(57)【要約】【課題】空気流の乱れを抑制して騒音を低減した遠心送風機を得る。【解決手段】遠心ファンを構成するインペラ１２０と、渦巻き型流路部分１３０と、渦巻き型流路部分１３０を圧送された気体を吐出する吐出口１３２とを備え、渦巻き型流路部分１３０は、下流に行くに従って断面積が増加する構造を有し、渦巻き型流路部分１３０と吐出口１３２との間には、渦巻き型流路部分１３０よりも大きな増加率で断面積が増加する拡大流路部分１３６が配置され、吐出口１３２の断面積は、渦巻き型流路部分１３０の下流端１３７における断面積より大きく、渦巻き型流路部分１３０の下流端１３７の上流には、気体の流れる方向が吐出口１３２と同じである途中部分１３８があり、インペラ１２０の回転中心から見た、途中部分１３８と渦巻き型流路部分１３０の下流端１３７との間の開き角が２５°〜４５°である遠心送風機１００。【選択図】図４
2020020340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心ファンを構成するインペラと、
前記インペラを囲む位置に配置され、前記インペラから遠心方向に排出された気体を周方向に沿って圧送する流路と、
前記流路を圧送された前記気体を吐出する吐出口と
を備え、
前記流路は、
下流に行くに従って断面積が増加する渦巻き形状の渦巻き型流路部分と、
前記渦巻き型流路部分と前記吐出口との間にあり、前記渦巻き型流路部分よりも大きな増加率で断面積が増加する拡大流路部分と
を備え、
前記吐出口の断面積は、前記渦巻き型流路部分の下流端における断面積より大きく、
前記渦巻き型流路の前記下流端の上流には、前記気体の流れる方向が前記吐出口と同じである途中部分があり、
前記インペラの回転中心から見た、前記途中部分と前記渦巻き型流路部分の前記下流端との間の開き角が２５°〜４５°である遠心送風機。
【請求項２】
前記渦巻き型流路部分は、インボリュート曲線に従って断面積が増加する請求項１に記載の遠心送風機。
【請求項３】
前記インペラの回転中心から見た、前記途中部分と前記渦巻き型流路部分の最小断面の部分との間の開き角が６０°〜７０°である請求項１または２に記載の遠心送風機。
【請求項４】
前記渦巻き型流路部分の前記インペラと反対側の内壁は、前記途中部分から前記渦巻き型流路部分の前記下流端に向って、前記インペラの回転中心の方向に向って湾曲しており、
前記渦巻き型流路部分の前記下流端から前記拡大流路部分に向かう部分における前記内壁には、前記渦巻き型流路部分から前記拡大流路部分にかけての流路に突出するＲ面が形成されている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の遠心送風機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は遠心送風機に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心送風機は、家電機器、ＯＡ機器、産業用や車両用における送風、換気、冷却等に広く用いられている。遠心送風機は、渦巻き状の通風路を有するケーシングと、このケーシングの内部に配置されたインペラ（羽根車）を有している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７は、特許文献１に記載された、主に自動車用の空気調和装置に用いられる遠心多翼送風機である。ケーシング１４のファン軸方向の一方の側壁には、ケーシング１４の内部へ空気を吸い込むための吸込口１７が設けられ、吸込口１７と対向する他方の側壁にはモータ１２が取り付けられている。ケーシング１４内には、多翼ファン１１の外周に渦巻き状のスクロール室１３が形成されている。スクロール室１３の中心点Ｏには、多翼ファン１１の回転中心（軸心）が配置されている。このスクロール室１３は、多翼ファン１１の外周との隙間つまり通路高さＨが舌部１５を起点にして吐出口１６に向かって徐々に拡大するように渦巻き状に形成されている。特許文献１の遠心送風機は、舌部１５近傍の逆流発生に伴う騒音を低減することを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３６０４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に渦巻き形状を有するケーシングは、所定の吐出口の大きさとなるように、渦巻きの所定の巻き角となる接合箇所から接線方向に延長して吐出口に連通させている。特許文献１の遠心送風機では、巻終点Ｂから吐出側の平面側板２５が吐出口１６に向かって水平状に延在している。吸込口から羽根車に流入した空気は、羽根車の回転により、渦巻き状の通風路１３に沿って旋回しながら、吐出口からケーシング外方に吹き出される。空気流は、渦巻き状の通風路に沿って流れ、巻終点Ｂから直線的な流れに変わって吐出流路を経て吐出口１６に向かう。この際、渦巻き状の通風路１３を流れる旋回流は、接合箇所（巻終点Ｂ）での流路断面積が急に拡大するため、完全には直線的な流れにはならず、ケーシングの舌部側で空気流の流速が早くなり、吐出口１６での圧力分布に偏りが生じ、空気流の乱れが生じる。この結果、騒音が増加する。
【０００６】
本発明は、上記の観点に鑑みて、空気流の乱れを抑制して騒音を低減した遠心送風機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、遠心ファンを構成するインペラと、前記インペラを囲む位置に配置され、前記インペラから遠心方向に排出された気体を周方向に沿って圧送する流路と、前記流路を圧送された前記気体を吐出する吐出口とを備え、前記流路は、下流に行くに従って断面積が増加する渦巻き形状の渦巻き型流路部分と、前記渦巻き型流路部分と前記吐出口との間にあり、前記渦巻き型流路部分よりも大きな増加率で断面積が増加する拡大流路部分とを備え、前記吐出口の断面積は、前記渦巻き型流路部分の下流端における断面積より大きく、前記渦巻き型流路の前記下流端の上流には、前記気体の流れる方向が前記吐出口と同じである途中部分があり、前記インペラの回転中心から見た、前記途中部分と前記渦巻き型流路部分の前記下流端との間の開き角が２５°〜４５°である遠心送風機である。
【０００８】
本発明において、前記渦巻き型流路部分は、インボリュート曲線に従って断面積が増加する構造は好ましい。本発明において、前記インペラの回転中心から見た、前記途中部分と前記渦巻き型流路部分の最小断面の部分との間の開き角が６０°〜７０°である構造は好ましい。
【０００９】
本発明において、前記渦巻き型流路部分の前記インペラと反対側の内壁は、前記途中部分から前記渦巻き型流路部分の前記下流端に向って、前記インペラの回転中心の方向に向って湾曲しており、前記渦巻き型流路部分の前記下流端から前記拡大流路部分に向かう部分における前記内壁には、前記渦巻き型流路部分から前記拡大流路部分にかけての流路に突出するＲ面が形成されている構造は好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、空気流の乱れを抑制して騒音を低減した遠心送風機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態の遠心送風機の斜視図である。
【図２】図１に示す遠心送風機の上面図である。
【図３】図２に示す遠心送風機を側面から見た側面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ箇所で切断した底面図である。
【図５】回転軸を含む面で遠心送風機１００を切断した断面図である。
【図６】第２の実施形態の遠心送風機の断面図である。
【図７】従来の遠心ファン（特許文献１）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
１．第１の実施形態
（１）遠心送風機の構造
図１は、第１の実施形態の遠心送風機１００の斜視図である。図２は、図１に示す遠心送風機１００の断面図である。図３は、図２に示す遠心送風機を側面から見た側面図である。図４は、図３のＡ−Ａの線で切断した断面を軸方向（Ｚ軸負の方向）から見た底面図である。図５は、回転軸を含む面で遠心送風機１００を切断した断面図である。
【００１３】
送風機１００は、樹脂製のケーシング１１０を有している。ケーシング１１０は、上ケーシング１１１と、下ケーシング１１２から構成されている。ケーシング１１０は、渦巻き形状を有し、多数の羽根を備えたインペラ（羽根車に相当）１２０を回転自在な状態で内部に収納している。
【００１４】
ケーシング１１０の内部におけるインペラ１２０の周囲には、渦巻き型流路部分１３０（図４参照）が形成されている。渦巻き型流路部分１３０は、断面積が最小となる部分１３９（舌部１３１の部分）から吐出口１３２に向かって（下流に向って）、旋回しながら断面積が徐々に大きくなる渦巻き形状を有している。渦巻き型流路部分１３０の外周側の壁面は、インボリュート曲線に従っており、渦巻き型流路部分１３０の断面積は下流に行くに従って、このインボリュート曲線に従って増加する。
【００１５】
上ケーシング１１１は、インペラ１２０の軸方向に開口する吸込口１１３を備えている。下ケーシング１１２にはインペラ１２０を回転させるためのモータ１４０（図５参照）が取り付けられている。モータ１４０を回転させることで、インペラ１２０が回転する。インペラ１２０が回転することで吸込口１１３から吸い込まれた気体（空気）がインペラ１２０の内側から遠心方向に吹き出される。この吹き出された空気は、渦巻き型流路部分１３０を最小断面の部分１３９から吐出口１３２に向って渦巻き状の経路に沿って圧送され、拡大流路部分１３６と吐出口流路部分１３３を経て、吐出口１３２から排気される。
【００１６】
（２）インペラの構造
図５に示すように、インペラ１２０は、底面を構成するカップ状のハブ１２２と、ハブ１２２上の外側の環状の部分に軸方向に立てた状態で配置された複数の羽根１２１、複数の羽根１２１のハブ１２２と反対側の端部を連結する環状の連結リング１２３を有している。羽根１２１はすべて同じ形状で、インペラ１２０の回転方向に対して凹んだ前向き羽根形状を有し、周方向に均等に配置されている。   
【００１７】
ハブ１２２は中央には凸形状に盛り上がったボス部１２４が設けられ、ボス部１２４には貫通孔が形成されている。この貫通孔にモータ１４０のシャフト１４１が圧入され、インペラ１２０がシャフト１４１に結合されている。シャフト１４１は、モータ１４０の回転軸であり、インペラ１２０と結合されることで、インペラ１２０の回転軸も兼ねている。ハブ１２２と複数の羽根１２１と連結リング１２３は樹脂で一体成形されて形成されている。
【００１８】
（３）ケーシングの構造  
ケーシング１１０は、上ケーシング１１１と下ケーシング１１２から構成されており、上ケーシング１１１と下ケーシング１１２を結合することで渦巻き状のケーシング１１０が構成されている。上ケーシング１１１の中央には吸込口１１３となる円形の開口が形成されている。また、ケーシング１１０には、渦巻き型流路部分１３０を圧送された気流を外部に吐出する吐出口１３２が設けられている。
【００１９】
図４に示すように、ケーシング１１０の内側における渦巻き型流路部分１３０の下流端（終端部分）１３７は、図４の基準線１３５の位置から角度距離で２５°〜３５°下流側の部分にある。基準線１３５は、吐出口１３２の端部からインペラ１２０の方向に平行移動させてインペラ１２０の回転中心を通る線である。
【００２０】
基準線１３５における流速の方向（旋回流の接線方向）と吐出口１３２の流速の方向は、略一致している。すなわち、基準線１３５の位置は、旋回流の接線方向が吐出口１３２の排気方向と一致する部分として定められる。ここで、渦巻き型流路部分１３０の基準線１３５の部分を途中部分１３８と定義する。渦巻き型流路部分１３０の下流端１３７の位置は、途中部分１３８を基準として、図４の角度位置で捉えて２５°〜３５°下流側の位置となる。
【００２１】
渦巻き型流路部分１３０の下流端１３７から先は、拡大流路部分１３６に繋がっている。拡大流路部分１３６は、下流に行くに従って流路の断面が滑らかに漸次拡大している。拡大流路部分１３６での流路の拡大率（下流に行くに従って断面積が増加する程度）は、渦巻き型流路部分１３０の流路の拡大率よりも大きい。
【００２２】
拡大流路部分１３６は、吐出口流路部分１３３に繋がっている。吐出口流路部分１３３は、吐出口１３２に向って流路の断面積が一定の筒構造を有している。吐出口流路部分１３３は、遠心送風機１００から送風を送り込まれるダクトや機器のへの接続部分となる。
【００２３】
インペラ１２０周囲の空間は途切れることなく環状に繋がっている。そして、渦巻き型流路部分１３０は、流路の最小断面の部分１３９から始まり、図４の視点で右回りに旋回し、基準線１３５の部分（途中部分１３８）を２５°〜３５°超えた部分で終了し、その後は拡大流路部分１３６に繋がっている。
【００２４】
そして、渦巻き型流路部分１３０の最小断面の部分１３９は、基準線１３５から６０°〜７０°下流側の位置にある。この角度は、旋回流の旋回方向（図４の右回りに方向）に沿って計測される。
【００２５】
以上述べたように、遠心送風機１００は、遠心ファンを構成するインペラ１２０と、インペラ１２０の周りを囲む位置に配置され、インペラ１２０から遠心方向に排出された気体（空気）を周方向に沿って圧送する渦巻き型流路部分１３０と、渦巻き型流路部分１３０を圧送された気体（空気）を吐出する吐出口１３２とを備えている。ここで、渦巻き型流路部分１３０は、下流に行くに従って断面積が増加する構造を有している。そして、渦巻き型流路部分１３０と吐出口１３２との間には、渦巻き型流路部分１３０よりも大きな増加率で断面積が増加する拡大流路部分１３６が配置されている。ここで、吐出口１３２の断面積は、渦巻き型流路部分１３０の下流端１３７における断面積より大きく、渦巻き型流路部分１３０の下流端１３７の上流には、気体（空気）の流れる方向が吐出口１３２と同じである途中部分１３８がある。更に、インペラ１２０の回転中心から見た、途中部分１３８と渦巻き型流路部分１３０の下流端１３７との間の開き角が２５°〜３５°である。
【００２６】
遠心送風機１００では、回転中心から見た角度範囲で２５°〜３５°の距離、途中部分１３８から渦巻き型流路部分１３０を延長し、そこから拡大流路部分１３６および吐出口流路部分１３３を介して、吐出口１３２に排気を導いている。渦巻き型流路部分１３０を途中部分１３８から更に２５°〜３５°の範囲で延長させることで、旋回流の状態を極力維持することができ、流路の外側と内側の流速に差が生じることが抑えられ、乱流の発生が抑えられる。
【００２７】
ただし、上記の延長部分の長さが図４の角度範囲で２５°未満となると、延長部分を設けた効果が薄れ、乱流の発生が顕在化する。
【００２８】
また、遠心送風機１００では、インペラ１２０の回転中心から見た、途中部分１３８と渦巻き型流路部分１３０の最小断面の部分１３９との間の開き角が６０°〜７０°である。図４の符号１５０は、渦巻き型流路部分１３０の最小断面の部分１３９の角度位置を示す線である。この開き角が６０°を下回ると、拡大流路部分１３６の断面積が確保できず、当該流路での空気抵抗が増加するので、騒音が増大し、また遠心送風機１００の排気効率が低下する。
【００２９】
また、この開き角が７０°を上回ると、最小断面の部分１３９と渦巻き型流路部分１３０の下流端１３７との間の周方向における距離が長くなり、その分、渦巻き型流路部分１３０の流路長が短くなる。インペラ１２０からは、遠心方向に均等に排気がされるので、インペラ１２０の周囲における渦巻き型流路部分１３０が存在していない部分では、インペラ１２０からの排気が効果的に旋回流の形成に寄与しない。この旋回流の形成に寄与しない、言い換えると旋回流として回収されない空気の流れは、乱流発生の要因となり、騒音の誘発、更には遠心送風機１００の排気効率の低下の要因となる。以上の理由により、途中部分１３８と渦巻き型流路部分１３０の最小断面の部分１３９との間の開き角は７０°以下が好ましい。
【００３０】
２．第２の実施形態
図６には、第２の実施形態である遠心送風機２００が示されている。図６は、図４と同様の視点で作成されている。遠心送風機２００は、ケーシング２０１を備えている。ケーシング２０１は、第１の実施形態の遠心送風機１００と同様に、上ケーシングと下ケーシングから構成されており、上ケーシングと下ケーシングを結合することで渦巻き状のケーシング２０１が構成されている。ケーシング２０１の概略の外観は、図１，図２、図３に示すものと大凡同じであり、また回転軸を含む面で切断した断面の概略は図５に示すものと大凡同じである。
【００３１】
ケーシング２０１の内側には、インペラ２１０が回転可能な状態で収納されている。インペラ２１０とそれに関連する構造は、第１の実施形態の遠心送風機１００と同じである。
【００３２】
ケーシング２０１の中央には吸込口となる開口が形成されており、またその内部には、下流に行くに従って断面積が増加する渦巻き型の流路である渦巻き型流路部分２０２が設けられている。渦巻き型流路部分２０２は、第１の実施形態の場合と同様に、インボリュート曲線に従って断面積が増加する渦巻き形状を有し、インペラ２１０を囲む位置に配置されている。
【００３３】
渦巻き型流路部分２０２の下流端(終端)２０７は、渦巻き型流路部分２０２よりも大きな増加率で断面積が増加する拡大流路部分２０３に繋がっている。拡大流路部分２０３の終端には、吹き出し口となる吐出口２０４が形成されている。
【００３４】
基準線２０５における流速の方向（旋回流の接線方向）と吐出口２０４の流速の方向は、略一致している。基準線２０５の位置は、旋回流の接線方向が吐出口２０４の排気方向と一致する部分として定められる。ここで、渦巻き型流路部分２０２の基準線２０５の部分を途中部分２０８と定義する。渦巻き型流路部分２０２の下流端２０７の位置は、途中部分２０８を基準として、図６の角度位置で捉えて２５°〜４５°下流側の位置となる。なお、途中部分２０８（基準線２０５）は、第１の実施形態の遠心送風機１００における基準線１３５に相当する。
【００３５】
渦巻き型流路部分２０２のインペラ２１０から遠い側の内壁（インペラ２１０の回転中心の側を向いた内壁）２０２ａは、途中部分２０８から下流側に連続しており、その部分は、インペラ２１０の回転中心の側に湾曲している。渦巻き型流路部分２０２の下流端２０７は、拡大流路部分２０３につながっている。この部分において、拡大流路部分２０３のインペラ２１０から遠い側の内壁（符号２０２ａの下流側の部分）は、流路の側に突出したなだらかな曲面であるＲ面２１１に成形されている。
【００３６】
遠心送風機２００では、拡大流路部分２０３の下流端が吐出口２０４となっている。吐出口２０４付近の外壁は、図１の符号１３２付近のような空間を囲む壁面が平行な筒型の形状でない。この形状は、ダクトへの接続に適さないので、拡大流路部分２０３の外側には、ダクト接続部を構成する側壁２０９が設けられている。ダクト接続部を構成する側壁２０９の外側側壁は、吐出口２０４から流れ出る気流の流れと平行であり、吐出口２０４の付近の外観形状は、図１の符号１３２付近と同様な４面の壁面が平行な四角い筒状の形状とされている。この部分を用いて遠心送風機２００は図示しないダクトに固定される。
【００３７】
遠心送風機２００は、図４の構造に比較して、吐出口２０４に向かう部分において、圧力が穏やかに増加して空気流が整流される。これは、渦巻き型流路部分２０２の下流端の位置が図４の構造に比較してより下流の側に延長され、更に拡大流路部分２０３の長さを図４の構造に比較して長くできるので、空気流の流速の偏りが抑制されるためである。また、流速の偏りが抑制されることで、死水域が生成され難くなる。こうして、流れの乱れや死水域の生成が抑えられることで、騒音が低減される。
【００３８】
また、渦巻き型流路部分２０２と拡大流路部分２０３の間の境界部分に形成され、流路の方向に突出するＲ面２１１が設けられることで、渦巻き型流路２０２から拡大流路部分２０３への流れにおける渦や乱流の発生が抑制される。このことも騒音の発生の抑制に寄与する。
【００３９】
途中部分２０８を基準とした渦巻き型流路部分２０２の下流端２０７の角度位置が２５°未満となると、渦巻き型流路部分２０２の有効長が短くなり、インペラ２１０から排気される空気を旋回流として回収する渦巻き型流路部分２０２の機能が低下する。このため、効率的な空気の流れが形成されず、空気の流れの乱れに起因する騒音が増加し、また遠心送風機としての効率の低下が顕著になる。
【００４０】
また、上記の角度位置が４５°を超えると、拡大流路部分２０３の流路長を確保できず、また渦巻き型流路部分２０２から拡大流路部分２０３にかけての流路の向きの変更が急激となり、その部分での渦や乱流の発生が顕在化する。そのため、途中部分２０８を基準とした渦巻き型流路部分２０２の下流端２０７の角度位置は、２５°〜４５°の範囲から選択するのが適切である。
【００４１】
渦巻き型流路部分２０２のインペラ２１０と反対側の内壁２０２ａは、途中部分２０８から渦巻き型流路部分２０２の下流端２０７に向って、インペラ２１０の回転中心の方向に向って湾曲している。そして、渦巻き型流路部分２０２の下流端２０７から拡大流路部分２０３に向かう部分における内壁（符号２０２ａの壁面の下流側）には、渦巻き型流路部分２０２から拡大流路部分２０３にかけての流路の方向に突出するＲ面２１１が形成されている。
【００４２】
インペラ２１０から吹出される排気を効率よく回収するために、渦巻き型流路部分２０２の延長距離を確保した結果、内壁２０２ａは、渦巻き型流路部分２０２の下流端２０７に向って、インペラ２１０の回転中心の方向に向って湾曲せざるを得ない。ここで、Ｒ面２１１を設けることで、渦巻き型流路部分２０２の下流端２０７から拡大流路部分２０３へと至る流路における流れの乱れが抑えられる。
【符号の説明】
【００４３】
１００…遠心送風機、１１０…ケーシング、１１２…下ケーシング、１１３…吸込口、１２０…インペラ、１２１…羽根、１２２…ハブ、１２３…連結リング、１２４…ボス部、１３０…渦巻き型流路部分、１３１…舌部、１３２…吐出口、１３３…吐出口流路部分、１３５…基準線、１３６…拡大流路部分、１３７…渦巻き型流路部分の下流端、１３８…途中部分、１３９…最小断面の部分、１４０…モータ、１４１…シャフト、２００…遠心送風機、２０１…ケーシング、２０２…渦巻き型流路部分、２０２ａ…内壁、２０３…拡大流路部分、２０４…突出口、２０７…渦巻き型流路部分の下流端、２０８…途中部分、２０９…ダクト接続部を構成する側壁、２１０…インペラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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