(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファンアセンブリであって、
軸と外周部を有するファンと、
該ファンの周囲のハウジングと、
前記外周部に隣接して吸入部と吐出部を分離するカットオフ部材とを有し、該カットオフ部材が、層を貫通する複数の開口を有する構造用支持材である第１層、および遮音材料で形成されている第２層を含み、
前記カットオフ部材が、全体として平坦な形状で、前記外周部に隣接して配置される縁部を有し、前記カットオフ部材の前記第１層が、前記カットオフ部材の前記縁部において湾曲したＪ字型を有することを特徴とするファンアセンブリ。
【請求項２】
前記カットオフ部材の前記縁部が前記軸に対して概ね平行であることを特徴とする請求項１に記載のファンアセンブリ。
【請求項３】
前記カットオフ部材の前記縁部が前記軸に対してスキューしていることを特徴とする請求項１に記載のファンアセンブリ。
【請求項４】
ファンアセンブリであって、
軸方向に延在し、空気の吸入および吐出を行う横流ファンと、
該横流ファンの周囲にあって、吐出空気の流れ方向に向き空気の吸入と吐出を分離するハウジングと、
吐出空気が吸入空気へ逆流するのを防止するために、前記横流ファンに隣接する第１の縁部を有するように配置された、前記軸方向に延在するカットオフ部材とを有し、
該カットオフ部材が、穿孔された表面を有する第１層と、該層の吸入空気側に貼着され、前記穿孔より一部が吐出空気に露出している遮音材料を含む第２層とを有し、前記第１層が、軸に垂直な断面方向から見てＪ字型となるファンに隣接する部分を有し、前記第２層が前記Ｊ字型の内側に沿って配置され、前記カットオフ部材が全体として平坦な形状をなしていることを特徴とするファンアセンブリ。
【請求項５】
前記カットオフ部材の第１の縁部が前記軸に対してスキューしていることを特徴とする請求項４に記載のファンアセンブリ。
【請求項６】
前記カットオフ部材の第１の縁部が前記軸に対して平行であることを特徴とする請求項４に記載のファンアセンブリ。
【請求項７】
ファンアセンブリであって、
軸と外周部を有するファンと、
該ファンの周囲のハウジングと
外周部に隣接して吸入部と吐出部を分離する、前記軸に平行な前記カットオフ部材とを有し、
前記カットオフ部材が、硬質の遮音材で形成され、前記外周部に隣接して配置される第１の縁部と、自身を貫通する穿孔または開口のある表面とを有し、
前記カットオフ部材の表面全域に、前記第１の縁部に対して垂直方向に延在し、鋸歯形状の断面をなす立体的形状が設けられることを特徴とするファンアセンブリ。
【請求項８】
前記第１の縁部が前記軸に対して平行であることを特徴とする請求項７に記載のファンアセンブリ。
【請求項９】
前記第１の縁部が前記軸に対してスキューしていることを特徴とする請求項７に記載のファンアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、ファンのカットオフ部材（cutoff）の設計仕様に係り、ブレード通過周波数、或いはその高調周波数の騒音レベル（blade passing,frequency tonal sound level）を低減するものである。
横流ファンホイール、渦型ハウジングおよびカットオフ部材を有する一般的な装置においては、カットオフ部材とファンホイールの間のカットオフ部材の間隙は、ファンの送風能力に係る重要な寸法である。より小さなカットオフ部材の間隙からは、より高風量が生じ、一方より大きなカットオフ部材の間隙からは、より低風量が生じる。しかし、第１図に示すような従来のカットオフ部材の設計仕様では、より小さなカットオフ部材の間隙を有する最適な送風性能の装置は、大きな、不快なブレード音を発生する。ブレード音の騒音強度は、ブレードの間隔、カットオフ部材の間隙、渦型部の形状、およびカットオフ部材の設計仕様と相関がある。ブレード音は、送風性能が低下する犠牲を払えば、カットオフ部材の間隙を大きくすることで低減できる。カットオフ部材の間隙の最適値は、式Ｇ＝ＫＤで表され、ここで、Ｇはカットオフ部材の間隙の大きさ、Ｄはファンホイールの直径、またＫは０．０３８〜０．０５５の範囲の値である。
ブレード音を低減するもう一つの方法は、ファンのブレードの数を増やすことである。しかし、増加したブレードがファンの気流の通過を妨げるために、ファンのコストが増大し、また送風性能も低下する。
発明の要約
本発明の目的は、従来技術の問題点を解決するための形状的な特徴とその優位性を提供することである。
本発明においては、より高風量を維持しながら、ファンのブレードの数またはカットオフ部材の間隙を増大させることなしに、ブレード音が低減される。これは、第２図および第５図に示す新たなカットオフ部材を用いて達成される。
第２図にカットオフ部材の設計仕様を改良した第１の好適実施例を示す。第２図のカットオフ部材は、部材が穿孔され、また遮音材料が付加されて全体として平坦な形状を有することを除けば、従来の設計仕様と同様である。穿孔された材料の効果は、カットオフ部材の表面を粗くし、それ故カットオフ部材の表面に局部的に放出された渦の層を解消することである。これによりブレード音を発生する、流速と音響学的機構の形態および相互作用が妨げられる。さらに、カットオフ部材の表面は、小型の局部的な共鳴器、あるいは不連続のノイズを吸収および解消するための音響キャパシタ（acoustic capacitor）として機能する。遮音材料を付加することで、気流が穿孔された材料を自由に通過してファンの高圧吐出側から低圧吸入側へ再循環することを防止する。そのような再循環により、ファンアセンブリの有効な送風性能を低下させるという弊害が生ずる。遮音材料の第２の便益は、広帯域の騒音エネルギを吸収し、広帯域の騒音レベルを全体的に低下させることである。
第５図にブレード音を最小化するカットオフ部材の設計仕様の第２の好適実施例を示す。この設計仕様は、所定の形状が設けられていない従来の曲線または直線の縁ではなく、“鋸歯型（sawtooth）”前縁部のような“所定の形状を設けた（patterned）”前縁部を含む。鋸歯型前縁部の設計仕様のピッチＰおよび高さＨは、この前縁部の効果において重要である。鋸歯の高さＨの最適値は、式Ｈ＝αＤ、ここで０．０４＜α＜０．０６、で表される。鋸歯のピッチＰの最適値は、式Ｐ＝βＤ、ここで０．０６＜β＜０．１１で表される。（Ｄはファンホイール直径）。
また、第５図に示したカットオフ部材は、穿孔された材料、または穿孔された材料と第１２図に示したような遮音材料で製作される。鋸歯型前縁部の効果は、他のカットオフ部材がブレード音を発生する局部的な流速の音響学的相互作用（local velocity acoustical interaction）を解消することと同様である。その新たなカットオフ部材の設計仕様によって、カットオフ部材の間隙は不快なブレード音を発生することなしに、最適な送風性能を維持し続けることができる。
本発明は、軸と外周部を有するファン、ファンの周囲のハウジング、および吸入部と吐出部を分離するためのカットオフ部材を含むファンアセンブリを供する。カットオフ部材は軸に対して平行で、外周部に隣接して配置されていることが好ましい。カットオフ部材は、第１層と第２層を含む。第１層は構造用支持材であって、層を貫通する複数の孔を有し、第２層は遮音材料で形成されている。
また、本発明は、軸と外周部を有するファン、ファンの周囲のハウジング、および吸入部と吐出部を分離するためのカットオフ部材を含むファンアセンブリを供する。カットオフ部材は軸に対して平行で、カットオフ部材の第１の縁部において外周部に隣接して配置されていることが好ましい。カットオフ部材の第１の縁部は、軸に対して平行で、所定の形状的な特徴を有する。
さらに、本発明のカットオフ部材は、第１の湾曲した縁部および概ね平坦な部分を含むＪ字型を有する第１層と、第１層と接してＪ字型に沿って配置されている第２の遮音層とを含む。第１層は下にある遮音層を露出する複数の孔を含む。
さらに、本発明は、軸と外周部を有するファン、ファンの周囲のハウジング、および吸入部と吐出部を分離するためのカットオフ部材を含むファンアセンブリを供する。カットオフ部材は、軸に対して平行で、かつ外周部に隣接して配置されている。カットオフ部材は、遮音材料から成り、好ましくは外周部に平行かつ隣接する第１の縁部を有するのがよい。第１の縁部は、所定の形状的な特徴を含み、カットオフ部材の表面は層を貫通する穿孔または開口を有する。
【図面の簡単な説明】
第１図は、横流ファン、ファンの渦型ハウジング、およびファンのカットオフ部材を含む従来技術のファンアセンブリを示す図である。
第２図は、第１図のカットオフ部材を変更した本発明の第１の好適実施例を示す図である。
第３図は、第１の好適実施例の表面の詳細図である。
第４図は、第３図の変更例を示す図である。
第５図は、第１図のカットオフ部材を変更した本発明の第２の好適実施例を示す図である。
第６図は、第５図の一部を示す図である。
第７図は、第５図の変更例を示す図である。
第８図は、第５図のさらなる変更例を示す図である。
第９図は、第５図のまた別の変更例を示す図である。
第１０図は、第５図のさらなる変更例を示す図である。
第１１図は、第５図のまた別の変更例を示す図である。
第１２図は、第２図の第１の好適実施例と第５図の第２の好適実施例を組み合わせた本発明の第３の実施例を示す図である。
第１３図は、カットオフ部材の縁部がファンの軸に対して平行ではなく、らせん状にファンを外囲する本発明の第４の実施例を示す図である。
詳細な説明
第１図は、軸方向に延びる軸１４を有する横流ファン１２を含む横流ファンアセンブリ１０を示す。吐出空気２０を拡散するために延在する渦型部２２を含む渦型ハウジング１６は、吸入空気１８と吐出空気２０を分離する。渦型ハウジング１６は、一般に横流ファン１２の一方の側にあり、また、それとは逆側にカットオフ部材２４が備えられる。カットオフ部材２４は、横流ファン１２に隣接して吐出空気２０と吸入空気１８とを分離する第１の縁部２６を含む。カットオフ部材２４はＪ字型を有し、Ｊ字型の湾曲部２８は第１の縁部および弧部において吸入空気側に向かって配置されている。他の実施例においては、第１の縁部２６が直線の縁部（図中非表示）として与えられている。第１の縁部２６と横流ファン１２外周部の間の距離が、カットオフ部材の間隙Ｇである。
第２図は、第１図のカットオフ部材２４が、数種の方法で変更され新たなカットオフ部材３０を形成している本発明の第１の好適実施例を表している。第１の好適実施例のカットオフ部材３０は第１の硬質の層を含み、好ましくは、層は金属製でカットオフ部材２４と同様のＪ字型であるのがよい。カットオフ部材３０は、ガラス繊維のような遮音材料で形成された第２層を含み、この第２層は、Ｊ字型に沿って配置されるように吸入空気１８側に向いて第１層の側面３６に貼着されて、カットオフ部材３０の全体として平坦な形状を有している。第１層３２は、表面４０上に分布した複数の穿孔３８を含む。これらの穿孔３８は製造が容易なことから同じ大きさの円形が好ましいが、任意の大きさおよび形状をとり、またそれらは変更し得る。穿孔３８は下にある第２層の遮音材料を露出するように、完全に第１層を貫通していることが好ましい。カットオフ部材を横流ファン１２の吐出空気２０が表面４０に沿って流れるように設置したとき、第２層３４の遮音材料は吐出流２０に対して騒音減衰作用を有し、また穿孔３８は渦流が生じてブレード音を発生させる流速と音響学的機構の相互作用を妨げる。
第３図は、第２図の穿孔３８が一様な大きさの円形で、かつ一様な間隔で配置されていることが好ましいことを例示している。
第４図は、第２図の穿孔３８が円形４２、三角形４４、矩形４６、またはぎざぎざの孔４８をとり得ることを例示している。また第４図は、同様の形状の孔は大きさを変更してもよく、また間隔は不規則でもよいことを例示している。また、隆起したルーバまたは傾斜面を含む他の変更例も考えられる。
第５図は、新たなカットオフ部材５０を形成するために、第１図のカットオフ部材２４が、数種の方法で変更された本発明の第２の好適実施例を例示している。カットオフ部材５０は概ね平坦または平面であり、表面５２は、第１図に示す縁部２６と同様の横流ファンに隣接する縁部５４を有する。しかし、第２の好適実施例の縁部５４は、形状的な特徴５６で渦流を破壊するように所定の形状が設けられている。この所定の形状的な特徴５６は、第６図により詳細に示されている。
第６図は、所定の形状的な特徴５６を、符号５８で示される高さＨおよび符号６０で示されるピッチＰを有する鋸歯型またはぎざぎざの縁部５７のように示している。ピッチＰは繰り返し形状の間隔に相当し、高さＨは形状的な特徴５６の下端から上端までの距離を示している。ピッチおよび高さは、横流ファンの直径Ｄ（符号６２）と相関があることが好ましい。高さＨの最適値は、次式の関数で示される。
Ｈ＝αＤ  ここで、０．０４＜α＜０．０６
ピッチＰの最適値は、次式の関数で表される。
Ｐ＝βＤ  ここで、０．０６＜β＜０．１１
形状的な特徴５６は、軸１４方向に向いた平面であるか、あるいは横流ファン１２の外周６４に対して接線方向に向くように隆起した形状で配置される。第５図の好適実施例において、表面５２は概ね平坦な形状的な特徴のない平面である。
第７図は、表面５２が第６図の鋸歯型のような実施例の場合であり、縁部５４から始まり軸１４に対して垂直に表面５２の全域に延在するピーク６６と谷６８のように、表面は完全な波型になり得ることを例示している。
第８図は、第６図または第７図の変更例を例示しており、所定の形状的な特徴５６が、鋸歯型の代わりにピーク７２と谷７４を有する正弦波７０となっている。
第９図は、第６図の変更例を例示しており、鋸歯型の代わりに、第１高さ７８から第２高さ８０へ、間の接続部８２および８４とともに規則正しく変化する方形波７６となっている。
第１０図は、第６図の各々の鋸歯型８６が第８図の正弦波８８と交互に配置され得ることを例示している。
第１１図は、より小さい鋸歯型９２の間に大きい鋸歯型９０を挿入するような、異なる大きさの鋸歯型が交互に、または他の順序で配列し得ることを例示している。
第１２図は、第１の好適実施例と第２の好適実施例の組み合わせを表す本発明の第３の好適実施例である。第１２図において、第１図のカットオフ部材２４は、数種の方法で変更され、新たなカットオフ部材１００を形成している。この新たなカットオフ部材１００は、縁部１０４を有する硬質の遮音材料１０２で形成され、カットオフ部材１００の表面１０８全域に縁部１０４に対して垂直方向に延在する所定の形状的な特徴１０６を含む。縁部１０４は、横流ファン１２と隣接して配置される。カットオフ部材１００の遮音材料が硬質であるが故に、第２図の第１層３２は不要である。カットオフ部材１００は、穿孔１１０を含んでもよい。
第１３図は、第１図のカットオフ部材２４が数種の方法で変更され、新たなカットオフ部材１２０を形成している本発明の第４の好適実施例である。このカットオフ部材は、先の実施例とは異なりファンの軸１４に平行ではなく、横流ファン１２に隣接した縁部１２２を有する。その代わり縁部１２２は、軸１４に対して横流ファン１２の外周をらせん状に外囲するようにスキュー（skewed）しており、ここで好ましくは、ファン１２と縁部１２２の間の間隙Ｇが一定に維持されているのがよい。比較のために、ファン軸１４に対して平行な線１２４が示されている。線１２４と端部１２２の第１端１２８との間隔１２６は、線１２４と端部１２２の第２端１３２との間隔１３０より小さく、この距離の違いがファン１２の周囲を縁部１２２がスキューして、またはらせん状に外囲していることを表していることがわかる。前記第１、第２、および第３の実施例で記述したように、カットオフ部材１２０は、所定の形状的な特徴５６または層３２、３４のどちらか一方、あるいはその形状的な特徴および層の両方を含む。
当業者にとっては、他の改良および変更は容易に明白である。それらの変更は、表面４０が穿孔され、第１層３２の吸入空気側に遮音材料が第２層として貼着された第２図のカットオフ部材を、直線の縁部２６を有する概して平坦な表面に変更することを含む。他の変更は、傾斜面、ルーバ、または三角翼のような隆起した乱流発生機構の付加を含む。前記全ての改良および変更は、本発明の目的および請求範囲を逸脱することなく考えられたものである。
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0004099542.tif 000012
【図１２】
0004099542.tif 000013
【図１３】
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