JP7092433B2 - 正逆回転ファン - Google Patents

Description

本願発明はファンに関し、特に正逆回転ファンに関するものである。

本願は、出願番号が２０１８１１１９８０４５．９であって出願日が２０１８年１０月１５日である中国特許出願に基づいて提出されるものであり、当該中国特許出願の優先権を主張し、当該中国特許出願のすべての内容は、参照により本願に組み込まれる。

一般的な正逆回転軸流送風機は、広く用いられている多翼遠心送風機と比較して、騒音が高く、風圧が低いという特徴を有する。特に正逆回転軸流送風機が小型化して製造されている場合、高騒音、低風圧の特徴がより一層著しくなる。

本願発明は、従来技術における課題の少なくとも一つを解決することを目的とする。そのため、本願発明は、構造パラメータが合理的に設計され、風圧を向上させ、騒音を低減する可能な正逆回転ファンを提供する。

本願発明の実施例による正逆回転ファンは、回転方向が逆となる第１段羽根車及び第２段羽根車を備え、前記第１段羽根車は第１ハブと、前記第１ハブに接続されている複数の第１羽根とを備え、前記第２段羽根車は第２ハブと、前記第２ハブに接続されている複数の第２羽根とを備え、前記第１羽根の圧力面が前記第２羽根の吸力面に向かって設けられており、羽根元から羽根先にかけて向かう方向において、前記第１羽根と前記第２羽根がそれぞれの回転方向に向かって曲がっている羽根車アセンブリと、吸込グリルを備え、前記吸込グリルは周方向に沿って配列された複数の支持導風ブレードを備え、前記支持導風ブレードは、気流吹出側に向かう方向において、曲がり方向が前記第１羽根の回転方向と逆となるように曲がって設けられており、前記支持導風ブレードの入口取り付け角が前記支持導風ブレードの出口取り付け角より小さくなるように設けられている導風構造と、を備える。

本願発明の実施例による正逆回転ファンによれば、支持導風ブレードが気流吹出側に向かう方向において曲がって設けられていることによって、支持導風ブレードによる第１羽根の入口への導風を保証し、吸気騒音を低減し、正逆回転ファンの圧損を低減する。

本願発明の一実施例によれば、前記導風構造は導流カバーを備え、前記導流カバーは、前記第１段羽根車の気流吸込側の中心位置に設けられ、気流吸込側表面の少なくとも一部が導流面となるように形成され、前記導流面が前記第１段羽根車に向かう方向に前記正逆回転ファンの軸線から離れて延伸している。

本願発明の一実施例によれば、前記導流面は半球面であり、前記半球面の直径が前記第１ハブの気流吸込側端における直径の０．８倍以上かつ１．１倍以下であるように構成されている。

本願発明の一実施例によれば、前記支持導風ブレードの入口取り付け角が０°であり、前記支持導風ブレードの出口取り付け角が１８°以上且つ４２°以下であるように構成されている。

本願発明の一実施例によれば、前記支持導風ブレードは羽根元から羽根先にかけて、前記第１羽根の回転方向と逆の方向に向かって曲がっていて、３６０°を前記支持導風ブレードの羽根数と等しい部分に均分した各部分当たりの角度である平均角が各前記支持導風ブレードの曲がり角よりも４°以上且つ１５°以下大きくなるように構成されている。

本願発明の一実施例によれば、気流吸込側から気流吹出側に向かう方向において、前記第１ハブの直径は徐々に大きくなり、そのうち、前記第１ハブの気流吸込側端における直径が前記第１ハブの気流吹出側端における直径の０．５倍以上且つ０．８５倍以下であり、前記第１ハブの気流吹出側端における直径が前記第１段羽根車のリム直径の０．２５倍以上且つ０．４５倍以下であるように構成されている。

本願発明の一実施例によれば、前記第２段羽根車のハブ比は前記第２ハブの直径と前記第２段羽根車のリム直径との比であり、前記第２段羽根車のハブ比が０．４５以上且つ０．７以下であるように構成されている。

本願発明の一実施例によれば、前記第１羽根の入口が後方へ湾曲し、前記第１羽根の入口湾曲角度をＬ１とすると、Ｌ１が関係式５°≦Ｌ１≦１２°を満たす。

本願発明の一実施例によれば、前記第１羽根の出口が前方へ湾曲し、前記第１羽根の出口湾曲角度をＬ２とすると、Ｌ２が関係式３°≦Ｌ２≦１５°を満たす。

本願発明の一実施例によれば、前記第２羽根の入口が後方へ湾曲し、前記第２羽根の入口湾曲角度をＬ３とすると、Ｌ３が関係式５°≦Ｌ３≦１０°を満たす。

本願発明の一実施例によれば、前記第２羽根の出口が前方へ湾曲し、前記第２羽根の出口湾曲角度をＬ４とすると、Ｌ４が関係式３°≦Ｌ４≦８°を満たす。

本願発明の一実施例によれば、前記第２羽根の出口角と前記第１羽根の入口角との差が１０°を超えず、前記第２羽根の入口角と第１羽根の基準角との差が５°を超えないように構成され、ここで、前記第１羽根の基準角は前記第１羽根の入口角の正接値の、流量係数を参考した逆正接関数角である。

本願発明の一実施例によれば、前記第１羽根の軸方向の幅は前記第２羽根の軸方向の幅の１．４倍以上且つ３倍以下である。

本願発明の一実施例によれば、前記第１羽根と前記第２羽根との間の軸方向の隙間が前記第１羽根の軸方向の幅の０．１倍以上且つ０．８倍以下であるように構成されている。

本願発明の一実施例によれば、前記第１ハブの気流吹出側端における直径が前記第２ハブの直径の０．９倍以上且つ１．１倍以下であるように構成されている。

本願発明の一実施例によれば、前記第２羽根が前記第１羽根よりも３枚以下多くなり、且つ前記第１羽根が前記第２羽根よりも５枚以下多くなるように構成されている。

本願発明の一実施例によれば、前記羽根車アセンブリは軸方向において複数セット設けられている。

本願発明の一実施例によれば、前記第１羽根の翼型と前記第２羽根の翼型が異なるように構成されている。

本願発明の一実施例によれば、前記第１羽根のリム直径が前記第２羽根のリム直径に等しく、又は、前記第１羽根のリム直径が前記第２羽根のリム直径に等しくないように構成されている。

本願発明の付加的な態様及び利点は一部が以下の説明において記載され、一部が以下の説明から明らかになり、又は本願発明の実践によって了解される。

本願発明の上記および／または付加的な態様および利点は、添付の図面を参照した実施例についての説明から明らかで理解しやすくなる。
本願発明の一実施例に係る正逆回転ファンの風路構成断面構造図。 本願発明の吸込グリルの正面図。 本願発明の吸込グリルの翼型断面線図。 本願発明の吸込グリルのパラメータ定義を説明するための図。 本願発明の実施例に係る正逆回転ファンのパラメータを示す図。 本願発明の実施例に係る第１段羽根車の正面図。 本願発明の実施例に係る第１段羽根車の側面図。 本願発明の実施例に係る第２段羽根車の正面図。 本願発明の実施例に係る第２段羽根車の側面図。 第１羽根と第２羽根のパラメータ定義を説明するための図。 本願発明の実施例に係る導流カバー構造の騒音試験データ。 本願発明の実施例に係る吸込グリル構造の騒音試験データ。 本願発明の実施例に係る同回転数での風圧向上データ。

以下、本願発明の実施例を詳しく説明し、前記実施例の例が図面に示されており、図面に通じて、同一又は類似の符号は同一又は類似の部品又は同一又は類似の機能を有する部品を示す。下記の図面を参照して説明する実施例は例示的なものであり、本願発明を説明するためだけであり、本願発明を限定するものと理解されるべきではない。

本願発明についての説明において、用語「中心」、「縦方向」、「横方向」、「長さ」、「幅」、「厚さ」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「頂部」、「底部」、「内」、「外」、「時計回り」、「反時計回り」、「軸方向」、「径方向」「周方向」等で示される方位又は位置関係は図面に示されている方位又は位置関係に基づくものであり、本願発明を便宜に説明し及び説明を簡略化するためだけであり、装置又は部品が特定の方位を有したり、特定の方位で構造及び操作したりすることを表し又は示唆するものではない、と理解されるべき、本願発明を限定するものと理解されるべきではない。また、「第１」、「第２」が付けられて限定される特徴は明示的又は暗示的に１つ又は複数の当該特徴を含むことができる。本願発明についての説明において、特に明記しない限り、複数は二つ以上を意味する。

なお、本願発明についての説明において、特に明らかに規定及び限定しない限り、用語「取り付け」、「つながる」、「接続」は広義に理解されるべきであり、例えば、固定的に接続しても良く、着脱可能に接続してもよく、又は、一体的に接続してもよく、機械的に接続しても良く、電気的に接続しても良く、直接的に接続してもよく、中間体を介して間接的に接続してもよく、２つの部品内部で連通してもよい。当業者であれば、具体的な状況に応じて上記用語の本願発明における具体的な意味を理解することができる。

次、図１～図１３を参照しながら本願発明の実施例に係る正逆回転ファン１００を説明する。

図１に示すように、本願発明の実施例に係る正逆回転ファン１００は導風構造１０と羽根車アセンブリ２０とを備える。

羽根車アセンブリ２０は回転方向が逆となる第１段羽根車２１及び第２段羽根車２２を備え、第１段羽根車２１は第１ハブ２１１と、第１ハブ２１１に接続されている複数の第１羽根２１２とを備え、第２段羽根車２２は第２ハブ２２１と、第２ハブ２２１に接続されている複数の第２羽根２２２とを備え、第１羽根２１２の圧力面が第２羽根２２２の吸力面に向かって設けられている。なお、ここで、圧力面、吸力面はいずれも本分野で周知されており羽根おいて良く使われている構成名称であり、羽根車における羽根の圧力面の側は当該羽根車の気流吹出側となり、羽根車における羽根の吸力面の側は当該羽根車の気流吸込側となる。

つまり、正逆回転ファン１００が運転する時の気流の流れ方向は、第１段羽根車２１から第２段羽根車２２への方向とほぼ一致している。羽根元から羽根先にかけて向かう方向において、第１羽根２１２はその回転方向に向かって曲がっている。羽根元から羽根先にかけて向かう方向において、第２羽根２２２はその回転方向に向かって曲がっている。すなわち、第１羽根２１２と第２羽根２２２は曲がり方向が逆となる。

本願発明の実施例において、正逆回転ファン１００の第１段羽根車２１と第２段羽根車２２が正逆回転するように設置することは、第１段羽根車２１の回転により発生したウィンドフィールドを利用して第２段羽根車２２のウィンドフィールドに影響を与えるためであり、第２段羽根車２２の送気気圧を変更するだけでなく、第２段羽根車２２の風速、ウィンドフィールドの拡散錐角乃至渦流状況などを変更することができる。第２段羽根車２２が回転する時に、環方向の渦流状の流れが形成されるので、第１段羽根車２１と第２段羽根車２２が同時に回転する時に、第１段羽根車２１のウィンドフィールドの影響で、第２段羽根車２２が回転して形成する環方向の渦流状の流れは渦流の相殺及び継続の現象が発生する。

なお、本願発明の実施例に係る正逆回転ファン１００は電動ファン、循環送風ファン、換気ファン、エアコンファンなどの空気を吹き出す必要がある装置に適用可能である。本願発明の実施例に係る正逆回転ファン１００は主として、熱交換のためではなく、空気の流れを促すために用いられる。

図１に示すように、導風構造１０は第１段羽根車２１に隣接して設けられている吸込グリル１１を備え、この吸込グリル１１は周方向に沿って配列された複数の支持導風ブレード１１１を備える。吸込グリル１１は支持作用を果たしているだけでなく、導風作用も果たしている。

具体的には、気流吹出側に向かう方向において、支持導風ブレード１１１は曲がり方向が第１羽根２１２の回転方向と逆となるように曲がって設けられている。支持導風ブレード１１１の入口取り付け角をＷ０とし、支持導風ブレード１１１の出口取り付け角をＷ１とすると、Ｗ０とＷ１は関係式Ｗ０＜Ｗ１を満たす。

ここで、吸込グリル１１は第１段羽根車２１と相対的に回動し、吸込グリル１１は周方向に沿って配列された複数の支持導風ブレード１１１を備えるため、吸込グリル１１は導風風車とみなすことができ、支持導風ブレード１１１は当該導風の風車のバレー度とみなすことができる。支持導風ブレード１１１の曲がり方向と第１羽根２１２の回転方向とが逆となるため、吸込グリル１１を第１段羽根車２１の回転方向と逆の導風風車と見なすことができる。

支持導風ブレード１１１は軸方向に曲がり状態を呈している。支持導風ブレード１１１の曲がり特徴をさらに限定するために、本文において支持導風ブレード１１１の入口取り付け角Ｗ０、支持導風ブレード１１１の出口取り付け角Ｗ１が導入される。支持導風ブレード１１１の入口取り付け角、出口取り付け角という名称は、羽根の入口角と出口角を参照したものである。すなわち、支持導風ブレード１１１が羽根に相当し、支持導風ブレード１１１の入口取り付け角が羽根の入口角に相当し、支持導風ブレード１１１の出口取り付け角が羽根の出口角に相当する。

羽根の入口角、出口角はいずれも本分野で周知されており、羽根においてよく使われている構造名称であり、羽根の入口における羽根角は羽根の入口角であり、羽根の出口における羽根角は羽根の出口角である。

後文では支持導風ブレード１１１の入口取り付け角Ｗ０、支持導風ブレード１１１の出口取り付け角Ｗ１を如何に計算するかについて明確に説明するが、後文では言及される第１羽根２１２と第２羽根２２２の入口角、出口角はそれぞれ入口取り付け角Ｗ０、出口取り付け角Ｗ１と同様な計算方式を採用するため、ここでは入口角、出口角の計算ついて説明しない。

支持導風ブレード１１１の入口取り付け角Ｗ０は、支持導風ブレード１１１のキャンバラインの気流吸込端における接線とファン軸線とがなす角度に等しい。支持導風ブレード１１１の出口取り付け角Ｗ１は、支持導風ブレード１１１のキャンバラインの気流吹出端における接線とファン軸線とがなす角度に等しい。

図２及び図３に示す吸込グリル１１を例とすると、支持導風ブレード１１１のキャンバラインは支持導風ブレード１１１のキャンバ面と基準円柱面との相交線である。基準円柱面はファン軸線と同軸の円柱面であり、支持導風ブレード１１１の両側の対向面は翼面であり、支持導風ブレード１１１のキャンバ面は両側の翼面の間の等距離基準面である。図３に示す略アスレチックトラック形の形状は、基準円柱面における支持導風ブレード１１１に形成された断面形状であり、支持導風ブレード１１１のキャンバ面と当該断面との交線は図示のキャンバラインを形成し、キャンバラインの両端における接線とファン軸線とはそれぞれ角Ｗ０とＷ１を形成する。

吸込グリル１１における支持導風ブレード１１１は曲がって設けられ、且つ気流吹出側に向かう方向において、支持導風ブレード１１１の曲がり方向は第１羽根２１２の回転方向と逆となるので、第１段羽根車２１へ流れる気流を第１段羽根車２１の回転方向と逆の方向に導くことができ、第１段羽根車２１の気流吸込側のウィンドフィールドを変更することができる。吸込グリル１１における支持導風ブレード１１１による第１段羽根車２１に対する作用は、第１段羽根車２１による第２段羽根車２２に対する作用と類似し、結局として、支持導風ブレード１１１の第１段羽根車２１に対する影響がさらに第２段羽根車２２の送気のウィンドフィールドを影響する。これにより、羽根車アセンブリ２０の回転数が下がっても送気の風圧が増加できる。

ここで支持導風ブレード１１１の入口取り付け角Ｗ０が支持導風ブレード１１１の出口取り付け角Ｗ１より小さくなり、これは支持導風ブレード１１１が第１羽根２１２の入口に向けて導風することを保証するためであり、よって、吸気騒音を減少させることができ、圧損の低減にも有利である。本願発明の実施例に係る正逆回転ファン１００では、気流吹出側に向かう方向に曲がって設けられている支持導風ブレード１１１を設置することにより、支持導風ブレード１１１による第１羽根２１２の入口に向かう導風を保証し、吸気騒音を低減させ、且つ正逆回転ファン１００の圧損を低減させる。

一部の実施例において、導風構造１０は導流カバー１３を備え、導流カバー１３は第１段羽根車２１の気流吸込側の中心位置に設けられ、気流吸込側表面の少なくとも一部が導流面となるように形成され、導流面が第１段羽根車２１に向かう方向に正逆回転ファン１００の軸線から離れて延伸している。

理解されるように、風車の径方向面（ファン軸線に垂直する面）において、ファン軸線に近いほど線速度が小さくなり、気流の増圧が小さくなる。逆に、羽根先に近いほど、気流の増圧が大きくなる。そのため、導流面を有する導流カバー１３を設計することによって、第１ハブ２１１へ流れる気流を第１羽根２１２に案内することに寄与し、気流を第１ハブ２１１を回避させて、乱流及び騒音を低減させ、風圧の損失を低減させることに寄与すると共に、気流を仕事の大きい領域に案内し、送気の風圧を向上させることができる。このような正逆回転ファン１００は上下流の抵抗が大きい場合において、作用が特に顕著である。これにより、第１段羽根車２１の気流吸込側の中心位置に導流カバー１３を設置することにより、ファンの吸気を可能な限り羽根車アセンブリ２０の増圧の強い領域に導くことができ、気流が羽根元付近に過剰な乱流、騒音を引き起こすことを回避し、それにより正逆回転ファン１００の風圧を増加させ、騒音を低減させることに有利である。
具体的には、導流カバー１３における吸込グリル１１から離れた側の表面は半球面であり、即ち、導流面が半球面となるように設けられている。半球面は最も作りし易い。もちろん、導流面として、例えば楕円面、双曲面など、他の回転面を選択することもできるが、ここで限定されない。

選択的に、導流面は半球面である場合、半球面の直径は第１ハブ２１１の気流吸込側端における直径の０．８倍以上であり且つ第１ハブ２１１の気流吸込側端における直径の１．１倍以下である。図５を参照すると、半球面の直径をＤｄａｏとし、第１ハブ２１１の気流吸込側端における直径をＤＨ１とすると、ＤｄａｏとＤＨ１は関係式０．８＊ＤＨ１≦Ｄｄａｏ≦１．１＊ＤＨ１を満たす。半球面の直径が小さくなりすぎると、第１ハブ２１１のエッジのところに依然として風量が大きく、風圧損失及び騒音を引き起こす。半球面の直径が大きくなりすぎると、ファンの気流吸込面積が影響されてしまい、気流吹出量の低下を招く。そのため、ここで０．８＊ＤＨ１≦Ｄｄａｏ≦１．１＊ＤＨ１とすることで、半球面の導風効果を十分に利用することができると共に、過大の直径による気流吸込量の低下を回避することができる。一部の実施例において、導風構造１０は通風筒１４を備え、通風筒１４は軸方向の両端が開放された筒形に形成され、通風筒１４内に羽根車アセンブリ２０を設ける。通風筒１４を設けることによって、ファンの送気距離を長くするように案内することができると共に、羽根車アセンブリ２０の周囲での圧力漏れを回避し、第２段羽根車２２から吹き出す風圧を大きく確保することができる。

具体的には、通風筒１４は軸方向の両端において吸込グリル１１と吹出グリル１２が設けられ、第１段羽根車２１は吸込グリル１１に隣接して設けられ、第２段羽根車２２は吹出グリル１２に隣接して設けられる。吸込グリル１１と吹出グリル１２は通風筒１４を支持するように設置されている。図１の例において、第１段羽根車２１は第１モータにより駆動され、第２段羽根車２２は第２モータにより駆動され、第１モータは吸込グリル１１に固定され、第２モータは吹出グリル１２に固定される。

ある実施例において、第１羽根車２１と第２羽根車は同一のモータにより駆動され、そのうち１つの羽根車に方向転換機構が接続される。この場合、モータは吸込グリル１１と吹出グリル１２に固定することができるが、ここでは限定されない。

選択的に、支持導風ブレード１１１の入口取り付け角Ｗ０は０°であり、支持導風ブレード１１１の出口取り付け角Ｗ１は１８°≦Ｗ１≦４２°を満たす。支持導風ブレード１１１の入口取り付け角と出口取り付け角は、従来の軸流風車の羽根の翼型特点に応じて、導風、風圧に対する影響を最大限に大きくなるように設計されている。理解されるように、支持導風ブレード１１１が吸込グリル１１に設計されるため、支持導風ブレード１１１の軸方向の寸法が過大とならない。支持導風ブレード１１１の出口取り付け角Ｗ１が１８°未満である場合、導風効果が弱くなる。支持導風ブレード１１１の出口取り付け角Ｗ１が４２°を超える場合、第１段羽根車２１の気流吸込角度によく合うように導風することができず、気流の乱れなどの現象を引き起こす可能性がある。

一部の実施例において、支持導風ブレード１１１は羽根元から羽根先にかけて、第１羽根２１２の回転方向と逆の方向に向かって曲がっている。このような吸込グリル１１の形状は軸流風車の倣形となり、ウィンドフィールドへの影響効果はより顕著である。

具体的には、図４に示すように、ここで吸込グリル１１は平均角を有するように設定されている。平均角は、３６０°を支持導風ブレード１１１の羽根数と等しい部分に均分した各部分当たりの角度である。平均角が各支持導風ブレード１１１の曲がり角よりも４°以上且つ１５°以下大きくなるように設けられている。すなわち、各支持導風ブレード１１１の曲がり角Ｔ０と、支持導風ブレード１１１のフィン枚数ＢＮ０とは関係式（３６０°／ＢＮ０－１５°）≦Ｔ０≦（３６０°／ＢＮ０－４°）を満たし、隣接する２つの支持導風ブレード１１１の間の隙間角Ｔｇは４°≦Ｔｇ≦１５°を満たす。ここで、支持導風ブレード１１１の曲がり角Ｔ０は、同一の径方向断面（径方向断面はファン軸線に垂直である）において、支持導風ブレード１１１の羽根元と羽根先との間に挟まれている中心角を指す。支持導風ブレード１１１の隙間角Ｔｇは、同一の径方向の断面において、支持導風ブレード１１１の羽根先と曲がり方向に隣接する支持導風ブレード１１１の羽根元との間に挟まれている中心角である。このように支持導風ブレード１１１の配置の疎密を制限することにより、風量の低下を回避すると共に、局所的な渦流をも低減する。

一部の実施例において、気流吸込側から気流吹出側に向かう方向において、第１ハブ２１１の直径は徐々に大きくなる。第１ハブ２１１の気流吸込側端における直径は第１ハブ２１１の気流吹出側端における直径の０．５倍以上であり且つ０．８５倍以下である。また、第１ハブ２１１の気流吹出側端における直径は第１段羽根車２１のリム直径の０．２５倍以上であり且つ０．４５倍以下である。

具体的には、図５に示すように、第１ハブ２１１の気流吸込側端における直径をＤＨ１とし、第１ハブ２１１の気流吹出側端における直径をＤＨ２とすると、ＤＨ１とＤＨ２は関係式０．５＊ＤＨ２≦ＤＨ１≦０．８５＊ＤＨ２、ＤＨ２＝（０．２５－０．４５）＊ＤＳ１を満たす。ここで、ＤＳ１は、第１段羽根車２１のリム直径である。第１段羽根車２１のリム直径は第１段羽根車２１の直径とも言い、即ち第１段羽根車２１における複数の第１羽根２１２の、回転軸線から最も離れた点が位置している円の直径である。

ここで、第１ハブ２１１を、第２ハブ２２１に向かう方向において直径が徐々に大きくなるように設置する。第１ハブ２１１の周面はもう１つの導流面に相当するので、第２ハブ２２１へ流れる気流を第２羽根２２２に案内し、第２ハブ２２１における乱流及び騒音を低減させ、さらに気流吹き出しの風圧を向上させることに寄与する。

また、第１ハブ２１１の両端における直径割合への制限は、第１ハブ２１１の周面が顕著な導流効果を奏するように保証するためである。第１ハブ２１１の気流吸込側端における直径が小さくなりすぎると、複数の第１羽根２１２を配列することができず、そのため、両端の合理的な直径割合によって第１羽根２１２の合理的な配置を保証することができる。また、第１ハブ２１１の直径寸法と第１段羽根車２１のリム直径を制限することにより、羽根が十分な風あたり面積を有することを確保すると共に、第１ハブ２１１の過小直径よるねじれ耐性が弱い状況を回避することができる。

一部の実施例において、第２ハブ２２１の直径をＤＨ３とし、第２段階羽根車２２のリム直径をＤＳ２とすると、第２段階羽根車２２のハブ比ＣＤ２＝ＤＨ３／ＤＳ２であり、ＣＤ２は関係式０．４５≦ＣＤ２≦０．７を満たす。このようにすれば、十分な風あたり面積を確保し、導流カバー１３及び他の導流構造を十分に利用して第２羽根２２２に導かれる気流を作動加圧し、気流吹き出しの圧力を向上させることに有利である。第２段羽根車２２のリム直径は第２段羽根車２２の直径とも言い、即ち第２段羽根車２２における複数の第２羽根２２２の、回転軸線から最も離れた点が位置している円の直径である。

本分野においてよく知られているように、羽根車の羽根はそれぞれ、流体の流れの方向によって決定される前縁および後縁（「後縁」は「尾縁」ともいう。）を有し、流体が羽根の前縁から羽根の通路に流入し、羽根の後縁から羽根の通路から流出する。前記羽根車の回転軸線から離れる方向において、羽根の前縁が気流吹出側方向に向かって延びる場合、当該羽根の入口は後方へ湾曲すると言う。逆の場合は、羽根の入口は前方に湾曲すると言う。羽根車の回転軸から離れる方向において、羽根の後縁が気流吸込側方向に向かって延びる場合、羽根の出口は前方に湾曲すると言う。逆の場合は、羽根の出口は後方に湾曲すると言う。

一部の実施例において、第１羽根２１２の入口は後方へ湾曲し、第１羽根２１２の入口湾曲角度をＬ１とすると、Ｌ１は関係式５°≦Ｌ１≦１２°を満たす。ここで、第１羽根２１２は前縁を有し、第１羽根２１２のキャンバ面（すなわち等厚面）と第１羽根２１２の前縁との相交線は第１前縁線となる。第１前縁線におけるいずれかの点における接線と、径方向断面（すなわちファン軸線に垂直な断面）とに挟まれている角はＬ１に等しい。第１羽根２１２の入口を後方へ湾曲するように設置し、且つＬ１の範囲を制限することにより、気流抵抗を減少し、十分な大気圧を生成することに寄与する。

一部の実施例において、第１羽根２１２の出口は前方へ湾曲し、第１羽根２１２の出口湾曲角度をＬ２とすると、Ｌ２は関係式３°≦Ｌ２≦１５°を満たす。第１羽根２１２は後縁を有し、第１羽根２１２のキャンバ面（すなわち等厚面）と第１羽根２１２の後縁との相交線は第１後縁線となる。第１後縁線におけるいずれかの点における接線と、径方向断面（すなわちファン軸線に垂直な断面）とに挟まれている角はＬ２に等しい。第１羽根２１２の出口を前方へ湾曲するように設置し、且つＬ２の範囲を制限することにより、気流抵抗を減少し、十分な大気圧を生成することに寄与する。

一部の実施例において、第２羽根２２２の入口は後方へ湾曲し、第２羽根２２２の入口湾曲角度をＬ３とすると、Ｌ３は関係式５°≦Ｌ３≦１０°を満たす。第２羽根２２２は前縁を有し、第２羽根２２２のキャンバ面（すなわち等厚面）と第２羽根２２２の前縁との相交線は第２前縁線となる。第２前縁線におけるいずれかの点における接線と、径方向断面（すなわちファン軸線に垂直な断面）とに挟まれている角はＬ３に等しい。第２羽根２２２の入口を後方へ湾曲するように設置し、且つＬ３の範囲を制限することにより、気流抵抗を減少し、十分な大気圧を生成することに寄与する。

一部の実施例において、第２羽根２２２の出口は前方へ湾曲し、第２羽根２２２の出口湾曲角度をＬ４とすると、Ｌ４は関係式３°≦Ｌ４≦８°を満たす。第２羽根２２２は後縁を有し、第２羽根２２２のキャンバ面（すなわち等厚面）と第２羽根２２２の後縁との相交線は第２後縁線となる。第２後縁線におけるいずれかの点における接線と、径方向断面（すなわちファン軸線に垂直な断面）とに挟まれている角はＬ４に等しい。第２羽根２２２の出口を前方へ湾曲するように設置し、且つＬ４の範囲を制限することにより、気流抵抗を減少し、十分な大気圧を生成することに寄与する。

一部の実施例において、図１０に示すように、第２羽根２２２の出口角と第１羽根２１２の入口角との差は１０°を超えず、第２羽根２２２の入口角と第１羽根２１２の基準角との差が５°を超えず、ここで、第１羽根の基準角は第１羽根２１２の入口角の正接値の、流量係数を参考した逆正接関数角である。

具体的には、図１０に示すように、第１羽根２１２の入口角をＷ２とし、第２羽根２２２の入口角をＷ４とし、第２羽根２２２の出口角をＷ５とすると、Ｗ２とＷ５は関係式（Ｗ２－１０°）≦Ｗ５≦（Ｗ２＋１０°）、（Ｗ４ｔ－５°）≦Ｗ４≦（Ｗ４ｔ＋５°、但しＷ４ｔ＝ａｒｃｔａｎ｛Ｆｉ＊ｔａｎ（Ｗ２）／［Ｆｉ＋ｔａｎ（Ｗ２）］｝を満たす。Ｆｉは流量係数である。

理解されるように、第１羽根２１２の入口角Ｗ１、第２羽根２２２の入口角Ｗ３及び出口角Ｗ４の大きさは、ある程度で第１段羽根車２１及び第２段羽根車２２の気流吹き出し特性に影響を与える。多量の試験を経て、第１羽根２１２の入口角Ｗ１、第２羽根２２２の入口角Ｗ３、第２羽根２２２の出口角Ｗ４が上記の関係式を満たす場合、第１段羽根車２１と第２段羽根車２２の気流吹き出し特性が優れ、気流吹き出し量が大きくなり、送風距離が遠くなると証明される。

一部の実施例において、第１羽根２１２の軸方向の幅をＢ１とし、第２羽根２２２の軸方向の幅をＢ２とすると、Ｂ１とＢ２は関係式１．４＊Ｂ２≦Ｂ１≦３＊Ｂ２を満たす。図５から理解されるように、羽根の軸方向の幅とは、羽根の最大軸方向寸法、すなわち羽根を羽根車の回転軸線上に投影したときに形成される投影線分の長さを指す。

理解されるように、一般的に正逆回転ファン１００の軸方向の全幅は制限があるので、第１羽根２１２及び第２羽根２２２の軸方向の幅を合理的に配分することは正逆回転ファン１００の気流吹き出し特性を保証することに有利である。多量の試験を経て理解されるように、Ｂ１／Ｂ２が１．４～３の範囲内にある場合、正逆回転ファン１００は優れた気流吹き出し特性を有し、この時の正逆回転ファン１００の気流吹き出し量がより大きく、気流吹き出しの圧力がより大きくなる。

なお、軸方向の幅については、有限の軸方向の幅を如何に二段羽根車に割り当てるかが検討課題である。第２段階羽根車２２に対して、第１段階羽根車２１の出口気流は、逆方向予旋回を提供する。例えば第１段羽根車２１が時計回りに回転する時、第１段羽根車２１の出口気流によって時計回りの気流回転が発生し、第２段羽根車２２は反時計回りに回転する時、第２段羽根車２２の出口の気流によって反時計回りの気流回転が発生する。二段羽根車は同時に回転する際に、二段羽根車２２の出口の気流における一部の気流回転は結局、互いに相殺する。

しかし、出口気流における気流回転が多いほど、ファンの仕事能力が強くなり、すなわち風量、風圧がより大きくなる。気流回転を増加するために、風車回転数を向上させることができ、翼型の角度を修正することもできる。翼型修正の観点からは、第１羽根２１２の軸方向長さを長くすることが好ましい。これは、第２羽根２２２の軸方向長さを長くすると、気流回転が増加するが、気流の吹き出し方向が軸からずれてしまい、送風距離が遠くない状況になってしまうためである。これに対して、第１羽根２１２の軸方向の長さを増加すれば、気流回転が増加するだけでなく、第１羽根２１２が発生した気流は第２羽根２２２が発生した気流に加えるため、気流方向のベクトル加えの分析結果に基づき、最終的に気流の吹出方向が軸線からずれることなく、軸流ファンの長い送風距離を十分に保証する。

ここで、第１羽根２１２の軸方向長さを長くすることで気流回転を増加させる。なぜなら、十分に長い軸方向の長さでは、気流が十分な回転角を回転でき、それにより十分多い気流回転が生成できるからである。第１段羽根車２１は十分多い気流回転を発生し、第２段羽根車２２が発生した気流回転に加えた後、残った気流回転が依然として十分であるため、正逆回転ファン１００の最終的な風量、風圧が大きいである。
一部の実施例において、第１羽根２１２と第２羽根２２２との間の軸方向の隙間をＢｇとし、第１羽根２１２の軸方向の幅をＢ１とすると、ＢｇとＢ１は関係式０．１＊Ｂ１≦Ｂｇ≦０．８＊Ｂ１を満たす。第１羽根２１２と第２羽根２２２を回転軸線に投影した結果、二本の共線の線分を形成することができ、二本の線分間の隙間の長さは、第１羽根２１２と第２羽根２２２との間の軸方向の隙間Ｂｇに等しい。

理解されるように、第１羽根２１２と第２羽根２２２との間の軸方向の隙間の大きさは正逆回転ファン１００の出力ウィンドフィールド性能に直接に影響する。Ｂｇ／Ｂ１が０．１～０．８の範囲内にある場合、正逆回転ファン１００は優れた気流の吹き出し特性を有することができる。

選択的に、Ｂｇは関係式１０ｍｍ≦Ｂｇ≦１５ｍｍを満たす。なお、もちろん、Ｂｇの値は上記範囲に限定されず、実用においてＢｇは実際の必要に応じて適宜に調整することができる。

一部の実施例において、第１ハブ２１１の気流吹出側端における直径をＤＨ２とし、第２ハブ２２１の直径をＤＨ３とすると、ＤＨ２とＤＨ３は関係式０．９≦ＤＨ２／ＤＨ３≦１．１を満たす。理解されるように、ＤＨ２／ＤＨ３の大きさは第１段羽根車２１の出力ウィンドフィールドと第２段羽根車２２の出力ウィンドフィールドとの加え関係に直接的に影響する。多量の試験に基づき、ＤＨ２／ＤＨ３が０．９～１．１の範囲内にある場合、第１段羽根車２１から出力されたウィンドフィールドと第２段羽根車２２から出力されたウィンドフィールドの相互影響が強くなり、それにより正逆回転ファン１００からの、大きい風圧且つ送風距離が遠くなるウィンドフィールドの出力を保証することができる。なお、もちろん、ＤＨ２とＤＨ３の具体的な比は、実際の必要に応じて調整でき、上記範囲に限定されない。

図１の例において、第１段羽根車２１のリム直径ＤＳ１と第２段羽根車２２のリム直径ＤＳ２とが等しい。但し、第１段羽根車２１のリム直径ＤＳ１と第２段羽根車２２のリム直径ＤＳ２が異なっても、同等の機能を実現することができる。

一部の実施例において、第１羽根２１２の枚数をＢＮ１とし、第２羽根２２２の枚数をＢＮ２とすると、ＢＮ１とＢＮ２は関係式ＢＮ２－３≦ＢＮ１≦ＢＮ２＋５を満たす。理解されるように、ＢＮ１とＢＮ２の数値は第１段羽根車２１と第２段羽根車２２のウィンドフィールドの加え結果に直接に影響する。実際の実験により、ＢＮ１とＢＮ２は関係式ＢＮ２－３≦ＢＮ１≦ＢＮ２＋５を満たす場合に、第１段羽根車２１と第２段羽根車２２のウィンドフィールドの加え効果が最も良く、正逆回転ファン１００の気流吹き出し特性をよく保証することができる。もちろん、本願発明の他の実施例において、ＢＮ１とＢＮ２の値は実際の状況に応じて具体的に選択することができ、上記範囲に限定されない。

図１において、第１段羽根車２１と第２段羽根車２２は一セットのみがある。本願発明の他の実施例において、第１段羽根車２１及び第２段羽根車２２は複数セット設けられてもよく、この場合も同等の機能を実現できる。

以上を説明したように、本願発明の実施例に係る正逆回転ファン１００は、導風構造１０、羽根車アセンブリ２０の構造やパラメータに対する一連の最適化設計により、騒音を低減させ、風圧を向上させることができる。

以下は図１～図１３を参照しながら本願発明の具体的な実施例に係る正逆回転ファン１００について説明する。
実施例：
本願発明の実施例に係る正逆回転ファン１００は、通風筒１４と、吸込グリル１１と、第１段羽根車２１と、第１モータと、第２段羽根車２２と、第２モータと、吹出グリル１２とを備える。第１段羽根車２１は周方向に間隔をあけて配置されている複数の第１羽根２１２を備え、第２段羽根車２２は周方向に間隔をあけて配置されている複数の第２羽根２２２を備える。第１羽根２１２の圧力面が第２羽根２２２の吸力面に対向する設けられ、第１羽根２１２と第２羽根２２２の曲がり方向は逆となる。吸込グリル１１には９本の支持導風ブレード１１１が設けられ、吸込グリル１１の気流吸込側に導流カバー１３が設けられ、導流カバー１３の横風側は半球面となる。

ここで、導流カバー１３の上半球面の直径Ｄｄａｏ＝０．９ＤＨ１となり、支持導風ブレード１１１の翼型入口取り付け角Ｗ０＝０、出口取り付け角Ｗ１＝３０°、曲がり角Ｔ０＝３５°、隙間角Ｔｇ＝５°となる。正逆回転軸流送風機を構成する第２羽根車２２のハブ比ＣＤ２＝０．７となる。

当該実施例において、第１段羽根車２１と第２段羽根車２２の翼型関係はＷ４＝Ｗ１、（Ｗ３ｔ－５°）≦Ｗ３≦（Ｗ３ｔ＋５°）、Ｂ１＝２．５Ｂ２、Ｂｇ＝１５ｍｍとなり、そして、二段羽根車のリム直径（ＤＳ１、ＤＳ２）は同一であり、二段羽根車の羽根数は等しく、ＢＮ１＝ＢＮ２＝７である。

当該実施例に係る正逆回転ファン１００と、導流カバー１３を除去した正逆回転ファン１００とに対して騒音試験を行い、得られた比較結果は図１１に示す。異なる風量の場合にも、導流カバー１３の設置によって騒音を低減することが分かった。

当該実施例に係る正逆回転ファン１００と、通常の吸込グリル１１と置き換えた正逆回転ファン１００とに対して騒音試験を行い、得られた比較結果は図１２に示す。ここでいう通常の吸込グリル１１は、グリルのバーが曲がっていないものを指す。異なる風量の場合にも、本発明の実施例に係る曲がり付きの吸込グリル１１によって騒音を低減させることが分かった。

当該実施例に係る正逆回転ファン１００を、構造上で上記の最適化がされない正逆回転ファン１００と対比すると、本発明の実施例に係る正逆回転ファン１００では最終的に圧力増加が非常に顕著であることが分かった。

本明細書の説明において、参照用語「一実施例」、「一部の実施例」、「例示的な実施例」、「例」、「具体的な例」、又は「いくつかの例」などの表現は、当該実施例又は例に基づいて説明する具体的な特徴、構造、材料又は特徴が本発明の少なくとも一実施例又は例に含まれることを意味する。本明細書において、上記用語の例示的な表現は必ずしも同一の実施例又は例を意味しない。且つ、説明した具体的な特徴、構造、材料又は特点は、いずれかの一つ又は複数の実施例又は例において適切な方式で組み合わせることができる。

本願発明の実施例を示し説明したが、当業者であれば、本願発明の原理と趣旨から逸脱することなくこれらの実施例に対して様々な変更、修正、置換及び変形を行うことができると理解される。本願発明の範囲は請求項及びその均等のものによって定義される。

１００ 正逆回転ファン
１０ 導風構造
１１ 吸込グリル
１１１ 支持導風ブレード
１２ 吹出グリル
１３ 導流カバー
１４ 通風筒
２０ 羽根車センブリ
２１ 第１段羽根車
２１１ 第１ハブ
２１２ 第１羽根
２２ 第２段羽根車
２２１ 第２ハブ
２２２ 第２羽根

Claims (18)

1. 正逆回転ファンであって、
   羽根車アセンブリであって、回転方向が逆となる第１段羽根車及び第２段羽根車を備え、前記第１段羽根車は第１ハブと、前記第１ハブに接続されている複数の第１羽根とを備え、前記第２段羽根車は第２ハブと、前記第２ハブに接続されている複数の第２羽根とを備え、前記第１羽根の圧力面が前記第２羽根の吸力面に向かって設けられており、羽根元から羽根先にかけて向かう方向において、前記第１羽根と前記第２羽根がそれぞれの回転方向に向かって曲がっている羽根車アセンブリと、
   導風構造であって、前記第１段羽根車に隣接して設けられている吸込グリルを備え、前記吸込グリルは周方向に沿って配列された複数の支持導風ブレードを備え、前記支持導風ブレードは、気流吹出側に向かう方向において、曲がり方向が前記第１羽根の回転方向と逆となるように曲がって設けられており、前記支持導風ブレードの入口取り付け角が前記支持導風ブレードの出口取り付け角より小さくなるように設けられている導風構造と、
   を備え、
   前記第２羽根の出口角と前記第１羽根の入口角との差が１０°を超えず、前記第２羽根の入口角と前記第１羽根の基準角との差が５°を超えないように構成され、ここで、前記第１羽根の基準角は前記第１羽根の入口角の正接値の、流量係数を参考した逆正接関数角であり、
   前記入口取り付け角は、前記支持導風ブレードのキャンバラインの気流吸込端における接線とファン軸線とがなす角度であり、
   前記出口取り付け角は、前記支持導風ブレードのキャンバラインの気流吹出端における接線とファン軸線とがなす角度であることを特徴とする正逆回転ファン。
2. 前記導風構造は導流カバーを備え、前記導流カバーは、前記吸込グリルの気流吸込側の中心位置に設けられ、気流吸込側表面の少なくとも一部が導流面となるように形成され、前記導流面が前記第１段羽根車に向かう方向に前記正逆回転ファンの軸線から離れて延伸していることを特徴とする請求項１に記載の正逆回転ファン。
3. 前記導流面は半球面であり、前記半球面の直径が前記第１ハブの気流吸込側端における直径の０．８倍以上かつ１．１倍以下であるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の正逆回転ファン。
4. 前記支持導風ブレードの前記入口取り付け角が０°であり、
   前記支持導風ブレードの前記出口取り付け角が１８°以上且つ４２°以下であるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の正逆回転ファン。
5. 前記支持導風ブレードは羽根元から羽根先にかけて、前記第１羽根の回転方向と逆の方向に向かって曲がっていて、３６０°を前記支持導風ブレードの羽根数と等しい部分に均分した各部分当たりの角度である平均角が各前記支持導風ブレードの曲がり角よりも４°以上且つ１５°以下大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の正逆回転ファン。
6. 気流吸込側から気流吹出側に向かう方向において、前記第１ハブの直径は徐々に大きくなり、そのうち、
   前記第１ハブの気流吸込側端における直径が前記第１ハブの気流吹出側端における直径の０．５倍以上且つ０．８５倍以下であり、
   前記第１ハブの気流吹出側端における直径が前記第１段羽根車のリム直径の０．２５倍以上且つ０．４５倍以下であるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の正逆回転ファン。
7. 前記第２段羽根車のハブ比は前記第２ハブの直径と前記第２段羽根車のリム直径との比であり、前記第２段羽根車のハブ比が０．４５以上且つ０．７以下であるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の正逆回転ファン。
8. 前記第１羽根の入口が後方へ湾曲し、前記第１羽根の入口湾曲角度をＬ１とすると、Ｌ１は関係式５°≦Ｌ１≦１２°を満たし、
   前記入口湾曲角度Ｌ１は、前記第１羽根のキャンバ面と前記第１羽根の前縁との相交線である第１前縁線におけるいずれかの点における接線と、ファン軸線に垂直な断面とに挟まれている角であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の正逆回転ファン。
9. 前記第１羽根の出口が前方へ湾曲し、前記第１羽根の出口湾曲角度をＬ２とすると、Ｌ２は関係式３°≦Ｌ２≦１５°を満たし、
   前記出口湾曲角度Ｌ２は、前記第１羽根のキャンバ面と前記第１羽根の後縁との相交線である第１後縁線におけるいずれかの点における接線と、ファン軸線に垂直な断面とに挟まれている角であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の正逆回転ファン。
10. 前記第２羽根の入口が後方へ湾曲し、前記第２羽根の入口湾曲角度をＬ３とすると、Ｌ３は関係式５°≦Ｌ３≦１０°を満たし、
    前記入口湾曲角度Ｌ３は、前記第２羽根のキャンバ面と前記第２羽根の前縁との相交線である第２前縁線におけるいずれかの点における接線と、ファン軸線に垂直な断面とに挟まれている角であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の正逆回転ファン。
11. 前記第２羽根の出口が前方へ湾曲し、前記第２羽根の出口湾曲角度をＬ４とすると、Ｌ４は関係式３°≦Ｌ４≦８°を満たし、
    前記出口湾曲角度Ｌ４は、前記第２羽根のキャンバ面と前記第２羽根の後縁との相交線である第２後縁線におけるいずれかの点における接線と、ファン軸線に垂直な断面とに挟まれている角であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の正逆回転ファン。
12. 前記第１羽根の軸方向の幅が前記第２羽根の軸方向の幅の１．４倍以上且つ３倍以下であるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の正逆回転ファン。
13. 前記第１羽根と前記第２羽根との間の軸方向の隙間が前記第１羽根の軸方向の幅の０．１倍以上且つ０．８倍以下であるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の正逆回転ファン。
14. 前記第１ハブの気流吹出側端における直径が前記第２ハブの直径の０．９倍以上且つ１．１倍以下であるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の正逆回転ファン。
15. 前記第２羽根が前記第１羽根よりも３枚超多くならず、且つ前記第１羽根が前記第２羽根よりも５枚超多くならないように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の正逆回転ファン。
16. 前記羽根車アセンブリは軸方向において複数セット設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の正逆回転ファン。
17. 前記第１羽根の翼型と前記第２羽根の翼型が異なるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の正逆回転ファン。
18. 前記第１羽根のリム直径が前記第２羽根のリム直径に等しく、又は、前記第１羽根のリム直径が前記第２羽根のリム直径に等しくないように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の正逆回転ファン。

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