JP4273564B2 - 遠心式送風機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸周りに多数枚の翼を有し、回転軸方向から吸入した空気を遠心力により径外方に向けて吹き出す遠心ファンを備える遠心式送風機に関するもので、車両用空調装置に適用して有効である。
【0002】
【従来の技術】
遠心式送風機は、遠心ファンと、この遠心ファン(以下、ファンと略す。)を収納する渦巻き状のスクロールケーシングとを有して構成されている。
そして、スクロールケーシングは、ファンから吹き出す空気を集合させるとともに、約ファンの周速まで加速された空気の動圧を静圧に変換して、遠心式送風機から吹き出す空気の圧力を高めるものである。
【0003】
ところで、遠心式送風機における騒音の原因として、スクロールケーシングの巻き始め部(ノーズ部)近傍において発生する逆流空気と吸入空気と干渉が知られている。
そこで、一般的に、ノーズ部における遠心ファンとスクロールケーシングとの隙間(以下、この隙間をノーズギャップと呼ぶ)を大きくして、ノーズギャップから巻き終わり部側の空気を巻き始め側に流通させることにより、逆流しようとする空気に対して遠心ファンの回転方向成分を与え、空気が遠心ファンの径外方から径内方側に向けて翼間を逆流することを防止している。
【0004】
なお、逆流空気は、遠心式送風機に接続される通風系の圧力損失(通風抵抗)大きくなるほど、顕著に発生するものであるので、例えば車両用空調装置では、通風系の圧力損失が大きくなるフットモード及びデフモードにおいて騒音が発生し易い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記手段では、逆流しようとする空気のみならず、遠心ファンから吹き出す空気に対しても回転方向成分が与えられるので、遠心ファンから吹き出す空気がスクロールケーシング内を循環し、遠心ファンから吹き出す空気の動圧を有効に静圧に変換することが困難である。
【0006】
本発明は、上記点に鑑み、ノーズギャップを拡大することなく、騒音の低減を図ることを目的とする。
【0007】
【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、請求項1〜6に記載の発明では、スクロールケーシング(74)のうち吸入口(75)の外縁部には、スクロールケーシング(74)から吸入口(75)の上流側へ突出する突出壁(78)が設けられており、
突出壁(78)は、吸入口(75)の外縁部の円形状に沿ってスクロールケーシング(74)の巻き始め部側から巻き終わり部側に向けて延びるように回転軸(7a)を中心とする円弧形状に形成されていることを特徴とする。
【0008】
これにより、逆流空気の一部が吸入空気と干渉してしまうことを防止できので、ノーズギャップ拡大することなく、騒音の低減を図ることができる。
請求項5に記載の発明では、突出壁(78)のうち、吸入口(75)の外縁部に沿う長手方向端部には、長手方向端部に向かうほど、その突出寸法(H)が小さくなる傾斜部(78a)が設けられていることを特徴とする。
【0009】
これにより、突出壁(78)の長手方向端部において、鋭角的なエッジ部が形成されることを防止できるので、エッジ部において逆流空気又は吸入空気に乱れが発生することを抑制できる。したがって、突出壁(78)を設けることによって空気流れに乱れが発生し、新たな騒音が発生してしまうことを未然に抑制することができる。
【0010】
請求項6に記載の発明では、突出壁(78)の突出方向先端側には、回転軸(7a)側に向けて突き出した突き出し部(78b、78)が設けられていることを特徴とする。
これにより、吸入口(75)から突出壁(78)の突出方向先端側にずれた部位にて逆流空気と吸入空気とが干渉することを防止できるので、確実に騒音を低減することができる。
請求項7に記載の発明では、スクロールケーシング(74)のうち吸入口(75)の外縁部には、吸入口(75)の外縁部に沿ってスクロールケーシング(74)の巻き始め部側から巻き終わり部側に向けて延びるとともに、スクロールケーシング(74)から突出する突出壁(78)が設けられており、
突出壁(78)の突出方向先端側には、回転軸(7a)側に向けて突き出した突き出し部(78b、78)が設けられていることを特徴とする。
これにより、請求項1に記載の発明及び請求項6に記載の発明と同様の作用効果を発揮できる。
【0011】
請求項8に記載の発明では、スクロールケーシング(74)のうち吸入口(75)の外縁部には、翼(72)間を遠心ファン(71)の径外方から径内方側に向けて逆流して前記吸入口(75)からスクロールケーシング(74)外に向けて流出する逆流空気の流れと、吸入口(75)に吸入される吸入空気の流れとを仕切る仕切部材(79)が設けられていることを特徴とする。
【0012】
これにより、逆流空気の略全てを吸入空気と干渉させることなく、遠心式送風機外に放出することができるので、ノーズギャップを拡大することなく、騒音を低減することができる。
【0013】
また、請求項8に記載の発明では、仕切部材(79)のうち吸入口(75)の外縁部側には、巻き始め部側に向けて湾曲して逆流空気を導く湾曲部(79c)が形成されていることを特徴とする。
【0014】
これにより、遠心ファン(71)の回転方向(回転の向き)成分を含んで遠心ファン(71)の略接線方向に向けて流通する逆流空気をスムーズに仕切部材(79)に沿って流通させることができるので、仕切部材(79)を設けることによって空気流れに乱れが発生し、新たな騒音が発生してしまうことを未然に抑制することができる。
【0015】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【0016】
【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式送風機(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。
空気流路をなす空調ケーシング2の空気上流側部位には、車室内空気(以下、内気と呼ぶ)を吸入するための内気吸入口3と車室外空気(以下、外気と呼ぶ)を吸入するための外気吸入口4とが形成されているとともに、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。なお、この吸入口切換ドア5は、サーボモータ等の駆動手段又は手動操作によって開閉される。
【0017】
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に向けて送風される。
そして、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。
【0018】
また、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を通過する風量とバイパス通路12を通過す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。
【0019】
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又は手動操作によって開閉される。
【0020】
因みに、実際の車両用空調装置では、フット吹出口15及びデフロスタ吹出口17は、フェイス吹出口14より小さくなっているため、フットモード及びデフモードはフェイスモードに比べて空気の流通抵抗(圧力損失)が大きくなっている。
次に、図2を用いて送風機7について詳述する。
【0021】
71は回転軸7a周りに多数枚の翼(ブレード)72を有するとともに、回転軸7aの軸方向一端側から吸入した空気を径外方側に向けて吹き出す遠心式多翼ファン(以下、ファンと略す。)であり、73はファン71を回転駆動する電動モータ(駆動手段)である。74はファン71を収納するとともに、ファン71から吹き出す空気を集合させる流路74aを形成する渦巻き状に形成された樹脂製のスロールケーシング(以下、ケーシングと略す。)であり(図3参照)、このケーシング74には、回転軸7aの軸方向一端側に向けて開口した空気の吸入口75が形成されている。
そして、吸入口75の外縁部には、ファン71の内径縁側に吸入空気を向けて吸入空気を吸入口75に導くベルマウス76がケーシング74に一体成形されている。
【0022】
ところで、ファン71のうち吸入口75側には、ケーシング74の内壁74bと第1の隙間δ1を有して対向した対向面77aが形成されたシュラウド77が、ブレード72と共に樹脂にて一体成形されている。なお、このシュラウド77の断面形状は、ファン内径側から外径側に向かうほど空気流路の断面積が縮小する(ブレード高さhが小さくなる)ように、ブレード72を流通する主流の流線に沿うような形状(略円弧状)に形成されている(図4参照)。
【0023】
また、シュラウド77は、ファン71(ブレード72)の吸入口75側端部から回転軸7a方向一端側(紙面上方側)に延びて突出する延出部77bが形成されており、ベルマウス76からケーシング74の上面(吸入口75側の壁面)に至る部位は、延出部77bとの間に、第1の隙間δ1から連なる第2の隙間δ2が介在するように形成されている。
【0024】
また、ケーシング74のうち吸入口75の外縁部には、図3に示すように、吸入口75の外縁部に沿ってケーシング74の巻き始め部側から巻き終わり部側に向けて延びるとともに、ケーシング74から突出する突出壁(リブ)78が設けられている。
そして、この突出壁78は、少なくともケーシング74の巻き始め部を基準として55°から100°までの範囲内に設けられている(存在している)とともに、突出壁78のうち吸入口75の外縁部に沿った部位の寸法Lは、ベルマウス76の直径(吸入口75の外縁部の直径)Dの10%以上、150%以下(0.1D≦L≦1.5D)となるように選定されている。また、突出壁78の突出寸法Hは、ファン71のファン高さ(ブレード高さh)の5%以上、10%以下(0.05h≦H≦0.1h)となるように選定されている。
【0025】
因みに、本実施形態では、ベルマウス76の直径(吸入口75の外縁部の直径)D=180mmに対して寸法Lを20mm〜260mmとし、ブレード高さh=55mmに対して突出寸法Hを5mm〜40mmとしている。
次に、本実施形態の特徴を述べる。逆流空気Fは、「従来の技術」の欄で述べたように、ケーシング74の巻き始め部(ノーズ部)近傍において発生するとともに、図3(b)に示すように、ファン71の回転方向(回転の向き)成分を含んでファン71の略接線方向に向けて流通する。一方、ファン71に吸入される吸入空気Foは、逆流空気Fが発生していない部位(巻き始め部から巻き終わり部側にずれた部位)からファン71に吸入される。
【0026】
このとき、逆流空気Fの全てがファン71の接線方向に向けて流通するのではなく、逆流空気の主流F1から外れた副流F2が、ファン71によって誘起される吸入流れによりファン71に吸入される。このため、突出壁78を設けていない場合には、図5に示すように、本来の吸入空気Foと副流F2とが干渉してしまい、騒音が発生してしまう。
【0027】
これに対して、本実施形態では、図3に示すように、突出壁78が設けられているので、本来の吸入空気Foと副流F2とが干渉してしまうことを防止でき、騒音の低減を図ることができる。
なお、突出壁78の存在により、吸入空気Foの一部がファン71に吸入されなくなるが、吸入空気Foが吸入されなくなる分、逆流空気Fの一部(副流F2)が再びファン71に吸入されるので、送風機7全体として見れば、吸入空気量が減少することは殆どない。
【0028】
以上に述べたように、本実施形態によれば、ノーズギャップを拡大することなく、騒音の低減を図ることができる。なお、図6は突出高さHをパラメータとし、寸法Lを130mmとした場合において、突出壁78の位置を変化させたときの騒音低減量を示す試験結果であり、図7は突出高さHをパラメータとし、寸法Lを65mmとした場合において、突出壁78の位置を変化させたときの騒音低減量を示す試験結果である。因みに、突出壁78の位置は、図8に示すように、ケーシング74の巻き始め部を基準として、突出壁78のうち巻き始め部側の端部の位置にて表している。
【0029】
そして、図6〜8に示すように、突出壁78のうちケーシング74の巻き始め側(ノーズ側)端部は、ケーシング74の巻き始め部を基準として10°から100°までの範囲内に位置させ、さらに、突出壁78のうちケーシング74の巻き終わり側端部は、ケーシング74の巻き始め部を基準として10°より大きい部位から190°までの範囲内に位置させることが望ましいことが判る。
【0030】
また、図9は、本実施形態に係る送風機7の騒音と突出壁78を有していない送風機の騒音とを示す試験結果であり、図9から明らかなように、本実施形態に係る送風機7によれば、突出壁78を有していない送風機に比べて、最大12dB騒音が低下していることが判る。
なお、上記試験は、JIS B 8340に準拠したものである。
【0031】
(第2実施形態)
本実施形態は、図10に示すように、突出壁78のうち吸入口75の外縁部に沿う長手方向両端部に、長手方向端部に向かうほど、突出寸法Hが小さくなる傾斜部78aを設けたものである。
これにより、突出壁78の長手方向端部において、鋭角的(90°含む。)なエッジ部が形成されることを防止できるので、エッジ部において逆流空気F(主流F1)又は吸入空気Foに乱れが発生することを抑制できる。したがって、突出壁78を設けることによって空気流れに乱れが発生し、新たな騒音が発生してしまうことを未然に抑制することができる。
【0032】
(第3実施形態)
本実施形態は、図11、12に示すように、突出壁78の突出方向先端側に、回転軸7a側(吸入口75の中心側)に向けて突き出した突き出し部78bが設けたものである。
なお、図12では、突出壁78全体を回転軸7a側(吸入口75の中心側)に向けて傾斜させることにより、突出壁78全体により突き出し部78bを構成している。
【0033】
これにより、吸入口75から突出壁78の突出方向先端側にずれた部位にて逆流空気F(副流F2)と吸入空気Foとが干渉することを防止できるので、確実に騒音を低減することができる。
(第4実施形態)
上述の実施形態では、逆流空気Fの一部を再度ファン71に吸入させながら、逆流空気Fと吸入空気Foとが干渉することを防止したが、本実施形態は、図13に示すように、ケーシング74のうち吸入口75の外縁部に、ブレード72間を逆流する逆流空気Fの流れと、吸入口75に吸入される吸入空気Foの流れとを仕切る仕切部材79を設けたものである。
【0034】
なお、仕切部材79は、吸入口75の外縁部からファン71の径外方に向かう向きと略平行に拡がる壁面79aを有して構成された板状のものである。
これにより、逆流空気Fの略全てを吸入空気Foと干渉させることなく、送風機7外に放出することができるので、ノーズギャップを拡大することなく、図14に示すように仕切部材79を設けない送風機に比べて、騒音を低減することができる。
【0035】
ところで、仕切部材79は、前述のごとく、逆流空気Fの流れと吸入空気Foの流れとを仕切るものであるので、逆流空気Fが発生する部位に設けることが望ましいので、第1実施形態と同様に、ケーシング74の巻き始め部を基準として10°から190°までの範囲内で設けることが望ましい。
また、発明者等の試験検討によれば、仕切部材79のうち吸入口75の外縁部からファン71の径外方に向かう向きと略平行な部位の寸法Loは、吸入口75の外縁部直径Dの10%以上、35%以下となるように選定することが望ましいとの結果を得ている。さらに、仕切部材79の突出寸法Hoは、ブレード高さhの15%以上、75%以下となるように選定することが望ましいとの結論を得ている。
【0036】
因みに、本実施形態では、直径Dを160mm、ブレード高さhを55mmとして、寸法Loを20〜50mmとし、突出寸法Hoを10〜40mmとしている。
(第5実施形態)
本実施形態は、図15に示すように、仕切部材79のうち吸入口75の外縁部側に、回転軸7a側(吸入口75の中心側)に向かうほど、その突出寸法Hoが小さくなる傾斜部79bを設けたものである。
【0037】
これにより、第2実施形態と同様に、鋭角的(90°含む。)なエッジ部が形成されることを防止できるので、エッジ部において逆流空気F又は吸入空気Foに乱れが発生することを抑制できる。したがって、仕切部材79を設けることによって空気流れに乱れが発生し、新たな騒音が発生してしまうことを未然に抑制することができる。
【0038】
(第6実施形態)
本実施形態は、図16に示すように、仕切部材79のうち吸入口75の外縁部側に、ケーシング74の巻き始め部側に向けて湾曲して逆流空気Fを導く湾曲部79cを形成したものである。
これにより、ファン71の回転方向(回転の向き)成分を含んでファン71の略接線方向に向けて流通する逆流空気Fをスムーズに仕切部材79に沿って流通させることができるので、仕切部材79を設けることによって空気流れに乱れが発生し、新たな騒音が発生してしまうことを未然に抑制することができる。
【0039】
(その他の実施形態)
本実施形態は、図17に示すように、上述の実施形態において、送風機7の空気流れ上流側に空気中の塵埃を除去して空気を浄化するフィルタ80を設けたものである。この実施形態では、突出壁78又は仕切部材79によりフィルタ80を支持することができるので、新たに支持部材をケーシング74に設ける必要がなく、送風機7(空調装置)の製造原価低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】車両用空調装置の模式図である。
【図2】第1実施形態に係る送風機の断面図である。
【図3】(a)は第1実施形態に係る送風機の斜視図であり、(b)は第1実施形態に係る送風機の正面図である。
【図4】第1実施形態に係る送風機の部分拡大図である。
【図5】従来の技術に係る送風機の斜視図である。
【図6】突出壁の位置と騒音低減レベルとの関係を示すグラフである。
【図7】突出壁の位置と騒音低減レベルとの関係を示すグラフである。
【図8】突出壁の位置を示す模式図である。
【図9】騒音レベル(SPL)と周波数との関係を示すグラフである。
【図10】第2実施形態に係る送風機の斜視図である。
【図11】第3実施形態に係る送風機の斜視図である。
【図12】(a)は第3実施形態に係る送風機の斜視図であり、(b)は(a)の側面図である。
【図13】(a)は第4実施形態に係る送風機の斜視図であり、(b)は第4実施形態に係る送風機の正面図である。
【図14】騒音レベル(SPL)と周波数との関係を示すグラフである。
【図15】第5実施形態に係る送風機の斜視図である。
【図16】第6実施形態に係る送風機の斜視図である。
【図17】その他の実施形態に係る送風機の斜視図である。
【符号の説明】
7…送風機、71…遠心ファン、72…ブレード、75…吸入口、
76…ベルマウス、78…突出壁。
Claims (11)
- 回転軸(7a)周りに多数枚の翼(72)を有し、前記回転軸(7a)方向から吸入した空気を遠心力により径外方に向けて吹き出す遠心ファン(71)と、
前記遠心ファン(71)を収納するとともに、前記回転軸(7a)方向一端側に吸入口(75)を有し、前記遠心ファン(71)から吹き出す空気を集合させる渦巻き状のスクロールケーシング(74)とを備え、
前記スクロールケーシング(74)のうち前記吸入口(75)の外縁部には、前記スクロールケーシング(74)から前記吸入口(75)の上流側へ突出する突出壁(78)が設けられており、
前記突出壁(78)は、前記吸入口(75)の外縁部の円形状に沿って前記スクロールケーシング(74)の巻き始め部側から巻き終わり部側に向けて延びるように前記回転軸(7a)を中心とする円弧形状に形成されていることを特徴とする遠心式送風機。 - 前記突出壁(78)のうち前記スクロールケーシング(74)の巻き始め側端部は、前記スクロールケーシング(74)の巻き始め部を基準として10°から100°までの範囲内に位置し、さらに、前記突出壁(78)のうち前記スクロールケーシング(74)の巻き終わり側端部は、前記スクロールケーシング(74)の巻き始め部を基準として10°より大きい部位から190°までの範囲内に位置していることを特徴とする請求項1に記載の遠心式送風機。
- 前記突出壁(78)のうち前記吸入口(75)の外縁部に沿った部位の寸法(L)は、前記吸入口(75)の外縁部直径(D)の10%以上、150%以下となるように選定されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の遠心式送風機。
- 前記突出壁(78)の突出寸法(H)は、前記遠心ファン(71)のファン高さ(h)の5%以上、10%以下となるように選定されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の遠心式送風機。
- 前記突出壁(78)のうち、前記吸入口(75)の外縁部に沿う長手方向端部には、長手方向端部に向かうほど、その突出寸法(H)が小さくなる傾斜部(78a)が設けられていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の遠心式送風機。
- 前記突出壁(78)の突出方向先端側には、前記回転軸(7a)側に向けて突き出した突き出し部(78b、78)が設けられていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の遠心式送風機。
- 回転軸(7a)周りに多数枚の翼(72)を有し、前記回転軸(7a)方向から吸入した空気を遠心力により径外方に向けて吹き出す遠心ファン(71)と、
前記遠心ファン(71)を収納するとともに、前記回転軸(7a)方向一端側に吸入口(75)を有し、前記遠心ファン(71)から吹き出す空気を集合させる渦巻き状のスクロールケーシング(74)とを備え、
前記スクロールケーシング(74)のうち前記吸入口(75)の外縁部には、前記吸入口(75)の外縁部に沿って前記スクロールケーシング(74)の巻き始め部側から巻き終わり部側に向けて延びるとともに、前記スクロールケーシング(74)から突出する突出壁(78)が設けられており、
前記突出壁(78)の突出方向先端側には、前記回転軸(7a)側に向けて突き出した突き出し部(78b、78)が設けられていることを特徴とする遠心式送風機。 - 回転軸(7a)周りに多数枚の翼(72)を有し、前記回転軸(7a)方向から吸入した空気を遠心力により径外方に向けて吹き出す遠心ファン(71)と、
前記遠心ファン(71)を収納するとともに、前記回転軸方向(7a)一端側に吸入口(75)を有し、前記遠心ファン(71)から吹き出す空気を集合させる渦巻き状のスクロールケーシング(74)とを備え、
前記スクロールケーシング(74)のうち前記吸入口(75)の外縁部には、前記翼(72)間を前記遠心ファン(71)の径外方から径内方側に向けて逆流して前記吸入口(75)から前記スクロールケーシング(74)外に向けて流出する逆流空気の流れと、前記吸入口(75)に吸入される吸入空気の流れとを仕切る仕切部材(79)が設けられており、
前記仕切部材(79)のうち前記吸入口(75)の外縁部側には、前記巻き始め部側に向けて湾曲して前記逆流空気を導く湾曲部(79c)が形成されていることを特徴とする遠心送風機。 - 前記仕切部材(79)は、前記スクロールケーシング(74)の巻き始め部を基準として10°から190°までの範囲内に設けられていることを特徴とする請求項8に記載の遠心式送風機。
- 前記仕切部材(79)のうち、前記吸入口(75)の外縁部から前記遠心ファン(71)の径外方に向かう向きと略平行な部位の寸法(Lo)は、前記吸入口(75)の外縁部直径(D)の10%以上、35%以下となるように選定されていることを特徴とする請求項8又は9に記載の遠心式送風機。
- 前記仕切部材(79)の突出寸法(Ho)は、前記遠心ファン(71)のファン高さ(h)の15%以上、75%以下となるように選定されていることを特徴とする請求項8ないし10のいずれか1つに記載の遠心式送風機。
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