JP2016205234A

JP2016205234A - 遠心式送風機

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Publication number: JP2016205234A
Application number: JP2015087711A
Authority: JP
Inventors: 聡小南; Satoshi Kominami; 鈴木　敦; Atsushi Suzuki; 敦鈴木
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Automotive Thermal Systems Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Priority date: 2015-04-22
Filing date: 2015-04-22
Publication date: 2016-12-08
Anticipated expiration: 2035-04-22
Also published as: US10288085B2; CN107532612A; JP6583770B2; WO2016170831A1; DE112016001845T5; US20180112677A1; CN107532612B

Abstract

【課題】流体の吐出流量の低下を抑制しつつ、騒音の発生を抑制することが可能な遠心式送風機を提供する。
【解決手段】羽根が設けられた羽根車と、羽根車を収容するとともに羽根車の径方向外側を囲んで空気ＡＲが流通可能な渦巻状流路Ｃ１を形成し、渦巻状流路Ｃ１の始点Ｓと、始点Ｓから一周した終点Ｅとを形成するノーズ部３０が設けられたケーシング３と、羽根車を該羽根車の中心軸線Ｏ回りに回転させる駆動部と、ケーシング３の底板に設けられて、渦巻状流路Ｃ１を羽根車の径方向に区切るとともに羽根車の周方向に沿って延びるベーン５と、を備え、ベーン５の後縁６が、渦巻状流路Ｃ１の主流方向ＤＩでノーズ部３０よりも上流側に位置している。
【選択図】図２

Description

本発明は、遠心式送風機に関する。

羽根車を回転させ、ケーシングに形成された渦巻状流路内で流体を流通させることで、流体に遠心力を付与して圧送する遠心式送風機が一般に知られている。

このような遠心式送風機では、渦巻状流路の始点と、この始点から羽根車の中心軸線回りに一周した終点との間で差圧が生じる。渦巻状流路の始点の領域と終点の領域とは隣接しており、圧力の低い始点から圧力の高い終点に向かって流体が逆流する現象が生じる。このような現象は、比較的低流量域での運転時に生じ易く、遠心式送風機の性能を低下させるストールの発生の原因となる。さらに、逆流が発生すると渦が形成されて低周波音が発生し、騒音が増大するといった問題がある。

ここで、特許文献１には、ケーシングに逆流抑制壁が設けられた遠心式送風機が開示されている。この逆流抑制壁によって上記の逆流の発生の抑制を図っている。

特開２００６−３０７８３０号公報

しかしながら、上述した特許文献１では逆流抑制壁を設けたことで、逆流抑制効果を得ることは可能であるが、渦巻状流路の終点の領域の近傍で、羽根車から流出する流体の流れが逆流抑制壁によって妨げられることで、吐出流量が低下し、遠心式送風機の性能低下につながってしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、流体の吐出流量の低下を抑制しつつ、騒音の発生を抑制することが可能な遠心式送風機を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の第一の態様に係る遠心式送風機は、羽根が設けられた羽根車と、前記羽根車を収容するとともに該羽根車の径方向外側を囲んで流体が流通可能な渦巻状流路を形成し、前記渦巻状流路の始点と該始点から一周した終点とを形成するノーズ部が設けられたケーシングと、前記羽根車を該羽根車の中心軸線回りに回転させる駆動部と、前記ケーシングの底板に設けられて、前記渦巻状流路を前記羽根車の径方向に区切るとともに前記羽根車の周方向に沿って延びるベーンと、を備え、前記ベーンの後縁が、前記渦巻状流路の主流方向で前記ノーズ部よりも上流側に位置している。

このような遠心式送風機によれば、羽根車が駆動部によって回転させられることで、流体が渦巻状流路を流通し、昇圧される。この際、ケーシングのノーズ部の近傍の領域で、渦巻状流路の始点から終点に向かう逆流をベーンによって遮断することが可能となる。従って、ノーズ部の近傍で渦が生じてしまうことを抑制でき、渦の発生に起因する低周波音の発生を抑えることができる。さらに、ノーズ部から離れた位置でベーンが設けられていることで渦巻状流路の始点と終点との間の流体の流れを完全に遮断することがない。従って、ベーンによって逆流だけでなく、羽根車から流出した流体の流れも併せて遮断してしまうことがなくなり、吐出流量を確保することができる。

また、本発明の第二の態様に係る遠心式送風機では、上記第一の態様における前記ベーンでは、前縁が前記ノーズ部の先端から前記主流方向の下流に向かって前記羽根車の直径の３．０倍以上の距離の位置に配置され、前記後縁が前記ノーズ部の先端から前記主流方向の下流に向かって前記羽根車の直径の３．７倍以下の距離の位置に配置されていてもよい。

このようにベーンの寸法を特定することで、逆流を効果的に抑制することができるとともに、ノーズ部の近傍で羽根車から流出した流体の流れを完全に遮断しないため、流体の吐出流量の低下をさらに抑制することができる。

また、本発明の第三の態様に係る遠心式送風機では、上記第一又は二の態様における前記ベーンにおける前記中心軸線の方向の前記底板からの高さ寸法は、前記羽根における径方向外側の端部での前記中心軸線の方向の前記底板からの高さ寸法よりも大きくなっていてもよい。

このように、羽根よりもベーンを高くすることで、流体がベーンを乗り越えて渦巻状流路の終点から始点に向かって逆流してしまうことを抑制することができる。

また、本発明の第四の態様に係る遠心式送風機では、上記第一から三のいずれかの態様における前記ベーンでは、縁部が角状に形成されていてもよい。

ベーンに沿って流体が流通することで、流体が剥離することがあるが、ベーンの縁部を角状にすることで、流体が剥離する位置を一定の位置に固定することができる。従って、略同じ位置で渦を発生させることができ、ベーン近傍での圧力変動を抑えて低周波音の発生を抑制することができる。よって、騒音の発生をさらに抑制することができる。

また、本発明の第五の態様に係る遠心式送風機では、上記第一から四のいずれかの態様における前記ベーンでは、前記中心軸線の方向を向く端面に前記底板に向かって凹む凹部と、前記底板から離間する方向に突出する凸部とが形成されていてもよい。

このように、ベーンに凹部と凸部が形成されていることで、ベーンに沿って流通する流体が剥離して発生する渦を凹部と凸部によって複数発生させることができ、渦同士を干渉、衝突させることで渦を微細化することができる。そして渦巻状流路の終点から始点に向かう逆流が生じたとしても、この逆流を微細化した渦によって乱すことができる。よって低周波音の発生をさらに抑制でき、騒音発生の抑制が可能となる。

上記の遠心式送風によれば、後縁がノーズ部から離間するようにベーンを設けることで、流体の吐出流量の低下を抑制しつつ、騒音の発生を抑制することが可能である。

本発明の実施形態における遠心式送風機の縦断面図である。本発明の実施形態における遠心式送風機のケーシング及び羽根車を示す平面図である。本発明の実施形態における遠心式送風機のベーンを示す斜視図である。本発明の実施形態における遠心式送風機のケーシングと、ケーシング内における空気の流れの方向を示す平面図である。本発明の実施形態の第一変形例における遠心式送風機のベーンを示す斜視図である。本発明の実施形態の第二変形例における遠心式送風機のベーンを示す斜視図である。

以下、本発明の第一実施形態における遠心式送風機１について説明する。
遠心式送風機１は、例えば自動車等の車両に搭載され、車両の室内へ空気（流体）ＡＲを供給可能とする送風装置である。
この遠心式送風機１は、図１に示すように、羽根車２と、羽根車２を収容するケーシング３と、羽根車２を回転させる駆動部４と、ケーシング３内に設けられたベーン５とを備えている。

羽根車２は、中心軸線Ｏを中心とした円盤状をなすハブ１１と、ハブ１１から中心軸線Ｏの方向に立ち上がるとともに周方向に互いに間隔をあけて複数配置された羽根１２と、これら羽根１２を中心軸線Ｏの方向から覆うシュラウド１３とを有している。
羽根車２が中心軸線Ｏ回りに回転することで、羽根１２同士の間にシュラウド１３側から取り込まれた空気ＡＲ（流体）に遠心力が付与される。空気ＡＲは径方向内側から外側に向かって圧送された後に羽根車２から径方向外側に向かって流出する。

ケーシング３は、羽根車２を外周側から囲むとともに、羽根１２における径方向外側の端部に対向する側板２１と、側板２１を中心軸線Ｏの方向のハブ１１側で支持する底板２２と、側板２１を中心軸線Ｏの方向のシュラウド１３側で支持する天板２３とを有している。
これら側板２１、底板２２、及び天板２３は、周方向の一部でハブ１１の接線方向に沿って延びるように設けられている。

即ち、ケーシング３には、図２に示すように、中心軸線Ｏを中心とした環状に形成された環状部３ａと、環状部３ａにおける周方向の一部から羽根車２から離間するように、上記の接線方向に沿って延びる線状部３ｂとが形成されている。環状部３ａと線状部３ｂとの接続部分には、周方向に向かって突出するノーズ部３０が設けられている。

ケーシング３では、これら側板２１、底板２２、天板２３によって囲まれるようにして、羽根車２の外周側に周方向に延びる空間Ｃが形成されている。この空間Ｃは、環状部３ａでは渦巻状流路Ｃ１であり、線状部３ｂでは吐出流路Ｃ２となっている。

渦巻状流路Ｃ１は、ノーズ部３０を起点として、周方向の一方となる羽根車２の回転方向Ｒの前方に向かうに従って径方向の幅寸法が漸次大きくなる形状をなしている。即ちノーズ部３０の周方向の一方を向く面側の領域が渦巻状流路Ｃ１の始点Ｓの領域となり、ノーズ部３０の周方向の他方を向く面側の領域が渦巻状流路Ｃ１の終点Ｅの領域となる。
羽根車２から流出した空気ＡＲは、渦巻状流路Ｃ１を周方向の一方に向かって始点Ｓから終点Ｅに向かって流通することで昇圧される。

吐出流路Ｃ２は、渦巻状流路Ｃ１の終点Ｅから上記の接線方向に直線状に延び、渦巻状流路Ｃ１とケーシング３の外部とを連通している。この吐出流路Ｃ２には渦巻状流路Ｃ１を流通した後の空気ＡＲが流入する。そして吐出流路Ｃ２を通じての空気ＡＲがケーシング３の外部に吐出可能となっている。

ここで、図示はしないが、遠心式送風機１が車両の送風装置に用いられる場合には、吐出流路Ｃ２は、車両用空気調和機における空気流路に接続される。この空気流路は、例えばフェイス用の流路、フット用の流路、及びデフロスタ用の流路である。また、車両用空気調和機には、冷房用熱交換器と暖房用熱交換器とが設けられている。車両用空気調和機では、ダンパを動作させることで、冷房モードでは吐出流路Ｃ２からの空気ＡＲが冷房用熱交換器を通過した後に上記の各空気流路に送り込まれる。また、暖房モードでは吐出流路Ｃ２からの空気ＡＲが冷房用熱交換器を通過した後に、さらに暖房用熱交換器を通過し、上記の各空気流路に送り込まれる。

駆動部４は、電動機等であって、図１に示すように羽根車２のハブ１１に中心軸線Ｏの方向に対向するように設けられるとともに、ケーシング３に固定されている。そして駆動部４は、ケーシング３に対して羽根車２を、中心軸線Ｏを中心に回転可能に支持している。

ベーン５は、渦巻状流路Ｃ１における終点Ｅ側（吐出流路Ｃ２に近い側）に設けられて、ケーシング３の底板２２から中心軸線Ｏの方向に天板２３に向かって突出し（図１参照）、周方向に沿って延びている。これによりベーン５は、渦巻状流路Ｃ１を径方向に区切っている。

より具体的には、図３に示すように、ベーン５は、矩形板状をなし、全ての縁部５ａが角状に形成されている。即ち、縁部５ａのＲ面取り等は行われていない。

また、図１に示すように、ベーン５の中心軸線Ｏの方向の底板２２からの高さ寸法ｈ１は、羽根１２における径方向外側の端部での中心軸線Ｏの方向の底板２２からの高さ寸法ｈ２よりも大きくなっている。

そしてベーン５における周方向の他方側（回転方向Ｒの後方側）の端部であって、吐出流路Ｃ２から離間する側の端部となる後縁６が、渦巻状流路Ｃ１の主流方向ＤＩでノーズ部３０よりも上流側に位置している。
主流方向ＤＩとは、中心軸線Ｏに直交する平面上で、渦巻状流路Ｃ１における側板２１と羽根車２の最大外径部分とに内接する内接円ＣＩの中心Ｐ同士を結んだ線分の延びる方向を示す。

ここで、ベーン５は、中心軸線Ｏを通り、ノーズ部３０の空間Ｃ側の内面に接する直線ＬＮを起点として、空気ＡＲの主流方向ＤＩに、周方向の一方となる下流に向かって羽根車２の直径ｄの３．０倍以上、かつ、３．７倍以下の位置に配置されているとよい。羽根車２の直径ｄとは、羽根車２における径が最大となる部分（本実施形態では、シュラウド１３における径方向外側の端部）の直径を示す。

即ち、ベーン５における後縁６の位置が、ノーズ部３０の先端となる上記の直線ＬＮから主流方向ＤＩに、下流に向かって羽根車２の直径ｄの３．７倍以下の距離Ｌ１の位置に配置されるとよい。また、ベーン５における周方向の一方側の端部であって、吐出流路Ｃ２に近接する側の端部となる前縁７の位置が、ノーズ部３０の先端から主流方向ＤＩに、下流に向かって羽根車２の直径ｄの３．０倍以上の距離Ｌ２の位置に配置されるとよい。

さらに、ベーン５は、羽根車２における径が最大となる部分から、渦巻状流路Ｃ１の幅方向（径方向）の２０％以上５０％以下の位置に配置されているとよい。

以上説明した本実施形態の遠心式送風機１によると、羽根車２が駆動部４によって中心軸線Ｏを中心として回転させられることで、空気ＡＲが渦巻状流路Ｃ１を流通して昇圧される。この際、ケーシング３のノーズ部３０の近傍の領域で、渦巻状流路Ｃ１の始点Ｓから終点Ｅに向かう逆流Ｒｆ（図４参照）が生じたとしても、この逆流Ｒｆをベーン５によって遮断することができる。

従って、ノーズ部３０の近傍で渦が生じてしまうことを抑制でき、渦の発生に起因する低周波音の発生を抑えることができる。さらに、後縁６がノーズ部３０から主流方向ＤＩに離れた位置に配置されるように、ベーン５が設けられていることで、渦巻状流路Ｃ１の始点Ｓと終点Ｅとの間の空気ＡＲの流れを完全に遮断することがない。

従って、逆流Ｒｆだけでなく、渦巻状流路Ｃ１における終点Ｅの近傍で羽根車２から流出して渦巻状流路Ｃ１を通じて吐出流路Ｃ２へ向かう流れｆ１（図４参照）までも一緒に遮断されてしまうことが無くなり、遠心式送風機１からの空気ＡＲの吐出流量を確保することができる。

具体的には、図４に示すように、渦巻状流路Ｃ１の終点Ｅの領域では、空気ＡＲの主流ｆには、始点Ｓの領域の圧力Ｐ０と終点Ｅの領域の圧力Ｐ１との差圧によって径方向内側に向かう流れの成分ｆ´が付与され、吐出流路Ｃ２に向かって真っすぐではなく、ベーン５に向かって斜めに流れる流れが形成される。この流れが逆流Ｒｆとなる。

ベーン５の後縁６は、ノーズ部３０とは主流方向ＤＩに離れた位置に配置されているが、ベーン５の後縁６よりも下流側では、ノーズ部３０よりも下流側に向かって、即ち、吐出流路Ｃ２での側板２１に向かって逆流Ｒｆが流れるため、逆流Ｒｆが渦巻状流路Ｃ１の始点Ｓの領域に向かうことなく、吐出流路Ｃ２内に導かれる（図４の破線参照）。

従って、ベーン５は必要最小限の範囲で逆流Ｒｆを遮断しつつ、羽根車２から流出した空気ＡＲの流れｆ１が、後縁６とノーズ部３０との間から渦巻状流路Ｃ１を通じて吐出流路Ｃ２に向かって流通可能となるため、遠心式送風機１からの空気ＡＲの吐出流量を確保することができる。この結果、吐出流量の低下を抑制しつつ、逆流Ｒｆの発生を抑制することが可能である。

そして、ベーン５の設置範囲を、ノーズ部３０の先端から主流方向ＤＩに羽根車２の直径ｄの３．０倍以上３．７倍以下の距離とすれば、逆流Ｒｆを抑制する効果と、空気ＡＲの吐出流量の低下を抑制する効果とをさらに向上することができる。

また、ベーン５が、羽根車２における径が最大となる部分から渦巻状流路Ｃ１の幅方向の２０％以上５０％以下の位置に設置されれば、即ち、羽根車２により寄った位置に設置されれば、逆流Ｒｆによる渦の発生の抑制効果をさらに高めることが可能となる。

また、ベーン５に沿って空気ＡＲが流通することで、空気ＡＲが剥離することがあるが、ベーン５の縁部５ａを角状にすることで、空気ＡＲが剥離する位置を一定の位置に固定することができる。従って、略同じ位置で渦を発生させることができ、ベーン５の近傍での圧力変動を抑えて低周波音の発生を抑制可能となる。よって、騒音発生をさらに抑制することができる。

また、羽根１２の端部の高さ寸法ｈ２よりも、ベーン５の高さ寸法ｈ１を大きく設定することで、逆流Ｒｆが、中心軸線Ｏの方向に天板２３に向かって流通し、ベーン５を乗り越えて逆流してしまうことを抑制することができる。即ち、効果的に逆流Ｒｆを遮断することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

例えば、図５に示すように、本実施形態のベーン３１は、中心軸線Ｏの方向を向き、かつ天板２３に対向する端面に底板２２に向かって凹む凹部３２と、底板２２から離間するように、中心軸線Ｏの方向に天板２３に向かって突出する凸部３３とが主流方向ＤＩに交互に形成されていてもよい。

このように、ベーン３１に凹部３２と凸部３３が形成されていることで、ベーン３１に沿って流通する空気ＡＲが剥離することで発生する渦は、凹部３２と凸部３３によって複数発生させられる。そしてこれら複数の渦同士を干渉、衝突させることで渦を微細化することができる。よって低周波音の発生をさらに抑制することができ、さらなる騒音の抑制につながる。

また、図６に示すように、本実施形態のベーン４１では凸部３３は、ベーン４１を中心軸線Ｏ側から見て天板２３側の先端部が頂部となる三角形状に形成されていてもよい。同様に、凹部４２はベーン４１を中心軸線Ｏ側から見て底板２２側の底部が頂部となる三角形状に形成されていてもよい。

また、ベーン５（３１、４１）の形状は、上述したものに限定されず、少なくとも後縁６が主流方向ＤＩでノーズ部３０よりも上流側に位置していればよい。即ち、ベーン５は矩形板状をなしている必要はなく、例えば、ブロック状をなしていてもよい。

また、ベーン５（３１、４１）は、必ずしも全ての縁部５ａが角状に形成されていなくともよい。

１…遠心式送風機
２…羽根車
３…ケーシング
３ａ…環状部
３ｂ…線状部
４…駆動部
５、３１、４１…ベーン
６…後縁
７…前縁
１１…ハブ
１２…羽根
１３…シュラウド
２１…側板
２２…底板
２３…天板
３０…ノーズ部
３２、４２…凹部
３３、４３…凸部
Ｏ…中心軸線
ＡＲ…空気（流体）
Ｃ…空間
Ｓ…始点
Ｅ…終点
Ｃ１…渦巻状流路
Ｃ２…吐出流路
Ｒ…回転方向
ＤＩ…主流方向
ｆ…主流
Ｒｆ…逆流
ｆ１…流れ

Claims

羽根が設けられた羽根車と、
前記羽根車を収容するとともに該羽根車の径方向外側を囲んで流体が流通可能な渦巻状流路を形成し、前記渦巻状流路の始点と該始点から一周した終点とを形成するノーズ部が設けられたケーシングと、
前記羽根車を該羽根車の中心軸線回りに回転させる駆動部と、
前記ケーシングの底板に設けられて、前記渦巻状流路を前記羽根車の径方向に区切るとともに前記羽根車の周方向に沿って延びるベーンと、
を備え、
前記ベーンの後縁が、前記渦巻状流路の主流方向で前記ノーズ部よりも上流側に位置している遠心式送風機。
前記ベーンでは、前縁が前記ノーズ部の先端から前記主流方向の下流に向かって前記羽根車の直径の３．０倍以上の距離の位置に配置され、前記後縁が前記ノーズ部の先端から前記主流方向の下流に向かって前記羽根車の直径の３．７倍以下の距離の位置に配置されている請求項１に記載の遠心式送風機。
前記ベーンにおける前記中心軸線の方向の前記底板からの高さ寸法は、前記羽根における径方向外側の端部での前記中心軸線の方向の前記底板からの高さ寸法よりも大きくなっている請求項１又は２に記載の遠心式送風機。
前記ベーンでは、縁部が角状に形成されている請求項１から３のいずれか一項に記載の遠心式送風機。
前記ベーンでは、前記中心軸線の方向を向く端面に前記底板に向かって凹む凹部と、前記底板から離間する方向に突出する凸部とが形成されている請求項１から４のいずれか一項に記載の遠心式送風機。