JP2642917B2 - 横型ファン用の渦型壁とインペラとの組み合わせ - Google Patents

横型ファン用の渦型壁とインペラとの組み合わせ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ファンやブロワ
のような送風装置に関し、詳しくは、横型形式のファン
に関する。この横型ファンは、クロスフロー型ファンも
しくは接線型ファンとも呼ばれている。
【0002】
【従来の技術】横型ファンは、その動作特性および物理
的構造によって、種々の送風装置における利用に適して
いる。そして空調装置や換気装置に幅広く利用されてい
る。これらの装置は、居住する空間の内部あるいは近傍
において動作するので、静かな運転を行うことが、設計
および製造の上で重要な目的となる。
【0003】図1は、一般的な横型ファン装置の配置お
よび空気流路を概略的に示す図である。図2は、一般的
な横型ファン装置の主要な特徴を概略的に示す図であ
る。図3は、一般的な横型ファンインペラの特徴を示す
図である。ファン装置10は、内部にインペラ30が配
置されてなるエンクロージャ11を有する。インペラ3
0は、ほぼ円筒形をなし、その外周面に沿って軸方向に
延びた複数のブレード31を有している。インペラ30
は、いくつかのモジュール32からなり、各モジュール
32は、隣り合う一対の仕切り円板34によって、ある
いは一つの端部円板33と一つの仕切り円板34によっ
て、それぞれ区切られている。それぞれの隣り合う一対
の円板の間で、多数のブレード31が軸方向に延びてい
る。各ブレード31は、長手方向の一端が一方の円板
に、長手方向の他端が他方の円板に固定されている。な
お、この種のインペラとしては、図3に示すような複数
のモジュール32を有するもののほか、単一のモジュー
ル32を具備するものもあり、この場合には、ブレード
31の両端が端部円板にそれぞれ固定されることにな
る。単一のモジュール構造とするか、複数のモジュール
構造とするかは、ファンの寸法や構造材料の強度、重量
等の要素によって決定される。インペラ30が回転する
と、入口側プレナム(inlet plenum)21からエンクロ
ージャ11内へ空気が吸い込まれ、かつインペラ30を
通り、さらに出口側プレナム22を介してエンクロージ
ャ11外部へ空気が流される。後部壁つまりガイド壁1
6と、渦型壁(vortex wall)14は、いずれも入口側
プレナム21および出口側プレナム22の一部分を形成
している。渦型壁14は、インペラ30に近接した部分
であるノーズ部を有する。横型ファンの一般的な動作原
理については、本発明の理解に必要な事項を除いて詳細
には説明しない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】横型ファンの運転中に
は、ある程度の騒音が発生する。ファンから出力される
騒音全体の中で、主要な成分の一つは、ファン回転速度
に関連してブレード枚数の倍数となる周波数の音(ブレ
ード比例音)である。ブレードが渦型壁とすれ違って通
過することにより、このブレード比例音が発生する。音
色が一定の音は、一般的に、同じ強度で比較した場合
に、広い帯域の騒音よりも聴取者に不快感を与える。従
来の一般的な横型ファンは、その生成されるブレード比
例音によって、静かな運転が要求される箇所への適用が
制限されてしまう。
【0005】音色が一定のブレード騒音を低減するため
に、ブレードの間隔をランダムにつまり不均一にした横
型ファンが、例えば米国特許第4,538,963号
(1985年9月3日発行)や米国特許第5,266,
007号(1993年11月30日発行)に開示されて
いる。
【0006】横型ファンにおいてブレード比例音が生じ
るのは、ファンブレードに伴って流れる空気の流れと渦
型壁との間の相互作用による。従って、ブレードと渦型
壁との間の相互作用における規則性を、何らかの手段で
もって失わせれば、ブレード比例音を低減することが可
能となる。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、横型ファン装
置における渦型壁とインペラとを改良したものである。
インペラのブレードが渦型壁とすれ違って通過すること
により、所定の音色の音の原因となる圧力脈動が発生す
る。本発明における渦型壁とインペラは、圧力脈動の振
幅および位相に不規則性を与え、これによってブレード
比例音を低減することができる。
【0008】渦型壁は、幅方向に複数のセグメントに分
割されている。各セグメントは、J字形の断面形状をな
すノーズ部を有している。各セグメントは、隣り合うセ
グメントのJ字形の端末部が互いに反対側に延びるよう
に配設されている。セグメントは、渦壁とインペラとの
間の間隙が、限界範囲内で不規則に変化するように配置
されている。また、各セグメントの設置角度も限界範囲
内で不規則に異なっている。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例を説明す
る。なお、上述した一般的な横型ファンの基本的な構成
および動作は、本発明の横型ファンについても適用でき
るものであり、前述した従来のものと同一部分には同一
符号を付し、重複する説明は省略する。
【0010】図4は、渦型壁14のノーズ部の部分を示
している。渦型壁14の中でファン装置のインペラに最
も近接している部分がノーズ部である。渦型壁14の幅
Sの全体に亙って、該渦型壁14は2個以上のセグメン
トに分割されている。そのセグメントの一つを符号15
でもって示している。図5に示すように、セグメント1
5のノーズ部は、J字形の断面形状をなし、かつJ字端
末部16を有している。各セグメントは、隣り合うセグ
メントのJ字端末部16がそれぞれ反対側を指向するよ
うな形でもって、渦型壁14を構成している。渦型壁の
幅Sの方向に沿ったセグメント15の幅を符号Wでもっ
て示す。
【0011】図6は、渦型壁14とインペラ30との位
置関係を示す正面方向からの断面図である。インペラ3
0は、回転中心CRを中心として回転し、かつブレード
の外側縁が描く最大払拭直径がDである。セグメントと
インペラ30外周円との間の距離を間隙cとする。間隙
1,c2,c3は、それぞれ図6に示した3つのセグメ
ントについての間隙cであり、それぞれ異なっている。
各セグメントは、離散したつまり一定ではない渦型壁設
置角度θを有している。ここで渦型壁設置角度θとは、
回転中心CRから引いた任意の半径線と、各セグメント
において上記の間隙cが最小となる点を通るように回転
中心CRから引いた半径線と、の間の角度である。図6
におけるθ1,θ2,θ3は、それぞれ図6に示した3つ
のセグメントについての設置角度θであり、それぞれ異
なっている。
【0012】騒音を最も低減するためには、渦型壁を構
成する各セグメントの幅を、所定の限界範囲内で不規則
に異ならせるべきである。最適なセグメントの幅および
セグメントの個数は、渦型壁の対象となるインペラの全
長や、インペラを構成するモジュールの数、インペラに
おけるブレードの構成などといった幾つかの条件によっ
て定まる。インペラが非常に短い特殊な例、つまりイン
ペラ全長のインペラ直径に対する比が1未満となる場合
には、セグメントの幅が、渦型壁の幅の0.4倍程度
で、かつ渦型壁を2つのセグメントで構成したときに、
最も騒音低減し得ることがある。インペラ直径に対し3
倍以上のインペラ全長を有するような一般的な構成にお
いては、セグメントの幅は、渦型壁の幅の0.2倍程度
とすればよい。特定の渦型壁に対して、個々のセグメン
トの幅の最小値には限界があり、またセグメントの数に
も下限がある。もしもセグメントが過度に狭いと、騒音
低減性能が減少する恐れがある。騒音低減性能が最大に
発揮されるのは、渦型壁の全幅の0.01倍未満となる
幅のセグメントが存在せず、しかも渦型壁の全幅の0.
5倍以上となる幅のセグメントが存在しない場合、つま
り各セグメントの幅Wが、0.01S<W<0.5Sの
範囲内である場合であると考えられる。インペラが複数
のモジュールに分割されている場合には、渦型壁におけ
るセグメントの個数が、モジュールの個数よりも25〜
50%多いようにすべきである。さらに、セグメントの
配置として、一つのセグメントが2つのセグメントの橋
渡しをするような形にすることが望ましい。
【0013】横型ファンの送風性能は、インペラと渦型
壁のノーズ部との間の間隙を減少させるほど、向上す
る。しかしながら、一般的に、ファンによって生成され
る騒音も、上記の間隙が減少するに伴って増大する。両
者の最も良好な妥協点は、ノーズ部とインペラとの間の
間隙を、インペラの最大払拭直径の0.04倍〜0.1
2倍の範囲内に保つことである。ブレード比例音が最小
となる流量および圧力の条件を助長するためには、渦型
壁におけるセグメントのノーズ部とインペラとの間の間
隙が、複数のセグメントの中で、不規則で、かつ0.0
4D<c<0.12Dの範囲にあることが望ましい。
【0014】複数のセグメントの中で、その設置角度を
種々異ならせることは、騒音低減の上で有利な効果をも
たらすが、過度に広範囲に変化させると、ファンの全体
的な性能を低下させてしまう。従って、いずれのセグメ
ントの設置角度も、他のセグメントの設置角度と30゜
以上異なることがないように、その限度内で各セグメン
トの設置角度を種々異ならせることが望ましい。つま
り、設置角度の差Δθの最大値Δθmaxが30゜とな
る。
【0015】一般的な寸法のファンに用いられる渦型壁
およびインペラの好適な構成例を挙げると、略40cm
の全長を有するとともに7個のモジュールを有するイン
ペラに対し、渦型壁の全幅はこれに対応して略40cm
であるが、この全幅の中で、11個あるいは12個のセ
グメントに分割するとよい。そして、各セグメントの設
置角度は、異なるセグメント間で10゜より大きな角度
差が生じない範囲内で、不規則に異なるようにし、さら
に、インペラの最大払拭直径の0.06倍〜0.08倍
の範囲で上述した間隙を不規則に変化させるとよい。
【0016】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、横型ファンにおける一定の音色の騒音を低減で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的な横型ファン装置を概略的に示す一部切
欠の断面斜視図。
【図2】一般的な横型ファンの主要部および空気流路を
示す概略図。
【図3】一般的なファンインペラの斜視図。
【図4】本発明における渦型壁のノーズ部の斜視図。
【図5】本発明における渦型壁のノーズ部の断面図。
【図6】ノーズ部の異なる位置における断面とインペラ
との関係を示す断面図。
【符号の説明】
10…横型ファン 14…渦型壁 15…セグメント 16…J字端末部 30…インペラ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−26492(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 横型ファン(10)用の渦型壁(14)
    とインペラ(30)との組み合わせであって、上記イン
    ペラの最大払拭直径が(D)であり、幅(S)を有する
    上記渦型壁は少なくとも2つのセグメント(15)を有
    し、各セグメントが、 J字形の断面形状をなすとともに、J字端末部(16)
    を備えたノーズ部と、 上記渦型壁の幅方向に沿った幅(W)と、 ノーズ部とインペラとの間の間隙(c)と、 設置角度(θ)と、 を有し、 上記複数のセグメントが上記渦型壁を形成するように配
    置されているとともに、 一つのセグメントのJ字端末部が、隣り合うセグメント
    のJ字端末部が延びている方向と反対側へ向かって延び
    ており、 各セグメントの幅(W)が、複数のセグメントの間で、
    上記渦型壁の幅(S)の0.01倍以上でかつ0.5倍
    以下の範囲内で不規則に異なっており、 ノーズ部とインペラとの間の間隙(c)が、複数のセグ
    メントの間で、上記最大払拭直径の0.04倍以上でか
    つ0.12倍以下の範囲内で不規則に異なっており、 設置角度(θ)が、セグメント全数の間で、他のセグメ
    ントの設置角度との差が30゜以下となる範囲内で不規
    則に異なっている、 ことを特徴とする渦型壁とインペラとの組み合わせ。
  2. 【請求項2】 上記インペラは複数のモジュールに分割
    されており、上記渦型壁におけるセグメントの個数は、
    上記インペラにおけるモジュールの個数より25〜50
    %多いことを特徴とする請求項1記載の渦型壁とインペ
    ラとの組み合わせ。
  3. 【請求項3】 上記設置角度は、セグメント全数の間
    で、他のセグメントの設置角度との差が5゜以下となる
    範囲内で不規則に異なっていることを特徴とする請求項
    1記載の渦型壁とインペラとの組み合わせ。
  4. 【請求項4】 上記のノーズ部とインペラとの間の間隙
    は、複数のセグメントの間で、上記最大払拭直径の0.
    06倍以上でかつ0.08倍以下の範囲内で不規則に異
    なっていることを特徴とする請求項1記載の渦型壁とイ
    ンペラとの組み合わせ。
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