(57)【要約】【課題】軸流ファンにおいて、内筒の後方に発生する渦を安定させて最適化することで性能及び効率の向上を図る。【解決手段】内筒１１の外周に通風路１３を介して同心上に外筒１２を配設し、内筒１１に複数の動翼１７を有する翼車１６を回転自在に支持し、外筒１２に圧力上昇した流体の動圧を静圧に回復するディフューザ１９を設けて軸流ファンを構成し、内筒１１の全長をディフューザ１９の全長の１／２倍から２／３倍の長さに設定する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を収容した内筒と、該内筒の外周に通風路を介して同心上に配設された外筒と、前記内筒に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を有する翼車と、前記外筒に設けられて前記動翼により圧力上昇した流体の動圧を静圧に回復するディフューザとを具えた軸流ファンにおいて、前記内筒の全長は、前記ディフューザの全長の１／２倍から２／３倍の長さに設定されたことを特徴とする軸流ファン。
【請求項２】
請求項１記載の軸流ファンにおいて、前記内筒の後端面の位置は、前記ディフューザの前端部における流路面積が２倍から４倍に拡大する位置に設けられたことを特徴とする軸流ファン。
【請求項３】
回転軸を収容した内筒と、該内筒の外周に通風路を介して同心上に配設された外筒と、前記内筒に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を有する翼車と、前記外筒に設けられて前記動翼により圧力上昇した流体の動圧を静圧に回復するディフューザとを具えた軸流ファンにおいて、前記内筒の後端部に後方に延出する安定板が設けられたことを特徴とする軸流ファン。
【請求項４】
請求項３記載の軸流ファンにおいて、前記安定板は放射方向に沿って設けられ、全長が前記内筒の後端部の外径の１倍から２倍の長さに設定されたことを特徴とする軸流ファン。
【請求項５】
回転軸を収容した内筒と、該内筒の外周に通風路を介して同心上に配設された外筒と、前記内筒に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を有する翼車と、前記外筒に設けられて前記動翼により圧力上昇した流体の動圧を静圧に回復するディフューザとを具えた軸流ファンにおいて、前記内筒の後端部に凹部が設けられたことを特徴とする軸流ファン。
【請求項６】
請求項５記載の軸流ファンにおいて、前記凹部の全長は、前記内筒の後端部の外径の１／５倍から１／２倍の長さに設定されたことを特徴とする軸流ファン。
【請求項７】
回転軸を収容した内筒と、該内筒の外周に通風路を介して同心上に配設された外筒と、前記内筒に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を有する翼車と、前記外筒に設けられて前記動翼により圧力上昇した流体の動圧を静圧に回復するディフューザとを具えた軸流ファンにおいて、前記内筒の前端部に流体取込口が設けられる一方、該内筒の後部に流体排出口が設けられ、前記流体取込口から前記流体排出口までの距離が、前記ディフューザの全長の１／２倍から２／３倍の長さに設定されたことを特徴とする軸流ファン。
【請求項８】
請求項７記載の軸流ファンにおいて、前記内筒の外径は、後方側が漸次小径となるように設定されたことを特徴とする軸流ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通風設備などに用いられる軸流ファンに関し、特に、後方のディフューザ側に延設される内筒の形状に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、理想的な内筒を有する軸流ファンの概略図、図７及び図８は、従来の軸流ファンの概略図である。
【０００３】
一般的な軸流ファンにおいて、図６に示すように、内筒００１の外周に外筒００２が同心上に配設されており、この内筒００１と外筒００２との間には円環状の通風路００３が設けられている。内筒００１の前端部にはハブ００４が固定されており、外筒００２とこのハブ００４との間には複数の静翼００５が周方向に均等間隔で架設されている。また、内筒００１の前端部にはハブ００４を介して翼車００６が回転自在に装着されており、この翼車００６の外周部には通風路００３に突出して複数の動翼００７が取付けられている。一方、外筒００２には、圧力上昇した流体の動圧を静圧に回復するディフューザ００８及びダクト００９が設けられており、このディフューザ００８は、内筒００１の前端部から後端部にかけて内径が拡大した形状となっている。
【０００４】
従って、内筒００１と外筒００２との間の通風路００３に導入される流体は、回転する動翼００７により増速され、静翼００５を経てディフューザ００８に至る。そして、このディフューザ００８で、動圧（速度エネルギ）が静圧（圧力エネルギ）に変換され、ダクト００９に吐出される。
【０００５】
このような軸流ファンでは、静翼００５の直後で圧力上昇分の約半分を動圧として吐出するため、この動圧を静圧に回復させるディフューザ００８が必要となる。そして、ディフューザ００８の下流側にダクト００９が設けられている場合、このダクト００９での圧力分布がディフューザ００８の性能に影響を与えると共に、ディフューザ００８の出口における流速分布がダクト００９での圧力分布に影響を与えることとなり、互いに影響しあうことで流体の流れが乱れて性能を低下させてしまう恐れがある。これは、通風路００３で流体の流れが減速するとき、ディフューザ００８で流れが剥離を起こしたり、非対称に歪むことが原因と考えられている。そして、軸流ファンでは、動翼００７により流体を旋回流とすることでエネルギを付与し、静翼００５により流体の旋回流速をなくすことで静圧を上昇させ、下流のディフューザ００８により流体を減速させるという圧力上昇のメカニズムとなっている。そのため、動翼００７が流体に旋回力を付与すると、流体の流れが外周側に偏流し、内周側の流速が低下してしまうという根本的な課題を有している。
【０００６】
そのため、このような軸流ファンによる課題を解決するため、内筒００１の構造が各種提案されている。例えば、図６に示すように、内筒００１を、その後部の外径を徐々に小径として流線形とすることで、ディフューザ００８での流れの剥離の発生を防止するようにしたものがある。ところが、内筒００１を流線形に成形することは困難であり、製造コストが増大してしまうという問題がある。そこで、従来は、図７に示すように、内筒０１１を円筒形状とし、後端部を端面としてディフューザ００８の出口まで延設したり、図８に示すように、内筒自体をなくすようにしている。
【０００７】
なお、このよう従来の軸流ファンとして、例えば、下記特許文献１、２がある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２７８６９３号公報
【特許文献２】特開２０００−１７０６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、上述した従来の軸流ファンにあっても、従来からある課題を解決することはできず、流体の流れが剥離を起こしたり、非対称に歪んでしまうことで性能が低下してしまう。即ち、図７に示すように、内筒０１１を円筒形状として後端部を延設した場合、内筒の壁面に沿った境界層が拡大し、流れの剥離が生じてしまう。また、内筒０１１は後端部が平面であるため、この周辺の周方向における圧力分布の変動により流速がばらついて偏流が発生し、不規則な渦が発生して流れが非対称となり、十分な圧力の回復を達成することができない。一方、図８に示すように、内筒自体をなくした場合、静翼００５の直後で流路面積が急に拡大することとなり、不安定が渦が発生し、大きな圧力損失が生じてしまう。
【００１０】
本発明はこのような問題を解決するものであって、内筒の後方に発生する渦を安定させて最適化することで性能及び効率の向上を図った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】
【００１１】
上述の目的を達成するための請求項１の発明の軸流ファンは、回転軸を収容した内筒と、該内筒の外周に通風路を介して同心上に配設された外筒と、前記内筒に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を有する翼車と、前記外筒に設けられて前記動翼により圧力上昇した流体の動圧を静圧に回復するディフューザとを具えた軸流ファンにおいて、前記内筒の全長は、前記ディフューザの全長の１／２倍から２／３倍の長さに設定されたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２の発明の軸流ファンでは、前記内筒の後端面の位置は、前記ディフューザの前端部における流路面積が２倍から４倍に拡大する位置に設けられたことを特徴としている。
【００１３】
請求項３の発明の軸流ファンは、回転軸を収容した内筒と、該内筒の外周に通風路を介して同心上に配設された外筒と、前記内筒に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を有する翼車と、前記外筒に設けられて前記動翼により圧力上昇した流体の動圧を静圧に回復するディフューザとを具えた軸流ファンにおいて、前記内筒の後端部に後方に延出する安定板が設けられたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４の発明の軸流ファンでは、前記安定板は放射方向に沿って設けられ、全長が前記内筒の後端部の外径の１倍から２倍の長さに設定されたことを特徴としている。
【００１５】
請求項５の発明の軸流ファンは、回転軸を収容した内筒と、該内筒の外周に通風路を介して同心上に配設された外筒と、前記内筒に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を有する翼車と、前記外筒に設けられて前記動翼により圧力上昇した流体の動圧を静圧に回復するディフューザとを具えた軸流ファンにおいて、前記内筒の後端部に凹部が設けられたことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項６の発明の軸流ファンでは、前記凹部の全長は、前記内筒の後端部の外径の１／５倍から１／２倍の長さに設定されたことを特徴としている。
【００１７】
請求項７の発明の軸流ファンは、回転軸を収容した内筒と、該内筒の外周に通風路を介して同心上に配設された外筒と、前記内筒に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を有する翼車と、前記外筒に設けられて前記動翼により圧力上昇した流体の動圧を静圧に回復するディフューザとを具えた軸流ファンにおいて、前記内筒の前端部に流体取込口が設けられる一方、該内筒の後部に流体排出口が設けられ、前記流体取込口から前記流体排出口までの距離が、前記ディフューザの全長の１／２倍から２／３倍の長さに設定されたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項８の発明の軸流ファンでは、前記内筒の外径は、後方側が漸次小径となるように設定されたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明の軸流ファンによれば、内筒の外周に通風路を介して同心上に外筒を配設し、内筒に動翼を有する翼車を回転自在に支持し、外筒に圧力上昇した流体の動圧を静圧に回復するディフューザと設け、内筒の全長をディフューザの全長の１／２倍から２／３倍の長さに設定したので、内筒の全長をディフューザより短くしたことで壁面面積が減少し、流体が剥離する境界層の発生を抑制して十分な圧力回復を確保することができると共に、下流側で発生する渦を安定させて圧力損失を抑制することができ、その結果、性能及び効率の向上を図ることができる。
【００２０】
請求項２の発明の軸流ファンによれば、内筒の後端面の位置をディフューザの前端部における流路面積が２倍から４倍に拡大する位置としたので、内筒の長さを十分な圧力回復を確保できる最適長さとすることで、内筒の後端部で発生する渦を確実に安定化させることができる。
【００２１】
請求項３の発明の軸流ファンによれば、内筒の外周に通風路を介して同心上に外筒を配設し、内筒に動翼を有する翼車を回転自在に支持し、外筒に圧力上昇した流体の動圧を静圧に回復するディフューザと設け、内筒の後端部に後方に延出する安定板を設けたので、内筒の後端部に安定板により対称な渦を発生させることができ、発生する渦を安定させて最適化することで性能及び効率の向上を図ることができる。
【００２２】
請求項４の発明の軸流ファンによれば、安定板を放射方向に沿って設け、全長を内筒の後端部の外径の１倍から２倍の長さに設定したので、渦を整然と並んで発生させることで、圧力損失を抑制することができる。
【００２３】
請求項５の発明の軸流ファンによれば、内筒の外周に通風路を介して同心上に外筒を配設し、内筒に動翼を有する翼車を回転自在に支持し、外筒に圧力上昇した流体の動圧を静圧に回復するディフューザと設け、内筒の後端部に凹部を設けたので、内筒の後端部に凹部内に渦を発生させることで、この渦が膨張することはなく安定させることができ、その結果、性能及び効率の向上を図ることができる。
【００２４】
請求項６の発明の軸流ファンによれば、凹部の全長を内筒の後端部の外径の１／５倍から１／２倍の長さに設定したので、内筒凹部内に確実に安定した渦を発生させることができる。
【００２５】
請求項７の発明の軸流ファンによれば、内筒の外周に通風路を介して同心上に外筒を配設し、内筒に動翼を有する翼車を回転自在に支持し、外筒に圧力上昇した流体の動圧を静圧に回復するディフューザと設け、内筒の前端部に流体取込口を設ける一方、内筒の後部に流体排出口を設け、流体取込口から流体排出口までの距離を、ディフューザの全長の１／２倍から２／３倍の長さに設定したので、内筒内部に流体取込口から流体排出口に至る流体流路を形成することで、内筒の外周面にて流体が剥離する境界層を加速させることができ、この加速により境界層の発生を抑制して十分な圧力回復を確保することができると共に、下流側で発生する渦を安定させて圧力損失を抑制することができ、その結果、性能及び効率の向上を図ることができる。
【００２６】
請求項８の発明の軸流ファンによれば、内筒の外径を後方側が漸次小径となるように設定したので、流体排出口からの流体により境界層を確実に加速させ、境界層の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、本発明に係る軸流ファンの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２８】
図１は、本発明の実施例１に係る軸流ファンの概略図である。
【００２９】
実施例１の軸流ファンにおいて、図１に示すように、内筒１１の外周に外筒１２が同心上に配設されており、この内筒１１と外筒１２との間には円環状をなす通風路１３が設けられている。内筒１１の前端部には、この内筒１１と同径のハブ１４が固定されており、外筒１２とこのハブ１４との間には、複数の静翼１５が周方向に均等間隔で架設されている。また、内筒１１の前端部には、前端部が球面をなして内筒１１と同径の翼車１６がハブ１４を介して回転自在に装着されており、この翼車１６の外周部には通風路１３に突出して複数の動翼１７が周方向に均等間隔で取付けられている。
【００３０】
一方、外筒１２は、前部ダクト１８、ディフューザ１９、後部ダクト２０から構成されている。このディフューザ１９は、圧力上昇した流体の動圧（運動エネルギ）を静圧（圧力エネルギ）に変換（回復）するものであり、内筒１１の前端部から後端部にかけて内径が拡大した形状となっている。
【００３１】
そして、本実施例にて、内筒１１は円筒形状をなして後端部が径方向に沿った平坦面となっている。そして、内筒１１の全長は、ディフューザ１９の全長の１／２倍から２／３倍の長さ、つまり、ディフューザ１９の全長Ｌに対して、内筒１１の全長が１／２Ｌから２／３Ｌに設定されている。
【００３２】
また、ディフューザ１９にて、圧力を有効的に回復できる量は、内筒１１の後端部の位置に依存することが知られており、本実施例では、内筒１１の後端面の位置を、ディフューザ１９の前端部における流路面積が２倍から４倍（望ましくは、２．５倍から３．０倍）に拡大する位置に設定している。つまり、ディフューザ１９の前端部の流路面積Ａ１に対する後部の流路面積Ａ２の比が、２から４（望ましくは、２．５から３．０）となる位置に内筒１１の後端面の位置させるようにしている。
【００３３】
従って、前部ダクト１８から通風路１３に流体が導入されると、この流体は、回転する動翼１７により増速され、静翼１５を経てディフューザ１９に至る。そして、このディフューザ１９で、動圧（速度エネルギ）が静圧（圧力エネルギ）に変換され、後部ダクト２０に吐出される。
【００３４】
このとき、内筒１１の壁面面積が減少するので、この壁面から剥離する境界層自体が生じない。この境界層の長さは内筒１１の長さに比例するが、ディフューザ１９での圧力の回復は内筒１１の長さの２乗に比例する。そのため、内筒１１の長さが１／２になれば境界層の長さも１／２、圧力回復は３／４まで上昇するため、境界層による圧力損失は１／２に低下する。また、内筒１１の後端部では渦が発生するものの、この渦は安定した低速流であって死水域を小さくすることができ、これによる圧力損失は（１−３／４）の圧力に影響するので、差し引きした結果として性能の低下を防止することができる。
【００３５】
このように実施例１の軸流ファンにあっては、内筒１１の外周に通風路１３を介して同心上に外筒１２を配設し、内筒１１に動翼１７を有する翼車１６を回転自在に支持し、外筒１２に圧力上昇した流体の動圧を静圧に回復するディフューザ１９を設けて構成し、内筒１１の全長をディフューザ１９の全長の１／２倍から２／３倍の長さに設定している。
【００３６】
従って、内筒１１の全長をディフューザ１９より短くしたことで壁面面積が減少し、流体が剥離する境界層の発生を抑制して十分な圧力回復を確保することができると共に、下流側で発生する渦を安定させて圧力損失を抑制することができ、その結果、性能及び効率の向上を図ることができる。
【００３７】
また、内筒１１の後端部と後部ダクト２０との距離を拡大することで、内筒１１の境界層の拡大による下流への流れの歪を小さくすることができ、後部ダクト２０に及ぼす影響を排除することができると共に、後部ダクト２０での圧力分布がディフューザ１９の性能に及ぼす影響を排除することができる。更に、内筒１１を円筒形状として全長を短くするだけでよく、構造の簡素化、低コスト化に寄与することができる。
【実施例２】
【００３８】
図２は、本発明の実施例２に係る軸流ファンの概略図、図３−１は、実施例２の軸流ファンにおける内筒の背面図、図３−２及び図３−３は、実施例２の軸流ファンにおける安定板の変形例を表す内筒の背面図である。
【００３９】
実施例２の軸流ファンにおいて、図２乃至図３−１に示すように、内筒２１は円筒形状をなし、後端部に長手方向に直行する平坦面を有する蓋板２２が固定されている。そして、そして、この内筒２１は、後端部に内筒２１と同じ外径を有するガイドリング２３が固定されることで、凹部２４が設けられている。そして、この凹部２４の全長（深さ）は、内筒２１の後端部の外径の１／５倍から１／２倍の長さ、つまり、内筒２１の後端部の外径Ｄに対して、凹部２４の全長は１／５Ｄから１／２Ｄの長さに設定されている。
【００４０】
また、内筒２１は、後端部に後方に延出する水平な安定板２５が固定されており、この安定板２５は全長が内筒２１の後端部の外径の１倍から２倍の長さ、つまり、内筒２１の後端部の外径Ｄに対して、安定板２５の全長はＤから２Ｄの長さに設定されている。
【００４１】
従って、流体がディフューザで、動圧（速度エネルギ）から静圧（圧力エネルギ）に変換されるとき、内筒２１の外径より小さい渦が凹部２４内に多数発生することとなり、外側に膨らんで圧力上昇を妨げることはない。また、発生した渦は安定板２５により上下に対称に分割されることとなり、周囲に偏流を発生させることもない。
【００４２】
このように実施例２の軸流ファンにあっては、内筒２１の後端部にガイドリング２３を固定して凹部２４を設けると共に、内筒２１の後端部に後方に延出する安定板２５を設けている。従って、内筒２１の凹部２４内に複数の渦を発生させることで、この渦が膨張することはなく安定させることができると共に、安定板２５によりこの渦を対称なものとすることができ、その結果、渦を安定させて最適化することで性能及び効率の向上を図ることができる。
【００４３】
なお、この実施例２では、内筒２１の後端部に水平な安定板２５を固定したが、この安定板の形状や取付方向はこの構造に限定されるものではない。例えば、図３−２に示すように、内筒２１の後端部に十字形状をなす安定板２６を固定したり、図３−３に示すように、内筒２１の後端部にＹ字形状をなす安定板２６を固定してもよい。この場合、各安定板の数はこれらに限定されるものではなく、適宜設定すればよい。安定板を周方向に均等間隔で配設することが下流の流れの軸対称性を維持する上で適切である。また、内筒２１の形状は、円筒形状や円錐形状であってもよく、その長さもディフューザと同じであっても、実施例１のように短くても良い。
【実施例３】
【００４４】
図４は、本発明の実施例３に係る軸流ファンの概略図、図５は、実施例３の軸流ファンにおける通風路の流体圧力変化を表すグラフである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４５】
本実施例の軸流ファンにおいて、図４に示すように、内筒３１は外径が後方側にいくにしたがって漸次小径となるような円錐形状をなし、大径の第１筒部３２と小径の第２筒部３３とから構成されている。第１筒部３２は、前端部がハブ１４の外径よりも若干大きく開口し、このハブ１４との連結部に流体取込口３４が設けられている。第２筒部３３は、前端部が第１筒部３２の後端部の外径よりも若干小さく開口し、この第１筒部３２との連結部に流体排出口３５が設けられ、後端部は閉塞されている。そして、流体取込口３４から流体排出口３５までの距離が、ディフューザ１９の全長の１／２倍から２／３倍の長さに設定されている。
【００４６】
従って、流体が動翼１７により増速され、静翼１５を経てディフューザ１９に至り、ここで、動圧（速度エネルギ）が静圧（圧力エネルギ）に変換される。このとき、静圧１５を通過した流体はディフューザ１９に導かれるが、その一部は流体取込口３４から内筒３１の第１筒部３２内に侵入し、流体排出口３５から再びディフューザ１９に噴出される。そのため、第１筒部３２の外周面を流れる流体は、流体排出口３５から噴出される流体（ジェット）により加速されることとなり、ここでの流速分布を一定とすることができる。そして、図５に示すように、流体の一部が流体取込口３４に分岐するため、主流に若干の圧力損失が発生するものの、流体排出口３５からのジェットにより静圧は十分に回復することとなる。
【００４７】
このように実施例３の軸流ファンにあっては、内筒３１を円錐形状とし、前端部に流体取込口３４を設け、中間部に流体排出口３５を設け、流体取込口３４から流体排出口３５までの距離をディフューザ１９の全長の１／２倍から２／３倍の長さに設定している。従って、内筒３１の内部に流体取込口３４から流体排出口３５に至る流体流路を形成することで、内筒３１の外周面にて流体が剥離する境界層を加速させることができ、この加速により境界層の発生を抑制して十分な圧力回復を確保することができると共に、下流側で発生する渦を安定させて圧力損失を抑制することができ、その結果、性能及び効率の向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明に係る軸流ファンは、内筒の形状を改良することで発生する渦の安定化を図ったものであり、この軸流ファンを適用した船舶用過給機、自動車用過給機、産業用圧縮機、航空用小型ガスタービンに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例１に係る軸流ファンの概略図である。
【図２】本発明の実施例２に係る軸流ファンの概略図である。
【図３−１】実施例２の軸流ファンにおける内筒の背面図である。
【図３−２】実施例２の軸流ファンにおける安定板の変形例を表す内筒の背面図である。
【図３−３】実施例２の軸流ファンにおける安定板の変形例を表す内筒の背面図である。
【図４】本発明の実施例３に係る軸流ファンの概略図である。
【図５】実施例３の軸流ファンにおける通風路の流体圧力変化を表すグラフである。
【図６】理想的な内筒を有する軸流ファンの概略図である。
【図７】従来の軸流ファンの概略図である。
【図８】従来の軸流ファンの概略図である。
【符号の説明】
【００５０】
１１、２１，３１  内筒
１２  外筒
１３  通風路
１５  静翼
１６  翼者
１７  動翼
１９  ディフューザ
２３  ガイドリング
２４  凹部
２５，２６，２７  安定板
３４  流体取込口
３５  流体排出口
【図１】
2005240681.tif 000003
【図２】
2005240681.tif 000004
【図３−１】
2005240681.tif 000005
【図３−２】
2005240681.tif 000006
【図３−３】
2005240681.tif 000007
【図４】
2005240681.tif 000008
【図５】
2005240681.tif 000009
【図６】
2005240681.tif 000010
【図７】
2005240681.tif 000011
【図８】
2005240681.tif 000012