JP2005307929A - 送風機 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸気効率を大きく低下させることなく、低騒音化を達成することができる送風機を提供する。
【解決手段】 円形状の回転基板１０ａと、当該回転基板１０ａの周縁部に等間隔に立設された多数枚の翼１５と、これら多数の翼１５の上端部に一体に形成された環状の翼連結プレート１０ｂとを有する遠心ファン１０と、上記遠心ファン１０が収納され、当該遠心ファン１０の軸方向における一方側から空気を吸入する吸入口１１が形成されるとともに、上記遠心ファン１０の吸入した空気を内壁面に沿って、上記遠心ファン１０の接線方向へ案内するケース１３とを有する送風機において、各上記翼１５、１５間に、上記遠心ファン１０のファン回転方向Ｘ２に向けて傾斜して延設され、且つそれぞれ略平行となるように整流片１７を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は送風機に関し、さらに詳しくは、車両用空調装置などに用いられるブロワーファンの低騒音化技術に関する。

従来、車両用空調装置などに用いられる送風機としては、図４に示すように、図示省略する回転軸方向（すなわち、紙面に対する直交方向）から吸入した空気を径外側方向へ吹き出す遠心ファン１を備えており、この遠心ファン１の矢印Ｘ１方向の回転に伴って空気を導入する吸入口２を有するとともに、前記遠心ファン１が吸入した空気を吹き出すために流通させる空気流路３を内壁に沿って形成してなる円筒容器状のケース４に、前記遠心ファン１を収納している。

このケース４には、ケース外周の接線方向に向けて空気流路３を外側に延在した筒状の吐出口５が形成されており、空気流路３が吐出口５に向けて略渦巻き状となっている（例えば特許文献１参照）。

そして、この場合、遠心ファン１の駆動源に連結される図示省略の円盤状の主板（後述する図６における主板１ａ参照）と、この主板の外周部に対向するリング状の側板（後述する図６における側板１ｂ参照）との間における遠心ファン１の翼６の出口角度を、それぞれ所定の角度θ１、θ２に設定し、前記翼６の形状を最適化することによって、送風機の低騒音化を図っている。

また、他の送風機としては、図４との対応部分に同一符号を付した図５に示すように、ケース４の吐出口５近傍で遠心ファン１の外周とケース４の内周面との隙間が狭くなっている舌状の境界部（以下、これを舌部と称する）７近傍における遠心ファン１の内周部側に乱流を低減させる乱流抑制板８を配置することによって、舌部７近傍における逆流を低減させる構造（例えば特許文献２参照）や、図４との対応部分に同一符号を付した図６に示すように、遠心ファン１の主板１ａと当該主板１ａに対して平行に且つ同軸上に配置される側板１ｂとの間に、周方向に所定間隔を隔てて放射状に設けられた翼６、６間の隙間を狭くする（例えば特許文献３参照）、または図４との対応部分に同一符号を付した図７に示すように、前記主板１ａと側板１ｂとの間に、これら主板１ａおよび側板１ｂと平行に且つ同軸上に所定間隔を隔てて積層して設けられた翼６、６間の隙間を狭くする（例えば特許文献４参照）ことによって、騒音の原因と考えられる乱流を層流に変え、前記乱流に起因する騒音を低減させる構造などが提案されている。
特開平９−１９５９８８号公報（第３頁および第４頁、図２および図４） 特開平８−２８４８９４号公報（第３頁および第４頁、図１〜図３） 特開平８−２８４８８６号公報（第２頁、図１） 特開平７−３１０６９４号公報（第３頁および第４頁、図１および図２）

しかしながら、上述した技術では、いずれの場合でも送風機における騒音発生箇所が特定されていないことから、前記騒音を充分に抑制するには至らない未だ不十分な問題がある。

特に、特許文献１記載に係る送風機では、吐出口５へ送風する空気の流れを制御することは可能であるものの、吸入口２から前記回転軸方向へ吸い込む空気流に起因する騒音を抑制することが困難である。

また、前記特許文献２においては、乱流制御板８をケース４の吸入口２から内側へ突設しているため、この乱流制御板８と対向する遠心ファン１で実質的に空気の吸い込みに寄与しておらず、遠心ファン１の吸気効率が低下するという問題点がある。

さらに、特許文献３および４においては、流路を広く確保することが困難となることによって、風量が不足してしまうため、吸い込み障害で流量が低下したり、流れが偏流したり、吸い込み面積の減少に伴う流速の増加によって、逆に騒音の増大が起こるという不具合も懸念されている。

今回、本発明者は鋭意研究の結果、図８に示すように、翼間流入部６ａ、翼６、６間および翼間流出部６ｂにおいて発生する剥離渦等が、ファン回転方向Ｘ１に対して直交する翼幅方向Ｙ１に乱れることが前記騒音を発生させる主原因であることを確認している。

また、上述のような遠心ファン１を用いた送風機では、流路の閉め切り部分となる舌部７をすり抜けて再循環する空気の流れが、翼６、６間の流れに作用して騒音を発生させていることもわかっている。

そして、遠心ファン１における騒音の発生は、前記翼６、６間における空気の流れ（翼間流れ）と、前記舌部７をすり抜けて再循環する空気の流れ（ユニット流れ）とが相互作用し、複雑な流れを形成することによって生じていることを知見した。

従って、前記翼６、６間の流路における前記翼幅方向Ｙ１の剥離渦の乱れを制御することによって翼６、６間の乱れの絶対値を下げることが可能となれば、前記騒音を全体として低減させることができると考えられる。

そこで、本発明は上述した問題点に鑑みてなされたもので、吸気効率を大きく低下させることなく、低騒音化を達成することができる送風機を提供するものである。

上記目的を達成する請求項１の発明は、円形状の回転基板と、当該回転基板の周縁部に等間隔に立設された多数枚の翼と、これら多数の翼の上端部に一体に形成された環状の翼連結プレートとを有する遠心ファンと、上記遠心ファンが収納され、当該遠心ファンの軸方向における一方側から空気を吸入する吸入口が形成されるとともに、上記遠心ファンの吸入した空気を内壁面に沿って、上記遠心ファンの接線方向へ案内するケースとを有する送風機において、各上記翼間に、上記遠心ファンのファン回転方向に向けて傾斜して延設され、且つそれぞれ略平行となるように、複数の整流片１７を設けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の送風機であって、上記整流片は、各上記翼間における翼幅方向に、２枚以上、１０枚以内の枚数で設定して設けたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の送風機であって、上記整流片によって区画された上記翼幅方向の寸法は、隣り合う上記翼間の寸法の６倍未満としたことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一項に記載された送風機であって、上記ファン回転方向に隣接する整流片同士が、それぞれ上記翼幅方向にオフセットされ、或いは傾斜角度を変更したことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、各翼間に、遠心ファンのファン回転方向に向けて傾斜して延設された整流片を、それぞれ略平行となるように設けたことにより、各翼間の流路を翼幅方向に区画して、空気の流入時に回転基板側に発生する揺動の増幅を抑えることができ、これに連動増幅していた翼間の流路に生じる剥離渦の翼幅方向における乱れをセグメンテーション化（分裂）することができる。従って、この翼間の乱れを適宜制御することにより、この乱れの絶対値を下げることが可能となるため、送風機の騒音を全体として低減させることが可能となる。

しかも、各翼間に整流片を設けていることから、この整流片が翼の補強板としても作用するため、遠心ファンとしての剛性を確保し、構造体としての変形強度、振動強度を向上させつつ、各翼の厚みを限界まで薄くすることができる。従って、各翼間の流路を広げることができるとともに、多翼化にも対応することができるため、風量性能を格段と向上させることができる。

また、整流片を設けた際に、その板厚によって翼間の流路が狭められ、風量が低下するような場合においても、整流片の板厚の合計より僅かに長く翼幅を設定することにより、その風量の低下をカバーすることができる。しかるに、この性質を利用して翼幅を限界まで伸長すれば、従来と同じ投影面積で従来以上の風量と大幅な騒音低減を図ることが可能となる。

これは、単に遠心ファンの径を増やし、回転数を落として低騒音化したり、流路の抵抗を減らしファンの負荷を減らして低騒音化する従来の大型化による対処法とは異なり、同じ大きさのファンのまま本質的に騒音を抑制することができるため、従来品との入れ替えが可能（すなわち、大きな設備投資が不要）であり、望ましい風量を持ちながら騒音問題が影響し、これまで使用してこれなかった電子製品などへも採用することができ、送風機の用途範囲の拡大にも寄与することができる。

かくして、本発明の送風機では、吸気効率を大きく低下させることなく、低騒音化を達成することができる。

請求項２記載の発明によれば、整流片は、各翼間における翼幅方向に、２枚以上、１０枚以内の枚数で設定して設けたことにより、各翼間の流路における翼の板厚による空気吸入の妨げを最小限に抑え、吸入される空気の流量を確保しつつ、空気の流入時に回転基板側に発生する揺動の増幅を効果的に抑えることができる。

請求項３記載の発明によれば、整流片によって区画された翼幅方向の寸法は、隣り合う翼間の寸法の６倍未満としたことにより、それぞれの整流片における整流効果を十分に発揮することができる。

請求項４に記載の発明によれば、ファン回転方向に隣接する整流片の位置が、それぞれ翼幅方向にオフセットされ、或いは整流片の傾斜角度を変更したことにより、整流片を不等間隔に設けることによって、対象性を崩し、騒音のピークレベルを分散させることができる。

以下、本発明に係る送風機の詳細を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。なお、ここで説明する送風機は、例えば、車両用空調装置に用いられる。

図１〜図３は、本発明に係る送風機の一実施の形態を示しており、図１は本実施の形態の送風機を部分的に断面を用いて示す斜視図、図２は図１の遠心ファンの一部を拡大して示す斜視図、図３は本実施の形態による送風機の騒音抑制効果を示すグラフである。

図１および図２に示すように、本実施の形態の送風機は、円筒形状の遠心ファン１０と、略円筒形状のケース１３と、遠心ファン１０を回転駆動する図示省略するモータとを備えて大略構成されている。

遠心ファン１０は、ほぼ中央に略円錐状に盛り上がった凸部１６を有する平面円形状の回転基板１０ａと、この回転基板１０ａの周縁部に等間隔に立設された多数枚の翼１５と、これら多数の翼１５の上端部に一体に形成された環状の翼連結プレート１０ｂとからなる遠心式の多翼ファンである。なお、回転基板１０ａにおける凸部１６のほぼ中心部には、ケース１３側に固定されたモータの駆動シャフト（図示省略する）が挿入固定されるシャフト挿入口１６Ａが形成されている。

ケース１３には、遠心ファン１０が収納され、遠心ファン１０の図示省略する回転軸の一方側の側面に円形の吸入口１１が形成されている。また、ケース１３には、収納された遠心ファン１０を取り囲むように狭い流路から漸次広い流路となる渦巻き状に１周回し、遠心ファン１０の接線方向へ突出する空気流路１２が形成されている。そして、このケース１３は、前記空気流路１２の端部から空気を吐出するための筒状の吐出口１４が形成されており、空気流路１２が吐出口１４に向けて略渦巻き状となっている。

かかる構成に加えて、本実施の形態の場合、各翼１５、１５間には、遠心ファン１０のファン回転方向Ｘ２で、且つ吸入口１１に向けて傾斜して延設され、隣同士がそれぞれ略平行（同一線上）となるように、整流片１７が設けられている。また、各翼１５、１５間で隣接する整流片１７、１７同士は連続して螺旋状に設けられているため、それぞれファン回転方向Ｘ２に対して直交する翼幅方向Ｙ２に略均一の間隔で略水平をなしている。

これを別の見方をすると、翼１５の翼長とほぼ同一或いは短い幅とされた円弧状のディスク板を整流片１７とし、この整流片１７に各翼１５を挿入させるスリットを形成し、そのスリットに各翼１５を取り付けることで遠心ファン１０に装着し、これら円弧状をなす複数枚の整流片１７を、吸込口１１に向けて斜め上方に配置されるようにすると共に全体として螺旋形状となるように取り付け位置をずらして（オフセットさせて）翼１５に取り付けた構成とされている。

さらに、整流片１７によって区画された翼幅方向Ｙ２の寸法（整流片１７間距離）Ｌ１は、それぞれの整流片１７における整流効果を十分に発揮させるために、隣り合う翼１５、１５間の寸法Ｌ２の６倍未満としている。

本実施の形態の場合、翼幅約８０〔ｍｍ〕の送風機に、板厚２〔ｍｍ〕程度の整流片１７を、各翼１５、１５間の流路において送風性能が低下しない様、翼幅方向Ｙ２に等間隔に４枚螺旋状をなすように配設した。

この整流片１７は、図２に示すように、各翼１５、１５間の流路を前記翼幅方向Ｙ２に区画（分割）し、前記吸入口１１から回転軸方向に向けて吸い込まれる空気によって、各翼１５、１５間、翼間流入部１５ａおよび翼間流出部１５ｂにおいて発生する剥離渦（図２中太い矢印で示す）等が、前記翼幅方向Ｙ２に乱れるのを阻止する（すなわち、翼幅方向Ｙ２に対する隔壁として作用する）ことができるとともに、空気の流入時に回転基板１０ａ側に発生する揺動の増幅を抑えることができる。

従って、整流片１７は、この揺動の増幅に連動して増幅していた各翼１５、１５間の流路に生じる剥離渦の翼幅方向Ｙ２における乱れをセグメンテーション化（分裂）して阻止することにより、この翼１５、１５間の乱れを適宜制御することができ、この乱れの絶対値を下げることを可能とするのである。

特に、この実施の形態の場合、整流片１７が傾斜していることから、遠心ファン１０の回転に伴ってその吸入力（いわば、螺旋状整流片１７による軸流吸入力）を強制的に向上させるため、遠心ファン１０としての風量をアップさせることができるとともに、前記隔壁としての作用と相俟って、空気の流入時に回転基板１０ａ側に発生する揺動の増幅を確実に抑えることができる。

つまり、整流片１７を翼１５に対して傾斜して設けたことにより、空気を斜めに吸入して流入部分での整流片１７による吸い込み剥離を低減させるとともに、負圧面側に吸入した空気の主流を押し込むので、負圧面側の吸い込み剥離も低減させることができる。結果として、整流片１７を各翼１５、１５間に水平に設ける場合と比較して、より一層の風量の増加と騒音の抑制効果を期待することができる。

ここで、本発明を適用した送風機における騒音抑制実験について説明する。図３は各翼１５、１５間に板厚２〔ｍｍ〕の整流片１７を翼幅方向Ｙ２に等間隔に吸入口１１に向けて傾斜させて配設した場合の送風機における騒音抑制効果を示すグラフであり、遠心ファン１０の回転条件は、無負荷時に２０００〔ｒｐｍ〕程度の定回転数となるように設定した。

このグラフから見てわかるように、騒音レベルにおける揺動音（Ｌｉｎ特性レベル）に関しては、整流片１７が設けられていない場合を１００〔％〕とすると、整流片１７を設けることによって８０〔％〕にまで騒音レベルを低減させる（すなわち、騒音レベルを２０〔％〕減衰させる）ことが可能であり、騒音レベルにおける聴感（Ａ特性レベル）に関しては、整流片１７が設けられていない場合を１００〔％〕とすると、整流片１７を設けることによって４５〔％〕にまで騒音レベルを低減させる（すなわち、騒音レベルを５５〔％〕減衰させる）ことが可能であることがわかる。

また、このときの風量は９〔％〕未満の低下に止まっており、別の実験から、低下分だけ翼１５を翼幅方向Ｙ２に延伸させれば、騒音を低減させたまま風量を元に戻すことができることを確認した。

但し、遠心ファン１０における空気の吸い込み面積（例えば、吸入口１１の直径をＤ１とした場合、π×（Ｄ１／２）_２）のほぼ３倍以内の翼幅からなる遠心ファン１０を有する送風機が損失の少ない送風機として成立することから、翼幅をむやみに延伸させても翼１５、１５間の乱流が偏流等の影響を受け、翼幅を延伸させることによるメリットを効果的に利用できなくなってしまう。

従って、各翼１５、１５間の流路の占める総面積、つまり、遠心ファン１０の外周側面の総面積（例えば、翼幅をｈとした場合、ｈ×（πＤ１））は、遠心ファン１０における空気の吸い込み面積（π×（Ｄ１／２）_２）の４倍未満となる程度が限界とみられ、吸入口１１の直径Ｄ１が１３８〔ｍｍ〕の場合、ｈ＜Ｄ１となるため、翼幅ｈは１３８〔ｍｍ〕が限界で、従来適正が翼幅８０〔ｍｍ〕でも板厚２〔ｍｍ〕の整流片１７を最大で１０枚、５０〔ｍｍ〕程度が延伸の限界であることがわかった。

以上、説明したように、本実施の形態によれば、各翼１５、１５間に、遠心ファン１０のファン回転方向Ｘ２に向けて延設された整流片１７を、それぞれ略平行となるように、吸入口１１に向けて螺旋状に設けたことにより、各翼１５、１５間の流路を翼幅方向Ｙ２に区画して、空気の流入時に回転基板１０ａ側に発生する揺動の増幅を抑えることができ、これに連動増幅していた翼１５、１５間の流路に生じる剥離渦の翼幅方向Ｙ２における乱れをセグメンテーション化（分裂）することができる。

特に、この場合、整流片１７が傾斜していることから、遠心ファン１０の回転に伴ってその吸入力（螺旋状整流片１７による軸流吸入力）を強制的に向上させるため、遠心ファン１０としての風量をアップさせることができるとともに、前記隔壁としての作用と相俟って、空気の流入時に回転基板１０ａ側に発生する揺動の増幅を確実に抑えることができる。

従って、この翼１５、１５間の乱れを適宜制御することにより、この乱れの絶対値をより一層下げることが可能となるため、送風機の騒音を全体として低減させることが可能となる。

しかも、各翼１５、１５間に整流片１７を設けていることから、この整流片１７が翼１５の補強板としても作用するため、遠心ファン１０としての剛性を確保し、構造体としての変形強度、振動強度を向上させつつ、各翼１５の厚みを限界まで薄くすることができる。従って、各翼１５、１５間の流路を広げることができるとともに、多翼化にも対応することができるため、風量性能を格段と向上させることができる。

また、整流片１７を設けた際に、その板厚によって翼１５、１５間の流路が狭められ、風量が低下するような場合においても、整流片１７の板厚の合計より僅かに長く翼幅を設定することにより、その風量の低下をカバーすることができる。しかるに、この性質を利用して翼幅を限界まで伸長すれば、従来と同じ投影面積で従来以上の風量と大幅な騒音低減を図ることが可能となる。

これは、単に遠心ファン１０の径を増やし、回転数を落として低騒音化したり、流路の抵抗を減らしファンの負荷を減らして低騒音化する従来の大型化による対処法とは異なり、同じ大きさのファンのまま本質的に騒音を抑制することができるため、従来品との入れ替えが可能（すなわち、大きな設備投資が不要）であり、望ましい風量を持ちながら騒音問題が影響し、これまで使用してこれなかった電子製品などへも採用することができ、送風機の用途範囲の拡大にも寄与することができる。

かくして、本実施の形態の送風機では、吸気効率を大きく低下させることなく、低騒音化を達成することができる。

また、本実施の形態によれば、整流片１７は、各翼１５、１５間における翼幅方向に、２枚以上、１０枚以内の枚数で設定して設けたことにより、各翼１５、１５間の流路における翼１５の板厚による空気吸入の妨げを最小限に抑え、吸入される空気の流量を確保しつつ、空気の流入時に回転基板１０ａ側に発生する揺動の増幅を効果的に抑えることができる。

さらに、本実施の形態によれば、整流片１７によって区画された翼幅方向Ｙ２の寸法Ｌ１は、隣り合う翼１５、１５間の寸法Ｌ２の６倍未満としたことにより、それぞれの整流片１７における整流効果を十分に発揮することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した実施形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替の実施形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

例えば、上述した実施の形態においては、各翼１５、１５間で隣接する整流片１７、１７同士は、それぞれ翼幅方向Ｙ２に略均一の間隔で連続して設けられている場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、ファン回転方向Ｘ２に隣接する整流片１７、１７同士が、それぞれ翼幅方向Ｙ２にオフセットされ、或いは傾斜角度を適宜変更されてあってもよい（すなわち、ファン回転方向Ｘ２に隣接する整流片１７、１７の位置がオフセットされていたり、整流片１７、１７同士の傾斜角度が不均一である場合にも適用可能である）。

この場合、整流片は不等間隔に設けられることによって、対象性を崩し、騒音のピークレベルを分散させることが可能となる利点を得ることができる。

本発明に係る送風機の一実施形態を示す斜視図である。 図１における送風機の一部を拡大して示す斜視図である。 本実施形態に係る送風機における整流片の騒音抑制効果を示すグラフである。 従来の送風機の形態を示す正面図である。 従来の他の送風機の形態を示す正面図である。 従来の他の送風機の形態を示す要部斜視図である。 従来の他の送風機の形態を示す断面図である。 従来の送風機における空気流れの説明に供する要部拡大斜視図である。

符号の説明

１０…遠心ファン
１０ａ…回転基板
１０ｂ…翼連結プレート
１１…吸入口
１２…空気流路
１３…ケース
１５…翼
１７…整流片
Ｘ２…ファン回転方向
Ｙ２…翼幅方向

Claims (4)

1. 円形状の回転基板（１０ａ）と、当該回転基板（１０ａ）の周縁部に等間隔に立設された多数枚の翼（１５）と、これら多数の翼（１５）の上端部に一体に形成された環状の翼連結プレート（１０ｂ）とを有する遠心ファン（１０）と、
   上記遠心ファン（１０）が収納され、当該遠心ファン（１０）の軸方向における一方側から空気を吸入する吸入口（１１）が形成されるとともに、上記遠心ファン（１０）の吸入した空気を内壁面に沿って、上記遠心ファン（１０）の接線方向へ案内するケース（１３）と
   を有する送風機において、
   各上記翼（１５）、（１５）間に、上記遠心ファン（１０）のファン回転方向（Ｘ２）に向けて傾斜して延設され、且つそれぞれ略平行となるように整流片（１７）を設けた
   ことを特徴とする送風機。
2. 請求項１に記載の送風機であって、
   上記整流片（１７）は、各上記翼（１５）、（１５）間における翼幅方向（Ｙ２）に、２枚以上、１０枚以内の枚数で設定して設けた
   ことを特徴とする送風機。
3. 請求項１または請求項２に記載の送風機であって、
   上記整流片（１７）によって区画された上記翼幅方向（Ｙ２）の寸法（Ｌ１）は、隣り合う上記翼（１５）、（１５）間の寸法（Ｌ２）の６倍未満とした
   ことを特徴とする送風機。
4. 少なくとも請求項１から請求項３の何れか一つに記載の送風機であって、
   上記ファン回転方向（Ｘ２）に隣接する整流片（１７）、（１７）同士が、それぞれ上記翼幅方向（Ｙ２）にオフセットされ、或いは傾斜角度を変更した
   ことを特徴とする送風機。

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