JPH0565890A - 翼付多層円板フアン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、静粛運転可能な翼付多層円板ファン
に関する。 【構成】互いに一定の間隔を保持した多数の環状円板を
積層することによって形成した翼付多層円板ファンにお
いて、互いに一定の間隔を保持した多数の環状円板を積
層することによって形成した翼付多層円板ファンにおい
て、環状円板間に多数の翼を介設し、かつ各翼の外側端
及び／又は内側端を、それぞれ、環状円板の外周縁から
所定距離だけ内側に位置させた構成に特徴を有する。か
かる構成によって、円板による層流効果で翼の先端にお
いて剥離による生じる乱流を効果的に抑止することがで
き、しかも、環状円板の外周縁での出口速度歪みをおさ
え乱流騒音および干渉騒音が低減でき、静粛な運転が可
能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静粛運転を保持しなが
ら、十分な風量を安定的に得られる翼付多層円板ファン
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、静粛運転可能なファンの一形態と
して、実開昭54-89602号公報に記載されている翼付多層
円板ファンＸがある。

【０００３】かかる翼付多層円板ファンＸは、図25及び
図26に示すように、実質的に、ファンケーシング110 の
一端側に電動モータ100 によって駆動されるファンブレ
ード101 を配設している。

【０００４】そして、電動モータ100 の駆動によってフ
ァンブレード101 を回転して、空気流を発生して、空気
を空気出口140 から送出することできる。

【０００５】また、ファンブレード101 は、図25に示す
ように、多数の薄い環状円板104 を所定の間隔を開けて
積層して構成しているので、環状円板104 を回転させる
ことによってその表面に円周方向のせん断力が発生す
る。その力が遠心力となって作用し、その結果空気流が
発生し、ファンの運転を静粛に行うことができる。

【０００６】また、環状円板104 間に所定の間隔を設け
るとともに、内周側から外周側へ空気を円滑に流し、フ
ァン風量を増大するため、図25及び図26に示すように、
スペーサーとしても機能する複数の弧状の翼105 を、環
状円板104 間に、所要円周方向ピッチで介設している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる翼付多
層円板ファンＸは、未だ、以下の解決すべき課題を有し
ていた。

【０００８】即ち、図26から明らかなように、翼105 は
全て、その外周方向先端 (翼出口部先端) を、環状円板
104 の外周縁部まで伸延している。そのため、環状円板
104の出口では、図26及び図27に示すように、円周方向
に大きな速度歪みが生じ、この速度歪によりケーシング
の舌部付近の圧力が周期的に変動し、いわゆる回転騒音
が発生していた。

【０００９】さらに、舌部以外でも、この大きな速度歪
の均一化の過程で環状円板104 の外周縁に乱れが生じ、
乱流騒音が発生していた。

【００１０】また、環状円板104,104 間を流れる空気流
106 のうち、翼105 後方の空気部分が剥離し、剥離域10
8 が形成され、この剥離の影響により円板外周縁に乱流
域107 が生じ、乱流騒音が発生していた。

【００１１】一方、翼105 は、図26から明らかなよう
に、その内周方向先端 (翼入口部先端) も、環状円板10
4 の内周縁部まで伸延している。

【００１２】そのため、図26の翼表面での速度の絶対
値の分布111に示すように、翼105の内側先端サクション
面での減速比が大きい、図28で示すように、環状円板
104,104 間への入口部での減速比が大きいことにより、
翼105 の内側先端サクション面での剥離が生じていた。
また環状円板の入口部での円周方向に対する速度歪があ
った場合、翼への流入角度が一定せず、これも剥離の原
因となっていた。これらの結果、環状円板104 の内周部
での乱流騒音も大きなものとしている。

【００１３】本発明は、上記した課題を解決することが
でき、運転の静粛性を維持しながら、風量の増大を可及
的に図ることができる翼付多層円板ファンを提供するこ
とを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、互いに一定の
間隔を保持した多数の環状円板を積層することによって
形成した翼付多層円板ファンにおいて、環状円板間に多
数の翼を介設し、同翼の外周方向先端を、環状円板の外
周縁より内側に位置するように構成してなる翼付多層円
板ファンに係るものである。

【００１５】本発明は、また、互いに一定の間隙を保持
した多数の環状円板を積層することによって形成した翼
付多層円板ファンにおいて、環状円板間に多数の翼を介
設し、同翼の内周方向先端を、環状円板の内周縁より一
定の距離だけ外側に位置するように構成してなる翼付多
層円板ファンに係るものである。

【００１６】本発明は、また、互いに一定の間隙を保持
した多数の環状円板を積層することによって形成した翼
付多層円板ファンにおいて、環状円板間に、多数の翼を
介設し、同翼の外周方向先端を、環状円板の外周縁より
一定の距離だけ内側に位置するように構成するととも
に、同翼の内周方向先端を、環状円板の内周縁より一定
の間隙だけ外側に位置するように構成してなる翼付多層
円板ファンに係るものである。

【００１７】さらに、本発明は、翼付多層円板ファン
を、以下の構成としたことにも特徴を有する。

【００１８】 翼の環状円板の外周縁より内側に位置
させた距離S₁を、以下の式で表される値としている。

【００１９】

【数４】

【００２０】 翼の環状円板の内周縁より外側に位置
させた距離S₂を、環状円板の翼内側端半径r₂との関係に
おいて、 0.025 ＜S₂/r₂ ＜ 0.125としている。

【００２１】 翼の取付方向を後向き翼としている。

【００２２】 翼の最内端と最外端とを結ぶ線L_1, L₂
と、環状円板間を流れる流体の相対速度における周方向
速度及び半径方向速度より求めた流体の軌跡Ｒとが、翼
の内側先端でなす角度θ、すなわち迎角を、20°±15°
としている。

【００２３】 翼間の円周方向ピッチ角αと、翼の最
内端と最外端とを環状円板の中心と結んで形成した線L
_3, L₄のなす角βとの関係を、0.5 ＜β／α＜１として
いる。

【００２４】 環状円板間の間隙δを、以下の式で表
される値としている。

【００２５】

【数５】

【００２６】 環状円板間の間隙δを、以下の式で表
される値としている。

【００２７】

【数６】

【００２８】

【実施例】以下、添付図に示す幾つかの実施例に基づい
て、本発明に係る翼付多層円板ファンＡを具体的に説明
する。

【００２９】（実施例１）本実施例は、図１〜図６を参
照して、以下に説明するように、翼25の外側端を、環状
円板24の外周縁より距離S₁だけ内側に位置するように構
成してなる翼付多層円板ファンＡに係るものである。な
お、本実施例は、翼付多層円板ファンＡを、温風ファン
として用いた場合である。

【００３０】図１〜図３に示すように、翼付多層円板フ
ァンＡのファンケーシング13は、略円形の前壁10と後壁
11の周縁同士を、下端開口部（温風吹出口)40 を除い
て、環状周壁12によって連結することによって形成され
ている。

【００３１】かかるファンケーシング13は、本実施例で
は、支持フレーム14を介して、モータケーシング15に固
定されている。

【００３２】ファンケーシング13は、前壁10に空気取込
口10a を具備するとともに、その内部に、同心円的にフ
ァンブレード20を配設しており、同ファンブレード20
は、支持フレーム14内に配設した駆動モータ21の出力軸
22に連結されている。

【００３３】また、ファンケーシング13の下方には、ニ
クロム線等からなるヒーター39が配設されている。

【００３４】上記基本構成において、本発明は、静粛運
転が可能なファンブレード20の構成に特徴を有する。

【００３５】即ち、図２、図４及び図５に示すように、
ファンブレード20は、実質的に、基礎円板23上に、多数
の薄肉の環状円板24を、多数の翼25を介して一定の間隙
δを開けた状態で、層状に積層することによって構成し
ている。

【００３６】なお、一定の間隙δとは、間隙δが等しい
場合のみならず、等しくない場合も含む。

【００３７】環状円板24は、図３に示すようにドーナッ
ツ形状を有しており、一定円周ピッチで、後述する連結
ピン26を挿通するための挿通孔27を設けている。

【００３８】なお、一定円周ピッチとは、ピッチが等し
い場合のみならず、等しくない場合も含む。

【００３９】一方、翼25は、図５に示すように、薄肉の
弧状片からなり、その中央部に連結ピン26を挿通するた
めの挿通孔28を設けている。

【００４０】そして、図２に示すファンブレード20の組
立に際しては、基礎円板23上に多数の環状円板24と翼25
とを、それぞれの挿通孔27,28 に連結ピン26を挿通する
ことによって、交互に積層し、その後、連結ピン26の挿
通端を最終の環状円板24の表面にかしめることによっ
て、ファンブレード20を組み立てることができる。さら
に、本実施例では、図３から最も明らかなように、全て
の翼25の外側先端部25aを、環状円板24の外周縁から一
定距離S₁だけ内側に位置させている。

【００４１】このようにすることによって、ファンブレ
ード20を回転した際、空気は多層の環状円板24の内部に
形成された中央空間Ｃから環状円板24,24 間の空気流路
30を通してファンブレード20の外部へ放射状に流れ、そ
の後、環状円板24から外部に放出されることになる。そ
の際、環状円板24,24 間に生じた翼25後方の剥離による
乱れ31を回転する環状円板24の壁面による粘性の影響に
より抑えることができ、乱流31及びそれに起因する乱流
騒音の発生を確実に防止することができる。

【００４２】また、外周縁までの一定距離S₁間で回転す
る環状円板24の壁面せん断力の影響により隣合う翼外側
先端間に生じた速度歪は図６に示すように緩和され、円
板出口ではほぼ均一化される。そのため舌部付近の圧力
変動はなくなり、干渉騒音が低減されるとともに、速度
歪による乱流騒音の発生も防止することができる。

【００４３】さらに、舌部や吹出し部等円板外部の影響
により、翼列内部の流れが周期的に変わり、圧力低下や
失速の原因になることがあるが、翼25の外側先端部を、
環状円板24の外周縁から一定距離S₁だけ内側に位置させ
ることにより翼出口での境界条件が安定し、翼から流れ
出る流体の角度が常に一定となり安定した運転が可能で
ある。

【００４４】ところで、上記した翼25の外側先端部25a
から環状円板24の外周縁までの距離S₁は、本出願人が行
った実験によれば、以下の式で表される値とすることが
好ましいことが判明した。

【００４５】

【数７】

【００４６】

【数８】

【００４７】式中、 r_1: 翼外側先端半径 (mm) Ｚ: 翼枚数

【００４８】

【数９】

【００４９】式中、u₁: 翼外側先端半径における環状円
板24の周速度(m/s) ＝２πr₁n ／ 60 n : 環状円板24の回転数(rpm) Ａ: 無次元流量（＝ｑδ／ν r_i ²) ｑ: ２枚の環状円板間を流れる空気流量 (m³/s) δ: ２枚の環状円板間の間隙 (m) ν: 動粘性係数 (m²/s) r_i : 環状円板入口の半径 (m) Ｒ_: r₁／ r_i

【００５０】

【数１０】

【００５１】なお、比騒音 k_s は、 k_s ＝Ｌ_sp−10 log
QP²で求められる値である。

【００５２】ただし、 Ｑ：送風機の風量〔m³/s〕 Ｐ：送風機の圧力ヘッド〔mmAg〕 Ｌ_sp：送風機の音圧レベル〔dB(A) 〕

【００５３】

【数１１】

【００５４】しかし、S₁を大きくとりすぎると、翼弦長
が短くなってしまうため、翼による仕事が少なくなり性
能が低下し、結果的に比騒音が大きくなってしまう。そ
の結果関係式において最適範囲が存在する。

【００５５】以下、図２及び図３を参照して、上記構成
を具備する翼付多層円板ファンＡを、温風ファンとして
用いた場合の作動について説明する。

【００５６】まず、使用者が図示しない作動スイッチを
押すと、ファン駆動モータ21とヒーター39が作動する。

【００５７】ファン駆動モータ21の駆動によってファン
ブレード20が回転し、ファンケーシング10内に空気取込
口10a を通して外部から空気を吸引し、同空気を、ファ
ンブレード20を構成する多層構成円板24,24 間の間隙を
通して、入口側から奥部側まで略等しい風量分布で通過
させ、その後、下方空気流を発生し、ヒーター39で加熱
した後、温風吹出口40から外部に温風を吹き出し、手を
乾燥する。

【００５８】また、上記ファンブレード20の回転におい
て、翼25の外側端25a は、環状円板24の外周縁24a から
一定距離S₁だけ内側に位置させているので、翼25の先端
付近において、剥離によって生じる乱流を効果的に抑止
することができ、しかも、環状円板24の外周縁24a での
出口速度歪がないので、乱流騒音及び干渉騒音が低減で
き、静粛な運転が可能となる。

【００５９】(実施例２)本実施例に係る翼付多層円板フ
ァンＡは、図８に示すように、実質的に、実施例１に係
る翼付多層円板ファンＡと同じ構成を有している。即
ち、翼付多層円板ファンＡを、互いに一定の間隙δを保
持した多数の環状円板24を積層することによって形成し
ている。従って、図８において、実施例１に係る翼付多
層円板ファンＡと同一構成又は部材は同一の符合で示
す。

【００６０】但し、本実施例では、実施例１と異なり、
図８に示すように、環状円板24,24の内周縁側のみに、
剥離による乱流防止を図っている。

【００６１】即ち、環状円板24,24 間に介設した多数の
翼25の内周方向先端25b のみを、環状円板24の内周縁24
b より一定の距離S₂だけ外側に位置するように構成して
いる。

【００６２】このようにすることによって、環状円板24
の内周縁側に生じやすい、剥離による乱流騒音を効果的
に抑制することができるとともに、環状円板24の入口部
での円周方向に対する速度歪があった場合でも、翼まで
の一定の距離S₂の間で速度分布を均一化するため、翼へ
の流入角が一定となり、別離の生じない安定した静粛な
運転ができる。

【００６３】ところで、上記した翼25の内側先端部25_b
から環状円板24の内周縁24b までの距離S₂は、本出願人
が行った実験によれば、以下の式で表される値とするこ
とが好ましいことが判明した。

【００６４】

【数１２】

【００６５】即ち、下表 (表１) に、翼25の内側先端部
25b から環状円板24の内周縁までの距離S₂(mm)と、翼内
側先端半径r₂ (mm) とをそれぞれ異ならせて測定した実
験結果である比騒音値 k_s を示すととともに、図９に、
上記した(S₂ / r₂) を横軸に、比騒音値 k_s (dB(A)) を
縦軸にとった場合のグラフを示す。

【００６６】なお、比騒音 k_s は、実施例１と同様に、
k_s＝Ｌ_sp−10 log QP²で求められる値である。

【００６７】

【表１】

【００６８】上記した表及び図９に示すグラフから明ら
かなように、0.025 ＜（S₂／r₂）＜0.125の場合に、比
騒音 k_s は低減されており、特に、0.05 ＜（S₂／r₂）
＜0.10 とした場合に、比騒音 k_s を効果的に低減する
ことが判明した。

【００６９】なお、騒音に関しては、翼内側先端半径r₂
に対して、翼25の内側先端部25b から環状円板24の内周
縁までの距離S₂を大きくとる方が好ましいが、同距離S₂
をあまり大きくとりすぎると翼25の弦長が短くなってし
まうため、翼25による仕事が少なくなり、性能が低下
し、結果的に比騒音 k_s が大きくなってしまう。その結
果、S₂/r₂ には上述した最適範囲が存在することにな
る。

【００７０】(実施例３)本実施例に係る翼付多層円板フ
ァンＡも、図10に示すように、実質的に、実施例１に係
る翼付多層円板ファンＡと同じ構成を有している。即
ち、翼付多層円板ファンＡを、互いに一定の間隙δを保
持した多数の環状円板24を積層することによって形成し
ている。従って、図８において、実施例１に係る翼付多
層円板ファンＡと同一構成又は部材は同一の符合で示
す。

【００７１】但し、本実施例では、実施例１と異なり、
図10に示すように、環状円板24,24の内周縁側のみなら
ず、外周縁側においても速度歪みおよび剥離による乱流
騒音・回転騒音防止を図っている。

【００７２】即ち、環状円板24,24 間に介設した多数の
翼25の外側方向先端25a を環状円板24の外周縁24a より
距離S₁だけ内側に位置するように構成するとともに、同
翼25の内側方向先端25b も、環状円板24の内周縁24b よ
り一定の距離S₂だけ外側に位置するように構成してい
る。

【００７３】かかる構成とすることによって、環状円板
25の内外周縁側に生じやすい、速度歪みおよび剥離によ
る乱流騒音・干渉騒音を効果的に抑制することができ
る。

【００７４】(実施例４)本実施例は、多数の翼25を具備
する翼付多層円板ファンＡにおいて、翼25の環状円板24
上の取付角度に着目して、翼付多層円板ファンＡの運転
の静粛化を図ったものである。

【００７５】以下、図２, 図３及び図11〜図15を参照し
て、本実施例を具体的に説明する。

【００７６】図２及び図３に示すように、翼付多層円板
ファンＡにおいては、同ファンＡを回転した際、空気
は、環状円板24を多層に積層して形成したファンブレー
ド20の中央部に形成された中央空間Ｃから各環状円板2
4,24 間に形成される空気流路を通り、環状円板24の全
面にわたって外方向へ放射状に流れ、その後、ヒーター
Ｈで加熱された後、翼付多層円板ファンＡの温風吹出口
40から外部に円滑に放出されることになる。そして、か
かる空気の流れにおいて、空気の外部への放出は、翼25
によりさらに促進されることになる。

【００７７】ところで、この翼25は、図11に示すよう
に、それぞれ、その外側方向先端25aを、環状円板24の
回転方向と反対方向に後退させた後退翼としている。

【００７８】翼25を後退翼としたのは、翼25を図15に示
すような前向き翼や、図16に示すような半径方向翼にし
た場合は、翼部分の流体は環状円板24の周速と同じか、
それ以上の接線方向速度をもって流れるが、流体が翼か
ら出ると、環状円板24の壁面摩擦によって逆に減速され
ロスを生じるからである。

【００７９】これに対して、図11に示すように、翼25を
後退翼とした場合は、環状円板24と流体との剪断力によ
って生じる遠心力だけでなく、翼25による仕事によって
送風力を増し、しかも、乱れを極力生じさせずに送風で
きるからである。

【００８０】また、本出願人は、この翼25の後退角度、
即ち、環状円板24への取付角度θを、環状円板24,24 間
に形成される空気流路を流れる空気の軌跡Ｒに対して、
一定の値とした場合に、翼付多層円板ファンＡの運転の
静粛化を効果的に向上できることを知見した。

【００８１】即ち、環状円板24,24 間を流れる空気の軌
跡Ｒと、翼25の外側方向先端部25aと内側方向先端部25b
とを結ぶ線Ｌとが、各環状円板24の入口側でなす取付
角度θを20°±15°に設定した場合に、十分な風量を確
保しながら、静粛化を図れることが実験的にわかった。

【００８２】取付角度θを20°±15°に設定したのは、
以下の理由による。即ち、図12に示すように取付角度θ
を最大角35°より大きくした場合、サクション面k3に空
気の剥離による渦の発生等、流れに乱れが見られ、送風
音が著しく大きくなったり、失速により性能が不安定に
なり、騒音が著しく大きくなる。一方、図13に示すよう
に、取付角度θを最小角５°より小さくした場合、翼に
よる仕事がほとんどなくなったり、逆に翼が風の流れの
抵抗になったりして性能が低下し、結果として比騒音が
大きくなる。

【００８３】なお、空気流路を流れる空気の軌跡Ｒは、
以下の要領で容易に求めることができる。

【００８４】まず、以下の式 (６)(７) より、翼付多層
円板ファンＡのファンブレード20を回転した場合におけ
る環状円板24,24 間を流れる空気の相対速度における周
方向速度 (Vu−Ｕ)及び半径方向速度Ｖ_r を求める。

【００８５】

【数１３】

【００８６】上記した式（６）（７）より、環状円板24
上の一点におけるΔｔ秒後の空気の位置は、ｘ＝ｘ₀ ＋
ΔｔＶ_r , ｙ＝ｙ₀ ＋Δｔ( Ｖ_u ・Ｕ）として求められ
る。

【００８７】なお、Δｔ≒０である。

【００８８】そして、このようにして求めた位置を連続
して結ぶことによって軌跡Ｒを容易に求めることができ
る。

【００８９】上記した式中、 Ａ ：無次元流量（＝ｑδ_D ／νｒ_i ²) Ｖ_U ：任意半径における空気の周方向速度 ｍ／ｓ Ｖ_r ：任意半径における空気の半径方向速度 ｍ／ｓ Ｕ ：任意半径における円板の周速度 ｍ／ｓ δ ：２枚の環状円板間の間隙 ｍ ｑ ：２枚の環状円板間を流れる空気流量 ｍ³ ／ｓ ｒ ：任意半径 ｍ ｒ_i ：環状円板入口の半径 ｍ ν ：動粘性係数 ｍ² ／ｓ μ ：粘性係数 kgs ／ｍ
² ところで、下表 (表２) に、取付角度（迎角）θをそれ
ぞれ異ならせて測定した比騒音値 k_s を縦軸にとった場
合のグラフを図14に示す。

【００９０】

【表２】

【００９１】上記した表２及び図14に示すグラフから明
らかなように、 5°< θ< 35°の場合に比騒音は低減さ
れており、特に10.5°< θ < 27.5 °とした場合に比騒
音k_sを効果的に低減することができた。

【００９２】なお、上記したように、本実施例は、図11
に示すように、翼25を後退翼とするとともに、迎角θを
20°±15°にしたことを特徴とするものがあるが、翼25
の形状及び配列は、図11に示すものに何ら限定されるも
のではなく、例えば、図17及び図18に示すような翼25を
具備する多層円板ファンＡとすることもできる。

【００９３】即ち、図17は、翼25の形状を完全に直線状
にしたものであり、図18は、翼25の形状に僅かに曲率を
設けたものである。

【００９４】(実施例５)本実施例は、図19に示すよう
に、翼25,25 間の円周方向ピッチ角αと、翼25の最内端
と最外端とを環状円板24の中心と結んで形成した線L_3,
L₄のなす角βとの関係を、0.5 ＜β／α＜１としてい
る。

【００９５】なお、翼25,25 間の円周方向ピッチ角α
を、0.5 ＜β／α＜１に設定したのは以下の理由によ
る。

【００９６】即ち、β／αを0.5 より小さくした場合、
つまり翼25,25 間の円周方向ピッチ角をβ／0.5 より大
きくした場合、下表 (表３) 及び図20のグラフに示すよ
うに、翼25,25 による仕事の低下により、風量・風圧が
減少するとともに、翼25の外側先端間の速度歪みが大き
くなり、乱流騒音・干渉騒音が増大する。また、β／α
を１より大きくした場合、即ち、翼25,25 間の円周方向
ピッチ角をβより小さくした場合は、翼25,25 間を流れ
る空気流の通路が狭められ、通路圧損が大きくなるた
め、風量・風圧が極端に減少するからである。従って、
最適範囲が存在する。

【００９７】

【表３】

【００９８】(実施例６)本実施例は、多数の翼25を具備
する翼付多層円板ファンＡにおいて、環状円板24,24 間
の間隙δを空気の動粘性係数と環状円板24の角速度との
関係を適切な比率とすることによって、翼付多層円板フ
ァンＡの運転の静粛化を図ったものである。即ち、翼な
し多層円板ファンにおいては、Breiter らは、環状円板
間の最適すきまを、

【００９９】

【数１４】

【０１００】本出願人は、翼枚数を、Ｚ≧８に設定した
条件下で、翼付多層円板ファンＡにおける上記式の妥当
性を調べるため実験を行い、図21のグラフに示す実験結
果を得た。

【０１０１】かかるグラフから明らかなように、翼付多
層円板ファンＡにおいては、δ／π(ν/ ω)^1/2 を 0.
8〜4.0の範囲、好ましくは、1.2 〜 3.0とすることによ
って、比騒音値を著しく低減することができた。

【０１０２】このように、多数の翼25を環状円板24に付
けたことにより、環状円板24,24 間の最適間隙δが大き
くなったのは、間隙δを開けることにより、翼25がより
効率よく仕事をするため、空力性能が向上し、その結
果、比騒音 k_s が減少したものと思われる。また、間隙
δを開けすぎると円板による層流効果が失われて騒音が
大きくなる。従って最適範囲が存在する。

【０１０３】（実施例７）本実施例は、空気のレイノル
ズ数Reに着目して、多層円板ファンＡにおける環状円板
24,24 間の間隙δを決定することを特徴とする。

【０１０４】シロッコファン等では、翼部で流体の流れ
に渦が発生しやすいが、多層円板ファンＡでは、多数の
環状円板24を積層することによって、その渦が乱れを抑
制することができる。

【０１０５】しかし、図22(a) に示すように、環状円板
24,24 間の間隙δが広すぎる場合は、環状円板24,24 間
に渦や乱れが発生するとともに、図22(c) に示すよう
に、環状円板24,24 間の間隙δが狭すぎる場合は、環状
円板24,24 間に渦や乱れは発生しないが、流路抵抗によ
って、殆ど空気を送風できないことになる。

【０１０６】そこで、本出願人は、上記した渦や乱れの
発生を可及的に防止しながらかつ十分な風量を確保でき
る間隙δについて考察したところ、環状円板24,24 間の
間隙δをレイノルズ数Reとの関係において一定の範囲内
の値とすることによって、図22(b) に示すように、渦や
乱れがなく、かつ、十分な風量で送風できることを知見
した。

【０１０７】即ち、多層円板ファンＡは、一般に多層円
板ファンＡにおける間隙δとレイノルズ数Reとの間には
以下の関係がある。

【０１０８】即ち、いま、環状円板24,24 の枚数をＢ、
風量をＱ (m³/min) とすると、図23から、入口部相対速
度は、空気が多層円板ファンＡに対して半径方向に流入
すると仮定すると、以下の式によって求めることができ
る。

【０１０９】

【数１５】

【０１１０】入口部では、空気は周方向に完全にすべる
とすると、

【０１１１】

【数１６】

【０１１２】

【数１７】

【０１１３】これより、レイノルズ数Reと環状円板24,2
4 間の間隙δとの関係は、以下の式で求められる。

【０１１４】

【数１８】

【０１１５】上記式において、各記号は、それぞれ以下
を示す。

【０１１６】ω_m1: 空気の入口部相対角速度 ω_u1: 空気の入口部周角速度 ω_{1 :} 空気の入口部相対速度 ν _: 空気の動粘性係数 r_{i :} 環状円板の入口半径 一方、本出願人がレイノルズ数Reが、200 から10000の
範囲で環状円板24,24間の間隙δを変えて実験を行った
結果を図24のグラフに示す。

【０１１７】図24に示すグラフより、騒音レベルを効果
的に低減するには、レイノルズ数Ｒｅと間隙δとの関係
を、以下の範囲にするのが望ましいことがわかる。

【０１１８】

【数１９】

【０１１９】以上、本発明を、幾つかの実施例を参照し
て具体的に説明してきたが、本発明は何ら上記した実施
例に記載の発明に限定されるものではなく、本発明に係
る多層円板ファンは、上述した温風ファンの他、熱交換
器や、その他の静音送風が必要な技術分野及び用途に好
適に用いることができるものである。

【０１２０】

【発明の効果】本発明では、互いに一定の間隔を保持し
た多数の環状円板を積層することによって形成した翼付
多層円板ファンにおいて、環状円板間に多数の翼を介設
し、かつ翼の内側端又は外側端の少なくとも一方を、環
状円板の内周縁又は外周縁から一定距離だけ外側又は内
側に位置させているので、円板による層流効果で内、外
翼の先端において剥離によって生じる乱流を効果的に抑
止することができ、しかも、環状円板の外周縁での出口
速度歪みがないので、乱流騒音及び干渉騒音が低減でき
るので、静粛な運転が可能となる。

【０１２１】また、後退翼を採用したり、翼の最内端と
最外端とを結ぶ線と、円板間の流体の相対速度における
周方向速度及び半径方向速度より求めた流体の軌跡と
が、各円板の入口側でなす角度、即ち、迎角を、20°±
15°とすることにより、静粛性を保ちながら、送風量を
増加させることができる。

【０１２２】また、翼間の円周方向ピッチ角と、翼の最
内端と最外端とを環状円板の中心と結んで形成した線の
なす角との比を0.5 〜１とすることにより、最適な空気
流の通路をとることができ、静粛性を保ちながら、送風
量を増加させることができる。

【０１２３】また、環状円板間の間隙と回転数また円板
入口での流速との関係で最適運転範囲が存在し、その範
囲内では、円板による層流効果により、翼の内外先端に
おいて、剥離によって生じる乱流騒音を抑制するととも
に環状円板外周での出口歪みを押さえることになり、乱
流騒音および干渉騒音が低減でき、静粛な運転が可能と
なる。

【０１２４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る翼付多層円板ファンを温風ファン
として用いた場合の実施例１に係る翼付多層円板ファン
の斜視図である。

【図２】同断面側面図である。

【図３】図２のＩ−Ｉ線による横断面図である。

【図４】環状円板の斜視図である。

【図５】翼の斜視図である。

【図６】環状円板の外周縁における空気流の流速を示す
説明図である。

【図７】翼付多層円板ファンの比騒音値を示すグラフで
ある。

【図８】実施例２に係る翼付多層円板ファンの断面正面
図である。

【図９】翼付多層円板ファンの比騒音値を示すグラフで
ある。

【図１０】実施例３に係る翼付多層円板ファンの断面正
面図である。

【図１１】実施例４に係る翼付多層円板ファンにおける
適切な翼の後方迎角を示す説明図である。

【図１２】不適切な翼の後方迎角を示す説明図である。

【図１３】不適切な翼の後方迎角を示す説明図である。

【図１４】迎角と比騒音との関係を示すグラフである。

【図１５】不適切な翼の後方迎角を示す説明図である。

【図１６】無傾斜角度の翼を具備する翼付多層円板ファ
ンの説明図である。

【図１７】後方迎角を有する翼の変容例の説明図であ
る。

【図１８】後方迎角を有する翼の変容例の説明図であ
る。

【図１９】実施例５に係る翼付多層円板ファンの要部拡
大説明図である。

【図２０】翼の円周ピッチと翼取付角との比及び比騒音
の関係を示すグラフである。

【図２１】実施例６に係る円周速度等と比騒音の関係を
示すグラフである。

【図２２】実施例７に係る環状円板間の間隙を流れる空
気流の説明図である。

【図２３】空気流の流れを示す説明図である。

【図２４】レイノルズ数と比騒音との関係を示すグラフ
である。

【図２５】従来の多層円板ファンの断面側面図である。

【図２６】図25の II-II線による断面図である。

【図２７】環状円板上の空気流の流れを示す説明図であ
る。

【図２８】環状円板間の空気流の速度分布を示す説明図
である。

【符号の説明】

Ａ 翼付多層円板ファン 20 ファンブレード 24 環状円板 25 翼

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年６月１５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１１９】以上、本発明を、幾つかの実施例を参照し
て具体的に説明してきたが、本発明は何ら上記した実施
例に記載の発明に限定されるものではなく、本発明に係
る多層円板ファンは、上述した温風ファンの他、熱交換
器や、その他の静音送風が必要な技術分野及び用途に好
適に用いることができるものである。尚、翼の形状は図
示の流線形のものに限定されず、切り起こし平板翼、流
線形平板翼、円弧平板翼等でも良く、また、これらの翼
を等角写像により直線翼列から円形翼列に変換して配列
することもできる。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに一定の間隙 (δ) を保持した多数の
   環状円板(24)を積層することによって形成し、環状円板
   (24)(24)間に多数の翼(25)を介設した翼付多層円板ファ
   ンにおいて、同翼(25)の外周方向先端を、環状円板(24)
   の外周縁より一定の距離(S₁)だけ内側に位置するように
   構成してなる翼付多層円板ファン。
2. 【請求項２】互いに一定の間隙 (δ) を保持した多数の
   環状円板(24)を積層することによって形成し、環状円板
   (24)(24)間に多数の翼(25)を介設した翼付多層円板ファ
   ンにおいて、同翼(25)の内周方向先端を、環状円板(24)
   の内周縁より一定の距離(S₂)だけ外側に位置するように
   構成してなる翼付多層円板ファン。
3. 【請求項３】互いに一定の間隙 (δ) を保持した多数の
   環状円板(24)を積層することによって形成し、環状円板
   (24)(24)間に、多数の翼(25)を介設した翼付多層円板フ
   ァンにおいて、同翼(25)の外周方向先端を、環状円板(2
   4)の外周縁より一定の距離(S₁)だけ内側に位置するよう
   に構成するとともに、同翼(25)の内周方向先端を、環状
   円板(24)の内周縁より一定の距離(S₂)だけ外側に位置す
   るように構成してなる翼付多層円板ファン。
4. 【請求項４】距離(S₁)を、以下の式で表される値とした
   ことを特徴とする請求項１又は３記載の翼付多層円板フ
   ァン。 【数１】
5. 【請求項５】距離(S₂)を、環状円板(24)の翼内側端半径
   (r₂)との関係において、0.025 ＜S₂/r₂ ＜0.125 とした
   ことを特徴とする請求項２又は３記載の翼付多層円板フ
   ァン。
6. 【請求項６】翼(25)の取付方向を後向き翼としたことを
   特徴とする請求項１〜５のいずれかの請求項記載の翼付
   多層円板ファン。
7. 【請求項７】翼(25)の最内端と最外端とを結ぶ線(L)
   と、環状円板(24)(24)間を流れる流体の相対速度におけ
   る周方向速度及び半径方向速度より求めた流体の軌跡
   (R) とが、翼(25)の内側先端でなす角度である迎角
   (θ) を、20°±15°としたことを特徴とする請求項１
   〜５のいずれかの請求項記載の翼付多層円板ファン。
8. 【請求項８】翼(25)(25)間の円周方向ピッチ角 (α)
   と、翼(25)の最内端と最外端とを環状円板(24)の中心と
   結んで形成した線(L₃)(L₄)のなす角 (β) との関係を、
   0.5 ＜β／α＜１としたことを特徴とする請求項１〜７
   の内、いずれかの請求項記載の翼付多層円板ファン。
9. 【請求項９】環状円板(24)(24)間の間隙 (δ) を、以下
   の式で表される値としたことを特徴とする請求項１〜８
   記載の内、いずれかの請求項記載の翼付多層円板ファ
   ン。 【数２】
10. 【請求項１０】環状円板(24)(24)間の間隙 (δ) を、以
    下の式で表される値としたことを特徴とする請求項１〜
    ８記載の内、いずれかの請求項記載の翼付多層円板ファ
    ン。 【数３】