記図１２と図４における矢印の長さを比較したところ、本発明による軸流ファン１０では逆流する流体の速度が極めに遅くなり、幅″ｄ１″及び″ｄ２″を比較して本発明による軸流ファン１０における逆流量″ｄ２″が従来の軸流ファン１０ａで発生する逆流量″ｄ１″に比べて減少したことが分かる。
【００２１】
なお、図５は本発明による軸流ファンにおけるファン半径Ｒｔに対する小翼部２０のファン半径方向の長さａ比と騒音の大きさとの関係を示したグラフであり、図６は本発明による軸流ファン１０における小翼部２０のファン半径方向の長さに対する小翼部２０のファン軸方向の長さ比と騒音の大きさとの関係を示したグラフであって、該グラフを介して小翼部２０の最適の形状を設計することができる。
即ち、前記ブレード１４の前縁１６と後縁１７とを連結するブレードチップ部分に前記ブレード１４の負圧面１４ａの方向に湾曲するように形成される本発明の小翼部２０の最適の設計値は次の通りである。
【００２２】
まず、本発明の第１実施形態による小翼部２０のファン半径方向の長さは前記ブレード１４の前縁１６から後縁１７に行くほど線型的に増加する形態を有する。
より具体的には、前記小翼部２０のブレードの後縁１７側に存在するファン半径方向の最大の長さをａとし、軸流ファン１０の半径をＲｔとする時、前記小翼部２０のファン半径方向の最大の長さａは軸流ファン１０の半径Ｒｔの１１〜１８％の範囲に属する長さで設定される。
また、前記小翼部２０のファン半径方向の長さが最大である地点のブレード後縁１７側のファン軸方向の長さをｂとする時、前記小翼部２０のファン軸方向の長さｂは前記小翼部２０の半径方向の最大の長さａの４５〜１０５％の範囲に属する長さで設定される。
なお、前記小翼部２０は、軸流ファン１０の中心軸線と、ブレード１４の厚さの中心部をファン半径方向に通る線との交差点の座標を（０、０）とし、小翼部２０のファン半径方向の最大の長さａにファン半径方向への小翼部の厚さを加えた長さをｃとする時、小翼部２０のファン半径方向の長さａの２倍である２ａを長軸とし、小翼部２０のファン軸方向の長さｂの２倍である２ｂを短軸とし、座標（ｂ、Ｒｔ−ｃ）を中心とした楕円の軌跡に従うように形成するのが望ましい。
【００２３】
図７は本発明による軸流ファン１０と、従来の軸流ファン１０ａの周波数の帯域別の騒音の大きさを測定して示したグラフであり、同一の風量で小翼部２０を設置した本発明の軸流ファン１０と小翼部２０を備えていない従来の軸流ファン１０ａとの騒音スペクトラムを比較の場合、本発明の軸流ファン１０は広帯域に亘って従来の軸流ファン１０ａに比べて騒音が減ることが分かる。
【００２４】
なお、前記本発明の第１実施形態による小翼部２０は、ファン半径方向の長さａと小翼部２０のファン軸方向の長さｂを傾きとする直線に沿ってほぼ湾曲して形成されるか、直線をなすように形成されても良い。
即ち、前記小翼部２０のファン半径方向の長さをａ、前記小翼部２０のファン軸方向の長さをｂ、軸流ファン１０の半径をＲｔとする時、前記小翼部２０のファン半径方向の長さａは軸流ファン１０の半径Ｒｔの１１〜１８％の範囲に属する長さで設定され、前記小翼部２０のファン軸方向の長さｂは前記小翼部２０のファン半径方向の最大の長さａの４５〜１０５％の範囲に属する長さで設定されて、前記小翼部２０はファン半径方向の長さａと小翼部２０のファン軸方向の長さｂとを傾きとする直線に沿ってほぼ湾曲されるか、或いは直線形態をなすように形成される。
また、前記軸流ファン１０のブレードチップの部分に形成される小翼部２０は前縁１６から後縁１７に至るまでの全領域に亘って形成するものではなく、前縁から後縁へ至るまでの全領域のうち一部の領域にのみ形成されることもできる。
【００２５】
なお、図８は本発明による軸流ファンの他の実施形態を示した斜視図であって、この場合には前記小翼部２０のファン半径方向の長さ及び軸方向の長さがブレード１４の前縁１６から後縁１７に至るまで一定に形成される。
【００２６】
この時、前記小翼部２０のファン半径方向の長さをａとし、軸流ファン１０の半径をＲｔとする時、前記小翼部２０のファン半径方向の長さａは軸流ファン１０の半径Ｒｔの１１〜１８％の範囲に属する長さで設定される。
また、前記小翼部２０のファン軸方向の長さをｂとする時、前記小翼部２０のファン軸方向の長さｂは前記小翼部２０のファン半径方向の最大の長さａの４５〜１０５％の範囲に属する長さで設定される。
即ち、この場合には前記第１実施形態とは異なり、小翼部２０のファン半径方向の長さａ及びファン軸方向の長さｂが前縁１６から後縁１７に至るまでの全領域に亘って一定値を有する。
【００２７】
【発明の効果】
以上、本発明は軸流ファンを構成するブレード形状の最適設計によって一層向上された高効率、低騒音軸流ファンを提供することができる。
即ち、本発明は、軸流ファンのブレードチップ部分に小翼部を取り付けることによってブレードチップから発生する逆流量を減らして、ファンの効率を向上させるとともに騒音を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による軸流ファンの一実施形態を示した斜視図である。
【図２】図１の本発明の軸流ファンの構造を説明するための側面図である。
【図３】図２のII−II線を切開して示した断面図である。
【図４】図１１のＰ地点からシュラウドと本発明の軸流ファンとの間を通る空気の流動を観察して示した展開図である。
【図５】本発明による軸流ファンにおけるファン半径に対する小翼部のファン半径方向の長さ比と騒音の大きさとの関係を示したグラフである。
【図６】本発明による軸流ファンにおける小翼部のファン半径方向の長さに対する小翼部のファン軸方向の長さ比と騒音の大きさとの関係を示したグラフである。
【図７】本発明による軸流ファンと従来の軸流ファンの周波数の帯域別の騒音の大きさを測定して示したグラフである。
【図８】本発明による軸流ファンの他の実施形態を示した斜視図である。
【図９】従来の軸流ファンの構造を説明するための側面図である。
【図１０】図９のＩ−Ｉ線を切開して示した断面図である。
【図１１】シュラウドの間に図９の軸流ファンが取り付けられた状態を概略的に示した平面図である。
【図１２】図１１のＰ地点からシュラウドと従来の軸流ファンとの間を通る空気の流動を観察して示した展開図である。
【符号の説明】
３…モーター
５…シュラウド
１０…軸流ファン
１４…ブレード
１４ａ…負圧面
１４ｂ…圧力面
１５…ハブ
１６…前縁
１７…後縁
１８…ブレードチップ
２０…小翼部

Claims

ハブと、前記ハブの外周面に放射状に形成されるブレードを備え、前記ブレードの前縁と後縁とを連結するブレードチップ部分に、前記ブレードの負圧面の方向へ湾曲された小翼部が形成された軸流ファンにおいて、
前記小翼部のファン半径方向の最大の長さがａである地点におけるファン軸方向の長さをｂとする時、前記小翼部のファン軸方向の長さｂは前記小翼部のファン半径方向の最大の長さａの４５〜１０５％の範囲に属する長さで設定されることを特徴とする軸流ファン。
前記小翼部は、
ファン半径方向の最大の長さａと小翼部のファン軸方向の長さｂとを傾きとする直線に沿ってほぼ湾曲して形成されることを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
前記小翼部は、
ファンの軸線と、前記ファンの軸線に直交してブレードの厚さの中心部を通る垂直線との交差点の座標を（０，０）とし、小翼部のファン半径方向の最大の長さａにファン半径方向への小翼部の厚さを加えた長さをｃとする時、
小翼部のファン半径方向の長さａの２倍である２ａを長軸とし、小翼部のファン軸方向の長さｂの２倍である２ｂを短軸とし、座標（ｂ，Ｒｔ−ｃ）を中心とした楕円形の軌跡に沿って形成されることを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
前記小翼部のファン半径方向の長さをａ、前記小翼部のファン軸方向の長さをｂ、軸流ファンの半径をＲｔとする時、
前記小翼部のファン半径方向の長さａは、軸流ファンの半径Ｒｔの１１〜１８％の範囲に属する長さで設定され、前記小翼部のファン軸方向の長さｂは、前記小翼部のファン半径方向の最大の長さａの４５〜１０５％の範囲に属する長さで設定され、前記小翼部はファン半径方向の長さａと小翼部のファン軸方向の長さｂとを傾きとする直線形態をなすことを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。