(57)【要約】【課題】小径の気体流路に対して背圧による逆流を防止し効率良く外気導入できる軸流ファンのアダプタおよび外気導入装置を提供する。【課題を解決するための手段】気体流路入口（４０）の内径よりも大きい径を有する軸流ファンユニット（２）を装着するためのアダプタ（３）は、前記軸流ファンユニットのケーシング（２０）の吐出側に接続される入口端部（３２）と、前記気体流路入口に接続される出口端部（３４）との間に、円錐筒状の流路を画成する外側部材（３０）、前記外側部材の内側に同軸配置され、前記入口端部に位置した大径部（３３ｂ）から、前記出口端部またはその近傍に位置した頂部（３３ａ）に向かう円錐状の内側部材（３３）、および、前記内側部材と前記外側部材との間に放射状に延び、かつ、前記入口端部から前記出口端部に向かって延びる複数の整流板（３１）を備え、前記大径部の直径が、前記軸流ファンユニットのハブ径の９０〜１００％の範囲にある。【選択図】図１
2020133433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体流路入口に、前記気体流路入口の内径よりも大きい径を有する軸流ファンユニットを装着するためのアダプタであって、
前記軸流ファンユニットのケーシングの吐出側に接続される入口端部と、前記気体流路入口に接続される出口端部との間に、円錐筒状の流路を画成する外側部材と、
前記外側部材の内側に同軸配置され、前記入口端部に位置した大径部から、前記出口端部またはその近傍に位置した頂部に向かう円錐状の内側部材と、
前記内側部材と前記外側部材との間に放射状に延び、かつ、前記入口端部から前記出口端部に向かって延びる複数の整流板と、
を備え、前記大径部の直径が、前記軸流ファンユニットのハブ径の９０〜１００％の範囲にある、アダプタ。
【請求項２】
前記複数の整流板は、それぞれが軸周りに同方向の傾斜を有する螺旋状に配向されている、請求項１に記載のアダプタ。
【請求項３】
気体流路を通じて目的空間に外気を導入するための外気導入装置であって、
前記気体流路入口の内径よりも大きい径を有する軸流ファンユニットと、
前記気体流路入口に前記軸流ファンユニットを装着するためのアダプタと、を備え、
前記軸流ファンユニットは、ケーシングと、その内側に配置された軸流ファンと、前記軸流ファンを駆動回転するためのモータと、を備え、
前記アダプタは、
前記ケーシングの吐出側に接続される入口端部と、前記気体流路入口に接続される出口端部との間に、円錐筒状の流路を画成する外側部材と、
前記外側部材の内側に同軸配置され、前記入口端部に位置した大径部から、前記出口端部またはその近傍に位置した頂部に向かう円錐状の内側部材と、
前記内側部材と前記外側部材との間に放射状に延び、かつ、前記入口端部から前記出口端部に向かって延びる複数の整流板と、
を備え、前記大径部の直径が、前記軸流ファンユニットのハブ径の９０〜１００％の範囲にある、外気導入装置。
【請求項４】
前記目的空間が、燃料電池ユニットから排出される水素ガスを外気により希釈するための希釈ボックスである、請求項３に記載の外気導入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸流ファンのアダプタに関し、さらに、燃料電池スタックから排出される水素ガスを希釈する希釈ボックスに外気を導入する軸流ファンのアダプタに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池、例えば、固体高分子型燃料電池では、出力を維持するために、定期的にアノードセル内の不純物を含む水素を排出するパージ処理を行う。この際、高濃度の水素ガス（アノードオフガス）は、希釈ボックス内で外気と混合され、水素濃度を下げてから外気に排出される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５８５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
希釈ボックス内で外気と水素ガスを効率良く混合するためには、希釈ボックス内に水素ガスの吐出方向と交差する方向に外気を吹き込むことが好ましい。その際、比較的小径の気体流路（送風管）の入口に、絞り部を構成するアダプタを介して軸流ファンを接続することが検討されたが、軸流ファンから送出される空気の背圧で空気が逆流し、効率良く外気導入できない問題が生じた。
【０００５】
本発明は従来技術の上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、小径の気体流路に対して背圧による逆流を防止し効率良く外気導入できる軸流ファンのアダプタおよび外気導入装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、
気体流路入口に、前記気体流路入口の内径よりも大きい径を有する軸流ファンユニットを装着するためのアダプタであって、
前記軸流ファンユニットのケーシングの吐出側に接続される入口端部と、前記気体流路入口に接続される出口端部との間に、円錐筒状の流路を画成する外側部材と、
前記外側部材の内側に同軸配置され、前記入口端部に位置した大径部から、前記出口端部またはその近傍に位置した頂部に向かう円錐状の内側部材と、
前記内側部材と前記外側部材との間に放射状に延び、かつ、前記入口端部から前記出口端部に向かって延びる複数の整流板と、
を備え、前記大径部の直径が、前記軸流ファンユニットのハブ径の９０〜１００％の範囲にある、アダプタにある。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る軸流ファンのアダプタは、上記のように、送風に寄与しないファンのハブ部分の下流側に円錐状の内側部材を備えたことで、軸流ファンユニットからアダプタ入口端部を経て出口端部に至る区間の流路断面の変化が緩和されることに加えて、内側部材と外側部材の間の流路が整流板で分割されることで逆流が防止され、圧損を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明実施形態のアダプタを備えた外気導入装置を示す断面図である。
【図２】本発明第１実施形態のアダプタを示す斜視図である。
【図３】本発明第２実施形態のアダプタを示す斜視図である。
【図４】実施例および比較例のアダプタの圧力−風量特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明実施形態に係るアダプタ３および軸流ファンユニット２を備えた外気導入装置１を示している。軸流ファンユニット２は、送風管４（気体流路）の内径よりも大きい径を有しており、流路の絞り部を形成するアダプタ３を介して送風管４の入口４０に接続される。送風管４の他端は、燃料電池ユニットから排出される水素ガスを希釈するための希釈ボックス（不図示）に接続される。
【００１０】
軸流ファンユニット２は、軸方向に扁平な円筒状のケーシング２０と、その内側に配置された軸流ファン２２から主に構成されている。軸流ファン２２は、ハブ２１の周囲に複数のファンブレードを有し、ハブ２１の内側に配置されたモータ２３により駆動回転される。モータ２３は、ケーシング２０から延びる不図示のアームで支持されたベース部２６に取付けられている。ケーシング２０の入口２４は、図では省略されているが、気流を阻害しないプロテクタなどを介して外気に開放されており、ケーシング２０の出口２５側には、アダプタ３の入口端部３２が接続されている。
【００１１】
アダプタ３は、入口端部３２と出口端部３４の間に円錐筒状の流路を画成する外側部材３０、その内側に同軸配置され、入口端部３２に位置した大径部３３ｂから出口端部３４またはその近傍に位置した頂部３３ａに向かう円錐状の内側部材３３、および、内側部材３３と外側部材３０との間に放射状に延び、かつ、入口端部３２から出口端部３４に向かって延びる複数の整流板３１から主に構成されており、出口端部３４において送風管４の入口４０に接続されている。
【００１２】
アダプタ３の機能から自明であるが、外側部材３０の入口端部３２の内径は、軸流ファンユニット２のケーシング２０の内径と同一であることが好ましい。また、内側部材３３の大径部３３ｂの直径は、軸流ファン２２のハブ２１およびベース部２６の直径の９０〜１００％の範囲にあるか、なるべく同一であることが好ましい。大径部３３ｂの直径がベース部２６の直径の９０未満では、流路断面積の変化が大きくなる。
【００１３】
この構成により、軸流ファンユニット２（ケーシング２０とハブ２１の間）からアダプタ３（外側部材３０と内側部材３３の間）を経由して送風管４に至る区間の空気流路断面積の変化が緩やかになることに加えて、内側部材３３と外側部材３０の間の流路が整流板３１で分割されることで、背圧によるアダプタ３から軸流ファンユニット２側への逆流が防止され、この区間での圧損を抑制できる。
【００１４】
図２は、本発明の代表的な実施形態（第１実施形態）のアダプタ３を示しており、図において、アダプタ３は、軸周りに等角配置された４枚の整流板３１を備え、それぞれの整流板３１が、軸周りに同方向の傾斜を有する螺旋状に配向されている。図示例では、各整流板３１は、入口端部３２と出口端部３４の間で軸流ファン２２の回転方向と同方向に９０度のねじれ角を有している。
【００１５】
このように、整流板３１が螺旋状の傾斜を有することで、軸流ファン２２から送出された空気が円錐状の内側部材３３の周囲を螺旋状に周回する旋回流となって送風管４に流入するので、逆流および圧損の抑制に一層有利である。
【００１６】
なお、円錐筒状のアダプタ３の大径側となる入口端部３２には、四角形状に拡張したエンドプレート３５が形成されており、軸流ファンユニット２（ケーシング２０）を、入口端部３２の周囲４箇所でネジなどにより取り付け可能である。さらに、エンドプレート３５の両側にはフランジ部３６が形成されており、アダプタ３と軸流ファンユニット２からなる外気導入装置１を、送風管４の端部（入口４０）と共に燃料電池ユニットなどに取付け可能となっている。
【００１７】
図３は、本発明の他の実施形態（第２実施形態）のアダプタ５３を示している。このアダプタ５３は、４枚の整流板５１が傾斜（ねじれ角）を有さず、入口端部３２と出口端部３４の間で直線的に配向されている点のみが第１実施形態のアダプタ３と異なり、それ以外の基本構造は第１実施形態のアダプタ３と同様である。
【００１８】
このアダプタ５３では、整流板５１が直線的に配向されていることにより、第１実施形態のアダプタ３のように旋回流を形成する機能は有さないが、内側部材３３と外側部材３０の間の流路が４枚の整流板５１で周方向に分割されることによる整流効果は得られ、空気流路断面積の変化が緩やかになる点は第１実施形態のアダプタ３と同様であり、逆流防止や圧損の抑制に有利である。
【００１９】
上記各実施形態のアダプタ３，５３の効果を検証するために、実施例および比較例のアダプタを使用して風量測定試験を実施した。実験では、アダプタの軸方向長さ４０ｍｍ、入口端部３２と出口端部３４での外側部材３０の内径比（縮径率）４５％の共通の基本形状において、実施例Ａ：螺旋状に配向された４枚の整流板３１を有するアダプタ３、実施例Ｂ：直線状に配向された４枚の整流板５１を有するアダプタ５３、比較例Ｃ：内側部材および整流板無しの３種のアダプタを軸流ファンユニットの出口側に装着して風量と圧力の関係を調べた。
【００２０】
図４は、上記風量測定試験より得られた圧力−風量特性（Ｐ−Ｑ特性）を示すグラフであり、この結果から、整流板が無い比較例Ｃでは、圧力０Ｐａ時に０．０５ｍ３／ｍｉｎの風量であったが、４枚の整流板３１と円錐形状の内側部材３３を組合せた実施例Ａでは、圧力０Ｐａ時に約０．３ｍ３／ｍｉｎの風量が得られた。これは、比較例Ｃの６倍に相当し、整流板３１，５１と円錐形状の内側部材３３を有するアダプタ３，５３の送風効率向上における有効性を確認できた。
【００２１】
なお、上記各実施形態においては、整流板３１，５１が等角配置された４枚で構成される場合を示したが、２枚、３枚、あるいは、５枚で構成することもできる。枚数が多くなると、その分、流路断面積が減少する。また、整流板３１，５１の始端は入口端部３２であることが好ましいが、整流板３１，５１の終端は出口端部３４である必要は無く、アダプタ３，５３の中間で終端していてもよい。この構成により、整流板３１，５１による出口端部３４側での流路断面積の減少を回避できる。
【００２２】
アダプタ３，５３の材質は、樹脂材や金属など、特に限定されるものではないが、成形性や軽量化の点ではプラスチック成形品で構成されることが好ましい。
【００２３】
上記各実施形態においては、アダプタ３，５３と軸流ファンユニット２が別ユニットからなる場合を示したが、アダプタ３，５３と軸流ファンユニット２を１つのユニットとして構成することもできる。
【００２４】
例えば、アダプタ３，５３の外側部材３０は、軸流ファンユニット２のケーシング２０と一体に形成されていてもよい。その場合、軸流ファンユニット２のベース部２６が内側部材３３と一体に形成され、モータ２３がベース部２６を兼ねた内側部材３３に取付けられてもよい。
【００２５】
以上、本発明のいくつかの実施形態について述べたが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能であることを付言する。
【符号の説明】
【００２６】
１  外気導入装置
２  軸流ファンユニット
３，５３  アダプタ
４  送風管（気体流路）
２０  ケーシング
２１  ハブ
２２  軸流ファン
２３  モータ
２４  入口
２５  出口
３０  外側部材
３１，５１  整流板
３２  入口端部
３３  内側部材
３３ａ  頂部
３３ｂ  大径部
３４  出口端部
４０  入口（気体流路入口）
【図１】
2020133433.tif 000003
【図２】
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【図３】
2020133433.tif 000005
【図４】
2020133433.tif 000006