(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転円板の外縁部分から立設された複数の翼片が回転軸に対して放射状に配置された羽根車と、該羽根車を内部に収容し、前記回転軸に対する半径が前記羽根車の回転方向に大きくなる筒状に形成されたスクロールケーシングと、該スクロールケーシングの前記回転軸の軸方向の一端側を覆い、ベルマウス形状の第１開口部が設けられた蓋板と、前記スクロールケーシングの前記回転軸に対する半径が大きい側の周面から接線方向に延設された送風路とを備え、前記羽根車を回転させることで、前記送風路に接続された燃焼装置の筐体に空気を送る遠心式ファンにおいて、
前記蓋板の前記スクロールケーシングとは反対側には、前記第１開口部の内側に位置して前記羽根車の内側に空気を導くベルマウス形状の第２開口部を有する誘導板が、前記蓋板に対して、前記第２開口部と前記翼片との間の圧力を前記スクロールケーシングの外部の圧力に近付けるための間隙を設けて設置されており、
前記間隙の面積は、前記第２開口部の開口面積に対して３％から１５％の範囲に設定されている
ことを特徴とする遠心式ファン。
【請求項２】
請求項１に記載の遠心式ファンにおいて、
前記スクロールケーシングは、前記回転軸に対する半径が小さい側の周面と前記送風路とを接続する部分である舌部を有し、
前記間隙は、前記第２開口部の全周ではなく、前記舌部側の所定領域に限定して設けられる
ことを特徴とする遠心式ファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼装置などに風を送り込む遠心式ファンに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼装置などに用いられる送風機として、遠心式ファンが知られている（例えば、特許文献１）。遠心式ファンは、複数の翼片が回転軸に対して放射状に配置された円筒形状の羽根車と、羽根車を収容するスクロールケーシングとを備えている。このスクロールケーシングは、羽根車の回転軸に対する半径が羽根車の回転方向に大きくなる筒状に形成されており、回転軸の軸方向の一端側を覆う蓋板にはベルマウス形状の開口部が設けられている。また、スクロールケーシングの半径が大きい側の周面から接線方向に送風路が延設されている。羽根車を回転させると、羽根車の内側から外側に向かって空気が吹き出すので、開口部から吸い込んだ空気を、送風路と接続された燃焼装置などに送り込むことができる。
【０００３】
こうした遠心式ファンを用いる場合には、大きな騒音の発生が問題となることがある。この騒音には、遠心式ファン自体が発する騒音（単体騒音）と、遠心式ファンを含む装置全体での共鳴による騒音（共鳴音）とがある。このうち、共鳴音については、遠心式ファンの開口部の径（開口面積）を小さくすることによって抑制できることが経験上分かっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８０１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、遠心式ファンの開口部の径を小さくすると、遠心式ファンの単体騒音が大きくなる傾向にあり、共鳴音を抑制しながら単体騒音を抑制するのが難しいという問題があった。
【０００６】
この発明は、従来の技術が有する上述した課題に対応してなされたものであり、共鳴音の抑制と単体騒音の抑制とを両立させることが可能な遠心式ファンの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために本発明の遠心式ファンは次の構成を採用した。すなわち、
回転円板の外縁部分から立設された複数の翼片が回転軸に対して放射状に配置された羽根車と、該羽根車を内部に収容し、前記回転軸に対する半径が前記羽根車の回転方向に大きくなる筒状に形成されたスクロールケーシングと、該スクロールケーシングの前記回転軸の軸方向の一端側を覆い、ベルマウス形状の第１開口部が設けられた蓋板と、前記スクロールケーシングの前記回転軸に対する半径が大きい側の周面から接線方向に延設された送風路とを備え、前記羽根車を回転させることで、前記送風路に接続された燃焼装置の筐体に空気を送る遠心式ファンにおいて、
前記蓋板の前記スクロールケーシングとは反対側には、前記第１開口部の内側に位置して前記羽根車の内側に空気を導くベルマウス形状の第２開口部を有する誘導板が、前記蓋板に対して、前記第２開口部と前記翼片との間の圧力を前記スクロールケーシングの外部の圧力に近付けるための間隙を設けて設置されており、
前記間隙の面積は、前記第２開口部の開口面積に対して３％から１５％の範囲に設定されている
ことを特徴とする。
【０００８】
前述したように遠心式ファンでは、開口部の径を小さくすると共鳴音を抑制できるものの単体騒音が大きくなることが知られている。ここで、単体騒音が発生するのは次のような理由と考えられる。まず、羽根車の回転による空気の基本的な流れは、開口部から羽根車の内側に入った空気が羽根車の回転軸の軸方向に奥側へと進み、複数の翼片の間を通って外側に吹き出すというものである。ただし、舌部（スクロールケーシングの半径が小さい側の周面と送風路との接続部分）の付近では、空気の流れが遮られて圧力が高まることにより羽根車の外側から内側への空気の逆流が生じ易い。また、ベルマウス形状の開口部の先端側（羽根車の内部側）では、開口面積が絞られて通過する空気の流速が増すので、圧力が低くなる部分（負圧発生部分）が開口部の先端と羽根車の翼片との間に生じ、これにより空気の逆流が強まる。そして、この逆流が基本的な流れを乱すことによって単体騒音が発生する。そこで、本発明の遠心式ファンでは、第１開口部が設けられた蓋板と、第２開口部が設けられた誘導板との間に所定の間隙を設けている。この間隙は、負圧発生部分（第２開口部と翼片との間）を遠心式ファン（スクロールケーシング）の外部と連通させる通路となるため、負圧発生部分の負圧を緩和することができる。これにより、舌部付近での空気の逆流が弱められるので、共鳴音が発生しないように第２開口部の開口面積を小さくしても、遠心式ファンの単体騒音を抑制することが可能となる。
【０００９】
そして、本発明の遠心式ファンでは、間隙の面積が小さすぎる（第２開口部の開口面積に対して３％よりも小さくなる）と、負圧発生部分の負圧が十分に緩和されず、遠心式ファンの単体騒音が急激に大きくなる傾向にあるため、第２開口部の開口面積に対して間隙の面積を３％以上に設定しておくのが効果的である。また、間隙の面積が大きくなると、第２開口部の開口面積を大きくしたのと同様となり、遠心式ファンを含む装置全体が発する共鳴音を悪化させるので、第２開口部の開口面積に対して間隙の面積を１５％以下に設定しておくのがよい。このように、蓋板と誘導板との間に単に間隙を設ければよいというものではなく、間隙の面積を第２開口部の開口面積に対して３％から１５％の範囲に限定することで初めて、遠心式ファンの単体騒音の抑制と、遠心式ファンを含む装置全体の共鳴音の抑制とを両立させることが可能となる。
【００１０】
尚、本発明における「間隙の面積」とは、間隙が遠心式ファン内の負圧発生部分と遠心式ファンの外部とを連通させる通路としての断面積のうち最小面積をいうものとする。
【００１１】
上述した本発明の遠心式ファンでは、間隙を、第２開口部の全周ではなく、舌部側の所定領域に限定して設けることとしてもよい。
【００１２】
前述したように舌部付近では空気の逆流が生じ易いことから、第２開口部の周囲のうち、少なくとも舌部側に間隙を設けて負圧発生部分の負圧を緩和することにより、空気の逆流を弱めて遠心式ファンの単体騒音を抑制することが可能となる。また、遠心式ファンを含む装置全体の共鳴音を抑制するには、間隙の面積を小さくする方が有利であるため、間隙を設ける領域を限定することにより、遠心式ファンの単体騒音を抑制するための間隙を確保しつつ、共鳴音の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施例の遠心式ファン１０を分解した状態を示した斜視図である。
【図２】遠心式ファン１０が羽根車２０を回転させて風を送り出す様子を示した説明図である。
【図３】舌部５０ｃの付近で生じる空気の逆流を示した説明図である。
【図４】吸込口７２の開口面積に対する間隙Ｇの面積の割合と、遠心式ファン１０を備えた燃焼装置について測定した騒音値との関係を示したグラフである。
【図５】吸込口７２の開口面積に対する間隙Ｇの面積の割合と、遠心式ファン１０を備えた燃焼装置での共鳴音の発生し易さとの関係を示したグラフである。
【図６】変形例の遠心式ファン１０を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本実施例の遠心式ファン１０を分解した状態を示した斜視図である。この遠心式ファン１０は、例えば、バーナーを内蔵する燃焼装置（図示省略）に接続されて、バーナーに燃焼用空気を送るのに用いられる。図示されるように遠心式ファン１０は、回転することで風を発生させる羽根車２０や、羽根車２０を回転させる駆動モーター３０や、羽根車２０を収容するファンケース５０などを備えている。
【００１５】
本実施例の羽根車２０は、いわゆるシロッコファンであり、駆動モーター３０の回転軸３２の軸方向に細長く形成された複数の翼片２４が回転軸３２に対して放射状に所定の間隔で配置されて円筒形状になっている。これら翼片２４の一端（図中の下端）は、略円形の回転円板２２の外縁部分に取り付けられており、翼片２４の他端（図中の上端）は、環状の支持板２６に取り付けられている。回転円板２２は、中央で駆動モーター３０の回転軸３２に固定されており、駆動モーター３０の駆動によって羽根車２０が回転軸３２を中心に回転する。
【００１６】
ファンケース５０は、駆動モーター３０の本体に対して固定される基板５２と、羽根車２０の外周を囲うように湾曲させた周壁板５４と、周壁板５４を介して基板５２と対向する蓋板５６とを接合して形成される。蓋板５６には、ベルマウス形状の開口部５８が内側をファンケース５０の内部に向けて設けられている。この開口部５８の中心は回転軸３２と同一直線上にあり、開口部５８の内径は羽根車２０の内径よりも小さくなっている。尚、本実施例の開口部５８は、本発明の「第１開口部」に相当している。
【００１７】
また、ファンケース５０の蓋板５６の外側（図中の上面側）には、羽根車２０の内側に空気を導くベルマウス形状の吸込口７２が設けられた誘導板７０が取り付けられる。吸込口７２の中心は回転軸３２と同一直線上にあり、吸込口７２の内径は開口部５８の内径よりも小さいため、吸込口７２は開口部５８の内側に位置する。本実施例の誘導板７０には、蓋板５６側（図中の下方）に向けて突設された凸部７４が同一直線上を避けた３か所に設けられている。蓋板５６に誘導板７０を重ねると、各凸部７４の先端が蓋板５６に当接することにより、蓋板５６と誘導板７０との間には所定の間隙Ｇが設けられ、その状態で止めネジ７６を用いて固定される。尚、この間隙Ｇの役割については、後ほど詳しく説明する。また、本実施例の吸込口７２は、本発明の「第２開口部」に相当している。
【００１８】
図２は、遠心式ファン１０が羽根車２０を回転させて風を送り出す様子を示した説明図である。図２には、駆動モーター３０の回転軸３２に垂直な平面で遠心式ファン１０を切断した断面図が示されている。先ず、図示されるようにファンケース５０（周壁板５４）は、羽根車２０を囲むスクロールケーシング５０ａと、遠心式ファン１０が空気を送り込む燃焼装置などと接続される送風路５０ｂとを備えている。スクロールケーシング５０ａは、駆動モーター３０の回転軸３２に対して半径が羽根車２０の回転方向（図示した例では左回り）に向かって大きくなる筒状に形成されている。そして、スクロールケーシング５０ａの半径の大きい側の周面から接線方向に矩形断面の送風路５０ｂが延設されており、送風路５０ｂの末端には吐出口６０が設けられている。
【００１９】
羽根車２０の複数の翼片２４は、外周側を羽根車２０の回転方向に湾曲させて設けられている。駆動モーター３０の駆動によって羽根車２０が回転すると、遠心力によって羽根車２０の内側から外側に向かう空気の流れが生じて、吸込口７２から取り入れた空気が複数の翼片２４の間から吹き出す。図２では、遠心式ファン１０内の空気の流れを一点鎖線の矢印で示している。そして、吹き出した空気は、ファンケース５０（周壁板５４）のスクロールケーシング５０ａの内面に沿って回転しながら進み、送風路５０ｂを通って吐出口６０から放出される。
【００２０】
ただし、スクロールケーシング５０ａの半径が小さい側の周面と送風路５０ｂとの接続部分（舌部）５０ｃの付近では、羽根車２０の外側から内側に向かう空気の逆流が生じる。
【００２１】
図３は、舌部５０ｃの付近で生じる空気の逆流を示した説明図である。図３には、駆動モーター３０の回転軸３２を含むと共に舌部５０ｃに臨む平面で遠心式ファン１０を切断した断面図が示されている。図中の一点鎖線の矢印は、遠心式ファン１０内の空気の流れを示している。先ず、舌部５０ｃの付近では、羽根車２０の回転によって生じた空気の流れが吐出口６０から放出されずに舌部５０ｃに衝突することによって、圧力が高くなっている。
【００２２】
次に、ファンケース５０内の空気の基本的な流れについて説明する。誘導板７０に設けられたベルマウス形状の吸込口７２の先端は、蓋板５６に設けられたベルマウス形状の開口部５８の先端よりも羽根車２０の奥側（回転円板２２側）に入り込んでおり、吸込口７２によって羽根車２０の内側に導かれる空気は、回転軸３２の軸方向の奥側に向かって流れ込む。そのため、複数の翼片２４の間を通って空気が羽根車２０の外側に吹き出すのは、主に翼片２４の中央よりも回転円板２２側（図中の下側）の部分からである。これに対して、舌部５０ｃでの逆流は、主に翼片２４の中央よりも蓋板５６側（図中の上側）で発生する。特に、蓋板５６と羽根車２０の支持板２６と間では、回転する羽根車２０の翼片２４に押し返されることもないので、羽根車２０の外側から内側へと空気が流れ込み易い。
【００２３】
さらに、ベルマウス形状の吸込口７２の先端側（ファンケース５０の内部側）では、開口面積が絞られるので通過する空気の流速が増加して、ベンチュリ効果により、圧力が低くなる部分（負圧発生部分）が吸込口７２の先端と羽根車２０の翼片２４との間に生じる。この負圧発生部分での圧力が低下することにより、舌部５０ｃでの空気の逆流が強まる。そして、こうした空気の逆流が、羽根車２０の回転で生じる空気の基本的な流れを乱すことによって、騒音を発生させる。
【００２４】
そこで、本実施例の遠心式ファン１０では、前述したようにファンケース５０の蓋板５６と誘導板７０との間に所定の間隙Ｇを設けている。この間隙Ｇは、ベルマウス形状の吸込口７２の先端と羽根車２０の翼片２４との間に生じる負圧発生部分をファンケース５０の外部と連通させる通路となるので、負圧発生部分の負圧を緩和してファンケース５０の外部の圧力に近付けることができる。これにより、舌部５０ｃの付近で発生する空気の逆流が弱められるので、遠心式ファン１０が発する騒音（単体騒音）を抑制することが可能となる。
【００２５】
また、本実施例の誘導板７０には凸部７４が同一直線上を避けた３か所に設けられており、これら凸部７４の先端が蓋板５６に当接することにより、蓋板５６と誘導板７０との間に所定の間隙Ｇを確保することができる。そして、同一直線上にない３点を通る平面は１つに定まることから、蓋板５６に対して誘導板７０を安定させることができ、その結果、誘導板７０のがたつきによる振動音の発生を防止することが可能となる。
【００２６】
また、遠心式ファン１０が接続される燃焼装置などの筐体と共鳴器を形成することで遠心式ファン１０を含む装置全体から共鳴音を発して騒音となることがある。こうした共鳴音は、遠心式ファン１０の羽根車２０の内側に空気を流入させる吸込口７２の開口面積を大きくすると発生し易くなる。本実施例の遠心式ファン１０では、共鳴音が発生しないように吸込口７２の開口面積を小さくしても、蓋板５６と誘導板７０との間に所定の間隙Ｇを設けることにより、遠心式ファン１０が発する騒音を抑制することが可能である。そして、本実施例における間隙Ｇは、空気を流入させる開口面積を大きくすることを意図したものではなく、負圧発生部分の負圧の緩和を目的としたものである。従って、負圧を緩和できればよく、共鳴音を悪化させるほどに間隙Ｇの面積を大きくする必要はない。尚、間隙Ｇの面積とは、本実施例のように間隙Ｇがベルマウス形状の開口部５８の全周に設けられる場合には、間隙Ｇの高さが最小となる開口部５８の外周の長さと間隙Ｇの高さとを乗算した最小面積をいうものとする。また、ベルマウス形状の開口部５８の外周の一部に間隙Ｇが設けられる場合には、開口部５８の外周のうち間隙Ｇが設けられた部分の円弧の長さと間隙Ｇの高さとを乗算した最小面積をいうものとする。
【００２７】
図４は、吸込口７２の開口面積に対する間隙Ｇの面積の割合と、遠心式ファン１０を備えた燃焼装置について測定した騒音値との関係を示したグラフである。図示されるように、吸込口７２の開口面積に対して、蓋板５６と誘導板７０との間に設けた間隙Ｇの面積を大きくすると、騒音値が低下する。これは、ファンケース５０内の負圧発生部分（吸込口７２の先端と羽根車２０の翼片２４との間の部分）をファンケース５０の外部と連通させる間隙Ｇの面積が大きくなると、負圧発生部分の負圧が軽減されて舌部５０ｃ付近の空気の逆流が弱まることから、遠心式ファン１０の騒音の発生が抑制されたためと考えられる。
【００２８】
ただし、間隙Ｇの面積が小さすぎる（吸込口７２の開口面積に対して３％より小さくなる）と、ファンケース５０内の負圧発生部分とファンケース５０の外部とを連通させる通路として十分に機能せず、騒音値が急激に大きくなる傾向にある。そのため、遠心式ファン１０の騒音を抑制するには、吸込口７２の開口面積に対して間隙Ｇの面積の割合を３％以上に設定しておくのが効果的である。
【００２９】
図５は、吸込口７２の開口面積に対する間隙Ｇの面積の割合と、遠心式ファン１０を備えた燃焼装置での共鳴音の発生し易さとの関係を示したグラフである。燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスをバーナーで燃焼させる燃焼装置では、混合ガスを適切に燃焼させるために、燃料ガスと燃焼用空気とを適切な比率（空燃比）で混合させる必要がある。そして、燃料ガスの供給量（ガス供給量）が、適切な空燃比でのガス供給量（基準値）よりも多くなる（適切な空燃比に対して燃焼用空気の供給量が少ない）と、共鳴音が発生し易い傾向にある。図５には、ガス供給量を基準値（変化割合０％）から増加させて共鳴音が発生した時点（発生限界）での変化割合を求めた結果が、間隙Ｇの面積を異ならせて示されている。図５中の曲線は、共鳴音の発生限界を表しており、曲線よりも左下方では共鳴音が発生することはなく、曲線よりも右上方では共鳴音が発生するようになる。
【００３０】
図５に示されるように、吸込口７２の開口面積に対して間隙Ｇの面積の割合が小さい（３％以下である）と、ガス供給量が基準値に対して１０％増加するまでは共鳴音が発生しない。しかし、間隙Ｇの面積の割合が大きくなると、吸込口７２の開口面積を大きくするのと同様に共鳴音が発生し易くなって、共鳴音発生限界までのガス供給量の変化割合が小さくなる（共鳴音が発生しないガス供給量の許容範囲が狭くなる）。そして、吸込口７２の開口面積に対して間隙Ｇの面積が２０％を超えると、ガス供給量が基準値であっても（適切な空燃比であっても）共鳴音が発生する。このことから、共鳴音を抑制する上では、間隙Ｇの面積は小さい方が良い。
【００３１】
特に、燃焼装置の出荷前には、適切な空燃比（基準値）となるようにガス供給量の調整が行われるものの、５％程度の誤差が生じることがある。そのため、こうした誤差があっても共鳴音が発生しないように、基準値に対する共鳴音発生限界までのガス供給量の変化割合として５％の余裕を確保しておく必要がある。そこで、図５に示したように、吸込口７２の開口面積に対して間隙Ｇの面積の割合を１５％以下に設定しておけば、共鳴音発生限界までのガス供給量の変化割合に５％の余裕を確保でき、遠心式ファン１０を備えた燃焼装置の共鳴音を抑制するのに効果的である。
【００３２】
以上の説明から明らかなように、蓋板５６と誘導板７０との間に単に間隙Ｇを設ければよいというものではなく、間隙Ｇの面積を吸込口７２の開口面積に対して３％から１５％の範囲に限定することで初めて、遠心式ファン１０が発する騒音の抑制と、遠心式ファン１０を含む燃焼装置などの装置全体が発する共鳴音の抑制とを両立させることが可能となる。
【００３３】
上述した本実施例の遠心式ファン１０には、次のような変形例も存在する。以下では、上述の実施例とは異なる点を中心に変形例について説明する。
【００３４】
図６は、変形例の遠心式ファン１０を示した説明図である。先ず、図６（ａ）には、変形例の遠心式ファン１０を吸込口７２側から見た平面図が示されている。前述した実施例では、蓋板５６と誘導板７０との間の所定の間隙Ｇが吸込口７２の周囲を囲むように設けられていた。これに対して、変形例の遠心式ファン１０では、図６（ａ）中にハッチングを付して示されるように、吸込口７２の周囲のうち間隙Ｇを設ける領域を舌部５０ｃ側の一部の領域に限定している。
【００３５】
図６（ｂ）には、変形例の誘導板７０を蓋板５６から分離した状態が斜視図で示されている。変形例の誘導板７０には、前述した実施例の凸部７４が設けられておらず、その代わりに、蓋板５６とは反対側に盛り上がった隆起部７８が舌部５０ｃと対応する位置に設けられている。蓋板５６に誘導板７０を重ねると、誘導板７０の隆起部７８以外の部分が蓋板５６に密接して、隆起部７８と蓋板５６との間に間隙Ｇが設けられる。
【００３６】
前述したように舌部５０ｃの付近では、羽根車２０の外側の圧力が高く内側の圧力が低くなって空気の逆流が生じ易い。そこで、吸込口７２の周囲のうち少なくとも舌部５０ｃ側に間隙Ｇを設けて負圧を緩和することにより、舌部５０ｃ付近の空気の逆流を弱めることができ、その結果、遠心式ファン１０が発する騒音を抑制することが可能となる。また、遠心式ファン１０を含む燃焼装置などの装置全体が発する共鳴音を抑制するには、間隙Ｇの面積を小さくする方が有利である。そのため、間隙Ｇを設ける領域を限定することにより、遠心式ファン１０の騒音を抑制するための間隙Ｇを確保しつつ、共鳴音の悪化を防止することができる。
【００３７】
以上、本実施例および変形例の遠心式ファン１０について説明したが、本発明は上記の実施例および変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０…遠心式ファン、  ２０…羽根車、          ２２…回転円板、
２４…翼片、          ２６…支持板、          ３０…駆動モーター、
３２…回転軸、        ５０…ファンケース、    ５０ａ…スクロールケーシング、
５０ｂ…送風路、      ５０ｃ…舌部、          ５２…基板、
５４…周壁板、        ５６…蓋板、            ５８…開口部、
６０…吐出口、        ７０…誘導板、          ７２…吸込口、
７４…凸部、          ７６…止めネジ。
【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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