JP6649030B2

JP6649030B2 - 軸流ファン

Info

Publication number: JP6649030B2
Application number: JP2015202551A
Authority: JP
Inventors: 山口　信行; 信行山口; 正幸緒方; 岳郷宮崎; 健太郎亀井; 和樹加藤
Original assignee: MEISEI GAKUEN
Current assignee: MEISEI GAKUEN
Priority date: 2015-10-14
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2020-02-19
Anticipated expiration: 2035-10-14
Also published as: JP2017075550A

Description

本発明は、エアセパレータを備えた軸流ファンに関する。

上記軸流ファンの一例として、特許文献１の図１には、回転ハブ４３を介して回転軸４２に固定された動翼３２と、動翼３２等を囲繞するファンケーシング３３と、ファンケーシング３３の外周に環状に設けられ、動翼３２の上流側先端部と対向するように開口（動翼先端開口）すると共に、そのさらに上流側にも開口（上流側開口）するエアセパレータ３４と、エアセパレータ３４の円環３６の外周面と、この外周面と相対向するファンケーシング３３の内周面とに固定される整流ベーン３５等を備える軸流ファンが開示される。

上記構成を有する軸流ファンを起動すると、動翼先端開口から動翼３２の先端を流れる流体の一部が吸引され、吸入された流体は、エアセパレータ３４内の整流ベーン３５により旋回の除去と軸方向への整流がなされ、上流側開口から整流された流体が主流に合流し、動翼３２に再流入する。これにより、軸流ファンの失速域を減少させることができると共に、静圧を増加させることができる。

特開平５−２６２００号公報

しかし、上記軸流ファンでは、失速域の減少や静圧の増加を図ることができるが、エアセパレータ３４が大型化する傾向にあった。これを回避するため、整流ベーン３５に曲げ加工や折り曲げ加工を施すことで上記性能を改善したものも存在するが、軸流ファンの製造コストが増加するという問題があった。

そこで、本発明は、軸流ファンの性能の向上を図りながら製造コストを低減すると共に、軸流ファンの小型化を図ることを目的とする。

本発明は、軸流ファンであって、内部に動翼が配置され、流路を形成する円筒状のケーシングと、該ケーシングの前記動翼の近傍が外側に環状に突出することにより形成されるセパレータ流路と、該セパレータ流路と前記ケーシングの流路との境界面に位置し、動翼の上流側先端部と対向する第１の開口と、そのさらに上流側の第２の開口とを形成する円環と、該円環の外周面と該外周面と相対向する前記ケーシングの内周面に、板面が前記ケーシングの軸線に対して平行になるように固定される矩形平板状の整流羽根とを有するエアセパレータとを備え、前記板面と、該整流羽根が前記円環の外周面に当接する線で前記円環に接する面とのなす角を２８度以上４４度以下としたことを特徴とする。

本発明によれば、整流羽根と、円環の外周面とのなす角を２８度以上４４度以下とすることにより、軸流ファンの失速域を減少させ、軸流ファンの静圧を向上させることができる。これにより、エアセパレータの大型化を抑えることができる。また、整流羽根に特別な加工を施す必要がないため、製造コストを低減することができる。

上記軸流ファンにおいて、前記動翼の外径を２７５ｍｍ以上１２４０ｍｍ以下とした場合に、前記整流羽根の枚数を７枚以上５５枚以下とすることができる。

上記軸流ファンにおいて、前記動翼の外径を２７５ｍｍ以上１２４０ｍｍ以下、前記動翼の軸方向翼弦長を２３ｍｍ以上１７０ｍｍ以下とした場合に、前記セパレータ流路の軸方向長さを３９ｍｍ以上２９０ｍｍ以下とし、前記セパレータ流路の半径方向長さを１２ｍｍ以上８５ｍｍ以下とすることができる。

上記軸流ファンにおいて、前記第１の開口の軸方向長さを１６ｍｍ以上１１７ｍｍ以下とし、前記第２の開口の軸方向長さを１４ｍｍ以上１０４ｍｍ以下とし、前記円環の軸方向長さを９ｍｍ以上６９ｍｍ以下とすることができる。

本発明によれば、軸流ファンの性能の向上を図りながら製造コストを低減し、軸流ファンの小型化も図ることができる。

本発明に係る軸流ファンのエアセパレータ及びその近傍を示す概略図である。図１に示すエアセパレータを構成するケーシングの一部の全体構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図２に示すケーシングの一部を示し、（ａ）は図２（ｂ）の部分拡大図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。本発明に係る軸流ファン等の性能を示すグラフであって、縦軸は静圧を、横軸は体積流量を示す。

次に、本発明に係る軸流ファンの一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係る軸流ファンの一実施の形態を示し、この軸流ファン１は、回転軸２と、回転軸２に固定された動翼３と、回転軸２及び動翼３を囲繞すると共に、流路４ｃを形成する円筒状の主要部４ａを有するケーシング４と、ケーシング４の一部４ｂ内に環状に設けられ、セパレータ流路５ａと、円環５ｂと、整流羽根５ｃとを有するエアセパレータ５とで構成される。尚、同図では、軸流ファン１の下半分の記載を省略している。

エアセパレータ５のセパレータ流路５ａは、ケーシング４の動翼３の近傍（一部４ｂ）が外側に環状に突出するようにして形成され、円環５ｂは、セパレータ流路５ａとケーシング４の流路４ｃとの境界面に位置し、これによって動翼先端開口Ｏ１（第１の開口）と上流側開口Ｏ２（第２の開口）とが形成される。整流羽根５ｃは、矩形平板状に形成され、円環５ｂの外周面とこの外周面に相対向するケーシング４の一部４ｂの内周面に、板面がケーシング４の軸線に対して平行になるように固定される。

図２に示すように、エアセパレータ５を構成するケーシング４の一部４ｂには、ねじ穴４ｅを複数穿設した取付用のフランジ部４ｄが設けられる。このフランジ部４ｄを、図１に示すように、ケーシング４の主要部４ａに形成されたフランジ部４ｆにボルト４ｇ及びナット４ｈを介して固定することにより、エアセパレータ５を構成するケーシング４の一部４ｂと主要部４ａとを連結する。

図１に示すように、上記エアセパレータ５は、流路４ｃを流れる流体（白塗り矢印）のうち、矢印で示すように、流路４ｃの動翼３の先端を流れる流体の一部を動翼先端開口Ｏ１から吸引し、整流羽根５ｃによって整流し、整流後の流体を上流側開口Ｏ２を介してケーシング４の流路４ｃへ戻すように作用する。

上記軸流ファン１において、図３（ｂ）に示すように、整流羽根５ｃの板面と、整流羽根５ｃが円環５ｂの外周面に当接する線で円環５ｂに接する面とのなす角θが３０度程度となるように整流羽根５ｃを固定する。

次に、上記構成を有する軸流ファン１の実施例について、図面を参照しながら説明する。

本実施例では、図１に示す動翼３の外径Ｄを５６０ｍｍ、軸方向翼弦長Ｗを５４ｍｍとし、整流羽根５ｃの枚数を４０枚とした。また、図３（ａ）に示すエアセパレータ５のセパレータ流路５ａの軸方向長さＬを９０ｍｍとし、半径方向長さＲを２７ｍｍとした。

さらに、同図に示す動翼先端開口Ｏ１の軸方向長さｓを３７ｍｍとし、上流側開口Ｏ２の軸方向長さｃを３３ｍｍとし、円環５ｂの軸方向長さｂを２０ｍｍとした。

この実施例に係る軸流ファン１と、上記エアセパレータ５を有さずその他の動翼３等の寸法が軸流ファン１と同様の軸流ファンとを運転して性能比較実験を行った。図４に、実施例の性能を◇印で、エアセパレータを有しない軸流ファンの性能を○印で示す。同図から、０〜０．５ｍ³／ｓの低流量域においては両者にあまり差はないが、実施例は、０．５〜２．５ｍ³／ｓの流量域において無失速化を実現すると共に、エアセパレータを有しない軸流ファンと比較して、流量が１．５ｍ³／ｓ程度の流量域において静圧が５０％以上（約２００Ｐａから約３００Ｐａへ）向上することが判る。

また、本実施例によれば、整流羽根５ｃに特別な加工を施す必要がないだけでなく、整流羽根５ｃの枚数を最小限に抑えると共に、エアセパレータを小型化することで製造コストを低減しながら軸流ファンの性能の向上を図ることができる。

尚、上記実施例においては、前記角度θを３０度としたが、流体の性状や、エアセパレータ５の寸法等を考慮して２８度以上４４度以下の範囲で適宜設定することができ、２８度以上３２度以下とすることがより好ましい。

また、動翼３の外径Ｄを２７５ｍｍ以上１２４０ｍｍ以下とした場合に、整流羽根５ｃの枚数は、７枚（外径Ｄが２７５ｍｍの場合）以上５５枚（外径Ｄが１２４０ｍｍの場合）以下の範囲で適宜設定することができる。さらに、動翼３の軸方向翼弦長Ｗを２３ｍｍ以上１７０ｍｍ以下とした場合に、エアセパレータ５のセパレータ流路５ａの軸方向長さＬを、３９ｍｍ以上２９０ｍｍ以下の範囲で、半径方向長さＲも１２ｍｍ以上８５ｍｍ以下の範囲で設定することができる。

さらに、動翼先端開口Ｏ１の軸方向長さｓも１６ｍｍ以上１１７ｍｍ以下、上流側開口Ｏ２の軸方向長さｃも１４ｍｍ以上１０４ｍｍ以下、円環の軸方向長さｂも９ｍｍ以上６９ｍｍ以下の範囲で設定することができる。

尚、上記エアセパレータ５の寸法の数値範囲は、軸流ファンの動力（動翼３の駆動源にかかる負荷）を略々一定に維持することを条件に算出したものであって、動翼３の外径Ｄを１２４０ｍｍ（最大）とした場合には、動翼３の軸方向翼弦長Ｗは２３ｍｍ（最小）となってエアセパレータ５の寸法は最小となり、上記数値範囲の下限の値となる。一方、動翼３の外径Ｄを最小とした場合には、動翼３の軸方向翼弦長Ｗが最大となってエアセパレータ５の寸法は最大となり、上記数値範囲の上限の値となる。

尚、本発明に係る軸流ファン１は、エアセパレータ５の構成、寸法等に特徴があり、その他の構成については上記実施の形態の記載や図面に示したものに限らず、適宜変更することができる。

上記軸流ファン１は、鉄道車輌の中のディーゼルエンジン(内燃機関)を積んだ気動車向け内燃機関の冷却水及び潤滑油を冷却するために、空冷式ラジエータ/オイルクーラを取り付けるが、これらの強制空冷用ファンとして用いることを想定したものであるが、その他の装置でも同様のファンを用いる機器であれば、上記軸流ファン１を適用することができる。

１軸流ファン
２回転軸
３動翼
４ケーシング
４ａ主要部
４ｂ一部
４ｃ流路
４ｄフランジ部
４ｅねじ穴
４ｆフランジ部
４ｇボルト
４ｈナット
５エアセパレータ
５ａセパレータ流路
５ｂ円環
５ｃ整流羽根
Ｏ１動翼先端開口
Ｏ２上流側開口

Claims

内部に動翼が配置され、流路を形成する円筒状のケーシングと、
該ケーシングの前記動翼の近傍が外側に環状に突出することにより形成されるセパレータ流路と、該セパレータ流路と前記ケーシングの流路との境界面に位置し、動翼の上流側先端部と対向する第１の開口と、そのさらに上流側の第２の開口とを形成する円環と、該円環の外周面と該外周面と相対向する前記ケーシングの内周面に、板面が前記ケーシングの軸線に対して平行になるように固定される矩形平板状の整流羽根とを有するエアセパレータとを備え、
前記板面と、該整流羽根が前記円環の外周面に当接する線で前記円環に接する面とのなす角を２８度以上４４度以下としたことを特徴とする軸流ファン。
前記動翼の外径を２７５ｍｍ以上１２４０ｍｍ以下とした場合に、前記整流羽根の枚数を７枚以上５５枚以下としたことを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
前記動翼の外径を２７５ｍｍ以上１２４０ｍｍ以下、前記動翼の軸方向翼弦長を２３ｍｍ以上１７０ｍｍ以下とした場合に、前記セパレータ流路の軸方向長さを３９ｍｍ以上２９０ｍｍ以下とし、前記セパレータ流路の半径方向長さを１２ｍｍ以上８５ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の軸流ファン。
前記第１の開口の軸方向長さを１６ｍｍ以上１１７ｍｍ以下とし、前記第２の開口の軸方向長さを１４ｍｍ以上１０４ｍｍ以下とし、前記円環の軸方向長さを９ｍｍ以上６９ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項３に記載の軸流ファン。