JP2011122569A - 二重反転式軸流送風機 - Google Patents

Abstract

【課題】 中段静止部の静止翼の形状を適正化することにより、騒音を低減した二重反転式軸流送風機を提供する。
【解決手段】 前段翼１１の最大軸方向コード長をＬｆ、後段翼２３の最大軸方向コード長をＬｒ、静止翼１７の最大軸方向コード長をＬｍと定めたときに、Ｌｍ／（Ｌｆ＋Ｌｒ）＜０．１４の関係が満たされている。静止翼１７の下面１７Ｂに対する翼弦Ｃと下面１７Ｂとの間の最大寸法をＫ１としたときに、静止翼１７は、静止翼１７の最大軸方向コード長ＬｍがＬｍ／Ｋ１＞５．８の関係を満たしている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、前段インペラと後段インペラとが逆方向に回転する二重反転式軸流送風機に関するものである。

特許第４１２８１９４号（特許文献１）には、軸線方向の一方側に吸込口を有し前記軸線方向の他方側に吐出口を有する風洞を備えたケーシングと、風洞内で回転する複数枚の前段翼を備えた前段インペラと、風洞内で回転する複数枚の後段翼を備えた後段インペラと、空洞内の前段インペラと後段インペラとの間の位置に静止状態で配置された複数の静止翼またはストラッドからなる中段静止部とを有する二重反転式軸流送風機の従来例が示されている。

特許第４１２８１９４号 図１及び図２

従来の二重反転式軸流送風機では、前段インペラ、後段インペラ、中段静止部の形状を工夫することにより、騒音を低減している。しかしながら、従来は中断静止部と騒音との関係については、詳しい検討がなされていなかった。

本発明の目的は、中段静止部の静止翼の形状を適正化することにより、騒音を低減した二重反転式軸流送風機を提供することにある。

本発明が改良の対象とする二重反転式軸流送風機は、軸線方向の一方側に吸込口を有し軸線方向の他方側に吐出口を有する風洞を備えたケーシングと、風洞内で回転する複数枚の前段翼を備えた前段インペラと、風洞内で前段インペラとは逆方向に回転する複数枚の後段翼を備えた後段インペラと、風洞内の前段インペラと後段インペラとの間に位置する中段静止部とを備えている。中段静止部は、風洞内の前段インペラと後段インペラの間の位置に静止状態で配置されて前段インペラと後段インペラとを駆動するモータ装置が固定されるハブと、ハブの外周面とケーシングの内周面とに連結され且つ風洞の周方向に間隔をあけて配置された複数枚の静止翼とを備えている。

前段翼の最大軸方向コード長（前段翼を軸線方向に沿って測った最大長さ寸法）をＬｆ、後段翼の最大軸方向コード長（後段翼を軸線方向に沿って測った最大長さ寸法）をＬｒ、静止翼の最大軸方向コード長をＬｍ（静止翼を軸線方向に沿って測った最大長さ寸法）（但し、Ｌｆ，Ｌｒ及びＬｍは正の数）と定めたときに、本発明の二重反転式軸流送風機は、Ｌｍ／（Ｌｆ＋Ｌｒ）＜０．１４の関係を満たしている。そして本発明では、前段インペラの回転方向を正転方向とし、静止翼の正転方向側に位置する面を上面とし、静止翼の正転方向と反対側に位置する面を下面としたときに、静止翼は上面と下面とが正転方向側に凸となるように湾曲したものを用いる。また静止翼はハブ側に位置する内端からケーシング側に位置する外端に向かうに従って軸方向コード長が長くなるように形成されている。さらに下面に対する翼弦と下面との間の最大寸法をＫ１としたときに、静止翼は内端から外端に向かうに従って最大寸法Ｋが長くなるように形成されている。

上記関係は、二重反転式軸流送風機の騒音の低減を実現する関係を発明者が研究した結果として見出されたものである。少なくとも上記関係を満たす二重反転式軸流送風機は、過去に存在しない。そして少なくとも上記関係を満たす二重反転式軸流送風機は、既存の二重反転式軸流送風機と比べて、騒音を低減できることが確認された。本発明はこの確認に基づいて把握されたものである。上記の要件を満たすと、前段翼から吐き出されて静止翼の表面に沿って流れる流体が、静止翼から剥離するのを有効に抑制して、騒音を低減させることができる。

上記関係だけでも効果は得られるが、上記関係に加えて、静止翼は、ハブに近づくに従ってＫ１がゼロに近づく形状を有しているのが好ましい。このようにすると、さらに騒音を低減することができる。

なお複数枚の静止翼は周方向に均等に配置されているのが好ましい。この要件を満たすと、この要件を満たさない場合と比べて、騒音を低減できる。

リード線が流体が流れる空間内に露出していると、リード線の存在そのものが騒音を増大させることになる。そこでモータ装置から延びる複数本のリード線は、少なくとも１枚の静止翼の内部を延びてケーシングの外部に引き出されているのが好ましい。またモータ装置から延びる複数本のリード線が、少なくとも１枚の静止翼の下面に密着した状態でケーシングの外部に引き出されていてもよい。このようにするとリード線の配線作業が容易になる。

本実施の形態の二重反転式軸流送風機の構成を概略的に示す図である。 本実施の形態で使用する静止翼の一例を前段翼側から見た平面図である。 図２のＪ−Ｊ′線断面の輪郭を示す図である。 静止翼の構造と作用を説明するために各翼に対する流線を付した図である。 Ｋ１の大小に応じた騒音−風量特性を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ細いリード線を静止翼内に収納する場合の構造の例を説明するための断面図である。 （Ａ）はリード線に代えてフレキシブルプリント配線板を用いる場合の構造を説明するための図であり、（Ｂ）はフレキシブルプリント配線板を示す図である。

以下図面を参照して、本発明の二重反転式軸流送風機の実施の形態について説明する。図１は本実施の形態の二重反転式軸流送風機１の構成を概略的に示す図であり、筒状のケーシング３だけを断面にして示してある。ケーシング３は、軸線Ｘの軸線方向の一方側に吸込口５を有し軸線方向の他方側に吐出口７を有する風洞９を備えている。なおケーシング３は、軸線方向の中央位置に軸線Ｘと直交する方向に分割面が位置するように、二つ割りの分割ケーシングが組み合わされて構成されていても良い。風洞９の吸込口５寄りの内部には、複数枚の前段翼１１がハブ１３に固定されて構成された前段インペラ１５が配置されている。複数枚の前段翼１１は、ハブ１３の外周部に一端が固定されて、ハブの周方向に等しい間隔をあけて配置されている。ハブ１３の内部には、前段インペラ１５の駆動源となる前段モータのロータが固定されている。風洞９の中央部には、複数枚の静止翼１７を備えた中段静止部１９が配置されている。複数枚の静止翼１７は、ハブ２１の外周部に一端が固定され他端がケーシング３の内壁部に固定されている。ハブ２１は、筒状部２１Ａの中央部に図示しない隔壁部を備えた構造を有している。ハブ２１の図示しない隔壁部には、前述の前段モータのステータが固定されている。そしてハブ２１の筒状部２１Ａ外周部には、複数枚の静止翼１７が周方向に等しい間隔をあけて配置されている。また風洞９の吐出口７寄りの内部には、複数枚の後段翼２３がハブ２５に固定されて構成された前段インペラ２７が配置されている。複数枚の後段翼２３は、ハブ２５の外周部に一端が固定されて、ハブ２５の周方向に等しい間隔をあけて配置されている。ハブ２５の内部には、後段インペラ２７の駆動源となる後段モータのロータが固定されている。後段モータのステータは、中段静止部１９のハブ２１の図示しない隔壁部に固定されている。

前段翼１１の枚数をＮ、静止翼１７の枚数をＭ、後段翼２３の枚数をＰ（但し、Ｎ，Ｍ及びＰは全て正の整数）とし、前段翼１１の最大軸方向コード長（前段翼１１を軸線方向Ｘに沿って測った最大長さ寸法）をＬｆ、後段翼の最大軸方向コード長（後段翼２３を軸線方向Ｘに沿って測った最大長さ寸法）をＬｒ、静止翼１７の最大軸方向コード長（静止翼２３を軸線方向Ｘに沿って測った最大長さ寸法）をＬｍとし、前段翼１１の外径寸法（前段翼を含む前段インペラを軸線方向と直交する径方向に測った最大直径寸法）をＲｆ、後段翼２３の外径寸法（前段翼を含む前段インペラを軸線方向と直交する径方向に測った最大直径寸法）をＲｒ（但し、Ｌｆ，Ｌｒ，Ｌｍ、Ｒｆ及びＲｒは正の数）と定めたときに、本実施の形態の二重反転式軸流送風機１は、Ｌｍ／（Ｌｆ＋Ｌｒ）＜０．１４の関係を満たす。なお前段翼１１の枚数Ｎ，静止翼１７の枚数Ｍ及び後段翼２３の枚数Ｐの間には、Ｎ≧Ｐ＞Ｍの関係が満たされているのが好ましいが、この関係は本発明において必要不可欠なものではない。

本実施の形態では、静止翼１７における損出をできるだけ小さくする静止翼とする設計思想を採用する。その上で、本実施の形態では、後段翼２３における損失を減らして、後段翼２３が旋回回復分の仕事を行う(従来の静止翼の仕事も同時に行う)という作用効果を得るためにＮ≧Ｐ＞Ｍの関係を付加している。静止翼１７における損出をできるだけ小さくする静止翼とする設計思想では、Ｌｍ／（Ｌｆ＋Ｌｒ）＜０．１４の関係は、静止翼１７の最大軸方向コード長Ｌｍの上限値を規定する。公知の二重反転軸流送風機においてＬｍ／（Ｌｆ＋Ｌｒ）の値を計算しても、０．１４より小さくなるものはない。したがってこの上限値は臨界的な意味を持つもというよりは、本願発明が公知技術を排除するための限定である。

図２は、本実施の形態で使用する静止翼１７の一例を前段翼１３側から見た平面図であり、図３は図２のＪ−Ｊ′線断面の輪郭を示す図である。図４は、静止翼１７の構造と作用を説明するために、各翼に対する流線を付した図である。前段インペラ１５の回転方向を正転方向とし、静止翼１７の正転方向側に位置する面を上面１７Ａとし、静止翼１７の正転方向と反対側に位置する面を下面１７Ｂとしたときに、静止翼１７は上面１７Ａと下面１７Ｂとは正転方向側に凸となるように湾曲している。また静止翼１７はハブ２１側に位置する内端１７Ｃからケーシング３側に位置する外端１７Ｄに向かうに従って軸方向コード長Ｌが長くなるように形成されている。さらに下面１７Ｂに対する翼弦Ｃと下面１７Ｂとの間の最大寸法をＫ１としたときに、静止翼１７は内端１７Ｃから外端１７Ｄに向かうに従って最大寸法Ｋ１が長くなるように形成されている。しかも本実施の形態の静止翼１７は、静止翼１７の最大軸方向コード長Ｌｍと最大寸法Ｋ１との間に、Ｌｍ／Ｋ１＞５．８の関係が満たされている。Ｌｍ／Ｋ１＞５．８の関係は、試験により求められた関係である。試験結果によると、Ｌｍ／（Ｌｆ＋Ｌｒ）＜０．１４の関係を満たし、且つ静止翼１７がその内端から外端に向かうに従って最大寸法Ｋ１が長くなるように形成されているす二重反転式軸流送風機においては、Ｌｍ／Ｋ１が大きくなるほど騒音が大きくなり、この値が小さくなるほど騒音が小さくなる傾向があることが判った。なおＬｍ／Ｋ１＞５．８の関係は、この傾向に基づいて、既存の二重反転式軸流送風機よりも騒音が低下する範囲として特定したものである。なお本実施の形態の静止翼１７の上面１７Ａの形状は、翼の設計思想から、下面１７Ｂの形状と極端に異なることはあり得ない。また発明者の研究によると、下面Ｂに比べて上面１７Ａの影響は殆どないことが判っている。したがって上面１７Ａに対する翼弦Ｃと上面１７Ａとの間の最大寸法をＫ２としたときに、静止翼１７の最大軸方向コード長Ｌｍと最大寸法Ｋ２との間に、Ｌｍ／Ｋ２をどの程度にするかは、重要ではなく、下面１７Ｂの形状に応じて必然的に定まるものであればよい。

図４に示すように軸線Ｘを含み且つ静止翼１７の中心を通る仮想平面Ｓと静止翼１７の翼弦Ｃ（上面１７Ａと下面１７Ｂの２つの交点を結ぶ仮想線）との間の角度を翼角度θとしたときに、目標動作点において、前段インペラ１５から吐き出される回転流体の回転成分の角度をθｒとすると、翼角度θはθｒに近い値であることが好ましいことは判っている。しかしながらその許容ずれ範囲は、特に限定されるものではない。

図４に示した矢印は、前段翼１１、静止翼１７及び後段翼２３によって発生する流体の流れを示す流線である。上記の関係を満たす本実施の形態によれば、静止翼１７が存在することにより発生する損出を最小にすることができる。また上記関係を満たすと、前段翼１１から吐き出されて静止翼１７の表面に沿って流れる流体が、静止翼１７の表面（特に上面１７Ａ）から剥離するのを有効に抑制して、騒音を低減させることができる。

本実施の形態では、上記の関係に加えて、静止翼１７は、ハブ２１に近づくに従ってＫ１がゼロに近づく形状を有している。すなわち静止翼１７は、ハブ２１に近づくに従って下面１７Ｂが平面に近づく形状を有している。ハブ２１に近づくに従って下面１７Ｂが平面に近づく形状の静止翼１７は、ハブ２１に近づくに従って下面１７Ｂが平面に近づかない形状の静止翼と比べて、発生する騒音が小さくなる。

図５は、静止翼１７の翼角度θを、目標動作点において、回転速度を一定として、且つＬｍ及びＫ２を一定として、しかもモータ部からケーシング３の外に延びるリード線を図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように静止翼１７の内部に収納した上で、Ｋ１の値を変化させたときの騒音の変化の傾向を示している。図５において点線は、Ｋ１が大きいときの騒音−風量特性であり、実線はＫ１を小さくしたときの騒音−風量特性である。この傾向から判るように、静止翼１７の形状の適正化を図ることにより、送風機全体の騒音を低減できる。なお図５のデータは、Ｋ１が小さくなるのに伴ってＫ２も小さくしたデータである。 図６（Ａ）及び（Ｂ）の例では、リード線１８は導体の表面を絶縁塗料で覆った細いエナメル線やホルマル線のように耐電圧の低い細いリード線を利用している。そして静止翼１７は、特許文献１に記載の構造と同様に、二つ割りの分割静止翼１７ａ及び１７ｂの合わせ面に形成された凹部内にリード線１８が収納されている。なおリード線１８を静止翼１７の内部に収納する構造は、図６の例に限定されるものではなく、リード線をインサートとしてケーシングをインサート成形により形成してもよい。上記実施の形態のようにリード線を露出しない構造を採用すると、上記関係を満たすように構成した静止翼１７の効果を最良のものとすることができる。また細いリード線を用いる場合には、少なくとも１つの静止翼内にすべてのリード線を収納してもよいし、各静止翼にそれぞれリード線を分散して収納するようにしてもよい。なお細いリード線は、コネクタを利用して、ケーシング３の外側で通常の太い被覆リード線に接続するようにすればよい。

また細いリード線を用いずに、フレキシブルプリント配線板を用いてもよい。図７（Ａ）は、特許文献１に示す従来の送風機と同様に、ケーシング３を二つ割り構造とした場合に一方の分割ケーシング３Ａにフレキシブルプリント配線板ＦＰＣを実装した状態を示している。図７（Ｂ）には、フレキシブルプリント配線板ＦＰＣだけを示してある。この例では、図示しない他方の分割ケーシング３Ｂとの間にフレキシブルプリント配線板ＦＰＣの主要部を挟んでいる。したがって、フレキシブルプリント配線板ＦＰＣの存在が騒音の発生原因となることはない。

さらに静止翼１７の下面１７Ｂに細いリード線を粘着テープや、薄く塗布した接着膜で固定するようにしてもよいのは勿論である。

本発明の二重反転式軸流送風機によれば、既存の二重反転式軸流送風機と比べて、静止翼における損失が少なくなって、特性が向上し且つ騒音を低減できるので、産業上の利用可能性がある。

１ 二重反転式軸流送風機
３ ケーシング
５ 吸込口
７ 吐出口
９ 風洞
１１ 前段翼
１３ ハブ
１５ 前段インペラ
１７ 静止翼
１９ 中段静止部
２１ ハブ
２３ 後段翼
２５ ハブ
２７ 後段インペラ

Claims (5)

1. 軸線方向の一方側に吸込口を有し前記軸線方向の他方側に吐出口を有する風洞を備えたケーシングと、
   前記風洞内で回転する複数枚の前段翼を備えた前段インペラと、
   前記風洞内で回転する複数枚の後段翼を備えた後段インペラと、
   前記空洞内の前段インペラと後段インペラの間の位置に静止状態で配置されて前記前段インペラと前記後段インペラとを駆動するモータ装置が固定されるハブと、前記ハブの外周面と前記ケーシングの内周面とに連結され且つ前記風洞の周方向に間隔をあけて配置された複数枚の静止翼とを備えた中段静止部とを有する二重反転式軸流送風機であって、
   前記前段翼の最大軸方向コード長をＬｆ、前記後段翼の最大軸方向コード長をＬｒ、前記静止翼の最大軸方向コード長をＬｍ（但し、Ｌｆ，Ｌｒ及びＬｍは正の数）と定めたときに、
   Ｌｍ／（Ｌｆ＋Ｌｒ）＜０．１４
   の関係が満たされており、
   前記前段インペラの回転方向を正転方向とし、前記静止翼の前記正転方向側に位置する面を上面とし、前記静止翼の前記正転方向と反対側に位置する面を下面としたときに、前記静止翼は前記上面と前記下面とが前記正転方向側に凸となるように湾曲しており、
   前記静止翼は前記ハブ側に位置する内端から前記ケーシング側に位置する外端に向かうに従って軸方向コード長が長くなるように形成され、
   前記下面に対する翼弦と前記下面との間の最大寸法をＫ１としたときに、前記静止翼は前記内端から前記外端に
   向かうに従って前記最大寸法Ｋ１が長くなるように形成されており、しかもＬｍ／Ｋ１＞５．８の関係を満たしていることを特徴とする二重反転式軸流送風機。
2. 前記静止翼は、前記ハブに近づくに従って前記Ｋ１がゼロに近づく形状を有している請求項１に記載の二重反転式軸流送風機。
3. 前記複数枚の静止翼は前記周方向に均等に配置されている請求項１に記載の二重反転式軸流送風機。
4. 前記モータ装置から延びる複数本のリード線が少なくとも１枚の前記静止翼の内部を延びて前記ケーシングの外部に引き出されている請求項３に記載の二重反転式軸流送風機。
5. 前記モータ装置から延びる複数本のリード線が少なくとも１枚の前記静止翼の前記下面に密着した状態で前記ケーシングの外部に引き出されている請求項３に記載の二重反転式軸流送風機。