JP3575891B2 - ブースターファン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路トンネル等の天井部に設置され、その吹き出し噴流によって、トンネル換気を行う軸流送風機（通称ブースターファン、以下ブースターファンと呼ぶ）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
道路トンネル等に設置されるブースターファンは、その発生推力をトンネル断面積で除した値に等しい昇圧力をトンネル内気柱に与えて縦流れを誘起し、トンネルの換気を行う作用を持っている。近年、トンネル内の交通量の増加、消費電力量の増加等に伴い、ブースターファンの換気作用の強化が求められ、ブースターファンの高推力化、高効率化が求められている。
【０００３】
従来、この種のブースターファンは図９〜図１１に示すような構成が一般的であった。以下、この構成について図９〜図１１を参照しながら説明する。図９に示すように、筒状ケーシング１０１は電動機１０２を内装し、電動機１０２の軸端に羽根車１０３を直結し、羽根車１０３により発生する騒音を吸音するために両側に消音筒１０４を備えていた。また、図１０に示すように前置静翼１０５または図１１に示すように後置静翼１０６を備えているものも有った。
【０００４】
上記構成において電動機１０２が回転すると羽根車１０３により空気が昇圧され、空気流を発生させることとなる。また、この空気流は旋回成分を有するので、前置静翼１０５または後置静翼１０６を備えているものは、空気流の旋回成分を減少させ、効率を良くすることが出来る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のブースターファンにおいて発生推力は空気密度、ブースターファンを通過する質量流量、消音筒１０４を通じて吹き出た噴流の噴出速度の三つの値の積として決まり、推力増加は質量流量あるいは噴出速度の何れかを増やすより可能性は無かった。本発明は上記従来の課題を解決するものであり、ブースターファンの質量流量や噴出速度の増加に頼ることなく、ブースターファンの高推力化、高効率化を実現し、トンネル昇圧力を増加させることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明の第１の手段は、ブースターファンの吹き出し側前方に、ブースターファンと同軸上に環状翼を配置することにある。この環状翼は翼上面を内径側に持ち、翼型断面形状あるいは円弧翼断面形状を有し、前縁がブースターファンの吹き出し口側に位置し、後縁の環直径が前縁の環直径よりも小さくかつブースターファンの吹き出し口直径よりも大きくしたものである。
【０００７】
また、第１の手段の場合よりもトンネル昇圧力の増加を達成するため、本発明の第２の手段は上記の環状翼をブースターファンと同軸上に複数配置してなるものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この構成によって、ブースターファンにより発生する高速の噴流に周囲空気が引き込まれる流れを利用して、環状翼に揚力及び抗力を発生させる。それらの合力のブースターファンの軸方向成分の分力は、噴流の逆向きとなり、環状翼の推力となる。環状翼に発生する推力の反作用として噴流には吹き出し方向に力が与えられるので、環状翼が取り付けられていない場合よりもトンネル昇圧力を増加させることが可能となる。
【０００９】
以下、本発明の第１実施例のブースターファンについて図１を参照にしながら説明する。図１において、筒状ケーシング１の両側に消音筒４が取り付けられており、この外面に取り付けられているリブ７を介して、翼型断面形状の環状翼８がブースターファンと同軸上に備え付けられている。また、筒状ケーシング１には軸端に羽根車３が直結されている電動機２が内装されている。
【００１０】
この構成により、電動機２が回転すると羽根車３により空気流が生じ、消音筒４を通過して噴流が発生する。この噴流が周辺の空気を誘引する際に生じる流れにより、図６に示すように環状翼８に揚力Ｌ及び抗力Ｄが発生する。それらの合力のブースターファンの軸方向成分の分力Ｔｔは噴流の逆向きとなり、環状翼の推力となる。環状翼に生ずる推力Ｔｔの測定結果の一例を図７に示す。この測定に使用した環状翼を図８に示す。図７は噴流の速度をパラメータとして、噴流の噴出口（噴出口口径Φ１００）から環状翼前縁までの距離ｘと環状翼に生ずる推力Ｔｔとの関係を示したものである。図７により、噴流の噴出速度が８ｍ／ｓ，１７．７ｍ／ｓ，２１．７ｍ／ｓ，２７．７ｍ／ｓのそれぞれにおいて、ｘが０〜３５０ｍｍで環状翼に推力Ｔｔが発生することを確認した。
【００１１】
このように発生した環状翼８の推力Ｔｔの反作用として、噴流には吹き出し方向に力Ｆｊが与えられることとなる。従って、図１に示したように環状翼８を配置することにより、ブースターファンの高推力化、高効率化が実現でき、トンネル昇圧力を増加させることが可能となる。
【００１２】
なお、環状翼８の断面形状は翼型でなくても良く、円弧翼断面形状でも良い。またリブ７の断面形状は長方形等の多角形や円形でよいが、好ましくは空気抵抗が少ない流線形状にすれば圧力損失を抑制することが出来る。
【００１３】
また、本発明の第２及び第３の実施例として図２及び図３に示したブースターファンは、上記の第１実施例に対して前置静翼５及び後置静翼６を備え付けた場合である。この構成により、羽根車３により生じる空気流の旋回成分を少なくすることが可能となる。従って、図１の第１実施例の場合よりもブースターファンの高推力化、高効率化が実現でき、トンネル昇圧力を増加させることが可能となる。
【００１４】
本発明の第４の実施例として図４に示すように、ブースターファンと同軸上に環状翼８を２つ備え付けることにより、図１の第１実施例の場合よりも高推力化、高効率化を実現することができ、トンネル昇圧力を増加させることが可能となる。
【００１５】
なお、環状翼８は図１、図４に示したように１つまたは２つでなくても良く、それ以上の数の環状翼８をブースターファンと同軸上に備え付けても良い。
【００１６】
また、第５の実施例として図５に示すように、環状翼８を直接ブースターファンに接続せずに、たとえばトンネルの天井に支持棒９を介して環状翼８をブースターファンと同軸上に固定した場合でも、トンネル昇圧力を増加させることが可能となる。
【００１７】
【発明の効果】
以上の実施例から明らかなように、本発明によればブースターファンの同軸上に環状翼を配置することにより、ブースターファンの高推力化、高効率化を実現でき、トンネル昇圧力を増加さることが可能となる。従って、同じ換気所要風量に対して、従来よりも消費電力量を低減させることが出来る。また、ブースターファンの設置台数を従来よりも減少させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例のブースターファンの断面図
【図２】本発明の第二実施例のブースターファンの断面図
【図３】本発明の第三実施例のブースターファンの断面図
【図４】本発明の第四実施例のブースターファンの断面図
【図５】本発明の第五実施例のブースターファンの断面図
【図６】環状翼に働く力の説明図
【図７】噴流噴出口から環状翼前縁までの距離ｘと環状翼の推力Ｔｔとの関係図
【図８】測定に使用した環状翼の断面図
【図９】従来のブースターファンの断面図
【図１０】同前置静翼付きの断面図
【図１１】同後置静翼付きの断面図
【符号の説明】
１ 筒状ケーシング
２ 電動機
３ 羽根車
４ 消音筒
５ 前置静翼
６ 後置静翼
７ リブ
８ 環状翼
９ 支持棒
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路トンネル等の天井部に設置され、その吹き出し噴流によって、トンネル換気を行う軸流送風機（通称ブースターファン、以下ブースターファンと呼ぶ）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
道路トンネル等に設置されるブースターファンは、その発生推力をトンネル断面積で除した値に等しい昇圧力をトンネル内気柱に与えて縦流れを誘起し、トンネルの換気を行う作用を持っている。近年、トンネル内の交通量の増加、消費電力量の増加等に伴い、ブースターファンの換気作用の強化が求められ、ブースターファンの高推力化、高効率化が求められている。
【０００３】
従来、この種のブースターファンは図９〜図１１に示すような構成が一般的であった。以下、この構成について図９〜図１１を参照しながら説明する。図９に示すように、筒状ケーシング１０１は電動機１０２を内装し、電動機１０２の軸端に羽根車１０３を直結し、羽根車１０３により発生する騒音を吸音するために両側に消音筒１０４を備えていた。また、図１０に示すように前置静翼１０５または図１１に示すように後置静翼１０６を備えているものも有った。
【０００４】
上記構成において電動機１０２が回転すると羽根車１０３により空気が昇圧され、空気流を発生させることとなる。また、この空気流は旋回成分を有するので、前置静翼１０５または後置静翼１０６を備えているものは、空気流の旋回成分を減少させ、効率を良くすることが出来る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような従来のブースターファンにおいて発生推力は空気密度、ブースターファンを通過する質量流量、消音筒１０４を通じて吹き出た噴流の噴出速度の三つの値の積として決まり、推力増加は質量流量あるいは噴出速度の何れかを増やすより可能性は無かった。本発明は上記従来の課題を解決するものであり、ブースターファンの質量流量や噴出速度の増加に頼ることなく、ブースターファンの高推力化、高効率化を実現し、トンネル昇圧力を増加させることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明の第１の手段は、ブースターファンの吹き出し側前方に、ブースターファンと同軸上に環状翼を配置することにある。この環状翼は翼上面を内径側に持ち、翼型断面形状あるいは円弧翼断面形状を有し、前縁がブースターファンの吹き出し口側に位置し、後縁の環直径が前縁の環直径よりも小さくかつブースターファンの吹き出し口直径よりも大きくしたものである。
【０００７】
また、第１の手段の場合よりもトンネル昇圧力の増加を達成するため、本発明の第２の手段は上記の環状翼をブースターファンと同軸上に複数配置してなるものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この構成によって、ブースターファンにより発生する高速の噴流に周囲空気が引き込まれる流れを利用して、環状翼に揚力及び抗力を発生させる。それらの合力のブースターファンの軸方向成分の分力は、噴流の逆向きとなり、環状翼の推力となる。環状翼に発生する推力の反作用として噴流には吹き出し方向に力が与えられるので、環状翼が取り付けられていない場合よりもトンネル昇圧力を増加させることが可能となる。
【０００９】
以下、本発明の第１実施例のブースターファンについて図１を参照にしながら説明する。図１において、筒状ケーシング１の両側に消音筒４が取り付けられており、この外面に取り付けられているリブ７を介して、翼型断面形状の環状翼８がブースターファンと同軸上に備え付けられている。また、筒状ケーシング１には軸端に羽根車３が直結されている電動機２が内装されている。
【００１０】
この構成により、電動機２が回転すると羽根車３により空気流が生じ、消音筒４を通過して噴流が発生する。この噴流が周辺の空気を誘引する際に生じる流れにより、図６に示すように環状翼８に揚力Ｌ及び抗力Ｄが発生する。それらの合力のブースターファンの軸方向成分の分力Ｔｔは噴流の逆向きとなり、環状翼の推力となる。環状翼に生ずる推力Ｔｔの測定結果の一例を図７に示す。この測定に使用した環状翼を図８に示す。図７は噴流の速度をパラメータとして、噴流の噴出口（噴出口口径Φ１００）から環状翼前縁までの距離ｘと環状翼に生ずる推力Ｔｔとの関係を示したものである。図７により、噴流の噴出速度が８ｍ／ｓ，１７．７ｍ／ｓ，２１．７ｍ／ｓ，２７．７ｍ／ｓのそれぞれにおいて、ｘが０〜３５０ｍｍで環状翼に推力Ｔｔが発生することを確認した。
【００１１】
このように発生した環状翼８の推力Ｔｔの反作用として、噴流には吹き出し方向に力Ｆｊが与えられることとなる。従って、図１に示したように環状翼８を配置することにより、ブースターファンの高推力化、高効率化が実現でき、トンネル昇圧力を増加させることが可能となる。
【００１２】
なお、環状翼８の断面形状は翼型でなくても良く、円弧翼断面形状でも良い。またリブ７の断面形状は長方形等の多角形や円形でよいが、好ましくは空気抵抗が少ない流線形状にすれば圧力損失を抑制することが出来る。
【００１３】
また、本発明の第２及び第３の実施例として図２及び図３に示したブースターファンは、上記の第１実施例に対して前置静翼５及び後置静翼６を備え付けた場合である。この構成により、羽根車３により生じる空気流の旋回成分を少なくすることが可能となる。従って、図１の第１実施例の場合よりもブースターファンの高推力化、高効率化が実現でき、トンネル昇圧力を増加させることが可能となる。
【００１４】
本発明の第４の実施例として図４に示すように、ブースターファンと同軸上に環状翼８を２つ備え付けることにより、図１の第１実施例の場合よりも高推力化、高効率化を実現することができ、トンネル昇圧力を増加させることが可能となる。
【００１５】
なお、環状翼８は図１、図４に示したように１つまたは２つでなくても良く、それ以上の数の環状翼８をブースターファンと同軸上に備え付けても良い。
【００１６】
また、第５の実施例として図５に示すように、環状翼８を直接ブースターファンに接続せずに、たとえばトンネルの天井に支持棒９を介して環状翼８をブースターファンと同軸上に固定した場合でも、トンネル昇圧力を増加させることが可能となる。
【００１７】
【発明の効果】
以上の実施例から明らかなように、本発明によればブースターファンの同軸上に環状翼を配置することにより、ブースターファンの高推力化、高効率化を実現でき、トンネル昇圧力を増加さることが可能となる。従って、同じ換気所要風量に対して、従来よりも消費電力量を低減させることが出来る。また、ブースターファンの設置台数を従来よりも減少させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例のブースターファンの断面図
【図２】本発明の第二実施例のブースターファンの断面図
【図３】本発明の第三実施例のブースターファンの断面図
【図４】本発明の第四実施例のブースターファンの断面図
【図５】本発明の第五実施例のブースターファンの断面図
【図６】環状翼に働く力の説明図
【図７】噴流噴出口から環状翼前縁までの距離ｘと環状翼の推力Ｔｔとの関係図
【図８】測定に使用した環状翼の断面図
【図９】従来のブースターファンの断面図
【図１０】同前置静翼付きの断面図
【図１１】同後置静翼付きの断面図
【符号の説明】
１ 筒状ケーシング
２ 電動機
３ 羽根車
４ 消音筒
５ 前置静翼
６ 後置静翼
７ リブ
８ 環状翼
９ 支持棒
Claims (2)
- 筒状ケーシングに電動機を内装し、この電動機の軸端に羽根車を有するブースターファンの吹き出し側前方に、翼型断面形状あるいは円弧翼断面形状を有し、前縁がブースターファンの吹き出し口側に位置し、後縁の環直径が前縁の環直径よりも小さくかつブースターファンの吹き出し口直径よりも大きく、翼上面が内径側に位置する環状翼をブースターファンと同軸上に配置してなるブースターファン。
- 環状翼をブースターファンと同軸上に複数配置してなる請求項１記載のブースターファン。
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- 1995-10-30 JP JP28128295A patent/JP3575891B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1996
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