JP4592906B2 - ファンのシール装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車のラジエータ冷却用等に使用される軸流型または斜流型のファンのシール装置に関し、詳しくはボス部に放射状に設けた複数の翼の先端部を相互に連結するリングと、その半径方向外側に配置されるシュラウドにおける筒状部の間に逆流防止用のラビリンスシール部を設けたファンのシール装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のラジエータなどに使用される軸流型または斜流型のファンは、エンジンやモータ等の駆動源により回転するボス部に放射状に設けた複数の翼を備え、その翼の回転により軸方向に送風するようになっている。
一般に軸流型または斜流型のファンでは、下流側への送風の一部が翼周囲から上流側に逆流する現象がある。このような逆流現象は送風効率を低下させ、騒音も大きくなるので好ましくない。そこで従来から翼の半径方向外側を取り囲むようにシュラウドを配置して逆流を抑制している。
【０００３】
しかしシュラウドを設けるだけでは十分に逆流を抑制することは難しいので、翼とシュラウド間にシール装置を設けることが多い。
図５は自動車に搭載されるラジエータを冷却する従来の斜流型ファンの縦断面図である。ファン１は図示しないエンジンのクランク軸で回転される駆動軸２と、その駆動軸２に固定されたボス部３に放射状に設けた複数の翼４を有しており、図５（ａ）の左側から右側に送風する。各翼４の先端部はリング５で相互に連結され、リング５の半径方向外側を取り囲むように所定の間隙をもってシュラウド６の筒状部７が配置される。そしてリング５の外周に沿って環状の仕切り片等の絞り片Ｓが所定間隔で複数設けられる。なおこの例は、リング５の軸方向両端部に空気流の乱れや渦の発生を抑制する環状のベルマウスＭを設けたものであり、そのベルマウスＭが両端部の絞り片Ｓを兼用している。
【０００４】
一方、シュラウド６はそのフランジ部を筒状の連結体８にボルトで結合され、連結体８はラジエータ９の周縁部に固定される。そして筒状部７の内周面がリング５に所定の間隙を有して対向し、筒状部７の内周面とリング５の複数の絞り片Ｓによって、いわゆる直通型のラビリンスシール部１０が形成される。このような直通型のラビリンスシール部１０においては、筒状部７の内周面と絞り片Ｓの先端部の間隙により絞り口が形成され、翼４の下流側からの逆流がその絞り口を通過する際に等エントロピー膨張し、減速した逆流は隣接する絞り片Ｓの中間にある空間部（膨張室）において等圧で静温度に回復する、という作用を繰り返すことによりシール効果を発揮するものである。
【０００５】
しかし、直通型のラビリンスシール部１０は構造が簡単であるが、筒状部７の内周面と絞り片Ｓの先端部との間隙に吹き抜け通路が形成されて逆流しやすいという問題がある。それを改善してより逆流抑制効果を高めたものが食い違い型のラビリンスシール部である。
図６は図５のシール装置における直通型のラビリンスシール部１０の代わりに、食い違い型のラビリンスシール部１１を採用した場合の部分拡大断面図であり、図５と同じ部分には同一符号が付されている。食い違い型のラビリンスシール部１１はリング部５の外周面に複数の絞り片Ｓを設けると共に、絞り片Ｓの中間に位置するように、シュラウド６における筒状部７の内周面に逆絞り片Ｒを設けたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図６の食い違い型のラビリンスシール部１１は絞り片Ｓと逆絞り片Ｒが半径方向に交互に配置されるので、逆流は矢印のように絞り片Ｓと逆絞り片Ｒの間を迂回して流れながら減速するので、直通型のラビリンスシール部１０より逆流抑制効果が高いという特徴を有している。しかし、このように絞り片Ｓと逆絞り片Ｒが半径方向に重複しないようにすると、直通型ラビリンスシール部１０よりは低いが、相応の逆流は避けられない。
【０００７】
そこで図７のように、絞り片Ｓと逆絞り片Ｒを長くして半径方向に相互に重複させると逆流はそれに応じて少なくなる。しかしながら、このように絞り片Ｓと逆絞り片Ｒを重複させると、シュラウド６の筒状部７にリング部５を矢印のように軸方向から装着してシール装置を組み立てることが困難になるという別の問題を生じる。
そこで本発明は、食い違い型のラビリンスシール部を有するファンのシール装置における問題を解決することを課題とし、そのための新しいファンのシール装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、ボス部に複数の翼を放射状に設けた軸流型または斜流型のファンのシール装置である。そしてこのシール装置は、各翼の先端部を相互に連結するリングと、リングの半径方向外側に間隙を有して配置されたシュラウドの筒状部を備え、リングの外周に沿って突設された環状の絞り片と、筒状部の内周に沿って突設された環状の逆絞り片により食い違い型のラビリンスシール部が形成される。さらに、前記筒状部の内周面から絞り片の先端までの距離をＣ１、前記筒状部の内周面から逆絞り片の先端までの距離をＣ２、逆絞り片とそれより逆流方向の下流側に位置する絞り片との間隙をＬ１、逆絞り片とそれより逆流方向の上流側に位置する絞り片との間隙をＬ２としたとき、Ｃ２≦Ｃ１、Ｃ１≦Ｌ１、Ｃ１≦Ｌ２、 1.5≦Ｌ１／Ｌ２の関係を満たすことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面により説明する。
図１は本発明のシール装置の１例を図６に準じて示す部分拡大断面図であり、図６と同じ部分には同一符号が付されている。食い違い型のラビリンスシール部１１は、図５に示すファンのシール装置として適用され、複数の翼４の各先端を相互に連結するリング５の外周に沿って、複数（この例では２つのみ示す）の環状の絞り片Ｓが突設される。また、リング５の半径方向外側に間隙を有して配置されたシュラウド６の筒状部７を備え、筒状部７の内周に沿って複数（この例では１つのみ示す）の環状の逆絞り片Ｒが突設される。
【００１０】
そして、筒状部７の内周面７ａから絞り片Ｓの先端までの距離をＣ１、筒状部７の内周面７ａから逆絞り片Ｒの先端までの距離をＣ２、逆絞り片Ｒとそれより逆流方向の下流側に位置する絞り片Ｓとの間隙をＬ１、逆絞り片Ｒとそれより逆流方向の上流側に位置する絞り片Ｓとの間隙をＬ２としたとき、Ｃ２≦Ｃ１、Ｃ１≦Ｌ１、Ｃ１≦Ｌ２、 1.5≦Ｌ１／Ｌ２の関係を満たす。
【００１１】
上記のように、絞り片Ｓと逆絞り片Ｒを半径方向に重複させない（Ｃ２≦Ｃ１）ようにすると、シュラウド６の筒状体７にリング５を軸方向から容易に装着することができる。そしてこの条件下で絞り片Ｓと逆絞り片Ｒの相対的位置関係を前記のような特定の範囲にすると、図２に示すように逆流は矢印のように比較的狭いＬ２の間隙を通過する際に大きく方向を変え、迂回しながら下流側の絞り片Ｓに向かって通過する。その際、逆流の一部は分流し渦流となって矢印のように逆絞り片Ｒの背部で旋回し、この渦流によって逆流の本流は下流側の絞り片Ｓに押し付けられ、それを這い上がってさらに下流側へ流出する。そのため本流の流通抵抗が増加して逆流量が大幅に抑制される。このことは以下の実験によっても確かめられている。
【００１２】
即ち、図４は、逆絞り片Ｒとそれより逆流方向の下流側に位置する絞り片Ｓとの間隙Ｌ１と逆絞り片Ｒとそれより逆流方向の上流側に位置する絞り片との間隙をＬ２との比率、すなわち、Ｌ１／Ｌ２に対する逆流量Ｑの変化を示すデータである。Ｌ１／Ｌ２の値が 1.5より小さくなると急激に逆流量Ｑが増加する。しかし、その条件を満たしても、Ｌ１およびＬ２がシュラウドの筒状部７とファンのリング５とのクリアランスＣ２より小さくなると、ファンの駆動中にその振動や、製作誤差等により絞り片Ｓと逆絞り片Ｒとが接触する虞がある。
【００１３】
これはクリアランスＣ２が、振動や製作誤差が存在してもファンとシュラウドとが接触しないように定めたものであるから、その値は半径方向のみならず軸線方向にも適用され、その軸線方向の絞り片Ｓと逆絞り片Ｒとの距離にも適用されるべきものだからである。
したがって、絞り片Ｓと逆絞り片Ｒの相対的位置関係をＣ２≦Ｃ１、Ｃ１≦Ｌ１、Ｃ１≦Ｌ２、 1.5≦Ｌ１／Ｌ２の関係を満たすように規定することにより、逆流量を大幅に抑制することが可能になる。
【００１４】
図３は本発明のファンのシール装置の要部の一例を示すものである。この例では、図５（ａ）の場合と同様に、翼４と一体をなすリング５の両縁部がベルマウスＭとなり、それ自体が絞り片Ｓを構成する。そしてその端部の絞り片Ｓと中央部の絞り片Ｓとの間の端部側寄りの位置で、シュラウド６の筒状部７に環状の逆絞り片Ｒが一体に突設されたものである。そしてその絞り片Ｓと逆絞り片Ｒの相対的位置関係がＣ２≦Ｃ１、Ｃ１≦Ｌ１、Ｃ１≦Ｌ２、 1.5≦Ｌ１／Ｌ２関係を満たすように形成されている。
【００１５】
【発明の効果】
以上のように本発明のファンのシール装置によれば、複数の翼の先端部を連結するリングの外周に沿って突設された環状の絞り片と、シュラウドにおける筒状部の内周に沿って突設された環状の逆絞り片を有する食い違い型のラビリンスシール部でシール装置を構成する場合に、リングをシュラウドの筒状部に軸方向から挿入できるシール装置の組立容易性と、ラビリンスシール部における逆流量の大幅抑制という相反する２つの特性を兼ね備えるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシール装置の１例を示す部分拡大断面図。
【図２】図１のシール装置における逆流の形態を説明する図。
【図３】本発明のファンのシール装置の要部の一例を示す断面図。
【図４】図１のシール装置における逆絞り片Ｒとそれより逆流方向の下流側に位置する絞り片Ｓとの間隙Ｌ１と逆絞り片Ｒとそれより逆流方向の上流側に位置する絞り片との間隙をＬ２との比率、すなわちＬ１／Ｌ２に対する逆流量Ｑの変化を示す図。
【図５】（ａ）は自動車に搭載されるラジエータを冷却する従来の斜流型ファンの縦断面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ矢視図。
【図６】従来の食い違い型のラビリンスシール部を示す部分拡大断面図。
【図７】従来の食い違い型のラビリンスシール部を示す部分拡大断面図。
【符号の説明】
１ ファン
２ 駆動軸
３ ボス部
４ 翼
５ リング
６ シュラウド
７ 筒状部
７ａ 内周面
８ 連結体
９ ラジエータ
１０ 直通型のラビリンスシール部
１１ 食い違い型のラビリンスシール部
Ｍ ベルマウス
Ｓ 絞り片
Ｒ 逆絞り片

Claims (1)

1. ボス部３に複数の翼４を放射状に設けた軸流型または斜流型のファンのシール装置において、
   各翼４の先端部を相互に連結するリング５と、リング５の半径方向外側に間隙を有して配置されたシュラウド６の筒状部７とを備え、
   リング５の外周に沿って突設された環状の絞り片Ｓと、筒状部７の内周に沿って突設された環状の逆絞り片Ｒとにより食い違い型のラビリンスシール部１１が形成され、
   前記筒状部７の内周面７ａから絞り片Ｓの先端までの距離をＣ１、前記筒状部７の内周面７ａから逆絞り片Ｒの先端までの距離をＣ２、逆絞り片Ｒとそれより逆流方向の下流側に位置する絞り片Ｓとの間隙をＬ１、逆絞り片Ｒとそれより逆流方向の上流側に位置する絞り片Ｓとの間隙をＬ２としたとき、
   Ｃ２≦Ｃ１、Ｃ１≦Ｌ１、Ｃ１≦Ｌ２、 1.5≦Ｌ１／Ｌ２の関係を満たすことを特徴とするファンのシール装置。

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