JP2006118376A - 遠心送風機 - Google Patents

Abstract

【課題】遠心送風機において、ファンが底プレートを有する場合、底プレートで反射される空気流に乱流が発生し難く、騒音の発生の原因となっていた。
【解決手段】遠心送風機は、吸込口３４及び吐出口４１を備えた渦巻き状通風路を有するスクロールケーシング３２と、スクロールケーシング内に配置されたファン部材４５と、ファンに回転力を付与するモータ７５とから成る。ファン部材は、軸方向一端の円板部５０と、該円板部の半径方向外側で軸方向他端側に位置する少なくとも１つの環状部５５とを有する底プレート４８と、底プレートの最外周の環状部の外周縁に円周方向に隔設され軸方向に延びた複数のブレード７０とを含む。作動時、ファン部材よりスクロールケーシングの吸込口から軸方向に吸い込んだ空気を底プレートで半径方向外向きに反射させ、ブレードで吐出口から吐き出す。底プレートの各部分における空気流の流速差が小さくなるので、乱流の発生によるファン騒音の発生が防止される。
【選択図】図４

Description

本発明は遠心送風機に関し、特にファン部材の底プレートの改良に関する。

遠心送風機は例えば車両用空調装置で使用され、外気及び内気を吸い込み、流れ方向を変えて熱交換器（蒸発器、ヒータコア）に送る。車両用空調装置では吸気口は１つであるのに対して吹出口は複数であること、及び狭い空間内でダクトが屈曲しており圧力損失が多いことなどから、家電用送風機と異なり、圧力タイプの遠心送風機が使用される。

遠心送風機は渦巻き状に形成され空気の吸入口及び吐出口を有するケーシングと、多数枚のブレードを備えたファンと、ファンを回転駆動するモータとで構成されている。ファンとしてシロッコファン（特許文献１参照）や、ターボファン（特許文献２参照）が知られている。また、図９に示すように、モータ１００に固定されるボス１０２とブレード１０３とを接続する底プレート１０４を含むファン部材１０５が知られており、この底プレート１０４は中心部が上方に盛り上がり周辺に進むにつれて下降する山形状を有する。（特許文献３参照）。
特開２００３−３５２９８号公報 特開２００３−２６９３８０号公報 特許第３４８９２２１号公報

上記特許文献３の遠心送風機は、軸方向に吸い込んだ空気を山形状の底プレート１０４で半径方向外向き（遠心方向）に反射し、空気の流れ方向を９０°変える。しかし、底プレート１０４の高さ方向での流速の分布が不均一となり易い。即ち、図１０に示すように、空気は底プレートレート１０４の表面に沿って流れるので、表面に近い下方部分の空気流れＡの流速が大きく、遠い上方部分の空気流れＡの流速は小さくなる。底プレート１０４の高さ方向の上方部分と下方部分とで流速が異なる結果、各部分の空気の流れが衝突して乱流が発生し、これが原因となってファン騒音が発生することがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ファン部材が底プレートを有する場合でも、底プレートの各部分での流速の差が小さく、乱流の発生に起因するファン騒音の発生が防止された遠心送風機を提供することを目的とする。

本願の発明者は、ファン部材の底プレートに複数の同心的に配置され軸方向位置が異なる環状部を形成することを着想して、本発明を完成した。本発明による遠心送風機は、請求項１に記載したように、吸込口及び吐出口を備えた渦巻き状通風路を有するスクロールケーシングと、スクロールケーシング内に回転可能に配置されたファン部材と、ファンに回転力を付与するモータとから成る。ファン部材は、軸方向一端の円板部と円板部の半径方向外側で軸方向他端側に位置する少なくとも１つの環状部とを有する底プレートと、底プレートの最外周の環状部の外周縁に円周方向に隔設され軸方向に延びる複数のブレードとを含む。

この遠心送風機において、ファン部材によりスクロールケーシングの吸込口から軸方向に吸い込んだ空気を、底プレートで半径方向外向きに変向し、吐出口から吐き出す。

本発明にかかる遠心送風機によれば、ファン部材で軸方向に吸引した空気が、ファン部材の円板部及び環状部を含む底プレートで均等に半径方向外向きに変向されるので、底プレートの円板部及び環状部における流速の差が小さくなり、乱流の発生が防止できる。また、ファン部材はシンプルな形状なので、樹脂などから容易に成形でき、製造コストが安価になる。

請求項２の遠心送風機によれば、ファン部材に２つの環状部が形成されているので、乱流の発生がより確実に防止でき、しかもファン部材の成形が容易である。請求項３の遠心送風機によれば、円板部及び環状部上に遠心ファンを形成したので、ファン部材による空気の吸引量が増加し送風効率が向上する。しかも、遠心ファンは円板部及び環状部上に位置しているので、成形が困難にならない。

請求項４の遠心送風機によれば、遠心ファンは円板部及び環状部の表面を隆起させており、形成が容易である。請求項５の遠心送風機によれば、円板部及び環状部の円周方向各部分での半径方向の空気流の流速のばらつきが相殺され、ファン部材の半径方向の流速がほぼ均一になる。

（イ）全体
本発明の遠心送風機の用途に特別の制約はなく、例えば車両用空調装置や家電用空調装置において使用できる。但し、ダクトの圧力損失が大きい車両用空調装置で使用されたときその効果が大きくなる。

遠心送風機は、吸込口及び吐出口を備えた渦巻き状通風路を有するスクロールケーシング、スクロールケーシング内に回転可能に配置されたファン部材、及びファン部材に回転力を付与するモータから成る。このうち、渦巻き状通風路を有するスクロールケーシング、及びファン部材のボスに結合されるモータとしては汎用のものが使用できる。モータはその回転軸が垂直方向となるように配置しても良いし、水平方向となるように配置しても良い。

（ロ）ファン部材
ａ．ファン部材は樹脂の成形品などから成り、中心のボス、外周の多数のブレード及びボスとブレードとを結ぶ底プレート等を含むことができる。ボスはファン部材の中心において、軸方向一端寄りに位置している。ブレードはシロッコファン又はターボファンから成ることができる。

ｂ．底プレートは軸方向一端側で中央の（ボスを含む）円板部と、円板部の半径方向外側で軸方向他端側の少なくとも１つの環状部を有する。各環状部は内周縁及び外周縁が円形状で、ファン部材の軸直角平面内に位置している。従って、内周寄りの環状部が軸方向一端側に、外周寄りの環状部が他端側に位置している。環状部の個数は２，３，４・・の何れでも良く、各環状部の幅（半径方向寸法）は同じでも異なっても良い。

円板部や各環状部の表面は平坦でも良いが、複数の遠心ファンを構成することもできる。遠心ファンは円周方向に進むにつれて軸方向一端側に湾曲し、主に空気を軸方向に吸引する機能を持つ。円板部及び各環状部上の遠心ファンの枚数は同じでも良いし、異なっても良い。

上記形状の遠心ファンを形成した結果、遠心ファンの円周方向他端と、これに隣接するファンの円周方向一端との間に半径方向に延び軸方向に段差がある段部が形成される。また、ある環状部の複数の遠心ファン間の段部と、半径方向でこれに隣接する別の環状部の遠心ファン間の段部とは、同一半径上に位置しても良いが、円周方向に少しずれていても良い。

ｃ．複数のブレードは底プレートの最外周の環状部の外周縁から軸方向に延び、円周方向で隔設されている。わずかに湾曲し、ファン部材の法線方向に対して所定角度を成している。ブレードは主に、底プレートで反射された空気を半径方向外向きに吐き出す機能を持つ。各ブレードの上端部を環状の結合部が結合している。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する。

＜実施例＞
（構成）
ａ．全体
図１に示す車両用空調装置は、空調ダクト１０、遠心送風機３０、蒸発器８０及びヒータコア８２等を含む。空調ダクト１０は空気の流れ方向（図１で左方から右方）で上流側に、車室内気を吸入する内気吸入口１２及び外気を吸入する外気吸入口１３を備えた内外気箱１４と、遠心送風機３０を収容する上流端部１６とを含む。内気吸入口１２及び外気吸入口１３は吸入口切換ドア１５により開閉される。蒸発器８０及びヒータコア８２を収容する中間部１８を含む。

空調ダクト１０の上流端部１６内に収容された遠心送風機３０は吸込口１２及び１３から軸方向に吸い込んだ空気を、流れ方向を変えた後、蒸発器８０及びヒータコア８２に送る（詳細は後述する）。

空調ダクト１０の中間部１８に送風機３０の下流側に蒸発器８０が配置され、蒸発器８０の下流側にヒータコア８２が配置されている。ヒータコア８２の側方にこれをバイパスするバイパス通路８３が形成され、またヒータコア８２の上流側にエアミックスドア８４が配設されている。なお、空調ダクト１０の下流端部（不図示）にフェイス吹出口、フット吹出口及びデフロスタ吹出口が形成され、それぞれ吹出モード切換ドアで開閉されるようになっている。

ｂ．遠心送風機
図２，図３，図４、図５、図６及び図７に示すように、遠心送風機３０はスクロールケーシング３２、ファン部材４５及びモータ７５から成り、全体が縦方向に、即ちモータ７５の軸線が垂直となるように、配置されている。ケーシング３２は上壁３３、下壁３６及び側壁３９を含む。渦巻き形状の上壁３３に吸入口３４が形成され、上壁３３と同形状の下壁に３６にファン部材４５の挿入孔３７が形成されている。上壁３３と下壁３６とを連結する側壁３９の先端が吐出口４１となっている。上壁３３，下壁３６及び側壁３９により渦巻き状通路が形成されている。

ファン部材４５は中心のボス４６、外周のブレード７０、及び両者を接続する底プレート４８等を含む。ボス４６はファン部材４５の中心でしかも軸方向上方に位置している。
底プレート４８は同心的に配置された円板部５０、第１環状部５５及び第２環状部６０を有する。円板部５０，第１及び第２環状部５５及び６０は何れもファン部材４５の軸直角平面内に位置し、円板部５０よりも第１環状部５５が半径方向外方で軸方向下方に位置し、第１環状部５５よりも第２環状部６０がさらに半径方向外方でさらに軸方向下方に位置している。

円板部５０と第１環状部５５との間に第１円筒部５４が形成され、第１環状部５５と第２環状部６０との間に第２円筒部５９が形成され、第２環状部６０とブレード７０との間に第３円筒部６４が形成されている。その結果、縦断面（軸方向断面）で見ると、中央部が高く、左右両端部が低い階段状態になっている（図６参照）。

ここでは、円板部５０の表面に複数の第１遠心ファン５１が円周方向に離れて配置されている。各第１遠心ファン５１は円周方向に進むにつれて軸方向上方に位置するように湾曲し、その結果、隣接する遠心ファン５１の端部間に半径方向に延びる段部５２が形成されている。

第１環状部５５は第１円筒部５４の下端から半径方向外向きに延び、その表面に複数の第２遠心ファン５６が円周方向に離れて配置され、隣接する遠心ファン５６間に半径方向に延びる段部５７が形成されている。第２遠心ファン５６の構成は寸法を除き、第１遠心ファン５１と同じである。

また、第３環状部６０は第２円筒部５９の下端から半径方向外向きに延び、その表面に複数の第３遠心ファン６１が円周方向に離れて配置され、隣接する遠心ファン６１間に半径方向に延びる段部６２が形成されている（図７参照）。第３遠心ファン６１の構成は寸法を除き、第２遠心ファン５６と同じである。図４から分かるように、段部５２と段部５７と段部６２とは円周方向にずれている。

複数のブレード７０は、第３円筒部６４の外周縁に軸方向に立設されている。各ブレード７０は緩やかに湾曲したシロッコファン又はターボファンから成り、ファン部材４５の法線方向に対して所定角度を成し、隣接するブレード７０間にすきま７２が存在している。各ブレード７０の頂部を環状の結合部７３が接続している。底プレート４８の下方にモータ７５（図１参照）が配置され、その回転軸７７にボス４６が結合されている。

（作用）
モータ７５がファン部材４５を回転駆動すると、底プレート４８の第１遠心ファン５１、第２遠心ファン５６及び第３遠心ファン６１が空気を軸方向に吸引し、吸気口３４から空気がスクロールケーシング３２内に吸引される。軸方向の空気流はファン部材４５の第１遠心ファン５１，第１円筒部５４，第２遠心ファン５６，第２円筒部５９，第３遠心ファン６１及び第３円筒部６４で変向され、半径方向の空気流に変わる。

その後、空気は多数のブレード７０により半径方向外向きに吸引され、スクロールケーシング３２の側壁３９に沿って円周方向に流れ吐出口４１から吐出され、蒸発器８０及びヒータコア８２に送られる。蒸発器８０で冷媒と熱交換されて冷風となり、ヒータコア８２で温水と熱交換されて暖風となる。

（効果）
この実施例によれば、以下の効果が得られる。第１に、ファン部材４５の底プレート４８の軸方向（スラスト方向）各部分における空気の流速の差が小さくなる。これは、底プレート４８を円板部５０と、第１及び第２環状部５５及び６０と、第１、第２及び第３円筒部５４，５９及び６４とで構成したことによる。即ち、円板部５０及び第１円筒部５４、第１環状部５５及び第２円筒部５９、並びに第２環状部６０及び第３円筒部６４において空気の流れ条件が同じになり、空気の流量に大差がなくなる。その結果、流速の差に起因する乱流の発生、及び乱流によるファン騒音の発生が防止できる。

第２に、ファン部材４５による空気の軸方向の吸引及び半径方向の吐出の効率が良くなる。これは、底プレート４８の円板部５０、第１及び第２環状部５５及び６０の表面に第１遠心ファン５１，第２遠心ファン５６及び第３遠心ファン６１を形成したことによる。即ち第１、第２及び第３遠心ファン５１、５６及び６１はこれらが設けられていない場合に比べて、より多量の空気を軸方向に吸引し、その結果空気の吐出量も多くなる。

第３に、ファン部材４５の成形が容易で、コストが安くできる。ファン部材４５の第１，第２及び第３遠心ファン５１，５６及び６１、並びに第１、第２及び第３円筒部５４，５９及び６４はシンプルな形状を有しており、軸方向に進退する上型及び下型と、半径方向に進退する横型とで形成できる。

第４に、円板部５０、第１及び第２環状部５５及び６０の段部５２、５７及び６２の形成位置を円周方向にずらせたので、円周方向の各部分における半径方向（ラジアル方向）流速の差が相殺され、ファン部材４５の円周方向各部分における半径方向の流速差が小さくなる。

＜比較例＞
図８に比較例のファン部材９０を示す。このファン部材９０は山形状の底プレート９２と、外周の多数のブレード９４とを含み、各ブレード９４に空気引込用ファン９６が形成されている。ファン９６はブレード９４の軸方向上端寄りに形成され、半径方向内向きに突出している。作動時は、ファン９６が空気を軸方向に吸引し、山形状の底プレート９２で反射し、ブレード９４で半径方向外向きに吐出する。

しかし、このファン９６付きブレード９４は三次元空間内で非常に複雑な形状を有しており、製造が非常に困難である。金属でファン９６を一枚ずつ製作し、ブレード９４に溶接することが考えられるが、製作に時間と手間がかかり、コストが高くなる。一方、ファン９６付きブレード９４を樹脂で成形すればコストは抑えられるが、金型のアンダーカットを防ぐためにファン９６の枚数を減らさざるを得ない。それでは、送風性能が低下する。

結局、比較例のファン部材は送風性能と騒音性能とをバランスさせることは困難である。

実施例の遠心送風機を含む車両用空調装置を示す縦断面図である。 上記遠心送風機のケーシング及びファン部材を示す平面図である。 スクローフケーシングの斜視図である。 上記ファン部材の平面図である。 同じく正面図である。 図４における６−６断面図である。 図４における７−７断面図である。 比較例のファン部材を示す斜視図である。 従来の遠心送風機を示す断面図である。 従来例の作動を説明する説明図である。

符号の説明

１０：空調ダクト １２，１３：吸入口
３０：遠心送風機 ３２：スクロールケーシング
３４：吸入口 ４１：吐出口
４５：ファン部材 ４６：ボス
４８：底プレート ５０，５５，６０：環状部
５１，５６，６１：ファン ７０：ブレード
７５：モータ

Claims (5)

1. 吸込口（３４）及び吐出口（４１）を備えた渦巻き状通風路を有するスクロールケーシング（３２）と、該スクロールケーシング内に回転可能に配置されたファン部材（４５）と、該ファンに回転力を付与するモータ（７５）と、から成り、
   前記ファン部材は、軸方向一端の円板部（５０）と、該円板部の半径方向外側で軸方向他端側に位置する少なくとも１つの環状部（５５）とを有する底プレート（４８）と、
   前記底プレートの前記環状部の外周縁に円周方向に隔設され、軸方向に延びた複数のブレード（７０）と、を含み、
   前記ファン部材により前記吸込口から軸方向に吸い込んだ空気を、前記底プレートで半径方向外向きに変向し、前記吐出口から吐き出すことを特徴とする遠心送風機。
2. ２つの前記環状部が設けられ、前記第１環状部（５５）の半径方向外側で軸方向他端側に第２環状部（６０）が形成されている請求項１に記載の遠心送風機。
3. 前記ファン部材の前記円板部及び前記環状部上にそれぞれ複数の遠心ファン（５１，５６・・）が円周方向に隔設されている請求項１に記載の遠心送風機。
4. 各前記遠心ファンは、前記円板部及び前記環状部の表面を、円周方向にすすむにつれて軸方向一端側に隆起させて成る請求項３に記載の遠心送風機。
5. 前記円板部及び前記環状部の前記複数の遠心ファン間の段部（５２，５７・・）の円周方向位置は互いにずれている請求項４に記載の遠心送風機。
   

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