JP3692627B2

JP3692627B2 - 遠心送風機

Info

Publication number: JP3692627B2
Application number: JP17016996A
Authority: JP
Inventors: 久志植田; 伊藤　　功治
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2016-06-28
Also published as: JPH1018996A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心式送風機に関するもので、車両用空調装置に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
遠心送風機は、周知のように、回転軸方向から吸入した空気を径外方向に吹き出す遠心式ファンと、この遠心多翼式ファンの回転軸周りに渦巻き状に形成されたケーシングとから構成されており、遠心式多翼ファンから、その周速に近い高速の絶対速度でもって吹き出された空気の運動エネルギの一部をケーシングによって圧力エネルギに変換して吹出口から吹き出すものである。そして、吹出口から吹き出される空気の流速および圧力はケーシングの形状に大きく依存しており、その意味において、ケーシングは遠心送風機の送風性能を決定する重要な構成部品である。したがって、ケーシング形状の最適化を図ることは、遠心送風機の送風性能の向上を図る上で重要な意味を有している。
【０００３】
このため、ケーシングの巻き始め部位から巻き終わり部位に向かうほどケーシングによって形成される渦巻き状の空気流路内を流れる風量が増加していくので、仮に空気流路の断面積が一定であるとすると、巻き始め部位から巻き終わり部位に向かうほど空気流路内を流れる空気の流速が上昇してしまう。そして、空気流路内を流れる空気の圧力損失は、周知のごとく流速の２乗に比例して大きくなるので、空気流路の断面積を一定にすることは、遠心送風機の効率向上を図る上で好ましくない。
【０００４】
したがって、理想的には、空気流路内全域に渡って流速が所定値であることが望ましい。しかし、これを実現しようとすると、ケーシングの外形寸法が大きくなってしまうので現実には難しい。
そこで、例えば、特開平５−１９５９９５号公報では、空気流路の断面積は、空気流路内の圧力損失が過度に大きくならない程度にケーシング巻き始めから巻き終わりに向かうほど大きくなるように設計されている。
【０００５】
なお、遠心式多翼ファンの軸方向に、単純に空気流路の断面積を拡大すると、遠心式多翼ファンと吸入口側のケーシング内壁との隙間が大きくなるので、送風能力は向上するが、後述するように、騒音は大きくなってしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、遠心式多翼ファンの径方向から吹き出した空気の多くは、ケーシング内を流れて吹出口から吹き出されるが、一部は、図６に示すように、遠心式多翼ファン７２と吸入口７５側のケーシング７４内壁との隙間７７ｃから吸入口側に向けて逆流する。このため、この逆流した空気と吸入空気との間の摩擦が発生し、騒音を発生させる。
【０００７】
したがって、この騒音原因の発生を防止するには、隙間７７ｃの間隔を小さくするとともに、遠心式多翼ファン７２の径外方端部から吸入口７５までに至る隙間７７ｃの長さを長くする手段が有効である。
しかし、隙間７７ｃの間隔を小さくするには、樹脂成形品であるケーシング７４や遠心式多翼ファン７２の寸法バラツキ、およびケーシング７４、遠心式多翼ファン７２およびモータ７３等の組付け寸法バラツキを小さくする必要があるので、単純に隙間７７ｃの間隔を小さくするいった手段では、遠心送風機の製造原価上昇を招いてしまう。（因みに、上記隙間の間隔は、現状では約３ｍｍである。）
また、隙間７７ｃの長さを単純に長くすると、ケーシング７４の高さ寸法Ｈが、シュラウド７７の傾斜面に沿って小さくなってしまうので、空気流路７４ａの断面積の縮小を招いてしまい、送風能力の低下を招いてしまう（特開平５−２９６１９４号公報参照）。
【０００８】
本発明は、上記点に鑑み、遠心式送風機において、送風能力を維持しつつ騒音低減を図ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。
請求項１または２に記載の発明では、対向屈曲部位（７８）とシュラウド（７７）との隙間（７７ｃ）に沿って吸入口（７５）近傍から径外方に向かう対向屈曲部位（７８）の対向長さ（Ｌ）は、渦巻き状の巻き始め部位（７４ｃ）から渦巻き状の巻き終わり部位（７４ｄ）に向かうほど小さくなっている。さらに、対向屈曲部位（７８）から連なるケーシング（７４）の内壁（７４ｂ）と駆動手段（７３）側のケーシング（７４）の内壁（７４ｅ）とのケーシング高さ（Ｈ）は、対向長さ（Ｌ）が小さくなるほど大きくなることを特徴とする。
【００１０】
ところで、隙間（７７ｃ）から吸入口（７５）側に向けての空気の逆流は、後述するように、渦巻き状の巻き始め部位（７４ｃ）に向かうほど大きくなるので、騒音は渦巻き状の巻き始め部位（７４ｃ）に向かうほど大きくなる。
そして、本発明によれば、対向屈曲部位（７８）の対向長さ（Ｌ）は、巻き始め部位（７４ｃ）から巻き終わり部位（７４ｄ）に向かうほど短くなっているので、巻き始め部位（７４ｃ）に向かうほど対向長さ（Ｌ）が長くなる。したがって、騒音を有効に防止することができる。
【００１１】
さらに、対向長さ（Ｌ）の縮小とともに、ケーシング高さ（Ｈ）が大きくなっているので、空気流路（７４ａ）の断面積を巻き終わり部位（７４ｄ）に向かうほど拡大させることができる。したがって、上述のように、送風能力の向上を図ることができる。
つまり、本発明によれば、送風能力の維持向上を図りつつ、騒音低減を図ることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、対向長さ（Ｌ）および前記ケーシング高さ（Ｈ）は、渦巻き状の巻き始め部位（７４ｃ）から渦巻き状の巻き終わり部位（７４ｄ）に渡って連続的に変化していることを特徴とする。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施の形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る遠心送風機（以下、送風機と略す。）を水冷エンジン搭載車両の車両用空調装置１に適用した場合の模式図である。
【００１４】
空調ケーシング２の空気上流側部位には、車室内気を吸入するための内気吸入口３と外気を吸入するための外気吸入口４とが形成されるとともに、これらの吸入口３、４を選択的に開閉する吸入口切換ドア５が設けられている。また、この吸入口切換ドア５は、サーボモータ等の駆動手段または手動操作によって開閉される。
【００１５】
この吸入口切換ドア５の下流側部位には、本実施形態に係る送風機７が配設されており、この送風機７により両吸入口３、４から吸入された空気が、後述する各吹出口１４、１５、１７に向けて送風されている。送風機７の空気下流側には、空気冷却手段をなす蒸発器９が配設されており、送風機７により送風された空気は全てこの蒸発器９を通過する。蒸発器９の空気下流側には、空気加熱手段をなすヒータコア１０が配設されており、このヒータコア１０は、エンジン１１の冷却水を熱源として空気を加熱している。なお、図１に示された送風機の図は、模式図であり、詳細は後述する。
【００１６】
空調ケーシング２には、ヒータコア１０をバイパスするバイパス通路１２が形成されており、ヒータコア１０の空気上流側には、ヒータコア１０を通る風量とバイパス通路１２を通る風量との風量割合を調節するエアミックスドア１３が配設されている。この風量割合の調節は、このエアミックスドア１３の開度を調節することにより調節される。
【００１７】
また、空調ケーシング２の最下流側部位には、車室内乗員の上半身に空調空気を吹き出すためのフェイス吹出口１４と、車室内乗員の足元に空気を吹き出すためのフット吹出口１５と、フロントガラス１６の内面に向かって空気を吹き出すためのデフロスタ吹出口１７とが形成されている。
そして、上記各吹出口１４、１５、１７の空気上流側部位には、それぞれ吹出モード切換ドア１８、１９、２０が配設されている。なお、これらの吹出モード切換ドア１８、１９、２０は、サーボモータ等の駆動手段または手動操作によって開閉される。
【００１８】
次に、図２を用いて送風機７について詳述する。
この送風機機７は回転軸方向から吸入した空気を径外方に向けて吹き出す遠心式の送風機であり、７２は回転軸周りに多数枚の翼（ブレード）７１を有する周知の遠心式多翼ファン７２（以下、ファンと略す。）である。そして、このファン７２はモータ等の駆動手段（以下、モータと呼ぶ。）７３によって回転駆動されており、送風量の制御は、このモータ７３の回転数を制御することによって行われている。
【００１９】
７４はファン７２を収納するとともに、ファン７２から吹き出した空気が流れる空気流路７４ａを構成し、ファン７２の回転軸周りに渦巻き状に形成されたポリプロピレン等の樹脂製のケーシングで、ケーシング７４の巻き終わり部位７４ｄの空気下流側には、空調ケーシング２に連通する吹出口７５ａが形成されている（図３参照）。そして、このケーシング７４のうち回転軸方向であって、モータ７３の反対側には、ケーシング７４内に空気を導く吸入口７５が開口している。この吸入口７５の外縁部のケーシング７４には、吸入口７５からファン７２の近傍まで延びるベルマウス７６が形成されており、このベルマウス７６により、吸入空気は吸入口７５から翼７１に向けて滑らかに導かれる。
【００２０】
また、多数枚の翼７１のうち吸入口７５側端部７１ａには、回転軸方向の断面形状が吸入口７５から径外方に向けて偏向する空気流れに沿うような形状を有する環状のシュラウド７７が形成され、このシュラウド７７には、端部７１ａから突出して吸入口７５側に延びる突出部７７ａが形成されている。そして、ベルマウス７６は、吸入口７５側から端部７１ａ側へと回転軸側からこの突出部７７ａを覆うようにモータ７３側に窪むようにして形成されている。
【００２１】
また、ケーシング７４のうちベルマウス７６近傍には、シュラウド７７と所定の隙間７７ｃを有して対向するとともに、ベルマウス７６から径外方に向けてシュラウド７７の形状に沿うように屈曲する対向屈曲部位７８が形成されている。この対向屈曲部位７８の対向長さ（隙間７７ｃに沿ってベルマウス７６から径外方に向かう長さ）Ｌは、図４に示すように、ケーシング７４の巻き始め部位７４ｃから巻き終わり部位７４ｄに向かうほど小さくなるとともに、対向屈曲部位７８に連なる吸入口７５側のケーシング内壁７４ｂとモータ７３側のケーシング内壁７４ｅとのケーシング高さＨは、対向長さＬが小さくなるほど大きくなっている。
【００２２】
なお、本実施形態では、対向長さＬおよびケーシング高さＨは、巻き始め部位７４ｃから巻き終わり部位７４ｄに渡って連続的に滑らかに変化している。
次に、本実施形態の特徴を述べる。
先ず、以下の説明の理解を容易にするために、発明者等が送風機の騒音発生原因について調査検討した点について述べる。
【００２３】
ケーシング７４の巻き始め部位７４ｃから巻き終わり部位７４ｄに向かうほど空気流路７４ａ内を流れる風量が増加していき、かつ、従来の技術の欄で述べたように、空気流路７４ａ内の流速は、空気流路７４ａ内全域に渡って一定ではなく、巻き終わり部位７４ｄに向かうほど小さくなっていくので、本実施形態に限らず、通常、巻き始め部位７４ｃから巻き終わり部位７４ｄに向かうほど空気流路７４ａ内の圧力は上昇していく。
【００２４】
そして、空気流路７４ａは、ノーズ部分（巻き始め部位７４ｃの近傍の部分）にて下流（巻き終わり部位７４ｄ）側と上流（巻き始め部位７４ｃ）側とが繋がっているので、ノーズ部分を経由して内圧の高い下流側の空気が、内圧の低い下流側に流れ込んでくる。
したがって、上流側ほど隙間７７ｃから吸入口７５側に向けて空気が逆流し易く、逆に下流側ほど逆流し難い。つまり、逆流による騒音は、上流側ほど発生し易く、逆に下流側ほど発生し難い。
【００２５】
そして、本実施形態によれば、対向屈曲部位７８の対向長さＬは、ケーシング７４の巻き始め部位７４ｃから巻き終わり部位７４ｄに向かうほど小さくなっている。したがって、逆流の発生し易い上流側ほど、対向長さＬが長くなっているので、騒音を有効に防止することができる。
さらに、対向長さＬの縮小とともに、ケーシング高さＨが大きくなっているので、空気流路７４ａの断面積を下流側に向かうほど拡大させることができるので、上述のように、送風能力の向上を図ることができる。
【００２６】
つまり、本実施形態によれば、送風能力の維持向上を図りつつ、騒音低減を図ることができる。
因みに、図５は本実施形態に係る送風機（実線）と、ケーシング高さを（Ｈ＋α）として一定とした送風機（一点鎖線）と、ケーシング高さをＨとして一定とした送風機（破線）とについて、比騒音Ｋ_sおよび圧力係数ψと流量係数φとの関係を比較試験した試験結果である。なお、ここで、αとは、巻き始め部位７４ｃでのケーシング高さと巻き終わり部位７４ｄでのケーシング高さとの差である。
【００２７】
図５から明らかなように、本実施形態に係る送風機（実線）は、ケーシング高さを（Ｈ＋α）として一定とした送風機（一点鎖線）に比べて、比騒音Ｋ_sで約２（ｄＢＡ）改善していることが判る。
また、本実施形態に係る送風機は、圧力係数ψの頂点（ピーク）がケーシング高さをＨとして一定とした送風機（破線）に比べて、流量係数φの高いところで現れている。したがって、本実施形態に係る送風機は、送風量を最も必要とする圧力損失の小さいフェイスモードなどでの使用に対して、特に有効であることが判る。
【００２８】
なお、発明者等試験検討によれば、圧力係数ψの頂点に対応する流量係数φは、αに略比例する（φ₁／φ₂∝α）との結果を得ている。つまり、αの値を適当に選定することにより、送風機の仕様に適合した圧力係数ψ特性を有する送風機を得ることが可能となる。
因みに、流量係数φが大きい状態とは、実際の車両用空調装置では、乗員上半身に空気を吹き出すフェイスモードなどの圧力損失の小さい状態での使用状態に相当し、流量係数φが小さい状態とは、乗員足元に空気を吹き出すフットモード等の圧力損失の大きい状態での使用状態に相当する。
【００２９】
また、上述のように、隙間７７ｃの間隔を小さくするこなく、逆流を有効に防止することができるので、遠心送風機の製造原価上昇を防止して騒音低減を図ることができる。
ところで、上述の実施形態では、対向長さＬおよびケーシング高さＨを連続的に滑らかに変化させたが、対向長さＬおよびケーシング高さＨを巻き始め部位７４ｃから巻き終わり部位７４ｄに掛けて他段階的に変化させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る遠心送風機を車両用空調装置に適用した場合の全体模式図である。
【図２】本実施形態に係る遠心送風機の断面図である。
【図３】図２のＡ矢視図である。
【図４】対向長さＬおよびケーシング高さＨの変化を示す断面図である。
【図５】本実施形態に係る送風機の比騒音Ｋ_sおよび圧力係数ψと流量係数φとの関係を示すグラフである。
【図６】従来の技術に係る送風機の断面図である。
【符号の説明】
７…遠心送風機、７１…翼、７２…遠心式多翼ファン、
７３…モータ（駆動手段）、７４…ケーシング、７５…吸入口、
７６…ベルマウス、７７…シュラウド、７８…対向屈曲部位。

Claims

回転軸周りに多数枚の翼（７１）を有し、前記回転軸方向から吸入した空気を径外方に向けて吹き出す遠心式多翼ファン（７２）と、
前記遠心式多翼ファン（７２）を収納するとともに前記遠心式多翼ファン（７２）から吹き出した空気が流れる空気流路（７４ａ）を構成し、前記遠心式多翼ファン（７２）の回転軸周りに渦巻き状に形成されたケーシング（７４）と、
前記ケーシング（７４）に形成され、前記回転軸方向一端側に開口する吸入口（７５）と、
前記回転軸方向他端側に配置され、前記遠心式多翼ファン（７２）を回転駆動する駆動手段（７３）と、
前記多数枚の翼（７１）のうち前記吸入口（７５）側の端部（７１ａ）に形成され、前記回転軸方向の断面形状が前記吸入口（７５）から径外方に向けて偏向する空気流れに沿うような形状を有する環状のシュラウド（７７）と、
前記ケーシング（７４）のうち前記吸入口（７５）近傍に形成され、前記シュラウド（７７）と所定の隙間（７７ｃ）を有して対向するとともに、前記吸入口（７５）から径外方に向けて前記シュラウド（７７）の形状に沿うように屈曲する対向屈曲部位（７８）とを備え、
前記隙間（７７ｃ）に沿って前記吸入口（７５）近傍から径外方に向かう前記対向屈曲部位（７８）の対向長さ（Ｌ）は、前記渦巻き状の巻き始め部位（７４ｃ）から前記渦巻き状の巻き終わり部位（７４ｄ）に向かうほど小さくなり、
さらに、前記対向屈曲部位（７８）から連なる前記ケーシング（７４）の内壁（７４ｂ）と前記駆動手段（７３）側の前記ケーシング（７４）の内壁（７４ｅ）とのケーシング高さ（Ｈ）は、前記対向長さ（Ｌ）が小さくなるほど大きくなることを特徴とする遠心送風機。
前記対向長さ（Ｌ）および前記ケーシング高さ（Ｈ）は、前記渦巻き状の巻き始め部位（７４ｃ）から前記渦巻き状の巻き終わり部位（７４ｄ）に渡って連続的に変化していることを特徴とする請求項１に記載の遠心送風機。