(57)【要約】【課題】空気流れにより引き起こされる騒音を低減させつつ送風機効率を向上させた遠心式送風機を提供する。【解決手段】ケーシング３のスクロール内壁面３ａが径方向外側に凸に形成された径方向断面を有しており、該径方向断面においてスクロール半径Ｒが最大となる内壁面３ａの点であるスクロール半径最大点３ｂが、巻き角θがノーズ部１０を起点として大きくなるにつれて、軸方向Ｙに吸入口９ａと反対側６ｂへ次第に移動することを特徴とする遠心式送風機１００、２００、３００。【選択図】図１
2010025030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の翼（６）が周方向に一定の間隔で配置された翼車（２）と、
該翼車（２）の周囲に渦巻状の通風路（Ｓ）を形成して、前記翼車（２）の軸方向（Ｙ）における一方側に空気吸入口（９ａ）が設けられたスクロールケーシング（３）と、
前記翼車（２）の軸方向（Ｙ）において前記吸入口（９ａ）と反対側に配置されて前記翼車（２）に接続されるモータ（４）と、を備えた遠心式送風機（１００、２００、３００）であって、
前記ケーシング（３）のスクロール内壁面（３ａ）が径方向外側に凸に形成された径方向断面を有しており、該径方向断面においてスクロール半径（Ｒ）が最大となる前記内壁面（３ａ）の点であるスクロール半径最大点（３ｂ）が、前記巻き角（θ）が前記ノーズ部（１０）を起点として大きくなるにつれて、前記軸方向（Ｙ）に前記吸入口（９ａ）と反対側（６ｂ）へ次第に移動することを特徴とする遠心式送風機（１００、２００、３００）。
【請求項２】
前記内壁面（３ａ）の前記径方向断面において、前記スクロール半径最大点（３ｂ）付近が曲線で形成されており、前記巻き角（θ）が前記ノーズ部（１０）を起点として大きくなるにつれて、前記曲線の曲率が次第に大きくなることを特徴とする請求項１に記載の遠心式送風機（１００）。
【請求項３】
前記内壁面（３ａ）の前記径方向断面において、前記スクロール半径最大点（３ｂ）付近が前記軸方向（Ｙ）に平行な直線（３ｈ）で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の遠心式送風機（２００）。
【請求項４】
前記巻き角（θ）が前記ノーズ部（１０）を起点として大きくなるにつれて、前記直線の長さ（Ｍ）が次第に短くなることを特徴とする請求項３に記載の遠心式送風機（２００）。
【請求項５】
前記内壁面（３ａ）の前記径方向断面において、前記スクロール半径最大点（３ｂ）が二つの直線（３ｉ、３ｊ）の交点で形成されており、該二つの直線（３ｉ、３ｊ）により形成される通風路（Ｓ）側の角度（β）が鈍角を形成しており、前記巻き角（θ）が前記ノーズ部（１０）を起点として大きくなるにつれて、前記通風路（Ｓ）側の角度（β）が次第に小さくなることを特徴とする請求項１に記載の遠心式送風機（３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロールケーシングを備えた遠心式送風機に関し、例えば自動車用空気調和装置に用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
空調装置などに用いられる遠心式送風機は、例えば特許文献１、２に示されるように、多数の翼が周方向に一定の間隔で配置された翼車と、該翼車の周囲に渦巻状の通風路を形成して、前記翼車の軸方向における一方側に空気吸入口が設けられたスクロールケーシング（以下、「ケーシング」と言う）と、前記翼車の軸方向において前記吸入口と反対側に配置されて前記翼車に接続されるモータと、を備えた構成になっている。この従来の技術は、ケーシングのスクロール内壁面（以下、「内壁面」と言う）の形状を種々に工夫して、翼車から径方向に流出する空気の流れにより引き起こされる騒音を低減させつつ送風機効率を向上させている。
【０００３】
詳細に説明すると、特許文献１においては、遠心式送風機において翼車軸の前方から取入れられ翼の間から径方向に流出する空気の流速は、所定巻き角における通風路断面ならびに翼幅方向の位置に応じて変化するものであるため、ケーシングの内壁面形状を、ノーズ部からの巻き角に応じて空気流速に対応させて適切な形状にすることがファン効率の向上、騒音低減の点から望ましいことが認識されている。
そして、図８に示すように、ケーシングの内壁面の一部が空気取入口側から反空気取入口側へ延びるに従い径方向へ拡大するように翼車の軸方向に対して傾斜する傾斜角αが設定され、かつスクロール巻き角がノーズ部から増大するに従って内壁面の一部の傾斜角αが大きくなるように形成されている。
【０００４】
また、特許文献２においては、ケーシングのノーズ部が、翼出口での風速分布に対応して、風速の大きい空気流が当たる部分では、翼車との間に設定される半径方向の距離が大きくなり、風速の小さい空気流が当たる部分では、前記距離が小さくなる様に形成されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、翼車から径方向に流出する空気の流れを火花追跡法による可視化実験により測定している。この測定方法は、簡易的であり、結果的に空気流速の測定値が不正確なものとなっていた。このような状況の下で、本願発明者は、最新式の測定方法であるレーザードップラー流速計を用いて空気流速を計測しこれを解析した。その結果、「翼車から径方向に流出する空気の流れが、ケーシングの巻き角ならびに翼幅方向の位置に応じて変化する」という論理に従ってケーシングの内壁面が現実に形成されていないことが判明した。また、特許文献２においては、ケーシングのノーズ部のみに注目しており、ケーシングの他の部位の空気流への対処には言及されていない。このため、翼車から径方向に流出する空気の流れを正確に測定し、この空気の流れに適応したケーシングの内壁面を形成することにより、空気流れにより引き起こされる騒音を低減させつつ送風機効率を一層向上させることが望まれることとなる。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−３０６６９９号公報
【特許文献２】特開平７−２２４７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、空気流れにより引き起こされる騒音を低減させつつ送風機効率を向上させた遠心式送風機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１形態によれば、遠心式送風機（１００、２００、３００）は、前記ケーシング（３）のスクロール内壁面（３ａ）が径方向外側に凸に形成された径方向断面を有しており、該径方向断面においてスクロール半径（Ｒ）が最大となる前記内壁面（３ａ）の点であるスクロール半径最大点（３ｂ）が、前記巻き角（θ）が前記ノーズ部（１０）を起点として大きくなるにつれて、前記軸方向（Ｙ）に前記吸入口（９ａ）と反対側（６ｂ）へ次第に移動することを特徴とする。
【０００９】
これにより、翼出口（６ａ）での風速の大きい部位と内壁面（３ａ）との間の距離（Ｌ）を十分に確保できる。このため、風速の大きい空気流れがケーシング内壁面に直接衝突することが無くなり、空気の乱れの発生を防止することができる。さらに、翼出口（６ａ）での風速の小さい部位と内壁面（３ａ）との間の距離は短く形成される。以上の結果、通風路（Ｓ）の径方向断面を、空気流れに対して有効に利用できることとなる。すなわち、空気流れに関する反射流や上昇流を極力抑止することが可能となる。これにより、騒音を低減させつつ送風機効率を向上させることが可能となる。
【００１０】
本発明の第２形態によれば、遠心式送風機（１００）は、前記内壁面（３ａ）の前記径方向断面において、前記スクロール半径最大点（３ｂ）付近が曲線で形成されており、前記巻き角（θ）が前記ノーズ部（１０）を起点として大きくなるにつれて、前記曲線の曲率が次第に大きくなることを特徴とする。
本発明の第１形態のより詳細な形態を表したものである。
【００１１】
本発明の第３形態によれば、遠心式送風機（２００）は、前記内壁面（３ａ）の前記径方向断面において、前記スクロール半径最大点（３ｂ）付近が前記軸方向（Ｙ）に平行な直線（３ｈ）で形成されていることを特徴とする。
本発明の第１形態のより詳細な形態を表したものである。
【００１２】
本発明の第４形態によれば、遠心式送風機（２００）は、前記巻き角（θ）が前記ノーズ部（１０）を起点として大きくなるにつれて、前記直線の長さ（Ｍ）が次第に短くなることを特徴とする。
本発明の第３形態のより詳細な形態を表したものである。
【００１３】
本発明の第５形態によれば、遠心式送風機（３００）は、前記内壁面（３ａ）の前記径方向断面において、前記スクロール半径最大点（３ｂ）が二つの直線（３ｉ、３ｊ）の交点で形成されており、該二つの直線（３ｉ、３ｊ）により形成される通風路（Ｓ）側の角度（β）が鈍角を形成しており、前記巻き角（θ）が前記ノーズ部（１０）を起点として大きくなるにつれて、前記通風路（Ｓ）側の角度（β）が次第に小さくなることを特徴とする。
本発明の第１形態のより詳細な形態を表したものである。
【００１４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１実施形態）
次に、本発明の第１実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１は第１実施形態の遠心式送風機のケーシングの断面図（図３のＡ−Ａ断面図）であり、図２は図１の遠心式送風機の斜視図であり、図３は図１の遠心式送風機のケーシングの模式的正面図である。なお、図１と図４（ｃ）とは同一断面図である。第１実施形態の遠心式送風機１００は、図１および図２に示すように、翼車２、ケーシング３、およびモータ４より成る。
【００１６】
翼車２は、モータ４の回転力が伝達される底プレート５、この底プレート５に固定された多数の翼６、および各翼６を保持する環状の保持リング７より構成されている。翼車２は、汎用樹脂、例えばポリプロピレン（ＰＰ）から作られる。底プレート５は、中央部に設けられたボス部５ａにモータ４の回転軸４ａが嵌め合わされて、ナット８の締め付けによって回転軸４ａに固定されている。この底プレート５は、モータ４の送風機からの飛び出しを少なくするために、ボス部５ａを有する中央部の方が外周部より内側へ窪んだ形状に設けられている。翼６は、断面が円弧形状（図２参照）であり、底プレート５の外周端部に一定のピッチで環状に配置されている。保持リング７は、各翼６の上端部（底プレート５と反対側）を連結して、各翼６を等間隔に保持する。
【００１７】
ケーシング３は、翼車２の周囲に渦巻状の通風路Ｓを形成するもので、上側に空気の吸入口を成すベルマウス９が形成されている。このケーシング３は、図３に示すように、通風路Ｓの渦巻き部分が、通風路Ｓの起点となるノーズ部１０の一点を巻き始めとして、そのノーズ部１０の一点より、一定の拡がり角で形成されたスクロール曲線で構成されている。ケーシング３は、汎用樹脂、例えばポリプロピレン（ＰＰ）から作られ、翼車との組立てを考慮して上下二分割の形式をとることが多い（特許文献１、２参照）。
【００１８】
モータ４は、ケーシング３のベルマウス９と反対側に配置されて、回転軸４ａに嵌め合わされた底プレート５に回転力を伝達して翼車２を回転させる。
【００１９】
次に、ケーシング３の内壁面３ａの形状について図４を参照しながら説明する。一般に、翼車２の回転によって生じる空気流の翼出口６ａにおける風速分布は、翼車２の軸方向（図１、図４の上下方向）において、ベルマウス９より吸い込まれた空気が滑らかに流れる翼出口６ａの中央部で最も大きくなり、空気の流れ方向が大きく変化する翼出口６ａの上部側、および底プレート５に沿って流れるために抵抗が大きくなる翼出口６ａの下部側では風速が小さくなると考えられていた（特許文献２）。
【００２０】
しかし、最新の計測方法により、上記推定の一部が誤っていることが分かった。図４（ａ）〜（ｄ）は、第１実施形態のケーシングの巻き角θを変化させたときの径方向断面、および各断面における空気流の翼６出口における風速分布（実測結果）を示している。翼６出口における風速のベクトルは、矢印で示されている。図４（ａ）は、巻き角θ＝３０°における径方向断面（図３参照）を示しており、図４（ｂ）はθ＝１２０°、図４（ｃ）はθ＝２１０°、図４（ｄ）はθ＝３００°における径方向断面を示している。図４（ａ）〜（ｄ）における風速分布結果は、レーザードップラー流速計を用いて計測したものである。
【００２１】
図４（ａ）に基づいて、ノーズ部１０に近い通風路断面における翼出口６ａの風速分布に関して考察すると、大きい風速ベクトルは、ケーシング内壁面３ａにおいて底プレート５を基準にしてかなり高い位置へ向かう方向性を有している。図４（ｂ）〜（ｄ）へと巻き角θが周方向に移動するにつれて、大きい風速ベクトルは、ケーシング内壁面３ａにおいて底プレート５を基準にして低い位置へ向かう方向性を有するようになる。すなわち、下方へ片寄る風速分布になる。
【００２２】
図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、ケーシング内壁面３ａは、径方向の各断面において上記風速分布に追従した形状になっている。すなわち、内壁面は径方向（図３の矢印Ｒ方向）に外側に凸に形成された断面を有しており、翼出口６ａにおける風速の大きい空気流れベクトルがケーシング内壁面３ａと交わる位置３ｂと、翼出口６ａとの距離を極力長く確保している。位置３ｂにおけるスクロール半径Ｒは、径方向断面内で最大値Ｒmax となっている。なお、スクロール半径Ｒとは、図３に示すように、スクロールケーシング３の中心点Ｏと内壁面３ａとの距離を言う。そして、内壁面３ａの上記位置３ｂをスクロール半径最大点と言う。
【００２３】
以上により、翼出口６ａにおける風速の大きい空気流れが直接的にケーシング内壁面３ａに衝突することを抑制することが可能となる。風速の大きい空気流れが直接的にケーシング内壁面３ａに衝突すると、騒音および空気の乱れが発生し送風機効率が低下する。
【００２４】
また、翼出口６ａにおける風速の小さい空気流れベクトルがケーシング内壁面３ａに交わる位置と、翼出口６ａとの距離を短く設定している。図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、内壁面のスクロール半径最大点３ｂが、巻き角θがノーズ部１０を起点として大きくなるにつれて、軸方向に吸入口９ａと反対側６ｂへ次第に移動することとなる。すなわち、巻き角θがノーズ部１０を起点として大きくなるにつれて、翼車の最低基準線６ｃとスクロール半径最大点３ｂとの間の距離Ｈが、次第に小さくなる。
【００２５】
さらに、内壁面３ａにおいて、スクロール半径最大点３ｂ付近が、径方向（図３の矢印Ｒ方向）に外側に凸に形成された曲線で形成されており、巻き角θがノーズ部を起点として大きくなるにつれて、前記曲線の曲率が次第に大きくなっている。翼出口６ａとスクロール半径最大点３ｂとの距離Ｌも、巻き角θがノーズ部を起点として大きくなるにつれて、次第に大きくなっている。そして、通風路Ｓの径方向断面の翼車最低基準線６ｃより下に位置する断面積部も次第に大きくなっている。
【００２６】
ケーシング内壁面３ａを径方向の各断面において上記風速分布に追従した形状にしたことにより、広い作動範囲で低騒音状態が確保でき送風機効率が向上する。これは、ケーシングの通風路内において、空気流れが引き起こす反射流や上昇流が低減されるからである（反射流および上昇流に関しては、特許文献１参照のこと）。
【００２７】
この結果を図５に示す。図５は、本発明および従来の遠心式送風機の比騒音および送風機効率の比較性能図である。図５において、黒丸ポイント付きの曲線は本発明の送風機の性能を表すものであり、四角ポイント付きの曲線は従来例の送風機の性能を表すものである。従来例は、特許文献１に記載の送風機である。図５の上側に流量係数φに対する送風機効率ηを表し、図５の下側に流量係数φに対する比騒音Ｋｓを表す。流量が大きくなるにつれて送風機効率が約２％向上し、騒音が約２ｄＢ低下することが分かる。
【００２８】
第１実施形態のケーシングにより、翼出口６ａでの風速の大きい部位と内壁面３ａとの間の距離Ｌを十分に確保できる。このため、風速の大きい空気流れがケーシング内壁面に直接衝突することが無くなり、空気の乱れの発生を防止することができる。さらに、翼出口６ａでの風速の小さい部位と内壁面３ａとの間の距離は短く形成される。その結果、通風路Ｓの径方向断面を、空気流れに対して有効に利用できることとなる。すなわち、空気流れに関する反射流や上昇流を極力抑止することが可能となる。これにより、騒音を低減させつつ送風機効率を向上させることが可能となる。
【００２９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の遠心式送風機２００について図６を参照しながら説明する。第１実施形態の遠心式送風機の部材と同一機能を持つ部材は、同一番号を付してその説明を省略する。図６は、巻き角θ＝２１０°における第２実施形態のケーシング３の径方向断面を示している。図６に示すように、内壁面の径方向断面において、内壁面３は、スクロール半径最大点３ｂ付近が翼車の軸方向Ｙ（図１参照）に平行な直線３ｈで形成されている。直線３ｈは、長さＭを有する。この直線３ｈの中央部が、スクロール半径最大点３ｂとなる。
【００３０】
そして、第１実施形態と同様に、巻き角θがノーズ部１０を起点として大きくなるにつれて、スクロール半径最大点３ｂが軸方向に吸入口９ａと反対側６ｂへ次第に移動する。すなわち、翼車の最低基準線６ｃと内壁位置３ｂとの間の距離Ｈが、次第に小さくなる。さらに、巻き角θがノーズ部を起点として大きくなるにつれて、直線３ｈの長さＭが次第に短くなる。
【００３１】
第２実施形態の作用効果は、第１実施形態の作用効果と同じであるのでその説明を省略する。
【００３２】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態の遠心式送風機３００について図７を参照しながら説明する。第１実施形態の遠心式送風機の部材と同一機能を持つ部材は、同一番号を付してその説明を省略する。図７は、巻き角θ＝２１０°における第３実施形態のケーシング３の径方向断面を示している。図７に示すように、内壁面の径方向断面において、スクロール半径最大点３ｂは、二つの直線３ｉ、３ｊの交点で形成されている。二つの直線３ｉ、３ｊにより形成される通風路Ｓ側の角度βは、鈍角を形成している。そして、ケーシング３は、巻き角θがノーズ部１０を起点として大きくなるにつれて、前記通風路側の角度βが次第に小さくなるように形成されている。
【００３３】
第３実施形態の作用効果は、第１および第２実施形態の作用効果と同じであるのでその説明を省略する。
【００３４】
以上のように、空気流れにより引き起こされる騒音を低減させつつ送風機効率を向上させた遠心式送風機を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態の遠心式送風機の径方向断面図である。
【図２】図１の遠心式送風機の斜視図である。
【図３】図１の遠心式送風機のスクロールケーシングの模式的正面図である。
【図４】図１の遠心式送風機の各巻き角における径方向断面図である。
【図５】本発明および従来の遠心式送風機の比騒音および送風機効率の比較性能図である。
【図６】本発明の第２実施形態の遠心式送風機の径方向断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態の遠心式送風機の径方向断面図である。
【図８】従来の遠心式送風機の径方向断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
２    翼車
３    スクロールケーシング
４    モーター
５    底プレート
６    翼
７    保持リング
８    ナット
９    ベルマウス
１０    ノーズ部
【図１】
2010025030.tif 000003
【図２】
2010025030.tif 000004
【図３】
2010025030.tif 000005
【図４】
2010025030.tif 000006
【図５】
2010025030.tif 000007
【図６】
2010025030.tif 000008
【図７】
2010025030.tif 000009
【図８】
2010025030.tif 000010