JP2014043780A - 直列型軸流ファン - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力および負荷騒音を低減できる直列型軸流ファンを実現する。
【解決手段】回転駆動装置１０の回転軸１１の軸方向に、少なくとも、第１の軸流ファン２１と第２の軸流ファン２２を直列に配置する直列側軸流ファン１００であって、第１の軸流ファン２１の気体の吐出側に第１の整流格子３１を、第２の軸流ファン２２の気体の吐出側に第２の整流格子３２を配置する。第１の整流格子３１は、第１の軸流ファン２１の静翼４１の円弧形状に合わせて、緩い円弧の前縁形状３３ａを有し、気体の流れ方向に平行に向く後縁形状３３ｂの静翼３３を備え、第２の整流格子３２は、第２の軸流ファン２２の静翼４２の円弧形状に合わせて、緩い円弧形状の静翼３４を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転駆動装置の回転軸方向に複数の軸流ファンを直列に配した直列型軸流ファンに関する。

軸流ファンは、回転駆動装置の回転軸に取り付けられた複数の動翼を有する羽根車、当該羽根車とともに軸流を形成する円筒体状のケーシング、当該ケーシングの内周部に取り付けられた複数の静翼を備える。

軸流ファンは、一般に風量が大きく、静圧が小さいという送風特性を有する。軸流ファンの送風特性を改良するため、回転駆動装置の回転軸方向に複数の軸流ファンを直列に配した直列型軸流ファンが種々提案されている。

直列型軸流ファンに関する技術として、気流方向に対して上流側から、第１の軸流ファンと第１の整流格子と第２の軸流ファンと第２の整流格子が置かれた直列使用の軸流ファンが開示されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１の軸流ファンは、第１の整流格子が第１の軸流ファンの回転方向に対して“く”の字型に反る形状を有する静翼を備え、第２の整流格子が気流方向に水平に向く後縁形状を有する静翼を備える。

特開２０１２−２６２９１号公報

ところで、特許文献１の軸流ファンは、第１の整流格子が第１の軸流ファンの回転方向に対して“く”の字型に反る形状を有する静翼を備える。さらに、第２の整流格子が気流方向に水平に向く後縁形状を有する静翼を備える。

したがって、第１の軸流ファンの静翼と第１の整流格子の静翼との境界部、および第２の軸流ファンの静翼と第２の整流格子の静翼との境界部において、静翼形状が不連続となる。静翼形状が不連続となると、当該不連続部において乱流が生じて、消費電力および負荷騒音の低減に悪影響を及ぼす虞がある。

本発明は、上記の事情に鑑みて創案されたものであり、従来構造の直列型軸流ファンに比して、消費電力および負荷騒音を低減することができる直列型軸流ファンの提供を目的とする。

上記目的を達成するための直列型軸流ファンは、回転駆動装置の回転軸の軸方向に、少なくとも、第１の軸流ファンと第２の軸流ファンを直列に配置する直列側軸流ファンである。

上記第１の軸流ファンの気体の吐出側には第１の整流格子を、上記第２の軸流ファンの気体の吐出側には第２の整流格子を配置する。

上記第１の整流格子は、上記第１の軸流ファンの静翼の円弧形状に合わせて、緩い円弧の前縁形状を有し、気体の流れ方向と平行に向く後縁形状の静翼を備えている。

上記第２の整流格子は、上記第２の軸流ファンの静翼の円弧形状に合わせて、緩い円弧形状の静翼を備えている。

本発明に係る直列型軸流ファンによれば、第１の整流格子が、第１の軸流ファンの静翼の円弧形状に合わせて、緩い円弧の前縁形状を有し、気体の流れ方向に平行に向く後縁形状の静翼を備える。したがって、第１の軸流ファンの動翼で形成された気流が、円滑に第１の整流格子の静翼へと案内される。

また、第２の整流格子は、第２の軸流ファンの静翼の円弧形状に合わせて、緩い円弧形状の静翼を備えている。したがって、第１の整流格子の静翼を通過し、第２の軸流ファンの動翼３２で加速された気流が、円滑に第２の整流格子の静翼へと案内される。

このため、本実施形態の直列型軸流ファンは、従来構造の直列型軸流ファンに比して、消費電力および負荷騒音を低減することができる。

本実施形態に係る直列型軸流ファンの断面図である。 本実施形態に係る直列型軸流ファンを構成する軸流ファンの内部構造の断面図である。 本実施形態に係る直列型軸流ファンの翼形状の概略断面図である。 従来構造の直列型軸流ファンの静翼形状の概略断面図である。 本実施品と従来品との消費電力特性比較の説明図である。 本実施品と従来品との負荷騒音特性比較の説明図である。

以下、図面を参照して、本実施形態に係る直列型軸流ファンについて説明する。

軸流ファンは、回転駆動装置の回転軸に取り付けられた羽根車の回転によって、回転軸の軸方向の一方から吸気し、軸方向の他方へと気流を吐出する送風装置である。本実施形態に係る直列型軸流ファンは、第１の整流格子および第２の整流格子の静翼形状を改良することにより、従来構造の直列型軸流ファンに比して、消費電力および負荷騒音の低減を実現できるようになる。

〔直列型軸流ファンの構成〕
まず図１および図２を参照して、本実施形態の直列型軸流ファンの構成について説明する。図１は本実施形態に係る直列型軸流ファンの断面図である。図２は本実施形態に係る直列型軸流ファンを構成する軸流ファンの内部構造の断面図である。

図１に示すように、本実施形態の直列型軸流ファン１００は、回転駆動装置１０の回転軸１１の軸方向に、少なくとも、第１の軸流ファン２１と第２の軸流ファン２２が直列に配置される。さらに、第１の軸流ファン２１の気体（以下、単に「空気」という）の吐出側に第１の整流格子４１が配置され、第２の軸流ファン３２の空気の吐出側に第２の整流格子４２が配置される。

すなわち、本実施形態の直列型軸流ファン１００は、円筒体状のベンチュリケーシング（以下、単に「ケーシング」という）５０内に、第１の軸流ファン２１、第１の整流格子４１、第２の軸流ファン２２および第２の整流格子４２が、気流方向に沿って順次配置される。

ケーシング５０は、気流を案内する風胴を区画形成するとともに、両端に空気の吸気口５１および吐出口５２を区画形成している。

第１の軸流ファン２１と第２の軸流ファン２２は同一の構造を有しており、二つの軸流ファン２１，２２は回転方向が同一となるように設定される。

各軸流ファン２１，２２は、回転駆動装置１０の回転軸１１に取り付けられた複数枚の動翼３２，３３を有する羽根車３０と、当該羽根車３０の径方向の外周を囲むケーシング５０と、当該ケーシング５０の内周部に取り付けられた複数の静翼３４，３５と、を備える。

羽根車３０は、中央部にカップ状のハブ部３１を有し、当該ハブ部３１の周囲に複数の動翼３２，３３が放射線状に一体的に取り付けられている。各軸流ファン２１，２２の動翼３２，３３は、回転軸１１の軸方向に対して傾斜させて設けられている。なお、各軸流ファン２１，２２の動翼３２，３３の断面形状については後述する。

図２に示すように、ハブ部３１の内部には、羽根車３０の回転駆動装置１０としてのモータが設けられている。モータ１０は、ほぼカップ状のロータヨーク１２と、該ロータヨーク１２の中心部に圧入された回転軸１１と、コイル１３が巻回されたステータコア１４などを備える。

ロータヨーク１２は、ハブ部３１内に嵌入されている。このロータヨーク１２の内周面には、マグネット１５が固着されている。

回転軸１１は、軸受１６に回転可能に支承されている。軸受１６は、筒体状の支持部１７の内面に固定されている。支持部１７は、カップ状のベース部１８の中央に一体的に固着されている。

ステータコア１４は、支持部１７の外面に圧入固定されている。ステータコア１４とロータヨーク１２のマグネット１５とは、隙間を隔てて対向している。

各軸流ファン２１，２２の静翼３４，３５は、カップ状のベース部１８と円筒体状のケーシング５０との間に、放射線状に複数枚設けられる。なお、各軸流ファン２１，２２の静翼３４，３５の断面形状については後述する。

第１の軸流ファン２１と第２の軸流ファン２２の間には、第１の整流格子４１が介設される。第１の整流格子４１は気流方向Ｆへ向けて横長に形成され、後述する断面形状の静翼４３を複数枚備える。第１の整流格子４１の静翼４３によって、第１の軸流ファン２１で生じる気流の旋回成分が取り除かれ、騒音の発生が抑制される。

第２の軸流ファン２２の空気の吐出側には、第２の整流格子４２が配置される。第２の整流格子４２は、第１の整流格子４１よりも短く形成され、後述する断面形状の静翼４４を複数枚備える。第２の整流格子４２の静翼４４によって、第２の軸流ファン２２で生じる気流の旋回成分が取り除かれ、騒音の発生が抑制される。

次に、図３を参照して、本実施形態に係る直列型軸流ファンの翼形状について説明する。本実施形態に係る直列型軸流ファン１００は、第１および第２の整流格子４１，４２の静翼形状に特徴を有する。図３は本実施形態に係る直列型軸流ファンの静翼形状の概略断面図である。

図３に示すように、第１の軸流ファン２１の動翼３２は、たとえば、断面が翼形状を呈しているが、当該動翼３２の形状は限定されない。第１の軸流ファン２１の動翼３２は、当該動翼３２の運動方向Ｒへ向けて凹状となり、気流方向Ｆと反する方向へ向けて凸状となるように形成されている。

第１の軸流ファン２１の動翼３２の気流方向Ｆの後流側には、第１の軸流ファン２１の静翼３４が位置する。第１の軸流ファン２１の静翼３４は、断面が円弧形状を呈している。第１の軸流ファン２１の静翼３４は、径方向外方へ向けて凸状となるように形成されている。

第１の軸流ファン２１の静翼３４の気流方向Ｆの後流側には、第１の整流格子４１の静翼４３が位置する。第１の整流格子４１の静翼４３は、第１の軸流ファン２１の静翼３４の円弧形状に合わせて、緩い円弧の前縁形状４３ａを有し、気流方向Ｆと平行に向く後縁形状４３ｂを有する。すなわち、第１の軸流ファン２１の静翼３４と、第１の整流格子４１の静翼４３の前縁形状４３ａとは、円弧形状の曲面があたかも連続するように形成されている。第１の整流格子４１の静翼４３の前縁形状４３ａに、当該静翼４３の後縁形状４３ｂは連続している。

第１の整流格子４１の静翼４３の気流方向Ｆの後流側には、第２の軸流ファン２２の動翼３３が位置する。第２の軸流ファン２２の動翼３３は、たとえば、第１の軸流ファン２１の動翼３２と同様に翼形状を呈しているが、当該動翼３３の形状は限定されない。第２の軸流ファン２２の動翼３３は、当該動翼３３の運動方向Ｒへ向けて凹状となり、気流方向Ｆと反する方向へ向けて凸状となるように形成されている。

第２の軸流ファン２２の動翼３３の気流方向Ｆの後流側には、第２の軸流ファン２２の静翼３５が位置する。第２の軸流ファン２２の静翼３５は、断面が円弧形状を呈している。第２の軸流ファン２２の静翼３５は、径方向外方へ向けて凸状となるように形成されている。

第２の軸流ファン２２の静翼３５の気流方向Ｆの後流側には、第２の整流格子４２の静翼４４が位置する。第２の整流格子４２の静翼４４は、第２の軸流ファン２２の静翼３５の円弧形状に合わせて、緩い円弧形状を呈している。すなわち、第２の軸流ファン２２の静翼３５と、第２の整流格子４２の静翼４４とは、円弧形状の曲面があたかも連続するように形成されている。

〔直列型軸流ファンの作用〕
次に、図１から図６を参照して、本実施形態に係る直列型軸流ファン１００の作用について説明する。

図１および図２に示すように、本実施形態に係る直列型軸流ファン１００は、電子機器の筐体などを介して、ケーシング５０に設けられた不図示の吸気側フランジ部または吐出側フランジ部に取付ねじを螺合することにより、当該筐体などに取り付けられる。

たとえば、直列型軸流ファン１００をサーバー用の冷却ファンとして用いる場合は、サーバーの筐体内面のファン取付部に吸気側フランジ部を取り付ける。

第１の軸流ファン２１と第２の軸流ファン２２は、同一の回転方向に回転させ、異なる方向には回転させない。第１の軸流ファン２１および第２の軸流ファン２２の羽根車３０を回転させると、第１の軸流ファン２１の吸気口５１から空気が吸い込まれる。

図１および図３に示すように、第１の軸流ファン２１の吸気口５１から吸い込まれた空気は、第１の軸流ファン２１の動翼３２、第１の軸流ファン２１の静翼３４、第１の整流格子４１の静翼４３、第２の軸流ファン２２の動翼３３、第２の軸流ファン２２の静翼３５、および第２の整流格子４２の静翼４４を順に通過して、第２の整流格子４２の吐出口から吐出される。

第１の軸流ファン２１の静翼３４と、第１の整流格子４１の静翼４３の前縁形状４３ａとは、円弧形状の曲面があたかも連続するように形成されている。第１の整流格子４１の静翼４３の前縁形状４３ａに、当該静翼４３の後縁形状４３ｂは連続している。したがって、第１の軸流ファン２１の動翼３２で形成された気流が、円滑に第１の整流格子４１の静翼４３へと案内される。

また、第２の軸流ファン２２の静翼３５と、第２の整流格子４２の静翼４４とは、円弧形状の曲面があたかも連続するように形成されている。したがって、第１の整流格子４１の静翼４３を通過し、第２の軸流ファン２２の動翼３２で加速された気流が、円滑に第２の整流格子４２の静翼４４へと案内され、ケーシング５０の吐出口５２から吐出されることになる。

次に図４から図６を参照して、本実施形態に係る直列型軸流ファン１００の運転効果を従来構造の直列型軸流ファン２００の運転効果と比較して説明する。図４は従来構造の直列型軸流ファンの静翼形状の概略断面図である。なお図４において、本実施形態に係る直列型軸流ファン１００と同一構成の部材については、同一の符号を付して説明する。

図４に示すように、従来構造の直列型軸流ファン２００は、本実施形態に係る直列型軸流ファン１００と同一の順序で、第１の軸流ファン、第１の整流格子、第２の軸流ファン、および第２の整流格子を備える。さらに従来構造の直列型軸流ファン２００は、本実施形態に係る直列型軸流ファン１００と同一構成で第１の軸流ファンおよび第２の軸流ファンを備える。

すなわち、第１の軸流ファンの動翼３２と静翼３４、および第２の軸流ファンの動翼３３と静翼３５は、それぞれ同一の断面形状を有する。

従来構造の直列型軸流ファン２００は、第１の整流格子の静翼６３および第２の整流格子の静翼６４の断面形状が、本実施形態に係る直列型軸流ファン１００と異なる。

第１の整流格子の静翼６３は、気流方向Ｆに横長で当該気流方向Ｆと平行に向いている。第１の整流格子の静翼６３は、第１の軸流ファンの静翼３４と“く”の字に屈曲している。

第２の整流格子の静翼６４は、第１の整流格子の静翼６３よりも短く、気流方向Ｆと平行に向いている。第２の整流格子の静翼６４は、第１の軸流ファンの静翼３４と“く”の字に屈曲している。

図５は本実施品と従来品との消費電力特性比較の説明図である。

図５のＱｈカーブに着目すると、風量が小さい段階では従来品の静圧が本実施品の静圧よりも高いが、風量が増加するにつれて従来品の静圧と本実施品の静圧はほぼ等しくなる。

一方、図５の消費電力カーブに着目すると、当該風量と静圧の関係において、本実施品の消費電力は、風量にかかわらず、従来品の消費電力よりも低減できることが判る。

図６は本実施品と従来品との負荷騒音特性比較の説明図である。

図６のＱｈカーブに着目すると、図５と同様に、風量が小さい段階では従来品の静圧が本実施品の静圧よりも高いが、風量が増加するにつれて従来品の静圧と本実施品の静圧はほぼ等しくなる。

一方、図６の負荷騒音カーブに着目すると、当該風量と静圧の関係において、本実施品の負荷騒音は、風量にかかわらず、従来品の負荷騒音よりも低減できることが判る。

従来構造の直列型軸流ファン２００によれば、第１の整流格子の静翼６３が第１の軸流ファンの静翼３４と屈曲しており、第２の整流格子の静翼６４が第１の軸流ファンの静翼３４と屈曲している。したがって、第１の軸流ファンの静翼３４と第１の整流格子４１の静翼６３との境界部、および第２の軸流ファンの静翼３５と第２の整流格子４２の静翼６４との境界部において静翼形状が不連続となり、乱流が生じているものと考えられる。

これに対し、本実施形態の直列型軸流ファン１００によれば、第１の整流格子４１が、第１の軸流ファン２１の静翼３２の円弧形状に合わせて、緩い円弧の前縁形状４３ａを有し、気流方向Ｆに平行に向く後縁形状４３ｂの静翼４３を備える。したがって、第１の軸流ファン２１の動翼３２で形成された気流が、円滑に第１の整流格子４１の静翼４３へと案内される。

また、第２の整流格子４２は、第２の軸流ファン２２の静翼３３の円弧形状に合わせて、緩い円弧形状の静翼４４を備えている。したがって、第１の整流格子４１の静翼４３を通過し、第２の軸流ファン２２の動翼３２で加速された気流が、円滑に第２の整流格子４２の静翼４４へと案内され、ケーシング５０の吐出口５２から吐出される。

以上の理由から、本実施形態の直列型軸流ファン１００は、従来構造の直列型軸流ファン２００に比べて、消費電力および負荷騒音を低減できるものと考えられる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。

１０ 回転駆動装置、
１１ 回転軸、
２１ 第１の軸流ファン、
２２ 第２の軸流ファン、
４１ 第１の整流格子、
４２ 第２の整流格子、
３４ 第１の軸流ファンの静翼、
３５ 第２の軸流ファンの静翼、
４３ 第１の整流格子の静翼、
４３ａ 前縁形状、
４３ｂ 後縁形状、
４４ 第２の整流格子の静翼、
１００ 直列型軸流ファン。

上記第１の整流格子は、上記第１の軸流ファンの気体の吐出側と上記第１の整流格子との間に位置する上記第１の軸流ファンの静翼の円弧形状に合わせて、緩い円弧の前縁形状を有し、気体の流れ方向と平行に向く後縁形状の静翼を備えている。

上記第２の整流格子は、上記第２の軸流ファンの気体の吐出側と上記第２の整流格子との間に位置する上記第２の軸流ファンの静翼の円弧形状に合わせて、緩い円弧形状の静翼を備えている。

Claims (5)

1. 回転駆動装置の回転軸の軸方向に、少なくとも、第１の軸流ファンと第２の軸流ファンを直列に配置する直列型軸流ファンであって、
   前記第１の軸流ファンの気体の吐出側に第１の整流格子を、前記第２の軸流ファンの気体の吐出側に第２の整流格子を配置し、
   前記第１の整流格子は、前記第１の軸流ファンの静翼の円弧形状に合わせて、緩い円弧の前縁形状を有し、気体の流れ方向に平行に向く後縁形状の静翼を備え、
   前記第２の整流格子は、前記第２の軸流ファンの静翼の円弧形状に合わせて、緩い円弧形状の静翼を備えていることを特徴とする直列型軸流ファン。
2. 前記第１の軸流ファンの静翼と、前記第１の整流格子の静翼の前縁形状とは、円弧形状の曲面があたかも連続するように形成され、前記第１の整流格子の静翼の前縁形状には、当該静翼の後縁形状が連続していることを特徴とする請求項１に記載の直列型軸流ファン。
3. 前記第２の軸流ファンの静翼と、前記第２の整流格子の静翼の前縁形状とは、円弧形状の曲面があたかも連続するように形成され、前記第２の整流格子の静翼の前縁形状には、当該静翼の後縁形状が連続していることを特徴とする請求項１または２に記載の直列型軸流ファン。
4. 前記第１の軸流ファンは動翼を備え、該動翼は、前記動翼の運動方向へ向けて凹状となり、気流方向と反する方向へ向けて凸状となるように形成され、前記動翼の気流方向の後流側には、前記第１の軸流ファンの静翼が位置され、前記静翼は、径方向外方へ向けて凸状となるように形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の直列型軸流ファン。
5. 前記第２の軸流ファンは動翼を備え、該動翼は、前記動翼の運動方向へ向けて凹状となり、気流方向と反する方向へ向けて凸状となるように形成され、前記動翼の気流方向の後流側には、前記第２の軸流ファンの静翼が位置され、前記静翼は、径方向外方へ向けて凸状となるように形成されることを特徴とする請求項１から４にいずれかに記載の直列型軸流ファン。