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JP2016020658A - 遠心式送風機 - Google Patents

遠心式送風機 Download PDF

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JP2016020658A
JP2016020658A JP2014144726A JP2014144726A JP2016020658A JP 2016020658 A JP2016020658 A JP 2016020658A JP 2014144726 A JP2014144726 A JP 2014144726A JP 2014144726 A JP2014144726 A JP 2014144726A JP 2016020658 A JP2016020658 A JP 2016020658A
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air
rectifying
fan
centrifugal blower
air intake
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JP2014144726A
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淳 小野寺
Atsushi Onodera
淳 小野寺
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Hitachi Astemo Ltd
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Keihin Corp
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Abstract

【課題】遠心式送風機において、ケースの大型化を抑制しつつ送風効率の向上を図ると共に、消費電力並びに騒音の低減を図る。
【解決手段】遠心式送風機10を構成するケーシング18には、空気取入口36に臨むように整流部40が設けられ、該整流部40には、前記空気取入口36に向かって鉛直方向に流入する空気の流れをファン14の回転方向と同一方向となるように導く複数の整流翼44が設けられる。この整流翼44は、その上部から下部に向かって緩やかに湾曲した断面円弧状に形成されている。そして、整流部40を通して空気を空気取入口36からファン14側へと流入させることで、該空気をファン14の回転方向に比較的近い流れ方向で流入させることができる。
【選択図】図1

Description

本発明は遠心式送風機に関し、一層詳細には、車両に搭載される空調装置に使用する遠心式送風機に関する。
従来から、車両用空調装置には、車室内空気又は車室外空気を取り込むファンと、前記ファンを回転させるモータと、前記ファンを囲繞するケーシングとから構成される遠心式送風機が採用されている。
この遠心式送風機は、例えば、特許文献1に開示されるように、ケーシングの内部にファンが収納され、該ファンの外周側に沿って渦巻状の通路が形成されると共に、ファンの内側には複数の固定翼が設けられている。この固定翼は、ケーシングのベルマウスの背面側からファンの軸方向に沿って延在している。そして、モータが駆動することでファンが回転し、ケーシングにおけるベルマウスの開口部から内部へと空気が取り込まれた後、複数の固定翼によって旋回するように導かれファンの内側からブレードを通じて外周側へと導出されて通路に沿って流通する。
特許第4123559号公報
上述した遠心式送風機では、複数の固定翼をケーシング内に設けているため、その収納スペースの分だけ前記ケーシングが大型化してしまうと共に、前記固定翼が軸方向に延在し上端部のみで支持された片持ち構造であるため、強度を確保しようとした場合には固定翼を厚くする必要が生じ、その結果として重量増加を招くこととなる。そのため、固定翼の下端部を補強リングによって連結することで強度を向上させているが、該補強リングによって固定翼の形状が複雑化し、前記固定翼の強度は確保できるものの補強リングの分だけ重量が増加してしまうという問題がある。
また、近年の省エネルギー化の観点から、遠心式送風機における送風効率を高めつつ消費電力を低減させることが望まれると同時に、静音化が要請されている。
本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、ケースの大型化を抑制しつつ送風効率の向上を図ると共に、消費電力並びに騒音の低減を図ることが可能な遠心式送風機を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明は、空気取入口を有したケースと、ケースに収納され円周方向に沿って複数のブレードを有したファンと、ファンを回転させる駆動源とを有し、空気取入口がファンの軸線方向に開口した遠心式送風機において、
ケースには、空気取入口に臨み、空気取入口からケース内に取り込まれる空気の流入方向をファンの回転方向へと変化させる整流部を備えることを特徴とする。
本発明によれば、遠心式送風機を構成するケースにおいて、空気取入口に臨むように整流部を設け、空気取入口からケース内へと取り込まれる空気の流入方向を回転方向へと変化させている。
従って、整流部をケース内に設ける必要がないため、従来の遠心式送風機と比較して前記ケースの大型化を抑制できると共に、空気取入口からケース内へと空気が取り込まれる際、整流部によってファンの回転方向へと導くことで、ブレードの端部に対して緩やかな進入角度(接触角度)で接触させることができる。その結果、空気との接触によるブレードの端部への負荷がより低減され、ファンを駆動させるための駆動源の駆動負荷を低減することで、消費電力を低減させることができる。
また、空気がファンにおけるブレードの端部を通過した直後の剥離や、ブレードの背面側となる負圧面での負圧領域の増加が好適に抑制されるため、ブレード間において空気を円滑に流通させることができ送風効率の向上を図ることができる。
さらに、ブレードの端部近傍における空気の流速を抑制することができるため、ブレードと空気との接触音が抑制され、ファン稼働時における騒音の低減を図ることができる。
さらにまた、整流部は、空気取入口の中心に対して半径外方向に放射状に設けられた複数の整流翼からなり、複数の整流翼の中心側端部を互いに連結させることにより、従来の遠心式送風機で用いられていた補強リングのような長いリング状部材を設けることなく、整流翼の軸方向に沿った両端部をそれぞれ確実に支持することができ、しかも、中心側端部が近接配置されているため最低限の連結部材で十分に連結可能であり、整流翼を薄くすることで軽量化及び構造の簡素化を図ることが可能となり、それによって製造も容易となる。
さらに、整流翼は、空気の流入方向から徐々にファンの回転方向へと空気の流れの向きを変更する断面湾曲形状に形成することにより、空気の流れる方向を軸方向に沿った流入方向から周方向に沿ったファンの回転方向へと容易且つ円滑に偏向させることが可能となる。
またさらに、整流翼を、半径外方向に向かって徐々に幅広状に形成することにより、整流翼の端部が集中する中心側が外周側と比較して開口が小さくなり流量が低下するため、軸方向から見た整流翼の投影面積を中心側ほど小さくすることで、空気取入口全体における流量バランスの極端な偏りを好適に補正することができる。
また、空気取入口へ取り込む空気の流れを基準として、整流翼の上流側の端部を同一平面上となるように形成し、整流翼の下流側の端部は中心から半径外方向に向かって徐々に軸方向寸法が大きくなるように形成し、上流側の端部においてフィルタを保持させるとよい。これにより、整流翼を半径外方向に向かって徐々に幅広状に形成する際、下流側の端部でのみ軸方向寸法を調整することで、上流側の端部においてフィルタを支持する際に、整流翼の端部を中心から外縁部までの全域にわたってフィルタへ当接させることができるため、安定したフィルタの支持を行うことができる。
さらに、整流部を、ケースと一体成形によって形成するとよい。
本発明によれば、以下の効果が得られる。
すなわち、遠心式送風機のケースにおいて、空気取入口に臨むように整流部を設けることで、ケース内に整流部を設ける必要がないため、該ケースの大型化を抑制できると共に、空気取入口からケース内へと取り込まれる空気の流入方向を回転方向へと変化させることで、ファンのブレードの端部に対して緩やかな空気の進入角度(接触角度)で接触させて駆動源の駆動負荷を低減することにより、消費電力の低減を図ることができ、ブレードの端部近傍における空気の流速を抑制することで騒音を低減できると共に、しかも、空気をブレード間において円滑に流通させることができるため送風効率の向上を図ることができる。
本発明の実施の形態に係る遠心式送風機の外観斜視図である。 図1に示す遠心式送風機の側面断面図である。 図3Aは、図1に示す遠心式送風機の全体平面図であり、図3Bは、図3Aにおけるブレード近傍を示す拡大断面図である。 図1の遠心式送風機で送出される空気の流量と送風効率及び消費電力との関係を示す特性曲線図である。
本発明に係る遠心式送風機について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図1において、参照符号10は、本発明の実施の形態に係る遠心式送風機を示す。
この遠心式送風機10は、図1及び図2に示されるように、モータ等からなる回転駆動源(駆動源)12と、該回転駆動源12の駆動作用下に回転駆動するファン14と、該ファン14の外周を囲繞するように設けられ、空気が流通する渦巻状の吐出通路16を有したケーシング(ケース)18とを備える。
回転駆動源12は、例えば、ケーシング18の略中央下部に設けられ、その回転軸20が前記ケーシング18内へ突出するように固定されている(図2参照)。そして、回転軸20は、ファン14の中心部に対して連結され、回転駆動源12の駆動作用下に一体的に回転する。
ファン14は、後述するケース本体28の略中央に収納され、周方向に沿って等間隔離間した複数のブレード22と、前記ブレード22の上端部に設けられた環状のシュラウド24と、前記ブレード22の下端部に設けられたボス部26とを備える。
ブレード22は、断面湾曲状に形成され鉛直方向(矢印A、B方向)に所定長さで延在すると共に、周方向に沿って互いに等間隔離間するように複数設けられている。そして、ブレード22の上端部にはシュラウド24が結合されると共に、下端部にはボス部26が結合されることで、略円筒状のファン14が構成される。なお、以下の説明では、図3Bに示されるように、ブレード22における内周側の端部を入口側端部22a、外周側の端部を出口側端部22bとする。
このシュラウド24は、後述するケーシング18の空気取入口36から流入する空気がファン14の軸方向(矢印B方向)から半径外方向へと方向転換されるように緩やかな円弧状に形成されている。そして、ファン14は、中心から外周側に向かって下方へ向かって傾斜したボス部26の中心が回転駆動源12の回転軸20と連結され一体的に回転する。
ケーシング18は、例えば、ファン14の外周側を囲繞するケース本体28と、該ケース本体28の下部に装着される下部ケース30と、前記ケース本体28の上部に設けられる上部ケース32と、前記下部ケース30の略中央下部に設けられ回転駆動源12の収納されるホルダ34とを含む。
ケース本体28は、その内部にファン14の収納された状態で、上部に上部ケース32が装着され、下部に下部ケース30が装着されることで、前記ケース本体28、上部ケース32及び下部ケース30から螺旋状の吐出通路16が形成される。
また、ホルダ34は、有底筒状に形成され、その内部に回転駆動源12が収納された状態で下部ケース30の略中央部に下方(矢印B方向)から装着されることで、前記回転駆動源12の一部がケーシング18内に露呈した状態で固定される。
上部ケース32は、その外縁部がケース本体28の上端部に係合されることで一体的に装着され、略中央部には空気をケーシング18内へと取り込むための空気取入口36が開口している。この空気取入口36は、略円形状に開口し、ケーシング18の内部と外部とを連通させると共に、外周部には前記シュラウド24の上端部側に向かって折り返されたベルマウス38が形成される。このベルマウス38は、断面略半円状で空気取入口36に沿って環状に形成される。
なお、空気取入口36及びベルマウス38は、ケーシング18の内部に収納されたファン14と同軸状に配置される。
また、ベルマウス38には、図1〜図3Aに示されるように、空気取入口36に臨むように整流部40が設けられ、該空気取入口36を通じてケーシング18内へと取り込まれる空気を整流している。この整流部40は、例えば、空気取入口36及びベルマウス38の上方に設けられ、該空気取入口36の中心と同軸上に設けられた支持部42と、該支持部42を中心として放射状に延在した複数の整流翼44とからなる。
整流翼44は、図3Aに示されるように、例えば、支持部42を中心として周方向(矢印C方向)に互いに等間隔離間するように複数(例えば、12枚)設けられ、その内周側となる一端部が前記支持部42へ接続され、外周側となる他端部がベルマウス38の上部に接続されている。また、整流翼44は、その上端部が略一定高さとなり、下端部が中心となる一端部から他端部側(半径外方向)に向かって徐々に拡幅するように幅広状に形成されると共に、ベルマウス38の径方向から見た断面形状が円弧状に形成される(図1参照)。
この整流翼44は、その上部側がベルマウス38から離間する鉛直上方向(矢印A方向)に向かい、ベルマウス38側となる下方(矢印B方向)に向かって所定半径で徐々に湾曲するように形成されている。すなわち、整流翼44は、空気取入口36の軸方向(矢印A、B方向)に沿って所定高さを有している。
そして、複数の整流翼44は、その上端部が同一高さに形成され、且つ、該上端部と支持部42の上端部とも同一高さで形成されるため、整流部40の上部が略同一平面状となる(図2参照)。
また、整流翼44は、その断面形状において上部から下部側に向かってファン14の回転方向(矢印C方向)と同一方向に湾曲するように形成される。
なお、整流翼44は、整流部40を設けない場合の空気取入口36の開口面積と略同等の開口面積が確保可能な数量並びに断面形状に設定される。換言すれば、整流部40を設けない場合の空気取入口36から取り込まれる空気の流路抵抗と略同等の流路抵抗となる整流翼44の数量並びに断面形状に設定される。
本発明の実施の形態に係る遠心式送風機10は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
先ず、図示しないコントローラからの制御信号に基づき回転駆動源12が駆動し、該回転駆動源12の駆動作用下にファン14が回転することで空気取入口36から前記ファン14の内側へと空気が吸い込まれる。なお、この場合、ファン14は、図3Aにおいて時計回り(矢印C1方向)に回転する。
この際、整流部40における複数の整流翼44の間を空気が通過することで、鉛直下方向(図2中、矢印B方向)に向かった空気が整流翼44の上部から湾曲面に沿って緩やかに方向が変わり、ファン14の回転方向(矢印C1方向)へと導かれることで空気取入口36を通じて旋回しながら流入していく。これにより、流入した空気の流れ方向とファン14の回転方向とが略同一方向となり、該ファン14のブレード22に対して斜め上方向から当たるようにして流入する。
そして、図3Aに示されるように、ファン14の回転作用下に旋回流となった空気は、ボス部26に沿って流れた後、ブレード22の間を通過して外周側の吐出通路16へと送り込まれて図示しない空気出口部に導かれる。この際、図3Bに示されるように、ファン14におけるブレード22の入口側端部22aからブレード22間への進入角度θが直角よりも緩やかな角度(θ>90°)となる。
以上のように、本実施の形態では、遠心式送風機10のケーシング18を構成する上部ケース32において、空気取入口36に臨むように整流部40を前記上部ケース32の外側に設け、該整流部40には前記空気取入口36と同軸上の支持部42を中心として放射状に設けられた複数の整流翼44を有している。そして、ファン14の回転作用下に空気取入口36からケーシング18内へと空気を取り込む際、前記空気が複数の整流翼44によって鉛直方向からファン14の回転方向(矢印C1方向)と同一方向へと導くことで、旋回流として前記ファン14側へと流すことができる。
そのため、整流部40をケーシング18の内部に設けた場合と比較し、該ケーシング18の大型化を抑制することが可能となる。
また、ケーシング18内に流入した空気がファン14のブレード22に対して直交するように当たることが回避され、前記ファン14の回転方向に比較的近い流れ方向で流入させることができ、前記ブレード22の入口側端部22aに対する空気の進入角度θ(接触角度)を緩やかにすることができるため、ブレード22の入口側端部22aに対する負荷が低減され、前記ファン14を駆動させるための回転駆動源12の駆動トルクを低減することが可能となり、それに伴って、図4に示される送出される空気の流量と消費電力との関係を示す特性曲線図からも諒解されるように、従来の遠心式送風機における消費電力を示す特性曲線D1´(破線)と比較し、本実施の形態に係る遠心式送風機10を示す特性曲線D1(実線)のように、全域にわたって消費電力の低減を図ることができる。
さらに、ブレード22の入口側端部22aに対する空気の進入角度θ(接触角度)を緩やかにすることで、前記入口側端部22aを通過した直後の前記ブレード22からの剥離や、ブレード22の背面側となる負圧面での負圧領域(逆流領域)の増加が抑制される。その結果、隣接するブレード22間において負圧面と対向し表面側となる正圧面での流路を確保することができるため、前記ブレード22間において空気を円滑に外周側へと流通させることができる。
その結果、図4に示される送出される空気の流量と送風効率との関係を示す特性曲線図からも諒解されるように、従来の遠心式送風機における送風効率を示す特性曲線D2´(破線)と比較し、本実施の形態に係る遠心式送風機10を示す特性曲線D2(実線)のように、全域にわたって送風効率の向上を図ることができる。
さらにまた、ブレード22の入口側端部22aに対する空気の進入角度θ(接触角度)を緩やかにすることで、該入口側端部22a近傍における空気の流速を抑制することができ、しかも、出口側端部22b近傍の流速も抑制することが可能となるため、前記ブレード22と前記空気との接触音が緩和され、ファン14の稼働時における騒音の低減を図ることができる。
またさらに、整流部40を、空気取入口36の中心から半径外方向に向かって放射状に延在した複数の整流翼44から構成し、前記整流翼44の中心側となる一端部同士を互いに連結することで、従来の遠心式送風機で用いられていた補強リングのような長いリング状部材を設けることなく、前記整流翼44の軸方向に沿った両端部をそれぞれ確実に支持することができると共に、前記一端部同士は互いに近接しているため最低限の連結部材(支持部42)で十分に連結可能であり、前記整流翼44を薄くすることができるため軽量化及び構造の簡素化を図ることができる。さらには、遠心式送風機10の製造が容易となる。
また、整流翼44を、空気の流入方向から徐々にファン14の回転方向(矢印C1方向)へと該空気の流れの向きを偏向させる断面湾曲形状に形成することで、前記空気の流れる方向を軸方向に沿った流入方向から周方向に沿って回転方向へと容易且つ円滑に偏向させることが可能となる。
さらに、整流翼44を、半径外方向に向かって徐々に幅広状となるように形成することで、前記整流翼44の一端部が集中する中心側が外周側と比較して空気取入口36の開口が小さくなり流量が低下するため、軸方向から見た整流翼44の投影面積を中心側において小さくすることで、空気取入口36の全体における流量バランスの偏りを好適に補正することが可能となる。
さらにまた、整流部40がケーシング18の上部に設けられ、しかも、複数の整流翼44の上端部及び支持部42の上部が略同一平面状となるように同一高さで形成されているため、例えば、遠心式送風機10に取り込まれる空気中に含まれる塵埃等を除去するためのフィルタF(図2中、二点鎖線形状参照)等を整流部40の上部に設置する際、整流翼44の一端部から他端部までの全域にわたってフィルタFの下面へと当接させることができる。その結果、フィルタFを設置するための設置部を別に設ける必要がなく、整流部40を利用することで安定的に設置することができると共に、部品点数並びに組付工数の削減を図ることができ、しかも、遠心式送風機10における周辺の省スペース化を図ることも可能となる。
またさらに、ベルマウス38を含むケーシング18と整流部40とを一体成形で形成することで、部品点数を増加させることなく上述した効果が得られる。
なお、本発明に係る遠心式送風機は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
10…遠心式送風機 12…回転駆動源
14…ファン 18…ケーシング
22…ブレード 22a…入口側端部
22b…出口側端部 24…シュラウド
28…ケース本体 32…上部ケース
36…空気取入口 38…ベルマウス
40…整流部 42…支持部
44…整流翼

Claims (6)

  1. 空気取入口を有したケースと、前記ケースに収納され円周方向に沿って複数のブレードを有したファンと、前記ファンを回転させる駆動源とを有し、前記空気取入口が前記ファンの軸線方向に開口した遠心式送風機において、
    前記ケースには、前記空気取入口に臨み、該空気取入口から前記ケース内に取り込まれる空気の流入方向を前記ファンの回転方向へと変化させる整流部を備えることを特徴とする遠心式送風機。
  2. 請求項1記載の遠心式送風機において、
    前記整流部は、前記空気取入口の中心に対して半径外方向に放射状に設けられた複数の整流翼からなり、前記複数の整流翼の中心側端部を互いに連結することを特徴とする遠心式送風機。
  3. 請求項1又は2記載の遠心式送風機において、
    前記整流翼は、前記空気の流入方向から徐々に前記ファンの回転方向へと該空気の流れの向きを変更する断面湾曲形状に形成されることを特徴とする遠心式送風機。
  4. 請求項2又は3記載の遠心式送風機において、
    前記整流翼は、半径外方向に向かって徐々に幅広状に形成されることを特徴とする遠心式送風機。
  5. 請求項4記載の遠心式送風機において、
    前記空気取入口へ取り込む空気の流れを基準として、前記整流翼の上流側の端部を同一平面上となるように形成し、前記整流翼の下流側の端部は中心から半径外方向に向かって徐々に軸方向寸法が大きくなるように形成し、前記上流側の端部においてフィルタを保持することを特徴とする遠心式送風機。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の遠心式送風機において、
    前記整流部は、前記ケースと一体成形によって形成されることを特徴とする遠心式送風機。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11992612B2 (en) 2018-03-30 2024-05-28 Murata Manufacturing Co., Ltd. Continuous positive airway pressure (CPAP) device

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