JP3861402B2

JP3861402B2 - 遠心多翼ファン

Info

Publication number: JP3861402B2
Application number: JP26063297A
Authority: JP
Inventors: 浩司松永; 輝彦亀岡; 和利桑山; 亨田中; 伊藤　　功治; 光杉
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-09-25
Filing date: 1997-09-25
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2017-09-25
Also published as: JPH1193893A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸方向から空気を吸入して径外方に向けて空気を吹き出す遠心多翼ファンに関するもので、車両用空調装置の遠心送風機に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用空調装置の遠心送風機には、小型化を図りつつ、高い風量（吐出圧力）を実現すべく、ファン出口角βが６０°未満の、いわゆるシロッコファンが使用されていた（図１２参照）。
なお、遠心多翼ファンにおいてファン出口角βとは、翼（ブレード）７１による外径縁Ｓと翼との交差角度であって、遠心多翼ファンの回転方前進側から計測した角度のことを言う（図１２参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、シロッコファンは、シロッコファン単体では静圧が殆ど発生しないので、シロッコファンを収納する渦巻き状のスクロールケーシングにより、シロッコファンから吹き出す空気の動圧を静圧に変換する必要がある。このため、シロッコファンを使用した遠心送風機では、送風能力向上を図る上でスクロールケーシングの最適化を図ることが重要な課題となる。
【０００４】
しかし、車両用空調装置においては、車両に搭載するあたって幾多の寸法上の制約条件があるため、必ずしも、スクロールケーシングの最適化を図ることができず、送風能力低下を招いていた。
本発明は、上記点に鑑み、遠心多翼ファン単体で、送風能力向上を図ることを目的とする。
【０００５】
【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１〜３に記載の発明では、第１翼（７１ａ）による第１内径縁（Ｓ１_IN）の第１内半径（Ｒ１_IN）は、第２翼（７１ｂ）による第２内径縁（Ｓ２_IN）の第２内半径（Ｒ２_IN）に比べて小さく、かつ、各翼（７１ａ、７１ｂ）のファン出口角（βａ、βｂ）は、７０°〜１２０°であることを特徴とする。
【０００６】
第１に、ファン出口角（βａ、βｂ）は、７０°〜１２０°であるので、空気に与えられる遠心力の一部が各翼（７１ａ、７１ｂ）により静圧に変換される。したがって、各翼（７１ａ、７１ｂ）の間を通過する間に遠心多翼ファンから吹き出す空気の静圧が大きくなり、遠心多翼ファン単体で、送風能力の向上を図ることができる。
【０００７】
第２に、第１内半径（Ｒ１_IN）が第２内半径（Ｒ２_IN）に比べて小さくなっているので、遠心多翼ファンの内径側から外径側に向けて空気流れに沿って見ると、遠心多翼ファンの内径側では翼枚数が少なくなり、一方、外径側では翼枚数が増大する形状となる。
したがって、第１内径縁（Ｓ１_IN）側における吸入抵抗、および各第１、２翼（７１ａ、７１ｂ）間の流通する空気の摩擦損失を低減しつつ、風速分布曲線を滑らかにすることができるので、後述するサイレン音を低減することができる。
【０００８】
また、本発明では、第１内半径（Ｒ１_IN）が第２内半径（Ｒ２_IN）に比べて小さくなっていることにより、第２翼（７１ｂ）は遠心多翼ファンの外径側に位置することとなるので、各翼（７１ａ、７１ｂ）間寸法の変化を小さくすることができる。したがって、各翼（７１ａ、７１ｂ）間を空気が流通する際の動圧の損失を小さくすることができるので、送風能力向上および騒音低減を図ることができる。
そして、請求項１に記載の発明では、上記特徴事項に加えて、第２翼（７１ｂ）による第２外径縁（Ｓ２ _OUT ）の第２外半径（Ｒ２ _OUT ）と第２内半径（Ｒ２ _IN ）との差（Ｌ _S ）が、第１翼（７１ａ）による第１外径縁（Ｓ１ _OUT ）の第１外半径（Ｒ１ _OUT ）と第１内半径（Ｒ１ _IN ）との差（Ｌ）の３０％〜７０％であることを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明では、上記特徴事項に加えて、両翼（７１ａ、７１ｂ）の枚数が、単位をミリメートルとする第１翼（７１ａ）による第１外径縁（Ｓ１ _OUT ）の直径（Ｄ）の２０％〜４０％内に含まれる整数値であることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明では、上記特徴事項に加えて、第１翼（７１ａ）による第１外径縁（Ｓ１ _OUT ）の第１外半径（Ｒ１ _OUT ）と第１内半径（Ｒ１ _IN ）との差（Ｌ）が、第１外径縁（Ｓ１ _OUT ）の直径（Ｄ）の１０％〜３０％であることを特徴とする。
【０００９】
以上に述べたように、本発明によれば、遠心多翼ファンの送風能力を向上させつつ、サイレン音の低減を図ることができる。
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。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る遠心多翼ファンを使用した遠心送風機（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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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（吹出調節手段）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。
【００１５】
次に、送風機７について詳述する。
この送風機７は、前述のごとく、回転軸７３ａ方向から吸入した空気を径外方に向けて吹き出す遠心多翼ファン（以下、ファンと略す。）７２を有する送風機である（図２参照）。
そして、ファン７２は、図３に示すように、回転軸７３ａ周りに円周状に配設された多数枚の第１ブレード（第１翼）７１ａ、第１ブレード７１ａ間に配設された第２ブレード（第２翼）７１ｂ、および両ブレード７１ａ、７１ｂを保持する、円周状の外径縁を有するように凹面状に形成されたフランジ部７１ｃ（図２参照）から構成されている。
【００１６】
因みに、ファン７２は、フランジ部（ボス部）７１ｃを介して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、その送風量の制御は、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。また、両ブレード７１ａ、７１ｂおよびフランジ部７１ｃは樹脂にて一体成形されている。
ところで、両ブレード７１ａ、７１ｂは、図３、４に示すように、第１ブレード７１ａによる第１内径縁Ｓ１_INの第１内半径Ｒ１_INが、第２ブレード７１ｂによる第２内径縁Ｓ２_INの第２内半径Ｒ２_INに比べて小さくなり（Ｒ１_IN＜Ｒ２_IN）、かつ、各ブレード７１ａ、７１ｂのファン出口角βａ、βｂが７０°〜１２０°（本実施形態では、略９０°）となるように設定されている（図６参照）。
【００１７】
ここで、ファン出口角βａとは、図４に示すように、第１ブレード７１ａと第１ブレード７１ａによる第１外径縁Ｓ１_OUTとの交差角度であって、ファン７２の回転方向前進側から計測した角度である。同様に、ファン出口角βｂとは、第２ブレード７１ｂと第２ブレード７１ｂによる第２外径縁Ｓ２_OUTとの交差角度であって、ファン７２の回転方向前進側から計測した角度である。なお、本実施形態では、２つの外径縁Ｓ１_OUT、Ｓ２_OUTは互いに一致して（重なって）いる。
【００１８】
また、第２ブレード７１ｂによる外径縁Ｓ２_OUTの第２外半径Ｒ２_OUTと第２内半径Ｒ２_INとの差（以下、この差を第２ブレード７１ｂの翼長さＬ_Sと呼ぶ。）は、第１ブレード７１ａによる外径縁Ｓ１_OUTの第１外半径Ｒ１_OUTと第１内半径Ｒ１_INとの差（以下、この差を第１ブレード７１ａの翼長さＬと呼ぶ。）の３０％〜７０％となるように設定され（図８参照）、かつ、第１ブレード７１ａの翼長さＬは、第１ブレード７１ａによる外径縁Ｓ１_OUTの直径Ｄの１０％〜３０％となるように設定されている（図９参照）。
【００１９】
さらに、両ブレード７１ａ、７１ｂの枚数Ｚは、単位をミリメートルとする直径Ｄの２０％〜４０％内に含まれる整数値となるように設定されている（図８参照）。
ところで、図２中、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を構成する、ファン７２の回転軸７３ａ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、このケーシング７４の巻き終わり部位７４ｂの空気下流側には、空調ケーシング２に連通する吹出口７５が形成されている（図３参照）。
【００２０】
そして、このケーシング７４のうち回転軸７３ａ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７６が開口している。この吸入口７６の外縁部のケーシング７４には、ベルマウス７７が形成されており、このベルマウス７７により、吸入空気は吸入口７６から翼７１に向けて滑らかに導かれる。
【００２１】
また、ファン７２のうち吸入口７６側には、ファン７２の外径側に向かうほど、翼７１間を流通する空気の通路断面積をモータ７３側に向けて小さくする、環状のシュラウド７８が形成されている。一方、ケーシング７４のうちシュラウド７８と対向する部位には、シュラウド７８と所定隙間δを隔ててシュラウド７８に沿うように対向壁７９が、ベルマウス７７から連なって環状に形成されている。
【００２２】
また、ケーシング７４の吸入口７６側には、対向壁７９からファン７２の径外方に向けて連なって、回転軸７３ａ方向に対して傾斜した傾斜面８０ａを有する傾斜壁８０が形成されており、この傾斜壁８０の傾斜面８０ａは、ケーシング７４の巻き角θ全周に渡って滑らかに連続している。
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００２３】
本実施形態によれば、各ブレード７１ａ、７１ｂのファン出口角βａ、βｂが７０°〜１２０°に設定されているので、空気に与えられる遠心力の一部が各ブレード７１ａ、７１ｂにより静圧に変換される（図５参照）。したがって、ファン７２から吹き出す空気の静圧が大きくなるので、ファン７２単体で、送風能力の向上を図ることができる。
【００２４】
ところで、本実施形態に係るファン７２に限らず、通常の遠心ファンはブレードを回転させることによりブレード間に存在する空気に遠心力を与えて、ブレード間に存在する空気を遠心ファンの径外方に向けて吹き出すものであるため、その風速は、図６に示すように、隣合うブレード７１の略中央が最大風速となり、かつ、ブレード７１の翼面（空気と接触する面）７１ｄ近傍で風速が最小とるように分布する。このため、遠心ファン全周の風速分布曲線は、歯車のような形状になる。
【００２５】
このため、隣合うブレード７１の略中央から吹き出した最大風速を有する空気（歯車状の風速分布曲線のうち歯先に相当する部分）が、ケーシング７４のノーズ部７４ｃ（図３参照）に衝突するため、遠心ファンの回転数およびブレード７１の枚数（ブレード７１間の数）に比例する騒音（以下、この騒音をサイレン音と呼ぶ。）が発生する。
【００２６】
したがって、サイレン音を低減するには、前述したサイレン音の発生原因からも明らかなように、風速分布を均一にする、すなわち歯車状の風速分布曲線を滑らかな円周状にすればよい。具体的には、歯車が噛み合うときに発生する騒音を低減するために歯数を増大させるがごとく、ブレード７１の枚数を増大させて、遠心ファンの外径側におけるブレード７１間の寸法を小さくすればよい。
【００２７】
しかし、ブレード７１の枚数を増大させてブレード７１間の寸法を小さくすると、遠心ファンの内径側において、空気がブレード７１間に吸入される際の吸入抵抗、およびブレード７１間を流通する空気の摩擦損失が大きくなる。
また、遠心ファンを樹脂にて成形した際には、ブレード７１間の寸法が小さくなると、型抜き作業の作業性（離型性）が低下するため、遠心ファンの歩留りが低下し、遠心ファンの製造原価上昇を招いてしまう。
【００２８】
これに対して、本実施形態に係るファン７２では、第１内半径Ｒ１_INが第２内半径Ｒ２_INに比べて小さくなっているので、ファン７２内径側から外径側に向けて空気流れに沿って見ると、遠心多翼ファンの内径側では翼枚数が少なくなり、一方、外径側では翼枚数が増大する形状となる（図４参照）。
したがって、第１内径縁Ｓ１_IN側における隣合うブレード（第１ブレード７１ａ）間の寸法が小さくなることを防止しつつ、第１外径縁Ｓ１_OUT（第２外径縁Ｓ２_OUT）側における隣合うブレード（第１、２ブレード７１ａ、７１ｂ）間の寸法を小さくすることができる。
【００２９】
したがって、第１内径縁Ｓ１_IN側における吸入抵抗、および各第１、２ブレード７１ａ、７１ｂ間の流通する空気の摩擦損失を低減しつつ、風速分布曲線を滑らかにして（図７参照）サイレン音を低減することができる。
また、各第１、２ブレード７１ａ、７１ｂ間の寸法が小さくなることを防止できるので、ファン７２の離型性を向上させることができる。
【００３０】
ところで、通常の遠心ファン（ラジアルファン）のブレード７１間の寸法は、図６に示すように、遠心ファンの内径側から外径側に向かうほど拡大するので、空気が遠心ファンの内径側から外径側に向かうほど空気の流れが不安定になる。このため、図６に示すような遠心ファンでは、送風能力低下および騒音増大等の問題が発生する。
【００３１】
しかし、本実施形態では、ファン７２の外径側に、第２ブレード７１ｂを有しているので、図６に示すような遠心ファンに比べて、各ブレード７１ａ、７１ｂ間の寸法が内径側から外径側に向かうほど拡大しない。したがって、送風能力向上および騒音低減を図ることができる。
以上に述べたように、本実施形態によれば、ファン７２の送風能力向上および騒音（サイレン音）低減を図りつつ、ファン７２の製造原価低減を図ることができる。
【００３２】
また、第１内半径Ｒ１_INが第２内半径Ｒ２_INに比べて小さくなっているので、図６に示すような翼長さが全て等しい遠心ファンに比べて、実質的な空気の吸入面積が大きくなる。したがって、フランジ部（ボス部）７１ｃの高さ寸法Ｈ（図２参照）が大きくなっても所定以上の吸入面積を確保することができるので、高さ寸法Ｈによって風量が大きく低下することを防止できる（図１０参照）。
【００３３】
なお、高さ寸法Ｈとは、図２に示すように、フランジ部（ボス部）７１ｃのうち吸入口７６側端部からモータ７３側端部までの距離を言う。また、図１０中、実線は本実施形態に係るファン７２であり、破線は図６に示すような翼長さが全て等しい遠心ファンである。
ところで、第１、２ブレード７１ａ、７１ｂの形状および配置関係は、図４、７に示すものに限定されるものではなく、図１１の（ａ）〜（ｇ）に示すような形状および配置関係としてもよい。
【００３４】
なお、図１１の（ｃ）は第１ブレード７１ａと第２ブレード７１ｂとの形状が異なる例であり、（ｂ）は第２ブレード７１ｂを隣り合う第１ブレード７１ａの略中央からずらした位置に配置した例であり、（ｇ）は（ａ）〜（ｆ）を組み合わせた例である。因みに、図１１の（ｂ）から明らかなように、第２ブレード７１ｂの配置位置は、第１ブレード７１ａの略中央に限定されるものではない。
【００３５】
因みに、風量Ｖａおよび比騒音Ｋｓの用語の定義は、ＪＩＳＢ０１３２によるものであり、試験方法はＪＩＳＢ８３４０に準拠したものである。
【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】本発明の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】本発明に係るファンの拡大図である。
【図５】ファン出口角と静圧との関係を示すグラフである。
【図６】翼長さが等しいファンの拡大図である。
【図７】本発明に係るファンの拡大図である。
【図８】比騒音および風量と翼長さおよびフレード枚数との関係の試験結果を示すグラフである。
【図９】比騒音および風量と翼長さのファン直径Ｄとの関係の試験結果を示すグラフである。
【図１０】フランジ部（ボス部）の高さ寸法と風量との関係の試験結果を示すグラフである。
【図１１】第１、２ブレードの形状および配置関係の変形例を示す模式図である。
【図１２】シロッコファンの拡大図である。
【符号の説明】
７１ａ…第１ブレード（第１翼）、７１ｂ…第２ブレード（第２翼）。

Claims

回転軸方向から空気を吸入して径外方に向けて空気を吹き出す遠心多翼ファンであって、
前記回転軸回りに円周状に配設された多数枚の第１翼（７１ａ）と、
前記第１翼（７１ａ）間に配設された第２翼（７１ｂ）とを有し、
前記第１翼（７１ａ）による第１内径縁（Ｓ１_IN）の第１内半径（Ｒ１_IN）は、前記第２翼（７１ｂ）による第２内径縁（Ｓ２_IN）の第２内半径（Ｒ２_IN）に比べて小さく、
前記第２翼（７１ｂ）による第２外径縁（Ｓ２ _OUT ）の第２外半径（Ｒ２ _OUT ）と前記第２内半径（Ｒ２ _IN ）との差（Ｌ _S ）は、前記第１翼（７１ａ）による第１外径縁（Ｓ１ _OUT ）の第１外半径（Ｒ１ _OUT ）と前記第１内半径（Ｒ１ _IN ）との差（Ｌ）の３０％〜７０％であり、
さらに、各翼（７１ａ、７１ｂ）のファン出口角（βａ、βｂ）は、７０°〜１２０°であることを特徴とする遠心多翼ファン。
回転軸方向から空気を吸入して径外方に向けて空気を吹き出す遠心多翼ファンであって、
前記回転軸回りに円周状に配設された多数枚の第１翼（７１ａ）と、
前記第１翼（７１ａ）間に配設された第２翼（７１ｂ）とを有し、
前記第１翼（７１ａ）による第１内径縁（Ｓ１_IN）の第１内半径（Ｒ１_IN）は、前記第２翼（７１ｂ）による第２内径縁（Ｓ２_IN）の第２内半径（Ｒ２_IN）に比べて小さく、
前記両翼（７１ａ、７１ｂ）の枚数は、単位をミリメートルとする前記第１翼（７１ａ）による第１外径縁（Ｓ１ _OUT ）の直径（Ｄ）の２０％〜４０％内に含まれる整数値であり、
さらに、各翼（７１ａ、７１ｂ）のファン出口角（βａ、βｂ）は、７０°〜１２０°であることを特徴とする遠心多翼ファン。
回転軸方向から空気を吸入して径外方に向けて空気を吹き出す遠心多翼ファンであって、
前記回転軸回りに円周状に配設された多数枚の第１翼（７１ａ）と、
前記第１翼（７１ａ）間に配設された第２翼（７１ｂ）とを有し、
前記第１翼（７１ａ）による第１内径縁（Ｓ１_IN）の第１内半径（Ｒ１_IN）は、前記第２翼（７１ｂ）による第２内径縁（Ｓ２_IN）の第２内半径（Ｒ２_IN）に比べて小さく、
前記第１翼（７１ａ）による第１外径縁（Ｓ１ _OUT ）の第１外半径（Ｒ１ _OUT ）と前記第１内半径（Ｒ１ _IN ）との差（Ｌ）は、前記第１外径縁（Ｓ１ _OUT ）の直径（Ｄ）の１０％〜３０％であり、
さらに、各翼（７１ａ、７１ｂ）のファン出口角（βａ、βｂ）は、７０°〜１２０°であることを特徴とする遠心多翼ファン。