JPH0925898A - 軸流ファン及びそれに用いるエアーセパレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エアーセパレータ付き軸流ファンにおいて、騒
音を低減するととに軸流ファンを高性能化する。 【解決手段】ケーシング２の外周上に環状に設けられて
動翼１の先端側の流れを該動翼１の上流へ導く流路６内
に備えた整流ベーン１６を備えたエアーセパレータ５に
おける流路６への入口部分６ａの整流ベーンの内縁１６
ａの位置をケーシング２の内径位置よりも外径側に後退
させ、動翼１からの流出気流８ａと整流ベーン１６との
干渉及び動翼周囲に形成される圧力場と該整流ベーン１
６との干渉を緩和する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低流量特性を改善
するためのエアーセパレータを備えた軸流ファンおよび
それに用いられるエアセパレータに関する。

【０００２】

【従来の技術】低流量特性改善のためのエアーセパレー
タを備えた軸流ファンは、例えば実開平３ー８７９００
号公報に記載されている。図２６及び図２７は、このよ
うな従来のエアーセパレータを備えた軸流ファンを示し
ており、図２６は、そのエアーセパレータ部の縦断側面
図、図２７は図２６のＩ−Ｉ断面図である。図２６にお
いて、１は動翼、２はケーシング、３，４はそれぞれエ
アーセパレータ５の流路６を形成する外壁と側壁であ
る。また、７は前記外壁３と側壁４により構成された前
記流路６内に設置された整流ベーンである。

【０００３】エアーセパレータ５は、前記外壁３と側壁
４及び整流ベーン７により構成されており、整流ベーン
７の内縁７ａの位置は、ケーシング２の内径位置とほぼ
同じ位置である。このエアーセパレータ５は、動翼１の
上流側から該動翼１の軸方向翼長の中央付近にかけて前
記流路６の入口となる開口部６ａを有し、更に、動翼入
口部の上流側に前記流路６の出口となる開口部６ｂを有
し、前記整流ベーン７は、前記流路６の入口に設置さ
れ、整流ベーンの内縁７ａは前記入口開口部６ａに位置
している。この整流ベーン７は、動翼１の先端からエア
ーセパレータ５の流路６の入口開口へ向かう気流８ａの
周方向成分を除去するために、動翼１の回転方向とは逆
方向の反りを有している。

【０００４】図２６において、エアーセパレータを持た
ない軸流ファンは、低流量状態での運転では、動翼１の
先端側の翼間流路の小さな逆流領域に逆流気流８ｂが発
生する。これが次第に成長すると動翼１が失速状態とな
るので、軸流ファンの作動範囲が制限される。しかし、
エアーセパレータ５を備えた軸流ファンでは、動翼１の
先端側に発生する逆流気流が遠心力により気流８ａで示
すようにエアーセパレータ５の入口開口部６ａから流路
６に流入する。エアーセパレータ５の流路６に流入した
気流８ａは、流路内の整流ベーン７により、周方向成分
を持たない気流８ｃとなり、動翼１の上流の出口開口部
６ｂから気流８ｄのように流出して主流９と合流する。

【０００５】このようにして動翼１の先端部での逆流８
ｂを除去すれば、軸流ファンの低流量領域での作動範囲
を拡大することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のエア
ーセパレータ付き軸流ファンでは、整流ベーンの内縁の
位置がケーシングの内径位置とほぼ同じ位置まで伸びて
いるために、動翼からエアーセパレータへ流入する流れ
と整流ベーンとの干渉及び動翼の周囲に形成された圧力
場と整流ベーンとの干渉が発生し、騒音の発生原因とな
る恐れがあった。◆また、整流ベーンがエアーセパレー
タの入口部のみまたは出口部のみにしか設置されていな
かったため、エアーセパレータ内を通過する気流のもつ
周方向成分を除去する効果が小さく、エアーセパレータ
の有する作動範囲を拡大する機能の低下および圧力を上
昇させる機能の低下という不具合があった。

【０００７】さらに、エアーセパレータの外壁と気流の
周方向成分を除去するための整流ベーンを別個の部材で
製作しているために、溶接等を用いて組み立てる必要が
あり、組み立て作業が面倒であった。◆また、エアーセ
パレータの外壁とケーシングが平行であるために、エア
ーセパレータ内を通過する気流に強い乱れが発生し、エ
アーセパレータの有する作動範囲を拡大する機能の低下
および圧力を上昇させる機能の低下という不具合があっ
た。

【０００８】本発明は、このような従来の軸流ファンの
課題を解決するためになされたもので、高性能でかつ広
い作動範囲を有し低騒音であるエアーセパレータ付きの
軸流ファンおよびそれに用いられるエアセパレータを提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の第１の態様は、回動可能な回転軸と共に回転するハ
ブと、このハブの外周上の円周方向に間隔をおいて設け
られた複数枚の動翼と、この動翼の下流側に円周方向に
間隔をおいて設けられた複数枚の静翼と、環状の半径方
向突起状に形成されたエアーセパレータを有し動翼と静
翼とを囲むケーシングとを備えた軸流ファンにおいて、
エアーセパレータは、動翼の先端側の流れをこの動翼の
上流側に導く流路を形成する２つの側壁部材とこの側壁
部材間を連結する外壁部材と、この流路内に突出した整
流ベーンと、この整流ベーンを周方向に連結する連結部
材とを有し、この整流ベーンは流路の入口側部におい
て、内縁がケーシングの内径よりも半径方向外方に後退
しているものである。

【００１０】また、上記目的を達成する本発明の第２の
態様は、回動可能な回転軸と共に回転するハブと、この
ハブの外周上の円周方向に間隔をおいて設けられた複数
枚の動翼と、この動翼の下流側に円周方向に間隔をおい
て設けられた複数枚の静翼と、環状の半径方向突起状に
形成されたエアーセパレータを有し動翼と静翼とを囲む
ケーシングとを備えた軸流ファンにおいて、エアーセパ
レータは、動翼の先端側の流れをこの動翼の上流側に導
く流路を形成する２つの側壁部材とこの側壁部材間を連
結する外壁部材とを有し、この外壁部材は、周方向一部
が切り欠かれた複数の管状部材を連結して形成され、こ
の各々の管状部材の周方向一端部は流路に延在し、この
延在した端部を周方向に連結する連結部材を備えたもの
である。

【００１１】さらに、上記目的を達成する本発明の第３
の態様は、回動可能な回転軸と共に回転するハブと、こ
のハブの外周上の円周方向に間隔をおいて設けられた複
数枚の動翼と、この動翼の下流側に円周方向に間隔をお
いて設けられた複数枚の静翼と、環状の半径方向突起状
に形成されたエアーセパレータを有し動翼と静翼とを囲
むケーシングとを備えた軸流ファンにおいて、エアーセ
パレータは、２つの側壁部材と、この側壁部材間を連結
する外壁部材と、側壁と外壁とで形成された流路内に突
出した少なくとも一方の側壁部材に固定された複数の整
流ベーンと、この複数の整流ベーンの各々の端部を周方
向に連結し、２つの側壁間に配置された連結部材とを有
し、この整流ベーンの内縁は連結部材の下流に形成され
る開口部側において、前記ケーシングの内径よりも半径
方向外方に形成されているものである。

【００１２】そして好ましくは、整流ベーンの内縁は、
（１）下流側にいくに従い半径方向外方に後退してい
る、（２）低流量運転に設定したときの動翼位置に対峙
する部分以外が前記ケーシングの内径より半径方向外方
に後退している、（３）下流側にいくに従い半径方向外
方に後退している、（４）前記連結部材と一方の側壁部
材との間において整流ベーンの両表面に作用する圧力差
に応じて、前記連結部材から前記一方の側壁部材にいく
にしたがいその位置を変化させたものである。

【００１３】また好ましくは、動翼は、回転軸の軸方向
となす取付角度を運転流量に応じて変更可能であり、さ
らに好ましくは、整流ベーンの流路入口部分は、動翼の
回転方向と逆方向の反りを有し、かつ、前記動翼が回転
軸の軸方向となす取付角度より、前記整流ベーンが回転
軸の軸方向となす角度をが大きくしたものである。

【００１４】また、連結部材を、管状の部材と板状の部
材から形成し、翼型を模擬した形状としてもよく、エア
ーセパレータの縦断面形状を下流にいくに従い大径とな
る台形状に形成してもよく、さらに、ハブから動翼の先
端までの長さをＨ、整流ベーンの内縁の最小径位置と最
大径位置との差をｄとしたときに、ｄ／Ｈで表される量
が０．０７以上０．１３以下としてもよい。

【００１５】上記目的を達成する本発明の第４の態様
は、軸流ファンの動翼の前縁側先端と対峙して入口を、
動翼上流に出口を夫々有する環状の流路を形成する２つ
の側板部材とこの側壁部材間を連結する外壁部材と、こ
の側板の少なくとも一方に固定され流路の入口側に延在
する複数の整流ベーンと、この複数の整流ベーンを周方
向に連結する連結部材とを備え、軸流ファンのケーシン
グ外周に設けられるエアーセパレータであって、前記整
流ベーンの高さが流路入口側で流路出口側よりも低く形
成されているものである。

【００１６】上記目的を達成する本発明の第５の態様
は、軸流ファンの動翼の前縁側先端と対峙して入口を、
動翼上流に出口を夫々有する環状の流路を形成する２つ
の側板部材とこの側壁部材間を連結する外壁部材とをそ
なえたエアーセパレータにおいて、外壁部材は、周方向
一部が切り欠かれた複数の管状部材を連結して形成さ
れ、この各々の管状部材の周方向一端部は流路に延在し
ているものである。

【００１７】このように構成した本発明においては、エ
アーセパレータの入口部から出口部にかけて設置され、
内縁位置がケーシングの位置よりも外側に後退した整流
ベーンは、動翼から流出した気流との干渉及び動翼周囲
に形成された圧力場との干渉を緩和して発生騒音を低減
するとともに、エアーセパレータへ流入した流れのもつ
周方向成分を除去するので、作動範囲を拡大しファンに
おける圧力上昇機能を低下させない。

【００１８】また、整流ベーンの内縁位置の後退量を下
流側で大きくすると、エアーセパレータ入口部で整流ベ
ーンにより流れの周方向成分の多くが除去されるので、
エアーセパレータにより軸流ファンの作動範囲が拡大し
圧力上昇を維持でき、発生騒音を低減する。

【００１９】また、動翼可変の軸流ファンの低流量状態
での運転時に動翼と対峙する部分以外の整流ベーンの内
縁位置をケーシングの内径位置よりも外側にすると、大
流量状態での運転時にはエアーセパレータへ流入する気
流と整流ベーンとの干渉及び動翼の周囲に形成された圧
力場と該整流ベーンとの干渉を軽減して発生する騒音を
低減する。しかも、低流量状態での運転時にはエアーセ
パレータ入口部で整流ベーンにより周方向成分の除去効
果が発揮され、エアーセパレータにより軸流ファンの作
動範囲が拡大し圧力上昇を維持できる。

【００２０】さらに、動翼可変形の軸流ファンに設けた
エアーセパレータ内の整流ベーンの内縁位置の後退量を
下流側で順次小さくすると、大流量と低流量の中間流量
状態での運転時に、エアーセパレータへ流入する気流と
整流ベーンとの干渉及び動翼の周囲に形成された圧力場
と該整流ベーンとの干渉により発生する騒音を低減す
る。また、中間流量での整流ベーンによる、エアーセパ
レータ入口部での周方向成分の除去効果を維持しなが
ら、エアーセパレータにより軸流ファンの作動範囲を拡
大し圧力上昇を維持することができる。

【００２１】また、周方向にエアーセパレータの入口部
における整流ベーンの角度を動翼取り付け角度よりも大
きくすることにより、動翼と整流ベーンの重なり合う部
分が少なくなり、干渉により発生する整流ベーン上の圧
力変動の位相をずらすことができるので、発生騒音が低
減する。

【００２２】また、エアーセパレータの外壁と整流ベー
ンとからなるセパレータブロックを金属管周壁の一部を
切り欠いて形成し、該セパレータブロックをケーシング
の外周上の側壁間に環状に複数個配置し、一体に連結し
てエアーセパレータを構成した。これにより、エアーセ
パレータの外壁の一部を整流ベーンとして代用でき、別
個の部材で製作していた整流ベーンが不要となり、エア
ーセパレータを容易に製作できる。

【００２３】また、整流ベーンを支持する円環の断面形
状を翼形とすると、エアーセパレータからの流出流れは
主流方向に滑らかに曲がり、エアーセパレータからの流
出流れと主流との混合損失が低減し、エアーセパレータ
により軸流ファンの作動範囲を拡大し圧力上昇を維持す
ることができる。◆さらに、整流ベーンまたはセパレー
タブロックを動翼先端付近で連結する部材を円管と板材
から構成すると、翼形断面をもつ連結部材を容易に製作
できる。◆また、エアーセパレータの外径を下流側で順
次大きくすることにより、エアーセパレータ内での損失
の原因となる流れの乱れが抑制され、該エアーセパレー
タにより軸流ファンの作動範囲を拡大し圧力上昇を維持
することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の様々な実施例を図
面を参照して説明する。◆ （第１の実施例）◆図１は、本発明になる軸流ファンの
全体を示した概略図であり、図２は本発明の第１の実施
例に係る該軸流ファンにおけるエアーセパレータ部分の
断面斜視図である。また、図３はこの実施例における軸
流ファンの要部縦断側面図、図４は図３のIV−IV断面
図、図５は図３のＶーＶ断面図である。前述した従来の
軸流ファンと共通する構成部品には同一の参照符号を付
す。

【００２５】図１において、ハブ２５の外周に周方向に
間隔をおいて配置された複数枚の動翼１は、ハブ２５ま
たは内ケース１２内、もしくは外部に設けられた電動機
（図示せず）により駆動されて回転し、吸込みケーシン
グ１３から吸い込んだ空気を加圧してディフューザ１４
に吐き出す。動翼２の外周部にはこの動翼２とハブ２５
とともに気体の流路を形成するケーシング２が設けられ
ている。ケーシング２の一部は円周方向にリング状に突
起しており、エアーセパレータを形成している。このエ
アーセパレータ５は、動翼１の先端側に発生する逆流を
防止する。動翼１の下流側には、動翼において気体に与
えられた運動エネルギを圧力エネルギに変換するため円
周方向に間隔をおいて配置された複数枚の静翼１１が設
けられている。このように構成された軸流ファンを支持
するために、取付け脚１５ａ〜１５ｅが軸流ファンのケ
ーシング２の下部に複数個取り付けられている。

【００２６】図２において、動翼１を取り囲むケーシン
グ２の外側に外壁３と側壁４によつて形成されたエアー
セパレータ５の流路６には整流ベーン１６が設置されて
おり、前記整流ベーン１６は、動翼１の先端付近に設置
された部材１９により、連結されている。このエアーセ
パレータ５は、図３に示すように、動翼１の上流側から
該動翼１の軸方向翼長の中央付近にかけて、該エアーセ
パレータ５の流路６の入口となる開口部６ａを有し、更
に、該動翼１の入口部の上流側に出口となる開口部６ｂ
を有している。そして、前記整流ベーン１６は、図３に
示すように、入口となる開口部6aから出口となる6bにか
けて設置されている。また、該整流ベーン１６は、図４
及び図５に示すように、エアーセパレータ５の流路６の
入口部６ａで動翼１の回転方向とは逆方向の反りを有し
ているとともに、該整流ベーン１６は、図５に示すよう
に、適当なピッチで周方向に設けられており、エアーセ
パレータ５の流路６に流れ込む気流８ａと出口に向かう
気流８ｃから周方向成分を除去して軸方向へ整流する。

【００２７】騒音発生の１つの原因となる動翼１からエ
アーセパレータ５へ向かう気流８ａの流速変動は、図３
に示した点ａから点ｂの間で図６のように変化する。ま
た、騒音発生の他の原因となる動翼１の周囲に形成され
た圧力場により発生する圧力変動も図６と同様な変化特
性である。

【００２８】本発明のこの第１の実施例では、流路６の
入口開口部６ａから出口開口部６ｂにかけて整流ベーン
１６を設置するとともに、流路６の入口開口６ａの部分
に位置する整流ベーン１６の内縁１６ａの位置をケーシ
ング２の内径位置よりも外径側に後退させている。これ
により、流れ８ｃのもつ周方向成分の除去効果を大きく
でき、エアーセパレータの作動範囲拡大効果と圧力上昇
の低下が防止される。また、流速変動と圧力変動を減衰
させるための動翼１と整流ベーン１６の内縁１６ａとの
距離を大きくすることができ、該整流ベーン１６の内縁
１６ａに発生する圧力変動を小さくでき、図７に示した
ように使用流量範囲（流量係数が０．３〜０．７）で発
生騒音を低減できる。なお、図７の騒音増加量の基準値
として、従来型エアーセパレータを有する軸流ファンの
設計点流量における騒音値を用いた。

【００２９】（第２の実施例）◆図８は、本発明の第２
の実施例に係る軸流ファンにおける要部縦断側面図を示
す。この第２の実施例では、エアーセパレータ５内の入
口部６ａ部のみに整流ベーン７を設け、整流ベーン７の
内縁７ａをケーシング２の内径位置よりも外径側に後退
させている。第１の実施例に比べ、気流8ｃのもつ周方
向成分の除去効果は低下するが、第１の実施例と同様の
騒音低減効果がある。

【００３０】図９は、図３に示した整流ベーン１６の内
縁１６ａと動翼１の先端間の距離ｄと動翼１の高さＨと
の比d/Hが、発生騒音に及ぼす影響を示したものであ
る。発生騒音は、従来型のエアーセパレータでの発生騒
音を基に無次元化した。図９より、d/Hが0.07以上で
は、発生騒音が緩やかに低減していることが分かる。d/
Hを0.07から0.13の値に選んで実験したときの軸流ファ
ンの性能を図１０に示す。図中、黒丸印が本実施例によ
る実験結果であり、白丸印が従来型のエアーセパレータ
を有する軸流ファン（d/Hは約0.01）の実験結果であ
る。この図から分かるように、d/Hが0.13以下の範囲で
は作動範囲と圧力上昇のいずれも従来型の場合と同じで
ある。しかし、d/Hを0.13以上とすると、動翼先端の隙
間が大きくなりすぎ、整流ベーン１６の効果がなくな
り、図１０中で波線で示したように、作動範囲は狭ま
り、圧力も低下する。

【００３１】（第３の実施例）◆第３の実施例では、図
９と図１０に示した関係を用い、図３に示した整流ベー
ン１６の内縁１６ａと動翼１の先端間の距離ｄと動翼１
の高さＨとの比ｄ／Ｈを0.07以上0.13以下としている。
第１の実施例と同様に、作動範囲はエアーセパレータに
より拡大し、発生騒音も低減できるとともに、圧力上昇
の低下を防止することができる。

【００３２】第３の実施例と同様、図８に示した第２の
実施例において整流ベーン７の内縁７ａと動翼１の先端
間の距離ｄと動翼１の高さＨとの比ｄ／Ｈを、0.07以上
0.13以下とすれば、第２の実施例と同様の騒音低減効果
を得ることができるとともに、エアーセパレータ５によ
り作動範囲の拡大と圧力上昇の低下防止を実現できる。

【００３３】（第４の実施例）◆図１１に、本発明の第
４の実施例に係る軸流ファンにおける要部縦断側面図
を、図１２に、その動翼の翼面の圧力分布を示す。気流
８ａと整流ベーン１６の内縁１６ｂとの干渉及び該動翼
１の周囲に形成された圧力場と該整流ベーン１６の内縁
１６ｂとの干渉により発生する騒音は、図１２に示した
動翼の圧力面と負圧面の圧力差ΔＰに依存する。

【００３４】この第４の実施例では、図１１に示すよう
に、動翼１と整流ベーン１６の内縁１６ｂとの距離（内
縁の後退量）ｄを圧力差ΔＰに比例させて変化させてい
る。これにより、動翼１の回転に伴って発生する流速変
動や圧力変動を有効に緩和することができ、整流ベーン
１６の内縁１６ｂとの干渉により発生する騒音を低減す
ることができる。

【００３５】図１３は、機械学会編「機械の騒音発生機
構と低騒音設計手法研究分科会成果報告書」（平成４年
刊）に示されている騒音と動静翼間の距離との関係を示
したものである。図１３に示す特性によれば、動静翼間
の距離が動翼１の弦長Ｃの数分の１もあれば、発生騒音
は動静翼間の距離が短い場合の半分以下に減少すること
が分かる。気流と整流ベーンとの干渉及び動翼周囲に形
成される圧力場と整流ベーンとの干渉による騒音の発生
メカニズムも、動翼流出気流と静翼との干渉による騒音
の発生メカニズムと同様であると考えられる。このた
め、図１１に示した動翼１の先端と整流ベーン１６の内
縁１６ｂの最大内径位置との距離ｄを図１３に示した騒
音と動静翼間の距離の関係を用いて決定しても、この第
４の実施例と同様の騒音低減効果を得ることができる。

【００３６】動静翼間の距離が動翼１の弦長Ｃの数分の
１もあれば、発生騒音は半分以下に減少するため、動翼
１の先端と整流ベーン１６の内縁１６ｂとの距離ｄはそ
れほど大きくはならず、整流ベーン１６が気流８ａの周
方向成分を除去する効果を損なうことなく、発生騒音を
低減することができる。

【００３７】また、図９と図１０に示した関係を用い
て、動翼１の先端と整流ベーン１６の内縁１６ｂの最大
内径位置との距離ｄと、動翼１の高さＨとの比ｄ／Ｈを
0.07以上0.13以下とすれば、圧力上昇を維持したまま、
発生騒音を低減することができる。

【００３８】図１１に示した第４の実施例では、整流ベ
ーン内縁形状を円弧状に形成しているが、最大内縁位置
を頂点とする三角形状に切欠いた形状にしても発生騒音
を低減することができる。また、最大内縁位置を頂点と
して、階段状に形成しても同様の効果が得られる。

【００３９】（第５の実施例）◆図１４は、本発明の第
５の実施例に係る軸流ファンにおけるエアーセパレータ
部分の縦断側面図である。この第５の実施例では、エア
ーセパレータ５の流路６の入口部分に位置する整流ベー
ン１６の内縁１６ｃの位置の後退量を下流側で大きくし
ている。これにより、気流８ａと整流ベーン１６との干
渉及び動翼１の周囲に形成された圧力場と該整流ベーン
１６との干渉を緩和するための動翼１と整流ベーン１６
の内縁１６ｃとの距離を下流側で大きくすることができ
ると共に第４の実施例よりも整流ベーン１６の加工を簡
略化できる。また、この第５の実施例では、動翼１の前
縁付近での該動翼１の先端と整流ベーン１６の内縁１６
ｃとの距離が接近しているため、動翼１の前縁付近での
騒音低減効果はやや低下するが、前記第１から第３の実
施例よりも気流８ａの周方向成分を除去する効果が大き
く、エアーセパレータ５の作動範囲拡大効果の低下を更
に軽減することができる。

【００４０】（第６の実施例）◆第４の実施例と同様
に、図１４において動翼１の先端と整流ベーン１６の内
縁１６ｂの最大内径位置との距離ｄと、動翼１の高さＨ
との比ｄ／Ｈを0.07以上0.13以下とした本発明の第６の
実施例では、圧力上昇を維持したまま、発生騒音を低減
することができる。

【００４１】図１４に示した第５の実施例では、整流ベ
ーンの内縁形状を直線としているが、円弧または、下流
方向へ高くなる階段形状にしても同様の発生騒音の低減
効果が得られる。

【００４２】（第７の実施例）図１５は、本発明の第７
の実施例に係る動翼可変の軸流ファンにおける動翼とエ
アーセパレータ部分の縦断側面図を示したものである。
動翼可変の軸流ファンでは、低流量状態での運転時に
は、動翼角度を図１６中の破線から実線のように変化さ
せ、相対流れが１７から１７’に変化したのに対応し
て、動翼１の角度を修正し、効率の低下を防止してい
る。このとき、動翼１の軸方向長さは、図１６の破線か
ら実線のように短くなる。

【００４３】この第７の実施例は、低流量状態での運転
時の動翼１と対峙する部分以外の整流ベーン１６の内縁
１６ｄの位置をケーシング２の内径位置よりも外径側に
後退させている。これにより、大流量状態では動翼１
（破線１ａ）の上流側部分と対峙する整流ベーン１６の
内縁１６ｄの位置がケーシング２の内径位置よりも外側
に後退しているので、気流８ａと整流ベーン１６との干
渉及び動翼１の周囲に形成された圧力場と該整流ベーン
１６との干渉を緩和することができ、発生騒音が低減す
る。また、低流量状態では動翼１（実線表示状態）の上
流側部分と整流ベーン１６の内縁１６ｄとが接近してい
るため、整流ベーン１６が気流８ａの周方向成分を除去
する効果が大であり、エアーセパレータ５の作動範囲を
拡大する効果を維持できる。

【００４４】（第８の実施例）◆本発明の第８の実施例
では、図１５において動翼１の先端と整流ベーン１６の
内縁１６ｂの最大内径位置間の距離ｄと、動翼１の高さ
Ｈとの比ｄ／Ｈを0.07以上0.13以下としている。これに
より、大流量の運転範囲においても圧力上昇を維持した
まま、発生騒音を低減できる。

【００４５】（第９の実施例）◆図１７は、本発明の第
９の実施例に係る動翼可変の軸流ファンにおける要部縦
断側面図である。この第９の実施例では、エアーセパレ
ータ５の流路６の入口部分６ａにおける整流ベーン１６
の内縁１６ｅの位置の後退量を下流側で徐々に小さくし
ている。これにより、この第９の実施例における軸流フ
ァンは、大流量運転状態(図中１ａで示した動翼角度)で
は騒音低減量が減少し、低流量運転状態(図中１ｂで示
した動翼角度)では周方向成分を除去する効果がやや低
下するが、図１７に実線で示した大流量と低流量との中
間流量での運転時には、動翼１に対する気流８ａと整流
ベーン１６との干渉及び動翼１の周囲に形成された圧力
場と該整流ベーン１６との干渉を緩和でき、発生騒音を
低減できる。また、中間流量での運転時には、動翼１の
先端と整流ベーン１６の内縁１６ｅとの距離が、前述し
た第７の実施例よりも接近しており、整流ベーン１６が
気流８ａの周方向成分を除去する効果が維持され、エア
ーセパレータ５の作動範囲を拡大する効果が十分に発揮
される。

【００４６】（第１０の実施例）◆第１０の実施例で
は、図１７において動翼１の先端と整流ベーン１６の内
縁１６ｂの最大内径位置との間の距離ｄと、動翼１の高
さＨとの比ｄ／Ｈを第８の実施例と同様0.07以上0.13以
下としている。これにより、大流量の運転範囲において
も圧力上昇を維持したまま、発生騒音を低減できる。

【００４７】（第１１の実施例）◆図１８は、本発明の
第１１の実施例に係る軸流ファンにおけるエアーセパレ
ータ部分の横断平面図である。この第１１の実施例で
は、エアーセパレータ５の入口部分の整流ベーン１６を
動翼１の回転方向とは逆方向に反らせ、且つ回転軸との
なす角度αを動翼取り付け角度βよりも大きくしてい
る。

【００４８】整流ベーン１６の角度を動翼１の取り付け
角度よりも大きくすると、エアーセパレータ５の流路６
の入口部分６ａにおける整流ベーン１６と動翼１との重
なりが軸方向に少なくなる。さらに、エアーセパレータ
５の流路６への気流８ａと整流ベーン１６との干渉及び
動翼１の周囲に形成された圧力場と該整流ベーン１６と
の干渉により該整流ベーン１６にかかる圧力変動の位相
を周方向にずらすことができ、整流ベーン１６の内縁の
位置をケーシング２の内径位置よりも外径側へ後退させ
ることなく、発生騒音を低減することができる。

【００４９】この第１１の実施例を動翼可変軸流ファン
に適用する場合には、エアーセパレータ５の入口部分の
整流ベーン１６を動翼１の回転方向とは逆方向に反ら
せ、且つ回転軸とのなす角度αを設計点での動翼取り付
け角度βよりも大きくする。これにより、発生騒音が最
も問題となる大流量から設計点流量の範囲で騒音を低減
できる。

【００５０】（第１２の実施例）◆図１９は、本発明の
第１２の実施例に係る軸流ファンの要部縦断側面図であ
る。図１８において、第１の実施例における整流ベーン
１６と同様に、エアーセパレータ５の流路６の入口部分
６ａにおける整流ベーン１６の内縁１６ａの位置をケー
シング２の内径位置よりも外径側に後退させている。こ
れにより、気流８ａと整流ベーン１６との干渉及び動翼
１の周囲に形成された圧力場と整流ベーン１６との干渉
を緩和することができると共に該整流ベーン１６にかか
る圧力変動の位相を周方向にずらすことができ、更なる
騒音低減効果が得られる。

【００５１】なお、上述した第２ないし第１０実施例に
おいて、エアーセパレータ５の入口部分における整流ベ
ーン１６を、図１８に示すように、回転方向とは逆方向
に反らせ、回転軸とのなす角度を動翼取り付け角度より
も大きくすれば、第１２の実施例と同様に、更に騒音が
低減する。

【００５２】（第１３の実施例）◆図２０は、本発明の
第１３の実施例に係る軸流ファンにおけるエアーセパレ
ータ部分の断面斜視図を示している。また、図２１は図
２０に示したエアーセパレータの入口部の縦（半径方
向）断面を上流側から見た図である。この第１３の実施
例では、第１の実施例におけるエアーセパレータ５の外
壁３と整流ベーン５を金属管１８の周壁の一部を切り欠
いて形成したセパレータブロックで構成し、該セパレー
タブロックをケーシング２の外周上の側壁４の間に環状
に複数個配置し、動翼１の先端付近に配置した部材１９
により、一体に連結してエアーセパレータを構成したも
のである。流路入口部分に位置する内縁１８ａは、前述
した実施例と同様に後退している。

【００５３】このようにエアーセパレータ５を構成する
外壁３と整流ベーン１６を同一部材（金属管１８）によ
り製作すると、整流ベーン１６が不要となり、第１の実
施例よりもエアーセパレータ５の製作作業を簡略化する
ことができる。また、金属管１８の周壁の一部が整流ベ
ーンとなるため、気流８ａ，８ｃの周方向成分を除去す
るための整流ベーンの反りを与えることができるととも
に、エアーセパレータ５の入口部に位置する内縁１８ａ
を外径側へ後退させているため、第１の実施例と同様
に、エアーセパレータ５の作動範囲拡大効果を維持した
まま、発生騒音を低減できる。

【００５４】第１３の実施例と同様に、第２の実施例か
ら第１０の実施例におけるエアーセパレータ５の外壁３
と整流ベーン１６を金属管の外周の一部を切り欠いて作
成したセパレータブロックで構成し、該セパレータブロ
ックをケーシング２の外周上の側壁４間に環状に複数個
配置し、一体に連結して該エアーセパレータ５を構成す
るようにしても、この第１３の実施例と同様の発生騒音
の低減効果を得ることができると共に該エアーセパレー
タ５の作動範囲拡大効果を維持することができる。な
お、この図２０においては部材２１を翼型を近似するよ
うにパイプ２１ａと板２１ｂとで構成したが、図２に示
す平板状の部材１９で形成しても本実施例と同様な作用
・効果を奏する。

【００５５】（第１４の実施例）◆図２２に本発明の第
１４の実施例に係る軸流ファンの要部縦断側面図であ
る。この第１４の実施例では、図４に示した整流ベーン
１６を連結する部材２０の断面形状を翼形としている。
流路入口部分に位置する内縁１６ａは、上述の実施例と
同様に後退している。部材２０の断面形状を翼形とする
ことにより、エアーセパレータ５の出口部からの流出流
れ８ｄを滑らかに導くことができ、主流９と流れ8dとが
混合する際の損失を低減でき、エアーセパレータによる
作動範囲の拡大効果が得られれとともに、圧力上昇の低
下を防止することができる。また、内縁１６ａがケーシ
ング内径よりも外径側へ後退しており、発生騒音を低減
できる。

【００５６】第２ないし第１３の実施例において、第１
４の実施例と同様整流ベーンを連結する部材１９の断面
形状を翼形とすれば、エアーセパレータ５の出口部から
の流出流れ８ｄを滑らかに導くことができ、上述の第１
４の実施例と同様の作用・効果を奏する。

【００５７】（第１５の実施例）◆図２３に本発明の第
１５の実施例に係る軸流ファンの要部縦断側面図であ
る。整流ベーン１６を連結する翼形断面の部材２１を円
管２１ａと板材２１ｂから構成するとともに、整流ベー
ン１６の内縁１６ａをケーシング外径位置よりも後退さ
せている。これにより、翼形断面を有する連結部材２１
の製作を容易にすることができる。また、第１４の実施
例と同様、エアーセパレータ５の出口部からの流出流れ
８ｄを滑らかに導くことができ、第１４に実施例と同様
の作用・効果を奏する。さらに、整流ベーン１６の内縁
１６ａをケーシング外径位置よりも後退させており、発
生騒音を低減できる。

【００５８】第１ないし第１２の実施例において、整流
ベーン１６またはセパレータブロック１８の連結部材２
０を、図２３のように円管２１ａと板材２１ｂから構成
すれば、エアーセパレータを容易に製作できる。

【００５９】（第１６の実施例）◆図２４は、本発明の
第１６の実施例に係る軸流ファンの要部縦断側面図を示
している。エアーセパレータ５の流路６内における気流
８ａ〜８ｃは、セパレータ５の入口部分６ａから出口部
分６ｂへ向かう際に整流ベーン１６により周方向成分が
除去される。その際にエアーセパレータ５の流路６内に
損失の原因となる乱れが発生すると、該エアーセパレー
タ５の作動範囲拡大効果が低下する。

【００６０】この発明の第１５の実施例では、このエア
ーセパレータ５の外径を下流側で徐々に大きくし、該エ
アーセパレータ５の流路６の断面積を上流方向に向けて
徐々に小さくしている。このようにすると、エアーセパ
レータ５の流路６内では、入口部分６ａから出口部分６
ｂに向かう気流８ｃを加速することができ、該エアーセ
パレータ５の流路６内で発生する乱れを抑制し、上述し
たエアーセパレータ５の作動範囲拡大効果の低下を防止
することができる。

【００６１】（第１７の実施例）◆図２５は、本発明の
第１７の実施例に係る軸流ファンの要部縦断側面図を示
している。この第１７の実施例は、前述した第１６の実
施例に第１の実施例を組み合わせ、エアーセパレータ５
の流路６の入口部分６ａに位置する整流ベーン１６の内
縁１６ａの位置をケーシング２の内径位置よりも外側に
後退させたものである。これにより、動翼１からの気流
８ａと整流ベーン１６との干渉及び動翼の周囲に形成さ
れる圧力場と整流ベーン１６との干渉を緩和できると共
に該エアーセパレータ５内に発生する気流８ｃの乱れを
抑制することができる。従って、この第１７の実施例に
おけるエアーセパレータ５の作動範囲拡大効果の低下を
防止できるのに加え、発生騒音も低減することができ
る。

【００６２】第１７の実施例と同様に、第２の実施例な
いし第１０の実施例とこの第１６の実施例を組み合わせ
れば、発生騒音の低減及びエアーセパレータ５の作動範
囲拡大効果の低下を防止することができる。

【００６３】以上、本発明の第１から第１７の実施例で
は、軸流ファンまたは動翼可変軸流ファンについて説明
したが、本発明のエアーセパレータを遠心形または斜流
形のターボ形流体機械に適用しても、作動範囲の拡大効
果と圧力上昇の低下を防止することができるとともに、
発生騒音を低減できる。

【００６４】

【発明の効果】本発明になるエアーセパレータ付き軸流
ファンは、エアーセパレータにおける整流ベーンをエア
ーセパレータの入口部から出口部にかけて設置している
ため、エアーセパレータの作動範囲拡大効果と圧力上昇
の低下を防止できる。さらに入口部の整流ベーンの内縁
位置をケーシングの内径位置よりも外径側に後退させて
いるので、動翼の流出気流とエアーセパレータ内の整流
ベーンとの干渉及び動翼の周囲の圧力場と整流ベーンと
の干渉を緩和することができ、発生騒音を低減すること
ができる。

【００６５】また、本発明のエアーセパレータ付き軸流
ファンでは、エアーセパレータの外壁と整流ベーンを金
属管の周壁の一部を切り欠いて作成したセパレータブロ
ックで構成し、このセパレータブロックを一体に連結し
てケーシングの外周上に環状に配置している。これによ
り、気流の周方向成分を除去する動翼の回転方向とは逆
方向の反りを整流ベーンに与えることができると共にエ
アーセパレータの製作を簡略化できる。

【００６６】さらに、本発明のエアーセパレータ付き軸
流ファンは、エアーセパレータの外壁を下流側で徐々に
大きくしているので、エアーセパレータ内に発生する気
流の乱れを抑制することができ、エアーセパレータの作
動範囲拡大効果の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる軸流ファンの全体を示す縦断側面
図である。

【図２】本発明の第１の実施例に係る軸流ファンにおけ
るエアーセパレータ部分の断面斜視図である。

【図３】本発明の第１の実施例に係る軸流ファンの要部
縦断側面図である。

【図４】図３のIV−IV断面図である。

【図５】図３のＶ−Ｖ断面図である。

【図６】動翼流出流れの流速変動の半径方向への変化特
性図である。

【図７】本発明の第１の実施例による騒音の流量変化。

【図８】本発明の第２の実施例に係る軸流ファンの要部
縦断側面図である。

【図９】整流ベーン内縁と動翼先端間の距離と、動翼高
さとの比の変化による、騒音の変化の特性図である。

【図１０】本発明の第３の実施例による圧力上昇の変
化。

【図１１】本発明の第４の実施例に係る軸流ファンの要
部縦断側面図である。

【図１２】動翼翼面の圧力分布特性図である。

【図１３】騒音と動静翼間距離の関係を示す特性図であ
る。

【図１４】本発明の第５の実施例に係る軸流ファンの要
部縦断側面図である。

【図１５】本発明の第７の実施例に係る軸流ファンの要
部縦断側面図である。

【図１６】図１５に示す第７の軸流ファンにおける低流
量側運転時の動翼角度の変化特性説明図である。

【図１７】本発明の第９の実施例に係る軸流ファンの要
部縦断側面図である。

【図１８】本発明の第１１の実施例に係る軸流ファンに
おけるエアーセパレータ部分の横断平面図である。

【図１９】本発明の第１２の実施例に係る軸流ファンの
要部縦断側面図である。

【図２０】本発明の第１３の実施例に係る軸流ファンに
おけるエアーセパレータ部分の断面斜視図である。

【図２１】図２０に示した本発明の第１３の実施例に係
る軸流ファンにおけるエアーセパレータの縦断面を上流
側から見た図面である。

【図２２】本発明の第１４の実施例に係る軸流ファンの
要部縦断側面図である。

【図２３】本発明の第１５の実施例に係る軸流ファンの
要部縦断側面図である。

【図２４】本発明の第１６の実施例に係る軸流ファンの
要部縦断側面図である。

【図２５】本発明の第１７の実施例に係る軸流ファンの
要部縦断側面図である。

【図２６】従来のエアーセパレータ付き軸流ファンの要
部縦断側面図である。

【図２７】図２７のＩ−Ｉ断面図である。

【符号の説明】

１…動翼、２…ケーシング、３…エアーセパレータの外
壁、４…エアーセパレータの側壁、５…エアーセパレー
タ、６…流路、６ａ…流路入口部分、８ａ〜８ｄ…気
流、９…主流、１２…内ケース、１６…整流ベーン、１
６ａ…整流ベーンの内縁、１９…部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高田 昭 茨城県土浦市神立町603番地 日立土浦エ ンジニアリング株式会社内

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回動可能な回転軸と共に回転するハブと、
   このハブの外周上の円周方向に間隔をおいて設けられた
   複数枚の動翼と、この動翼の下流側に円周方向に間隔を
   おいて設けられた複数枚の静翼と、環状の半径方向突起
   状に形成されたエアーセパレータを有し前記動翼と静翼
   とを囲むケーシングとを備えた軸流ファンにおいて、 前記エアーセパレータは、前記動翼の先端側の流れをこ
   の動翼の上流側に導く流路を形成する２つの側壁部材と
   この側壁部材間を連結する外壁部材と、この流路内に突
   出した整流ベーンと、この整流ベーンを周方向に連結す
   る連結部材とを有し、この整流ベーンは前記流路の入口
   側部において、内縁が前記ケーシングの内径よりも半径
   方向外方に後退していることを特徴とする軸流ファン。
2. 【請求項２】回動可能な回転軸と共に回転するハブと、
   このハブの外周上の円周方向に間隔をおいて設けられた
   複数枚の動翼と、この動翼の下流側に円周方向に間隔を
   おいて設けられた複数枚の静翼と、環状の半径方向突起
   状に形成されたエアーセパレータを有し前記動翼と静翼
   とを囲むケーシングとを備えた軸流ファンにおいて、 前記エアーセパレータは、前記動翼の先端側の流れをこ
   の動翼の上流側に導く流路を形成する２つの側壁部材と
   この側壁部材間を連結する外壁部材とを有し、この外壁
   部材は、周方向一部が切り欠かれた複数の管状部材を連
   結して形成され、この各々の管状部材の周方向一端部は
   前記流路に延在し、この延在した端部を周方向に連結す
   る連結部材を備えたことを特徴とする軸流ファン。
3. 【請求項３】回動可能な回転軸と共に回転するハブと、
   このハブの外周上の円周方向に間隔をおいて設けられた
   複数枚の動翼と、この動翼の下流側に円周方向に間隔を
   おいて設けられた複数枚の静翼と、環状の半径方向突起
   状に形成されたエアーセパレータを有し前記動翼と静翼
   とを囲むケーシングとを備えた軸流ファンにおいて、 前記エアーセパレータは、２つの側壁部材と、この側壁
   部材間を連結する外壁部材と、側壁と外壁とで形成され
   た流路内に突出した少なくとも一方の側壁部材に固定さ
   れた複数の整流ベーンと、この複数の整流ベーンの各々
   の端部を周方向に連結し、２つの側壁間に配置された連
   結部材とを有し、この整流ベーンの内縁は前記連結部材
   の下流に形成される開口部側において、前記ケーシング
   の内径よりも半径方向外方に形成されていることを特徴
   とする軸流ファン。
4. 【請求項４】前記整流ベーンの内縁は、下流側にいくに
   従い半径方向外方に後退していることを特徴とする請求
   項１ないし３のいずれか１項に記載の軸流ファン。
5. 【請求項５】前記動翼は、前記回転軸の軸方向となす取
   付角度を運転流量に応じて変更可能であることを特徴と
   する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の軸流ファ
   ン。
6. 【請求項６】前記整流ベーンの内縁は、低流量運転に設
   定したときの動翼位置に対峙する部分以外が前記ケーシ
   ングの内径より半径方向外方に後退していることを特徴
   とする請求項５に記載の軸流ファン。
7. 【請求項７】前記整流ベーンの内縁が下流側にいくに従
   い半径方向外方に後退していることを特徴とする請求項
   １ないし６のいずれか１項に記載の軸流ファン。
8. 【請求項８】前記整流ベーンの流路入口部分は、動翼の
   回転方向と逆方向の反りを有し、かつ、前記動翼が回転
   軸の軸方向となす取付角度より、前記整流ベーンが回転
   軸の軸方向となす角度が大きいことを特徴とする請求項
   １ないし７のいずれか１項に記載の軸流ファン。
9. 【請求項９】前記整流ベーンの内縁の位置を、前記連結
   部材と一方の側壁部材との間において整流ベーンの両表
   面に作用する圧力差に応じて、前記連結部材から前記一
   方の側壁部材にいくにしたがって変化させたことを特徴
   とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の軸流フ
   ァン。
10. 【請求項１０】前記連結部材は、翼型断面形状を有する
    ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記
    載の軸流ファン。
11. 【請求項１１】前記連結部材を、管状の部材と板状の部
    材から形成し、翼型を模擬した形状としたことを特徴と
    する請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の軸流フ
    ァン。
12. 【請求項１２】前記エアーセパレータの縦断面形状を下
    流にいくに従い大径となる台形状に形成したことを特徴
    とする請求項１又は２に記載の軸流ファン。
13. 【請求項１３】ハブから動翼の先端までの長さをＨ、整
    流ベーンの内縁の最小径位置と最大径位置との差をｄと
    したときに、ｄ／Ｈで表される量が０．０７以上０．１
    ３以下であることを特徴とする請求項１ないし１２のい
    ずれか１項に記載の軸流ファン。
14. 【請求項１４】軸流ファンの動翼の前縁側先端と対峙し
    て入口を、動翼上流に出口を夫々有する環状の流路を形
    成する２つの側板部材とこの側壁部材間を連結する外壁
    部材と、この側板の少なくとも一方に固定され前記流路
    の入口側に延在する複数の整流ベーンと、この複数の整
    流ベーンを周方向に連結する連結部材とを備え、軸流フ
    ァンのケーシング外周に設けられるエアーセパレータで
    あって、前記整流ベーンの高さが流路入口側で流路出口
    側よりも低く形成されていることを特徴とするエアーセ
    パレータ。
15. 【請求項１５】軸流ファンの動翼の前縁側先端と対峙し
    て入口を、動翼上流に出口を夫々有する環状の流路を形
    成する２つの側板部材とこの側壁部材間を連結する外壁
    部材とをそなえたエアーセパレータにおいて、 前記外壁部材は、周方向一部が切り欠かれた複数の管状
    部材を連結して形成され、この各々の管状部材の周方向
    一端部は前記流路に延在していることを特徴とするエア
    ーセパレータ。