JP6661404B2 - 遠心式ファン - Google Patents

Description

本発明は、燃焼装置などに送風する遠心式ファンに関する。

燃焼装置などに用いられる送風機として、遠心式ファンが知られている（例えば、特許文献１）。遠心式ファンは、複数の翼片が回転軸に対して放射状に配置された円筒形状の羽根車と、羽根車を収容するケーシングとを有している。ケーシングは、羽根車の回転軸に対する半径が羽根車の回転方向に大きくなる形状に周面が形成されており、周面の半径が大きい側から接線方向に送風路が延設されている。また、ケーシングには、回転軸の軸方向の一端面に、羽根車の内側に向かって縮径するベルマウス形状の吸気部が開口している。羽根車を回転させると、羽根車の内側から外側に空気が吹き出すので、吸気部から吸い込んだ空気を、送風路に接続された燃焼装置などに送り込むことができる。

また、吸気部から空気だけでなく燃料ガスを導入することで、遠心式ファン内で予め空気と燃料ガスとを混合し、混合ガスを燃焼装置に送り込むことも行われている（例えば、特許文献２）。こうした遠心式ファンでは、ケーシングの吸気部に供給ダクトが接続されており、その供給ダクトの上流側で空気の供給路と燃料ガスの供給路とが合流している。

特開２００５−１８０１７９号公報 特開２０１５−２３０１４３号公報

しかし、羽根車の内側に向かって縮径するベルマウス形状の吸気部に供給ダクトを接続した遠心式ファンでは、供給ダクトを通って供給されて吸気部から流入する気体（空気や燃料ガス）の流れが乱れることによって、騒音が大きくなったり、通路抵抗の増大に伴い送風量が低下したりするという問題があった。

この発明は、従来の技術が有する上述した課題に対応してなされたものであり、供給ダクトを通って吸気部から流入する気体の流れを円滑にすることで、騒音の低減および送風量の向上を図ることが可能な遠心式ファンの提供を目的とする。

上述した課題を解決するために本発明の遠心式ファンは次の構成を採用した。すなわち、
回転円板の外縁側から立設された複数の翼片が回転軸に対して放射状に配置され、該翼片が前記回転円板とは反対側の端部で環状の支持板に支持された羽根車と、該羽根車を収容するケーシングと、該ケーシングで前記支持板側を覆う被覆板から前記羽根車の内側に突出して開口した吸気部と、前記被覆板の外側から該吸気部に接続された供給ダクトと、前記ケーシングの周面から延設された送風路とを有し、前記供給ダクトを通って供給される気体を、前記羽根車を回転させることで、前記吸気部から吸い込んで前記送風路に送る遠心式ファンにおいて、
前記吸気部は、内径が前記供給ダクトと略同径の基端から前記羽根車に向けて所定曲率で拡径する湾曲形状に形成されており、
前記支持板の内縁には、前記被覆板に向けて縮径する湾曲部を介して、該支持板と該被覆板との間を前記羽根車の半径方向に流通する気体を遮る円筒形の遮断壁が立設されており、
前記遮断壁と前記吸気部の外周との間には、前記支持板と前記被覆板との間と同等以上の間隙が設けられると共に、
前記吸気部の拡径された先端から前記所定曲率で仮想延長した先に連続するように前記湾曲部が設けられている
ことを特徴とする。

このような本発明の遠心式ファンでは、吸気部の基端の内径が供給ダクトと略同径になっており、供給ダクトと吸気部との接続部に段差（凹み）が生じないので、供給ダクトからの気体の流入が円滑になる。こうして接続部で気体の流れが乱れるのを抑制することにより、乱れに起因する遠心式ファンの騒音を低減すると共に、吸気部における通路抵抗を抑えて（羽根車の内側に気体が吸い込まれ易くなって）遠心式ファンの送風量を増加させることができる。

そして、吸気部が基端から羽根車に向けて所定曲率で拡径する湾曲形状に形成されており、吸気部の開口面積の拡大によって気体の流速が下がるだけでなく、気体が吸気部の湾曲形状に沿うことで翼片に向けて円滑に流れるので、吸気部の先端における騒音（風切り音）の発生を抑制することができる。また、吸気部を通過した気体は、翼片の回転円板側だけでなく、支持板側にも広がって流れるので、気体の流れが回転円板に衝突することで発生する騒音を低減することができる。さらに、翼片の支持板側からも気体が羽根車の外側に吹き出すことから、吹き出しが回転円板側からに偏る場合に比べて、遠心式ファンの送風量を増加させることができる。

また、遮断壁は、支持板と被覆板との間を半径方向の外側から内側に向かう気体の逆流を防ぐのに有用であるものの、羽根車の回転時に、吸気部の外周との間で剪断による摩擦（抵抗）が生じることにより、羽根車の回転力が減少し、結果として遠心式ファンの送風量が低下する。そこで、遮断壁と吸気部の外周との間に、支持板と被覆板との間と同等以上の間隙を確保しておくことにより、剪断による摩擦を抑制し、その分だけ遠心式ファンの送風量を向上させることができる。そして、所定曲率で拡径された吸気部の先端から仮想延長した先に湾曲部を連続させておくことにより、遮断壁と吸気部の外周との間に間隙が広く設けられていても、供給ダクトから取り入れた気体を吸気部の湾曲形状に沿わせて翼片の支持板側へと円滑に導くことができるので、遠心式ファンの騒音の低減および送風量の向上を図ることが可能となる。

本実施例の遠心式ファン２０が接続された燃焼装置の例として給湯器１の構成を示した説明図である。 本実施例の遠心式ファン２０を分解した状態を示した斜視図である。 本実施例の遠心式ファン２０を、駆動モーター４０の回転軸４１を含む平面で切断した断面図である。 従来例の遠心式ファン２０における吸気部６０の形状や、気体の流れを示した説明図である。 本実施例の遠心式ファン２０における吸気部５３の形状や、気体の流れを示した説明図である。

図１は、本実施例の遠心式ファン２０が接続された燃焼装置の例として給湯器１の構成を示した説明図である。図示されるように給湯器１のハウジング２の内部には、燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスを燃焼させるバーナーを内蔵した燃焼ユニット３や、燃焼ユニット３の下方に設置された熱交換器４や、燃焼ユニット３に混合ガスを送る遠心式ファン２０などが設けられている。

遠心式ファン２０には、供給ダクト１０が接続されており、この供給ダクト１０の上流側では、燃焼用空気を供給する空気供給路１１と、燃料ガスを供給するガス供給路１２とが合流している。遠心式ファン２０を駆動すると、供給ダクト１０から燃焼用空気と燃料ガスとが遠心式ファン２０に吸い込まれて内部で混合され、混合ガスが燃焼ユニット３に送り込まれる。尚、本実施例の遠心式ファン２０の構造については、後ほど別図を用いて説明する。

燃焼ユニット３では、内蔵のバーナー（図示省略）で混合ガスの燃焼が行われる。図示した例では、バーナーから下方に向けて混合ガスが噴出するようになっており、下向きに炎が形成されると共に、燃焼排気が下方の熱交換器４に送られる。熱交換器４の一端には給水通路５が接続されており、熱交換器４の他端には給湯通路６が接続されている。給水通路５を通じて供給された上水は、熱交換器４でバーナーの燃焼排気との熱交換によって加熱された後、湯となって給湯通路６に流出する。

熱交換器４を通過した燃焼排気は、排気ダクト７を通って、ハウジング２の上部に突出した排気口８から外部に排出される。また、排気口８の外周に給気口９が設けられた二重管構造になっており、給気口９からハウジング２内に取り入れられた空気が、空気供給路１１を介して遠心式ファン２０に吸い込まれる。

図２は、本実施例の遠心式ファン２０を分解した状態を示した斜視図である。尚、図２では、遠心式ファン２０の上下の配置が図１に対して反転している。図示されるように遠心式ファン２０は、回転することで風を起こす羽根車３０や、羽根車３０を回転させる駆動モーター４０や、羽根車３０を収容するスクロールケーシング５０などを備えている。尚、本実施例のスクロールケーシング５０は、本発明の「ケーシング」に相当している。

羽根車３０は、複数の翼片３１が駆動モーター４０の回転軸４１に対して放射状に所定の間隔で配置されて円筒形状になっている。これらの翼片３１は、回転軸４１の軸方向の一端（図中の下端）が略円形の回転円板３２に取り付けられており、他端（図中の上端）が環状の支持板３３に取り付けられている。回転円板３２は、中央で駆動モーター４０の回転軸４１に固定されており、駆動モーター４０の駆動によって回転軸４１を中心に羽根車３０が回転する。

スクロールケーシング５０は、駆動モーター４０に対して固定される凹形の本体５１と、この本体５１に対向する凹形の蓋体５２とを外縁部分で接合して形成される。本体５１と蓋体５２とは、間にパッキン（図示省略）を介在させることで気密性が保たれ、図示しないネジなどで固定される。尚、本実施例の蓋体５２で羽根車３０の支持板３３側を覆う部分（図中の上面）は、本発明の「被覆板」に相当している。

また、スクロールケーシング５０は、回転軸４１に対する半径が羽根車３０の回転方向に大きくなる形状に周面が形成されている。この周面の半径が大きい側から接線方向に延設して送風路５４が形成されており、送風路５４の末端の吐出口５５に燃焼ユニット３が接続される。

さらに、蓋体５２には、羽根車３０の内側に向けて開口した吸気部５３が設けられている。そして、この吸気部５３に供給ダクト１０が接続される。供給ダクト１０は、図示しないネジなどで蓋体５２に固定され、間にパッキン（図示省略）を介在させることで気密性が保たれる。

図３は、本実施例の遠心式ファン２０を、駆動モーター４０の回転軸４１を含む平面で切断した断面図である。周知のように遠心式ファン２０では、駆動モーター４０の駆動によって羽根車３０が回転すると、遠心力で羽根車３０の内側から外側に気体（空気や燃料ガス）が吹き出す流れが生じる。羽根車３０の外側に吹き出した気体は、スクロールケーシング５０の周面に沿って進み、送風路５４（図２参照）を通って吐出口５５から燃焼ユニット３に送り込まれる。

また、羽根車３０の外側に気体が吹き出すと、スクロールケーシング５０の周面との間の圧力が高まることによって、支持板３３と蓋体５２との隙間では外側から内側に向かう逆流が発生し易い。こうした逆流を遮るために、支持板３３の内縁から蓋体５２側（図中の上方）に湾曲させて、円筒形の遮断壁３３ａが立設されている。

一方、羽根車３０の外側に気体が吹き出すのに伴って、羽根車３０の内側には、供給ダクト１０から気体が吸気部５３を通って吸い込まれる。本実施例の遠心式ファン２０では、供給ダクト１０と接続される吸気部５３が蓋体５２から羽根車３０の内側に向けて突出して開口しており、その吸気部５３は、内径が羽根車３０に向けて所定の曲率で拡径する湾曲形状に形成されている。

このような本実施例の遠心式ファン２０では、従来の遠心式ファン２０に比べて、騒音の低減や送風量の向上を図ることができる。以下では、この点について説明するが、まず比較として従来例の遠心式ファン２０について簡単に説明する。

図４は、従来例の遠心式ファン２０における吸気部６０の形状や、気体の流れを示した説明図である。図では、回転軸４１を含む平面で遠心式ファン２０を切断した断面を表しており、特に吸気部６０の付近を拡大している。従来例の遠心式ファン２０では、一般に蓋体５２から羽根車３０の内側に向かって縮径するベルマウス形状の吸気部６０が設けられている。この吸気部６０に供給ダクト１０が接続されると、接続部に段差（凹み）ができることにより、図中の右半分に太線の矢印で例示したように供給ダクト１０から流入する気体の流れに段差で乱れが生じる。こうした乱れは、遠心式ファン２０の騒音の原因となるだけでなく、吸気部６０における通路抵抗を増大させるので、羽根車３０の内側に気体が吸い込まれ難くなり、結果として遠心式ファン２０の送風量が低下する。

また、吸気部６０を通過する気体の流れが吸気部６０の先端に当って風切り音を発生させることで、遠心式ファン２０の騒音が大きくなる傾向にある。そして、吸気部５３を通過した気体の流れは、専ら回転軸４１の軸方向の奥側（回転円板３２側）に向かって進み、回転円板３２に衝突することで騒音を発生させる。しかも、翼片３１と翼片３１との間を通って気体が羽根車３０の外側に吹き出すのは、翼片３１の回転円板３２側からに偏っており、支持板３３側からの吹き出しは僅かである。こうした流れの偏りによっても、遠心式ファン２０の送風量が制限される。

これに対して、図５は、本実施例の遠心式ファン２０における吸気部５３の形状や、気体の流れを示した説明図である。図示されるように本実施例の吸気部５３は、供給ダクト１０側の基端の内径が供給ダクト１０の内径と略同径になっており、供給ダクト１０と吸気部５３との接続部に段差ができないので、図５（ａ）中の右半分に太線の矢印で例示したように供給ダクト１０からの気体の流入が円滑になる。こうして接続部にて気体の流れが乱れるのを抑制することにより、従来例に比して、乱れに起因する遠心式ファン２０の騒音を低減すると共に、吸気部５３における通路抵抗を抑えて遠心式ファン２０の送風量を増加させることができる。

そして、前述したように本実施例の吸気部５３は、内径が羽根車３０に向けて所定の曲率で拡径する湾曲形状に形成されている。吸気部５３の開口面積の拡大によって気体の流速が下がるだけでなく、気体が吸気部５３の湾曲形状に沿うことで翼片３１に向けて円滑に流れるので、吸気部５３の先端における風切り音の発生を抑制することができる。また、吸気部５３を通過した気体は、翼片３１の回転円板３２側だけでなく、支持板３３側にも広がって流れるので、回転円板３２との衝突による騒音を低減することができる。さらに、翼片３１の支持板３３側からも気体が羽根車３０の外側に吹き出すことから、回転円板３２側からの吹き出しに偏る場合に比べて、遠心式ファン２０の送風量を増加させることができる。

また、図５（ｂ）に拡大して示したように支持板３３の内縁からは、蓋体５２側（図中の上方）に向けて縮径する湾曲部３３ｂを介して、前述した円筒形の遮断壁３３ａが立設されている。こうした遮断壁３３ａは、支持板３３と蓋体５２との隙間で発生する逆流を遮るために有用であるものの、蓋体５２から羽根車３０に向けて突出した吸気部５３の外周との間で、羽根車３０の回転時に剪断による摩擦（抵抗）が生じることにより、羽根車３０の回転力が減少し、結果として遠心式ファン２０の送風量が低下する。そこで、剪断による摩擦を抑制するために、遮断壁３３ａと吸気部５３との間には所定の間隙Ｇが設けられている。本実施例の遠心式ファン２０では、支持板３３と蓋体５２との間と同等以上の間隙Ｇを確保しておくことにより、剪断による摩擦を抑制し、その分だけ遠心式ファン２０の送風量を向上させることができる。

そして、本実施例の遠心式ファン２０では、所定の曲率で拡径された吸気部５３の先端から、図５（ｂ）中に二点鎖線で示したように仮想延長した先に湾曲部３３ｂが連続するように形成されている。これにより、遮断壁３３ａと吸気部５３との間に間隙Ｇが設けられていても、供給ダクト１０から取り入れた気体を吸気部５３の湾曲形状に沿わせて翼片３１の支持板３３側へと円滑に導くことができるので、遠心式ファン２０の騒音の低減および送風量の向上を図ることが可能となる。

以上、本実施例の遠心式ファン２０について説明したが、本発明は上記の実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

例えば、上述した実施例では、吸気部５３に接続された供給ダクト１０の上流側で空気供給路１１とガス供給路１２とが合流していた。しかし、本発明は、吸気部５３に供給ダクト１０が接続された遠心式ファン２０に広く適用することができ、供給ダクト１０を通じて羽根車３０の内側に供給される気体は、空気および燃料ガスの何れか一方だけであってもよいし、３種類以上の気体が供給されるようにしてもよい。

１…給湯器、 ２…ハウジング、 ３…燃焼ユニット、
４…熱交換器、 ５…給水通路、 ６…給湯通路、
７…排気ダクト、 ８…排気口、 ９…給気口、
１０…供給ダクト、 １１…空気供給路、 １２…ガス供給路、
２０…遠心式ファン、 ３０…羽根車、 ３１…翼片、
３２…回転円板、 ３３…支持板、 ３３ａ…遮断壁、
３３ｂ…湾曲部、 ４０…駆動モーター、 ４１…回転軸、
５０…スクロールケーシング、 ５１…本体、 ５２…蓋体、
５３…吸気部、 ５４…送風路、 ５５…吐出口、
６０…吸気部。

Claims (1)

1. 回転円板の外縁側から立設された複数の翼片が回転軸に対して放射状に配置され、該翼片が前記回転円板とは反対側の端部で環状の支持板に支持された羽根車と、該羽根車を収容するケーシングと、該ケーシングで前記支持板側を覆う被覆板から前記羽根車の内側に突出して開口した吸気部と、前記被覆板の外側から該吸気部に接続された供給ダクトと、前記ケーシングの周面から延設された送風路とを有し、前記供給ダクトを通って供給される気体を、前記羽根車を回転させることで、前記吸気部から吸い込んで前記送風路に送る遠心式ファンにおいて、
   前記吸気部は、内径が前記供給ダクトと略同径の基端から前記羽根車に向けて所定曲率で拡径する湾曲形状に形成されており、
   前記支持板の内縁には、前記被覆板に向けて縮径する湾曲部を介して、該支持板と該被覆板との間を前記羽根車の半径方向に流通する気体を遮る円筒形の遮断壁が立設されており、
   前記遮断壁と前記吸気部の外周との間には、前記支持板と前記被覆板との間と同等以上の間隙が設けられると共に、
   前記吸気部の拡径された先端から前記所定曲率で仮想延長した先に連続するように前記湾曲部が設けられている
   ことを特徴とする遠心式ファン。

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