JP7466707B2 - 遠心送風機 - Google Patents

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Description

本開示は、遠心送風機に関するものである。
従来、遠心送風機のケーシングに設けられた空気を吸気する開口には、吸込の有効面積を確保するためにベルマウスが設けられていた。また、従来のケーシング内部に設けられた羽根車の開口側には、ベルマウスの出口から羽根車に流入する空気をガイドする側板が設けられていた。
特許文献1には、開口に設けられたベルマウスの出口から羽根車に流入する空気が、側板から剥離することを防ぐために、ベルマウスの出口と羽根車の側板の最小径を同径とした遠心送風機が開示されている。
実開昭64-47999号公報
上記の特許文献1に記載のベルマウスの出口と羽根車の側板の最小径が同径である遠心送風機による剥離の抑制効果は十分ではなかった。すなわち、ケーシングの外部からベルマウスの出口を通過して流入する空気は、側板の径が空気流れ方向で拡大することによる吸引効果により側板側に引き寄せられるが、このとき空気の流れが側板から剥離しやすいという問題があった。そこで、ケーシングの外部から取り込んだ空気を、より効率よく羽根車に流入させる遠心送風機が望まれていた。
本開示は上記の問題に鑑みてなされたものであって、ケーシングの外部から取り込んだ空気をより効率よく羽根車に流入させる遠心送風機を提供することを目的としている。
この開示に係る遠心送風機は、回転軸を有する駆動モータと、回転軸の軸方向上に開口を設けた開口面を有するケーシングと、ケーシングの内部に回転軸を中心として回転可能に設けられ、空気を回転軸の軸方向から遠心方向に吹出すとともに、開口側に空気を取り込む入口並びに開口及び入口の内径よりも内径が小さい空気の出口を有する空気導入部が設けられた羽根車と、を備えたものである。
本開示によれば、ケーシングの外部から取り込んだ空気をより効率よく羽根車に流入させる遠心送風機を提供することができる。
実施の形態1における遠心送風機の斜視図である。 実施の形態1における遠心送風機の回転軸を含む断面の断面図である。 実施の形態1における遠心送風機の回転軸に垂直な断面の断面図である。 実施の形態1における羽根車の斜視図である。 実施の形態1における遠心送風機の開口付近の詳細図である。 実施の形態2における遠心送風機の回転軸を含む断面の断面図である。 実施の形態3における遠心送風機の回転軸を含む断面の断面図である。 実施の形態3における遠心送風機の羽根車の位置を変更した変形例を示す断面図である。 実施の形態3における遠心送風機の羽根車の大きさを変更した変形例を示す断面図である。 実施の形態4における遠心送風機の回転軸を含む断面の断面図である。 実施の形態4における遠心送風機の送風性能を示すグラフである。 実施の形態4における遠心送風機の突出部を設けていない変形例を示す断面図である。 実施の形態5における遠心送風機の回転軸を含む断面の断面図である。 実施の形態5における遠心送風機の突出部を設けていない変形例を示す断面図である。 空気導入部を円錐台形とした羽根車の断面図である。 翼と空気導入部の大きさの関係を変更した変形例を示す遠心送風機の断面図である。
実施の形態1.
以下に実施の形態1に係る遠心送風機100を図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図面における同一の符号は同一又は相当の部分を表している。
始めに遠心送風機100の構成について説明する。図1は実施の形態1における遠心送風機100の斜視図である。遠心送風機100は回転により遠心方向の気流を発生させる羽根車20と、羽根車20を回転させる図1では回転軸11のみが図示された駆動モータ10と、駆動モータ10の一部及び羽根車20を収容するケーシング30を備えている。この遠心送風機100は、駆動モータ10により羽根車20を回転させることで、ケーシング30の開口31aから空気を取り込み、吹出口34aから空気を吹き出すものである。
各構成について説明する。図2は遠心送風機100の回転軸11を含む断面の断面図である。図3は遠心送風機100の回転軸11に垂直な断面の断面図である。図2で示した断面は図3に切断線X-Xで示しており、図3で示した断面は図2に切断線Y-Yで示している。図4は、本実施の形態における羽根車20の斜視図である。
駆動モータ10は回転軸11を有し、次に説明する羽根車20を回転させるものである。羽根車20は、複数の翼22を有する多翼羽根車であり、回転軸11の軸方向から取り込んだ空気を遠心方向に吹出すものである。羽根車20は、中心に回転軸11を固定する穴を有する円盤状の主板21と、回転軸11の周方向である主板21の外縁に間隔をあけて配列された複数の翼22と、主板21とは反対側である開口31a側の複数の翼22の一端を覆うように設けられた環状の空気導入部23とを有している。
スクロールケーシングであるケーシング30は、開口31aを設けた開口面31と、開口面31に対向する底面33と、回転軸11の周方向に設けられた側面32とを有している。また、開口面31、底面33、及び側面32は、舌部34を形成している。舌部34は、羽根車20の回転により発生した気流を吹き出す吹出口34aを備え、発生した気流の一部を吹出口34aまで導くものである。
また、本実施の形態における開口31aは、ベルマウス形状のような風路断面積を変化させる形状ではなく、開口31aの風路断面積は上流端から下流端まで風路に沿って一定である。本実施の形態において、開口31aは板材である開口面31に設けられた穴である。すなわち、上流端から下流端まで風路に沿って風路断面積が一定である開口31aは、上流端が開口面31の表面であって下流端が開口面31の裏面である円筒状の穴である。
次に、空気導入部23の形状について図2及び図5を用いて詳細に説明する。図5は、本実施の形態に係る遠心送風機100の開口31a及び空気導入部23周辺の拡大図である。
空気導入部23は、開口31a側よりも主板21側の内径が小さいベルマウス形状をしており、空気導入部23は、開口31aから流入する空気の断面積を縮小するものである。また、空気導入部23は空気を取り込む開口31a側の端である入口23b、空気を羽根車20の内部に送る主板21側の端である出口23aを具備している。すなわち、入口23bは空気の流れの上流側にあって、出口23aは空気の流れの下流側にある。
本実施の形態において、入口23bの内径は開口31aの内径Dcよりも大きく、出口23aの内径Diは開口31aの内径Dc及び入口23bの内径よりも小さい。図2におけるDc及びDiは、開口31aの径Dcよりも、出口23aの径Diの方が小さいことを表している。なお、本実施の形態において、回転軸11から翼22の回転軸11から遠い方の端までの長さは、回転軸11から入口23bの端までの長さと同じである。すなわち、羽根車20の空気導入部23の外径と翼22部分の外径は同じであり、羽根車20の外径の大きさは一定である。
次に、本実施の形態における遠心送風機100内部の空気の流れについて図2及び図3を用いて説明する。各図面における点線は空気の流れを表している。図2に示すように、開口31aからケーシング30の内部に取り込まれた空気は、羽根車20によって回転軸11の軸方向から遠心方向に方向を変え吹出される。このとき、空気の流れには慣性力が働くため、主板21に近いほど空気の流れが速くなる。回転軸11の遠心方向に吹出された空気は、ケーシング30の側面32に沿って底面33側から開口面31側に巻き上がり、循環流となって、開口面31に沿って回転軸11の方向に流れる。そして、循環流は開口31aから取り込まれた空気と合流し、再び回転軸11の遠心方向に吹出される。また、図3に示すように、空気の流れは、前述の循環流を形成しながら、舌部34へと流れ、吹出口34aから吹出される。
次に、本実施の形態における開口31a及び空気導入部23周辺の空気の流れについて、図5を用いて詳細に説明する。空気導入部23の出口23aの内径は、開口31aの内径よりも小さく、内側にある。そのため、開口31aの縁から取り込まれた空気は空気導入部23に接触して付着し、空気導入部23に沿って羽根車20の回転軸11側へと流れこむ。また、開口面31に沿って、回転軸11の方向に流れてくる循環流も、開口31aから取り込まれる空気と合流することで、空気導入部23に沿って羽根車20の回転軸11側へと流れ込むこととなる。そして、これらの羽根車20の回転軸11側に流れこんだ空気は、回転軸11の遠心方向に吹出される。
本実施の形態において、空気導入部23の出口23aの内径Diは、上述のように開口31aの内径Dcよりも小さい。そのため、開口31aの縁から取り込まれた空気は、空気導入部23に接触して付着し、空気導入部23の面により整流される。そのため、ケーシング30の開口31aから羽根車20に流入する空気が、より剥離しにくくなる。
空気が空気導入部23から剥離すれば、送風効率が低下し、騒音が発生する。したがって、本実施の形態によれば、ケーシング30の外部から取り込んだ空気を効率よく羽根車20に流入させることができる。また、剥離による騒音悪化を防ぐことができる。
また、空気導入部23により、翼22の開口31a側が覆われているため、循環流が翼22の開口31a側の先端と衝突することを抑制することができる。そのため、循環流と翼22の衝突による送風性能の低下及び騒音悪化を抑制することができる。
また、従来の遠心送風機では、ケーシングの開口に設けられたベルマウスにより、空気の流れが絞られ流速が速くなるため、空気が剥離した際に、空気導入部に空気が再付着しづらかった。本実施の形態においては、開口31aは風路断面積の変化がなく、従来の遠心送風機のようにベルマウス形状をとっていない。そのため、開口31aを通る空気の速度変化が抑制され、仮に空気が剥離したとしても、空気導入部23に空気が再付着しやすくなる。また、開口31aの風路断面積が一定である簡単な構造のため安価にケーシングを形成することができる。
実施の形態2.
実施の形態1において空気導入部23の入口23bの外径は、ケーシング30の開口31aの内径よりも大きいものであった。すなわち、空気導入部23を有する羽根車20全体の外径は、開口31aの内径よりも大きいものであった。本実施の形態は、羽根車20の外径Dfを開口31aの内径Dcよりも小さくしたものである。図6を用いて本実施の形態の構成について実施の形態1との相違点を中心に説明する。
本実施の形態において空気導入部23は、実施の形態1と同様に開口31a側の入口23bよりも主板21側の出口23aの内径が小さいベルマウス形状をしている。そして、本実施の形態においては、入口23bの外径Dfが開口31a内径Dcよりも小さい。また、羽根車20の外径の大きさは一定であるから、羽根車20全体の外径も開口31aの内径Dcよりも小さくなる。また、出口23aの内径Diは開口31aの内径Dcよりも内径が小さい。図6におけるDc、Di及びDfは、開口31aの径Dcよりも出口23aの径Di及び羽根車20の外径Dfの方が小さいことを表している。
本実施の形態によれば、羽根車20の外径が開口31aの内径よりも小さいため羽根車20、または羽根車20及び駆動モータ10の両方を、開口31aを通して、ケーシング30の内部から容易に取り出すことができる。また、翼22の開口31a側の先端が空気導入部23により覆われているため、羽根車20を取り出す際に作業者が翼22の開口31a側に触れる恐れがなくなる。そのため、作業者は遠心送風機100のメンテナンスが行いやすくなる。なお、本実施の形態においても実施の形態1と同様に、開口31aの内径Dcよりも出口23aの内径Diが小さいため、ケーシング30の開口31aから羽根車20に流入する空気は、従来の遠心送風機よりも剥離しにくい。
実施の形態3.
本実施の形態は、開口面31の開口31aの周りに、ケーシング30の内部方向へ突出した突出部35を設けたものである。図7を用いて本実施の形態の構成について実施の形態2との相違点を中心に説明する。
本実施の形態において開口31aの縁は、ケーシング30の内側に突出し、突出部35を形成している。突出部35の回転軸11の軸方向の長さは、開口面31から空気導入部23の入口23bまでの長さよりも長いものである。図7中の点線は循環流を表している。また、図示されていないが、突出部35は開口31aの全周にわたって環状に形成されている。
本実施の形態も、実施の形態1及び2と同様に、開口31aの風路断面積は風路に沿って、上流端から下流端まで一定である。本実施の形態において開口31aは、開口面31に設けられた突出部35によって形成されている。すなわち、本実施の形態において開口31aの上流端は、開口面31の表面であり、突出部35の外側の端である。また、開口31aの下流端は、開口面31の裏面から突出した突出部35の内側の端である。
本実施の形態の羽根車20は実施の形態2と同様の構成を備えており、実施の形態2と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態によれば、突出部35により、開口面31と空気導入部23の間の隙間が覆われる。そのため、循環流が突出部35に当たることで、循環流が羽根車20の回転軸11側に流れにくくなる。したがって、開口31aからケーシング30の外部へ空気が漏れにくくなり、送風性能が向上し、騒音が低減される。
さらに、本実施の形態の変形例として、開口31aの縁をケーシング30の外側にも突出させた突出部36を備えた遠心送風機100を図8及び図9に示す。図8は、羽根車20の取り付け位置を、開口面31側に寄せた遠心送風機100の断面図を示している。図9は、羽根車20を回転軸11の軸方向に大きくした羽根車20aを備えた遠心送風機100示している。
このように、ケーシング30の内側と外側の両方に突出した突出部36を備えれば、回転軸11の軸方向における羽根車20,20aの取り付け位置や寸法を変更した場合であっても、突出部36と空気導入部23とで開口31aと羽根車20,20aの間の隙間の変化を抑制することができる。したがって、遠心送風機100の風量や静圧といった送風性能を変更する場合に、ケーシング30の形状を変更させることなく、羽根車20,20aを取り換えることができる。すなわち、同一形状のケーシング30の遠心送風機100にて、空力設計の幅を広げることができる。
実施の形態4.
本実施の形態は、空気導入部23の入口23bをケーシング30の外に設けたものある。図10を用いて本実施の形態の構成について実施の形態3との相違点を中心に説明する。
本実施の形態において羽根車20bは、空気導入部24を備えている。空気導入部24は、実施の形態1から3の空気導入部23と同様のベルマウス形状をしている。空気導入部24の空気の通り道のうち、空気の流れの上流側である入口24bは、ケーシング30の開口31aの外に出ている。一方、空気の流れの下流側である出口24aは、開口31aの内側にある。また、本実施の形態において、入口24bの外径は開口31aの内径よりも大きく、出口24aの内径は開口31aの内径よりも小さい。
実施の形態1から3において、羽根車20の外径の大きさは一定であった。本実施の形態においては、羽根車20bのケーシング30外部の外径である入口24bの外径は、開口31aの内径よりも大きいが、内部の外径である翼22部分の外径は、開口31aの内径よりも小さい。
本実施の形態によれば、入口24bがケーシング30の外側にあって、開口31aの内径よりも大きいことにより、空気の流れの上流側において、風路断面積を大きく拡大することが可能となり、空気の流れをより剥離させにくくなる。また、空気導入部24の曲率半径が大きくなることで、空気導入部24における空気の流れに生じる遠心力を低下させることができ、羽根車20bの翼22により空気が流れやすくなるため、送風効率が向上する。
ここで、本実施の形態と従来の遠心送風機による送風効率の差について図示する。図11は、駆動モータ10の回転数を一定にした場合の静圧特性と風量の関係を表すグラフである。図中に黒い丸で示した「本開示」は、実施の形態4の遠心送風機100を表している。一方、図中に白い丸で示した「従来例」は、ケーシングの開口にベルマウスを設け、羽根車には空気導入部を設けていない遠心送風機を表している。図中の横軸は風量、縦軸は静圧を表している。
ここで、遠心送風機100の静圧ファン効率は以下の数式1から計算した。
Figure 0007466707000001
上記の数式1においてηはファン効率を表している。また、P[Pa]は静圧、Q[m3/min]は風量、W[W]は軸出力を表している。本実施の形態の遠心送風機100は、従来例と比較して、最高効率点付近で約1ptの効率向上が得られた。
また本実施の形態は、入口24bがケーシング30の外側にあって開口31aの内径よりも大きいことにより上述の効果を得ているが、空気導入部24の出口24aの内径がケーシング30の開口31aの内径よりも小さいことにより、羽根車20bの翼22部分をケーシング30の内部に収めることができる。したがって本実施の形態は、実施の形態1から3の開口31aに代えて、本実施の形態における外気を取り込む空気の流れの上流である入口24bからの空気を、空気導入部24から剥離しにくい状態で、羽根車20bの回転軸11側に流れこませることができる。したがって、本実施の形態も他の実施の形態と同様に課題を解決することができる。
また、本実施の形態においては突出部35を設けていたが、図12に示すように突出部35を設けなくてもよい。
実施の形態5.
実施の形態4では、空気導入部24の入口24bをケーシング30の外に設けたものであったが、本実施の形態は、空気導入部24の外縁にさらに外縁部26を設けたものである。図13を用いて実施の形態4との相違点を中心に説明する。
本実施の形態において羽根車20cは空気導入部25を備えている。空気導入部25の入口25bは開口31aを介してケーシング30の外側に出ている。そして、空気導入部25は入口25bに外縁部26を備えている。
外縁部26は、空気導入部25のうち、開口面31の外側の面との隙間の大きさが変化する部分であって、空気導入部25の入口25bの全周にわたって設けられている。外縁部26は図13に示すように、回転軸11の半径方向の断面が弧状に形成されている。外縁部26と、開口面31との隙間は、回転軸11の半径方向の内側から外側に向かうにつれて徐々に大きくなり、さらに外側に向かうにつれて徐々に小さくなる。すなわち、外縁部26は一つの山なりの形状をしており、最も外側よりも内側に、空気導入部25と開口面31の外側の面との隙間が最大となる部分がある。
また、本実施の形態のケーシング30は、実施の形態3及び4の突出部35に代えて、空気導入部25と開口面31の外側の面との隙間が最大となる部分に対向して、突出部37が設けられている。突出部37は開口面31の外から内部へと凹んだ窪みである。突出部37は、開口面31の外側の面と空気導入部25の隙間を拡大するとともに、ケーシング30の内側に向かって突出している。
図13のH及びHmaxは、外縁部26の最も外側における空気導入部25と開口面31との隙間の大きさHよりも、その内側の部分における隙間が最大となる部分の隙間の大きさHmaxの方が大きいことを表している。
以上によれば、開口面31の外側の面と空気導入部25の間の隙間は、外縁部26によって回転軸11の内側から外側に向かうにつれて大きさが変化する。すなわち、この隙間を通って外部へ漏れ出す空気の流れには、圧力損失が生まれる。したがって、この隙間を取ってケーシング30の外部へ漏れ出す空気を低減させることができる。隙間から漏れ出す空気を低減させることで、送風効率をさらに向上させることができる。
また、突出部37には窪みが設けられているため、開口面31の外部と空気導入部25の隙間の変化をより大きくすることができる。したがって、隙間からケーシング30の外部へ漏れ出す空気を、さらに低減させることができる。また、突出部37は、実施の形態3及び4の突出部35と同様に循環流が回転軸11側に向かうことを防ぐ役割も果たしている。
なお、本実施の形態において突出部37は、開口面31の外側の面に窪みを設けていたが、実施の形態3及び4と同様に窪みを設けていない突出部35を備えていてもよいし、図14に示すように突出部35,37を設けていなくてもよい。この場合であっても、外縁部26の最も外側における空気導入部25と開口面31との隙間の大きさHよりも、その内側の部分における隙間が最大となる部分の隙間の大きさHmaxの方が大きくなり、圧力損失による効果を得ることができる。
また、本実施の形態においては、外縁部26は一つの山なりの形状をしていたが、二つ以上の山なりの形状を備えていてもよい。例えば本実施の形態の空気導入部25の外縁にさらに、回転軸11の内側から外側に向かうにつれて開口面31との隙間が徐々に大きくなるような部分を設けてもよい。
以上、実施の形態について説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。以下に変形例を示す。
実施の形態において、空気導入部23,24,25はベルマウス形状をしていたが、空気の流れの上流から下流に向かうにつれて風路断面積が縮小するものであれば、どんなものでもよい。例えば、図15に示すように空気導入部23が円錐台状をしていてもよい。
実施の形態において羽根車20,20a,20b,20cは複数の翼22を有する多翼羽根車であったが、回転軸11の軸方向から取り込んだ空気を遠心方向に吹出すものであればこれに限られない。
また、翼22と空気導入部23,24,25の大きさの関係は、実施の形態に限られない。例えば、実施の形態1から3において、遠心方向における回転軸11から翼22の回転軸11から遠い方の端までの距離は、回転軸11から入口23bの端までの距離と同じであったが、図16に示すように回転軸11から翼22の回転軸11から遠い方の端までの距離を、回転軸11から入口23bの端までの距離より短くなるように翼22を形成してもよい。すなわち羽根車20の、翼22部分の外径と空気導入部23,24,25の外径は同じでなくてもよい。
実施の形態においてケーシング30はスクロールケーシングであったが、ケーシングの形状はこれに限られない。例えば、ケーシングを円筒状にして、回転軸11の軸方向に吹出すようにしてもよい。
実施の形態において開口31aの風路断面積は一定であったが、課題の解決のためにはこれに限られない。例えば、実施の形態1から3において、開口31aの形状は、空気の出口の内径が入口の内径よりも小さいベルマウス形状でもよい。この場合、空気導入部23,24,25の出口23a,24a,25aの内径が開口31aの出口の内径よりも小さければよい。また、実施の形態4又は5においても、空気導入部23,24,25の出口23a,24a,25aの内径が開口31aの最小径よりも小さければ開口31aはどのような形状でもよい。
実施の形態において遠心送風機100は、ケーシング30の片方の面を開口面31とし、それに対抗する面を底面33とする片吸込式の遠心送風機100であったが、両吸込式にしてもよい。
10 駆動モータ、11 回転軸、20,20a,20b,20c 羽根車、21 主板、22 翼、23,24,25 空気導入部、23a,24a,25a 出口、23b,24b,25b 入口、26 外縁部、30 ケーシング、31 開口面、31a 開口、32 側面、33 底面、34 舌部、34a 吹出口、35,36,37 突出部、100 遠心送風機

Claims (2)

  1. 回転軸を有する駆動モータと、
    前記回転軸の軸方向上に開口を設けた開口面を有するケーシングと、
    前記ケーシングの内部に前記回転軸を中心として回転可能に設けられ、空気を前記回転軸の軸方向から遠心方向に吹出すとともに、前記開口側に前記空気を取り込む入口並びに前記開口及び前記入口の内径よりも内径が小さい前記空気の出口を有する空気導入部が設けられた羽根車と、を備え、
    前記開口の内径は、前記ケーシングの内部における前記羽根車の外径よりも大きく、
    前記空気導入部の前記入口の外径は前記開口の内径よりも大きく、
    前記空気導入部の前記入口は前記ケーシングの外部に出ており、
    前記空気導入部は、前記入口に、前記ケーシングの前記開口面との隙間が前記回転軸の半径方向の内側から外側に向かうにつれて大きくなり、さらに外側に向かうにつれて前記隙間が小さくなる外縁部を備え、
    前記ケーシングは、前記開口の周りに、前記空気導入部と前記開口面のうち前記ケーシングの外側の面との隙間が最大となる部分に対向して、前記ケーシングの内部の方向へ突出した突出部を備えることを特徴とする遠心送風機。
  2. 前記開口の風路断面積は風路に沿って一定であることを特徴とする請求項1に記載の遠心送風機。
JP2022575026A 2021-01-18 2021-01-18 遠心送風機 Active JP7466707B2 (ja)

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