JP2012052430A

JP2012052430A - 遠心送風機

Info

Publication number: JP2012052430A
Application number: JP2010193522A
Authority: JP
Inventors: Koji Mitsuishi; 康志三石; Masaharu Sakai; 雅晴酒井; Masanori Yasuda; 真範安田
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2012-03-15

Abstract

【課題】ファン効率が良く騒音低減効果がある、車両空調用のスクロールケーシングを備えた遠心送風機を提供する。
【解決手段】多翼ファンのファン出口角が、２０°〜７５°以内の角度範囲の多翼ファンと、前記多翼ファンの周囲に、巻き始め部を起点として渦巻きの拡がり角が２°〜６°以内の角度範囲である渦巻き状のケーシングに囲まれたスクロール室であって、前記スクロール室の上面及び下面が、前記巻き始め部から巻き終わり部にかけて前記軸方向下方に移動する渦巻き状のスクロール室とを具備する遠心送風機において、前記翼車の軸方向高さＨの中心面（Ｕ）から測って、巻き終わり部における前記スクロール室の上面と下面の中央位置（Ｖ）の距離をオフセット量（Ｌ）としたときに、前記翼車の軸方向高さＨに対して、前記オフセット量（Ｌ）が、０．１〜０．１８Ｈ以内の範囲であることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両空調用の、スクロールケーシングを備えた遠心送風機に関する。

自動車用の空気調和装置に用いられる遠心送風機は、例えば、特許文献１に開示されている。図１（ａ）は、特許文献１に開示された遠心送風機の軸方向に沿う断面図であり、（ｂ）は、平面断面図である。
このような従来の遠心送風機は、多数の翼２を有する多翼ファン１６と、この多翼ファン１６が出力軸３３に取り付けられたモータ３４と、多翼ファン１６を内部に収容するとともに共に多翼ファンの外周側に渦巻き状に形成されたスクロール室３０を有するケーシング３１とを備えている。スクロール室３０は、ケーシング３１の舌部１ａを起点にして吐出口に向かって徐々に通路が拡大する渦巻状に形成される。

一般に多翼ファンの回転中心Ｏは、スクロール室の中心である。舌部１ａが円弧状の場合は、厳密にはその曲率中心の示す角度位置が巻き始め部（渦巻状ケーシングの始点）であるが、舌部は円弧状とは限らないので、ここでは、舌部と巻き始め部を同じものとして説明する（以下の本発明の説明においても同様である。また、後述する周方向角度φの起点は曲率中心である。）。図１（ｂ）における２ａは、巻き終わり部である。

ケーシング３１は多翼ファン１６の軸方向一方側の面に吸込口１３を有し、モータ３４が回転すると、多翼ファン１６は吸込口１３から多翼ファン１６の中心部に空気を吸い込む。空気は、多翼ファンの中心部に吸い込まれた後にこの多翼ファンによって運動エネルギ（動圧）を与えられ、スクロール室３０を通過する間にケーシング内で動圧の一部が静圧に変換されて、吐出口より吐出される。
この特許文献１に示される従来技術は、舌部１ａ近傍の逆流発生に伴う騒音を低減することを目的としているが、スクロール室底面の形状に注目し、段差を設けたものであった。なお、逆流現象とは、ケース内の流れの一部が翼間へ進入する現象を表す。

特許文献２に示される従来技術は、ケース底面のみ軸方向下方に拡がりを設けて騒音、効率を向上させている。また、特許文献３に示される従来技術は、風量の変化に応じてケース内の上面、底面に可動する可変翼を設けて効率向上、騒音低減している。特許文献３の場合、可変翼を可動する可動部を設けることで製造上複雑な構造となっている。
これらの特許文献１〜３に示される従来技術において、いずれも、スクロール室の上面下面の位置・形状構成がどのような場合にファン効率や騒音低減効果が最も生じるかについて何ら開示されていない。さらに、これら従来技術においてスクロール室内の流れの可視化計測を行うと、スクロール室下面に比べ、スクロール室上面側のスクロール室内流速が大きくなっており、スクロール室内の２次流れは軸方向上下で不均一が生じていることがわかった。このため、流体損失や乱れが発生し、ファン効率や騒音上の問題点が生じていた。

特開２００４−３６０４９７公報特開２００６−８３７７２号公報特開２００２−１６１８９６号公報

本発明は、上記問題に鑑み、スクロール室内二次流れを安定化させ、上下流速差を少なくすることでファン効率を向上させ、騒音低減を図った遠心送風機を提供するものである。

以上のような課題を解決するために、請求項１の発明は、多数の翼（２）が周方向に一定の間隔で配置されて翼車を構成し、前記翼車の軸方向上方に空気の吸入口（１３）が設けられてなる多翼ファン（１６）であって、当該多翼ファン（１６）のファン出口角（Ａ）が、２０°〜７５°以内の角度範囲であって、かつ、前記多翼ファン（１６）の外径をＤとしたときに、０．０５〜０．１５Ｄ以内の範囲である翼車幅（ｄ）を有する多翼ファン（１６）と、前記多翼ファン（１６）の周囲に、巻き始め部（１ａ）を起点として渦巻きの拡がり角が２°〜６°以内の角度範囲である渦巻き状のケーシング（３１）に囲まれたスクロール室（３０）であって、前記スクロール室（３０）の上面（１０）及び下面（１１）が、前記巻き始め部（１ａ）から巻き終わり部（２ａ）にかけて前記軸方向下方に移動すると共に、前記巻き始め部（１ａ）から吐出口（２０）向かい徐々に流路面積が拡大する渦巻き状のスクロール室（３０）と、を具備する遠心送風機において、前記翼車の軸方向高さＨの中心を通る、前記翼車の軸に垂直な中心面（Ｕ）から測って、巻き終わり部（２ａ）における前記スクロール室の上面と下面の中央位置（Ｖ）の距離をオフセット量（Ｌ）としたときに、前記翼車の軸方向高さＨに対して、前記オフセット量（Ｌ）が、０．１〜０．１８Ｈ以内の範囲であることを特徴とする遠心送風機である。

これにより、スクロール室内の流速差を小さくして、スクロール室内二次流れを安定化させ、せん断によるエネルギーロスや気流の乱れを抑制することができ、ファン効率を向上させ、騒音低減を図ることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記巻き終わり部（２ａ）における、前記翼車の軸を中心に前記巻き始め部（１ａ）から前記周方向になす角度（φ）が３００°であることを特徴とする。これにより、騒音低減、ファンの高効率化に一層の効果がある。

なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。

（ａ）は、特許文献１に開示された遠心送風機の軸方向に沿う断面図であり、（ｂ）は、平面断面図である。本発明の一実施形態における遠心送風機の断面図である。本発明の一実施形態における翼を翼車の軸方向からみた断面図である。（ａ）は、翼車の軸方向高さＨの中心面Ｕとスクロール室の上面と下面の中央位置Ｖのオフセット量Ｌを示す模式図である。（ｂ）は、巻き始め部１ａから周方向になす角度φとオフセット量Ｌの関係を示す本発明の一実施形態の一例を示す図である。本発明の一実施形態の巻き終わり部２ａにおけるオフセット量Ｌとファン効率との関係を示すグラフである。本発明の一実施形態の巻き終わり部２ａにおけるオフセット量Ｌと騒音（比騒音）との関係を示すグラフである。スクロール室内の上下の流速差を説明する説明図であり、（ａ）は、巻き終わり部２ａにおけるオフセット量Ｌが０の場合の従来例の気流の状態を示す図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態の気流の状態を示す図である。（ｃ）は、従来例と本発明の一実施形態の気流の円周方向流速を、軸方向高さ位置ａ〜ｅにわたって表示したグラフである。（ａ）は、本発明の一実施形態をオフセット量Ｌが０の場合の従来例と比較して、圧力係数とファン効率の関係を示したグラフであり、（ｂ）は、従来例と比較して、圧力係数と比騒音の関係を示したグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。従来技術に対しても同様に同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。

図２は、本発明の一実施形態における遠心送風機の断面図である。図３は、本発明の一実施形態における翼を翼車の軸方向からみた断面図である。本発明の一実施形態は、車両空調用のスクロールケーシングを備えた遠心送風機に適用した場合で説明するが、車両空調用に限定されるものではない。

以下、図２を参照して、本発明の一実施形態を詳説する。遠心送風機（いわゆる遠心式送風機）は、多数の翼２を有する多翼ファン１６と、この多翼ファン１６が取り付けられたモータ３４と、多翼ファン１６をケーシング３１の内部に収容するとともに共に、多翼ファンの外周側に渦巻き状に形成されたスクロール室３０を有するケーシング３１を備えている。
ここで言う多翼ファンは、シロッコファンとも呼ばれるものである。スクロール室３０を有するケーシング３１を、スクロールケーシングと呼ぶ。

ケーシング３１は多翼ファン１６の軸方向一方側の面に吸込口１３を有し、モータ３４が回転すると、多翼ファン１６は吸込口１３から多翼ファン１６の中心部に空気を吸い込む。遠心送風機において、空気は、多翼ファンの中心部に吸い込まれた後にこの多翼ファンによって運動エネルギ（動圧）を与えられ、スクロール室３０を通過する間にケーシング内で動圧の一部が静圧に変換されて、吐出口２０より吐出される。

本発明の一実施形態における遠心送風機において、クロールケーシングを形成する渦巻きの形状は、巻き始め部１ａを起点として渦巻きの拡がり角が２°〜６°以内の角度範囲である。渦巻きの拡がり角とは、対数螺旋関数などで説明される（例えば、特開２００４−２７０５７７号公報の段落００３３、特開２００３−１９３９９８号公報の段落００４５等参照）。

多数の翼２が周方向に一定の間隔で配置されて翼車を構成し、翼車の軸方向上方に空気の吸入口１３が設けられている。翼車とは、多翼ファン１６の部分のうち、多数の翼２が周方向に一定の間隔で並列に円筒状に配置されている部分を指す。翼車の軸とは、多翼ファン１６の回転中心Ｏ（回転軸Ｏとも言う）を指している。電動モータ３４は、多翼ファン１６を回転駆動する駆動手段であり、この電動モータ３４は、多翼ファン１６を収納するケーシング３１に固定されている。

図３に示したように、翼２の出口先端における接線方向と、翼２の出口先端Ｔと回転中心Ｏを結ぶ線に直角な方向とのなす角が、ファン出口角Ａである。本発明の一実施形態では、ファン出口角Ａは、２０°〜７５°以内の角度範囲にある。翼２の出口先端Ｔと回転中心Ｏを結ぶ距離は、多翼ファン１６の外径Ｄを指している。翼車幅ｄとは、翼２の出口先端Ｔと内側先端Ｔ’との軌跡半径の差である。本発明の一実施形態では、翼車幅ｄは、多翼ファン１６の外径をＤとしたときに、０．０５〜０．１５Ｄ以内の範囲にある。

ケーシング３１は、多翼ファン１６の回転軸Ｏが、スクロール室の中心軸Ｃに位置するように略渦巻き状に形成されている。
ケーシング３１のうち回転軸Ｏの軸方向一端側（モータ３４と反対側、ここでは上方という）には、空気を導入するための吸入口１３が形成されており、この吸入口１３の外形縁部には、吸入空気を滑らかに多翼ファン１６に導くベルマウスが設けられている。スクロール室の中心軸Ｃと多翼ファン１６の回転軸Ｏとは一致している。

多翼ファン１６は吸込口１３から多翼ファン１６の中心部に空気を吸い込むと、空気は、多翼ファンの中心部に吸い込まれた後にこの多翼ファンによって運動エネルギ（動圧）を与えられ、ファン出口（翼２の出口）からスクロール室３０に吐出される。
本発明の一実施形態においても、図１（ｂ）と同様に、翼車の軸（多翼ファン１６の回転軸Ｏ、スクロール室の中心軸Ｃと同じ）を中心に巻き始め部１ａから周方向になす角度φを図るものとする。巻き終わり部は２ａである。巻き終わり部の角度φは、３００〜３１５°前後である。

多翼ファンの外周側に渦巻き状に形成されたスクロール室３０の上面１０及び下面１１は、巻き始め部１ａから巻き終わり部２ａにかけて軸方向下方に移動すると共に、スクロール室３０は、巻き始め部１ａから吐出口（２０）向かい徐々に流路面積が拡大する。
スクロール室３０の下面１１は、図２に示すように、半径方向断面上で軸方向下方に向って傾斜する傾斜面を有しており、ファン出口からの気流の流れを滑らかに旋回、流通させている。なお、下面の形状はこれに限定されるものではない。

図４（ａ）は、翼車の軸方向高さＨの中心面Ｕとスクロール室の上面と下面の中央位置Ｖのオフセット量Ｌを示す模式図である。（ｂ）は、角度φとオフセット量Ｌの関係を示す本発明の一実施形態の一例を示す図である。この一例では、オフセット量Ｌは、直線で巻き始め部１ａから巻き終わり部は２ａ（φ＝３００°）にかけて、スクロール室３０の軸方向下方（図４（ｂ）では上方）に移動する。図４（ａ）に示すように、翼車の軸方向高さ（全高）をＨとし、翼車の軸方向高さの中心を通る、翼車の軸に垂直な中心面Ｕから測って、巻き終わり部２ａにおけるスクロール室３０の上面１０と下面１１の中央位置Ｖの距離をオフセット量Ｌとする。

本発明の一実施形態は、翼車の軸方向高さＨに対して、オフセット量Ｌが、０．１〜０．１８Ｈ以内の範囲であることを特徴としている。図５は、本発明の一実施形態の巻き終わり部２ａにおけるオフセット量Ｌとファン効率との関係を示すグラフである。図６は、本発明の一実施形態の巻き終わり部２ａにおけるオフセット量Ｌと騒音（比騒音）との関係を示すグラフである。図５、６に示すように、オフセット量Ｌが、０．１〜０．１８Ｈ以内の範囲とすると、ファン効率が良く、騒音が低くなり格別の効果が生じている。好ましくは、巻き終わり部の角度φが３００°のとき、０．１〜０．１８Ｈ以内の範囲であるとよい。

図７は、スクロール室内の上下の流速差を説明する説明図であり、（ａ）は、巻き終わり部２ａにおけるオフセット量Ｌが０の場合の従来例の気流の状態を示す図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態の気流の状態を示す図である。（ｃ）は、従来例と本発明の一実施形態の気流の円周方向流速を、軸方向高さ位置ａ〜ｅにわたって表示したグラフである。図８（ａ）は、本発明の一実施形態をオフセット量Ｌが０の場合の従来例と比較して、圧力係数とファン効率の関係を示したグラフであり、（ｂ）は、従来例と比較して、圧力係数と比騒音の関係を示したグラフである。比騒音、圧力係数等の定義はＪＩＳによるものであり、また試験方法もＪＩＳに準拠するものである。なお、図５、６においても同様である。

従来例のスクロール室内の流れを可視化計測すると、スクロール室下面１１に比べ、上面１０側のスクロール室内流速が大きくなっており、スクロール室内の２次流れは軸方向上下で不均一が生じていることがわかった。また、この現象は巻き終り位置が最も顕著で巻き始めに向かい徐々に上面と下面側の流速差は小さくなっていく。スクロール室内の流速差が大きいとせん断によるエネルギーロスや気流の乱れが大きくなることは明らかである。本発明の一実施形態は、翼車の軸方向高さＨに対して、オフセット量Ｌが、０．１〜０．１８Ｈ以内の範囲となるようにしている。これにより、遠心式送風機の最大流量時での巻き終わり部における最大流速線（主流流れ）の方向が、スクロール室の上面１０と下面１１の軸方向の中央位置を連結した中央線の、巻き終わり部における接線方向に、ほぼ一致するようになされている。

図７（ｃ）に見られるように、本発明の一実施形態では、従来例に比べ、上面と下面側の流速差は小さくなっている。これは、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、従来例の場合下面に向う分流による旋回流が強く、下面側の円周方向の流れにおいて気流の乱れが大きいことによるものと考えられる。本発明はスクロール室３０の形状において下方に中心を移動させて解決している。本発明のケーシングを用いることでスクロール室３０内の２次流れは特に巻き終りで安定し、流速差が従来に比べて小さくなっている。これにより、流体損失や乱れが低減し、効率向上、低騒音化を実現することができたのである。図８に示すように、オフセット量Ｌが０の場合の従来例と比較して、本発明の一実施形態においては、使用領域での効果が認められる。

２翼
１３吸入口
１６多翼ファン
２０吐出口
３０スクロール室
３１ケーシング

Claims

多数の翼（２）が周方向に一定の間隔で配置されて翼車を構成し、前記翼車の軸方向上方に空気の吸入口（１３）が設けられてなる多翼ファン（１６）であって、当該多翼ファン（１６）のファン出口角（Ａ）が、２０°〜７５°以内の角度範囲であって、かつ、前記多翼ファン（１６）の外径をＤとしたときに、０．０５〜０．１５Ｄ以内の範囲である翼車幅（ｄ）を有する多翼ファン（１６）と、前記多翼ファン（１６）の周囲に、巻き始め部（１ａ）を起点として渦巻きの拡がり角が２°〜６°以内の角度範囲である渦巻き状のケーシング（３１）に囲まれたスクロール室（３０）であって、前記スクロール室（３０）の上面（１０）及び下面（１１）が、前記巻き始め部（１ａ）から巻き終わり部（２ａ）にかけて前記軸方向下方に移動すると共に、前記巻き始め部（１ａ）から吐出口（２０）向かい徐々に流路面積が拡大する渦巻き状のスクロール室（３０）と、を具備する遠心送風機において、
前記翼車の軸方向高さＨの中心を通る、前記翼車の軸に垂直な中心面（Ｕ）から測って、巻き終わり部（２ａ）における前記スクロール室の上面と下面の中央位置（Ｖ）の距離をオフセット量（Ｌ）としたときに、前記翼車の軸方向高さＨに対して、前記オフセット量（Ｌ）が、０．１〜０．１８Ｈ以内の範囲であることを特徴とする遠心送風機。
前記巻き終わり部（２ａ）における、前記翼車の軸を中心に前記巻き始め部（１ａ）から前記周方向になす角度（φ）が３００°であることを特徴とする請求項１に記載の遠心送風機。