JP2011127586A

JP2011127586A - 遠心式送風機の多翼ファン

Info

Publication number: JP2011127586A
Application number: JP2010196893A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Kawasaki; 真俊川埼
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2011-06-30
Also published as: WO2011062062A1; EP2503157A1; CN102667173A

Abstract

【課題】有効であると見出したパラメータの最適な範囲を求め、それら最適な範囲を複合的に組み合わせることにより、現実に低騒音の遠心式送風機の多翼ファンの設計を可能にする。
【解決手段】複数のブレードが環状に配列された遠心式送風機の多翼ファンにおいて、少なくとも、ブレードの羽根枚数Ｚと、ブレードの内接円の直径Ｄ１と外接円の直径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２で規定される内外径比と、各ブレードにおける内接円位置と外接円位置とを結ぶ線と該内接円位置において内接円中心から径方向に延びる線との間の角度で規定されるブレードの傾斜角α（ｄｅｇ）と、舌部すきまＳと前記外接円の直径Ｄ２との比Ｓ／Ｄ２で規定される舌部すきま比が、すべて、最適な範囲内（３０≦Ｚ≦５５、０．７２≦Ｄ１／Ｄ２≦０．８６、１５≦α≦４８、０．０９≦Ｓ／Ｄ２≦０．１５）にあることを特徴とする多翼ファン。
【選択図】図２

Description

本発明は、多数のブレードが環状に配列された遠心式送風機の多翼ファンに関し、とくに、該多翼ファンを、高いファン効率を達成しつつ低騒音化を達成するために最適に設計可能な技術に関する。

例えば、車両用空調装置の送風機として、多数のブレードが環状に配列された多翼ファンを有する遠心式送風機が好適に用いられる。このような遠心式送風機には、高いファン効率が要求されるのは勿論のこと、送風機から発生する騒音を極力低く抑えることが望まれる。

遠心式送風機の多翼ファンから発生する騒音を低く抑えるためには、とくにブレード間を通過する気流による騒音を抑えることが有効であることが知られており、そのためにはブレードの配設構造を最適化することが必要であるが、多翼ファンの最適設計の技術は必ずしも確立されているとは言いがたい。例えば、遠心式送風機の多翼ファンの低騒音化のために、特許文献１には、ブレードの内外径比とブレードの数とを特定の範囲内に納めるようにした提案がなされているが、現実的には、これらの設計パラメータだけでは不十分であり、騒音が確実にかつ十分に低減されているとは言いがたい。

特開２００９−６２９５３号公報

生井武文、井上雅弘著「ターボ送風機と圧縮機」、コロナ社、１９８８年、ｐ２９２〜２９７

そこで本発明の課題は、ファン効率を高く維持しつつ低騒音化を確実に達成するために、どのような設計要素（パラメータ）がとくに低騒音化にとって有効なのかを見出すとともに、見出した要素の最適な範囲を求め、それら最適な範囲を複合的に組み合わせることにより、現実に最適な遠心式送風機の多翼ファンの設計を可能にすることにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る遠心式送風機の多翼ファンは、複数のブレードが環状に配列された遠心式送風機の多翼ファンにおいて、少なくとも、ブレードの羽根枚数Ｚと、ブレードの内接円の直径Ｄ１と外接円の直径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２で規定される内外径比と、各ブレードにおける内接円位置と外接円位置とを結ぶ線と該内接円位置において内接円中心から径方向に延びる線との間の角度で規定されるブレードの傾斜角α（ｄｅｇ）と、舌部すきまＳと前記外接円の直径Ｄ２との比Ｓ／Ｄ２で規定される舌部すきま比が、すべて、以下の範囲内にあることを特徴とするものからなる。
３０≦Ｚ≦５５
０．７２≦Ｄ１／Ｄ２≦０．８６
１５≦α≦４８
０．０９≦Ｓ／Ｄ２≦０．１５

ここで、ブレードの羽根枚数Ｚに関しては、より好ましくは３３≦Ｚ≦５０の範囲内であり、さらに好ましくは３５≦Ｚ≦４５の範囲内である。内外径比Ｄ１／Ｄ２に関しては、より好ましくは０．７６≦Ｄ１／Ｄ２≦０．８５の範囲内であり、さらに好ましくは０．８≦Ｄ１／Ｄ２≦０．８４の範囲内である。ブレードの傾斜角α（ｄｅｇ）に関しては、より好ましくは２０≦α≦４２の範囲内であり、さらに好ましくは２５≦α≦３５の範囲内である。

このように、ブレードの羽根枚数Ｚと内外径比Ｄ１／Ｄ２とブレードの傾斜角αと舌部すきま比Ｓ／Ｄ２のすべてを上記のような範囲内とすることにより、後述の如く、ブレード間を通過する空気の流れの流速を最適な範囲に制御しつつ、該空気流のせん断乱れを小さく抑えることができ、騒音を低く抑えることが現実に可能となる。その結果、ファン効率を高く維持しつつ、望ましい低騒音化を達成することができ、多翼ファンの最適な設計が可能となる。

このような本発明に係る遠心式送風機の多翼ファンにおいて、より最適な設計を目指すためには、さらに、各ブレードの外接円位置における、外接円の接線とブレードの接線との間の角度で規定されるブレードの出口角β２（ｄｅｇ）が、１４８≦β２≦１７５の範囲内にあることが好ましい。より好ましくは１５２≦β２≦１７０の範囲内であり、さらに好ましくは１５５≦β２≦１６５の範囲内である。このようにブレードの出口角β２の最適化を加味することにより、後述の如く、より確実にブレード間における空気流の流出速度を最適な範囲に制御しつつ、該空気流のせん断乱れを小さく抑えることができ、より確実に低騒音化を達成することができる。

また、より最適な設計を目指すために、さらに、各ブレードの内接円位置における、内接円の接線とブレードの接線との間の角度で規定されるブレードの入口角β１（ｄｅｇ）が、５０≦β１≦９０の範囲内にあることが好ましい。より好ましくは５５≦β１≦８５の範囲内であり、さらに好ましくは６０≦β１≦８０の範囲内である。このようにブレードの入口角β１の最適化を加味することにより、後述の如く、より確実にブレード間に流入した空気の流れを最適な状態に制御することができ、より確実に低騒音化を達成することができる。

また、本発明に係る遠心式送風機の多翼ファンにおいては、各ブレードの厚みは特に限定されないが、０．６〜１ｍｍの範囲内にあることが、ブレード強度、軽量化、樹脂成型精度、コスト、翼間流速抑制による低騒音をバランスさせ、量産実現性を狙う上で、好ましい。

このような本発明に係る遠心式送風機の多翼ファンの構造は、基本的にはあらゆる多翼ファンに適用可能であるが、とくに高効率を維持しつつ小型で低騒音が望まれる車両用空調装置に用いられる送風機に好適なものである。

本発明に係る遠心式送風機の多翼ファンによれば、少なくとも、ブレードの羽根枚数Ｚと内外径比Ｄ１／Ｄ２とブレードの傾斜角αと舌部すきま比Ｓ／Ｄ２のすべてを本発明で規定した特定の範囲内に設定することにより、好ましくは、ブレードの出口角β２や入口角β１、ブレードの厚みも本発明で規定した特定の範囲内に設定することにより、多翼ファンを最適に設計し、ファン効率を高く維持しつつ、望ましい低騒音化を達成することができる。

本発明の一実施態様に係る遠心式送風機の多翼ファンを示す概略正面図である。本発明における各パラメータを説明するための図１の多翼ファンの部分拡大断面図である。ブレードの羽根枚数と比騒音、ファン効率との関係図である。ブレードの羽根枚数が各状態にあるときの空気流の状態を例示した説明図である。ブレードの内外径比と比騒音、ファン効率との関係図である。内外径比が各状態にあるときの空気流の状態を例示した説明図である。ブレードの傾斜角と比騒音、ファン効率との関係図である。傾斜角が各状態にあるときの空気流の状態を例示した説明図である。舌部すきま比とＮＺ音との関係図である。舌部すきま比を大きくした場合のケーシングを例示した説明図である。ブレードの出口角と比騒音、ファン効率との関係図である。出口角が各状態にあるときの空気流の状態を例示した説明図である。ブレードの入口角と比騒音、ファン効率との関係図である。入口角が各状態にあるときの空気流の状態を例示した説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明についてより具体的かつより詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る遠心式送風機の多翼ファンを示しており、（Ａ）はブレード部を示す概略正面図、（Ｂ）はブレード部を収容するケーシングの概略正面図である。多翼ファン１は、複数の（多数の）ブレード２が環状に配列されたものからなり、ケーシング１１に収容されている。図１（Ａ）において、Ｄ１は、多数のブレード２の内接円３の直径を示しており、Ｄ２は、多数のブレード２の外接円４の直径を示している。図１（Ｂ）において、Ｓは舌部１２における外接円４とケーシング１１の間のすきまを示している。

図２に示すように、本発明の内外径比は、ブレード２の内接円３の直径Ｄ１（ｍｍ）と外接円４の直径Ｄ２（ｍｍ）との比Ｄ１／Ｄ２として規定される。ブレードの傾斜角α（ｄｅｇ）は、各ブレード２における内接円３の位置と外接円４の位置とを結ぶ線５と該内接円位置において内接円中心から径方向に延びる線６との間の角度として規定される。ブレード２の出口角β２（ｄｅｇ）は、各ブレード２の外接円４の位置における、外接円４の接線７とブレード２の接線８との間の角度として規定される。ブレード２の入口角β１（ｄｅｇ）は、各ブレード２の内接円３の位置における、内接円３の接線９とブレード２の接線１０との間の角度として規定される。前述したように、各ブレード２の厚みは特に限定されないが、ブレード２の厚みとしては０．６〜１ｍｍの範囲内にあることが好ましい。

上記ブレード２の羽根枚数Ｚについて、比騒音〔ｄＢ（Ａ）〕とファン効率〔％〕の関係を分析した結果を、図３、表１に示す。比騒音〔ｄＢ（Ａ）〕は、以下の式により計算できる。
比騒音＝Ｌ_Ａ −１０ｌｏｇ（ＱＰ^２）＋２０
ここで、Ｌ_Ａ：騒音レベル〔ｄＢ（Ａ）〕、
Ｑ：風量（ｍ^３／ｈ）、
Ｐ：ファン全圧（Ｐａ）、
である。
分析にあたっては、外接円の直径Ｄ２が１３０ｍｍのブレードを備えた多翼ファンを用いて、高風量側および低風量側における実験データを採取した。後述するように、高風量側と低風量側とでは、ほぼ同様のパラメータ特性が得られた。さらに、Ｄ２を１３０〜１５０ｍｍの範囲で適宜変更した確認実験においても、ほぼ同様の傾向が見られた。

図３に示すように、本発明では、ブレード（翼）２の羽根枚数Ｚは、比騒音に関して３０〜５５の適正範囲内に設定される。より好ましくは３３≦Ｚ≦５０の範囲内に、さらに好ましくは３５≦Ｚ≦４５の範囲内に設定される。ブレード２の羽根枚数Ｚが上記適正範囲よりも小さい場合、図４（Ａ）に示すように、ブレード間の空気流が再付着できず、せん断流により乱れが大きくなり、騒音が大きくなる。ブレード２の羽根枚数Ｚが上記適正範囲よりも大きい場合、図４（Ｃ）に示すように、ブレード間の空気流は再付着できるものの、ブレード間隔が小さいため流出速度が大きくなり、騒音が大きくなる。ブレード２の羽根枚数Ｚが上記最適な適正範囲内にあれば、図４（Ｂ）に示すように、空気流が再付着でき、ブレード間の流速も適切に抑えられるため、低騒音状態を達成できる。また、ファン効率も好ましい範囲内の値となる。これらの現象を表１にまとめた。

また、本発明では、図５に示すように、Ｄ１／Ｄ２で規定される内外径比が０．７２〜０．８６の適正範囲内に設定される。より好ましくは０．７６≦Ｄ１／Ｄ２≦０．８５の範囲内、さらに好ましくは０．８≦Ｄ１／Ｄ２≦０．８４の範囲内に設定される。また、この内外径比Ｄ１／Ｄ２は、ファン効率との関係からも、０．７２〜０．８６の適正範囲内に設定される。内外径比Ｄ１／Ｄ２が上記適正範囲よりも大きい場合、図６（Ａ）に示すように、ブレード間の空気流が再付着できず、せん断流により乱れが大きくなり、騒音が大きくなる。内外径比Ｄ１／Ｄ２が上記適正範囲よりも小さい場合、図６（Ｃ）に示すように、ブレード（翼）間の空気流は再付着できるものの、Ｄ１が小さくなることで流入速度が増加し、それによって騒音が大きくなる。また、ブレード（翼）長さが長くなることで摩擦損失が大きくなり、ファン効率が低下する。内外径比Ｄ１／Ｄ２が上記最適な適正範囲内にあれば、図６（Ｂ）に示すように、空気流が再付着でき、ブレード（翼）間の流速も適切に抑えられるため、低騒音状態を達成できる。また、ファン効率も好ましい範囲内の値となる。これらの現象を表２にまとめた。

また、本発明では、図７に示すように、各ブレードにおける内接円位置と外接円位置とを結ぶ線と該内接円位置において径方向に延びる線との間の角度で規定されるブレードの傾斜角α（ｄｅｇ）が、１５〜４８ｄｅｇの適正範囲内に設定される。より好ましくは２０≦α≦４２の範囲内、さらに好ましくは２５≦α≦３５の範囲内に設定される。傾斜角αが上記適正範囲よりも大きい場合、図８（Ａ）に示すように、ブレード（翼）間の空気流は再付着できるものの、ブレード間隔が小さいため流出速度が増加し、それによって騒音が大きくなる。傾斜角αが上記適正範囲よりも小さい場合、図８（Ｃ）に示すように、ブレード（翼）間の空気流は再付着できず、せん断流により乱れが大きくなって騒音が大きくなる。傾斜角αが上記最適な適正範囲内にあれば、図８（Ｂ）に示すように、空気流が再付着でき、ブレード（翼）間の流速も適切に抑えられるため、低騒音状態を達成できる。また、ファン効率も好ましい範囲内の値となる。これらの現象を表３にまとめた。

また、本発明では、図９に示すように、舌部１２における外接円４とケーシング１１の間のすきまＳと、外接円４の直径Ｄ２との比Ｓ／Ｄ２で規定される舌部すきま比が、０．０９〜０．１５の適正範囲内に設定される。舌部すきま比が適正範囲よりも小さい場合、ブレードから流出した流れが舌部にて干渉した際に発生する耳障りなＮＺ音が顕著に大きくなる。舌部すきま比が適正範囲よりも大きい場合、図１０のケーシング１１ａのように、ケーシング外形のサイズが過大となる。舌部すきま比Ｓ／Ｄ２が上記適正範囲内にあれば、適切なサイズのケーシングにてＮＺ音の発生を抑制することができるため、低騒音状態を達成できる。

このように、本発明では、上記の如く、ブレードの羽根枚数Ｚと、内外径比Ｄ１／Ｄ２と、ブレードの傾斜角α（ｄｅｇ）と、舌部すきま比Ｓ／Ｄ２が、すべて、上記の様な適正な範囲内に設定されるので、適切なサイズのケーシングにて的確に低騒音化が達成されることになり、その際のファン効率も高く保たれる。

さらに本発明では、ブレードの羽根枚数Ｚ、内外径比Ｄ１／Ｄ２と、傾斜角α（ｄｅｇ）と、舌部すきま比Ｓ／Ｄ２以外のパラメータ、とくに、ブレードの出口角β２（ｄｅｇ）、ブレードの入口角β１（ｄｅｇ）についても適正範囲内に設定することが好ましく、それによって、より確実に低騒音化が達成される。

ブレードの出口角β２（ｄｅｇ）については、図１１に示すように、１４８≦β２≦１７５の範囲内にあることが好ましく、より好ましくは１５２≦β２≦１７０の範囲内、さらに好ましくは１５５≦β２≦１６５の範囲内にあることが好ましい。出口角β２が上記適正範囲よりも大きい場合、図１２（Ａ）に示すように、ブレード（翼）間の空気流は再付着できるものの、ブレード間隔が小さいため流出速度が増加し、それによって騒音が大きくなる。出口角β２が上記適正範囲よりも小さい場合、図１２（Ｃ）に示すように、ブレード（翼）間の空気流は再付着できず、せん断流により乱れが大きくなって騒音が大きくなる。出口角β２が上記最適な適正範囲内にあれば、図１２（Ｂ）に示すように、空気流が再付着でき、ブレード（翼）間の流速も適切に抑えられるため、低騒音状態を達成できる。また、ファン効率も好ましい範囲内の値となる。これらの現象を表４にまとめた。

また、ブレードの入口角β１（ｄｅｇ）については、図１３に示すように、５０≦β１≦９０の範囲内にあることが好ましく、より好ましくは５５≦β１≦８５の範囲内、さらに好ましくは６０≦β１≦８０の範囲内にあることが好ましい。入口角β１が上記適正範囲よりも大きい場合、図１４（Ａ）に示すように、流入角と入口角の差が大きいためブレードの前縁剥離が大きくなり、それによって騒音が大きくなる。入口角β１が上記適正範囲よりも小さい場合、図１４（Ｃ）に示すように、翼流入から流出までの転向が大きくなり、やはり騒音が大きくなる。入口角β１が上記最適な適正範囲内にあれば、図１４（Ｂ）に示すように、翼への流入と流出までの転向がスムーズに行われるため、低騒音状態を達成できる。また、ファン効率も好ましい範囲内の値となる。これらの現象を表５にまとめた。

このようにブレードの出口角β２や入口角β１までを最適化することにより、より確実にブレード間における空気流の状態を最適な状態に制御することができ、より確実に望ましい低騒音化を達成することができる。

本発明に係る遠心式送風機の多翼ファンの構造は、とくに、低騒音化の要求の強い車両用空調装置に用いられる送風機に好適なものである。

１多翼ファン
２ブレード
３ブレードの内接円
４ブレードの外接円
５、６傾斜角を規定する線
７外接円の接線
８ブレードの接線
９内接円の接線
１０ブレードの接線
１１、１１ａケーシング
１２舌部
Ｓ舌部すきま

Claims

複数のブレードが環状に配列された遠心式送風機の多翼ファンにおいて、少なくとも、ブレードの羽根枚数Ｚと、ブレードの内接円の直径Ｄ１と外接円の直径Ｄ２との比Ｄ１／Ｄ２で規定される内外径比と、各ブレードにおける内接円位置と外接円位置とを結ぶ線と該内接円位置において内接円中心から径方向に延びる線との間の角度で規定されるブレードの傾斜角α（ｄｅｇ）と、舌部すきまＳと前記外接円の直径Ｄ２との比Ｓ／Ｄ２で規定される舌部すきま比が、すべて、以下の範囲内にあることを特徴とする遠心式送風機の多翼ファン。
３０≦Ｚ≦５５
０．７２≦Ｄ１／Ｄ２≦０．８６
１５≦α≦４８
０．０９≦Ｓ／Ｄ２≦０．１５
さらに、各ブレードの外接円位置における、外接円の接線とブレードの接線との間の角度で規定されるブレードの出口角β２（ｄｅｇ）が、
１４８≦β２≦１７５
の範囲内にある、請求項１に記載の遠心式送風機の多翼ファン。
さらに、各ブレードの内接円位置における、内接円の接線とブレードの接線との間の角度で規定されるブレードの入口角β１（ｄｅｇ）が、
５０≦β１≦９０
の範囲内にある、請求項１または２に記載の遠心式送風機の多翼ファン。
さらに、各ブレードの厚みが、０．６〜１ｍｍの範囲内にある、請求項１〜３のいずれかに記載の遠心式送風機の多翼ファン。
前記遠心式送風機が車両用空調装置に用いられる送風機からなる、請求項１〜４のいずれかに記載の遠心式送風機の多翼ファン。