JP3832009B2 - 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、遠心送風機に関するもので、車両用空調装置の送風機に適用して有効である。
【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スクロールケーシング(以下、ケーシングと略す。)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、発明者の多年に渡る試験研究によれば、送風機の騒音のうち、いわゆる低周波騒音(150〜190HZ )は、ファンからケーシング内に吹き出した空気の一部がファンとケーシングとの隙間から吸入口側に逆流し、この逆流空気と吸入空気とが干渉すること(逆流空気と吸入空気との摩擦)により発生することが明らかになっている。
【0004】
そこで、発明者は、逆流空気と吸入空気との摩擦を防止すべく、図6に示すように、ファン21の回転軸21aに対して略直交するように、ベルマウス26近傍から吸入口23の中心部に向かって延びるガイド壁25’を有する送風機を試作した。なお。22はケーシングであり、24はモータである
しかし、上記試作品は、図7に示すように、低周波騒音を低減することができたが、ガイド壁25’が吸入抵抗となってしまい、送風量の低下という新たな問題が発生した。因みに、図7中、実線は試作品を示しており、破線はガイド壁25’を有していない送風機を示している。
【0005】
本発明は、上記点に鑑み、送風量の低下を抑制しつつ、低周波騒音の低減を図ることを目的とする。
【0006】
【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、ベルマウス(26)の軸方向一端側から立ち上がり回転軸(21a)と同心状に延びる円筒状のダクト壁(27)の軸方向一端部の開口外縁部(23a)から翼(21b)を吸入口(23)側から覆うとともに、回転軸(21a)に対して傾斜した状態で、開口外縁部(23a)から駆動手段(24)側に向けて延びるガイド壁(25)が形成されていることを特徴とする。
【0007】
これにより、ガイド壁(25)により、逆流空気と吸入空気とが離隔されるので、両空気が直接干渉することを防止することができる。
また、ガイド壁(25)が回転軸(21a)に対して傾斜しているので、上記試作品のごとく、回転軸(21a)に対して略直交するように形成されたガイド壁25’に比べて、吸入空気の進行方向を大きく転向させることなく、滑らかに転向させて逆流空気と吸入空気とを離隔させることができる。
【0008】
ところで、ノーズ部(22b)は、一般的に後述のごとく、空気上流側と空気下流との流路(22a)が連通しており、かつ、流路(22a)のうち巻き終わり側は、巻き始め側に比べて(送風)圧力が大きい。このため、ノーズ部(22b)は、他の部位に比べて空気が逆流し易いので、ノーズ部(22b)近傍にて特に騒音が発生し易い。
【0009】
これに対して、本発明では、回転軸(21a)方向から見たときに、ガイド壁(25)は、ノーズ部(22b)に最も近接した開口外縁部(23a)の部位から遠心式ファン(22)の回転方向とは逆向きに開口外縁部(23a)に沿って延びて形成されているので、効果的に騒音低減を図ることができる。以上に述べたように、本発明によれば、送風量の低下を抑制しつつ、低周波騒音の低減を図ることができる。
【0010】
なお、ガイド壁(25)と回転軸(21a)とのなす角は、請求項2に記載の発明のように、10°〜35°とすることが望ましい。また、請求項3に記載の発明のように、ベルマウス(26)の内縁部(26a)からガイド壁(25)の端部までの距離が最大となる最大部位の寸法(L 1 )を10〜20mmとし、最大部位のうちガイド壁(25)の壁面に平行な寸法(L 2 )を35mm以上とするが望ましい。
【0011】
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。
【0012】
【発明の実施の形態】
本実施形態に係る送風機を車両用空調装置(以下、空調装置と略す。)の送風機に適用したもので、図1は空調装置の通風系の全体構成を示す模式図である。1は空調装置の空気流路を構成する空調ケーシングであり、この空調ケーシング1は、通常、車室内前部の計器盤(図示せず)内に設置される。そして、この空調ケーシング1によって構成される空気流路の上流側(車両前方側の上部)には、本実施形態に係る送風機2が配設されている。なお、送風機2の詳細構造についは、後述する。
【0013】
また、送風機2の空気上流側(送風機2の吸入口23側、つまり紙面奥側)には、送風機2に送風される送風空気を冷却するエバポレータ(図示せず)が配設されており、このエバポレータ(空気冷却手段)の空気上流側には、内気取入口及び外気取入口(図示せず)が設けられているとともに、それら取入口のいずれかを開口させる内外気切替ドア(図示せず)が設けられている。なお、エバポレータは、車両エンジンにより駆動される圧縮機により駆動される周知の冷凍サイクル中に設けられ、冷媒の蒸発潜熱により送風空気を冷却するものである。
【0014】
また、空調ケーシング1のうち送風機2の空気下流側(車両前方側の下部)には、送風空気を加熱するヒータコア(空気加熱手段)3が略水平方向に配設されており、このヒータコア3は車両エンジンの冷却水(温水)を熱源として送風空気を加熱するものである。
空調ケーシング1のうちヒータコア3の空気上流側部位には、車室内に吹き出す送風空気の温度調節を行う周知のエアミックスドア4が設けられている。そして、このエアミックスドア4は、その回転軸4aを中心として回動することにより、送風機2より矢印A方向に送風された空気のうち、ヒータコア3を通って温風通路100を矢印B方向に流れる温風と、ヒータコア3をバイパスして冷風通路101を矢印C方向に流れる冷風の風量割合を調節して送風空気の温度を調節している。なお、本例では、この冷風通路101と温風通路100は、ヒータコア3を中間にして図1の上下方向に並ぶように設けられている。
【0015】
因みに、エアミックスドア4は、乗員の手動操作もしくは空調制御装置の自動温度制御信号により、その開度が調節されるものである。
そして、これら両通路100、101を流れる冷風および温風の多くは、半円筒状のロータリードア9内に流入して混合され、このロータリードア9の円筒面に形成された吹出空気開口部5、6、7のいずれかより車室内に向けて吹き出される。なお、ロータリードア9は、その円筒面が薄膜状のフィルム(図示せず)にて構成された周知のもので(特開平8−25945号公報等)、各吹出空気開口部5、6、7はフィルムに形成されている。
【0016】
因みに、吹出空気開口部5は、フェイス吹出ダクト10を介して、乗員の上半身に向かって空気を吹き出すフェイス吹出口(図示せず)に連通しており、吹出空気開口部6は、フット吹出ダクト11を介して、乗員の下半身に向けて空気を吹き出すフット吹出口(図示せず)に連通しており、さらに吹出空気開口部7は、デフロスタダクト12を介して、フロントガラスやサイドガラスの内面に向かって空気を吹き出すデフロスタ吹出口(図示せず)に連通している。
【0017】
次に、送風機2について述べる。
図2は送風機2の拡大図であり、21は回転軸21a周りに多数枚の翼(ブレード)21bを有して、回転軸21a方向(図2の(b)の紙面上方)から吸入した空気を径外方に向けて吹き出す遠心式ファン(以下、ファンと略す。)であり、このファン21は、ファン21から吹き出される空気の流路22aを構成するスクロールケーシング(以下、ケーシングと略す。)22内に収納されている。
【0018】
そして、このケーシング22は、ファン21からその周速で吹き出された空気を転向させて送風空気に圧力を発生させるべく、回転軸21a周りに渦巻き状に形成されている。なお、本実施形態では、ケーシング22は、空調ケーシング1とともに樹脂(ポリプロピレン等)にて一体成形されている。また、ケーシング22のうち回転軸21a方向一端側には、吸入口23が開口しており、他端側には、ファン21を回転駆動する電動モータ(駆動手段)24が配設されている。
【0019】
そして、吸入口23の開口外縁部23aのうち、ケーシング22のノーズ部22bに対応する部位には、ブレード21bを吸入口23側から覆うとともに、回転軸21aに対して傾斜した状態で、開口外縁部23aから電動モータ24側に向けて延びるガイド壁25が形成されており(図2の(a)参照)、このガイド壁25は、開口外縁部23aに沿って、ノーズ部22bに対応する部位から流路22a内の空気流れ上流側に向かう向き(図1の矢印Aと反対向き)に延びている(図2の(b)参照)。
【0020】
因みに、ノーズ部22bとは、周知のごとく、ケーシング22の巻き始め側と巻き終わり側との重なる部分を言い、このノーズ部22bでは、空気上流側と空気下流との流路22aが、僅かな隙間(図示せず)を介して連通している。なお、ガイド壁25は、図2の(b)に示すように、ブレード21bの近傍に形成された、ベルマウス26から回転軸21a方向一端側に向けて回転軸21aと同心状に延びる円筒状のダクト壁27の先端部を開口外縁部23aとして、ケーシング22と一体成形されている。
【0021】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
本実施形態によれば、ガイド壁25は、ブレード21bを吸入口23側から覆うとともに、回転軸21aに対して傾斜して開口外縁部23aから電動モータ24側に向けて延びるように形成されているので、このガイド壁25により、逆流空気と吸入空気とが離隔されて両空気が直接干渉することを防止することができる。
【0022】
また、ガイド壁25が回転軸21aに対して傾斜しているので、上記試作品のごとく、回転軸21aに対して略直交するように形成されたガイド壁25’に比べて、吸入空気の進行方向を大きく転向させることなく、滑らかに転向させて(案内して)逆流空気と吸入空気とを離隔させることができる。
ところで、ノーズ部22bは、前述のごとく、空気上流側と空気下流との流路22aが連通しており、かつ、流路22aのうち巻き終わり側は、巻き始め側に比べて(送風)圧力が大きいので、ノーズ部22bは、他の部位に比べて空気が逆流し易く、騒音が発生し易い。
【0023】
これに対して、本実施形態では、ガイド壁25は、ノーズ部22bに対応する開口外縁部23aの部位に形成されているので、より効果的に騒音低減を図ることができる。
以上に述べたように、本実施形態によれば、送風量の低下を抑制しつつ、低周波騒音の低減を図ることができる。
【0024】
ところで、発明者は、ガイド壁25と回転軸21aとのなす角である傾斜角θについて、引き続き試験検討を続けたところ、回転軸21aに対して垂直な面に投影した(回転軸21a方向から見た)ガイド壁25のうち、ベルマウス内縁部26aからガイド壁25の端部までの距離が最大となる最大部位の寸法L1 (図2、3参照)を約10〜約20mmとし、また、最大部位のうちガイド壁25の壁面に平行な寸法L2 (図3参照)を約35mm以上とすることが望ましいとの結論を得ている。そして、ベルマウス26の曲率半径(本実施形態では約4mm)を考慮して、この寸法関係を傾斜角θに換算すれば、約10°〜約35°となる。
【0025】
なお、寸法L2 は、約35mm以上であるので、傾斜角θの下限値は0°に近づいていくが、ファン21等との干渉を考慮すると、実用的には、下限値は約10°となる。また、本実施形態では、回転軸21aとダクト壁27の壁面とは平行であるので、ガイド壁25とダクト壁27とのなす角θ0 から傾斜角θを算出した。
【0026】
因みに、図4は、本実施形態に係る送風機2(以下、単に送風機2と呼ぶ。)と試作品とについて、騒音の周波数特性を試験調査した結果をしており、実線は送風機2を示し、破線は試作品を示している。因みに、試作品のガイド壁25’の寸法L1 は22mmである。そして、図4から明らかなように、低周波騒音(150〜190HZ )の低減が図られていることが判る。
【0027】
また、図5は、騒音が最も大きい周波数(約180Hz )において、送風機2と試作品とについて、騒音レベルSPL〔dB(A)〕、風量VA〔m3 /h〕、電動モータ24の回転数NF〔rpm〕および電動モータ24の消費電力〔W〕を試験調査した結果である。そして、図5から明らかなように、低周波騒音の発生し易い(通風系の圧力損失の大きい)フットモード(乗員の下半身に向けて空気を吹き出すモード)およデフモード(フロントガラス等向かって空気を吹き出すモード)時において、騒音が低減され、かつ、風量が増加していることが判る。
【0028】
なお、フェイスモードでは、本実施形態に係る送風機2は、試作品に比べて騒音が僅かながら大きいが、その騒音レベルは、他のモードに比べて十分に小さいので大きな問題とはならない。むしろ、風量が増大しているので、空調装置の能力を向上させることができる。
因みに、騒音レベルは、内気取入口より150mm離れた位置で音圧を測定し、この測定した値に基づいてJIS B 0132に従って算出した値である。
【図面の簡単な説明】
【図1】車両用空調装置の通風系の全体構成を示す模式図である。
【図2】(a)は、遠心送風機を電動モータ側から見た拡大図であり、(b)は(a)のA−A断面図である。
【図3】図2の一部拡大図である。
【図4】実施形態に係る遠心送風機における、騒音の周波数特性を示すグラフである。
【図5】騒音レベル、風量、電動モータの回転数および電動モータの消費電力を示すグラフである。
【図6】(a)は、試作品を電動モータ側から見た拡大図であり、(b)は(a)のA−A断面図である。
【図7】試作品における、騒音の周波数特性を示すグラフである。
【符号の説明】
21…遠心式ファン、22…スクロールケーシング、23…吸入口、
24…電動モータ(駆動手段)、25…ガイド壁、26…ベルマウス。
Claims (3)
- 回転軸(21a)周りに多数枚の翼(21b)を有し、回転軸(21a)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ファン(21)と、
前記遠心式ファン(21)を収納して前記遠心式ファン(21)から吹き出される空気の流路(22a)を構成するとともに、前記回転軸(21a)周りに渦巻き状に形成され、巻き始め側と巻き終わり側との重なる部分にノーズ部(22b)を有するスクロールケーシング(22)と、
前記回転軸(21a)の軸方向他端側に配設され、前記遠心式ファン(22)を駆動する駆動手段(24)とを備え、
前記スクロールケーシング(22)のうち前記回転軸(21a)方向一端側には、吸入口(23)が開口しており、
前記スクロールケーシング(22)は、
前記遠心式ファン(22)のうち前記吸入口(23)側の軸方向一端部を所定の曲率半径で覆うベルマウス(26)と、
前記ベルマウス(26)の軸方向一端側から立ち上がり前記回転軸(21a)と同心状に延びる円筒状のダクト壁(27)と、
前記ダクト壁(27)の軸方向一端部の開口外縁部(23a)から前記翼(21b)を前記吸入口(23)側から覆うとともに、前記回転軸(21a)に対して傾斜した状態で、前記開口外縁部(23a)から前記駆動手段(24)側に向けて延びるガイド壁(25)とを一体に有し、
前記回転軸(21a)方向から見たときに、前記ガイド壁(25)は、前記ノーズ部(22b)に最も近接した前記開口外縁部(23a)の部位から前記遠心式ファン(22)の回転方向とは逆向きに前記開口外縁部(23a)に沿って延びて形成されていることを特徴とする遠心送風機。 - 前記ガイド壁(25)の前記駆動手段(24)側に向けて延びる方向と、前記回転軸(21a)の軸方向とのなす角(θ)は、10°〜35°であることを特徴とする請求項1に記載の遠心送風機。
- 前記回転軸(21a)と前記ダクト壁(27)の壁面とは平行であり、前記回転軸(21a)方向から見た前記ガイド壁(25)のうち、前記ベルマウス(26)の内縁部(26a)から前記ガイド壁(25)の端部までの距離が最大となる最大部位の寸法(L 1 )を10〜20mmとし、前記最大部位のうち前記ガイド壁(25)の壁面に平行な寸法(L 2 )を35mm以上とすることを特徴とする請求項1または2に記載の遠心送風機。
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