JP5630516B2

JP5630516B2 - 遠心送風機

Info

Publication number: JP5630516B2
Application number: JP2013032866A
Authority: JP
Inventors: 白濱　誠司; 誠司白濱
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2028-12-17
Also published as: JP2013092160A

Description

本発明は、例えば、換気送風機器や空気調和機器等に使用される遠心羽根車と遠心送風機に関するものである。

近年、居住および非居住空間で使用される換気送風機器および空気調和機器において、設置スペースの減少に伴い機器の小型化が要求される一方、送風効率を向上し、騒音を低減した遠心送風機が要求されている。

以下、この種の遠心送風機について、図８を参照しながら説明する。図８に示すように、遠心送風機１０１はベルマウス状の吸込み口１０２を備えた吸込み板１０３と前記吸込み板１０３に対向する背板１０４とで渦巻き状で吐出口１０５を有する側壁１０６を挟んで構成されたケーシング１０７と、ケーシング１０７の内部に複数のブレード１０８を挟むように取り付けられ多翼羽根車形状を形成する遠心羽根車１０９が、背板１０４に取り付けられた電動機１１０に連結され、ケーシング１０７の背板１０４のうち遠心羽根車１０９より外側の部分が回転軸方向に膨出し、その膨出の度合いが回転方向に吐出口１０５に向かって大きくなった構成になっている（例えば、特許文献１参照）。

上記構成により、電動機１１０から駆動力を与えて遠心羽根車１０９を回転させることにより、吸込み空気１１１が、吸込み口１０２を通過し、ブレード１０８へ流入して昇圧され、ブレード１０８から流出して更に渦巻き状のケーシング１０７を通る際に徐々に動圧が静圧に変換され、吐出口１０５から外部へ排出される。このとき、ケーシング１０７の背板１０４のうち遠心羽根車１０９より外側の部分が回転軸方向に膨出しているので、遠心羽根車１０９から流出した流れが通ることのできる流路が広くなり風速を低減して乱流の発生を抑制することができ、また吐出口１０５に向かうに従って流路が徐々に拡大するために、風速が徐々に低下してさらに乱流の発生を抑制することができ、風量が多い場合に遠心送風機１０１の効率の向上や騒音の低減を図ることができる。

特許第２６９０００５号公報

このような従来の遠心送風機１０１では、遠心送風機１０１に前置されるフィルター等の障害物や狭窄風路での圧力損失、吐出口１０５以降の狭窄風路での圧力損失や外風圧等の外的要因により送風機１０１に付加される静圧が変化した場合、遠心送風機１０１と電動機１１０の動作特性と関連して、または電動機１１０の制御方式と制御内容に関連して、遠心羽根車１１１の回転数が変化し、ブレード１０８の中で主に昇圧の仕事をする領域の軸方向位置が変化する。具体的には、遠心送風機１０１に付加される静圧が小さく風量が多い場合、ブレード１０８は軸方向にみてやや背板１０４側で多くの仕事をするため、ブレード１１０からケーシング１０７に流出する流れの主流１１２は背板１０４側に向き、ケーシング１０７の流路全体に空気が流れる。また送風機１０１に付加される静圧が大きく風量が小さい場合、昇圧のために空気に与える遠心力を増やすためにブレード１０８は軸方向にみて吸込み口１０２側で多くの仕事をし、ブレード１１０からケーシング１０７に流出する流れの主流１１２は回転軸に対し水平な方向に近づき、また、さらにブレード１０８から流出した流れの一部が吸込み口１０２と遠心羽根車１０９の隙間から再度遠心羽根車１０９に流入して循環流れを形成するため、主流１１２の一部は吸込み口１０２側に向き、ケーシング１０７の流路全体に空気が流れず、吸込み口１０２側に偏った流れとなる。よって、遠心送風機１０１に付加される静圧が大きく風量が小さい場合、ケーシング１０７内で偏った流れとなり、ケーシング１０７内で乱流が発生し、流路が徐々に拡大すると更に乱流の領域が多くなり、遠心送風効率が低下し、騒音が大きくなるという課題があり、遠心送風機１０１に付加される静圧が変化しても送風効率の低下と騒音の上昇を抑制することが要求されている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、遠心送風機に付加される静圧が変化しても送風効率の低下と騒音の上昇を抑制する遠心送風機を提供することを目的としている。

本発明の遠心送風機は上記目的を達成するために、動力部と、前記動力部によって回転し空気を送風する遠心羽根車と、前記遠心羽根車を内包するケーシングを備え、前記ケーシングは前記遠心羽根車の回転軸と略並行な外周壁と、吸込み口を備えた吸込み側壁と、前記吸込み側壁と対向する反吸込み側壁とを備えた遠心送風機で、前記吸込み側壁の前記吸い込み口に外径が前記遠心羽根車の内径より小さい吸い込み胴を備え、前記ケーシングに可動部を備え、前記可動部は、吸い込み側壁と外周壁の一部を形成し、回転軸方向に可動してケーシングの内容積を変更するものであり、ケーシングの内容積が小さくなるように吸込み側壁が移動した場合に、前記遠心羽根車から流出した流れの一部が吸い込み口と遠心羽根車の隙間から再度流入する循環流れを抑制できるように吸込み胴を遠心羽根車に入り込ませることができる遠心送風機としたものである。

この手段により、遠心送風機に付加される静圧が小さく風量が大きい動作状態では、ケーシングの内容積を大きくして、遠心羽根車から流出した流れが通る流路を広くして風速を低減して乱流の発生を抑制することができ、遠心送風機に付加される静圧が大きく風量が小さい動作状態では、ケーシングの内容積を小さくして、ケーシング内で偏った流れが発生して乱流が発生することを抑制することができ、遠心送風機に付加される静圧が変化しても送風効率の低下と騒音の上昇を抑制することができる遠心送風機が得られる。特に、遠心送風機に付加される静圧が大きく風量が小さい動作状態でケーシングの内容積が小さくなるように吸込み側壁が吸込み口と共に移動した場合に、吸込み胴が遠心羽根車に入り込むことができ、遠心羽根車から流出した流れの一部が吸込み口と遠心羽根車の隙間から再度遠心羽根車に流入して循環流れを形成することを抑制することができ、遠心送風機に付加される静圧が変化しても送風効率の低下と騒音の上昇を抑制することができる遠心送風機が得られる。

本発明によれば、遠心送風機に付加される静圧が変化しても送風効率の低下と騒音の上昇を抑制する遠心送風機を提供できる。

本発明の前提の形態１の遠心送風機のＨｃ最大時を示す側断面図本発明の前提の形態１の遠心送風機のＨｃ最小時を示す側断面図本発明の前提の形態１の遠心送風機の効果を示すグラフ（ａ）Ｈｃを最大、最小に固定した場合の遠心送風機の特性を示すグラフ（ｂ）Ｈｃを可動にした場合の遠心送風機の特性を示すグラフ本発明の実施の形態１の遠心送風機のＨｃ最小時を示す側断面図本発明の参考の形態１の遠心送風機のＨｃ最大時を示す側断面図本発明の参考の形態１の遠心送風機のＨｃ最小時を示す側断面図本発明の実施の形態２の遠心送風機を示す側断面図従来の遠心送風機を示す側断面図

本発明の請求項１記載の発明は、動力部と、前記動力部によって回転し空気を送風する遠心羽根車と、前記遠心羽根車を内包するケーシングを備え、前記ケーシングは前記遠心羽根車の回転軸と略並行な外周壁と、吸込み口を備えた吸込み側壁と、前記吸込み側壁と対向する反吸込み側壁とを備えた遠心送風機で、前記吸込み側壁の前記吸い込み口に外径が前記遠心羽根車の内径より小さい吸い込み胴を備え、前記ケーシングに可動部を備え、前記可動部は、吸い込み側壁と外周壁の一部を形成し、回転軸方向に可動してケーシングの内容積を変更するものであり、ケーシングの内容積が小さくなるように吸込み側壁が移動した場合に、前記遠心羽根車から流出した流れの一部が吸い込み口と遠心羽根車の隙間から再度流入する循環流れを抑制できるように吸込み胴を遠心羽根車に入り込ませることができる遠心送風機としたものであり、遠心送風機に付加される静圧が小さく風量が大きい動作状態では、ケーシングの内容積を大きくして、遠心羽根車から流出した流れが通る流路を広くして風速を低減して乱流の発生を抑制することができ、遠心送風機に付加される静圧が大きく風量が小さい動作状態では、ケーシングの内容積を小さくして、ケーシング内で偏った流れが発生して乱流が発生することを抑制することができ、遠心送風機に付加される静圧が変化しても送風効率の低下と騒音の上昇を抑制することができるという作用を有する。特に、遠心送風機に付加される静圧が大きく風量が小さい動作状態でケーシングの内容積が小さくなるように吸込み側壁が吸込み口と共に移動した場合に、吸込み胴が遠心羽根車に入り込むことができ、遠心羽根車から流出した流れの一部が吸込み口と遠心羽根車の隙間から再度遠心羽根車に流入して循環流れを形成することを抑制することができ、遠心送風機に付加される静圧が変化しても送風効率の低下と騒音の上昇を抑制することができるという作用を有する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（前提の形態１）
本発明の前提の形態１を図１および図２を用いて説明する。図に示すように、浴室やトイレなどの空間を換気するために天井に取り付けられる天井埋込型換気扇として使用される遠心送風機１は、下面が開口し側面２にダクト接続用開口３を備えた２５８ｍｍ角で高さが１９８ｍｍの外郭４内に、回転軸５を有し直径７５ｍｍで高さ８０ｍｍの電動機６と、電動機６の回転軸５に回転可能に固定された多翼形状の遠心羽根車７と、遠心羽根車７を取り囲むようにケーシング８を備えている。

遠心羽根車７は、電動機６に固定される主板１４と、主板１４の外周側に環状に複数（５０枚）配置されたブレード外径が１８２ｍｍでブレード内径が１５５ｍｍで回転軸５の方向のブレード長さが６０ｍｍのブレード１５を備え、ブレード１５のブレード先端部１６は外周に取り付けられる環状板１７により支えられている。

ケーシング８は、外郭４に面するベルマウス状で吸込み口内径が１５５ｍｍで回転軸５と同心の吸込み口９を備えた吸込み側壁１０と、吸込み側壁１０と距離Ｈｃを持って対向し電動機６が固定される反吸込み側壁１１と、渦巻状で回転軸５と略平行で吸込み側壁１０と一体の外周壁１２で構成され、外周壁１２は外郭４のダクト接続用開口３と連通した吐出口１３を備えている。

吸込み側壁１０は吸込み口部２０と吸込み口外周部２１を備え、また外周壁１２は固定部１８と、吸込み側壁１０の吸込み口外周部２１と一体の可動部１９を備え、可動部１９を電動機６の回転軸５方向（以下回転軸方向と称す）にスライド移動させ、距離Ｈｃが７０ｍｍから１１０ｍｍに変更できる構成となっている。

この構成により、回転軸５に電動機６から駆動力を与えて遠心羽根車７を回転させることにより、吸込み空気が吸込み口９を通過し、ブレード１５へ流入して昇圧され、ブレード１５から流出して更にケーシング８を通る際に徐々に動圧が静圧に効率よく変換され、吐出口１３から外部へ排出される。

このとき、遠心送風機１に付加される静圧が小さく風量が大きい動作状態では、図１に示すように可動部１９を可動範囲の中で距離Ｈｃが最大になる位置（Ｈｃ＝１１０ｍｍ）とすることにより、ケーシング８の内容積を大きくして、遠心羽根車７から流出した流れが通る流路を広くして風速を低減して乱流の発生を抑制することができ、また、遠心送風機１に付加される静圧が大きく風量が小さい動作状態では、図２に示すように可動部１９を可動範囲の中で距離Ｈｃが最小になる位置（Ｈｃ＝７０ｍｍ）とすることにより、ケーシング８の内容積を小さくして、ケーシング８内で偏った流れが発生して乱流が発生することを抑制することができ、遠心送風機に付加される静圧が変化しても送風効率の低下と騒音の上昇を抑制することができる。

また、可動部１９が吸込み側壁１０の吸込み口外周部２１と外周壁１２の一部であるため、遠心送風機１の基本的な特性を決定付ける要因である回転軸方向から見た遠心羽根車７とケーシング８の形状の位置関係を一定に保ってケーシング８の内容積を変更することができ、内容積の変更による遠心送風機１の送風効率や騒音の低下を抑制することができ、遠心送風機に付加される静圧が変化しても送風効率の低下と騒音の上昇を抑制することができる。

また、吸込み側壁１０の吸込み口９と遠心羽根車７との相対的な位置関係を常に保持して吸込み口９と遠心羽根車７の隙間２２を一定に保つことができ、遠心羽根車７から流出した流れの一部が吸込み口９と遠心羽根車７の隙間２２から再度遠心羽根車７に流入して循環流れを形成することを抑制することができ、遠心送風機１に付加される静圧が変化しても送風効率の低下と騒音の上昇を抑制することができる。

図３に本発明の遠心送風機１の風量−静圧特性と騒音特性を比較したグラフを示す。

図３（ａ）のグラフの実線Ａは吸込み側壁１０と反吸込み側壁１１の距離Ｈｃを最大に固定した場合の風量−静圧特性を示し、実線Ｂはその時の騒音特性を示す。また破線Ａは距離Ｈｃを最小に固定した場合の風量−静圧特性を示し、破線Ｂはその時の騒音特性を示す。距離Ｈｃが最大の時、すなわちケーシング８の内容積が最大の時は、距離Ｈｃが最小の時、すなわちケーシング８の内容積が最小の時と比較し、静圧が低く風量が多い場合、同じ静圧でも風量が多く、送風効率が良いことが分かり、また騒音も低いことが分かる。また逆に静圧が高く風量が小さい場合は距離Ｈｃが最小のとき、すなわちケーシング８の内容積が最小のときの方が同じ静圧でも風量が多く、送風効率が良いことが分かり、また騒音も低いことが分かる。

図３（ｂ）のグラフは吸込み側壁１０と反吸込み側壁１１の距離Ｈｃを可動部１９を動かして変更した場合のグラフであり、実線Ａは風量−静圧特性を示し、実線Ｂは騒音特性を示す。図３（ａ）に示す吸込み側壁１０と反吸込み側壁１１の距離Ｈｃが最大、最小で固定された場合と比較し、可動部１９により距離Ｈｃを変更することにより、遠心送風機１に付加される静圧が変わり風量が変わっても、送風効率が良く、低騒音であることが分かる。

なお、本実施の形態１ではケーシング８の吸込み側壁１０と反吸込み側壁１１の距離Ｈｃを変更することでケーシング８の内容積を変更したが、回転軸方向から見たケーシング８の外周壁１２の渦巻き形状を変更することでケーシング８内容積を変更する構成にしても、同様の効果を得ることができる。

（実施の形態１）
前提の形態１と同一部分は同一番号を附し、詳細な説明は省略する。本発明の実施の形態２は、図４に示すように、吸込み側壁１０は吸込み口部２０に吸込み胴２３を備え、また外周壁１２は固定部１８と、吸込み側壁１０全体と一体の可動部１９を備え、可動部１９を回転軸方向にスライド移動させ、距離Ｈｃが７０ｍｍから１１０ｍｍに変更でき、吸込み胴２３の外径は遠心羽根車７の内径１５５ｍｍより小さい（１４８ｍｍ）構成となっている。

この構成により、遠心送風機に付加される静圧が大きく風量が小さい動作状態で、可動部１９を可動範囲の中で距離Ｈｃが最小になる位置（Ｈｃ＝７０ｍｍ）とすることにより、ケーシング８の内容積を小さくして、ケーシング８内で偏った流れが発生して乱流が発生することを抑制することができ、また、吸込み胴２３が遠心羽根車７に入り込むことができ、遠心羽根車７から流出した流れの一部が吸込み口９と遠心羽根車７の隙間２２から再度遠心羽根車７に流入して循環流れを形成することを抑制することができ、遠心送風機１に付加される静圧が変化しても送風効率の低下と騒音の上昇を抑制することができる。

（参考の形態１）
実施の形態１、前提の形態１と同一部分は同一番号を附し、詳細な説明は省略する。本発明の参考の形態１は、図５と図６に示すように、ケーシング８の内部の遠心羽根車７より外側に、ケーシング８の内部を回転軸方向に区切る螺旋状の仕切り板２４と遠心羽根車を取り囲む円筒部２５を備えた可動部１９を備え、ケーシング８の吸込み側壁１０と可動部１９の仕切り板２４との間の容積を変更できる構成となっている。

この構成により、遠心送風機１に付加される静圧が小さく風量が大きい動作状態では、可動部１９を可動範囲の中でケーシング８の吸込み側壁１０と可動部１９の仕切り板２４との間の容積が最大になる位置とすることにより、遠心羽根車７から流出した流れが通る流路を広くして風速を低減して乱流の発生を抑制することができ、また、遠心送風機１に付加される静圧が大きく風量が小さい動作状態では、可動部１９を可動範囲の中でケーシング８の吸込み側壁１０と可動部１９の仕切り板２４との間の容積が最小になる位置とすることにより、ケーシング８内で偏った流れが発生して乱流が発生することを抑制することができ、遠心送風機に付加される静圧が変化しても送風効率の低下と騒音の上昇を抑制することができ、また、遠心送風機１の基本的な特性を決定付ける要因である回転軸方向から見た遠心羽根車７とケーシング８の形状の位置関係を一定に保ってケーシング８の内容積を変更することができ、内容積の変更による遠心送風機１の送風効率や騒音の低下を抑制することができる。

また、仕切り板２４が螺旋状であるため、遠心羽根車７から流出した流れの流路が徐々に拡大するために、風速が徐々に低下して乱流の発生を抑制することができ、遠心送風機に付加される静圧が変化しても送風効率の低下と騒音の上昇を抑制することができる。

また、遠心送風機１に付加される静圧が大きく風量が小さい動作状態でケーシング８の内容積が小さくなるように可動部１９が移動した場合に、遠心羽根車７から流出する流れのうち、可動部１９の仕切り板２４と反吸込み側壁１１の間に流出しようとする流れを円筒部２５で防いで乱流の発生を抑制することができ、遠心送風機１に付加される静圧が変化しても送風効率の低下と騒音の上昇を抑制することができる。

なお、可動部１９をケーシング８の内部を回転軸方向に区切る螺旋状の仕切り板２４と遠心羽根車を取り囲む円筒部２５を備えた可動部１９としたが、仕切り板２４がケーシング８の反吸込み側壁１１の一部を成す構成であっても同様の効果を得ることができる。

（実施の形態２）
実施の形態１、前提の形態１、参考の形態１と同一部分は同一番号を附し、詳細な説明は省略する。本発明の実施の形態２は、図７に示すように、ケーシング８の内部の遠心羽根車７より外側に、ケーシング８の内部を回転軸方向に区切る螺旋状の仕切り板２４と遠心羽根車を取り囲む円筒部２５を備えた可動部１９と、可動部１９を軸方向に動作させるステッピングモータ２６を備え、また遠心送風機１の風量を検知するための代替手段として吐出口１３に吐出口１３の風速を検知する熱線式風速計２７を備え、またあらかじめ吐出口１３の風速の値ごとに最適な可動部１９の位置が記憶され、熱線式風速計２７からの信号を受けてステッピングモータ２６の動作を制御し可動部１９の位置を調整する制御回路部２８を備えた構成となっている。

この構成により、熱線式風速計２７で検知した風速、すなわち遠心送風機１の風量に応じて可動部１９の位置を自動的に調整してケーシング８の吸込み側壁１０と可動部１９の仕切り板２４との間の容積を変更でき、遠心送風機設置後に遠心送風機に付加される静圧が変化しても送風効率の低下と騒音の上昇を抑制することができる。

なお、風量を検知する手段ではなく、遠心送風機１の回転数を検知する回転数検知手段を備え、検知した回転数に応じて可動部１９の位置を自動調整するようにしても、同様の効果を得ることができる。回転数検知手段とは、たとえばレーザー回転計や、ＤＣモータの回転信号を取得する電子回路などがある。

またなお、電動機６の電気特性を検知する電気特性検知手段を備え、検知した電動機６の電気特性に応じて可動部１９の位置を自動調整するようにしても同様の効果を得ることができる。電気特性検知手段とは、たとえばＤＣモータの電流や電圧などの電気特性を取得する電子回路などがある。

本発明は、遠心送風機に付加される静圧が変化しても送風効率の低下と騒音の上昇を抑制する遠心送風機を提供するものであり、各種空調用送風機、また空調機器や家電製品に組み込まれた送風機に利用することができる。

１遠心送風機
２側面
３ダクト接続用開口
４外郭
５回転軸
６電動機
７遠心羽根車
８ケーシング
９吸込み口
１０吸込み側壁
１１反吸込み側壁
１２外周壁
Ｈｃ距離
１３吐出口
１４主板
１５ブレード
１６ブレード先端部
１７環状板
１８固定部
１９可動部
２０吸込み口部
２１吸込み口外周部
２２隙間
２３吸込み胴
２４仕切り板
２５円筒部
２６ステッピングモータ
２７熱線式風速計
２８制御回路部

Claims

動力部と、前記動力部によって回転し空気を送風する遠心羽根車と、前記遠心羽根車を内包するケーシングを備え、前記ケーシングは前記遠心羽根車の回転軸と略並行な外周壁と、吸込み口を備えた吸込み側壁と、前記吸込み側壁と対向する反吸込み側壁とを備えた遠心送風機で、前記吸込み側壁の前記吸い込み口に外径が前記遠心羽根車の内径より小さい吸い込み胴を備え、前記ケーシングに可動部を備え、前記可動部は、吸い込み側壁と外周壁の一部を形成し、回転軸方向に可動してケーシングの内容積を変更するものであり、ケーシングの内容積が小さくなるように吸込み側壁が移動した場合に、前記遠心羽根車から流出した流れの一部が吸い込み口と遠心羽根車の隙間から再度流入する循環流れを抑制できるように吸込み胴を遠心羽根車に入り込ませることができる遠心送風機。