JP4952006B2 - 遠心式送風機 - Google Patents

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Description

本発明は、回転軸周りに配設された複数枚のブレードを有する遠心式多翼ファンを備える遠心式送風機に関するもので、車両用空調装置の送風機に適用して有効である。
従来、この種の遠心式送風機では、渦巻き状のスクロールケーシングの中心部に遠心式多翼ファンを配置している。このスクロールケーシング内部であって遠心式多翼ファンの径外方側には、遠心式多翼ファンから径外方側に吹き出された空気が流れる空気通路が形成されており、スクロールケーシングの巻き終わり側には空気通路を流れた空気を送風機外部に吹き出す吹出口が設けられている。
また、従来、この種の遠心式送風機では、スクロールケーシングの半径(スクロール半径)を、スクロールケーシングの巻き始め(ノーズ部)から巻き終わり側に向かうほど大きくなるように設定することにより、空気通路幅(遠心式多翼ファンの径方向における空気通路の寸法)が、スクロールケーシングの巻き始めから巻き終わり側に向かうほど大きくなるようにしている。
これにより、空気通路の断面積を巻始め側から巻き終わり側に向かうほど拡大させているので、空気通路における空気流れに澱みや縮流が発生することを抑制しつつ、巻き始めから巻き終わり側に向かうにつれて空気通路を流れる空気の風量を増加させることができる。
なお、この種の遠心式送風機の一例が特許文献1に開示されている。
特開2002−339899号公報
しかし、本発明者による実験および解析を通じて、上記従来技術では以下の理由によって騒音が発生していることがわかった。すなわち、上記従来技術では、スクロールケーシングの巻き終わり部から巻き始め部にかけて空気通路幅が急激に縮小されるため、巻き始め側におけるブレード間の静圧(翼間静圧)が巻き終わり側における翼間静圧と比較して急激に高くなる(後述の図8における比較例1を参照)。そして、このような翼間静圧の変動によって騒音が発生していることがわかった。
この対策として、巻き始め部におけるスクロール半径を拡大して巻き始め部における空気通路幅を拡大することにより、巻き終わり部から巻き始め部にかけて空気通路幅が急激に縮小されることを回避する対策が考えられるが、単純に巻き始め部における空気通路幅を拡大すると、スクロールケーシングの巻き終わり部と巻き始め部との間の連通面積も拡大されてしまう。
このため、巻き終わり側(吹出口側)から巻き始め側に再び流れ込む空気(以下、この空気を再循環流と言う。)が増加してしまい、送風圧力が低下して送風性能が低下してしまうという問題がある。また、再循環流の増加により、再循環流と遠心式多翼ファンから吹き出される空気との衝突による騒音が増加してしまうという問題もある。
本発明は、上記点に鑑み、送風性能の低下を抑制しつつ、遠心式送風機の騒音を低減することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、回転軸(12)周りに複数枚のブレード(13)を有する遠心式多翼ファン(11)と、
遠心式多翼ファン(11)を収納するとともに、回転軸(12)の軸方向一端側に吸入口(16)を有し、巻き始め部(25)から巻き終わり部(21)にかけて渦巻き状に形成されたスクロールケーシング(15)とを備え、
巻き始め部(25)から巻き終わり部(21)にかけて、スクロールケーシング(15)のスクロール半径が軸方向に変化しており、
軸方向におけるスクロール半径の最大半径(R)が、スクロールケーシング(15)のうち吸入口(16)側の第1端部(17)よりも吸入口(16)と反対側の第2端部(18)に近い部位に設定されており、
軸方向におけるスクロール半径の最小半径(r)が、スクロールケーシング(15)のうち第2端部(18)よりも第1端部(17)に近い部位に設定されており、
巻き始め部(25)では、最大半径(R)が遠心式多翼ファン(11)の外径(d)の0.7倍以上、1.0倍以下の範囲の寸法に設定されており、
最小半径(r)が巻き始め部(25)から巻き終わり部(21)に向かうにつれて大きくなっており、
巻き終わり部(21)では、最小半径(r)が最大半径(R)と同一寸法に設定されていることを特徴とする。
これによると、軸方向におけるスクロール半径の最大半径(R)が、スクロールケーシング(15)のうち吸入口(16)側の第1端部(17)よりも吸入口(16)と反対側の第2端部(18)に近い部位に設定されているので、遠心式多翼ファン(11)から吹き出される空気の風速が大きくなる第2端部(18)側において、巻き終わり部(21)と巻き始め部(25)との間で空気通路幅が縮小されることを抑制できる。
このため、巻き始め部(25)におけるブレード(13)間の静圧(翼間静圧)の上昇を抑制できるので、翼間静圧の変動を抑制できる。この結果、翼間静圧の変動に起因する騒音を低減することができる。
一方、軸方向におけるスクロール半径の最小半径(r)が、スクロールケーシング(15)のうち第2端部(18)よりも第1端部(17)に近い部位に設定されているので、巻き終わり部(21)と巻き始め部(25)との間の連通面積が拡大されることを抑制できる。
このため、巻き終わり側から巻き始め側に再び流れ込む空気(再循環流)が増加することを抑制できるので、送風性能が低下することを抑制できるとともに、再循環流と遠心式多翼ファン(11)から吹き出される空気との衝突による騒音が増加することを抑制できる。
これらの効果が合わさることにより、送風性能の低下を抑制しつつ、遠心式送風機の騒音を低減することができる。
また、請求項1に記載の発明によれば、上述したように、巻き始め部(25)では、最大半径(R)を遠心式多翼ファン(11)の外径(d)の0.7倍以上、1.0倍以下の範囲の寸法に設定しているので、遠心式送風機の騒音をより低減することができる(後述の図12参照)。
なお、請求項1に記載の発明及び後述の請求項2に記載の発明におけるスクロールケーシング(15)を渦巻き状に形成するとは、スクロールケーシング(15)を厳密な渦巻き形状に形成することのみを意味するものではなく、渦巻き形状に近似する形状に形成することをも含む意味のものである。
また、請求項1に記載の発明は、上述したように、最小半径(r)が巻き始め部(25)から巻き終わり部(21)に向かうにつれて大きくなっており、巻き終わり部(21)では、最小半径(r)が最大半径(R)と同一寸法に設定されている。
これにより、遠心式多翼ファン(11)から吹き出された空気をスムーズに巻き終わり部(21)へ流すことができる。このため、送風性能が低下することをより抑制できる。
請求項2に記載の発明は、回転軸(12)周りに複数枚のブレード(13)を有する遠心式多翼ファン(11)と、
遠心式多翼ファン(11)を収納するとともに、回転軸(12)の軸方向一端側に吸入口(16)を有し、巻き始め部(25)から巻き終わり部(21)にかけて渦巻き状に形成されたスクロールケーシング(15)とを備え、
巻き始め部(25)から巻き終わり部(21)にかけて、スクロールケーシング(15)のスクロール半径が軸方向に変化しており、
軸方向におけるスクロール半径の最大半径(R)が、スクロールケーシング(15)のうち吸入口(16)側の第1端部(17)よりも吸入口(16)と反対側の第2端部(18)に近い部位に設定されており、
軸方向におけるスクロール半径の最小半径(r)が、スクロールケーシング(15)のうち第2端部(18)よりも第1端部(17)に近い部位に設定されており、
巻き始め部(25)では、最大半径(R)が遠心式多翼ファン(11)の外径(d)の0.7倍以上、1.0倍以下の範囲の寸法に設定されており、
最大半径(R)が巻き始め部(25)から巻き終わり部(21)にかけて一定になっていることを特徴とする
これによると、請求項1に記載の発明と同様に、遠心式多翼ファン(11)から吹き出される空気の風速が大きくなる第2端部(18)側において、巻き終わり部(21)と巻き始め部(25)との間で空気通路幅が縮小されることを抑制できる。このため、巻き始め部(25)におけるブレード(13)間の静圧(翼間静圧)の上昇を抑制して、翼間静圧の変動に起因する騒音を低減することができる。
一方、軸方向におけるスクロール半径の最小半径(r)を、第1端部(17)に近い部位に設定することで、巻き終わり部(21)と巻き始め部(25)との間の連通面積の拡大を抑制できる。これにより、巻き終わり側から巻き始め側に再び流れ込む空気(再循環流)の増加を抑制できるので、送風性能が低下することを抑制できるとともに、再循環流と遠心式多翼ファン(11)からの吹出空気との衝突による騒音が増加することを抑制できる。
また、請求項2に記載の発明においても、巻き始め部(25)では、最大半径(R)を遠心式多翼ファン(11)の外径(d)の0.7倍以上、1.0倍以下の範囲の寸法に設定しているので、遠心式送風機の騒音をより低減することができる(後述の図12参照)。
これらの効果が合わさることにより、送風性能の低下を抑制しつつ、遠心式送風機の騒音を低減することができる。
上記に加えて、請求項2に記載の発明では、最大半径(R)が巻き始め部(25)から巻き終わり部(21)にかけて一定になっているので、第2端部(18)側における巻き終わり部(21)と巻き始め部(25)との間での空気通路幅の縮小をより抑制できる。このため、翼間静圧の変動をより抑制できるので、翼間静圧の変動に起因する騒音をより低減することができる。
なお、請求項2に記載の発明における最大半径(R)が一定になっているとは、厳密に一定になっていることのみを意味するものではなく、製造上の誤差を含んだ実質的な一定の範囲になっていることをも含む意味のものである。
また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の遠心式送風機において、最大半径(R)が巻き始め部(25)から巻き終わり部(21)に向かうにつれて大きくなっていることを特徴とする
これにより、スクロールケーシング(15)の径方向における体格の大型化を抑制しつつ、第2端部(18)側における巻き終わり部(21)と巻き始め部(25)との間での空気通路幅の縮小を抑制できる。
このため、スクロールケーシング(15)の径方向における体格の大型化を抑制しつつ、遠心式送風機の騒音を低減することができる。
また、請求項4に記載の発明は、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において、スクロールケーシング(15)内部であって遠心式多翼ファン(11)の径外方側に形成される空気通路(20)の断面積(S)が巻き始め部(25)から巻き終わり部(21)に向かうにつれて増加するようになっているので、送風性能の低下をより抑制できる。
請求項5に記載の発明のように、請求項4に記載の遠心式送風機において、断面積(S)の増加を線形的にすれば、遠心式送風機の騒音を効果的に低減することができる(後述の図7参照)。
また、請求項6に記載の発明のように、請求項4に記載の遠心式送風機において、断面積(S)の増加を対数螺旋的にしてもよい。
また、請求項7に記載の発明は、請求項1ないし6のいずれか1つに記載の遠心式送風機において、最大半径(R)がスクロールケーシング(15)のうち第2端部(18)近傍の部位に設定されており、
最小半径(r)がスクロールケーシング(15)のうち第1端部(17)近傍の部位に設定されていることを特徴とする
これにより、スクロールケーシング(15)を遠心式多翼ファン(11)から吹き出される空気の風速分布に沿う形状に形成できるので、翼間静圧の変動をより抑制できる。この結果、翼間静圧の変動に起因する騒音をより低減することができる。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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ものである。
(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9に基づいて説明する。図1は本発明による遠心送風機(以下、送風機と略す。)10の断面図であり、図2はこの送風機10の上面図である。
遠心式多翼ファン(以下、ファンと略す。)11は回転軸12周りに複数枚のブレード13を有し、径内方側(回転軸12側)から空気を吸入して、その吸入した空気を径外方側に吹き出す送風手段である。
電動モータ14はファン11を図2の矢印a方向に回転駆動する駆動手段であり、この電動モータ14(以下、モータと略す。)は、ファン11を収納するスクロールケーシング15(以下、スクロールと略す。)に固定されている。
このスクロール15は、中心部にファン11が位置するように略渦巻き状に形成されている。スクロール15のうち回転軸12の軸方向一端側(モータ14と反対側)には、空気を導入するための吸入口16が形成されており、この吸入口16の外形縁部には、吸入空気を滑らかにファン11に導くベルマウス16aが設けられている。
スクロール15のうちベルマウス16aの外周側縁部からファン11の径外方側に延びる吸入口側壁部17は渦巻き状の平面形状を有しており、モータ14の外周部からファン11の径外方側に延びるモータ側壁部18は全体として円環状の平面形状を有している。両壁部17、18の径外方側先端部の間には回転軸12側を向いた側壁19が形成されている。
なお、吸入口側壁部17は本発明における第1端部に該当するものであり、モータ側壁部18は本発明における第2端部に該当するものである。
本例では、スクロール15が吸入口16側とモータ14側の2つの分割体15a、15bに分割して形成され、この2つの分割体15a、15bをねじやクリップ等の締結手段により一体に締結することによりスクロール15が構成される。
スクロール15の内部であってファン11の径外方側には、ファン11から吹き出す空気が流れる空気通路20が形成されている。より具体的には、吸入口側壁部17とモータ側壁部18と側壁19とファン11の径外方側縁部とで囲まれる空間によって空気通路20が形成されている。
空気通路20の空気流れ下流側、すなわち、スクロール15の巻き終わり部21側には、空気通路20を流れた空気を送風機10の外部へ吹き出す吹出口22が形成されている。
次に、スクロール15の形状について、より具体的に説明すると、図2に示すように、スクロール15のノーズ部23は、回転軸12の軸方向一端側(図2の紙面手前側)から回転軸12の軸方向他端側(図2の紙面奥側)に向かうにつれて曲率半径が小さくなっている。
このため、ノーズ部23のうち回転軸12の軸方向一端部における曲率中心(以下、この曲率中心を吸入口側巻き始め部と呼ぶ。)24と、ノーズ部23のうち回転軸12の軸方向他端部における曲率中心(以下、この曲率中心をモータ側巻き始め部と呼ぶ。)25とを結ぶ線分23aが、回転軸12の軸方向に対して傾斜している。なお、モータ側巻き始め部25は、本発明における巻き始め部に該当するものである。
スクロール15は、モータ側巻き始め部25から巻き終わり部21にかけて、回転軸12(ファン11の中心)から側壁19からまでの寸法(以下、この寸法をスクロール半径と呼ぶ。)が回転軸12の軸方向に変化するように形成されている。
図3(a)は、図1におけるA−A断面図である。ここで、線分A−Aは、モータ側巻き始め部25とファン11の回転中心とを結ぶ線分である。以下、このA−A断面をモータ側巻き始め部25における断面と呼ぶ。
モータ側巻き始め部25におけるスクロール15の側壁19の断面形状は、吸入口16側(図3(a)の上方側)では回転軸12の軸方向(図3(a)の上下方向)と略平行な直線状になっており、モータ14側(図3(a)の下方側)ではモータ側壁部18に向かうにつれてスクロール15の径外方側(図3(a)の右方側)に傾斜している。
具体的には、スクロール半径が、吸入口16側端部(図3(a)の上端部)で最小半径rになり、モータ14側端部(図3(a)の下端部)で最大半径Rになっている。本例では、このモータ側巻き始め部25における最大半径Rをファン11の外径寸法dと同一寸法に設定している。したがって、モータ側巻き始め部25における空気通路20の断面形状は、モータ14側領域が吸入口16側領域よりもスクロール15の径外方側に拡がる形状を有している。
図3(a)において、空気通路20内の矢印は、ファン11から吹き出された空気の風速分布を模式的に示したものである。ファン11は回転軸12の軸方向一端側の吸入口16から吸入された空気をファン11の径外方側に吹き出すので、ファン11から吹き出される空気は回転軸12の軸方向他端側(モータ14側)に偏った流れになる。このような風速分布の偏りに合わせて、空気通路20のモータ14側領域をスクロール15の径外方側に拡げている。
図3(a)中の2点鎖線は比較例1における空気通路の当該断面形状を示している。この比較例1は本発明者が試作検討した送風機であり、特許文献1の送風機と略同等のものである。本実施形態では、モータ14側のスクロール半径を比較例1よりも大きくしているが、逆に、吸入口16側のスクロール半径を比較例1よりも小さくしている。
これにより、モータ側巻き始め部25において、空気通路20の断面積Sが比較例1の当該断面積と同一面積になるようにしている。ここで、空気通路20の断面積Sとは、回転軸12の軸方向と平行かつファン11の回転中心を通る平面における空気通路20の面積を言う。
図3(b)〜(e)に示すように、側壁19の断面形状はモータ側巻き始め部25から巻き終わり部21に向かうにつれて変化している。図3(b)は図1におけるB−B断面図であり、図3(c)は図1におけるC−C断面図であり、図3(d)は図1におけるD−D断面図である。そして、図3(e)は図1におけるE−E断面図であり、巻き終わり部21における空気通路20の断面形状を示している。
側壁19はモータ側巻き始め部25から巻き終わり部21に向かうにつれて、モータ14側がスクロール15の径外方側に傾斜する形状から、回転軸12の軸方向(図3(b)〜(e)の上下方向)と平行な直線形状に変化する。換言すれば、空気通路20の断面形状はモータ側巻き始め部25から巻き終わり部21に向かうにつれて、モータ14側領域が吸入口16側領域よりもスクロール15の径外方側に拡がる形状から、矩形状に変化する。
具体的には、モータ側巻き始め部25と巻き終わり部21の間の中間部における断面(B−B断面〜D−D断面)では、モータ側巻き始め部25における断面(A−A断面)と同様に、スクロール半径が吸入口16側端部で最小半径rになり、モータ14側端部で最大半径Rになっている。
この最小半径rは巻き始め部23から巻き終わり部21に向かうにつれて大きくなっている。具体的には、最小半径rは、吸入口側巻き角θ1に対して対数螺線、すなわちr=r0・exp(θ1・tan(α))的に変化している。
ここで、吸入口側巻き角θ1とは、図2に示すように、吸入口側巻き始め部24とファン11の回転中心とを結ぶ基準線L1からファン回転方向aに図った角度を言う。r0は基準線L1上における最小半径である。また、αは拡がり角であり、本例では、この拡がり角αを3〜5度としている。
なお、本例では、最小半径rが対数螺線的に大きくなっているが、最小半径rが吸入口側巻き角θ1に比例して線形的に大きくなるようにしてもよいし、これらに限定されることなく連続的に大きくなるようにしてもよい。
一方、最大半径Rはモータ側巻き始め部25から巻き終わり部21にかけて一定になっている。換言すれば、最大半径Rはモータ側巻き角θ2に関係なく一定になっている。ここで、モータ側巻き角θ2とは、図2に示すように、モータ側巻き始め部25とファン11の回転中心とを結ぶ基準線L2からファン回転方向aに図った角度を言う。
そして、巻き終わり部21における断面(E−E断面)では、最小半径rが最大半径Rと同一寸法になっているので、空気通路20の断面形状が矩形状になっている。
図3(b)〜(e)において、空気通路20内の矢印は、図3(a)と同様に、ファン11から吹き出された空気の風速分布を模式的に示したものである。これらの断面においても、ファン11から吹き出される空気の風速分布がモータ14側に偏る。このため、モータ側巻き始め部25と巻き終わり部21の間の中間部では、このような風速分布の偏りに合わせて、空気通路20のモータ14側領域をスクロール15の径外方側に拡がる形状にしている。
図3(b)〜(d)中の2点鎖線は、図3(a)と同様に、上述の比較例1における空気通路の当該断面形状を示している。一方、巻き終わり部21では、本実施形態における空気通路20の断面形状と比較例1における空気通路の断面形状とが同一形状になっている。このため、巻き終わり部21では、本実施形態における空気通路20の断面積Sが比較例1における当該断面積と同一面積になっている。
図4は、モータ側巻き角θ2と断面積Sとの関係を本実施形態と比較例1とで比較したグラフであり、実線が本実施形態を示し、破線が比較例1を示している。図4からわかるように、本実施形態では、断面積Sがモータ側巻き始め部25から巻き終わり部21側に向かうにつれて(モータ側巻き角θ2に比例して)線形的に増加している。
これに対して、比較例1では、断面積Sが対数螺線、すなわちS=S0・exp(θ2・tan(α))的に変化している。ここで、S0は基準線L上における断面積であり、拡がり角αは3〜5度としている。
次に、上記構成における本実施形態の作動について説明する。いま、電動モータ14に通電してファン11を図2の矢印a方向に回転駆動すると、ファン11は回転軸12の軸方向一端側の吸入口16から吸入された空気をファン11の径外方側に吹き出す。ファン11から吹き出された空気は空気通路20を巻き終わり部21へ向かって流れて、吹出口22から送風機10の外部へ吹き出される。
このとき、巻き終わり部21からモータ側巻き始め部25の範囲においてファン11から吹き出される空気の風速分布と空気通路20の断面形状とに着目すると、図3(e)からわかるように、巻き終わり部21では、空気通路幅(回転軸12と直交する方向(図3(a)〜(e)の左右方向)における空気通路20の寸法)が吸入口16側端部からモータ14側端部までの全域にわたって広くなっている。
一方、図3(a)からわかるように、モータ側巻き始め部25では、吸入口16側の空気通路幅が狭くなっているものの、モータ14側の空気通路幅がモータ14側に偏る風速分布に合わせて吸入口16側の空気通路幅よりも広くなっている。
換言すれば、モータ14側では、モータ側巻き始め部25における空気通路幅が巻き終わり部21における空気通路幅と略同一寸法になっている。このため、モータ側巻き始め部25でブレード13間の静圧(翼間静圧)が上昇することを抑制できるので、翼間静圧の変動を抑制できる。この結果、この翼間静圧の変動に起因する騒音を低減することができる。
これに対して、上述の比較例1(図3(a)の2点鎖線)におけるモータ14側では、モータ側巻き始め部25における空気通路幅が巻き終わり部21における空気通路幅よりも著しく狭くなっている。換言すれば、比較例1では、モータ14側における空気通路幅が巻き終わり部21とモータ側巻き始め部25との間で急激に縮小される。
このため、モータ側巻き始め部25で翼間静圧が上昇して翼間静圧の変動が大きくなってしまうので、騒音が増加してしまう。
なお、本実施形態では、モータ側巻き始め部25において、吸入口16側の空気通路幅が比較例1よりも狭くなっているが、吸入口16側ではファン11から吹き出された空気の風速が低い。このため、モータ側巻き始め部25において、吸入口16側では翼間静圧がほとんど上昇しない。
ところで、本実施形態では、空気通路20の断面積Sがスクロール15の巻き始めから巻き終わり部21側に向かうにつれて増加しているので、ファン11から吹き出されて空気通路20を流れる空気の風量を、スクロール15のモータ側巻き始め部25側から巻き終わり部21側に向かうにつれて増加させることができる。このため、モータ14側の空気通路幅を広くしても送風能力の低下を抑制することができ、所定の送風能力を確保することができる。
また、本実施形態では、モータ側巻き始め部25における空気通路20の断面積Sを比較例1の当該断面積と同一面積にしているので、騒音をより低減することができる。これは、本発明者が実験を通じて得た以下の知見に基づくものである。
図5は、巻き始め部における空気通路の断面積と比騒音との関係を示すグラフであり、比較例1の送風機と、比較例1に対して巻き始め部における空気通路の断面積を変更した送風機とについて、最低比騒音と高風量時における比騒音とを測定した試験結果である。図5の横軸は、比較例1の巻き始め部における空気通路の断面積を1とした断面積比である。
図5からわかるように、巻き始め部における空気通路の断面積が比較例1の当該断面積と同一面積のとき、最低比騒音および高風量時の比騒音がほぼ最小になる。これは、以下の理由による。
すなわち、巻き始め部における空気通路の断面積を比較例1の当該断面積よりも小さくすると、巻き終わり部から巻き始め部にかけて空気通路の断面積が縮小されることによって翼間静圧の変動が大きくなるため、比騒音が増加する。
一方、巻き始め部における空気通路の断面積を比較例1よりも大きくすると、巻き終わり部と巻き始め部との間の連通面積が大きくなることによって、巻き終わり部側(吹出口側)からノーズ部を通過して巻き始め部側に再び流れ込む再循環流と吸入空気との衝突が増加するため、比騒音が増加する。
また、本実施形態では、巻き終わり部21における空気通路20の断面積Sを比較例1の当該断面積と同一面積にしているので、騒音をより低減することができる。これは、本発明者が実験を通じて得た以下の知見に基づくものである。
図6は、巻き終わり部における空気通路の断面積と比騒音との関係を示すグラフであり、比較例1の送風機と、比較例1に対して巻き終わり部における空気通路の断面積を変更した送風機とについて、最低比騒音と高風量時における比騒音とを測定した試験結果を示すものである。図6の横軸は、比較例1の巻き終わり部における空気通路の断面積を1とした断面積比である。
図6からわかるように、巻き終わり部における空気通路の断面積が比較例1の当該断面積と同一面積のとき、最低比騒音および高風量時の比騒音がほぼ最小になる。これは、以下の理由による。
すなわち、巻き終わり部における空気通路の断面積を比較例1よりも小さくすると、巻き終わり部で空気流れが縮流して渦が発生するため比騒音が増加する。一方、巻き終わり部における断面積を比較例1よりも大きくすると、巻き終わり部で空気流れに澱みや逆流が発生して空気流れが不安定になるため比騒音が増加する。
さらに、本実施形態では、空気通路20の断面積がモータ側巻き始め部25から巻き終わり部21側に向かうにつれて線形的に増加しているので、騒音をより低減できる。これは、本発明者が実験を通じて得た以下の知見に基づくものである。
図7は、比較例1と、比較例1に対して断面積が線形的に変化するように変更した送風機(比較例2)とについて比騒音を測定した試験結果を示すグラフである。図7において、実線は比較例2の比騒音を示しており、破線は比較例1の比騒音を示している。
図7からわかるように、風量が実使用域の範囲では、断面積が線形的に増加する比較例2の比騒音が、断面積が対数螺線的に増加する比較例1の比騒音よりも低減する。これは、実使用域の風量範囲においては、断面積が線形的に増加していると、断面積が対数螺線的に増加している場合よりも、空気通路における空気流れに澱みや縮流が発生することを抑制できるためと考えられる。
図8は、本実施形態における翼間静圧の変動(実線)を比較例1における翼間静圧の変動(破線)と比較したグラフである。この図8は、本実施形態の送風機10と比較例1の送風機とを3Dモデル化し、CFD解析を行ったものであり、巻き角θと翼間静圧との関係を示している。
図8からわかるように、本実施形態では、モータ側巻き始め部25から巻き終わり部21までの間における翼間静圧の変動、すなわち、モータ側巻き始め部25から巻き終わり部21までの間における最大翼間静圧と最小翼間静圧との圧力差ΔPが比較例1よりも低減されている。
そして、図9は、本実施形態における比騒音の測定結果(実線)を、比較例1の比騒音の測定結果(破線)と比較して示したグラフである。図9からわかるように、本実施形態では、最低比騒音および高風量時における比騒音の両者を比較例1よりも低減することができる。
因みに、上記の試験方法は、JIS B 8330及びJIS B 8346に準拠したものであり、試験においては、ファン外径Dを165mm以下とした。また、比騒音の定義は、JIS B 0132による。
(第2実施形態)
上記第1実施形態では、モータ側巻き始め部25における最大半径Rをファン11の外径寸法dと同一寸法に設定しているが、本第2実施形態では、モータ側巻き始め部25における最大半径Rをファン11の外径寸法dの0.71倍の寸法に設定している。
図10は第2実施形態による送風機10の上面図である。図10において、スクロール15の2点鎖線は、上記第1実施形態におけるスクロール15の外形を示している。
図11(a)は、図10におけるF−F断面図であり、スクロール15のモータ側巻き始め部25における空気通路20の断面形状を示している。図11(b)は図10におけるG−G断面図であり、図11(c)は図10におけるH−H断面図であり、図11(d)は図10におけるI−I断面図である。そして、図11(e)は図10におけるJ−J断面図であり、巻き終わり部21における空気通路20の断面形状を示している。
本実施形態では、モータ側巻き始め部25において、スクロール15の側壁19の断面形状が、吸入口16側(図11(a)の上方側)からモータ14側に向かうにつれてスクロール15の径外方側(図11(a)の右方側)に傾斜している。この断面形状は、吸入口16側の傾斜よりもモータ14側の傾斜の方が大きくなっているので、略中央で屈曲した形状になっている。
モータ側巻き始め部25において、スクロール半径が吸入口16側端部で最小半径rになり、モータ14側端部で最大半径Rになっている点は上記第1実施形態と同様である。
本実施形態では、このモータ側巻き始め部25における最大半径Rを上記第1実施形態よりも小さく設定している。具体的には、モータ側巻き始め部25における最大半径Rをファン11の外径寸法dの0.71倍の寸法に設定している。
側壁19の断面形状は、図11(b)〜(e)に示すように、モータ側巻き始め部25から巻き終わり部21に向かうにつれて変化している。図11(b)〜(e)からわかるように、側壁19はモータ側巻き始め部25から巻き終わり部21に向かうにつれて、モータ14側がスクロール15の径外方側に傾斜する形状から、回転軸12と平行な直線形状に変化する。換言すれば、空気通路20の断面形状はモータ側巻き始め部25から巻き終わり部21に向かうにつれて、モータ14側領域が吸入口16側領域よりもスクロール15の径外方側に拡がる形状から、矩形状に変化する。
具体的には、モータ側巻き始め部25と巻き終わり部21の間の中間部における断面(G−G断面〜J−J断面)では、モータ側巻き始め部25における断面(F−F断面)と同様に、スクロール半径が吸入口16側端部で最小半径rになり、モータ14側端部で最大半径Rになっている。
この最小半径rがモータ側巻き始め部25から巻き終わり部21に向かうにつれて対数螺旋的に大きくなるとともに、最大半径Rもモータ側巻き始め部25から巻き終わり部21に向かうにつれて対数螺旋的に大きくなっている。そして、巻き終わり部21における断面(J−J断面)では、最小半径rが最大半径Rと同一寸法になっている。
なお、本例では、最小半径rの拡がり角αを3〜5度とし、最大半径Rの拡がり角を2度としている。また、本例では、最小半径rおよび最大半径Rが対数螺旋的に大きくなっているが、最小半径rおよび最大半径Rが線形的に大きくなるようにしてもよいし、これらに限定されることなく連続的に大きくなるようにしてもよい。
本実施形態においても、上記第1実施形態と同様に、空気通路20の断面積Sがスクロール15の巻き始めから巻き終わり部21側に向かうにつれて線形的に増加するようになっている。また、巻き終わり部21における断面(J−J断面)での側壁19の断面形状が上記第1実施形態と同一形状になっている。このため、巻き終わり部21における空気通路20の断面積Sは上記第1実施形態における当該断面積と同一面積になっている。
また、本実施形態では、G−G断面(図11(b))における側壁19の断面形状は、F−F断面(モータ側巻き始め部25における断面)と同様に、吸入口16側の傾斜よりもモータ14側の傾斜の方が大きい屈曲形状になっているが、H−H断面およびI−I断面(図11(c)、(d))における側壁19の断面形状は、これとは逆に、吸入口16側の傾斜の方がモータ14側の傾斜よりも大きい屈曲形状になっている。
本実施形態では、モータ側巻き始め部25における最大半径Rをファン11の外径寸法dの0.71倍の寸法に設定することによってスクロール15の径方向における体格を上記第1実施形態(図10の2点鎖線)と比較して小型化しているにも関わらず、上記第1実施形態と同等の比騒音低減効果を発揮することができる。
図12は、モータ側巻き始め部25における最大半径Rと比騒音との関係を示したグラフであり、本実施形態による送風機10と、本実施形態に対してモータ側巻き始め部25における最大半径Rを変更した送風機とについての比騒音の測定結果を示している。なお、この測定に用いた送風機は、いずれも最小半径rの拡がり角αが3〜5度であり、空気通路20の断面積Sが線形的に増加するようになっている。
図12に示すように、最大半径Rをファン11の外径寸法dの0.7倍以上、1.0倍以下の範囲の寸法に設定すれば、最低比騒音および高風量時における比騒音の両者を上述の比較例1よりも大幅に低減できることがわかった。
図13は、本実施形態における比騒音(実線)の測定結果を示したグラフである。図13において、破線は、本実施形態に対してモータ側巻き始め部25における最大半径Rをファン11の外径寸法dの0.92倍の寸法に変更した送風機(比較例3)についての比騒音の測定結果を示している。
図13からわかるように、本実施形態の比騒音特性は、比較例3の比騒音特性とほぼ同等である。すなわち、モータ側巻き始め部25における最大半径Rをファン11の外径寸法dの0.71倍の寸法に設定してスクロール15の径方向における体格を小型化しても、比騒音低減効果を発揮することができる。
(第3実施形態)
本第3実施形態は、上記第2実施形態のノーズ部23を上記特許文献1の送風機のノーズ部と同様の形状に変更したものである。図14(a)は本実施形態による送風機10の要部上面図であり、図14(b)は図14(a)におけるK矢視図である。
本実施形態では、ノーズ部23の近傍のうち吸入口16側の壁部26を、ノーズ部23の近傍のうち吸入口16と反対側(モータ14側)の壁部27よりもファン回転方向aと逆向き側(図14(a)の矢印b方向)に突出させている。つまり、ノーズ部23の近傍の壁部のうちファン回転方向aと逆向き側の端部を、吸入口16側から吸入口16と反対側に向かって、回転軸12と平行な方向に対してファン回転方向aに傾斜させている。
本実施形態では、ノーズ部23の近傍のうち吸入口16側の壁部26を、ノーズ部23の近傍のうち吸入口16と反対側の壁部27よりファン回転方向aと逆向き側(巻き終わり部21側)に突出させているので、吸入口16側に流れ込んだ再循環流は、図14(b)の矢印eのように、壁部26、27に沿って全圧の高い吸入口16と反対側に誘導される。
このため、再循環流がブレード13間を逆流せず、ファン11から吹き出した空気と共に下流側に流れていくので、再循環流と吸入空気とが干渉してしまうことを抑制できる。この結果、再循環流と吸入空気との干渉に起因する低周波騒音を低減することができるので、比騒音をより低減することができる。
なお、本実施形態は、上記第2実施形態のノーズ部23を上記特許文献1の送風機のノーズ部と同様の形状に変更したものであるが、上記第1実施形態のノーズ部23を上記特許文献1の送風機のノーズ部と同様の形状に変更しても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
(第4実施形態)
上記第3実施形態では、空気通路20の断面形状を、モータ側巻き始め部25から巻き終わり部21にかけて幅方向(回転軸12と直交する方向)に変化させるのみで高さ方向(回転軸12の軸方向)には変化させていないが、本第4実施形態では、空気通路20の断面形状を、モータ側巻き始め部25から巻き終わり部21にかけて幅方向に変化させるのみならず高さ方向にも変化させている。
図15は本実施形態による送風機10の上面図である。図15において、スクロール15の2点鎖線は、上記第3実施形態におけるスクロール15の外形を示している。
図16(a)は、図15におけるM−M断面図であり、スクロール15のモータ側巻き始め部25における空気通路20の断面形状を示している。図16(b)は図15におけるN−N断面図であり、図16(c)は図15におけるQ−Q断面図であり、図16(d)は図15におけるT−T断面図である。そして、図16(e)は図15におけるU−U断面図であり、巻き終わり部21における空気通路20の断面形状を示している。
なお、図16(b)〜(e)において、2点鎖線はモータ側巻き始め部25(M−M断面)における吸入口側壁部17およびモータ側壁部18の位置を示している。
本実施形態では、モータ側巻き始め部25(M−M断面)における側壁19の断面形状を上記第3実施形態と略同一形状にしている。また、中間部(N−N断面〜T−T断面)および巻き終わり部21(U−U断面)では、スクロール半径の最小半径rおよび最大半径Rの両者を上記第3実施形態よりも小さくして、側壁19の位置を上記第3実施形態よりも回転軸12に近づけているので、空気通路幅を上記第3実施形態よりも小さくしている。
一方、スクロール15のうちベルマウス16aの外形縁部から回転軸12と直交する方向に略円環状に延びる吸入口側壁部17と、モータ14の外周部から吸入口側壁部17と平行に略円環状に延びるモータ側壁部18の位置を、モータ側巻き始め部25から巻き終わり部21に向かうにつれて互いに離れる方向に変化させている。すなわち、空気通路高さ(回転軸12の軸方向(図16(a)〜(e)の上下方向)における空気通路の寸法)がモータ側巻き始め部25から巻き終わり部21に向かうにつれて増加している。
これにより、空気通路20の断面積Sを、上記第3実施形態と同様に、スクロール15の巻き始めから巻き終わり部21側に向かうにつれて線形的に増加させることができる。この結果、上記第3実施形態と同等の比騒音低減効果を発揮しつつ、スクロール15の径方向における体格をさらに小型化できる。
(第5実施形態)
上記第1実施形態では、モータ側巻き始め部25および中間部(モータ側巻き始め部25と巻き終わり部21の間の部位)におけるスクロール15の側壁19の断面形状が吸入口16側で直線状になっており、かつ、モータ14側でスクロール15の径外方側に傾斜している。また、上記第2実施形態では、モータ側巻き始め部25および中間部における側壁19の断面形状が略中央で屈曲した傾斜形状になっている。
これに対して、本実施形態では、図17に示すように、モータ側巻き始め部25および中間部における側壁19の断面形状の全体を、吸入口16側からモータ14側に向かってスクロール15の径外方側に傾斜する曲線形状にしている。
図17は、本実施形態によるモータ側巻き始め部25および中間部における断面の一例を示す断面図である。本実施形態のように側壁19を形成しても、上記第1、第2実施形態と同等の効果を得ることができる。
(第6実施形態)
上記各実施形態では、モータ側巻き始め部25および中間部(モータ側巻き始め部25と巻き終わり部21の間の部位)において、スクロール半径が吸入口16側端部で最小半径rになるようにスクロール15の側壁19を形成しているが、本実施形態では、図18に示すように、スクロール半径が吸入口16側端部以外の部位で最小半径rになるように側壁19を形成している。
図18は、本実施形態によるモータ側巻き始め部25および中間部における断面の一例を示す断面図である。本実施形態では、側壁19の断面形状を回転軸12側(図18の左方側)に窪んだ略円弧状にしている。そして、スクロール半径の最小半径rを、側壁19のうち回転軸12の軸方向(図18の上下方向)における中央部よりもわずかに吸入口16側の部位に設定している。
なお、スクロール半径の最大半径Rは、上記各実施形態と同様に、モータ14側端部に設定されている。
本実施形態のように側壁19を形成しても、上記各実施形態と同等の効果を得ることができる。
(第7実施形態)
上記第1〜第6実施形態では、モータ側巻き始め部25および中間部(モータ側巻き始め部25と巻き終わり部21の間の部位)において、スクロール半径がモータ14側端部で最大半径Rになるようにスクロール15の側壁19を形成しているが、本実施形態では、図19に示すように、スクロール半径がモータ14側端部以外の部位で最大半径Rになるように側壁19を形成している。
図19は、本実施形態によるモータ側巻き始め部25および中間部における断面の一例を示す断面図である。本実施形態では、側壁19の断面形状をスクロール15の径外方側(図19の右方側)に膨らんだ略円弧状にしている。そして、スクロール半径の最大半径Rを、側壁19のうち回転軸12の軸方向(図19の上下方向)における中央部よりもわずかにモータ14側の部位に設定している。
なお、スクロール半径の最小半径rは、上記第1〜第5実施形態と同様に、吸入口16側端部に設定されている。
本実施形態のように側壁19を形成しても、上記第1〜第6実施形態と同等の効果を得ることができる。
(第8実施形態)
上記各実施形態では、巻き終わり部21における空気通路20の断面形状が矩形状になるようにスクロール15の側壁19を形成しているが、本実施形態では、図20に示すように、巻き終わり部21における空気通路20の断面形状が矩形状以外の形状になるように側壁19を形成している。
図20は、本実施形態による巻き終わり部21における断面を示す要部断面図である。本実施形態では、巻き終わり部21において、スクロール半径の最大半径Rが最小半径rよりも大きくし、この最大半径Rを、側壁19のうち回転軸12の軸方向(図20の上下方向)における中央部よりもわずかにモータ14側の部位に設定している。このため、側壁19の断面形状は、略中央部がスクロール15の径外方側(図20の右方側)に突き出すように屈曲している。
本実施形態のように側壁19を形成しても、上記各実施形態と同等の効果を得ることができる。
(第9実施形態)
上記第8実施形態では、巻き終わり部21におけるスクロール15の側壁19の断面形状が、略中央部がスクロール15の径外方側に突き出すように屈曲しているが、本実施形態では、図21に示すように、巻き終わり部21における側壁19の断面形状が、吸入口16側からモータ14側に向かうにつれてスクロール15の径外方側に傾斜している。
図21は、本実施形態における巻き終わり部21の要部断面図である。本実施形態では、巻き終わり部21において、スクロール半径の最大半径Rが最小半径rよりも大きくし、この最大半径Rを側壁19のモータ14側端部に設定している。このため、側壁19の断面形状は、吸入口16側からモータ14側に向かうにつれてスクロール15の径外方側(図21の右方側)に直線的に傾斜している。
本実施形態のように側壁19を形成しても、上記各実施形態と同等の効果を得ることができる。
(他の実施形態)
なお、上記各実施形態では、空気通路20の断面積Sがスクロール15の巻き始めから巻き終わり部21側に向かうにつれて線形的に増加しているが、比較例1と同様に、空気通路20の断面積Sがスクロール15の巻き始めから巻き終わり部21側に向かうにつれて対数螺線的に変化するようにしてもよい。
また、上記第1実施形態では、最大半径Rがモータ側巻き始め部25から巻き終わり部21にかけて一定になっており、上記第2実施形態では、最大半径Rがモータ側巻き始め部25から巻き終わり部21に向かうにつれて連続的に大きくなっているが、モータ側巻き始め部25から巻き終わり部までの間の一部分において最大半径Rを一定にし、モータ側巻き始め部25から巻き終わり部までの間の残余の部分において最大半径Rを連続的に大きくするようにしてもよい。
本発明の第1実施形態を示す送風機の断面図である。 図1の送風機の上面図である。 (a)は、図1におけるA−A断面図であり、(b)は図1におけるB−B断面図であり、(c)は図1におけるC−C断面図であり、(d)は図1におけるD−D断面図である。(e)は図1におけるE−E断面図である。 第1実施形態におけるモータ側巻き角と断面積との関係を比較例1と比較したグラフである。 モータ側巻き始め部における空気通路の断面積と比騒音との関係を示すグラフである。 巻き終わり部における空気通路の断面積と比騒音との関係を示すグラフである。 比較例1と比較例2について比騒音を測定した試験結果を示すグラフである。 第1実施形態における翼間静圧の変動を比較例1と比較したグラフである。 第1実施形態における比騒音の測定結果を示すグラフである。 本発明の第2実施形態を示す送風機の上面図である。 (a)は、図10におけるF−F断面図であり、(b)は図10におけるG−G断面図であり、(c)は図10におけるH−H断面図であり、(d)は図10におけるI−I断面図であり、(e)は図10におけるJ−J断面図である。 モータ側巻き始め部における最大半径と比騒音との関係を示すグラフである。 第2実施形態における比騒音の測定結果を示すグラフである。 (a)は本発明の第3実施形態を示す送風機の要部上面図であり、(b)は(a)におけるK矢視図である。 本発明の第4実施形態を示す送風機の上面図である。 (a)は、図15におけるM−M断面図であり、(b)は図15におけるN−N断面図であり、(c)は図15におけるQ−Q断面図であり、(d)は図15におけるT−T断面図であり、(e)は図15におけるU−U断面図である。 本発明の第5実施形態を示す送風機の要部断面図である。 本発明の第6実施形態を示す送風機の要部断面図である。 本発明の第7実施形態を示す送風機の要部断面図である。 本発明の第8実施形態を示す送風機の要部断面図である。 本発明の第9実施形態を示す送風機の要部断面図である。
符号の説明
11…遠心式多翼ファン、12…回転軸、13…ブレード、
15…スクロールケーシング、16…吸入口、17…吸入口側壁部(第1端部)、
18…モータ側壁部(第2端部)、20…空気通路、21…巻き終わり部、
25…モータ側巻き始め部(巻き始め部)、d…ファン外径、r…最小半径、
R…最大半径。

Claims (7)

  1. 回転軸(12)周りに複数枚のブレード(13)を有する遠心式多翼ファン(11)と、
    前記遠心式多翼ファン(11)を収納するとともに、前記回転軸(12)の軸方向一端側に吸入口(16)を有し、巻き始め部(25)から巻き終わり部(21)にかけて渦巻き状に形成されたスクロールケーシング(15)とを備え、
    前記巻き始め部(25)から前記巻き終わり部(21)にかけて、前記スクロールケーシング(15)のスクロール半径が前記軸方向に変化しており、
    前記軸方向における前記スクロール半径の最大半径(R)が、前記スクロールケーシング(15)のうち前記吸入口(16)側の第1端部(17)よりも前記吸入口(16)と反対側の第2端部(18)に近い部位に設定されており、
    前記軸方向における前記スクロール半径の最小半径(r)が、前記スクロールケーシング(15)のうち前記第2端部(18)よりも前記第1端部(17)に近い部位に設定されており、
    前記巻き始め部(25)では、前記最大半径(R)が前記遠心式多翼ファン(11)の外径(d)の0.7倍以上、1.0倍以下の範囲の寸法に設定されており、
    前記最小半径(r)が前記巻き始め部(25)から前記巻き終わり部(21)に向かうにつれて大きくなっており、
    前記巻き終わり部(21)では、前記最小半径(r)が前記最大半径(R)と同一寸法に設定されていることを特徴とする遠心式送風機。
  2. 回転軸(12)周りに複数枚のブレード(13)を有する遠心式多翼ファン(11)と、
    前記遠心式多翼ファン(11)を収納するとともに、前記回転軸(12)の軸方向一端側に吸入口(16)を有し、巻き始め部(25)から巻き終わり部(21)にかけて渦巻き状に形成されたスクロールケーシング(15)とを備え、
    前記巻き始め部(25)から前記巻き終わり部(21)にかけて、前記スクロールケーシング(15)のスクロール半径が前記軸方向に変化しており、
    前記軸方向における前記スクロール半径の最大半径(R)が、前記スクロールケーシング(15)のうち前記吸入口(16)側の第1端部(17)よりも前記吸入口(16)と反対側の第2端部(18)に近い部位に設定されており、
    前記軸方向における前記スクロール半径の最小半径(r)が、前記スクロールケーシング(15)のうち前記第2端部(18)よりも前記第1端部(17)に近い部位に設定されており、
    前記巻き始め部(25)では、前記最大半径(R)が前記遠心式多翼ファン(11)の外径(d)の0.7倍以上、1.0倍以下の範囲の寸法に設定されており、
    前記最大半径(R)が前記巻き始め部(25)から前記巻き終わり部(21)にかけて一定になっていることを特徴とする遠心式送風機。
  3. 前記最大半径(R)が前記巻き始め部(25)から前記巻き終わり部(21)に向かうにつれて大きくなっていることを特徴とする請求項に記載の遠心式送風機。
  4. 前記スクロールケーシング(15)内部であって前記遠心式多翼ファン(11)の径外方側に形成される空気通路(20)の断面積(S)が前記巻き始め部(25)から前記巻き終わり部(21)に向かうにつれて増加するようになっていることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1つに記載の遠心式送風機。
  5. 前記断面積(S)の増加が線形的になっていることを特徴とする請求項に記載の遠心式送風機。
  6. 前記断面積(S)の増加が対数螺旋的になっていることを特徴とする請求項に記載の遠心式送風機。
  7. 前記最大半径(R)が前記スクロールケーシング(15)のうち前記第2端部(18)近傍の部位に設定されており、
    前記最小半径(r)が前記スクロールケーシング(15)のうち前記第1端部(17)近傍の部位に設定されていることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1つに記載の遠心式送風機。
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