JP2001107894A

JP2001107894A - 軸流ファン

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Publication number: JP2001107894A
Application number: JP28383799A
Authority: JP
Inventors: Kenji Tanaka; 謙次田中; Hidetoshi Terasaka; 英俊寺坂
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-10-05
Filing date: 1999-10-05
Publication date: 2001-04-17
Anticipated expiration: 2019-10-05
Also published as: JP3602991B2

Abstract

(57)【要約】【課題】２段の軸流羽根車を有し、送風方向を双方向に
切り替え可能な軸流ファンにおいて、正逆いずれの運転
においても軸流ファンの効率を向上させる。【解決手段】回転方向可逆式の電動機２の両側に、羽根
車３ａ、３ｂおよびコーン１１ａ、１１ｂが設けられて
いる。電動機２の回転方向に応じて空気の流れをＡ、Ｂ
のいずれかに切り替える。Ａ方向に空気を送るときは、
前段側の羽根車３ｂの翼４ｂが回転し、軸方向成分と周
方向速度成分とを有する噴流が羽根車から噴出される。
羽根車３ａ、３ｂ間には、小径のステー１２が設けられ
ており、電動機２を保持している。このステーの径は、
小計であるので、流れをほとんど邪魔せず、気流は流れ
方向を変えずに後段の羽根車３ｂに流入する。羽根車３
ｂは、羽根車３ａと同一方向に同一速度で回転している
ので、気流はほとんど仕事をしないで吸込み口から外部
に送風される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は軸流ファンに係り、
特に双方向に吹き出し方向を切り替え可能なジェットフ
ァンに好適な軸流ファンに関する。

【０００２】

【従来の技術】軸流ファンの一つである、道路トンネル
の換気等に用いられるジェットファンは、トンネルの天
井に配置されるので、メインテナンスを可能な限り少な
くすることが望まれる。また、トンネル内の車両の流れ
具合や風の方向に応じて換気を容易にできるようにする
ために、トンネル内での空気の流れを順方向及び逆方向
に切換えるようにしている。そして軸流ファンに流入
し、流出する気流の乱れを低減するために、吸込み口及
び内筒形状が定められている。

【０００３】ところで、内筒をケーシングに取付けるた
めに、ステーが用いられるが、このステーが気流を乱す
ことになるので、内筒代わりに、たとえば特許登録第２
７１２８００号公報や実用新案登録第２５６９６９３号
公報に記載される軸流ファンでは、羽根車と一体で回転
するコーンを羽根車に取り付けて、ステーを不要にして
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
技術に示した軸流ファンでは、一方向にのみ噴流を吹き
出すように運転しているので、羽根車間に設けたステー
を静翼として設計し、流れ方向を調整している。しか
し、最近のトンネルにおいては、車両の走行状態により
トンネルファンの流れ方向を変化させることが望まれて
おり、一方向にのみ流すファンでは生じなかった不具合
を生じている。つまり、軸流ファンからの流れを順方向
及び逆方向の双方向に流す場合、静逆両流れにおいて同
程度の性能を得るためには、片方の流れにのみ合った静
翼を用いることはできない。そのため、ステーをもはや
静翼と同様に設計することができない。

【０００５】本発明は、上記従来技術の有する不具合に
鑑みなされたものであり、その目的は、正逆双方向に運
転が可能な軸流ファンにおいて、正逆いずれの運転にお
いても軸流ファン効率を高めることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の特徴は、電動機の両軸端部に軸流羽根
車を有し、円筒状のケーシング内に電動機を収納した正
逆回転可能な軸流ファンにおいて、羽根車よりも軸端部
にこの羽根車と同期回転するコーンを設け、一方の羽根
車から噴出される気流の周方向流れ成分をほぼ保持した
まま他方の羽根車へ導くとともに、電動機を支持する支
持手段をケーシングに設けたものである。

【０００７】そして好ましくは、電動機と支持手段との
間に電動機の載置台を設けたものである。また、支持手
段は、複数の周方向にほぼ等間隔で配置された針金を有
する、または支持手段は、網目状であることがのぞまし
い。

【０００８】上記目的を達成するための本発明の第２の
特徴は、周方向に間隔を置いて配置された複数の翼を有
する軸流羽根車を電動機の両軸端部に備え、円筒状のケ
ーシング内に電動機を収納した正逆回転可能な軸流ファ
ンにおいて、羽根車よりも軸端部にこの羽根車と同期回
転するコーンを、電動機にこの電動機を支持する支持手
段をそれぞれ設け、複数の翼の仕事が、先端部でその他
の部分より少ないものである。

【０００９】そして好ましくは、支持手段は、一方の前
記羽根車から噴出される気流の周方向流れ成分をほぼ保
持したまま他方の羽根車へ導くものである。また、複数
の翼における翼弦長と翼ピッチの比である弦節比を、先
端から翼高さ中央にかけて徐々に大きくし、翼高さ中央
から根元にかけてほぼ一定とするか、複数の翼における
翼最大厚みと翼弦長の比である厚み比を、先端から翼高
さ中央にかけて徐々に大きくし、翼高さ中央から根元に
かけてほぼ一定とすることが望ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの実施例
を図面により説明する。図１は本発明による軸流ファン
の一実施例の縦断面図であり、図２はそのC-C断面図で
ある。ケーシング１内に配置された電動機２は、回転方
向を双方に切り替え可能である。この電動機２では、両
側に回転軸８ａ、８ｂが突出している。一方の回転軸８
ａには、周方向にほぼ等間隔に複数の翼４ａが配置され
た羽根車３ａと、この羽根車３ａと一体に回転するコー
ン１１ａが固定されている。他方の回転軸８ｂにも、周
方向に保母等間隔に複数の翼４ｂが配置された羽根車３
ｂと、この羽根車３ｂと一体に回転するコーン１１ｂが
固定されている。電動機２は、ステー１２により支持さ
れている。

【００１１】このように構成した軸流ファンでは、電動
機２が一方向に回転すると、その前後の羽根車３ａ、３
ｂの翼４ａ、４ｂも同方向に回転する。これにより、吸
込み口１０ａ、または吸込み口１０ｂから吸込まれた空
気が加圧されて、他方の吸込み口１０ｂまたは吸込み口
１０ａから吐出される。

【００１２】今、矢印A方向に空気が流れるものとす
る。この場合、ケーシング１の吸込み口１０ｂから矢印
Ａ方向に吸込まれた空気は、前段側の羽根車３ｂの翼４
ｂの回転により電動機2側に噴流となって吹き出され
る。この噴流は、軸方向成分と周方向速度成分とを有し
ている。羽根車３ａから吹き出された噴流は、後段側の
羽根車３ａに送り込まれる。その際、噴流はその流れ方
向をほとんど変えないで、羽根車３ａに流れ込む。すな
わち、噴流は羽根車３ａに流入する際に、周方向速度成
分がほとんど失われない。

【００１３】後段側の羽根車３ａは、前段側の羽根車３
ｂと同一回転方向および同一回転速度で回転している。
そこで、後段側の羽根車３ａの翼４ａの出口角を、前段
側の羽根車３ｂから噴出される気流の方向とほぼ同じに
設定しておく。この結果、後段側の羽根車３ａにおける
仕事が減少する。

【００１４】後段側の羽根車３ａを通過した気流は、ケ
ーシング１の他方の吸込み口１０ａから排出される。そ
の際、羽根車３ａの直後に設けたコーン１１ａと、ケー
シング１の間の流路を、羽根車３ａから吹き出された気
流が通過する。このとき、気流の周方向速度成分の幾分
かは、静圧に変換される。コーン１１ａは、先端部にい
くにつれて徐々に直径が減少する球面状をしている。こ
のため、羽根車３ａから噴出した気流は、コーン１１ａ
の先細り形状に伴って、内径側に向かって徐々に広がっ
ていく。そして、ケーシング１の吸込み口１０ａから吹
き出すときには、吸込み口１０ａの断面でほぼ均一な速
度分布となっている。

【００１５】なお、電動機２の回転方向を上記とは逆に
し、ケーシング１内の空気の流れを矢印Ｂ方向にする場
合も同様である。但し、この場合には、前段側の羽根車
は羽根車３ａであり、後段側の羽根車は羽根車３ｂであ
る。図２は、図１のＣ−Ｃ断面図であり、前段側の羽根
車と後段側の羽根車間に設けたステー１２の詳細図であ
る。電動機２を載置する載置台７は、複数のパイプ状を
なす小径のステー１２を介してケーシング１の内面に取
り付けられている。ここで、複数のステー１２は、前段
の羽根車から噴出する噴流の周方向速度成分ができるだ
け減少しないように配置されている。このステー１２径
及び本数は、電動機２を安定して保持できるように設定
されている。なお、本実施例では、ステー１２は、電動
機２の下側にのみ配置した。

【００１６】本実施例によれば、前段側の羽根車から噴
出された噴流は、周方向速度成分をほとんど減少しない
で、後段側の羽根車に流入するので、前段側の羽根車と
後段側の羽根車の仕事の配分を、従来はそれぞれ約５０
%であったものを、約９５％と５％程度に改善すること
ができる。さらに、本実施例に示したものを実験した結
果、従来６４%程度であったファン効率を６８％まで向
上できた。これは、本実施例が従来技術よりも空気流に
与える仕事は少ないが、空気流に与える仕事の減少に比
べて軸動力の減少が大きいことによる。

【００１７】図３は、図２に示したステーの変形例であ
り、図２と同様に軸直角断面図で示している。図２にお
いてはステーは円柱状であったが、本変形例では細い針
金のステー１３を用いている。細い針金のステー１３を
複数本、電動機２とケーシング１間に張り巡らすことに
より、電動機２をケーシング１内に保持している。この
場合、針金１３の張力を利用するために、針金は周方向
に均等位置に設けるのがよい。本変形例では、針金の面
積が少ないので、流れを邪魔する恐れが無い。

【００１８】図４は、図２に示したステーのさらなる変
形例であり、図１の電動機２部の横断面図である。本変
形例では、円柱状のステーの代わりに、網状のステー１
４を用いている。電動機２を載置する載置台７を、複数
の網状のステー１４によりケーシング１に固定してい
る。前段側の羽根車から噴出した気流は、これらステー
１４の網目を通して流れるが、その際、周方向速度成分
はほとんど減少せず、後段側に流入する。したがって、
後段側の羽根車が流れを乱す恐れが無い。

【００１９】なお、上記実施例および変形例では、前段
側と後段側の両方に羽根車を備えているが、正逆可変の
羽根車１段のみを有する軸流ファンであっても、ステー
に上記実施例及び変形例で示したものを用いれば、効率
の向上が望める。

【００２０】次に、本発明の他の実施例を図５以下を用
いて説明する。本実施例が図１に示した実施例と異なる
点は、翼の負荷分布を変えたことにある。つまり、従来
の軸流ファンにおいては、翼の付け根から翼の先端まで
ほぼ均一に仕事をする翼を採用していたが、本実施例で
は、翼の先端側(外径側)に仕事の配分を多くし、翼の付
け根側(内径側)の仕事の配分を少なくしている。つま
り、前段側羽根車における流れの絶対周方向速度成分
を、外径側で大きくし、内径側で小さくしている。この
ような羽根車を用いた軸流ファンにおいて、翼の半径方
向の仕事量分布を測定した結果を図６に示す。図６にお
いて、横軸は仕事量（ヘッド）を、縦軸は翼の半径方向
位置（ｒ₀＝翼付け根の半径位置、ｒ＝翼の任意の半径
位置）を表している。白丸で示したグラフは、前段側の
羽根車についての実験結果であり、黒丸で示したグラフ
は、後段側の羽根車についての実験結果である。電動機
２を、図２に示したステーを用いて支持した。本実施例
によれば、軸流ファンの効率が７３％となり、図２に示
した場合に比べてさらに効率が向上し、消費電力を大幅
に低減した。

【００２１】図６に、本発明のさらに他の実施例にかか
る翼形状を示す。本図は、翼４ａ、４ｂの子午面形状を
示す図であり、図７はその翼の半径一定位置での断面で
あり、周方向に展開した図である。翼弦長Ｃと翼ピッチ
Ｐの比である弦節比σ（Ｃ／Ｐ）を翼先端(最外径位置)
から翼高さ中央(中間半径位置)までは大きくし、翼高さ
中央から根元(最内径位置)までを一定にしている。本実
施例にかかる翼(白丸)と従来翼(黒丸)との弦節比の比較
を図８に示す。

【００２２】σ_tは翼先端における弦節比を表わす。従
来翼では、根元付近で隣り合う翼との重なり部が最も長
く、流速が速い区間が長い。このため、根元付近の損失
が大きくなる。本実施例の翼は、翼高さ中央から根元に
かけて弦節比を一定としている。その結果、翼根元付近
で流速が速い区間が極端に長くなることはない。そし
て、翼損失を低減でき、軸流ファンの効率向上が可能に
なる。効率がよい弦節比の範囲は、先端弦節比σ_tに対
する比（σ／σ_t）で、１．８〜１．９の範囲である。

【００２３】図９は、図７に示した実施例の変形例であ
り、図７と同様の断面図である。翼最大厚みｔ_maxと翼
弦長Ｃの比である厚み比γ（ｔ_max／Ｃ）を、翼先端か
ら翼高さ中央にかけて大きくし、翼高さ中央から根元に
かけてほぼ一定としている。本実施例と従来翼との厚み
比の比較を、図１０に示す。ここで、γ_tは翼先端にお
ける厚み比である。翌根本付近の翼厚さが厚いので、根
元付近で隣り合う翼との重なり部の流路幅が最も狭くな
って、流れを増速していた従来翼に比べ、本実施例では
翼厚さを根元付近で薄くしたので、流れは増速しにく
く、損失を低減できる。なお、翼の強度を確保し、効率
を向上できる厚み比の範囲は、先端厚み比γ_tに対する
比（γ／γ_t）で、１．２５〜１．５の範囲である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、２
段の軸流羽根車を有し双方向に送風可能な軸流ファンに
おいて、羽根車間に設けられた電動機を支持するステー
があっても流れの周方向成分をほぼ保てるので、軸流フ
ァンの正逆いずれの運転においても軸流ファン効率を向
上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る軸流ファンの一実施例の縦断面図
である。

【図２】図１に示した軸流ファンのＣ−Ｃ断面図であ
る。

【図３】図２に示した軸流ファンの変形例の図である。

【図４】図２に示した軸流ファンの他の変形例の図であ
る。

【図５】本発明に係る軸流ファンの翼の仕事量分布を説
明するグラフである。

【図６】本発明に係る軸流ファンの他の実施例の翼の子
午面形状を示す図である。

【図７】図６のＤ−Ｄ断面、及びＥ−Ｅ断面図である。

【図８】翼の弦節比分布を説明する図である。

【図９】図６の変形例の図であり、図７と同様の断面で
示した図である。

【図１０】図９に示した翼の、翼厚み分布を説明する図
である。

【符号の説明】

１…ケーシング、２…電動機、３ａ、３ｂ…羽根車、４
ａ、４ｂ…翼、５ａ、５ｂ…内筒、６…ステー、７…載
置台、８ａ、８ｂ…電動機の回転軸、９ａ、９ｂ…ステ
ー、１０ａ、１０ｂ…吸込口、１１ａ、１１ｂ…コー
ン、１０…針金ステー、１１…網状板ステー、１２…パ
イプ状ステー、１３…針金状ステー、１４…網状ステ
ー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3H032 CA01 CA02 CA04 CA08 CA09 NA05 NA06 3H033 AA02 BB02 BB08 BB20 CC01 CC03 DD03 DD27 DD28 DD29 EE14 EE17 EE19 3H034 AA02 BB02 BB08 BB20 CC01 CC03 DD14 DD27 DD28 EE14 EE18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電動機の両軸端部に軸流羽根車を有し、円
筒状のケーシング内に前記電動機を収納した正逆回転可
能な軸流ファンにおいて、前記羽根車よりも軸端部にこの羽根車と同期回転するコ
ーンを設け、一方の前記羽根車から噴出される気流の周
方向流れ成分をほぼ保持したまま他方の羽根車へ導くと
ともに、前記電動機を支持する支持手段を前記ケーシン
グに設けたことを特徴とする軸流ファン。
【請求項２】前記電動機と前記支持手段との間に電動機
の載置台を設けたことを特徴とする請求項１に記載の軸
流ファン。
【請求項３】前記支持手段は、複数の周方向にほぼ等間
隔で配置された針金を有することを特徴とする請求項１
に記載の軸流ファン。
【請求項４】前記支持手段は、網目状であることを特徴
とする請求項１に記載の軸流ファン。
【請求項５】周方向に間隔を置いて配置された複数の翼
を有する軸流羽根車を電動機の両軸端部に備え、円筒状
のケーシング内に前記電動機を収納した正逆回転可能な
軸流ファンにおいて、前記羽根車よりも軸端部にこの羽根車と同期回転するコ
ーンを、前記電動機にこの電動機を支持する支持手段を
それぞれ設け、前記複数の翼の仕事が、先端部でその他
の部分より少ないことを特徴とする軸流ファン。
【請求項６】前記支持手段は、一方の前記羽根車から噴
出される気流の周方向流れ成分をほぼ保持したまま他方
の羽根車へ導くことを特徴とする請求項５に記載の軸流
ファン。
【請求項７】前記複数の翼における翼弦長と翼ピッチの
比である弦節比を、先端から翼高さ中央にかけて徐々に
大きくし、翼高さ中央から根元にかけてほぼ一定とした
ことを特徴とする請求項１または請求項６に記載の軸流
ファン。
【請求項８】前記複数の翼における翼最大厚みと翼弦長
の比である厚み比を、先端から翼高さ中央にかけて徐々
に大きくし、翼高さ中央から根元にかけてほぼ一定とし
たことを特徴とする請求項１または請求項６に記載の軸
流ファン。