JP4302960B2

JP4302960B2 - 遠心式の多翼送風機

Info

Publication number: JP4302960B2
Application number: JP2002308654A
Authority: JP
Inventors: 幸夫尾関; 正治恩田; 充博黒川
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2022-10-23
Also published as: JP2004143995A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として自動車用の空気調和装置に用いられる遠心式の多翼送風機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
第１の従来例として、図８、図９に示すような遠心式の多翼送風機が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。この送風機は、多数のブレード１ａを有する多翼ファン１と、この多翼ファン１が出力軸２ａに取り付けられたモータ２と、多翼ファン１が内部に収容されると共に、多翼ファン１の外周にスクロール室３が形成されたケーシング４とを備えている。図８において、点Ｏは多翼ファン１の回転中心で且つスクロール室３の中心である。スクロール室３は、多翼ファン１とケーシング４の隙間が最小の舌部５を起点にして吐出口６に向かって徐々に通風面積が拡大する渦巻き状に形成されている。
【０００３】
ケーシング４は多翼ファン１の軸方向一方側の側面に吸入口７を有し、モータ２が回転すると、多翼ファン１は吸入口７から多翼ファン１の中心部に空気を吸い込む。空気は、多翼ファン１の中心部に吸い込まれた後、多翼ファン１によって運動エネルギ（動圧）を与えられ、スクロール室３を通過する間にケーシング４内で動圧の一部が静圧に変換されて、吐出口６より吐出される。
【０００４】
この際、動圧から静圧への変換は、スクロール室３の渦巻き（スクロール）の巻き角θｓが大きければ大きいほどスムーズに行われ、その結果、空気流の乱れもなく、風量が増大して、騒音が低下する。
【０００５】
ここで、上記「巻き角θｓ」とは、ケーシング４のスクロール室３の舌部５の中心点Ｐから吐出側の平面側板（外周側板）８が始まる点Ｃまでの、多翼ファン１の回転方向における角度をいう。
【０００６】
また、ケーシング４のスクロール室３の対数らせん形状の半径Ｒは、
Ｒ＝Ｒ0 ・ｅｘｐ｛ｎ（θ＋θ0 ）｝
で表される。この式において、Ｒ0 は、多翼ファン１の半径を示し、θは、ケーシング４の舌部５の中心Ｐを起点とする多翼ファン１の回転方向への角度を示している。θ0 は、吐出口６側のケーシング４においてスクロール室３のファン軸方向の長さが拡大し始める位置（図のＱ点）から舌部５の中心Ｐ点までの角度を示している。
また、上式中のｎは拡大角と呼ばれ、自動車用の空気調和装置で使用される多翼送風機では５°〜８°が一般的とされている。この拡大角ｎは、スクロール室３の多翼ファン１の径方向への拡がりの大きさを表しており、拡大角ｎが大きくなるほど、スクロール室３は容積が増大し、ケーシング４は多翼ファン１の径方向へ拡大する。また、拡大角ｎが小さくなるほど、スクロール室３は容積が減少し、ケーシング４は多翼ファン１の径方向へ縮小する。
【０００７】
上記従来の多翼送風機の場合、この拡大角ｎを一定にして、舌部５から吐出口６までのスクロール室３を形成している。
【０００８】
また、スクロール室３のファン軸方向の幅寸法Ｌ１を吐出口６に向かうほど徐々に増大させることで、拡大角ｎの値を、例えば３．３°程度に小さく抑えて、ケーシング４の径方向の小型化を図ることも行われている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
また、第２の従来例として、前述した舌部５から吐出口６にかけて形成されるスクロールの拡大角ｎを、舌部５に近い前半部分と吐出口に近い後半部分で異ならせたものもある（例えば、特許文献３参照）。即ち、この送風機では、スクロールを、舌部から所定の巻き角位置までの範囲の第１の拡大角で形成された第１のスクロールと、所定の巻き角位置から吐出口までの範囲の第１の拡大角よりも小さい第２の拡大角で形成された第２のスクロールとで構成し、第２のスクロールの拡大角を小さくすることで、吐出口付近の寸法の小型化を図っている。
【００１０】
【特許文献１】
特許第２６９０７３１号公報（図１、図２）
【００１１】
【特許文献２】
特開２００２−４８０９７号公報
【００１２】
【特許文献３】
特開平１１−３７０９６号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、多翼送風機の送風性能は、スクロール室３の巻き角θｓと渦巻きの拡大角ｎによって大きく左右されることが分かっている。最近の車両用空調装置の送風機では、送風性能を高めるためにスクロール室３の巻き角θｓを２９０°〜３２０°付近まで大きくするものもある。
【００１４】
しかし、第１の従来例と同様に一定の拡大角ｎでスクロール室３の巻き角θｓを大きくすると、それだけケーシング４の外形寸法が増大し、送風機が大型化してしまうという問題がある。そこで、巻き角θｓを維持したまま、拡大角ｎを小さくすることで小型化を図ることが考えられるが、そうすると高風量側での性能悪化が著しいという問題がある。
【００１５】
また、第２の従来例のように、吐出口側の拡大角を巻き始め側の拡大角より小さくした場合、確かにある程度のケーシングの外形寸法の縮小が可能になるが、吐出口の付近での拡大角の減少により吐出性能が悪化する問題は否めない。
【００１６】
本発明は、上記事情を考慮し、性能を維持しながら小型化を達成することのできる遠心式の多翼送風機を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、回転駆動される多翼ファンと、この多翼ファンを収容すると共に多翼ファンの軸方向側面に吸入口を有し且つ多翼ファンの外周に多翼ファンとの隙間が最小の舌部を起点にして吐出口に向かって徐々に通風面積が拡大する渦巻き状のスクロール室を有するケーシングと、を備えた遠心式の多翼送風機において、前記スクロール室の渦巻きの巻き始めの位置に、前記舌部から所定の角度範囲だけ渦巻きの拡大角をゼロにすることで多翼ファンとケーシングの隙間を一定に保った助走部を設け、その助走部の終端から所定の拡大角を３．３°で渦巻きが設定され、前記助走部を設ける角度範囲を、５°〜３０°の範囲の任意の値に設定したことを特徴とする。
【００１８】
この発明の送風機では、スクロール室の渦巻きの巻き始めの位置に、拡大角がゼロの助走部を所定長さ（所定の角度範囲だけ）設けたので、助走部の後に通常の大きさの拡大角をとり、巻き角を大きくとっても、ケーシングの外形が大きくならない。つまり、従来品と同じ巻き角・同じ拡大角（助走部以降の拡大角）とした場合、助走部を設けた分だけ、スクロール室の径方向の外形寸法を小さくすることができる。なお、拡大角がゼロの助走部を所定の角度範囲に限って設けた場合は、性能低下がほとんどないことが確認されている（後述）ので、性能を維持しつつ小型化を図ることが可能となる。反対に、ケーシングの外形寸法を従来品と同じく設定した場合、助走部を設けたことにより、助走部以降の渦巻きの拡大角を大きくとることができるので、それにより、吐出性能の向上を図ることができる。
【００２２】
また、助走部を設ける角度範囲（助走部の長さに相当）を５°〜３０°の範囲の任意の値に設定した場合、吐出性能の低下はほとんどない。従って、性能を維持しながら小型化が図れる。
【００２３】
請求項２の発明は、請求項１に記載の遠心式の多翼送風機であって、前記スクロール室のファン軸方向の幅寸法を、前記巻き始め側から吐出口に向かうに従い増大させたことを特徴とする。
【００２４】
このように、スクロール室の幅寸法を吐出口に向かうに従い増大させたことにより、性能を維持しながら拡大角を小さく設定することができ、ケーシングの径方向の外形寸法の縮小を図ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１は実施形態の多翼送風機の概略平面図、図２は図１のＡ方向から見た透視図である。この送風機は、自動車用の空気調和装置に用いられるものであり、多数のブレードを有する多翼ファン１１と、この多翼ファン１１が出力軸に取り付けられたモータ１２と、このモータ１２の本体部が組み付けられたケーシング１４とを備え、ケーシング１４の内部に多翼ファン１１が収容されている。
【００２７】
ケーシング１４内には、多翼ファン１１の外周に渦巻き状のスクロール室１３が形成され、ケーシング１４のファン軸方向の一方の側面には、ケーシング４の内部へ空気を吸い込むための吸入口１７が設けられ、モータ１２は吸入口１７の反対側に取り付けられている。
【００２８】
図１において、点Ｏは多翼ファン１１の回転中心で且つスクロール室１３の中心である。スクロール室１３は、多翼ファン１１とケーシング１４の隙間が最小の舌部１５を起点にして吐出口１６に向かって徐々に通風面積が拡大する渦巻き状に形成されている。
【００２９】
また、スクロール室１３は、ケーシング１４の舌部１５から吐出口１６までモータ軸（ファン軸）方向に沿った上下両方向へ所定の拡がり角で均等に拡大している。つまりスクロール室１３のモータ軸方向の幅寸法Ｌ１は、巻き始め側から吐出口１６に向かうに従い増大している。このため、スクロール室１３は、モータ軸方向へ徐々に容積が増加しており、この増加容積分と同等の容積分だけ、容積が減少するように拡大角ｎが小さく設定されている。ここでは、スクロール室１３の拡大角ｎは３.３°に設定されている。
【００３０】
また、この送風機の最大の特徴点として、スクロール室１３の渦巻きの巻き始めの位置に、舌部１５から所定の角度範囲θ１だけ渦巻きの拡大角ｎをゼロにすることで多翼ファン１１とケーシング１４の隙間を一定に保った助走部２０が設けられており、その助走部２０の終端から、前記の所定の拡大角ｎ＝３．３°で渦巻き（スクロール）が形成されている。
【００３１】
この場合、助走部２０の長さ、即ち、助走部２０を設ける角度範囲θ１は、吐出性能を落とさない最大値である３０°に設定されている。この助走部２０を設けた角度範囲θ１＝３０°は、スクロール室１３の巻き角θには含まれるが、スクロール室１３の径方向の広がり寸法には寄与しないので、結果的に、この助走部２０がある分だけ、巻き始めの位置から拡大角３．３°で全スクロールを形成した場合と比べて、スクロール室１３の径方向寸法の縮小が図れる。
【００３２】
なお、助走部２０の長さ（角度範囲）θ１は、５°〜６０°の範囲の任意の値に設定すれば、性能をほぼ維持しながら、スクロール室１３の径方向寸法の縮小効果を得ることができる。この場合、助走部２０の長さθ１を大きくすればするほど、スクロール室１３の寸法縮小効果が出てくるが、同時に吐出性能が落ちていくので、性能低下と寸法縮小効果の兼ね合いで、助走部２０の長さを決めるのが望ましい。但し、助走部２０の長さθ１を３０°以内に収めると、性能の低下がほとんど見られないことが確認されたので、性能を全く落としたくない場合には、助走部２０の長さを、その範囲で寸法縮小効果が最大に発揮できる３０°に設定するのが好ましい。
【００３３】
なお、この送風機では、スクロール室１３の巻き角θｓを３１０°に設定し、吐出口１６の通路面積を吸入口１７の開口面積の０．８倍に設定し、舌部１５に異音発生やサイレンサ音を発生しないようファン径×０．０９の隙間を確保している。また、吐出口１６の内周側の側壁１６ａを、吐出口１６多翼ファン１１の外周とを結ぶ接線上に形成している。また、その他の巻き角θｓ、拡大角ｎ等の定義は前述した通りである。
【００３４】
次に本発明を評価するための試験の結果について説明する。
【００３５】
図３はスクロールの巻き始め位置に設ける助走部の長さ（角度範囲）θ１と吐出性能の関係を調べた試験結果を示す特性図であり、実線で示す特性線ｋは助走部の長さθ１（°）が変化した場合の吐出性能（Ｐａ）の変化を示している。条件としては、巻き角θｓ＝３１０°、拡大角ｎ＝３．３°である。
【００３６】
この特性線ｋにおいて、
（ａ）点は従来例相当の助走部なし（θ１＝０°）の場合の検出点である。
【００３７】
（ｂ）点は本発明の前記実施形態に相当する、助走部の長さθ１＝３０°の場合の検出点である。
【００３８】
（ｄ）点は助走部の長さθ１＝６０°の場合の検出点である。
【００３９】
この特性線ｋから、０＜θ１≦３０°の場合は全く性能の低下が認められず、３０°＜θ１≦６０°の場合は徐々に性能低下が起きるが、あまり大きな性能低下は認められないことが分かる。
【００４０】
図４は助走部がない従来品と同様の送風機において、拡大角ｎと性能の関係を調べた試験結果を示す特性図である。条件としては、巻き角θｓ＝３１０°に設定し、スクロール室１３の幅寸法Ｌ１を、巻き始め位置から徐々に増大させてある。なお、幅寸法Ｌ１の拡がりについては、上方向の拡がり角を３°、下方向の拡がり角を５°に設定してある。
【００４１】
この図において、
（ａ）点は拡大角ｎ＝３．３°の場合の検出点である。
【００４２】
（ｃ）点は拡大角ｎ＝３．０°の場合の検出点である。
【００４３】
（ｅ）点は拡大角ｎ＝２．６°の場合の検出点である。
【００４４】
この図から、拡大角ｎを小さくすればするほど性能が落ちることが分かる。
【００４５】
図５は巻き角θｓと広がり寸法（スクロール室の径方向寸法の広がり）の関係を調べた結果を示す特性図である。
【００４６】
この図において、
（ａ）は従来例に相当する助走部なしで拡大角ｎ＝３．３°の場合の曲線である（点線）。
【００４７】
（ｂ）は本発明の前記実施形態に相当する、助走部の長さθ１＝３０°で、拡大角ｎ＝３．３の場合の曲線である（実線）。
【００４８】
この２つの曲線から、巻き角θｓ＝３１０°でスクロール室を形成した場合、本発明の（ｂ）では助走部を設けた分だけ、スクロール室の径方向のサイズダウンが図れることが分かる。
【００４９】
（ｃ）は（ｂ）の場合におけるサイズダウン分を、従来品における全体の拡大角ｎを変更することで実現した場合の例を示している。
【００５０】
この（ｃ）に示すように、（ｂ）と同じサイズでケーシング（スクロール室）を形成するには、拡大角ｎを３．０°にする必要があることが分かる。
【００５１】
ところが、拡大角ｎを３．０°にすると、性能的には図４の（ｃ）点となり、助走部を３０°の範囲で設け且つ拡大角ｎを３．３°にした場合（本発明の実施形態）の性能（図３参照）よりも劣る。従って、同じサイズダウンを図るにも、拡大角ｎを全体で小さくする（ｃ）の場合と比べて、（ｂ）の本発明の方（助走部を設けて助走部後の拡大角を３．３°とする方）が、性能を落とさずにサイズダウンが図れて有利であることが分かる。
【００５２】
図６は巻き角θｓと広がり寸法（スクロール室の径方向寸法の広がり）の関係を調べたもう一つの特性図である。
【００５３】
この図において、
（ａ）は従来例に相当する助走部なしで拡大角ｎ＝３．３°の場合の曲線である（点線）。
【００５４】
（ｄ）は助走部の長さθ１＝６０°で、拡大角ｎ＝３．３の場合の曲線である（実線）。
【００５５】
この２つの曲線から、巻き角３１０°でスクロール室を形成した場合、（ｄ）の場合は、助走部を設けた分だけ、スクロール室の径方向のサイズダウンが図れることが分かる。
【００５６】
（ｅ）は（ｄ）の場合におけるサイズダウン分を、従来品における全体の拡大角ｎを変更することで実現した場合の例を示している。
【００５７】
この（ｅ）に示すように、（ｄ）と同じサイズでケーシング（スクロール室）を形成するには、拡大角ｎを２．６°にする必要があることが分かる。
【００５８】
この（ｅ）のように拡大角ｎを２．６°にすると、性能的には図４の（ｅ）点となり、（ｄ）の場合の性能〔図３の（ｄ）点〕と同じくなる。
【００５９】
ここで、図３に戻って説明する。図３中の一点鎖線で示す特性線ｍは、スクロール室の外形サイズを同じく設定した場合の、拡大角ｎと性能の関係を示している。先に調べた関係により、助走部の長さθ１＝０°の場合は拡大角３．３°に対応し、助走部の長さθ１＝３０°の場合は拡大角３．０°に対応し、助走部の長さθ１＝６０°の場合は拡大角２．６°に対応している。特性線ｍは、この対応関係に基づいて、拡大角と性能の関係を、特性線ｋのグラフに重ねて示したものである。
【００６０】
つまり、図３は同じスクロール室の外形サイズで性能を比較して示している。即ち、実線で示す特性線ｋは、助走部の長さの変化に対する性能の変化を示し、一点鎖線で示す特性線ｍは、拡大角の変化に対する性能の変化を示している。この両特性線ｋ、ｍは、助走部の長さが６０°のとき（拡大角２．６°に対応）に互いに交差し、助走部の長さθ１＜６０°の範囲では、特性線ｋの方が特性線ｍより上側にあるが、助走部の長さ６０°＜θ１の範囲になると、逆転して特性線ｋの方が特性線ｍよりも下側になる。つまり、助走部の長さθ１＝６０°を境に性能が逆転する。従ってこのことにより、助走部の長さが６０°以内であれば、同じサイズを拡大角ｎの縮小で実現した場合に比べて、性能的に高くなる、つまり性能向上が図れると言うことができる。
【００６１】
図７は、吐出口に向けてスクロール室の幅寸法Ｌ１を増大させた場合の巻き角と通路面積の関係を示している。点線は従来、実線は本発明の例を示す。スクロール室の幅寸法Ｌ１を所定の拡がり角で増大させると、助走部（拡大角ゼロ）を設けた本発明の場合でも、助走部の範囲で通路面積が広がる。従って、そのことにより、拡大角ゼロの影響を緩和することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スクロールの巻き始めの部分に拡大角ゼロの助走部を設けたので、性能を維持しつつ、ケーシングの小型化を図ることができる。即ち、小さなスクロールサイズで、大きなスクロールサイズと同等の性能を確保することができる。また、スクロールサイズを従来と同等に維持した場合には、高性能化を図ることができる。また、ほとんど性能を落とさずに、小型化を図ることができる。さらに、請求項２の発明のようにスクロール室の幅寸法を吐出口に向けて徐々に増大させることにより、拡大角をより小さく設定しながら、性能の維持までは向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の多翼送風機のスクロール室の断面図である。
【図２】図１のＡ方向から送風機を見た透視図である。
【図３】助走部の長さと性能の関係を調べた特性図である。
【図４】スクロール拡大角と性能の関係を調べた特性図である。
【図５】巻き角とケーシングの広がり寸法の関係を調べた特性図である。
【図６】巻き角とケーシングの広がり寸法の関係を調べた別の特性図である。
【図７】巻き角と通路面積の関係を調べた特性図である。
【図８】従来の多翼送風機の断面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ矢視断面図である。
【符号の説明】
１１多翼ファン
１３スクロール室
１４ケーシング
１５舌部
１６吐出口
１７吸入口
２０助走部
θ１助走部を設ける角度範囲
Ｌ１スクロール室の幅寸法

Claims

回転駆動される多翼ファン（１１）と、この多翼ファン（１１）を収容すると共に多翼ファン（１１）の軸方向側面に吸入口（１７）を有し且つ多翼ファン（１１）の外周に多翼ファン（１１）との隙間が最小の舌部（１５）を起点にして吐出口（１６）に向かって徐々に通風面積が拡大する渦巻き状のスクロール室（１３）を有するケーシング（１４）と、を備えた遠心式の多翼送風機において、
前記スクロール室（１３）の渦巻きの巻き始めの位置に、前記舌部（１５）から所定の角度範囲（θ１）だけ渦巻きの拡大角（ｎ）をゼロにすることで多翼ファン（１１）とケーシング（１４）の隙間を一定に保った助走部（２０）を設け、その助走部（２０）の終端から所定の拡大角（ｎ）を３．３°で渦巻きが設定され、
前記助走部（２０）を設ける角度範囲（θ１）を、５°〜３０°の範囲の任意の値に設定したことを特徴とする遠心式の多翼送風機。
請求項１に記載の遠心式の多翼送風機であって、
前記スクロール室（１３）のファン軸方向の幅寸法を、前記巻き始め側から吐出口（１６）に向かうに従い増大させたことを特徴とする遠心式の多翼送風機。