JP2020063679A - 遠心送風機 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音を低減し、かつ重量を軽量化できる遠心送風機を提供する。【解決手段】軸中心側の内側空間と該内側空間の周囲に配置された複数の羽根１２１を備え、回転することで前記内側空間から複数の羽根１２１の間を介して遠心方向に排気を行うインペラ１２０と、インペラ１２０を回転自在な状態で内側に納めた渦巻き形状のケーシング１１０と、ケーシング１１０のインペラ１２０の前記内側空間を臨む位置に設けられた開口であり、インペラ１２０の前記内側空間に空気を導く吸込口１１４とを備え、吸込口１１４は、外側壁部１１７と内側壁部１１８とを有する筒構造の内側に設けられ、外側壁部１１７と内側壁部１１８との間には空間１２７が設けられている遠心送風機１００。【選択図】図２

Description

本発明は、遠心送風機の騒音低減化および軽量化に関する。

遠心送風機は、家電機器、ＯＡ機器、産業用や車両用の空気調和装置における送風、換気、冷却等に広く用いられている。これらの機器や装置に用いられる遠心送風機は、騒音の低減化、送風効率の向上、および重量の軽量化等が望まれている。

特許文献１に記載されている遠心送風機では、ケーシングに形成された空気吸入部４１１（本願における吸込口に相当）に、当該空気吸入部４１１の頂部４１３に沿って気流が流れるように運動量を付加する運動量付加機構４３が設けられている。当該運動量付加機構４３は、空気吸入部４１１における空気流れ上流側に向かって突き出た頂部４１３よりも外側の外側壁面部４１５の少なくとも一部に設けられている。これによって、騒音の低減、送風効率の向上を図っている。

特許文献１の遠心送風機において、空気吸入部４１１の内側壁面部４１４は、空気流れ上流側から下流側端部４１２に向かって径が徐々に小さくなっており、空気吸入部４１１の下流側端部４１２が内側壁面部４１４における最小径となる部位を構成している。そして、空気吸入部４１１における空気流れ上流側に突き出た頂部４１３から空気吸入部４１１における頂部４１３よりも外側の外側壁面部４１５の端部に至る外周側範囲に、外側壁面部４１５側からの気流が頂部４１３に沿って流れるように運動量を付加する運動量付加機構４３が設けられている。

この構造では、空気吸入部４１１の側方から流入する気流が、頂部４１３の手前に設けられた突起部４３１を乗り越える際に乱れ、突起部４３１を乗り越えた気流が、突起部４３１以降の空気吸入部４１１の表面に乱流境界層を形成する。乱流境界層では、空気吸入部４１１の表面に近い気流に対して、空気吸入部４１１の表面から離れた気流の運動量が付加される。このため、空気吸入部４１１の表面に近い気流と空気吸入部４１１の表面から離れた気流との速度差が縮小する。これにより、空気吸入部４１１の頂部４１３付近における気流の剥離が抑えられ、空気吸入部４１１における気流の剥離に起因する騒音を低減することができる。

特開２０１７−１２５４０５号公報

遠心送風機の利用において、特に自動車などの車両に用いる場合には、騒音を低減すると共に、軽量化が強く望まれている。

しかしながら、特許文献１に記載された遠心送風機において、空気吸入部４１１は外部のダクトとの結合箇所となるため、結合環境によっては、空気吸入部４１１を軸方向上方向に伸長させる必要がある。その場合、空気吸入部４１１の内側壁面部４１４は、空気流れ上流側から下流側端部４１２に向かって径が徐々に小さくなっており、この箇所の径方向の厚さが厚くなっているため、遠心送風機の重量が増加する。

本発明は、上記の観点に鑑み、騒音の低減しつつ、重量の軽量化を図ることができる遠心送風機を提供することを目的とする。

本発明は、軸中心側の内側空間と該内側空間の周囲に配置された複数の羽根を備え、回転することで前記内側空間から前記複数の羽根の間を介して遠心方向に排気を行うインペラと、前記インペラを回転自在な状態で内側に納めた渦巻き形状のケーシングと、前記ケーシングの前記インペラの前記内側空間を臨む位置に設けられた開口であり、前記インペラの前記内側空間に空気を導く吸込口とを備え、前記吸込口は、外側壁部と内側壁部とを有する筒構造の内側に設けられ、前記外側壁部と前記内側壁部との間には空間が設けられている遠心送風機である。

本発明において、前記空間は、前記インペラの軸方向の端部に面した開口を有し、軸方向における前記インペラから離れる方向に延在する環状の構造は好ましい。

本発明において、前記インペラの外周の軸方向における端部には、前記複数の羽根を連結する環状の連結リングが配置され、前記ケーシングの内側には、軸方向において前記連結リングに向って突出する環状の突出部が設けられ、前記環状の突起部と前記連結リングの間には、隙間シールが形成され、前記環状の突起部の径方向内側に前記空間の開口部が位置している構造は好ましい。

本発明において、前記連結リングには、軸方向において前記インペラから離れる方向に突出する環状の第１のリブが設けられ、前記ケーシングには、前記連結リングに向って突出する環状の第２のリブが設けられ、前記環状の第１のリブと前記環状の第２のリブとは、径方向から見て重なった位置にあり、且つ、径方向において隙間を隔てて配置されており、前記隙間により隙間シールが構成され、前記隙間シールの径方向内側に前記空間の開口部が位置している構造は好ましい。

本発明において、前記隙間シールの径方向内側には、前記内側壁部が位置している構造は好ましい。本発明において、前記内側壁部の下端が前記インペラの内側まで延在している構造は好ましい。

本発明によれば、ケーシングの吸込口を形成する外側壁面および内側壁面の間に空間を形成することによって、騒音を抑制し、かつ重量を軽量化された遠心送風機が得られる。

実施形態の遠心送風機の斜視図である。 図１に示す遠心送風機の断面図である。 他の実施形態の遠心送風機の断面図である。 他の実施形態の遠心送風機の断面図である。 従来の遠心ファン（特許文献１）を示す図である。

（実施例１）
以下に、本発明の実施形態を示す。図１は、実施形態（実施例１）の遠心送風機１００の斜視図である。図２は、図１に示す遠心送風機１００の断面図である。図３は本発明の他の実施形態（実施例２）の遠心送風機の断面図、図４は本発明の他の実施形態（実施例３）の遠心送風機の断面図である。図５は、従来の遠心ファン（特許文献１）を示す図である。

（概要）
遠心送風機１００は、中心側の内側空間と該内側空間の周囲に配置された複数の羽根１２１を備え、回転することで前記内側空間から前記複数の羽根１２１の間を介して遠心方向に排気を行うインペラ１２０と、前記インペラ１２０を回転自在な状態で内側に納めた渦巻き形状のケーシング１１０と、前記ケーシング１１０の前記インペラ１２０の前記内側空間を臨む位置に設けられた開口であり、前記インペラ１２０の前記内側空間に空気を導く吸込口１１４とを備え、前記吸込口１１４は、外側壁部１１７と内側壁部１１８とを有する筒構造の内側に設けられ、前記外側壁部１１７と前記内側壁部１１８との間には空間１２７が設けられている。

（遠心送風機の構造）
図１には、実施形態の送風機１００が示されている。送風機１００は、ケーシング１１０を備えている。ケーシング１１０は、樹脂で成形した上ケーシング１１１と、樹脂で成形した下ケーシング１１２から構成されている。ケーシング１１０の内側には、多数の羽根１２１を備えたインペラ１２０が回転可能（回転自在）な状態で収納されている。

ケーシング１２０の内側には、渦巻き状の流路１１３（図２参照）が形成されている。流路１１３は、インペラ１２０とケーシング１１０の間の隙間が最小となる部分を始端とし、そこから周方向に進むに従って断面積が徐々に大きくなる構造を有している。流路１１３の終端には、吐出口１１５が形成されている。すなわち、渦巻き状の流路１１３は、吐出口１１５に向かって徐々に断面積が拡大する構造を有している。

上ケーシング１１１は、軸方向に開口する吸込口１１４を備えている。ここで、軸とは、インペラ１２０の回転軸のことであり、軸方向とはその延在方向のことである。下ケーシング１１２は他の装置や筐体に取り付けて固定するための固定脚（図示省略）を備えていると共に、インペラ１２０を回転させるためのモータ１３０（図２参照）が取り付けられている。

図２に示すように、モータ１３０の回転軸（シャフト１３１）にインペラ１２０が固定され、モータ１３０のシャフト１３１が回転すると、インペラ１２０が回転する。インペラ１２０が回転すると、空気が吸込口１１４から吸い込まれ、インペラ１２０の内側（軸中心側の内部空間）に導かれる。この空気が羽根１２１の作用により、インペラ１２０の内側から遠心方向に吹き出される。インペラ１２０から吹出された空気は、渦巻き状の流路１１３を図１の吐出口１１５に向かって旋回して流れ、吐出口１１５から排気される。

（インペラの構造）
インペラ１２０は、底面を構成するカップ状のハブ１２２と、ハブ１２２上の外側の環状の部分に軸方向に立てた状態で配置された複数の羽根１２１と、複数の羽根１２１のハブ１２２と反対側の端部を連結する環状の連結リング１２３とを有している。羽根１２１はすべて同じ形状で、インペラ１２０の回転方向に対して凹んだ前向き羽根形状を有し、周方向に均等配置されている。複数の羽根１２１の内側（軸中心側）には内側空間が設けられ、インペラ１２０が回転すると、この内側空間から羽根１２１を介して遠心方向に空気が吹き出される。

ハブ１２２は中央には凸形状に盛り上がったボス部１２４を有し、ボス部１２４には貫通孔が形成されている。この貫通孔にモータ１３０のシャフト１３１が圧入され、インペラ１２０がシャフト１３１に結合されている。シャフト１３１は、モータ１３０の回転軸であり、インペラ１２０と結合されることで、インペラ１２０の回転軸も兼ねている。ハブ１２２と複数の羽根１２１と連結リング１２３は樹脂で一体成形されて形成されている。

（ケーシングの構造）
ケーシング１１０は、上ケーシング１１１と下ケーシング１１２から構成されており、上ケーシング１１１と下ケーシング１１２を結合することで渦巻き構造のケーシング１１０が構成されている。上ケーシング１１１の中央には吸込口１１４となる開口が形成されている。

吸込口１１４は、ケーシング１１０のインペラ１２０の内側空間（環状に配置された羽根の内側の空間）を臨む位置に設けられた開口である。インペラ１２０が回転すると、羽根１２１の内側（内側空間）から隣接する羽根１２１の間に形成された隙間を介して、遠心方向に空気が排出される。また、その際、吸込口１１４から羽根１２１の内側（内側空間）に空気が流入する。

吸込口１１４は、円筒構造の円筒部１１６の円形の開口部分および円筒部１１６の内側の部分を利用して構成されている。円筒部１１６は、外側壁部１１７と内側壁部１１８を有し、内側壁部１１８で囲まれた略柱状の空間、言い換えると内側壁部１１８の内側の空間が吸込口１１４となっている。内側壁部１１８は、吸込口１１４に流入した空気をインペラ１２０の内側に案内する。

内側壁部１１８は、内側壁部１１８の上端部から下端部に向かって内周側に凸部となる形状を有している。詳しく述べると、内側壁部１１８の上部（上流側）には、下流に行くに従って円筒部１１６の内径が漸減する上流領域面１１８ａが設けられている。また、内側壁部１１８の下部（下流側）には、下流に行くに従って円筒部１１６の内径が漸増する下流領域面１１８ｂが設けられている。上流側領域面１１８ａと下流側領域面１１８ｂとの境界の部分には、境界部１１９が設けられている。境界部１１９の部分で吸込口１１４の内径が最小となっている。

境界部１１９から上流側である上流側領域面１１８ａは、吸込口１１４の入口から境界部１１９に向かって円筒部１１６の内径が漸次減少する曲面で形成されている。境界部１１９から下流側である下流側領域面１１８ｂは、下流に行くに従って（インペラ１２０に近づくに従って）円筒部１１６の内径が漸次増加する傾斜面（テーパー面）で形成されている。すなわち、吸込口１１４の部分は、入口から下流側に向かって、内径が漸次減少し、最小内径部分である境界部１１９に至り、そこから下流側に向かって内径が漸次増加する。

外側壁部１１７と内側壁部１１８の間には軸方向上方に延在する空間１２７が形成されている。空間１２７は、インペラ１２０の軸方向の端部に面した開口を有し、軸方向におけるインペラ１２０から離れる方向（図２の上の方向）に延在する環状の構造を有する。なお、この空間１２７を形成する際、外側壁部１１７と内側壁部１１８の各々の厚さは強度を保てる所定の厚さを有している。このため、外側壁部１１７と内側壁部１１８からなる吸込口１１４を軸方向に延在させても、外側壁部１１７と内側壁部１１８の間に空間１２７を形成しているため、重量の増加を抑えることができ、結果として送風機１００の軽量化を図ることができる。

内側壁部１１８の下部から、環状の凸部１２５がインペラ１２０の方向に延在している。環状の凸部１２５の内側は、下流側領域面１１８ｂの一部を構成している。環状の凸部１２５の先端は、インペラ１２０の内側に僅かに突出している。このため、下流側領域面１１８ｂの下端がインペラ１２０の内側に僅かに入り込んでいる。また、内側壁部１１８の下端部（環状の凸部１２５の先端）はＲ面取りが施されている。

そして、環状の凸部１２５の先端部分は、インペラ１２０の連結リング１２３の内側に位置すると共に、羽根１２１の上面と僅かな隙間を隔てて対向している。この僅かな隙間によってラビリンスシール１２６が形成され、インペラ１２０の外周側に吹出された空気の流れの一部が、吸込口１１４の内側へ逆流することを防止している。

さらに、ケーシング１１０（上ケーシング１１１）の内側には、軸方向において連結リング１２３に向って突出する環状の突出部１２８が設けられている。環状の突出部１２８は、外側壁部１１７と内側壁部１１８の間に形成される空間１２７の開口部が、環状の突出部１２８の径方向内側に位置するように形成されている。環状の突起部１２８と連結リング１２３の間には、その部分で隙間が狭くなった隙間シールが形成されている。また、隙間シールの径方向内側には、空間１２７の開口があり、更にその径方向内側に内側壁部１１８がある。よって、隙間シールを通って、流路１１３からインペラ１２０の内側に流れ込もうとする空気の流れに対して、内側壁部１１８が障壁となる。そして、径方向外側から見て、この障壁の手前に、空間１２７の開口がある。このため、流路１１３からインペラ１２０の内側に流れ込もうとする空気は、空間１２７の方に流れ易くなる。なお、径方向とは、インペラ１２０の回転中心に対する半径の方向である。

また、吸込口１１４の内側壁部１１８の上端には環状の突起部１４０が設けられている。この環状の突起部１４０を設けることによって、吸込口１１４に流入する空気によって生じる共鳴音を改善することができる。

モータ１３０を駆動させると、インペラ１２０が回転し、インペラ１２０の回転に伴って、吸込口１１４からインペラ１２０内に空気が吸い込まれ、圧送された空気は渦巻き状の流路１１３を旋回しながら、吐出口１１５からケーシング１１０外方に吹き出される。この時、ケーシング１１０の舌部の箇所（流路１１３の断面積が最小の箇所）で最も圧力が高くなり、その部分で空気流の一部が上ケーシング１１１と連結リング１２３の間を通って、吸込口１１４に逆流する。この時、逆流した空気流の一部は外側壁部１１７と内側壁部１１８の間に形成された空間１２７の中に入り込み、空間内で還流となって減衰する。このため、吸込口１１４に逆流する空気流が抑制され、吸込口１１４での空気流の乱れが防止されるため、騒音を低減することができる。

このように、本発明は、外側壁部１１７と内側壁部１１８の間に形成した空間１２７によって重量の低減を図ることができると共に、バッファ空間による消音効果が得られるため、騒音の低減を図ることができる。

（実施例２）
図３は本発明の実施形態（実施例２）の遠心送風機の断面図である。図３に示す本実施形態は、上ケーシング１１１とインペラ１２０上部縁の部分との間に形成されたラビリンスシールの構造に特徴を有する。なお、図２と符号が同じ部分の構造は、形状に違いがある部分もあるが、機能は図２の実施形態と同じである。これは後述する図４の構造についても同じである。

図３において、インペラ１２０は、底面を構成するカップ状のハブ１２２と、ハブ１２２上の外側の環状の部分に軸方向に立てた状態で配置された複数の羽根１２１と、複数の羽根１２１のハブ１２２と反対側の端部を連結する環状の連結リング１６０とを有している。羽根１２１はすべて同じ形状で、インペラ１２０の回転方向に対して凹んだ前向き羽根形状を有し、周方向に均等配置されている。複数の羽根１２１の内側（軸中心側）には内側空間が設けられ、インペラ１２０が回転すると、この内側空間から羽根１２１を介して遠心方向に空気が吹き出される。

環状の連結リング１６０の上面には、軸方向上方（軸方向でインペラ１２０から離れる方向）に向かって突出する環状のリブ１６１が形成されている。連結リング１６０の軸方向で対向する上ケーシング１１１の部分である上ケーシング１１１の流路１１３に面する内側には、軸方向で連結リング１６０の方向に突出する突出部１５１が設けられている。突出部１５１の先端（下端）には、環状の連結リング１６０に向かって下垂する環状のリブ１５２が形成されている。環状のリブ１５２は、連結リング１６０に形成された環状のリブ１６１とは径方向において僅かな隙間を隔てた径方向外側に位置している。上ケーシング１１１の内側に形成された環状のリブ１５２と連結リング１６０に形成された環状のリブ１６１とによって隙間シール（ラビリンスシール）が形成されている。

すなわち、前記環状のリブ１６１と環状のリブ１５２とは、径方向から見て重なった位置にあり、且つ、径方向において隙間を隔てて配置されている。この隙間により上記のラビリンスシールの一部が形成されている。

より詳しくいうと、環状のリブ１５２と連結リグ１６０との間の軸方向における隙間、環状のリブ１６１と環状のリブ１５２との間の径方向における隙間、環状のリブ１６１の上端と突出部１５１との間の軸方向における隙間によってクランク形状のラビリンスシールが形成されている。このラビリンスシールによって、流路１１３から吸込口１１４への気流の逆流が防止され、騒音の低減を図ることができる。

図３の構造では、流路１１３の側から見て、通気抵抗を意図的に大きくした上記のラビリンスシールがあり、このラビリンスシールの出口に面して空間１２７の開口部がある。また、ラビリンスシールの出口から径方向内側に進んだ位置に内側壁部１１８がある。このため、仮に流路１１３からラビリンスシールに侵入する逆流成分があっても、ラビリンスシールからの空気の流れは内側壁部１１８の外周面で遮られ、空間１２７内で還流する。これにより、上記の逆流成分のインペラ１２０内側への流入が抑制される。

（実施例３）
図４は本発明の実施形態（実施例３）の遠心送風機の断面図である。本実施形態は、図３の実施例２の構造において、流路１１３の上方に空間１７０を設けたものである。流路１１３の上方に空間１７０を設けることで、図３に示す実施例２に比べてケーシングの流路断面積が軸方向に拡大し、風量の増加を図ることができる。図４において、空間１７０に係る構造以外は、図３に示す第２の実施形態と同じである。

１００…送風機、１１０…ケーシング、１１１…上ケーシング、１１２…下ケーシング、１１３…流路、１１４…吸込口、１１５…吐出口、１１６…円筒部、１１７…外側壁部、１１８…内側壁部、１１８ａ…上流側領域面、１１８ｂ…下流側領域面、１１９…境界部、１２０…インペラ、１２１…羽根、１２２…ハブ、１２３…連結リング、１２４…ボス部、１２５…環状の凸部、１２６…ラビリンスシール、１２７…空間、１２８…環状の突起部、１３０…モータ、１３１…シャフト、１４０…環状の突起部、１５１…突出部、１５２…環状のリブ、１６０…連結リング、１６１…環状のリブ、１７０…空間。

Claims (6)

1. 軸中心側の内側空間と該内側空間の周囲に配置された複数の羽根を備え、回転することで前記内側空間から前記複数の羽根の間を介して遠心方向に排気を行うインペラと、
   前記インペラを回転自在な状態で内側に納めた渦巻き形状のケーシングと、
   前記ケーシングの前記インペラの前記内側空間を臨む位置に設けられた開口であり、前記インペラの前記内側空間に空気を導く吸込口と
   を備え、
   前記吸込口は、外側壁部と内側壁部とを有する筒構造の内側に設けられ、
   前記外側壁部と前記内側壁部との間には空間が設けられている遠心送風機。
2. 前記空間は、前記インペラの軸方向の端部に面した開口を有し、軸方向における前記インペラから離れる方向に延在する環状の構造を有する請求項１に記載の遠心送風機。
3. 前記インペラの外周の軸方向における端部には、前記複数の羽根を連結する環状の連結リングが配置され、
   前記ケーシングの内側には、軸方向において前記連結リングに向って突出する環状の突出部が設けられ、
   前記環状の突起部と前記連結リングの間には、隙間シールが形成され、
   前記環状の突起部の径方向内側に前記空間の開口部が位置している請求項２に記載の遠心送風機。
4. 前記連結リングには、軸方向において前記インペラから離れる方向に突出する環状の第１のリブが設けられ、
   前記ケーシングには、前記連結リングに向って突出する環状の第２のリブが設けられ、
   前記環状の第１のリブと前記環状の第２のリブとは、径方向から見て重なった位置にあり、且つ、径方向において隙間を隔てて配置されており、前記隙間により隙間シールが構成され、
   前記隙間シールの径方向内側に前記空間の開口部が位置している請求項２に記載の遠心送風機。
5. 前記隙間シールの径方向内側には、前記内側壁部が位置している請求項３または４に記載の遠心送風機。
6. 前記内側壁部の下端が前記インペラの内側まで延在している請求項１乃至５のいずれか一項に記載の遠心送風機。
   
   

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