JP4395929B2 - 遠心送風機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心送風機に関するもので、車両用空調装置に用いて有効である。
【０００２】
【従来の技術】
遠心送風機（以下、送風機と略す。）で発生する騒音の１つとして、渦巻き状のスクロールケーシング（以下、ケーシングと略す。）内を逆流する逆流空気は遠心式多翼ファン（以下、ファンと略す。）の翼に衝突（干渉）することによるものがある。
【０００３】
この騒音を低減する手段として、特開平１１−８２３６６号公報に記載の発明では、ケーシングの巻き終わり側からノーズ部に渡って、翼の外周上部（ファンの径外方側）を覆う、円弧状に湾曲した帯板状の突出壁を設けている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、発明者等は、上記公報に記載の送風機を試作検討したところ、送風機の吐出口に接続される空気ダクト等の圧力損失が大きい場合（以下、このような状態を高圧損状態と呼ぶ。）には、聴感上（体感上）耳障りに感じる騒音を十分に低減することができなかった。
【０００５】
なお、高圧損状態とは、例えば車両用空調装置においては、乗員の足元等に空気を吹き出す状態（いわゆるフットモード）もしくはフロントガラス等に向けて空気を吹き出す状態（いわゆるデフモード）に相当する。因みに、車両用空調装置において、送風機の吐出口に接続される空気ダクト等の圧力損失が小さい場合（以下、このような状態を低圧損状態と呼ぶ。）とは、乗員の上半身に向けて空気を吹き出す状態（いわゆるフェイスモード）に相当する。
【０００６】
そこで、発明者等は、騒音を十分に低減することができなかった原因を解明すべく、突出壁周りの空気流れを重点的に調査試験したところ、以下の点を突き止めた。
【０００７】
すなわち、低圧損状態では、逆流空気が突出壁によって堰き止められているので、逆流空気とファンとの衝突が防止されるものの、高圧損状態では逆流空気が増大するため、突出壁により堰き止められていた逆流空気が、渦を巻きながら成長（増大）していき、周期的に溢れ出るように突出壁を乗り越えてしまう。
【０００８】
そこで、発明者等は、聴感上（体感上）耳障りと感ずる騒音（以下、単に騒音と呼ぶ。）を計測したところ、この騒音が発生する周期（タイミング）と、逆流空気が突出壁を乗り越える周期（タイミング）とが略一致することを発見した。
【０００９】
本発明は、上記点に鑑み、突出壁を乗り越える逆流空気による騒音の低減を図ることを目的とする。
【００１０】
【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１〜２に記載の発明では、ケーシング（７４）内のうち吸入口（７６）側には、吸入口（７６）と反対側に向けて突出する突出壁（８０）が設けられているとともに、この突出壁（８０）は、遠心式多翼ファン（７２）の径外方側のうち、ケーシング（７４）の渦巻き終わり側からケーシング（７４）のノーズ部（７４ｃ）に至る所定の範囲を覆っている。そしてさらに、突出壁（８０）のうち空気流路（７４ａ）側には、回転軸（７３ａ）に対して所定の傾斜角（θ１）を有して傾斜した傾斜面（８１）が突出壁（８０）と接続して形成されており、
傾斜面（８１）は、ノーズ部（７４ｃ）に近づくほど面積が小さくなってケーシング（７４）の内壁面と滑らかに繋がっていることを特徴とする。
【００１１】
これにより、突出壁（８０）により堰き止められた逆流空気は、傾斜面（８１）に沿って連続的に突出壁８０を乗り越えて遠心式多翼ファン（７２）と衝突（干渉）するものの、逆流空気が連続的に遠心式多翼ファン（７２）に向けて逆流していくので、上記公報に記載の送風機のごとく、突出壁により堰き止められていた逆流空気が、渦を巻きながら成長（増大）して、周期的に突出壁を乗り越えるといった現象が発生しない。
【００１２】
したがって、遠心式多翼ファン（７２）に衝突する際の逆流空気の量が均一化するので、衝突により発生する騒音の変化が小さくなる。このため、騒音が断続的に発生しないので、聴感上（体感上）耳障りと感ずる騒音が低下する。
【００１４】
また、傾斜角度（θ１）は、請求項２に記載のごとく、２０°以上７０°以下とすることが望ましい。
【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】
本実施形態は、本発明に係る遠心送風機（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に適用したものであって、図１は車両用空調装置の模式図である。
【００１７】
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。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または手動操作によって開閉される。
【００１８】
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を通過し冷却される。
【００１９】
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（内燃機関）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。
【００２０】
空調ケーシング２には、ヒータコア１０を迂回して空気を流通させるバイパス通路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（温風量）とバイパス通路１２を通る風量（冷風量）との風量割合を調節することにより車室内に吹き出す空気の温度を調節するエアミックスドア（温度調節手段）１３が配設されている。
【００２１】
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、フロントガラス等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。
【００２２】
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。
【００２３】
因みに、実際の車両用空調装置では、フット吹出口１５およ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、フットモードおよ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（圧損）が大きくなっている。
【００２４】
次に、本実施形態に係る送風機７について述べる。
【００２５】
図２（ａ）は送風機７を後述する吸入口側から見た正面図であり、図３は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。そして、送風機７は、図３に示すように、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式の送風機であり、７２は回転軸７３ａ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（以下、ファンと略す。）である。
【００２６】
また、７３はファン７２を回転駆動するモータ等の駆動手段（以下、モータと呼ぶ。）であり、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る。
【００２７】
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を構成するスクロールケーシング（以下、ケーシングと略す。）であり、このケーシング７４は、図２（ａ）に示すように、ポリプロピレン等の樹脂にてファン７２の回転軸７３ａ周りに渦巻き状に形成されている。そして、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。
【００２８】
また、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、図３に示すように、ケーシング７４内に空気を導く吸入口７６が開口しており、この吸入口７６の外縁部のケーシング７４には、ファン７２に近づくほど開口面積が縮小するようにすぼんで、空気をファン７２の内径側に向けて滑らかに導くベルマウス７７が形成されている。
【００２９】
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、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。
【００３０】
ところで、ケーシング７４内のうち吸入口７６側には、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、吸入口７６と反対側（モータ７３側）に向けて突出するとともに、ケーシング７４の渦巻き終わり７４ｂ側からケーシング７４のノーズ部７４ｃに至る所定の範囲（本実施形態では、ファン７２の回転角に換算して４５°以上１３５°以下の範囲）θ２でファン７２の径外方側を覆う突出壁８０が設けられており、この突出壁８０のうち空気通路７４ａ（ケーシング７４の外周壁７４ｄ）側には、回転軸７３ａに対して所定の傾斜角θ１を有して傾斜した傾斜面８１が形成されている。
【００３１】
ここで、傾斜角θ１は、図２（ｃ）に示すように、回転軸７３ａと平行な方向と傾斜面８１とのなす角を言うものである。
【００３２】
そして、傾斜面８１の後縁側（空気流れ下流側）は、図２（ａ）に示すように、ノーズ部７４ｃに近づくほど小さくなりながら、その傾斜を維持しつつ（傾斜角度θ１を変化させながら）ケーシング７４の内壁面と滑らかに繋がっており、一方、傾斜面８１（突出壁８０）の前縁側（空気流れ上流側）は、図２（ｄ）に示すように、前縁側に向かうほど突出壁８０の突出高さｈが小さくなるように、滑らかな円弧を描くように形成されている。
【００３３】
なお、本実施形態では、突出壁８０の最大突出高さｈは、ブレード７１の長手方向高さＨ（図３参照）の略２０％以上６０％以下（ｈ＝０．２Ｈ〜０．６Ｈ）となるように選定されている。
【００３４】
ここで、突出壁８０の突出高さｈとは、図２（ｂ）に示すように、吸入口７６側のケーシング７４内壁面から突出壁８０の先端までの寸法を言う。また、ノーズ部７４ｃとは、周知のごとく、ケーシング７４の巻き始め側と巻き終わり側との重なる部分を言い、このノーズ部７４ｃでは、空気上流側と空気下流との空気流路７４ａが、図２（ａ）に示すように、僅かな隙間δ２を介して連通している。
【００３５】
因みに、突出壁８０のうち傾斜面８１と反対側（ファン７２側）の面は、ファン７２と突出壁８０との間に一定寸法の隙間を形成すべく、ファン７２の外周面（ファン７２の形状を円柱又は円錐等の回転体としたときの外周面）と略平行となっている。
【００３６】
次に、実施形態の特徴を述べる。
【００３７】
本実施形態によれば、突出壁８０のうち空気通路７４ａ（ケーシング７４の外周壁７４ｄ）側に傾斜面８１が形成されているので、突出壁８０により堰き止められた逆流空気は、傾斜面８１に沿って連続的に突出壁８０を乗り越えていく。
【００３８】
このため、逆流空気とファン７２とが衝突（干渉）するものの、逆流空気が連続的にファン７２に向けて逆流していくので、上記公報に記載の送風機のごとく、突出壁により堰き止められていた逆流空気が、渦を巻きながら成長（増大）して、周期的に突出壁を乗り越えるといった現象が発生しない。
【００３９】
したがって、ファン７２に衝突する際の逆流空気の量が均一化するので、衝突により発生する騒音の変化が小さくなる。このため、騒音が断続的に発生しないので、聴感上（体感上）耳障りと感ずる騒音が低下する。
【００４０】
因みに、図４（ａ）の破線及び図５（ａ）は、本実施形態に係る送風機７の騒音結果の変動を示すものであり、図４（ｂ）の破線及び図５（ｂ）は、従来の技術に係る送風機の変動を示すものであり、図４（ａ）の実線は本実施形態に係る送風機７の突出壁８０近傍における流速変化を示すものであり、図４（ｂ）の実線は従来の技術に係る送風機の突出壁近傍における流速変化を示すものである。そして、これらの試験結果から明らかなように、本実施形態によれば、騒音の変化及び突出壁８０近傍における流速の変化が小さくなっていることが判る。
【００４１】
ところで、突出壁８０を乗り越えてファン７２に衝突する逆流空気の量は、傾斜面８１の傾斜角θ１によって変化するものであるが、発明者等の試験検討によれば、図６に示すように、傾斜角θ１は２０°以上７０°以下が望ましいとの結論を得ている。
【００４２】
また、図７から明らかなように、本実施形態に係る送風機７（θ１＝４０°）は、従来の技術に係る送風機（θ１＝０）と同等の能力（圧力係数ψ、モータ７３の消費電力Ｗ）を維持しつつ、比騒音Ｋｓが低下していることが判る。因みに、比騒音Ｋｓ及び圧力係数ψの用語の定義は、ＪＩＳ Ｂ ０１３２によるものであり、また、上記の試験方法はＪＩＳ Ｂ ８３４０に準拠したものである。
【００４３】
ところで、上述の実施形態では、本発明に係る送風機を車両用空調装置に適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、換気扇等のその他のものにも適用することができる。
【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】（ａ）は送風機の正面図であり、（ｂ）は吸入口側におけるケーシングの断面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＡ部拡大図であり、（ｄ）は（ｂ）のＢ矢視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る送風機の断面図である。
【図４】騒音及び逆流空気の流速変動と時間との関係を示すグラフである。
【図５】騒音の流速変動と時間との関係を示すグラフである。
【図６】騒音の流速変動と傾斜角θ１との関係を示すグラフである。
【図７】（ａ）は圧力係数と流量係数との関係を示すグラフであり、（ｂ）はモータの消費電力と流量係数との関係を示すグラフであり、（ｃ）は比騒音と流量係数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
７…遠心送風機、７２…遠心式多翼ファン、７４…スクロールケーシング、
７４ｃ…ノーズ部、７６…吸入口、８０…突出壁、８１…傾斜面。

Claims (2)

1. 回転軸（７３ａ）周りに多数枚の翼（７１）を有し、前記回転軸（７３ａ）の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、前記軸方向一端側に吸入口（７６）を有して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）とを有し、
   前記ケーシング（７４）内のうち前記吸入口（７６）側には、前記吸入口（７６）と反対側に向けて突出する突出壁（８０）が設けられ、
   前記突出壁（８０）は、前記遠心式多翼ファン（７２）の径外方側のうち、前記ケーシング（７４）の渦巻き終わり側から前記ケーシング（７４）のノーズ部（７４ｃ）に至る所定の範囲を覆い、
   さらに、前記突出壁（８０）のうち前記空気流路（７４ａ）側には、前記回転軸（７３ａ）に対して所定の傾斜角（θ１）を有して傾斜した傾斜面（８１）が前記突出壁（８０）と接続して形成されており、
   前記傾斜面（８１）は、前記ノーズ部（７４ｃ）に近づくほど面積が小さくなって前記ケーシング（７４）の内壁面と滑らかに繋がっていることを特徴とする遠心送風機。
2. 前記傾斜角（θ１）は、２０°以上７０°以下であることを特徴とする請求項１に記載の遠心送風機。

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