JP2007085219A - 遠心ファンの高効率化構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 遠心ファン及びファンケースを大型化することなく、ファン吐出口から吐出される空気の流動に伴う圧力損失を低減して、ファン運転の高効率化を図る。
【解決手段】 ファンケース４に収容され、その吐出空気が軸流方向に送り出されるようにして使用される遠心ファン１において、インペラ２の羽根１０を取り付けるための上側板８と下側板９とのうちの下側板９の外径が、上側板８の外径よりも小さくされ、これら上側板８と下側板９との間に、複数枚の羽根１０が、それらの出口側端縁１０ａが上側板８の外周縁８ａと下側板９の外周縁９ａとを通る仮想円錐面上にあるようにして、円周方向に等間隔に取り付けられている。
【選択図】 図２

Description

本願の発明は、遠心ファンの高効率化構造に関し、特に遠心ファンが、ファンケースに収容され、その吐出空気が軸流方向に送り出されるようにして使用される場合において、ファンから吐出される空気の流動に伴う圧力損失を低減して、ファン運転の高効率化を図った遠心ファンの高効率化構造に関する。

遠心ファンは、空気を軸流方向に吸い込んで、遠心方向に吐出する型式のファンである。その一般的な設置形態が、図６（Ａ）〜（Ｇ）に図示されている。（Ａ）は、室内下部に設置されて、室外から空気を吸引し、室内に昇圧空気を送り出し、そこを一様に加圧する場合であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は、室内上部又は室内下部に設置されて、室内の空気を吸引し、そこを減圧して、室外に空気を排出する場合であり、（Ｄ）は、室内中央部に設置されて、室内上半部の空気を吸引し、そこを減圧するとともに、室内下半部に昇圧空気を送り出し、そこを一様に加圧する場合である。

また、（Ｅ）は、室内上部に設置されて、フィルタを通して室内の空気を吸引し、フィルタで清浄にされた空気を室外に排出する場合であり、（Ｆ）は、同じく室内上部に設置されて、室外の空気を吸引し、これをフィルタを通して室内に吐出し、フィルタで清浄にされた空気を室内に送り出す場合である。

なお、以上の設置形態は、いずれも、遠心ファンから吐出される空気が遠心方向に一様に送り出される場合の例であるが、（Ｇ）は、遠心ファンから吐出される空気が、遠心方向でありながらも、そのうちの特定の一方向に指向して送り出されるようにして使用される場合である。ここで、（Ｇ）の（ａ）は、その正面図、（ｂ）は、その側面図である。遠心ファンの収容空間が偏平で、送風方向が一方向に揃う場合には、このようにして使用される場合がある。

ところで、これらの設置形態においては、遠心ファンは、比較的広い空間内に設置されていて、遠心ファンから吐出される空気が空間を画成する壁面に衝突して、これにより、大きな圧力損失（エネルギ損失）が生ずるといった虞は比較的少ない。
しかしながら、遠心ファンが設置される空間が種々の事情から制限されて、遠心ファンが、狭い空間内、例えば、ファンケースもしくはファンケーシングに収容されて、しかも、その吐出空気が軸流方向に送り出されるようにしてファンを使用したい場合がある。

この場合、遠心ファンから吐出される空気は、遠心ファンの設置空間を画成する壁面（ファンケースもしくはファンケーシングの内壁面）に衝突して、これにより、大きな圧力損失を生ずることとなる。このことを図７及び図８により説明すると、一般に、遠心ファン０１においては、インペラ０２の羽根０１０を取り付けるための上側板０８の外径と、同じく下側板０９の外径とが、同径に形成されている。このため、遠心ファン０１をファンケース０４に収容して、遠心ファン０１を作動させた場合には、ファン吐出口から吐出された空気は、遠心方向外方に流れて、ファンケース０４の内壁面に略直角に衝突し、圧力損失を生ずる。この結果、十分な送風量が得られず、この送風空気により電気・電子機器を冷却する場合には、その冷却効果が低減することになる。なお、図８において、符号０３は、ファンの駆動源をなすモータ、０５は、取入れ空気をファン吸込口に誘導するためのベルマウスである。

そこで、このような冷却効果の低減を阻止し、ファン運転を高効率化するためには、前記のような圧力損失の発生を回避する必要がある。
特開２０００−１４５６９８号公報（特許文献１）に記載のものにおいては、冷却塔用送風機に用いられる遠心ファンが、断面矩形又は方形形状の筒状体からなるケーシングに収容されている。ファンの羽根は、枚数が増やされ、軸方向寸法が大きくされることにより、総羽根面積の増大が図られており、これにより、周速度を増加させずに、また、騒音の発生を抑えながら、風量を増加させる工夫がなされている。

また、このものにおいては、ファン内部の空気通路が遠心方向に対して軸流方向下流側に所定角度傾けて形成されており、さらに、ケーシングも、前記の断面矩形又は方形形状に加えて、軸流方向下流側に向かって拡開状に形成されており（図６参照）、これらにより、ファン吐出口から側方に吐出された空気の動圧が、エネルギ損失（圧力損失）が極力抑えられながら、静圧に変換されるようになっている。ケーシングの断面矩形又は方形形状は、インペラから出た空気を旋回させながら、４つの角部でその旋回速度を減少させることによって、空気の運動エネルギを圧力エネルギに変換して有効に回収し、損失を少なくして外気中にスムーズに吐出させるための工夫である。
特開２０００−１４５６９８号公報

しかしながら、このものにおけるファンの羽根の軸方向寸法、ファン内部の空気通路の傾斜方向及びケーシングの形状に関する前記のような工夫は、いずれもファン及び送風機（ケーシングを含む）の寸法を大きくし、これらを大型化することに繋がり、屋外の屋上等に設置される冷却塔用には適していても、電気・電子機器のハウジング内部のような限られた空間内に設置されて、これら機器の冷却用に使用される小型、低騒音のファン及び送風機としては、不適当である。

本願の発明は、従来の遠心ファンが有する前記のような問題点を解決して、ファンケースに収容され、しかも、その吐出空気が軸流方向に送り出されるようにして使用される遠心ファンにおいて、ファン及びファンケースを大型化することなく、ファン吐出口から吐出される空気の流動に伴う圧力損失を低減して、ファン運転の高効率化を可能にした遠心ファンの高効率化構造を提供することを課題とする。

前記のような課題は、本願の各請求項に記載された次のような発明により解決される。 すなわち、その請求項１に記載された発明は、ファンケースに収容され、その吐出空気が軸流方向に送り出されるようにして使用される遠心ファンの高効率化構造であって、インペラの羽根を取り付けるための断面流線形状もしくは略流線形状をした環状の上側板と下側板とのうちの下側板の外径が、上側板の外径よりも小さくされ、これら上側板と下側板との間に、複数枚の羽根が、それらの出口側端縁が上側板の外周縁と下側板の外周縁とを通る仮想円錐面上にあるようにして、円周方向に等間隔に取り付けられていることを特徴とする遠心ファンの高効率化構造である。

請求項１に記載された発明は、前記のように構成されており、遠心ファンのインペラの羽根を取り付けるための上側板と下側板とのうちの下側板の外径が、上側板の外径よりも小さくされているので、ファン内部の空気通路（これは、上側板と下側板と複数枚の羽根とにより画成される。）は、遠心方向に向いたままでありながら、ファン吐出口から吐出される空気の流動方向は、外径が小さくされた下側板の外周縁側へと偏り、遠心方向から軸流方向下流側に逸れて、斜め下方方向に指向することとなる。この結果、吐出空気は、ファンケース内壁面に強く衝突することなく、軸流方向下流側へと流れて行くので、その流動に伴う圧力損失が低減されて、ファン運転の高効率化を図ることができる。

また、その請求項２に記載された発明は、請求項１記載の遠心ファンの高効率化構造において、その下側板の内周縁近傍部分が、短い円筒形状にされて、モータのロータ外周面に嵌着され、その上側板の内周縁とモータのロータ外周面との間に、空気吸込口が形成されていることを特徴としている。

このように構成することにより、ファンの駆動源をなすモータは、インペラと一体化されるので、ファンを小型化することができる。

また、その請求項３に記載された発明は、請求項２に記載の遠心ファンの高効率化構造において、ファンケースと上側板の内周縁との間に、取入れ空気を空気吸込口に誘導するための環状のベルマウスが配設されていることを特徴としている。

このように構成することにより、ファンケースの空気取入口側から取り入れられた空気は、ベルマウスに誘導されて円滑にファンの空気吸込口へと案内されるので、空気の吸込みに伴う圧力損失が低減されて、ファン運転の更なる高効率化を図ることができる。

さらに、その請求項４に記載された発明は、請求項３に記載の遠心ファンの高効率化構造において、ファンケースは、ベルマウスの外周縁が固着される部分よりも軸流方向下流側の部分が円筒形状に形成されていることを特徴としている。

このように構成することにより、ファンケースが小型化されるともに、ファン吐出口から吐出される空気の流動方向の下側板の外周縁側への偏奇が促されて、送風効率が高まり、ファン運転の更なる高効率化を図ることができる。

前記のとおり、本願の発明の遠心ファンの高効率化構造によれば、遠心ファンのインペラの羽根を取り付けるための上側板と下側板とのうちの下側板の外径が、上側板の外径よりも小さくされているので、ファン内部の空気通路は、遠心方向に向いたままでありながら、ファン吐出口から吐出される空気の流動方向は、外径が小さくされた下側板の外周縁側へと偏り、遠心方向から軸流方向下流側に逸れて、斜め下方方向に指向することとなる。この結果、吐出空気は、ファンケース内壁面に強く衝突することなく、軸流方向下流側へと流れて行くので、その流動に伴う圧力損失が低減されて、ファン運転の高効率化を図ることができる。

また、下側板の内周縁近傍部分が、短い円筒形状にされて、モータのロータ外周面に嵌着され、その上側板の内周縁とモータのロータ外周面との間に、空気吸込口が形成される場合には、ファンの駆動源をなすモータは、インペラと一体化されるので、ファンを小型化することができる。

また、ファンケースと上側板の内周縁との間に、取入れ空気を空気吸込口に誘導するための環状のベルマウスが配設される場合には、取入れ空気は、ベルマウスに誘導されて円滑にファンの空気吸込口へと案内されるので、空気の吸込みに伴う圧力損失が低減されて、ファン運転の更なる高効率化を図ることができる。

さらに、ファンケースが、ベルマウスの外周縁が固着される部分よりも軸流方向下流側の部分が円筒形状に形成される場合には、ファンケースが小型化されるとともに、ファン吐出口から吐出される空気の流動方向の下側板の外周縁側への偏奇が促されて、送風効率が高まり、ファン運転の更なる高効率化を図ることができる。

ファンケースに収容され、その吐出空気が軸流方向に送り出されるようにして使用される遠心ファンの高効率化構造が、次のようにして構成されている。
すなわち、インペラの羽根を取り付けるための断面流線形状もしくは略流線形状をした環状の上側板と下側板とのうちの下側板の外径が、上側板の外径よりも小さくされる。そして、これら上側板と下側板との間に、複数枚の羽根が、それらの出口側端縁が上側板の外周縁と下側板の外周縁とを通る仮想円錐面上にあるようにして、円周方向に等間隔に取り付けられる。

下側板の内周縁近傍部分は、短い円筒形状にされて、モータのロータ外周面に嵌着され、上側板の内周縁とモータのロータ外周面との間には、空気吸込口が形成される。ファンケースと上側板の内周縁との間には、取入れ空気を空気吸込口に誘導するための環状のベルマウスが配設される。

次に、本願の発明の一実施例について説明する。
図１は、本実施例の高効率化構造が適用された遠心ファンの側面図であって、ファンケースを断面にして示す図、図２は、同遠心ファンの縦断面図、図３は、同遠心ファンのインペラの斜視図、図４は、同インペラの３面図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は底面図、図５は、同インペラの縦断面図である。

本実施例の高効率化構造が適用された遠心ファンは、ファンケースに収容され、主として電気・電子機器のハウジング内部のような限られた比較的狭い空間内に設置されて用いられる。ファンから吐出される空気は、ファンの軸流（アキシャル）方向に送り出されて、これら機器を冷却する。このため、その遠心ファンは、比較的小型、低騒音のファンとして構成されている。

本実施例の高効率化構造が適用された遠心ファン１は、図１及び図２に図示されるように、あらまし、インペラ２とモータ３とから構成されている。モータ３は、遠心ファン１の駆動源をなす。インペラ２は、モータ３のロータ外周面に嵌着されていて、ロータと一体となって回転する。インペラ２をモータ３のロータ外周面に嵌着する具体的態様については、後述する。

遠心ファン１は、ファンケース４に収容されて用いられる。ファンケース４は、可能な限り小型化されており、ファンケース４とインペラ２との間の最小間隔は、比較的小さい。ファンケース４とインペラ２との間には、これらによって挟まれる空間を覆うようにして、ベルマウス５が配設されている。このベルマウス５は、ファンケース４の空気取入口から取り入れられた空気を遠心ファン１の空気吸込口１２に誘導する。

ファンケース４の、ベルマウス５の外周縁５ａが固着される部分よりも空気取入口側は、断面円形状をなし、テーパが付されて拡径されており、空気を取り込み易くされている。また、ファンケース４の、ベルマウス５の外周縁５ａが固着される部分よりも空気送出口側は、円筒形状に形成されている。ファンケース４は、ケーシングと呼称されても良いが、本明細書においては、このように呼称することとする。

ファンケース４の空気送出口側の中央部には、複数本の支杆６を介してファン取付台１１が支持されている。このファン取付台１１は、浅い皿状をなし、その皿の凹部には、モータ３の基台部が嵌入、固着されており、このようにして、遠心ファン１がファンケース４に取り付けられ、支持されるようになっている。モータ３には、配線７を介して電力が供給される。

インペラ２は、次のようにして構成されている。
インペラ２は、図１、図２、図４及び図５に図示されるように、断面流線形状をした環状の上側板８と、断面略流線形状をした環状の下側板９と、これら上側板８と下側板９とにその上端縁及び下端縁がそれぞれ固着されて取り付けられた複数枚の羽根１０とにより構成されている。下側板９の外径φＬＤは、上側板８の外径φＵＤよりも小さくされ（φＬＤ＜φＵＤ、図４（Ｂ）参照）、複数枚の羽根１０は、上側板８と下側板９との間に、それらの羽根１０の出口側端縁１０ａが上側板８の外周縁８ａと下側板９の外周縁９ａとを通る仮想円錐面上にあるようにして、円周方向に等間隔に取り付けられている。
なお、ここで、上側板８と下側板９の「上側」、「下側」は、ファンケース４の空気取入口側を「上側」とし、その空気送出口側を「下側」として定義されるものとする。

前記のとおり、下側板９の外径φＬＤが上側板８の外径φＵＤよりも小さくされる（φＬＤ＜φＵＤ）ことにより、ファン内部の空気通路（これは、上側板８と下側板９と複数枚の羽根１０とにより画成される。）は、その終端部において遠心方向に向いたままでありながら、ファン吐出口１３から吐出される空気の流動方向は、外径が小さくされた下側板９の外周縁９ａ側へと偏り、遠心方向から軸流方向下流側に逸れて、斜め下方方向に指向することとなる（図２矢印参照）。

下側板９は、製作の容易さと、羽根１０の位置決めの容易さとから、その断面が滑らかな曲線形状にされずに、折れ線形状にされている。また、下側板９のゆがみを防止するため、段差９ｃが形成されている。さらに、下側板９の内周縁近傍部分９ｂは、短い円筒形状にされて、モータ３のロータ外周面に嵌着されており、このようにして、インペラ２がモータ３に回転自在に取り付けられている。

上側板８の内周縁８ｂとモータ３のロータ外周面との間には、空気吸込口１２が形成されている。前記したベルマウス５は、この上側板８の内周縁８ｂとファンケース４との間に配設されている。ベルマウス５の内周縁５ｂと上側板８の内周縁８ｂとは、わずかの隙間を隔てて対向しており、これにより、ファンケース４の空気取入口側から取り入れられた空気が空気吸込口１２へと滑らかに導かれるようになっている。内周縁８ｂの径φＩＤは、φＬＤよりも小さくされている（φＩＤ＜φＬＤ＜φＵＤ、図４（Ｂ）参照）。

本実施例の遠心ファンの高効率化構造は、前記のように構成されているので、次のような作用、効果を奏することができる。
遠心ファン１のインペラ２の羽根１０を取り付けるための上側板８と下側板９とのうちの下側板９の外径φＬＤが、上側板８の外径φＵＤよりも小さくされている（φＬＤ＜φＵＤ）ので、ファン内部の空気通路は、その終端部において遠心方向に向いたままでありながらも、ファン吐出口１３から吐出される空気の流動方向は、外径が小さくされた下側板９の外周縁９ａ側へと偏り、遠心方向から軸流方向下流側に逸れて、斜め下方方向に指向することとなる。この結果、吐出空気は、ファンケース４の内壁面に強く衝突することなく、軸流方向下流側へと流れて行くので、その流動に伴う圧力損失が低減されて、モータ入力が節減され、ファン運転の高効率化を図ることができる。

また、下側板９の内周縁近傍部分９ｂが、短い円筒形状にされて、モータ３のロータ外周面に嵌着され、その上側板８の内周縁８ｂとモータ３のロータ外周面との間に、空気吸込口１２が形成されているので、ファン１の駆動源をなすモータ３は、インペラ２と一体化され、ファン１を小型化することができる。

また、ファンケース４と上側板８の内周縁８ｂとの間に、取入れ空気（ファンケース４の空気取入口側から取り入れられた空気）を空気吸込口１２に誘導するための環状のベルマウス５が配設されているので、取入れ空気は、ベルマウス５に誘導されて円滑に空気吸込口１２へと案内され、空気の吸込みに伴う圧力損失が低減されて、ファン運転の更なる高効率化を図ることができる。

さらに、ファンケース４は、ベルマウス５の外周縁５ａが固着される部分よりも軸流方向下流側の部分が円筒形状に形成されているので、ファンケース４が小型化されるともに、ファン吐出口１３から吐出される空気の流動方向の下側板９の外周縁９ａ側への偏奇が促されて、送風効率が高まり、ファン運転の更なる高効率化を図ることができる。

なお、本願の発明は、以上の実施例に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。
例えば、ファンケース４の形状は、断面円形状にされているが、これに限られず、断面矩形又は方形形状に形成されることも可能である。

本願の発明の一実施例の高効率化構造が適用された遠心ファンの側面図であって、ファンケースを断面にして示す図である。 同遠心ファンの縦断面図である。 同遠心ファンのインペラの斜視図である。 同インペラの３面図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は底面図である。 同インペラの縦断面図である。 従来の遠心ファンの一般的な設置形態を示す図である。 従来の遠心ファンのインペラの斜視図である。 従来の遠心ファンのファンケースに収容された状態を示す説明図である。

符号の説明

１…遠心ファン、２…インペラ、３…モータ、４…ファンケース、５…ベルマウス、５ａ…外周縁、５ｂ…内周縁、６…支杆、７…配線、８…上側板、８ａ…外周縁、８ｂ…内周縁、９…下側板、９ａ…外周縁、９ｂ…内周縁近傍部分、９ｃ…段差、１０…羽根、１０ａ…出口側端縁、１１…ファン取付台、１２…空気吸込口、１３…ファン吐出口。

Claims (4)

1. ファンケースに収容され、その吐出空気が軸流方向に送り出されるようにして使用される遠心ファンの高効率化構造であって、
   インペラの羽根を取り付けるための断面流線形状もしくは略流線形状をした環状の上側板と下側板とのうちの下側板の外径が、上側板の外径よりも小さくされ、
   これら上側板と下側板との間に、複数枚の羽根が、それらの出口側端縁が上側板の外周縁と下側板の外周縁とを通る仮想円錐面上にあるようにして、円周方向に等間隔に取り付けられている
   ことを特徴とする遠心ファンの高効率化構造。
2. 前記下側板の内周縁近傍部分は、短い円筒形状にされて、モータのロータ外周面に嵌着されており、
   前記上側板の内周縁と前記モータのロータ外周面との間に、空気吸込口が形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の遠心ファンの高効率化構造。
3. 前記ファンケースと前記上側板の内周縁との間に、取入れ空気を前記空気吸込口に誘導するための環状のベルマウスが配設されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の遠心ファンの高効率化構造。
4. 前記ファンケースは、前記ベルマウスの外周縁が固着される部分よりも軸流方向下流側の部分が円筒形状に形成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の遠心ファンの高効率化構造。
   
   
   
   
   

Images