JP2023554341A - ファンおよびファン用スクロールハウジング - Google Patents

Abstract

ブレードを備えているインペラとインペラを駆動する電気モータとスクロールハウジングとを有するファンであって、流路がスクロールハウジングの内側輪郭により形成されており、好ましくは、回転体として構成されている、入口ノズルが入口側に設けられており、流路が入口ノズルにより吸い込まれた空気をインペラを経由して出口へと案内するファンは、入口ノズルが、流入面を備えている流入領域により囲繞されており、流入領域が、入口ノズルを略径方向となるインペラの回転軸に対して横方向に拡張していることを特徴としている。これに応じて、スクロールハウジングは構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ブレードを備えているインペラと、インペラを駆動する電気モータと、スクロールハウジングとを有するファンであって、流路がスクロールハウジングの内輪郭により形成されており、好ましくは、回転体として構成されている、入口ノズルが入口側に設けられており、流路が入口ノズルにより吸い込まれた空気をインペラを経由して出口へと案内するファンに関する。

スクロールハウジングを有するファンは、前方湾曲ラジアルおよび斜流ファン用に、広く使用されている。
スクロールハウジングは、後方湾曲ファン用にもますます使用されている。
実際の経験から、スクロールハウジングを使用することにより、圧力がさらに上昇し、静圧効率の上昇を伴うことが分かっている。
スクロールハウジングは、ファンのインペラ下流の流出する空気を、ファン軸に略垂直に延在する流路内、例えば、丸形状または正方形状の断面を有する管内へと案内することができる。

遠心または斜流ファンは、インペラがスクロールハウジングに設けられていると、多くの場合、特に、流入がファンのインペラの回転軸に関して非対称であると、ノイズレベルを上昇させている。
そのような非対称の流入は、例えば、入口領域における非対称の幾何形状に起因していることがある。
出口を１つのみ有する公知のスクロールハウジングは、本来、ファンのインペラの回転軸に関して非対称である。
その結果、この流れの非対称性は、入口領域の周囲においても生じている。
ノイズレベルの上昇は、悩みの種である。

従って、本発明は、ノイズ発生に関して性能を向上させる、いわゆる、スクロールハウジングを用いるファンの最適化を目的とすることに基づいている。
そのような解決策は、構造が単純であり、競合品のファンとは異なるものとなる。

本目的は、本発明に係るファンに関して、請求項１の特徴により達成される。
従って、上位概念のファンは、入口ノズルが、流入面を備えている流入領域により囲繞されており、流入領域が、入口ノズルを略径方向に、つまり、インペラ軸に対して横方向または、特に、略垂直方向に拡幅していることを特徴とする。

本発明によると、外側流入面を用いて入口ノズルを拡張し、その結果、入口ノズルが径方向に、つまり、インペラ軸に対して横方向または、特に、略垂直方向に拡張されることにより、スクロールハウジング使用時に発生するノイズ問題を、除去ではないにしても、軽減できることがまず分かった。

流入を、周知のように、ファンインペラの回転軸に関して非対称に構成する代わりに、対称に構成することにより、スクロールハウジング使用時には基本的に上昇するノイズレベルを低減できることが分かった。
とりわけ、吸込領域においては、非対称な幾何形状を避けることが重要であり、このことは、本発明に係る特徴による、外側流入面を備える拡張入口ノズルにより達成される。

流入領域により拡張されている入口ノズルがファン軸、つまり、ファンの回転軸に関して対称または回転対称に構成されている場合、非常に特に有利である。
流入領域は、回転体の形態で構成されていてよい。

また、流入領域により拡張されている入口ノズルが、広い意味においてのみファン軸に関して対称に構成されていることが考えられる。
拡張入口ノズルは、矩形状、正方形状、多角形状（例えば、六角形状）または楕円形状の外側輪郭を備えていてよい。

流入領域または流入面は、略平面または平坦に構成されていてよい。
円錐形状またはピラミッド形状の面も考えられる。

流入領域または拡張入口ノズルは、径方向においてインペラの径方向延在近傍まで、または、インペラの径方向延在を越えて延在していてよく、これにより、流入が特に容易化される。

特に、流入領域は、径方向において、入口ノズルの外端、好ましくは、その局所面曲率が、入口ノズルの内輪郭の最大面曲率の値と比較して非常に低い値を有する所を起点としてよく、この値は、２０％未満であってよい一方、径方向視において、最も遅くとも、入口ノズルの最も狭い点からの径方向距離ＤＲ_Ｄを始点とし、拡張入口ノズルの軸方向延在Ｌ_Ｄとなる。

さらに、流入領域または拡張入口ノズルの径方向外縁は、移行領域により、主流を案内するスクロールハウジングの輪郭と隣接している。
移行は、連続的または非連続的であってよく、特に、丸みを帯びているか、または、エッジを有してよく、鋭いエッジを有してもよい。

さらに、入口ノズルは、流入領域、および、任意で、移行領域を含んで、ハウジングの、好ましくは、入口側ハウジングハーフの一体的なパーツである。

この点において、ハウジングハーフは、合成樹脂からなってよいことが指摘されるべきである。
製造には、射出成形法が理想的である。

スクロールハウジングの内部には、流路に開口している副流路を形成してよく、副流路は、入口ノズルとインペラのカバープレートとの間においてインペラに流入する副流を制御し、副流路は、径方向においてインペラを越えて延在している。
これは、副流路は、主流路から厳密には分離できないことを意味している。
副流路は、ファンの空気性能と効率だけなく、音放射にも影響を及ぼすものであるため、副流路の構成を介して音放射を低減することが可能である。

副流路が、少なくとも外側のその画定に関して、ファン軸に関して略回転対称に形成されており、拡張入口ノズルの内壁が副流路を外側に画定している。

本発明に係るスクロールハウジングは、請求項１２の特徴により、つまり、スクロールハウジングにのみ関する、特許請求されるファンの上記特徴により特徴付けられる。

また、スクロールハウジングが、ノズル側ハウジングハーフおよびモータ側ハウジングハーフからなってよく、両方のハウジングハーフは、射出成形により製造されていることがスクロールハウジングにとって本質的である。

ハウジングハーフは、フランジ形状の接続領域を介して、ネジ留め、リベット留め、接着またはクリップ留めにより、互いに接続されていてよい。

また、ハウジングハーフが、補強リブの形態からなる補強要素を有して形成されていると有利であるのは、特に、ハウジング内において大きな圧力と圧力変動が生じる場合があり、これにハウジングは、耐える必要があるからである。

ここで、本発明の特徴を有利に構成しさらに発展させるための様々なオプションが存在する。
このために、一方では、請求項１と請求項１２に従属する請求項が参照され、他方では、図面に基づく、本発明に係るファンの実施形態の説明が参照される。
図面に基づく本発明の実施形態の説明に関連して、本特徴の実施形態および発展形態も一般に説明する。

図１は、入口ノズル側視における本発明に係る、スクロールハウジングを有するファンの斜視図を示す。 図２は、ファン軸を通る平面断面視における図１のファンの概略図を示す。

図１は、スクロールハウジング２を有するファン１の斜視図を示す。
スクロールハウジング２は、２つのハーフ、つまり、ノズル側ハーフ２ａおよびモータ側ハーフ２ｂからなる。
２つのノズル側ハーフ２ａ，モータ側ハーフ２ｂは、接続領域１６において互いに接続されている。
ノズル側ハーフ２ａ，モータ側ハーフ２ｂをネジを用いて互いに接続可能な孔部１７ｂを有する１つのタイプのフランジが、接続領域１６として示されている。
また、他のタイプの接続、例えば、クリップ留め、リベット留めおよび／または接着接合も考えられる。

スクロールハウジング２に加えて、ファンは、モータ１０からなり、このモータ１０は、ロータ１１およびステータ１２（図２参照）を有し、ステータ１２に、ベースプレート７、カバープレート９（図２参照）およびそれらの間に延在するブレード８からなるインペラ３が取り付けられている。

これらハーフ２ａ，２ｂは、合成樹脂射出成形により有利に製造される。
ファン動作中に空気が周囲からインペラ３へと流入する入口ノズル１４は、ノズル側ハーフ２ａに一体化されている。
図１において、インペラ３のパーツ（吸込側３５のブレード８とベースプレート７）、インペラ３が固定されているモータ１０のロータ１１を、入口ノズル１４を通して見ることができる。

流入面２４は、流入側の入口ノズル１４の径方向外側に形成されている。
径方向視において、流入面２４は、入口ノズル１４の外端、特に、その局所面曲率が、入口ノズル１４の内輪郭の最大面曲率の値に対して非常に低い値、例えば、２５％未満をとる所を始点とする一方、径方向視において、最も遅くとも、入口ノズル１４の最も狭い点からの径方向距離ＤＲ_Ｄ２０を始点とし、拡張入口ノズル１４，２４の軸方向延在Ｌ_Ｄ１９となる（図２も参照）。
流入面２４は、その形態全体に関して、入口ノズル１４の内輪郭における最大面曲率の最大２５％という非常に低い面曲率を有する。
その径方向外縁は、径方向に隣接する移行領域６の始点により特徴付けられている。
この移行領域６は、流入面２４をスクロールハウジング２の外側輪郭３７に接続しており、この外側輪郭３７は、主流を案内する。
流入面２４の径方向外側である移行領域６の始点は、鋭い縁または非接線方向の移行により特徴付けられてよく、または、実施形態のように、丸み付けにより特徴付けられてよく、この場合においても、この丸み付けは、流入面２４よりも高い面曲率を有し、流入面２４は、入口ノズル１４の内輪郭における最大面曲率の最大２５％という面曲率を有する。
ここでは、面の２つの主曲率の局所平均面曲率が、面曲率として常に構成されている。

入口ノズル１４から流入面２４への移行は、接線方向に滑らかに延在していると有利である。
入口ノズル１４は、流入領域２４と共に、拡張入口ノズル１４，２４の１つのタイプとして見なされてもよい。
流入領域２４または拡張入口ノズル１４，２４の形状が重要であるのは、この領域は、入口ノズル１４を通ってインペラ３へと流入する流速の分布（径方向および周方向視）に影響を及ぼすからである。
高効率と低ノイズ放射のためには、この流入がインペラの回転軸に関して可能な限り対称な速度分布を有することが重要である。

インペラの回転軸に関して可能な限り対称である構成と、流入領域２４または拡張入口ノズル１４，２４の十分な径方向延在とにより、最良にこのことが達成されることが試験とシミュレーション計算を通して認められた。

図１による実施形態において、流入領域２４または拡張入口ノズル１４，２４は、回転軸に関して対称に構成されている。
流入領域２４は、実際、回転面により全体的に形成されていることが有利であり、流入領域２４の径方向外縁は、回転軸と同心である円の形状を有する。
実施形態における流入領域２４は、広範囲にわたって略平坦であり、回転軸に対して垂直に延在している。

流入領域２４または拡張入口ノズル１４，２４は、ファン軸に関して対称、好ましくは、回転対称である限り、流入領域２４または拡張入口ノズル１４，２４の他の構成も、考えられる。
このことは、広い意味における回転対称の形状、例えば、少なくとも回転の意味において（３６０°の倍数ではない）、単に、特定の回転角度による回転対称性を有する、略六角形状、矩形状、正方形状または楕円形状の外輪郭にも適用される。

また、流入面２４は、必ずしも平坦な領域を有する必要はなく、例えば、円錐形状または回転軸に対して９０°以外の角度で延在してよい。

その一方、拡張入口ノズル１４，２４の比較的大きな径方向延在も、可能な限り均一な流入を達成するために必須である。
例えば、回転軸に対して垂直な面に投影される、拡張入口ノズル１４，２４のリング形状の領域は、入口ノズル１４の最も狭い点の領域における最小流れ断面領域の少なくとも１．５倍である。
また、流入領域２４の径方向外縁は、インペラ３の径方向外側またはそのカバープレート９の径方向外側に延在していることが有利である（図２も参照）。

固定フランジ１５は、スクロールハウジング２からの出口５周辺の領域に形成されており、この出口５から空気が流出し、これに応じた形状を有する流路内へと流入することが有利である。
ファン１全体を、この固定フランジ１５において、周囲の構造体、例えば、空調システムまたは空気ダクトに固定することができる。
実施形態において、ネジを取り付け可能な孔部１７ａがこの目的のために用いられる。
外部環境と比較して顕著な過圧が動作中にスクロールハウジング２の内部、その主流路２１（図２参照）において発生する場合があることから、合成樹脂射出成形により製造される２つのノズル側ハーフ２ａ，モータ側ハーフ２ｂには、より良好な寸法安定性のために、補強要素１８、この場合には、補強リブ１８が設けられる。

インペラ３は、動作中、図１視において時計回りに回転する。
従って、後方湾曲のインペラ３、つまり、後方湾曲のブレード８を有するインペラ３である。
後方湾曲のインペラ３の場合、動作中にインペラ３の回転方向において同じブレード８のブレード吸込側３５に先行する、ブレード８のブレード圧力側３６（図２参照）は、凸型形状を有している一方、ブレード吸込側３５は、凹型形状を有している。
特に、径方向内側から（ブレード８の先端から）径方向外側への（ブレード８の後縁に向かう）ブレード８の形状を考慮した場合、ブレード８は、回転方向に対抗して湾曲および／または傾斜している。

図２は、側面視であってファン軸２５を通る平面断面視における図１のスクロールハウジング２を有するファン１を示す。
ハウジング２のモータ側ハーフ２ｂにおいて、そのステータ１２を有するモータ１０は、モータ支持領域３０においてモータ側ハーフ２ｂに一体化されている、それに対応する固定装置に固定されている。
実施形態において、合成樹脂射出成形を用いて有利に製造されるインペラ３は、そのベースプレート７において駆動モータ１０のロータ１１に固定されている。
実際、様々なタイプの固定が存在し、例えば、合成樹脂製のインペラに鋳込みされた金属薄板ディスクを用いて、接着接合または圧着により行われる。

ファンの動作中、搬送された空気は、インペラ３から、インペラ３の回転軸２５に関して略周方向に延在しているハウジング２の主流路２１内へと径方向外側に流出する。
舌領域の最も狭い点から、主流路２１は、周方向にその形状を拡幅し、スクロールハウジング２から出口５（図１）へと向かって周方向に増加する空気流を収容する。
主流路２１は、外流輪郭３７により定義されている内側輪郭４により径方向外側について略画定されている。

主流路２１から厳密には分離できない副流路２２は、主流路２１に隣接して設けられている。
副流路２２の流れは、入口ノズル１４とインペラ３のカバープレート９との間においてインペラ３に流入する副流を制御する。
この副流は、ファンの空気性能、効率および音放射に顕著な影響を及ぼすため、副流領域２２の構成は非常に重要である。
図２において、副流路２２が、流入領域２４または拡張入口ノズル１４，２４の構成により大部分定義されていることを見ることができる。
拡張入口ノズル１４，２４を外側において定義する壁の輪郭は、副流領域２２を内側において画定している。
少なくとも広い意味における拡張入口ノズル１４，２４の回転対称の構成と、流入領域２４の比較的大きな径方向延在およびそれにより得られる、少なくとも広い意味における副流領域２２の回転対称で径方向に比較的大きな延在との両方も、上記副流に関してまた有利であることが分かっている。

入口ノズル１４の径方向延在または径方向視における流入領域２４の内縁を特徴付けるために、図２において、寸法として、拡張入口ノズル１４，２４の軸方向延在Ｌ_Ｄ１９および入口ノズル１４の輪郭の最も狭い径方向最内点とその径方向外端または流入領域２４の径方向内縁との間の径方向距離ＤＲ_Ｄ２０が示されている。
この径方向距離ＤＲ_Ｄ２０は、拡張入口ノズル１４，２４の軸方向延在Ｌ_Ｄ１９以下であり、流入領域２４は、この径方向の点を最も遅くとも始点とする。

拡張入口ノズル１４，２４および流入面２４の重要な径方向延在を特徴付けるために、図２において、２つのさらなる寸法、特に、そのカバープレート９におけるインペラ３の外径Ｄ_Ｌ３３および流入面２４の外径Ｄ_１が示されている。
拡張入口ノズル１４，２４の構成に応じて、Ｄ_１の値は、周方向において変化してよく、そのような場合、周方向の平均値Ｄ_{１，ａｖｅｒａｇｅ}または最小値Ｄ_{１，ｍｉｎ}も用いることができる。
有利には、Ｄ_１またはＤ_{１，ａｖｅｒａｇｅ}もおよび最小値Ｄ_{１，ｍｉｎ}も、インペラ３のカバープレート９におけるインペラ径Ｄ_Ｌよりも大きい。
特に、実施形態において、Ｄ_{１，ａｖｅｒａｇｅ}＞１．０５Ｄ_Ｌである。

また、図２において、モータ側ハーフ２ｂのスクロールハウジングの内側輪郭４は、圧力側移行輪郭３１により径方向内側において画定されており、この圧力側移行輪郭３１は、一体化されているモータ支持領域３０に連結していることも見ることができる。
この移行領域３１において、内側輪郭４は、インペラ３のベースプレート７の径方向さらなる外側への仮想的な連続を略表しており、ベースプレート７の径方向外縁と螺旋形状の内側輪郭４の内縁との間には、比較的小さい距離しか存在しない。
ノズル側ハーフ２ａのスクロールハウジングの内側輪郭４は、吸込側移行輪郭２３により径方向内側において画定されており、吸込側移行輪郭２３は、移行領域６を径方向内側において画定している一方、さらなる延在において、拡張入口ノズル１４，２４を径方向内側において画定している。

また、主流路２１の断面は、図における上領域よりも図における下領域において大幅に小さいことも見ることができる。
主流路２１の断面は、周方向、流れ方向またはインペラ３の回転方向に、舌領域の最も狭い断面から出口５（図１参照）に向かって延在している。
これとは、対照的に、副流路２２の流れ断面は、周方向視において変化が少なく、または、ファン軸２５に関して周方向視において１８０°以下の周期性角度と共に周期的に変化する。
このことは、ファン軸２５に関して対称である拡張入口ノズル１４，２４の構成に直接的に関係している。
周方向においては、僅かにしか変化せず、せいぜい周期的に変化するのみである副流路２２の断面は、入口ノズル１４とカバープレート９との間においてインペラ３に流入する副流に関して有利な効果を有し、従って、ファンの空気性能、効率および音響に関して有利な効果を有する。

図２において、スクロールハウジング２と、従って、ファン１の軸方向にコンパクトな構成をよく見ることができる。
拡張入口ノズル１４，２４または流入領域２４は、主流を案内するスクロールハウジング２の外側輪郭３７を軸方向に越えておらず、つまり、拡張入口ノズル１４，２４により、何れにせよ必要であるスクロールハウジング２の外側輪郭３７に起因する設置空間よりも大きな軸方向の設置空間が必要となることはない。
そのようなコンパクトな構成は、管理された居住空間換気用の換気装置においてそのようなファンを用いる場合、非常に有利であり、また、場合に応じて、拡張入口ノズル１４，２４とそこから離間する換気装置の壁との間の流入空間を最大化し、良好な流入条件が確保される。
このことを達成するために、拡張入口ノズル１４，２４の軸方向高さＬ_Ｄ１９は、比較的低く、特に、そのカバープレート９におけるインペラ３の外径Ｄ_Ｌ３３の１５％未満である。

本発明に係る特徴のさらなる実施形態に関しては、繰り返しを避けるため、本明細書の一般部分と添付の特許請求の範囲が参照される。

最後に、本発明に係る特徴の実施形態は、特許請求される特徴を議論するために供されるに過ぎず、これに限定するものではない。

１・・・ファン
２・・・スクロールハウジング、ハウジング
２ａ・・・スクロールハウジング／ハウジングのノズル側ハーフ
２ｂ・・・スクロールハウジング／ハウジングのモータ側ハーフ
３・・・インペラ
４・・・内側輪郭／スクロール輪郭
５・・・出口
６・・・移行領域
７・・・インペラのベースプレート
８・・・インペラのブレード
９・・・インペラのカバープレート
１０・・・モータ
１１・・・モータのロータ
１２・・・モータのステータ
１３・・・固定インペラモータ
１４・・・入口ノズル
１５・・・固定フランジ
１６・・・接続領域
１７ａ・・・孔部
１７ｂ・・・孔部
１８・・・補強要素、補強リブ
１９・・・拡張入口ノズルの軸方向高さＬ_Ｄ
２０・・・入口ノズルの最も狭い断面と入口ノズルの径方向外端または流入面の径方向内端との間の径方向距離
２１・・・スクロールハウジングにおける主流路
２２・・・スクロールハウジングにおける副流路
２３・・・吸込側移行輪郭
２４・・・流入面
２５・・・ファン軸
３０・・・一体化されているモータ支持領域
３１・・・圧力側移行輪郭
３２・・・流入面２４の外径寸法Ｄ_１
３３・・・カバープレート９におけるインペラ３の外径
３５・・・ブレード吸込側
３６・・・ブレード圧力側
３７・・・主流を案内するスクロールハウジングの外側輪郭

Claims (15)

1. ブレードを備えているインペラと、前記インペラを駆動する電気モータと、スクロールハウジングとを有し、流路が前記スクロールハウジングの内輪郭により形成され、回転体として構成されている、入口ノズルが入口側に設けられ、前記流路が前記入口ノズルにより吸い込まれた空気を前記インペラを経由して出口へと案内するファンにおいて、
   前記入口ノズルが、流入面を備えている流入領域により囲繞され、
   前記流入領域が、前記入口ノズルを略径方向となるインペラの回転軸に対して横方向に拡張していることを特徴とする、ファン。
2. 前記流入領域（２４）により拡張されている前記入口ノズル（１４）が、ファン軸（ファンの回転軸）に関して対称または回転対称であることを特徴とする、請求項１に記載のファン。
3. 前記流入領域が、回転体の形態で構成されていることを特徴とする、請求項２に記載のファン。
4. 前記流入領域（２４）により拡張されている前記入口ノズル（１４）が、広い意味においてファン軸に関して対称であり、矩形状、正方形状、多角形状（例えば、六角形状）または楕円形状の外輪郭を有することを特徴とする、請求項１に記載のファン。
5. 前記流入領域が、略平面または平坦、円錐形状またはピラミッド形状であることを特徴とする、請求項１～請求項４の何れか１項に記載のファン。
6. 前記流入領域が、径方向において前記インペラの径方向延在近傍まで、または、前記インペラの径方向延在を越えて延在していることを特徴とする、請求項１～請求項５の何れか１項に記載のファン。
7. 前記流入領域（２４）が、径方向視において、前記入口ノズル（１４）の外端、好ましくは、その局所面曲率が、前記入口ノズルの内輪郭の最大面曲率の値と比較して非常に低い値、好ましくは、２０％未満をとる所を起点とすることを特徴とする、請求項１～請求項６の何れか１項に記載のファン。
8. 前記流入領域（２４）の径方向外縁が、移行領域（６）により、主流を案内する前記スクロールハウジング（２）の輪郭（３７）と隣接し、
   移行が、連続的または非連続的であり、丸みを帯びているか、または、エッジを有してよいことを特徴とする、請求項１～請求項７の何れか１項に記載のファン。
9. 前記入口ノズル（１４）が、前記流入領域（２４）および、場合に応じて、前記移行領域（６）と共に、前記ハウジングの、好ましくは、流入側ハウジングハーフの一体的なパーツであることを特徴とする、請求項１～請求項８の何れか１項に記載のファン。
10. 副流路（２２）が、前記スクロールハウジングの内部に形成され、
    前記副流路（２２）が、前記流路に開口しており、好ましくは、前記入口ノズル（１４）と前記インペラのカバープレート（９）との間において前記インペラに流入する副流を制御し、
    前記副流路（２２）が、径方向において前記インペラを越えて延在していることを特徴とする、請求項１～請求項９の何れか１項に記載のファン。
11. 前記副流路が、少なくとも外側のその画定に関して、ファン軸に関して略回転対称に形成されており、
    前記拡張入口ノズルの内壁が、副流路を外側に画定していることを特徴とする、請求項１０に記載のファン。
12. 請求項１～請求項１１の何れか１項に記載のファン用スクロールハウジング。
13. ノズル側ハウジングハーフおよびモータ側ハウジングハーフからなることを特徴とする、請求項１２に記載のスクロールハウジング。
14. 前記２つのハウジングハーフが、フランジ形状の接続領域を介して、ネジ留め、リベット留め、接着またはクリップ留めにより、互いに接続されていることを特徴とする、請求項１２または請求項１３に記載のスクロールハウジング。
15. 前記ハウジングハーフが、補強リブの形態からなる補強要素を有して形成されていることを特徴とする、請求項１２または請求項１３に記載のスクロールハウジング。