JP4769118B2

JP4769118B2 - 遠心式多翼送風機

Info

Publication number: JP4769118B2
Application number: JP2006117818A
Authority: JP
Inventors: 三智男北爪; 正内田
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Holdings Corp
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2026-04-21
Also published as: JP2007291877A

Description

本発明は遠心式多翼送風機に関する。

遠心式多翼送風機は、圧力及び風量等の特性から、例えば車両用空調装置の送風ユニットに用いられる。遠心式多翼送風機は、電動モータによって駆動される円筒状のファンを備え、ファンは周方向に配列された複数のブレードを有する。ファンは、スクロールケーシングに収容され、スクロールケーシングは、吸入孔、吹出孔及び内部流路を有する。
より詳しくは、スクロールケーシングは、ファンを囲む外周壁を有し、外周壁に吹出孔は開口している。外周壁は、螺旋状のスクロール壁部を含み、ファンとの間に渦巻き状の渦巻流路を区画している。

また、スクロールケーシングは、ファンの軸線方向に離間した一組の端壁を有し、外周壁はこれら端壁の外縁間に渡っている。従って、外周壁は、端壁と一緒にファンとの間に螺旋状の渦巻流路を区画している。
これら端壁のうち、電動モータと反対側の端壁に吸入孔が設けられ、吸入孔はブレードによって囲まれたファンの内部空間に連通している。また、電動モータ側の端壁にはモータ取付孔が形成され、モータ取付孔に電動モータの本体部が嵌合する。

遠心式多翼送風機では、電動モータによってファンが回転駆動され、ファンがブレードの径方向内側の空気を径方向外側に吐出すると、吐出された空気は、渦巻流路及び吹出孔を通じてスクロールケーシングの外部に流出する。
ここで、渦巻流路における空気流の乱れは、騒音の発生や効率低下を招くため、乱流を抑制するための技術開発が行われている。

例えば、特許文献１の遠心式多翼送風機では、渦巻流路を区画するスクロールケーシングの両端壁のうち、電動モータ側の端壁を傾斜させることで、渦巻流路の流路断面積を上流から下流に向けて徐々に拡大している。その上で、この遠心式多翼送風機では、電動モータ側の端壁と外周壁とが直角に連なることで、電動モータ側の端壁から、吸入孔を設けた端壁に向かう２次流が抑制されるものと考えられる。

また、特許文献２の遠心式多翼送風機では、渦巻流路を区画するスクロールケーシングの両端壁の部分をファンの軸線方向に膨出させ、渦巻流路の流路断面積を拡大するとともに、ファンから吐出された空気の流れと、２次流とが出会う部分にフィンが設けられている。この遠心式多翼送風機によれば、ファンから吐出された空気の流れと、２次流との干渉がフィンによって抑制され、騒音が低減されるものと考えられる。
特開平5-195995号公報特開2004-204756号公報

しかしながら、特許文献１の送風機においては、電動モータ側の端壁を傾斜させることによって流路断面積を増大しているため、２次流の生成を十分に抑制することができない。このため、特許文献１の送風機では効率化や低騒音化に限界がある。
また、特許文献２の送風機においては、吸入孔を設けた端壁を一定高さにて膨出させているため、渦巻流路内での静圧のバランスが崩れ易く、却って騒音の増大や効率の低下を招く虞がある。

本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、スクロールケーシング内における流体の流動が安定であり、高効率且つ静粛な遠心多翼式送風機を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明者は、膨出部を形成していない渦巻流路での流速分布を解析した。解析の結果、渦巻流路において、ファンの周方向の流速は、第１端壁側の方が第２端壁側よりも速いことが判明した。また、ファンの径方向でみて、第２端壁側では外側に向かって流体が流れているのに対し、第１端壁側では内側に向かって流体が流れていることが判明した。これらの解析結果より、本発明者は、渦巻流路における周方向の流速が第１端壁側の方で速いことによって、第２端壁から第１端壁に向かう２次流が発生していることを突き止めた。そして、第１端壁側での流速を抑制し、周方向での流速を第１端壁側と第2端壁側とで揃えることで、２次流の発生が抑制されることに着想し、本発明に想到した。

従って、本発明によれば、スクロールケーシング内に、周方向に配列された複数のブレードを有する円筒状のファンを備えた遠心式多翼送風機において、前記スクロールケーシングは、前記ファンの軸線方向にて互いに離間した第１端壁及び第２端壁と、前記第１端壁に形成され、前記ブレードによって囲まれた前記ファンの内部に連なる吸入孔と、前記第１端壁及び第２端壁の外縁間に渡り、前記第１端壁及び第２端壁と協働して前記ファンとの間に渦巻流路を区画する螺旋状の外周壁と、前記外周壁に形成され、前記渦巻流路の下流端に位置する吹出孔と、
前記外周壁に形成され、前記渦巻流路の上流端に位置し、前記吹出孔と連通される舌部とを具備し、前記第１端壁は、前記渦巻流路の上流側の部分を区画する領域が第1平坦面によって構成され、前記渦巻流路の下流側の部分を区画する領域が前記舌部側において拡張される前記第1平坦面と、該第1平坦面から第1段差面を介して連なると共に前記渦巻流路の流路断面積を上流から下流に向かって徐々に増大させる第１傾斜面とによって構成されることを特徴とする遠心式多翼送風機が提供される（請求項１）。

好ましくは、前記第２端壁は、前記渦巻流路の下流側の部分を区画する領域が第２平坦面によって構成され、前記渦巻流路の上流側の部分を区画する領域が前記舌部側において拡張される前記第２平坦面と、該第２平坦面から第２段差面を介して連なると共に前記渦巻流路の流路断面積を上流から下流に向かって徐々に増大させる第２傾斜面とによって構成される（請求項２）。
好ましくは、前記渦巻流路を区画する前記第２端壁の領域は、前記ファンの軸線方向でみて、前記ファンから離間している（請求項３）。

本発明の請求項１の遠心式多翼送風機では、スクロールケーシングの第１端壁が、渦巻流路の流路断面積を上流から下流に向かって徐々に増大させる第１傾斜面を含むことで、渦巻流路におけるファンの周方向での流速が、第１端壁側で抑制され、第１端壁側と第２端壁側との間で略等しくなる。この結果、この遠心式多翼送風機では、第２端壁から第１端壁に向かう２次流の発生が抑制され、渦巻流路の軸線方向での流れが安定し、騒音が低減されるとともに高効率化が図られる。

なお、この遠心式多翼送風機では、第１傾斜面が、渦巻流路の下流側の部分を区画する領域に設けられているため、渦巻流路の上流端と下流端との間で静圧のバランスが保たれた状態にて、渦巻流路の軸線方向での流れが安定する。この結果、この送風機では、騒音の低減及び高効率化が確実に図られる。
請求項２の遠心式多翼送風機では、スクロールケーシングの第２端壁が、渦巻流路の流路断面積を上流から下流に向かって徐々に増大させる第２傾斜面を含むことで、渦巻流路の流路断面積が拡大され、渦巻流路の軸線方向での流速が低下させられる。この結果として、渦巻流路の流動抵抗が低下し、より一層の効率化が図られる。

請求項３の遠心式多翼送風機では、渦巻流路を区画する第２端壁の領域は、ファンの軸線方向でみて、ファンから離間していることで、渦巻流路の流路断面積が拡大され、渦巻流路の軸線方向での流速が低下させられる。この結果として、渦巻流路の流動抵抗が低下し、より一層の効率化が図られる。

図１は、第１実施形態の遠心式多翼送風機を概略的に示している。送風機は、例えば車両用空調装置の送風ユニットに用いられ、その場合、空気の流動方向でみて、内外気切換ダンパ２と蒸発器４との間に配置される。
より詳しくは、送風機は、電動モータ６と電動モータ６によって回転駆動される円筒状のファン８とを有する。より詳しくは、ファン８はボトムプレート10を有し、ボトムプレート10の中央には、ファン８の軸線方向に膨出した円錐状のコーン部12が形成されている。コーン部12の中央にはボス部14が形成され、ボス部14は、電動モータ６の回転軸16に嵌合している。

ボトムプレート10の外周部は鍔状をなし、この外周部上には、複数のブレード18の一端部が固定されている。これらブレード18は、電動モータ６の回転軸16を中心として同心上に配列され、各ブレード18は電動モータ６の回転軸16と平行に延びている。これらブレード18の間には所定のギャップが確保され、ブレード18の他端部は、ボトムプレート10と同軸的に設けられた環状のリム20によって連結されている。

ファン８は、例えば樹脂製のスクロールケーシング22内に収容されており、スクロールケーシング22は、送風ユニットのダクト（ハウジング）の一部を構成する。即ち、スクロールケーシング22は、吸入孔24、吹出孔26及び内部流路を有し、内部流路にファン８は介挿される。
より詳しくは、スクロールケーシング22は外周壁28を有し、吹出孔26は外周壁28に開口している。図２に示したように、外周壁28は、所定の螺旋状に延びるスクロール壁部28aを含み、スクロール壁部28aは、基準位置（α＝０度）からの角度（巻き角）αが増大するにつれて、ファン８の中心からの径方向距離が大きくなるよう湾曲している。

更に、外周壁28は、スクロール壁部28aの基準位置側に連なる半円筒状の舌部28b、及び舌部28bに連なる平面部28cを含む。一方、外周壁28は、スクロール壁部28aの巻き角αが大きい側に連なる接線部28dを含み、接線部28dと平面部28cとの間に吹出孔26が形成されている。
外周壁28は、ファン８の周りに螺旋状に延びる渦巻流路30を区画し、渦巻流路30は内部流路の一部を構成している。なお、外周壁28とファン８との間の径方向距離は、舌部28bにおいて最も短くなっており、舌部28bは渦巻流路30の上流端に位置している。一方、渦巻流路30の下流端には吹出孔26が位置している。

また、スクロールケーシング22は、図１及び図３に示したように、第１端壁32及び第２端壁34を有し、外周壁28は、これら第１端壁32及び第２端壁34の外縁間に渡っている。従って、外周壁28は、これら第１端壁32及び第２端壁34と一緒に渦巻流路30を形成している。
より詳しくは、第１端壁32及び第２端壁34は、ファン８の軸線方向にて相互に離間している。電動モータ６側の第２端壁34は、ファン８の軸線と直交する平面に平行な壁であり、ファン８の軸線方向でみて、ファン８のボトムプレート10近傍に位置している。

第２端壁34には、電動モータ６の本体部36に嵌合するモータ取付孔38が形成され、モータ取付孔38を囲む第２端壁34の環状領域40は、ファン８のボトムプレート10と対向している。そして、環状領域40を囲む第２端壁34の螺旋領域42が、渦巻流路30を区画し、螺旋領域42の吹出孔26側の領域は、外周壁28の接線部28dと平面部28cとの間に渡っている。
一方、第１端壁には吸入孔24が形成され、吸入孔24はファン８と同軸に位置している。吸入孔24の内径はリム20の内径よりも若干小さく、吸入孔24の内周縁には、ボトムプレート10に向けブレード18の他端部近傍まで突出した環状の突縁44が形成されている。このような突縁44付きの吸入孔24はベルマウスとも称される。

第１端壁32は、吸入孔24を囲むように螺旋状に延びる螺旋領域46を含み、螺旋領域46は渦巻流路30を区画している。渦巻流路30の流動方向でみて、螺旋領域46の上流側の部分は平坦面(第1平坦面)46aによって構成され、平坦面46aは、ファン８の軸線に直交する平面に平行であり、ファン８の軸線方向でみて、リム20の近傍に位置している。
螺旋領域46の下流側の部分は、傾斜面(第1傾斜面)46bを含み、この傾斜面46bの存在によって、渦巻流路30の流路断面積は、上流から下流に向けて徐々に拡大している。

より詳しくは、傾斜面46bは、巻き角αが例えば220度の位置にて平坦面46aに対して斜めに連なり、上流から下流に向かうに連れて、傾斜面46bと第２端壁34との間の距離が増大している。
ファン８の径方向でみて外側に位置する傾斜面46bの側縁は、外周壁28のスクロール壁部28aの下流側部分及び接線部28dの外縁に連なっている。このため、外周壁28のスクロール壁部28aの下流側部分及び接線部28dは、図１にハッチングを用いて示したように、ファン８の軸線方向での長さが、上流から下流に向けて徐々に増大している。

また、ファン８の径方向でみて内側に位置する傾斜面46bの側縁は、図２でみて、吸入孔24の内周縁の四半部に沿って延びる部分と、吸入孔24の接線方向に延び、外周壁28の接線部28dと平行な部分とを含む。このため、第１端壁32には、図1及び図３に示したように、段差面(第1段差面）48が設けられ、段差面48は、傾斜面46bの内側の側縁と、吸入孔22の内周縁の四半部及び吸入孔24の接線との間に渡っている。

ここで、図４の実線は、巻き角αと、ファン８の軸線方向での第１端壁32の平坦面46a、傾斜面46b、及び第２端壁34の螺旋領域42の位置との関係を示している。
なお、第１端壁32の螺旋領域46のうち、外周壁28の平面部28cと段差面48との間に区画される略三角形の部分は、平坦面46aと面一をなす。
上述した遠心式多翼送風機では、電動モータ６に外部から電力が供給されると、電動モータ６はファン８を回転方向Rにて回転駆動する。ファン８が駆動されブレード18が回転すると、ブレード18は、ブレード18間に規定されたギャップ中の空気を径方向外側に押し出す。これによって、ファン８の径方向内側からギャップを通じて径方向外側に向かう空気流が生成される。この空気流の生成に伴い、スクロールケーシング22内には吸入孔24を通じて空気が流入し、流入した空気は、ファン８のギャップ、渦巻流路30及び吹出孔26を経てスクロールケーシング22の外部に流出する。

上述した遠心式多翼送風機では、スクロールケーシング22の第１端壁32が、渦巻流路30の流路断面積を上流から下流に向かって徐々に増大させる傾斜面46bを含むことで、渦巻流路30におけるファン８の周方向での流速が、第１端壁32側で抑制され、第１端壁32側と第２端壁34側との間で略等しくなる。この結果、この遠心式多翼送風機では、第２端壁34から第１端壁32から向かう２次流Fsの発生が抑制され（図３参照）、渦巻流路30の軸線方向での流れが安定し、騒音が低減されるとともに高効率化が図られる。

より詳しくは、本発明者は、図４に２点鎖線で示したように、第１端壁が傾斜面を含まない平坦面によって構成され、平坦面がリムの近傍に位置している従来の遠心式多翼送風機について、渦巻流路での流速分布を解析した。図５及び図６は解析の結果を示し、図５に示したように、ファン８の周方向での速度成分（Ｕ成分）は、第１端壁側の方が第２端壁側よりも大きいことが判明した。また、図６に示したファン８の径方向での速度成分（Ｖ成分）をみると、第２端壁側では、Ｖ成分が正の値であり、径方向外側に向かって流体が流れているのに対し、第１端壁側では、Ｖ成分が負の値であり、径方向内側に向かって流体が流れていることが判明した。

これらの解析結果より、本発明者は、ファン８の周方向での流速が第１壁32側の方で速いことに起因して、第２端壁34から外周壁28に沿って第１端壁32に向かう２次流Fsが発生していることを突き止めた。
そして、かかる原因を解消すべく、上述した遠心式多翼送風機では、傾斜面46bを形成して渦巻流路30の流路断面積を上流から下流に向かって徐々に増大させることで、渦巻流路30におけるファン８の周方向での流速を、第１端壁32側で抑制している。これにより、第１端壁32側と第２端壁34側との間で渦巻流路30の軸線方向での流速が略等しくなり、第２端壁34から第１端壁32から向かう２次流Fsの発生が抑制されるのである。

なお、この遠心式多翼送風機では、傾斜面46bが、渦巻流路30の下流側の部分を区画する領域に設けられているため、舌部28bを介して隣接する渦巻流路30の上流端と下流端との間で静圧のバランスが保たれた状態にて、渦巻流路30の軸線方向での流れが安定する。この結果、この送風機では、騒音の低減及び高効率化が確実に図られる。
本発明は上述した第１実施形態に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、平坦面46aと傾斜面46bとの境界位置は、巻き角αが220°の位置に限定されない。
図７は、第２実施形態の遠心式多翼送風機を示しており、第２端壁34の螺旋領域50の上流側の部分は、渦巻流路30の流路断面積を上流から下流に向かって徐々に増大させるように傾斜していてもよい。具体的には、図４に破線で示したように、螺旋領域50は、巻き角αが０°〜220°の範囲に亘って傾斜していてもよい(第2平坦面、第2傾斜面、第2段差面)。

この場合、第２端壁34の螺旋領域50の上流側部分が、渦巻流路30の流路断面積を上流から下流に向かって徐々に増大させるように傾斜していることで、第１実施形態に比べて渦巻流路30の流路断面積が拡大され、渦巻流路30の軸線方向での流速が低下させられる。この結果として、渦巻流路30の流動抵抗が低下し、より一層の効率化が図られる。
なお、螺旋領域５０を傾斜させる範囲は、巻き角αが０°〜220°の範囲全域に亘っている必要はない。

図８は、第３実施形態の遠心式多翼送風機を示している。この送風機では、第２端壁34の螺旋領域52は、図４に１点鎖線で示したように、平坦ではあるものの、ファン８の軸線方向でみてファン８から離間している。
この場合、螺旋領域52が、ファン８の軸線方向でみて、ファン８から離間していることで、第１実施形態に比べて渦巻流路30の流路断面積が拡大され、渦巻流路30の軸線方向での流速が低下させられる。この結果として、渦巻流路30の流動抵抗が低下し、より一層の効率化が図られる。

なお、第２及び第３実施形態の場合、外周壁28の電動モータ６側がファン８の軸線方向に延長され、且つ、第２端壁34の螺旋領域50,52と環状領域40との間に渡る段差面54,56が形成される。
図９は、第４実施形態の遠心式多翼送風機を示している。この送風機のように、傾斜面46bの下流側部分の幅は、上流から下流に向かうに連れて徐々に拡大されていてもよい。そのために、外周壁28の平面部28cをファン８の軸線方向に延長し、傾斜面46bの下流部分の側縁に、平面部28cが連なるようにしてもよい。

第１実施形態に係る遠心式多翼送風機を、そのスクロールケーシングを切欠いて概略的に示す斜視図である。図１の送風機のスクロールケーシングを切欠いて概略的に示す平面図である。図２のIII−III線に沿ってスクロールケーシングのみを断面にして示す部分断面図である。巻き角αと、第１端壁の平坦面、傾斜面及び第２端壁の螺旋領域の軸線方向位置との関係を示す図である。従来の遠心式多翼送風機における、ファンの周方向での流速分布の解析結果を示す図である。従来の遠心式多翼送風機における、ファンの径方向での流速分布の解析結果を示す図である。第２実施形態に係る遠心式多翼送風機を概略的に示す部分断面図である。第３実施形態に係る遠心式多翼送風機を概略的に示す部分断面図である。第４実施形態に係る遠心式多翼送風機を、そのスクロールケーシングを切欠いて概略的に示す斜視図である。

符号の説明

８ファン
18 ブレード
22 スクロールケーシング
24 吸入孔
26 吹出孔
28 外周壁
32 第１端壁
34 第２端壁
46a 平坦面(第1平坦面)
46b 傾斜面(第1傾斜面)
48 段差面(第1段差面）

Claims

スクロールケーシング内に、周方向に配列された複数のブレードを有する円筒状のファンを備えた遠心式多翼送風機において、
前記スクロールケーシングは、
前記ファンの軸線方向にて互いに離間した第１端壁及び第２端壁と、
前記第１端壁に形成され、前記ブレードによって囲まれた前記ファンの内部に連なる吸入孔と、
前記第１端壁及び第２端壁の外縁間に渡り、前記第１端壁及び第２端壁と協働して前記ファンとの間に渦巻流路を区画する螺旋状の外周壁と、
前記外周壁に形成され、前記渦巻流路の下流端に位置する吹出孔と、
前記外周壁に形成され、前記渦巻流路の上流端に位置し、前記吹出孔と連通される舌部と
を具備し、
前記第１端壁は、前記渦巻流路の上流側の部分を区画する領域が第1平坦面によって構成され、前記渦巻流路の下流側の部分を区画する領域が前記舌部側において拡張される前記第1平坦面と、該第1平坦面から第1段差面を介して連なると共に前記渦巻流路の流路断面積を上流から下流に向かって徐々に増大させる第1傾斜面とによって構成されることを特徴とする遠心式多翼送風機。
前記第２端壁は、前記渦巻流路の下流側の部分を区画する領域が第２平坦面によって構成され、前記渦巻流路の上流側の部分を区画する領域が前記舌部側において拡張される前記第２平坦面と、該第２平坦面から第２段差面を介して連なると共に前記渦巻流路の流路断面積を上流から下流に向かって徐々に増大させる第２傾斜面とによって構成されることを特徴とする請求項１に記載の遠心式多翼送風機。
前記渦巻流路を区画する前記第２端壁の領域は、前記ファンの軸線方向でみて、前記ファンから離間していることを特徴とする請求項１に記載の遠心式多翼送風機。