JP5022185B2 - 遠心式多翼送風機 - Google Patents

Description

本発明は遠心式多翼送風機に関する。

遠心式多翼送風機は、静圧及び風量等の特性から、例えば車両用空調装置の送風ユニットに用いられる。遠心式多翼送風機はスクロールケーシングを有し、スクロールケーシング内に羽根車が配置される。羽根車は円筒形状を有し、周方向に配列された複数のブレードを有する。
ここで、ブレードの横断面形状については、遠心式多翼送風機の特性に大きな影響を及ぼすため、種々の研究が行われている。例えば、特許文献１は、騒音の発生や効率低下を防ぐべく、ブレードの前縁部から後縁部が楕円の一部をなす曲線と円弧により形成されている遠心式多翼送風機を開示している。

また、特許文献２は、特許文献１と同様に騒音の発生や効率低下を防ぐべく、ブレードの後半部が直線的な形状に形成された遠心式多翼送風機を開示している。
特開2001-329994号公報 特開2002-285996号公報

本発明者らは、遠心式多翼送風機の性能向上を目指してブレードの形状について検討を行った。この過程で、特許文献１の遠心式多翼送風機にあっては、ブレードの後縁部が円弧により形成されているため、流体の周方向出口速度が十分に高くならず、静圧低下を招いていることを見出した。
一方、発明者らは、特許文献２の遠心式多翼送風機にあっては、ブレードの後半部を直線的な形状にした場合、隣り合う２つのブレード間において、流体の周方向出口速度が一方のブレードの負圧面側で低下して、全体としても流体の周方向出口速度が低下する虞があることを見出した。

本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、流体の周方向出口速度が速く、もって静圧が高い遠心多翼式送風機を提供することにある。

上記した目的を達成すべく、本発明によれば、周方向にて配列された複数のブレードを有する羽根車を備えた遠心式多翼送風機において、前記ブレードは、正圧面及び負圧面を有し、前記正圧面は、前記羽根車の径方向でみて外縁側に位置する平面部と、相互に曲率中心が異なる２つの曲面部とからなり、前記負圧面は、前記羽根車の径方向でみて外縁側に曲面部を含むことを特徴とする遠心式多翼送風機が提供される（請求項１）。

本発明の請求項１の遠心式多翼送風機では、正圧面が羽根車の径方向でみて外縁側に平面部を有し、平面部が、ブレード間から流出するときの流体の周方向での流れを加速するとともに安定にする。この結果として、この遠心式多翼送風機では、羽根車の外径の拡大やブレードの羽根出口角の増大によらずとも、流体の周方向出口速度が増大され、静圧が高くなる。

また、この遠心式多翼送風機では、負圧面が外縁側に曲面部を有することにより、負圧面からの流体の剥離が防止され、流体の周方向出口速度の低下が防止される。
更に、正圧面が平面部と２つの曲面部とからなり、設計の自由度が高く、平面部によって静圧が確実に高くなる。

図１は、一実施形態の遠心式多翼送風機を概略的に示している。送風機は、例えば車両用空調装置の送風ユニットに用いられ、その場合、空気の流動方向でみて、内外気切換ダンパ２と蒸発器４との間に配置される。
より詳しくは、送風機は、例えば樹脂製のケーシング（スクロールケーシング）５を有し、スクロールケーシング５は、送風ユニットのダクト（ハウジング）の一部を構成する。即ち、スクロールケーシング５は、吸入孔5a、吹出孔5b及び内部流路を有する。

また、送風機は、電動モータ６と、電動モータ６によって回転駆動される円筒形状の羽根車８とを有する。電動モータ６は、吸入孔5aとは反対側からスクロールケーシング５に取り付けられ、羽根車８は、スクロールケーシング５内に収容されている。
より詳しくは、羽根車８はボトムプレート10を有し、ボトムプレート10の中央にはドーム形状のコーン部12が形成されている。コーン部12は、スクロールケーシング５内に突出した電動モータ６の本体を覆っており、コーン部12の中央にはボス部14が形成されている。ボス部14は、電動モータ６の回転軸6aに対して一体に回転可能に固定されている。

コーン部12の外周縁には、ボトムプレート10の外周部16が一体に連なっている。外周部16は円環形状をなし、この外周部16には、複数のブレード18の一端部が固定されている。これらブレード18は、ボス部14、則ち電動モータ６の回転軸6aを中心として同心上に配列され、各ブレード18は電動モータ６の回転軸6aと平行に延びている。これらブレード18の間には所定のギャップが確保され、ブレード18の他端部は、ボトムプレート10と同軸的に設けられた円環形状のリム20によって連結されている。

図２は、ブレード18の横断面とともに羽根車８の一部を示す図である。ブレード18は、羽根車８の径方向内側に位置する内縁22、径方向外側に位置する外縁24、内縁22と外縁24との間にそれぞれ広がる正圧面26及び負圧面28を有する。
なお、流体の流動方向でみれば、内縁22は前縁と称され、外縁24は後縁と称される。
負圧面28は、全体として凸形状を有し、例えば曲率中心の異なる３つの曲面を滑らかに連結して構成されている。従って、負圧面28は、内縁22から外縁24に渡り、曲面により構成されている。このため、負圧面28は、外縁24側に曲面部29を有する。

一方、正圧面26は、全体として凹形状を有し、隣りのブレード18の負圧面28との間にギャップを形成している。正圧面26は、曲率中心の異なる２つの曲面部30，32と、平面部34とを滑らかに連結して構成されている。曲面部30は内縁22側に位置し、平面部34は外縁側24に位置し、曲面部32は、曲面部30と平面部34との間に位置している。
平面部34を延長した線と外周部16の外周とが交差する角度として規定される羽根出口角β2は、例えば165°である。

図３〜図７は、平面部34の長さLと送風機の各種特性との関係をシミュレーションした結果を示しており、図３〜図６では、平面部34の長さLが0mm、則ちブレードが平面部を含まない従来の送風機の特性を１とした比にて各特性が示されている。
なお、これらのシミュレーションは、羽根車８の回転数及び風量が一定という条件下で行われている。

上述した遠心式多翼送風機では、電動モータ６に外部から電力が供給されると、電動モータ６は羽根車８を回転方向Ｒにて回転駆動する。羽根車８が駆動されブレード18が回転すると、ブレード18は、ブレード18間に規定されたギャップ中の空気を羽根車８の径方向外側に押し出す。これによって、羽根車８の径方向内側からギャップを通じて径方向外側に向かう空気流が生成される。この空気流の生成に伴い、スクロールケーシング５内には吸入孔5aを通じて空気が流入し、流入した空気は、羽根車８のギャップ、内部流路及び吹出孔5bを経てスクロールケーシング５の外部に流出する。

そして、上述した遠心式多翼送風機では、正圧面26が外縁24側に平面部34を有し、平面部34が、ブレード18間から流出するときの流体の周方向での流れを加速するとともに安定にする。この結果として、この遠心式多翼送風機では、羽根車８の外径の拡大やブレード18の羽根出口角β2の増大によらずとも、流体の周方向出口速度が増大され、静圧（ファン静圧）が高くなる。

上述した平面部34の作用効果は、シミュレーションによって確認されている。
図３に示したように、平面部34の長さLが増加するに連れて、ファン静圧が増加している。これは、図４及び図５に示したように、平面部34の長さLが増加するに連れて、すべり係数μ及び流体の羽根出口周方向速度cu2が増加していることに起因している。
ここで、すべり係数μはμ＝cu2／cu2∞にて表され、式中、cu2∞は流体の理論羽根出口周方向速度である。ファン理論圧力Pは、P＝ρ・u2・cu2にて表され、ρは流体の密度であり、u2は羽根出口周速度である。すべり係数μの増加、則ち、流体の羽根出口周方向速度cu2の増加は、ファン理論圧力Pの増加をもたらし、これによりファン静圧が増加していることがわかる。

一方、図５から明らかなように、上述した遠心式多翼送風機では、負圧面28が外縁24側に平面部ではなく曲面部29を有することにより、負圧面28からの流体の剥離が防止され、流体の周方向出口速度の低下が防止される。
ただし、羽根車8の回転数及び風量が一定というシミュレーションの条件下では、ファン静圧が増加しても、図６に示したようにトルクも同程度の割合で増加するため、図７に示したようにファン効率はほとんど変化しない。

上述した遠心式多翼送風機では、正圧面26が平面部34と２つの曲面部30，32とからなり、ブレード18は、従来の二円弧翼の正圧面における、後縁側の曲面の一部を平面部34に成形したものであるが、このように二円弧翼の後縁側の曲面の一部を平面部34に成形することで、設計の自由度が高く、平面部34によって静圧が確実に高くなる。

一実施形態に係る遠心式多翼送風機を、そのスクロールケーシングの一部を切欠いて概略的に示す斜視図である。 図１中の羽根車の一部をブレードの横断面とともに示す図である。 平面部の長さとファン静圧との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 平面部の長さとすべり係数との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 平面部の長さと周方向位置毎の流体の羽根出口周方向速度との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 平面部の長さとトルクとの関係のシミュレーション結果を示すグラフである。 平面部の長さとファン効率との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。

符号の説明

８ 羽根車
18 ブレード
26 正圧面
28 負圧面
29 曲面部
34 平面部

Claims (1)

1. 周方向にて配列された複数のブレードを有する羽根車を備えた遠心式多翼送風機において、
   前記ブレードは、正圧面及び負圧面を有し、
   前記正圧面は、前記羽根車の径方向でみて外縁側に位置する平面部と、相互に曲率中心が異なる２つの曲面部とからなり、
   前記負圧面は、前記羽根車の径方向でみて外縁側に曲面部を含む
   ことを特徴とする遠心式多翼送風機。

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