WO2015004751A1

WO2015004751A1 - 多翼送風機

Info

Publication number: WO2015004751A1
Application number: PCT/JP2013/068872
Authority: WO
Inventors: 加藤　康明
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2013-07-10
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2015-01-15
Also published as: EP3020978B1; JP6038321B2; JPWO2015004751A1; EP3020978A1; EP3020978A4

Abstract

　多翼送風機における羽根車３は、複数の遠心翼１１を有し、遠心翼の内部空間には、主板１０と吸込み口６との間に位置して、駆動軸に支持された中間支持具１６が配置されており、複数の遠心翼は、主板によって保持されていることに加え、中間支持具によっても保持されており、複数の遠心翼における中間支持具の下流側の領域の翼入口角は、該複数の遠心翼における該中間支持具の上流側の領域の翼入口角よりも大きい。

Description

多翼送風機

　本発明は、多翼送風機に関するものである。

　多翼送風機は、遠心送風機を基に多くの流量を得ようとして工夫された送風機である。吸込み口径を大きくするために翼の内外径比が、比較的大きい。内外径比が大きいために回転軸に水平な断面で見た翼の長さが短くなるので、剥離を防ぐために翼枚数を多くしている。また一定周速で有効ヘッドを大きくするために、前向き羽根を採用して、出口絶対速度を高め、高い動圧を静圧に変化するためにスクロールケーシングを備えるのが一般的である。構造が簡単で製作費が低いため、一般産業用、空調用などに広く使用されている。

　多翼送風機に設けられた羽根車は、複数の細長い翼を周方向に配列し、回転軌跡でみると全体として円柱状となる。円柱の片側または両側の円形状の端面領域が吸込み口となり、吸込み口からの気流が翼間を通り円柱状でいう円筒状の側面領域から流出する。

　所定の羽根車径、回転数でより多くの流量を得るためには回転軸方向の寸法を大きくする必要がある。回転軸方向の寸法を大きくした場合に、翼における吸込み口から遠い領域に十分な流量が供給されない問題が生ずる。そのため、非特許文献１の技術文献においては、羽根車の外径に対する回転軸方向の寸法比は、０．５前後が妥当とされている。

　また、従来の多翼送風機では、モータを羽根車の内部に挿入した形状において、モータが流れを阻害してしまう問題に対応したものがある。特許文献１には、吸込み口から回転軸方向に離れた翼に対し流れを供給するための工夫として、多翼送風機の羽根車の内部に軸流ファンを設けている。

特開２００７－２３１８６３号公報（第２頁、第３図）

生井武文の著作、株式会社コロナ社出版による「ターボ送風機と圧縮機」、昭和６３年８月２５日、Ｐ２９５

　上記の先行技術を応用し、回転軸方向の寸法の大きい多翼送風機の中に軸流ファンを備えることによって、翼における吸込み口から遠い領域への供給流量の増加を図ることは可能である。

　しかしながら、軸流ファンを通過する流れは、軸流ファンから旋回成分を付与されるため、軸流ファンの前後で流れのベクトルが異なる。そのため、軸流ファンの上流側において、翼への流入と翼形状とが適切であっても、軸流ファンの下流側では、翼への流入と翼形状とが適切にならず、多翼送風機の回転軸方向の寸法に応じた流量が得られないという課題が生じる。さらに、翼への流入と翼形状とが適切でないために、翼入口部での剥離が大きくなり騒音が大きくなるという課題も生じる。

　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、騒音を抑えつつ高い流量を得ることができる、多翼送風機を提供することを目的とする。

　上述した目的を達成するため、本発明の多翼送風機は、吸込み口を有するケーシングと、前記ケーシング内に回転可能に設けられた羽根車とを備え、前記羽根車は、駆動軸に固定された主板と、円筒状をなすように位置した複数の遠心翼とを有し、前記複数の遠心翼の内部空間には、中間支持具が配置されており、前記中間支持具は、前記主板と前記吸込み口との間に位置して、前記駆動軸に支持されており、前記複数の遠心翼は、前記主板によって保持されていることに加え、前記中間支持具によっても保持されており、前記複数の遠心翼における前記中間支持具の下流側の領域の翼入口角は、該複数の遠心翼における該中間支持具の上流側の領域の翼入口角よりも大きい。
　好適には、前記中間支持具は、複数の繋ぎ部を有しており、前記複数の繋ぎ部は、前記駆動軸から径方向外側に放射状に延びており、前記複数の繋ぎ部は、軸流ファンの翼形状を有する。
　好適には、前記羽根車における吸込み口側の端部から前記中間支持具の接続位置までの距離は、該羽根車の外径の約０．５から１．０倍である。
　好適には、前記羽根車の回転軸方向の寸法は、該羽根車の外径の１．０倍から１．５倍である。

　本発明の多翼送風機によれば、騒音を抑えつつ高い流量を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る多翼送風機の外観図である。図１のＩＩ－ＩＩ線による断面を示す図である。図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線による断面を示す図である。図２のＩＶ－ＩＶ線による断面を示す図である。本発明の実施の形態２に係る多翼送風機の外観図である。図５のＶＩ－ＶＩ線による断面を示す図である。図５のＶＩＩ－ＶＩＩ線による断面を示す図である。

　以下、本発明に係る多翼送風機の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。

　実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係る多翼送風機の外観図であり、後述する吸込み口を紙面表面側とし吸込み口に向かって見た状態を示している。図２は、かかる図１のＩＩ－ＩＩ線による多翼送風機の断面を示す図である。

　多翼送風機１は、例えば空調機や換気扇等に使用される送風機であり、ケーシング２と、羽根車３と、駆動源である駆動モータ４とを備える。駆動モータ４と羽根車３とは、回転軸５を共有する。説明においては、回転軸５と平行な方向を回転軸方向と呼び、回転軸５を垂線とする面において回転軸５を端点とした直線の放射方向を径方向と呼び、径方向の回転軸５に近い側を内周側、遠い方を外周側とする。

　ケーシング２は、例えばスクロール型ケーシングであり、吸込み口６と、スクロール壁７と、吹出し口８とを有している。スクロール壁７は、回転軸５に垂直な断面において拡大風路となるスクロール形状を形成する。吸込み口６は、ベルマウス状の環状部により形成された開口である。吸込み口６は、ケーシング２の一方の側面にあり、その開口の中心を通るように回転軸５が延びている。吹出し口８は、ケーシング２のスクロール形状の旋回方向の面に形成される。

　駆動モータ４は、ケーシング２における吸込み口６と反対側の側面の外に配置されている。駆動モータ４のモータシャフト９は、ケーシング２を貫通して、ケーシング２内を回転軸５に沿って延びている。また、駆動軸であるモータシャフト９は、吸込み口６に向けて突出している。

　羽根車３は、シロッコファン等の遠心式ファンであり、複数の遠心翼１１と、略円盤状の主板１０とを有しており、ケーシング２に収納されている。主板１０は、吸込み口６と反対側のケーシング２の内壁面の近傍において、モータシャフト９に固定されている。

　複数の遠心翼１１は、回転軸５方向に沿って細長く延びており、円筒状をなすように位置している。また、複数の遠心翼１１は、主板１０の周囲に沿って配置されており、等角度間隔で離隔して環状をなすように配列されている。複数の遠心翼１１における、吸込み口６側の端部には、補強用の環状部材１２が嵌め合わされている。外周リング１５が遠心翼１１の外周側を覆う形状となっているから、外周リング１５の外径は、遠心翼１１の外径よりも大きい。

　また、円筒状をなす複数の遠心翼１１の内部空間（径方向内側空間）には、中間支持具１６が配置されている。中間支持具１６は、主板１０と、吸込み口６との間に位置しており、さらに、モータシャフト９に支持されている。中間支持具１６は、環状のハブ１３と、複数の繋ぎ部１４と、外周リング１５とを有している。ハブ１３は、モータシャフト９の先端近傍に固定されており、複数の繋ぎ部１４は、回転軸５から放射状に延びており、より詳細には、ハブ１３の外周に放射状に設けられている。外周リング１５は、複数の繋ぎ部１４の径方向外側を接続するように設けられている。遠心翼１１は、回転軸５方向の概ね中間位置において、モータシャフト９から繋がる中間支持具１６によっても保持されている。

　本実施の形態１の特徴の一つである、遠心翼１１の翼形状について図３及び図４を用いて説明する。図３及び図４は遠心翼に関する翼形状を示す図である。より詳細には、図３及び図４はそれぞれ、図２の矢印ＩＩＩ及び矢印ＩＶに沿う遠心翼の断面を示す。矢印１７は回転方向を示す。

　本実施の形態１に係る多翼送風機では、遠心翼１１の形状が、中間支持具１６の上流側領域（図３に図示）と下流側領域（図４に図示）とで異なる。

　遠心翼１１の入口側（内周側）端点を前縁端１８と呼ぶ。回転軸５と前縁端１８とを通る直線１９と直角に交わり且つ回転方向１７の後方側に延びる直線２０を観念したとき、前縁端１８における接線２１と、前述の直線２０とが成す角を翼入口角βｂ１と呼ぶ。

　本実施の形態１の多翼送風機では、遠心翼１１における中間支持具１６の下流側の領域の翼入口角βｂ１（図４に図示）を、遠心翼１１における中間支持具１６の上流側の領域の翼入口角βｂ１（図３に図示）よりも大きくしている。

　次に多翼送風機１の動作について説明する。
　この多翼送風機では、駆動モータ４が運転されると、モータシャフト９、主板１０、ハブ１３を介して遠心翼１１が回転する。それにより、外部の空気が吸込み口６から羽根車３の内部に吸込まれ、羽根車３の昇圧作用によりケーシング２内に吹出され、ケーシング２のスクロール壁７で形成される拡大風路により減速、静圧回復して、吹出し口８から外部に吹出される。これにより送風が行われる。

　図３及び図４それぞれの翼断面の前縁端１８の下方（回転軸側）に図示した矢印は、遠心翼１１の入口側の流れ状態を説明するための速度三角形である。ケーシング２の吸込み口６から羽根車３に流入し回転軸５に沿った流れは、中間支持具１６を通過する際に、繋ぎ部１４から回転方向に力を受ける。その結果、遠心翼１１における中間支持具１６の下流側の領域では、遠心翼１１へ流入する絶対流れｃ１における入口周速ｕ１と平行な旋回方向成分ｃ１θが、中間支持具１６の上流側の領域での、遠心翼１１へ流入する絶対流れｃ１における旋回方向成分ｃ１θよりも大きくなる。そのため、遠心翼１１へ流入する相対流れｗ１も異なり、中間支持具１６よりも下流側の領域では、中間支持具１６よりも上流側の領域よりも、流入角β１が小さくなる様態で遠心翼１１へ流入する。

　このように本実施の形態１では、遠心翼１１における中間支持具１６の下流側の領域の翼入口角βｂ１を、遠心翼１１における中間支持具１６の上流側の領域の翼入口角βｂ１よりも大きくしているため、中間支持具１６の下流側においても、遠心翼１１の前縁端１８へ入射する角度を適正にすることができる。これによって、遠心翼１１へ入射する角度が不適当になることによる送風性能の低下が小さくなる。その結果、流量が大きく確保され、騒音が小さい多翼送風機１を得ることができる。

　実施の形態２．
　次に本実施の形態２について、図５、図６、図７を用いて説明する。図５は実施の形態２における多翼送風機１の外観図であり、吸込み口６を紙面表面側とし、吸込み口に向かって見た状態を示している。図６は、本実施の形態２に関する中間支持具１６の繋ぎ部１４の形状を示す図であり、回転軸５を中心とした弧状断面を平面状に展開して示している。また、図６は図５の矢印ＩＶに沿う断面に相当する。図６の紙面上方が吸込み口６側、紙面下方が主板１０側となり、紙面右側から左側に向かう向き（矢印１７）が羽根車３の回転方向である。また、本実施の形態２は、以下に説明する部分を除いては、実施の形態１と同様であるものとする。

　繋ぎ部１４は板状であり、図５における吸込み側の端部を上流端２２と呼び、吸込み側と反対側の端部を下流端２３と呼ぶ。図５において、上流端２２は下流端２３よりも回転方向前方に位置する。つまり紙面上方の吸込み口６側を上流、紙面下方側を下流とする軸流ファンの翼形状となっている。

　本実施の形態２の多翼送風機では、中間支持具１６の繋ぎ部１４の断面が翼形状を有しており、繋ぎ部１４が軸流ファンとして作用するので、外部の空気を吸込み口６から主板１０の側へ搬送する能力が高く、羽根車３の回転軸方向寸法が大きい場合でも、遠心翼１１における、主板１０の近くの領域にまで空気を供給できる。高風量を得るために回転軸方向寸法を大きくした多翼送風機においても、遠心翼を通過する空気の量を回転軸方向で均一化でき、局所的に流速が高くなることによる騒音増加を小さくすることができる。そのため本実施の形態の送風機によれば、流量が大きく、騒音が小さい多翼送風機を得ることができる。

　軸流ファンとして作用する繋ぎ部１４の形状ついて補足する。図６において、上流端２２及び下流端２３を通る直線（弦線）２４と、回転軸と平行な直線２５とが成す角を食違角γと呼ぶ。回転軸を中心とした半径が小さい場合に食違角γを小さく、半径が大きい場合に食違角γを大きくすることが望ましい。

　回転軸５を中心とした回転の周速は、回転軸との距離（半径）が大きい位置ほど高くなる。一方、羽根車３の中を回転軸方向に沿って進む空気の風速（図６の紙面上方から下方への風速）は半径位置による変化は大きくない。

　そのため、繋ぎ部１４の食違角γを半径の増加に合わせて大きくすることにより、繋ぎ部１４の形状と繋ぎ部１４から見た空気の相対流れとの角度がずれることによる繋ぎ部１４を通過する空気の乱れを小さくすることができる。その結果、繋ぎ部１４の後流の乱れた流れが羽根車３の遠心翼１１に流入することによる騒音増加を小さくすることができる。

　図７を用いて羽根車３の寸法、位置に関し補足する。図７は、羽根車の寸法を説明する図である。羽根車３の外径をＤ１、羽根車３の回転軸５方向の寸法をＬ１、羽根車３における吸込み口６側の端部から中間支持具１６までの距離をＬ２、羽根車３における中間支持具１６から主板１０までの距離をＬ３とする。

　軸流ファンとして機能する中間支持具１６を有しない従来の一般的な多翼送風機の回転軸方向の寸法は、前述した技術文献にも記載があるようにＤ１の０．５倍程度までが適正とされている。本実施の形態２の多翼送風機１は、中間支持具１６の昇圧能力が加わるため、羽根車３における吸込み口６側の端部から中間支持具１６の接続位置までの距離Ｌ２は、Ｄ１の約０．５から１．０倍までが妥当である。また、羽根車３における中間支持具１６の接続位置から主板１０までの距離は、Ｄ１の約０．５倍までが妥当である。よって羽根車３回転軸５方向の寸法Ｌ１は、Ｄ１の約１．０倍から１．５倍が適当である。

　また、上記のように、羽根車３の作用により、多翼送風機１における羽根車３の回転軸５方向の寸法を大きくすることができるが、一般的には、回転軸方向の寸法が大きい場合には、回転により翼に生じる遠心力や、羽根車の重心と回転軸とのずれ等により、回転時の羽根車のぶれが大きくなり易いという問題がある。しかしながら、本実施の形態２の多翼送風機１では、繋ぎ部１４が、モータシャフト９と遠心翼１１とを接続しており、つまり、主板１０に加え、主板１０と距離をおいて、中間支持具１６によっても遠心翼１１を保持することができる。よって、流量増加や騒音低減に貢献する中間支持具１６の繋ぎ部１４が羽根車３の支持にも寄与するため、上記のような問題に対し、回転時のぶれを小さく抑えることができるという利点も得られている。

　以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。

　１　多翼送風機、２　ケーシング、３　羽根車、５　回転軸、６　吸込み口、９　モータシャフト（駆動軸）、１０　主板、１１　遠心翼、１４　繋ぎ部、１６　中間支持具。

Claims

　吸込み口を有するケーシングと、
　前記ケーシング内に回転可能に設けられた羽根車とを備え、
　前記羽根車は、駆動軸に固定された主板と、円筒状をなすように位置した複数の遠心翼とを有し、
　前記複数の遠心翼の内部空間には、中間支持具が配置されており、
　前記中間支持具は、前記主板と前記吸込み口との間に位置して、前記駆動軸に支持されており、
　前記複数の遠心翼は、前記主板によって保持されていることに加え、前記中間支持具によっても保持されており、
　前記複数の遠心翼における前記中間支持具の下流側の領域の翼入口角は、該複数の遠心翼における該中間支持具の上流側の領域の翼入口角よりも大きい、
多翼送風機。
　前記中間支持具は、複数の繋ぎ部を有しており、
　前記複数の繋ぎ部は、前記駆動軸から径方向外側に放射状に延びており、
　前記複数の繋ぎ部は、軸流ファンの翼形状を有する、
請求項１の多翼送風機。
　前記羽根車における吸込み口側の端部から前記中間支持具の接続位置までの距離は、該羽根車の外径の約０．５から１．０倍である、
請求項２の多翼送風機。
　前記羽根車の回転軸方向の寸法は、該羽根車の外径の１．０倍から１．５倍である、
請求項３の多翼送風機。