JP2022044885A - 遠心送風機 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な構造で騒音を低減することが可能な遠心送風機を得る。【解決手段】遠心送風機1は、吸気口12と排気口14とが設けられた外側ケーシング10と、外側ケーシング10の内部に収容され、吸気口12に連通する吸込口22と排気口14に連通する吹出口28とが設けられたファンケーシング20と、回転軸Aを中心とする円周方向に配列された複数の羽根38を有し、ファンケーシング20の内部に収容され、吸込口22に対向して配置された多翼ファン30と、回転軸Aを中心として多翼ファン30を回転させるモータ40と、外側ケーシング10とファンケーシング20との少なくとも一方に固定され、少なくとも吸込口22から多翼ファン30の内部に延びて設けられ、吸込口22の縁および複数の羽根38との間に吸込口22からの空気が流入する間隔を設けて配置された整流部材50と、を備える。【選択図】図2

Description

本開示は、遠心送風機に関する。
ビルやマンション、店舗等の換気に多翼送風機等の遠心送風機が用いられている。遠心送風機では、その羽根車の構造および昇圧の方法により、騒音が大きくなりやすい。このため、従来から遠心送風機において騒音を低減させることへの要望があり、騒音の低減を図る技術が知られている。例えば、特許文献1には、騒音の上昇を防ぐことができる構成として、インデューサ部を備えた多翼ファンを有する遠心送風機が記載されている。
特開2002-70793号公報(段落0010、図1-図2)
しかしながら、特許文献1に記載された遠心送風機では、多翼ファンの内側にインデューサ部を備えることになるため、多翼ファンの構造が複雑になり、製造コストが増加するという課題があった。
本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、簡単な構造で騒音を低減することが可能な遠心送風機を得るものである。
本開示に係る遠心送風機は、吸気口と排気口とが設けられた外側ケーシングと、外側ケーシングの内部に収容され、吸気口に連通する吸込口と排気口に連通する吹出口とが設けられたファンケーシングと、回転軸を中心とする円周方向に配列された複数の羽根を有し、ファンケーシングの内部に収容され、吸込口に対向して配置された多翼ファンと、回転軸を中心として多翼ファンを回転させるモータと、外側ケーシングとファンケーシングとの少なくとも一方に固定され、少なくとも吸込口から多翼ファンの内部に延びて設けられ、吸込口の縁および複数の羽根との間に吸込口からの空気が流入する間隔を設けて配置された整流部材と、を備えるものである。
本開示によれば、整流部材によって騒音の原因となる渦の発生を抑制できるので、簡単な構造で騒音を低減することができる。
実施の形態1を示す遠心送風機の斜視図である。 実施の形態1を示す遠心送風機の平面視の断面図である。 図2のIII-III線に沿った断面図である。 従来の遠心送風機の解析モデル図である。 図4のV-V線に沿った断面における解析結果を示す図である。 図4のVI-VI線に沿った断面における解析結果を示す図である。 実施の形態1を示す遠心送風機の整流部材の他の例を示す平面視の断面図である。 実施の形態2を示す遠心送風機の平面視の断面図である。 実施の形態2を示す遠心送風機の整流部材の他の例を示す平面視の断面図である。 実施の形態3を示す遠心送風機の平面視の断面図である。
以下、添付図面を参照しながら、実施の形態について説明する。各図において同一または相当する部分には同一の符号を付している。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1における遠心送風機1の斜視図である。図2は、遠心送風機1の平面視の断面図である。遠心送風機1は、外側ケーシング10と、ファンケーシング20と、多翼ファン30と、モータ40と、整流部材50と、を備える。遠心送風機1は、例えば、建物の天井裏等の空間に設置され、天井裏等に設けられたダクトを介して室内の空気を吸い込み、室外へ排出して、換気を行う。
本実施の形態において、外側ケーシング10は、遠心送風機1の外装を成しており、略直方体の箱状に形成されている。外側ケーシング10には、吸気口12と、排気口14と、が設けられている。吸気口12および排気口14は、外側ケーシング10において対向する2つの側面である側面10aおよび側面10bにそれぞれ設けられている。また、外側ケーシング10には、2つのダクト接続部品16が設けられている。ダクト接続部品16は、図示しない外部のダクトと接続するために用いられるものであり、筒状に形成されている。ダクト接続部品16のうち、1つは側面10aにおいて吸気口12の周縁を囲むように配置され、他の1つは側面10bにおいて排気口14の周縁を囲むように配置されている。
ファンケーシング20は、外側ケーシング10の内部に収容されている。本実施の形態では、ファンケーシング20は、内部が空洞の箱状に形成されている。ファンケーシング20は、第1側板20aと、第2側板20bと、周壁20cと、を有しており、いわゆる渦巻きケーシングを構成している。第1側板20aおよび第2側板20bは、多翼ファン30の回転軸Aの方向に互いに対向するように配置されている。周壁20cは、第1側板20aと第2側板20bとの間に設けられており、多翼ファン30の外周に沿って渦巻き状に形成され、一部が吹出口28を形成している。第1側板20a、第2側板20bおよび周壁20cは、一体的に成形されていてもよく、複数の部品の組み合わせで構成されていてもよい。
また、ファンケーシング20には、吸込口22と、吹出口28と、が設けられている。本実施の形態では、吸込口22として、ファン側吸込口24とモータ側吸込口26との2つが設けられている。ファン側吸込口24は、ファンケーシング20の第1側板20aに形成されており、例えば、多翼ファン30の回転軸Aを中心とする円形の開口である。ファン側吸込口24は、第1側板20aから第2側板20bに向かうにつれて内径が小さくなるベルマウス形状を有している。モータ側吸込口26は、ファンケーシング20の第2側板20bに形成されており、例えば、多翼ファン30の回転軸Aを中心とする円形の開口である。モータ側吸込口26は、第2側板20bから第1側板20aに向かうにつれて内径が小さくなるベルマウス形状を有している。外側ケーシング10の内部において外側ケーシング10とファンケーシング20との間に、吸気口12からファン側吸込口24に至る風路と、吸気口12からモータ側吸込口26に至る風路と、がそれぞれ形成されており、ファン側吸込口24およびモータ側吸込口26はそれぞれ吸気口12に連通している。吹出口28は、外側ケーシング10の排気口14に連通している。吹出口28は、ファンケーシング20の第1側板20a、第2側板20bおよび周壁20cに囲まれた開口である。
多翼ファン30は、遠心送風機1の羽根車であり、ファンケーシング20の内部に収容され、ファンケーシング20の吸込口22に対向して配置されている。本実施の形態では、多翼ファン30は、いわゆる両吸込み型のファンであり、ファンケーシング20のファン側吸込口24とモータ側吸込口26とに挟まれるように配置されている。多翼ファン30は、主板32と、第1リング部材34と、第2リング部材36と、複数の羽根38と、を有している。主板32は、円盤状に形成されている。主板32の中心は、回転軸A上に設けられている。主板32の中央には、モータ40の駆動軸42が挿入される駆動軸穴を有するボス部33が設けられている。主板32は、ボス部33を介してモータ40の駆動軸42に接続され、駆動軸42とともに回転軸A回りに回転することができる。第1リング部材34および第2リング部材36は、環状に形成されている。第1リング部材34および第2リング部材36は、複数の羽根38の先端部の間隔を保持する補強部材として設けられている。複数の羽根38は、主板32のファン側吸込口24を向く面の外周縁部において主板32と第1リング部材34との間に配置されて、回転軸Aを中心とする円周方向に等間隔に配列されている。また、複数の羽根38は、主板32のモータ側吸込口26を向く面の外周縁部において主板32と第2リング部材36との間に配置されて、回転軸Aを中心とする円周方向に等間隔に配列されている。
モータ40は、回転軸Aを中心として多翼ファン30を回転させる。本実施の形態では、モータ40は、駆動軸42を有している。駆動軸42は、回転軸Aを中心とした円柱状に形成されている。駆動軸42には、ボス部33を介して多翼ファン30の主板32が固定されている。モータ40が回転すると、駆動軸42が回転軸Aを中心として回転し、これに伴い、多翼ファン30が回転軸Aを中心として回転する。モータ40は、多翼ファン30に対してファンケーシング20のモータ側吸込口26の側に配置されている。モータ40は、例えば、図示しない取付部材によってファンケーシング20に支持されている。なお、モータ40は、図示しない取付部材によって外側ケーシング10に支持されていてもよい。
整流部材50は、ファンケーシング20の吸込口22から多翼ファン30の内部に延びて設けられており、吸込口22の縁および多翼ファン30の複数の羽根38との間に吸込口22からの空気が流入する間隔を設けて配置されている。本実施の形態では、整流部材50は、外側ケーシング10に固定されており、外側ケーシング10からファンケーシング20のファン側吸込口24を通って多翼ファン30の内部に延びて設けられている。ここで、多翼ファン30の内部とは、回転軸Aを中心とする円周方向に配列された複数の羽根38の内側の部分である。整流部材50は、多翼ファン30に対してモータ40とは反対側に配置されている。また、整流部材50は、多翼ファン30の内部に延びる円柱状に形成されている。整流部材50の中心軸は、多翼ファン30の回転軸Aと同一に配置されている。整流部材50は、ファン側吸込口24の縁および複数の羽根38に対して間隔を空けて配置されているので、ファン側吸込口24の縁と整流部材50との間および複数の羽根38と整流部材50との間を空気が流れることができる。また、整流部材50の先端、すなわち多翼ファン30の主板32に向かう端は、回転軸A方向において主板32のボス部33から間隔を空けて配置されている。
図3は、図2のIII-III線に沿った断面図である。図3に示すように、多翼ファン30の回転軸Aに対して垂直な断面において、多翼ファン30の内側の面積に対する整流部材50の占める面積の割合には、一定の関係がある。ここで、多翼ファン30の内側の面積とは、回転軸Aを中心とする円周方向に配列された複数の羽根38の内側の面積である。より具体的には、複数の羽根38の内側の面積は、羽根38において回転軸Aを中心軸とした径方向の内端38aと回転軸Aとを結ぶ線分を半径R1とする円(図3において一点鎖線で示す円)の面積である。また、整流部材50の占める面積とは、回転軸Aに対して垂直な断面において整流部材50の外周によって規定される面積であり、この面積は複数の羽根38の内側の面積よりも小さい。このとき、複数の羽根38の内側の面積に対する整流部材50の占める面積の割合は、0.4以上である。好ましくは、複数の羽根38の内側の面積に対する整流部材50の占める面積の割合は、0.5以上0.7以下である。
遠心送風機1の運転時には、モータ40が駆動すると多翼ファン30が回転し、外側ケーシング10の吸気口12から外側ケーシング10内に空気が吸い込まれる。外側ケーシング10内に吸い込まれた空気の流れは、ファンケーシング20の手前で2方向に分岐し、それぞれファンケーシング20のファン側吸込口24とモータ側吸込口26とから多翼ファン30に吸い込まれる。多翼ファン30に吸い込まれた空気は、多翼ファン30によって昇圧されて、ファンケーシング20内に送り込まれる。ファンケーシング20内に送り込まれた空気は、ファンケーシング20の吹出口28から外側ケーシング10の排気口14を通り、外側ケーシング10の外部に排出される。
図4は、従来の遠心送風機90の解析モデル図である。従来の遠心送風機90は、実施の形態1における遠心送風機1とは異なり、整流部材50を有していない。従来の遠心送風機90について気流解析を実施した結果を図5および図6に示す。図5は、図4のV-V線に沿った断面における解析結果を示す図である。図6は、図4のVI-VI線に沿った断面における解析結果を示す図である。図5は、従来の遠心送風機90のファンケーシング91のファン側吸込口92の気流解析の結果を示している。図5において実線の矢印で示すように、従来の遠心送風機90では、ファン側吸込口92の中央付近に渦が発生している。また、図6は、従来の遠心送風機90の多翼ファン93の内部の気流解析の結果を示している。図6において実線の矢印で示すように、従来の遠心送風機90ではまた、多翼ファン93の内部の中央付近に渦が発生している。これらの渦が、従来の遠心送風機90の騒音の一因であると考えられる。
上述した従来の遠心送風機90とは異なり、本実施の形態における遠心送風機1は整流部材50を備えている。整流部材50が外側ケーシング10の内壁面からファン側吸込口24の中央付近を通って多翼ファン30の内部の中央付近に延びて設けられて、ファン側吸込口24から吸い込まれた空気を円滑に多翼ファン30に誘導させることにより、ファン側吸込口24の中央付近および多翼ファン30の内部の中央付近における渦の発生を抑制することができる。また、整流部材50が少なくともファン側吸込口24から多翼ファン30の内部に延びて設けられていることで、ファン側吸込口24の中央付近の渦の発生を抑制することができる。
以上に説明したように、本実施の形態に係る遠心送風機1は、吸気口12と排気口14とが設けられた外側ケーシング10と、外側ケーシング10の内部に収容され、吸気口12に連通する吸込口22と排気口14に連通する吹出口28とが設けられたファンケーシング20と、回転軸Aを中心とする円周方向に配列された複数の羽根38を有し、ファンケーシング20の内部に収容され、吸込口22に対向して配置された多翼ファン30と、回転軸Aを中心として多翼ファン30を回転させるモータ40と、外側ケーシング10とファンケーシング20との少なくとも一方に固定され、少なくとも吸込口22から多翼ファン30の内部に延びて設けられ、吸込口22の縁および複数の羽根38との間に吸込口22からの空気が流入する間隔を設けて配置された整流部材50と、を備えるものである。
このような構成により、整流部材50が少なくともファンケーシング20の吸込口22から多翼ファン30の内部に延びて設けられていることで、吸込口22から吸い込まれた空気が整流部材50の表面に沿って多翼ファン30内へ誘導されるので、吸込口22の内側および多翼ファン30の内側における渦の発生を抑制することができる。このように、整流部材50のような簡単な構造で、騒音の原因となる渦の発生を抑制できるので、簡単な構造で騒音を低減することができる。
また、回転軸Aに対して垂直な断面において、複数の羽根38の内側の面積に対する整流部材50の占める面積の割合は、0.4以上である。従来の遠心送風機90について気流解析した結果である図5および図6において、渦が主に発生している領域は、吸込口22の内側の中央付近および多翼ファン30の内側の中央付近で、複数の羽根38の内側の面積の40%程度を占めている。このため、複数の羽根38の内側の面積に対する整流部材50の占める面積の割合を0.4以上とすることで、吸込口22の内側の中央付近や多翼ファン30の内側の中央付近における渦の発生を効果的に抑制することができる。これにより、騒音を低減することができる。さらに、複数の羽根38の内側の面積に対する整流部材50の占める面積の割合を0.5以上0.7以下とすることによって、上述した複数の羽根38の内側の面積の40%の領域よりも外側の領域で発生する渦も抑制することができ、より確実に騒音を低減することができるとともに、整流部材50の外形が大きくなりすぎずに、複数の羽根38の仕事を妨げないようにすることができる。
整流部材50は、吸込口22から多翼ファン30の内部に延びる円柱形状を有している。このような構成により、整流部材50の製造をより容易にすることができ、製造の作業性を向上させることができる。
整流部材50の中心軸は、回転軸Aと同一に配置されている。このような構成により、多翼ファン30と同軸に整流部材50を配置するので、整流部材50の中心軸が回転軸Aからずれている場合と比較して、製品の組立て作業時の間違いを起きにくくすることができ、組立て作業をより容易に行うことができる。
なお、本実施の形態では、吸気口12および排気口14は、外側ケーシング10において対向する2つの側面である側面10aおよび側面10bにそれぞれ設けられているとしたが、これに限らない。吸気口12および排気口14は、必ずしも外側ケーシング10において対向する面に設けられていなくてもよい。
また、整流部材50は、外側ケーシング10に固定されているとしたが、これに限らない。整流部材50は、例えば、図示しない取付部材を用いてファンケーシング20に固定されていてもよい。この場合、図7に示す整流部材50Aの例のように、整流部材50Aは、外側ケーシング10に接していなくてもよく、外側ケーシングと間隔を空けて配置されていてもよい。また、整流部材50は、多翼ファン30の内部に延びる円柱状に形成されているとしたが、中空である円筒状に形成されていてもよい。
さらに、遠心送風機1は、外側ケーシング10を備えるとしたが、これに限らず、外側ケーシング10を備えてなくてもよい。この場合、整流部材50は、ファンケーシング20に対して相対的に固定されていれば、図示しない取付部材を用いてファンケーシング20に固定されていてもよいし、他の部材に固定されてもよい。
遠心送風機1は、ファンケーシング20にファン側吸込口24とモータ側吸込口26とが設けられた両吸込み型として構成されていたが、これに限らない。例えば、吸込口22としてファン側吸込口24のみが設けられた片吸込み型の遠心送風機であってもよい。
実施の形態2.
次に、実施の形態2について、図8を参照して説明する。図8は、本実施の形態における遠心送風機101の平面視の断面図である。なお、本実施の形態のうち、上述した実施の形態と同様の部分の説明は省略する。
図8に示すように、本実施の形態における遠心送風機101は、整流部材150の形状が、実施の形態1における遠心送風機1の整流部材50の形状と異なっている。具体的には、整流部材150は、ファンケーシング20の吸込口22から多翼ファン30の内部に向けて広がる円錐台形状を有している。本実施の形態では、整流部材150は、外側ケーシング10に固定されており、ファンケーシング20のファン側吸込口24から多翼ファン30の内部に向けて広がる円錐台形状を有している。また、整流部材150の中心軸は、回転軸Aと同一に配置されている。
また、本実施の形態のように、整流部材150の回転軸Aに対して垂直な断面が一定でない場合、整流部材150のファン側吸込口24から多翼ファン30の内部に延びる部分において、複数の羽根38の内側の面積に対する整流部材150の占める面積の割合が0.4以上であることが好ましい。
本実施の形態に係る遠心送風機101では、整流部材150は、吸込口22から多翼ファン30の内部に向けて広がる円錐台形状を有している。このような構成により、吸込口22から吸い込まれた空気は、整流部材150の円錐台形状の斜面に沿って多翼ファン30の内部に流れるので、円柱形状と比較してより滑らかに空気流の向きを径方向に変えて、複数の羽根38に空気を送ることができる。
なお、整流部材の形状は、実施の形態1の整流部材50の円柱形状や実施の形態2の整流部材150の円錐台形状に限らない。整流部材の形状の他の例として、例えば、図9に示す整流部材150Aがある。整流部材150Aは、回転軸Aを中心軸とした径方向の寸法が外側ケーシング10から多翼ファン30の内部にかけてある部分まで減少し、当該部分からまた増加する形状、すなわち中間部がくびれた形状を有している。
実施の形態3.
次に、実施の形態3について、図10を参照して説明する。図10は、本実施の形態における遠心送風機201の平面視の断面図である。なお、本実施の形態のうち、上述した実施の形態と同様の部分の説明は省略する。
図10に示すように、本実施の形態における遠心送風機201は、整流部材250の形状が、実施の形態1における遠心送風機1の整流部材50の形状と異なっている。具体的には、整流部材250は、外側ケーシング10からファンケーシング20のファン側吸込口24を通って多翼ファン30のボス部33まで延びて設けられている。また、整流部材250は、軸受239を介してボス部33に支持されている。
整流部材250の先端には、外側ケーシング10に向けて窪む穴部252が形成されている。穴部252の内側には、軸受239が設けられている。また、軸受239は、ボス部33においてモータ40の駆動軸42を囲むように設けられている。本実施の形態では、整流部材250の先端の外周部に、回転軸Aを中心軸とした径方向の寸法が小さくなる先端部254が設けられている。先端部254は、主板32に設けられる不図示のリベット等と整流部材250とが接触することを避けるために設けられている。
本実施の形態に係る遠心送風機201では、整流部材250は、多翼ファン30のボス部33まで延びて設けられており、軸受239を介してボス部33に支持されている。このような構成により、多翼ファン30の回転を妨げることなく整流部材250を両端で支持することができる。これにより、外側ケーシング10等により片持ちで支持される場合に比べて、経年劣化等によって整流部材250が外れて多翼ファン30等を損傷させる可能性を低減でき、より安定的に整流部材250を支持することができる。
なお、各実施の形態を、適宜、組み合わせたり、変形や省略したりすることも、実施の形態で示された技術的思想の範囲に含まれる。
1、101、201 遠心送風機、10 外側ケーシング、10a、10b 側面、12 吸気口、14 排気口、16 ダクト接続部品、20 ファンケーシング、20a 第1側板、20b 第2側板、20c 周壁、22 吸込口、24 ファン側吸込口、26 モータ側吸込口、28 吹出口、30 多翼ファン、32 主板、33 ボス部、34 第1リング部材、36 第2リング部材、38 羽根、38a 内端、40 モータ、42 駆動軸、50、50A、150、150A、250 整流部材、90 従来の遠心送風機、239 軸受、252 穴部、254 先端部、A 回転軸、R1 半径。

Claims (8)

  1. 吸気口と排気口とが設けられた外側ケーシングと、
    前記外側ケーシングの内部に収容され、前記吸気口に連通する吸込口と前記排気口に連通する吹出口とが設けられたファンケーシングと、
    回転軸を中心とする円周方向に配列された複数の羽根を有し、前記ファンケーシングの内部に収容され、前記吸込口に対向して配置された多翼ファンと、
    前記回転軸を中心として前記多翼ファンを回転させるモータと、
    前記外側ケーシングと前記ファンケーシングとの少なくとも一方に固定され、少なくとも前記吸込口から前記多翼ファンの内部に延びて設けられ、前記吸込口の縁および前記複数の羽根との間に前記吸込口からの空気が流入する間隔を設けて配置された整流部材と、
    を備える遠心送風機。
  2. 前記回転軸に対して垂直な断面において、前記複数の羽根の内側の面積に対する前記整流部材の占める面積の割合は、0.4以上である請求項1に記載の遠心送風機。
  3. 前記回転軸に対して垂直な断面において、前記複数の羽根の内側の面積に対する前記整流部材の占める面積の割合は、0.5以上0.7以下である請求項2に記載の遠心送風機。
  4. 前記多翼ファンは、前記モータの駆動軸が接続されるボス部を有し、
    前記整流部材は、前記ボス部まで延びて設けられており、軸受を介して前記ボス部に支持されている請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の遠心送風機。
  5. 前記整流部材は、前記吸込口から前記多翼ファンの内部に延びる円柱形状を有している請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の遠心送風機。
  6. 前記整流部材は、前記吸込口から前記多翼ファンの内部に向けて広がる円錐台形状を有している請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の遠心送風機。
  7. 前記整流部材の中心軸は、前記回転軸と同一に配置されている請求項5または請求項6に記載の遠心送風機。
  8. 吸込口と吹出口とが設けられたファンケーシングと、
    回転軸を中心とする円周方向に配列された複数の羽根を有し、前記ファンケーシングの内部に収容され、前記吸込口に対向して配置された多翼ファンと、
    前記回転軸を中心として前記多翼ファンを回転させるモータと、
    前記ファンケーシングに対して相対的に固定され、少なくとも前記吸込口から前記多翼ファンの内部に延びて設けられ、前記吸込口の縁および前記複数の羽根に対して間隔を空けて配置された整流部材と、
    を備える遠心送風機。
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