JP2007009751A - 送風装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
吸込み側のファン対抗壁とファンとの距離が短く、ファン対向壁がファンに差し迫っているような流路においてファンが用いられている場合、またはファンが吸込み流路に対して非対称または偏った位置に設置されている場合に、吸込み流れに発生する２次流れを低減し、ファンの高静圧・高風量化を達成する整流板を提供することを目的とする。
【解決手段】
吸込み流れが持つ周方向速度成分を抑制するため、吸込み流路側のファン対抗壁に整流板を放射状に複数配置する。本整流板により吸込み流れに発生している予旋回、２次流れを低減して、ファンの高静圧・高風量化を達成する
【選択図】図１

Description

本発明は、送風装置に関するものである。

パーソナルコンピュータ内部に取り付けられた発熱素子の冷却や冷蔵庫の冷気送風用として一般的にファン（送風装置）が用いられる。これら製品の内部に設けられたファンの流路構成として、ファン（羽根）とファン吸込み側対抗壁との距離が接近したり、ファンとファン吹き出し側対抗壁との距離が接近したりするなど、ファンの性能を著しく低下する問題がある。

また、ファン周りの機器配置の関係から、ファンが流路に対して非対称または偏った位置に設置されることにより流れが偏った状態になるといった問題も発生する。

ファンが設置されている流路構成にこのような不具合があると、ファンの運転点が低流量域に移行して吸込み流れに予旋回が発生したり、吸込み流路に偏流が発生し、その偏流が2次流れを引き起こしたりするなどの現象が起こり、ファンの性能低下である低静圧、低風量化という問題が生じる。ファンの運転点が設計点よりも低くなる時、ファン入口で発生した逆流がファンの角運動量を吸込み側に輸送し、吸込み流れが周方向速度成分を持つようになる。

下記非特許文献1に記載の説明にあるように、この周方向速度成分のことを予旋回と呼ぶ。また2次流れとは、主流に対して垂直な断面で発生する流れであり、予旋回と同様に周方向速度成分を持つ。

特開平１０−２０５９６６号公報 ターボ送風機と圧縮機,コロナ社,P725−733 ターボポンプ,ターボ機械協会偏,P22−23 ターボポンプ,ターボ機械協会偏,P41−43

特許文献1では、冷却器より冷気を吸込み冷凍室、冷蔵室に冷気を送風するファンを用いた冷蔵庫であって、冷却器での霜取り効率と冷却効率を向上させるために、ファンと冷却器の間にある吸込み流路に整流板を配置している。

しかしこの整流板は吸込み側のファン対抗壁近傍に配置されていないため、ファンの運転点が低流量域に移行することによって発生する吸込み流れの予旋回、吸込み流路に偏流が発生し、その偏流が引き起こす2次流れを抑制することができないという問題がる。

このように、吸込み側のファン対抗壁とファンとの距離が短く、ファン対向壁がファンに差し迫っているような流路にファンを設置する場合、またはファンが吸込み流路に対して非対称または偏った位置に設置さる場合にファンの高静圧・高風量化を実現するための整流板が必要となる。

本発明の目的は、運転点が低流量域に移行することによって発生する吸込み流れの予旋回、吸込み流路が偏っていることによって発生する2次流れを低減し、ファンの高静圧・高風量化を達成する送風装置を提供することにある。

上記目的は、モータの回転軸に取り付けられた複数の羽根と、この羽根の外周を覆うように設けられたベンチュリとを備え、前記羽根の吸込み側と対向面に位置する壁面を有する送風装置において、前記壁面に前記羽根の吸込み流路に対して非対称の板材を設けたことにより達成される。

また、上記目的は、前記壁面に、前記羽根に取り付けられた回転軸を中心にして放射状に板材を複数配列したことにより達成される。

また、上記目的は、前記羽根の低流量域運転時に発生する予旋回を持っている吸込み流れを包含するよう、前記ベンチュリ内径に対して外側と内側に伸びた板材を取り付けたことにより達成される。

また、上記目的は、吸込み流路の形状の曲率に応じて、整流板の形状が曲率を持っていることにより達成される。

また、上記目的は、前記ベンチュリ内径に対して内側にファン回転軸まで整流板の長さを伸ばして配置されていることにより達成される。

本発明によれば、吸込み流れの予旋回、吸込み流路が偏っていることによって発生する2次流れを低減し、ファンの高静圧・高風量化を達成する送風装置を提供できる。

以下、本発明の一実施例を図に従って説明する。

図1は、本発明の一実施例を備えたファンの正面図である。図２は、図１のA-A’線断面図である。
図１、図２において、ファン１の前面には整流板２（板材）が取り付けられている。３はファン１の回転軸である。４はベンチュリであり、支柱５の支持されている。６はファンモータである。７は吸込み側のファン対向壁である。整流板２はファン対向壁７に取り付けられている。

図３は低流量域運転時に発生する予旋回流れを示す図である。
図４は整流板により抑制された予旋回の流れ示す図である。
図３、図４において、ファンモータ６によって駆動されたファン1が吸込み流れ８を高静圧化して吹き出し流れ９を吹き出す。ファンの低流量域運転時にはファン１の吸込み側で図３示すような予旋回１０が発生する。図１,２に示すように、ファン１の吸込み側のファン対抗壁7に整流板２を配置することによって、図４に示すように、この整流板が旋回方向の流れを遮断し予旋回を抑制することができる。

上記非特許文献１に記載された説明にあるように、式(１)はターボ機械の理論揚程を表す式である。u_１，C_u１は羽根車入口の羽根車回転速度及び流体の旋回速度であり、u_２，C_u２は羽根車出口の羽根車回転速度及び流体の旋回速度である。
H_th∞=(u_２C_u２−u_１C_u１)/g (１)
式(１)より入口の流体の旋回速度を低減することにより理論揚程を高くすることができることがわかる。よって図１，２に示す整流板２を配置することによりファンの高静圧・高風量化を実現することができる。

図１,２に示したように、ファン１の吸込み側のファン対抗壁7にファン回転軸３を中心にして整流板２を放射状に複数配列することによって、低流量域運転時に発生する吸込み流れの予旋回を低減することができ、ファンの高静圧・高風量化を実現することができる。また図１,２では整流板２の数が8枚であるが、その数は限定せず効果の大きさに応じて整流板の数を変更する。

図５は本発明の他の実施例を説明する図２相当側面図である。
図５において、ファン１の低流量域運転時には図５に示すように吸込み流路に予旋回を持つ逆流１１が発生する。またファン１とファン対抗壁7との間の距離が短い場合、逆流１１はファン対抗壁7で跳ね返って再びファンに流入するため、吸込み流路に予旋回を持つ戻流１２が発生する。

図６は整流板がない場合のファン１の低流量域運転時における３次元流れ解析結果を示す図である。
図６において、逆流１１及び戻流１２が発生していることがわかる。逆流１１及び戻流１２は共に予旋回を持っているためファンの性能低下を引き起こす。そこで逆流１１及び戻流１２の予旋回を効率よく低減するため、逆流１１と戻流１２を包含するように、整流板２を半径方向に関して、ベンチュリ内径１３対し外側及び内側に長さを伸ばして配置する。伸ばす距離a,bは吸込み流路の逆流１１及び戻流１２の領域の広さに応じて、最適な値を適用する。これにより低流量域運転時の吸込み流れの予旋回を効率よく抑制でき、ファン１の高静圧・高風量化を実現することができる。

図７は本実施例を備えた整流板の正面図である。
図７において、ファン１の吸込み流路外壁１４が図７に示すように曲率を持った形状である時、吸込み流れがファン１に吸込まれる流れの様相に応じて、実施例１,２,３で説明した機能を持つ整流板に対して更に整流板の形状に曲率を持たせたる。曲率を持った整流板１５,１５’を配置することにより、低流量域運転時に発生する吸込み流れの予旋回を抑制することができ、更に整流板の形状に曲率を持たせたことによって吸込み流れをより整流化することができ、更なる高静圧・高風量化を実現することができる。

図８は本実施例を備えた整流板の正面図である。
図９は図８のB-B’線断面図である。
図８、図９において、実施例１,２,３,４で述べてきたベンチュリ内径近傍に発生する予旋回とは別に、周りの機器配置の関係からファンが吸込み流路に対して非対称または偏った位置に設置されている場合、吸込み流路に図１０に示すように偏流１7,１7’が発生し、その偏流が旋回速度を持った２次流れ１8を引き起こす。この２次流れは予旋回で説明したのと同様のメカニズムでファンの性能低下を引き起こす。図8,9,１１に示すようにファン１のファン対抗壁７に、ベンチュリ内径に対して内側にファンの回転軸まで長さを伸ばした整流板１６を配置する。図１１より、整流板１６が２次流れを抑制することができることがわかる。整流板１６によりベンチュリ内径近傍に発生する予旋回と２次流れを同時に抑制でき、ファン１の更なる高静圧・高風量化を実現することができる。

図１２は本実施例を備えた整流板の正面図である。
図１２において、実施例２,３と実施例５で説明した長さの違う２種類の整流板を吸込み側のファン対抗壁に同時に配置することにより、低流量域運転時に発生する吸込み流れの予旋回と、吸込み流路の偏流によって発生する２次流れを両方とも同時に抑制でき、ファン１の高静圧・高風量化を実現することができる。

図１３は本実施例を備えた整流板の断面図である。
図１３において、整流板１9は実施例１,２,３,４,５,６で説明した整流板をファン対抗壁と一体で成形した整流板である。これにより、製造コストの低減を実現することができる。

図１４は本実施例を備えた整流板の断面図である。
図１４において、実施例１,２,３,４,５,６,7で説明した整流板において、図１４に示すように角に丸みをつけた整流板２0を配置することにより、整流板を配置したことによって発生する騒音を低減することができる。

図１５、１６は本発明の整流板を冷蔵庫に組み込んだ状態を示す図である。
図１５、１６において、実施例１,２,３,５,６に記載された整流板２,１６が冷凍室の一部に取り付けられている。この冷蔵庫には冷却器２１からの冷気を吸込み、冷凍室２２及び冷蔵室２３へとつながる冷気通路に冷気を吹き出すファン１が配置された流路が設けられている。冷蔵庫内に用いられるファン１の運転点はファン１と吸込み側及び吹き出し側のファン対向壁との距離が短いなどの理由により低流量域に移行する。よって吸込み流路には図３で示したような予旋回が発生している。またファン周りの機器配置の関係から、図１５に示すようにファン１が吸込み流路に対して非対称または偏った位置に設置されている。これによって図１0に示すような偏流による２次流れが発生している。

図６は整流板が設置されていない場合の冷蔵庫内の３次元流れ解析結果であり、ファン回転軸に対して平行な断面での速度ベクトル分布を表している。図６より予旋回を持った逆流１１と戻流１２が発生しているのがわかる。この逆流１１及び戻流１２が持っている予旋回を抑制するため、図５で示される整流板２の寸法aを１0ｍｍ、bを２0ｍｍとした。但しこの寸法の値は各冷蔵庫内の流れの状況に応じて最適な値を採用する。

図１７は図１８の解析結果を説明するうえで視点位置C-C’を示す図である。
図１8はファン１が低流量域で運転されている時の、ファン１を含む本冷蔵庫内の３次元流れ解析結果を示すものであり、速度ベクトル分布を表す図である。
図１８において、図１８（Ａ）は整流板が無しの場合、図１８（Ｂ）は整流板が有りの場合の３次元流れ解析結果である。整流板が無しの場合２次流れ１8が顕著に現れているが、本整流板をつけることによりこれらの２次流れを抑制できているのがわかる。

図１９は図１５,１６に示す整流板を設置した冷蔵庫のファンの静圧特性を実験により調べた結果である。
図１９において、２次曲線は流路の抵抗曲線である。ファンの静圧特性曲線と流路の抵抗曲線の交点がファンを流路に組み込んだときの風量と静圧上昇量になる。図１9より、整流板を設置することによって、ファンの回転数が同じ条件の下で、高静圧・高風量化を達成できることがわかる。

図２０は回転数を下げることによって、整流板を配置したファンの運転風量を、配置しなかった場合の運転風量Φに等しくしたときの静圧特性を示す図である。
図２０において、本ケースでは回転数を６.7%低減することができる。

図２１は当初の回転数と回転数を６.7％低減した場合の音圧レベルを表している。運転風量がΦの時、非特許文献１に記載の騒音レベルSPL=６0log(N0/N) (N0：当初の回転数、N：６.7％低減した回転数)を１.8[dB]低減できることがわかる。よって本整流板により冷蔵庫内のファンの低騒音化を実現することができる。図１５,１６では放射状に配列する整流板の数を６枚、ベンチュリ内径に対して内側に回転軸まで長さを伸ばした整流板の数を１枚としたが、それぞれ整流板の数、形状、配置方法については冷蔵庫内流路の形状に応じて、最もファンの性能が良くなるものを採用する。

本発明によれば、吸込み側のファン対抗壁とファンとの距離が短く、ファン対向壁がファンに差し迫っているような流路においてファンが用いられている場合、またはファンが吸込み流路に対して非対称または偏った位置に設置されている場合に、低流量域運転時に発生する吸込み流れの予旋回及び、吸込み流路に発生する偏流が引き起こす２次流れを抑制するために、吸込み側のファン対抗壁に整流板を配置する。これによってファンの高静圧・高風量化を実現することができる。

また低流量域運転時に発生する吸込み流れの予旋回を効果的に抑制するために、吸込み側のファン対抗壁に、ファン回転軸を中心にして放射状に整流板を複数配置する。

また低流量域運転時に発生する吸込み流れの予旋回を効果的に抑制するため、ベンチュリの内径近傍に発生する予旋回を持った逆流と、その逆流が吸込み側のファン対抗壁に跳ね返ってファンに戻ってくる予旋回を持った戻流を包含するように、ベンチュリの内径に対して外側と内側に伸ばした整流板を配置する。
またファン吸い込み流路の形状に曲率がある場合、上記機能を持つ整流板に対して、吸込み流れがファンに吸込まれる様相に応じて整流板の形状に曲率を持たせて配置する。

また上記低流量域運転時の吸込み流れの予旋回を抑制し、更にファンが吸込み流路に対して非対称または偏った位置に設置されている時に吸込み流路に発生する偏流が引き起こす２次流れを抑制するために、ベンチュリ内径に対して内側のファン回転軸まで整流板の長さを伸ばして配置する。また上記２種類の整流板をファン対抗壁に同時に配置する。

また上記整流板の製造コストを低減するために、上記の機能を持つ整流板を吸込み側のファン対抗壁と一体で成形する。

また整流板を配置したことによって発生する騒音を低減するため、整流板の角に丸みをつける。

また冷却器からの冷気を吸込み、冷凍室及び冷蔵室へとつながる冷気通路に冷気を吹き出すファンが配置されている流路を持つ冷蔵庫において、吸込み側のファン対抗壁に上記の機能を持つ整流板を配置する。

冷却器からの冷気を吸込み、冷凍室及び冷蔵室へとつながる冷気通路に冷気を吹き出すファンが設置されている流路を持つ冷蔵庫においては、吸込み側のファン対抗壁に整流板を配置することにより、低流量域運転時の吸込み流れの予旋回及び、吸込み流路に発生する偏流が引き起こす２次流れを抑制することができ、ファンの高静圧・高風量化を実現することができる。またそれによって回転数を下げることができるため、冷蔵庫に用いられるファンの低騒音化を提供することができる。

本発明による整流板の第１,２の実施例を示す断面図である。 図１のA-A’に対応する断面図である。 低流量域運転時に発生する予旋回を示す図である。 整流板を配置することにより予旋回を抑制できることを示す図である。 本発明による整流板の第３の実施例を示す断面図である。 ３次元流れ解析によるファン周りの速度ベクトル分布の結果を示す図である。 本発明による整流板の第４の実施例を示す断面図である。 本発明による整流板の第５の実施例を示す断面図である。 図8のBB’に対応する断面図である。 偏流により２次流れが発生する様子を示す図である。 整流板を配置することにより２次流れを抑制できることを示す図である。 本発明による整流板の第６の実施例を示す断面図である。 本発明による整流板の第7の実施例を示す断面図である。 本発明による整流板の第8の実施例を示す断面図である。 本発明による整流板の第9の実施例を示す図である。 本発明による整流板の第9の実施例を示す図である。 ３次元流れ解析結果を表示する断面の位置を示す図である。 ３次元流れ解析による速度ベクトル分布の結果を示す図である。 本発明による整流板を適用した冷蔵庫の実験結果を示す図である。 回転数を下げた時の静圧特性を示す図である。 各回転数における音圧レベルを示す図である。

符号の説明

１… ファン、２… 整流板、３… ファン回転軸、４… ベンチュリ、５… 支柱、６… モータ、７… ファン対向壁、８… 吸込み流れ、９… 吹き出し流れ、１０… 予旋回、１１… 逆流、１２… 戻流、１３… ベンチュリ内径、１４… 吸込み流路外壁、１５… 曲率付き整流板、１６… 長い整流板、１７… 偏流、１７‘… 偏流、１８… ２次流れ、１９… 対抗壁と一体で整形した整流板、２０… 角に丸みをつけた整流板、２１… 冷却器、２２… 冷凍室、２３… 冷蔵室。

Claims (5)

1. モータの回転軸に取り付けられた複数の羽根と、この羽根の外周を覆うように設けられたベンチュリとを備え、前記羽根の吸込み側と対向面に位置する壁面を有する送風装置において、
   前記壁面に前記羽根の吸込み流路に対して非対称の板材を設けたことを特徴とする送風装置。
2. 請求項1に記載の送風装置において、
   前記壁面に、前記羽根に取り付けられた回転軸を中心にして放射状に板材を複数配列したことを特徴とする送風装置。
3. 請求項１に記載の送風装置において、
   前記羽根の低流量域運転時に発生する予旋回を持っている吸込み流れを包含するよう、前記ベンチュリ内径に対して外側と内側に伸びた板材を取り付けたことを特徴とする送風装置。
4. 請求項１に記載の送風装置において、
   吸込み流路の形状の曲率に応じて、整流板の形状が曲率を持っていることを特徴とする送風装置。
5. 請求項１に記載の送風装置において、
   前記ベンチュリ内径に対して内側にファン回転軸まで整流板の長さを伸ばして配置されていることを特徴とする送風装置。
   

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