(57)【要約】【課題】摩擦損失による性能低下を防止することが可能な軸流ファンを提供することを目的とする。【解決手段】モータに接続された回転軸と、前記回転軸を収容した内筒と、該内筒の外周に配設された外筒と、前記内筒外面と前記外筒内面に囲まれて形成された通風路と、前記回転軸により回転自在に支持されて前記通風路に突出した動翼と、前記回転軸の軸線に対して傾いた方向より給気または排気を行うための通風口とを備え、前記通風路に突起物を少なくとも１個以上設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータに接続された回転軸と、前記回転軸を収容した内筒と、該内筒の外周に配設された外筒と、前記内筒外面と前記外筒内面に囲まれて形成された通風路と、前記回転軸により回転自在に支持されて前記通風路に突出した動翼と、前記回転軸の軸線に対して傾いた方向より給気または排気を行うための通風口とを備え、
前記通風路に突起物を少なくとも１個以上設けた軸流ファン。
【請求項２】
前記突起物は、前記通風路が収縮を開始する収縮開始位置近傍であって、
該収縮開始位置の下流側、かつ、前記動翼の上流側に設けられた請求項１に記載の軸流ファン。
【請求項３】
前記突起物は、前記通風路が曲折する曲折位置近傍であって、
該曲折位置の下流側、かつ、前記動翼の上流側に設けられた請求項１または請求項２に記載の軸流ファン。
【請求項４】
前記突起物は、ふたつの半円を直線で繋いだ長円または楕円の断面形状を有し、
該断面形状の長軸方向は、前記通風路を流通する気体の流通方向とに略平行とされている請求項１から請求項３のいずれかに記載の軸流ファン。
【請求項５】
前記突起物の高さは、該突起物が設置された位置における前記回転軸の軸線方向と略直交する断面において、
前記内筒と前記外筒との距離の１／８から１／１０とされている請求項１から請求項４のいずれかに記載の軸流ファン。
【請求項６】
前記突起物の長さは、該突起物の高さの約２倍とされている請求項１から請求項５のいずれかに記載の軸流ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路内の摩擦損失を低減させた軸流ファンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
火力プラントや製鉄所において給気や排気等を行うための風力機械として、軸流ファンが知られている。軸流ファンは、動翼の回転軸方向に対して気体を流通させる風力機械であり、ダクト途中の狭い空間に設置できるという特徴を有している。この軸流ファンにおいては、動翼付近の通風路内の気体の圧力が、回転軸方向と直交する方向においては均一であることが空力性能の観点から望ましい。
【０００３】
しかしながら、軸流ファンは、動翼を回転させるモータの設置スペースを確保するために、モータの回転軸と傾いた方向に気体を給気および排気する通風口を設ける必要がある。これにより、通風口から流入した空気は曲折して流通することとなり、通風路内の圧力損失及び流れの偏りが生じ、軸流ファンの性能が低下することがある。このような圧力及び流速のばらつきを低減するためには、動翼付近の通風路を巨大化させる必要があった。
【０００４】
これに対し、特許文献１では、上流側ダクトから動翼付近の通風路に直接接続される流路と、上流側ダクトから分岐して動翼付近の通風路に接続される分岐流路とを具備する軸流ファンが開示されている。これにより、動翼部に流入する流体の圧力及び流速のばらつきを低減することが可能となる。
【特許文献１】特開２００６−３２８９９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の軸流ファンでは、通風路内の気体の流れを整流するために、上流側ダクトから動翼付近の通風路に流入する部分にて通風路を収縮させている。これにより、気体の流れが再層流化する。その結果、気体の流速が上昇して通風路内壁面の摩擦損失が増加し、軸流ファンの性能低下を引き起こすという問題がある。
【０００６】
また、設置スペース等の制約により、近年ますます風力機械の小型化が求められており、動翼付近の通風路や動翼部を極力小さく設計するために、上述の従来技術では風力機械の性能低下がさらに深刻な問題となる。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、摩擦損失による性能低下を防止することが可能な軸流ファンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる軸流ファンは、モータに接続された回転軸と、前記回転軸を収容した内筒と、該内筒の外周に配設された外筒と、前記内筒外面と前記外筒内面に囲まれて形成された通風路と、前記回転軸により回転自在に支持されて前記通風路に突出した動翼と、前記回転軸の軸線に対して傾いた方向より給気または排気を行うための通風口とを備え、前記通風路に突起物を少なくとも１個以上設けたことを特徴とする。
【０００９】
このような軸流ファンによれば、突起物の後流側に乱流を発生させ、通風路内の空気の流れを意図的に乱すことができる。これにより、内筒外面および外筒内面の摩擦係数を低減させ、気体が通風路を流通する際の摩擦損失を低減し、軸流ファンの性能低下を防止することが可能となる。
【００１０】
また、本発明にかかる軸流ファンは、前記突起物が、前記通風路が収縮を開始する収縮開始位置近傍であって、該収縮開始位置の下流側、かつ、前記動翼の上流側に設けられたことを特徴とする。
【００１１】
このような軸流ファンによれば、通風路が縮小することにより流速が急激に増加する位置にて、通風路内の気体の流れが乱れることとなり、内筒外面および外筒内面の摩擦係数を効果的に低減することができる。
【００１２】
また、本発明にかかる軸流ファンは、前記突起物が、前記通風路が曲折する曲折位置近傍であって、該曲折位置の下流側、かつ、前記動翼の上流側に設けられたことを特徴とする。
【００１３】
このような軸流ファンによれば、旋回流が発生しやすい位置にて通風路内の気体の流れを乱すことにより、旋回流の発生を抑制することができる。これにより、旋回流による摩擦損失を防止することが可能となる。
【００１４】
また、本発明にかかる軸流ファンは、前記突起物が、ふたつの半円を直線で繋いだ長円または楕円の断面形状を有し、前記断面形状の長軸方向は、前記通風路を通る気体の流通方向とされていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる軸流ファンは、前記突起物の高さが、該突起物が設置された位置における前記回転軸の軸線方向と略直交する断面において、前記内筒と前記外筒との距離の１／８から１／１０とされていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかる軸流ファンは、前記突起物の長さは、該突起物の高さの約２倍とされていることを特徴とする。
【００１７】
このような軸流ファンによれば、通風路内の気体の流れを効果的に乱すことができ、内筒外面および外筒内面の摩擦係数を効果的に低減することができる。
【発明の効果】
【００１８】
気体の通風路に突起物を設けることにより、通風路内の摩擦損失を低減させた軸流ファンを提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明に係る軸流ファンの一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る軸流ファンの回転軸方向の縦断面図である。
軸流ファン１は、図示されないモータと、モータに接続された回転軸３と、回転軸３により回転自在に支持された動翼７とを備えている。モータは、図示しない電源等から動力が供給されるようになっている。回転軸３は、流路に沿って図において水平方向に延在しており、その右端にてモータに連結されている。
【００２０】
回転軸３は、内筒４内に同一軸線を有して収容されている。内筒４は、外筒５に対して固定されている。したがって、回転軸３が回転しても、内筒４は回転しない。
内筒４の外周には、この内筒４を包囲するように同一軸線を有した外筒５が配設されている。内筒４外面と外筒５内面に囲まれて形成された空間が通風路６とされており、この通風路６を気体が流通する。内筒４は、上流側から下流側にかけて外径が漸次拡大する拡大領域２５を有しており、この拡大領域２５に対応する外筒５の内径は略一定となっている。したがって、通風路６には、流路面積が収縮を開始する収縮開始位置１１が形成されている。
【００２１】
回転軸３の一端（図において左端）には、軸流翼とされた動翼７が設けられている。動翼７は、通風路６内に配置され、流れ方向に２段設けられている。動翼７は、図示していないが、周方向に複数設けられている。なお、軸流ファン１の性能向上のために、外筒５内面と動翼７先端とのクリアランスは微小なものとされているが、もちろん接しているわけではない。
【００２２】
通風路６の上流側には、給気を行うための通風口８が設けられている。この通風口８から外部の気体を取り込むようになっている。通風口８は、図示しないモータを避けた方向に設ける必要があるため、回転軸３の軸線に対して傾いた方向に曲折して設けられている。したがって、通風口８から流入した気体は、図において水平方向に延在する通風路６に流入する際に、偏向されるようになっている。
【００２３】
突起物１０は、通風路６の流路面積が収縮を開始する収縮開始位置１１の近傍であって、収縮開始位置１１の下流側、かつ、動翼７の上流側の内筒４表面上に設置されている。さらに、突起物１０は、通風路６が曲折する曲折位置１２の近傍であって、曲折位置１２の下流側、かつ、動翼７の上流側の内筒４表面上に設置されている。
【００２４】
突起物１０について、平面図を図２に、側面図を図３に示す。
突起物１０は、図２（ａ）に示すように、突起物１０の断面形状は、平面視した場合に両流側および下流側に位置する２つの半円を直線で繋いだ長円とされている。また、図２（ｂ）に示すように、平面視した場合に楕円の断面形状を有し、断面形状の長軸方向が、通風路６を通る気体の流通方向（同図の矢印参照）に略平行となっていても良い。
さらに、突起物１０の高さHは、突起物１０が設置された位置における内筒４と外筒５との距離Dの１／８から１／１０とされている。また、突起物１０の長さLは、突起物１０の高さHの約２倍とされている。
【００２５】
上述のような構成を有する軸流ファン１において、モータを作動することによって、回転軸３および回転軸３に支持された動翼７が回転する。動翼７の回転により、通風路６内の気体が圧縮される。これにより、通風口８より気体が吸入され、吸入された気体は矢印２１の方向に曲折し、通風路６を流通する。通風路６を流通する気体は矢印２０の方向に流通し、図示されない吐出口より吐出される。
この際、通風口８より吸入された気体は、収縮開始位置１１において、通風路６が縮小することにより流速が急激に増加する。この気体が通風路６を通る際、突起物１０の後流側に乱流が発生し、通風路６内の気体の流れが乱れ、境界層で渦流れが発生する。これにより、内筒４外面および外筒５内面の境界層発達を抑えられ、摩擦係数が低減し、空気が通風路６を流通する際の摩擦損失を低減することが可能となる。
【００２６】
さらに、通風路６内の気体の流れが乱れることにより、曲折位置１２において発生する旋回流によって内筒４外面および外筒５内面における摩擦係数の上昇を抑制することができる。これにより、旋回流による摩擦損失を防止することが可能となる。
【００２７】
さらに、突起物１０を前述の形状とすることにより、流速が早い部分の通風路６内の気体の流れを効果的に乱すことができる。
【００２８】
以上のとおり、本実施形態にかかる軸流ファンによれば、内筒４外面および外筒５内面の摩擦係数を低減させ、気体が吸込部分で最も圧損が大きい通風路６を流通する際の摩擦損失を低減し、性能低下を防止することが可能となる。
【００２９】
なお、本実施形態において、突起物１０は内筒４に設置しているものとして説明したが、外筒５に設置されても同様の作用効果が得られる。
また、図１において、動翼７は流れ方向に二段設けた構成として図示しているが、本発明が動翼７の段数によって限定されるものでないことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る軸流ファンの回転軸方向の縦断面図である。
【図２】図１に示す軸流ファンに設けた突起物の平面図である。
【図３】図１に示す軸流ファンに設けた突起物の側面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  軸流ファン
３  回転軸
４  内筒４
５  外筒
６  通風路
７  動翼
８  通風口
１０  突起物
１１  収縮開始位置
１２  曲折位置
【図１】
2008208799.tif 000003
【図２】
2008208799.tif 000004
【図３】
2008208799.tif 000005