JPH071040B2 - 前進フアンの整流リブ構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ラジエータの冷却等に使用される前進フアン
の整流リブ構造に関するものである。

［従来技術及び発明が解決しようとする問題点］ 近年、自動車においては、エンジンの高出力化、エンジ
ンルームの小型化等のため、ラジエータの放熱量が増大
する傾向にあり、そこでこれを冷却するフアンについて
も高風量化が推進されている。この様な場合に、ボス部
から放射状に突出するブレードの外周端縁部を、ブレー
ド回転方向前方に略先鋭状に突出して幅広にした前進フ
アンが用いられるが、この前進フアンは、騒音の発生が
回転方向前方に先鋭状に突出することのない汎用の軸流
フアンに比して低いと言われている。それは、回転方向
前方に突出した先鋭状先端部がシユラウドにおいてフア
ン回転により流れる風の不流側（正圧面側）から上流側
（負圧面側）への空気の巻き込みを抑える機能を果して
いるものと推考される。

しかるにこの前進フアンを単純に高速回転させて高風量
化を試みた場合に、低速回転時にはあまり問題にならな
い騒音が、高速回転になるほど著しく大きくなる。これ
は第５図に示す如く、ラジエータ４を通過する空気流が
シユラウド５を流れる際に、先鋭状先端部が形成される
ことによつて正圧側面においての空気流の流路が長くな
り、この結果、前進フアン１の高速回転によつてより大
きな遠心力成分を与えられてブレードの外周端後縁部の
X,Y部に集中し、これが下流側からシユラウド内周面と
ブレード外周面との隙間を通つて上流側に流れ込んでし
まい、このことが、ブレード（翼体）２の後端の空気
流の剥離による乱気流の発生、ブレード２の外周端か
らの空気の上流側への回り込みによる乱気流の発生とな
り、さらにはブレード２の前縁の失速による剥離での
乱気流の発生等が主として挙げられ、特に、が高速
回転時の騒音発生に大きな影響を与えているものと推察
されている。そこで従来からこれら乱気流の発生に対す
る種々の対策が採られているが、高速回転時の対策とし
ては未だ充分に満足のいくものが出現していないという
実情にある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの欠点を一掃す
ることができる前進フアンの整流リブ構造を提供するこ
とを目的として創案されたものであつて、ボス部から放
射方向に突出する複数枚のブレード外周縁を、フアン回
転によつて風が上流側から下流側に向けて流れるシユラ
ウドの内周面に沿うフアン回転軌跡に沿わせて円弧状に
し、かつブレード外周縁部の回転方向前端部をフアンの
回転方向前方に向けて先鋭状に突出せしめて外周縁部が
回転方向前方側に急激に幅広になつた前進フアンにおい
て、前記ブレード外周縁部における上流側のブレード面
に一枚の板状の整流リブを突出形成し、該整流リブによ
つてブレード外周円全域から巻き込まれる風の整流をす
るに、上流整流リブは、突出位置を、前記ブレヘド外周
縁部の先鋭状突出端の回転軌跡位置に対してフアン軸心
寄りの近傍位置でかつブレード外周縁に対して略同心円
となる円弧状位置とし、突出幅を、ブレード略全幅に亘
る幅広にし、さらに突出高さを、ブレード外周縁から整
流リブ突出位置に至るまでの距離と略等しくなるように
設定せしめられていることを特徴とするものである。

そして本発明は、この構成によつて、高速回転時の乱気
流の発生を効果的に押えて、静粛な状態で高風量化を果
すことができるようにしたものである。

［実施例］ 次に、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図
面において、１は前進型の前進フアンであつて、該前進
フアン１は、四枚のブレード２をボス部1aから放射状に
突出することによつて構成されるものであるが、ブレー
ド２の外周端縁部は、ブレード回転方向（第１図矢印方
向）前方側に向けて略先鋭状に突出していて外周端ほど
急激に幅広になつている。そしてブレードの幅広になつ
た外周端縁部に本発明の整流リブ３が突設されている
が、本発明では、上述した整流リブ３の設定条件を求め
るために次の１〜６の検討を試みている。

ここで、これらの検討をするに際し、実際に用いた前進
フアンは第１図に示すものであつて、具体的には全体直
径が300mm、ボス部1aの直径が80mm、ブレード２の全長
が110mm、ブレード２の捻れ幅Ｘが35.5mm、さらにブレ
ード２の捻れ中心Ｙが前縁から16.5mm、そしてブレード
２の外周縁がフアン軸芯を中心とした略円弧状のものに
して円筒状フユラウドの内周面に略沿い、さらに先鋭状
突出端2aが外周縁から7mmフアン軸心寄りにあるものを
標準型の前進フアン１とし、このものに整流リブ３を後
述する種々の条件で突設したもの（検討例Ａ〜Ｍ）につ
いて、基準風量（Ｑ）として1220m^３/hを得るための前
進フアン１の回転数（rpm）と、そのときの騒音（dB）
とを測定し、その結果を図表に示した。尚、この標準型
のものについては、前記基準風量を得るためには、2020
rpmの回転数が必要であり、そしてそのときの騒音は63d
Bであることが予め実験により観測されている。

以下、検討した事項についてそれぞれ述べる。

＜検討１（整流リブの突出面の検討）＞ ここでは整流リブ３をブレード２の下流側、上流側の何
れの側の面に設けたら良いかの検討をする。ここで用い
る各検討例の前進フアン１は、前記標準型のもののブレ
ード２に対し、その外周縁に対して同心円の円弧状位置
であつて外周縁からフアン軸芯に向けて10mmの位置に、
中央部位の高さ（最大高さ）が10mmのものとし、かつ上
端縁の形状はブレード２の外周部の曲率と略同じ形状に
設定した整流リブ３を突設した。そしてこの整流リブ３
を上流側に設けたもの（検討例Ａ）、下流側に設けたも
の（検討例Ｂ）、及び両面側に設けたもの（検討例Ｃ）
について、それぞれ基準風量を得るために必要な回転数
とその際の騒音を測定し、この結果を図表に示す。これ
によると、何れかの検討例のものも基準風量を得る際の
騒音は、標準型のものに比して低減していることが認め
られるが、特に上流側面のみに設けたもの、及び両面に
設けたものについてこの傾向が顕著であり、このことか
ら、少なくとも上流側に整流リブ３を設けたものである
ことが好ましいと判断できる。

＜検討２（整流リブの数の検討）＞ 次に整流リブ３の数について検討するが、これには、前
記検討例Ａのブレード２に、さらにその軸芯側に10mmだ
けずれた位置に同じような整流リブ３をもう一枚突設し
て都合二枚にしたもの（検討例Ｄ）を用いて同じく測定
し、その結果を図表に示す。これによると、整流リブ３
が二枚になつたものは、基準風量を得るためには高速回
転が必要となり、従つて整流リブ３の数が増加すること
は効率的に好ましくなく、また騒音については、検討例
Ａのものよりも若干悪くなつているが、標準型のものよ
りは良いことが認められる。而して整流リブ３は、検討
例Ａの如く一枚であることが好ましいと言える。

＜検討３（整流リブの突出角度の検討）＞ ここでは、整流リブ３がブレード２の外周端縁に対して
どのような角度で設けられたものが良いかを検討する。
そこで整流リブ３の外周縁に対するリブ角度を、前端が
ブレード２の外周端に一致したもの（検討例Ｅ）、後端
がブレード２の外周端に一致したもの（検討例Ｆ）と、
外周縁に対してそれぞれ傾斜させた他は、検討例Ａと同
じ条件としてそれぞれについて検討し、その測定結果を
図表に示す。これによると、検討例E,Fのものは、騒音
について何れも標準型のものに近似し、この結果、整流
リブ３の外周縁に対するリブ角度は、検討例Ａのように
ブレード２の外周縁と平行であつて略同心円状であるこ
とが好ましいと言える。

＜検討４（整流リブの高さの検討）＞ 次に、整流リブ３の突出高さについて検討するに、整流
リブ３のリブ高さのみを、前記検討例Ａの10mmとしたも
のよりも低い5mmとしたもの（検討例Ｇ）、高い15mmと
したもの（検討例Ｈ）について測定し、その結果を図表
に示す。これによると、リブ高さは、検討例Ａの10mmと
したものが最低の騒音で、これよりも大きいか小さくな
ると何れも騒音が大きくなつていることが認められ、従
つてこのことから、リブ高さは、ブレード２の外周端か
らの距離と略同じ高さにすることが好ましいと言うこと
ができる。

＜検討５（整流リブの突出位置の検討）＞ ここでは、整流リブ３をブレード２の外周端縁からどれ
くらいのところに突設したら良いかを検討する。そこで
整流リブ３の突設位置のみを、ブレード外周端位置（つ
まり外周縁から0mm位置）に突設したもの（検討例
Ｉ）、外周縁から5mmフアン軸芯側の位置（先鋭突出端2
aの回転軌跡に対してフアン軸芯方向とは逆側に近接す
る位置）に突設したもの（検討例Ｊ）、同じく15mmフア
ン軸芯側の位置に突設したもの（検討例Ｋ）として、突
出位置のみを検討例Ａと異ならしめたものに設定し、こ
れらについて測定し、その結果を図表に示す。これによ
ると、検討例Ｉのものは殆ど騒音の低減は認められず、
検討例Ａのものにおいて最低値を示すことが認められ、
このことから、整流リブ３の突設位置は、ブレード外周
縁部における先鋭状突出端の回転軌跡位置よりもフアン
軸芯側で、しかも突出端2aの回転軌跡の近接であること
が好ましいと言える。

＜検討例６（整流リブの形状の検討）＞ ここでは整流リブ３がどのような形状であることが最も
良いかを検討する。そこで前記検討例Ａの整流リブ３
を、前進フアン１の回転方向手前側の部位を切欠いた楔
形状のものとし、その切欠位置を、整流リブ３のリブ幅
の略1/3までとしたもの（検討例Ｌ）、後端部までとし
たもの（検討例Ｍ）について測定し、その結果を図表に
示す。これによると、リブ形状については検討例Ａのも
のが騒音について最良であり、前端部が切欠かれている
ほど騒音が大きくなることが認められ、従つて、整流リ
ブ３の上端縁形状は、ブレード２の外周縁形状に近い形
状になつていた方が騒音低減に効果があると言える。

そして以上の各検討１〜６の結果から考察するに、本発
明のように、検討例Ａの整流リブ３が尤も優れた特性を
有することは明らかであり、このことから、少なくとも
一枚の整流リブ３が上流側の面に突設され、そうしてそ
の突出位置は、ブレード外周縁部の先鋭状突出端2aの回
転軌跡位置に対してフアン軸芯寄り側の近傍位置でかつ
ブレード外周縁に対して略同深遠となる円弧状位置と
し、突出幅を、ブレード略全幅に亘る幅広にし、さらに
突出高さを、ブレード外周縁から整流リブ突出位置に至
るまでの距離と略等しくなるように設定せしめられてい
るものにおいて、明らかに騒音の低減が認められる。

［作用］ これは前述したように、ブレード２の回転方向前方に突
出する長い先鋭状先端部2aを設けた前進フアンにおいて
は、低速回転のときには下流側から上流側への空気の巻
き込みを抑えるものの、高速回転となつたときには、下
流側の空気流に大きな遠心力成分が与えられてブレード
の外周端後縁部に集中し、これがシユラウド内周面とブ
レード外周縁との隙間を通つて下流側から上流側に流れ
込もうとする。

ところが、このブレード２に上記設定された整流リブ３
を設けたものでは、先鋭状先端部2aによつて生じた上流
側の空気の流れが、整流リブ３とブレード２の上流側外
端部面とシユラウド内周面とのあいだに捉えられる状態
で集中的な渦流となつてブレード後端縁側までそのまま
維持されることになり、この上流側外周端縁での集中的
な渦流が、前記遠心力成分を受けて集中して下流側から
上流側に流れ込もうとする空気流の仕切り壁となつて機
能して前記流れ込みを阻止する。この結果、高速回転時
であつても、ブレード２の下流側から外周端縁を越えて
上流側への空気の流れを阻止して乱気流の発生が抑えら
れるものと推察される。そして、この乱気流発生が抑え
られている事実は、風洞実験（タフト法）においても確
認されており、本発明が理論的にも正しいものであると
推認できる。

そしてこのものは、さらに検討4,5から判断して、前進
フアン１の直径と、整流リブ３のブレード外周端縁から
の突設位置、および整流リブ３の高さとの比率は、それ
ぞれ30に対して１の割合に近くなるほど好適なものであ
ると判断でき、この様にすることが特に条件的に望まし
いと言える。

［効果］ 以上要するに、本発明は叙述の如く構成したものである
から、前進フアンにおいて、高速回転時に下流側から上
流側に流れ込もうとする空気流の阻止が、整流リブの存
在によつて上流側に発生する集中的な渦流の仕切り壁と
しての機能によつてブレード外周端縁部全幅に亘つてな
されることになり、この結果、前記空気の流れ込み防止
作用が高速回転時においても有効に働くことになつて、
高速速回転時におけるブレード外周端縁部での下流側か
ら上流側への空気の流れ込みによる乱気流の発生を極力
抑え得て、騒音の発生を効果的に低減することができ、
従つて前進フアンにおいて、近時要望されている高風量
化を計つたとしても、騒音の少ない静粛なものとするこ
とができることになる。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明に係る前進フアンの整流リブ構造の実施
例を示したものであつて、第１図は前進フアンの要部正
面図、第２図は第１図におけるＸ−Ｙ断面図、第３図は
ブレード部の断面図、第４図は測定結果を示す図表、第
５図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は騒音発生のメカニズムを
示す作用説明図である。 図中、１は前進フアン、２はブレード、３は整流リブで
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボス部から放射方向に突出する複数枚のブ
   レード外周縁を、フアン回転によつて風が上流側から下
   流側に向けて流れるシユラウドの内周面に沿うフアン回
   転軌跡に沿わせて円弧状にし、かつブレード外周縁部の
   回転方向前端部をフアンの回転方向前方に向けて先鋭状
   に突出せしめて外周縁部が回転方向前方側に急激に幅広
   になつた前進フアンにおいて、前記ブレード外周縁部に
   おける上流側のブレード面に一枚の板状の整流リブを突
   出形成し、該整流リブによつてブレード外周円全域から
   巻き込まれる風の整流をするに、上流整流リブは、突出
   位置を、前記ブレヘド外周縁部の先鋭状突出端の回転軌
   跡位置に対してフアン軸心寄りの近傍位置でかつブレー
   ド外周縁に対して略同心円となる円弧状位置とし、突出
   幅を、ブレード略全幅に亘る幅広にし、さらに突出高さ
   を、ブレード外周縁から整流リブ突出位置に至るまでの
   距離と略等しくなるように設定せしめられていることを
   特徴とする前進フアンの整流リブ構造。
2. 【請求項２】前記整流リブのブレード外周縁から突出位
   置までの距離およびブレード面からの突出高さを、前進
   フアンの直径に対して略30:1の割合と成るように設定し
   たことを特徴とする突起を請求の範囲第１項記載の前進
   フアンの整流リブ構造。