JP3385336B2

JP3385336B2 - 軸流ファン用案内羽及びその案内羽を備える軸流ファンシュラウド組立体

Info

Publication number: JP3385336B2
Application number: JP37573999A
Authority: JP
Inventors: ▲オク▼ 烈閔; 慶錫趙
Original assignee: Halla Visteon Climate Control Corp; Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 1998-12-31
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2003-03-10
Anticipated expiration: 2019-12-28
Also published as: DE69919672T2; EP1016790A2; KR20000047329A; EP1016790A3; DE69919672D1; KR100548036B1; JP2000205194A; US6398492B1; EP1016790B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は軸流ファン（Axial
Flow Fan）が送風する空気を軸方向に誘導する軸流ファ
ン用案内羽とその案内羽を備える軸流ファンシュラウド
組立体に関するもので、より詳しくは、軸流ファンが送
風する３次元方向の速度成分を有する空気を１次元の軸
方向に誘導し得る軸流ファン用案内羽とその軸流ファン
用案内羽を備える軸流ファンシュラウド組立体に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】軸流ファンは、放射状に配列された回転
羽である多数のブレードを回転させて、空気を軸方向に
送風する流体機械で、通常、前記軸流ファンの周囲を取
り囲み空気を軸方向に誘導するシュラウドとともにひと
つの軸流ファンシュラウド組立体をなす。このような軸
流ファンシュラウド組立体は、通常、室内を換気させる
か、又は、例えば自動車のラジエータ、コンデンサなど
のような空冷式熱交換器の放熱を促進するため、前記熱
交換器に放熱空気を送風するように、空気を吹き入れる
か引き入れるのに使用される。特に、空冷式熱交換器に
設置される軸流ファンシュラウド組立体は、熱交換器に
対する配置形式によってプッシャタイプ（Pusher typ
e）とプーラタイプ（Puller type）に分類される。

【０００３】プッシャタイプは、軸流ファンが熱交換器
の前方から後方に空気を強制送風する形式である。この
タイプは、熱交換器に対する送風効率が低いため、エン
ジンルーム内の熱交換器の後方に余裕空間が狭小な場合
にだけ主として使用される。プーラタイプは、熱交換器
の後方で熱交換器の前方の空気を引き入れ熱交換器を通
過させる形式で、プッシャタイプに比べ、相対的に送風
効率が高いため、近年の大部分の自動車にはこのプーラ
タイプが適用されている。

【０００４】一方、軸流ファンシュラウド組立体におい
て、シュラウドは、軸流ファンの送風効率を高めるた
め、内部に軸流ファンの中心位置を中心に放射状に配列
されるストリップ状の固定羽である案内羽（Stator）を
含む。この案内羽は、軸流ファンのブレードから送風さ
れてくる空気の速度エネルギーを圧力エネルギーに変換
して静圧を上昇させることにより、軸方向送風効率を高
める作用をする。

【０００５】図１は従来の軸流ファン用案内羽を有する
プーラタイプの軸流ファンシュラウド３０組立体の背面
図である。同図に示すように、軸流ファン１０は、モー
ターの駆動軸に連結される円環形のファンハブ（Fan Hu
b）（図４の符号１１）の外周に沿って多数のブレード
１２が配列されて一体化されたもので、熱交換器（図示
せず）の後面でモーター２０によりブレード１２が回転
しながら熱交換器の前方の空気を熱交換器を通じて引き
入れ後方に送風する。この際に、熱交換器は軸流ファン
１０により引き入れられる送風空気に熱を奪われて冷却
される。この軸流ファン１０は大抵合成樹脂材から製作
され、通常、ファンハブ１１とブレード１２が一体型に
成形される。シュラウド３０は軸流ファン１０とモータ
ー２０を熱交換器に固定する固定役割と、軸流ファン１
０が引き入れる送風空気を真後方に案内する案内役割と
を兼ねる。これは、その内部に通風口３１ａを形成する
略長方形のハウジング３１と、ハウジング３１の通風口
中央に配置されるモーター支持リング３２と、前記モー
ター支持リング３２を前記ハウジング３１に対して支持
する、略放射状に配列された案内羽３３とからなる。

【０００６】このようなシュラウドにおいて、ハウジン
グ３１は、熱交換器に対する送風面積を拡大するため、
その前面が熱交換器に全体に接するように開放され、通
風口３１ａ側にいくほどに漸次縮小されるベルマウス形
（Bell Mouth Type）の空気流動案内構造（図４に図
示）を有する。その案内構造は、軸流ファンにより送風
される空気と熱交換器の全面に均等に分布して流入され
るようにすることで、熱交換器の伝熱面積を拡大し、か
つ空気を軸方向に送風して送風効率を高めることで、熱
交換器に対する冷却効果を増大させる役割をする。この
ハウジング３１の上下には、ハウジングを熱交換器にボ
ルト締結で固定し得るようにするブラケット３４が設け
られることもある。

【０００７】シュラウド３０の案内羽３３はハウジング
３１から通風口３１ａの中央に延長されモーター支持リ
ング３２に連結されて、そのモーター支持リング３２を
ハウジング３１に対して支持する。また、案内羽３３
は、従来の軸流ファンシュラウド組立体の軸流ファン中
心から半径ｒの地点の空気流動態様を示す平断面模式図
である図２に示すように、軸流ファン１０の回転方向に
斜めに傾いて所定幅の空気流動案内面３３ａを形成し、
その空気流動案内面３３ａにより、軸流ファン１０が通
風口３１ａを通じて送風する空気をできるだけ軸方向に
変化させて、軸方向の送風効率を増進させる。

【０００８】モーター支持リング３２は軸流ファン１０
と該軸流ファン１０を駆動するモーター２０を固定し、
同時に軸流ファン１０及びモーター２０を案内羽３３に
よりハウジング３１に支持する。このモーター支持リン
グ３２は、軸流ファン１０のハブ形状とそのファンハブ
を駆動するモーターの形状に相応して、大抵は円筒形に
成形される。

【０００９】前述したように構成される従来の軸流ファ
ンシュラウド組立体において、案内羽３３は、図１に示
すように、モーター支持リング３２の外周からハウジン
グ３１までまっすぐに延長され、その後面の空気流動案
内面３３ａが空気の流動方向を直接変化させ得るため、
図２に示すように、軸方向に対して所定角度（θｔ）だ
け傾いている。案内羽３３はその空気流動案内面３３ａ
で回転速度成分を軸方向に転換して空気の軸方向速度を
増大することで、軸流ファン１０の送風効率を高める作
用をする。すなわち、軸流ファン１０から送風される空
気が軸方向速度成分（ＵＺ）だけでなく回転方向の速度
成分（Ｕｔｈ）を持っているため、その速度成分（Ｕ
Ｚ）（Ｕｔｈ）をそのまま放置する場合、軸流ファン１
０の送風効率が低くなるので、回転方向速度成分（Ｕｔ
ｈ）を軸方向に転換させて空気の軸方向送風速度を高め
ることで、軸流ファン１０の送風効率を高めることにな
る。

【００１０】このような案内羽３３の空気流動案内面３
３ａの作用をより具体的に説明する。ハウジング３１の
内部空気流動場で、空気粒子は軸方向に対して回転方向
及び半径方向に斜めに傾いた方向に送風される。すなわ
ち、図２に示すように、回転中心から半径方向にｒだけ
離隔された任意の地点を通過する空気粒子は、軸方向に
対し軸方向速度成分（ＵＺ）のほかに軸流ファン１０の
ブレード１２の回転力による回転方向速度成分（Ｕｔ
ｈ）を有するので、実際に軸方向に平行な線（以下、軸
線と略称する）に対し回転方向に所定角度（θＴ）だけ
傾いた方向に案内羽３３の前縁（Leading Edge）３３ｂ
に向かって送風される。このような実際の送風方向を考
慮して、案内羽３３の空気流動案内面３３ａを、その幅
方向断面でみるとき、軸線に対し軸流ファン１０の回転
反対方向、つまり空気吐出方向に所定角度（θｔ）（θ
ｔ≦θＴ）だけ傾くように、かつ湾曲されるように設計
することにより、その空気流動案内面３３ａが、軸流フ
ァン１０が軸流ファンの回転方向に傾いた方向に送風す
る空気を軸方向に屈折させて、送風空気の軸方向速度を
高めることになる。このような送風空気の軸方向速度の
増加は送風効率の増大を意味し、その結果、案内羽３３
の設計において、軸線（Ａ．Ｌ）に対して軸流ファン回
転反対方向に傾いた空気流動案内面３３ａは軸流ファン
の送風効率を増大させる。

【００１１】一方、より具体的な送風効率の増大案とし
て、米国特許第４，５４８，５４８号には、前記案内羽
（Ｓｔａｔｏｒ）の空気流動案内面の軸線に対する傾斜
角を実質的に限定して、送風効率をより効果的に増大さ
せる方案が提示されている。すなわち、回転中心から半
径方向にｒだけ離隔された流動場内の任意の点で、空気
粒子が有する速度ベクトルは軸方向速度成分（Ａ）と軸
流ファンのブレード回転力による回転方向速度成分
（Ｒ）を有する。この速度ベクトルをＡＤとすると、Ａ
Ｄは軸線に対してＴ（Ｔ＝Ｔａｎ ^−１（Ｒ／Ａ））の傾
斜角を有する。案内羽を、その中央部の幅方向接線が軸
線に対してＴ／２の角度に傾くように配置した状態で、
空気流動案内面の幅方向断面が略円弧形になるように湾
曲して、その空気流動案内面が送風空気を中央でＴ／２
の傾斜角に迎えてＴ／２の傾斜方向、つまり軸方向に屈
折させるようにした。したがって、軸流ファンが送風す
る空気の軸方向速度が軸方向に転換される回転方向速度
成分Ｒに比例して増大し、その結果、案内羽は、その空
気流動案内面が軸方向に転換する空気粒子の回転方向速
度成分に比例する大きさに軸流ファン送風量を増大させ
る。

【００１２】また、ほかの方式の送風増大案として、米
国特許第４，９７１，１４３号にはモーター支持リング
からハウジングまでまっすぐに延長され、その空気流動
案内面の前縁が空気流入角に平行であり、後縁は熱交換
器の前面に対して垂直方向、つまり軸線に平行な案内羽
（Radial blade）を有するシュラウドが開示されてい
る。このシュラウドは、その案内羽の空気流動案内面の
湾曲部で乱流が生成されないようにして、送風空気が円
滑に屈折されて送風されるようにすることにより、軸流
ファンの送風量、つまり送風効率を増大させることにな
る。

【００１３】しかし、この米国特許第４，９７１，１４
３号のシュラウドと、先に図面から引用した従来の軸流
ファンシュラウド組立体と、前述した米国特許第４，５
４８，５４８号の軸流ファンシュラウド組立体とを含む
従来の軸流ファンシュラウド組立体はいずれも送風空気
の半径方向速度成分を全く考慮しないので、送風効率を
増大させるのに限界を持っていた。図７に、シュラウド
通風口の中心から半径ｒの地点において、軸流ファンに
より送風される空気粒子が有する各方向別速度成分を分
離して示す。すなわち、軸流ファンにより送風される空
気は、図７に示すように、軸方向速度（ＵＺ）と回転方
向速度（Ｕｔｈ）のほかにも、軸流ファンの設計方式に
よって、半径方向速度（Ｕｒ）を必然的に有することに
なるが、先に引用した従来の軸流ファンシュラウド組立
体はいずれもこの半径方向速度（Ｕｒ）を全く無視し、
軸方向（ＵＺ）及び回転方向速度（Ｕｔｈ）のみを制御
するため、送風される空気の半径方向流動により送風効
率が低くなるしかなかった。その結果、前述した従来の
軸流ファンシュラウド組立体は、熱交換器の冷却に必要
な適正送風量を得るため、軸流ファンの高速回転が不可
避であるため、高出力のモーターを必要とした。このた
め、従来の軸流ファンシュラウド組立体は、熱交換器の
適正冷却に必要な所定送風量対比電力消費量が高く、か
つ軸流ファンの騒音も大きくするなどの問題点を持って
いた。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述したよ
うな従来の軸流ファンシュラウド組立体が有する問題点
を解消するもので、案内羽の空気流動案内面が、軸流フ
ァンにより送風される空気の回転方向の速度はもちろん
半径方向の速度までも軸方向に転換して、軸方向に対す
る送風効率を大幅増大させ得る軸流ファン用案内羽とそ
の軸流ファン用案内羽を備える軸流ファンシュラウド組
立体を提供することにより、所定送風量を基準にみると
き、低出力モーターの使用を可能にし、これにより、送
風にかかる電力消耗量を減らし、かつ送風時の騒音発生
も抑制することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の軸流ファン用案内羽は、軸流ファンにより送
風される空気を迎える前縁と前記前縁から下流側に延長
された後縁と前記前縁と後縁との間で、前記軸流ファン
が送風する空気を屈折させる空気流動案内面とからなる
弦が前記軸流ファンの中心から放射状に延長形成された
軸流ファン用案内羽において、前記軸流ファンの軸中心
線に対して放射状に配列され、前記軸流ファンが送風す
る空気の回転方向速度（Ｕｔｈ）と半径方向速度（Ｕ
ｒ）の合ベクトルである横方向速度ベクトル（Ｕｓ）に
前縁線（Ｌ．Ｅ．Ｌ：ＬｅａｄｉｎｇＥｄｇｅＬｉ
ｎｅ）が直交するように、前記前縁線（Ｌ．Ｅ．Ｌ）が
放射線（Ｒ．Ｌ：ＲａｄｉａｌＬｉｎｅ）に対して、
円周方向に曲げられるとともに、前記ブレード（１２）
の横方向速度ベクトル（Ｕｓ）を含む面内の案内羽（３
５）の断面に対して、前記案内羽（３５）の前縁入口角
（Ａｉｎ：ＡｎｇｌｅｏｆＩｎｃｉｄｅｎｃｅ）が空
気流入角（Ｔａｎ ^−１（Ｕｓ／Ｕｚ）、Ｕｚは空気の軸
方向速度）と同じであり、後縁出口角（Ａｏｕｔ：Ａｎ
ｇｌｅｏｆＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）が軸線に対して０
°となるように、空気流動案内面（３５ａ）が湾曲され
ていることを特徴とする。

【００１６】

【００１７】また、前記案内羽は、その空気流動案内面
が前縁と後縁との間で円弧形に湾曲されていることを特
徴とする。

【００１８】一方、本発明の軸流ファン用案内羽を備え
た軸流ファンシュラウド組立体は、モーターの駆動軸に
連結されるファンハブ及び前記ファンハブに放射状に配
列された多数のブレードを備えた軸流ファンと、前記軸
流ファンの周囲を取り囲み前後方向に空気流路を形成す
るハウジング（３１）、前記軸流ファンの下流側の前記
ハウジング内側壁に放射状に配列され、少なくとも半径
比０．４以上の任意の半径位置において、前記軸流ファ
ンが送風する空気の回転方向速度（Ｕｔｈ）と半径方向
速度（Ｕｒ）の合ベクトルである横方向速度ベクトル
（Ｕｓ）に前縁線（Ｌ．Ｅ．Ｌ）がほぼ直交するよう
に、前記前縁線（Ｌ．Ｅ．Ｌ）が放射線（Ｒ．Ｌ）に対
する前縁線（Ｌ．Ｅ．Ｌ）の接線角度である前縁曲角
（θｓ）で円周方向に曲げられた複数の案内羽及び前記
案内羽の内端に連結され、前記案内羽により支持される
モーター支持リングからなるシュラウドとを備え、前記
横方向速度ベクトル（Ｕｓ）に対して、前記案内羽は、
前縁入口角（Ａｉｎ）が前記案内羽に流入される空気流
入角（Ｔａｎ ^−１（Ｕｓ／Ｕｚ））と同じであり、後縁
出口角（Ａｏｕｔ）が軸線に対して略０°となるように
空気流動案内面（３５ａ）が湾曲されていることを特徴
とする。

【００１９】

【００２０】さらに、前記軸流ファンシュラウド組立体
において、前記案内羽の前縁と後縁との間の湾曲は円弧
形に形成されることが好ましい。

【００２１】さらにまた、本発明のほかの特徴による
と、前記案内羽の内端が前記軸流ファンの軸線上に中心
を有する内側支持リングにより連結、固定され、外端は
固定枠により連結、固定されることにより、形成される
案内羽組立体がシュラウドに着脱式で結合されるように
構成することが好ましい。

【００２２】そして、前記固定枠が前記軸流ファンの周
囲を取り囲むとともに、前記軸流ファンを固定するシュ
ラウドに着脱可能にする着脱手段を含む。前記着脱手段
は、前記固定枠が嵌め合わせられて安着されるよう、前
記ハウジングの後面に形成された安着部であることが好
ましい。

【００２３】また、本発明による軸流ファンシュラウド
組立体において、前記軸流ファンは熱交換器の前面又は
後面に設置されることが好ましい。

【００２４】以上のような構成の本発明による案内羽の
設計因子となる空気粒子の流動は、シュラウドハウジン
グと熱交換器及び車体の形状など、送風空気の流れに影
響を与える各種抵抗因子により、通風口内の各地点（特
に、その地点が通風口中心から同一半径距離に位置する
としても）でそれぞれ違った様相で表れるしかない。し
かし、本発明による案内羽の実際設計においては、風洞
実験などにより明かされたシュラウド通風口内の多数地
点の空気粒子速度のうち、通風口中心から同一半径に位
置する多数地点の空気速度から、半径距離による平均速
度分布を算出し、その平均速度が円周方向に均一に連続
するものと仮定することが好ましい。すなわち、本発明
による案内羽の実際設計では、シュラウドと熱交換器の
形状及びそのほかのいろいろの要因による送風抵抗差に
かかわらず、軸流ファンにより送風される空気が、通風
口中心の同心円上に位置する地点で、通風口中心を原点
とする極座標系でみるとき、通風口中心に対して同一相
対速度で流動すると見なされる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に示す本発明の好
ましい実施の形態に基づいて前記各構成の機能と作用を
さらに具体的に説明する。本実施の形態の説明におい
て、本発明の明瞭化のため、従来と重複しない改善され
た部分のみを主として説明し、前述した従来技術の構成
部と同じ構成部には同一符号を使用する。

【００２６】［第１の実施の形態］図３は、本発明の第
１の実施の形態による軸流ファンシュラウド組立体の背
面図であり、図４は図３の側断面図である。図３及び図
４に示すように、本発明の第１の実施の形態による軸流
ファンシュラウド組立体は、軸流ファン１０とシュラウ
ド３０が組み立てられてなったものである。本実施の形
態において、軸流ファン１０は円環帯状のファンハブ１
１とこのファンハブ１１の外周に沿って所定の間隔で配
列された多数のブレード１２とから構成され、シュラウ
ド３０は、前記軸流ファン１０及びこの軸流ファン駆動
用モーター２０が固定されるモーター支持リング３２
と、前記モーター支持リングの外周に沿って放射状に配
置される多数の案内羽３５と、前記案内羽３５の外周を
取り囲む長方形のハウジング３１とから構成されてい
る。これら構成の特徴及び作用は次のようである。

【００２７】前記軸流ファン１０は、モーター２０の回
転軸に動力的に連結される中央の円環形ファンハブ１１
と、前記ファンハブ１１の周囲に放射状に配列され、そ
のファンハブ１１と一体的に回転しつつ空気流動を起こ
す多数のブレード１２とからなることが通常である。こ
の軸流ファン１０には、図４に示すように、ファンハブ
１１と同心円をなし、ブレード１２の羽端を連結して相
互固定することにより、ブレード１２の羽端での渦流生
成を抑制して、送風効率を増大させるファンバンド１３
が一体的に形成されることもある。このように構成され
る軸流ファン１０は大抵合成樹脂材から一体型に成形さ
れ、場合によっては、軽量のアルミニウム材などから成
形されることもできる。

【００２８】一方、図４に示す実施の形態の軸流ファン
１０のファンバンド１３は、その効果の増大のため、前
端部がベルマウス形に拡張され、シュラウド３０のハウ
ジング３１の後端から上流側に向かってＵ字形に延長形
成された空気誘導部３１ｂの前端を囲んで空気流入部１
３ａを形成する。本実施の形態によるシュラウド３０に
おいて、ハウジング３１は、その前面が熱交換器の後面
全体にわたって接するように、熱交換器に相応する長方
形の形状を有し、熱交換器の後面に取り付けられる場
合、熱交換器の後面との間に空気流動空間が確保される
ように、外縁部が所定の高さに隆起される。そして、下
流側にいくにつれて縮小され、後端部では円形の通風口
３１ａを形成して、図４に示すように、側断面でみると
き、上流側が広く、下流側にいくほどに狭くなるベルマ
ウスの形態を有する。

【００２９】モーター支持リング３２は前記ハウジング
３１の通風口３１ａの中央に配置され、ここには、前述
した軸流ファン１０がモーター２０とともに固定され
る。このモーター支持リング３２は軸流ファン１０のフ
ァンハブ１１及びモーター２０に相応する形状に製作さ
れるため、大概は円環帯形状を有する。そして、前記案
内羽３５は、図３に示すように、モーター支持リング３
２とハウジング３１との間に放射状に配置され、モータ
ー支持リング３２をハウジング３１に対して通風口３１
ａの中央に固定、支持する。同時に、軸流ファン１０が
３次元方向に送風する空気を１次元軸方向に誘導するこ
とにより、軸流ファン１０の送風効率を増大させるとと
もに送風騒音を抑制する役割を果たす。

【００３０】このような役割をするため、本発明による
案内羽３５は、第１の実施の形態による軸流ファンシュ
ラウド組立体の軸流ファン中心から半径ｒの地点の空気
流動態様を示す平断面模式図である図５に示すように、
その幅方向断面でみるとき、空気を受け入れる先端であ
る前縁３５ｂと、前記前縁から下流側に延長されて形成
された空気流動案内面３５ａと、前記空気流動案内面３
５ａの後端である後縁３５ｃとからなる所定幅の弦を形
成し、この弦が軸方向に対して斜めに傾いた状態で湾曲
されているので、その後面の空気流動案内面３５ａによ
り、前記軸流ファン１０が送風する空気が円滑に屈折さ
れて流動されるようにする。また、本発明による案内羽
３５は、図３に示すように、長手方向にみるとき、円周
方向に曲がっているので、軸流ファン１０が３次元方向
に送風する空気を効果的に受容して軸方向に誘導し、軸
流ファン１０の送風効率を増進させるとともに騒音の発
生を抑制する。このような本発明による案内羽３５の構
造とその機能を具体的に説明する。

【００３１】まず、送風空気を効果的に受容するための
案内羽３５の円周方向曲がり、つまり、案内羽３５の前
縁を長手方向に連結した線と定義される前縁線（L.E.
L：Leading Edge Line）が、軸流ファン１０の中心から
放射状にまっすぐに延長される線と定義される放射線
（R.L：Radial Line）に対して円周方向に曲がってなる
案内羽の前縁曲がりを形成する。案内羽３５が設置され
る通風口３１ａにおいて、軸流ファン１０の中心からの
半径がｒである任意の地点Ｐを通じて送風される空気粒
子は、図７に示すように、軸流ファン１０により、軸方
向速度成分（ＵＺ）、回転方向速度成分（Ｕｔｈ）及び
半径方向の速度成分（Ｕｒ）を持ち流動する。そして、
半径による各方向別速度成分の大きさは、軸流ファンが
送風する空気の半径方向位置による各方向別速度成分の
変化を比較して示す図６のグラフからわかるように、軸
流ファン１０のブレード１２がどのように設計されるか
によって異なる。

【００３２】このように、軸流ファン１０により送風さ
れる空気は、軸方向速度成分（Ｕｚ）と回転方向速度成
分（Ｕｔｈ）のほかに半径方向速度成分（Ｕｒ）を必然
的に有するので、任意の地点Ｐで送風される空気粒子の
実際速度ベクトル（Ｕ）は、図７に示すように、空気粒
子の速度を各方向別に細分してみるとき、軸方向速度
（Ｕｚ）と回転方向速度（Ｕｔｈ）と半径方向速度（Ｕ
ｒ）との合ベクトルとなる。この空気粒子速度ベクトル
（Ｕ）は、ＵｔｈとＵｒを合わせた横方向速度をＵｓと
する場合、軸流ファン１０の回転軸に平行な軸線（Ａ．
Ｌ）に対してＴａｎ ^−１（Ｕｓ／Ｕｚ）の角度（θ）だ
け傾いている。このことは、地点Ｐで送風される空気粒
子が横方向速度成分（Ｕｓ）を持っているため、軸線
（Ａ．Ｌ）に対して軸流ファン１０の回転方向及び半径
方向に偏った方向に送風されることを意味する。

【００３３】したがって、本発明による案内羽３５は、
その前縁線（Ｌ．Ｅ．Ｌ）が空気の横方向流動を効果的
に受容し得るように、横方向速度（Ｕｓ）に垂直な角度
を維持する。すなわち、本発明の第１の実施の形態によ
る案内羽の前縁曲角を示す拡大図である図８に示すよう
に、回転方向速度ベクトル（Ｕｔｈ）に対する横方向速
度ベクトル（Ｕｓ）の傾斜角（すなわち、案内羽３５の
半径方向に対する前縁曲角）をθ _２として、軸流ファン
により送風される空気の回転方向速度ベクトル（Ｕｔ
ｈ）と半径方向速度ベクトル（Ｕｒ）との合ベクトルで
ある横方向速度ベクトル（Ｕｓ）とがなす角をθ _１、す
なわち、θ _１＝Ｔａｎ ^−１（Ｕｒ／Ｕｔｈ）とすると
き、θ _１＝θ _２となるように、案内羽３５が曲がってい
るので、全体にみるとき、本発明による案内羽３５は、
軸流ファンブレード１２の回転方向に中央がふくらんで
いる前向曲率を有することになる。このように、本発明
による案内羽３５は前向曲率を有する。図９の（ａ）
は、本発明の軸流ファン用案内羽による空気流動様態を
その案内羽の背面で拡大して示す模式図であり、図９の
（ｂ）は、従来の軸流ファン用案内羽による空気流動様
態をその案内羽の背面で拡大して示す模式図である。上
記により、図９（ａ）に示すように、案内羽３５の空気
流動案内面３５ａは前縁の角地点で、より多くの送風空
気粒子を垂直方向に受け入れることにより、軸流ファン
１０の送風効率を増大させることができる。すなわち、
より具体的に本発明には軸流ファンによって送風される
空気の回転方向速度ベクトル（Ｕｔｈ）と半径方向速度
ベクトル（Ｕｒ）との合ベクトルである横方向速度ベク
トル（Ｕｓ）とがなす角をθ _１とすると（θ _１＝Ｔａｎ
^−１（Ｕｒ／Ｕｔｈ））、案内羽３５の半径方向に対す
る前縁曲角）θ _２は合ベクトル（Ｕｓ）に対して垂直に
設計されるので、θ _１＝θ _２となっている。このような
効果は、図９（ｂ）に示すように、案内羽３３が放射状
に真直ぐに延長され、送風空気が横方向速度成分（Ｕ
ｓ）をもって案内羽３３の空気流動案内面３３ａに流入
するようにしても、ただ前記のθ _１の角度だけ傾いた方
向に流入させ、半径方向速度ベクトル（Ｕｒ）を考慮し
なかった従来の案内羽３３の空気流動案内面３３ａと比
較してみると、より明らかに分かる。このように、案内
羽３５の前縁の各地点で描いた接線が軸流ファン１０の
回転軸中心線と放射方向の任意の直線である放射線
（Ｒ．Ｌ）とがなす角（θ _２）を前縁曲角と定義する。

【００３４】一方、本実施の形態と異なり、軸流ファン
のブレード１２は前向又は後向曲率の形態を有すること
もできる。したがって、半径方向速度がマイナス（−）
の値となる場合、つまり、ファンの外側から内側に向か
う流動が発生する場合があり得る。この場合、案内羽３
５は、その前縁線（Ｌ．Ｅ．Ｌ）が図８とは反対に前縁
曲角（θ _２）がマイナス（−）である後向曲率を有する
ように設計すべきである。

【００３５】ところで、本実施の形態の案内羽３５の内
側部の所定半径以下部分は、前縁曲角なしに半径方向に
まっすぐに延長されている。これは、所定の半径（半径
比０．４）以下部分では空気流動速度が小さくて、本発
明による軸流ファン用案内羽の半径方向位置による設計
因子を示すグラフである図１０に示すように、好ましい
前縁曲角（θ _２）が小さくてその前縁曲がりによる空気
に対する屈折効果も微弱であるため、微々たる送風効率
の向上を図るよりは成形を簡便にすることがより有利で
あるので、構造を単純化したものである。しかし、この
部分の半径方向速度成分を無視し得ないように設計され
た軸流ファンの場合には、この部分も前縁曲角（θ _２）
を有するようにすることが好ましい。

【００３６】つぎに、本発明による案内羽において、そ
の幅方向の断面でみるとき、円弧形に湾曲された形態を
有する空気流動案内面３５ａについて説明する。本発明
による案内羽３５の空気流動案内面３５ａは、図５に示
すように、前縁３５ｂを経て横方向速度成分（Ｕｓ）を
持ち外径方向に斜めに受け入れられる送風空気を軸方向
に屈折させる役割をするもので、前縁３５ｂに対して送
風空気が平行に受け入れられるように、その前縁入口角
（Ａｉｎ：ＡｎｇｌｅｏｆＩｎｃｉｄｅｎｃｅ）が
前縁３５ｂに入射される送風空気の流入角、つまりブレ
ード１２の空気吐出角（Ｂｏｕｔ）と同一であり（Ａｉ
ｎ＝Ｂｏｕｔ）、後縁出口角（Ａｏｕｔ：Ａｎｇｌｅ
ｏｆＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）は、空気が軸方向に送風
されるように、０°、つまり軸線（Ａ．Ｌ）と平行に設
計されている（Ａｏｕｔ＝０）。そして、その前縁３５
ｂと後縁３５ｃとの間は、円弧形に湾曲されている。

【００３７】例えば、図５に示すように、通風口３１ａ
内で、半径ｒである任意の地点の案内羽３５の前縁３５
ｂには、その地点で空気粒子が有する速度ベクトル（つ
まり、横方向速度成分（Ｕｓ）と軸方向速度成分（Ｕ
ｚ）の合ベクトル（Ｕ））が軸線（Ａ．Ｌ）となす吐出
角（Ｂｏｕｔ）（Ｔａｎ ^−１（Ｕｓ／Ｕｚ））だけ傾い
た方向に軸流ファン１０の吐出空気が流入され、この角
度に相応して、案内羽３５の空気流動案内面３５ａの前
縁３５ｂも軸線（Ａ．Ｌ）に対して空気吐出角（Ｂｏｕ
ｔ）だけ斜めに設定され（Ａｉｎ）、空気流動案内面３
５ａの後縁３５ｃは軸線に平行に（Ａｏｕｔ）定義され
る。そして、前縁３５ｂと後縁３５ｃとの間の空気流動
案内面３５ａは前縁３５ｂと後縁３５ｃの法線が互いに
会う点（ｑ）を中心とし、この点（ｑ）から前縁又は後
縁までの距離を半径とする円と同一曲率を有する。この
円弧形の曲率は、空気の渦巻を最小化して、空気流動案
内面３５ａに沿って流れる空気の流動をより滑らかにす
る。したがって、本発明による案内羽３５の空気流動案
内面３５ａは、前縁３５ｂにおいてブレード１２が送風
する空気を平行に迎え、空気の渦巻なしに滑らかに屈折
させて軸方向に送風する。

【００３８】以上説明したような本発明の第１の実施の
形態による案内羽３５の構造、つまり案内羽の前縁曲が
りと空気流動案内面３５ａの湾曲により、軸流ファン１
０が送風する空気は前縁３５ｂに平行に流入された後、
空気流動案内面３５ａに沿って滑らかに軸方向に屈折さ
れ後縁３５ｃを経て送風される。このように、軸流ファ
ン１０が送風する送風空気は、その空気が有する回転方
向速度成分（Ｕｔｈ）及び半径方向速度成分（Ｕｒ）が
案内羽３５により軸方向速度に転換されて軸方向に円滑
に送風されるので、送風空気の軸方向流動率が向上さ
れ、その結果、軸流ファン１０の送風効率が大きく向上
される。特に、軸流ファンが熱交換器の前面に設置され
るプッシャタイプ（Pusher Type）の場合、送風される
空気の熱交換器放熱フィンに対する透過率が高くて、よ
り送風効率がよい。

【００３９】図１１は、本発明による軸流ファンシュラ
ウド組立体と従来の軸流ファンシュラウド組立体の各送
風量対比電力消耗量を比較して示すグラフであり、図１
２は、本発明による軸流ファンシュラウド組立体と従来
の軸流ファンシュラウド組立体の各送風量対比騒音量を
比較して示すグラフである。実験によると、本発明のシ
ュラウド組立体は、案内羽が一直線状にまっすぐに延長
されている従来のシュラウドに比べ、図１１及び図１２
のグラフに示すように、送風量対比消費電力が１２〜１
５％程度に減少され、送風量対比騒音の大きさも１〜
１．５dB程度に減少された。また、図１３に示す本発明
による軸流ファンシュラウド組立体と従来の軸流ファン
シュラウド組立体が発生する騒音を比較して示すノイズ
スペクトル（Noise Spectrum）実験データによると、各
ヘルツ別発生騒音においても、本発明のシュラウド組立
体が従来に比べて全般的に小さくなったことが分かる。
このように、本発明の軸流ファンシュラウド組立体を適
用する場合、従来に比べ、送風量対比電力消耗量を大き
く節減することができ、騒音も減少させることができ
る。

【００４０】［第２の実施の形態］このシュラウド組立体は、分離された別の案内羽組立体
４０が合体されて、図１４、１５のような軸流ファンシ
ュラウド組立体を構成する。図１４は、本発明の第２の
実施の形態による軸流ファンシュラウド組立体の正面図
であり、図１５は同実施の形態による軸流ファンシュラ
ウド組立体の分解側面図である。なお、符号３７は案内
羽が一体化されていないシュラウドのハウジング３１に
対してモーター支持リング３２を支持し得るように設置
された支持部である。この軸流ファンシュラウド組立体
は、前述した第１の実施の形態の軸流ファンシュラウド
組立体に比べ、組立構造のみが少し異なるばかりであ
り、構造及び機能は同じ構成からなっている。図１６は
第２の実施の形態による着脱型軸流ファン用案内羽が組
み立てられた軸流ファンシュラウド組立体の背面図であ
る。

【００４１】ただ、図１６に示すように、案内羽４１の
内端が円環形の内側支持リング４２に連結固定され、外
端が円環形固定枠４３に連結固定されて、シュラウド３
０から分離された別の組立体４０を構成し、この組立体
４０をシュラウド３０のハウジング３１に形成された安
着部３１ｃに着脱可能にした点のみが相違する。したが
って、案内羽組立体４０の案内羽４１は、第１の実施の
形態の案内羽３５と同じ前縁曲角（θ _２）の前縁曲がり
を有し、かつ同じ曲率で湾曲された空気流動案内面を有
する。したがって、第１の実施の形態の案内羽３５と同
一の効果を得ることができる。更に、この案内羽４１を
必要に応じてシュラウド３０に着脱して使用し得る便宜
性も有する。

【００４２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の軸
流ファン用案内羽とその案内羽を備える軸流ファンシュ
ラウド組立体は、前記軸流ファン用案内羽が、軸流ファ
ンにより送風される空気の回転方向速度成分と半径方向
速度成分を軸方向に転換させることにより、軸方向への
空気送風効率を増大させる。したがって、本発明の軸流
ファンシュラウド組立体を熱交換器などに適用する場
合、熱交換器などが要求する所定の送風量を基準にする
とき、電力消費量を大きく節減することができ、騒音の
発生量も大きく減少させることができる。また、第２の
実施の形態の着脱型案内羽を備える軸流ファンシュラウ
ド組立体の場合、前述した効果のほかに、案内羽を必要
に応じて分離又は装着し得る使用上の便宜性を有し、案
内羽が設けられていない既存のシュラウドに着脱型案内
羽を付着すると、案内羽の一体化されたシュラウドと同
一の効果を得ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のプーラタイプ軸流ファンシュラウド組立
体の背面図である。

【図２】従来の軸流ファンシュラウド組立体の軸流ファ
ン中心から半径ｒの地点の空気流動態様を示す平断面模
式図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態による軸流ファンシ
ュラウド組立体の背面図である。

【図４】図３の側断面図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態による軸流ファンシ
ュラウド組立体の軸流ファン中心から半径ｒの地点の空
気流動態様を示す平断面模式図である。

【図６】軸流ファンが送風する空気の半径方向位置によ
る各方向別速度成分の変化を比較して示すグラフであ
る。

【図７】シュラウド通風口の中心から半径ｒの地点にお
いて、軸流ファンにより送風される空気粒子が有する各
方向別速度成分を分離して示す模式図である。

【図８】本発明の第１の実施の形態による案内羽の前縁
曲角を示す拡大図である。

【図９】（ａ）本発明の軸流ファン用案内羽による空気
流動態様をその案内羽の背面で拡大して示す模式図であ
る。（ｂ）従来の軸流ファン用案内羽による空気流動態
様をその案内羽の背面で拡大して示す模式図である。

【図１０】本発明による軸流ファン用案内羽の半径方向
位置による設計因子を示すグラフである。

【図１１】本発明による軸流ファンシュラウド組立体と
従来の軸流ファンシュラウド組立体の各送風量対比電力
消耗量を比較して示すグラフである。

【図１２】本発明による軸流ファンシュラウド組立体と
従来の軸流ファンシュラウド組立体の各送風量対比騒音
量を比較して示すグラフである。

【図１３】本発明による軸流ファンシュラウド組立体と
従来の軸流ファンシュラウド組立体が発生する騒音を比
較して示すノイズスペクトルである。

【図１４】本発明の第２の実施の形態による軸流ファン
シュラウド組立体の正面図である。

【図１５】本発明の第２の実施の形態による軸流ファン
シュラウド組立体の分解側面図である。

【図１６】本発明の第２の実施の形態による着脱型軸流
ファン用案内羽が組み立てられた軸流ファンシュラウド
組立体の背面図である。

【符号の説明】

１０軸流ファン１１ファンハブ１２ブレード１３ファンバンド１３ａ空気流入部２０モーター３０軸流ファンシュラウド３１ハウジング３１ａ通風口３１ｂ空気誘導部３１ｃ安着部３２支持リング３３案内羽３３ａ空気流動案内面３５案内羽３５ａ空気流動案内面３５ｂ前縁３５ｃ後縁３７支持部４０案内羽組立体４１案内羽４２内側支持リング４３固定枠

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−62567（ＪＰ，Ａ) 特開平２−196197（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−169298（ＪＰ，Ｕ) 特表昭61−502267（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04D 29/54

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】軸流ファン（１０）により送風される空
気を迎える前縁（３５ｂ）と前記前縁から下流側に延長
された後縁（３５ｃ）と前記前縁と後縁との間で、前記
軸流ファンが送風する空気を屈折させる空気流動案内面
（３５ａ）とからなる弦が前記軸流ファンの中心から放
射状に延長形成された軸流ファン用案内羽（３５）にお
いて、前記軸流ファンの軸中心線に対して放射状に配列され、
前記軸流ファンが送風する空気の回転方向速度（Ｕｔ
ｈ）と半径方向速度（Ｕｒ）の合ベクトルである横方向
速度ベクトル（Ｕｓ）に前縁線（Ｌ．Ｅ．Ｌ：Ｌｅａｄ
ｉｎｇＥｄｇｅＬｉｎｅ）が直交するように、前記前
縁線（Ｌ．Ｅ．Ｌ）が放射線（Ｒ．Ｌ：Ｒａｄｉａｌ
Ｌｉｎｅ）に対して、円周方向に曲げられるとともに、前記ブレード（１２）の横方向速度ベクトル（Ｕｓ）を
含む面内の案内羽（３５）の断面に対して、前記案内羽
（３５）の前縁入口角（Ａｉｎ：ＡｎｇｌｅｏｆＩｎ
ｃｉｄｅｎｃｅ）が空気流入角（Ｔａｎ ^−１（Ｕｓ／Ｕ
ｚ）、Ｕｚは空気の軸方向速度）と同じであり、後縁出
口角（Ａｏｕｔ：ＡｎｇｌｅｏｆＰｒｏｊｅｃｔｉｏ
ｎ）が軸線に対して０°となるように、空気流動案内面
（３５ａ）が湾曲されていることを特徴とする軸流ファ
ン用案内羽。
【請求項２】前記案内羽（３５）は、その空気流動案
内面（３５ａ）が前縁（３５ｂ）と後縁（３５ｃ）との
間で円弧形に湾曲されていることを特徴とする請求項１
記載の軸流ファン用案内羽。
【請求項３】モーター（２０）の駆動軸に連結される
ファンハブ（１１）及び前記ファンハブに放射状に配列
された多数のブレード（１２）を備えた軸流ファン（１
０）と、前記軸流ファンの周囲を取り囲み前後方向に空気流路を
形成するハウジング（３１）、前記軸流ファンの下流側
の前記ハウジング内側壁に放射状に配列され、少なくと
も半径比０．４以上の任意の半径位置において、前記軸
流ファンが送風する空気の回転方向速度（Ｕｔｈ）と半
径方向速度（Ｕｒ）の合ベクトルである横方向速度ベク
トル（Ｕｓ）に前縁線（Ｌ．Ｅ．Ｌ）がほぼ直交するよ
うに、前記前縁線（Ｌ．Ｅ．Ｌ）が放射線（Ｒ．Ｌ）に
対する前縁線（Ｌ．Ｅ．Ｌ）の接線角度である前縁曲角
（θｓ）で円周方向に曲げられた複数の案内羽（３５）
及び前記案内羽の内端に連結され、前記案内羽により支
持されるモーター支持リング（３２）からなるシュラウ
ド（３０）とを備え、前記横方向速度ベクトル（Ｕｓ）に対して、前記案内羽
（３５）は、前縁入口角（Ａｉｎ）が前記案内羽に流入
される空気流入角（Ｔａｎ ^−１（Ｕｓ／Ｕｚ））と同じ
であり、後縁出口角（Ａｏｕｔ）が軸線に対して略０°
となるように空気流動案内面（３５ａ）が湾曲されてい
ることを特徴とする軸流ファン用案内羽を備える軸流フ
ァンシュラウド組立体。
【請求項４】前記案内羽（４１）の空気流動案内面
は、前縁と後縁との間で円弧形に湾曲されていることを
特徴とする請求項３記載の軸流ファン用案内羽を備える
軸流ファンシュラウド組立体。
【請求項５】前記案内羽（４１）は、前記案内羽（４１）の内端を連結、固定する内側支持リ
ング（４２）及び前記案内羽の外端を連結、固定する固
定枠（４３）とともに、前記シュラウドとは分離された
別の一つの案内羽組立体（４０）を構成し、前記シュラウドに対して着脱可能に設置されていること
を特徴とする請求項３記載の軸流ファン用案内羽を備え
る軸流ファンシュラウド組立体。
【請求項６】前記シュラウドは、そのハウジングの後
面に、前記案内羽組立体の前記固定枠が挿入され安着さ
れる安着部（３１ｃ）が形成されていることを特徴とす
る請求項５記載の軸流ファン用案内羽を備える軸流ファ
ンシュラウド組立体。
【請求項７】前記軸流ファンは、熱交換器の前面に設
置されていることを特徴とする請求項３記載の軸流ファ
ン用案内羽を備える軸流ファンシュラウド組立体。
【請求項８】前記軸流ファンは、熱交換器の後面に設
置されていることを特徴とする請求項３記載の軸流ファ
ン用案内羽を備える軸流ファンシュラウド組立体。