WO1992016751A1

WO1992016751A1 - Ventilateur a disque multicouche avec pales

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Publication number: WO1992016751A1
Application number: PCT/JP1992/000312
Authority: WO
Inventors: Hisato Haraga; Yasuo Hamada; Katsushi Akamatsu
Original assignee: Toto Ltd.
Priority date: 1991-03-15
Filing date: 1992-03-13
Publication date: 1992-10-01
Also published as: DE69211924D1; EP0529099B1; US5427503A; CA2082949A1; ATE140063T1; EP0529099A1; EP0529099A4

Description

明細書翼付多層円板ファン技術分野本発明は、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。背景技術従来、静粛運転可能なファンの一形態として、実開昭 54-896 02号公報に記載されている翼付多層円板ファン Xがある。

かかる翼付多層円扳ファン 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。

そして、罨動モータ 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。

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。

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、スぺーサ一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。

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。

即ち、図 26から明らかなように、翼 105 は全て、その外周方商先端（翼出口部先端）を、環状円板 104 の外周緣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。

さらに、舌部以外でも、この大ぎな速度歪の均一化の過程で環状円板 104 の外周緣に乱れが生じ、乱流騒音が発生していたまた、環状円板 104, 104 間を流れる空気流 106 のうち、翼 10 5後方の空気部分が剝離し、剝離域 108 が形成され、この剝離の影響により円板外周緣に乱流域 107 が生じ、乱流騒音が発生していた。

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 104 の内周縁部まで伸延している。

そのため、 ①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 の内側先端サクシヨン面での減速比が大きい、 ②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 の内側先端サクシヨ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、これも剝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。

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、風量の增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。発明の開示本発明は、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倒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。

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、環状円板の内周緣ょ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。

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、環状円板の外周緣ょ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、環状円板の内周緣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。

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。

① 翼の環状円板の外周緣より内側に位置させた距離を、以下の式で表される値としている。

式中、

ί：翼間ピッチ（mm)

Vu , : 翼外側先端半径における流体の接線方向速度 On/s) Vr , : 翼外側先端半径における流体の半径方向速度 On/s)

② 翼の環状円板の内周緣より外側に位置させた距離 S_zを、環状円板の翼内側端半径 r₂との閬係において、 0. 025 < S₂/r ₂ < 0. 125としている。 ③ 翼の取付方向を後向き翼としている。

④ 翼の最内端と最外端とを結ぶ線， 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と力翼の内側先端でなす角度、すなわち迎角を、 20° ±15。としている。

⑤ 翼間の円周方向ピッチ角 o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/?との閩係を、 0.5 < β /な < 1としている。

⑥ 環状円板間の間隙 5を、以下の式で表される値としている。

6

0.8 < < 4.0

% ( V I ω) ^ζ

式中、

V -動粘性係数 0»²/s)

6> =角½度 (rad/s)

⑦ 環状円板間の間隙を、以下の式で表される値としている。

ω , · δ

200 < ( =Re ) く 3000

V

式中、 2 · π · r_z · n

u =環状円板 (24)の内周速度 = ( m/s)

60

ω, -空気と環状円板との入口部相対速度（m/s)

V -動粘性係数（m²/s)

Re-レイノルズ数図面の簡単な説明

図 1は本究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、図 2は同断面側面図、図 3は図 2の I— I線による横断面図、図 4は環状円板の斜視図、図 5は翼の斜視図、図 6は環状円板の外周緣における空気流の流速を示す説明図、図 7は翼付多層円板ファンの比騒音値を示すグラフ、図 8は実施例 2に係る翼付多層円板ファンの断面正面図、図 9は翼付多層円板ファンの比騒音値を示すグラフ、図 1 0は実施例 3に係る翼付多層円板フアンの断面正面図、図 1 1は実施例 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、図 1 2は不適切な翼の後方迎角を示す説明図、図 1 3は不適切な翼の後方迎角を示す説明図、図 1 4は迎角と比騒音との関係を示すグラフ、図 1 5は不適切な翼の後方迎角を示す説明図、図 1 6は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、図 1 7は後方迎角を有する翼の変容例の説明図、図 1 8は後方迎角を有する翼の変容例の説明図、図 1 9は実施例 5に係る翼付多層円板ファンの要部拡大説明図、図 2 0は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、図 2 1は実施例 6に係る円周速度等と比騒音の関係を示すグラフ、図 2 2は実施例 7 に係る環状円板間の間隙を流れる空気流の説明図、図 2 3は空気流の流れを示す説明図、図 2 4はレイノルズ数と比騒音との閬係を示すグラフ、図 2 5は従来の多層円板ファンの断面側面図、図 2 6は図 25の I I - I I線による断面図、図 2 7は環状円板上の空気流の流れを示す説明図、図 2 8は環状円板間の空気流の速度分布を示す説明図である。発明を実施するための最良の形態以下、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。

(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の外周緣より距離 S ,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。

図 1〜図 3に示すように、翼付多層円板ファン Aのファンケ一シング 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。

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、モータケ一シング 15に固定されている。

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の出力蚰 22に連結されている。

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。

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。

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。

なお、一定の間隙とは、間隙が等しい場合のみならず、等しくない場合も含む。

環状円板 24は、図 3に示すようにドーナツッ形状を有しており、一定円周ピッチで、後述する連結ビン 26を揷通するための挿通孔 27を設けている。

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。

—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を挿通するための揷通孔 28を設けている。

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、それぞれの揷通孔 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、連結ビン 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の外周緣から一定距離 S ,だけ内側に位置させている。

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後方の剝離による乱れ 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。

また、外周縁までの一定距離 S ,間で面転する環状円板 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、干涉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。

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 S ,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。

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。

式

ί：翼間ピッチ（mm)

Vu,: 翼外側先端半径における流体の接線方向速度（m/s) Vr_{I :} 翼外側先端半径における流体の半径方向速度（m/s)

ここで、翼間ピッチ £, 流体の接線方向速度 V_Ul 及び半径方向達度は、それぞれ、以下の式で求めることができる。

式中、

r_{i :} 翼外側先端半径 (mra)

Z : 翼枚数

Vu, A

一 ( 1 )

12π R² 12ττ

J /A

x e (3) 式中、

u ,：翼外側先端半径における環状円板 24の周速度 (m/s)

= 2 Tr r.n / 60

η ：環状円板 24の回転数 (rpm)

A: 無次元流量（= q ノ _ri ^z)

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（tn)

V：動粘性係数（m²/s)

：環状円板入口の半径（m)

R ; r,/ ri

q

Vr, = (4)

2 TL X, - δ

上記した基本式（1) において、（S,/^ ) は、図 6に示すように、距離 S,による流速分布の緩和に閬係する値であり、（ V u,/ VrJ は接線方向速度による空気の混合効果である。

ところで、図 7に、上記した（S,/£ ) · ( Vu,/ Vr,) " ³ を横釉に、比騒音値 k_s (dB(A)) を縦軸にとった場合のダラフを示す。

なお、比騒音 k_s は、 k_s = Lsp-10 log QP²で求められる値である。

ただし、

Q：送風機の風量〔m³/s: P ：送風機の圧力へッド〔翻 Ag〕

L_SP：送風機の音圧レベル〔dB(A) 〕同グラフから明らかなように、 0.3 < H) · ( Vu,/

Vr,) ^1/3 <1.2 の場合に、比騒音 k_s は低減されており、特に、 0.5 < i /SL) · ( Vui/ Vr, ) ^1/3 <1.0 とした場合に、比騒音 k_s は低滅された。

この結果から：距離は翼間ピッチ、翼外側先端半径における流体の接線方向速度 V_Ul および半径方向速度，によって関係づけられ、翼間ピツチに対しては小さい方が好ましく、また V_ri に対して V'_Ul が大きい方が好ましい。

しかし、 S,を大きくとりすぎると、翼弦長が短くなつてしまうため、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つてしまう。その結果関係式において最適範囲が存在する。

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扳ファン 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。 '

まず、使用者が図示しない作動スィツチを押すと、ファン駆動モータ 21とヒーター 39が作動する。

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、ヒータ一 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。

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 S ,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 の外周緣 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滅でき、静粛な運転が可能となる。

(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。

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 の内周緣側のみに、剥離による乱流防止を図つている。

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の内周緣 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。

このようにすることによって、環状円板 24の内周緣側に生じやすい、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 S_z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。

ところで、上記した翼 25の内側先端部 25b から環状円板 24の内周緣 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。

0.025 < S₂ / r₂ < 0.125 ( 5 ) 式中、

Τ ζ ：翼内側先端半径（,）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 I 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。

なお、比騒音 k_s は、実施例 1と同様に、. k_s = L _{S P}- 10 log QP² で求められる値である。表 1

上記した表及び図 9に示すグラフから明らかなように、 0.02 5 < ( S₂/r₂ ) く 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 を効果的に低滅することが判明した。

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 S_z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の弦長が短くなつてしまうため、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 が大きくなつてしまう。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。

(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 ί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 Αと同一構成又は部材は同一の符合で示す。

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 の内周緣側のみならず、外周緣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。

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の外周緣 24a より距離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の内周緣 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 _e

かかる構成とすることによって、環状円扳 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。

(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。

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。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 24 , 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。

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の酒転方向と反対方向に後退させた後退翼としている。

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つて流れるが、流体が翼から出ると、環状円板 24の壁面摩擦によつて逆に滅速されロスを生じるからである。

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。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 0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。

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 とを結ぶ線しとが、各環状円板 24の入口側でなす取付角度を 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 _c

取付角度を 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 0を最大角 35 より大きくした場合、サクシヨン面 k3に空気の剝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つたり、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。

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 _c

まず、以下の式（6 ) ( 7 ) より、翼付多層円板ファン Aのフ rンマ'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。

[周方向速度（Vu— U) ]

= 1 一 + ( 1)

12 π (r/_ri )^z 12 π (τ/η )²

X e ^125t - °- ^<r/ri^{) /A} (6) 上式（6) で求めた Vuから周方向速度（Vu — U) を求める。

[半径方向速度 V_r 」

ベルヌーィの連続の式より、

V_r = q/2 π r 5 ( 7 )

上記した式（ 6 ) ( 7 ) より、環状円板 24上の一点における Δ t秒後の空気の位置は、 x = x。 +A t V_r , y = y。 +厶 t ( Vu · U) として求められる。なお、 Δ t ^ 0である。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つて軌跡 Rを容易に求めることができる。

上記した式中、

A 無次元流量（ = q 6 D / V r i ²)

任意半径における空気の周方向速度 mZs

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 mZs 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 m ³ / s r ：任意半径 m

r i ：環状円板入口の半径 m

：動粘性係数 m^z / s

：粘性係数 kgs / m ^z ところで、下表（表 2) に、取付角度（迎角） 0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。

表 2

ί

迎角比騒音 k_s

5° 42.5

10.5° 42

27.5。 42

35。 42.5

45^c 47 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 ° く Θく 35° の場合に比騒音は低滅されており、特に 10.5° く Θ < 27.5 ^c とした場合に比騒音 k_s を効果的に低滅することができた。

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 0を 20° ±15° にしたことを特徴とするものがある力、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。

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。

(実施例 5 ) 本実施例は、図 19に示すように、翼 25,25 間の円周方向ビッチ角と、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, のなす角との関係を、 0.5 < β/α< 1 としている。

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

即ち、 β/αを Q.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^ 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 - 風圧が極端に滅少するからである。従って、最適範囲が存在する。表 3

(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 Αにおいて、環状円板 24，24 間の間隙 <Jを空気の動粘性係数と環状円板 24の角速度との閬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、 Bre i ter らは、環状円板間の最適すきまを、 6

= 1 ( 8 )

π ( ν I ω) 1 /ζ 式中、

ν =動粘性係数（m^z/s)

ω =角速度 (rad/s)

で与えている。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。

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 ( / ω) ^,/ζ 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滅することができた。

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 間の最適間隙が大きくなつたのは、間隙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。

(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 間の間隙を決定することを特徴とする。

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。

し力、し、図 22 (a) に示すように、環状円板 24, 24 間の間隙が広すぎる場合は、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。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について考察したところ、環状円板 24, 24 間の間隙 <?をレイノルズ数 Reとの閬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。

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

即ち、いま、環状円板 24, 24 の枚数を B、風量を Q (mVmin ) 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。 Q

0) m

入口部では、空気は周方向に完全にすべるとすると、

2 π η

ω (10)

60 ω , -V ω 十 w_u (11) これより、レイノルズ数 Reと環状円板 24，24 間の間隙 5との関係は、以下の式で求められる。 ω 1 · 6

Re = (12)

V

±記式において、各記号は、それぞれ以下を示す。

ω_η1: 空気の入口部相対角速度

o)_ul：空気の入口部周角速度

ω , ：空気の入口部相対速度

V ：空気の動粘性係数

T 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 間の間隙を変えて実験を行った結果を図 24 のグラフに示す。

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。 ω - 6

200 < ( = Re ) く 3000 (13) 以上説明してきた構成により、本発明は、以下の効果を奏する。

即ち、本癸明では、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倒端の少なくとも一方を、環状円板の内周縁又は外周緣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剝難によつ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。

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。

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。

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、乱流騒音および干涉騒音が低滅でき、静粛な運転が可能となる。

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。

Claims

請求の範囲

1. 互いに一定の間隙（<n 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)の外周緣より一定の距離 (S ! )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. 互いに一定の間隙（(Π 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. 互いに一定の間隙（<? ) 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 (SJだけ内倒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. 距離を、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。

0.3 <

< 1.2 式中、

£：翼間ピッチ（）

Vu,: 翼外側先端半径における流体の接線方向速度（m/s) Vr_{1 :} 翼外側先端半径における流体の半径方向速度（m/s)

5. 距離 (S₂)を、環状円板 (24)の翼内側端半径 (_Γ2)との関係において、 0.025 <S_z/r_z <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. 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. 翼 (25)の最内端と最外端とを結ぶ線 (L) と、璟状円板 (2 4) (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)の内倒先端でなす角度である迎角（）を、 20° ±15^β 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. 翼（25) (25)間の円周方向ピッチ角（or) 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) ( ）のなす角（）との関係を、 0.5 <^/o < 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. 環状円板 (24) (24)間の間隙（）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 <

δ

0.8 < < 4.0

% ( V / ω) ^ϊ/ζ

式中、

V -動粘性係数（_m ²/s)

ω=角速度 (rad/s)

10. 環状円板 (24) (24)間の間隙（5) 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。

ω I - δ

200 < ( =Re ) < 3000

V

中

o)_t -空気と環状円板との入口部相対速度（m/s)

V -動粘性係数（mVs)

Re -レイノルス'数

補正された請求の範囲

【1992年 7月 8日（08.07.92)国際事務局受理;出願当初の請求の範囲 1— 10は補正された請求の範囲に Sきかえられた。（3頁)】

1. 互い oに一定の間隙（<? ) を保持した多数の環状円板 (24)

3

を積層すること V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（S , )だけ内側に位置するように構成して Vなる翼付多層円板ファン。

2. 互いに一定の間隙（<Π 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

ぐ

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 2の距離 (S_z)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. 互いに一定の間隙（5 ) 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 (S , )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 (S_z)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. 距離 (S, )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 c

1 / 3 式中、

ί：翼間ピッチ（mm)

V_{U i} : 翼外側先端半径における流体の接線方向速度（m/s) Vr _{1 :} 翼外側先端半径における流体の半径方向速度 On/s)

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 く S_z/r₂ く 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. 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. 翼 (25)の最内端と最外端とを結ぶ線 (いと、環状円板 (2 4) (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 (β) とが、翼 (25)の内側先端でなす角度である迎角（<? ) 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

8. 翼 (25) (25)間の円周方向ピッチ角（or ) 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 ₃) (し）のなす角 ( β ) との閬係を、 0.5 く Z orく 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。

S. 環钛円扳 (24) (24)間の間隙（を、以下の式で表される値としたこ上を特徴とする請求項】〜 8記載の内、いずれか 00

の請求項記載の翼付多層円板ファン<

0.8 くく 4.0

π ( V / ω) ^{ι ζ}

ψ

ν =動粘性係数 n²/_S)

ω=角速度（rad/s)

10. 環状円板 (24) (24)間の間隙（ ) 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〗〜 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。 ω I - 0

200 < ( =Re ) く 3000

V

式中、

>_; =空気と環状円板との入口部相対速度 n/s)

V =動粘性係数（πι²Λ)

Re =レイノルズ数

11. (追加）翼 (25)を等角斜像形状に形成したことを特徴とする請求項 1〜10記載の内、いずれかの請求項記載の翼付多層円板ファン。

12. (追加）翼（25)を流線形状に形成したことを特徴とする請求項〗〜 10記載の内、いずれかの請求項記載の翼付多層円板第 19条に基づく説明書

1. 捕正した請求の範囲第 11項及び第 12項において、翼は等角斜像形状や流線形状に形成されていることを明らかにした。かかる翼形状は、図 3を始めとして、図 5、図 6、図 8、図 10. 図 11、図 12、図 13、図 15、図 16、図 17、図 18、図 19等に明確に記載されている。

また、かかる翼形状によって、多層円板ファンによって生成される空気流を滑らかな対数螺旋とすることができ、剝離による生る乱流を効果的に抑止することができ、しかも、環状円板の外周緣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滅でき、静粛な運転が可能となる。