JP4033843B2 - 軸流送風機 - Google Patents

Description

本発明は、筒状のケーシング内に、可逆式電動機と、当該電動機に取り付けられた羽根車とを備え、前記電動機によって前記羽根車が回転駆動されたときに前記ケーシングの軸長方向への気流を発生させる軸流送風機に関する。

トンネル内の換気に使用されるため、トンネルの内壁上端（天井）に配される軸流送風機が広く知られている（例えば、特許文献１参照）。かかる特許文献１に記載されている軸流送風機は、筒状のケーシング内に可逆式電動機と、当該電動機の両側に設けられた羽根車とを備えており、前記電動機とケーシングの内壁との間に複数の平板状の静翼が放射状に設けられていて、この静翼によって前記電動機がケーシング内部で支持されるように構成されている。そして、前記電動機によって前記羽根車が回転駆動され、これによってケーシングの軸長方向への気流を発生させる。この軸流送風機は、前記気流の上流側の羽根車を通過した気流が当該羽根車の回転方向と同じ方向の旋回流となって下流側へと進行するが、静翼によって当該旋回流が整流されて前記軸長方向の流れとなって下流側の羽根車に流入する。これにより、下流側の羽根車の回転数を過度に大きくしなくても当該下流側の羽根車の仕事量を確保することができ、結果的に騒音の低減が可能となっている。
実開平７−８５９９号公報

しかしながら、上述したような従来の軸流送風機にあっては、実用上十分に低騒音、高効率ではあるものの、静翼が平板状であることが原因となって、以下のように騒音、ファン効率低下を引き起こしていた。

（１）静翼が平板状とされていたため、上流側羽根車からの旋回流を軸長方向の流れに整流する過程で下流側に強いウェーク（流れのむら）が発生していた。このウェークが下流側羽根車と干渉し、騒音を発生させていた。

（２）強いウェークの発生は、それに相当するだけの気流に対する抵抗が生じていることを意味しており、この結果、ファン効率が低下していた。

本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、静翼によって発生するウェークを可及的に小さくし、従来に比して低騒音であり、しかもファン効率が高い軸流送風機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る軸流送風機は、トンネルの内壁上端に懸垂支持されるように構成された筒状のケーシング内に、可逆式電動機と、当該電動機に取り付けられた羽根車と、前記ケーシング内で前記電動機を支持する複数の静翼とを備え、前記電動機によって前記羽根車が回転駆動されたときに前記ケーシングの軸長方向への気流を発生させる軸流送風機において、前記電動機と前記ケーシングの内面との間に、前記複数の静翼が放射状に設けられ、前記電動機の前記軸長方向両側に、前記羽根車が夫々設けられており、前記静翼は、軸長方向へと延びた板状に形成され、軸長方向両端へ向かうに従って薄くなるように、軸長方向についてその厚さが滑らかに変化すべく構成され、前記軸長方向を法線方向として前記静翼の前記軸長方向中央を通過する対称面について面対称の形状をなし、前記軸長方向に平行な平面による断面形状が、同一半径の２つの円弧を略凸レンズ断面状に組み合わせた如き形状をなしていることを特徴とする。

かかる構成とすることにより、静翼表面からの気流の剥離が抑制され、これにより下流側に発生するウェークを平板状の静翼の場合に比して小さくすることができる。よって、騒音を低下させ、ファン効率を向上させることが可能となる。

更に、前記電動機と前記ケーシングの内壁との間に、前記複数の静翼が放射状に設けられている構成としているため、電動機をケーシング内部で確実に支持することができる。

更に、前記静翼は、前記軸長方向を法線方向とし、前記静翼の前記軸長方向中央を通過する対称面について面対称の形状をなす構成としているため、電動機の正転時、逆転時の何れにおいても、気流が静翼を通過する態様が同一となり、正転時及び逆転時の両方において効率的に騒音低減及びファン効率の向上を実現することができる。

更に、前記静翼は、前記軸長方向に平行な平面による断面形状が、同一半径の２つの円弧を略凸レンズ断面状に組み合わせた如き形状をなしているため、静翼の形状が単純であるためその製造が容易であり、また静翼の表面に勾配が大きい箇所がないためウェークを効率的に小さくすることができる。

更に、前記電動機の前記軸長方向両側に、前記羽根車が夫々設けられている構成とすることが好ましい。かかる構成とすることにより、電動機の正転時、逆転時の何れにおいても、同一条件で気流が静翼を通過することとなり、正転時及び逆転時における騒音の大きさ及びファン効率の差を実質的になくすることができる。

上記発明においては、前記静翼は、表面が滑らかに形成されていることが好ましい。

本発明に係る軸流送風機による場合には、静翼が平板状である場合のように静翼の四隅に先鋭部分がないため、静翼表面からの気流の剥離が抑制され、これにより下流側に発生するウェークを平板状の静翼の場合に比して小さくすることができ、騒音を低下させ、ファン効率を向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態に係る軸流送風機について、図面を参照しながら具体的に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の一部を切り欠いて示した全体斜視図であり、図２は、本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の構成を示す側面断面図である。図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る軸流送風機１は、円筒ケーシング２（本願発明に係るケーシングに相当）と、当該円筒ケーシング２の内部に取り付けられた送風装置３とを有している。円筒ケーシング２は、一方向（軸長方向）へ長く延びた円筒状をなしている。この円筒ケーシング２はサイレンサーとしての機能をもたせるために二重ケーシングに構成されており、その内面４は有孔鋼板で形成され、内外面の間の空間に吸音材５が充填されている（図２参照）。なお、以下においては、軸長方向を左右方向として説明する。

前記送風装置３は、主として羽根車８，８ａ，スピナ９，９ａ，可逆式電動機７によって構成されており、左右両方向に同一の性能を有するように、左右対称的な構造を有している。即ち、送風装置３は、軸長方向を法線方向とし、送風装置３の前記軸長方向中央を通過する対称面６について面対称の構造とされている（図３参照）。更に具体的に説明すると、円筒ケーシング２内の中央位置に、軸長方向両側へ夫々出力軸が延びた（図示せず）可逆式電動機７が配設されており、この電動機７の両出力軸端に羽根車８，８ａが固着されている。つまり、本実施の形態１では羽根車は左右二段に設けられた形になっており、電動機７の回転方向によって気流を左右いずれかの方向へ吐出できるようになっている。そして、各羽根車８，８ａの外側には、気流の流れをスムーズにするためにドーム状のスピナ９，９ａが装着してある。更に、電動機７の胴体には複数の静翼１０が円筒ケーシング２の半径方向へ放射状に突設されており、その先端は円筒ケーシング内面２に固着されている。図２にも示すように、通常、静翼１０は円筒ケーシング２の内部で電動機７を支持するようになっている。図１中、１１は円筒ケーシング２を道路トンネルの天井（内壁上端）に懸垂支持するための支持金具である。

図３は、本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の構成を模式的に示す正面断面図である。図３に示すように、静翼１０は、その断面形状が略両凸レンズ断面状をなしており、軸長方向へと延びた板状となっている。また、静翼１０は、軸長方向両端へ向かうに従って薄くなるように、また軸長方向についてその厚さが滑らかに変化するように構成されている。更に具体的に説明すると、静翼１０は、軸長方向に平行な平面による断面形状が、同一半径の２つの円弧を略両凸レンズ断面状に組み合わせた如き形状をなしている。静翼１０の両端を除く表面は、空気抵抗を可及的に小さくするために、勾配が急に変化する箇所がなく滑らかに形成されている。これにより、後述するように静翼１０を気流が通過するときの空気抵抗を小さくすることができ、また静翼１０の後方（気流の通流方向下流側）に生じるウェークを小さくすることができる。

また、静翼１０は、前述したように断面形状が略両凸レンズ断面状をなしており、このため軸長方向を法線方向とし、静翼１０の軸長方向中央を通過する対称面６について面対称の形状となっている。このように静翼１０が左右対称な形状をなしていることによって、左右何れの方向の気流が発生した場合であっても、気流が静翼１０を通過する態様が同一となる。

本発明の実施の形態１に係る軸流送風機１の構成による場合には、例えば気流が左（上流側）から右（下流側）へ流れる場合を考えてみると、上流側（前段）の羽根車８を通過した気流は羽根車８と同じ方向の旋回流となって後方へ流れるが、静翼１０によって旋回流が整流され、気流の方向が軸長方向に戻され、下流側（後段）の羽根車８ａへ流入することとなる。したがって、下流側の羽根車８ａの負荷が上昇し、その分下流側の羽根車８ａでも大きな仕事をすることができるようになる。この状況は、電動機７を逆転しても同じであり、気流がいずれの方向に流れる場合にも同一性能を発揮しうる。また、可逆式電動機７を支持する静翼１０により気流方向から見て下流側の羽根車８ａへの気流の流入角度を軸長方向に戻してやることにより、下流側の羽根車８ａの昇圧力が増大する。このことは、羽根車８ａの回転数を減じた場合の昇圧力の低下を回復させることに寄与し、その結果、静翼１０を設けていない場合に比べて羽根車８ａの回転数を減少させても全体として所定の昇圧力を得ることとなる。このため、羽根車８ａの回転数を減少させたことによる騒音の低減を実現できる。

また、羽根車８から送られてくる気流が静翼１０を通過するときには、空気が静翼１０の表面に沿って進行することとなるが、静翼１０が上述の如き形状をなしているため、このときの空気抵抗が小さく、気流が静翼１０の表面から剥離することが防止される。このことによって、軸流送風機のファン効率を従来に比して向上させることができる。また、このような空気抵抗の減少によって、静翼１０の下流側に生じるウェークが小さくなる。したがって、当該ウェークが下流側の羽根車８ａの動翼と干渉することによって生じる騒音のレベルを低減することができる。

本願発明者は、本願発明に係る軸流送風機による効果を調べるために、軸流送風機を動作させたときに発生するウェークの態様のシミュレーションを本実施の形態１に係る軸流送風機１及び従来の軸流送風機について行った。図４は、従来の軸流送風機におけるウェークの態様のシミュレーション結果を示す圧力分布図であり、図５は、本発明の実施の形態１に係る軸流送風機におけるウェークの態様のシミュレーション結果を示す圧力分布図である。なお、図４及び図５は、軸流送風機の正面視における圧力分布を示している。図４及び図５に示すように、本シミュレーション結果によると、両方の軸流送風機において、静翼の下流側に、気流通流方向下流側（図中右側）へ向かうに従って幅が広がったウェーク（図中濃い灰色で示した領域）が発生するが、従来の軸流送風機におけるウェークよりも、本実施の形態１に係る軸流送風機１におけるウェークの方がその幅が狭いことが分かる。このように、本発明に係る軸流送風機はウェークの低減において有効であることが分かる。

また、本願発明者は、本願発明に係る軸流送風機による効果を調べるために、軸流送風機を動作させたときに発生する騒音のレベルの測定実験を行った。かかる実験では、本実施の形態１に係る軸流送風機１での騒音レベルと、従来の軸流送風機での騒音レベルとを測定した。図６は、かかる実験の結果を示すグラフである。図６において、横軸は周波数（Ｈｚ）を示しており、縦軸は騒音レベル（ｄＢ（Ａ））を示している。また、図６においては、静翼が平板状の従来の軸流送風機の実験結果を実線で示しており、本実施の形態１に係る軸流送風機１の実験結果を破線で示している。図に示すように、０〜２４００Ｈｚにおいては、本実施の形態１に係る軸流送風機１の騒音レベルが従来の軸流送風機の騒音レベルよりも低いことが分かる。また、［表１］に、吐出風力３５ｍ／ｓで口径１２５０ｍｍの正逆双方向型軸流送風機に、本発明の実施の形態１を適用した場合の試験結果を示す。［表１］に示すように、騒音レベルのオーバーオール値（可聴周波数の範囲内の騒音の総和を示す値）は、従来の軸流送風機が９６ｄＢ（Ａ）であり、本実施の形態１に係る軸流送風機１が９２ｄＢ（Ａ）であった。このことからも、本実施の形態１に係る軸流送風機１が従来に比して低騒音であることが分かる。

（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２に係る軸流送風機の構成を示す模式的正面断面図である。図に示すように、本発明の実施の形態２に係る軸流送風機１０１は、可逆式電動機１０７の出力軸に１つの羽根車１０８のみが取り付けられた送風装置１０３が、円筒ケーシング２の内部に取り付けられている。電動機１０７は、左右方向の一方にのみ出力軸が設けられている他は、実施の形態１において説明した電動機７の構成と同様である。また、羽根車１０８は、実施の形態１において説明した羽根車８の構成と同様である。本実施の形態２に係る軸流送風機１０１のその他の構成については、実施の形態１に係る軸流送風機１の構成と同様であるので、同一構成要素については同符号を付し、その説明を省略する。

かかる軸流送風機１０１においては、、電動機１０７が正転する場合、及び逆転する場合の何れにおいても、即ち、電動機１０７側から羽根車１０８に空気が吸い込まれる場合、及び電動機１０７側へ羽根車１０８から空気が吐出される場合の何れにおいても、静翼１０の下流側に生じるウェークを小さくすることができる。また、電動機１０７側から羽根車１０８に空気が吸い込まれる場合においては、前記ウェークを小さく抑えているため、ウェークが下流側の羽根車１０８の動翼と干渉することによって生じる騒音のレベルを低減することができる。

なお、実施の形態１及び２においては、静翼１０を、同一半径の２つの円弧を略両凸レンズ断面状に組み合わせた如き断面形状のものとした構成について述べたが、これに限定されるものではなく、例えば、軸長方向両端に近づくに従って、静翼の表面の曲率半径を小さくする等、静翼の表面の曲率半径を軸長方向の位置に応じて変化させた構成としてもよい。

更に、上述した実施形態は一実施形態であり、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定されるものではない。

本発明に係る軸流送風機は、静翼の下流側に発生するウェークを平板状の静翼の場合に比して小さくすることができ、騒音を低下させ、ファン効率を向上させることが可能となるという効果を奏し、筒状のケーシング内に、可逆式電動機と、当該電動機に取り付けられた羽根車とを備え、前記電動機によって前記羽根車が回転駆動されたときに前記ケーシングの軸長方向への気流を発生させる軸流送風機等として有用である。

本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の一部を切り欠いて示した全体斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の構成を示す側面断面図である。 本発明の実施の形態１に係る軸流送風機の構成を模式的に示す正面断面図である。 従来の軸流送風機におけるウェークの態様のシミュレーション結果を示す圧力分布図である。 本発明の実施の形態１に係る軸流送風機におけるウェークの態様のシミュレーション結果を示す圧力分布図である。 本発明の実施の形態１に係る軸流送風機と、従来の軸流送風機との騒音レベルの測定実験の結果を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る軸流送風機の構成を示す模式的正面断面図である。

符号の説明

１ 軸流送風機
２ 円筒ケーシング
３ 送風装置
４ 内面
５ 吸音材
６ 対称面
７ 可逆式電動機
８，８ａ 羽根車
９，９ａ スピナ
１０ 静翼
１１ 支持金具
１０１ 軸流送風機
１０３ 送風装置
１０７ 可逆式電動機
１０８ 羽根車

Claims (2)

1. トンネルの内壁上端に懸垂支持されるように構成された筒状のケーシング内に、可逆式電動機と、当該電動機に取り付けられた羽根車と、前記ケーシング内で前記電動機を支持する複数の静翼とを備え、前記電動機によって前記羽根車が回転駆動されたときに前記ケーシングの軸長方向への気流を発生させる軸流送風機において、
   前記電動機と前記ケーシングの内面との間に、前記複数の静翼が放射状に設けられ、前記電動機の前記軸長方向両側に、前記羽根車が夫々設けられており、
   前記静翼は、軸長方向へと延びた板状に形成され、軸長方向両端へ向かうに従って薄くなるように、軸長方向についてその厚さが滑らかに変化すべく構成され、前記軸長方向を法線方向として前記静翼の前記軸長方向中央を通過する対称面について面対称の形状をなし、前記軸長方向に平行な平面による断面形状が、同一半径の２つの円弧を略凸レンズ断面状に組み合わせた如き形状をなしていることを特徴とする軸流送風機。
2. 前記静翼は、表面が滑らかに形成されている請求項１に記載の軸流送風機。

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