JP2007247501A - ジェットファン - Google Patents

Abstract

【課題】騒音の増大を抑えつつ吐出風速を高めるのにより好適なジェットファンを実現する。
【解決手段】ジェットファン１０は、筒形のケーシング１２と、ケーシング１２内に同軸に配設されたモータ１４と、モータ１４の軸に位置をずらして取り付けられた二つの軸流ファン１６ａ，１６ｂを備え、各軸流ファン１６ａ，１６ｂは、モータ１４の軸に連設されたボス部１８ａ，１８ｂと、ボス部１８ａ，１８ｂの外表面に周方向に間隔をあけつつケーシング１２の内面側に向けて張り出した複数の動翼２０ａ，２０ｂを有し、各軸流ファン１６ａ，１６ｂは、ケーシング１２の内面側に位置する先端部から根元に向かうにつれて、動翼の幅と動翼の間隔の比で定まる弦節比が０．５〜０．７の範囲で徐々に大きくされたものとする。
【選択図】図３

Description

本発明は、二段の軸流ファンを備えたジェットファンに関する。

自動車用のトンネル内などに設置されるジェットファンとして、トンネルの天井に取付けられる筒形のケーシング内に同軸に配設されたモータと、モータの回転軸に位置をずらして取り付けられた二段の軸流ファンなどを備えたものが知られている。

この種のジェットファンは、モータに連動して軸流ファンを回転させると、ケーシングの開口から空気を吸込み、吸込んだ空気を反対側の開口から吐出してトンネル内を換気する。また、トンネルを吹き抜ける自然風の向きやトンネル内で発生した火災の位置などに応じてモータを正転又は逆転することにより、送風方向が順方向又は逆方向に切換えられる。

このような送風方向を切換え可能なジェットファンの送風性能を高めるために、軸流ファンの動翼の正圧面と負圧面を対称に形成することに代えて、動翼の厚み方向に反りを形成することが提案されている。また、軸流ファンの軸心筒部の周方向に対して傾斜して動翼を取り付けるに際し、一段目の軸流ファンの動翼の取付け角の位相を二段目の軸流ファンの動翼に対して１８０度反転させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１５６０００号公報

ところで、ジェットファンの設置台数を減らすために、ジェットファン１台あたりの最大吐出風速を例えば３５ｍ／秒以上に引き上げることが求められている。しかし、特許文献１などの従前の方式は、送風下流側の動翼で生じる空気摩擦損失などに起因して圧力上昇が低下することがあるから、最大吐出風速の引き上げに制約を受ける場合があるし、その圧力低下を補うためにモータの回転数を増大させると騒音が増えるおそれがある。

また、軸流ファンの動翼を設計するに際し、例えば、ケーシングの内面側に位置する先端部から根元に向かうにつれて、動翼の幅と動翼の間隔との比（以下、弦節比）を大きくすることが試行されているが、設計者の経験則や直感に頼って弦節比などが決められることから、所望の送風性能を得るには至っていない。

本発明は、騒音の増大を抑えつつ吐出風速を高めるのにより好適なジェットファンを実現することにある。

上記課題を解決するため、種々の検討を行った結果、二段の軸流ファンを収納して送風方向を逆向きに切換え可能なジェットファンにおいては、各軸流ファンの動翼の弦節比を適切な範囲内で制御することにより、ジェットファンの送風性能が改善されることを明らかにした。なお、ここでの弦節比とは、動翼の幅（Ｃ）の動翼の間隔（Ｐ）に対する比である。

図８を参照して動翼の弦節比と圧力上昇との関係を説明する。図８の縦軸は各動翼における圧力上昇（Δｐ）を示し、横軸は弦節比（Ｃ／Ｐ）を示す。また、図８に示す２つの曲線のうち実線は送風上流側に位置する軸流ファンの動翼に対応し、一点鎖線は送風下流側に位置する軸流ファンの動翼に対応する。

図８に示すように、弦節比が大きくなるにつれて、送風上流側の動翼で生じる圧力上昇が増大する一方で、送風下流側の動翼で生じる圧力上昇が徐々に低下する。ここで、図８からわかるように、各動翼の弦節比が例えば０．５を超えると、ジェットファン全体の圧力上昇が比較的大きいものになる。ただし、各動翼の弦節比が例えば０．７を超えると、送風下流側の動翼で生じる圧力上昇が低下するため、結果としてジェットファン全体の圧力上昇が比較的小さいものになる。本発明は、このような動翼の弦節比と圧力上昇の関係に基づき、ジェットファン全体の送風性能を改善する弦節比を定量的かつ客観的に決めてなされたものである。

すなわち、本発明のジェットファンは、筒形のケーシングと、該ケーシング内に同軸に配設された電動機と、該電動機の軸に位置をずらして取り付けられた二つの軸流ファンを備え、前記各軸流ファンは、前記電動機の軸に連設された軸心筒部と、該軸心筒部の外表面に周方向に間隔をあけつつ前記ケーシングの内面側に向けて張り出した複数の動翼を有する。そして、前記各軸流ファンは、前記ケーシングの内面側に位置する先端部から前記軸心筒部側の基部に向かうにつれて、前記動翼の幅と前記動翼の間隔との比で定まる弦節比が０．５〜０．７の範囲で徐々に大きくされてなることを特徴とする。

ここでの動翼の弦節比は、送風上流側の動翼で生じる圧力上昇と、送風下流側の動翼で生じる圧力上昇の低下との関係を考慮して、全体の圧力上昇が高まるように客観的かつ定量的に決められたものである。したがって、このような動翼の弦節比に基づき一段目及び二段目の軸流ファンを形成することにより、送風上流側の動翼で生じる圧力上昇を増大しつつ、送風下流側の動翼で生じる圧力上昇の低下を抑制できる。その結果、電動機の回転数を維持しつつジェットファンの吐出風速を増大させることができるし、また電動機の回転数を上げずに済むから騒音の増大を抑制することができる。

この場合において、各軸流ファンは、動翼が軸心筒部の周方向に対して傾斜して取り付けられたものとし、一方の軸流ファンの翼は、他方の軸流ファンの翼に対して傾斜角の位相が反転して取り付けられるのが望ましい。

また、本発明の一態様によれば、前記各軸流ファンは、前記動翼が厚み方向に反りが形成されたものとし、前記ケーシングの内面側に位置する先端部から前記軸心筒部側の基部に向かうにつれて、前記動翼の反り角が１０°〜１５°の範囲で徐々に小さくされている。すなわち、ここでの動翼の反り角は、送風上流側の動翼で生じる圧力上昇と、送風下流側の動翼で生じる圧力下降との双方を考慮して、全体の圧力上昇が高まるように客観的かつ定量的に決められたものである。したがって、このような動翼の反り角に基づき一段目及び二段目の軸流ファンを形成することにより、騒音を抑えつつ吐出風速を一段と高めることができる。

本発明によれば、騒音の増大を抑えつつ吐出風速を高めるのにより好適なジェットファンを実現できる。

（第一の実施形態）
本発明を適用したジェットファンの第一の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態のジェットファンの構成を示す断面図である。図２は、図１の複数の動翼の厚み方向における断面図である。図３は、図１の軸流ファンの動翼の弦節比を説明するための図である。

図１に示すように、自動車用のトンネル内などに設置されるジェットファン１０は、送風方向を順方向Ａと逆方向Ｂに切換え可能に構成されている。このようなジェットファン１０は、筒形のケーシング１２と、ケーシング１２内に同軸に配設された電動機としてのモータ１４と、モータ１４の回転軸に位置をずらして取り付けられた二段の軸流ファン１６ａ，１６ｂなどを備えている。

軸流ファン１６ａは、モータ１４の回転軸に軸設された軸心筒部としてのボス部１８ａと、ボス部１８ａの外表面からケーシング１２の内面側に向けて張り出した複数の動翼２０ａなどを有する。ここでの動翼２０ａのそれぞれは、その厚み方向に反りが形成されている。軸流ファン１６ｂも軸流ファン１６ａと基本的に同様に、ボス部１８ｂや動翼２０ｂなどから構成されている。ただし、軸流ファン１６ｂの動翼２０ｂは、ボス部１８ｂの周方向に対する取付け角の位相が軸流ファン１６ａの動翼２０ａに対して１８０度反転されている。

そして、本実施形態の軸流ファン１６ａは、ケーシング１２の内面側に位置する先端部からボス部１８ａ側の基部つまり根元に向かうにつれて、動翼２０ａの弦節比が０．５〜０．７の範囲で徐々に大きくされたものとする。別の視点で言えば、軸流ファン１６ａは、動翼２０ａの外周縁から内周側に向かうにつれて、動翼２０ａの弦節比が０．５〜０．７の範囲で徐々に大きくされている。なお、動翼２０ａの弦節比とは、動翼２０ａのいわば密集度合いを示す指標であり、動翼２０ａの幅（以下、翼コード長）と動翼２０ａの間隔（以下、翼間ピッチ）との比である。また、軸流ファン１６ｂも同様に、動翼２０ｂの弦節比が０．５〜０．７の範囲で大きくなるように形成されている。

すなわち、本実施形態は、ジェットファン１０の送風性能を高めるために、送風上流側の動翼（例えば、動翼２０ａ）で生じる圧力上昇と、送風下流側の動翼（例えば、動翼２０ｂ）で生じる圧力上昇の低下との関係を考慮して、動翼２０ａ，２０ｂの弦節比が客観的かつ定量的に決められている。このような弦節比に基づき動翼２０ａ，２０ｂを形成することにより、送風上流側の例えば動翼２０ａで生じる圧力上昇を増大しつつ、送風下流側の例えば動翼２０ｂで生じる圧力上昇の低下を抑制できる。その結果、モータ１４の回転数を維持しつつジェットファン１０の最大吐出風速を例えば３５ｍ／秒以上に引き上げることができるし、またモータ１４の回転数を上げずに済むから騒音の増大を抑制できる。

より詳細に、本実施形態のジェットファン１０について説明する。図１に示すように、ジェットファン１０は、二段の軸流ファン１６ａ，１６ｂがケーシング１２内に収納されている。ケーシング１２は、両端側に開口が形成された円筒形又は角筒形の容器であり、例えばトンネルの天井に取り付けられる。またケーシング１２は、吸音材と多孔板などから構成されたサイレンサ部を有する。

軸流ファン１６ａは、ボス部１８ａと複数の動翼２０ａを有する羽根車である。ボス部１８ａは、ケーシング１２の中心軸に対して同軸に位置された内筒である。ここでのボス部１８ａは、動翼２０ａが取り付けられモータ１４の軸に連動して回転する筒形の胴部と、軸方向に膨らんだ湾曲面を有する頭部を有する。ボス部１８ａの頭部は、補強部材としての支持ステー２２ａを介してケーシング１２の内面に支持されている。このようなボス部１８ａは、ケーシング１２の内面との間で空気流路を形成する。複数の動翼２０ａは、ボス部１８ａの胴部表面に周方向に間隔をあけて立設された複数のブレードである。すなわち、動翼２０ａは、ボス部１８ａの外表面からケーシング１２の内面側に向けて延在している。なお、軸流ファン１６ｂについても基本的に同様である。

また、軸流ファン１６ａ，１６ｂを回転するモータ１４が配設されている。モータ１４は、ケーシング１２の内面に支持ステー２４を介して支持されている。ここでのモータ１４は、ケーシング１２の中心軸に対して同軸に位置される回転軸を有する。モータ１４の回転軸は、軸流ファン１６ａ，１６ｂが両端部に同軸に固定されている。また、モータ１４は、制御指令に応じて、回転軸を正転又は逆転する機能を有する。例えば、モータ１４は、回転軸を時計まわりに回転させるとともに、制御指令に応じて回転軸を反時計まわりに回転させる。なお、図１及び図２に示した矢印Ａ方向は、モータ１４の正転時の空気送風方向に対応し、矢印Ｂ方向は、モータ１４の逆転時の空気送風方向に対応する。

このように構成されるジェットファン１０では、モータ１４を駆動すると、それに連動して軸流ファン１６ａ，１６ｂの双方が順方向又は逆方向に回転する。軸流ファン１６ａ，１６ｂが回転することにより、ケーシング１２の開口から例えばトンネル内の空気が吸込まれ、吸込まれた空気が反対側の開口から吐出される。これによって、例えば、トンネル内を換気して利用者の視界を確保することができるし、また火災等に起因して生じる有害ガスをトンネル外に排出することができる。

ここで、本実施形態の動翼２０ａ，２０ｂについて図２ないし図４を参照して詳細に説明する。なお、図２は、図１の動翼の回転方向と送風方向の関係を示す図であり、便宜上、複数の動翼２０ａのうち動翼２０ａ―１と動翼２０ｂ−２を例示し、複数の動翼２０ｂのうち動翼２０ｂ−１と動翼２０ｂ−２を例示する。また図３は、図２の動翼２０ａ―１と動翼２０ｂ−２を例示する。

図２に示すように、動翼２０ａ―１，２０ａ−２は、ボス部１８ａの周方向に対して傾斜して取り付けられている。ここでの動翼２０ａ―１，２０ａ−２のそれぞれは、厚み方向に反りが形成されている。すなわち、動翼２０ａ―１，２０ａ−２は、正圧面と負圧面が非対称に形成されている。

動翼２０ｂ−１，２０ｂ−２は、動翼２０ａ―１，２０ａ−２と基本的に同様な形態でボス部１８ｂに取り付けられている。ただし、動翼２０ｂ−１，２０ｂ−２の取付け角の位相は、動翼２０ａ―１，２０ａ―２に対して１８０度反転している。すなわち、動翼２０ａ―１，２０ａ―２は、送風方向がＡ方向であるときに主として作用するが、その際は動翼２０ｂ―１，２０ｂ―２が送風抵抗になるおそれがある。同様に、動翼２０ｂ―１，２０ｂ―２は、送風方向がＢ方向であるときに主として作用するが、その際は動翼２０ａ―１，２０ａ―２が送風抵抗になるおそれがある。したがって、Ａ方向及びＢ方向の双方向において所定の吐出風速を確保するために、動翼２０ａ―１に代表される動翼２０ａと動翼２０ｂ―１に代表される動翼２０ｂの取付け角度を１８０度反転させている。

そして、本実施形態の軸流ファン１６ａは、ケーシング１２の内面側に位置する先端部からボス部１８ａ側の根元に向かうにつれて、動翼２０ａの弦節比が０．５〜０．７の範囲で徐々に大きくされている。弦節比とは、図３に示すように、翼コード長Ｃの翼間ピッチＰに対する比（Ｃ／Ｐ）である。翼コード長Ｃは、動翼２０ａ―１の幅であり、厚み方向に直交する長手方向の翼長である。翼間ピッチＰは、動翼２０ａ―１と動翼２０ａ−２とのあいだの距離である。

図４は、動翼２０ａの弦節比の分布を示した線図である。図４の縦軸は弦節比を示し、横軸は動翼２０ａの高さ比（％）を示している。ここでの横軸は、動翼２０ａのケーシング１２の内面側の先端部を基準位置とし、基準位置からボス部１８ａ側の根元に達した位置を１００％とする割合を示す。なお、動翼２０ａを中心に説明するが、動翼２０ｂの弦節比についても同様である。

図４に示すように、動翼２０ａの先端部は、弦節比が例えば０．５に設定されている。そして、動翼２０ａの先端部から根元に向かうにつれて、弦節比が例えば０．５から徐々に増大し、動翼２０ａの根元においては、弦節比が例えば０．７に設定されている。要するに、動翼２０ａは、ケーシング１２の内面側に位置する先端部からボス部１８ａ側の根元に向かうにつれて、弦節比が０．５〜０．７の範囲で徐々に大きくされている。

本実施形態によれば、上記の弦節比に基づき動翼２０ａ及び動翼２０ｂを設計することにより、モータ１４の回転数を維持しつつジェットファン１０の最大吐出風速を例えば３５ｍ／秒以上に引き上げることができる。またモータ１４の回転数を上げずに済むから騒音の増大を抑制できる。

図５は、本実施形態のジェットファン１０の送風性能についての実験結果を示す図である。図５の縦軸は本実施形態のジェットファン１０を基準とした圧力上昇の割合を示している。なお、比較対象の従来型のジェットファンとして、各軸流ファンの動翼として厚み方向に反りを形成したものを適用するとともに、一段目の軸流ファンの動翼の取付け角の位相を二段目の軸流ファンの動翼に対して反転させたものを適用した。

図５に示すように、従来のジェットファンは、送風下流側の動翼で生じる圧力上昇が負の値である。これに対し、本実施形態のジェットファン１０は、送風下流側の動翼（例えば、動翼２０ｂ）で生じる圧力上昇が正の値である。その結果、ジェットファン１０の圧力上昇は、従来型よりも例えば１０％も増加した。したがって、本実施形態によれば、モータ１４の回転数を維持しつつジェットファン１０の吐出風速を増大させることができる。

図６ないし図８を参照して、ジェットファン１０の圧力上昇と吐出風速の関係について補足説明をする。

図６は、ジェットファン１０の圧力上昇に対する吐出風速及びジェットファン内部抵抗との関係を従来型と対比して示すグラフである。図６の縦軸は圧力上昇（ΔＰ）を示し、横軸は吐出風速（Ｃｍ）を示す。図６のグラフには、本実施形態のジェットファン１０の圧力上昇曲線と、動翼として対称翼を適用した従来型のジェットファンの圧力上昇曲線と、動翼として反り翼を適用した従来型のジェットファンの圧力上昇曲線と、ジェットファンの内部抵抗を示す曲線が示されている。なお、反り翼を適用した従来型は、対称翼を適用した従来型よりも動翼の負荷が大きくなるため、動翼の回転数を維持した状態で吐出風速が増大する。ここでジェットファンの吐出風速は、ジェットファンの圧力上昇曲線とジェットファンの内部抵抗曲線との交点で決まる。したがって、ジェットファンの吐出風速を更に高めるためには、ジェットファンの圧力上昇を一段と増加させる必要がある。

図７は、図１の動翼２０ａの入口側から動翼２０ｂの出口側にかけての空気の速度ベクトルを示す速度三角形の説明図である。なお、ここでの送風方向は、図１又は図２に示した矢印Ａ方向である。

まず、図７に示したＷ_１は、動翼とともに移動する相対座標系での動翼２０ａに対する流入速度を示す。β_１は、回転軸方向に対するＷ_１の流入角度を示す。Ｕは、動翼の回転速度を示す。Ｃｍは、吐出風速を示す。また、Ｗ_２は、動翼とともに移動する相対座標系での動翼２０ａからの流出速度つまり動翼２０ｂに対する流入速度を示す。β_２は、回転軸方向に対するＷ_２の流入角度を示す。Ｃ_２は、静止座標系での動翼２０ａからの流出速度つまり動翼２０ｂに対する流入速度を示す。α_２は、静止座標系での回転軸方向に対するＣ_２の流入角度を示す。Ｃｕ_２は、静止座標系における動翼２０ａ出口での回転方向の速度成分である旋回速度成分を示す。また、Ｗ_３は、動翼とともに移動する相対座標系での動翼２０ｂからの流出速度を示す。β_３は、回転軸方向に対するＷ_３の流出角度を示す。Ｃ_３は、静止座標系での動翼２０ｂからの流出速度を示す。α_３は、静止座標系での回転軸方向からのＣ_３の流出角度を示す。Ｃｕ_３は、静止座標系における動翼２０ｂ出口での回転方向の速度成分である旋回速度成分を示す。

ここで、動翼２０ａで生じる圧力上昇（ΔＰ_ａ）は数式１のように表される。また動翼２０ｂで生じる圧力上昇（ΔＰ_ｂ）は数式２のように表される。ジェットファン１０全体の圧力上昇（ΔＰ_all）は数式３のように表される。なお、数式１ないし数式３のρは空気の密度である。

（数式１）

（数式２）

（数式３）

図７の矢印Ａ方向に送風する場合は、送風下流側に位置する動翼２０ｂの出側の旋回速度成分Ｃｕ_３の大きさによってジェットファン１０の圧力上昇が決まる。しかし、反り翼を適用した従来型は、動翼２０ｂの出側の旋回速度成分Ｃｕ_３が動翼２０ａの出側の旋回速度成分Ｃｕ_２よりも小さなものになることがある。その場合、数式２からわかるように、動翼２０ａで圧力が上昇したにもかかわらず、その圧力が動翼２０ｂで低下することになる。動翼２０ｂで圧力上昇の低下が生じると、数式３からわかるように、ジェットファン全体の圧力上昇が動翼２０ａで生じたものよりも小さいものになる結果、図６に示した従来（そりをもつ翼型）のように、ジェットファンの吐出風速が低下する場合がある。

この点、本実施形態は、矢印Ａ方向に送風する場合に生じる動翼２０ｂでの圧力上昇の低下を解消している。具体的には、動翼２０ｂは、ケーシング１２の内面側に位置する先端部からボス部１８ａ側の根元に向かうにつれて、弦節比が０．５〜０．７の範囲で徐々に増大して形成されている。なお、動翼２０ａの弦節比も同様に調整することにより、矢印Ｂ方向に送風する場合に生じる動翼２０ａでの圧力上昇の低下も解消している。

図８は、動翼２０ａ，２０ｂの弦節比と圧力上昇との関係を示す図である。図８の縦軸は動翼２０ａ，２０ｂでの圧力上昇（Δｐ）を示し、横軸は弦節比（Ｃ／Ｐ）を示す。また、図８に示す２つの曲線のうち実線は送風上流側に位置する動翼２０ａに対応し、一点鎖線は送風下流側に位置する動翼２０ｂに対応する。なお、ここでの送風方向は図７の矢印Ａ方向とする。

図８及び図７を参照すると、動翼２０ａの弦節比を大きくするにつれて、動翼２０ａに沿って空気が流れやすくなるから、動翼２０ａでの相対流出角β_２は小さなものになる。相対流出角β_２が小さくなると、動翼２０ａの出側の旋回速度成分Ｃｕ_２は大きなものになるため、数式１からわかるように、動翼２０ａで生じる圧力上昇が増大する。ただし、弦節比を過大にすると、空気摩擦損失などに起因する損失が動翼２０ａで生じるから、動翼２０ａで生じる圧力上昇が低減する。なお、ここでの動翼２０ａの回転速度Ｕは一定である。

一方、動翼２０ｂの弦節比を大きくするにつれて、動翼２０ｂに沿って空気が流れやすくなるが、動翼２０ｂでの相対流出角β_３が大きなものになる。相対流出角β_３が大きくなると、動翼２０ｂの出側の旋回速度成分Ｃｕ_３は小さなものになるため、図８に示すように、動翼２０ｂで生じる圧力上昇が低減する。特に、弦節比が例えば０．７を超える場合は、旋回速度成分Ｃｕ_３が旋回速度成分Ｃｕ_２よりも小さなものになるから、数式２からわかるように、動翼２０ｂで生じる圧力上昇が負の値になる。結果として、ジェットファン１０全体の圧力上昇が動翼２０ａで生じるものよりも小さくなるから、ジェットファン１０の吐出風速が低下する。

このような実情を踏まえて実験的に検討した結果、動翼２０ａ及び動翼２０ｂを設計するに際し、ケーシング１２の内面側に位置する先端部からボス部１８ａ側又はボス部１８ｂ側の根元に向かうにつれて、弦節比を０．５〜０．７の範囲で徐々に大きくすることにした。これにより、動翼２０ａで生じる圧力上昇を増大しつつ、動翼２０ｂで生じる圧力上昇の低下を抑制できるため、例えば最大吐出風速３５ｍ／秒以上を仕様とするジェットファン１０を実現できる。

（第二の実施形態）
本発明を適用したジェットファンの第二の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態が第一の実施形態と異なる点は、動翼２０ａ及び動翼２０ｂの反り角を調整したことにある。したがって、第一の実施形態と相互に対応する箇所に同一符号を付し、相違点を中心に説明する。

図９は、動翼２０ａの反り角の分布を示した線図である。図９の縦軸は反り角θを示し、横軸は動翼２０ａの高さ比（％）を示している。ここでの横軸は、動翼２０ａのケーシング１２の内面側の先端部を基準位置とし、基準位置からボス部１８ａ側の根元に達した位置を１００％とする割合を示す。

図９に示すように、本実施形態の動翼２０ａは、ケーシング１２の内面側に位置する先端部からボス部１８ａ側の根元に向かうにつれて、動翼２０ａの反り角θが１０°〜１５°の範囲で徐々に小さくされている。反り角θは、図３に示すように、動翼２０ａの厚み方向の断面において前縁の接線と後縁の接線との間で形成される鋭角である。ここでの接線は、動翼２０ａの前縁と後縁を結ぶ中心線つまり反り線に対して設定されるものとする。なお、動翼２０ａを中心に説明したが、動翼２０ｂについても同様である。

すなわち、ここでの動翼２０ａ，２０ｂの反り角θは、送風上流側の動翼（例えば、動翼２０ａ）で生じる圧力上昇と、送風下流側の動翼（例えば、動翼２０ｂ）で生じる圧力上昇の低下との双方を考慮して、ジェットファン１０全体の圧力上昇が高まるように客観的かつ定量的に決められたものである。したがって、このような反り角θに基づき動翼２０ａ，２０ｂを形成することにより、騒音を抑えつつ最大吐出風速を例えば３５ｍ／秒以上に高めることが可能になる。

図１０は、動翼２０ａ，２０ｂの反り角θと圧力上昇の関係を示す図である。図１０の縦軸は動翼２０ａ，２０ｂで生じる圧力上昇（Δｐ）を示し、横軸は反り角θを示す。また、図１０に示す２つの曲線のうち実線は送風上流側に位置する動翼２０ａに対応し、一点鎖線は送風下流側に位置する動翼２０ｂに対応する。なお、ここでの送風方向は図７の矢印Ａ方向とする。

図１０及び図７を参照すると、動翼２０ａの反り角θを大きくするにつれて、動翼２０ａに沿って空気が流れやすくなるから、動翼２０ａでの相対流出角β_２は小さなものになる。相対流出角β_２が小さくなると、動翼２０ａの出側の旋回速度成分Ｃｕ_２は大きなものになるため、動翼２０ａで生じる圧力上昇が増大する。ただし、反り角θを過大にすると、動翼２０ａに沿って流れる空気の通気方向に起因して損失が生じるから、動翼２０ａで生じる圧力上昇が低減する。なお、ここでの動翼２０ａの回転速度Ｕは一定である。

一方、動翼２０ｂの反り角θを大きくするにつれて、動翼２０ａの場合と同様に動翼２０ｂに沿って空気が流れやすくなるが、動翼２０ｂでの相対流出角β_３が大きなものになる。相対流出角β_３が大きくなると、動翼２０ｂの出側の旋回速度成分Ｃｕ_３は小さなものになるため、図１０に示すように、動翼２０ｂで生じる圧力上昇が低減する。特に、動翼２０ｂの反り角θが例えば１５°を超える場合は、旋回速度成分Ｃｕ_３が旋回速度成分Ｃｕ_２よりも小さなものになるから、動翼２０ｂで生じる圧力上昇が負の値になる。結果として、ジェットファン１０全体の圧力上昇が動翼２０ａの圧力上昇よりも小さくなるため、ジェットファン１０の吐出風速が低下する。

このような実情を踏まえて実験的に検討した結果、動翼２０ａ及び動翼２０ｂを設計するに際し、ケーシング１２の内面側に位置する先端部からボス部１８ａ側又はボス部１８ｂ側の根元に向かうにつれて、動翼２０ａ及び動翼２０ｂの反り角θを１０°〜１５°の範囲で徐々に小さくすることにした。これにより、第一の実施形態よりも動翼２０ａで生じる圧力上昇を増大しつつ、動翼２０ｂで生じる圧力上昇の低下を抑制できるため、ジェットファン１０の吐出風速をより一層高めることができる。

例えば、本実施形態によれば、図５に示すように、送風下流側の動翼（例えば、動翼２０ｂ）で生じる圧力上昇は、第一の実施形態に比べて例えば１０倍に増えた。その結果、ジェットファン１０全体の圧力上昇も第一の実施形態よりも例えば１０％増加したことから、モータ１４の回転数を維持しつつジェットファン１０の吐出風速を一段と増大させることができる。

本発明を適用した第一の実施形態のジェットファンの構成を示す断面図である。 図１の複数の動翼の厚み方向における断面図である。 図１の軸流ファンの動翼の弦節比及び反り角を説明するための図である。 図１の動翼の弦節比の分布を示した線図である。 図１のジェットファンの送風性能についての実験結果を示す図である。 図１のジェットファンの圧力上昇に対する吐出風速及びジェットファン内部抵抗との関係を従来型と対比して示す図である。 図１の動翼を通過する空気の速度ベクトルを示す速度三角形の説明図である。 図１の動翼の弦節比と圧力上昇との関係を示す図である。 本発明を適用した第二の実施形態のジェットファンの動翼の反り角の分布を示した線図である。 図９の動翼の反り角θと圧力上昇の関係を示す図である。

符号の説明

１０ ジェットファン
１２ ケーシング
１４ モータ
１６ａ，１６ｂ 軸流ファン
１８ａ，１８ｂ ボス部
２０ａ，２０ｂ 動翼

Claims (2)

1. 筒形のケーシングと、該ケーシング内に同軸に配設された電動機と、該電動機の軸に位置をずらして取り付けられた二つの軸流ファンを備え、前記各軸流ファンは、前記電動機の軸に連設された軸心筒部と、該軸心筒部の外表面に周方向に間隔をあけつつ前記ケーシングの内面側に向けて張り出した複数の動翼を有するジェットファンにおいて、
   前記各軸流ファンは、前記ケーシングの内面側に位置する先端部から前記軸心筒部側の基部に向かうにつれて、前記動翼の幅と前記動翼の間隔との比で定まる弦節比が０．５〜０．７の範囲で徐々に大きくされてなることを特徴とするジェットファン。
2. 前記各軸流ファンは、前記動翼が厚み方向に反りが形成されたものとし、前記ケーシングの内面側に位置する先端部から前記軸心筒部側の基部に向かうにつれて、前記動翼の反り角が１０°〜１５°の範囲で徐々に小さくされてなることを特徴とする請求項１に記載のジェットファン。
   

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