JP2010242601A - 遠心式送風機及び自動車用シート - Google Patents

Abstract

【課題】小型低背で、送風性能が高く、低騒音の遠心式送風機を提供する。
【解決手段】回転中心軸１０ａの周りに複数枚のブレード１１を有し回転中心軸に沿って吸入した空気を半径方向外向きに吹き出す遠心式多翼インペラ１０が渦巻状のスクロールケーシング２０に収納されている。遠心式多翼インペラの直径Ｄに対する回転中心軸方向における遠心式多翼インペラの高さＨの比Ｈ／Ｄは０．２以下である。スクロールケーシングの対数螺旋拡がり角度γは２．０度以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、インペラ直径Ｄに対するインペラ高さＨの比Ｈ／Ｄが０．２以下の扁平状の遠心式多翼インペラを有する遠心式送風機に関する。また、本発明は、遠心式送風機を内蔵した自動車用シートに関する。

遠心式送風機は、遠心式多翼インペラ（以下、「インペラ」と略す）が渦巻き状のスクロールケーシング（以下、「ケーシング」と略す）内に収納されて構成されている。インペラは、回転中心軸に沿って吸入した空気を半径方向外向きに吹き出す。ケーシングは、インペラから吹き出された空気を集合させながらその動圧を静圧に変換して、その巻き終わり側に設けられた吹出口から空気を吹き出す。

特許文献１には、このような遠心式送風機において、インペラ直径Ｄに対する回転中心軸方向におけるインペラ高さＨの比Ｈ／Ｄ（アスペクト比）が０．５以下である低背タイプのインペラを用い、ケーシングのノーズ部（舌部ということもある）とインペラとの最小間隔（ノーズギャップ）をインペラ直径Ｄの０．０８倍以上０．２倍以下にすることが記載されている。

特開２００２−３７１９９７号公報

近年、遠心式送風機を内蔵した自動車等の車両シートが提案されている。この用途において、更に、シートに複数の遠心式送風機を内蔵したり、車室空間を増大したりすることへの要求があり、これに応えるためにインペラをさらに小型化、低背化することが求められている。

しかしながら、特許文献１の構成において、アスペクト比Ｈ／Ｄが０．２以下である更に低背タイプのインペラを用いると、インペラの回転数当たりの送風能力が著しく低下するという課題がある。

また、送風能力を向上させるためにインペラの回転数を増加させると、騒音が大きくなるという課題がある。

本発明は、上記の従来の課題を解決するものであり、送風性能の向上と騒音の低減とが両立した遠心式送風機を提供することを目的とする。また、本発明は、このような遠心式送風機を内蔵した自動車用シートを提供することを目的とする。

本発明の遠心式送風機は、回転中心軸の周りに複数枚のブレードを有し前記回転中心軸に沿って吸入した空気を半径方向外向きに吹き出す遠心式多翼インペラと、前記遠心式多翼インペラを収納する渦巻状のスクロールケーシングとを備える。前記遠心式多翼インペラの直径Ｄに対する前記回転中心軸方向における前記遠心式多翼インペラの高さＨの比Ｈ／Ｄが０．２以下であり、前記スクロールケーシングの対数螺旋拡がり角度γが２．０度以上であることを特徴とする。

本発明の自動車用シートは、上記の本発明の遠心式送風機を内蔵する。

本発明によれば、ケーシングの対数螺旋拡がり角度γが適正に設定されているので、比Ｈ／Ｄが０．２以下の低背タイプのインペラを用いた遠心式送風機において、インペラによって発生した動圧がケーシングによって効率的に静圧に変換され、送風性能（圧力―風量特性）が向上する。

また、送風性能が向上した結果、回転数を低減することが可能となるので、騒音を低減することができる。

したがって、本発明の遠心式送風機によれば、回転数当たりの送風能力を向上させ、かつ送風騒音を低減することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る遠心式送風機の断面図である。 図２Ａは、図１に示した遠心式送風機を構成する遠心式多翼インペラの正面図である。 図２Ｂは、図１に示した遠心式送風機を構成する遠心式多翼インペラの上面図である。 図３は、図１のIV−IV線におけるスクロールケーシングの矢視断面図である。 図４は、ケーシングの対数螺旋拡がり角度γが２．９度及び１．０度の２つの遠心式送風機の無次元送風性能特性図を示した図である。 図５は、図４に示した対数螺旋拡がり角度γが２．９度である遠心式送風機の騒音レベルと周波数との関係を示した図である。 図６は、対数螺旋拡がり角度γと送風性能との関係を示した図である。 図７は、本発明の遠心式送風機を内蔵した自動車用シートの一実施形態を示した切り欠き斜視図である。

本発明の遠心式送風機は、複数枚のブレードを有するインペラと、インペラを収納する渦巻状のケーシングとを備える。インペラを回転させる駆動源（例えばモータ）は、ケーシングに内蔵されていてもよく、あるいはケーシング外に配置されていてもよい。

インペラが備えるブレードの形状に特に制限はなく、ブレードの空気出口部（外側端）が回転方向に向いた前向き羽根、回転方向と逆方向に向いた後ろ向き羽根などのいずれであってもよい。但し、ブレードの出口部が回転方向に向いた前向き羽根であって、ブレードの出口角βが６０°以上９０°以下であることが好ましい。インペラを回転させるエネルギーを効率よく動圧に変換することができるからである。

インペラに設けられるブレードの数にも特に制限はない。

インペラの空気吸入側の外周に円環状のシュラウドが設けられていることが好ましい。これにより、シュラウドの整流効果により、インペラの半径方向外向きに流出した空気流による渦の発生とインペラへの逆流を抑制することができ、翼通過周波数音を低減できる。

以下に本発明を好適な実施形態を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下に示す実施形態に限定されないことはいうまでもない。

図１は、本発明の一実施形態に係る遠心式送風機１の断面図である。図２Ａはインペラ（遠心式多翼インペラ）１０の正面図、図２Ｂはその上面図である。図３は図１のIV−IV線におけるケーシング（スクロールケーシング）２０の矢視断面図である。

遠心式送風機１は、インペラ１０と、インペラ１０を収納するケーシング２０とを備える。

インペラ１０は、電動モータ３０により回転中心軸１０ａを中心として回転方向１０ｄの向きに回転駆動される。インペラ１０は、回転中心軸１０ａの周りに多数枚のブレード（翼）１１を有し、回転中心軸１０ａに沿って吸入した空気を半径方向外向き吹き出す。インペラ１０の吸入口２１（図１参照）側に、ブレード１１の外周側端を順に繋ぐシュラウド１２が設けられている。シュラウド１２は、インペラ１０と同芯の円環状である。

ケーシング２０は、インペラ１０から吹き出された空気を集合させながらその動圧を静圧に変換する渦巻き状のスクロールケーシングである。送風機１の回転中心軸１０ａ方向の一方の側（電動モータ３０とは反対側）には空気の吸入口２１が設けられ、巻き終わり側には空気を吹き出す吹出口２２が設けられている。

図２Ａに示されているように、インペラ１０の直径（即ち、ブレード１１の外側端を通る仮想円の直径）をＤ、回転中心軸１０ａ方向におけるインペラ１０の高さ（即ち、出口部でのブレード１１の高さ）をＨとしたとき、インペラ１０は、直径Ｄに対する高さＨの比Ｈ／Ｄ（アスペクト比）が０．２以下である低背タイプのインペラである。

ブレード１１の内側端を通る仮想円の直径をＤ１としたとき（図２Ｂ参照）、比Ｄ１／Ｄは０．７以下であることが好ましい。比Ｄ１／Ｄがこれより大きくなると、送風性能が低下する。

インペラ１０のブレード１１の出口部は、インペラ１０の回転方向１０ｄと同方向に向いていることが好ましく、特にブレード１１の出口角βは６０°以上９０°以下であることが好ましい。ここで、出口角βとは、図２Ｂに示されているように、インペラ１０を吸入口２１（図１参照）側から見たときの、ブレード１１の外側端でのブレード１１に沿った接線とインペラ１０の外周縁に沿った接線とがなす角度をいう。出口角βは、インペラ１０の回転方向１０ｄの前進側から測定される。出口角βが上記の数値範囲内であると、インペラ４から吹き出される空気の動圧を高くすることができる。

図３に示されているように、ケーシング２０の外側内壁面は対数螺旋的に変化している。そして、次式で表される対数螺旋拡がり角度γが２．０度以上である。

ｒ＝ｒ₀・ｅｘｐ（θ・ｔａｎ（γ））
ここで、
ｒ：回転中心軸１０ａからケーシング２０の外側内壁面までの距離
ｒ₀：ノーズ部２３の曲率中心Ｐｎと回転中心軸１０ａとを結ぶ基準線Ｌ₀に沿った、回転中心軸１０ａからケーシング２０の外側内壁面までの距離
θ：ノーズ部２３の曲率中心Ｐｎと回転中心軸１０ａとを結ぶ基準線Ｌ₀からインペラ１０の回転方向１０ｄに測った角度
である。

対数螺旋拡がり角度γを２．０度以上とすることの技術的意義について説明する。

図４は、ケーシング２０の対数螺旋拡がり角度γが２．９度（「実施例」）及び１．０度（「比較例」）の２つの遠心式送風機の送風性能を示した図である。２つの遠心式送風機は、対数螺旋拡がり角度γが異なる以外は同一仕様である。インペラ１０のアスペクト比Ｈ／Ｄは０．１２とした。ケーシング２０の対数螺旋部（対数螺旋的に変化する外側内壁面を有する部分）の回転中心軸１０ａと直交する方向における最大外径Ｗ（図３参照）は９５ｍｍとした。図４において、横軸は風量φ、縦軸は静圧ψであり、横軸及び縦軸はいずれも無次元化されている。

対数螺旋拡がり角度γが２．９度である実施例と１．０度である比較例とを比較すると、同一流量（φ＝０．１４）において比較例より実施例の方がより高い静圧が得られており、送風能力が高いことが分かる。

上記の実施例と比較例とは、対数螺旋拡がり角度γのみが異なるため、ケーシング２０のノーズ部２３とインペラ１０との間隔（ノーズギャップ）は、実施例の方が狭い。遠心式送風機において、ノーズギャップを小さくして送風性能を向上させると、インペラから半径方向外向きに吹き出される空気がノーズ部に衝突することにより発生する騒音（翼通過周波数音、以下「ＮＺ騒音」という）は一般に増大することが多い。

図５は、図４に示した実施例に係る遠心式送風機の運転時の騒音を測定した結果を示した図である。運転条件は、図４のφ＝０．１４のときのものと同じである。図５の横軸は周波数、縦軸は音圧である。図５から分かるように、特定周波数でのピークが認められず、有害なＮＺ騒音が発生していないことが分かる。

以上の説明から理解できるように、本発明では、ケーシング２０の対数螺旋拡がり角度γの範囲（特にその下限値）が適正に設定されているので、アスペクト比Ｈ／Ｄが小さな低背タイプのインペラを用いた遠心式送風機において、インペラ１０によって発生した動圧がケーシング２０で静圧に変換され、送風性能（圧力−風量特性）が向上する。しかも、送風性能が向上しても、有害なＮＺ騒音はほとんど発生しない。

一般に、遠心式送風機では、インペラの回転数を増大させれば送風性能は向上する。本発明の遠心式送風機は、優れた送風性能を有しているので、従来の遠心式送風機と比べてインペラのより低い回転数で同等の静圧が得られる。したがって、本発明の遠心式送風機によれば、インペラの回転数を低くすることができ、その結果、低騒音化を実現することができる。

図６は、対数螺旋拡がり角度γを変えたときの送風性能の変化を示した図である。横軸は対数螺旋拡がり角度γであり、これ以外の遠心式送風機の仕様は同一である。縦軸は遠心式送風機の静圧である。対数螺旋拡がり角度γが大きくなるにしたがって、より高い静圧が得られることが分かる。特に対数螺旋拡がり角度γが２．０度以上の範囲では、曲線の傾きが大きく、静圧の向上に対数螺旋拡がり角度γの増大が効果的であることが分かる。したがって、本発明では、対数螺旋拡がり角度γを２．０度以上とする。

また、遠心式送風機を自動車用シート（後述する図７参照）に内蔵して送風機として使用する場合、遠心式送風機に求められる静圧は１２０Ｐａ以上であり、好ましくは１９０Ｐａ以上である。したがって、図６より、対数螺旋拡がり角度γは、２．５度以上であることが好ましい。

本発明において、対数螺旋拡がり角度γの上限値に特に制限はない。但し、対数螺旋拡がり角度γが大きくなると、上述したようにノーズギャップが小さくなり、ＮＺ騒音が顕著になる可能性がある。したがって、一般には、対数螺旋拡がり角度γは４．０度以下とするのが好ましい。

図７は、本発明の遠心式送風機１を内蔵した自動車用シート１００の一実施形態を示した切り欠き斜視図である。遠心式送風機１がシート１００の着座部１０１に内蔵されている。シート１００外に配置された空気調和装置（図示せず）で生成された、温度や湿度が適切に調整された空気がダクト（図示せず）を通じて遠心式送風機１の吸入口に導入される。遠心式送風機１の吹出口から吹き出された空気は、着座部１０１及びシートバック１０２から乗員に向けて送風される。図７では、遠心式送風機１が着座部１０１にのみ内蔵されているが、シートバック１０２にも内蔵されていてもよい。

上述したように、本発明の遠心式送風機１は、アスペクト比Ｈ／Ｄが０．２以下の低背タイプのインペラ１０を備えるので、遠心式送風機１の厚みは薄い。したがって、遠心式送風機１を内蔵することによる座部１０１やシートバック１０２の厚みの増加は、あってもごく僅かである。したがって、車内空間が狭小するのを回避できる。また、本発明の遠心式送風機１は低騒音であるので、シート１００に遠心式送風機１を内蔵しても乗員が不快音を感じることはほとんどない。

遠心式送風機１をシート１００のような限られた空間に内蔵する場合には、上述したケーシング２０の最大外径Ｗ（図３参照）は、空間を有効利用する観点から、１００ｍｍ以下であることが望ましい。

自動車用シートは、本発明の遠心式送風機の適用分野の一つに過ぎず、本発明の遠心式送風機をこれ以外の用途に使用することはもちろん可能である。

本発明の遠心送風機は、小型低背タイプでありながら、送風能力が高く、低騒音であるため、限られた空間（例えば車室）に設置される送風機として特に好ましく利用することができる。

１ 遠心式送風機
１０ インペラ（遠心式多翼インペラ）
１０ａ インペラの回転中心軸
１０ｄ インペラの回転方向
１１ ブレード（翼）
１２ シュラウド
２０ ケーシング（スクロールケーシング）
２１ 吸入口
２２ 吹出口
２３ ノーズ部
３０ 電動モータ
１００ 自動車用シート
１０１ 着座部
１０２ シートバック

Claims (5)

1. 回転中心軸の周りに複数枚のブレードを有し前記回転中心軸に沿って吸入した空気を半径方向外向きに吹き出す遠心式多翼インペラと、前記遠心式多翼インペラを収納する渦巻状のスクロールケーシングとを備える遠心式送風機であって、
   前記遠心式多翼インペラの直径Ｄに対する前記回転中心軸方向における前記遠心式多翼インペラの高さＨの比Ｈ／Ｄが０．２以下であり、
   前記スクロールケーシングの対数螺旋拡がり角度γが２．０度以上であることを特徴とする遠心式送風機。
2. 前記スクロールケーシングの対数螺旋拡がり角度γが２．５度以上である請求項１に記載の遠心式送風機。
3. 前記遠心式多翼インペラの前記ブレードの出口角βは６０°以上９０°以下である請求項１又は２に記載の遠心式送風機。
4. 前記遠心式多翼インペラの空気吸入側の外周に円環状のシュラウドが設けられている請求項１〜３のいずれかに記載の遠心式送風機。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の遠心式送風機を内蔵した自動車用シート。

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