JP7050571B2 - 遠心式ファン - Google Patents

Description

本発明は、本体ケーシング内で羽根車を回転させることによって、送風通路から空気を送風する遠心式ファンに関する。

給湯器あるいは暖房装置などに空気を供給するための機器として、遠心式ファンが広く使用されている。この遠心式ファンは、スクロールケーシングと呼ばれる本体ケーシングの内部で羽根車が回転する構造となっており、羽根車は回転軸に対して複数の翼片が放射状に配置されることによって形成されている。羽根車の半径方向外側と、スクロールケーシングの内周壁面との間には空気通路が形成されており、この空気通路の通路幅（すなわち、羽根車の半径方向外側とスクロールケーシングの内周壁面との間の距離）は、羽根車の回転方向に向かって大きくなるように形成されている。また、羽根車とスクロールケーシングとの間に形成された空気通路に連続するようにして、送風通路が、スクロールケーシングの内周壁面の接線方向に延設されている。

このような遠心式ファンは次のようにして動作する。先ず、スクロールケーシング内で羽根車を回転させると、羽根車と一緒に空気が回転し、このときの遠心力で吹き飛ばされるようにして、翼片と翼片との間の空気が半径方向外側に向かって流れ出す。また、スクロールケーシングには、羽根車の回転軸の一端側から羽根車を臨む位置に吸気口が形成されており、羽根車が回転することによって半径方向の外側に向かって流れ出した分の空気は、スクロールケーシングの形成された吸気口から流入して補充される。一方、羽根車から見て半径方向の外側にはスクロールケーシングの内周壁面が存在しているため、羽根車から外側に向かって流れ出した空気は内周壁面に押し付けられて、空気の圧力が上昇する。このときの圧力の上昇量は、空気通路の通路幅が広いほど小さくなるので、空気通路内には、羽根車の回転方向に向かって圧力が低くなるような圧力勾配が生じる。このため、空気通路内の空気は、圧力勾配によって加速されながら圧力の低い方に向かって流れて行き、最終的には送風通路から遠心式ファンの外部に吹き出されることとなる。

以上のような動作原理から、遠心式ファンで送風量を増加させるためには、羽根車が遠心力で半径方向に送り出す空気の流量を増加させる必要があるため、遠心式ファンの送風量を増加させるほど、空気通路内の圧力が高くなる。このため、ある程度まで送風量が増加すると、羽根車を回転させても空気を半径方向外側に送り出すことが困難となり、それ以上に送風量を増加させることが困難となる。このような事態の発生を抑制するためには、空気通路の通路幅（すなわち、羽根車の半径方向外側とスクロールケーシングの内周壁面との距離）を広くすることが効果的であるが、そうするとスクロールケーシングの外形寸法が大きくなり、給湯器や暖房装置などの機器内に搭載することが困難となってしまうため、現状では難しい。

そこで、空気通路内の圧力が高くなると、（特に空気通路の通路幅が狭くなった部分で）空気通路から吸気口への空気の逆流が発生することに着目し、空気が逆流する部分の吸気口をカバー部材で塞ぐことによって、最大送風量を増加させようとする技術が提案されている（特許文献１）。

特開２００１－１８２６９１号公報

しかし、上述した提案の技術では、実際には、遠心式ファンの最大送風量を増加させることは難しいという問題があった。この理由は、提案の技術では、吸気口の一部をカバー部材で塞いでしまうので吸気口の面積が小さくなり、その結果、最大送風量付近では、逆流の防止によって送風量を増加させる効果よりも、吸気抵抗の増加によって送風量を減少させる効果の方が大きくなってしまうためである。

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成されたものであり、大型化することなく、最大送風量を増加させ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、
回転軸に対して複数の翼片が放射状に配置された羽根車と、前記羽根車を回転可能な状態で収容すると共に、前記羽根車の回転軸の一端側の方向に吸気口が形成された本体ケーシングと、該本体ケーシングの外部から前記羽根車を駆動する電動モーターと、前記本体ケーシングの外周側面に接続されて、前記羽根車が回転すると、下流端に形成された送風口から空気が吹き出される送風通路とを備える遠心式ファンにおいて、
前記本体ケーシングは、前記羽根車の外周と、該羽根車の外周に向き合う内周壁面との間の隙間が、前記羽根車の回転方向に向かって広くなる形状に形成されたスクロールケーシングであり、
前記送風通路は、
前記羽根車と前記本体ケーシングとの間の前記隙間から前記内周壁面の接線方向に連続して形成され、前記送風口よりも小さな通路面積のままで延設された延設通路部と、
前記延設通路部の下流に接続されて、前記通路面積が前記送風口の大きさに拡大する拡大通路部と
を備えており、
前記拡大通路部には、前記送風通路の外側から前記送風通路の内側に空気を取り入れる空気取入口が形成されている
ことを特徴とする。

かかる本発明の遠心式ファンにおいては、本体ケーシング内で羽根車を回転させると、本体ケーシングに設けた吸気口から吸い込まれた空気が、本体ケーシングの外周側面に接続された送風通路から、遠心式ファンの外部に向かって送風される。ここで、本体ケーシングは、いわゆるスクロールケーシングとなっており、本体ケーシングの内部に収容された羽根車の外周と、羽根車の外周に向き合う本体ケーシングの内周壁面との間の隙間が、羽根車の回転方向に向かって広くなっている。また、送風通路の下流端には空気が吹き出す送風口が開口しており、更に、送風通路は、羽根車と本体ケーシングとの間に形成された隙間から内周壁面の接線方向に連続して形成されて、送風口よりも小さな通路面積のままで延設された延設通路部と、その延設通路部の下流に接続されて通路面積が送風口の大きさに拡大する拡大通路部とを備えている。そして、送風通路の拡大通路部には、送風通路の外側から送風通路内に空気を取り入れるための空気取入口が形成されている。

詳細なメカニズムについては後述するが、羽根車を回転させて本体ケーシングから送風通路に空気を送風すると、送風通路の通路面積が、送風口よりも小さな面積から送風口の面積まで拡大している部分では、送風通路内に空気の流れが淀んだ淀み領域が発生する。そして、淀み領域の空気は、淀み領域の外側で速く流れる空気に引きずられる状態となるため、淀み領域が負圧となる。加えて、本体ケーシングの内周壁面と羽根車の外周との隙間は、羽根車の回転方向に向かって広くなる形状となっているため、本体ケーシング内で羽根車を回転させた時に、本体ケーシングと羽根車との間の隙間の部分で空気の流れが加速され、加速された空気の流れが、本体ケーシングの内周壁面の接線方向に延設された送風通路の延設通路部に流入する。このため、延設通路部の下流側に接続された拡大通路部に大きな負圧を発生させることができる。従って、拡大通路部に空気取入口を形成しておけば、送風通路内に生じた負圧によって、送風通路の外側から空気を取り入れることができる。その結果として、遠心式ファンの大きさを小型に保ったままで、最大送風量を増加させることができる。

また、上述したように、本体ケーシングがスクロールケーシングとなっており、本体ケーシングの内周壁面の接線方向に送風通路が延設されている本発明の遠心式ファンにおいては、送風通路の通路壁面の中で、少なくとも、本体ケーシングの内周壁面から延設されている第１通路壁面には、通路面積が拡大している部分に空気取入口を形成してもよい。

上述したように、本体ケーシングがスクロールケーシングとなっている場合、羽根車を回転させると、羽根車によって半径方向外側に送り出された空気は、本体ケーシングの内周壁面に導かれながら、本体ケーシングと羽根車との間の隙間を流れて行く。空気が隙間を流れる方向は、羽根車の回転方向（すなわち、隙間が広くなる方向）となっており、空気の流れは、隙間を流れる間に加速されて送風通路に流入する。このように、空気の流れは本体ケーシングの内周壁面に沿って進んでおり、しかも、送風通路の第１通路壁面は、本体ケーシングの内周壁面から延設されている。このため、送風通路内に流入した空気の流れは第１通路壁面の近くを通過することになり、送風通路内での空気の流速は、第１通路壁面に対して向き合う第２通路壁面の側よりも、第１通路壁面の側の方が、空気の流速が速くなり、通路面積が拡大する部分で生じる負圧の大きさも、第１通路壁面の方が大きくなる。従って、少なくとも第１通路壁面に空気取入口を設けておけば、送風通路の外側から多くの空気を取り込むことができるので、遠心式ファンの最大送風量を増加させることが可能となる。

また、上述した本発明の遠心式ファンで、本体ケーシングの内周壁面から延設された第１通路壁面と、第１通路壁面に向き合う第２通路壁面とに空気取入口を形成する場合には、第１通路壁面の空気取入口の方が、第２通路壁面の空気取入口よりも、開口面積を大きくしてもよい。

上述したように、送風通路内での空気の流速は、第１通路壁面の側の方が第２通路壁面の側よりも、空気の流速が速くなり、通路面積が拡大する部分で生じる負圧の大きさも、第１通路壁面の方が大きくなる。従って、第１通路壁面に形成する空気取入口の方が、第２通路壁面に形成する空気取入口よりも、開口面積を大きくしておけば、より多くの空気を送風通路内に取り込むことができるので、遠心式ファンの最大送風量を増加させることが可能となる。

また、上述した本発明の遠心式ファンにおいては、空気取入口に逆止弁を設けることによって、送風通路外から送風通路内への空気の流入は許容するが、送風通路内から送風通路外への空気の流出は許容しないようにしてもよい。

こうすれば、送風通路内で負圧が発生する場合は、空気取入口から送風通路内に空気を取り入れて送風量を増やすことができる。また、遠心式ファンが空気を送風している機器の内部での通路抵抗が増加するなどの理由で、送風通路内の圧力が高くなった場合でも、送風通路内の空気が空気取入口から外部に逆流して、送風量が減少することを防止することができる。

また、上述した本発明の遠心式ファンにおいては、空気取入口に開閉弁を設けるとともに、遠心式ファンの運転条件に応じて、開閉弁を開閉するようにしてもよい。

こうすれば、送風通路内で負圧が発生するような運転条件では、開閉弁を開いて空気取入口から空気を取り入れることによって、送風量を増加させることができる。また、送風通路内の圧力が高くなって空気取入口から送風通路外に空気が漏れ出す虞のある運転条件では、開閉弁を閉じることによって、送風量の減少を回避することができる。尚、送風通路内で生じる負圧の大きさによっては、空気取入口から空気が逆流することはないが、空気取入口から空気が取り込まれることも、多くは期待できない場合が起こり得る。このような運転条件では、開閉弁を閉じておくことが望ましい。遠心式ファンの送風通路の圧力は、遠心式ファンが空気を送風している機器側の条件が変化した影響で、急に増加することが起こり得るが、このような場合でも、開閉弁を閉じておけば、遠心式ファンの送風量が急に減少する事態を回避することが可能となる。

本実施例の遠心式ファン１００の大まかな構造を示す説明図である。 従来の遠心式ファン９００では、送風通路９０５内に淀み領域９０５ｄが生じる理由についての説明図である。 本実施例の遠心式ファン１００で最大送風量を増加させることが可能な理由を示した説明図である。 本実施例の遠心式ファン１００では最大送風量が増加していることを示す実験結果についての説明図である。 異なる大きさの空気取入口１０６を備える本実施例の遠心式ファン１００についての説明図である。 空気取入口１０６に逆止弁１１０を備えた第１変形例の遠心式ファン１００についての説明図である。 空気取入口１０６に開閉弁１２０を備えた第２変形例の遠心式ファン１００についての説明図である。 第２変形例の遠心式ファン１００が羽根車１０１の回転速度と、送風口１０７から空気を送風するときの送風圧力Ｐに応じて開閉弁１２０の開閉状態を切り換える様子を示した説明図である。 送風通路１０５の通路面積が不連続に拡大する第３変形例の遠心式ファン１００についての説明図である。

Ａ．本実施例 ：
図１は、本実施例の遠心式ファン１００の大まかな構造を示す説明図である。図１（ａ）には、遠心式ファン１００の外観形状が示されている。図示されるように、本実施例の遠心式ファン１００は、略円筒形状の本体ケーシング１０２の内部に、後述する羽根車が収納されており、本体ケーシング１０２の外部に設けた電動モーター１０４によって羽根車が回転するようになっている。電動モーター１０４は、本体ケーシング１０２の底面側に装着されており、本体ケーシング１０２の上面側には、本体ケーシング１０２内に空気を取り込むための吸気口１０３が形成されている。更に、本体ケーシング１０２の周側面からは接線方向に送風通路１０５が延設されている。この送風通路１０５の通路面積は、遠心式ファン１００が取り付けられる機器２００（たとえば燃焼装置など）の送風通路２０１の通路面積に合わせて、通路の途中で拡大されている。そして、本実施例の遠心式ファン１００では、送風通路１０５の通路面積が拡大されている箇所に、外側から空気を送風通路１０５内に取り入れるための空気取入口１０６ａ、１０６ｂが形成されている。尚、以下では、空気取入口１０６ａ、１０６ｂを併せて、単に空気取入口１０６と称することがある。

図１（ｂ）には、図１（ａ）のＡ－Ａ位置で断面を取ることによって、遠心式ファン１００の内部構造が示されている。図示されるように、本体ケーシング１０２の内部には、羽根車１０１が収納されている。羽根車１０１は、円板形状の回転プレート１０１ａの周縁に、複数の翼片１０１ｂが放射状に立設された形状となっており、回転プレート１０１ａの中央の回転軸１０１ｃには、前述した電動モーター１０４が接続されている。そして、電動モーター１０４を用いて回転軸１０１ｃを駆動することによって、図中で太い破線の矢印で示した方向に羽根車１０１を回転させることができる。

また、本体ケーシング１０２の内周壁面１０２ａは、羽根車１０１の外周と向き合った位置に形成されているため、内周壁面１０２ａと羽根車１０１の外周との隙間が空気通路１０２ｂとなっている。そして、この空気通路１０２ｂの通路幅（内周壁面１０２ａと羽根車１０１の外周との隙間の広さ）は、羽根車１０１の回転方向（太い破線の矢印で表示）に向かって広くなるように形成されている。尚、このような形状の本体ケーシング１０２は、スクロールケーシングと呼ばれている。

更に、上述したように空気通路１０２ｂの通路幅は、羽根車１０１の回転方向に向かって次第に広くなっていくが、通路幅が広くなった位置（一周して通路幅が再び狭くなる手前側の位置）からは、空気通路１０２ｂに連続させて接線方向に向かって送風通路１０５が延設されている。送風通路１０５の下流端には送風口１０７が形成されており、この送風口１０７の大きさは、図中に細い破線で示した機器側の送風通路２０１の通路面積に合わせて、大きな面積に設定されている。これに対して、本体ケーシング１０２から送風通路１０５が分岐する位置での送風通路１０５の通路面積は、遠心式ファン１００を小型化するために、小さめに設定することが望ましい。この結果、送風通路１０５は、本体ケーシング１０２から分岐してから下流端の送風口１０７に達するまでの間で通路面積が拡大されることになり、この通路面積が拡大されている箇所に、空気取入口１０６ａ、１０６ｂが形成されている。本実施例の遠心式ファン１００では、このように送風通路１０５の通路面積が拡大されている箇所に空気取入口１０６ａ、１０６ｂを設けることで、最大送風量を増加させている。こうしたことが可能となるのは、次のような理由による。

図２（ａ）は、空気取入口１０６を持たない従来の遠心式ファン９００が、機器側の送風通路２０１に送風する様子を示した説明図である。図中に太い実線で示した矢印は、羽根車１０１の回転によって生じる空気の流れを表している。また、太い破線で示した矢印は、羽根車１０１の回転方向を表している。図示されるように、羽根車１０１が回転すると、本体ケーシング９０２と羽根車１０１との間に形成された空気通路９０２ｂ内に空気の流れが発生し、この流れは空気通路９０２ｂ内を進むに従って加速された後、送風通路９０５を通過して送風口９０７から流出する。

ここで、給湯器や暖房装置などの機器内に遠心式ファン９００を搭載する際には、搭載スペース上の制約から、送風通路９０５の長さを十分に確保することは難しい。このため送風通路９０５は、下端の送風口９０７に達するまでの間で、比較的急に通路面積を拡大させる必要が生じる。そして、通路面積が拡大する部分では、空気が流れる領域の外側に、空気が流れにくい領域（図２（ａ）で斜線を付した領域）が発生する。尚、斜線を付した領域は、空気が全く流れないわけではないが、太い実線の矢印で示した空気の流れに比べると、流れていないと見なせる程に流れが少ないので、以下では「淀み領域」と称することにする。

図２（ａ）中で斜線を付して示した淀み領域９０５ｄと、太い実線の矢印で示した空気が流れている領域とが隣接する部分では、速く流れる空気が淀み領域９０５ｄの空気を引きずるような状態となっている。引きずられた空気は、淀み領域９０５ｄから流れようとするが、淀み領域９０５ｄには、送風通路９０５の壁面に遮られて、空気を補充することができない。このため、淀み領域９０５ｄには（大きくはないが）負圧が発生している。また、発生する負圧の大きさは、太い実線の矢印で示した空気の流れが、淀み領域９０５ｄの空気を引きずる力と釣り合う大きさとなる。このため、遠心式ファン９００の送風量が大きくなる程、淀み領域９０５ｄに生じる負圧も大きくなる。

もっとも、淀み領域９０５ｄの空気が引きずられると言うことは、太い実線の矢印で示す空気の流れからすると、流れにブレーキが掛けられていることに等しく、送風量を減少させる。従って、本来は、出来るだけ淀み領域９０５ｄが発生しないようにすることが望ましい。そのためのひとつの方法として、送風通路９０５の通路面積を徐々に拡大してやればよいが、そうすると送風通路９０５が長くなってしまうので、給湯器や暖房装置などの機器内に遠心式ファン９００を搭載することが困難となる。あるいは別の方法として、図２（ｂ）に例示したように、本体ケーシング９０２の形状を変更することによって、羽根車１０１の回転方向に向かって空気通路９０２ｂの通路幅を十分に広げておき、送風通路９０５の通路面積を途中で拡大しなくても良いようにすることによっても、淀み領域９０５ｄの発生を回避することができる。しかし、図２（ｂ）から直ちに了解できるように、この場合でも、遠心式ファン９００が大きくなってしまうので、給湯器や暖房装置などの機器内に遠心式ファン９００を搭載することが困難となる。また、送風量の少ない運転条件では、空気通路９０２ｂの通路幅が広くなりすぎるために、空気通路９０２ｂ内の空気を加圧することが困難となり、却って性能が低下してしまう。従って、従来の遠心式ファン９００では、図２（ｂ）に示す淀み領域９０５ｄが、半ば必然的に発生しているのが現状となっている。本実施例の遠心式ファン１００は、淀み領域９０５ｄが発生してしまうことを逆手に取って、最大送風量を増加させるものである。

図３は、本実施例の遠心式ファン１００で最大送風量を増加させることが可能な理由を示した説明図である。図２（ａ）を用いて前述した従来の遠心式ファン９００と同様に、羽根車１０１を破線の矢印の方向に回転させると、本体ケーシング１０２内の空気通路１０２ｂには、実線の矢印で示すような空気の流れが発生する。こうして生じた空気の流れは、空気通路１０２ｂ内で加速された後、送風通路１０５を通って送風口１０７から流出して、機器側の送風通路２０１に流入する。ここで、空気通路１０２ｂから送風口１０７までの間の送風通路１０５の少なくとも一部では通路面積が拡大されており、この部分には負圧が発生する（図２（ａ）を参照）。しかし、本実施例の遠心式ファン１００では、この負圧が発生する箇所の送風通路１０５の側壁面に、空気取入口１０６ａ、１０６ｂが形成されている。このため、図３中に太い一点鎖線の矢印で示したように、空気取入口１０６ａ、１０６ｂを通って送風通路１０５内に空気が流入することとなり、その結果として、遠心式ファン１００の送風量が増加する。

また、図２（ａ）を用いて前述したように、従来の遠心式ファン９００では、送風通路９０５内の空気の流れが淀み領域９０５ｄの空気を引きずる状態となっており、このため、送風通路９０５を流れる空気にブレーキが掛かって送風量が減少する。これに対して、図３に示した本実施例の遠心式ファン１００では、空気取入口１０６から空気が流入するので負圧の発生が抑制される。その結果、送風通路１０５を流れる空気にブレーキが掛からなくなるので、この点からも送風量が増加する。このように、本実施例の遠心式ファン１００では、送風通路１０５の通路面積が拡大されている箇所に空気取入口１０６を設けることで、上述した２つのメカニズムが働くようになり、その結果として、最大送風量を増加させることが可能となっている。

図４は、本実施例の遠心式ファン１００で空気取入口１０６の有無によるＰ－Ｑ特性の違いを、実測した結果を示した説明図である。ここで、Ｐ－Ｑ特性とは、羽根車１０１の回転速度が一定の条件で、送風口１０７から空気を吹き出す雰囲気の圧力（以下、送風圧力Ｐと称する）と、送風量Ｑとの関係を示す特性である。図中に実線で示した特性は、本実施例の遠心式ファン１００のＰ－Ｑ特性を表しており、破線で示した特性は、本実施例の遠心式ファン１００で空気取入口１０６を塞いだ場合に得られるＰ－Ｑ特性を表している。

図４から明らかなように、空気取入口１０６を設けることによって最大送風量は増加している。また、送風口１０７での送風圧力Ｐが増加するに伴って、送風量Ｑは次第に減少していくが、空気取入口１０６を有する場合、送風圧力Ｐが増加すると、次第に空気取入口１０６から空気が送風通路１０５外に漏れ出すようになる。このため、送風口１０７での送風圧力Ｐが、閾値圧力Ｐｔ以上となる運転条件では、空気取入口１０６を設けることで却って送風量が低下してしまうが、閾値圧力Ｐｔ以下の条件では、空気取入口１０６を設けることで送風量を増加させることができる。このように、本実施例の遠心式ファン１００は、送風圧力Ｐが閾値圧力Ｐｔを超えない条件で使用するという制約はあるものの、送風通路１０５に空気取入口１０６を設けるという極めて簡単な方法で、最大送風量を増加させることが可能となる。

尚、上述した本実施例では、空気取入口１０６ａと空気取入口１０６ｂとは、同じ大きさに形成されているものとして説明した。しかし、空気取入口１０６ａと空気取入口１０６ｂとは、必ずしも同じ大きさに形成する必要は無い。むしろ、送風通路１０５内の空気の流れによって生じる負圧の大きさによって、空気取入口１０６の大きさを異ならせる方が望ましい。例えば、遠心式ファン１００では、空気通路１０２ｂで加速された空気が送風通路１０５に吹き出しているので、送風通路１０５の通路断面を考えたときに、空気通路１０２ｂから空気が吹き出す方向にある通路断面上の部分では流速が高く、空気が吹き出す方向から外れた部分での流速は低くなると考えられる。図３を用いて前述した例では、空気通路１０２ｂからの空気は、送風通路１０５の図面上で下側に向かって吹き出しているので、送風通路１０５の通路断面の図面上で下側の部分は、通路断面の上側の部分よりも、空気の流速が高くなっていると考えられる。そして、送風通路１０５の通路面積が拡大する部分で生じる負圧は、流速が高い方が大きくなると考えられるから、図面上で下側に形成されている空気取入口１０６ａの方が、上側の空気取入口１０６ｂよりも開口面積を大きくしておくことが望ましい。

図５には、このような考え方に基づいて、空気取入口１０６の大きさを異ならせた様子が例示されている。図示した例では、送風通路１０５の互いに向き合う側壁面１０５ａ、１０５ｂのうち、側壁面１０５ａは本体ケーシング１０２の内周壁面１０２ａから接線方向に延設されている。このため、空気通路１０２ｂから吹き出した空気は側壁面１０５ａの近くを（従って側壁面１０５ｂからは遠くを）通過するので、側壁面１０５ａの側の流速は、側壁面１０５ｂの側の流速よりも高いと考えられ、これに伴って、側壁面１０５ａの側で生じる負圧の方が、側壁面１０５ｂの側で生じる負圧よりも大きくなると考えられる。

そこで、図５に示されるように、側壁面１０５ａに形成された空気取入口１０６ａの開口面積は、側壁面１０５ｂに形成された空気取入口１０６ｂの開口面積よりも、大きな値に設定されている。こうすれば、送風通路１０５内で大きな負圧が生じる部分では、大きく開口する空気取入口１０６が形成されることになるので、多くの空気を取り入れることができる。その結果、遠心式ファン１００の最大送風量を更に増加させることが可能となる。尚、本実施例の側壁面１０５ａが本発明における「第１通路壁面」に対応し、側壁面１０５ｂが「第２通路壁面」に対応する。また、上述した実施例では、側壁面１０５ａおよび側壁面１０５ｂの何れにも空気取入口１０６を設けている。しかし、側壁面１０５ｂに小さな空気取入口１０６ｂを設ける代わりに、側壁面１０５ｂには空気取入口１０６ｂを設けないようにしても良い。

Ｂ．第１変形例 ：
上述した本実施例では、送風通路１０５から送風するときの送風圧力Ｐが高くなると空気取入口１０６から空気が逆流して送風通路１０５外に漏れ出してしまうため、送風圧力Ｐが閾値圧力Ｐｔを超えない条件で使用する必要があった。しかし、空気取入口１０６から空気が逆流しないような工夫を加えれば、送風圧力Ｐが閾値圧力Ｐｔを超えるような条件でも使用することが可能となる。

図６は、このような第１変形例の遠心式ファン１００の構造を示した説明図である。図示されるように、第１変形例の遠心式ファン１００では、空気取入口１０６ａ、１０６ｂのそれぞれに逆止弁１１０が取り付けられている。この逆止弁１１０は、樹脂などの容易に変形可能な材質を用いて薄い板状に形成されており、空気取入口１０６ａ、１０６ｂよりも大きな面積を有すると共に、送風通路１０５の内壁面に取り付けられている。

このため、羽根車１０１の回転によって送風通路１０５内に空気が流れ、送風通路１０５の通路面積が拡大している部分で負圧が生じると、逆止弁１１０が変形して空気取入口１０６ａ、１０６ｂから送風通路１０５内に空気を取り入れることができる。また、送風通路１０５から空気を送風する送風圧力Ｐが高くなって、空気取入口１０６ａ、１０６ｂから送風通路１０５外に空気が逆流しそうになると、逆止弁１１０によって空気取入口１０６ａ、１０６ｂが塞がれる。その結果、送風圧力Ｐが高い運転条件では、空気取入口１０６を備えない従来の遠心式ファンと同様な送風量を確保することが可能となる。

Ｃ．第２変形例 ：
上述した第１変形例の遠心式ファン１００では、空気取入口１０６から流出しようとする空気の流れによって逆止弁１１０を変形させ、その結果、空気取入口１０６が閉鎖されることによって、空気取入口１０６から空気が逆流することを防止した。また、羽根車１０１が回転して送風通路１０５内で負圧が発生した場合には、空気取入口１０６を閉鎖していた（あるいは半開き状態としていた）逆止弁１１０が、空気取入口１０６から流入する空気の流れによって変形することによって、空気取入口１０６が開放される。しかし、空気の流れを利用して、空気取入口１０６の開放状態と閉鎖状態とを切り換えるのではなく、電力を利用して、空気取入口１０６の開放状態と閉鎖状態とを切り換えるようにしても良い。

図７は、電力を利用して空気取入口１０６の開放状態と閉鎖状態とを切り換える第２変形例の遠心式ファン１００についての説明図である。図示されるように、第２変形例の遠心式ファン１００の空気取入口１０６には、電力を用いて開閉する開閉弁１２０が取り付けられている。尚、図７に示した例では、送風通路１０５の側壁面１０５ａには空気取入口１０６ａが形成されているが、側壁面１０５ｂには空気取入口１０６ｂが形成されていないので、開閉弁１２０は空気取入口１０６ａに設けられている。もちろん、側壁面１０５ｂにも空気取入口１０６ｂが形成されている場合は、空気取入口１０６ｂにも開閉弁１２０を取り付ければよい。

もっとも、側壁面１０５ａまたは側壁面１０５ｂの何れか一方に空気取入口１０６を形成するのであれば、図７に示したように、側壁面１０５ａに空気取入口１０６ａを形成して、その空気取入口１０６ａに開閉弁１２０を設けることが望ましい。この理由は、側壁面１０５ａは、本体ケーシング１０２の内周壁面１０２ａから接線方向に延設されているので、空気通路１０２ｂで加速された空気は、（側壁面１０５ｂではなく）側壁面１０５ａの近くを通過する。その結果、側壁面１０５ｂの側よりも側壁面１０５ａの側の方が空気の流れが速くなって、大きな負圧を生じさせる結果、側壁面１０５ａに空気取入口１０６ａ（および開閉弁１２０）を設けた方が、多くの空気を送風通路１０５に取り込めるようになるためである。

また、開閉弁１２０の開閉状態は、遠心式ファン１００の運転条件に応じて切り換える。すなわち、制御部１５０を用いて遠心式ファン１００の運転条件を検出して、開閉弁１２０の開閉状態を決定する。そして、その結果を、開閉弁１２０の駆動部１２１に出力し、その指示に従って、駆動部１２１が開閉弁１２０を駆動することによって、開閉弁１２０の開閉状態を切り換える。尚、本実施例の制御部１５０は、本発明における「運転条件検出手段」に対応し、本実施例の駆動部１２１は、本発明における「開閉手段」に対応する。

遠心式ファン１００の運転条件としては、種々の条件を検出することができる。図７に示した例では、送風圧力Ｐを検出するための圧力センサー１２２ｓを送風通路１０５に設けておき、送風圧力Ｐと、電動モーター１０４の回転速度Ｎとを検出する。そして、送風圧力Ｐと回転速度Ｎとの組み合わせに応じて、開閉弁１２０の開閉状態を決定する。あるいは、送風通路１０５内に設けたセンサーで送風量を検出し、送風量が所定値以上になったら開閉弁１２０を開放し、所定値以下の場合は開閉弁１２０を閉鎖するようにしても良い。

図８は、送風圧力Ｐと電動モーター１０４の回転速度Ｎとに応じて、開閉弁１２０の開閉状態を決定する様子を例示した説明図である。図示したように、送風圧力Ｐが低く、且つ、回転速度Ｎが高い運転条件では開閉弁１２０を開放状態とするが、送風圧力Ｐが高くなると、あるいは回転速度Ｎが低くなると、開閉弁１２０を閉鎖状態とする。ここで、送風圧力Ｐが高くなった場合に開閉弁１２０を閉鎖状態とするのは、前述したように空気取入口１０６から空気が逆流して送風通路１０５外に漏れ出すことを防止するためである。また、回転速度Ｎが低くなった場合に開閉弁１２０を閉鎖状態とするのは、回転速度Ｎが低いと送風通路１０５内を流れる空気の流速が小さいので、送風通路１０５の通路面積が拡大している部分に十分な負圧が発生せず、従って、空気取入口１０６から送風通路１０５内に空気を取り込むことができないためである。

また、開閉弁１２０を開放状態から閉鎖状態に切り換える送風圧力Ｐは、回転速度Ｎが低くなるほど送風圧力Ｐも低くすることができる。図８に示した例では、回転速度Ｎ１では送風圧力Ｐ１で開閉状態を切り換えているが、回転速度がＮ１からＮ２に低下すると、開閉弁１２０の開閉状態を切り換える送風圧力Ｐも、Ｐ１からＰ２に低下する。同様に、回転速度Ｎ３では送風圧力Ｐ３で開閉状態を切り換えているが、回転速度がＮ３からＮ４に低下すると、開閉弁１２０の開閉状態を切り換える送風圧力Ｐも、Ｐ３からＰ４に低下する。このようにして、遠心式ファン１００の運転条件に応じて開閉弁１２０の開閉状態を切り換えてやれば、送風通路１０５内に発生した負圧を利用できる運転条件では開閉弁１２０を開放することによって送風量を増加させることができ、その一方で、空気取入口１０６から空気が逆流する運転条件では開閉弁１２０を閉鎖することによって逆流を防止することが可能となる。

もっとも、簡便には、予め適切な閾値の送風圧力Ｐａおよび閾値の回転速度Ｎａを決めておき、圧力センサー１２２ｓで検出した送風圧力Ｐおよび電動モーター１０４の回転速度Ｎを、閾値の送風圧力Ｐａおよび閾値の回転速度Ｎａと比較することによって、開閉弁１２０の開閉状態を決定しても良い。すなわち、電動モーター１０４の回転速度Ｎが閾値の回転速度Ｎａよりも小さい場合は、送風圧力Ｐに拘わらず開閉弁１２０を閉鎖状態とする。また、圧力センサー１２２ｓで検出した送風圧力Ｐが閾値の送風圧力Ｐａよりも大きい場合は、回転速度Ｎに拘わらず閉鎖状態とする。そして、回転速度Ｎが閾値の回転速度Ｎａよりも高く、且つ、送風圧力Ｐが閾値の送風圧力Ｐａよりも低い場合に、開閉弁１２０を開放状態としても良い。あるいは、単に、送風圧力Ｐが閾値の送風圧力Ｐａよりも高い場合は閉鎖状態とし、閾値の送風圧力Ｐａよりも低い場合は開放状態としても良い。このようにしても、最大送風量が必要な運転条件（すなわち、回転速度Ｎが高く、送風圧力Ｐが低い運転条件）では開閉弁１２０が開放状態となるので、最大送風量を増加させることができる。また、空気取入口１０６からの逆流が問題となるような運転条件では開閉弁１２０が閉鎖状態となるので、実用上の問題が生じることもない。

Ｄ．第３変形例 ：
上述した実施例および各種の変形例では、送風通路１０５の通路面積が連続的に拡大するものとして説明した。しかし、送風通路１０５の通路面積は、送風口１０７に達するまでに拡大していれば十分であり、通路面積が連続的に拡大している必要は無い。

例えば、図９（ａ）に例示したように、送風通路１０５の途中で通路面積を不連続に拡大させ、送風通路１０５が段状に形成された部分に空気取入口１０６を形成しても良い。あるいは、図９（ｂ）に例示したように、本体ケーシング１０２から延設された送風通路１０５の先端を、より通路面積が大きい送風通路１０５ｃの内側に挿入することによって、送風通路１０５と送風通路１０５ｃとの間の隙間を、空気取入口１０６としてもよい。これらの第３変形例の遠心式ファン１００でも、羽根車１０１を回転させることによって空気通路１０２ｂから送風通路１０５に空気を吹き出すと、送風通路１０５の通路面積が拡大している部分に負圧が発生して空気取入口１０６から空気が吸い込まれる。このため、遠心式ファン１００の最大送風量を増加させることができる。尚、図９に例示した第３変形例の遠心式ファン１００に対しても、場所によって空気取入口１０６の大きさを異ならせたり（図５参照）、空気取入口１０６に逆止弁１１０を設けたり（図６参照）、空気取入口１０６に設けた開閉弁１２０の開閉状態を運転条件に応じて切り換えたり（図７、図８参照）しても構わない。

以上、本実施例および各種の変形例の遠心式ファン１００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。

１００…遠心式ファン、 １０１…羽根車、 １０２…本体ケーシング、
１０２ａ…内周壁面、 １０２ｂ…空気通路、 １０３…吸気口、
１０４…電動モーター、 １０５…送風通路、 １０５ａ、ｂ…側壁面、
１０５ｃ…送風通路、 １０６（１０６ａ、ｂ）…空気取入口、
１０７…送風口、 １１０…逆止弁、 １２０…開閉弁、
１２１…駆動部、 １２２ｓ…圧力センサー、 １５０…制御部、
２００…機器、 ２０１…送風通路。

Claims (5)

1. 回転軸に対して複数の翼片が放射状に配置された羽根車と、前記羽根車を回転可能な状態で収容すると共に、前記羽根車の回転軸の一端側の方向に吸気口が形成された本体ケーシングと、該本体ケーシングの外部から前記羽根車を駆動する電動モーターと、前記本体ケーシングの外周側面に接続されて、前記羽根車が回転すると、下流端に形成された送風口から空気が吹き出される送風通路とを備える遠心式ファンにおいて、
   前記本体ケーシングは、前記羽根車の外周と、該羽根車の外周に向き合う内周壁面との間の隙間が、前記羽根車の回転方向に向かって広くなる形状に形成されたスクロールケーシングであり、
   前記送風通路は、
   前記羽根車と前記本体ケーシングとの間の前記隙間から前記内周壁面の接線方向に連続して形成され、前記送風口よりも小さな通路面積のままで延設された延設通路部と、
   前記延設通路部の下流に接続されて、前記通路面積が前記送風口の大きさに拡大する拡大通路部と
   を備えており、
   前記拡大通路部には、前記送風通路の外側から前記送風通路の内側に空気を取り入れる空気取入口が形成されている
   ことを特徴とする遠心式ファン。
2. 請求項１に記載の遠心式ファンにおいて、
   前記送風通路は、前記本体ケーシングの前記内周壁面から延設された第１通路壁面と、該第１通路壁面に対して向かい合う第２通路壁面とを備えており、
   前記空気取入口は、少なくとも前記第１通路壁面に形成されている
   ことを特徴とする遠心式ファン。
3. 請求項２に記載の遠心式ファンにおいて、
   前記空気取入口は、前記第１通路壁面と前記第２通路壁面とに形成されていると共に、前記第１通路壁面に形成された前記空気取入口は、前記第２通路壁面に形成された前記空気取入口よりも、開口面積が大きくなっている
   ことを特徴とする遠心式ファン。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の遠心式ファンにおいて、
   前記空気取入口には、前記送風通路の外側から前記送風通路の内側への空気の流入は許容するが、前記送風通路の内側から前記送風通路の外側への空気の流出は許容しない逆止弁が設けられている
   ことを特徴とする遠心式ファン。
5. 請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載の遠心式ファンにおいて、
   前記空気取入口に設けられた開閉弁と、
   前記遠心式ファンの運転条件を検出する運転条件検出手段と、
   前記運転条件に応じて前記開閉弁を開閉する開閉手段と
   を備えることを特徴とする遠心式ファン。

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