JP3817853B2 - 遠心送風機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心式送風機に関するもので、車両用空調装置に用いて好適である。
【0002】
【従来の技術】
遠心送風機(以下、送風機と略す。)は、周知のように、回転軸周りに多数枚の翼(ブレード)を配置した遠心式多翼ファン(以下、ファンと略す。)と、空気の吸入口と吐出口とを有する渦巻き状に形成されたケーシングと、ファンを回転駆動するモータ等の駆動手段とから構成されている。そして、送風能力や騒音等の送風機の性能は、ファンの翼形状やケーシングの形状等によって大きく左右され、送風機の設計にあたっては、これらを十分に考慮する必要がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、発明者等は送風機の騒音低減を図るべく、例えば特開平5−296194公報に記載の如く、翼間を流通する空気の通路断面積をファンの外径側に向かうほどモータ側に向けて小さくするシュラウドを有する種々のファンを試作検討したが、希望する騒音低減効果を得ることができなかった。そこで、発明者等は引き続き試験検討したところ、次の点が明らかになった。
【0004】
すなわち、騒音の発生原因として、翼と翼間を流れる空気との剥離現象によって発生する空気流れの乱れによるものがある。この原因に対しては、シュラウドを設けることによって、翼間の空気流れを略均一化して翼と翼間を流れる空気との剥離現象を抑制することができる。
しかも、翼に占めるシュラウド部分を大きくするほど、翼71の内径側高h1 に対する翼の外径側高さh2 の比(h2 /h1 )を小さくするほど剥離現象を抑制することが、発明者等の更なる試験検討により確認されている。
【0005】
しかし、翼に占めるシュラウド77部分が大きくなるほど、ファン72から吹き出す空気は、図9に示すように、モータ73側のケーシング内壁面74cに向かって吹き出すこととなる。このため、ファン72から吹き出す空気の一部は、径方向側ケーシング内壁面74dおよび吸入口側のケーシング内壁面74bに沿うように流れる。したがって、吸入口75側のケーシング内壁面74bに沿って流れてきた空気は、シュラウド77とケーシング74との隙間77cから吸入口75側へ逆流するので、吸入口75から吸入された空気と逆流する空気との干渉、およびシュラウド77とケーシング74との隙間77cを逆流する際に発生する流れの乱れにより騒音が発生する。
【0006】
つまり、シュラウド77を設けることによって翼71と翼間を流れる空気との剥離現象に伴う騒音を低減することができるが、この騒音発生原因のみを重視すると、シュラウド77とケーシング74との隙間77cを逆流する空気流れが顕著になり、却って、送風機全体としての騒音が増大する。
本発明は、以上に述べたように、発明者等の種々の試験検討に基づいてなされたもので、シュラウドを設けることにより翼と翼間を流れる空気との剥離現象を抑制しつつ、送風機全体としての騒音低減を図ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。
請求項1〜3に記載の発明では、傾斜壁(80)のうちケーシング(74)の巻き始めから所定の巻き角(θ2 )までの間には、軸方向他端側に向けて傾いた面(80a)が形成され、一方、傾斜壁(80)のうち所定の巻き角(θ2 )から巻き終わりまでの間には、軸方向一端側に向けて傾いた面(80a)が形成されていることを特徴とする。
【0008】
これにより、巻き角(θ)が所定の巻き角(θ2 )以前の領域には、軸方向他端側に傾いた面(80a)が滑らかに連続して形成されているので、遠心式多翼ファン(72)から吹き出した空気のうち、所定の巻き角(θ2 )以前の領域から吹き出した空気は、傾斜壁(80)によって巻き終わり側に向かって集合させられつつ、軸方向他端側に転向させられる。
【0009】
したがって、所定の巻き角(θ2 )以前の領域から吹き出した空気が、シュラウド(78)とケーシング(74)との隙間(78a)から吸入口(76)側に逆流することを防止できるので、吸入口(76)から吸入される遠心式多翼ファン(72)から吹き出した空気(以下、この空気を吹出空気と呼ぶ。)との干渉を防止することができる。
【0010】
また、巻き角(θ)が所定の巻き角(θ2 )以降の領域には、軸方向一端側(吸入口(76)側)に傾いた面(80a)が滑らかに連続して形成されているので、吹出空気のうち吸入口(76)側のケーシング(74)の内壁に沿うように径外方から回転軸に向けて流れる逆流空気を軸方向他端側に向けて転向させるので、隙間(78c)から吸入口(76)へ空気が逆流することが抑制されるとともに、空気流路(74a)の拡大に伴って、吹出空気が滑らかに巻き終わり側に向かって集合させられる。
【0011】
したがって、所定の巻き角(θ2 )以降の領域から吹き出した空気が、隙間(78a)から吸入口(76)側に逆流することを防止できるので、吸入口(76)から吸入された空気と吹出空気との干渉を防止することができる。
以上に述べたように、本発明によれば、シュラウド(78)を設けることにより翼(71)と翼(71)間を流れる空気との剥離現象を抑制しつつ、遠心式送風機全体としての騒音低減を図ることができる。
【0012】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1は、本実施形態に係る遠心送風機(以下、送風機と略す。)を水冷エンジン搭載車両の車両用空調装置1に適用した場合の模式図である。
空調ケーシング2の空気上流側部位には、車室内気を吸入するための内気吸入口3と外気を吸入するための外気吸入口4とが形成されるとともに、これらの吸入口3、4を選択的に開閉する吸入口切換ドア5が設けられている。また、この吸入口切換ドア5は、サーボモータ等の駆動手段または手動操作によって開閉される。
【0014】
この吸入口切換ドア5の下流側部位には、本実施形態に係る送風機7が配設されており、この送風機7により両吸入口3、4から吸入された空気が、後述する各吹出口14、15、17に向けて送風されている。送風機7の空気下流側には、空気冷却手段をなす蒸発器9が配設されており、送風機7により送風された空気は全てこの蒸発器9を通過する。蒸発器9の空気下流側には、空気加熱手段をなすヒータコア10が配設されており、このヒータコア10は、エンジン11の冷却水を熱源として空気を加熱している。
【0015】
空調ケーシング2には、ヒータコア10をバイパスするバイパス通路12が形成されており、ヒータコア10の空気上流側には、ヒータコア10を通る風量とバイパス通路12を通る風量との風量割合を調節するエアミックスドア13が配設されている。この風量割合の調節は、このエアミックスドア13の開度を調節することにより調節される。
【0016】
また、空調ケーシング2の最下流側部位には、車室内乗員の上半身に空調空気を吹き出すためのフェイス吹出口14と、車室内乗員の足元に空気を吹き出すためのフット吹出口15と、フロントガラス16の内面に向かって空気を吹き出すためのデフロスタ吹出口17とが形成されている。
そして、上記各吹出口14、15、17の空気上流側部位には、それぞれ吹出モード切換ドア(吹出調節手段)18、19、20が配設されている。なお、これらの吹出モード切換ドア18、19、20は、サーボモータ等の駆動手段または手動操作によって開閉される。
【0017】
次に、図2を用いて送風機について詳述する。
この送風機7は回転軸73a方向から吸入した空気を径外方に向けて吹き出す遠心式の送風機であり、72は回転軸73a周りに多数枚の翼(ブレード)71を有する周知の遠心式多翼ファン(以下、ファンと略す。)である。そして、このファン72はモータ等の駆動手段(以下、モータと呼ぶ。)73によって回転駆動されており、送風量の制御は、このモータ73の回転数を制御することによって行われている。
【0018】
74はファン72を収納するとともに、ファン72から吹き出した空気が流れる空気流路74aを構成する、ファン72の回転軸73a周りに渦巻き状に形成されたポリプロピレン等の樹脂製のケーシングで、このケーシング74の巻き終わり部位74dの空気下流側には、空調ケーシング2に連通する吹出口75が形成されている(図3参照)。
【0019】
そして、このケーシング74のうち回転軸73a方向であって、モータ73の反対側には、ケーシング74内に空気を導く吸入口76が開口している。この吸入口76の外縁部のケーシング74には、ベルマウス77が形成されており、このベルマウス77により、吸入空気は吸入口76から翼71に向けて滑らかに導かれる。
【0020】
また、ファン72のうち吸入口76側には、ファン72の外径側に向かうほど、翼71間を流通する空気の通路断面積をモータ73側に向けて小さくする、環状のシュラウド78が形成されている。一方、ケーシング74のうちシュラウド78と対向する部位には、シュラウド78と所定隙間δを隔ててシュラウド78に沿うように対向壁79が、ベルマウス77から連なって環状に形成されている。
【0021】
また、ケーシング74の吸入口76側には、対向壁79からファン72の径外方に向けて連なって、回転軸73a方向に対して傾斜した傾斜面80aを有する傾斜壁80が形成されており、この傾斜壁80の傾斜面80aは、ケーシング74の巻き角θ全周に渡って滑らかに連続している。
具体的には、図4に示すように、巻き角θが0°〜30°(以下、この巻き角θを第1所定巻き角θ1 と呼ぶ。)までの間は、傾斜面80aがモータ73側に傾くように傾斜角Θを60°〜30°まで次第に縮小させていき、巻き角θが第1所定巻き角θ1 (=30°)〜90°(以下、この巻き角θを第2所定巻き角θ2 と呼ぶ。)までの間は、傾斜面80aが回転軸73aに対して直交(傾斜角Θ=90°)する程度まで次第に傾斜角Θを増大させる。
【0022】
因みに、傾斜角Θとは、図2に示すように、傾斜面80aと回転軸73aとの交差角度であって、モータ73側から吸入口76側にう向かう向きを正として計った角度である。
そしてさらに、巻き角θが第2所定巻き角θ2 (=90°)〜180°(以下、この巻き角θを第3所定巻き角θ3 と呼ぶ。)までの間は、傾斜面80aが吸入口76側に傾くように傾斜角Θを増大させていき(Θ>90°)、巻き角θが第3所定巻き角θ3 (=180°)〜345°(以下、この巻き角θを第4所定巻き角θ4 と呼ぶ。)までの間は、傾斜面80aを回転軸73aに対して略平行(傾斜角Θ≒180°)とする。
【0023】
因みに、巻き角θが第4所定巻き角θ4 (=345°)〜360°までの間は、傾斜角Θが180°〜60°まで滑らかに変化するように傾斜面80aが形成されている。
なお、第1〜4所定角度θ1 〜θ4 および傾斜角Θは、上記角度に限定されるものではなく、送風機機7に求められる必要風量等の送風機機7の仕様に基づいて適宜選定されるものである。
【0024】
ところで、また、発明者等の試験検討によると、図2、4に示すように、空気流路74aの断面積がモータ73側に拡大しないタイプのケーシング74では、第3所定巻き角θ3 を75°〜105°程度とすることが望ましく、また、図5に示すように、巻き角θの増大に応じて空気流路74aの断面積がモータ73側に拡大するタイプ(以下、このタイプを下拡がりタイプと呼ぶ。)のケーシング74では、第3所定巻き角θ3 を150°〜210°程度とすることが望ましいとの結論を得ている。
【0025】
さらに、下拡がりタイプのケーシング74においては、第2所定巻き角θ2 を120°〜150程度とすることが望ましいとの結論を得ている。
次に、本実施形態の特徴を述べる。
巻き角θが第2所定巻き角θ2 以前の領域には、モータ73側に傾いた傾斜面80aが滑らかに連続して形成されているので、ファン72から吹き出した空気のうち、巻き角θが第2所定巻き角θ2 以前の領域から吹き出した空気は、傾斜壁80によって巻き終わり側に向かって集合させられつつ、モータ73側に転向させられる。
【0026】
したがって、第2所定巻き角θ2 以前の領域から吹き出した空気が、シュラウド78とケーシング74との隙間78a(図2参照)から吸入口76側に逆流することを防止できるので、吸入口76から吸入された空気と、ファン72から吹き出した吹出空気との干渉を防止することができる。
また、第2所定巻き角θ2 以降の領域には、吸入口76側に傾いた傾斜面80aが滑らかに連続して形成されているので、吹出空気のうち吸入口76側のケーシング74の内壁74b(図2参照)に沿うように径外方から回転軸73aに向けて流れる逆流空気をモータ73側に向けて転向させるので、隙間78cから吸入口76へ空気が逆流することが抑制されるとともに、空気流路74aの拡大に伴って、吹出空気が滑らかに巻き終わり側に向かって集合させられる。
【0027】
したがって、第2所定巻き角θ2 以降の領域から吹き出した空気が、隙間78aから吸入口76側に逆流することを防止できるので、吸入口76から吸入された空気と吹出空気との干渉を防止することができる。
以上に述べたように、本実施形態によれば、シュラウド78を設けることにより翼71と翼71間を流れる空気との剥離現象を抑制しつつ、送風機7全体としての騒音低減を図ることができる。
【0028】
ところで、発明者等の更なる試験検討によれば、特に翼71の出口角αが90°±20°のファン(以下、このようなファンをラジアルファンと呼ぶ。)72において、特に「発明が解決しようとする課題」の欄で述べたことを原因とする騒音が顕著になることを確認している。したがって、出口角αが90°±20°のファン72を有する送風機7に本発明を適用すると、特に効果的である。
【0029】
なお、ここで、出口角αとは、図6に示すように、ファン72の外径縁と翼71の翼面71aと交差角度のうち、ファン72の回転方向前進側から後退側に向かう角度をいう。
因みに、図7は、ラジアルファン72を有する送風機7の風量Va、全圧DPtおよび比騒音Ksについて試験した結果である。図7に示すすグラフから明らかなように、下拡がり(モータ73側への空気流路74a拡大)の有無によらず、比騒音Ksおよび全圧DPtが向上していることが判る。
【0030】
因みに、風量Va、全圧DPtおよび比騒音Ksの用語の定義は、JIS B0132によるものであり、試験方法はJIS B 8340に準拠したものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る遠心送風機を車両用空調装置に適用した場合の全体模式図である。
【図2】本発明の実施形態に係る遠心送風機の断面図である。
【図3】図2のA矢視図である。
【図4】傾斜角Θの変化を示す模式図である。
【図5】本発明の変形例に係る遠心送風機の断面図である。
【図6】出口角αの説明図である。
【図7】送風機7の風量Va、全圧DPtおよび比騒音Ksについて試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
7…遠心送風機、71…翼、72…遠心式多翼ファン、
73…モータ(駆動手段)、74…ケーシング、76…吸入口、
77…ベルマウス、78…シュラウド、79…対向壁、
80…傾斜壁。
Claims (4)
- 回転軸周りに多数枚の翼(71)を有し、前記回転軸(73a)の軸方向から吸入した空気を径外方に向けて吹き出す遠心式多翼ファン(72)と、
前記遠心式多翼ファン(72)を収納するとともに前記遠心式多翼ファン(72)から吹き出した空気が流れる空気流路(74a)を構成し、前記軸方向一端側に吸入口(76)を有して前記遠心式多翼ファン(72)の回転軸周りに渦巻き状に形成されたケーシング(74)と、
前記遠心式多翼ファン(72)を回転駆動する駆動手段(73)とを具備し、前記遠心式多翼ファン(72)のうち前記吸入口(76)側には、前記遠心式多翼ファン(72)の外径側に向かうほど、前記翼(71)間を流通する空気の通路断面積を前記軸方向他端側に向けて小さくするシュラウド(78)が形成され、
前記ケーシング(74)は、
前記シュラウド(78)と所定隙間(78a)を隔てて前記シュラウド(78)に沿うように形成された対向壁(79)と、
前記対向壁(79)から前記遠心式多翼ファン(72)の径外方に向けて連なって形成され、前記軸方向に対して傾斜した面(80a)を有するとともに、前記ケーシング(74)の巻き角(θ)全周に渡って滑らかに連続した傾斜壁(80)とを備え、
さらに、前記傾斜壁(80)のうち前記ケーシング(74)の巻き始めから所定の巻き角(θ2 )までの間には、前記軸方向他端側に向けて傾いた面(80a)が形成され、
一方、前記傾斜壁(80)のうち前記所定の巻き角(θ2 )から前記ケーシング(74)の巻き終わりまでの間には、前記軸方向一端側に向けて傾いた面(80a)が形成されていることを特徴とする遠心送風機。 - 前記傾斜壁(80)のうち、前記巻き角(θ)が75°〜105°以降の範囲には、前記軸方向に対して略平行な面(80a)が構成されていることを特徴とする請求項1に記載の遠心送風機。
- 前記ケーシング(74)は、前記巻き角(θ)の増大に応じて前記軸方向他端側に向けて前記空気流路(74a)の断面積が拡大するように構成されており、
さらに、前記傾斜壁(80)のうち、前記巻き角が150°〜210°以降の範囲には、前記軸方向に対して略平行な面(80a)が構成されていることを特徴とする請求項1に記載の遠心送風機。 - 前記遠心式多翼ファン(72)の出口角(α)は、90°±25°であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の遠心送風機。
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