JP2014047750A - 遠心送風機 - Google Patents

Abstract

【課題】内径がボトムプレート側に向かうに従って小さくなるファンを用いた遠心送風機において、スクロールケーシングに形成された舌部やベルマウスの形状に起因する騒音を効果的に抑制する。
【解決手段】ボトムプレート６と複数のブレード８と環状のリム９とから成り、内径がボトムプレート側に向かうに従って小さくなるファン３と、回転軸７の軸方向一端側に吸込口１１を有するスクロールケーシング４と、スクロールケーシング内に構成された渦巻状流路１９と、渦巻状流路の巻き終わりから巻き始めへの空気の流入を抑制する舌部１６を備え、舌部の回転軸の軸方向他端側の部分は、当該回転軸の軸方向他端側に向かうに従ってファンの反回転方向に張り出す寸法が増大するよう傾斜している。
【選択図】図３

Description

本発明は、スクロールケーシング内に、ボトムプレートとリムの間に複数のブレードを有するファンを収納した遠心送風機に関し、特に、内径がボトムプレート側に向かうに従って小さくなるファンを用いたものに関する。

従来より例えば車両用空調装置等に用いられる遠心送風機は、回転軸に固定されたボトムプレートと環状のリム間に複数のブレード（翼）を設けて構成されたファンをスクロールケーシング内に収納し、このスクロールケーシング内におけるファンの周囲に渦巻状流路を構成している。そして、電動モータによりファンが回転されると、ブレードの径方向内側の空気を径方向外側に吐出するので、回転軸の軸方向一端側に形成された吸込口から空気が吸引され、渦巻状流路を経て下流側に形成された吹出口からスクロールケーシング外に吹き出される。

この場合、渦巻状流路の巻き終わりと巻き始め間で空気が多く流通してしまうと、送風量が低下し、比騒音の増大も招くため、スクロールケーシングには渦巻流路の巻き終わりから巻き始めへの空気の流入を抑制する舌部が形成されている。また、吸入口の周囲には、空気をファン（羽根車）に導入するために湾曲したベルマウスが形成されている（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献１の場合、各ブレード（翼）は電動モータの回転軸と平行に延在しているが、内径（回転軸の軸中心を通ってブレードの内端間に渡る線の長さ）がリム側からボトムプレート側に向かうに従って次第に小さくなるファンを用いたものもある（例えば、特許文献２参照）。係るファンを用いた場合、吸込口から流入した空気の流れ（翼空気）が、ブレードの内端側が傾斜されていることにより、そのままボトムプレート側へ流入し易くなり、結果としてブレードから流出する流速が均一化される。前記特許文献１のようにブレードが電動モータの回転軸と平行に延在するファンに比して、ボトムプレート側から流出する空気の流速が低下すること、及び、渦の発生が減少することにより、騒音が低減する。

また、吸込口から吸引されてブレードに流入する空気の流入角にブレードの入口部（内端）における入口角が略合致（空気がブレードに流入するときの向きとブレードの延在方向が略直交）することになる。即ち、吸込口から吸引された空気がブレードに垂直に近い角度で流入するため、ブレード間内で空気の乱れが発生し難くなり、騒音が低減される。

特開２００８−２８０９３９号公報 特公平７−９４８３８号公報

ここで、ファンから吹き出される空気が舌部に衝突する際に発生する騒音が問題となっている。その理由を図８の模式図で説明する。前記特許文献１のように各ブレード（翼）が電動モータの回転軸と平行に延在しているファンの場合、ファンから流出した空気の速度分布を見ると、一般的に電動モータ側（図８中ＬＷＲで示すボトムプレート側）の速度の方が高くなる。また、ファンから流出する空気の流れには、多くの渦が含まれているので、この渦が舌部に衝突した際に騒音が発生することになる。

一方、先端が電動モータの回転軸と平行とされた通常の舌部１００の場合、舌部１００の吸込口側（図８にＵＰＲで示す）の隅１００Ａと、電動モータ側（ＬＷＲ）の隅１００Ｂには、よどみ領域が存在している。そのため、ファンから流出する空気の流れとこのよどみ領域と干渉によるせん断乱れや、２次流れによる騒音が発生するので、上述した渦による騒音とあいまって、舌部に起因する騒音が全体として増大する問題があった。

また、ベルマウスからファンに空気が流入する際の騒音も問題である。それを図１６の模式図で説明する。図１６において、回転軸の一端側におけるスクロールケーシング１０１に形成された吸込口１０２の周囲にはベルマウス１０３が形成されており、前記特許文献１のように各ブレード１０６が電動モータの回転軸と平行に延在しているファン１０４の場合、ファン１０４の回転によりこのベルマウス１０３から流入した空気の流れは、ブレード１０６の下方（電動モータ側）に向かって流れ、集中する。

他方、ブレード１０６の上方（吸込口側）では、ベルマウス１０３の先端における剥離により、ブレード１０６への流入は殆ど無く、よどんだ状態となる（図１６）。そのため、ブレード１０６の下方に集中した空気の流れは局所的に流速が高い分布となる。そして、この種遠心送風機の場合、空気の流速の６乗に比例して騒音が大きくなる（Ｌｉｇｈｔｈｉｌｌの理論）。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するためになされたものであり、内径がボトムプレート側に向かうに従って小さくなるファンを用いた遠心送風機において、スクロールケーシングに形成された舌部やベルマウスの形状に起因する騒音を効果的に抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明の遠心送風機は、回転軸に固定されたボトムプレートと、このボトムプレートの外周に基部が固定された複数のブレードと、ボトムプレートと同軸的に設けられ、ブレードの先端部を連結する環状のリムとから成り、内径がボトムプレート側に向かうに従って小さくなるファンと、このファンを収納すると共に、回転軸の軸方向一端側に吸込口を有するスクロールケーシングと、このスクロールケーシング内におけるファンの周囲に構成された渦巻状流路と、この渦巻状流路の巻き終わりから巻き始めへの空気の流入を抑制する舌部とを備え、舌部の回転軸の軸方向他端側の部分は、当該回転軸の軸方向他端側に向かうに従ってファンの反回転方向に張り出す寸法が増大するよう傾斜していることを特徴とする。

請求項２の発明の遠心送風機は、上記発明において舌部の回転軸の軸方向における寸法をＨ、舌部の回転軸の軸方向他端側の端部から張り出し始める点までの回転軸の軸方向における寸法をＺ１とした場合に、０．２≦Ｚ１／Ｈ≦０．６としたことを特徴とする。

請求項３の発明の遠心送風機は、上記発明においてＺ１／Ｈ＝０．４としたことを特徴とする。

請求項４の発明の遠心送風機は、上記各発明において舌部の回転軸の軸方向一端側の部分も、当該回転軸の軸方向一端側に向かうに従ってファンの反回転方向に張り出す寸法が増大するよう傾斜していることを特徴とする。

請求項５の発明の遠心送風機は、上記発明において舌部の回転軸の軸方向における寸法をＨ、舌部の回転軸の軸方向他端側の端部から舌部の回転軸の軸方向一端側において張り出し始める点までの回転軸の軸方向における寸法をＺ２とした場合に、０．４≦Ｚ２／Ｈ≦０．９としたことを特徴とする。

請求項６の発明の遠心送風機は、上記発明においてＺ２／Ｈ＝０．６としたことを特徴とする。

請求項７の発明の遠心送風機は、上記各発明において舌部の端部及び張り出し始める点の角部を、滑らかに湾曲させたことを特徴とする。

請求項８の発明の遠心送風機は、上記各発明において吸込口周囲のスクロールケーシングには起立壁が形成され、この起立壁の吸込口側の面はベルマウス状に湾曲されており、回転軸の軸中心からブレードの内端までの寸法をＲｆ１、回転軸の軸中心から起立壁の吸込口側の面の先端までの寸法をＲ１、回転軸の軸中心から起立壁の吸込口側の面の内端までの寸法をＲ２とした場合に、１≦Ｒ１／Ｒｆ１≦１．１、且つ、０．９４≦Ｒ２／Ｒ１≦１としたことを特徴とする。

請求項９の発明の遠心送風機は、回転軸に固定されたボトムプレートと、このボトムプレートの外周に基部が固定された複数のブレードと、ボトムプレートと同軸的に設けられ、ブレードの先端部を連結する環状のリムとから成り、内径がボトムプレート側に向かうに従って小さくなるファンと、このファンを収納すると共に、回転軸の軸方向一端側に吸込口を有するスクロールケーシングと、このスクロールケーシング内におけるファンの周囲に構成された渦巻状流路とを備え、吸込口周囲のスクロールケーシングには起立壁が形成され、この起立壁の吸込口側の面はベルマウス状に湾曲されており、回転軸の軸中心からブレードの内端までの寸法をＲｆ１、回転軸の軸中心から起立壁の吸込口側の面の先端までの寸法をＲ１、回転軸の軸中心から起立壁の吸込口側の面の内端までの寸法をＲ２とした場合に、１≦Ｒ１／Ｒｆ１≦１．１、且つ、０．９４≦Ｒ２／Ｒ１≦１
としたことを特徴とする。

請求項１０の発明の遠心送風機は、請求項８又は請求項９の発明においてＲ１／Ｒｆ１＝１．０６、且つ、前記Ｒ２／Ｒ１＝０．９８、又は、Ｒ１／Ｒｆ１＝１．０６、且つ、Ｒ２／Ｒ１＝０．９５としたことを特徴とする。

請求項１１の発明の遠心送風機は、上記各発明において渦巻状流路の巻き終わりの下流側に位置する吹出口を備え、スクロールケーシングの回転軸の軸方向における高さは、渦巻状流路の巻き始めから吹出口に向かって徐々に拡大することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、回転軸に固定されたボトムプレートと、このボトムプレートの外周に基部が固定された複数のブレードと、ボトムプレートと同軸的に設けられ、ブレードの先端部を連結する環状のリムとから成り、内径がボトムプレート側に向かうに従って小さくなるファンと、このファンを収納すると共に、回転軸の軸方向一端側に吸込口を有するスクロールケーシングと、このスクロールケーシング内におけるファンの周囲に構成された渦巻状流路と、この渦巻状流路の巻き終わりから巻き始めへの空気の流入を抑制する舌部とを備えた遠心送風機において、舌部の回転軸の軸方向他端側の部分を、当該回転軸の軸方向他端側に向かうに従ってファンの反回転方向に張り出す寸法が増大するよう傾斜させたので、舌部の回転軸の軸方向他端側における隅に生じるよどみ領域が消滅し、それにより発生するせん断乱れや２次流れによる騒音を低減することが可能となる。

また、ファンの内径はボトムプレート側に向かうに従って小さく設定されているので、吸込口から流入した空気の流れ（翼空気）が、ブレードの内端側が傾斜されていることにより、そのままボトムプレート側（回転軸の軸方向他端側）へ流入し易くなり、結果としてブレードから流出する流速がボトムプレート側からリム側（回転軸の軸方向一端側）に渡って均一化される。これにより、ボトムプレート側から流出する空気の流速が低下すること、及び、渦の発生が減少することにより、騒音が低減される。

また、吸込口から吸引されてブレードに流入する空気の流入角にブレードの入口部（内端）における入口角が略合致（空気がブレードに流入するときの向きとブレードの延在方向が略直交）することになる。これにより、吸込口から吸引された空気がブレードに垂直に近い角度で流入するため、ブレード間内で空気の乱れが発生し難くなり、騒音が低減される。

この場合、請求項２の発明の如く舌部の回転軸の軸方向における寸法をＨ、舌部の回転軸の軸方向他端側の端部から張り出し始める点までの回転軸の軸方向における寸法をＺ１とした場合に、０．２≦Ｚ１／Ｈ≦０．６とすれば、効果的に騒音を低減でき、請求項３の発明の如くＺ１／Ｈ＝０．４とすることで、より効果的な騒音低減を図ることができるようになる。

また、請求項４の発明の如く舌部の回転軸の軸方向一端側の部分も、当該回転軸の軸方向一端側に向かうに従ってファンの反回転方向に張り出す寸法が増大するよう傾斜させれば、舌部の回転軸の軸方向一端側における隅に生じるよどみ領域も消滅させて一層の騒音低減を図ることができるようになる。

特に、ファンの内径がボトムプレート側に向かうに従って小さくされており、ブレードのボトムプレート側からリム側に渡って空気の速度分布が、ブレードが電動モータの回転軸と平行に延在するファンに比して均一化されることから、舌部の回転軸の軸方向他端側の部分と一端側の部分の双方を傾斜させることで、この舌部の形状が速度分布に沿ったものとなる。これにより、ブレードが電動モータの回転軸と平行に延在するファンに比して、舌部における騒音はより一層効果的に低減されることになる。

この場合、請求項５の発明の如く舌部の回転軸の軸方向における寸法をＨ、舌部の回転軸の軸方向他端側の端部から舌部の回転軸の軸方向一端側において張り出し始める点までの回転軸の軸方向における寸法をＺ２とした場合に、０．４≦Ｚ２／Ｈ≦０．９とすれば、より効果的に騒音を低減でき、請求項６の発明の如くＺ２／Ｈ＝０．６とすることで、最も効果的な騒音低減を実現することが可能となる。

更に、請求項７の発明の如く舌部の端部及び張り出し始める点の角部を、滑らかに湾曲させれば、より一層の騒音低減が期待できる。

また、請求項８及び請求項９の発明によれば、吸込口周囲のスクロールケーシングに起立壁が形成され、この起立壁の吸込口側の面はベルマウス状に湾曲されており、回転軸の軸中心からブレードの内端までの寸法をＲｆ１、回転軸の軸中心から起立壁の吸込口側の面の先端までの寸法をＲ１、回転軸の軸中心から起立壁の吸込口側の面の内端までの寸法をＲ２とした場合に、１≦Ｒ１／Ｒｆ１≦１．１、且つ、０．９４≦Ｒ２／Ｒ１≦１としたので、ファンの回転により吸込口から流入する空気は、コアンダ効果により起立壁の吸込口側のベルマウス状の面に沿って流入し、ブレードの回転軸の軸方向一端側に流入し易くなる。

これにより、ブレードの回転軸の軸方向他端側に流入空気が集中することが無くなり、各ブレード間で当該ブレードの回転軸の軸方向に対して空気の流速が均一化されるようになる。従って、局所的に高い速度が解消されるので、騒音が低減される。

そして、請求項１０の発明の如くＲ１／Ｒｆ１＝１．０６とし、且つ、Ｒ２／Ｒ１＝０．９８とすれば、最も騒音を抑制することができ、Ｒ１／Ｒｆ１＝１．０６とし、且つ、Ｒ２／Ｒ１＝０．９５とすれば、運転効率を良好な状態に維持することが可能となる。

また、請求項１１の発明によれば、上記各発明において渦巻状流路の巻き終わりの下流側に位置する吹出口を備え、スクロールケーシングの回転軸の軸方向における高さが、渦巻状流路の巻き始めから吹出口に向かって徐々に拡大しているので、ブレードのボトムプレート側（回転軸の軸方向他端側）からリム側（回転軸の軸方向一端側）に渡ってファンから流出する空気の速度分布が均一化されたことで速度が高くなったリム側の空気の速度が低下し易くなる。

即ち、ファンの内径をボトムプレート側に向かうに従って小さくすることで均一化され、ブレードが電動モータの回転軸と平行に延在するファンに比して高くなったファンのリム側から流出する空気の速度が、スクロールケーシング内の渦巻状流路に出た後、円滑に低下するようになるので、スクロールケーシングの回転軸の軸方向における高さを拡大させることによる低騒音化の効果を、より一層享受することができるようになる。

本発明を適用した遠心送風機の斜視図である。 図１の遠心送風機の側面図である。 図１の遠心送風機の縦断側面図である。 図１の遠心送風機の平断面図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 舌部の回転軸の軸方向における寸法をＨ、舌部の回転軸の軸方向他端側の端部から回転軸の軸方向他端側で張り出し始める点までの回転軸の軸方向における寸法をＺ１としたときの、Ｚ１／Ｈと比騒音の関係を計測した図である。 舌部の回転軸の軸方向他端側の端部から回転軸の軸方向一端側で張り出し始める点までの回転軸の軸方向における寸法をＺ２としたときの、Ｚ２／Ｈと比騒音の関係を計測した図である。 舌部の先端が回転軸と平行な場合で、且つ、ブレードが電動モータの回転軸と平行に延在するファンの場合において、当該ファンから流出する空気の流れとよどみ領域を示す模式図である。 舌部の回転軸の軸方向他端側及び一端側の部分を、他端側と一端側に向かうに従ってファンの反回転方向に張り出す寸法が増大するようそれぞれ傾斜させたときの本発明におけるファンから流出する空気の流れを示す模式図である。 舌部の回転軸の軸方向他端側及び一端側の部分を、他端側と一端側に向かうに従ってファンの反回転方向に張り出す寸法が増大するようそれぞれ傾斜させたときの、ブレードが電動モータの回転軸と平行に延在するファンから流出する空気の流れを示す模式図である。 図９の場合の比騒音低減効果を説明する図である。 図１の遠心送風機の吸込口部分の拡大縦断側面図である。 ファンの直径をＤ、吸込口周囲の起立壁の起立寸法をＬとしたときの、Ｌ／Ｄと比騒音及びファン効率の関係を計測した図である。 回転軸の軸中心からブレードの内端までの寸法をＲｆ１、回転軸の軸中心から起立壁の吸込口側の面の先端までの寸法をＲ１としたときの、Ｒ１／Ｒｆ１と比騒音及びファン効率の関係を計測した図である。 回転軸の軸中心から起立壁の吸込口側の面の内端までの寸法をＲ２としたときの、Ｒ２／Ｒ１と比騒音及びファン効率の関係を計測した図である。 通常のベルマウス状の吸込口からブレードが電動モータの回転軸と平行に延在するファンに流入する空気の流れを示す吸込口部分の模式図である。 起立壁を周囲に構成し、吸込口側の面をベルマウス状としたときの吸込口から本発明におけるファンに流入する空気の流れを示す吸込口部分の模式図である。 起立壁を周囲に構成し、吸込口側の面をベルマウス状としたときの吸込口からブレードが電動モータの回転軸と平行に延在するファンに流入する空気の流れを示す吸込口部分の模式図である。 ファンから渦巻状流路に流出したスクロールケーシング内の空気の流れを説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。実施例の遠心送風機１は、車両用空調装置の送風ユニットに用いられるもので、図示しない内外気切換ダンパと熱交換器（蒸発器）との間に配置されるものである。

図１乃至図４において、遠心送風機１は、駆動手段となる電動モータ２とこの電動モータ２によって回転駆動される逆円錐台形状のファン３と、スクロールケーシング４から構成される。ファン３はボトムプレート６を有し、ボトムプレート６の中央には、ファン３の軸線方向に膨出した略円錐状のコーン部６Ａが形成されている。このコーン部６Ａの中央にはボス部６Ｂが形成されており、このボス部６Ｂは、電動モータ２の回転軸７に嵌合されている。

ボトムプレート６の外周部は鍔状を呈し、この外周部上には複数のブレード（翼）８の基端が固定されている。これらのブレード８は、電動モータ２の回転軸７を中心とした同心上に配列されている。これらのブレード８の間には所定の間隔が確保されており、ブレード８の先端部はボトムプレート６と同軸的に設けられた環状のリム９によって連結されている。

特に、本発明におけるファン３は、内径（回転軸７の軸中心を通ってブレード８の内端間に渡る線の長さ）がリム９側からボトムプレート６側に向かうに従って次第に小さくなるように設計されている（図３）。

そして、このファン３は、例えば硬質樹脂製の前記スクロールケーシング４内に収納されており、スクロールケーシング４は、前記送風ユニットのダクトの一部を構成する。即ち、スクロールケーシング４は、吸込口１１、吹出口１２及び内部の流路を有し、この内部の流路中にファン３は介挿されている。

スクロールケーシング４はファン３の径方向に位置する外周壁１３を有し、吹出口１２はこの外周壁１３の端部にて開口している。図１、図２、図４に示すように外周壁１３は、所定の螺旋状に延在するスクロール壁部１４を備え、このスクロール壁部１４は、螺旋の巻き始めからファン３の回転方向への角度が増大するに従って回転軸７の中心（ファン３の中心）からの径方向の距離が徐々に拡大するように湾曲している。

更に外周壁１３は、螺旋の巻き始めに位置する舌部１６と、この舌部１６の外側に連続する平面部１７と、螺旋の巻き終わりに連続する接線部１８を備え、この接線部１８と平面部１７の端部の間に前記吹出口１２が形成されている。外周壁１３はファン３の周囲に螺旋状に延在する渦巻状流路１９を画成し、この渦巻状流路１９はスクロールケーシング４内部の流路の一部を構成する。

また、外周壁１３とファン３との間の径方向の距離は、舌部１６において最も小さくなり、舌部１６は渦巻状流路１９の上流端に位置してこの渦巻状流路１９の巻き終わりから巻き始めへの空気の流入を抑制する役割を果たす。尚、この舌部１６の詳細については後述する。そして、この渦巻状流路１９の巻き終わりの下流端に前記吹出口１２が位置する。

また、スクロールケーシング４は図１乃至図３に示すように回転軸７の軸方向一端側（先端側）に位置する第１端壁２１と、回転軸７の軸方向他端側（電動モータ２側）に位置する第２端壁２２を備えており、外周壁１３はこれら第１端壁２１及び第２端壁２２の外縁間に渡り、それらと共に前記渦巻状流路１９を形成する。

電動モータ２側の第２端壁２２は、ファン３の軸線（回転軸７の軸方向）に直交する平面に平行な壁であり、ファン３の軸線方向から見てファン３のボトムプレート６の近傍に位置している。第２端壁２２には電動モータ２の本体２３が嵌合するモータ取付孔２４が形成されており、このモータ取付孔２４を囲む第２端壁２２の壁がファン３のボトムプレート６と対向し、それに連続する渦巻状流路１９の下流側に位置する壁が接線部１８と平面部１７間に渡っている。

一方、回転軸７の軸方向一端側に位置する第１端壁２１には前記吸込口１１が形成されており、この吸込口１１はファン３と同軸に位置している。この吸込口１１の周囲には、第１端壁２１からファン３より離間する方向に略垂直（回転軸７の軸方向）に起立した後、吸込口１１側に折り返された形状の起立壁２６が形成されており、この起立壁２６の吸込口１１側の面は、ベルマウス状に湾曲されている。以下、この湾曲する部分をベルマウス２７と称する。そして、このベルマウス２７の内側に吸込口１１が構成され、その内径はリム９の内径よりも少許小さく設定される。尚、このベルマウス２７の詳細についても後述する。

また、第１端壁２１の回転軸７の軸方向における高さ（第２端壁２２との間の距離）は、図１乃至図３に示すように渦巻状流路１９の巻き始めから吹出口１２に向かって徐々に拡大するように所定の角度で傾斜している。これにより、渦巻状流路１９の流路断面積が、上流（巻き始め）から下流（巻き終わり）に向けて徐々に拡大するように構成されている。

そして、遠心送風機１の電動モータ２に電力が供給されると、電動モータ２はファン３を図４中時計回りに回転駆動する。ファン３が駆動されてブレード８が回転すると、ブレード８は各ブレード８間に規定された間隔内の空気を径方向外側に押し出す。これにより、ファン３の径方向内側から間隔を通じて径方向外側に向かう空気流が生成される。この空気流の生成に伴い、スクロールケーシング４内には吸込口１１のベルマウス２７を経て空気が流入し、この流入した空気はファン３のブレード８間の間隔、渦巻状流路１９及び吹出口１２を経てスクロールケーシング４の外部に流出する。

このとき、渦巻状流路１９の巻き始めには舌部１６が存在し、外周壁１３とファン３との間の径方向の距離は、この舌部１６において最も小さく設定されているので、渦巻状流路１９の巻き終わりから巻き始めへの空気の流入が抑制される。これにより、巻き終わり側と巻き始め側との間で多くの空気が流通することによる送風量の低下と比騒音の増大が解消されることになる。

ここで、図１６に示すようにブレードが電動モータの回転軸と平行に延在するファンの場合、吸込口から流入した空気はファンのブレードのボトムプレートに向かって流れて集中することになるが、内径がボトムプレート側に向かうに従って徐々に小さくなる本発明のようなファン３の場合、吸込口１１から流入した空気の流れ（翼空気）が、ブレード８の内端側が傾斜されていることにより、そのままボトムプレート６側へ流入し易くなる。従って、ブレードが電動モータの回転軸と平行に延在するファン（図１６参照）に比して、ブレード８から流出する流速がボトムプレート６側からリム９側に渡って均一化される。尚、ファン３から流出する空気の流速は周方向の成分と径方向の成分を有しているが、それらの双方の成分が均一化される。これにより、ボトムプレート６側から流出する空気の流速が低下すること、及び、渦の発生が減少することにより、騒音が低減される。

また、ファン３の内径がボトムプレート６側に向かうに従って徐々に小さくなるため、吸込口１１から吸引されてブレード８に流入する空気の流入角にブレード８の入口部（内端）における入口角が略合致（空気がブレード８に流入するときの向きとブレードの延在方向が略直交）することになる。これにより、吸込口１１から吸引された空気がブレード８に垂直に近い角度で流入するため、ブレード８間内で空気の乱れが発生し難くなり、騒音が低減される。

尚、スクロールケーシング４の第１端壁２１の回転軸７の軸方向における高さ（第２端壁２２との間の距離）が渦巻状流路１９の巻き始めから吹出口１２に向かって徐々に拡大するように所定の角度で傾斜していることによる作用については後に詳述する。

（舌部１６の形状）
次に、図５乃至図１１を用いて、実施例のスクロールケーシング４の舌部１６の形状について説明する。発明者は舌部１６における騒音を低減するために、その形状について検証した。図５は図４のＡ−Ａ線断面図を示しており、図６、図７及び図１１は検証結果を示している。また、図９及び図１０は検証結果を説明するための模式図である。

前述した如くブレードが電動モータの回転軸と平行に延在するファンから流出する空気の速度分布は、電動モータ側（図８や図１０中にＬＷＲで示すボトムプレート側）の速度の方が高くなる。また、ファン３から流出する空気の流れには、多くの渦が含まれている。一方、内径がボトムプレート側に向かうに従って徐々に小さくなる本発明のようなファン３の場合、ファン３から流出する空気の速度分布はブレード８のボトムプレート６側からリム９側に渡ってより均一化される。

しかしながら、流れの中には少ないながらも渦が存在するため、この渦が舌部１６に衝突した際に騒音が発生する。また、図８に示すような先端が電動モータ２の回転軸７と平行とされた通常の舌部１００であった場合、舌部１００の吸込口側（図８にＵＰＲで示す）の隅１００Ａと、電動モータ２側（ＬＷＲ）の隅１００Ｂにはどうしてもよどみ領域が生じる。そのため、ファン３から流出する空気の流れとこのよどみ領域との干渉によるせん断乱れや、２次流れによる騒音が発生するので、上述した渦による騒音とあいまって、舌部１６に起因する騒音が生じる。

そこで、先ず舌部１６の第２端壁２２側（回転軸７の軸方向他端側）の部分に、当該第２端壁２２側に向かうに従ってファン３の反回転方向（図４中反時計回りの方向）に張り出す寸法が増大するように傾斜した第１張出部１６Ａを形成してみた。そして、この第１張出部１６Ａの形状を変更した場合の比騒音を計測した。尚、形状の変更に当たり、図５中に示すように舌部１６の回転軸７の軸方向における寸法をＨ（即ち、舌部１６の回転軸７の軸方向における全体寸法）、舌部１６の第２端壁２２側（回転軸７の軸方向他端側）の端部Ｐ１から当該第２端壁２２側で張り出し始める点Ｐ２までの回転軸７の軸方向における寸法をＺ１（即ち、第１張出部１６Ａの回転軸７の軸方向における寸法）とした。

そして、上記舌部１６の回転軸７の軸方向における全体寸法Ｈに対する第１張出部１６Ａの回転軸７の軸方向における寸法Ｚ１の比Ｚ１／Ｈを変化させた場合の比騒音の変化を計測した。その結果が図６に示されている。第１張出部１６Ａを形成することで、図９にＬＷＲで示す電動モータ２側の隅におけるよどみ領域（図８の１００Ｂ）が消滅するため、比騒音はＺ１／Ｈ＝０の場合に比して低下するが、０．２以上０．６以下（０．２≦Ｚ１／Ｈ≦０．６）の範囲で特に良好となり、Ｚ１／Ｈ＝０．４のときに最も比騒音は小さくなり、−０．８ｄＢになることが分かった。そこで、本発明ではＺ１／Ｈを０．４に設定した。

次に、係る第１張出部１６Ａを形成すること無く、舌部１６の第１端壁２１側（回転軸７の軸方向一端側）の部分に、当該第１端壁２１側に向かうに従ってファン３の反回転方向（図４中反時計回りの方向）に張り出す寸法が増大するように傾斜した第２張出部１６Ｂを形成してみた。そして、同様にこの第２張出部１６Ｂの形状を変更した場合の比騒音を計測した。尚、形状の変更に当たり、図５中に示すように舌部１６の第２端壁２２側（回転軸７の軸方向他端側）の端部Ｐ１から第１端壁２１側で張り出し始める点Ｐ３までの回転軸７の軸方向における寸法をＺ２（即ち、舌部１６の回転軸７の軸方向における全体寸法−第２張出部１６Ｂの回転軸７の軸方向における寸法）とした。

そして、上記舌部１６の回転軸７の軸方向における全体寸法Ｈに対するＺ２（舌部１６の回転軸７の軸方向における全体寸法−第２張出部１６Ｂの回転軸７の軸方向における寸法）の比Ｚ２／Ｈを変化させた場合の比騒音の変化を計測した。その結果が図７に示されている。第２張出部１６Ｂを形成することで、図９にＵＰＲで示す吸込口１１側の隅におけるよどみ領域（図８の１００Ａ）が消滅するため、比騒音はＺ２／Ｈ＝１の場合に比して低下するが、０．４以上０．９以下（０．４≦Ｚ２／Ｈ≦０．９）の範囲で特に良好となり、Ｚ２／Ｈ＝０．６のときに最も比騒音は小さくなり、−０．６５ｄＢになることが分かった。そこで、本発明ではＺ２／Ｈを０．６に設定した。

そして、図５に示す実施例の如く上記第１張出部１６Ａ及び第２張出部１６Ｂの双方を舌部１６に形成し、それらの寸法比Ｚ１／Ｈ、及び、Ｚ２／Ｈを変更した場合の比騒音の低減量が図１１に示されている。この図からも明らかな如く、上記寸法比Ｚ１／Ｈ、及び、Ｚ２／Ｈを上記最も良好な値、即ち、Ｚ１／Ｈ＝０．４、且つ、Ｚ２／Ｈ＝０．６とした場合、比騒音の低減量は−１．２０ｄＢとなり、最も大きな低減量となることが分かった。

これは第１及び第２張出部１６Ａ、１６Ｂの形成により、図８に示すよどみ領域１００Ａ及び１００Ｂの双方が図９に示すように消滅したことによるものである。また、図１０に示すようなブレードが電動モータの回転軸と平行に延在するファンの場合よりも、第１張出部１６Ａと第２張出部１６Ｂの双方を形成することで、この舌部１６の形状がファン３から流出する空気の速度分布に、より一層沿った状況となる。これにより、ブレードが電動モータの回転軸と平行に延在するファン（同様の計測で、比騒音の低減量は−０．５２ｄＢであった）に比して、係る形状の舌部１６における騒音がより一層効果的に低減されたものと考えられる。

尚、図５に示す舌部１６の端部Ｐ１や吸込口１１側の端部（Ｐ４で示す）、各張出部１６Ａ、１６Ｂが貼りだし始める点Ｐ２やＰ３は鈍角ではあるが角部となる。従って、この角部に空気が衝突すると乱れが生じることが懸念されるが、これらの点Ｐ１〜Ｐ４に作られる角部を、滑らかに湾曲させてつなげば、これらと空気が衝突するときに生じる乱れを抑制し、尚一層の騒音低減を実現できる。

（起立壁２６とベルマウス２７の形状）
次に、図１２乃至図１８を用いて、実施例のスクロールケーシング４の起立壁２６とベルマウス２７の形状について説明する。発明者は起立壁２６とベルマウス２７の形状によりファン３に空気が流入する際の騒音を低減できないか否か検証した。図１２はスクロールケーシング４の吸込口１１部分の拡大縦断側面図であり、図１３乃至図１５は検証結果を示している。また、図１６乃至図１８は検証結果を説明するための模式図である。

前述した如くブレードが電動モータの回転軸と平行に延在するファンの場合、ファンの回転によりベルマウスの内側の吸込口から流入した空気の流れは、ブレードの基部側（電動モータのあるボトムプレート側）に向かって流れて集中する。そして、図１６に示すような通常のベルマウスとした場合には、ブレード１０６の吸込口１０２側では、ベルマウス１０３の先端における剥離により、ブレード１０６への流入は殆ど無く、よどんだ状態となってしまい、ブレード１０６の基部側に集中した空気の流れは局所的に流速が高い分布となって、空気の流速の６乗に比例した騒音の増大に繋がる。

そこで、本発明のようなファン３において、先ず吸込口１１の周囲に実施例のような起立壁２６を形成し、その高さ寸法Ｌを変更して比騒音とファン効率を測定してみた。図１３がその結果を示す図である。ここで、Ｌは起立壁２６が第１端壁２１から起立する寸法、Ｄはファン３の直径（ボス部６Ｂの軸中心を通ってブレード８の外端間に渡る線の寸法）であり、ファン直径Ｄ（最大直径）に対する起立壁２６の起立寸法Ｌの比Ｌ／Ｄを変化させた場合の比騒音とファン効率の変化を計測した。

図１３からも明らかなように、Ｌ／Ｄが０〜０．３の範囲では、Ｌ／Ｄが大きい方が比騒音は低下し、ファン効率は向上することが分かった。特に、比騒音は計測範囲では−２．３ｄＢの低減効果があった。これは起立壁２６が高い分、ベルマウス２７の湾曲した上下寸法が大きくなり、吸込口１１から流入した空気がコアンダ効果によってベルマウス２７に沿って流れ、図１７に示すようにファン３のブレード８の吸込口１１側（第１端壁２１側）に流入し易くなり、且つ、図１８に示すようなブレード１０６が電動モータの回転軸と平行に延在するファン１０４の場合に比して、吸込口１１から吸引されてブレード８に流入する空気の流入角にブレード８の入口部（内端）における入口角がより合致（空気がブレード８に流入するときの向きとブレード８の延在方向が、図１７中に破線で示す図１８のブレード１０６に比して、より直交に近づくこと）するようになったためと考えられる。

即ち、ブレード８間ではブレード８の長手方向（回転軸７の軸方向）に対して空気の流速が均一化され、局所的に大きな速度となる箇所が解消され、騒音が低減したものと考えられる。但し、Ｌ／Ｄが大きいほうがよいといっても、起立壁２６の起立寸法Ｌが大き過ぎれば遠心送風機１自体の寸法拡大に繋がってしまうので、自ずと限界があることは云うまでもない。

このように、起立壁２６を起立形成したときのベルマウス２７が効果的であることは分かったが、次に、ベルマウス２７そのものの形状についても検証した。この場合のファクタとしては、回転軸７の軸中心からブレード８の内端までの寸法（ファン３の内寸）Ｒｆ１と、回転軸７の軸中心からベルマウス２７（起立壁２６の吸込口１１側の面）の先端（ファン３側の端部）までの寸法（ベルマウス２７先端の内寸）Ｒ１と、回転軸７の軸中心からベルマウス２７の内端までの寸法（ベルマウス２７の最小内寸）Ｒ２を採用した。

そして、先ず上記ファン３の内寸Ｒｆ１に対するベルマウス２７先端の内寸Ｒ１の比Ｒ１／Ｒｆ１を変化させた場合の比騒音とファン効率を測定した。その結果が図１４に示されている。尚、この図において太線で示すＲ１／Ｒｆ１＝１．１３の縦線は、リム９との最小隙間寸法による限界点を示しており、これ以上Ｒ１を大きくとると、ベルマウス２７とリム９とが干渉してしまうので、この値以下で設定しなければならない。

この図からも明らかな如く、比騒音はＲ１／Ｒｆ１＝１．０６で最も低減され、ファン効率についてもＲ１／Ｒｆ１＝１．０６で最も高くなり、それ以前及びそれ以降においては何れも悪化する傾向となる。これはＲ１がＲｆ１より大きくなると、ベルマウス２７に沿って流れて来た空気のうち、当該ベルマウス２７の先端とブレード８との隙間からリム９の外側に漏れてしまう量が増えるためと考えられる。そこで、何れも大きく悪化しない１以上１．１以下の範囲（１≦Ｒ１／Ｒｆ１≦１．１）でＲ１／Ｒｆ１を設定することがよいことが分かり、実施例では騒音及びファン効率が最も良くなるＲ１／Ｒｆ１＝１．０６に設定した。

次に、上記ベルマウス２７の先端の内寸Ｒ１に対するベルマウス２７の最小内寸Ｒ２の比Ｒ２／Ｒ１を変化させた場合の比騒音とファン効率を測定した。その結果が図１５に示されている。この図からＲ２／Ｒ１が０．９〜１．０２の範囲では、比騒音Ｒ２／Ｒ１＝０．９８で最も低減され、ファン効率はＲ２／Ｒ１＝０．９５で最も高くなり、それ以前及びそれ以降において何れも悪化する傾向となる。従って、０．９４以上１以下（０．９４≦Ｒ２／Ｒ１≦１）の範囲でＲ２／Ｒ１を設定すれば良いことが分かる。

そこで、実施例では騒音の低減を重視する場合、Ｒ２／Ｒ１＝０．９８に設定し、ファン効率を重視する場合は、Ｒ２／Ｒ１＝０．９５に設定することとした。これはファン３の形状が、ブレード８の吸込口１１側に空気が入りやすくなったことにより、ベルマウス２７に沿って、より空気をリム９方向に回り込ませた方がよいこととなったためと考えられる。

（スクロールケーシング４の形状）
ここで、ブレードが電動モータの回転軸と平行に延在するファンを通常のスクロールケーシングに収納した場合、吸込口のベルマウスから流入した空気はファンのブレードのボトムプレートに向かって流れて集中するため、ファンから流出する空気の流速は、リム側よりボトムプレート側が高い傾向となる。但し、ファンから流出する空気の流速は周方向の成分と径方向の成分を有しており、そのうち周方向の成分は、リム側で高く、ボトムプレート側で低い傾向となる。また、径方向の成分は、ボトムプレート側で高く、リム側では低くなる。このような状況から、スクロールケーシング内の渦巻状流路にはボトムプレート側からスクロールケーシングの外周壁に沿ってリム側に向かう２次流れが発生し、騒音が増大し、効率も低下することになる。

一方、図１９に示すように内径をボトムプレート６側に向かうに従って徐々に小さくした本発明におけるファン３の場合、ファン３から流出する空気の速度分布はリム９とボトムプレート６側とで均一化される。これにより、上述のような騒音を低減できる効果があるが、リム９側の空気の速度は図１６のようなファン１０４に比べて高くなる。

この高くなった空気の流れを円滑に低下させることがより一層の騒音低減に繋がるが、実施例のように回転軸７の軸方向における高さが渦巻状流路１９の巻き始めから吹出口１２に向かって徐々に拡大したスクロールケーシング４を用いれば、拡大した空間を利用して、ファン３のリム９側から流出する空気の速度が、スクロールケーシング４内の渦巻状流路１９に出た後、円滑に低下するようになる。これにより、スクロールケーシング４の回転軸７の軸方向における高さを拡大させることによる低騒音化の効果を、より一層享受することができるようになる。

計測した結果、図１６のようなファン１０４を本発明におけるスクロールケーシング４に収納した場合の比騒音の低減量が−１．０ｄＢであったのに比して、本発明の如くファン３とスクロールケーシング４の場合には、−１．８ｄＢとより一層効果が上がった。

以上詳述した構成により、通常のスクロールケーシング（図８や図１６）に本発明におけるファン３を収納した場合における比騒音に比べて、実施例の起立壁２６とベルマウス２７により比騒音は２．２６ｄＢ低下した。更に、これに加えて第１端壁２１の回転軸７の軸方向における高さを渦巻状流路１９の巻き始めから吹出口１２に向かって徐々に拡大させた場合、通常のスクロールケーシングの場合に比べて比騒音は４．０９ｄＢ低下した。更にまた、それらに加えて舌部１６の形状を前記実施例のような形状とした場合、通常のスクロールケーシングの場合に比べて比騒音は４．９５ｄＢ低下したことが確かめられた。

一方、図１６のようなファン１０４の場合、上記騒音低下値は起立壁とベルマウスでは１．９２ｄＢ、第１端壁２１の拡大を加えた場合には２．８９ｄＢ、舌部１６の形状を更に加えた場合では３．１３ｄＢであった。即ち、内径がボトムプレート６側に向かうに従って小さくなる本発明のようなファン３を用い、スクロールケーシング４の構造を本発明の如く設計することで、大きな騒音低減効果が発揮されることが明らかとなった。

１ 遠心送風機
２ 電動モータ
３ ファン
４ スクロールケーシング
６ ボトムプレート
７ 回転軸
８ ブレード
９ リム
１１ 吸込口
１２ 吹出口
１６ 舌部
１６Ａ 第１張出部
１６Ｂ 第２張出部
１９ 渦巻状流路
２１ 第１端壁
２２ 第２端壁
２６ 起立壁
２７ ベルマウス

Claims (11)

1. 回転軸に固定されたボトムプレートと、該ボトムプレートの外周に基部が固定された複数のブレードと、前記ボトムプレートと同軸的に設けられ、前記ブレードの先端部を連結する環状のリムとから成り、内径が前記ボトムプレート側に向かうに従って小さくなるファンと、
   該ファンを収納すると共に、前記回転軸の軸方向一端側に吸込口を有するスクロールケーシングと、
   該スクロールケーシング内における前記ファンの周囲に構成された渦巻状流路と、
   該渦巻状流路の巻き終わりから巻き始めへの空気の流入を抑制する舌部とを備え、
   前記舌部の前記回転軸の軸方向他端側の部分は、当該回転軸の軸方向他端側に向かうに従って前記ファンの反回転方向に張り出す寸法が増大するよう傾斜していることを特徴とする遠心送風機。
2. 前記舌部の前記回転軸の軸方向における寸法をＨ、前記舌部の前記回転軸の軸方向他端側の端部から張り出し始める点までの前記回転軸の軸方向における寸法をＺ１とした場合に、
   ０．２≦Ｚ１／Ｈ≦０．６
   としたことを特徴とする請求項１に記載の遠心送風機。
3. 前記Ｚ１／Ｈ＝０．４としたことを特徴とする請求項２に記載の遠心送風機。
4. 前記舌部の前記回転軸の軸方向一端側の部分も、当該回転軸の軸方向一端側に向かうに従って前記ファンの反回転方向に張り出す寸法が増大するよう傾斜していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れかに記載の遠心送風機。
5. 前記舌部の前記回転軸の軸方向における寸法をＨ、前記舌部の前記回転軸の軸方向他端側の端部から前記舌部の前記回転軸の軸方向一端側において張り出し始める点までの前記回転軸の軸方向における寸法をＺ２とした場合に、
   ０．４≦Ｚ２／Ｈ≦０．９
   としたことを特徴とする請求項４に記載の遠心送風機。
6. 前記Ｚ２／Ｈ＝０．６としたことを特徴とする請求項５に記載の遠心送風機。
7. 前記舌部の端部及び張り出し始める点の角部を、滑らかに湾曲させたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちの何れかに記載の遠心送風機。
8. 前記吸込口周囲の前記スクロールケーシングには起立壁が形成され、該起立壁の前記吸込口側の面はベルマウス状に湾曲されており、
   前記回転軸の軸中心から前記ブレードの内端までの寸法をＲｆ１、前記回転軸の軸中心から前記起立壁の前記吸込口側の面の先端までの寸法をＲ１、前記回転軸の軸中心から前記起立壁の前記吸込口側の面の内端までの寸法をＲ２とした場合に、
   １≦Ｒ１／Ｒｆ１≦１．１、
   且つ、
   ０．９４≦Ｒ２／Ｒ１≦１
   としたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のうちの何れかに記載の遠心送風機。
9. 回転軸に固定されたボトムプレートと、該ボトムプレートの外周に基部が固定された複数のブレードと、前記ボトムプレートと同軸的に設けられ、前記ブレードの先端部を連結する環状のリムとから成り、内径が前記ボトムプレート側に向かうに従って小さくなるファンと、
   該ファンを収納すると共に、前記回転軸の軸方向一端側に吸込口を有するスクロールケーシングと、
   該スクロールケーシング内における前記ファンの周囲に構成された渦巻状流路とを備え、
   前記吸込口周囲の前記スクロールケーシングには起立壁が形成され、該起立壁の前記吸込口側の面はベルマウス状に湾曲されており、
   前記回転軸の軸中心から前記ブレードの内端までの寸法をＲｆ１、前記回転軸の軸中心から前記起立壁の前記吸込口側の面の先端までの寸法をＲ１、前記回転軸の軸中心から前記起立壁の前記吸込口側の面の内端までの寸法をＲ２とした場合に、
   １≦Ｒ１／Ｒｆ１≦１．１、
   且つ、
   ０．９４≦Ｒ２／Ｒ１≦１
   としたことを特徴とする遠心送風機。
10. 前記Ｒ１／Ｒｆ１＝１．０６、且つ、前記Ｒ２／Ｒ１＝０．９８、
    又は、
    前記Ｒ１／Ｒｆ１＝１．０６、且つ、前記Ｒ２／Ｒ１＝０．９５
    としたことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の遠心送風機。
11. 前記渦巻状流路の巻き終わりの下流側に位置する吹出口を備え、
    前記スクロールケーシングの前記回転軸の軸方向における高さは、前記渦巻状流路の巻き始めから前記吹出口に向かって徐々に拡大することを特徴とする請求項１乃至請求項１０のうちの何れかに記載の遠心送風機。

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