JP2001115996A - 軸流ファン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高性能でかつ、広い作動範囲を有し、低騒音で
あるエアセパレータ付の軸流ファンを提供する。 【解決手段】本発明のエアセパレータ付軸流ファンは、
エアセパレータにおける整流ベーンと動翼の軸方向オー
バラップ長Ｉｏと前記動翼の軸方向コード長の比Ｉｏ／
Ｉｂを０．１５以上０．２５以下、さらに、動翼の先端
と整流ベーンの内縁の最大内径位置間距離ｄと動翼の高
さＨとの比ｄ／Ｈを０．０７以上０．１３以下とする。 【効果】上記手段により、動翼先端付近の圧力変動と、
整流ベーンとの干渉が少なくなり、性能を維持した状態
で騒音を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低流量域特性を改
善するためのエアセパレータを備えた軸流ファンに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】低流量特性改善のためのエアセパレータ
を備えた軸流ファンは、例えば実開平３−８７９００号
公報に記載されている。

【０００３】それによると、ケーシング外周に環状に設
けられ動翼の上流側先端と向かい合って入口を有すると
ともに上流側にも開口し内部に軸方向の複数の整流ベー
ンが設けられた軸流ファンのエアセパレータにおいて、
上記整流ベーンが上記入口まで伸びその内縁が動翼の軸
方向と平行で動翼の回転方向と逆方向の反りを持つ構成
となっている。従って、軸流ファンの流量を絞り込んで
いくに連れて逆流による循環量が多くなり、エアセパレ
ータ入口から入り難くなるが、本エアセパレータの整流
ベーンはエアセパレータ入口において流れを掻き込む作
用が強いために大量の再循環量を阻害せず、動翼の先端
付近に発生する逆流部を発生した直後に直接掻き込むこ
とができるため、軸流ファンの流量を絞り込んでいった
場合に従来のエアセパレータに比べて２倍近く軸流ファ
ンの失速が起きるのが遅くなる改善効果が得られた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のエア
セパレータ付き軸流ファンでは、整流ベーンの内縁位置
がケーシングの内径位置と同じ位置まで伸びている。ま
た、整流ベーン内縁と動翼の外周端との軸方向重なり長
さであるオーバラップ長が長くなっているため、動翼か
らエアセパレータへ流入する流れと整流ベーンとの干渉
及び、動翼の周囲に形成された圧力場と整流ベーンとの
干渉が発生し、騒音の発生原因となる恐れがあった。

【０００５】本発明は、このような従来の軸流ファンの
課題を解決するためになされたもので、高性能でかつ広
い作動範囲を有し、かつ低騒音であるエアセパレータ付
きの軸流ファン及びそれに用いられるエアセパレータを
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、回動可能な回転軸と共に回転するハブ
と、このハブの外周上の円周方向に間隔を置いて設けら
れた複数枚の動翼と、この動翼の下流側に円周方向に間
隔を置いて設けられた複数枚の静翼と、環状の半径方向
突起状に形成されたエアセパレータを有し前記動翼と静
翼とを囲むケーシングを備えた軸流ファンにおいて、前
記エアセパレータは、前記動翼の先端側の流れをこの動
翼の上流側に導く流路を形成する２つの側壁部材と、周
方向に一部が切り欠かれた複数の管状部材を連結し、こ
の各々の管状部材の周方向一端部は前記流路に延在した
整流ベーンと、この整流ベーンを周方向に連結する連結
部材とを有し、その整流ベーンの内縁と上記動翼の外周
端が軸方向に重なっている長さのオーバラップ長をＩ
ｏ、その動翼の軸方向コード長ＩｂとしたときにＩｏ／
Ｉｂで表される量が０．１５以上０．２５以内にしたこ
とを特徴とする。

【０００７】また、ハブから動翼の先端までの長さを
Ｈ、動翼先端から整流ベーンの内縁までの距離をｄとし
たときに、ｄ／Ｈで表される量が０．０７以上０．１３
以内であることを特徴とする。

【０００８】また、整流ベーンの内縁と上記動翼の外周
端が軸方向に重なっている長さのオーバラップ長をＩ
ｏ、その動翼の軸方向コード長ＩｂとしたときにＩｏ／
Ｉｂで表される量が０．１５以上０．２５以内にし、か
つハブから動翼の先端までの長さをＨ、動翼先端から整
流ベーンの内縁までの距離をｄとしたときに、ｄ／Ｈで
表される量が０．０７以上０．１３以内であることを特
徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。

【００１０】図１は、本発明になる軸流ファンの全体を
示した概略図であり、図２は本発明の実施例１に係わる
軸流ファンにおけるエアセパレータ部分の断面斜視図を
示す。また、図３は本発明の実施例1に係わる軸流ファ
ンの要部断面図を示す。但し、破線の整流ベーン入口開
口部１３ｂ’、寸法を表すｄ、Ｈについては、実施例２
に係わる構造であり、実施例２で説明する。図４は図３
に示すＩ−Ｉ断面図である。

【００１１】図１において、ハブ９は回転軸１０に固定
されており、ハブ９の外周に周方向に間隔を置いて複数
枚の動翼１が取付けられている。また、電動機（図示せ
ず）に連結された回転軸１０が回転することにより、ハ
ブ９に取付けられた動翼１がハブ９と共に回転する。動
翼１の回転により、吸込ケーシング８から吸込んだ空気
は、ケーシング２、吸込側内ケーシング３、ハブ９、静
翼６、内ケーシング１７、出口側内ケーシング４により
構成された流路を通過し、ディフューザ７に吐き出され
る。また、上記静翼６は、動翼１により気体に与えられ
た運動エネルギを圧力エネルギに変換するため、動翼１
の下流側に円周方向に間隔を置いて配置されている。動
翼１の外周部には、この動翼１とハブ９と共に気体の流
路を形成するケーシング２が設けられている。ケーシン
グ２の一部は円周方向にリング上に突起しており、エア
セパレータ５を形成している。エアセパレータ５は動翼
１の外周上に設置されている。このように構成された軸
流ファンを支持するために、取付け脚１１ａから１１ｅ
が軸流ファンのケーシング２の下部に複数個取付けられ
ている。

【００１２】図２において、エアセパレータ５は、金属
管の周壁の一部を切り欠いて形成した外壁１３と側壁１
５で構成され、外壁１３を外周上の側壁１５の間に環状
に複数個配置し、部材１６により、一体に連結し構成し
ている。また、外壁１３の一端は、エアセパレータ流路
内に延びており、整流ベーン部１３ａを構成する。図２
において、動翼１を取り囲むケーシング２の外側に側壁
１５によって形成されたエアセパレータ５の流路には、
外壁１３の一部で構成される整流ベーン１３ａがあり、
動翼１の先端付近に設置された部材１６により連結され
ている。

【００１３】このエアセパレータ５は、図３に示すよう
に、動翼１の上流側から動翼１の軸方向翼長の中央付近
にかけて、エアセパレータ５の流路の入口となる開口部
１３ｂを有し、さらに、動翼１の入口部の上流側に出口
となる開口部１３ｃを有している。そして、整流ベーン
１３ａは、図３に示すように、入口となる開口部１３ｂ
から出口となる開口部１３ｃにかけて設置されている。
そして、エアセパレータ５の流路に流れ込む気流１２ａ
と、出口に向かう気流１２ｂから周方向成分を除去して
軸方向１２ｃへ整流する。なお、気流１２ｂから周方向
成分を効率よく除去するために、整流ベーン１３ａを含
む外壁１３は、図４に示すように、金属管の周壁の一部
を切り欠いて形成した外壁１３を、適当なピッチで周方
向に設けられている。

【００１４】エアセパレータ５使用時の騒音増加の原因
は、図３に示す動翼１先端付近の流れ場と整流ベーン１
３ａ間のポテンシャル干渉である。そこで、図３に示す
ように、本実施例１では干渉を少なくするために、その
整流ベーン１３ａの内縁と上記動翼１の外周端が軸方向
に重なっている長さのオーバラップ長をＩｏ、その動翼
の軸方向コード長Ｉｂとしたときに、Ｉｏ／Ｉｂで表さ
れる量が０．１５以上０．２５以内とする。そのように
構成することにより、動翼１と整流ベーン１３ａの干渉
を軽減して、発生する騒音を低減できる。

【００１５】以上の構造では、整流ベーン１３ａによ
る、エアセパレータ入口開口部１３ｂでの周方向成分の
除去効果を維持しながら、エアセパレータ５により軸流
ファンの作動範囲を拡大し、圧力上昇を維持しつつ、動
翼１と整流ベーン１３ａの干渉による騒音を低減するこ
とができる。

【００１６】騒音の測定結果を図５に示す。図５に示す
グラフのＸ軸は流量係数φ、Ｙ軸は騒音のオーバーオー
ル値である。また、黒丸印はエアセパレータ無し、白丸
印はＩｏ／Ｉｂが０．２５、白三角印はＩｏ／Ｉｂが
０．１５の時の騒音測定結果である。

【００１７】この図５によれば、Ｉｏ／Ｉｂを小さくす
ると騒音のオーバオール値が低減できることが分かる。

【００１８】図６、図７にＩｏ／Ｉｂが０．６と０．２
５の時の騒音スペクトルをそれぞれ示す。Ｉｏ／Ｉｂが
０．６の時（図６参照）には、動翼１と整流ベーン１３
ａの干渉により、回転数×動翼羽根枚数を基本周波数Ｎ
ｚとし、その整数倍の周波数に離散周波数騒音が顕著に
発生している。Ｉｏ／Ｉｂを０．２５に小さくすると、
図７に示すように、離散周波数騒音が低減している。

【００１９】図８はＩｏ／Ｉｂに対する騒音のオーバオ
ール値の変化を示す。Ｉｏ／Ｉｂを０．１５以上０．２
５以内にすれば、動翼１と整流ベーン１３の干渉による
騒音を低減することができる。

【００２０】一方、Ｉｏ／Ｉｂを０．１５以上０．２５
以内にしたときの性能実験結果を図９、図１０に示す。
図９（グラフのＸ軸は流量係数，Ｙ軸は圧力係数を示
す。）は、全圧上昇を示す。黒丸印はエアセパレータ無
し、二重丸印はＩｏ／Ｉｂが０．２５、半黒丸印はＩｏ
／Ｉｂが０．１５の時の実験結果を示す。

【００２１】この図９によれば、エアセパレータ無し
（黒丸印）よりも、Ｉｏ／Ｉｂが０．２５（二重丸
印）、０．１５（白丸印）の時の方が作動範囲が拡大さ
れることが分かる。また、Ｉｏ／Ｉｂが０．２５（二重
丸印）の時と、Ｉｏ／Ｉｂが０．１５の時では、全圧上
昇の変化はない。

【００２２】また、図１０（グラフのＸ軸は流量係数、
Ｙ軸は効率を示す。）は効率を示す。二重丸印はＩｏ／
Ｉｂが０．２５，白丸印はＩｏ／Ｉｂが０．１５，半黒
丸印はＩｏ／Ｉｂが０．２の時の実験結果を示す。

【００２３】この実験結果によればＩｏ／Ｉｂが０．１
５〜０．２５の範囲内では、効率の変化はないことが分
かる。

【００２４】以上より、Ｉｏ／Ｉｂを０．１５〜０．２
５の範囲内では、軸流ファンの性能を維持したまま、騒
音を低減することができる。

【００２５】実施例２は、図３の破線で示すように実施
例１の構造から、さらに整流ベーン入口開口部内縁位置
１３ｂ’をケーシング２の内径位置よりも外径側に後退
させたものである。

【００２６】これにより、圧力変動を減衰させるための
動翼１と整流ベーン１３ａの内縁との距離を大きくする
ことができ、整流ベーン入口開口部１３ｂ’に発生する
圧力変動を減衰でき、動翼１と整流ベーン１３ａとの干
渉音を低減することができる。すなわち、実施例２は、
実施例１において、動翼1の先端から整流ベーン１３ａ
の内縁１３ｂ’までの距離をｄ、動翼１の高さをＨとし
たとき、ｄ／Ｈを０．０７以上０．１３以下にすること
が望ましい。

【００２７】騒音の実験結果を図１２に示す。図１１に
示すグラフのＸ軸は流量係数φ，Ｙ軸は騒音のオーバー
オール値である。また，黒丸印は、ｄ／Ｈが０．０１、
半黒丸印はｄ／Ｈが０．０７、白丸印はｄ／Ｈが０．１
３の時の騒音実験結果を示す。この実験結果によれば、
ｄ／Ｈを小さくすると騒音のオーバオール値が低減でき
ることが分かる。また、図１２はｄ／Ｈに対する騒音の
オーバオール値の変化を示したものである。Ｉｏ／Ｉｂ
を０．０７〜０．１３の範囲内にすれば、動翼１と整流
ベーン１３の干渉による騒音を低減することができる。

【００２８】次に、ｄ／Ｈを０．０７〜０．１３の範囲
内にしたときの性能実験結果を、図１３，図１４に示
す。図１３（グラフのＸ軸は流量係数、Ｙ軸は圧力係数
を示す。）は、全圧上昇を示す。黒丸印はエアセパレー
タ無し、半黒丸印はｄ／Ｈが０．０７、白三角印はｄ／
Ｈが０．１３の時の実験結果を示す。

【００２９】図１３によれば、エアセパレータ無し（黒
丸印）よりも、ｄ／Ｈが０．０７（半黒丸印）、０．１
３（白三角印）の時の方が作動範囲が拡大されることが
分かる。また、ｄ／Ｈが０．０７（白丸印）の時と、ｄ
／Ｈが０．１３の時は、全圧上昇の変化はない。また、
図１４（グラフのＸ軸は流量係数、Ｙ軸は効率を示
す。）に効率を示す。黒丸印はエアセパレータ無し、半
黒丸印はｄ／Ｈが０．０７、白三角印はｄ／Ｈが０．１
３の時の実験結果を示す。

【００３０】この実験結果によれば、ｄ／Ｈが０．０７
〜０．１３の範囲内では、効率の変化はないことが分か
る。

【００３１】以上より、Ｉｏ／Ｉｂを０．１５〜０．２
５の範囲内でかつ、ｄ／Ｈを０．０７〜０．１３の範囲
内にすることにより、軸流ファンの性能を維持したま
ま、さらに騒音を低減することができる。

【００３２】図１５は実施例３に係わる図であり、図３
に示すエアセパレータ部整流ベーンのＩ−Ｉ断面図であ
る。実施例３は、図１５に示すエアセパレータ部整流ベ
ーン１３ａにおいて、実施例１でのＩｏ／Ｉｂを０．１
５以上０．２５以内にすることによって、騒音を低減す
ることができる。さらに、実施例２でのｄ／Ｈを０．０
７以上０．１３以内にした場合でも、実施例１、実施例
２と同様、軸流ファンの性能を維持したまま、騒音を低
減することができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明のエアセパレータ付軸流ファン
は、エアセパレータにおける整流ベーンと動翼の軸方向
オーバラップ長Ｉｏと前記動翼の軸方向コード長の比Ｉ
ｏ／Ｉｂを、０．１３〜０．７の範囲内にすることによ
り、動翼先端付近の圧力変動と、整流ベーンとの干渉が
少なくなり、騒音を低減することができる。さらに、ｄ
／Ｈを０．０７〜０．１３の範囲にすれば、より一層、
騒音を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる軸流ファンの全体を示した概略
図。

【図２】実施例１に係わる軸流ファンにおけるエアセパ
レータ部分の断面斜視図。

【図３】実施例１、実施例２、実施例３に係わる軸流フ
ァンの要部断面図。

【図４】図３に示すＩ−Ｉ断面図。

【図５】流量係数と騒音のオーバオール値の関係を表す
実験結果。

【図６】騒音のスペクトルを表す実験結果。

【図７】騒音のスペクトルを表す実験結果。

【図８】Ｉｏ／Ｉｂと騒音低減量の関係を表す図。

【図９】流量係数と全圧上昇の関係を表す実験結果。

【図１０】流量係数と効率の関係を表す実験結果。

【図１１】流量係数と騒音のオーバオール値の関係を表
す実験結果。

【図１２】ｄ／Ｈと騒音低減量の関係を表す図。

【図１３】流量係数と全圧上昇の関係を表す実験結果。

【図１４】流量係数と効率の関係を表す実験結果。

【図１５】実施例３に係わる図３に示すＩ−Ｉ断面図。

【符号の説明】

１…動翼、２…ケーシング、３…吸込側内ケーシング、
４…吐出側内ケーシング、５…エアセパレータ、６…静
翼、７…ディフューザ、８…吸込みケーシング、９…ハ
ブ、１０…回転軸、１１ａ〜１１ｅ…取付け脚、１２ａ
〜１２ｃ…エアセパレータ内気流流れ、１３…外壁、１
３ａ…整流ベーン、１３ｂ…整流ベーン入口開口部、１
３ｃ…整流ベーン出口開口部、１４…流入気流、１５…
側壁、１６…整流ベーン連結部材、１７…内ケーシン
グ。

フロントページの続き (72)発明者 田中 定司 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 寺坂 英俊 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦事業所内 Ｆターム(参考） 3H034 AA02 BB02 BB08 CC07 DD05 DD25 DD28 EE06

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回動可能な回転軸と共に回転するハブと、
   前記ハブの外周上の円周方向に間隔を置いて設けられた
   複数枚の動翼と、前記動翼の下流側に円周方向に間隔を
   置いて設けられた複数枚の静翼と、環状の半径方向突起
   状に形成されたエアセパレータを有し前記動翼と静翼と
   を囲むケーシングを備えた軸流ファンにおいて、 前記エアセパレータは、前記動翼の先端側の流れをこの
   動翼の上流側に導く流路を形成する２つの側壁部材と、
   周方向に一部が切り欠かれた複数の管状部材を連結し、
   各々の管状部材の周方向一端部は前記流路に延在した整
   流ベーンと、前記整流ベーンを周方向に連結する連結部
   材とを有し、前記整流ベーンの内縁と上記動翼の外周端
   が軸方向に重なっている長さのオーバラップ長をＩｏ、
   その動翼の軸方向コード長ＩｂとしたときにＩｏ／Ｉｂ
   で表される量が０．１５〜０．２５の範囲にしたことを
   特徴とする軸流ファン。
2. 【請求項２】前記ハブから動翼の先端までの長さをＨ、
   動翼先端から整流ベーンの内縁までの距離をｄとしたと
   きに、ｄ／Ｈで表される量が０．０７〜０．１３の範囲
   であることを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
3. 【請求項３】回動可能な回転軸と共に回転するハブと、
   このハブの外周上の円周方向に間隔を置いて設けられた
   複数枚の動翼と、この動翼の下流側に円周方向に間隔を
   置いて設けられた複数枚の静翼と、環状の半径方向突起
   状に形成されたエアセパレータを有し前記動翼と静翼と
   を囲むケーシングを備えた軸流ファンにおいて、 前記エアセパレータは、前記動翼の先端側の流れをこの
   動翼の上流側に導く流路を形成する２つの側壁部材と、
   前記側壁部材間を連結する外壁部材と、内縁が動翼の軸
   方向と平行で動翼の回転方向と逆方向の反りを持つ整流
   ベーンと、この整流ベーンを周方向に連結する連結部材
   とを有し、前記整流ベーンの内縁と動翼の外周端が軸方
   向に重なっている長さのオーバラップ長をＩｏ、前記動
   翼の軸方向コード長ＩｂとしたときにＩｏ／Ｉｂで表さ
   れる量が０．１５〜０．２５の範囲とし、前記ハブから
   動翼の先端までの長さをＨ、動翼先端から整流ベーンの
   内縁までの距離をｄとしたときに、ｄ／Ｈで表される量
   が０．０７〜０．１３の範囲であることを特徴とする軸
   流ファン。