JP2016183606A - 遠心送風機 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気効率の向上を図ることが可能な遠心送風機を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態に係る遠心送風機１は、羽根車１０と、ケーシング２０とを具備する。羽根車１０は、回転軸１２周りの周方向に配列された複数の羽根１３を有する。ケーシング２０は、羽根車１０を回転可能に収容する。ケーシング２０は、羽根車１０の回転軸の軸方向の一端部に対向する吸込口２１０と、吸込口２１０の周縁部に設けられた環状のベルマウス３０とを有する。ベルマウス３０は、複数の羽根１３の上記軸方向の一端部１３Ｆに対向する基部３１と、ケーシング２０の外側に向かって突出する先端部３２とを有する。ベルマウス３０の基部３１は、先端部３２から複数の羽根１３の上記一端部１３Ｆに向かうに従って吸込口２１０の開口径を拡大する第１の拡径部３０１を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、空気調和機の室内機などに用いられる遠心送風機に関する。

遠心送風機として、回転方向に配列された複数の羽根を有し円筒形状に形成された羽根車と、羽根車を回転可能に収容するケーシングとを備えたシロッコファンが知られている。この種の遠心送風機において、羽根車の軸方向の一端部に開口が設けられ、ケーシングにはこの一端部に対向する位置に空気の吸込口が設けられ、この吸込口の周縁部には、ケーシングの外部から羽根車への空気の円滑な流れを形成するためのベルマウスが設けられている。

ベルマウスの形状としては、種々のものが知られている。例えば特許文献１には、先端がケーシングの内側に向けられ、ケーシングの外側から内側に向かうにつれて吸込口の径を小さくするように湾曲させたベルマウスが記載されている。

特開２０１１−２２６４０８号公報（段落［００２４］、図２）

しかしながら、特許文献１に記載のベルマウスの形状では、吸い込まれた空気の多くが吸込口の中央を流れ、吸込口に近い羽根車の一端部の近傍には空気が流れにくくなるため、実質的に羽根車の通風面積が減少し、吸気効率の向上が図れないという問題がある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、吸気効率の向上を図ることが可能な遠心送風機を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る遠心送風機は、羽根車と、ケーシングとを具備する。
上記羽根車は、回転軸周りの周方向に配列された複数の羽根を有し円筒形状に形成される。
上記羽根車の回転軸方向の一端部には回転軸と同心円状の開口部と開口部の周縁を形成する周縁部が形成される。
上記ケーシングは、上記羽根車を回転可能に収容する。
上記ケーシングは、上記羽根車の回転軸の軸方向の一端部に対向する吸込口と、上記吸込口の周縁部に設けられた環状のベルマウスとを有する。
上記ベルマウスは、上記羽根車の周縁部に対向する基部と、上記ケーシングの外側に向かって突出する先端部とを有する。
上記ベルマウスの上記基部は、上記先端部から上記複数の羽根の上記一端部に向かうに従って上記吸込口の開口径拡大する第１の拡径部を有する。

上記ベルマウスの上記先端部は、上記第１の拡径部から上記ケーシングの外側に向かうに従って上記吸込口の開口径を拡大する第２の拡径部をさらに有してもよい。

上記ベルマウスは、上記第１の拡径部と上記第２の拡径部との間に設けられた筒状部をさらに有してもよい。

本発明によれば、吸気効率の向上を図ることが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る遠心送風機を示す概略平面図である。 図１におけるＡ−Ａ線拡大概略断面図である。 Ａは、上記遠心送風機におけるベルマウスの形成部位を示す要部断面図、Ｂは、上記ベルマウスの作用を説明する要部の模式断面図である。 一般的な遠心送風機のベルマウスの作用を説明する模式断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る遠心送風機を示す概略側断面図である。 図３Ａに示すベルマウスの構成の変形例を示す要部の模式断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係る遠心送風機を示す概略平面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線拡大概略断面図である。図２において一点鎖線で示す矢印は、空気の流れを示している（以降の各図においても同様）。

本実施形態の遠心送風機１は、羽根車１０と、ケーシング２０とを有するシロッコファンを構成する。遠心送風機１は、例えば図示しない空気調和機の室内機などに用いられる。

羽根車１０は、図２に示すように、円盤状の主板１１と、主板１１の周縁に沿うように回転軸１２周りの周方向に配列された複数の羽根１３と、複数の羽根１３の前端部１３Ｆを１つに連結し円環上に形成されたリング部１５を有し、円筒形状に形成されている。主板１１の中心を貫通する回転軸１２は、後述するケーシング２０の背面２１Ｒに固定されたモータＭの駆動軸で構成され、背面２１Ｒを貫通して、主板１１の中心に設けられたハブ１４に固定されている。モータＭは、羽根車１０を回転軸１２周りに（図１に示す矢印Ｂ方向に）回転させることで、吸込口２１０から吐出口２２０へ空気を送出する。また、羽根車１０の回転軸方向の一端部には回転軸と同心円状の開口部と開口部の周縁を形成する周縁部１６が形成される。

複数の羽根１３は、回転軸１２の軸方向（Ｚ軸方向）にほぼ平行に配置されている。複数の羽根１３の後端部１３Ｒは、主板１１の周縁部にそれぞれ固定され、複数の羽根１３の前端部１３Ｆ（正面２１Ｆ側の端部）は、吸込口２１０に対向する羽根車１０の一端部の周縁部１６を構成する。複数の羽根１３の間は、吸込口２１０から吸い込まれた空気を吐出口２２０へ向けて流出させる通路を形成する。

ケーシング２０は、羽根車１０を収容するケーシング本体２１と、ケーシング本体２１から空気の吐出方向に突出する吐出管部２２とを有する渦巻形のケーシングである。ケーシング２１は、典型的には、合成樹脂材料の射出成形体で形成される。

ケーシング本体２１は、上述の羽根車１０を回転可能に収容する内部空間Ｓを有し、ケーシング本体２１の正面２１Ｆには、羽根車１０の周縁部１６に対向する円形の吸込口２１０が設けられている。吐出管部２２は、ケーシング本体２１の内部空間Ｓと連通しており、羽根車１０から径方向に流出した空気を吐出方向Ｔに吐出させる端部に吐出口２２０が設けられている。

吸込口２１０には、ベルマウス３０が設けられている。ベルマウス３０は、吸込口２１０の周縁部に沿って環状に設けられ、ケーシング２０の外部から内部空間Ｓへの空気の円滑な流れを形成する。

図３Ａに示すように、ベルマウス３０は、ケーシング２０の内部に突出するように所定の曲率で湾曲形成された基部３１と、基部３１からケーシング２０の外側に向かって突出する先端部３２とを有する。基部３１は、羽根車１０の周縁部１６に所定の間隙Ｇ１をおいて対向している。後述するように、基部３１に沿って流れる空気が羽根１３の前端部１３Ｆに流入できるように、基部３１は、羽根１３のリング部１５よりも径方向に内側で、かつ、羽根１３の内径よりも径方向に外側の間にある羽根車１０の周縁部１６と最近接している。

ベルマウス３０の基部３１は、先端部３２側から羽根車１０の周縁部１６側に向かうに従って吸込口２１０の開口径を拡大する第１の拡径部３０１を有する。第１の拡径部３０１は、環状に形成された基部３１の内周部であって、羽根車１０の周縁部１６に近接する部位に設けられる。

ベルマウス３０の先端部３２は、第１の拡径部３０１からケーシング２０の外側に向かうに従って吸込口２１０の開口径を拡大する第２の拡径部３０２を有する。

本実施形態において第２の拡径部３０２は、第１の拡径部３０１と同等の曲率で、第１の拡径部３０１から先端部３２にかけて連続的に湾曲形成されているが、これに限られない。例えば、第２の拡径部３０２は、第１の拡径部３０１よりも大きな曲率で形成されてもよいし、第１の拡径部３０１よりも小さな曲率で形成されてもよい。

一般に、遠心ファン等の遠心送風機の吸込口付近における空気の流れは、急激な方向変化ではなく、緩やかな曲線状であることが知られている。そのため、ケーシング外部から吸込口、及び、吸込口から羽根車のそれぞれで、流れが存在しない領域が発生し、実質的な通風面積の減少や空気の供給不足に起因して発生する負圧による損失が生じやすい。また、コアンダ効果と呼ばれる壁面に沿うように流れようとする空気の性質があるため、ケーシング外部の空気をファンに導くベルマウスの形状は、通風抵抗、流れの分布に大きな影響を及ぼす。

例えば図４に示される一般的な遠心送風機１００は、ケーシング２０の外側から内側に向かうにつれて吸込口の径を小さくするように湾曲したベルマウス１３０を有する。このような遠心送風機１００において、吸込口２１０の周辺の空気は、コアンダ効果によりベルマウス１３０の形状にならって羽根車１０の周縁部１６に流入する。

しかしながら、ベルマウス１３０の先端部１３２が羽根車１０の主板１１に向いているため、ベルマウス１３０に沿って流れた空気は主板１１に向かって流れ、ベルマウス１３０の先端部１３２と羽根車１０の周縁部１６との間隙Ｇ２に流れ込まない。このため、吸込口２１０の中央部分と比較して、羽根車１０の一端部の周縁部１６では空気の流入量が大幅に少なくなる。よって、羽根車１０の通風面積が大きく減少する。

さらに、間隙Ｇ２内に発生した負圧が原因で、羽根車１０から径方向の外側へ流出した空気が間隙Ｇ２に再流入され易くなる（図中矢印Ｃ２参照）。そして、羽根１３の前端部１３Ｆから羽根車１０の径方向に流出する空気量よりも、羽根１３の後端部１３Ｒから羽根車１０の径方向に流出する空気量が顕著に多くなるため、羽根車１０の全周から放出される空気の流速を均一化することができなくなり、それが原因で圧力損失が増大してしまう。

これに対して、本実施形態の遠心送風機１は、図３Ａに示すように、ケーシング２０の外側から内側に向かうにつれて吸込口２１０の径を大きくするように湾曲したベルマウス３０（第１の拡径部３０１）を有する。これにより、図３Ｂに示すように、ベルマウス３０に沿って流れる空気は、コアンダ効果によりベルマウス３０の形状にならって、吸込口２１０から羽根車１０の遠心方向（径方向）への空気の流れが形成され、羽根車１０の周縁部１６に流入する。その結果、羽根車１０の周縁部１６にも十分に空気が流れ込み、通風面積の減少が抑えられる。

さらに、吸込口２１０から羽根車１０の周縁部１６に空気が流れ込むことにより、間隙Ｇ１における負圧の発生が抑えられる。さらに、羽根車１０から径方向の外側へ流出した空気が間隙Ｇ１へ再流入されることも阻止できる（図中矢印Ｃ１参照）。このため、羽根車１０のほぼ全周から空気を流出させることが可能となり、羽根車１０の軸方向に沿った流速の均一化が図られ、これにより圧力損失が低減される。

以上のように、本実施形態によれば、羽根車１０の通風面積の減少を抑えることができるとともに、羽根車１０から流出した空気の間隙Ｇ１への流入が抑えられる。これにより、本実施形態は、図４に示される一般的な遠心送風機よりも圧力損失が低減されると共に、吸気効率の向上を図れる。

第１の拡径部３０１の曲率は、ベルマウス３０の内径（吸込口２１０の開口径）、空気の流量あるいは流速等に応じて適宜設定することが可能である。コアンダ効果により空気が間隙Ｇ１へ安定に誘導できる曲率で第１の拡径部３０１が形成される。例えば、ベルマウス３０の内径が１７０ｍｍ以上である場合、第１の拡径部３０１は、例えば１５ｍｍ以上の曲率半径で形成される。

なお、羽根車１０の周縁部１６に対する基部３１の最近接点径Ｒ１（基部３１上で周縁部１６に最も近接する点を結ぶ円の直径）も特に限定されず、例えば、最近接点径Ｒ１はベルマウス３０の内径の１．０５倍以上１．２倍以下に設定される。この範囲において、ほぼ一定の吸気効率を安定に得ると共に、羽根車１０の周縁部１６に空気を流すことができる。

また、本実施形態によれば、ベルマウス３０に第２の拡径部３０２が設けられているため、吸込口２１０の見掛けの開口径を大きくすることができるとともに、第１及び第２の拡径部３０１，３０２に沿って、空気を効率よく誘導することが可能となる。これにより、吸気効率の更なる向上を図れるようになる。

＜第２の実施形態＞
図５は、本発明の第２の実施形態に係る遠心送風機を示す概略側断面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、上述の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態の遠心送風機２は、ベルマウスの形状が第１の実施形態と異なる。すなわち本実施形態において、ベルマウス４０は、第１の拡径部３０１と、第２の拡径部３０２と、筒状部３０３とを有する。

第１及び第２の拡径部３０１，３０２は、第１の実施形態と同様に構成されるため、ここでは説明を省略する。筒状部３０３は、第１の拡径部３０１と第２の拡径部３０２との間に設けられ、概略円筒形状を有する。

筒状部３０３の内周面は、第１及び第２の拡径部３０１，３０２の内周面にそれぞれ連続的に形成されており、第２の拡径部３０２に沿って吸い込まれた空気を第１の拡径部３０１へガイドするガイド面としての機能をも有する。

本実施形態によれば、上述の第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、ベルマウス４０に筒状部３０３が設けられているため、ベルマウス４０の基部３１を金型で成形する際に、スライド金型を採用することができるため、生産性の向上が図れることになる。さらに、筒状部３０３が吸込口２１０における空気の整流機能を高めることができ、第１の拡径部３０１に沿った羽根車１０の遠心方向への空気の流れを効率よく形成することができる。

なお、本実実施形態の円筒部３０３の軸方向に沿った長さは特に限定されず、使用される金型の種類や組合せに応じて、適宜設定することが可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば以上の実施形態では、ベルマウス３０，４０として、羽根車１０の周縁部１６に向かって突出する湾曲形状の基部３１が設けられたが、例えば図６に示すベルマウス５０のように、基部３１は、複数の羽根１３の周縁部１６に間隙Ｇ１を介して対向する平面形状に形成されてもよい。また、本発明の実施形態では、片吸込形の遠心送風機について説明したが本発明はこれに限定したものではなく、両吸込形の遠心送風機に用いてもよい。

１，２…遠心送風機
１０…羽根車
１３…羽根
１６…周縁部
２０…ケーシング
３０，４０，５０…ベルマウス
３１…（ベルマウスの）基部
３２…（ベルマウスの）先端部
２１０…吸込口
３０１…第１の拡径部
３０２…第２の拡径部
３０３…筒状部

Claims (4)

1. 回転軸周りの周方向に配列された複数の羽根を有し円筒形状に形成される羽根車と、
   前記羽根車の回転軸方向の一端部には前記回転軸と同心円状の開口部と開口部の周縁を形成する周縁部と、
   前記羽根車を回転可能に収容するケーシングと
   を具備し、
   前記ケーシングは、前記羽根車の回転軸の軸方向の一端部に対向する吸込口と、前記吸込口の周縁部に設けられた環状のベルマウスとを有し、
   前記ベルマウスは、前記羽根車の前記周縁部に対向する基部と、前記ケーシングの外側に向かって突出する先端部とを有し、
   前記ベルマウスの前記基部は、前記先端部から前記複数の羽根の前記一端部に向かうに従って前記吸込口の開口径を拡大する第１の拡径部を有する
   遠心送風機。
2. 請求項１に記載の遠心送風機であって、
   前記ベルマウスの前記先端部は、前記第１の拡径部から前記ケーシングの外側に向かうに従って前記吸込口の開口径を拡大する第２の拡径部をさらに有する
   遠心送風機。
3. 請求項２に記載の遠心送風機であって、
   前記ベルマウスは、前記第１の拡径部と前記第２の拡径部との間に設けられた筒状部をさらに有する
   遠心送風機。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の遠心送風機であって、
   前記羽根車の前記一端部に対する前記基部の最近接点径は、前記ベルマウスの内径の１．０５倍以上１．２倍以下である
   遠心送風機。

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