JPH04505201A - 遠心送風機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 及咀Ω五称 遠心送風機 及亘Ω麓量 の出口に通じている。

イギリス特許第２，１６６．４９４号には回転対称の円錐形のケースに配置され 、かつ軸方向に空気を放出するための案内羽根を有する遠心羽根車が記載されて いる。

イギリス特許第１，４８３，４５５号及び］、、４７３，９１９号にはボリュー トを有する遠心送風機が開示されている。

イギリス特許第１．４２６，５０３号には二重開口を有する遠心送風機が開示さ れている。

シカタニ等は、アメリカ特許第４，２６９，５７１号において軸方向の入口２６ がら空気を吸い込み同根２２の上方外縁と軸方向の出口２７がら空気を放出する 心送風機を開示している（３　：　２６−３６）　ａカナダ特許第１．１５７， ９０２号には湾曲した薄板金製の案内を有する、後方に向かって湾曲した羽根の 遠心送風機が記載されている。

工肚の１ち 本発明者は、後方に傾斜し、且つ半径方向に延長する遠心羽根車の羽根から境界 層が剥れるのを、その羽根車の羽根に「Ｓ」字状のキャンバ（反り）を持たゼる ことにより良好に制御できることを発見した。

従って、本発明の一つの特徴は羽根車の羽根が半径方向内側の領域には正のキャ ンバを５半径方向外側の領域には負のキャンバを有することである。

本発明の好ましい実施例では、羽根は二次元のもので、三次元のソリッドなもの （円筒状のもの）ではない。即ち、羽根の平均キャンバ線は羽根の幅方向（長手 方向に直角）においては変わらない。前述したような一次の羽根の組とそれらの 羽根の間に配置される二次の羽根の組の少な（とも２組の羽根がある。−次の羽 根は二次のものよりも更に半径方向内側に延長している。最も好ましくは、−次 の羽根の正のキャンバは羽根の翼弦の約２〜５％、正の最大キャンバは全翼弦（ 中央線）長の２０〜３０％のところに生じ、負の最大キャンバは全翼弦長の７０ 〜８０％のところに生じる。二次の羽根に上述の「Ｓ」字状のキャンバを持たせ ることができる（が、必ずしも必要ではない）、騒音の制御は、入口の面積（送 ＋！１機への流入面についてはπγ２）を出口の面積（πｄ、Ｓ、ここでｄｉａ ｌ、送Ｉ！ＩＩ！ｌの直径、Ｓは羽根の幅）より少なくとも２０％小さくするこ とによって行う。

本発明の他の特徴及び利点は好ましい実施例を以下に述べるところから明らかと なるであろう。

吐裏旦公叉犯■二脛主 以下に述べる好ましい実施例の説明は、本発明を例示するものであり、限定する ものではない。以下の説明には原アメリカ出願と同日付けの本発明者のアメリカ 出願［異なるキャンバの羽根を有する遠心送Ｊ！１機Ｊ　ｌ：ＰｃＴ／ＵＳ９０ １００６５９）で述べた特徴をも含まれる。

２血（７）ＦＪＪＩ皇駅」　“ 第１図は遠心送風機及び自動■用エアコンの蒸発器の断面図。

第２図Ａは第１図の送風機の羽根車の羽根の断面図。

第２図Ｂは第２図Ａの一部の拡大詳細図、第３図は第１図の送／ｉＩ機の環状容 器の一部を取り去った上面図。

第４図は接線方向における旋回速度の関数として圧力を示す図。

第５図は羽根の翼弦位置を関数として局部表面圧力をプロットした図。

衾股ｎ望送風機の傳孟 第１図において、送風機１０は詳細に後述する複数の羽根（１４及び１５、第２ 図に示す）から成る羽根車１２を含む。羽根車１２はそれの心棒１８に取り付け た電動モータ１６で駆動される。

羽根車１２はステータ２０の内部で回転し、このステータは羽根車１２とモータ １６とに同軸状に延長するほぼ円筒状のケース２１の一部を構成する。はぼ円筒 状のモータケース２２は環状のり“−ス２４の内径を規定する６環状ケース２４ の外径はケース２１により規定される。

翼形１ 環状ケース２４の中に配置されているのは、第３図に最もよく示されている２組 の翼形羽根２５及び２７である。ＣＬはモータ、送風機及び羽根車の中央線（軸 ）である。翼形羽根は羽根車から離れる空気から接線（回転又は旋回）速度を抽 出し、そのエネルギーを静圧として捉え直す。

蒸発器３０は、ケース２４の出口２８に取り付けられている。蒸発器３０に到達 する気流の旋回はほぼなくなり、蒸発器全体に互って空気圧が増加づる。一つに は、後方に向かって湾曲した。ｌ−１根を有する遠心送風機により生じる気流の エネルギーの約１／４から１／２は速度の形であるため、羽根２５及び２７は特 に重要であり、これらの翼形羽根はこの気流のエネルギーのかなりの部分（４０ 〜８０％）を再捕捉する。

放出気流の一様な速度及び気流エネルギーの再捕捉という点での送風機の効率は 、半径方向に対称で滑らかに湾曲した環状ケースの構造設計により向上する。

更に、このケースの半径方向への拡がりは小さいので、空気の圧力及び速度は出 口全面に互って比較的均一である。

送風機が動作する圧力／旋回の状況を第４図に示す。第４図では圧力係数（Ｃ１ ）を接線旋回速度（■、）の関数として示す。第４図においてＣＰは下記の式％ 式％ この式において、■は羽根車を離れる気流の速度、Ｖ　ｔ　＋　ｐは羽根車の羽 根の先端の速度である。Ｖｔは■、で割った羽根車を離れる気流の接線速度であ る。

（ｘｉどの論理的な関係、これには旋回の回復（０）は含まれない、が示されて いる。本発明の送風機は、Ｖ、＝０．５−１、及びＣＰ＝０．５−２であるクロ スハツチングで示した領域で動作するのが好ましい。

翼形羽根２５及び２７の正確な角度は、羽根の形状（以下で述べる）及び羽根車 の回転速度（即ち、送風機が動作するように設計された回転速度範囲）によ−ン て決まることは当業者には理解が容易であろう、翼形、の前縁をそこに当たる気 流の方向とマツチングさせるのが望ましいので、入射角は無視できる。一般に、 空気は上述の状況において接線から２０〜３０度の角度でケース２４に接近する 。

気流の（送風機の軸心に沿った）断面積を（Ｉぼ一定に保つことも望ましいこと である。この目的のためにステータの第２段（第１区において２９で示す）にお けるハブ径を小さくして、その第２段における高窓度のステータによって生じる 気流の断面積の減少に合わせる。

第３図に重ね合わせて示したのはステータに入り気流■１に対するベル１〜ル図 であり、Ｖ　ａ　＋はステータに入る接線方向の旋回速度、Ｖ　ｘ　ｌはステー タ（こ入る気流の軸方向の速度である。Ｖ　ｅｏは送風機の輸（羽根車）の接線 速度である。角α。

は２０〜３０度で角β２は６０〜７０度である。ステータの段１を離れて段２へ 入る気流及び段２を離れる気流についても同じような図面を描くことができる。

ステータの段２を離れる気流■２では、Ｖｔ２と■。２との間の角α２は８０〜 ９０度、角β２はＯと１０度との間になるである′）、結局のところ、Ｖ　−＋ 　＝　Ｖ−□であっても、気流の角度の変化のためにｙ、＜＜ｖ、である。

第２段が必要なのは、Ｉ−の段についての境界層ローディング値が、付加気流に 関連する最大エンジニア１１ング値（０，６）以上になってしまうからである。

これに関連して、拡散係数は（ｉ−Ｌ／Ｖ霞＋（Ｖｔ＋−Ｖｔ２）／２σＬと規 定されている。ここで■１及びＶ２は各段に入る気流と離れる気流の速度、■９ ．及び■、は各段に入る気流と離れる気流の接線速度、またＯは羽根のソリディ ティ　（即ち、羽根の翼弦を羽根の間隔で割ったもの）である。

■塁！Ｌ玉玉 第２図Ａ及び第２図Ｂは本発明による１］根１４及び１５の断面図で、それらの ｒＳＪ字形状（即ち、それらの逆向きのキャンバ）を示す。羽根ば後方に向か− って湾曲しく寸法が比較的小さいと）、効率よくそして、低騒音で大きな推ノＪ 、即ち圧力を生じる。特に、第２図Ａ及び第２１ＺＢは翼弦の長い羽根１４と翼 弦の短い補助羽根１５の「Ｓ」字形状を示す。

後方へ向かって湾曲している羽根車を有し大きな推力を生じる送風機の設計上の 大きな問題は、伺加気流を前縁から後縁に亙って（即ち、送風機の外径）羽根の 吸い込み側に保持することである。、境界層の分離が起ると、送風機の羽根の幾 何学的なキャンバ線と実際の空気の流線との間に偏差が生じる。この場合、拡散 過程（速度のエネルギーを圧力に変久る過程）が境界層の分離が生じた時点で停 止１゛るので、上述の偏差は直接性能の低下となる。また、この偏差（こより放 出気流の接線速度が減少して性能が低下する。

付加気流を維持するに！：ｌ’＋境界贋のエネルギーが羽根の翼弦に沿って失わ れて行（ので、そのエネルギーを羽根の吸い込み側の表面に保持すること力Ｓ必 要である。吸い込み側の境界層は三つの重要な遅延力を克服しなければならなし ＼、■口ち、羽根の表面の慣性基準フレーム曲率に関連した加速度、羽根の前縁 から後縁に−に変わる。同時に空気は湾曲した通路を流れ、この通路の湾曲に関 連した運動きくなり、気流が分離する。即ち、羽根の表面から剥離して行く。こ の時点で上次の羽根のための余地が生じ、送ｌ！１機による作用は羽根の全表面 に亙るので、境る領域の一次の羽根に似ている。短い羽根には一次のものと同様 の「Ｓ」字形状を持たせることができる（が、必ずしも必要ではない）。

具体的に云えば、遠心送ｆｆ１機の羽根の形状はとりわけ下記の送／！１ｇｊの 特性の知識を利用して退ばれる。

１、送風機の圧力性能は羽根の外形上の先端の接線速度の自乗として倍加する。

この速度は、直径に回転速度を掛けた積である。従って、用途に応じて要求さ二 次元形状により、羽根の出口角が９０度の時に全拡散が最大となる拡散通路が規 定される。境界層における現象が原因で、拡散を最大にすることができな３、送 風機から放出された空気の速度は羽根の出口角が大きければ大きいほど増加し、 出口角が９ｏ度を越えると最高速度になる。それに消費されるエネルギーは速度 の自乗で増えて行（、静圧を必要とする用途では、その圧力を高速な放出気流か ら拡散により得ることができる。拡散過程の効率は、放出気流を拡散する如何な る場合よりも送風機の羽根配列における方がはるかに高い、即ち、羽根配列を用 いた場合には９０％にもなり、一方放出気流を拡散する場合には５０％である。

従って、最も効率的な送風機は一般的には羽根配列において最大の拡散を行う送 風機と云うことになる。しかし、ここで述べる送風機の羽根の設計では高い効率 を小さな直径及び低い回転速度（低騒音となる）と組み合わせる。

４．９音を減らし、羽根による拡散を最良のものとするには、羽根の前縁を気流 と一直線に並べることが必要である。従って、羽根の大口角は回転速度、入口の 直径、前縁の羽根の幅及び気流設計点（ｆｔ”／ｍ１ｎ）によって決められ第５ 図は羽根の翼弦位！（前から縁における０から後縁の１までの全翼弦のパーセン テージとして示す）に対して局部の表面圧力をプロットしたものであり、Ｃｐは 下記の式によって与えられる。

Ｃｐ＝Ｐｓ　−；１／２ｐ　（Ｖ、、、）！ここでＰ、は表面圧力、■ｔ１．は 先端速度である。第５図の曲線は一次の羽根のみを用いたものの性能のコンピュ ータモデルに基づいている。下方の曲線は吸い込み表面上の局部表面圧力を表し 、上の方の曲線が圧力表面上の局部表面圧力を表す、なされた作業全体は羽根に 入る空気の圧力の平均（左側の軸２本の曲線の真中）と羽根を離れる空気の圧力 の平均（右側の軸２本の曲線の集中したことろ）との間の差で表わされる。第５ 図の曲線は静圧が２，２９、静的な効率が０．４６で２４０ＣＦＭの気流を示す 。

本発明によるｒＳＪ字状の羽根は第５図において△Ｃｐで示すように翼弦領域０ ．０〜０．４において羽根の高圧側から吸い込み側へ空気を強く引っ張る。翼に なり、負のキャンバは復縁ＯＩＩ＋半分（例えば７０〜８０％）において０．２ ５〜規定される。

Ｊ＝ＣＦＭ・０２１２／ｎ−Ｄ’ 根による拡散を意味する。

第１図 浄書′内容に変更なし） 第４図 浄書（内容に変更なし） 第５図 手続補正書 平成４年６月ｌＯ日 ＰＣＴ／ＵＳ９０１００６６０ （平成２年特許願第５０３８３３号） ２　出願人 名称　エアフロー　リサーチ　アンド ラ州　ウォータータウン　ブリーザントストリート　３０４ 国籍　アメリカ合衆国 住所　アメリカ合衆国 電話ｆ０３）　３３８０−７５３３ ５　補正命令の日付　平成４年５月２６日（発送日）６　補正の対象　特許法第 １８４条の５第１項の規定による書面の特許出願人の代表者の欄、代理権を証す る書面、請求の範囲の翻訳文、図面。

７　補正の内容 ｆｉｌ別紙の通り、特許出願人の代表者の欄を訂正した特許法第１８４条の５第 １項の規定による書面を提出する。

（２）別紙の通り、代理権を証する書面として委任状及びその翻訳文を提出する 。

（３）別紙の通り、タイプ印書により浄書した請求の範囲の（４）別紙の通り、 図面翻訳文の浄書（第２図Ｂ、第３図、第５図）を提出する。なお、図面の実体 的内容に変更はない。

８　添付書類の目録 （１１特許法第１８４条の５第１項の規定による書面　１通（２）委任状及び翻 訳文　各１通 （３）請求の範囲の翻訳文　１通 （４）図面の翻訳文　１通 国際調査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．軸上で回転するように取付けた羽根車を有し、該羽根車は後方に向って湾曲 し半径方向に延長している複数の羽根から成り、（ａ）該羽根がその半径方向内 側の領域に正のキャンバを有し、かつ、（ｂ）該羽根がその半径方向外側の領域 に負のキャンバを有し、それにより境界層の剥離を制御して送風機の効率を向上 させるようにしたことを特徴とする、遠心送風機。
2. ２．一組の一次の羽根と一組の２次の羽根とを有し、該二次の羽根の夫々は対と なる該一字の羽根の間に配置され、該一次の羽根は該二次の羽根よりも半径方向 内側に延長している特許請求の範囲第１項の遠心送風機。
3. ３．前記正のキャンバは羽根の翼弦の２〜５％である特許請求の範囲第１項又は 第２項の遠心送風機。
4. ４．負の最大キャンバは羽根の翼弦の約０．２５〜３％である特許請求の範囲第 １項又は第２項の遠心送風機。
5. ５．正の最大キャンバは全長の２０〜３０％の羽根の半径に該当する位置に生じ る特許請求の範囲第３項の遠心送風機。
6. ６．前記負の最大キャンバは羽根の全長の７０〜８０％の羽根の半径に該当する 位置に生じる特許請求の範囲第４項の遠心送風機。
7. ７．前記二次の羽根はその半径方向内側の部分に正のキャンバを、そして半径方 向外側の部分に負のキャンバを有する特許請求の範囲第２項の遠心送風機。
8. ８．送風機の入口の面積がその出口の面積よりも少なくとも２０％小さい特許請 求の範囲第１項の遠心送風機。
9. ９．前記羽根は二次元で、それらは三次元の立方体ではない特許請求の範囲第１ 項の遠心送風機。