JP5682751B2 - 多翼送風機 - Google Patents

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Description

本発明は、多翼送風機の構造に関するものである。
従来から、例えば空気調和装置の送風機としてシロッコファンなどの多翼送風機が用いられている。この多翼送風機は、ファンモータにより回転する羽根車と、この羽根車を収容するケーシングとを備えている。この羽根車は、周方向に沿って配列された複数の羽根を有している。ケーシングは、羽根車に対して軸方向に対向配置されて空気の吸込口を形成するとともにこの空気を羽根車に案内するベルマウスと、空気をケーシングの外部に吹き出す吹出口とを有している。ベルマウスにより案内された空気は、羽根車内に流入し、羽根同士の隙間を通過して羽根車の半径方向の外側に流出し、吹出口から吹き出される(例えば、特許文献1)。
特開2009−281198号公報
一般に、多翼送風機は、高い比速度で用いられることが多く、また、羽根車の回転時には羽根車に多少の振れが生じる。したがって、回転時において羽根車がベルマウスに接触するのを防止するために、羽根車は、ベルマウスとの間に比較的大きな間隔をあけて配置されている。すなわち、ベルマウス側の羽根同士の隙間(連通部)とケーシングとの間には比較的大きな間隔があいている。
したがって、このような多翼送風機では、羽根車から半径方向の外側に流出した空気の一部が前記連通部を通じて羽根車に再流入する循環流れが生じやすく、この循環流れが騒音の原因となる。
そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、循環流れに起因する騒音を低減できる多翼送風機を提供することにある。
(1)本発明の多翼送風機は、回転軸(A)回りに回転可能で、周方向に複数の羽根(11)が配列された羽根車(13)と、この羽根車(13)を収容するとともに前記羽根車(13)に対して前記回転軸(A)の軸方向の一方(D1)に位置するベルマウス(19)を有するケーシング(23)と、を備えている。前記羽根(11)同士の隙間のうち前記ベルマウス(19)側に位置する連通部(25)の少なくとも一部は、前記ベルマウス(19)の端部よりも半径方向の外側に位置している。前記羽根車(13)は、前記連通部(25)の一部を塞ぐとともに前記周方向に沿って円環状に延びる気流抵抗部(50)を有している。
この構成では、気流抵抗部(50)は、連通部(25)における羽根(11)同士の隙間の一部を塞ぐとともに周方向に沿って円環状に延びているので、循環流れが連通部(25)を通過する際の抵抗となる。したがって、気流抵抗部(50)を設けていない場合と比べて、羽根車(13)に再流入する循環流れの流入量を低減できると考えられる。これにより、循環流れに起因する騒音を低減することができる。
また、循環流れの流入量が低減されると、その分だけ損失が小さくなり、循環流れに起因する静圧の低下が抑制される。
また、ベルマウス(19)に案内されて羽根車(13)に流入する空気(主流)は、羽根(11)同士の隙間において循環流れとの間で干渉し合うが、循環流れの流入量が低減されることにより、前記干渉に起因する主流の乱れが低減されるので、性能の向上が期待できる。
(2)前記多翼送風機において、前記気流抵抗部(50)は、互いに同心であり、かつ半径方向に互いに間隔をあけて設けられた複数の円環部(51)を含んでいる。この構成では、連通部(25)において、前記複数の円環部(51)によって半径方向及び周方向の全体にわたってバランスよく循環流れの抵抗を持たせることができる。これにより、半径方向及び周方向の全体にわたって循環流れを整流する効果が期待できる。
(3)前記多翼送風機において、前記複数の円環部(51)と、前記複数の羽根(11)の前記ベルマウス(19)側の縁部とがつながることにより、前記連通部(25)において前記周方向に並ぶ複数の連通孔(25a)が形成されている。この構成では、各羽根(11)が連通孔(25a)の周方向の縁を構成している。したがって、各連通孔(25a)から流入した循環流れは、流入した直後から羽根(11)よって円滑に案内されるので、循環流れに乱れが生じるのを抑制することができる。
(4)前記多翼送風機において、各連通孔(25a)の周方向の開口寸法は略均一であるのが好ましい。この構成では、循環流れは、連通孔(25a)を通過することにより、流れ方向や流速などが周方向にわたってある程度均一化され、より安定した流れに整流される。
(5)前記多翼送風機において、前記気流抵抗部(50)は3つ以上の円環部(51)を含み、各連通孔(25a)の半径方向の開口寸法は略均一である。この構成では、循環流れは、連通部(25)を通過することにより、流れ方向や流速などが半径方向にわたってある程度均一化され、より安定した流れに整流される。
(6)前記多翼送風機において、各円環部(51)は、隣り合う円環部(51)同士の隙間が前記軸方向の他方(D2)に向かうにつれて漸次減少する漸減領域が存在するように、前記軸方向に対して傾斜した傾斜状又は湾曲状の案内面(G)を有しているのが好ましい。この構成では、隣り合う円環部(51)同士の隙間に流入した循環流れは、前記漸減領域を通過する際に流れ方向に加速される。この加速によって循環流れの乱れが減少するので、騒音の低減効果をより高めることができる。
(7)前記多翼送風機において、各円環部(51)における前記軸方向の一方(D1)の端部(C1)は、前記軸方向に対して傾斜した傾斜面又は湾曲面を有しているのが好ましい。各円環部(51)の前記軸方向の一方(D1)の端部(C1)は、隣り合う円環部(51)同士の隙間に循環流れが流入する入口の縁部を構成している。したがって、前記縁部が傾斜面又は湾曲面であることにより、循環流れが連通部(25)に円滑に流入するので、騒音をより低減することができる。
(8)前記多翼送風機において、各円環部(51)は、各羽根(11)よりも前記軸方向の一方(D1)に突出しているのが好ましい。この構成では、循環流れは、円環部(51)において予め整流された後、羽根(11)に到達する。したがって、循環流れが円環部(51)よりも前に羽根(11)に到達する場合に比べて騒音の低減効果を高めることができる。
以上説明したように、本発明によれば、循環流れに起因する騒音を低減できる。
本発明の第1実施形態に係る多翼送風機を示す平面図である。 図1のII−II線断面図である。 前記多翼送風機の羽根車の一部を拡大した平面図である。 (A)は、前記羽根車における気流抵抗部の一例を示す平面図であり、(B)は、気流抵抗部の他の例を示す平面図である。 第1実施形態の変形例を示す断面図である。 本発明の第2実施形態に係る多翼送風機の羽根車を示す断面図である。 (A)は、第2実施形態に係る多翼送風機の一部を拡大した断面図であり、(B),(C)は、その多翼送風機の羽根車の一部を拡大した断面図である。 従来の多翼送風機の一部を拡大した断面図である。
以下、本発明の実施形態に係る多翼送風機について図面を参照して詳細に説明する。
<第1実施形態>
図1及び図2に示すように、第1実施形態に係る多翼送風機10は、渦巻形状のケーシング(スクロールケーシング)23と、このケーシング23内に収容された羽根車13とを備えている。羽根車13は、モータ61に接続され、このモータ61によりケーシング23内において回転軸Aを中心に回転方向Dに回転する。
ケーシング23は、羽根車13が収容される収容空間15と、この収容空間15内に空気を流入させるための吸込口17が形成されたベルマウス19と、収容空間15内の空気を外部に吹き出させるための吹出口21とを有している。
ケーシング23は、羽根車13に対して羽根車13の回転軸Aの軸方向の一方(方向D1)に配設された正面板231と、羽根車13に対して前記軸方向の他方(方向D2)に配設された背面板233と、正面板231と背面板233の間に配設された側面板(胴板)235とを有している。このケーシング23では、吸込口17及び吹出口21以外の部位は、正面板231、背面板233及び側面板235により塞がれている。ベルマウス19は、正面板231に形成されており、羽根車13の方向D1の端部と対向している。
図1に示すように、ケーシング23は、羽根車13を囲むように形成された略円筒形状の本体部23aと、この本体部23aから吹出口21に向かって突出し、断面が略四角形の筒状に形成された吐出管部23bとを有している。吐出管部23bと本体部23aとの境界部分(舌部)237は、吐出管部23bの側面板235と本体部23aの側面板235とが平面視で鋭角をなすようにつながっている。側面板235の内周面と羽根車13との間隔は、舌部237から回転方向Dに沿って次第に大きくなる。
ベルマウス19は、ケーシング23内へ空気を吸い込むための略円形の吸込口17を有し、空気を羽根車13に案内する役割を果たす。図2に示すように、ベルマウス19の内周面及び外周面は、その内径が方向D2に向かうにつれて小さくなる湾曲形状を有している。
羽根車13は、主板35と、複数の前向き羽根11と、リング部33と、気流抵抗部50とを有している。主板35は、ケーシング23の背面板233に対向して配置された円盤形状を有している。主板35には、モータ61の軸が接続されている。複数の羽根11は、回転方向Dに沿ってほぼ等間隔に配列されている。各羽根11の方向D2の端部は、主板35につながっている。リング部33は、各羽根11の方向D1の端部同士を連結して補強するための環状の部材である。各羽根11の前縁から後縁までの長さ(翼弦長)は、回転軸Aの軸方向においてほぼ一定である。なお、各羽根11は、例えば前記翼弦長が方向D2に向かうにつれて次第に大きくなる形状であってもよい。
モータ61により羽根車13が回転すると、図2において一点鎖線で示すように、ベルマウス19からケーシング23内に空気が吸い込まれる。この吸い込まれた空気は、回転軸Aの軸方向に沿って方向D2に向かって羽根車13内に流入し、羽根11同士の隙間を通過して半径方向外側に羽根車13から流出する。この流出した空気は、ケーシング23の本体部23aの内部を回転方向Dに沿って移動し、吐出管部23bの吹出口21から吐出される。
図2及び図3に示すように、羽根車13は、方向D1の端部に連通部25を有している。連通部25は、隣り合う羽根11同士の隙間であり、羽根車13の外部と軸方向に連通している。この第1実施形態では、連通部25は、ベルマウス19の端部19aよりも半径方向の外側に位置している(図2参照)。したがって、この多翼送風機31では、羽根車13から半径方向の外側に流出した空気の一部が連通部25を通じて羽根車13に再流入する循環流れMが生じる。
図8は、従来の多翼送風機の一部を拡大した断面図である。図8に示すように、循環流れMが生じると、ベルマウス19に案内されて羽根車13に流入する空気(主流)は、羽根11同士の隙間において循環流れMと混合し、乱れの大きい状態で羽根11に衝突するので騒音の原因となる。そこで、第1実施形態では、次のような気流抵抗部50を設けることにより、騒音の低減を図っている。
図4(A)は、羽根車13における気流抵抗部50の一例を示す平面図であり、図4(B)は、気流抵抗部50の他の例を示す平面図である。これらの気流抵抗部50,50に共通する特徴は、連通部25の一部を塞ぐとともに周方向に沿って円環状に延びる形状を有している点である。各気流抵抗部50は、図4(A)に二点鎖線で描いた羽根車本体13a(羽根車13の構成要素のうち、気流抵抗部50を除いた残りの構成要素)に着脱可能であり、羽根車本体13aとは別体の部材である。
図4(A)に示す気流抵抗部50は、羽根車本体13aの回転軸Aと同心であって単一の(一重の)環からなる成形体である。気流抵抗部50は、各羽根11の方向D1の端部(縁部)に固定されている。気流抵抗部50が各羽根11に固定されている位置は、各羽根11の前記縁部の中央付近(半径方向の中央付近)である。
図4(B)に示す気流抵抗部50は、5つの円環部51を含む。これらの円環部51は、互いに同心であり、かつ半径方向に互いに間隔をあけて配置されている。隣り合う円環部51同士の半径方向の間隔は、すべて同じである。5つの円環部51は、半径方向に棒状に延びる複数の連結部52によって一体化されている。複数の連結部52は、周方向にほぼ等間隔に配置されている。したがって、図4(B)に図示する形態では、連通部25において周方向及び半径方向に並ぶ複数の連通孔25aが形成され、各連通孔25aの周方向の開口寸法及び半径方向の開口寸法は略均一である。
この気流抵抗部50は、各羽根11の方向D1の端部(縁部)に固定されている。半径方向の最も内側の円環部51は、各羽根11の半径方向内側の端部近傍に位置し、半径方向の最も外側の円環部51は、各羽根11の半径方向外側の端部近傍に位置している(図2参照)。したがって、循環流れMの大半は、気流抵抗部50の円環部51同士の隙間を通過して羽根車13の羽根11同士の隙間に再流入する。
図4(A),(B)に示す各気流抵抗部50は、例えば合成樹脂、金属などの材料により形成することができる。各気流抵抗部50を羽根車本体13aに固定する方法は、接着剤による接合、融着による接合、固定するための図略の別部材を用いた固定などを用いることができる。また、円環部51の幅、円環部51の数、連結部52の数などを変えることにより連通部25を塞ぐ割合を調整できる。
なお、図5に示すように、半径方向において、ベルマウス19の端部19aが連通部25の半径方向の内側の端部25bと外側の端部25aとの間に位置している場合には、ベルマウス19の端部19aよりも半径方向内側には気流抵抗部50を設けずに、連通部25の半径方向外側の領域(循環流れMが流入する領域)のみに気流抵抗部50を設けてもよい。
<第2実施形態>
図6は、本発明の第2実施形態に係る多翼送風機31の羽根車13を示す断面図である。図7(A)は、この多翼送風機31の一部を拡大した断面図である。図7(B),(C)は、この多翼送風機31の羽根車13の一部を拡大した断面図である。なお、ここでは第1実施形態との相違点について主に説明し、第1実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付しその詳細な説明を省略する。
第2実施形態の羽根車13は、主板35と、複数の前向き羽根11と、気流抵抗部50とを有している。主板35は、円盤形状を有している。主板35には、モータ61の軸が接続される貫通孔35aを有している。複数の羽根11は、回転方向Dに沿ってほぼ等間隔に配列されている。
主板35の周縁部は、平面視で各羽根11の半径方向内側の縁部とほぼ同じ位置にある。各羽根11は、方向D2の端部(縁部)のうち半径方向内側の角部が主板35の周縁部につながっている。隣り合う羽根11において方向D2の端部同士の隙間Sは、方向D2に貫通している。また、羽根車13は、方向D1の端部に連通部25を有している。連通部25は、隣り合う羽根11同士の隙間であり、羽根車13の外部と軸方向に連通している。
気流抵抗部50は、4つの円環部51を含む。これらの円環部51は、互いに同心であり、かつ半径方向に互いに間隔をあけて設けられている。隣り合う円環部51同士の半径方向の間隔は、すべて同じである。この第2実施形態では、上述したように隣り合う羽根11において方向D2の端部同士の隙間Sが方向D2に貫通しているので、前記軸方向の両側に配置した一対の金型を用いて気流抵抗部50を羽根車本体13aと一体成形することができる。これにより、生産性が向上する。
図7(A)に示すように、4つの円環部51は、各羽根11の方向D1の端部(縁部)につながっている。このような4つの円環部51が設けられていることにより、連通部25において、周方向及び半径方向に並ぶ複数の連通孔25aが形成されている。各連通孔25aの周方向の開口寸法及び半径方向の開口寸法は略均一である。
また、4つの円環部51は複数の羽根11の側面と連続しており、各羽根11が連通孔25aの周方向の縁を構成している。したがって、各連通孔25aから流入した循環流れMは、流入した直後から羽根11よって円滑に案内される。
半径方向の最も内側の円環部51は、各羽根11の半径方向内側の端部近傍に位置し、半径方向の最も外側の円環部51は、各羽根11の半径方向外側の端部近傍に位置している(図7(A)参照)。したがって、循環流れMの大半は、気流抵抗部50の円環部51同士の隙間を通過して羽根車13の羽根11同士の隙間に再流入する。
図7(B)に示すように、各円環部51は、半径方向の両側の側部に、軸方向に対して傾斜した傾斜状又は湾曲状の案内面Gを有している。各円環部51は、周方向に直交する断面(図7(B)に示す断面)において方向D1に向かうほど先細りする断面形状を有している。したがって、隣り合う円環部51の間の空間は、隣り合う円環部51同士の隙間が方向D2に向かうにつれて漸次減少する漸減領域を有している。言い換えると、円環部51間の空気の流路は、下流側に向かうにつれて流路幅が減少する漸減領域を有している。この漸減領域では、ある上流側の位置における円環部51間の距離L1よりも下流側(図7(B)の下側)の位置における円環部51間の距離L2の方が小さい。
なお、各円環部51の先細りする領域は、各円環部51において少なくとも正面板231側の領域に設けられていればよく、各円環部51の背面板233側の領域は、先細りする断面形状でなくてもよく、一定の幅を有する断面形状であってもよい。
また、各円環部51における方向D1の角部C1は、軸方向に対して傾斜した傾斜面又は湾曲面を有している。言い換えると、各角部C1は、いわゆるR形状又はC面取りされた様な形状を有している。各円環部51は、各羽根11の縁部11a(図7(B)の上縁部)よりも方向D1に突出している。前記漸減領域は、羽根11の縁部11aよりも上方の領域と、縁部11aよりも下方の領域とに存在している。第2実施形態では、前記下方の領域よりも前記上方の領域の方が円環部51間の距離の減少度合いが大きい。前記漸減領域は、例えば前記上方の領域のみに設けられていてもよい。
図7(C)に示すように、各羽根11の縁部11aにおける両サイドの角部C2は、軸方向に対して傾斜した傾斜面又は湾曲面を有している。言い換えると、各角部C2は、いわゆるR形状又はC面取りされた様な形状を有している。これにより、循環流れMが各羽根11に滑らかに流入するので、騒音の低減効果のさらなる向上が期待できる。
各気流抵抗部50は、例えば合成樹脂、金属などの材料により形成することができる。気流抵抗部50の幅(円環部51の幅)、円環部51の数、羽根11同士の間隔などを変えることにより連通部25を塞ぐ割合を調整できる。例えば、気流抵抗部50の半径方向の全長に対する隙間(開口)の割合を数十%程度(具体的には例えば30〜60%程度、好ましくは40〜50%程度)に調整することができる。
<実施形態の概要>
実施形態をまとめると、以下の通りである。
第1実施形態及び第2実施形態では、気流抵抗部50は、連通部25における羽根11同士の隙間の一部を塞ぐとともに周方向に沿って円環状に延びているので、循環流れMが連通部25を通過する際の抵抗となる。したがって、気流抵抗部50を設けていない場合と比べて、羽根車13に再流入する循環流れMの流入量を低減できると考えられる。これにより、循環流れに起因する騒音を低減することができる。
第1実施形態及び第2実施形態では、前記気流抵抗部50は、互いに同心であり、かつ半径方向に互いに間隔をあけて設けられた複数の円環部51を含んでいるので、複数の円環部51によって半径方向及び周方向の全体にわたってバランスよく循環流れMの抵抗を持たせることができる。これにより、半径方向及び周方向の全体にわたって循環流れを整流する効果が期待できる。
第2実施形態では、複数の円環部51が複数の羽根11の方向D1の縁部につながっており、半径方向及び周方向に連通孔25aが並んでいる。すなわち、各羽根11が連通孔25aの周方向の縁を構成している。したがって、各連通孔25aから流入した循環流れMは、流入した直後から羽根11よって円滑に案内されるので、循環流れMに乱れが生じるのを抑制することができる。
第1実施形態及び第2実施形態では、各連通孔25aの周方向の開口寸法は略均一であるので、循環流れMは、連通孔25aを通過することにより、流れ方向や流速などが周方向にわたってある程度均一化され、より安定した流れに整流される。
第1実施形態及び第2実施形態では、気流抵抗部50は3つ以上の円環部51を含み、各連通孔25aの半径方向の開口寸法は略均一であるので、循環流れMは、連通部25を通過することにより、流れ方向や流速などが半径方向にわたってある程度均一化され、より安定した流れに整流される。
第2実施形態では、各円環部51は、隣り合う円環部51同士の隙間が方向D2に向かうにつれて漸次減少する漸減領域が存在するように、軸方向に対して傾斜した傾斜状又は湾曲状の案内面Gを有している。したがって、隣り合う円環部51同士の隙間に流入した循環流れMは、前記漸減領域を通過する際に流れ方向に加速される。この加速によって循環流れの乱れが減少するので、騒音の低減効果をより高めることができる。
第2実施形態では、各円環部51における方向D1の角部Cは、前記軸方向に対して傾斜した傾斜面又は湾曲面を有している。各円環部51の方向D1の端部は、隣り合う円環部51同士の隙間に循環流れが流入する入口の縁部を構成している。したがって、前記縁部が傾斜面又は湾曲面であることにより、循環流れMが連通部25に円滑に流入するので、騒音をより低減することができる。
第1実施形態及び第2実施形態では、各円環部51は、各羽根11よりも方向D1に突出しているので、循環流れMは、円環部51において予め整流された後、羽根11に到達する。したがって、循環流れMが円環部51よりも前に羽根11に到達する場合に比べて騒音の低減効果を高めることができる。
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は、前記各実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。
前記実施形態では、複数の連通孔25aは、周方向の開口寸法及び半径方向の開口寸法が略均一である場合を例示したが、これに限定されない。例えば、周方向の開口寸法及び半径方向の開口寸法の一方が略均一である形態であってもよく、両方が均一でない形態であってもよい。また、前記実施形態では、シロッコファンを例に挙げて説明したが、ターボファンなどの他の多翼送風機であってもよい。
11 羽根
13 羽根車
15 収容空間
17 吸込口
19 ベルマウス
21 吹出口
23 ケーシング
25 連通部
25a 連通孔
31 多翼送風機
50 気流抵抗部
51 円環部
A 回転軸
C1,C2 角部
D 回転方向
D1 回転軸の軸方向の一方
D2 回転軸の軸方向の他方
G 案内面
M 循環流れ

Claims (5)

  1. 回転軸(A)回りに回転可能で、周方向に複数の羽根(11)が配列された羽根車(13)と、この羽根車(13)を収容するとともに前記羽根車(13)に対して前記回転軸(A)の軸方向の一方(D1)に位置するベルマウス(19)を有するケーシング(23)と、を備えた多翼送風機であって、
    前記羽根(11)同士の隙間のうち前記ベルマウス(19)側に位置する連通部(25)の少なくとも一部は、前記ベルマウス(19)の端部よりも半径方向の外側に位置しており、
    前記羽根車(13)は、前記連通部(25)の一部を塞ぐとともに前記周方向に沿って円環状に延びる気流抵抗部(50)を有しており、
    前記気流抵抗部(50)は、互いに同心であり、かつ半径方向に互いに間隔をあけて設けられた3つ以上の円環部(51)を含み、
    前記3つ以上の円環部(51)と、前記複数の羽根(11)の前記ベルマウス(19)側の縁部とがつながることにより、前記連通部(25)において前記周方向に並ぶ複数の連通孔(25a)が形成されており、各連通孔(25a)の半径方向の開口寸法が略均一である、多翼送風機。
  2. 各連通孔(25a)の周方向の開口寸法は略均一である、請求項に記載の多翼送風機。
  3. 各円環部(51)は、隣り合う円環部(51)同士の隙間が前記軸方向の他方(D2)に向かうにつれて漸次減少する漸減領域が存在するように、前記軸方向に対して傾斜した傾斜状又は湾曲状の案内面(G)を有している請求項1又は2に記載の多翼送風機。
  4. 各円環部(51)における前記軸方向の一方(D1)の端部(C1)は、前記軸方向に対して傾斜した傾斜面又は湾曲面を有している、請求項に記載の多翼送風機。
  5. 各円環部(51)は、各羽根(11)よりも前記軸方向の一方(D1)に突出している、請求項のいずれか1項に記載の多翼送風機。
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