JP2013224627A

JP2013224627A - 軸流ファン

Info

Publication number: JP2013224627A
Application number: JP2012097508A
Authority: JP
Inventors: Takashi Moriyama; 貴司森山; Kiyonori Koga; 清訓古賀; Masao Akiyoshi; 雅夫秋吉; Seiji Nakajima; 誠治中島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2013-10-31

Abstract

【課題】ディフューザの広がり角を大きくしていった場合でも、ディフューザでの空気流れの剥離を抑制してエネルギー損失を抑制することができ、ディフューザでの静圧回復量も大きくできる軸流ファンを得る。
【解決手段】軸流ファン１は、回転軸３と、回転軸３の外周面を所定の間隙を介して覆うシュラウド６と、シュラウド６内に設けられ、回転軸３と共に回転する複数の動翼２、及び、動翼２の下流側に並設された複数の静翼５を有する圧縮ステージ２０と、圧縮ステージ２０の下流側に設けられたディフューザ３０と、を備えている。そして、複数の静翼５のうちの少なくとも１つは、半径方向内側端部１２から半径方向外側端部１１にかけて食い違い角が徐々に大きくなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、筒状ケース内に流入した空気を圧縮する圧縮ステージ、及び該圧縮ステージで圧縮された空気を減速させるディフューザを有する軸流ファンに関する。

回転電機やジェットエンジン等の圧縮機構として、従来より軸流ファンが用いられている。このような軸流ファンは、回転軸の外周面を所定の間隙を介して覆い、内周部に回転軸の軸方向に沿った環状流路が形成される筒状ケースと、該筒状ケース内に単段で配置された、あるいは回転軸の軸方向に沿って複数段並設された圧縮ステージと、を備えている。また、上記圧縮ステージは、環状流路内において回転軸の周方向に等間隔に並設され、回転軸と共に回転する複数の動翼と、これら動翼の下流側となる環状流路内にいて回転軸の周方向に等間隔に並設された複数の静翼と、を備えている。このような軸流ファンは、回転軸と共に動翼を回転させることにより、筒状ケース内の環状流路に流入した空気を圧縮し、静翼及び筒状ケースによって圧縮空気を静止させて、圧縮空気の静圧を回復させる。

また、このような軸流ファンは、最も下流側に配置された圧縮ステージの下流側に、当該圧縮ステージから流出した空気を減速させるディフューザを備えている。このディフューザは、上流側から下流側にかけてその外壁が半径方向（回転軸と垂直な方向）に広がった形状をしている。つまり、このディフューザは、上流側から下流側にかけて半径方向の断面積が拡大する環状流路が形成されている。このディフューザによって圧縮ステージで圧縮された空気が減速され、当該空気は下流の流路や燃焼室に送り出される。

このような単段又は複数段の圧縮ステージとディフューザとを備えた従来の軸流ファンは、ディフューザの下流に向かう広がり角（つまり、ディフューザ外壁の広がり方）を大きくすることにより、静圧回復量を増加させることができる。一方で、ディフューザの長さの抑制（換言すると、軸流ファンの小型化）を図る等の理由によって当該広がり角を大きくしすぎると、ディフューザの外壁近傍から空気の流れが剥離してしまう。このため、従来の軸流ファンは、ディフューザでの静圧回復量を増加させるためにディフューザの広がり角を大きくしようとしても、広がり角が所定値以上になってしまうとディフューザの外壁近傍から空気の流れが剥離してしまい、ディフューザでのエネルギー損失が増大してしまうという問題点が発生したり、ディフューザでの静圧回復量が逆に減少してしまうという問題点があった。

そこで、従来の軸流ファンには、ディフューザでのエネルギー損失を抑制するという観点から、ディフューザの外壁近傍からの空気流れの剥離の抑制を図った軸流ファンが提案されている（特許文献１参照）。この特許文献１に記載の軸流ファン（特許文献１ではジェットエンジン用圧縮機と記載）は、「コア流路７の径方向内側の壁面における最終段の高圧圧縮機ステータ２３の静翼４７の前縁から後縁にかけての部位は、凹形状の第１曲面ＦＲから凸形状の第２曲面ＳＲに遷移しており、第１曲面ＦＲから第２曲面ＳＲに遷移する変曲点ＩＰは、最終段の高圧圧縮機ステータ２３の静翼４７の前縁から７０〜８５％コード長だけ離れた点である」（特許文献１参照）という構成により、ディフューザの外壁近傍から空気流れが剥離することを抑制している。

特開２０１１−９４５００号公報（要約、図１）

特許文献１に記載された軸流ファン（特許文献１ではジェットエンジン用圧縮機と記載）は、ディフューザでの空気流れの剥離を抑制した分だけ、ディフューザでのエネルギー損失を抑制できる。また、ディフューザでの空気流れの剥離を抑制した分だけ、ディフューザの広がり角を大きくできるので、ディフューザでの静圧回復量を大きくすることができる。しかしながら、特許文献１に記載された軸流ファンは、ディフューザの内壁（半径方向内側の壁）の径を半径方向に拡大することにより、ディフューザの外壁近傍から空気の流れが剥離することを抑制している。このため、当該内壁の径が半径方向に拡大している箇所において流路断面積が縮小されるので、ディフューザ内の空気流れは、軸方向に縮流して流速が増加してしまい、その動圧の上昇分だけ静圧が減少してしまう。したがって、特許文献１に記載の軸流ファンは、ディフューザの広がり角を大きくできるものの、ディフューザ全体としては静圧回復量を十分に増加させることができないという課題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ディフューザの広がり角を大きくしていった場合でも、ディフューザでの空気流れの剥離を抑制してエネルギー損失を抑制することができ、ディフューザでの静圧回復量も大きくできる軸流ファンを得ることを目的とする。

本発明に係る軸流ファンは、回転軸と、前記回転軸の外周面を所定の間隙を介して覆い、内周部に前記回転軸の軸方向に沿った第１の環状流路が形成される筒状ケースと、前記第１の環状流路内において前記回転軸の周方向に等間隔に並設され、前記回転軸と共に回転する複数の動翼、及び、前記動翼の下流側となる前記第１の環状流路内にいて前記回転軸の周方向に等間隔に並設された複数の静翼を有する圧縮ステージと、を備え、前記圧縮ステージを、単段で配置し、あるいは、前記回転軸の軸方向に沿って複数段並設し、最も下流側に配置された前記圧縮ステージの下流側に、上流側から下流側にかけて外壁が前記回転軸と垂直な方向である半径方向に広がり、上流側から下流側にかけて流路断面積が拡大する第２の環状流路が前記回転軸の軸方向に沿って形成されるディフューザを有する軸流ファンであって、最も下流側に配置された前記圧縮ステージにおける複数の前記静翼のうちの少なくとも１つは、前記半径方向の内側となる端部から前記半径方向の外側となる端部にかけて、食い違い角が徐々に大きくなっているものである。

本発明は、最も下流側に配置された圧縮ステージにおける複数の静翼のうちの少なくとも１つを、半径方向の内側となる端部から半径方向の外側となる端部にかけて食い違い角を徐々に大きくしている。ここで、静翼の食い違い角が大きくなると、静翼の後流の円周方向成分（回転軸の周方向に沿った速度成分）が増加し、円周方向に旋回する流れの遠心力も増加する。そして、当該遠心力の増加によって、ディフューザを流れる空気の流路である第２の環状流路では、半径方向外向きの流れが強くなる。このため、本発明においては、第２の環状流路の外側（ディフューザの外壁側）へ向かう流れが第２の環状流路の外側において強くなるので、ディフューザの外壁近傍から空気の流れが剥離することを防止できる。したがって、本発明は、ディフューザの広がり角を大きくしていった場合でも、ディフューザの外壁近傍から空気の流れが剥離することを防止でき、ディフューザでのエネルギー損失を抑制することができる。このとき、本発明は、第２の環状流路の途中で流路断面積を縮小させることなく（つまり、縮流を発生させることなく）ディフューザの外壁近傍から空気の流れが剥離することを防止できるので、ディフューザ全体としての静圧回復量を増大させることもできる。

本発明の実施の形態１に係る軸流ファンを回転軸の軸方向に切断した断面図である。ディフューザの外壁近傍の流れを説明するため断面図である。本発明の実施の形態１に係る軸流ファンの静翼を円周方向に切断した断面の展開図である。本発明の実施の形態１に係る軸流ファンにおいて、同一の静翼の半径方向外側端部及び半径方向内側端部を円周方向に切断した断面図である。本発明の実施の形態２に係る軸流ファンにおいて、同一の静翼の半径方向外側端部及び半径方向内側端部を円周方向に切断した断面図である。本発明の実施の形態３に係る軸流ファンを回転軸の軸方向に切断した断面図である。本発明の実施の形態４を示す軸流ファンの断面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る軸流ファンを回転軸の軸方向に切断した断面図である。なお、図中の白抜き矢印は空気の流れ方向を示すものである。また、軸流ファン１は、回転軸３の軸方向に沿った断面で軸流ファン１を切断した場合、回転軸３の軸に対して略対象となる。このため、図１では、回転軸３より下方の図示を省略している。

軸流ファン１は、例えば、回転電機やジェットエンジン等の圧縮機構として、回転電機やジェットエンジン等に搭載されるものである。この軸流ファン１は、回転軸３、該回転軸３の外周面を所定の間隙を介して覆う筒状のシュラウド６、該シュラウド６の内部に設けられた圧縮ステージ２０、及び、該圧縮ステージ２０の下流側に設けられるディフューザ３０を備えている。ここで、シュラウド６が、本発明における筒状ケースに相当する。

圧縮ステージ２０は、複数の動翼２、及び複数の静翼５を備えている。複数の動翼２は、回転軸３に取り付けられたハブ４の外周面に設けられている。また、各動翼２は、ハブ４の外周面、つまり回転軸３の周方向（以下、回転軸の周方向を円周方向ともいう）に沿って等間隔に並設されている。複数の静翼５は、複数の動翼２の下流側において、回転軸３の周方向に沿って等間隔に並設されている。これら各静翼５の半径方向外側端部１１（回転軸３の軸方向と垂直な方向において外側となる静翼５の端部）は、シュラウド６に接続されている。また、本実施の形態１では、各静翼５の半径方向の内側に、回転軸３の外周面に対して所定の間隙を介するように、筒状の静翼環７が設けられている。そして、各静翼５の半径方向内側端部１２（回転軸３の軸方向と垂直な方向において内側となる静翼５の端部）は、この静翼環７に接続されている。

つまり、本実施の形態１に係る軸流ファン１は、シュラウド６の内部の圧縮ステージ２０が設けられた範囲に、シュラウド６が外壁となりハブ４及び静翼環７が内壁となる環状流路が形成される構成となっている。また、駆動装置（図示せず）によって回転軸３を駆動することにより、各動翼２は、この環状流路内を回転する構成となっている。また、各静翼５は、この環状流路内に固定配置された構成となっている。
ここで、シュラウド６の内部に形成される当該環状流路が、本発明における第１の環状流路に相当する。

ディフューザ３０は、外壁１３及び内壁１４を備えており、外壁１３と内壁１４との間に環状流路が形成されている。このディフューザ３０の環状流路は、シュラウド６に形成される環状流路と連通する構成となっている。つまり、ディフューザ３０側の環状流路における入口側の流路断面積（半径方向に切断した断面積）は、シュラウド６側の環状流路における出口側の流路断面積と略同等となっている。また、ディフューザ３０の外壁１３は上流側から下流側にかけて半径方向に広がっており、ディフューザ３０の環状流路は、上流側から下流側にかけて流路断面積が拡大する形状となっている。
ここで、ディフューザ３０の環状流路が、本発明における第２の環状流路に相当する。なお、本実施の形態１では、ディフューザ３０の外壁１３とシュラウド６とを一体形成した構成となっているが、ディフューザ３０の外壁１３とシュラウド６とを別体で構成してもよい。同様に、本実施の形態１では、ディフューザ３０の内壁１４と静翼環７とを一体形成した構成となっているが、ディフューザ３０の内壁１４と静翼環７とを別体で構成してもよい。

このように構成された軸流ファン１は、回転軸３と共に動翼２を回転させることにより、シュラウド６内の環状流路に流入した空気を吸入し、当該空気を圧縮させる。そして、軸流ファン１は、動翼２によって圧縮された空気を静翼５、シュラウド６及び静翼環７によって静止させて、圧縮空気の静圧を回復させる。その後、軸流ファン１は、ディフューザ３０において、圧縮ステージ２０で圧縮された空気を減速させてさらに静圧を回復させ、当該空気を下流の流路や燃焼室に送り出す。

ここで、ディフューザ３０の外壁１３の半径方向の広がり方を大きくすることにより、つまり、図２に示す広がり角θ_sを大きくすることにより、ディフューザ３０での静圧回復量を増加させることができる。このため、ディフューザ３０の長さを抑制したい場合（換言すると、軸流ファン１を小型化したい場合）、広がり角θ_sを大きくすることによってディフューザ３０の長さを抑制することが試みられる。しかしながら、広がり角θ_sを大きくしすぎると、ディフューザ３０の外壁１３近傍において当該外壁１３から剥離する境界層流れ１５が発生し、ディフューザ３０でのエネルギー損失が増大してしまう。また、外壁１３から剥離する境界層流れ１５が発生すると、ディフューザ３０での静圧回復量も低下してしまう。

そこで、本実施の形態１では、各静翼５を以下のような形状にすることにより、外壁１３から剥離する境界層流れ１５が発生することを防止している。

図３は、本発明の実施の形態１に係る軸流ファンの静翼を円周方向に切断した断面の展開図である。また、図４は、本発明の実施の形態１に係る軸流ファンにおいて、同一の静翼の半径方向外側端部及び半径方向内側端部を円周方向に切断した断面図である。
ここで、Ｖ_1zは、流入速度９の軸方向成分（回転軸３の軸方向に沿った成分）を示している。Ｖ_1θは、流入速度９の円周方向成分を示している。β₁は、流入角を示している。ｔは、静翼５の翼幅を示している。ｉ₁は、入口角を示している。ｉ₂は、出口角を示している。θ_cは、反り（＝入口角ｉ₁−出口角ｉ₂）を示している。ｌは、弦長を示している。γは、回転軸３の軸方向と翼弦線１６とがなす角度である食い違い角を示している。Ｖ_2zは、流出速度１０の軸方向成分を示している。Ｖ_2θは、流出速度１０の円周方向成分を示している。β₂は、流出角を示している。

図３に示す流出速度１０の円周方向成分Ｖ_2θが大きくなると、静翼５の後方では、円周方向に旋回する流れによって遠心力が大きくなり、半径方向外側に流れが傾く。なお、この流出速度１０は、流入速度９、食い違い角γ、反りθ_c（＝入口角ｉ₁−出口角ｉ₂）、弦節比（＝弦長ｌ／翼幅ｔ）から公知の計算式を用いて求めることが出来る。

また、食い違い角γと流出速度１０の円周方向成分Ｖ_2θとの間には、食い違い角γが大きくなると、流れの転向角（β₁−β₂）が小さくなり、流出速度１０の円周方向成分Ｖ_2θが大きくなるという関係が有る。つまり、食い違い角γが大きくなるにしたがって、静翼５の後方、つまりディフューザ３０内では、半径方向外側へ流れが傾いていく。

そこで、本実施の形態１に係る軸流ファン１では、各静翼５の形状を図４に示すように形成している。詳しくは、同一の静翼５において、半径方向外側端部１１の翼断面１１ａにおける食い違い角γ_sは、半径方向内側端部１２の翼断面１２ａにおける食い違い角γ_hよりも大きくなっている。つまり、各静翼５は、半径方向内側端部１２から半径方向外側端部１１にかけて、食い違い角γが徐々に大きくなっている。各静翼５の形状をこのように形成することにより、ディフューザ３０内では、内壁１４から外壁１３側にかけて静翼後流の半径方向成分が徐々に大きくなり、外壁１３側へ流れが向く。これにより、外壁１３から剥離する境界層流れ１５を抑制することができる。このため、本実施の形態１に係る軸流ファン１は、ディフューザ３０の広がり角θ_sを大きくした場合でも、ディフューザ３０でのエネルギー損失を抑制でき、ディフューザ３０での静圧回復量も大きくできる。このとき、本実施の形態１に係る軸流ファン１は、ディフューザ３０の環状流路の途中で流路断面積を縮小させることなく（つまり、縮流を発生させることなく）ディフューザ３０の外壁１３近傍から空気の流れが剥離することを防止できるので、ディフューザ３０全体としての静圧回復量を増大させることもできる。

なお、本実施の形態１では、単段（１つ）の圧縮ステージ２０を備えた軸流ファン１について説明したが、圧縮ステージ２０を回転軸３の軸方向に複数段並設して軸流ファン１を構成してもよい。この場合、空気の流れ方向に沿って見た場合に最も下流側となる圧縮ステージ２０の静翼５を、上記のような形状に形成すればよい。これにより、外壁１３から剥離する境界層流れ１５を抑制することができるので、ディフューザ３０の広がり角θ_sを大きくした場合でも、ディフューザ３０でのエネルギー損失を抑制でき、ディフューザ３０全体としての静圧回復量を増大させることもできる。

また、本実施の形態１では、最下流側の圧縮ステージ２０の各静翼５（つまり全ての静翼５）を上記の構成とした。しかしながら、これに限らず、最下流側の圧縮ステージ２０の各静翼５のうちの少なくとも１つを上記の形状に形成すればよい。このように構成しても、ディフューザ３０内では、内壁１４から外壁１３側にかけて静翼後流の半径方向成分が徐々に大きくなり、外壁１３側へ流れが向く。このため、ディフューザ３０の広がり角θ_sを大きくした場合でも、ディフューザ３０でのエネルギー損失を抑制でき、ディフューザ３０全体としての静圧回復量を増大させることもできる。なお、最下流側の圧縮ステージ２０の全ての静翼５を上記の形状に形成した方が、当該効果がより大きくなる。このため、本実施の形態１では、最下流側の圧縮ステージ２０の全ての静翼５を上記の形状に形成している。

また、各静翼５周りの空気流れが不均一になることに起因する回転軸３の負荷変動や駆動装置の消費電力の増加を防止するという観点からも、各静翼５を同一形状にすることが好ましく、各静翼５を等間隔に設けることがさらに好ましい。動翼２も同様に、各動翼２を同一形状にすることが好ましく、各動翼２を等間隔に設けることがさらに好ましい。

実施の形態２．
静翼５を以下のように形成することにより、ディフューザ３０でのエネルギー損失をより抑制でき、ディフューザ３０全体としての静圧回復量をより増大させることもできる。なお、本実施の形態２で特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図５は、本発明の実施の形態２に係る軸流ファンにおいて、同一の静翼の半径方向外側端部及び半径方向内側端部を円周方向に切断した断面図である。
同一の静翼５における半径方向外側端部１１の翼断面１１ａ及び半径方向内側端部１２の翼断面１２ａからわかるように、本実施の形態２に係る軸流ファン１は、同一の静翼５において、半径方向外側端部１１の弦長ｌ_sが半径方向内側端部１２の弦長ｌ_hよりも小さくなっている。また、隣接する静翼５において、半径方向外側端部１１間の翼幅ｔ_sと半径方向内側端部１２間の翼幅ｔ_hとが、略同等となっている。つまり、本実施の形態２の各静翼５は、半径方向内側端部１２から半径方向外側端部１１にかけて弦節比（＝弦長ｌ／翼幅ｔ）が徐々に小さくなっている。

弦節比（＝弦長ｌ／翼幅ｔ）が小さくなると、流れの転向角（β₁−β₂）が小さくなり、流出速度１０の円周方向成分Ｖ_2θが大きくなる関係が有る。つまり、弦節比（＝弦長ｌ／翼幅ｔ）が小さくなるにしたがって、静翼５の後方、つまりディフューザ３０内では、半径方向外側へ流れが傾いていく。このため、図５のように半径方向内側端部１２から半径方向外側端部１１にかけて弦節比（＝弦長ｌ／翼幅ｔ）が徐々に小さくなるように各静翼５を形成することにより、ディフューザ３０内では、内壁１４から外壁１３側にかけて静翼後流の半径方向成分が徐々に大きくなり、外壁１３側へ流れが向く。外壁１３から剥離する境界層流れ１５を抑制することができる。このため、本実施の形態２に係る軸流ファン１は、ディフューザ３０の広がり角θ_sを大きくした場合でも、ディフューザ３０でのエネルギー損失を抑制でき、ディフューザ３０での静圧回復量も大きくできる。このとき、本実施の形態２に係る軸流ファン１も、ディフューザ３０の環状流路の途中で流路断面積を縮小させることなく（つまり、縮流を発生させることなく）ディフューザ３０の外壁１３近傍から空気の流れが剥離することを防止できるので、ディフューザ３０全体としての静圧回復量を増大させることもできる。

以上、本実施の形態２に係る軸流ファン１においては、最下流側の圧縮ステージ２０の各静翼５の形状を、実施の形態１で示した形状（図４参照）とし、さらに図５に示した形状としている。このため、本実施の形態２に係る軸流ファン１においては、ディフューザ３０の広がり角θ_sを大きくした場合でも、ディフューザ３０でのエネルギー損失をさらに抑制でき、ディフューザ３０全体としての静圧回復量をさらに増大させることもできる。

なお、本実施の形態２では、最下流側の圧縮ステージ２０の各静翼５（つまり全ての静翼５）を図５に示す構成とした。しかしながら、これに限らず、最下流側の圧縮ステージ２０の各静翼５のうちの少なくとも１つを図５に示す形状に形成すればよい。このように構成しても、ディフューザ３０内では、内壁１４から外壁１３側にかけて静翼後流の半径方向成分が徐々に大きくなり、外壁１３側へ流れが向く。このため、ディフューザ３０の広がり角θ_sを大きくした場合でも、ディフューザ３０でのエネルギー損失を抑制でき、ディフューザ３０全体としての静圧回復量を増大させることもできる。また、最下流側の圧縮ステージ２０の各静翼５のうちの少なくとも１つを実施の形態１で示した形状（図４参照）とし、最下流側の圧縮ステージ２０の各静翼５のうちの少なくとも１つを実施の形態２で示した形状（図５参照）とする場合、どちらか一方の形状でそれぞれ異なる静翼５を形成してもよい。

実施の形態３．
実施の形態１及び実施の形態２では、ディフューザ３０の内壁１４を、入口側から出口側まで同一直径となるように形成していた。これに限らず、ディフューザ３０の内壁１４を次のような形状に形成してもよい。なお、本実施の形態３で特に記述しない項目については実施の形態１又は実施の形態２と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図６は、本発明の実施の形態３に係る軸流ファンを回転軸の軸方向に切断した断面図である。なお、図６では、圧縮ステージ２０の静翼５部分からディフューザ３０までを図示し、圧縮ステージ２０の動翼２部分の図示を省略している。
図６に示すように、本実施の形態３に係るディフューザ３０は、内壁１４が入口側から出口側にかけて広がり角θ_hで徐々に広がる構成となっている。また、内壁１４の広がり角θ_hは外壁１３の広がり角θ_sよりも小さくなっており、ディフューザ３０の環状流路は、上流側から下流側にかけて流路断面積が拡大する形状となっている。

実施の形態１〜本実施の形態３に示す軸流ファン１はいずれも、最下流側の圧縮ステージ２０の静翼５により流出速度１０の円周方向成分Ｖ_2θを大きくし、ディフューザ３０内の流れを半径方向外側へ傾け、外壁１３から剥離する境界層流れ１５を抑制している。このため、ディフューザ３０の外壁１３の広がり角θ_sが大きくなるほど、流出速度１０の円周方向成分Ｖ_2θを大きくし、ディフューザ３０内の流れをより半径方向外側へ傾けることとなる。しかしながら、流出速度１０の円周方向成分Ｖ_2θが所定量よりも大きくなり、ディフューザ３０内の流れの半径方向外側への傾き方が大きくなりすぎると、ディフューザ３０の内壁１４近傍において当該内壁１４から剥離する境界層流れが発生し、ディフューザ３０での静圧回復量も低下してしまうことが懸念される。

しかしながら、本実施の形態３では、内壁１４が入口側から出口側にかけて広がり角θ_hで徐々に広がる構成となっているので、流出速度１０の円周方向成分Ｖ_2θが所定量よりも大きくなっても、ディフューザ３０の内壁１４近傍において当該内壁１４から剥離する境界層流れが発生することを防止でき、ディフューザ３０での静圧回復量を大きくできる。
なお、ディフューザ３０の環状流路における出口側の流路断面積が実施の形態１〜実施の形態３で示したディフューザ３０の環状流路における出口側の流路断面積と同等以上となるように外壁１３の広がり角θ_sを大きくすると、実施の形態１〜実施の形態３よりもディフューザ３０での静圧回復量を増加させることができる。

実施の形態４．
実施の形態１〜実施の形態３においては、圧縮ステージ２０が配置された環状流路の内壁をハブ４及び静翼環７で構成した。また、ディフューザ３０の環状流路の内壁を静翼環７で構成した。しかしながら、これら環状流路の内壁を次のように構成してもよい。なお、本実施の形態４で特に記述しない項目については、実施の形態１〜実施の形態３のいずれかと同様とする。また、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

図７は、本発明の実施の形態４に係る軸流ファンを回転軸の軸方向に切断した断面図である。
図７に示すように、本実施の形態４に係る軸流ファン１は、動翼２が設けられたハブ４をディフューザ３０の出口側まで延設している。つまり、実施の形態１〜実施の形態３では、シュラウド６内の環状流路の内壁のうち、動翼２が設けられる範囲の内壁はハブ４で構成されていた。また、シュラウド６内の環状流路の内壁のうち、静翼５が設けられる範囲の内壁は静翼環７で構成されていた。一方、本実施の形態４においては、シュラウド６内の環状流路の内壁のうち、静翼５が設けられる範囲の内壁もハブ４で構成している。さらに、実施の形態１〜実施の形態３では、ディフューザ３０の環状流路の内壁を静翼環７で構成していたが、本実施の形態４では、ディフューザ３０の環状流路の内壁もハブ４で構成している。このため、本実施の形態４では、静翼５が設けられる範囲の当該内壁となるハブ４が回転するので、静翼５の半径方向内側端部１２をハブ４に接続していない。

以上、本実施の形態４のように構成された軸流ファン１においても、上記の実施の形態１〜実施の形態３で示した効果と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態４に係る軸流ファン１は、静翼環７が不要となるので、部品点数の削減及び組み立て工数の削減等ができ、軸流ファン１を安価に製造することもできる。

１軸流ファン、２動翼、３回転軸、４ハブ、５静翼、６シュラウド、７静翼環、９流入速度、１０流出速度、１１半径方向外側端部、１１ａ翼断面、１２半径方向内側端部、１２ａ翼断面、１３外壁、１４内壁、１５剥離する境界層流れ、１６翼弦線、２０圧縮ステージ、３０ディフューザ。

Claims

回転軸と、
前記回転軸の外周面を所定の間隙を介して覆い、内周部に前記回転軸の軸方向に沿った第１の環状流路が形成される筒状ケースと、
前記第１の環状流路内において前記回転軸の周方向に等間隔に並設され、前記回転軸と共に回転する複数の動翼、及び、前記動翼の下流側となる前記第１の環状流路内にいて前記回転軸の周方向に等間隔に並設された複数の静翼を有する圧縮ステージと、
を備え、
前記圧縮ステージを、単段で配置し、あるいは、前記回転軸の軸方向に沿って複数段並設し、
最も下流側に配置された前記圧縮ステージの下流側に、上流側から下流側にかけて外壁が前記回転軸と垂直な方向である半径方向に広がり、上流側から下流側にかけて流路断面積が拡大する第２の環状流路が前記回転軸の軸方向に沿って形成されるディフューザを有する軸流ファンであって、
最も下流側に配置された前記圧縮ステージにおける複数の前記静翼のうちの少なくとも１つは、前記半径方向の内側となる端部から前記半径方向の外側となる端部にかけて、食い違い角が徐々に大きくなっていることを特徴とする軸流ファン。
最も下流側に配置された前記圧縮ステージにおける複数の前記静翼のうちの少なくとも１つは、前記半径方向の内側となる端部から前記半径方向の外側となる端部にかけて、弦節比が徐々に小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
前記ディフューザは、上流側から下流側にかけて内壁が前記半径方向に広がっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の軸流ファン。
前記圧縮ステージは、前記回転軸に取り付けられ、外周面に複数の前記動翼が設けられたハブを備え、
当該ハブは、当該ハブに設けられた前記動翼と同じ前記圧縮ステージの前記静翼の下方まで延設され、
当該ハブの外周面が前記第１の環状流路の内壁となっていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の軸流ファン。
最も下流側に配置された前記圧縮ステージは、前記回転軸に取り付けられ、外周面に複数の前記動翼が設けられたハブを備え、
当該ハブは、前記ディフューザの出口側まで延設され、
当該ハブの外周面が前記第２の環状流路の内壁となっていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の軸流ファン。