JP5230805B2

JP5230805B2 - 多翼送風機

Info

Publication number: JP5230805B2
Application number: JP2011515796A
Authority: JP
Inventors: 一輝岡本; 健一迫田; 仁菊地
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2029-05-27
Also published as: TW201042154A; WO2010137140A1; JPWO2010137140A1; CN102317633B; KR20110113660A; CN102317633A; US20120009059A1; TWI388730B

Description

この発明は、多翼送風機に関し、さらに詳しくは、騒音性能あるいは送風性能を向上できる多翼送風機に関する。

一般的な多翼送風機は、ベルマウス形状の吸込口を有するスクロール型のケーシングと、このケーシングに収容される羽根車とを備えている。羽根車は、複数の翼を環状に配列して成る多翼羽根車（シロッコファン）であり、その回転軸をケーシングの吸込口に向けつつケーシングに収容されている。

ここで、吸込口の中心軸と羽根車の回転軸とが同軸上にある構成では、吸込口から羽根車に流入した空気に慣性力が作用する。このため、羽根車内では、空気が主板（翼を支持する板）寄りに偏って流れる傾向がある。すると、羽根車の翼間（翼と翼の隙間)を通過する空気の速度分布（翼間から吹き出す空気の速度分布）が、羽根車の軸方向にて不均一となる。すると、流速変動が生じ易くなるため、空気の圧力変動や乱れが大きくなり、騒音悪化や送風性能の低下などが生じるおそれがある。

また、かかる構成では、羽根車内にて、空気が翼に対して急な（鋭い）角度にて流入して翼間を通過する。すると、羽根車が十分に機能しないため、送風性能が十分に発揮されないおそれがある。

かかる課題において、従来の多翼送風機では、吸込口を吸込流速に合わせて変形させる構成(特許文献１参照)、翼の端部側にテーパを設ける構成(特許文献２参照)などが採用されている。これらの構成では、翼の端部側にて空気が流れ易くなり、羽根車内の空気流れの速度分布が均一化される。これにより、送風機の性能が向上する。

また、他の従来の多翼送風機では、羽根車とベルマウスとの隙間を回転方向に対して変化させる構成（特許文献３参照）が採用されている。かかる構成では、羽根車内の空気流れの速度分布が均一化して、送風機の性能が向上する。しかしながら、かかる構成では、ケーシングの形状が複雑化する或いはケーシングの型抜きが難しいため、製品コストが増加するという課題がある。

また、多翼送風機は、所定の拡がりをもつスクロール型のケーシングを用いて静圧回復を行っている。このため、空気の吸入位置が変化すると、羽根車内における空気流れの速度が変化して、主板側へ空気流れの偏りが変化する。このため、羽根車の翼の形状を変更する構成では、目的対象とする空気流れに対しては効果が得られるものの、それ以外の空気流れに対しては無駄が生じるため、必ずしも十分な効果が得られないという課題がある。また、このとき、翼の形状について、羽根車一回転全周における影響を考慮する必要がある。

特開２０００−１７９４９６号公報特開２００６−２００５２５号公報特開１９９５−２２８１２８号公報

この発明は、騒音性能あるいは送風性能を向上できる多翼送風機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる多翼送風機は、ベルマウス状の吸込口を有するスクロール型のケーシングと、複数の翼を環状に配列して成ると共に回転軸を前記吸込口に向けて前記ケーシングに収容される羽根車とを備える多翼送風機であって、前記吸込口の中心軸と前記羽根車の回転軸とが傾斜角を有しつつ相互に交差する位置関係あるいは相互にねじれの位置関係にあることにより、前記吸込口と前記羽根車との隙間が前記羽根車の回転軸から前記ケーシングの吹出口近傍に向かうに連れて拡大されることを特徴とする。

この発明にかかる多翼送風機では、吸込口と羽根車との隙間が羽根車の回転軸からケーシングの吹出口近傍に向かうに連れて拡大される。かかる構成では、吸込口から羽根車に流入した空気が羽根車内にて緩やかにカーブして翼間を通過できる。すると、羽根車内における吸入空気の速度分布（空気流れの偏り）や翼への流入角度が相対的に変化して、翼間を通過した空気の速度分布が羽根車の回転軸方向に均一化される。これにより、多翼送風機の騒音性能や送風性能が向上する利点がある。

図１は、この実施の形態にかかる多翼送風機を示す平面断面図である。図２は、図１に記載した多翼送風機を示すＡ−Ａ視断面図である。図３は、図１に記載した多翼送風機の作用を示す説明図である。図４は、図１に記載した多翼送風機の作用を示す説明図である。図５は、吸込口と羽根車との隙間の位置に対する騒音特性を示すグラフである。図６は、多翼送風機の性能試験の結果を示すグラフである。図７は、多翼送風機の性能試験の結果を示すグラフである。図８は、図１に記載した多翼送風機の構成を示す説明図である。図９は、図１に記載した多翼送風機の変形例を示す説明図である。図１０は、図１に記載した多翼送風機の変形例を示す説明図である。図１１は、従来の多翼送風機を示す構成図である。図１２は、図１１に記載した多翼送風機の作用を示す説明図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施の形態の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、この実施の形態に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

［多翼送風機］
この多翼送風機１は、多翼羽根車（シロッコファン）を有する送風機であり、例えば、空調設備、ダクト扇、換気扇などに適用される。また、この多翼送風機１は、片側吸込式を採用しても良いし、両側吸込式を採用しても良い。この実施の形態では、一例として、片側吸込式を採用する多翼送風機１について説明する。

多翼送風機１は、ケーシング２と、羽根車３と、駆動モータ４とを備える（図１および図２参照）。

ケーシング２は、例えば、スクロール型ケーシングであり、ケーシング本体２１と、吸込口２２と、吹出口２３とを有する。ケーシング本体２１は、平面視にてスクロール形状を有する。吸込口２２は、ベルマウス状の吸込口であり、ケーシング本体２１の一方の側面（スクロール形状の軸方向の上面）であってスクロール形状の中心に形成される。吹出口２３は、ケーシング本体２１の周面（スクロール形状の旋回方向の面）に形成される。なお、ケーシング２は、例えば、樹脂製であり、型抜き加工により成形される。

羽根車３は、複数の翼３１を環状に配列して成る多翼羽根車（シロッコファン）である。この羽根車３は、その回転軸ｍをケーシング２の吸込口２２側に向けると共に、その周面をケーシング２の周方向に向けて配置される。例えば、この実施の形態では、複数の翼３１が略円盤状の主板３２の周縁部に沿って所定間隔を隔てつつ環状に配列されて固定されることにより、羽根車３が構成されている。これにより、複数の翼３１による翼環が主板３２上に形成されている。また、これらの翼３１の端部（主板３２に対して反対側の端部）に、補強用の環状部材３３が嵌め合わされている。そして、この羽根車３が、翼３１の端部をケーシング２の吸込口２２に向けると共に翼環の周面をケーシング２の周方向に向けつつケーシング２内に収容されている。

駆動モータ４は、羽根車３を回転駆動させるモータである。この駆動モータ４は、ケーシング２の下面側から羽根車３の主板３２に連結されて配置される。なお、駆動モータ４は、例えば、外部のスイッチによりＯＮ／ＯＦＦ制御される。

この多翼送風機１では、駆動モータ４が駆動されて羽根車３が回転すると、空気がケーシング２の吸込口２２からケーシング本体２１内に吸い込まれる。そして、この空気が羽根車３にて昇圧され、ケーシング２のスクロール形状により静圧回復して、ケーシング２の吹出口２３から外部に吹き出される。これにより、送風が行われる。

［吸込口と羽根車との位置関係］
一般に、（１）吸込口の中心軸ｌと羽根車の回転軸ｍとが同軸上にある構成では、吸込口から羽根車に流入した空気に慣性力が作用する（図１１参照）。このため、羽根車内では、空気が主板寄りに偏って流れる傾向がある。すると、羽根車の翼間（翼と翼の隙間)を通過する空気の速度分布（翼間から吹き出す空気の速度分布）が、羽根車の軸方向にて不均一となる。すると、流速変動が生じ易くなるため、空気の圧力変動や乱れが大きくなり、騒音悪化や送風性能の低下などが生じるおそれがある。また、かかる構成では、（２）羽根車内にて、翼に対して急な（鋭い）角度δにて流入して翼間を通過する（図１２参照）。すると、羽根車が十分に機能しないため、送風性能が十分に発揮されないおそれがある。

そこで、この多翼送風機１では、ケーシング２の吸込口２２の中心軸ｌと羽根車３の回転軸ｍとが、（ａ）傾斜角φを有しつつ相互に交差する位置関係、あるいは、（ｂ）相互にねじれの位置関係にあるように配置される（図２参照）。すなわち、吸込口２２の中心軸ｌと羽根車３の回転軸ｍとが同軸上にないように（一致しないように）、吸込口２２と羽根車３との位置関係が設定される。なお、吸込口２２の中心軸ｌとは、吸込口２２のベルマウス形状の中心軸である。

また、かかる吸込口２２と羽根車３との位置関係により、吸込口２２から羽根車３の翼３１までの隙間Ｌがケーシング２の吹出口２３近傍側にて拡大されている（図１および図２参照）。例えば、この実施の形態では、吸込口２２の開口面から羽根車３の翼３１の端部（吸込口２２側にある翼３１の端部）までの隙間Ｌが、羽根車３の回転軸ｍからケーシング２の吹出口２３近傍に向かうに連れて拡大されている。なお、吸込口２２と羽根車３との隙間Ｌの大きさは、多翼送風機１の仕様などに応じて適宜選択され得る。

かかる構成では、吸込口２２と羽根車３との隙間Ｌが羽根車３の回転軸ｍからケーシング２の吹出口２３近傍に向かうに連れて拡大されているので、吸込口２２から羽根車３に流入した空気が羽根車３内にて緩やかにカーブできる（図３参照）。すると、吸込口２２側にかかる翼３１部分にも空気が流れ易くなるので、空気が主板寄りに偏って流れる構成（図１１参照）と比較して、翼３１、３１間を通過する空気の速度分布が羽根車３の軸方向に均一化される。これにより、多翼送風機１の騒音性能や送風性能が向上する。

また、かかる構成では、羽根車３内にて、空気が緩やかな流入角度δにて翼３１に流入する（図４参照）。したがって、翼に対して急な（鋭い）角度δにて流入して構成（図１２参照）と比較して、翼３１、３１間を通過する空気の流速分布が均一化される。これにより、羽根車３の機能が十分に確保されて、多翼送風機１の送風性能が向上する。

また、スクロール形状のケーシング２では、ケーシング本体２１内の空気通路が吹出口２３近傍にて最も拡大される（図１参照）。このため、吹出口２３の近傍では、空気が流れ易くなり、羽根車３の翼３１を通過する空気の流速が増加することで慣性力が増し、翼３１、３１間を通過する空気の速度分布の主板側への偏りがさらに大きくなる。したがって、この位置にて吸込口２２と羽根車３との隙間Ｌが吹出口２３近傍側にて拡大されることにより(図２参照)、羽根車３内における吸入空気の速度分布や翼３１への流入角度δを大きく変化させて、翼３１、３１間を通過する空気の速度分布の主板側への大きな偏りを効果的に均一化される。これにより、騒音特性が効率的に向上する。

なお、吸込口２２と羽根車３との隙間Ｌが最大となる位置は、ケーシング２のスクロール形状などに基づいて適宜選択されることが好ましい。例えば、羽根車３の平面視にて、羽根車３の回転軸ｍを通りケーシング２の吹出口２３の軸方向に並行な方向を基準として、羽根車３の回転方向にかかる周方向角度θ［°］を定義する（図１参照）。そして、図２に示す構成（ケーシング２の吸込口２２の中心軸ｌと羽根車３の回転軸ｍとが傾斜角φを有しつつ相互に交差する位置関係あるいは相互にねじれの位置関係にある構成）にて、好適な騒音特性を有する周方向角度θを選択しても良い。

図５は、この周方向角度θと騒音特性との関係を示している。同図では、騒音特性が従来例を基準（０［ｄＢ］）とする騒音差により示されている。また、従来例は、吸込口の中心軸ｌと羽根車の回転軸ｍとが同軸上（φ＝０）にある構成である（図１１参照）。同図に示すように、周方向角度θがθ＝２７０［°］であるときに、騒音特性が最も向上する。この位置は、ケーシング２の吹出口２３の近傍である。したがって、吸込口２２と羽根車３との隙間Ｌがケーシング２の吹出口２３の近傍にて最大となることにより、多翼送風機１の騒音特性が効率的に向上することが分かる。

［性能試験］
図６および図７は、多翼送風機の性能試験の結果を示すグラフである。この実施の形態では、（１）送風性能（静圧性能）および（２）騒音性能に関する性能試験が行われた。

この性能試験おいて、従来例の多翼送風機は、吸込口の中心軸ｌと羽根車の回転軸ｍとが同軸上（φ＝０）にある構成を有する（図１１参照）。また、実施例の多翼送風機１は、ケーシング２の吸込口２２の中心軸ｌと羽根車３の回転軸ｍとが傾斜角φを有しつつ相互に交差する位置関係あるいは相互にねじれの位置関係にあり、且つ、吸込口２２と羽根車３と隙間Ｌがケーシング２の吹出口２３近傍（θ＝２７０［°］）にて最大となる構成を有する（図１および図２参照）。

試験結果に示すように、実施例の多翼送風機１では、従来例の多翼送風機と比較して、送風特性および騒音特性が向上することが分かる。例えば、実施例の多翼送風機１では、風量を同一としたときに、静圧が約１０［Ｐａ］増加され、また、騒音が約１［ｄＢ］低減されている。

［効果］
以上説明したように、この多翼送風機１では、（１）吸込口２２と羽根車３との隙間Ｌが羽根車３の回転軸ｍからケーシング２の吹出口２３近傍に向かうに連れて拡大される（図１および図２参照）。かかる構成では、吸込口２２から羽根車３に流入した空気が羽根車３内にて緩やかにカーブして翼３１、３１間を通過できる（図３参照）。すると、羽根車３内における吸入空気の速度分布（空気流れの偏り）や翼３１への流入角度δが相対的に変化して、翼３１、３１間を通過した空気の速度分布が羽根車３の回転軸方向に均一化される。これにより、多翼送風機１の騒音性能や送風性能が向上する利点がある。

特に、吹出口２３近傍では、羽根車３の翼３１、３１間を通過する空気の流速が増加することで慣性力が増し、翼３１、３１間を通過する空気の速度分布の主板側への偏りがさらに大きくなる。したがって、この位置にて吸込口２２と羽根車３との隙間Ｌが大きく設定されることにより、羽根車３内における吸入空気の速度分布や翼３１への流入角度δを大きく変化させて、翼３１、３１間を通過する空気の速度分布の主板側への大きな偏りを効果的に均一化される。これにより、騒音特性を効果的に向上させ得る利点がある。

また、（２）吸込口２２の中心軸ｌと羽根車３の回転軸ｍとが傾斜角φを有しつつ相互に交差する位置関係あるいは相互にねじれの位置関係にあることにより、上記の吸込口２２と羽根車３との隙間Ｌが調整される。すなわち、吸込口２２の中心軸ｌと羽根車３の回転軸ｍとの位置関係を調整することにより、吸込口２２と羽根車３との隙間Ｌが調整される。そして、この隙間Ｌにより、羽根車３内における吸入空気の速度分布や翼３１への流入角度δが相対的に変化して、翼３１、３１間を通過する空気の速度分布が均一化される。したがって、羽根車やベルマウスの寸法形状を複雑に変更する構成と比較して、簡易な構成にて、翼３１、３１間を通過する空気の速度分布を均一化できる利点がある。

［変形例］
なお、この多翼送風機１では、吸込口２２の中心軸ｌと羽根車３の回転軸ｍとの位置関係（傾斜角φを有しつつ相互に交差する位置関係あるいは相互にねじれの位置関係）の調整にあたり、以下の構成が採用され得る（図８〜図１０参照）。

まず、図８の構成では、吸込口２２の中心軸ｌおよび羽根車３の回転軸ｍの双方がケーシング本体２１に対してそれぞれ傾斜して配置されることにより、吸込口２２の中心軸ｌと羽根車３の回転軸ｍとの位置関係（傾斜角φ）が調整される。かかる構成では、吸込口２２の中心軸ｌおよび羽根車３の回転軸ｍのいずれか一方のみがケーシング本体２１に対して傾斜する構成と比較して、設計上の無理なく傾斜角φを形成できる利点がある。

例えば、この実施の形態では、吸込口２２のベルマウス形状の外周部とケーシング本体２１の壁面との接続部の一部に段差が設けられ、この段差により、吸込口２２のベルマウス形状がケーシング本体２１の壁面に対して傾斜するように構成されている（図２参照）。また、駆動モータ４がその回転軸をケーシング本体２１の壁面に対して傾斜させつつケーシング本体２１に取り付けられている。そして、この駆動モータ４に羽根車３が取り付けられている。これらにより、吸込口２２の中心軸ｌと羽根車３の回転軸ｍとの双方がケーシング本体２１に対して傾斜して配置されている。

しかし、これに限らず、吸込口２２の中心軸ｌのみ、あるいは、羽根車３の回転軸ｍのみがケーシング本体２１に対して傾斜して配置されることにより、吸込口２２の中心軸ｌと羽根車３の回転軸ｍとの位置関係が調整されても良い（図９および図１０参照）。

例えば、図９に示す構成では、吸込口２２の中心軸ｌのみがケーシング本体２１に対して傾斜して配置されている。かかる構成では、ケーシング本体２１の吸込口２２を構成するパーツを単純な型抜き加工により成形して使用できる。したがって、簡易かつ安価に吸込口２２の中心軸ｌと羽根車３の回転軸ｍとの位置関係を調整できる利点がある。

また、例えば、図１０に示す構成では、羽根車３の回転軸ｍ（駆動モータ４の回転軸）のみがケーシング本体２１に対して傾斜して配置されている。かかる構成では、ケーシング本体２１の外形寸法を変更することなく、簡易かつ安価に吸込口２２の中心軸ｌと羽根車３の回転軸ｍとの位置関係を調整できる利点がある。

以上のように、この発明にかかる多翼送風機は、騒音性能あるいは送風性能を向上できる点で有用である。

１多翼送風機、２ケーシング、２１ケーシング本体、２２吸込口、２３吹出口、３羽根車、３１翼、３２主板、３３環状部材、４駆動モータ

Claims

ベルマウス状の吸込口を有するスクロール型のケーシングと、複数の翼を環状に配列して成ると共に回転軸を前記吸込口に向けて前記ケーシングに収容される羽根車とを備える多翼送風機であって、
前記吸込口の中心軸と前記羽根車の回転軸とが傾斜角を有しつつ相互に交差する位置関係あるいは相互にねじれの位置関係にあることにより、前記吸込口と前記羽根車との隙間が前記羽根車の回転軸から前記ケーシングの吹出口近傍に向かうに連れて拡大されることを特徴とする多翼送風機。
前記ケーシングのケーシング本体に対して前記吸込口の中心軸が傾斜して配置されることにより、前記吸込口の中心軸と前記羽根車の回転軸との位置関係が調整される請求項１に記載の多翼送風機。
前記ケーシングのケーシング本体に対して前記羽根車の回転軸が傾斜して配置されることにより、前記吸込口の中心軸と前記羽根車の回転軸との位置関係が調整される請求項１または２に記載の多翼送風機。