JP6058125B2 - 遠心送風機 - Google Patents

Description

本発明は、特に換気・空調用途として、スクロールケーシングを備えた遠心送風機の構造に関するものである。

風路断面積が気流方向に所定の拡大率を持つスクロールケーシングを備えた遠心送風機は、羽根車から吹き出された空気の動圧をスクロールケーシングにて回収し、吹出口に向かって風路断面積を徐々に拡大させることで、動圧を静圧へと変換させる静圧回復を行う。よって、送風機の吹出口近傍において静圧が最も高くなる。一方、送風機の吹出口と送風機内風路を仕切する舌部を境として、風路断面積が狭い領域ではスクロールケーシングによる静圧回復効果が少ないため、静圧は低くなる。すなわち、遠心送風機の構成上、舌部を境にして内部圧力差が最も大きく生じている。

吹出口近傍を流れる空気は静圧が高いため、流れの一部は吹出口から外部へ吹き出されずに、静圧の低い送風機風路内へと逆流を生じる。特に送風機風路内から羽根車の主板の背面側（羽根車とスクロールケーシングとの隙間）を通って、流れが弱い駆動モータの軸中心方向へと逆流しやすい。また舌部壁面に衝突して分岐した流れが、同様に羽根車の主板の背面側へと入り込む場合もある。

従来技術としての遠心送風機は図１１に示されるように、羽根車の主板の背面側へと逆流する流れは、羽根車と羽根車に対向しるスクロールケーシング底壁面の間隔が一様であるため、空気の流入する方向が一意的に定まらずに不安定となっている。そして、図１２に示されるように、羽根車の主板背面側へと入り込んだ流れは、羽根車の主板の開口部を通らずに、羽根車の背面側から再び送風機内風路へと流れ出やすくなる。よって、空気の流出する方向も一意的に定まらずに不安定となる。

また、他の従来技術においては、上記した羽根車の主板背面側へと入り込む空気の流れを利用して、羽根車の主板に設けた開口部の位置や寸法形状を工夫することで、羽根車の駆動モータ周辺に空気の流れをつくり、駆動モータを冷却しつつ送風騒音を低減させた送風機の向上がなされてきた（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１３０３５号公報（請求項１を参照）

スクロールケーシングを備えた遠心送風機において、吹出口近傍を流れる空気は静圧が高いため、流れの一部が羽根車の主板の背面側へと入り込む。このとき、従来の遠心送風機においては、羽根車の主板とスクロールケーシング底壁面で形成される隙間の形状が一様であるため、羽根車の全周いずれの方向からも羽根車の主板背面側へと空気が入り込む。その結果、空気の流入する方向が一意的に定まらずに不安定となり、気流の乱れや圧力変動が大きくなり、送風性能の低下や騒音の増大、サージングの発生といった悪影響を及ぼす可能性がある。また、羽根車の主板背面側へと入り込んだ空気が、駆動モータの周囲を流れずに羽根車の主板の背面側から再び送風機内風路へと流出する可能性があるため、空気の流れによる駆動モータの冷却効果を十分に得られないといった問題点があった。

本発明は、係る従来の問題点を解決するためになされたものであって、形状が簡単で安価な手段を用いて羽根車の主板背面側の空気の流れを整流し、気流の乱れや圧力変動を低減して送風騒音性能の向上を図った遠心送風機を提供することを目的とするものである。また、羽根車主板の表面側(吸込口側)へ空気を流れ出やすくし、駆動モータの冷却効果をより高めた遠心送風機を提供することを目的とするものである。

本発明に係る遠心送風機は、スクロールケーシングと、複数の翼を環状に配列し前記スクロールケーシング内に収容される羽根車と、前記羽根車を駆動する駆動モータと、を備える遠心送風機であって、前記羽根車に対向する前記スクロールケーシング底壁面には前記羽根車側に突出する環状の膨出部が設けられ、前記膨出部の一部に気流が流通する気流流入部を形成し、前記気流流入部は、前記膨出部に設けられた凹部であるものである。

本発明は、スクロールケーシングの吹出口側の空気が羽根車の主板背面側へ入り込む流路を、スクロールケーシング底壁面に気流流入部を形成することで、羽根車の主板背面側へと入り込む空気が、吹出口側からの駆動モータの軸中心方向へ向かって一意的に安定して流れるため、送風騒音が低減され、かつ、駆動モータの冷却効果をより高めた送風機を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る遠心送風機の上面図である。 図１の遠心送風機を回転軸と交差する方向からみた縦断面図（X1-‘X1）である。 図２の遠心送風機を軸方向から見た横断面図（Y-‘Y）である。 図２の遠心送風機を軸方向から見た横断面図（Z-‘Z）である。 スクロールケーシング底壁面に設ける邪魔板の形状例である。 スクロールケーシング底壁面に設ける案内板の形状例である。 本発明の実施の形態２に係る遠心送風機の上面図である。 図７の遠心送風機を回転軸と交差する方向からみた縦断面図（X2-‘X2）である。 本発明を実施した形態の遠心送風機における送風性能を示すグラフである。 本発明を実施した形態の遠心送風機における騒音性能を示すグラフである。 従来の形態の遠心送風機の横断面図である。 従来の形態の遠心送風機の縦断面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る遠心送風機の上面図である。
図２は、図１の遠心送風機を回転軸と交差する方向からみた縦断面図（X1-‘X1）である。
図３は、図２の遠心送風機の軸方向から見た横断面図（Y-‘Y）である。
図４は、同様に横断面図（Z-‘Z）である。
図５は、スクロールケーシング底壁面に設ける邪魔板の形状例である。
図６は、スクロールケーシング底壁面に設ける案内板の形状例である。

図１から図４に示されるように、遠心送風機1は、駆動モータ２、羽根車３、スクロールケーシング４から構成される。羽根車３は複数個の開口部５を設けた主板６と、複数枚の翼７と、補強用の環状部材８からなる。また、スクロールケーシング４は風路断面積が気流方向に所定の拡大率を持つ流路を備え、上面に吸込口９と、側面に吹出口１０及び舌部１１を備えている。

スクロールケーシング４には、羽根車３に対向するスクロールケーシング底壁面４ａに羽根車３側に突出する環状の膨出部４ｂが設けられている。図２に示されるように、遠心送風機１において、羽根車３は駆動モータ２によって回転し得るようにスクロールケーシング４の膨出部４ｂと所定の隙間を保持している。また、図４に示されるように、スクロールケーシング４の吹出口１０側の膨出部４ｂに空気が流通可能な凹部１２を形成している。従って、膨出部４ｂは凹部により環状の一部が切り取られた形状となっている。

この遠心送風機１において、羽根車３が回転すると羽根車３から吹き出された空気は、風路断面積が気流方向に所定の拡大率を持つスクロールケーシング４の流路内で動圧を回収され、吹出口１０に向かって動圧を静圧へと変換させる静圧回復作用を伴って吹出口１０から吹き出される。故に、遠心送風機１の吹出口１０側において静圧が最も高くなる。

一方、遠心送風機１の吹出口１０と送風機内風路を仕切する舌部１１を境として、風路断面積が狭い領域ではスクロールケーシング４による静圧回復効果が少ないため、静圧は低くなる。すなわち、遠心送風機１の構成上、舌部１１を境にして内部圧力差が最も大きく生じている。

すると、吹出口１０近傍を流れる空気は静圧が高いため、流れの一部は吹出口１０から外部へ吹き出されずに、静圧の低い送風機風路内へと逆流を生じる。特に、送風機風路内から羽根車３の主板６の背面６ａ側（羽根車３とスクロールケーシングの膨出部４ｂとの隙間）を通って、流れが弱い駆動モータ２の軸中心方向へと逆流が生じやすい。また舌部１１の壁面に衝突して分岐した流れが、同様に羽根車３の主板６の背面６ａ側へと入り込む場合もある。

本発明の実施の形態１に係る遠心送風機１は、羽根車３の主板６の背面６ａとスクロールケーシング底壁面４ａの膨出部４ｂの隙間が局所的に拡がるよう、スクロールケーシング底壁面４ａの膨出部４ｂに凹部１２が設けられている。そのため、羽根車３の背面６ａ側（羽根車３とスクロールケーシング４との隙間）へと入り込もうとする空気の流れは凹部１２付近に集約される。

また、上述のようにスクロールケーシング４を備えた遠心送風機１は、構造上、吹出口１０近傍において静圧が高くなる。そこで、図４に示されるように、遠心送風機１の吹出口１０の近傍においてスクロールケーシング底壁面４ａの膨出部４ｂに凹部１２を設けることで、羽根車３の主板６の背面６ａ側へと入り込む流れは、更に凹部１２付近に集約しやすくなる。凹部１２は羽根車３の背面６ａ側へと入り込む空気の流れの流入口の役割を果たすことで、空気の流れる方向を一意的に定める機能を有する。

すなわち、図２のように羽根車３の主板６の背面６ａ側へと入り込む空気の逆流が安定的に形成される。この流れの一部においては、吹出口１０側からの駆動モータ２の軸中心方向へ向かって流れ、やがて主板６の開口部５を通って羽根車３の主板６の表面６ｂ側に流れ出る循環流Ａを形成している。この安定した循環流Ａを形成することにより、送風騒音が低減され、かつ、駆動モータの冷却効果をより高めることができる。

また、図５に示すように、羽根車３の主板６の背面６ａ側へと入り込む空気の流れを、スクロールケーシング４の吹出口１０側から入り込みやすくする別手段として、スクロールケーシング底壁面４ａに、吹出口１０近傍を除いて羽根車３の主板６の背面６ａ側へと入り込む空気の流れを阻害する邪魔板１３を立設してもよい。

この邪魔板１３は、羽根車３の外周縁部に対向するスクロールケーシング底壁面４ａに羽根車３側に突出する環状形状で設けられている。そして、邪魔板１３は吹出口１０側を除いて設けられているため、この開口部５は吹出口１０近傍の静圧の高い空気を羽根車３の背面６ａ側へと導入する流入口の役割を果たす。よって、上記膨出部４ｂの凹部１２と同様に空気の流れる方向を一意的に定める機能を有する。

さらに、図６に示すように、駆動モータ２の冷却効果をより高めるため、羽根車３の主板６の背面６ａ側に入り込んだ空気が、駆動モータ2の軸中心方向へ向かって安定して流れ込むようにスクロールケーシング底壁面４ａに案内板１４を設けると良い。

案内板１４の形状は、図６に示すような円弧状の立設部形状の他、直線形状や曲折形状など、駆動モータ2の軸中心方向へ向かって気流を案内することができればいずれの形状も選択が可能である。

実施の形態２．
上記実施の形態１においては、遠心送風機１の吹出口１０の近傍において、羽根車３の主板６の背面６ａ側へと入り込む流れを凹部１２付近に集約し、凹部１２は空気の流れの流入口の役割を果たすことで、空気の流れる方向を一意的に定めた例を示したが、本実施の形態２では、羽根車３の主板６の背面６ａ側へと入り込んだ空気の流れの流出口を確保することで、空気の流れる方向を一意的に定める遠心送風機１の構成である。図７、８に基づいて説明する。

図７は、本発明の実施の形態２に係る遠心送風機の上面図である。
図８は、図７の遠心送風機を回転軸と交差する方向からみた縦断面図（X2-‘X2）である。
図７および図８に示されるように、本実施の形態２の遠心送風機１は、吹出口１０に対して駆動モータ２の回転軸と対称側となる駆動モータ２のケース壁面２ａに、鍔状の整流ガイド１５を備えている。この整流ガイド１５は、スクロールケーシング４の吹出口１０側には設けられていない。すなわち、本実施の形態の整流ガイド１５は、実施の形態１における膨出部４ｂや邪魔板１３に対応する位置に設置されている。

そのため、羽根車３の主板６の背面６ａ側へと入り込んだ空気の流れは、駆動モータ２の周囲を通過した後、整流ガイド１５に案内され羽根車３の主板６の開口部５を通って羽根車３の表面６ｂ側へと流れ出やすくなる。すなわち、整流ガイド１５と主板６の開口部５は、羽根車３の主板６の背面６ａ側へと入り込んだ空気の流れの流出口の役割を安定的に果たすことで、空気の流れる方向を一意的に定める機能を有する。

このように本実施の形態２の遠心送風機１では、羽根車３の主板６の背面６ａ側に入り込んだ空気の流出方向を安定させることができるので、吹出口１０近傍から駆動モータ２の軸中心方向へ向かう空気の流れを一意的に定めることができる。また、空気の流出方向を安定させることで、羽根車３の主板６の背面６ａ側へと入り込んだ空気が羽根車３の主板６の開口部５を通って羽根車３の表面６ａ側に流れ出やすくなるので、駆動モータ２の周囲を空気が流れやすくなる。すなわち、駆動モータ２の周囲を空気が流れる風路を形成することで、駆動モータ２の冷却効果をより高めることができる。

また、風路の圧力損失を悪化させずに駆動モータ２の冷却効果をより得られるよう、吹出口１０に対して駆動モータ２の回転軸と対称側の駆動モータ２のケース壁面２ａに整流ガイド１５を兼ね備えた冷却フィンを取り付けても良い。

上述した実施の形態１及び実施の形態２の気流調整手段はともに、送風機の内部圧力差に応じて、送風機全体ではなく送風機の特定部位のみの形状変更で対応しているため、送風機の性能向上に対して効率的である。また、駆動モータの冷却効果をより高めることで安価な駆動モータを使用可能となる。あるいは冷却用フィンを最小限に抑えることで、より安価な送風機を実現することができる。

次に、図９は本発明の実施の形態に係る遠心送風機と従来形状の遠心送風機の送風特性を比較したグラフである。破線は従来形状の遠心送風機の送風特性である。細い実線は、実施の形態１の羽根車３の主板６の背面６ａ側へと入り込む流れを気流流入部に集約した構成を採用した遠心送風機の送風特性である。また、太い実線は、実施の形態１の構成、及び、実施の形態２の整流ガイド１５と主板６の開口部５で、羽根車３の主板６の背面６ａ側へと入り込んだ空気の流れの流出口を形成した構成の双方を採用した遠心送風機１の送風特性である。

図９のグラフに示すように、ほぼ全域で破線の従来形状の遠心送風機よりも実線の実施の形態１、及び、実施の形態１と２の双方を採用した形状の遠心送風機１の送風特性が向上していることがわかる。

また、図１０は本発明の実施の形態に係る遠心送風機１と従来形状の遠心送風機の騒音特性を比較したグラフである。騒音特性においても図９の送風特性と同様に従来形状の遠心送風機よりも実線の実施の形態１、及び、実施の形態１と２の双方を採用した形状の遠心送風機の騒音特性が向上していることがわかる。
本発明の最良の形態である実施の形態１と２の双方を採用した形状の遠心送風機１を実施した場合、同一風量時比較において約−１．５ｄＢの騒音低減効果が得られた。

本発明は、上述した実施の形態１及び実施の形態２の気流調整手段のいずれか、あるいは双方を組み合わせることによって、羽根車３の主板６の背面６ａ側へと入り込んだ空気が、羽根車３の主板６の開口部５を通って羽根車３の主板６の表面６ｂ側へ流れ出る循環流Ａが形成される。よって、羽根車３の主板６の背面６ａ側の空気の流れの乱れや圧力変動を低減し、送風騒音性能の向上を図ることができる。また、羽根車３の主板６の表面６ａ側(吸込口側)へ空気が流れ出やすくなり、駆動モータ２の冷却効果をより高めた遠心送風機を得ることができる。

上述の実施形態では、スクロールケーシングを備えた遠心送風機に本発明を適用したが本発明はこれに限定されるものでなく、多翼羽根車を用いた多翼送風機にも適用することができる。

また、上述の実施形態では、換気・空調用途の送風機に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものでなく、その他の機器にも適用することができる。

１ 遠心送風機、２ 駆動モータ、２ａ ケース壁面、３ 羽根車、４ スクロールケーシング、４ａ スクロールケーシング底壁面、４ｂ 膨出部、５ 開口部、６ 主板、６ａ 背面、６ｂ 表面、７ 翼、８ 環状部材（翼の補強部材）、９ 吸込口、１０ 吹出口、１１ 舌部、１２ 凹部、１３ 邪魔板、１４ 案内板、１５ 整流ガイド。

Claims (7)

1. スクロールケーシングと、複数の翼を環状に配列し前記スクロールケーシング内に収容される羽根車と、前記羽根車を駆動する駆動モータと、を備える遠心送風機であって、
   前記羽根車に対向する前記スクロールケーシング底壁面には前記羽根車側に突出する環状の膨出部が設けられ、前記膨出部の一部に気流が流通する気流流入部を形成し、
   前記気流流入部は、前記膨出部に設けられた凹部であることを特徴とする遠心送風機。
2. 前記凹部は、前記スクロールケーシングの吹出口側に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の遠心送風機。
3. 前記凹部は、前記スクロールケーシングの舌部側に設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の遠心送風機。
4. 前記駆動モータはケースを備えており、前記ケースのケース壁面には気流を案内する整流ガイドを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の遠心送風機。
5. 前記整流ガイドは、前記スクロールケーシングの吹出口に対して前記駆動モータの回転軸と対称側となる前記ケース壁面に配置されたことを特徴とする請求項４に記載の遠心送風機。
6. 前記整流ガイドは、前記スクロールケーシング底壁面に設けられた前記気流流入部を除いた部分に対応して配置されたことを特徴とする請求項４または５に記載の遠心送風機。
7. 前記気流流入部には、前記スクロールケーシング底壁面に気流を案内する案内板を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の遠心送風機。

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