(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の両軸端部に複数の翼を有する軸流羽根車を配置し、円筒状のケーシング内に前記電動機を収納した正逆回転可能な軸流ファンにおいて、
前記羽根車よりも軸端部にこの羽根車と同期回転するコーンを設け、一方の前記羽根車から噴出される気流の周方向流れ成分をほぼ保持したまま他方の羽根車へ導くとともに、前記電動機を支持する支持手段を前記ケーシングに設け、前記複数の翼の仕事が先端部でその他の部分より多くしたことを特徴とする軸流ファン。
【請求項２】
前記電動機と前記支持手段との間に電動機の載置台を設けたことを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
【請求項３】
前記支持手段は、複数の周方向にほぼ等間隔で配置された針金を有することを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
【請求項４】
前記支持手段は、網目状であることを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
【請求項５】
前記複数の翼における翼弦長と翼ピッチの比である弦節比を、先端から翼高さ中央にかけて徐々に大きくし、翼高さ中央から根元にかけてほぼ一定としたことを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
【請求項６】
前記複数の翼における翼最大厚みと翼弦長の比である厚み比を、先端から翼高さ中央にかけて徐々に大きくし、翼高さ中央から根元にかけてほぼ一定としたことを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軸流ファンに係り、特に双方向に吹き出し方向を切り替え可能なジェットファンに好適な軸流ファンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
軸流ファンの一つである、道路トンネルの換気等に用いられるジェットファンは、トンネルの天井に配置されるので、メインテナンスを可能な限り少なくすることが望まれる。また、トンネル内の車両の流れ具合や風の方向に応じて換気を容易にできるようにするために、トンネル内での空気の流れを順方向及び逆方向に切換えるようにしている。そして軸流ファンに流入し、流出する気流の乱れを低減するために、吸込み口及び内筒形状が定められている。
【０００３】
ところで、内筒をケーシングに取付けるために、ステーが用いられるが、このステーが気流を乱すことになるので、内筒代わりに、たとえば特許登録第２７１２８００号公報や実用新案登録第２５６９６９３号公報に記載される軸流ファンでは、羽根車と一体で回転するコーンを羽根車に取り付けて、ステーを不要にしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の技術に示した軸流ファンでは、一方向にのみ噴流を吹き出すように運転しているので、羽根車間に設けたステーを静翼として設計し、流れ方向を調整している。しかし、最近のトンネルにおいては、車両の走行状態によりトンネルファンの流れ方向を変化させることが望まれており、一方向にのみ流すファンでは生じなかった不具合を生じている。つまり、軸流ファンからの流れを順方向及び逆方向の双方向に流す場合、正逆両流れにおいて同程度の性能を得るためには、片方の流れにのみ合った静翼を用いることはできない。そのため、ステーをもはや静翼と同様に設計することができない。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の有する不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、正逆双方向に運転が可能な軸流ファンにおいて、正逆いずれの運転においても軸流ファン効率を高めることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の第１の特徴は、電動機の両軸端部に複数の翼を有する軸流羽根車を配置し、円筒状のケーシング内に前記電動機を収納した正逆回転可能な軸流ファンにおいて、羽根車よりも軸端部にこの羽根車と同期回転するコーンを設け、一方の前記羽根車から噴出される気流の周方向流れ成分をほぼ保持したまま他方の羽根車へ導くとともに、電動機を支持する支持手段を前記ケーシングに設け、複数の翼の仕事が先端部でその他の部分より多くしたものである。
【０００７】
そして好ましくは、電動機と支持手段との間に電動機の載置台を設けたものである。また、支持手段は、複数の周方向にほぼ等間隔で配置された針金を有する、または支持手段は、網目状であることがのぞましい。
【０００９】
また好ましくは、複数の翼における翼弦長と翼ピッチの比である弦節比を、先端から翼高さ中央にかけて徐々に大きくし、翼高さ中央から根元にかけてほぼ一定とするか、複数の翼における翼最大厚みと翼弦長の比である厚み比を、先端から翼高さ中央にかけて徐々に大きくし、翼高さ中央から根元にかけてほぼ一定とすることが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のいくつかの実施例を図面により説明する。図１は本発明による軸流ファンの一実施例の縦断面図であり、図２はそのC-C断面図である。ケーシング１内に配置された電動機２は、回転方向を双方向に切り替え可能である。この電動機２では、両側に回転軸８ａ、８ｂが突出している。一方の回転軸８ａには、周方向にほぼ等間隔に複数の翼４ａが配置された羽根車３ａと、この羽根車３ａと一体に回転するコーン１１ａが固定されている。他方の回転軸８ｂにも、周方向にほぼ等間隔に複数の翼４ｂが配置された羽根車３ｂと、この羽根車３ｂと一体に回転するコーン１１ｂが固定されている。電動機２は、ステー１２により支持されている。
【００１１】
このように構成した軸流ファンでは、電動機２が一方向に回転すると、その前後の羽根車３ａ、３ｂの翼４ａ、４ｂも同方向に回転する。これにより、吸込み口１０ａ、または吸込み口１０ｂから吸込まれた空気が加圧されて、他方の吸込み口１０ｂまたは吸込み口１０ａから吐出される。
【００１２】
今、矢印Ａ方向に空気が流れるものとする。この場合、ケーシング１の吸込み口１０ｂから矢印Ａ方向に吸込まれた空気は、前段側の羽根車３ｂの翼４ｂの回転により電動機２側に噴流となって吹き出される。この噴流は、軸方向成分と周方向速度成分とを有している。羽根車３ａから吹き出された噴流は、後段側の羽根車３ａに送り込まれる。その際、噴流はその流れ方向をほとんど変えないで、羽根車３ａに流れ込む。すなわち、噴流は羽根車３ａに流入する際に、周方向速度成分がほとんど失われない。
【００１３】
後段側の羽根車３ａは、前段側の羽根車３ｂと同一回転方向および同一回転速度で回転している。そこで、後段側の羽根車３ａの翼４ａの出口角を、前段側の羽根車３ｂから噴出される気流の方向とほぼ同じに設定しておく。この結果、後段側の羽根車３ａにおける仕事が減少する。
【００１４】
後段側の羽根車３ａを通過した気流は、ケーシング１の他方の吸込み口１０ａから排出される。その際、羽根車３ａの直後に設けたコーン１１ａと、ケーシング１の間の流路を、羽根車３ａから吹き出された気流が通過する。このとき、気流の周方向速度成分の幾分かは、静圧に変換される。コーン１１ａは、先端部にいくにつれて徐々に直径が減少する球面状をしている。このため、羽根車３ａから噴出した気流は、コーン１１ａの先細り形状に伴って、内径側に向かって徐々に広がっていく。そして、ケーシング１の吸込み口１０ａから吹き出すときには、吸込み口１０ａの断面でほぼ均一な速度分布となっている。
【００１５】
なお、電動機２の回転方向を上記とは逆にし、ケーシング１内の空気の流れを矢印Ｂ方向にする場合も同様である。但し、この場合には、前段側の羽根車は羽根車３ａであり、後段側の羽根車は羽根車３ｂである。図２は、図１のＣ−Ｃ断面図であり、前段側の羽根車と後段側の羽根車間に設けたステー１２の詳細図である。電動機２を載置する載置台７は、複数のパイプ状をなす小径のステー１２を介してケーシング１の内面に取り付けられている。ここで、複数のステー１２は、前段の羽根車から噴出する噴流の周方向速度成分ができるだけ減少しないように配置されている。このステー１２径及び本数は、電動機２を安定して保持できるように設定されている。なお、本実施例では、ステー１２は、電動機２の下側にのみ配置した。
【００１６】
本実施例によれば、前段側の羽根車から噴出された噴流は、周方向速度成分をほとんど減少しないで、後段側の羽根車に流入するので、前段側の羽根車と後段側の羽根車の仕事の配分を、従来はそれぞれ約５０％であったものを、約９５％と５％程度に改善することができる。さらに、本実施例に示したものを実験した結果、従来６４％程度であったファン効率を６８％まで向上できた。これは、本実施例が従来技術よりも空気流に与える仕事は少ないが、空気流に与える仕事の減少に比べて軸動力の減少が大きいことによる。
【００１７】
図３は、図２に示したステーの変形例であり、図２と同様に軸直角断面図で示している。図２においてはステーは円柱状であったが、本変形例では細い針金のステー１３を用いている。細い針金のステー１３を複数本、電動機２とケーシング１間に張り巡らすことにより、電動機２をケーシング１内に保持している。この場合、針金１３の張力を利用するために、針金は周方向に均等位置に設けるのがよい。本変形例では、針金の面積が少ないので、流れを邪魔する恐れが無い。
【００１８】
図４は、図２に示したステーのさらなる変形例であり、図１の電動機２部の横断面図である。本変形例では、円柱状のステーの代わりに、網状のステー１４を用いている。電動機２を載置する載置台７を、複数の網状のステー１４によりケーシング１に固定している。前段側の羽根車から噴出した気流は、これらステー１４の網目を通して流れるが、その際、周方向速度成分はほとんど減少せず、後段側に流入する。したがって、後段側の羽根車が流れを乱す恐れが無い。
【００１９】
なお、上記実施例および変形例では、前段側と後段側の両方に羽根車を備えているが、正逆可変の羽根車１段のみを有する軸流ファンであっても、ステーに上記実施例及び変形例で示したものを用いれば、効率の向上が望める。
【００２０】
次に、本発明の他の実施例を図５以下を用いて説明する。本実施例が図１に示した実施例と異なる点は、翼の負荷分布を変えたことにある。つまり、従来の軸流ファンにおいては、翼の付け根から翼の先端までほぼ均一に仕事をする翼を採用していたが、本実施例では、翼の先端側(外径側)に仕事の配分を多くし、翼の付け根側(内径側)の仕事の配分を少なくしている。つまり、前段側羽根車における流れの絶対周方向速度成分を、外径側で大きくし、内径側で小さくしている。このような羽根車を用いた軸流ファンにおいて、翼の半径方向の仕事量分布を測定した結果を図５に示す。図５において、横軸は仕事量（ヘッド）を、縦軸は翼の半径方向位置（ｒ0＝翼付け根の半径位置、ｒ＝翼の任意の半径位置）を表している。白丸で示したグラフは、前段側の羽根車についての実験結果であり、黒丸で示したグラフは、後段側の羽根車についての実験結果である。電動機２を、図２に示したステーを用いて支持した。本実施例によれば、軸流ファンの効率が７３％となり、図２に示した場合に比べてさらに効率が向上し、消費電力を大幅に低減した。
【００２１】
図６に、本発明のさらに他の実施例にかかる翼形状を示す。本図は、翼４ａ、４ｂの子午面形状を示す図であり、図７はその翼の半径一定位置での断面であり、周方向に展開した図である。翼弦長Ｃと翼ピッチＰの比である弦節比σ（Ｃ／Ｐ）を翼先端（最外径位置）から翼高さ中央（中間半径位置）までは大きくし、翼高さ中央から根元（最内径位置）までを一定にしている。本実施例にかかる翼（白丸）と従来翼（黒丸）との弦節比の比較を図８に示す。
【００２２】
σｔは翼先端における弦節比を表わす。従来翼では、根元付近で隣り合う翼との重なり部が最も長く、流速が速い区間が長い。このため、根元付近の損失が大きくなる。本実施例の翼は、翼高さ中央から根元にかけて弦節比を一定としている。その結果、翼根元付近で流速が速い区間が極端に長くなることはない。そして、翼損失を低減でき、軸流ファンの効率向上が可能になる。効率がよい弦節比の範囲は、先端弦節比σｔに対する比（σ／σｔ）で、１．８〜１．９の範囲である。
【００２３】
図９は、図７に示した実施例の変形例であり、図７と同様の断面図である。翼最大厚みｔｍａｘと翼弦長Ｃの比である厚み比γ（ｔｍａｘ／Ｃ）を、翼先端から翼高さ中央にかけて大きくし、翼高さ中央から根元にかけてほぼ一定としている。本実施例と従来翼との厚み比の比較を、図１０に示す。ここで、γｔは翼先端における厚み比である。翌根本付近の翼厚さが厚いので、根元付近で隣り合う翼との重なり部の流路幅が最も狭くなって、流れを増速していた従来翼に比べ、本実施例では翼厚さを根元付近で薄くしたので、流れは増速しにくく、損失を低減できる。なお、翼の強度を確保し、効率を向上できる厚み比の範囲は、先端厚み比γｔに対する比（γ／γｔ）で、１．２５〜１．５の範囲である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、２段の軸流羽根車を有し双方向に送風可能な軸流ファンにおいて、羽根車間に設けられた電動機を支持するステーがあっても流れの周方向成分をほぼ保てるので、軸流ファンの正逆いずれの運転においても軸流ファン効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る軸流ファンの一実施例の縦断面図である。
【図２】図１に示した軸流ファンのＣ−Ｃ断面図である。
【図３】図２に示した軸流ファンの変形例の図である。
【図４】図２に示した軸流ファンの他の変形例の図である。
【図５】本発明に係る軸流ファンの翼の仕事量分布を説明するグラフである。
【図６】本発明に係る軸流ファンの他の実施例の翼の子午面形状を示す図である。
【図７】図６のＤ−Ｄ断面、及びＥ−Ｅ断面図である。
【図８】翼の弦節比分布を説明する図である。
【図９】図６の変形例の図であり、図７と同様の断面で示した図である。
【図１０】図９に示した翼の、翼厚み分布を説明する図である。
【符号の説明】
１…ケーシング、２…電動機、３ａ、３ｂ…羽根車、４ａ、４ｂ…翼、５ａ、５ｂ…内筒、６…ステー、７…載置台、８ａ、８ｂ…電動機の回転軸、９ａ、９ｂ…ステー、１０ａ、１０ｂ…吸込口、１１ａ、１１ｂ…コーン、１０…針金ステー、１１…網状板ステー、１２…パイプ状ステー、１３…針金状ステー、１４…網状ステー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003602991.tif 000009
【図９】
0003602991.tif 000010
【図１０】
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