JPS61502267A - ファン及びハウジング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ファン及びハウジング 発明の背景 本発明は熱交換器を介して空気を移動するために使用するファンに関する。

一般にこのようなファンは電気式モータ又はエンジンなどによって軸線周りに回 転するハブと、該ハブから半径方向に伸長する複数のブレードと、を有している 。これらのグレードは回転時に空気を送り込む角度に適当の位置に据えてあり、 この空気は、もし熱交換器がファンの高圧（下流）側にある場合には熱又換器を 介して吹出され、もしファンの低圧（上流）側にある場合には熱交換器を介して 引出される。

ファンによって発生した空気流はがなり複雑である。

ブレードが回転すると空気はＳ線に対し傾斜した方向（例えばファンの半径方向 面とファンの轄線とのなす角度方向）へ駆動される。こうしてファン排気はブレ ードにより付与された軸線方向成分と回転方向成分とを有する。またモータを支 承している支柱も空気流を偏向させる。更にファンブレード先端に発生するうす 流が空気流を複雑にしている。

多くの場合これらの効率減少要素の１つ又はそれ以上がかなり高い設計費用を発 生させている。なぜならより多いファン回転動力及び／又は付加的設計及び製造 特性を必要とするからである。

マクマーハンの米国特許第２，１５４，３１３号は熱交換器を通る空気を吹き出 すファンを開示している。、翼はファンブレードの下流側に位置づけてあり、フ ァンブレードを出る空気流を半径方向に偏向することによって半径方向位置差に よる速度変動を訂正している。この半径方向に、より均一である空気流速度は熱 交換器の効率を改良するためのものである。

コックの米国特許第２．６２８，０１９号は、空気流を集中するための翼を持つ 自由取付ファン（フリー・スタンデングファン）を開示し、速度を維持しかつ拡 散を減じている。

グレイの米国特許第４，３５８．２４５号は、ラジェータを介して空気を引出す ファンを開示している。このファンはブレード先端周辺の周辺バンドと、ファン の外縁周辺の空気の再循環を減少する支柱と、を有している。

本発明は、バンドの半径方向外側に位置づけられかつそこから下流に伸びている 空気案内ハウジングを備えた、円周方向に結束されたファンを特徴とする。複数 の細長い固定部材がハウジング刀為ら半径方向内方にファンブレードから下流に 伸び、この固定部材は回転するファンブレードにより空気流へ付与される回転方 向成分を除去している流れ制御面を有している。固定部材の前後縁を結ぶ線はブ レードを起動している空気流とある角度を形成している。この角度は前後縁を結 ぶ線とファンの軸線との間の角度に実質的に等しい。ここで使用する前後縁（端 ）を結ぶ線とは、固定部材の前縁（端）（上流）の中心を固定部材の後縁（端） （下流）の中心へつなぐ線をいう。

好ましい実施例においてはファンモータはファン−１回転させ、少なくともいく つかの固定部材がファンモータを支承するために使用されている。このファンは 上流の熱交換器を介して空気を引出し、ハウジングが熱交換器の周辺まで上流に 伸びている。空気流制御面は凹みをなしている。即ち、表面は曲状をなし、それ に垂直な線は回転するブレードが初めにあう固定部材の側に収斂している。異な る半径部及び／又は周辺位置における空気流方向の変動を考慮するために、固定 部材表面の前後縁を結ぶ線／ファン軸線の角度は対応する半径及び周辺変動によ って設計されつる。または前後縁を結ぶ線／ファン軸線の角度は均一に保持され 、空気流速度が最大となる部分にこの前後縁を結ぶ線／空気流方向角度を整合さ れる。固定部材表面の合計面積はファンブレード表面積の少なくとも３０％であ る。固定部材は０，０６〜０，１８の上反り７弦の比をなすように反っている。

固定部材の数はファンブレードの数の偶数倍とならないように制御される。

ファンの結束はファンが先端とハウジングとの間の空隙にかなりゆるい公差を有 する場合でも先端うずを効果的に減じる。この先端うずの減少は、正味の効率を 増大すると共に上記のようなファンブレード出力に適合した曲状固定部材でもっ て空気流を制御することを可能ならしめる上で重大である。

ファン効率は次の理由で改良されている。

１）空気流の回転方向成分の除去が無駄な回転エネルギとして消費されるエネル ギを減じ、こうして固定部材が第２フアンへ実際上提供している正味の推力（負 の抗力）を与えていること。

２）ファン／ステータ組立体を横切る合計圧力差が、ブレ・−ドを横切る圧力差 及び固定部材を横切る差の合計である。よってこのブレードを横切る差は固定部 材なしの場合のファンのためのものより少なく、こうしてファンのバンド周辺の 循環部から失われる効率が減じられること。

３）更に半径方向に伸びている公知のモータ支承アームからの抗力の除去がファ ン効率を増大していること。

４）ファンが熱交換器を介して空気を吹き出すものの場合、その軸線方向に指向 された排気から回転方向成分を減じたものが熱交換器を介する、より円滑な流れ のために勝れた熱伝達及び効率を提供していること。

特に望ましい実施例では、この発明は結束したファン及び熱交換器ハウジングを 使用したプラスチック製のモータ支持体を特徴とする。このプラスチック製支持 体はかなり大きい表面積（ブレード表面積の少なくとも３０％）を有しまた下記 の理由の故に勝れた効率を提供するのである。この改良はファンモータ支持体が ファンの空気流を横切らねばならないため驚きであり、また空気流動抵抗及び乱 流を減じるため該支持体の表面積を減じることが望ましいこと勿論である。

またこのプラスチック製のモータ支持体の改良された効率は、ファンバンドとハ ウジングとの間の空隙に公差により収容されねばならない振動及び運動の量を減 じるためにモータを剛的に支持することが望ましいので驚きであり、大きい間隙 は多くの逆流を生じ、ファン効率を減じるのである。

プラスチックは金属より軽いが、プラスチック製モータ支持体に強度及び耐久性 の損失を受げる。特にりＩＪ−プに対するプラスチックの傾向は、ファンとハウ ジングとの間隙の増大を要し、またファン支持体の面積を減じる上記要求は、フ ァンの安定性の問題を悪化させる。特にかなり少ない支持体の使用をする限りに おいては該支持体間の円弧を増大しねじり及び振動に対する抵抗を減じる。

かなり大きい表面積を持つモータ支持体を使用し、かつ空気流方向とファン軸線 とで等しい角度を形成している前後縁を結ぶ線を有するようこれらの支持体を位 置づけることによって、本発明は、実際に効率を増大する強固な軽量プラスチッ クモータ支持体を提供できるのである。

本発明の他の特徴及び利点は図面及び望ましい実施例に関する下記記載及び請求 の範囲の記載から明白となる第１図は第２図の線１−１に沿ってみた一部破断の 側面図、 第２図は上流の熱交換器を介して空気全引込んでいるファンの一部破断の上流を みた図、 第３図は第１図のファンのブレード及び固定部材の図解断面図、 第４図は第５図の線４−４に沿ってみた一部破断の側面図、 第５図は下流の熱又換器を介して空気を吹込んでいるファンの一部破断の下流を みた図、 第１図は例えば自動車の熱又換器１８を介して空気を（左から右へ）引く自動フ ァン装置を示す。このファンは＠１４を介して円筒形のファンハブ１２の中心へ 接続された電気式モータ１０を有している。ファンの軸線は矢印Ａで示す方向で ある。ファンは矢印Ｒで示す方向に回転するよう設計されている。このファンは 複数（例えば７枚）のブレード即ち羽根１６（第２図）を含んでいる。これらの 羽根１６は適当な形状でよいが好ましくは同一人の米国出願第５４４９８８号（ １９８３年１１月８日出願）に記載のように後方へねじられている。別にこの羽 根は米国特許第４．３５８，２４．５号のように前方へ、ねじられていてもよい 。

第２図において羽根１６の先端は軸＠Ａ周りに同心をなしている周辺バンド２０ へ取付けられている。バンド２０の嘴造及び空気力学は米国特許第４３５８２４ ５号に詳細に示されている。羽根１６は空気流変向面１７を有している。

ハウジング２２がラジェータ１８の周辺から羽根１６０面の後方位置まで軸線方 向に伸長している。複数の例えば１８個の細長い固定部材２４がノ〜ウジング２ ｚの後方からファンと同軸に位置づけられた円筒形モータ取付部２６まで半径方 向内方に伸びている。これらの固定部材２手は空気流変向面２５を有している。

第３図は軸線Ａに関するファンの羽根１６と固定部材２４との位置を図式的に示 したものである。羽根１６がＲ方向に回軸するので生気は、＠線Ａに対し角度Ｔ でＡＤの方向へ排出でれる。角度Ｔの大きさは、ファンの回転速度、羽根１６の 方向、ノ・ブ１２からの半径方向距離、に依存する。

第３Ａ図は、流れ制御面の前方後方線（ＬＮＴ）が角度ることを示す。面２５に 対する角度百における空気流は性を含む種々の要素によりかかる正確な関係全維 持する、１拷昭６１−５０２２６７　（４） ことは可能ではないが上記角度関係から１０″以上の離散はさけることが望まし い。しかし本発明の利点はその離散がこれより僅かに大きい例えば１５＠　のと きでも得られる。

固定部材は羽根排出空気流の方向に関し上記のように方向ずけられるべきである 。この方向はファン負荷及びファン羽根角度に依存している。こうしてファンの 負荷が僅かなときには羽根排出方向は軸線から約１５°をなし−１フアン負荷が 犬なるときは４５°又はそれ以上となすことができる。

固定部材を位置づけかつ設計する段階では、所定のファン半径に沿う各点及び所 定半径を有する各円周点の双方での空気流排出速度及び方向を検討する。２方向 ピトー管又はＴ字形ホットワイヤのような適当な装置がこの目的のために使用出 来るのである。この排出角度は半径方向に及び／又は円周方向に変動出来、最大 の空気流動速度がファンの特定の半径方向及び／又は円周域にて発生する。もし 各固定部材が同一の曲率を有していてその曲率がこれらの部材の長さに沿った全 ての点で均一であるなら、その曲率は、なされる仕事が最大となる点にて本発明 の利点を得るために最高速度域にて上記前榎線角度関係が得られるように配置さ れるべきである。また別に、固定部材表面曲率が半径方向及び／又は円周方向に 変更されることが出来、これにより上記角度に関する相関関係が全ての又は大部 分のファン排出において得られ前縁と後縁との間で固定部材２４が上反りになっ ており強度及び性能を改良している。好ましくはこの上反り量７弦の比率（即ち 弦の長さと、固定部材の作業面２５へ伸びている弦に垂直な長さと、の比率）は ６％〜１８％の間にある。この部材の形状は、曲状の板形状か又は前縁及び／又 は後縁に縮減厚みを有するエアホイルハウジングである。

騒音を制御するために固定部材の数は、ファンブレードの数の偶数倍でないよう に制御されるべきである。更にこの固定部材はその通過ファンブレード（ｐαｓ ｓｉｎｇｆａｒ　ｂｌａｄｅ）の半径方向プロフィ／’線（／１−ａｄｉａｌｐ ｒｏｆｉｌｅ　１ｉｎｅ）に重なるように位置づけられ得ない半径方向プロフィ ル線（即ち固定部材の弦の中間点に接触する線）を持つ。然してもしこの羽根部 ちブレードが曲がっているなら（米国特許第４，３５８，２４５号又は米国特願 第５４９，９９８号参照）固定部材は半径方向には真直をなすであろう。ブレー ドが曲がっていない（半径方向に真直）場合には、固定部材を曲げることが望ま しい。

固定部材はファンモータを支持できる程に十分強くなっている。該部材の数及び 幅を考えたときに、その合計面積は所望の改良を得るためにファンブレード面積 の少なくとも３０％とすべぎである。もし所望なら固定部材の合計面積はファン ブレードの面積を越えることができる。

固定部材は、ファンブレードの下流に固定部材の弦の長さの少なくとも２はなし て位置付け、ファンと固定部材との間の相互作用による騒音を最小化している。

　、ハウジングは固定部材の半径方向外方端から上流に伸びている。特にこのハ ウジングは固定部材がファンブレードのバンドと同軸をなす円筒形部分にて終る ように形成されている。ハウジングとバンドとの間の軸線方向間隔はデザインコ スト及び間隙に矛盾がないよう最小とすべきである。通常この間隔はファン半径 の約２％とすることができる。本発明の利点は、種々のファン特性により生じる 空気流の安定性が過度の性能低下を生じることなくより大きいハウジング−ファ ン間隔で可能であるということである。ハウジングが後方に伸びると、熱又換器 の周辺からプＶ−ドバンド及び固定部材の周辺まで内方に向って先細になる。

構造的には、ハウジングと固定部材とは全ファン組立体を支持している。即ちハ ウジングは（例えば熱又換器により）外的に支持されており、固定部材はファン モータを支持しており次いで該ファンモータはファンハブ（′ブレード即ち羽根 及びバンドを支持している。特に固定部材はファンモータが取付けられているフ ァンモータ取付ｓ３４にある半径方向内端部にて終っている。

製造 ハウジング及び固定部材は、ガラス又は無機物充填のナイロン又はポリプロピレ ン等の射出成形プラスチックで製造されている。ファンノ１ブブレード及びバン ドは同様な方法で作られる。ハウジング及びステータ部材は単体又は２分割体と することができる。

ファンブレードの回転は、軸線方向及び回転方向の同成分を持ち平均するとＡＤ 方向の空気排出方向となる方向に空気を排出する。上反りした固定部材は回転す る方向の成分を細線方向の成分に替え出来るだけ抗力を少なくして空気流をまっ すぐにする。例えば半径方向の空気流の速度変動を同等に扱うようにはしていな い。なぜならそのような扱いは抗力を増しファン効率を損失するからである。

こうしてもたらされるファンからの排出は、はぼ軸線方向をなし、消費されるモ ータエネルギ当りの軸線方向流に関し、増大した効率を提供している。

この装置は例えば自動車のラジェータ及び空気調和器の凝縮器の冷却装置、特に 電気駆動式モータが熱交換器を介して空気を移動するようなものにおいて有用で ある。

かかる装置においては、重大な空間的制限、著るしい価格及びエネルギ効率の必 要性があるものである。

他の実施例 上流の熱交換器から空気を引込む代りに、ファンが下流の熱交換器から空気を吹 き出すのに使用されている。

回転要素の減少は熱交換器を介して流れる抵抗を減じている。こうして熱交換器 の効率を改良している。本発明の他の利点は上に述べた通りである。

、１！ｆ表昭６１−５０２２６７　（５）第４及び５図は、ファンモータ１０′ 、ハウジング２ｚ−固定部材２４’、及び熱交換器１８′を含むファンを示す。

固定部材２４′の下流端はファンの軸線に垂直な面を形成している。これにより これらの部材と熱又換器の上流面との間の空隙を最小化している。他の部品及び 要素は、第１〜３図の実施例で使用した番号にダッシュを付して示している。

その他の実施例は、下記の請求の範囲内に存するものである。

ファン及びハウジング 開示の概要 隣接する熱交換器を介して空気を強制しかつバンドの半径方向外側に位置づけら れかつそこから下流に伸長している空気案内ハウジングを有する周辺方向を結束 したファンが開示されている。複数の細長い固定部材がハウジングから半径方向 内方にかつファンブレードから下流に伸び、かつ固定部材が、回転しているファ ンブレードによって空気流へ付与された回転方向成分を除去する流れ制御面を有 している。これらの面の半径方向中心線における流れ制御面に対する接線はブレ ードを起動する空気流との角度を形成しこの角度は該接線と軸線とのなす角度に 実質的に等しい。

特表昭６１−５０２２６７　（６） ＦＩＧ、５ 国際調査報告 ｂｎａｎｍａ−ａｒ　Ａｅｄｍｔｍｋ　ＰＣＴ／ＩＪＳ８５１００９３５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．モータを支持しかつ熱交換器を介して空気を流動させるフアン及び空気案内 ハウジングの組合せであつて、中央軸線上を回転するよう前記モータヘ接続可能 なフアンハブと、 該ハブから半径方向外方へ伸び、夫々が前記軸線に関して適当の位置へ据付けら れている面を有し、これにより該ハブの回転により該軸線に対し一般に傾むいた 方向に空気流動を起している複数の細長いブレードと、該ブレードの先端を接続 し前記ハブと同心をなして前記軸線周りに伸長している周辺バンドと、該バンド の半径方向外方域から下流に伸びているハウジングと、 前記フアンブレードの下流に位置づけられた複数のプラスチツク製の細長い固定 部材であつて前記ハウジングの半径方向内方からフアンモータを支持する手段ま で伸び、夫々が前記空気流動方向に対し傾むいた流れ制御面を有し、その表面が 少なくとも最大の空気流速廃城において該表面の前後端を結ぶ線が当該線とフア ン軸線に平行な線との間の角度に実質的に等しい角度にて前記流動方向に交差す るように位置づけられかつ成形されていて、該表面が前記フアンブレード表面積 の少なくとも３０％の合計面積を有している複数の固定部材と、を有し、前記流 れ制御面が前記空気流動を軸線方向に偏向させるフアンを空気案内ハウジングと の組合せ。 ２．流れ制御面が凹面をなしている請求の範囲第１項記載の組合せ。 ３．上流の熱交換器へ取付けられるようになつており、ハウジングがバンドから 上流に伸長している請求の範囲第１項記載の組合せ。 ４．下流の熱交換器へ取付けられるようになつており、ハウジングがフアンから 下流に伸長している請求の範囲第１項記載の組合せ。 ５．ハウジングが前記熱交換器に対する取付手段まで軸線方向に伸長している請 求の範囲第１項記載の組合せ。 ６．固定部材が０．０６〜０．１８の上反り量／弦比率を有するように上方へ反 つている請求の範囲第１項記載の組合せ。 ７．固定部材の数が、ブレードの数の偶数（整数）倍でない請求の範囲第１項記 載の組合せ。 ８．ブレードが曲げられ固定部材が曲がつていない請求の範囲第１項記載の組合 せ。 ９．所定のフアン半径に沿う第１域における前記空気流動方向が所定のフアン半 径に沿う第２域における空気流動方向と異なり、前記所定の半径に沿う固定部材 表面の前後端を結ぶ線／軸線角度が変動し、第１域及び第２域双方において該前 後端を結ぶ線／角度が実質的に前記空気流動方向角度に等しい請求の範囲第１項 記載の組合せ。 １０．所定のフアン半径に沿う第１域における前記空気流動方向が前記所定のフ アン半径に沿う第２域における空気流動方向と異なり、空気流動速度が前記第２ 域における空気流動速度より第１域において大きく、前記所定の半径に沿う固定 部材表面の前後端を結ぶ線／軸線角度が一定でかつ第１の前記半径方向域にて実 質的に前後端を結ぶ線／空気流動方向角に等しくなつている請求の範囲第１項記 載の組合せ。 ＩＩ．所定のフアン半径を有する第１域における前記流動方向が前記所定フアン 半径を有する第２域における空気流動方向と異なり、第１域及び第２域の双方に おいて前記所定の半径における前記固定部材表面の前後端を結ぶ線／軸線方向角 度が各域にて経験された夫々の前後端を結ぶ線／空気流動方向角度に実質的に等 しくなつている請求の範囲第１項記載の組合せ。 １２．所定のフアン半径を有する第１域における前記空気流動方向か前記所定の フアン半径を有する第２域における空気流動方向と異なり、空気流動速度が第２ 域におけるよりも第１域にて大きく、少なくとも２つの前記固定部材表面では前 記前後端を結ぶ線／軸線角度が一定で前記第１域における前後端を結ぶ線／空気 流動方向角度に等しくなるよう維持されている請求の範囲第１項記載の組合せ。 １３．前記所定のフアン半径の前記第１域における前記空気流動方向が前記所定 のフアン半径に沿つて位置づけられた第３域の空気流動方向と異なつており、前 記所定の半径に沿う固定部材表面の前記前後端を結ぶ線／軸線方向角度が変動し 、各第１域、第２域、及び第３域において、前記前後端を結ぶ線／軸線方向角度 が実質的に前記各域における前後端を結ぶ線／空気流動方向角度に等しくなつて いる請求の範囲第１１項記載の組合せ。