ファン・ブロワー設計

滅菌装置ファン塔載型を設計しました

滅菌装置ファン塔載型

今まで床置き型の空気殺菌装置を設計していましたが、今度は壁掛け型の空気殺菌装置を設計してみました。

壁にかけるため全体が非常にコンパクトであり、ファンからの送風が効率良く室内空気を対流させて滅菌効果を向上させます。広い室内では、壁に適切な配置で多数台置くことで、空気が滞留するところをなくす制御も可能です。次は、室内での効果シミュレーションを行なうために、まず室内を3DCADで再現し、流体解析を多数パターンで行なっていきます。

複雑な構造を持つ流体機械設計事例

複雑な構造を持つ流体機械設計事例

今回は、前回取り上げた複雑な構造の蒸気タービンよりも更に複雑な構造機構を持つ設計事例として、2段遠心コンプレッサーをご紹介します。これは、空気を圧縮する為のターボ機械であり、工場などの空気動力源として空気を大気圧の4倍ぐらいまで2段の羽根で圧縮して供給します。

そのため、羽根の回転数はとても高速であり、先の蒸気タービンには負けますが、毎分1万回転ほどで運転されます。2段の羽根を持つこと自体が機械を複雑としていますが、更に空気取り入れ口には、空気量調整用の可変式ガイドベーンが配置されています。また、2段目の羽根の出口には、角度可変式の出口羽根(ディフューザー)が全周に配置され、細かく出口圧力や流量を調整しています。その3次元CADにて設計した図を載せます。

電子機器冷却用ファン設計シリーズその1

電子機器冷却用ファン設計シリーズその1

今日からしばらくの間は、パソコンやその他の電子機器関係を冷却するためのファン設計事例をシリーズで載せていこうと思います。

その第1の事例として、2段に重なった軸流ファン羽根を持つ、特殊な用途に使用される電子機器冷却用ファンをご紹介します。それが、下図です。

このファンは、2重反転ではなく、同方向に回転するプロペラ型羽根を持つ構造とすることで、羽根の高効率化と軸方向への光の透過を防ぐ働きを実現した軸流ファンとなっています。

電子機器冷却用ファン設計シリーズその2

電子機器冷却用ファン設計シリーズその2

電子機器冷却用ファン設計シリーズの2番目として、軸流ファン型の冷却用ファン設計事例をご紹介します。
これは、軸流ファンブレード(羽根)のチップ側(外側です)に全周を覆うようにドーナツ型のバンドを設けチップとケーシングの隙間からの漏れ流れを抑えると共に、強度を確保するためのものです。
実験の結果は、外周漏れによる効率低下を防ぐ効果が確認されました。羽根自体の高効率形状による効率アップも確認されました。

電子機器冷却用ファン設計事例 その3

電子機器冷却用ファン設計事例 その3

コンパクト型PCなどの低発熱型CPUなどを冷却するためのファンとして、かなり以前に設計した冷却用ファン設計事例を載せてみます。

ファン厚みを薄くして、しかも風量・風圧を確保するために、遠心形式のファンを採用することとして設計しました。一見、羽根ブレード数が多いことと、羽根が短いためにシロッコファンのようですが、これはブレードが回転方向とは逆向きに反った遠心型ファンです。

この遠心式ファンの良いところは、シロッコファン形式に比較し効率が高く、しかも低騒音となるところです。

電子機器冷却用ファン設計事例 その4

電子機器冷却用ファン設計事例 その4

主にビデオボードなどの冷却用に設計した薄型の冷却用ファンです。

このファンの設計上の特徴は、軸流ファンタイプの羽根と遠心ファンタイプの羽根のちょうど中間の翼形状を持つ羽根として設計しているので、ファン軸方向からの吸込み効率が高く、しかも遠心ファンのように圧力が高く取れ、しかも静音となるところです。

実際のテストでも、羽根の後退角とねじりで高効率な結果を出したファンとなりました。

電子機器冷却用ファン設計事例 その5

電子機器冷却用ファン設計事例 その5

電子機器冷却用ファンの設計事例その5番目は、4番目と同じようにビデオボードなどに使われるタイプの冷却用ファンです。

3番目、4番目の遠心ファンタイプとは異なり、このタイプはシロッコファンと呼ばれる羽根枚数が非常に多く、羽根は回転方向に前進角と持つ短いブレードが特徴で、比較的高い圧力を発生することが出来ます。

現在、色々なビデオボードでこのタイプが採用されており、これを設計したのが随分前ですから、意外と先見性は有ったかもしれません。

遠心ブロワー高効率3次元羽根の設計事例

遠心ブロワー高効率3次元羽根の設計事例

ファンよりも圧力を高く出すことが出来るファンを専門的にはブロワーと呼んでいます。ただ、ファンもブロワーも見た目にはほとんど区別は付かないと思います。

そのブロワーの中で遠心ブロワーと呼ばれているタイプの羽根を下図のように設計しています。これは特に高効率となるように羽根は完全な3次元曲面羽根となっており、しかも作りやすいように板金溶接形式羽根です。

このような3次元羽根を採用すると専門的には比速度が高く取れるため、大流量・高圧力を高速回転で達成できるようになり、しかも羽根も非常に小型となるので今後必須のタイプのブロワーとなると予想できます。

高効率遠心ブロワーの全体構造設計事例

高効率遠心ブロワーの全体構造設計事例

高効率な3次元羽根を持つ遠心ブロワーの羽根部分だけではなく、全体構造も同時に設計していますので載せて見ます。

これまでの設計事例では、羽根部分を中心に載せていましたが、実は流体機械の全体の構造設計も得意な部分となります。特に、流体を包むケーシング部分、羽根を確実に回転させる軸受け、水や空気の漏れを防ぐシール構造、運転状態を計測するための機器部、案内羽根などの駆動リンク機構と駆動装置、などをこれまでの経験から最適となるように設計を行なっています。

全体が、うまく動かなければ流体機械と言えませんので。

超高速高効率ターボブロワーユニットの設計事例

超高速高効率ターボブロワーユニットの設計事例

ある企業の研究所向けに、タイヤの耐熱性を実験するための熱風発生装置に組み込むターボブロワーユニットを設計しました。

これは、約300度の空気をヒーターで作り、それを回転数1万回転のターボブロワーで吸込み高圧にしてタイヤに連続して吹きつけ、タイヤの耐久性を試験するというかなり特殊な実験装置の為のものです。

羽根は高効率と圧力発生を確保する為に複雑な3次元曲面羽根となると共に、羽根出口ディフューザーで圧力回復を行なっています。性能の流体解析も同時に行ないました。それが下図のユニットです。