WO2004113732A1

WO2004113732A1 - 送風機

Info

Publication number: WO2004113732A1
Application number: PCT/JP2004/008839
Authority: WO
Inventors: Masahiro Arinaga; Kunihiko Kaga; Shoji Yamada; Katsuhisa Ootsuta; Hitoshi Kikuchi; Yoshimi Iwamura; Yasuyoshi Makino
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2004-06-17
Publication date: 2004-12-29
Also published as: CN1697932A; US20050260075A1; CN101408196A; JP4610484B2; JPWO2004113732A1; CN101408196B; TW200508503A; JP5059071B2; CN100491744C; TWI274814B; CN101144485B; US7331758B2; JP2009281392A; CN101144485A

Abstract

この発明に係る送風機では、ボス１の外周面に周方向に間隔を置いて取り付けられた複数枚の軸流翼４０を配置した羽根車と、前記羽根車の周囲を囲ったケース１９と、気体を前記ケースに案内するように筒状に絞られたベルマウス８とを備え、前記ベルマウスの内径Ｄ１'が前記羽根車の外径Ｄ４より小さい。また、翼４は、半径方向に前進率が正の値を持つボス側の前進翼部２及び負の値を持つ外周側の後退翼部３を備え、翼の円弧長は、ボス側から外周側に向かうに従って長くなっている。そのため、高静圧化等による送風効率の向上と、低騒音化が可能となる。

Description

送風機技術分野

この発明は、例えば換気に用いられる送風機に関するものである。背景技術

送風機を高効率化するには、静明圧を上昇させることが必要であるため、相対場で遠心方向の流れを増加させることと、流れ方向の速度を減速させることが重要となる。

一般に従来の送風機においては、遠心方向の書流れを増加させるために翼後方の流れを斜流化することが必要である。このため、例えば特開昭 5 3 - 1 1 6 5 1 3号公報には、翼の基準線をその根元から中間部までは所定の傾斜角で回転方向に向けて屈曲させ中間部から先端部までは所定の傾斜角で回転方向と反対方向に向けて屈曲させて、該基準線の最外端が回転中心と前記根元を結ぶ線より回転方向と反対側に位置するようにしたものが記载されている。

上記構成の従来の送風機では、基本的にはほぼ軸線方向に沿つて空気が流れる、所謂軸流送風機である。そのために外周部では翼形状による斜流効果が小さく、そのため十分な静圧上昇が得られず、送風効率が悪く、騒音が増加する等の問題点があった。発明の開示

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、高静圧化等による送風効率の向上と、低騒音化が可能な送風機を得ることを目的とするものである。

この発明に係る送風機は、ボスの外周面に周方向に間隔を置いて取り付けられた複数枚の軸流翼を配置した羽根車と、前記羽根車の周囲を囲ったケースと、気体を前記ケースに案内するように筒状に絞られたベルマウスとを備え、前記ベルマウスの内径が前記羽根車め外径より小さいものである。

また、ボスの外周面に周方向に間隔を置いて取り付けられた複数枚の翼を配置した羽根車と、前記羽根車の周囲を囲ったケースと、気体を前記ケースに案内するように筒状に絞られたベルマウスとを備え、前記ベルマウスの内径が前記羽根車の外径より小さく、かつ前記ベルマウスの内径より外周側に位置する前記翼部分の一部が、前記羽根車の回転中心軸に沿った方向において前記ベルマウスの縮径側端部から拡径側端部の方に突出しているものである。

また、ボスとこのボスの外周面に周方向に間隔を置いて取り付けられた複数枚の翼を配置し、回転中心軸に対して垂直な面に翼を垂直に投影した際に、前記面と前記回転中心軸との交点を中心とした径方向に延びた各同心円と、投影した前記翼とが重なる周方向に延びた各円弧長の中心点を繋いで形成された曲線を周方向中心曲線と定義し、前記交点と前記翼の前記周方向中心曲線の前記ボス側の端点とを結んだ直線と、前記交点と前記周方向中心曲線の任意の点とを結んだ直線とが成す角度を前記翼の回転方向を正とする前進角 Θとし、この前進角 Θの半径方向単位長さあたりの変化率を前進率と定義した場合、前記翼は、半径方向に前記前進率が正の値を持つ前記ボス側の前進翼部及び負の値を持つ前記翼の外周側の後退翼部を備え、前記翼の前記円弧長は、前記ボス側から前記外周側に向かうに従って長くなるものである。図面の簡単な説明

図 1はこの発明の実施の形態 1の送風機の正面図である。

図 2は図 1のベルマウスを除いたときの正面図である。

図 3は図 1の翼の斜視図である。

図 4は翼が回転しているときにおける図 1の I V— I V線に沿った断面図であり、大風量時の空気の流れを示す図である。

図 5は翼が回転しているときにおける図 1の I V— I V線に沿った断面図であり、小風量時の空気の流れを示す図である。

図 6は図 5の V I—V I線に沿った断面図である。

図 7は実施の形態 1の送風機において比率（％) と比騒音レベル（d B A) との関係図である。

図 8は実施の形態 1の送風機において後退翼部の前進率と比騒音レベルとの関係図である。

図 9はこの発明の実施の形態 2の送風機を示し、翼が回転しているときにおける回転中心軸に沿つた断面図である。

図 1 0はこの発明の実施の形態 3の送風機を示し、翼が回転しているときにおける回転中心軸に沿つた断面図である。

図 1 1は実施の形態 3の送風機において比率（％) と比騒音レベルの相対値との関係図である。

図 1 2は実施の形態 3の送風機において比率（％) と静圧差の相対値との関係図である。

図 1 3はこの発明の実施の形態 4の送風機を示し、翼が回転しているときにおける回転中心軸に沿つた断面図である。

図 1 4はこの発明の実施の形態 4の送風機を示し、翼が回転しているときにおける回転中心軸に沿った断面図である。

図 1 5は実施の形態 1に係り、食い違い角を説明するための図である。

図 1 6は実施の形態 1に係り、径方向中心線を説明するための図である。発明を実施するための最良の形態

以下、この発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明するが、各実施の形態において同一、同等部材、または部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態 1 .

図 1はこの発明の実施の形態 1による送風機の吸い込み側から見た正面図、図

2は図 1のベルマウス 8を除いたときの正面図、図 3は図 1の翼 4の斜視図、図

4およぴ図 5は図 1の翼 4が回転しているときにおける I V— I V線に沿った断面図、図 6は図 5の V I — V I線に沿った断面図である。なお、図 2は、ボス 1 の中心軸線である回転軸 3 0に垂直な面に翼 4を投影した様子を示しており、回転軸 3 0に垂直な面を吸込み側から見た図である。この送風機は、モータ軸 2 0と、このモータ軸 2 0と同心になるように直結した円柱形状のボス 1と、このボス 1の外周面に周方向に等間隔で取り付けられた 4枚の翼 4と、翼 4の周囲を囲った円筒形状のケース 1 9と、このケース 1 9の吸い込み側の端部に取り付けられ空気をケース 1 9の内部へと案内するベルマウス 8とを備えている。

ボス 1と 4枚の翼 4とで羽根車を構成しており、図 1およぴ図 2中の矢印は羽根車（ボス 1 ) の回転方向を示している。ボス 1の中心軸線である回転軸 3 0は羽根車の回転中心軸と同一である。

なお、本明細書では、流れの吸込み側に配置された、気流を羽根車になだらかに案内する曲線部を有する装置のことをベルマウスと呼ぶ。

各翼 4は、前進翼部 2および後退翼部 3から構成されている。

ここで、前進翼部 2および後退翼部 3について説明する。

先ず、図 2に示すように、ボス 1の中心軸線である回転軸 3 0に垂直な面に翼 4を投影した際に、前記面と回転軸 3 0との交点である第 2の中心点 Bを中心とした径方向に延びた各同心円と、投影した前記翼 4とが重なる周方向に延びた各円弧長の中心点を繋いで形成された曲線を周方向中心曲線 6と定義する。第 2の中心点 Bと翼 4の周方向中心曲線 6のボス側の端点である第 1の中心点 Aとを結んだ第 1の直線ィと、第 2の中心点 Bと周方向中心曲線 6の任意の点とを結んだ第 2の直線口（図 2では翼 4の最外周端）とが成す角度を翼 4の回転方向を正とする前進角 Θとし、この前進角 Θの半径方向単位長さあたりの変化率を前進率 (° /mm) と定義する。

前進角 0は、回転軸 3 0に垂直な面を吸込み側から見たとき、第 1の直線ィから紙面に向かい翼 4の時計回りの回転方向を正とし、逆回転の方向を負とする。図 1およぴ図 2においては、翼 4は回転軸 3 0に垂直な面から見たとき紙面に向かって右回りの回転をし、吸込み方向は、紙面表から裏としている。翼 4の前進角 0は、第 1の直線ィに対して第 2の直線口が右回り側にあるときが正の値であり、第 1の直線ィに対して第 2の直線口が左回り側にあるときが負の値である。そして、半径方向に前進率が正の値を持つ翼 4の部位が前進翼部 2であり、負の値を持つ翼 4の部位が後退翼部 3である。前進翼部 2および後退翼部 3からなる翼 4は、ボス 1側から外周部 7に向かうに従って円弧長の寸法は増大する。また、前進翼部 2と後退翼部 3との間の境界部 5の円弧形状は、翼 4めある翼半径位置における円弧形状と概略一致している。この翼 4の前進角 0の半径方向単位長さあたりの変化分である前進率は、境界部 5と周方向中心曲線 6との交点 Cの位置でゼロであり、この点 Cより外径（外周）側は前進率 0が負の後退翼部 3であり、この交点 Cの内径（ボス）側は前進率が正の前進翼部 2である。

なお、本明細書では、以上説明したような翼 4を複合翼と呼び、一般的な軸流送風機に用いられる翼を軸流翼と呼ぶ。複合翼は以下で詳細に説明するように、前進翼部 2が主に軸流送風機として作用し、後退翼部 3が主に遠心送風機として作用する。

図 4に示すように、翼 4の空気の吸込み側に取り付けられたベルマウス 8の開口部 8 Aの口径 D 1の寸法は、境界部 5の径 D 3の寸法と概略一致している。ここでいう概略一致とはベルマウス 8の口径 D 1と翼 4の境界部 5の径 D 3との寸法比が 1割程度のずれがある状態までとする。

また、本実施の形態による翼 4は、図 1 5に示すように、翼 4を各径における円筒面で展開した翼列において、各翼の回転方向前側である前縁 4 Fと回転方向後ろ側である後縁 4 Bを結んだ直線 L 2と、回転中心軸方向に平行な直線 L 1とのなす角を吸い込み側から見た角（食違い角）を γとしたとき、が図 1 5の紙面に向かって反時計回りの方向に 0 ° から 9 0 ° までの範囲にある。

さらに図 1 6に示すように、翼 4のボス 1と接する部分における回転中心軸（回転軸） 3 0方向高さの中心点を翼外周部まで軸に垂直に延長した直線を直線ハと定義する。また、翼部の各半径における軸方向高さの中心点を繋いだ線を径方向中心線トと定義する。ボス部における軸方向高さの中心点と径方向中心線ト上の任意の点とを結んだ直線を直線へと定義する。直線へと直線ハとのなす角を φと定義する。直線ハよりも気体の吸込み側（紙面に向かって上側）を正とし、直線ハよりも気体の吐出側（紙面に向かって下側）を負とすると、 φ > 0である。言い換えれば、ボス 1の外周面に配置された 4枚の翼 4は、回転軸 3 0に垂直な平面に対し吸込側に向け角度 φ〉 0の傾きを持つ。すなわち、直線へは直線ハに対して気体の吸込み側に傾いている。

このことから、羽根車の圧力面側の曲面が吐出側かつ、外周側に傾いており、半径方向外側に向かう流れを生じさせることが可能となり、静圧の上昇が可能となる。

なお、図 1 6では径方向中心線トが曲線である場合を示したが、直線であってもよい。図 4では径方向中心線トが直線である場合を示しており、直線へは径方向中心線トと重なる。

また、この翼 4は、ベルマウス 8の口径 D 1の内周側の領域にある前進翼部 2 では、周方向断面形状（回転軸 3 0に対して垂直に翼 4を切断したときの形状）が軸流送風機の翼（軸流翼）と類似し、図 4に矢印で示すように回転中心軸 3 0 に沿った流れとなる。また、ベルマウス 8の口径 D 1より外径側にある後退翼部 3では、遠心送風機の翼（本明細書では遠心翼と呼ぶ。）と類似し、図 6の矢印で示すように半径方向に広がる子午面流れとなり、遠心送風機と同様な流れ場となる。

このような構成により、遠心送風機の高静圧特性と、軸流送風機の大風量特性を満たす送風機の実現が可能となる。

上記構成の送風機では、大風量時では図 4に示すようになる。すなわち、子午面流れは矢印二に示すように、流体はほぼ中心軸線 3 0の方向に沿って流れ、翼 4の周方向断面形状が軸流送風機と等しいため軸流送風機として動作する。これに対して、小風量時では図 5に示すようになる。すなわち、ベルマウス 8 の開口部 8 Aの口径（図 4に示す D 1 ) がケース 1 9の内径（図 4に示す D 2 ) より小さく、子午面流れは矢印ホに示すように、斜流成分が増加し、前進率が負の後退翼部 3から斜流化して流出するが、この後退翼部 3では、遠心方向に拡がる子午面流れに対し、概略一致する翼形状をしているので、翼 4にかかる負荷が減少し、送風効率が上昇する。

このように、翼 4は、半径方向に前進率が正の値を持つボス 1側の前進翼部 2 及ぴ負の値を持つ翼 4の外周側の後退翼部 3を備えている。しかも、翼 4の円弧長は、ボス 1側から外周側に向かうに従って長くなつている。したがって、半径方向外周側に向かって翼の円弧長が長い形状となるため、翼外周部で流れに沿う翼面積が増加し、翼の流れに対する実質的な半径が増加するため遠心力による静圧上昇が増加し、翼の仕事量を増加させることが可能となる。

また、前進翼部 2の周方向中心曲線 6上では、ボス 1側から境界部 5側に移行するに従って、周方向中心曲線 6の接線の傾斜角度が回転軸を基準として回転方向側に漸次大きく傾いており、また境界部 5側から外周側に移行するに従って、周方向中心曲線 6の接線の傾斜角度が回転方向と反対側に漸次大きく傾いている。このことから、前進翼部 2においては、軸流送風機と同一の流れとなり、軸流送風機として動作する。この翼 4の外周側では、流れに対して概略一致するように前進率が負に後退しており、後退翼部 3に相当する部位が遠心送風機の翼と類似しており、遠心送風機として動作する。

従って、本実施の形態による送風機では、軸流送風機および遠心送風機の両機能を持つとともに、ベルマゥスを設置したことにより生じた遠心送風機と同様の半径方向に拡がる流れ場と、軸流送風機と同様の回転中心軸と平行方向に流れる流れ場との 2つの流れ場に対して、翼の形状をそれぞれ沿わせることが可能となり、乱れによる騒音の増加を低下させることが可能となる。

前進翼部 2の周方向中心曲線 6上では、ボス 1側から境界部 5側に移行するに従って、周方向中心曲線 6の接線の傾斜角度が気体の吐出側に漸次大きく傾いており、また境界部 5側から外周側に移行するに従って、周方向中心曲線 6の接線の傾斜角度が気体の吸込み側に漸次大きく傾いていることから、羽根車の曲面が外周側に傾いており、半径方向外側に向かう流れを生じさせることが可能となり、静圧の上昇が可能となる。

また、ケース 1 9の空気の吸い込み側にベルマウス 8を取り付けたことにより、送風機の吸込み側の口径がベルマウス 8の口径 D 1と等しくなり、吸込み面積が減少する。流れ場が軸流送風機と同じ状態である、翼 4の径がベルマウス 8の口径 D 1よりも小さい領域にある前進翼部 2においては、羽根車の吸込み側の口径がベルマウス 8の口径 D 1 と等しくなり、大風量時、小風量時においても軸流送風機と同一の流れとなり、軸流送風機として動作する。

—方、流れ場が半径方向外側に向かう流れとなっている、翼 4の径がベルマウス 8の口径 D 1より大きい領域にある後退翼部 3においては、図 6で説明したように翼 4の後退翼部 3の断面が遠心方向に拡がる流れに対し、この翼 4の外周側では、流れに対して概略一致するように前進率が負に後退しており、後退翼部 3 に相当する部位が遠心送風機の翼と類似しており、遠心送風機として動作する。従って、この送風機では、軸流送風機および遠心送風機の両機能を持つとともに、遠心力による全圧（オイラーヘッド）の上昇が見込まれ、高静圧化が可能となる。

図 7は、本願発明者が、上記構成の送風機の性能を実験により求めた図であり、ベルマウス 8の内径 D 1 ' を一定にして境界部 5の径 D 3を変化させた場合の、ベルマウス 8の内径 D 1 ' に対する境界部 5の径 D 3の比率 D 3 ZD 1， (%) を横軸とし、ほぼ最高効率点の条件下で、ケース 1 9にベルマウス 8を取り付けたときにベルマウス 8を取り付けていないときと比較して低下する比騷音レベル

(d B A) の値を縦軸としたときの図である。なお、ここでベルマウス 8の内径 D 1'とは、図 9に示すように、ベルマウス 8の縮径部の内面の径である。また、図 4で示したベルマウス 8の口径 D 1とは、ベルマウス 8の縮径部の肉厚中央部の径であり、ベルマウス 8の内径 D 1'と口径 D 1とはほぼ等しい。また、ここで最高効率点とは、ベルマウス 8の開口部 8 Aの口径 D 1 (内径 D l，）を一定にして翼 4の外径（翼 4の外径とは、すなわち、ボス 1と 4枚の翼 4とで構成される羽根車の外径である。）を変更したときの送風効率（静圧 X風量/モータ出力）の最も高い点をいう。

この図から、比率が 80%から 1 30%までの範囲の翼 4の形状にある場合においては、送風機の低騒音化が、ほぼ 3. 0 (d BA) からほぼ 4. 7 (d B A) 減少するという、顕著な効果が得られ、比率が 105 %で比騒音レベルが最大 4. 7 (d B A) 低減されることが分かった。また、比率が 100%から 1 1 0%までであれば、比騒音レベルが 4. 5 (dBA) 以上減少し、静音効果が特に顕著である。なお、この図から分かるように、図中 147%では比騒音レベルはゼロとなり、このときにはベルマウス 8は比騒音レベルの低減化には寄与せず、ベルマウス 8が無いときと同じである。

また、図 8は、本願発明者が、上記構成の送風機の性能を実験により求めた図であり、後退翼部 3の前進率を横軸とし、ほぼ最高効率点の条件下で、ケース 1 9にベルマウス 8を取り付けたときに、ベルマウス 8を取り付けていないときと比較して低下する比騒音レベル（d B A) の値を縦軸としたときの図である。この図から、前進率が一 2 . 0 (° /mm) から一 2 . 9 (°- /mm) までの範囲で、送風機の低騒音化に顕著な効果が得られ、前進率一 2 . 2で比騒音レベルが最大約 1 1 [ d B A]低減されることが分かった。

また、図 4に示すように、ベルマウス 8の内径より外周側に位置する翼部分の一部 4 A、すなわち本実施の形態では後退翼部 3の一部が、羽根車の回転中心軸 (回転軸） 3 0に沿った方向においてベルマウス 8の縮径側端部 8 Bから拡径側端部 8 Cの方に突出している。もしもこのように、ベルマウス 8の内径より外周側に位置する翼部分の一部 4 Aが、羽根車の回転中心軸（回転軸） 3 0に沿った方向においてベルマウス 8の縮径側端部 8 Bから拡径側端部 8 Cの方に突出していない場合には、ベルマウス 8の縮径側端部 8 Bと拡径側端部 8 C間に羽根車の回転により発生する循環渦と、羽根車と縮径側端部 8 Bとの間より漏れる漏れ流れとが生ずるため、騒音が増加し、入力が増加するという問題が発生する。また、翼部分の一部 4 Aを突出させる代わりに、例えばベルマウスの厚みを大きくするなどして翼部分の一部 4 Aが突出するべき空間を埋めると、縮径側端部と循環渦が吸い込み側に移動し、翼の有効面積が減少する結果、騒音が増加し入力が増加するという問題が発生する。

そこで、図 4に示すように、ベルマウス 8の内径より外周側に位置する翼部分の一部 4 Aを、羽根車の回転中心軸（回転軸） 3 0に沿った方向においてベルマウス 8の縮径側端部 8 Bから拡径側端部 8 Cの方に突出させると、羽根車と縮径側端部 8 Bとの間より生ずる漏れ流れが減少するため、漏れ流れによる静圧上昇の損失および風量の損失を低下させることが可能となる。また、漏れにより生じた乱れが減少するため、騒音を低下させることが可能となる。

したがって、ベルマウス 8の縮径側端部 8 Bと拡径側端部 8 Cとの間に羽根車の回転により発生する循環渦と、ベルマウス 8の縮径側端部 8 Bと羽根車との間からの漏れ流れとの両方を制御することができ、高静圧化および大風量化が可能となることによる高効率化およぴ低騷音化を図ることができる。

なお、上記のような複合翼を有する羽根車に限らず、一般的な軸流翼あるいは遠心翼を有する羽根車と、羽根車の周囲を囲ったケースと、気体をケースに案内するように筒状に絞られたベルマウスとを備え、ベルマウスの内径が羽根車の外径より小さくなるように構成された送風機においても、ベルマウスの内径より外周側に位置する翼部分の一部が、羽根車の回転中心軸に沿つた方向においてベルマウスの縮径側端部から拡径側端部の方に突出していることにより、上記複合翼の場合と同様に、送風効率の向上を図ることができるともに、低騒音化が可能となる。

実施の形態 2 .

図 9はこの発明の実施の形態 2による送風機の構成を説明するための図であり、翼 4が回転しているときにおける回転軸（回転中心軸） 3 0に沿った断面図である。

上記実施の形態 1では、前進翼部 2と後退翼部 3との境目となる境界部 5と、ベルマウス 8の内径とがほぼ一致している場合について示した。

これに対して、本実施の形態では、図 9に示すように、前進翼部 2と後退翼部 3との境目となる境界部 5が、ベルマウス 8の内径より外周側に位置する。すなわち、 D 1 ' く D 3である。

翼 4 (羽根車）の前進翼部 2と後退翼部 3との境界部 5より内周側における翼形状は前進翼部 2であり、かつベルマウス 8の内径 D 1 ' より内周側の領域では軸流送風機として動作するため、大風量の特性を持つ。また、翼 4 (羽根車）の前記境界部 5より内周側における翼形状は前進翼部 2であり、ベルマウス 8の内径 D 1 ' より外周側の領域では、ベルマウス 8によって絞られるため、半径方向外側に広がる流れとなり、遠心力により静圧を上昇させることが可能となる。他方、翼 4 (羽根車）の前進翼部 2と後退翼部 3との境界部 5より外周側における翼形状は後退翼部 3であり、遠心送風機として動作する。このため、遠心方向に拡がる子午面流れに対し、概略一致しているので、にかかる負荷が減少し、送風効率が上昇する。したがって、翼 4 (羽根車）の前進翼部 2と後退翼部 3との境界部 5はベルマウス 8の内径 D 1 ' より外周側にあることが望ましい。そのため、ベルマウス 8の内径 D l，は、翼 4 (羽根車）の前進翼部 2と後退翼部 3 との境界部 5の半径位置より、ボス 1側にあることが望ましい。軸流送風機の最小騒音点は開放側にあり、遠心送風機の最小騒音点は髙静圧側にある。このため、必要動作点に応じて、前進翼部 2と後退翼部 3の割合とベルマウス 8の内径寸法を変化させることで、羽根車（翼 4 ) に生じる 3次元流れ場を変化させることとなり、動作点による流れの違いをベルマウス 8の内径 D 1 ' で制御することが可能となる。例えば、ベルマウス 8の内径 D 1 ' を小さくすると、流れが半径方向外側に拡がる領域が大きくなり、羽根車の髙静圧側の流れを模擬する流れの状態となる。一方、ベルマウス 8の内径 D 1 ' を大きくすると、半径方向外側に広がる流れの領域が小さくなり、ベルマウス 8の内径 D 1 ' よりもボス 1側の軸流送風機として動作する翼の領域が大きくなり、低静圧側の流れを模擬する流れの状態となる。

以上説明したように、本実施の形態では、前進翼部 2と後退翼部 3との境目となる境界部 5が、ベルマウス 8の内径より外周側に位置するので、ベルマウス 8 の内径 D 1 ' を変化させることで、羽根車（翼 4 ) に生じる 3次元流れ場を変化させることとなり、動作点による流れの違いをベルマウス 8の内径 D 1 ' で制御することが可能となる。

なお、実施の形態 1および 2で説明したように、前進翼部 2と後退翼部 3の境目となる境界部 5の径 D 3とベルマウス 8の内径 D 1 ' との関係が D l ' ≤D 3 である場合に限らず、ベルマウスの内径 D 1 ' が翼の外径 D 4より小さい場合であれば、流れを径方向外向きに流すことが可能となり、半径方向に広がる流れによる静圧の上昇が可能となる。

実施の形態 3 .

図 1 0はこの発明の実施の形態 3による送風機の構成を説明するための図であり、翼 4が回転しているときにおける回転軸 3 0に沿った断面図である。

上記実施の形態 1および 2では、例えば図 2および図 3で示したように、翼 4 力半径方向に前進率が正の値を持つボス 1側の前進翼部 2及び負の値を持つ外周側の後退翼部 3を備え、翼 4の円弧長は、ボス 1側から外周側に向かうに従つて長くなつている複合翼である場合について説明した。し力 ^し、このような複合翼を有する羽根車に限らず、一般的な軸流翼 4 0を有する羽根車（軸流羽根車）と、羽根車の周囲を囲ったケース 1 9と、気体をケース 1 9に案内するように筒状に絞られたベルマウス 8とを備え、ベルマウス 8の内径 D l，力 S羽'根車の外径 D 4より小さくなるように構成された送風機においても、上記実施の形態と同様に、高静圧化により送風効率の向上を図ることができるともに、低騒音化が可能となる。

すなわち、ベルマウス 8の内径 D 1 ' が軸流羽根車の外径 D 4より小さい場合の気体の流れは、羽根車の吸込み側で羽根率に流入する際、ベルマウスにより絞りこまれ、ベルマウスから吐き出し側に向かうにつれ半径方向外側に広がる。軸流羽根車（軸流翼 4 0 ) において、ベルマウス 8の内径 D 1 ' より内周側の領域では、軸流送風機として動作するため、大風量の特性を持つ。他方、軸流羽根車（軸流翼 4 0 ) において、ベルマウス 8の内径 D 1 ' より外周側の領域では、ベルマウスによって絞られるため、半径方向外側に広がる流れとなり、遠心力により静圧を上昇させることが可能となる。

したがって、ベルマウス 8の内径 D 1 ' を小さくすると、流れが半径方向外側に拡がる領域が大きくなり、軸流羽根車の高静圧側の流れを模擬する流れの状態となる。これに対して、ベルマウス 8の内径 D 1 ' を大きくすると、半径方向外側に広がる流れの領域が小さくなり、ベルマウス 8の内径 D 1 ' よりもボス 1側の軸流送風機として動作する翼の領域が大きくなり、低静圧側の流れを模擬する流れの状態となる。

そのため、軸流羽根車の外径の範囲内でベルマウス 8の内径 D 1 ' を変化させることで、軸流羽根車に生じる 3次元流れ場を変化させることとなり、動作点による流れの違いとして、流れ場をベルマウス 8の内径 D 1 ' の大きさで制御することが可能となる。

例えば、低静圧側の動作点で使用する場合はベルマウス 8の内径 D 1 ' を大きくし、高静圧側で使用する場合はベルマウス 8の内径 D 1 ' を小さくする。 ' ，このように、ベルマウス 8の内径 D 1 ' の大きさを制御することにより、動作点を制御することが可能となり、羽根車を狙いとする動作点で使用することが可能となるため、低騒音化および高効率化することが可能となる。

以上説明したように、ベルマウスの内径が軸流羽根車の外径より小さくなるように構成することにより、流れを径方向外向きに流すことが可能となり、半径方向に広がる流れによる静圧の上昇が可能となる。

さらに、軸流送風機（軸流羽根車）の吸い込み側に気流を案内するベルマウスを配置するため、軸流羽根車の実装条件によらず、吸い込み流れの分布を均一化する作用が働くので、軸流羽根車に流入する乱れを低減し、低騒音化することが可能となる。

また、図 1 1は、本願発明者が、上記構成の送風機の性能を実験により求めた図であり、ボス 1と 4枚の軸流翼 4 0とで構成される軸流羽根車の外径（図 1 0 に D 4で示す。）を一定にしてベルマウス 8の内径（図 1 0に D 1 ' で示す。）を変化させた場合の比率 D 1 ' /D 4 (%) を横軸とし、ケース 1 9にベルマウス 8を取り付けたときにベルマウス 8を取り付けていないときと比較して低下する比騒音レベル K sの値（d B A) を横軸としたときの図である。

図 1 1から分かるように、比率がほぼ 5 0 %から 8 5 %までの範囲で比騒音レペルが減少し、静音効果が顕著である。

また、図 1 2は、本願発明者が、上記構成の送風機の性能を実験により求めた図であり、ボス 1と 4枚の軸流翼 4 0とで構成される軸流羽根車の外径（図 1 0 に D 4で示す。）を一定にしてベルマウス 8の内径（図 1 0に D 1 ' で示す。）を変化させた場合の比率 D 1 ' /D 4 (%) を横軸とし、送風機の上流側と下流側間の静圧差の相対値を縦軸としたときの図である。

この図から分かるように、比率がほぼ 5 0 %から 8 5 %までの範囲で静圧上昇効果が顕著である。

図 1 1およぴ図 1 2の結果より、ベルマウス 8の内径寸法 D 1 ' を軸流羽根車の外径寸法 D 4の 5 0 %以上、望ましくは 8 5 %以下とした時に、軸流羽根車の大風量特性を比較的損なわず、軸流羽根車を高静圧化、低騒音化することが可能となる。

実施の形態 4 .

図 1 3はこの発明の実施の形態 4による送風機の構成を説明するための図であり、翼 4が回転しているときにおける回転軸 3 0に沿った断面図、図 1 4はこの発明の実施の形態 4による送風機の別の構成を説明するための図であり、翼 4が回転しているときにおける回転軸 3 0に沿った断面図である。図中、太線矢印は気体の流入方向を示しており、長い方が速度が大きい。

羽根車を配置する風路は実装条件により異なり、羽根車吸込み側で羽根車の回転中心軸 3 0の周方向に吸込み流速に差が生ずる場合がある。このような場合、ベルマウス 8の拡径側端部から縮径側端部に至る絞り部内面は、羽根車の回転中心軸 3 0からの距離が周方向に不均一な曲面形状とし、流速の早い部位においてはベルマウスの絞り部内面の曲率を他の部位におけるよりも大きくすることにより、ベルマウス上の剥離により生ずる乱れを減少させ、騒音の増加を防ぐことができる。さらに、風路の周方向不均一構成により生ずる吸込み側の流速の不均一分布をなだらかにし、吸込み側の流速の不均一による回転騒音を低減することが可能となる。

本実施の形態では、図 1 3に示すように、図 1 3に向かって左右でベルマウス 8の縮径側端部における羽根 *の回転中心軸 3 0からの距離は、図 1 3に向かつて左右で等しく、すなわち、左の距離 d 1と右の距離 d 2は等しい。しかも、拡径側端部と縮径側端部間の回転中心軸方向 3 0の長さ（高さ）を右側の方が長くなるようにすることにより、絞り部内面は、羽根車の回転中心軸 3 0からの距離が図 1 3の右側と左側で異なるようにしている。すなわち、高速度流入側である右側の絞り部内面の曲率を左側におけるよりも大きくしている。

なお、図 1 4に示すように、拡径側端部と縮径側端部間の回転中心軸方向 3 0 の長さは左側と右側とで等しくして曲率のみを変化させ、高速度流入側である右側の絞り部内面の曲率を左側におけるよりも大きくしてもよい。 .

なお、図 1 3およぴ図 1 4では軸流翼 4 0を有する送風機について示したが、複合翼 4を有する送風機であっても同様に構成することにより、同様の効果が得らる。

なお、上記各実施の形態では、 4枚の翼をボスに取り付けた場合について説明したが、勿論この数に限定されるものではなく、この発明は、複数枚の翼について適用される。

また、この送風機は、換気用の送風機に限定されるものではなく、例えば自動車、冷蔵庫、空気調和機の熱交換器を冷却する送風機にも勿論適用できる。また、送風されるものは空気に限定されるものではなく、気体であればよい。以上説明したように本発明の送風機によれば、ベルマウスの内径が軸流羽根車の外径より小さいので、流れを斜流化し遠心力により高静圧化するため、送風効率の向上を図ることができるともに、翼面近傍の流れを翼に一致させる流れ場を生じさせるため、低騒音化が可能となる。

また、ベルマウスの内径が羽根車の外径より小さく、かつベルマウスの内径より外周側に位置する翼部分の一部が、羽根車の回転中心軸に沿った方向においてベルマゥスの縮径側端部から拡径側端部の方に突出しているので、ベルマウスの縮径側端部と拡径側端部との間に羽根車の回転により発生する循環渦と、ベルマゥスの縮径側端部と羽根車との間からの漏れ流れとの両方を制御することができ、高静圧化および大風量化が可能となることによる高効率化および低騒音化を図ることができる。

また、翼は、半径方向に前進率が正の値を持つボス側の前進翼部及び負の値を持つ外周側の後退翼部を備え、翼の円弧長は、ボス側から外周側に向かうに従つて長くなっているので、高静圧化により送風効率の向上を図ることができるともに、低騒音化が可能となる。

Claims

請求の範囲

1 . ボスの外周面に周方向に間隔を置いて取り付けられた複数枚の軸流翼を配置した羽根車と、前記羽根車の周囲を囲ったケースと、気体を前記ケースに案内するように筒状に絞られたベルマウスとを備え、前記ベルマウスの内径が前記羽根車の外径より小さいことを特徴とする送風機。

2 . 前記ベルマウスの内径寸法を前記羽根車の外径寸法の 5 0 %以上としたことを特徴とする請求項 1に記載の送風機。

3 . 前記ベルマウスの拡径側端部から縮径側端部に至る絞り部内面は、前記羽根車の回転中心軸からの距離が周方向に不均一な曲面形状であることを特徴とする請求項 1に記載の送風機。

4 . ボスの外周面に周方向に間隔を置いて取り付けられた複数枚の翼を配置した羽根車と、前記羽根車の周囲を囲ったケースと、気体を前記ケースに案内するように筒状に絞られたベルマウスとを備え、前記ベルマウスの内径が前記羽根車の外径より小さく、かつ前記ベルマウスの内径より外周側に位置する前記翼部分の一部が、前記羽根車の回転中心軸に沿った方向において前記ベルマウスの縮径側端部から拡径側端部の方に突出していることを特徴とする送風機。

5 .前記羽根車は、その回転中心軸に対して垂直な面に翼を垂直に投影した際に、前記面と前記回転中心軸との交点を中心とした径方向に延びた各同心円と、投影した前記翼とが重なる周方向に延びた各円弧長の中心点を繫ぃで形成された曲線を周方向中心曲線と定義し、前記交点と前記翼の前記周方向中心曲線の前記ボス側の端点とを結んだ直線と、前記交点と前記周方向中心曲線の任意の点とを結んだ直線とが成す角度を前記翼の回転方向を正とする前進角 Θとし、この前進角 Θ の半径方向単位長さあたりの変化率を前進率と定義した場合、前記翼は、半径方向に前記前進率が正の値を持つ前記ボス側の前進翼部及び負の値を持つ前記翼の外周側の後退翼部を備え、前記翼の前記円弧長は、前記ボス側から前記外周側に向かうに従って長くなるように構成されていることを特徴とする請求項 4に記載の送風機。

6 . 前記後退翼部の一部が、前記羽根車の回転中心軸に沿った方向において前記ベルマゥスの縮径側端部から拡径側端部の方に突出していることを特徴とする請求項 5に記載の送風機。

7 . ボスとこのボスの外周面に周方向に間隔を置いて取り付けられた複数枚の翼を配置し、回転中心軸に対して垂直な面に翼を垂直に投影した際に、前記面と前記回転中心軸との交点を中心とした径方向に延びた各同心円と、投影した前記翼とが重なる周方向に延びた各円弧長の中心点を繋いで形成された曲線を周方向中心曲線と定義し、前記交点と前記翼の前記周方向中心曲線の前記ボス側の端点とを結んだ直線と、前記交点と前記周方向中心曲線の任意の点とを結んだ直線とが成す角度を前記翼の回転方向を正とする前進角 0とし、この前進角 0の半径方向単位長さあたりの変化率を前進率と定義した場合、前記翼は、半径方向に前記前進率が正の値を持つ前記ボス側の前進翼部及び負の値を持つ前記翼の外周側の後退翼部を備え、前記翼の前記円弧長は、前記ボス側から前記外周側に向かうに従つて長くなることを特徴とする送風機。

8 . 前記翼の周囲を囲ったケースと、気体を前記ケースに案内するように筒状に絞られたベルマウスとを備え、前記ベルマウスの内径が前記翼の外径より小さいことを特徴とする請求項 7に記載の送風機。

9 . 前記前進翼部と前記後退翼部との境目となる境界部と、前記ベルマウスの内径とがほぼ一致していることを特徴とする請求項 8に記載の送風機。

1 0 . 前記前進翼部と前記後退翼部との境目となる境界部が、前記ベルマウスの内径より外周側に位置することを特徴とする請求項 8に記載の送風機。

1 1 . 前記ベルマウスの内径に対して前記境界部の径の比率が 8 0 %から 1 3 0 %までの範囲であることを特徴とする請求項 8に記載の送風機。

1 2 . 前記比率が 1 0 0 %から 1 1 0 %までの範囲であることを特徴とする請求項 1 1に記載の送風機。

1 3 . 前記ベルマウスの拡径側端部かち縮径側端部に至る絞り部内面は、前記羽根車の回転中心軸からの距離が周方向に不均一な曲面形状であることを特徴とする請求項 7に記載の送風機。

1 4 . 前記翼の前記ボスと接する部分における回転中心軸方向高さの中心点を前記翼の外周部まで前記回転中心軸に垂直に延長した直線を直線ハと定義し、前記翼の各半径における前記回転中心軸方向高さの中心点を繋いだ線を径方向中心線トと定義し、前記中心点と前記径方向中心線ト上の任意の点とを結んだ直線を直線へと定義すると、前記直線へは直線ハに対して気体の吸込み側に傾いていることを特徴とする請求項 7に記載の送風機。

1 5 . 前記前進翼部の前記周方向中心曲線上では、前記ボス側から前記境界部側に移行するに従って、周方向中心曲線の接線の傾斜角度が気体の吐出側に漸次大きく傾いており、また前記境界部側から外周側に移行するに従って、周方向中心曲線の接線の傾斜角度が気体の吸込み側に漸次大きく傾いていることを特徴とする請求項 7に記載の送風機。 .

1 6 . 前記翼の前記後退翼部は、前進率が一 2 . 0 (° /mm) から一 2 . 9 (° /mm) までの範囲であることを特徴とする請求項 7に記載の送風機。