(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のブレードが周方向に一定の間隔で配置され、吸引した空気を径方向外方へ吹き出す遠心式羽根車と、
この遠心式羽根車の周囲にノーズ部を起点として渦巻状通風路が形成され、前記遠心式羽根車の軸心方向の一端に吸込口を形成するベルマウスが設けられた渦巻状のケーシングとを備え、
前記遠心式羽根車は、前記多数のブレードの上端面の吹出側に設けた円環状のシュラウドを有し、
前記シュラウドは、軸心方向から径方向外方に徐々に方向転換しつつ吸込空気流の流れに沿った略円弧状の断面形状を有し、
前記ベルマウスは、前記シュラウドの上端部に対向するように外方に突出形成された円環状の突条部、およびこの突条部の内面と前記シュラウドの上端部との間に形成された円筒状の微小隙間を有する遠心式送風機であって、
前記吸込口の内径をＤｉ、
前記ブレードの吸込側端部の内径をＤ１、
前記ブレードの吹出側端部の外径をＤ２としたとき、
前記ベルマウスは、
前記ノーズ部を起点として前記遠心式羽根車の回転方向に−６０°から＋６０°までの逆流現象の生じ易い領域が、Ｄｉ≦Ｄ１、
前記ノーズ部を起点として前記遠心式羽根車の回転方向に＋１２０°から＋２７０°までの逆流現象の生じ難い領域が、Ｄ１≦Ｄｉ≦Ｄ２
の関係を満足し、
前記ベルマウスの逆流現象の生じ易い領域の内面には、前記遠心式羽根車の多数のブレード側に向かって突き出した多数の固定翼が設けられたことを特徴とする遠心式送風機。
【請求項２】
請求項１に記載の遠心式送風機において、
前記ベルマウスは、前記ノーズ部を起点として前記遠心式羽根車の回転方向に−６０°から＋６０°までの逆流現象の生じ易い領域の法面の高さを、前記ノーズ部を起点として前記遠心式羽根車の回転方向に＋１２０°から＋２７０°までの逆流現象の生じ難い領域の法面の高さよりも高くしたことを特徴とする遠心式送風機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば空気調和装置用送風機として使用される遠心式送風機に関するもので、特にノーズ部付近で生じる逆流現象を押さえ込むことが可能な遠心式多翼送風機に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば空気調和装置用送風機として使用される遠心式送風機は、スクロールケーシングの吸込口を形成するベルマウスの形状が、遠心式羽根車の回転軸上に中心を持つ真円とされており、そのベルマウスの法面の高さも全周に亘って均一とされていた。
【０００３】
ところが、上記の構造の遠心式送風機においては、スクロールケーシング外部から吸込口を通って遠心式羽根車の内部に吸い込まれた後に多数のブレードの回転により遠心式羽根車の径方向外方の渦巻状通風路内に吹き出される吸込空気流に対して逆方向に流れる逆流現象がスクロールケーシングのノーズ部付近で生じていることが知られている。このような逆流現象が生じ易い領域では、吸込空気流と逆流との衝突が生じ、それに起因して送風騒音の発生や送風特性の低下を招くという不具合が生じる。
【０００４】
上記のような不具合を解消する目的で、実開昭５６−１７１６９９号公報においては、ノーズ部から逆回転方向へ９０°の範囲内に弓形状の遮蔽板を形成することにより、ブレードから吸込口側に吹き返す逆流現象を遮蔽板により押さえ込むようにした遠心式送風機（第１従来例）が提案されている。
【０００５】
また、実開昭６３−１２８２９７号公報においては、スクロールケーシングに形成される真円形状の吸込口の中心をスクロールケーシングのノーズ部と遠心式羽根車の回転中心を結ぶ線上において反ノーズ部側に所定の偏心量だけ偏心させるようにしてノーズ部での高周波音の発生を抑制した遠心式送風機（第２従来例）が提案されている。
【０００６】
そして、特開平５−１４９２９７号公報においては、ベルマウスの中心および吸込面積を変更することなく、逆流現象の生じ難い領域ではベルマウスの半径を徐々に増大させ、逆流現象の生じ易い領域ではベルマウスの半径を徐々に減少させるようにしたり、逆流現象の生じ難い領域ではベルマウスの高さを徐々に減少させ、逆流現象の生じ易い領域ではベルマウスの高さを徐々に増大させるようにしたりして、逆流と吸込空気流との衝突に起因して生じていた送風騒音を低減し、送風特性も向上するようにした遠心式送風機（第３従来例）が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、第１従来例の遠心式送風機および第２従来例の遠心式送風機においては、弓形状の遮蔽板や吸込口の中心が偏心したベルマウスが吸込口の吸込面積を大きく縮小化させるため、送風性能から見ると、逆流が発生する場合は有効であるが、通常送風状態では逆に送風全圧、送風量を低下させると共に、遮蔽板の存在により吸込部分の流速を早めるため、騒音も増大させてしまうという問題が生じている。また、第３従来例の遠心式送風機においては、逆流現象の生じ難い領域の吸込口の内径やベルマウスの高さも徐々に増減することにより、却って逆流現象の生じ難い領域の送風特性を低下させるという問題が生じている。
【０００８】
【発明の目的】
この発明は、吸込空気流と逆流との衝突を効果的に防止してそれに起因する送風騒音の発生を抑制し、且つ通常送風状態への悪さを最小限に押さえ込むことを目的とする。また、逆流現象の生じ難い領域の送風特性を低下させることなく、逆流現象の生じ易い領域の送風特性の向上および送風騒音の低減を図ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、ブレードからスクロールケーシングの吸込口側に吹き返す逆流現象がブレード上面からの吹き出しであり、且つ通常の送風状態でその部分は殆ど風を吸い込まない部分である点に着目し、ノーズ部を起点として遠心式羽根車の回転方向に対して−６０°から＋６０°までの逆流現象の生じ易い領域内のブレードの上面全体をベルマウスにて覆い、ノーズ部を起点として遠心式羽根車の回転方向に対して＋１２０°から＋２７０°までの逆流現象の生じ難い領域領域内のブレードの上面を部分的に覆うことにより、逆流現象の生じ易い領域における逆流の発生を押さえ込むことができる。それによって、吸込空気流と逆流との衝突を効果的に防止することにより、逆流現象の生じ難い領域の送風特性を低下させることなく、騒音発生を低減し、且つ送風特性を向上することができる。また、通常送風状態への悪さを最小限に抑えることができるという効果が得られる。また、ベルマウスの円環状の突条部の内面と遠心式羽根車の円環状のシュラウドの上端部との間に微小隙間を形成することにより、ベルマウスとシュラウドとの間を通って渦巻状通風路から吸込口側へ向かう逆流を発生し難くして、送風効率の向上および送風騒音の低減を図ることができるという効果が得られる。
また、ノーズ部を起点として遠心式羽根車の回転方向に対して−６０°から＋６０°までの逆流現象の生じ易い領域のベルマウスの内面に多数の固定翼を設けることにより、多数の固定翼とブレードの上面とで囲まれた空間内に小型、且つ安定した渦が強制的に発生する。それによって、ブレードの上面側の圧力が上昇して、逆流が生じ難くなるという効果が得られる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、ノーズ部を起点として遠心式羽根車の回転方向に−６０°から＋６０°までの逆流現象の生じ易い法面の高さを、ノーズ部を起点として遠心式羽根車の回転方向に＋１２０°から＋２７０°までの逆流現象の生じ難い領域の法面の高さよりも高くすることにより、逆流の生じ易い領域へ流入する空気の流れが整流され、ブレードの入口角と空気の流入角とが一致する。それによって、送風特性を改善でき、且つ送風騒音を低減できるという効果が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
〔第１実施例の構成〕
図１ないし図４はこの発明の遠心式送風機を車両用空気調和装置に使用される遠心式多翼送風機に適用した第１実施例を示したもので、図１および図２はその遠心式多翼送風機の全体構造を示した図である。
【００１４】
遠心式多翼送風機１は、車両用空気調和装置の送風ダクトの上流側に一体的に設けられ、駆動手段としての電動モータ２、この電動モータ２に回転駆動される遠心式羽根車３、および遠心式羽根車３を収容するスクロールケーシング４等から構成されている。
【００１５】
電動モータ２は、下端部がスクロールケーシング４より外部に突出した状態でスクロールケーシング４に固定されている。この電動モータ２の上端面からは、遠心式羽根車３に固定される回転軸５が突出している。
【００１６】
遠心式羽根車３は、樹脂の一体成形品よりなる翼車であって、底プレート６、多数のブレード７およびシュラウド８等より構成されている。底プレート６は、スクロールケーシング４からの電動モータ２の飛び出しを少なくするため中央部が内側へ窪んだ略円錐形状をしており、その中央部に電動モータ２の回転軸５が嵌合し、一体に噛合されるボス部９を備える。
【００１７】
多数のブレード７は、断面形状が円弧形状の動翼（回転翼）であって、底プレート６の円環形状の平板部上で電動モータ２の回転軸５と平行を成して、周方向に一定のピッチで配置されている。これらのブレード７は、内周側の吸込側端面（吸込側端部）１１より空気を吸い込んで、外周側の吹出側端面（吹出側端部）１２より径方向外方へ向かって空気を吹き出す。
【００１８】
シュラウド８は、円環状に設けられ、軸心方向から径方向外方に徐々に方向転換しつつ吸込空気の流れに沿った略円弧形状の断面を有している。このシュラウド８は、各ブレード７の上端部を連結して各ブレード７を等間隔に保持すると共に、底プレート６との間に各ブレード７の吸込側端面１１から吹出側端面１２へ向かって略円弧形状に流れる吸込空気流の通風路を形成する。シュラウド８の内周側には、各ブレード７の上面より上方に突出した円筒状の突出部１３が設けられている。
【００１９】
スクロールケーシング４は、遠心式羽根車３の周囲に渦巻状通風路１０を形成するもので、渦巻状通風路１０の幅方向に二分割されており、空気の吸込口１４を形成するベルマウス１５を有する第１ケーシング（上側ケーシング）１６、および電動モータ２を支持する第２ケーシング（下側ケーシング）１７よりなる。
【００２０】
このスクロールケーシング４は、図１に示したように、渦巻状通風路１０の渦巻き部分が、渦巻状通風路１０の起点となるノーズ部１８の一点を巻き始めとして、そのノーズ部１８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。なお、渦巻状通風路１０の下流端には、図示しないクーリングユニットに空気を吐出する方形状の開口断面を有する吐出口１９が形成されている。
【００２１】
この実施例のスクロールケーシング４のベルマウス１５について図１ないし図４に基づいて詳細に説明する。ベルマウス１５は、第１ケーシング１６の渦巻状平板部２０より吸込口１４寄りに設けられ、シュラウド８の突出部１３に対向するように外方に突出形成された円環形状の突条部２１を有している。この突条部２１の内面には、円環形状の凹部２２が形成されている。ベルマウス１５の内面とシュラウド８との間には、空気の通過をし難くするラビリンスシール構造の円筒状の微小間隙２３が形成されている。
【００２２】
そして、ノーズ部１８を起点として遠心式羽根車３の回転方向に−６０°から＋９５°までのスクロール角度の範囲内では、突条部２１の天井部分を多数のブレード７の上面全体を覆うように幅広部２４としている。また、ノーズ部１８を起点として遠心式羽根車３の回転方向に＋１１５°から＋２７０°までのスクロール角度の範囲内では、突条部２１の天井部分を多数のブレード７の上面部分的に覆うように幅狭部２５としている。
【００２３】
ここで、この実施例のブレード７の吸込側、吹出側端面１１、１２とベルマウス１５の位置関係は、以下のように定められている。ベルマウス１５は、スクロールケーシング４の内部と外部とを流体的に区画するもので、遠心式羽根車３の回転中心を軸心とする略円形状の吸込口１４の内径をＤｉ、ブレード７の吸込側端面１１の内径をＤ1 、ブレード７の吹出側端面１２の外径をＤ2 としたとき、ノーズ部１８を起点として遠心式羽根車３の回転方向に−６０°から＋９５°までの逆流現象の生じ易い領域Ａが以下の数１の式の関係を満足し、ノーズ部１８を起点として遠心式羽根車３の回転方向に＋１１５°から＋２７０°までの逆流現象の生じ難い領域Ｂが以下の数２の式〜数４の式の関係を満足するようになっている。
【数１】
Ｄｉ≦Ｄ1
【数２】
Ｄ1 ≦Ｄｉ≦Ｄ2
【数３】
Ｄｉ／Ｄ2 ≒０．２
【数４】
０．５≦Ｄ1 ／Ｄ2 ≦０．６
【００２４】
すなわち、図３に示したように、ノーズ部１８付近で且つ突条部２１に幅広部２４を有するベルマウス１５の吸込口１４の口縁部２６の内径は、ブレード７の吸込側端面１１の内径よりも小径に作られて、ブレード７の上面全体を覆っている。なお、幅広部２４は、ノーズ部１８を起点として遠心式羽根車３の回転方向に−９０°から−６０°までのスクロール角度の範囲内、および＋６０°から＋１２０°までのスクロール角度の範囲内にも設けられていても良い。
【００２５】
また、図４に示したように、ノーズ部１８より離れており且つ突条部２１に幅狭部２５を有するベルマウス１５の吸込口１４の口縁部２７の内径は、ブレード７の吸込側端面１１の内径よりも大径で且つブレード７の吹出側端面１２の外径よりも小径に作られて、ブレード７の上面を部分的に覆っている。
【００２６】
そして、図１に示したように、スクロールケーシング４の同一内径の口縁部２６と同一内径の口縁部２７との接続部分である２箇所の口縁部２８、２９は、スクロール角度で１０°の範囲内に設けられ、口縁部２６と口縁部２７とを鋭角的に結んでいる。
【００２７】
〔第１実施例の作用〕
次に、この実施例の遠心式多翼送風機１の作用を図１ないし図４に基づいて簡単に説明する。
【００２８】
電動モータ２に作動電圧が印加されると、電動モータ２の回転軸５の回転に伴って遠心式羽根車３が回転する。これによって、吸込口１４より多数のブレード７の吸込側端面１１に空気が吸い込まれ、所定の角度を持って多数のブレード７の吹出側端面１２より渦巻状通風路１０内に空気が吹き出される。これにより、吸込空気は、渦巻状通風路１０内でも加圧され、吐出口１９方向へ流れる。
【００２９】
このとき、ノーズ部１８を起点として遠心式羽根車３の回転方向の−１２０°付近の吸込口１４より隣設するブレード７間に侵入した空気は、それらのブレード７が回転によってノーズ部１８に近づくにしたがって圧力が増加する。この他の空気よりも圧力が増加した空気は、隣設するブレード７間を逆流してブレード７の吸込側端面１１の上面からベルマウス１５側に吹き返す逆流現象を起こそうとするが、この実施例のように、その逆流現象の生じ易い領域Ａに幅広部２４を持ったベルマウス１５を設けることにより、その逆流現象が押さえ込まれる。これにより、吸込口１４よりシュラウド８と底プレート６との円弧形状空間を通ってブレード７の吹出側端面１２より吹き出す吸込空気流と逆流とが衝突することを抑えることができる。
【００３０】
〔第１実施例の効果〕
以上のように、遠心式多翼送風機１は、ベルマウス１５の突条部２１に幅広部２４を設けることにより、ノーズ部１８付近からの空気の吹き返しを押さえ込むようにしているので、吸込空気流と逆流との衝突を効果的に防止することにより、ファン効率の向上や送風騒音の低減を実現することができる。また、逆流現象がブレード７の上面のみで生起するので、逆流現象の生じ易い領域Ａのブレード７の上面（必要な部分）のみを覆うようにしているので、吸込口１４の吸込面積の減少を抑えると共に、加工工数の低減を図ることができる。そして、吸込口１４からの吸込流速が早くならないので、通常送風状態での騒音増加、送風量、送風全圧の低下等の悪影響を抑えることができる。
【００３１】
また、この実施例では、ベルマウス１５と円環状のシュラウド８との間に流路の長い微小間隙２３を形成することにより、ベルマウス１５とシュラウド８との間を通って渦巻状通風路１０から吸込口１４側へ向かう逆流現象の発生をし難くして、送風効率を向上し、且つ送風騒音を低減している。
【００３２】
図５にこの実施例の効果（実験結果）を示す。図５のグラフは横軸に流量係数（φ）をとり、縦軸に比騒音（Ｋｓ）と圧力係数（ψ）をとっている。この実施例のベルマウス１５を使用することで圧力係数を低下させることなく、約２ｄＢの騒音低減が部分的に可能となった。したがって、遠心式多翼送風機１の作動点に合わせてこの実施例の形状を設定することで効果的に送風騒音を低減できる。ちなみに、このときの開放風量低下は、実施の前後で、約２％程度の変化であり、事実上、開放風量に与える悪影響は、ほとんどないことが分かった。
【００３３】
〔第２実施例〕
図６はこの発明の第２実施例を示したもので、遠心式多翼送風機の逆流現象の生じ易い領域を示した図である。
【００３４】
この実施例では、ノーズ部１８を起点として遠心式羽根車３の回転方向に−６０°から＋６０°までの逆流現象の生じ易い領域Ａに小型、且つ安定した渦を強制的に発生させ、その部分の圧力を上昇させることで、逆流現象を発生し難くしている。
【００３５】
その具体例としては、ベルマウス１５の内面の吸込側にブレード７とウェスコポンプ的作用をする固定翼３１を設置して、ブレード７と固定翼３１とで囲まれた空間内に小型、且つ安定した渦（図６に破線で示した）を強制的に発生させるようにしている。この固定翼３１で送風特性を変えることなく送風騒音を低減することができる。なお、固定翼３１の形状は、ブレードの形状と必要な渦の作用の強度、および遠心式多翼送風機１の作動点で決定する。
【００３６】
〔第３実施例〕
図７はこの発明の第３実施例を示したもので、遠心式多翼送風機の逆流現象の生じ易い領域を示した図である。
【００３７】
この実施例では、逆流現象によって吸込口１４よりスクロールケーシング４内に再び吸い込まれる空気を遠心式多翼送風機１の設計入口角に近づけることで、逆流現象の生じ易い領域Ａへ流入する空気の流れを整流することにより、ブレード７の入口角と吸込空気の流入角が合致してブレード７の入口角のずれによる異音の発生を防止するようにしている。
【００３８】
すなわち、ノーズ部１８を起点として遠心式羽根車３の回転方向に−６０°から＋６０°までの逆流現象の生じ易い領域（再吸込部分）Ａのベルマウス１５の法面の高さを、逆流現象の生じ難い領域（図４参照）Ｂよりも１．１倍程度高く設定した舌状の突起部（突条部）３２を設けることにより、送風特性を改善し、送風騒音を低減している。なお、遠心式羽根車３の外径がφ１８０の遠心式多翼送風機１で確認したところ、高さは２０mm〜３０mmあれば十分であった。但し、この高さは遠心式多翼送風機の翼形状、外径、高さによって異なる。
【００３９】
〔変形例〕
この実施例では、本発明を前進翼を持つ遠心式多翼送風機１に適用したが、本発明をラジアル翼を持つターボチャージャーや、後退翼を持つターボファンに適用しても良い。
【００４０】
そして、電動モータ２の代わりに、内燃機関、油圧モータ等の流体圧モータ等の駆動手段を用いても良い。また、家庭用空気調和装置や工場用空気調和装置に使用する場合には、電動モータ２の代わりに水車や風車等の駆動手段を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】遠心式多翼送風機の全体構造を示した平面図である（第１実施例）。
【図２】遠心式多翼送風機の全体構造を示した断面図である（第１実施例）。
【図３】遠心式多翼送風機の逆流現象の生じ易い領域を示した断面図である（第１実施例）。
【図４】遠心式多翼送風機の逆流現象の生じ難い領域を示した断面図である（第１実施例）。
【図５】比騒音および圧力係数に対する流量係数の変化を示したグラフである（第１実施例）。
【図６】遠心式多翼送風機の逆流現象の生じ易い領域を示した断面図である（第２実施例）。
【図７】遠心式多翼送風機の逆流現象の生じ易い領域を示した断面図である（第３実施例）。
【符号の説明】
Ａ  逆流現象の生じ易い領域
Ｂ  逆流現象の生じ難い領域
１  遠心式多翼送風機（遠心式送風機）
２  電動モータ（駆動手段）
３  遠心式羽根車
４  スクロールケーシング
７  ブレード
８  シュラウド
１０  渦巻状通風路
１１  吸込側端面（吸込側端部）
１２  吹出側端面（吹出側端部）
１４  吸込口
１５  ベルマウス
１８  ノーズ部
２１  突条部
２４  幅広部
２５  幅狭部
３１  固定翼
【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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