JP2021095886A - 遠心送風機 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレードの負圧面に生じる剥離泡を縮小し、剪断層域に起因する騒音を効果的に低減することができる遠心送風機を提供する。【解決手段】ブレード８の負圧面２９は、滑らかに連続する凸面形状とされている。前縁部３１と後縁部３２とを結ぶ翼弦線Ｌから正圧面２８に引いた垂線Ｍｐの寸法が最大となる位置を最大反り位置Ｐｐ、翼弦線Ｌから負圧面２９に引いた垂線Ｍｎの寸法が最大となる位置を最大反り位置Ｐｎとし、前縁部３１から最大反り位置Ｐｐまでの翼弦方向寸法Ｌｐと、前縁部３１から最大反り位置Ｐｎまでの翼弦方向寸法Ｌｎを、Ｌｐ＜Ｌｎの関係とする。【選択図】図５

Description

本発明は、複数のブレードが環状に配列されたファンが回転軸を中心に回転する遠心送風機に関するものである。

従来より車両用空調装置では、複数のブレードが環状に配列されたファンを備え、このファンが回転軸を中心として回転する遠心送風機が用いられている。特に、車両用空気調和装置では、車室内の騒音低減が必須となるが、この場合、遠心送風機で発生する騒音には、ブレードの負圧面（回転方向とは反対側に位置する面）における気流の剥離が大きく関わってくる。

図１３は従来の一般的な遠心送風機のファンに設けられたブレード１００の平断面形状とブレード間の空気の流れを説明する図である。この場合、ブレード１００は回転軸の周りに環状に配置されている。ブレード１００の正圧面（ファンの回転方向に位置する面）１０１は、凹面形状を呈しており、その反対側に位置する負圧面１０２は凸面形状をしている。また、従来のブレード１００は正圧面１０１の最大反り位置Ｐｐと負圧面１０２の最大反り位置Ｐｎが略中央に存在していた。

そして、空気はファンの回転に伴い、ブレード１００の前縁部１０３からブレード間に流入するが、凸面形状の負圧面を回り込むように空気が流れるため、空気は曲率が大きい負圧面１０２の凸面形状に追随できず、前縁部１０３付近の剥離点１０４で剥離した後、再付着点１０６で再度付着するようになる。

この剥離点１０４と再付着点１０６の間の剥離域は剥離泡（１０７）と呼ばれており、この剥離泡１０７と負圧面１０２側の空気の主流１０８との境界が、乱れが強い剪断層域１０９となって騒音の原因となるが、従来では再付着点１０６がブレード１００の後縁部１１１付近となっていたため、剪断層域１０９がブレード間内部を大きく占めてしまい、その分騒音が大きくなるという問題があった。

そこで、例えば特許文献１ではブレード（羽根）の負圧面（背面）の所定の位置に曲面が不連続となる境界部分Ｐ７とＰ９を形成し、この境界部分Ｐ７を剥離点、境界部分Ｐ９を再付着点として固定化することで、剥離泡（剥離領域Ｓ３）を縮小する案が検討されていた。

特開２０１３−２９０９３号公報

しかしながら、特許文献１のようなブレード（羽根）の負圧面形状（背面形状）では、境界部分Ｐ９の空気下流側で気流の乱れが発生し、この部分において逆に送風音が増大してしまう欠点があった。

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、ブレードの負圧面に生じる剥離泡を縮小し、剪断層域に起因する騒音を効果的に低減す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。

上記課題を解決するために、本発明の遠心送風機は、複数のブレードが環状に配列されたファンを備え、このファンが回転軸を中心に回転するものであって、各ブレードは、ファンの回転方向に位置する凹面形状の正圧面と、回転方向とは反対側に位置する凸面形状の負圧面と、ファンの半径方向内側の端部に位置する前縁部と、半径方向外側の端部に位置する後縁部と、を備え、少なくとも負圧面は、滑らかに連続する凸面形状とされており、前縁部と後縁部とを結ぶ線分である翼弦線Ｌから正圧面に垂線Ｍｐを引いた場合に、当該垂線Ｍｐの寸法が最大となる正圧面の位置を最大反り位置Ｐｐ、翼弦線Ｌから負圧面に垂線Ｍｎを引いた場合に、当該垂線Ｍｎの寸法が最大となる負圧面の位置を最大反り位置Ｐｎ、前縁部から最大反り位置Ｐｐまでの翼弦方向寸法をＬｐ、前縁部から最大反り位置Ｐｎまでの翼弦方向寸法をＬｎとした場合、Ｌｐ＜Ｌｎの関係とされ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、上記発明において正圧面及び負圧面は、それぞれ曲率半径が異なる複数の円弧にて構成されており、正圧面は各円弧が滑らかに連続する凹面形状とされ、負圧面は各円弧が滑らかに連続する凸面形状とされていることを特徴とする。

請求項３の発明の遠心送風機は、上記各発明において翼弦線Ｌの寸法である翼弦長をＬｃとした場合、翼弦方向寸法Ｌｎと翼弦長Ｌｃとの比Ｌｎ／Ｌｃが、０．２≦Ｌｎ／Ｌｃ≦０．６２の範囲にあることを特徴とする。

請求項４の発明の遠心送風機は、上記発明において翼弦方向寸法Ｌｎと翼弦長Ｌｃとの比Ｌｎ／Ｌｃが、０．４≦Ｌｎ／Ｌｃ≦０．５の範囲にあることを特徴とする。

請求項５の発明の遠心送風機は、上記各発明において翼弦線Ｌの寸法である翼弦長をＬｃとし、最大反り位置Ｐｎで最大となる垂線Ｍｎの寸法である最大反り高さをＨとした場合、当該最大反り高さＨと翼弦長Ｌｃとの比Ｈ／Ｌｃが、０．１８≦Ｈ／Ｌｃ≦０．３５の範囲にあることを特徴とする。

請求項６の発明の遠心送風機は、上記各発明において翼弦線Ｌの寸法である翼弦長をＬｃとし、最大反り位置Ｐｎを通る翼弦線Ｌの平行線Ｗｎと、最大反り位置Ｐｐを通る翼弦線Ｌの平行線Ｗｐとの間の距離である最大反り厚みをＴとした場合、当該最大反り厚みＴと翼弦長Ｌｃとの比Ｔ／Ｌｃが、０．０３５≦Ｔ／Ｌｃ≦０．１４の範囲にあることを特徴とする。

請求項７の発明の遠心送風機は、上記各発明において、ブレードの内接円位置における、内接円の接線とブレードの接線との間の角度である翼入口角β１が、６５°≦β１≦８５°の範囲にあることを特徴とする。

請求項８の発明の遠心送風機は、上記各発明において、ブレードの外接円位置における、外接円の接線とブレードの接線との間の角度である翼出口角β２が、１４５°≦β２≦１６５°の範囲にあることを特徴とする。

本発明によれば、複数のブレードが環状に配列されたファンを備え、このファンが回転軸を中心に回転する遠心送風機において、各ブレードが、ファンの回転方向に位置する凹面形状の正圧面と、回転方向とは反対側に位置する凸面形状の負圧面と、ファンの半径方向内側の端部に位置する前縁部と、半径方向外側の端部に位置する後縁部と、を備え、少なくとも負圧面が、滑らかに連続する凸面形状とされており、前縁部と後縁部とを結ぶ線分である翼弦線Ｌから正圧面に垂線Ｍｐを引いた場合に、当該垂線Ｍｐの寸法が最大となる正圧面の位置を最大反り位置Ｐｐ、翼弦線Ｌから負圧面に垂線Ｍｎを引いた場合に、当該垂線Ｍｎの寸法が最大となる負圧面の位置を最大反り位置Ｐｎ、前縁部から最大反り位置Ｐｐまでの翼弦方向寸法をＬｐ、前縁部から最大反り位置Ｐｎまでの翼弦方向寸法をＬｎとした場合に、Ｌｐ＜Ｌｎの関係とされているので、隣接するブレード間に流入した空気の主流は、曲率が比較的小さくなる正圧面の最大反り位置Ｐｐにより、回転方向側で隣接するブレードの負圧面の最大反り位置Ｐｎに向かって流れが曲げられるようになる。

このとき、ブレードの負圧面は滑らかに連続する凸面形状とされているので、最大反り位置Ｐｎで大きく膨らんだ凸面形状により、ブレード間を流れる空気の主流は負圧面の最大反り位置Ｐｎ付近で早期に再付着されるようになる。これにより、ブレードの負圧面に生じる剥離泡（剥離域）が縮小され、剪断層域も小さくなるため、当該剪断層域に起因する騒音が効果的に低減される。また、最大反り位置Ｐｎでの気流の乱れも解消、若しくは、低減されるので、再付着点での騒音の発生も抑制され、総じて遠心送風機の送風音を効果的に低減させることができるようになる。

また、請求項２の発明の如く正圧面及び負圧面を、それぞれ曲率半径が異なる複数の円弧にて構成し、正圧面を各円弧が滑らかに連続する凹面形状とし、負圧面も各円弧が滑らかに連続する凸面形状とすることで、上記遠心送風機の送風音を一層効果的に低減させることが可能となる。

ここで、ブレードの負圧面の最大反り位置Ｐｎが前縁部に近すぎると、回転方向反対側で隣接するブレードの正圧面の最大反り位置Ｐｐで曲げられた主流が最大反り位置Ｐｎを通り過ぎてしまい、再付着し難くなる。逆に最大反り位置Ｐｎが後縁部に近すぎると、再付着点が後縁部に近くなって剪断層域が拡大されてしまう。

そこで、請求項３の発明の如く翼弦線Ｌの寸法である翼弦長をＬｃとした場合、翼弦方向寸法Ｌｎと翼弦長Ｌｃとの比Ｌｎ／Ｌｃが、０．２≦Ｌｎ／Ｌｃ≦０．６２の範囲となるように設定することで、的確に剥離泡を縮小して、遠心送風機の低騒音化を図ることが可能となる。

上記について、より好ましくは請求項４の発明の如く、翼弦方向寸法Ｌｎと翼弦長Ｌｃとの比Ｌｎ／Ｌｃを、０．４≦Ｌｎ／Ｌｃ≦０．５の範囲に設定することが効果的である。

また、ブレードの負圧面の反りが多きすぎると、ブレードの正圧面と、それの回転方向側に位置するブレードの負圧面との間の間隔が狭くなり、ブレード間内部を通過する空気の流速が増加して騒音も増加する。逆に負圧面の反りが小さすぎると、回転方向反対側で隣接するブレードの正圧面の最大反り位置Ｐｐで曲げられた主流が回転方向側のブレードの負圧面に再付着する点（再付着点）が後縁部側に寄ることになる。

そこで、請求項５の発明の如く翼弦線Ｌの寸法である翼弦長をＬｃとし、最大反り位置Ｐｎで最大となる垂線Ｍｎの寸法である最大反り高さをＨとした場合、当該最大反り高さＨと翼弦長Ｌｃとの比Ｈ／Ｌｃが、０．１８≦Ｈ／Ｌｃ≦０．３５の範囲となるように設定することで、流速の増加と剪断層域の拡大による騒音を効果的に抑制することができるようになる。

また、ブレードの正圧面の最大反り位置Ｐｐと負圧面の最大反り位置Ｐｎの間の所謂反り方向の距離が小さすぎると、ブレードの正圧面と、それと回転方向側で隣接するブレードの負圧面との間の間隔が大きくなり、前縁部で剥離した気流が負圧面で再付着する点（再付着点）が後縁部側に寄りすぎるようになる。そのため、剥離泡が大きくなり、剪断層域が拡大してブレード間内部の乱れが増大し、騒音が増加する。逆に反り方向の距離が大きすぎると、ブレードの正圧面と、それの回転方向側に位置するブレードの負圧面との間の間隔が狭くなり、ブレード間内部を通過する空気の流速が増加して騒音も増加する。

そこで、請求項６発明の如く翼弦線Ｌの寸法である翼弦長をＬｃとし、最大反り位置Ｐｎを通る翼弦線Ｌの平行線Ｗｎと、最大反り位置Ｐｐを通る翼弦線Ｌの平行線Ｗｐとの間の距離である最大反り厚みをＴとした場合、当該最大反り厚みＴと翼弦長Ｌｃとの比Ｔ／Ｌｃが、０．０３５≦Ｔ／Ｌｃ≦０．１４の範囲となるように設定することで、剪断層域の拡大と流速の増加による騒音を効果的に抑制することができるようになる。

また、請求項７の発明の如くブレードの内接円位置における、内接円の接線とブレードの接線との間の角度である翼入口角β１を、６５°≦β１≦８５°の範囲に設定することで、ブレード間に流入した空気の流れを最適な状態に制御し、より確実に低騒音化を図ることができるようになる。

更に、請求項８の発明の如くブレードの外接円位置における、外接円の接線とブレードの接線との間の角度である翼出口角β２を、１４５°≦β２≦１６５°の範囲に設定することで、ブレード間における空気流の流出速度を最適な範囲に制御しつつ、剪断層域を縮小して、より確実に低騒音化を図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１の遠心送風機で定義する各パラメータを説明するためのブレードの拡大平断面図である。 図５のブレードの正圧面と負圧面を構成する円弧を説明する図である。 ブレードの翼入口角β１と翼出口各β２を説明するための図１の遠心送風機のブレードの拡大図である。 図５のブレード間の空気の流れを説明する図である。 ブレードの比Ｌｎ／Ｌｃと比騒音の関係を説明する図である。 ブレードの比Ｌｐ／Ｌｃと比騒音の関係を説明する図である。 ブレードの比Ｈ／Ｌｃと比騒音の関係を説明する図である。 ブレードの比Ｔ／Ｌｃと比騒音の関係を説明する図である。 従来の遠心送風機のブレードの平断面形状と、ブレード間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円筒状のファン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。尚、ブレード８の形状については後に詳述する。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おいて環状に配列されており、実施例の場合、各ブレード８は電動モータ２の回転軸７と平行に延在している。これらのブレード８の間には所定の間隔（等間隔）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。

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）からの半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。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。

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。尚、この実施例では図３に示すように第２端壁２２の軸方向における位置が渦巻状流路１９の巻き始めから吹出口１２に渡って変化していないが、軸方向において第１端壁２１から離れる方向に渦巻状流路１９の巻き始めから吹出口１２に向かって徐々に所定の角度で傾斜させてもよい。

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が回転すると、ブレード８は隣接する各ブレード８間に規定された間隔内の空気を半径方向外側に押し出す。これにより、ファン３の半径方向内側から間隔を通じて半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。

次に、図５〜図１２を参照しながら、前述した如くファン３に設けられた各ブレード８の形状について詳述する。図５は図４の如くファン３に設けられた複数のブレード８のうちの隣接する二枚のブレード８、８の平断面を拡大して示しており、この図５に本発明の遠心送風機１のブレード８で定義する各パラメータを示している。また、図７はブレード８の翼入口角β１と翼出口各β２を説明するためにブレード８を拡大した模式図である。

各ブレード８は同一の形状を呈しており、ファン３の回転方向（図４、図５中時計回り）に位置する正圧面２８と、回転方向とは反対側に位置する負圧面２９と、ファン３の半径方向内側の端部に位置する前縁部３１と、ファン３の半径方向外側の端部に位置する後縁部３２を備えている。

ブレード８の正圧面２８は、実施例では図６に示す如く曲率半径が異なる複数の円弧Ｃ１（円Ａ１）、Ｃ２（円Ａ２）、Ｃ３（円Ａ３）から構成されており、これらのうち円弧Ｃ１は最も曲率半径が小さく、ブレード８の前縁部３１側に位置している。円弧Ｃ２は円弧Ｃ１よりも曲率半径が大きく、ブレード８の後縁部３２側に位置している。円弧Ｃ３は円弧Ｃ１、Ｃ２よりも曲率半径が大きく、円弧Ｃ１とＣ２の間に位置している。そして、これら円弧Ｃ１と円弧Ｃ３と円弧Ｃ２が滑らかに連続されており、これによって実施例の正圧面２８は、滑らかに連続する凹面形状とされている。

ブレード８の負圧面２９も、実施例では図６に示す如く曲率半径が異なる複数の円弧Ｃ４（円Ａ４）、Ｃ５（円Ａ５）、Ｃ６（円Ａ６）から構成されており、これらのうち円弧Ｃ４は最も曲率半径が小さく、ブレード８の前縁部３１側に位置している。円弧Ｃ６はこれらのうち最も曲率半径が大きく、ブレード８の後縁部３２側に位置している。円弧Ｃ５は円弧Ｃ４、Ｃ６の間の曲率半径を有し、円弧Ｃ４とＣ６の間に位置している。そして、これら円弧Ｃ４と円弧Ｃ５と円弧Ｃ６が滑らかに連続されており、これによって負圧面２９は、滑らかに連続する凸面形状とされている。

次に、図５中の向かって右側のブレード８を用いて、当該ブレード８の形状を説明するための各パラメータについて定義する。図５において、Ｌはブレード８の翼弦線で、この翼弦線Ｌはブレード８の前縁部３１と後縁部３２とを結ぶ線分である。Ｌｃは翼弦長であり、翼弦線Ｌの寸法である。

尚、実施例ではブレード８の前縁部３１と後縁部３２が何れも円弧形状を呈しており、翼弦線Ｌは前縁部３１と後縁部３２の各円弧の中心を結んでいるが、それに限らず、翼弦線Ｌを前縁部３１と後縁部３２の回転方向の端部間を結ぶ線分と定義してもよい。また、前縁部３１と後縁部３２円弧形状ではない場合（例えば、尖った形状である場合）にも、回転方向の端部間を結ぶ線分を翼弦線Ｌと定義すればよい。

図５において、Ｐｐは正圧面２８の最大反り位置である。正圧面２８の最大反り位置Ｐｐは、翼弦線Ｌから正圧面２８に垂線Ｍｐを引いた場合に、この垂線Ｍｐの寸法が最大となる正圧面２８の位置である。また、図５において、Ｌｐは前縁部３１から最大反り位置Ｐｐまでの翼弦方向寸法である。

また、図５においてＰｎは負圧面２９の最大反り位置である。負圧面２９の最大反り位置Ｐｎは、翼弦線Ｌから負圧面２９に垂線Ｍｎを引いた場合に、この垂線Ｍｎの寸法が最大となる負圧面２９の位置である。また、図５において、Ｌｎは前縁部３１から最大反り位置Ｐｎまでの翼弦方向寸法である。

また、図５において、Ｈはブレード８の最大反り高さである。この最大反り高さＨは、前述した垂線Ｍｎの寸法である。更に、図５において、Ｔはブレード８の最大反り厚みである。この最大反り厚みＴは、最大反り位置Ｐｎを通る翼弦線Ｌの平行線Ｗｎと、最大反り位置Ｐｐを通る翼弦線Ｌの平行線Ｗｐとの間の距離である。

次に、図７において、β１（ｄｅｇ）はブレード８の翼入口角であり、β２（ｄｅｇ）はブレード８の翼出口角である。翼入口角β１は、ブレード８の内接円位置における、内接円Ｘ１の接線Ｘ２とブレード８の接線Ｘ３との間の角度である。また、翼出口角β２は、ブレード８の外接円位置における、外接円Ｘ４の接線Ｘ５とブレード８の接線Ｘ６との間の角度である。

（１）ブレード８の正圧面２８の最大反り位置Ｐｐと負圧面２９の最大反り位置Ｐｎの位置関係
以上の如く定義したブレード８の前縁部３１から正圧面２８の最大反り位置Ｐｐまでの翼弦方向寸法Ｌｐと、前縁部３１から負圧面２９の最大反り位置Ｐｎまでの翼弦方向寸法Ｌｎの関係は、本発明ではＬｐ＜Ｌｎの関係とされている。即ち、本発明では正圧面２８の最大反り位置Ｐｐはブレード８の前縁部３１側に位置し、負圧面２９の最大反り位置Ｐｎは、正圧面２８の最大反り位置Ｐｐよりも後縁部３２側に位置している。

ファン３が回転すると、空気は図８に矢印で示すようにブレード８の前縁部３１からブレード８、８間に流入するが、凸面形状の負圧面２９を回り込むように空気が流れるため、前述した如く空気は負圧面２９の凸面形状に追随できずに前縁部３１付近の剥離点３３で剥離した後、再付着点３４で再度付着するようになる。

この剥離点３３と再付着点３４の間の剥離域が前述した剥離泡３６となり、この剥離泡３６と負圧面２９側の空気の主流３７との境界が、乱れが強い剪断層域３８となって騒音の原因となるが、本発明では隣接するブレード８、８間に流入した空気の正圧面２８側の主流３９が、曲率が比較的小さくなる正圧面２８の最大反り位置Ｐｐ及びその周辺の凹曲面４１（図８に破線の楕円で示す）により、回転方向側で隣接するブレード８（図８の向かって右側）の負圧面２９の最大反り位置Ｐｎに向かって流れが曲げられ、それにより、空気の主流全体が負圧面２９の最大反り位置Ｐｎに向かって曲げられるようになる。

このとき、本発明ではブレード８の負圧面２９は滑らかに連続する凸面形状とされているので、最大反り位置Ｐｎで大きく膨らんだ凸面形状により、ブレード８、８間を流れる空気の主流３７は、負圧面２９の最大反り位置Ｐｎ付近で早期に再付着されるようになる。図８ではこの最大反り位置Ｐｎ付近の再付着点３４の領域を破線の楕円で示す。

これにより、ブレード８の負圧面２９に生じる剥離泡３６（剥離域）が縮小され、剪断層域３８も小さくなるため、この剪断層域３８に起因する騒音が効果的に低減されるようになる。また、この最大反り位置Ｐｎも滑らかに連続する凸面形状のなかにあるため、最大反り位置Ｐｎでの気流の乱れも解消、若しくは、低減される。これにより、再付着点３４での騒音の発生も抑制され、総じて遠心送風機１の送風音を効果的に低減させることができるようになる。

また、実施例ではブレード８の正圧面２８及び負圧面２９を、それぞれ曲率半径が異なる複数の円弧Ｃ１〜Ｃ３、Ｃ４〜Ｃ６にて構成し、正圧面２８を各円弧Ｃ１〜Ｃ３が滑らかに連続する凹面形状とし、負圧面２９も各円弧Ｃ４〜Ｃ６が滑らかに連続する凸面形状としているので、遠心送風機１の送風音は一層効果的に低減されるようになる。

（２）ブレード８の翼弦方向寸法Ｌｎと翼弦長Ｌｃとの比Ｌｎ／Ｌｃの範囲
次に、図９は上述したブレード８（図５、図８）の前縁部３１から負圧面２９の最大反り位置Ｐｎの翼弦方向寸法Ｌｎと翼弦長Ｌｃとの比Ｌｎ／Ｌｃを変化させた場合の遠心送風機１の比騒音を測定した結果を示している。

上述した如くブレード８の前縁部３１から正圧面２８の最大反り位置Ｐｐまでの翼弦方向寸法Ｌｐと、前縁部３１から負圧面２９の最大反り位置Ｐｎまでの翼弦方向寸法Ｌｎの関係をＬｐ＜Ｌｎとすることで、遠心送風機１の送風音を低減することが可能となる。しかしながら、ブレード８の負圧面２９の最大反り位置Ｐｎが前縁部３１に近すぎると、回転方向反対側で隣接するブレード８（図８の向かって左側）の正圧面２８の最大反り位置Ｐｐ及びその付近の凹曲面４１で曲げられた主流３９、３７が最大反り位置Ｐｎを通り過ぎてしまい、再付着し難くなる。逆に最大反り位置Ｐｎが後縁部３２に近すぎると、再付着点３４が後縁部３２に近くなって剪断層域３８が拡大されてしまう。

以上の如き理由で、翼弦方向寸法Ｌｎと翼弦長Ｌｃとの比Ｌｎ／Ｌｃを変化させた場合、比騒音は図９に示す如く、比Ｌｎ／Ｌｃが略０．４で最も小さくなり、その前後で大きくなる傾向を示す。そこで、実施例では従来の遠心送風機の比騒音よりも低い所定の許容値Ｚ１（図９）を設定し、比騒音がこの許容値Ｚ１以下となる０．２以上、０．６２以下の範囲に翼弦方向寸法Ｌｎと翼弦長Ｌｃとの比Ｌｎ／Ｌｃを設定している（０．２≦Ｌｎ／Ｌｃ≦０．６２）。これにより、的確に剥離泡３６を縮小させて、遠心送風機１の低騒音化を図ることが可能となる。

尚、図１０は上述したブレード８（図５、図８）の前縁部３１から正圧面２８の最大反り位置Ｐｐの翼弦方向寸法Ｌｐと翼弦長Ｌｃとの比Ｌｐ／Ｌｃを変化させた場合の遠心送風機１の比騒音を測定した結果を示している。この図からも明らかな如く、比Ｌｐ／Ｌｃが小さくなる程、即ち、正圧面２８の最大反り位置Ｐｐが前縁部３１に近づく程、比騒音は小さくなり、０．４以下では略変化しなくなる傾向となる。

一方、比Ｌｎ／Ｌｃが小さい範囲、即ち、負圧面２９の最大反り位置Ｐｎが前縁部３１に近づくと、それよりも正圧面２８の最大反り位置Ｐｐが前縁部３１に近くなるので、図１０の如く比騒音は殆ど変化しなくなる。また、正圧面２８の最大反り位置Ｐｐが前端部３１に近づき過ぎると、正圧面２８の滑らかに連続する凹面形状を形成することが難しくなるので、比Ｌｎ／Ｌｃは、０．４≦Ｌｎ／Ｌｃ≦０．５の範囲に設定することが好ましい。その場合には、比Ｌｐ／Ｌｃはそれより小さい範囲、即ち、０．５に近いがそれより小さい値を最大値とし、０．４より小さい値を最小値とする適切な範囲に設定することになる。これにより、遠心送風機１の送風音をより効果的に低減させることができる。

（３）ブレード８の最大反り高さＨと翼弦長Ｌｃとの比Ｈ／Ｌｃの範囲
次に、図１１は上述したブレード８（図５、図８）の最大反り高さＨ（最大反り位置Ｐｎで最大となる垂線Ｍｎの寸法）と翼弦長Ｌｃとの比Ｈ／Ｌｃを変化させた場合の遠心送風機１の比騒音を測定した結果を示している。

上述した如くブレード８の前縁部３１から正圧面２８の最大反り位置Ｐｐまでの翼弦方向寸法Ｌｐと、前縁部３１から負圧面２９の最大反り位置Ｐｎまでの翼弦方向寸法Ｌｎの関係をＬｐ＜Ｌｎとすることで、遠心送風機１の送風音を低減することが可能となる。しかしながら、ブレード８の負圧面２９の反りが多きすぎると、ブレード８の正圧面２８と、それの回転方向側に位置するブレード８（図８の向かって右側）の負圧面２９との間の間隔が狭くなり、ブレード８、８間内部を通過する空気の流速が増加する。

このタイプの遠心送風機における流体騒音は、Ｌｉｇｈｔｈｉｌｌの理論から流速の６乗に比例して増加することが知られている。このことから、ブレード８、８間内部の流速が増加することで、発生する騒音も増加してしまうことになる。逆に負圧面２９の反りが小さすぎると、回転方向反対側で隣接するブレード８（図８の向かって左側）の正圧面２８の最大反り位置Ｐｐで曲げられた主流３７が回転方向側のブレード８（図８の向かって右側）の負圧面２９に再付着する点（再付着点３４）が後縁部３２側に寄り、剪断層域３８が拡大することになる。

以上の如き理由で、最大反り高さＨと翼弦長Ｌｃとの比Ｈ／Ｌｃを変化させた場合、比騒音は図１１に示す如く、比Ｈ／Ｌｃが０．２５付近で最も小さくなり、その前後で大きくなる傾向を示す。そこで、実施例では比騒音が前述した許容値Ｚ１（図１１）以下となる０．１８以上、０．３５以下の範囲に最大反り高さＨと翼弦長Ｌｃとの比Ｈ／Ｌｃを設定している（０．１８≦Ｈ／Ｌｃ≦０．３５）。これにより、流速の増加と剪断層域３８の拡大による騒音を効果的に抑制することができるようになる。

（４）ブレード８の最大反り厚みＴと翼弦長Ｌｃとの比Ｔ／Ｌｃの範囲
次に、図１２は上述したブレード８（図５、図８）の最大反り厚みＴ（最大反り位置Ｐｎを通る翼弦線Ｌの平行線Ｗｎと最大反り位置Ｐｐを通る翼弦線Ｌの平行線Ｗｐとの間の距離）と翼弦長Ｌｃとの比Ｔ／Ｌｃを変化させた場合の遠心送風機１の比騒音を測定した結果を示している。尚、図１２は最大反り高さＨを固定し、最大反り厚みＴを変更している。

上述した如くブレード８の前縁部３１から正圧面２８の最大反り位置Ｐｐまでの翼弦方向寸法Ｌｐと、前縁部３１から負圧面２９の最大反り位置Ｐｎまでの翼弦方向寸法Ｌｎの関係をＬｐ＜Ｌｎとすることで、遠心送風機１の送風音を低減することが可能となる。しかしながら、ブレード８の正圧面２８の最大反り位置Ｐｐと負圧面２９の最大反り位置Ｐｎの間の反り方向の距離が小さすぎると、ブレード８の正圧面２８と、それと回転方向側で隣接するブレード８（図８の向かって右側）の負圧面２９との間の間隔が大きくなり、前縁部３１の剥離点３３で剥離した気流が負圧面２９で再付着する点（再付着点３４）が後縁部３２側に寄りすぎるようになる。

そのため、剥離泡３６が大きくなり、剪断層域３８が拡大してブレード８、８間内部の乱れが増大し、騒音が増加する。逆に反り方向の距離が大きすぎると、ブレード８の正圧面２８と、それの回転方向側に位置するブレード８（図８の向かって右側）の負圧面２９との間の間隔が狭くなり、ブレード８、８間内部を通過する空気の流速が増加する。流速が増加すると、前述したＬｉｇｈｔｈｉｌｌの理論により、発生する騒音も増加してしまうことになる。

以上の如き理由で、最大反り厚みＴと翼弦長Ｌｃとの比Ｔ／Ｌｃを変化させた場合、比騒音は図１２に示す如く、比Ｔ／Ｌｃが０．０９付近で最も小さくなり、その前後で大きくなる傾向を示す。そこで、実施例では比騒音が前述した許容値Ｚ１（図１１）以下となる０．０３５以上、０．１４以下の範囲に最大反り厚みＴと翼弦長Ｌｃとの比Ｔ／Ｌｃを設定している（０．０３５≦Ｔ／Ｌｃ≦０．１４）。これにより、剪断層域３８の拡大と流速の増加による騒音を効果的に抑制することができるようになる。

（５）ブレード８の翼入口角β１の範囲
また、前述したブレード８の翼入口角β１（図７）が大きい場合、ブレード８、８間に流入する空気の流入角と翼入口角β１との差が大きいため、ブレード８の前縁部３１での剥離が大きくなり、騒音が大きくなる。逆に翼入口角β１が小さい場合、ブレード８、８間に流入した空気が流入してから流出するまでの転向が大きくなり、やはり騒音が大きくなる。

そこで、実施例ではブレード８の翼入口角β１を、６５°≦β１≦８５°の範囲に設定している。この範囲は比騒音が前述した許容値Ｚ１以下となる適正範囲であり、実験により求めたものである。これにより、ブレード８、８間に流入した空気の流れを最適な状態に制御し、より確実に低騒音化を図ることができるようになる。

（６）ブレード８の翼出口角β２の範囲
更に、前述した翼出口角β２（図７）が大きい場合、ブレード８、８間の空気流は再付着できるものの、ブレード８、８の間隔が小さくなるため、流出速度が増大し、それによって、騒音が大きくなる。逆に翼出口角β２が小さい場合、ブレード８、８間の空気流は再付着し難くなり、剪断領域３８が拡大して乱れによる騒音が大きくなる。

そこで、実施例ではブレード８の翼出口角β２を、１４５°≦β２≦１６５°の範囲に設定している。この範囲は比騒音が前述した許容値Ｚ１以下となる適正範囲であり、実験により求めたものである。これにより、ブレード８、８間における空気流の流出速度を最適な範囲に制御しつつ、剪断層域３８を縮小して、より確実に低騒音化を図ることができるようになる。

尚、実施例では車両用空調装置に設けられる遠心送風機で本発明を説明したが、それに限らず、各種機器に搭載される遠心送風機に本発明は有効である。

１ 遠心送風機
２ 電動モータ
３ ファン
７ 回転軸
８ ブレード
２８ 正圧面
２９ 負圧面
３１ 前縁部
３２ 後縁部

Claims (8)

1. 複数のブレードが環状に配列されたファンを備え、該ファンが回転軸を中心に回転する遠心送風機であって、
   前記各ブレードは、
   前記ファンの回転方向に位置する凹面形状の正圧面と、
   前記回転方向とは反対側に位置する凸面形状の負圧面と、
   前記ファンの半径方向内側の端部に位置する前縁部と、
   前記半径方向外側の端部に位置する後縁部と、を備え、
   少なくとも前記負圧面は、滑らかに連続する凸面形状とされており、
   前記前縁部と後縁部とを結ぶ線分である翼弦線Ｌから前記正圧面に垂線Ｍｐを引いた場合に、当該垂線Ｍｐの寸法が最大となる前記正圧面の位置を最大反り位置Ｐｐ、
   前記翼弦線Ｌから前記負圧面に垂線Ｍｎを引いた場合に、当該垂線Ｍｎの寸法が最大となる前記負圧面の位置を最大反り位置Ｐｎ、
   前記前縁部から前記最大反り位置Ｐｐまでの翼弦方向寸法をＬｐ、
   前記前縁部から前記最大反り位置Ｐｎまでの翼弦方向寸法をＬｎとした場合、Ｌｐ＜Ｌｎの関係とされていることを特徴とする遠心送風機。
2. 前記正圧面及び負圧面は、それぞれ曲率半径が異なる複数の円弧にて構成されており、前記正圧面は前記各円弧が滑らかに連続する凹面形状とされ、前記負圧面は前記各円弧が滑らかに連続する凸面形状とされていることを特徴とする請求項１に記載の遠心送風機。
3. 前記翼弦線Ｌの寸法である翼弦長をＬｃとした場合、前記翼弦方向寸法Ｌｎと前記翼弦長Ｌｃとの比Ｌｎ／Ｌｃが、０．２≦Ｌｎ／Ｌｃ≦０．６２の範囲にあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の遠心送風機。
4. 前記翼弦方向寸法Ｌｎと前記翼弦長Ｌｃとの比Ｌｎ／Ｌｃが、０．４≦Ｌｎ／Ｌｃ≦０．５の範囲にあることを特徴とする請求項３に記載の遠心送風機。
5. 前記翼弦線Ｌの寸法である翼弦長をＬｃとし、前記最大反り位置Ｐｎで最大となる前記垂線Ｍｎの寸法である最大反り高さをＨとした場合、当該最大反り高さＨと前記翼弦長Ｌｃとの比Ｈ／Ｌｃが、０．１８≦Ｈ／Ｌｃ≦０．３５の範囲にあることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちの何れかに記載の遠心送風機。
6. 前記翼弦線Ｌの寸法である翼弦長をＬｃとし、前記最大反り位置Ｐｎを通る前記翼弦線Ｌの平行線Ｗｎと、前記最大反り位置Ｐｐを通る前記翼弦線Ｌの平行線Ｗｐとの間の距離である最大反り厚みをＴとした場合、当該最大反り厚みＴと前記翼弦長Ｌｃとの比Ｔ／Ｌｃが、０．０３５≦Ｔ／Ｌｃ≦０．１４の範囲にあることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちの何れかに記載の遠心送風機。
7. 前記ブレードの内接円位置における、内接円の接線と前記ブレードの接線との間の角度である翼入口角β１が、６５°≦β１≦８５°の範囲にある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. 前記ブレードの外接円位置における、外接円の接線と前記ブレードの接線との間の角度である翼出口角β２が、１４５°≦β２≦１６５°の範囲にある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。

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