JP6038321B2 - 多翼送風機 - Google Patents

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Description

本発明は、多翼送風機に関するものである。
多翼送風機は、遠心送風機を基に多くの流量を得ようとして工夫された送風機である。吸込み口径を大きくするために翼の内外径比が、比較的大きい。内外径比が大きいために回転軸に水平な断面で見た翼の長さが短くなるので、剥離を防ぐために翼枚数を多くしている。また一定周速で有効ヘッドを大きくするために、前向き羽根を採用して、出口絶対速度を高め、高い動圧を静圧に変化するためにスクロールケーシングを備えるのが一般的である。構造が簡単で製作費が低いため、一般産業用、空調用などに広く使用されている。
多翼送風機に設けられた羽根車は、複数の細長い翼を周方向に配列し、回転軌跡でみると全体として円柱状となる。円柱の片側または両側の円形状の端面領域が吸込み口となり、吸込み口からの気流が翼間を通り円柱状でいう円筒状の側面領域から流出する。
所定の羽根車径、回転数でより多くの流量を得るためには回転軸方向の寸法を大きくする必要がある。回転軸方向の寸法を大きくした場合に、翼における吸込み口から遠い領域に十分な流量が供給されない問題が生ずる。そのため、非特許文献1の技術文献においては、羽根車の外径に対する回転軸方向の寸法比は、0.5前後が妥当とされている。
また、従来の多翼送風機では、モータを羽根車の内部に挿入した形状において、モータが流れを阻害してしまう問題に対応したものがある。特許文献1には、吸込み口から回転軸方向に離れた翼に対し流れを供給するための工夫として、多翼送風機の羽根車の内部に軸流ファンを設けている。
特開2007−231863号公報(第2頁、第3図)
生井武文の著作、株式会社コロナ社出版による「ターボ送風機と圧縮機」、昭和63年8月25日、P295
上記の先行技術を応用し、回転軸方向の寸法の大きい多翼送風機の中に軸流ファンを備えることによって、翼における吸込み口から遠い領域への供給流量の増加を図ることは可能である。
しかしながら、軸流ファンを通過する流れは、軸流ファンから旋回成分を付与されるため、軸流ファンの前後で流れのベクトルが異なる。そのため、軸流ファンの上流側において、翼への流入と翼形状とが適切であっても、軸流ファンの下流側では、翼への流入と翼形状とが適切にならず、多翼送風機の回転軸方向の寸法に応じた流量が得られないという課題が生じる。さらに、翼への流入と翼形状とが適切でないために、翼入口部での剥離が大きくなり騒音が大きくなるという課題も生じる。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、騒音を抑えつつ高い流量を得ることができる、多翼送風機を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するため、本発明の多翼送風機は、吸込み口を有するケーシングと、前記ケーシング内に回転可能に設けられた羽根車とを備え、前記羽根車は、駆動軸に固定された主板と、円筒状をなすように位置した複数の遠心翼とを有し、前記複数の遠心翼の内部空間には、中間支持具が配置されており、前記中間支持具は、前記主板と前記吸込み口との間に位置して、前記駆動軸に支持されており、前記複数の遠心翼は、前記主板によって保持されていることに加え、前記中間支持具によっても保持されており、前記複数の遠心翼における前記中間支持具の下流側の領域の翼入口角は、該複数の遠心翼における該中間支持具の上流側の領域の翼入口角よりも大きい。
好適には、前記中間支持具は、複数の繋ぎ部を有しており、前記複数の繋ぎ部は、前記駆動軸から径方向外側に放射状に延びており、前記複数の繋ぎ部は、軸流ファンの翼形状を有する。
好適には、前記羽根車における吸込み口側の端部から前記中間支持具の接続位置までの距離は、該羽根車の外径の約0.5から1.0倍である。
好適には、前記羽根車の回転軸方向の寸法は、該羽根車の外径の1.0倍から1.5倍である。
本発明の多翼送風機によれば、騒音を抑えつつ高い流量を得ることができる。
本発明の実施の形態1に係る多翼送風機の外観図である。 図1のII−II線による断面を示す図である。 図2のIII−III線による断面を示す図である。 図2のIV−IV線による断面を示す図である。 本発明の実施の形態2に係る多翼送風機の外観図である。 図5のVI−VI線による断面を示す図である。 図5のVII−VII線による断面を示す図である。
以下、本発明に係る多翼送風機の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る多翼送風機の外観図であり、後述する吸込み口を紙面表面側とし吸込み口に向かって見た状態を示している。図2は、かかる図1のII−II線による多翼送風機の断面を示す図である。
多翼送風機1は、例えば空調機や換気扇等に使用される送風機であり、ケーシング2と、羽根車3と、駆動源である駆動モータ4とを備える。駆動モータ4と羽根車3とは、回転軸5を共有する。説明においては、回転軸5と平行な方向を回転軸方向と呼び、回転軸5を垂線とする面において回転軸5を端点とした直線の放射方向を径方向と呼び、径方向の回転軸5に近い側を内周側、遠い方を外周側とする。
ケーシング2は、例えばスクロール型ケーシングであり、吸込み口6と、スクロール壁7と、吹出し口8とを有している。スクロール壁7は、回転軸5に垂直な断面において拡大風路となるスクロール形状を形成する。吸込み口6は、ベルマウス状の環状部により形成された開口である。吸込み口6は、ケーシング2の一方の側面にあり、その開口の中心を通るように回転軸5が延びている。吹出し口8は、ケーシング2のスクロール形状の旋回方向の面に形成される。
駆動モータ4は、ケーシング2における吸込み口6と反対側の側面の外に配置されている。駆動モータ4のモータシャフト9は、ケーシング2を貫通して、ケーシング2内を回転軸5に沿って延びている。また、駆動軸であるモータシャフト9は、吸込み口6に向けて突出している。
羽根車3は、シロッコファン等の遠心式ファンであり、複数の遠心翼11と、略円盤状の主板10とを有しており、ケーシング2に収納されている。主板10は、吸込み口6と反対側のケーシング2の内壁面の近傍において、モータシャフト9に固定されている。
複数の遠心翼11は、回転軸5方向に沿って細長く延びており、円筒状をなすように位置している。また、複数の遠心翼11は、主板10の周囲に沿って配置されており、等角度間隔で離隔して環状をなすように配列されている。複数の遠心翼11における、吸込み口6側の端部には、補強用の環状部材12が嵌め合わされている。外周リング15が遠心翼11の外周側を覆う形状となっているから、外周リング15の外径は、遠心翼11の外径よりも大きい。
また、円筒状をなす複数の遠心翼11の内部空間(径方向内側空間)には、中間支持具16が配置されている。中間支持具16は、主板10と、吸込み口6との間に位置しており、さらに、モータシャフト9に支持されている。中間支持具16は、環状のハブ13と、複数の繋ぎ部14と、外周リング15とを有している。ハブ13は、モータシャフト9の先端近傍に固定されており、複数の繋ぎ部14は、回転軸5から放射状に延びており、より詳細には、ハブ13の外周に放射状に設けられている。外周リング15は、複数の繋ぎ部14の径方向外側を接続するように設けられている。遠心翼11は、回転軸5方向の概ね中間位置において、モータシャフト9から繋がる中間支持具16によっても保持されている。
本実施の形態1の特徴の一つである、遠心翼11の翼形状について図3及び図4を用いて説明する。図3及び図4は遠心翼に関する翼形状を示す図である。より詳細には、図3及び図4はそれぞれ、図2の矢印III及び矢印IVに沿う遠心翼の断面を示す。矢印17は回転方向を示す。
本実施の形態1に係る多翼送風機では、遠心翼11の形状が、中間支持具16の上流側領域(図3に図示)と下流側領域(図4に図示)とで異なる。
遠心翼11の入口側(内周側)端点を前縁端18と呼ぶ。回転軸5と前縁端18とを通る直線19と直角に交わり且つ回転方向17の後方側に延びる直線20を観念したとき、前縁端18における接線21と、前述の直線20とが成す角を翼入口角βb1と呼ぶ。
本実施の形態1の多翼送風機では、遠心翼11における中間支持具16の下流側の領域の翼入口角βb1(図4に図示)を、遠心翼11における中間支持具16の上流側の領域の翼入口角βb1(図3に図示)よりも大きくしている。
次に多翼送風機1の動作について説明する。
この多翼送風機では、駆動モータ4が運転されると、モータシャフト9、主板10、ハブ13を介して遠心翼11が回転する。それにより、外部の空気が吸込み口6から羽根車3の内部に吸込まれ、羽根車3の昇圧作用によりケーシング2内に吹出され、ケーシング2のスクロール壁7で形成される拡大風路により減速、静圧回復して、吹出し口8から外部に吹出される。これにより送風が行われる。
図3及び図4それぞれの翼断面の前縁端18の下方(回転軸側)に図示した矢印は、遠心翼11の入口側の流れ状態を説明するための速度三角形である。ケーシング2の吸込み口6から羽根車3に流入し回転軸5に沿った流れは、中間支持具16を通過する際に、繋ぎ部14から回転方向に力を受ける。その結果、遠心翼11における中間支持具16の下流側の領域では、遠心翼11へ流入する絶対流れc1における入口周速u1と平行な旋回方向成分c1θが、中間支持具16の上流側の領域での、遠心翼11へ流入する絶対流れc1における旋回方向成分c1θよりも大きくなる。そのため、遠心翼11へ流入する相対流れw1も異なり、中間支持具16よりも下流側の領域では、中間支持具16よりも上流側の領域よりも、流入角β1が小さくなる様態で遠心翼11へ流入する。
このように本実施の形態1では、遠心翼11における中間支持具16の下流側の領域の翼入口角βb1を、遠心翼11における中間支持具16の上流側の領域の翼入口角βb1よりも大きくしているため、中間支持具16の下流側においても、遠心翼11の前縁端18へ入射する角度を適正にすることができる。これによって、遠心翼11へ入射する角度が不適当になることによる送風性能の低下が小さくなる。その結果、流量が大きく確保され、騒音が小さい多翼送風機1を得ることができる。
実施の形態2.
次に本実施の形態2について、図5、図6、図7を用いて説明する。図5は実施の形態2における多翼送風機1の外観図であり、吸込み口6を紙面表面側とし、吸込み口に向かって見た状態を示している。図6は、本実施の形態2に関する中間支持具16の繋ぎ部14の形状を示す図であり、回転軸5を中心とした弧状断面を平面状に展開して示している。また、図6は図5の矢印IVに沿う断面に相当する。図6の紙面上方が吸込み口6側、紙面下方が主板10側となり、紙面右側から左側に向かう向き(矢印17)が羽根車3の回転方向である。また、本実施の形態2は、以下に説明する部分を除いては、実施の形態1と同様であるものとする。
繋ぎ部14は板状であり、図5における吸込み側の端部を上流端22と呼び、吸込み側と反対側の端部を下流端23と呼ぶ。図5において、上流端22は下流端23よりも回転方向前方に位置する。つまり紙面上方の吸込み口6側を上流、紙面下方側を下流とする軸流ファンの翼形状となっている。
本実施の形態2の多翼送風機では、中間支持具16の繋ぎ部14の断面が翼形状を有しており、繋ぎ部14が軸流ファンとして作用するので、外部の空気を吸込み口6から主板10の側へ搬送する能力が高く、羽根車3の回転軸方向寸法が大きい場合でも、遠心翼11における、主板10の近くの領域にまで空気を供給できる。高風量を得るために回転軸方向寸法を大きくした多翼送風機においても、遠心翼を通過する空気の量を回転軸方向で均一化でき、局所的に流速が高くなることによる騒音増加を小さくすることができる。そのため本実施の形態の送風機によれば、流量が大きく、騒音が小さい多翼送風機を得ることができる。
軸流ファンとして作用する繋ぎ部14の形状ついて補足する。図6において、上流端22及び下流端23を通る直線(弦線)24と、回転軸と平行な直線25とが成す角を食違角γと呼ぶ。回転軸を中心とした半径が小さい場合に食違角γを小さく、半径が大きい場合に食違角γを大きくすることが望ましい。
回転軸5を中心とした回転の周速は、回転軸との距離(半径)が大きい位置ほど高くなる。一方、羽根車3の中を回転軸方向に沿って進む空気の風速(図6の紙面上方から下方への風速)は半径位置による変化は大きくない。
そのため、繋ぎ部14の食違角γを半径の増加に合わせて大きくすることにより、繋ぎ部14の形状と繋ぎ部14から見た空気の相対流れとの角度がずれることによる繋ぎ部14を通過する空気の乱れを小さくすることができる。その結果、繋ぎ部14の後流の乱れた流れが羽根車3の遠心翼11に流入することによる騒音増加を小さくすることができる。
図7を用いて羽根車3の寸法、位置に関し補足する。図7は、羽根車の寸法を説明する図である。羽根車3の外径をD1、羽根車3の回転軸5方向の寸法をL1、羽根車3における吸込み口6側の端部から中間支持具16までの距離をL2、羽根車3における中間支持具16から主板10までの距離をL3とする。
軸流ファンとして機能する中間支持具16を有しない従来の一般的な多翼送風機の回転軸方向の寸法は、前述した技術文献にも記載があるようにD1の0.5倍程度までが適正とされている。本実施の形態2の多翼送風機1は、中間支持具16の昇圧能力が加わるため、羽根車3における吸込み口6側の端部から中間支持具16の接続位置までの距離L2は、D1の約0.5から1.0倍までが妥当である。また、羽根車3における中間支持具16の接続位置から主板10までの距離は、D1の約0.5倍までが妥当である。よって羽根車3回転軸5方向の寸法L1は、D1の約1.0倍から1.5倍が適当である。
また、上記のように、羽根車3の作用により、多翼送風機1における羽根車3の回転軸5方向の寸法を大きくすることができるが、一般的には、回転軸方向の寸法が大きい場合には、回転により翼に生じる遠心力や、羽根車の重心と回転軸とのずれ等により、回転時の羽根車のぶれが大きくなり易いという問題がある。しかしながら、本実施の形態2の多翼送風機1では、繋ぎ部14が、モータシャフト9と遠心翼11とを接続しており、つまり、主板10に加え、主板10と距離をおいて、中間支持具16によっても遠心翼11を保持することができる。よって、流量増加や騒音低減に貢献する中間支持具16の繋ぎ部14が羽根車3の支持にも寄与するため、上記のような問題に対し、回転時のぶれを小さく抑えることができるという利点も得られている。
以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。
1 多翼送風機、2 ケーシング、3 羽根車、5 回転軸、6 吸込み口、9 モータシャフト(駆動軸)、10 主板、11 遠心翼、14 繋ぎ部、16 中間支持具。

Claims (4)

  1. 吸込み口を有するケーシングと、
    前記ケーシング内に回転可能に設けられた羽根車とを備え、
    前記羽根車は、駆動軸に固定された主板と、円筒状をなすように位置した複数の遠心翼とを有し、
    前記複数の遠心翼の内部空間には、中間支持具が配置されており、
    前記中間支持具は、前記主板と前記吸込み口との間に位置して、前記駆動軸に支持されており、
    前記複数の遠心翼は、前記主板によって保持されていることに加え、前記中間支持具によっても保持されており、
    前記複数の遠心翼における前記中間支持具の下流側の領域の翼入口角は、該複数の遠心翼における該中間支持具の上流側の領域の翼入口角よりも大きい、
    多翼送風機。
  2. 前記中間支持具は、複数の繋ぎ部を有しており、
    前記複数の繋ぎ部は、前記駆動軸から径方向外側に放射状に延びており、
    前記複数の繋ぎ部は、軸流ファンの翼形状を有する、
    請求項1の多翼送風機。
  3. 前記羽根車における吸込み口側の端部から前記中間支持具の接続位置までの距離は、該羽根車の外径の約0.5から1.0倍である、
    請求項2の多翼送風機。
  4. 前記羽根車の回転軸方向の寸法は、該羽根車の外径の1.0倍から1.5倍である、
    請求項3の多翼送風機。
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