JP4183005B2 - 遠心多翼送風機 - Google Patents

Description

本願発明は、遠心多翼送風機に関し、さらに詳しくはスクロールケーシングを具備した遠心多翼送風機に関するものである。

従来、この種の遠心多翼送風機は、多数の羽根を有し且つ回転軸方向から吸入した空気を径方向に吹き出す多翼羽根車と、該多翼羽根車を収納するとともにこの多翼羽根車から吹き出した空気が流れる渦巻き状の通風路を構成し、前記回転軸の軸方向一端側に吸込口を有し且つ前記通風路の渦巻きの巻終わり部より下流側に吐出口を有するスクロールケーシングとを備えて構成されており、多翼羽根車の回転により吸込口から吸い込まれた空気に運動エネルギーが与えられ、多翼羽根車の径方向から吹き出された空気の動圧をスクロールケーシングによって静圧に変換させるようにしている（特許文献１参照）。

特開２００６−８３７７２号公報。

ところで、上記特許文献１に開示されているような遠心多翼送風機の場合、スクロールケーシング２の舌部２ａ（即ち、多翼羽根車１の外径とスクロールケーシング２の内径とが最も近接している部位）近傍に、スクロールケーシング２に沿って流れる回転方向流れと吐出口５に向かう流れとがあり、その流れにより、例えば多翼羽根車１内に気流が逆流するような渦Ｅが存在することとなる（図６（イ）参照）。そのため、空力性能の低下および騒音レベルの上昇を招く原因となっていた。図６において、符号３はスクロールケーシング２内の通風路、４は吸込口である。

ところで、上記構成の遠心多翼送風機の場合、多翼羽根車の径（即ち、ロータ径）に対する高さ（即ち、軸方向高さ）の比を大きくすると、風量を増大させることができるはずであるが、予期したほどの風量増大が得られない場合が生ずる。そこで、ロータの径と高さの比を変えて上記逆流渦Ｅの中心位置（即ち、舌部からの角度）θ（ｄｅｇ）の変化を調べたところ、図７に示す結果が得られた。つまり、ロータの径に対する高さの比が大きくなると、逆流渦Ｅの中心位置が最大９０°までずれてきているのである（図６（ロ）、（ハ）参照）。その結果、ロータのロータ径に対する軸方向高さの比を大きくしても、予期したほどの風量増大が得られないという現象が発生すると推論することができる。

一方、従来より、スクロールケーシング２の広がり角度（即ち、拡大率）αおよび拡大係数ｍは、次式（１）、（２）で与えられ、
対数螺旋の場合、Ｒｓ（θｓ）＝ｒ・ｅｘｐ（θｓ・ｔａｎα） （１）
アルキメデス螺旋の場合、Ｒｓ（θｓ）＝ｒ＋ｍθｓ （２）
ここで、θｓ：図１において、基準位置（スクロールケーシング２の舌部２ａ）からの 中心角
Ｒｓ：中心角θｓにおけるスクロールケーシング２の内径
ｒ：基準位置２ａでのスクロールケーシング２の内径
広がり角度αを大きくすると、遠心多翼送風機の性能が向上することがわかっていた。また、広がり角度αが大きすぎると、遠心多翼送風機の性能が低下することもわかっていた。

そこで、本発明者らは、スクロールケーシングの内部における逆流渦の挙動を発見したことにより、渦構造を把握した上でスクロールケーシングの曲線を補正することで性能向上を達成し得ることを知見した。

本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、スクロールケーシングを備えた遠心多翼送風機の性能向上および乱流騒音の低減を図ることを目的としている。

本願発明では、上記課題を解決するための第１の手段として、多数の羽根を有し且つ回転軸方向から吸入した空気を径方向に吹き出す多翼羽根車１と、該多翼羽根車１を収納するとともにこの多翼羽根車１から吹き出した空気が流れる渦巻き状の通風路３を構成し、前記回転軸の軸方向一端側に吸込口４を有し且つ前記通風路３の渦巻きの巻終わり部より下流側に吐出口５を有するスクロールケーシング２とを備えている遠心多翼送風機において、前記スクロールケーシング２の内面形状を、前記スクロールケーシング２の舌部２ａからの中心角θｓ、該中心角θｓにおける前記スクロールケーシング２の内径Ｒｓ、前記舌部２ａでの前記スクロールケーシング２の内径ｒ、前記スクロールケーシング２の中心角θｓの補正値βおよび前記スクロールケーシング２の拡大率αの関係がＲｓ（θｓ）＝ｒ・ｅｘｐ〔（θｓ＋β）・ｔａｎα〕で与えられる対数螺旋形状としている。

上記のように構成したことにより、スクロールケーシング２内における逆流渦Ｅの影響が抑制されることとなり、風量およびファン効率が大幅に向上するとともに、比騒音が大幅に低減される（図２ないし図５参照）。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第２の手段として、上記第１の手段を備えた遠心多翼送風機において、前記補正値βを５°〜１５°の範囲に設定することもでき、そのように構成した場合、風量およびファン効率がさらに大幅に向上するとともに、比騒音がさらに大幅に低減される（図２ないし図５参照）。なお、補正値βが５°未満となると、補正の効果がほとんどなく、性能にも変化がない。また、補正値βが１５°を超えると、スクロールケーシング２のサイズが大きくなり過ぎ、実用上製品設計の再考が必要となる。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第３の手段として、上記第１又は第２の手段を備えた遠心多翼送風機において、前記スクロールケーシング２の拡大率αを５．５〜７．０の範囲に設定することもでき、そのように構成した場合、風量およびファン効率が特に向上するとともに、比騒音が特に低減される（図２ないし図５参照）。なお、スクロールケーシング２の拡大率αが５．５未満あるいは７．０を超えると、性能が低下する（即ち、風量およびファン効率が低下し、比騒音が増大する）こととなる。

本願発明の第１の手段によれば、多数の羽根を有し且つ回転軸方向から吸入した空気を径方向に吹き出す多翼羽根車１と、該多翼羽根車１を収納するとともにこの多翼羽根車１から吹き出した空気が流れる渦巻き状の通風路３を構成し、前記回転軸の軸方向一端側に吸込口４を有し且つ前記通風路３の渦巻きの巻終わり部より下流側に吐出口５を有するスクロールケーシング２とを備えている遠心多翼送風機において、前記スクロールケーシング２の内面形状を、前記スクロールケーシング２の舌部２ａからの中心角θｓ、該中心角θｓにおける前記スクロールケーシング２の内径Ｒｓ、前記舌部２ａでの前記スクロールケーシング２の内径ｒ、前記スクロールケーシング２の中心角θｓの補正値βおよび前記スクロールケーシング２の拡大率αの関係がＲｓ（θｓ）＝ｒ・ｅｘｐ〔（θｓ＋β）・ｔａｎα〕で与えられる対数螺旋形状として、スクロールケーシング２内における逆流渦Ｅの影響が抑制されるようにしたので、風量およびファン効率が大幅に向上するとともに、比騒音が大幅に低減される（図２ないし図５参照）という効果がある。

本願発明の第２の手段におけるように、上記第１の手段を備えた遠心多翼送風機において、前記補正値βを５°〜１５°の範囲に設定することもでき、そのように構成した場合、風量およびファン効率がさらに大幅に向上するとともに、比騒音がさらに大幅に低減される（図２ないし図５参照）。

本願発明の第３の手段におけるように、上記第１又は第２の手段を備えた遠心多翼送風機において、前記スクロールケーシング２の拡大率αを５．５〜７．０の範囲に設定することもでき、そのように構成した場合、風量およびファン効率が特に向上するとともに、比騒音が特に低減される（図２ないし図５参照）。

以下、添付の図面を参照して、本願発明の好適な実施の形態について説明する。

この遠心多翼送風機は、片吸込型の遠心多翼送風機であり、図１に示すように、多数の羽根を有し且つ回転軸方向から吸入した空気を径方向に吹き出す多翼羽根車１と、該多翼羽根車１を収納するとともにこの多翼羽根車１から吹き出した空気が流れる渦巻き状の通風路３を構成し、前記回転軸の軸方向一端側に吸込口４を有し且つ前記通風路３の渦巻きの巻終わり部より下流側に吐出口５を有するスクロールケーシング２とを備えて構成されている。ここで、多翼羽根車１の外径と軸方向高さとの比は０．６に設定されている。このようにすると、図６（イ）〜（ハ）および図７に示すように、逆流渦Ｅの中心位置が最大９０°までずれてくる。

また、上記構成の遠心多翼送風機におけるスクロールケーシング２の拡大率（即ち、広がり角度）αおよび拡大係数ｍを、次式（３），（４）により規定する。

対数螺旋の場合、Ｒｓ（θｓ）＝ｒ・ｅｘｐ〔（θｓ＋β）・ｔａｎα〕 （３）
アルキメデス螺旋の場合、Ｒｓ（θｓ）＝ｒ＋ｍ（θｓ＋β） （４）
ここで、θｓ：図１において、基準位置（スクロールケーシング２の舌部２ａ）からの 中心角
Ｒｓ：中心角θｓにおけるスクロールケーシング２の内径
ｒ：基準位置２ａでのスクロールケーシング２の内径
β：スクロールケーシング２の中心角補正値
そして、β＝３°、β＝５°、β＝１０°、β＝１５°としたときのスクロールケーシング２の拡大率αに対する性能および音低減の変化を調べたところ、図２〜図５に示す結果が得られた。図２〜図５において、曲線Ｘ，Ｘ′は風量（補正後および従来例）を示し、曲線Ｙ，Ｙ′は、ファン効率（補正後および従来例）を示し、曲線Ｚ，Ｚ′は比騒音（補正後および従来例）を示している。

上記結果によれば、スクロールケーシング２の拡大率αを５．５〜７．０の範囲に設定すると、スクロールケーシング２内における逆流渦Ｅの影響が抑制されることとなり、風量およびファン効率が大幅に向上するとともに、比騒音が大幅に低減される（図２ないし図５参照）という効果が得られる。この場合、補正後と従来例とで同じ傾向を示している。なお、ここでは、対数螺旋の場合について説明しているが、アルキメデス螺旋の場合であっても同様である。このとき、拡大率αに代えて拡大係数ｍが用いられる。

また、上記結果によれば、β＝３°に場合には、図２に示すように、補正後と従来例との間に殆ど性能に変化がなく、β＝５°、β＝１０°、β＝１５°の場合には、図３〜図５に示すように、補正後の方が従来例に比べて、性能が向上し且つ比騒音が低減しており、特にスクロールケーシング２の拡大率α＝５．５〜７．０の範囲において顕著である。なお、β＝１５°とすると、スクロールケーシング２のサイズが、従来例と比較して３％程度大きくなる。従って、β＞１５°とすると、実用上製品設計の再考が必要となるため、５°≦β≦１５°の範囲とするのが望ましい。

上記実施の形態においては、片吸込型の遠心多翼送風機について説明したが、本願発明は、両吸込型の遠心多翼送風機にも適用できるものであることは言うまでもない。

本願発明の実施の形態にかかる遠心多翼送風機の断面図である。 本願発明の実施の形態にかかる遠心多翼送風機と従来例との性能（β＝３°の場合）を比較した特性図である。 本願発明の実施の形態にかかる遠心多翼送風機と従来例との性能（β＝５°の場合）を比較した特性図である。 本願発明の実施の形態にかかる遠心多翼送風機と従来例との性能（β＝１０°の場合）を比較した特性図である。 本願発明の実施の形態にかかる遠心多翼送風機と従来例との性能（β＝１５°の場合）を比較した特性図である。 ロータ径とロータ軸方向高さの比を変えた遠心多翼送風機の斜視図であり、（イ）はロータ径：ロータ軸方向高さ＝０．２０の場合、（ロ）はロータ径：ロータ軸方向高さ＝０．４０の場合、（ハ）はロータ径：ロータ軸方向高さ＝０．６０の場合である。 遠心多翼送風機における逆流渦の中心位置とロータ径・高さ比との関係を示す特性図である。

符号の説明

１は多翼羽根車
２はスクロールケーシング
２ａは舌部
３は通風路
４は吸込口
５は吐出口

Claims (3)

1. 多数の羽根を有し且つ回転軸方向から吸入した空気を径方向に吹き出す多翼羽根車（１）と、該多翼羽根車（１）を収納するとともにこの多翼羽根車（１）から吹き出した空気が流れる渦巻き状の通風路（３）を構成し、前記回転軸の軸方向一端側に吸込口（４）を有し且つ前記通風路（３）の渦巻きの巻終わり部より下流側に吐出口（５）を有するスクロールケーシング（２）とを備えている遠心多翼送風機であって、前記スクロールケーシング（２）の内面形状を、前記スクロールケーシング（２）の舌部（２ａ）からの中心角（θｓ）、該中心角（θｓ）における前記スクロールケーシング（２）の内径（Ｒｓ）、前記舌部（２ａ）での前記スクロールケーシング（２）の内径（ｒ）、前記スクロールケーシング（２）の中心角（θｓ）の補正値（β）および前記スクロールケーシング（２）の拡大率（α）の関係がＲｓ（θｓ）＝ｒ・ｅｘｐ〔（θｓ＋β）・ｔａｎα〕で与えられる対数螺旋形状としたことを特徴とする遠心多翼送風機。
2. 前記補正値（β）を５°〜１５°の範囲に設定したことを特徴とする請求項１記載の遠心多翼送風機。
3. 前記スクロールケーシング（２）の拡大率（α）を５．５〜７．０の範囲に設定したことを特徴とする請求項１および２のいずれか一項記載の遠心多翼送風機。

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