JPH0512560B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ ハブ１及び該ハブから半径方向外方へ延びる
複数の回転羽根２を備えたロータと、前記ロータ
を囲繞するケーシング５と、複数の案内羽根１４
とを有する軸流フアンであつて、 前記ケーシングは、前記回転羽根の完全に上流
側に位置する入口部６と、前記入口部の径と同等
の直径を有し、かつその上流端を前記回転羽根の
前縁１２と後縁１３の中間面に位置させた、出口
部８と、前記入口部及び出口部よりも大きな直径
を有し、かつ前記入口部の下流端と前記出口部の
上流端にそれぞれ気密状態を保持するように連結
され、これにより前記回転羽根の先端部と部分的
に重合する環状室９を画成する、中間部７とを有
し、 前記案内羽根は、それぞれ、前記環状室を画成
する３つの壁１０，１１，１５に固定されて前記
環状室の上流端から下流端まで延在し、これによ
り前記環状室をその周方向に沿つて配置された複
数の区分室２５に分割してなる、軸流フアンにお
いて、 前記案内羽根１４の放射方向に最内側の縁領域
が、前記案内羽根の内側縁１８と前記ロータの回
転軸３とを連結する半径１７に対して40度ないし
65度の角度をなすように、前記ロータの回転方向
４に突出していることを特徴とする、軸流フア
ン。

２ 請求の範囲第１項に記載の軸流フアンにおい
て、前記各案内羽根の前記最内側の縁領域と前記
回転軸に連結する前記半径との成す角度（β）が
55°±5°であることを特徴とする、軸流フアン。

３ 請求の範囲第１項に記載の軸流フアンにおい
て、前記各案内羽根１４の断面形が前記ロータの
回転方向に突出する曲線をなし、前記案内羽根は
前記環状室９の外側壁１５に対して90°±10°の角
度を成すことを特徴とする、軸流フアン。

４ 請求の範囲第１項に記載の軸流フアンにおい
て、前記各案内羽根１４の半径方向内側縁の上流
側の端縁部１９が前記半径方向内側縁の下流側の
端縁部１８に比較して放射方向に後退しているこ
とを特徴とする、軸流フアン。

５ 請求の範囲第４項に記載の軸流フアンにおい
て、前記案内羽根の前記上流側の端縁部１９は前
記案内羽根の前記半径方向内側縁の軸方向への全
長の25％ないし35％であることを特徴とする、軸
流フアン。

６ 請求の範囲第４項に記載の軸流フアンにおい
て、前記案内羽根１４の半径方向内側縁はリング
２２によつて互いに連結され、該リング２２は前
記ケーシング５の前記出口部８と前記入口部６の
直径にほぼ等しい内径を有すると共に、前記環状
室９への入口通路２３と前記環状室９からの出口
通路２４をそれぞれ画成するように前記リング２
２は前記出口部８と前記入口部６との間の軸方向
の中間部に配置され、 前記入口通路２３と前記出口通路２４の軸方向
寸法はほぼ等しく、該軸方向寸法はは前記環状室
９の軸方向長さの25％ないし35％であり、 前記案内羽根の前記上流側の端縁部１９は前記
リング２２の上流側端面２１から外方向へ延在し
ていることを特徴とする、軸流フアン。

７ 請求の範囲第６項に記載の軸流フアンにおい
て、前記案内羽根の前記上流側の端縁部１９は該
端縁部１９の両端２１，２０の間で直線あるいは
凹状の曲線状に延在していることを特徴とする、
軸流フアン。

８ 請求の範囲第６項に記載の軸流フアンにおい
て、前記案内羽根の前記上流側の端縁部１９の上
流側の端部２０は、その下流側の端部２１に比較
して、前記環状室９の放射方向への深さの20％な
いし100％だけ放射方向外側に位置することを特
徴とする、軸流フアン。

９ 請求の範囲第１項に記載の軸流フアンにおい
て、前記環状室９の放射方向への深さはその軸方
向長さのほぼ40％であることを特徴とする、軸流
フアン。

明細書 本発明は、ロータ、ならびにそれを取り囲むケ
ーシングより構成される軸流フアンに関する。ロ
ータとハブと、該ハブから外側方向へ放射状に延
びる複数の回転羽根とから構成され、ケーシング
は、その回転羽根の上流域全体に配置された入口
部と、該入口部とほぼ同じ直径を有し、その上流
端が回転羽根の前縁と後縁の中間面に配置された
出口部、ならびにそれら出入口部のそれぞれ下流
と上流に気密に連結した、入口部と出口部よりも
大きな直径を有し、回転羽根の先端に部分的にオ
ーバーラツプする環状室を限定することになる中
間部とから構成されている。複数の固定案内羽根
が該環状室壁に固定され、その上流端から下流端
へと延び、環状室を、その円周に沿つて分布する
複数の区分室へと分割している。

国際出願番号PCT／AU81／00181（W082／
01919）の公開明細書により知られているような
この種の軸流フアンでは、回転羽根先端部に部分
的に重なりあう環状室を設けて、ロータがいわゆ
る失速領域ないし状況の下で動作するばあい、す
なわち、送り出し量が低く、回転羽根の前縁部に
対する迎え角がそれに応じて大きくなるような条
件の下で動作するばあいに生ずる若干の不都合な
現象を取り除き、もしくは少なくとも緩和するよ
うにしてある。失速作用が回転羽根に生じると、
気流が羽根面の凸側から剥離もしくは引き離され
て、その結果生ずる失速気流が遠心力のため外側
方向へ動き、環状室内へ移動し、そこから逆方向
にロータの上流へ向かいそこで混合されることに
なる。この種の環状もしくは逆流の結果、羽根前
縁に対する軸方向流入速度は増加し、迎え角はそ
れに応じて減少することになる。先に引用した明
細書は、環状室内に配置され、回転軸に対して放
射方向に向き、その放射方向寸法が環状室の下流
端壁でゼロまで減少する複数の固定案内羽根につ
いて述べている。本明細書では、送出量が少ない
ばあいには、固定案内羽根がある方がそれらがな
いばあいよりも、幾分高い送出し圧力が得られる
であろうと説明されている。

本発明の軸流フアンは、ハブ１及び該ハブから
半径方向外方へ延びる複数の回転羽根２を備えた
ロータと、前記ロータを囲繞するケーシング５
と、複数の案内羽根１４とを有する軸流フアンで
あつて、前記ケーシングは、前記回転羽根の完全
に上流側に位置する入口部６と、前記入口部の径
と同等の直径を有し、かつその上流端を前記回転
羽根の前縁１２と後縁１３の中間面に位置させ
た、出口部８と、前記入口部及び出口部よりも大
きな直径を有し、かつ前記入口部の下流端と前記
出口部の上流端にそれぞれ気密状態を保持するよ
うに連結され、これにより前記回転羽根の先端部
と部分的に重合する環状室９を画成する、中間部
７とを有し、前記案内羽根は、それぞれ、前記環
状室を画成する３つの壁１０，１１，１５に固定
されて前記環状室の上流端から下流端まで延在
し、これにより前記環状室をその周方向に沿つて
配置された複数の区分室２５に分割してなる、軸
流フアンにおいて、 前記案内羽根１４の放射方向に最内側の縁領域
が、前記案内羽根の内側縁１８と前記ロータの回
転軸３とを連結する半径１７に対して40度ないし
65度の角度をなすように、前記ロータの回転方向
４に突出していることを特徴とする、軸流フアン
である。

各羽根の放射方向に最内側の縁領域を本発明の
構成の如く傾斜させるとすれば、前述明細書によ
る構成のようにたとえ案内羽根が環状室内にあつ
ても、送出量が非常に少ないばあいに発生するこ
とになる圧力低下現象を取り除くことが特に可能
になるということが今回発見された。そのばあい
フアンの圧力−容積曲線は、遠心フアンの特性に
類似した零もしくはそれに近い送出量のもとで最
大圧力値を示すことになる。たとえフアンの作業
条件が一時的に増大した流れ抵抗によつて相当過
負荷される危険を伴うばあいでも、フアンは失速
を伴うことなく、それに応じて送出量を減らし、
かつ合理的な効率のもとで依然動作することがで
きるわけである。

案内羽根の内側縁域を傾斜させることによつて
得られる有利な効果は、外方向へ運動する失速渦
流が回転羽根先端との接触を失なうや否や、該渦
流内部の気団が案内羽根の縁域によつていわば寸
断されて、環状室が羽根によつて小分けされた区
分室の一つの内へと該羽根によつて案内されると
いう事実によるものと考えられる。羽根先端部で
各失速渦流は、その適当な渦巻の他に接線速度成
分と放射方向速度成分とを有する。接線速度成分
は、ロータ回転速度が一定のばあいには一定と考
えることができるが、一方、遠心力によつて生ず
る放射方向速度成分は、ロータ軸から流れの剥離
が開始する羽根表面上の点へ至る半径が減少する
につれて増大する。しかしながら、このたび合成
速度ベクトルと羽根先端部からの半径との間に構
成される角度は、剥離点までの半径が変化しても
殆んど変化しないということが発見された。各羽
根の入口域の勾配を一定の範囲内に選ぶと、フア
ンの送出量の如何にかかわらず、該入口域の方向
は、失速渦流の速度ベクトルと、手頃な近似値内
で符合するということを確認することができる。

すぐれた結果は、該内側縁域とそれに伴つて得
られる半径との間に構成される角度が55°±5°で
あるような案内羽根のばあいに得られた。

案内羽根の断面、すなわち、ロータ軸に対して
それを垂直に貫いて取つた断面は、その凹面がロ
ータの回転方向へ向き、案内羽根が環状室の外側
壁もしくは周壁と90°±10°の角度で出合うような
曲線形にすることができる。かかる実施態様のば
あいには環状室の底部で失速渦流が逆転しれ流れ
る現象が生ずるばあいでも僅かな損失しか生じな
いが、このことは、恐らく環状室底壁と鋭角をな
すばあいに平羽根によつて創り出されるような二
次的渦流の形成が避けられることによるものと考
えられる。

本発明の特徴によれば、各案内羽根の放射方向
内縁部の上流端部は、その縁部の下流端部に対し
て放射方向へ後退することが可能になる。後退し
た端部は例えば羽根縁部の軸方向全長の25〜35％
を構成するものとしてよい。

本発明の好ましい態様によれば、案内羽根の内
縁部がケーシングの出入口部の直径とほぼ等しい
内径を有するリングにより相互に接続され、それ
ら出入口部間に軸方向に配置され、環状室へ至る
入口通路と該環状室から出る出口通路をそれぞれ
画定するようにし、該内側通路と外側通路の軸方
向直径がほぼ等しく、それらがそれぞれ環状室の
軸方向流さの25％と35％の範囲にあり、かつ案内
羽根内縁部の後退した上流端部が相互間接続リン
グの上流端面から外側方向へ向かつて延びるよう
にしたものを考えることができる。

本態様によれば、環状室がフアンの正常な作業
に対して不可避的に及ぼさざるを得ない攪乱的影
響が相当減少すると共にその効果を失速状況下に
あるフアンが作業するばあいでも相変らず有利な
影響（安定性の向上、振動、騒音の減少を含む）
と結びつけることができるということが発見され
た。相互接続リングは、これまで、環状室の出口
通路内、即ち該環状室の上流部分だけに配置され
るが、入口通路内には配置されていなかつた案内
羽根と一緒に提案されてきたが、環状室が存在す
ることによる流れ抵抗を減らすことによつて正常
作業中の効率を改善する（環状室へは逆流が生じ
ない）一方、個々の区分室からの出口通路を画定
する案内羽根の後退縁部ないし遮断縁部は、所定
フアンのばあいには、これまで予期しなかつたよ
うな最適効率が一層向上するという成果を得るこ
とができるということが見い出された。

羽根縁の後退した端部は直線もしくは凹曲線に
従うことが好ましい。

後退した各縁部の上流端点は、その下流端点に
関して、環状室の放射方向深さの20％〜100％に
等しい値だけ放射方向へ変位することができる。
以下、本発明を添附図面に即して更に詳細に説明
する。

第１図は本発明を具体化した軸流フアンの望ま
しい態様の軸方向断面図で、ロータ体の半分だけ
と、フアンケーシングの周囲部分とを示したも
の、 第２図は、第１図の線−に沿つて描いた破
断面図、 第３図は、第１図のものに類似しているが、第
４図の−線に沿う、フアンケーシングの中間
部のみの縮尺度を大きくした断面図、 第４図は、第３図の−線に沿つて描いた断
面図、 第５図は、調整羽根を備えた本発明によるフア
ンの送出量と圧力増加値との間の相関関係を示す
線図。

理解しやすいように、本発明を理解する上で必
要と思われるフアンの組成部分だけ図示してあ
る。かくして、第１図と第２図には、フアンロー
タは、そのハブ１と単一の羽根２だけで示されて
いるが、固定羽根であれは調整羽根であれ、適当
な数のロータ羽根が設けられ、ロータのハブは矢
印４方向へ軸３のまわりを回転するために支持さ
れた駆動軸（図示せず）に固定されているという
ことが判る。（第２図）。参照番号５で全体を示し
た外側フアンケーシングは、入口部６と中間部
７、および出口部８から構成される。入口部６の
漏斗状の口部を除いて、これら三つの部分はすべ
て円形断面を有する円筒状の構成を有し、入口部
６と出口部８の内径は、ほぼ同一である一方、中
間部７の内径はそれより大きくして参照番号９で
全体を示した環状室が中間部７の周壁と端壁の内
側面により画定されるようにしてある。該端壁１
０，１１は図示の通り平たく環状の壁であること
が望ましく下流端壁１１が出口部８と出会う隅部
は、第３図に最もはつきりと示してあるように丸
みをつけることが望ましい。

環状室９の上流端壁１０は、回転羽根２の前縁
１２の上流に配置され、他方、下流端壁１１は前
縁と羽根の後縁１３との間で軸方向に配置され
る。そのため、環状室９と回転羽根先端との間に
は一定の軸方向オーバーラツプが存在することに
なり、そのオーバーラツプの大きさは便宜上ロー
タ軸を介して平面上へ突き出た羽根先等の長さの
ほぼ30％に等しくすることができる（第１図参
照）。角度を調節できる回転羽根を備えたフアン
のばあい、上記長さは、最大フアン効率に相当す
る調整羽根角度で測定されるだろう。

環状室９内にはこれまで複数の固定案内羽根１
４が、例えば溶接法により中間部７の周壁１５と
端壁１０，１１に固定されてきた。図面に示した
とおり、各案内羽根１４は、一定もしくはほぼ一
定の曲率半径を有する円筒の一部として構成さ
れ、環状室９の底部でそれがほぼ直角の角度αで
中間部周壁１５に隣接するように中間部７の壁に
固定される。各案内羽根１４は、その母線が軸３
に対して平行に延び、かつ、その凹面が、第２図
に矢印４で示したようにロータ１，２の回転方向
へ向くように配列される。従つて、各羽根１４の
放射方向に最奥の縁部、特に該最奥縁部に対する
接線１６が羽根の内側縁を軸３と結ぶ半径１７に
相俟つて鋭角βを形成することになる（第４図）。
本発明によれば当該角度βの値は40°と65°の範囲
になるだろう。

各案内羽根の内縁部は、軸３に対して平行に延
びる下流部１８と上流部１９とから構成され、該
上流部１９は図示した通り、後退して、縁部１８
と１９との間の接合点２１に対して放射方向に外
側へ変位した点２０で端壁１０に接続される。

全羽根１４の下流縁部１８は、第３図に示した
ように、点２１から下流方向へ延びるリング２２
によつて相互に接続されている。リング２２は、
羽根１４に溶接されることによつて羽根間を機械
的に接続する他にそれぞれ環状室９の端壁１１，
１０と相俟つて、該環状室に至る入口通路２３と
該環状室から出る出口通路２４を画定する働きを
する。リング２２は、通路２３，２４の軸方向寸
法が等しいかほぼ等しくなるように、かつ各通路
の軸方向長さが、壁１０，１１間の環状室の長さ
の25％〜35％の範囲にあるように段取りすること
が望ましい。リング２２の内径は、ケーシング５
の入口部６と出口部８の内径と同一で、第３図に
示す如く、点２１のその上流端は、壁１１が出口
部８と接合する縁部と同様に丸みをつけるべきで
ある。

もし凸状の羽根面で流れが剥離するために回転
羽根の一つもしくはそれ以上で失速作用が生じた
ばあい、一つもしくはそれ以上の渦巻流が形成さ
れ、該渦巻流は羽根表面に沿つて外方向へ移動し
それらはついには入口通路２３を経て環状室９に
入ることになるだろう。上述の通り、該渦巻流
も、ロータ１，２のばあいよりも低い接線速度や
角速度によつてではあるが、軸３のまわりに回転
する。最後に述べた各渦流の回転は、該渦流が一
連の案内羽根１４間の環状室９内に画定される区
分室もしくは解室２５の一つに流入すると、減速
する。各区分室２５の底部から該渦流は、放射状
に内側方向へそれで出口通路２４を経て該区分室
２５を退去することになる。

区分室２５から通路２４を経て流れ出た後、入
口部６を経て第１図の矢印２６方向へ流入する空
気と混合される循環空気は、ロータ１，２の回転
方向と反対の回転成分を有することになろう。案
内羽根１４の特殊な形状と配向に起因するこの逆
回転の度合は、羽根縁１９が外側へ傾斜している
ために或る程度減少するが、端点２０の外側方向
へ変位が大きければ大きい程、それだけこの減少
の度合は大きいものとなろう。この変位度は、点
２０は環状室１０，１５の交点と一致する100％
まで上昇することが可能だが、少なくとも壁１５
とリング２２で測定したばあいの環状室９の放射
方向距離の20％であることが望ましい。後者の環
状室９の寸法は、端壁１０，１１間の内側距離の
ほぼ40％であることが望ましい。

25°〜55°の範囲の種々の羽根角度のばあいの送
出量Ｑとフアン圧力Pvとの間の相互関係を示す
第５図の線図から、当該範囲全体にわたつて送出
量が減少するにつれて圧力も連続的に増大し、更
に送出量が殆んど零に至るまで感知し得るほどの
失速もなくフアンが作業できということが見てと
れる。第５図の破線Ｓは、環状室を備えていない
同様のフアンが失速作用を有しない領域のおおよ
その限界と、上述のように本発明がその点に関す
て有する特徴を示したのである。第５図は、一定
効率の動作条件を表わす二、三の曲線をも含んで
いる。フアンは正常状態では最大効率点附近で運
転するように設計されているという点を顧慮する
と、第５図に示した特徴は、相当な大きな一時的
負荷を課しても差し支えないだけの余地があると
いうことが理解できるだろう。

最後に、環状室内の案内羽根を回転軸に平行に
取り付ける代わりに当該軸と、0°〜45°にわたる
角度で配向させることができるということを述べ
ておくことができるだろう。このように羽根を斜
めに取り付けることによつて、先に言及したよう
な出口通路２４を経て環状室９を去る空気が逆転
する程度を減らし、その結果、極端に低い送出量
のばあい、第５図に示したものよりも幾分低い排
出圧力を得ることができるという効果を得ること
ができる。