JP4566318B2

JP4566318B2 - 軸流ファン

Info

Publication number: JP4566318B2
Application number: JP2000049796A
Authority: JP
Inventors: 正幸小笠原
Original assignee: Usui Co Ltd
Current assignee: Usui Co Ltd
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2020-02-25
Also published as: US6413049B2; US20010022935A1; JP2001234892A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関用の軸流ファンに係り、特にファンの下流側に吐出流を拡大させるリングを有する軸流ファンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車用の内燃機関には各種の付属装置が施されるようになり、ファンの周囲を流れる空気流の抵抗が増大してきている。例えばエンジンルーム内のファンの前側（ラジエータ側）には、ラジエータの外、エアコン用コンデンサ、インタークーラ、オイルクーラ等が付設され、一方、ファンの後側（内燃機関側）には、オルタネータ、エアコン用コンプレッサ、スーパーチャージャ、その他の補機類が付設されている。
この結果、ファンの上流側抵抗が増し、高抵抗域での風量低下をきたしている。ファンの上流側抵抗が高い場合のファン下流側の流れは斜流方向となる。流速はファンの中心に近くなるにつれて遅くなるので、ファンの中心部の下流側は大気圧よりも圧力が低い領域が発生し、ファンを通過した流れの一部が逆流したり、渦流が発生し、ファン性能を低下させている。この現象はファンの上流側抵抗が高くなる程顕著となる。
【０００３】
かかる対策として、例えば実開昭５６−１９２１号公報には、ラジエータのシュラウドの自由端部に鍔状の隔壁を形成してこの逆流を阻止する手段が提案されているが、チップクリアランスを小さくするとファンブレードがシュラウドに衝突するおそれが出てくるという問題がある。また、特開昭５９−１７６４９９号公報には、ファンボス部を斜めに傾斜した対流外郭形状にして、気流の剥離を防止し、ファン効率を高めた斜軸流ファンが、特公平８−６７１３号公報にはボス部が円錐台形状の斜軸流ファンにおいて、消費動力が少なくかつ風量が大となる条件として、ボス部の傾斜角と翼部の幅その他の相関関係を特定したラジエータのファンが、それぞれ提案されている。しかし、このような斜軸流ファンにおけるテーパ付きボス部は、製造する際に成型金型が複雑になり非常に高価なものとなるため製品コストが高くつくこと、および既存のファンに容易に応用することができないという欠点がある。さらに、実開昭５７−７５１９９号公報には、ボス部の下流側にコーン状のガイド（リング）をボス部端面より離して取付けたファンが提案されているが、コーン状のガイドをボス部端面より離して取付ける方式は、甚だしく制約されたエンジンとラジエータ間の狭い空間に、コーン状のガイドを取付けるだけのスペース（軸方向長さ）を確保することが極めて困難であるという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するためになされたもので、ファンを通過した流れが剥離したり逆流したりすることを有効に防止できるとともに、従来の斜軸流ファンに比し低コストでファン効率の高い高性能の軸流ファンを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る軸流ファンは、内燃機関から延伸する駆動軸の一端に取付けられて回転する軸流ファンであって、ファンの下流側に截頭円錐形状（コーン状）のリングを有する軸流ファンにおいて、前記截頭円錐形状のリングはファンボス部のファンブレード後縁側開口端部に該ファンブレード後縁より突出しないように該ボス部と一体に取付けられ、かつ該截頭円錐形状のリングはテーパ角θ＝４５〜８０度、大径Ｄｍａｘ＝Ｄ×７０％以下（Ｄ：ファン直径）、小径Ｄｍｉｎ＝ボス部直径ｄB ＋２ｗ（ｗ：截頭円錐形状のリングの取付け深さ）以上の条件を満たし、その取付け深さｗをファンボス部のファンブレード後縁側開口端面より軸方向にＷ×１／３（Ｗ：ボス部全体の軸方向長さ）以下の深さとしたことを要旨とするものである。
【０００６】
本発明において、ファンの下流側に設ける截頭円錐形状のリングをファンブレード後縁から外側に突出しないようにボス部と一体に設けるのは、成型金型が簡単で安価なものとなり射出成形時間も短くなるため製品コストが安くつくこと、また既存のファンに容易に適用することができること、さらにファンブレード後縁から外側に突出しないように取付けることにより、甚だしく制約されたエンジンとラジエータ間の極めて狭い空間に截頭円錐形状のリングを取付けるスペース（軸方向長さ）を確保する必要がないためである。
【０００７】
また本発明において、截頭円錐形状のリングのテーパ角θ、大径Ｄｍａｘ、小径Ｄｍｉｎ、および取付け深さをそれぞれθ＝４５〜８０度、大径Ｄｍａｘ＝Ｄ×７０％以下（Ｄ：ファン直径）、小径Ｄｍｉｎ＝ボス部直径ｄB ＋２ｗ（ｗ：截頭円錐形状のリングの取付け深さ）以上、取付け深さｗ＝Ｗ×１／３（Ｗ：ボス部全体の軸方向長さ）以下としたのは、以下に記載する理由による。
截頭円錐形状のリングのテーパ角θを４５〜８０度としたのは、４５度未満では、逆流防止の効果が十分に得られず、他方、８０度を超えると、テーパリングの大径Ｄｍａｘが大きすぎて当該リングがファン回転中の遠心力に対し強度不足となる可能性が生じるためである。
截頭円錐形状のリングの大径Ｄｍａｘをファン直径Ｄ×７０％以下としたのは、プロペラファンの半径方向の効率はファン直径Ｄの７５％付近が最も高いことが多く、この部位までコーン状整流部を設けると全体の流れを大きく乱すこととなり、全体としての効率を下げることとなるためである。
截頭円錐形状のリングの小径Ｄｍｉｎをボス部直径ｄB ＋２ｗ（ｗ：截頭円錐形状のリングの取付け深さ）以上としたのは、これ以下ではコーン状整流部による流れの改善効果が乏しく、風量の増加や効率の上昇があまり見られないためである。
リング取付け深さｗをＷ×１／３（Ｗ：ボス部全体の軸方向長さ）以下としたのは、ボス部におけるリング取付け深さが深く、この取付け深さ値を超えるとファンブレードのボス部との接続面積が減少し、ブレード付根の強度が低下し、高速回転時の大きな遠心力による引張力や高い風圧による曲げモーメントに対する耐久信頼性が低下するためである。
【０００８】
本発明における截頭円錐形状のリングのボス部に対する組付け手段としては、ボルト締め（ビス止めを含む）、溶着、接着等を用いることができる。また截頭円錐形状のリングの材質は、一般にファンと同一の樹脂材が好適であるが、アルミなどの軽金属でもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る軸流ファンの一実施例を示す正面図、図２は図１のアーア線上の縦断側面図、図３は同上軸流ファンの要部拡大断面図であり、１はファンボス部、２はファンブレード、３は截頭円錐形状のリング、４は締結ボルトである。
【００１０】
すなわち、本発明に係る軸流ファンは、ファンボス部１の外周面に多数（通常４〜１０枚）のファンブレード２が配設されている。このファンは合成樹脂材の射出成形体からなり、ファンブレード２の付根部はボス部の軸線に対して所定角度傾斜しある迎角をもって取付けられると共に、ファンブレード２自体が付根部からその先端縁にゆくに従って捩じられ徐々に小さな迎角をもった形状になっている。
このような構成において、本発明はファンボス部１の下流側（風下側）の開口端部に、截頭円錐形状のリング３をファンブレード２の後縁より外側に突出しないように締結ボルト４などにて取着する。この截頭円錐形状のリング３は、ファンボス部１の下流側開口端面とほぼ同一径から下流側へ向かって漸次径が拡大するコーン状に形成されており、その底部をァンボス部１の下流側開口端面に締結ボルト４にて取着している。
【００１１】
ここで、截頭円錐形状のリング３はテーパ角θを４５〜８０度の範囲とし、大径Ｄｍａｘをファン直径Ｄの７０％以下とし、小径Ｄｍｉｎをボス部直径ｄB ＋当該リング３の取付け深さｗの２倍の数値とする。そして、この截頭円錐形状のリング３の取付け深さｗは、ファンボス部１のファンブレード２後縁側開口端面より軸方向にＷ×１／３（Ｗ：ボス部全体の軸方向長さ）以下の深さとする。
【００１２】
このような構成の軸流ファンにおいて、図２実線矢印で示すごとくファンブレード２に向かって流れ込む空気流は、ファンボス部１の下流側（風下側）の開口端部に取着した截頭円錐形状のリング３に案内されて半径方向外側へと偏向させられることとなる。したがって、空気の剥離や逆流がなくなり、０．０１〜０．０３の高抵抗域でも高い風量が得られる。
【００１３】
【実施例】
図４は前記した最もファン効率が良いと思われる形状の截頭円錐形状のリング３を取付けた場合（本発明）と取付けない場合（従来）とで、風量Ｑ，吸収馬力Ｌ、静圧効率Ｅ、静圧Ｐがどのように変化するかを実験した結果を示したものである。なお、本実施例における軸流ファンの仕様条件は、ファン直径Ｄ＝７２０ｍｍ、ファンブレード幅＝９５ｍｍ、ファンボス部直径ｄB ＝３１０ｍｍ、截頭円錐形状のリングのテーパ角θ＝６０度、大径Ｄｍａｘ＝４２０ｍｍ、ボス部全体の軸方向長さＷ＝７８ｍｍの射出成形されたポリプロピレングラスファイバー製であり、リング取付け深さｗ＝３０ｍｍであった。
ここで、静圧効率Ｅは次式で算出される。
Ｅ＝１００×Ｐ×Ｑ／（６０×Ｌ×１０ ^−３）
ただし、Ｐ：圧力（Ｐａ）
Ｑ：風量（ｍ^３／ｍｉｎ．）
Ｌ：馬力（ｋＷ）
【００１４】
図４の結果より、最近の軸流ファンにおいて最も頻繁に使用されている通気抵抗ｋが０．０１〜０．０３の範囲（斜線を施した部分）において、截頭円錐形状のリング３を取付けた本発明の軸流ファンは、截頭円錐形状のリング３を付けない従来の軸流ファンと同じ吸収馬力で、静圧効率Ｅおよび静圧Ｐ共に高くなっている。この結果より、ファンボス部のファンブレード後縁側開口端部に該ファンブレード後縁より突出しないように該ボス部と一体に取付けた截頭円錐形状のリング３の有効性が確認された。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明の截頭円錐形状のリングをファンボス部に一体に取付けた軸流ファンは、ファンを通過する流れが剥離したり逆流したりすることが有効に防止され、ファンの吸収馬力が減少してファン効率が高められる。また、ファンの下流側に設ける截頭円錐形状のリングをファンブレード後縁から外側に突出しないようにボス部と一体に取付けた構成となしたことにより、成型金型が簡単で安価なものとなるため型の償却や成形時間が短くなって製品コストが安くつき従来の斜軸流ファンに比し低コストでファン効率の高い高性能の軸流ファンが得られ、さらに、甚だしく制約されたエンジンとラジエータ間の極めて狭い空間に截頭円錐形状のリングを取付けるスペース（軸方向長さ）を確保する必要がない上、既存のファンにも容易に適用できるなどの多くの優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る軸流ファンの一実施例を示す正面図である。
【図２】図１のアーア線上の縦断側面図である。
【図３】同上軸流ファンの要部拡大断面図である。
【図４】本発明の実施例における軸流ファンの特性曲線を従来品と比較して示す図である。
【符号の説明】
１ファンボス部
２ファンブレード
３截頭円錐形状のリング
４締結ボルト

Claims

内燃機関から延伸する駆動軸の一端に取付けられて回転する軸流ファンであって、ファンの下流側に截頭円錐形状のリングを有する軸流ファンにおいて、前記截頭円錐形状のリングはファンボス部のファンブレード後縁側開口端部に該ファンブレード後縁より突出しないように該ボス部と一体に取付けられ、かつ該截頭円錐形状のリングはテーパ角θ＝４５〜８０度、大径Ｄｍａｘ＝Ｄ×７０％以下（Ｄ：ファン直径）、小径Ｄｍｉｎ＝ボス部直径ｄB ＋２ｗ（ｗ：円錐形状のリングの取付け深さ）以上の条件を満たし、その取付け深さｗをファンボス部のファンブレード後縁側開口端面より軸方向にＷ×１／３（Ｗ：ボス部全体の軸方向長さ）以下の深さとしたことを特徴とする軸流ファン。