JP6771589B2 - 遠心送風機 - Google Patents

Description

本発明は、スクロールケーシングを備えた遠心送風機に関する。

遠心送風機は、吸い込んだ空気を回転軸の遠心方向に吹き出す構造上、吸い込み流れに慣性力が作用する。したがって、羽根車内を通ってスクロールケーシング内に吹き出される気流は、羽根車の主板側に偏った速度分布を形成する。羽根車からスクロールケーシング内に吹き出された気流の一部は、スクロールケーシングの内壁面に沿うように羽根車の主板側から翼端方向へと巻き上がる流れを形成し、羽根車の翼端周辺まで到達する循環流となる。このような循環流は、送風損失となるだけでなく、循環流が羽根車の翼と衝突することによって、騒音の発生源ともなる。

また、遠心送風機のスクロールケーシングは、拡大率を持っており、羽根車から吹き出された空気をスクロールケーシングにて回収する際に、吹出口に向かって風路断面積を徐々に拡大させることで、動圧を静圧へと変換させている。したがって、遠心送風機の吹出口付近では静圧が高くなる。一方で、遠心送風機の吹出口と送風機内の風路とを仕切る舌部を境にして遠心送風機内の風路における静圧は低くなる。すなわち、遠心送風機の構成上、舌部を境にして内部圧力差が最も大きくなる。舌部を境とする上記の圧力変化は、遠心送風機内の気流を攪乱させ、送風性能の低下及び騒音の悪化の要因となる。

特許文献１に開示される遠心送風機は、羽根車の吸い込み側の側板に短冊状の羽根板を設けることで、ベルマウスと羽根車の側板との隙間から漏れる空気を少なくして送風効率を向上させてきた。また、羽根車の回転力を利用して、循環しそうになっていた空気をスクロールケーシングの外へ送り出すことで、送風量を増加させていた。

実開昭６１−１４５８９９号公報

特許文献１に開示される遠心送風機は、吸込口から羽根車の翼を通過してスクロールケーシング内に吹き出された気流と、側板上の羽根板から送り出された気流とが、スクロールケーシング内で衝突するため、気流が乱れやすくなり、送風性能の低下及び騒音の悪化を招いてしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、送風性能の向上及び騒音の低減を両立させた遠心送風機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、スクロールケーシングと、駆動モータと、駆動モータのシャフトを中心に回転する主板と、主板に環状に配列された複数の主翼と、主翼の外周部に取り付けられ前記シャフトから遠ざかる方向に延びる補強リングとを備え、スクロールケーシング内に収容された羽根車とを有する遠心送風機である。羽根車は、補強リングに配列され、羽根車の内周側から外周側に空気を送り出す案内板を有する。

本発明に係る遠心送風機は、送風性能の向上及び騒音の低減を両立させることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る遠心送風機の上面図 実施の形態１に係る遠心送風機の断面図 実施の形態１に係る遠心送風機の断面図 実施の形態１に係る遠心送風機の斜視図 実施の形態１に係る遠心送風機の空気の流れを模式的に示す図 実施の形態１に係る遠心送風機の補強リング及び案内板の形状例を示す図 実施の形態１に係る遠心送風機の補強リング及び案内板の形状例を示す図 本発明の実施の形態２に係る遠心送風機の断面図 実施の形態２に係る遠心送風機の断面図 実施の形態１，２に係る遠心送風機の送風特性を示す図 実施の形態１，２に係る遠心送風機の騒音特性を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る遠心送風機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る遠心送風機の上面図である。図２は、実施の形態１に係る遠心送風機の断面図であり、図１中のII-II線に沿った断面を示す。図３は、実施の形態１に係る遠心送風機の断面図であり、図２中のIII-III線に沿った断面を示す。図４は、実施の形態１に係る遠心送風機の斜視図である。遠心送風機１は、動力源である駆動モータ２と、駆動モータ２のシャフト２ａに設置された羽根車３と、羽根車３から吹き出された気流を回収するスクロールケーシング４とを備える。

羽根車３は、円盤状の主板５と、間隔を保って主板５上に環状に配列された複数枚の主翼６と、主翼６の外周に取り付けられた環状の補強リング７とを備える。補強リング７には、環状に配列された円弧状の案内板８が取り付けられている。案内板８は、円弧状の翼板である。羽根車３は、案内板８の部分での外径が、主翼６の部分での外径よりも大きくなっている。また、羽根車３は、補強リング７の部分での外径が、案内板８の部分での外径以上である。スクロールケーシング４は、空気を取り込む吸込口１０と、吸込口１０から取り込む空気を整流するベルマウス９と、羽根車３から吹き出された気流の出口である吹出口１１と、吹出口１１とスクロールケーシング４内の風路とを仕切る舌部１２とを備えている。

遠心送風機１は、図２及び図３に示すように、吸込口１０から吸い込んだ空気を、羽根車３を通してスクロールケーシング４内に吹き出す。吸い込み流れには慣性力が作用するため、スクロールケーシング４内での空気の流れは、羽根車３の主板５に近いほど速い速度分布を形成する。

羽根車３からスクロールケーシング４内に吹き出された気流の一部は、スクロールケーシング４の内壁面４ａに沿うように羽根車３の主板５側から翼端方向へ巻き上がる流れを形成し、羽根車３の翼端周辺まで達する循環流となる。

図５は、実施の形態１に係る遠心送風機の空気の流れを模式的に示す図であり、図２中のＶ部での空気の流れを示している。図５に示すように、羽根車３の翼端周辺に到達した循環流Ｘの一部を補強リング７及び案内板８によって取り込み、内周側から外周側に向かって送り出す気流Ｙを形成する。補強リング７は、羽根車３の回転軸となるシャフト２ａと直交する方向に延伸している。したがって、遠心送風機１の吸込口１０から羽根車３の主翼６を通過してスクロールケーシング４内に吹き出された空気の流れＦと、補強リング７の案内板８によって内周側から外周側に送り出された気流Ｙとが、スクロールケーシング４内で衝突することは、補強リング７が仕切り板となることで抑制される。よって、スクロールケーシング４内で気流が乱れにくくなり、騒音を悪化させることなく、遠心送風機１の送風性能を向上させることができる。

案内板８を備えない構造においては、羽根車３の翼端周辺に到達した循環流Ｘを取り込み、内周側から外周側に向かって送り出す気流Ｙを形成できない。したがって、遠心送風機の送風性能を向上させる効果が得られない。

補強リング７は、図５に示すように案内板８の上面８ａの方が主板５側に寄るように取り付けられている。したがって、シャフト２ａの軸方向における主板５と案内板８の上面６ａとの距離は、主板５と主翼６の上面６ａとの距離以下となっている。なお、補強リング７は、案内板８の上面８ａが羽根車３の主翼６の上面６ａと回転軸方向において同じ位置となるように取り付けられていても良い。案内板８の上面８ａと羽根車３の主翼６の上面６ａとが回転軸方向において同一面上に位置するか、又は案内板８の上面８ａの方が主板５側に寄るように補強リング７を取り付けると、羽根車３の翼端周辺に到達する循環流Ｘは、案内板８に阻害されることなく、スクロールケーシング４のベルマウス９側から羽根車３の翼端側にかけて弧を描くように流れる。そのため、案内板８によって内周側から外周側に向かって気流Ｙが送り出される際に、流れの乱れが少なく済み、騒音悪化の抑制を期待できる。

図６及び図７は、実施の形態１に係る遠心送風機の補強リング及び案内板の形状例を示す図である。図６に示すように、案内板８を取り付ける向きを主翼６と異ならせたり、図７に示すように、案内板８のサイズを変える、といった手法によって案内板８の周囲の空気を取り込み易くしてもよい。図６のように案内板８の向きを主翼６と逆向きにすることで、案内板８によって内周側から外周側に向かって送り出される気流Ｙの圧力を高めることができるため、羽根車３の翼端周辺に到達する循環流Ｘの風量が多い場合でも、気流Ｙを送り出しやすくなる。また、図７に示すように案内板８を補強リング７の幅よりも小さくすることにより、補強リング７上での案内板８のレイアウトの自由度が増し、羽根車３の設計が容易となる。なお、上記の説明においては、案内板８は円弧状の翼板としたが、これに限らず、より安価に形成可能な形状である平板状であってもよい。また、案内板８は、騒音を低減するために吸音材料を用いて形成してもよい。

実施の形態１に係る遠心送風機１は、羽根車３に設けた補強リング７を、羽根車３がスクロールケーシング４内で回転できる範囲でシャフト２ａと直交する方向に延伸させている。したがって、舌部１２を境とする急激な圧力変化に伴いスクロールケーシング４内で空気の流れに乱れが発生することを抑制する整流板の役割を、補強リング７に付加することができる。その結果、遠心送風機１の吹き出し流れが緩やかに均一化され、送風性能を向上させつつ騒音を低減させることができる。

また、実施の形態１に係る遠心送風機１は、補強リング７上に複数枚の案内板８を設けている。案内板８を設けることで、案内板８が羽根車３の翼端周辺に到達した循環流の一部を取り込みつつ、案内板８から送り出された空気の流れと、羽根車３の主翼６を通過してスクロールケーシング４内に吹出された空気の流れとが、スクロールケーシング４内にて衝突することを補強リング７が抑制できる。したがって、スクロールケーシング４内にて気流が乱れにくくなり、騒音を悪化させることなく、遠心送風機１の送風性能を向上させることができる。実施の形態１に係る遠心送風機１は、案内板８を補強リング７上に設置しているため、案内板８の設置場所及び大きさの制限が緩く、送風性能を満たす大きさの案内板８を設置するのは容易である。

実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２に係る遠心送風機の断面図であり、図１中のII-II線に相当する断面を示す。図９は、実施の形態２に係る遠心送風機の断面図であり、図８中のIX-IX線に沿った断面を示す。実施の形態２に係る遠心送風機１０１は、舌部１２の内壁面に凹部１３が設けられている。補強リング７は、凹部１３を通過することにより、舌部１２と干渉することなく回転可能となっている。この他については、実施の形態１に係る遠心送風機１と同様である。

羽根車３の主翼６を通過してスクロールケーシング４内に吹き出された空気の流れと、補強リング７の案内板８によって内周側から外周側に送り出された空気の流れとが、スクロールケーシング４内で衝突することを抑制するには、補強リング７の径方向の寸法が長い方が良い。実施の形態２に係る遠心送風機１０１では、補強リング７の径方向の寸法は、凹部１３が無ければ舌部１２と干渉する長さになっている。したがって、実施の形態２に係る遠心送風機１０１では、羽根車３の補強リング７がスクロールケーシング４内の流れを仕切る機能が、実施の形態１に係る遠心送風機１よりも高くなる。さらに、補強リング７に取り付ける案内板８について、翼の大きさ、位置及び形状の設計自由度が向上するため、羽根車３の翼端周辺に到達した循環流Ｘを効率的に取り込んで、案内板８によって内周側から外周側に向かって空気を送り出しやすくなる。

実施の形態２に係る遠心送風機１０１は、羽根車３がスクロールケーシング４内で回転できる範囲で回転軸と直交方向に最大限に補強リング７を延伸させることで、舌部１２を境とするスクロールケーシング４内の急激な圧力変化に伴うスクロールケーシング４内の流れの乱れを抑制する整流板の役割を補強リング７に付加している。補強リング７が整流板の役割を果たすことにより、遠心送風機１０１の吹出流れが均一化され、送風性能を向上させつつ騒音を低減させることができる。

図１０は、実施の形態１，２に係る遠心送風機の送風特性を示す図である。図１１は、実施の形態１，２に係る遠心送風機の騒音特性を示す図である。図１０において、黒丸のプロットは、実施の形態１に係る遠心送風機１のファン効率ηを示しており、黒四角のプロットは、実施の形態２に係る遠心送風機１０１のファン効率ηを示しており、白丸のプロットは、補強リング７に案内板８が設けられていない比較例に係る遠心送風機のファン効率ηを示している。また、図１１において、黒丸のプロットは、実施の形態１に係る遠心送風機１の比騒音Ｋを示しており、黒四角のプロットは、実施の形態２に係る遠心送風機１０１の比騒音Ｋを示しており、白丸のプロットは、補強リング７に案内板８が設けられていない比較例に係る遠心送風機の比騒音Ｋを示している。なお、ファン効率ηは、下記式（１）で算出し、比騒音Ｋは、下記式（２）で算出した。

図１０及び図１１に示すように、実施の形態１に係る遠心送風機１及び実施の形態２に係る遠心送風機１０１は、比較例に係る遠心送風機と比較して、送風性能が低下することなく、最大でファン効率ηにおいて＋２ｐｔ、比騒音Ｋにおいて−１．０ｄＢの特性向上効果が得られている。

上記の説明において、多翼羽根車を用いた多翼送風機を例に挙げたが、本発明は、多翼送風機に限定されることはなく、スクロールケーシングを備えた遠心送風機全般に適用可能である。

また、上記の説明において、片吸込式の遠心送風機を例に挙げたが、本発明は片吸込式の遠心送風機に限定されることはなく、両吸込式の遠心送風機にも適用可能である。

また、上記の説明において、換気空調用途の遠心送風機を例に挙げたが、本発明は、換気空調用途以外の遠心送風機にも適用可能である。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１０１ 遠心送風機、２ 駆動モータ、２ａ シャフト、３ 羽根車、４ スクロールケーシング、４ａ 内壁面、５ 主板、６ 主翼、６ａ，８ａ 上面、７ 補強リング、８ 案内板、９ ベルマウス、１０ 吸込口、１１ 吹出口、１２ 舌部、１３ 凹部。

Claims (6)

1. スクロールケーシングと、
   駆動モータと、
   前記駆動モータのシャフトを中心に回転する主板と、該主板に環状に配列された複数の主翼と、前記主翼の外周部から前記シャフトに直交する方向かつ前記シャフトから遠ざかる方向に延びる補強リングとを備え、前記スクロールケーシング内に収容された羽根車とを有する遠心送風機であって、
   前記羽根車は、前記補強リングに配列され、前記羽根車の内周側から外周側に空気を送り出し、前記シャフトの周方向に間隔を空けて設置された複数の翼板を有することを特徴とする遠心送風機。
2. 前記羽根車は、前記翼板の部分での外径が、前記主翼の部分での外径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の遠心送風機。
3. 前記羽根車は、前記補強リングの部分での外径が、前記翼板の部分での外径以上であることを特徴とする請求項２に記載の遠心送風機。
4. 前記翼板は、円弧状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の遠心送風機。
5. 前記シャフトの軸方向における前記主板と前記翼板の上面との距離は、前記主板と前記主翼の上面との距離以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の遠心送風機。
6. 前記スクロールケーシングは、舌部に凹部が設けられており、前記補強リングが前記凹部を通過することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の遠心送風機。

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