JP4865497B2

JP4865497B2 - 遠心式送風装置

Info

Publication number: JP4865497B2
Application number: JP2006284656A
Authority: JP
Inventors: 剛江口; 敦鈴木; 哲雄冨永; 光宏中尾
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-10-19
Also published as: EP1916422A2; EP1916422B1; JP2008101537A; CN101165357A; EP1916422A3; US7748954B2; CN100510424C; CN101451543A; US20080095629A1

Description

本発明は、例えば車両用空調装置の送風装置に用いて好適な遠心式送風装置に関するものである。

車両用空気調和装置には、ＨＶＡＣ（Heating Ventilation & Air Conditioning）ユニットが多用されている。このＨＶＡＣユニットは、送風装置として、例えば遠心式送風装置を備えている。この遠心式送風装置として、シュラウド付き羽根車を備えた遠心式送風装置を採用する場合、シュラウドに対向するケーシング側の壁部との間に隙間が不可避的に存在することになる。この隙間には、羽根車出口側の昇圧した主流流れによって圧力差が形成され、主流に対して逆流する漏れ流れが発生する。この漏れ流れは、送風装置の効率を落とす原因となるだけでなく、漏れ流れが再び主流に合流することによって発生する騒音の原因ともなる。
下記特許文献１では、このような漏れ流れを抑えるために、シュラウドの外周側から内周側にわたって上記隙間を一定の間隔で設けることとしている。

特許第３３５１４３８号公報（図１）

しかし、特許文献１のように、隙間を一定の間隔としても、依然として漏れ流れは存在する。この漏れ流れを更に抑える技術が要望されている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、シュラウドと対向する壁部との間を逆流する漏れ流れを可及的に抑えることができる遠心式送風装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の遠心式送風装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる遠心式送風装置では、軸線回りに回転駆動される羽根車と、該羽根車を格納し、前記軸線と同軸とされた略円形の気体取入口を形成するベルマウスを有し、該羽根車の外周側に渦巻き状流路を形成するケーシングと、前記羽根車を回転駆動する駆動装置とを備え、前記羽根車は、前記駆動装置によって前記軸線回りに回転駆動される円盤状の底板と、該底板の外周上に立設された複数の翼と、前記底板との間に各前記翼を挟んで同軸にして配置されて各前記翼の端部を連結する略円環状のシュラウドとを有し、該シュラウドは、内周側から外周側に向かうにつれて前記底板に接近するように前記軸線に対して傾斜した形状とされ、前記ケーシングは、前記シュラウドの外周側から内周側にかけて、該シュラウドとの間に略一定の隙間を有するシュラウド対向壁部を有する遠心式送風装置において、前記シュラウド対向壁部には、前記略一定の隙間を形成する該シュラウド対向壁部の外周端よりも内周側に、前記略一定の隙間よりも大きな隙間となるように形成された凹所が周方向に延在して形成され、該凹所は、前記シュラウドの前記外周側から前記内周側にかけて延在する前記略一定の隙間の途中位置に設けられていることを特徴とする。
さらに、前記シュラウドは、外周側に向けて円錐面を成すように傾斜する傾斜部と、該傾斜部から前記軸線方向に沿って立ち上がる立上り部とから構成され、前記立上り部の内周側壁部には、内周側に向けて突出する凸部が設けられ、該凸部により、前記シュラウドの前記内周側壁部と該内周側壁部に対向するベルマウス内壁との隙間の寸法が、前記立上り部の上端から下方の前記凸部へと進行するにしたがい、一旦拡大した後、漸次減少することとしてもよい。

羽根車が駆動装置によって回転させられると、羽根車に設けられた翼の作用により、気体取込口を形成するベルマウスから気体（例えば空気）が流入する。流入した気体は、底板とシュラウドとの間に立設する翼を通って渦巻き状流路へと流出する。シュラウドは、内周側から外周側に向かうにつれて底板に接近するように傾斜した形状となっており、これにより遠心羽根車が形成されている。ベルマウスから翼を通り渦巻き流路へと主流が流れると、この主流流れによって下流側（羽根車出口）の圧力が上昇する。これにより、シュラウドとシュラウド対向壁部との間の隙間には圧力差が形成され、外周側から内周側へと逆流する漏れ流れが発生する。
本発明では、シュラウド対向壁部の外周端よりも内周側に、他の部分よりも大きな隙間となるように形成された凹所を周方向に延在して形成することとした。これにより、漏れ流れは、シュラウド対向壁部の外周端との間に形成された隙間にて急縮小された後、凹所にて急拡大されることになる。このように、漏れ流れは急縮小および急拡大を経ることで損失が与えられるので、流量が可及的に抑えられることになる。

さらに、本発明の遠心式送風装置では、前記凹所の内周側には、前記シュラウド側に向けて突出する突出部が形成されていることを特徴とする。

凹所の内周側に、シュラウド側に向けて突出する突出部を設けたので、凹所にて急拡大した漏れ流れを堰き止めることができる。このように、漏れ流れに対して更に抵抗を与えることができるので、漏れ流れの流量を抑えられるだけでなく、周方向（回転方向）における流速分布を一様化させることができ、流速変動に伴う騒音の発生を抑えることができる。

また、本発明の遠心式送風装置では、軸線回りに回転駆動される羽根車と、該羽根車を格納し、前記軸線と同軸とされた略円形の気体取入口を形成するベルマウスを有し、該羽根車の外周側に渦巻き状流路を形成するケーシングと、前記羽根車を回転駆動する駆動装置とを備え、前記羽根車は、前記駆動装置によって前記軸線回りに回転駆動される円盤状の底板と、該底板の外周上に立設された複数の翼と、前記底板との間に各前記翼を挟んで同軸にして配置されて各前記翼の端部を連結する略円環状のシュラウドとを有し、該シュラウドは、内周側から外周側に向かうにつれて前記底板に接近するように前記軸線に対して傾斜した形状とされ、前記ケーシングは、前記シュラウドの外周側から内周側にかけて、該シュラウドとの間に略一定の隙間を有するシュラウド対向壁部を有する遠心式送風装置において、前記シュラウド対向壁部には、該シュラウド対向壁部の外周端から内周側に向けて、略半径方向に延在する溝部が形成されていることを特徴とする。

略半径方向に延在する溝部をシュラウド対向壁部に形成することにより、シュラウドから見ると、シュラウド対向壁部との隙間が羽根車の回転に応じて繰り返し変化することになる。これにより、漏れ流れに対して抵抗を与えることができ、漏れ流れを遮ることができる。
なお、本発明の溝部は、シュラウド対向壁部の全周にわたって設ける必要はなく、例えば、漏れ流れが顕著な舌部近傍に設けると好適である。
また、本発明は、上述の各発明と組み合わせることもできる。

さらに、本発明の遠心式送風装置では、前記溝部は、前記羽根車の回転方向に対向する方向に傾斜した外周部と、該外周部に接続されて流路の向きを変更する変曲部とを有することを特徴とする。

漏れ流れは、羽根車の回転方向の速度成分をもって隙間内に流入してくる。そこで、羽根車の回転方向に対向する方向に傾斜した外周部によって、漏れ流れを取り込み、その後、外周部に接続された変曲部によって漏れ流れを曲げることで圧力を上昇させる。これにより、漏れ流れを遮ることができる。

また、本発明の遠心式送風装置では、軸線回りに回転駆動される羽根車と、該羽根車を格納し、前記軸線と同軸とされた略円形の気体取入口を形成するベルマウスを有するケーシングと、前記羽根車を回転駆動する駆動装置とを備えた遠心式送風装置において、前記ベルマウスには、その下流側内周縁部に、曲面が形成されていることを特徴とする。

ベルマウスの下流側内周縁部に曲面を形成することとしたので、気体取入口から取り込まれた気体流れを乱すことがない。曲面としては、円弧状の断面を有するＲ（アール）面取りで形成することが好ましい。
なお、本発明は、上述の各発明と組み合わせることができる。

シュラウド対向壁部の外周端よりも内周側に、他の部分よりも大きな隙間となるように形成された凹所を周方向に延在して形成することとしたので、漏れ流れに対して急拡大および急縮小を与えて損失を与えることができ、漏れ流れの流量を可及的に抑えることができる。
また、凹所の内周側に、シュラウド側に向けて突出する突出部を設けたので、凹所にて急拡大した漏れ流れを堰き止めることができ、漏れ流れの流量を抑えられるだけでなく、周方向（回転方向）における流速分布を一様化させることができ、流速変動に伴う騒音の発生を抑えることができる。
また、略半径方向に延在する溝部をシュラウド対向壁部に形成することにより、シュラウド対向壁部とシュラウドとの隙間を羽根車の回転に応じて繰り返し変化させることで、漏れ流れに対して抵抗を与え、漏れ流れを遮ることができる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。
図１には、車両用空調装置であるＨＶＡＣユニットに用いられる遠心式送風装置が示されている。
この遠心式送風装置１は、駆動用モータ（駆動装置）３３と、ケーシング２２と、遠心式の羽根車２０とを備えている。
駆動用モータ３３は、電動モータとされ、図示しない電源から電力が供給されるようになっている。駆動用モータ３３の回転軸５０は、図において上方に延在しており、羽根車２０のボス部２８に連結されている。
ケーシング２２は、その上部略中央に円形の空気取入口を形成するベルマウス３１を備えている。ケーシング２２の外周側、すなわち羽根車２０の出口側には、スクロール状流路（渦巻き状流路）２２ａが形成されている（図１以外には、例えば図７参照）。

羽根車２０は、底板２４と、多数のメインブレード（翼）２５と、シュラウド２６とを備えている。
底板２４は、駆動用モータ３３の回転軸５０側を包囲するように中央部分が突出したコーン形状となっている。この底板２４の中心位置には、駆動用モータ３３からの駆動力が伝達されるボス部２８が設けられている。
メインブレード２５は、その一端側（図１において下側）が底板２４の外周部に差し込まれた状態で固定されており、その長手方向が駆動用モータ３３の回転軸線方向に向いた状態で立設されている。各メインブレード２５は、円周方向に所定間隔をおいて多数配置されている。

シュラウド２６は、各メインブレード２５の他端（図１において上端）に接続されている。
図２に示すように、シュラウド２６は、内周側から外周側に向かうにつれて前記底板に接近するように、駆動用モータ３３の回転軸線に対して傾斜した形状を有している。すなわち、シュラウド２６は、外周側に向けて円錐面を成すように傾斜する傾斜部２６ｃと、この傾斜部２６ｃから駆動用モータの軸線方向に沿って上方に立ち上がる立上り部２６ｂとから構成されている。この立上り部２６ｂは、ベルマウス３１の外周側に設けられた下方に開口する凹部内に位置している。
図３（ａ）に示すように、シュラウド２６断面の概略形状は、シュラウド２６の下方を流れる主流の空気流れに沿った略円弧状形状とされている。

シュラウド２６の立上り部２６ｂの上端から傾斜部２６ｃの外周端（図において左下）にかけて、ケーシング２２側のシュラウド対向壁部３２との間に、微小な隙間が形成されている。この隙間は、シュラウド２６の傾斜部２６ｃの下端から立上り部２６ｂの上端の領域にかけて、凹所３２ａを除いて、略一定の寸法とされている。
凹所３２ａは、シュラウド対向壁部３２の内周側に周方向に連続して形成されている。この凹所３２ａは、シュラウド２６の外周面からの距離が他の部分よりも増大させられた形状となっている。この凹所３２ａは、シュラウド対向壁部３２の外周端３２ｂよりも内周側に位置している。
したがって、シュラウド対向壁部３２の外周端３２ｂとシュラウド２６との間には微小な隙間が形成され、この微小な隙間よりも大きい隙間が、凹所３２ａとシュラウド２６との間に形成されている。

立上り部２６ｂの内周側（図３（ａ）において右方）壁部には、内周側に向けて突出する凸部２６ｄが設けられている。この凸部２６ｄにより、シュラウド２６とベルマウス３１内壁との隙間の寸法は、立上り部２６ｂの上端から下方の凸部２６ｄへと進行するにしたがい、一旦拡大した後、漸次減少するようになっている。

次に、上記構成の遠心式送風装置１の作用効果について説明する。
駆動用モータ３３により羽根車２０が回転させられると、羽根車２０のメインブレード２５の作用により、ベルマウス３１から空気が吸い込まれる。吸い込まれた空気は、主流として、シュラウド２６と底板２４との間を流れ、メインブレード２５を通過してケーシング２２のスクロール状流路２２ａへと流出する。スクロール状流路２２ａへと流出した空気は、図７に示した出口２２ｂを通って、エバポレータやヒータコアが設けられたＨＶＡＣユニット本体部へと導かれる。

上述のように、ベルマウス３１からメインブレード２５を通りスクロール状流路２２ａへと主流が流れるが、この主流流れによって下流側（羽根車２０の出口）の圧力が上昇する。これにより、シュラウド２６とシュラウド対向壁部３２との間には圧力差が形成され、図３（ａ）の矢印で示すように、外周側から内周側へと逆流する漏れ流れが発生する。
この漏れ流れの流路は、隙間に流入する際に、シュラウド対向壁部３２の外周端３２ｂによって急縮小される。これにより縮流した漏れ流れは、隙間内を流れて凹所３２ａへと到達し、この凹所３２ａにて急拡大することになる。このような急縮小および急拡大を経ることにより、漏れ流れに損失を与えて、漏れ流れの流量を可及的に抑えることができる。

なお、本実施形態のベルマウス３１の形状として、図３（ｂ）に示す形状を採用しても良い。すなわち、ベルマウス３１の下流側内周縁部に、Ｒ（アール）面取り部３１ａを設けて曲面を形成してもよい。Ｒ面取り部３１ａの曲率半径は、Ｒ面取りが施されていないＲ面取り部３１ａよりも上方位置の厚さｔを２ｍｍ程度とした場合、１０ｍｍ程度とするのが好ましい。これにより、取り込まれた空気流れを乱すことがない。
このベルマウス３１の下流側内周縁部にＲ面取り部３１ａを形成する構成は、本実施形態のように凹所３２ａとともに用いても良く、あるいは、凹所３２ａの構成とは独立して用いても良い。また、後述する各実施形態にも適用できるものである。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図４を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態に対して、シュラウド対向壁部３２の内周面形状が異なる。それ以外の構成は第１実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
図４に示されているように、凹所３２ｃの内周側（図４において右側）には、シュラウド２６側に向けて突出する第１突出部３２ｄが形成されている。この第１突出部３２ｄにより、駆動用モータ３３の回転軸線に沿った方向（図４において上下方向）に一定間隔の幅を有して延在する凹所３２ｃが形成される。このように、第１突出部３２ｄを設けることにより、凹所３２ｃにて急拡大した漏れ流れを堰き止めることができる。このように、漏れ流れに対して更に抵抗を与えることができるので、漏れ流れの流量を抑えられるだけでなく、周方向（羽根車２０の回転方向）における流速分布を一様化させることができ、流速変動に伴う騒音の発生を抑えることができる。

また、図５に示した変形例のように、漏れ流れをすくい取るようにして受け止める方向に延在する第２突出部３２ｆを設けても良い。この変形例では、略三角形状の断面を有する凹所３２ｅとなっている。第２突出部３２ｆにより、漏れ流れを堰き止め、また、周方向における流速分布を均一化させることができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図６〜図８を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態に対して、シュラウド対向壁部３２の内周面形状が異なる。それ以外の構成は第１実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
図６に示すように、シュラウド対向壁部３２には、このシュラウド対向壁部３２の外周端から内周側に向けて、略半径方向に延在するスリット（溝部）３４が形成されている。スリット３４は、シュラウド対向壁部３２の内面から所定深さだけ除去したものである。このスリット３４の半径方向長さは、シュラウド対向壁部３２の全体にわたって設けても良いが、図６に示すように、シュラウド２６の傾斜部２６ｃに対応する範囲に設けても良い。

また、スリット３４は、シュラウド対向壁部３２の全周にわたって所定間隔をおいて複数設けても良いが、図７に示すように、所定の領域に限定して設けても良い。
図７には、遠心式送風装置の横断面の概略が示されている。図７の矢印Ｂは、羽根車２０の回転方向を示す。スクロール状流路２２ａの出口２２ｂの上流側には、羽根車２０との距離を最小とするような舌部４０が設けられている。羽根車２０から流出した主流は、スクロール状流路２２ａに向けて流れるが、各矢印Ｃに示すように、舌部４０の近傍では逆流による漏れ流れが発生する傾向が顕著となる。したがって、舌部４０を含む例えば９０°の範囲を有する所定領域Ａに対応する領域に限定して、スリット３４をシュラウド対向壁部３２に設けることとすればよい。

図８には、シュラウド対向壁部３２をシュラウド側からみた底面図である。同図において、矢印Ｂは、羽根車２０の回転方向を示す。
図８（ａ）に示されたスリット３４は、半径方向に向けて直線状に設けられている。このスリット３４による作用効果は以下の通りである。
半径方向に延在するスリット３４をシュラウド対向壁部３２に形成することにより、シュラウド２６から見ると、シュラウド対向壁部３２との隙間が繰り返し変化することになる。これにより、漏れ流れに対して抵抗を与えることができ、漏れ流れを遮ることができる。

また、図８（ｂ）に示したスリット３４は、羽根車の回転方向Ｂに対向する方向に傾斜するように曲げられた外周部３４ａと、この外周部３４ａに接続され、半径方向に延在する直線部３４ｂとを有する。この構成により、外周部３４ａと直線部３４ｂとの接続部には、流路が屈曲された変曲部３４ｃが形成される。この構成による作用効果は以下の通りである。
漏れ流れは、図７の矢印Ｃで示すように、羽根車２０の回転方向の速度成分をもって隙間内に流入してくる。そこで、羽根車の回転方向に対向する方向に傾斜した外周部３４ａによって、漏れ流れを取り込み、その後、外周部３４ａに接続された変曲部３４ｃによって漏れ流れを曲げることで圧力を上昇させる。これにより、漏れ流れを遮ることができる。

また、図８（ｃ）に示したスリット３４は、羽根車の回転方向Ｂに対向する方向に傾斜するように曲げられた外周部３４ｄと、この外周部３４ｄに接続され、変曲部３４ｅにて向きを変えて内周側に延在する内周部３４ｆとを有する。このスリット３４は、曲線にて構成されている。この構成による作用効果は、基本的に図８（ｂ）に示したスリット３４と同様であり、羽根車の回転方向に対向する方向に傾斜した外周部３４ｄによって、漏れ流れを取り込み、その後、外周部３４ｄに接続された変曲部３４ｅによって漏れ流れを曲げることで圧力を上昇させ、漏れ流れを遮るものである。

なお、上述の各実施形態は、ＨＶＡＣユニットに用いられる遠心式送風装置を一例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、シュラウドを有する遠心式送風装置であれば広く適用できるものである。

本発明の一実施形態にかかる遠心式送風装置を示した部分断面斜視図である。図１のベルマウス近傍を拡大視した部分断面斜視図である。図２のベルマウスとシュラウドとの位置関係を示した拡大断面図である。第２実施形態にかかる遠心式送風装置のベルマウスとシュラウドとの位置関係を示した拡大断面図である。第２実施形態の変形例であるベルマウスとシュラウドとの位置関係を示した拡大断面図である。第３実施形態にかかる遠心式送風装置のベルマウスとシュラウドとの位置関係を示した拡大断面図である。本発明の一実施形態にかかる遠心式送風装置の概略横断面図である。図６のシュラウド対向壁部の底面図である。

符号の説明

１遠心式送風装置
２０羽根車
２２ケーシング
２２ａスクロール状流路
２４底板
２５メインブレード（翼）
２６シュラウド
３１ベルマウス
３１ａ曲面
３２シュラウド対向壁部
３２ｄ，３２ｆ突出部
３３駆動用モータ（駆動装置）
３４スリット（溝部）
３４ａ，３４ｄ外周部
３４ｃ，３４ｅ変曲部

Claims

軸線回りに回転駆動される羽根車と、
該羽根車を格納し、前記軸線と同軸とされた略円形の気体取入口を形成するベルマウスを有し、該羽根車の外周側に渦巻き状流路を形成するケーシングと、
前記羽根車を回転駆動する駆動装置と、を備え、
前記羽根車は、前記駆動装置によって前記軸線回りに回転駆動される円盤状の底板と、該底板の外周上に立設された複数の翼と、前記底板との間に各前記翼を挟んで同軸にして配置されて各前記翼の端部を連結する略円環状のシュラウドとを有し、
該シュラウドは、内周側から外周側に向かうにつれて前記底板に接近するように前記軸線に対して傾斜した形状とされ、
前記ケーシングは、前記シュラウドの外周側から内周側にかけて、該シュラウドとの間に略一定の隙間を有するシュラウド対向壁部を有する遠心式送風装置において、
前記シュラウド対向壁部には、前記略一定の隙間を形成する該シュラウド対向壁部の外周端よりも内周側に、前記略一定の隙間よりも大きな隙間となるように形成された凹所が周方向に延在して形成され、
該凹所は、前記シュラウドの前記外周側から前記内周側にかけて延在する前記略一定の隙間の途中位置に設けられていることを特徴とする遠心式送風装置。
前記シュラウドは、外周側に向けて円錐面を成すように傾斜する傾斜部と、該傾斜部から前記軸線方向に沿って立ち上がる立上り部とから構成され、
前記立上り部の内周側壁部には、内周側に向けて突出する凸部が設けられ、
該凸部により、前記シュラウドの前記内周側壁部と該内周側壁部に対向するベルマウス内壁との隙間の寸法が、前記立上り部の上端から下方の前記凸部へと進行するにしたがい、一旦拡大した後、漸次減少することを特徴とする請求項１に記載の遠心式送風装置。
前記凹所の内周側には、前記シュラウド側に向けて突出する突出部が形成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装置。
前記シュラウド対向壁部には、該シュラウド対向壁部の外周端から内周側に向けて、略半径方向に延在する溝部が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の遠心式送風装置。
前記溝部は、前記羽根車の回転方向に対向する方向に傾斜した外周部と、該外周部に接続されて流路の向きを変更する変曲部とを有することを特徴とする請求項４に記載の遠心式送風装置。
前記ベルマウスには、その下流側内周縁部に、曲面が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の遠心式送風装置。