JP3031889B2 - 横流ファンのためのフロー・スタビライザ - Google Patents

横流ファンのためのフロー・スタビライザ

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JP3031889B2
JP3031889B2 JP10171963A JP17196398A JP3031889B2 JP 3031889 B2 JP3031889 B2 JP 3031889B2 JP 10171963 A JP10171963 A JP 10171963A JP 17196398 A JP17196398 A JP 17196398A JP 3031889 B2 JP3031889 B2 JP 3031889B2
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Air-Conditioning Room Units, And Self-Contained Units In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は主に横流ファンまた
は横置型ファンに関し、特に、スタビライザ・ベーンを
有する横流ファンに関する。空気流が失速すると振動が
生じ、その結果、副−ブレード通過周波数騒音が生じ
る。これらは、上述したスタビライザ・ベーンにより防
がれる。
【０００２】
【従来の技術】プレートフィン熱交換機の下流に配置さ
れた横流ファンを使用する空調装置では、低周波数のフ
ロー振動が起こるおそれがある。これらの振動は、熱交
換機の下流面とファン吸気口との間で生じるファン回転
と対抗する渦流に関連する。これらの条件により、イン
ペラの吸気口の扇形部分を通るフローの入射角が大きく
なりその部分内で遅延された、または失速したフローが
生じてしまう。
【０００３】このような失速したフローは、部分的に起
こるために装置は不安定になり、振動が生じる。上記振
動の周波数ｆSは、ファン回転周波数ｎの３０から８０
パーセントの範囲である。非定常的で振動を引き起こす
失速したフローとブレードとの干渉の結果、過剰な騒音
が生じてしまう。この騒音の周波数は、失速振動周波数
ｆSと、インペラ内のブレードの数Ｚと、ファン回転周
波数ｎと、の積に対応する。Ｚとｎの積は、ブレード通
過周波数ＢＰＦ(Blade Pass Frequency)であり、従っ
て、過剰な騒音は、周波数がＢＰＦの３０〜８０パーセ
ントの範囲である副−ＢＰＦ騒音である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、振動
を引き起こすブレード失速を防止することである。
【０００５】本発明のもう一つの目的は、横流ファンの
コイル配列における低周波数のフロー振動を減少または
除去することである。これらの目的、及び以下で明らか
になる他の目的は、本発明によって達成される。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、失速現象にさ
らされる横流ファンと熱交換機とのアッセンブリにおい
て、振動を引き起こすブレード失速と、その結果生じる
騒音と、を防止または減少させるフロー・スタビライザ
・ベーンを使用する。上記ベーンは、熱交換機の下流面
とおおよそ同じ幅であり、該下流面より突出する。この
ベーンは、ファンインペラに向かって伸び、ベーンの外
側端とインペラとの間の間隙は小さくなるように設けら
れている。このベーンの横断面は、直線状であってもよ
いが、実施形態では、ベーンの厚みを増加させないで構
造的な剛性を得、それによって、振動を防止するため
に、横断面は直線以外の形状である。以下で説明する実
施形態は、ベーンの最適な寸法決定、配置、及び方向を
開示している。
【０００７】基本的には、熱交換機の下流側に一つのベ
ーンが設けられており、このベーンは、ファンと熱交換
機との間の最も狭い間隙の少し上流の領域における回転
流をファン回転と同じ方向に分け与えるように、また、
それにより、振動を引き起こすブレード失速とその結果
生じる騒音との原因になるおそれのある局所的な対向渦
流が減少するように設けられている。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るベーンが設
置された状態及び設置されていない状態で測定された音
圧レベルと、それに対する正規化周波数を示している。
音圧レベルはデシベルで表されており、正規化周波数
は、ｆ／ＢＰＦである。ここで、ｆは、サイクル／毎秒
の音周波数、ＢＰＦは、サイクル／毎秒のブレード通過
周波数である。
【０００９】このデータは、全体としては同様のパター
ンになっているが、本発明に係るベーンが設置されてい
ない装置と比較すると、本発明に係るベーンによって、
副−ＢＰＦ騒音の幅広のピークが実質的に低減されてい
る。
【００１０】図２は、図１に対応するＡ特性１／３オク
ターブ音響スペクトルを示している。Ａ特性によって、
人間の可聴域が表わされるように修正される。本発明に
係るベーンが設置されていることによって、低周波数の
騒音がかなり減少される。
【００１１】図３では、従来の横流ファンまたは横置型
ファン３０は、きれいな流入環境で運転されている。流
線は、吸気口３２からインペラ３１を通って排気口３３
へと流れる滑らかなフローを示している。閉ループ状の
流線は、周知であるファン内部の渦領域を表している。
図４で示されている従来のファン２３０は、副−ＢＰＦ
騒音の発生を助長してしまう空気力学的環境で運転され
ている。ファン２３０は、熱交換機２２０が設置されて
いる点でファン３０と異なる。熱交換機２２０は、二つ
のセクション２２０−１と２２０−２によって構成され
ているが、一つのセクションまたは二つ以上のセクショ
ンから構成することもできる。インペラ２３１は、熱交
換機２２０の下流面２２１の一部分に非常に近接して配
置されている。
【００１２】更に、下流面２２１の最上部からインペラ
２３１が吸入する空気は、流線によって示されるよう
に、インペラに入ってそこを通って排気口２３３へ流れ
る時に大きい角度で方向転換する傾向がある。吸入口２
３２の領域Ｓにおいて、インペラ２３１の周辺部または
先端部は、回転方向に対向する流入空気流に向かって前
進する。このような前進は、ファン２３０の軸ＡRから
熱交換機２２０の面２２１に垂直に伸びる線である線Ｌ
1によって決定されるインペラ２３１と面２２１の最も
近接する位置より始まる。領域Ｓは、Ｌ1からＬ2に向か
って回転の方向に延びる。この時、Ｌ2は、軸ＡRからイ
ンペラの外径Ｄ0の１３０％の長さである。
【００１３】図５は、先端部２３６を有するインペラ２
３１のブレード２３５を示している。このブレードは、
ブレード先端周辺部速度Ｕと、絶対空気速度Ｖと、領域
Ｓで結果的に生じる空気速度Ｗと、が図示されたベクト
ル関係を発生するように軸ＡRの周りを毎秒ｎ回転の回
転速度で回転している。速度Ｖの方向が速度Ｕの方向と
近すぎると、結果として生じる空気速度Ｗは過剰な入射
角ｉになってしまい、ブレード２３５上を流れる空気
は、結果的に失速または分離してしまう。
【００１４】次に図６を参照すると、図番１００は、ケ
ーシング１１０と、吸気グリル１１１と、排気ルーバ１
１２と、を有するファンコイルユニット全体を示してい
る。熱交換機１２０は、吸気グリル１１１と対向するよ
うにケーシング１１０内に配置され、下流面１２０を有
する二つのセクション１２０−１及び１２０−２を含
む。インペラ１３１は、その軸ＡRを中心に回転するよ
うにケーシング１１０内に設けられており、渦壁１３４
と後面壁１１５とともにケーシング１１０の内部を吸気
口１３２と、排気口１３３と、に分離している。上記吸
気口と排気口とは、インペラ１３１を通して流体的に連
通可能になっている。本発明に係るベーン１５１は、熱
交換機１２０の下流面１２１からインペラ１３１に向か
って外向きに延びている。ベーン１５１は、インペラの
吸気側の領域に配置されており、インペラ１３１のブレ
ードは、流入する空気流（図４の領域Ｓ）に向かって前
進している。ベーン１５１は、インペラ１３１とは接触
せず、ベーン１５１とインペラ１３１との間には，間
隙、ｇがある。好適実施例では、間隙ｇは、インペラ１
３１の外径Ｄ0の０．０８倍から０．１５倍の間であ
る。図示されているように、ベーン１５１の横断面は、
湾曲しているかまたは屈曲している。断面が直線状であ
れば、流入空気流内の振動を防止するために十分な剛性
を提供するには、材料を付け加える必要が生じてしま
う。よって、上記横断面形状には、構造的な剛性と空気
流要件の二つの目的がある。ベーンが湾曲しているか、
または直線の組合せである場合には、ベーンは、インペ
ラ１３１の回転方向と同じ方向に流入空気を方向づける
ように配置される必要がある。
【００１５】ファンコイルユニット１００の運転時に
は、インペラ１３１の回転によって、グリル１１１と熱
交換機１２０を介して吸気口１３２に空気が吸入され
る。熱交換機１２０から下流面１２１の全面にわたって
空気が排出されるので、下流面１２１からインペラ１３
１に空気が流通する際に、通過部位が異なると、空気の
方向転換角度もそれぞれ異なってくる。空気は、インペ
ラ１３１から排気口１３３に流れ、ルーバを介して空調
される空間へと流れる。
【００１６】インペラ１３１と熱交換機１２０との距離
は、この熱交換機の部位に応じて変動する。図４を参照
して説明したように、領域Ｓは線Ｌ1に沿ったインペラ
１３１と面１２１との最も近接する地点から始まり、回
転の方向に画定される。この領域では、振動を引き起こ
す失速及び騒音の発生が助長されてしまう。本発明の教
示によるベーン１５１を設置することで、振動を引き起
こす失速が生じるおそれが減少する。ベーン１５１は、
フローに局所的に予め回転成分を与える。即ち、ファン
の回転方向と同じ方向に回転成分を与えている。その結
果、領域Ｓにおいてブレードに流入するフローの入射角
が小さくされており、これにより、空気流の失速が抑え
られている。
【００１７】ベーン１５１の寸法及び位置は、振動を引
き起こす失速による騒音を減少させる目的を達成する上
で重要である。図７〜図１０は、関連する原理を示して
いる。図７〜図１０は、四つの異なる横流ファンと熱交
換機とのアッセンブリ装置を示している。図７では、熱
交換機５２０は、平面である下流面５２１を有する。図
８及び図９では、熱交換機６２０及び熱交換機７２０
は、図６の熱交換機１２０と同様に屈曲しており、この
屈曲の相対的な位置と、インペラ６３１及びインペラ７
３１の位置と、はそれぞれ異なっている。図１０でも、
熱交換機８２０は屈曲しており、二つのセクション８２
０−１と８２０−２とによって構成されているが、セク
ション８２０−２は湾曲している。
【００１８】屈曲した熱交換機は、一般に、直線面を有
する熱交換機では熱交換機が設置される装置の寸法内で
要求される表面積を得ることができない場合に使用され
る。例えば、ダクトがないスプリット型空調装置の室内
機は、一般に屈曲した熱交換機を有する。当業者であれ
ば理解されるように、ダクトがないスプリット型空調装
置は、中央の室内熱交換機と空調が施される部屋または
空間に調和空気を届けるダクトとを含まない蒸気圧縮型
空調装置であり、代わりに、一つまたはそれ以上の熱交
換機を有し、それぞれの熱交換機は、空調が施される個
々の部屋または空間に配置されている。しかし、ベーン
５５１の寸法及び位置を決定する基準となる原理は、熱
交換機の形と熱交換機に対するファンインペラの位置と
にはかかわらず同様である。
【００１９】図６から図１１までの各図では、線Ｌ
1は、インペラの回転軸ＡRを通り、下流面１２１、５２
１、６２１、７２１、及び下流面８２１上の最も近接す
る点に対して垂直である。線Ｌ2は、インペラの回転軸
ＡRと、下流面１２１、５２１、６２１、７２１、及び
８２１上の一点と、を通る。下流面上の一点は、回転軸
ＡRとの最大間隙つまり回転軸からの距離がインペラの
外径Ｄ0の１．３倍となる点である。線Ｌ1とＬ2との間
の角度α（図４、８、及び１１参照）は、振動を引き起
こす失速が生じやすい領域Ｓを画定する。図１１を参照
すると、線Ｌ1と回転軸ＡRとは、面５２１と線Ｌ3で交
差する平面を画定する。線Ｌ2と回転軸ＡRは面５２１と
線Ｌ4で交差する平面を画定する。図示されていない
が、簡単にわかるように、インペラ５３１は、湾曲面を
有し、この面は、回転軸ＡRに平行でかつインペラ５３
１の最も径方向外側の点を通る線を回転させることによ
って形成される円筒の面として画定することができる。
【００２０】振動を引き起こす失速による騒音を最も効
率的に低減するには、ベーン５５１は下流面５２１と、
回転軸ＡRと線Ｌ1とによって画定される平面と、回転軸
ＡRと線Ｌ2によって画定される平面と、インペラの湾曲
面と、によって画定されるエンベロープ内に含まれるよ
うな配置及び寸法であることが必要である。また、イン
ペラ５３１と上記ベーンとの間には、インペラの外径の
０．０８から０．１５倍の間隙が設けられる必要があ
る。
【００２１】当業者であればわかるように、本発明の教
示に従って構成及び設置されたベーンは、ブレードを通
過する周波数騒音の原因となるおそれがある。この騒音
は、同じブレード上の異なる点がベーンを同時に通過し
ないようにベーンを配置することによって防止または最
小にすることができる。ブレードが一度にベーンを通過
するのではなく、例えばベーンをブレードに対して傾け
て配置することでブレードが徐々にベーンを通過するよ
うにする。図１１のベーン５５１は、このような方法で
配置されている。図１１は、また、ブレード通過による
周波数騒音を最小にするようにインペラ５３１に対して
配置されているベーン５５１を示している。
【００２２】本発明に係るベーンは、副−ＢＰＦ騒音を
生じるダクトなしのスプリット型ファンコイルユニット
で試され、副−ＢＰＦ騒音は５から８デシベル低減され
ることが証明された。図１及び図２は、このような試験
の一つの結果を示している。
【００２３】本発明の好適実施例を図示及び説明してき
たが、当業者によって変更を加えることは可能である。
従って、本発明の範囲は、付随する請求項によってのみ
限定される。
【００２４】本発明を要約すると、横流ファン１００の
インペラ内の低周波数フロー振動と結果的に生じる騒音
とを低減するためにフロー・スタビライザが設けられて
いる。このような振動及び騒音は、空調ユニットにおい
てファンが熱交換機の下流に配置されている場合に起こ
るおそれがある。上記スタビライザは、熱交換機１２０
の下流面とインペラ１３１の吸気側との間に設けられた
ベーン１５１である。このベーンは、インペラ内で振動
を誘発するブレード失速と、それに関連する騒音と、を
引き起こすおそれのある部分的な対向渦流を減少させる
ような位置及び方向に設けられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来装置と本発明に係るベーンを使用した装置
とに関して、音圧レベルとそれに対する正規化周波数と
のグラフである。
【図２】従来装置と本発明に係るベーンを使用した装置
とに関して、図１に対応する１／３オクターブのＡ特性
音響スペクトルのグラフである。
【図３】吸気口がさえぎられていない従来の横流ファン
の運転に関する説明図である。
【図４】関連する熱交換機に対する配置によって生じる
不利な空気力学的条件で運転される従来の横流ファンの
説明図である。
【図５】図４と同様の条件で運転される横流ファンのブ
レードに入る空気流ベクトルの説明図である。
【図６】図４と同様の条件で運転されるが、本発明に係
るベーンが設置されている横流ファンの説明図である。
【図７】本発明を説明する上で有用な関連寸法を示した
横流ファンの説明図である。
【図８】本発明を説明する上で有用な関連寸法を示した
横流ファンの説明図である。
【図９】本発明を説明する上で有用な関連寸法を示した
横流ファンの説明図である。
【図１０】本発明を説明する上で有用な関連寸法を示し
た横流ファンの説明図である。
【図１１】本発明に係る横流ファン及びベーンの説明図
である。
【符号の説明】
１００…ファンコイルユニット １１０…ケーシング １１１…吸気グリル １１２…排気ルーバ １１５…後面壁 １２０…熱交換機 １２０−１，１２０−２…熱交換機のセクション １２１…下流面 １３１…インペラ １３２…吸気口 １３３…排気口 １３４…渦壁 １５１…ベーン Ｄ0…インペラの外径 ＡR…回転軸 ｇ…ベーンとインペラとの間隙
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−87529（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−170770（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F24F 1/00 311 F04D 17/04 F04D 29/66

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 横流ファンと熱交換機とのアッセンブリ
    （１２０，５２０，６２０，７７０，８７０）であっ
    て、前記アッセンブリは、前記熱交換機と前記ファンと
    が内部に順次配置された流路を画定し、前記ファンはイ
    ンペラブレードを備えたインペラ（１３１，５３１，７
    ３１）を有し、かつ、前記ファンの吸気側は、前記流路
    において前記熱交換機と前記ファンとの中間に画定され
    ており、 それにより、前記インペラブレードが前記吸気側に向か
    って前進するのに従って該インペラブレードは、前記流
    路を通って前記インペラ内に流れる空気に向かって前進
    し、前記熱交換機は、下流面（１２１，５２１，６２
    １，７２１，８２１）を有し、更に、前記吸気側で前記下流面から前記インペラに向か
    って突出するフロー・スタビライザ・ベーン（５１，１
    ５１，５５１，６５１）を有し、このフロー・スタビラ
    イザ・ベーンは、フローに対してファンの回転方向と同
    じ方向に回転成分を与えることでブレードに流入するフ
    ローの入射角が小さくなるように設けられる ことを特徴
    とするアッセンブリ。
  2. 【請求項２】 前記インペラは、外径（Ｄ0）を有し、
    前記ベーンとインペラとの間隙は、前記外径の８から１
    ５パーセント以内であることを特徴とする請求項１記載
    のアッセンブリ。
  3. 【請求項３】 前記インペラは外径（Ｄ0）と、回転軸
    （ＡR）と、を有し、 前記アッセンブリは、前記下流面に第一位置を有し、前
    記第一位置は、前記下流面と第一平面との交差部分であ
    り、前記第一平面は、前記回転軸と前記回転軸を通りか
    つ前記下流面に垂直な線とによって画定され、前記下流
    面に第二位置を有し、前記第二位置は、前記下流面と第
    二平面との交差部分であり、前記第二平面は、前記回転
    軸と前記回転軸を通りかつ前記下流面上の一点を通る線
    によって画定され、前記下流面上の一点は、前記回転軸
    から前記外径の約１３０パーセントの距離であり、これ
    により、前記回転軸と前記外径との間隙は、前記外径の
    約８０パーセントとなり、 前記ベーンは、前記下流面の第三位置から延び、前記第
    三位置は、前記第一位置と前記第二位置との間であるこ
    とを特徴とする請求項１記載のアッセンブリ。
  4. 【請求項４】 前記インペラは、湾曲面を有し、前記湾
    曲面は、前記回転軸ＡRに平行でかつ前記インペラの最
    も径方向外側の点を通る線を回転させることによって形
    成される円筒の面であり、 前記ベーンは、前記下流面と、前記第一平面と、前記第
    二平面と、前記湾曲面と、によって画定されるエンベロ
    ープ内に含まれることを特徴とする請求項３記載のアッ
    センブリ。
  5. 【請求項５】 前記ベーンは、インペラブレードの翼幅
    に沿った異なる点が一度に前記ベーンを通り過ぎること
    がないように配置されていることを特徴とする請求項１
    記載のアッセンブリ。
JP10171963A 1997-06-23 1998-06-19 横流ファンのためのフロー・スタビライザ Expired - Fee Related JP3031889B2 (ja)

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US08/880763 1997-06-23

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JPH1194283A JPH1194283A (ja) 1999-04-09
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EP (1) EP0887554B1 (ja)
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CN (1) CN1115527C (ja)
AR (1) AR013122A1 (ja)
AU (1) AU729385B2 (ja)
BR (1) BR9802194A (ja)
DE (1) DE69810705T2 (ja)
EG (1) EG22316A (ja)
ES (1) ES2186116T3 (ja)
MY (1) MY114065A (ja)
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