JP5769960B2 - 遠心式ファン - Google Patents

Description

本発明は遠心式ファンに係り、特に送風による騒音を低減した遠心式ファンに関する。

この種の遠心式ファンはモータの回転軸周りに多数の羽根を配置した羽根車を吸込み口と吐出し口を有するスクロールケーシング内に格納した構成からなり、吸込み口から吸入された空気を羽根車の中心から羽根の間に流入させ、羽根車の回転に伴う遠心作用による流体力で羽根車の径外方に向けて吹き出させる。そして羽根車の外周外側から吹き出された空気はスクロールケーシング内部を通過し、高圧の空気となって吐出し口から吹き出される。

この遠心式ファンは、家電機器、ＯＡ機器、産業機器の冷却、換気、空調や、車両用送風機などに広く用いられているが、この遠心式ファンはその構造から、送風性能と騒音は、羽根車の羽根形状とスクロールケーシング形状に大きく影響される。

このため、羽根形状を最適化することによって低騒音化を図る遠心式ファンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図８は特許文献１に記載の遠心式ファンを示す平面図、図９は図８の羽根車を示す斜視図である。遠心式ファンの羽根車１２０は、主板１２１と副板１２２の間に複数枚の羽根１２３を設置したもので、羽根１２３の内周側よりも外周側が羽根車１２０の回転方向に対して遅れて回転していくもので、羽根車１２０に渦巻状のケーシング１２７を取り付けて送風する。

送風される空気は羽根車１２０の吸込口１４０から吸い込まれ、羽根車１２０の羽根１２３によって遠心作用による流体力を受けて羽根車１２０の外周から吹き出され、羽根車１２０の外周を囲繞する渦巻状のケーシング１２７によってケーシング１２７の吹出口１４１へ導出されて吹き出される。このように羽根１２３の内周側よりも外周側が羽根車１２０の回転方向に対して遅れて回転していく羽根構造は後向き羽根で、回転方向に対して後向きに湾曲傾斜した羽根形状となっており、このような羽根形状を備えた遠心式ファンは、一般にターボファンと呼ばれる。

図８に示すターボファンでは、同外径の主板１２１と副板１２２の間に複数枚の羽根１２３を挟持し、羽根１２３は副板側の羽根円弧１３４よりも主板側の羽根円弧１３５の方が短い円弧となるように切断した後縁にすることによって、主板側に位置する後縁１３１と副板側に位置する後縁１３２がケーシング舌部１２９を横切る時刻に時間差を設けることができ、羽根１２３がケーシング舌部１２９を横切ることにより生じる圧力変動が時間的に分散され、音の発生エネルギーが分散されて騒音の発生が抑制されることが記載されている。

特開昭６３−２８９２９５号

しかしながら、特許文献１に記載のターボファンでは、羽根１２３の形状を検討して送風時の騒音の抑制を図ったものであるが、羽根車の外周から吹き出された空気は渦巻状のケーシング１２７の内壁面に衝突した際、その一部が吸込口１４０に逆流して吸込口１４０に吸い込まれる空気と干渉し、吸込口１４０にて空気の流れに乱れが生じ、この空気の流れの乱れが騒音の要因となっている。また、この空気の流れの乱れによって吸込口１４０での風量が低下し、その結果、送風特性が低下する問題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みなされたもので、遠心式ファンの吸込口付近の構造を改良することによって低騒音化を図ると共に、送風特性の向上を図った遠心式ファンを提供することを目的とする。

本発明者は、遠心式ファンにおける吸込口付近の構造と騒音との関係について鋭意検討した。その結果、特に吸込口付近の構造を最適化することによって遠心式ファンの低騒音化および送風特性の向上を図ることができることを知見した。

具体的には、円板状の主板と環状のシュラウドとの間に円周方向に多数の羽根を配設した羽根車を渦巻き状のケーシング内に格納し、吸込み口から吸入した空気を前記羽根車の回転に伴う遠心力によって前記羽根車の径外方に向けて吹き出し、前記ケーシングの吐出し口から吹き出す遠心式ファンであって、前記羽根車は前記羽根の一端側を主板で支持し、前記羽根の他端側を環状のシュラウドで支持し、前記環状のシュラウドは外縁部から中央に向かって曲面を形成し、中央には前記曲面に連接した円筒部を形成し、前記円筒部の上端が前記ケーシングの開口から上方に突出し、前記上端が外側に反った反り部を形成してベルマウス状に広がり、前記ケーシングの前記開口の周縁には軸方向下方に突出する環状の突起部が形成され、該突起部は前記環状のシュラウドと所定の隙間を隔てて対峙し、前記円筒部の前記上端の前記反り部の外径は前記ケーシングの前記開口の径よりも小さいことを特徴とする遠心式ファン。

本願発明に係る遠心式ファンによれば、環状のシュラウドの円筒部の上端がケーシングの上板より突出し、円筒部の上端がベルマウス状に広がっているため、吸込み口に吸い込まれる空気を安定させることができ、円筒部の上端の反り部によって逆流による吹き返しを低減できる結果、吸込み口付近で空気の乱れが生じることがないため低騒音化できると共に、風量特性を向上することができる遠心式ファンを提供できる。

本発明の実施形態に係る遠心式ファンを示す斜視図である。 図１に示す遠心式ファンの断面図である。 図１に示す羽根車における羽根の構造を示す図である。 従来構造における遠心式ファンを示す斜視図である。 図４に示す遠心式ファンの断面図である。 図２に示す本発明の遠心式ファンにおける風の流れのシミュレーション結果を示した部分図である。 図５に示す従来の遠心式ファンにおける風の流れのシミュレーション結果を示した部分図である。 従来の遠心式ファンを示した図である。 図８に示す従来の遠心式ファンの断面図の一部を示した図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態に係る遠心式ファンを示す斜視図、図２は図１に示す遠心式ファンの断面図、図３は図１に示す羽根車の斜視図、図４は従来構造における遠心式ファンを示す斜視図、図５は図４に示す遠心式ファンの断面図である。

従来構造における遠心式ファン２１は、図５に示すように、多数の羽根４４を配置した羽根車３０と羽根車３０を格納した渦巻き状のケーシング４０により構成されており、モータ２によって羽根車３０が回転駆動される。この渦巻き状のケーシング４０は上板４１と下板４２から構成され、吸込み口４５から吸い込んだ空気を吹出し口４６から吹き出す構造となっている。

羽根車３０は円周方向に等間隔で多数の羽根４４を配置し、これらの羽根４４の一端側を主板３５で支持し、羽根４４の他端側を環状のシュラウド３６で支持したもので、羽根４４は主板３５とシュラウド３６とで挟持された構成となっている。環状のシュラウド３６は外縁部から中央に向かって曲面を形成している。主板３５は円板状でその中央にカップ状のボス部３７を有している。羽根４４は所定の曲率で湾曲した形状であって、すべて同じ形状に形成されている。そして、カップ状のボス部３７の内側にモータ２のロータ部を接合し、ロータ部の回転に伴って羽根車３０が回転する。

図１および図２は本発明の遠心式ファン１を示した図で、遠心式ファン１は多数の羽根４を配置した羽根車３と羽根車３を格納した渦巻き状のケーシング１０により構成されており、モータ２によって羽根車３が回転駆動される。この渦巻き状のケーシング１０は従来構造と略同じ構造で、上板１１と下板１２から構成され、吸込み口１５から吸い込んだ空気は吹出し口１６から吹き出される。

図２に示すように、羽根車３の環状のシュラウド６の円筒部８の上端がケーシング１０の上板１１の中央に形成した開口を挿通して軸方向上方に突出し、円筒部８の上端がベルマウス状に広がっている。また、ケーシング１０の上板１１の開口の周縁には軸方向下方に突出する環状の突起部１３が形成されており、この突起部１３は環状のシュラウド６と所定の隙間を隔てて対峙している。

羽根車３は従来の遠心式ファン２１の羽根車３０と同様、円周方向に等間隔で多数の羽根４を配置し、これらの羽根４の一端側を主板５で支持し、羽根４の他端側を環状のシュラウド６で支持したもので、羽根４は主板５とシュラウド６とで挟持された構成となっている。環状のシュラウド６は外縁部から中央に向かって曲面を形成しており、中央には曲面に連接した円筒部８を形成し、円筒部８の上端部は外側に反った反り部９を形成して、円筒部８の上端部はベルマウス状に広がっている。主板５は円板状でその中央にカップ状のボス部７を有している。羽根４は所定の曲率で湾曲した形状であって、すべて同じ形状に形成されている。そして、カップ状のボス部７の内側にモータ２のロータ部を接合し、ロータ部の回転に伴って羽根車３が回転する。したがって、本発明の遠心式ファンでの羽根車３と従来の遠心式ファンの羽根車３０との違いは、環状のシュラウド６の曲面に連接した円筒部８を形成すると共に、円筒部８の上端部は外側に反った反り部９を形成している点である。

図３は図１に示す羽根車３における羽根４の構造を示す図で、羽根車３の外径Ｄ２は１２０ｍｍ、内径Ｄ１は５０ｍｍで、羽根４は円周方向に等ピッチで配置され、羽根４の枚数は２１枚に設定している。羽根４の出口角βは、ファン１の回転軸中心Ｃと羽根４の外周縁とを結ぶ線分を半径とする円の接線と、羽根４との成す角度を出口角βと定義するとき、出口角βは４５°に設定している。羽根６の入口角は、ファン１の回転軸中心Ｃと羽根６の内周縁とを結ぶ線分を半径とする円の接線と、羽根４との成す角度を入口角αと定義するとき、入口角αは４０°に設定しており、羽根車３の羽根４は回転方向に対して後向き羽根で、ターボファンとなっている。

なお、図５に示す従来の遠心式ファン２１の羽根車３０における羽根４４の構造も図３に示す構造と同じ構造となっている。

図６は図１に示す本発明の遠心式ファン１における風の流れのシミュレーション結果を示した図で、吸込み口１５付近における風の流れのシミュレーション結果を示した図であり、図７は従来の遠心式ファン２１での吸込み口４５付近における風の流れのシミュレーション結果を示した図である。

なお、上記の図６と図７における風の流れのシミュレーションは静圧が７５０［Ｐａ］における風の流れを示したものである。

図７に示す従来の遠心式ファン２１は、図４および図５に示すように、環状のシュラウド３６は外縁部から中央に向かって曲面を形成し、曲面の上端はケーシング４０の上板４１よりも上方に突出しておらず、また曲面の上端はベルマウス状に広がっていない。このため、図７に示すように、従来の遠心式ファン２１では、羽根車３０の回転に伴って吸込み口４５から吸込まれた空気は、羽根車３０の羽根４４の間に吸い込まれた後、吸い込まれた空気が環状のシュラウド３６とケーシングの上板４１との間から吸込み口４５に逆流している。これは羽根４４の間に吸い込まれた後、ケーシング４０の側壁に衝突した空気の一部が吹出し口４６に向かわず、環状のシュラウド３６とケーシングの上板４１との間を逆流して吸込み口４５に吹き返したものであり、この逆流した空気が吸込み口４５に吸い込まれる空気と干渉している状態を示している。このように吸込み口４５に吸い込まれる空気と吹き返した空気が衝突し干渉しているため、吸込み口４５付近で空気に乱れが生じ、吸込み口４５では外部より吸い込まれた空気が吹き返した空気と衝突して渦が生じている。この結果、吸込み口４５付近で空気の乱れが生じて騒音の要因となると共に、吸込み口４５に吸い込まれる空気が大きく減少するため、風量が大きく減少する。

これに対して、本発明の遠心式ファン１では、図６に示すように、羽根車３の回転に伴ってから吸込まれた空気は、吸込み口１５から羽根４の間に吸い込まれた空気の一部がケーシング１０の上板１１と環状のシュラウド６との間を通ってケーシング１０の外部に吹き返しているが、環状のシュラウド６と僅かな隙間を隔てて対峙する環状の突起部１３によって吹き返しとなる逆流を大幅に抑制し、僅かな逆流も環状のシュラウド６の反り部９によって外方に拡散されて吸込み口１５に吸い込まれる空気と干渉することはない。この結果、吸込み口１５付近で空気の乱れが生じることがないため低騒音化できると共に、吸込み口１５に吸い込まれる空気が阻害されることがないので、風量特性を向上することができる。

このように本発明における遠心式ファン１では、環状のシュラウド６の円筒部８の上端がケーシング１０の上板１１より突出し、円筒部８の上端部がベルマウス状に広がっているため、吸込み口１５に吸い込まれる空気を安定させることができ、円筒部８の上端部の反り部９によって逆流による吹き返しを低減できる。この結果、低騒音化できると共に、風量特性を向上した遠心式ファンを提供することができる。

１ 遠心式ファン
２ モータ
３ 羽根車
４ 羽根
５ 主板
６ シュラウド
７ ボス部
８ 円筒部
９ 反り部
１０ ケーシング
１１ 上板
１２ 下板
１３ 突起部
１５ 吸込み口
１６ 吹出し口

Claims (1)

1. 円板状の主板と環状のシュラウドとの間に円周方向に多数の羽根を配設した羽根車を渦巻き状のケーシング内に格納し、吸込み口から吸入した空気を前記羽根車の回転に伴う遠心力によって前記羽根車の径外方に向けて吹き出し、前記ケーシングの吐出し口から吹き出す遠心式ファンであって、
   前記羽根車は前記羽根の一端側を主板で支持し、前記羽根の他端側を環状のシュラウドで支持し、前記環状のシュラウドは外縁部から中央に向かって曲面を形成し、中央には前記曲面に連接した円筒部を形成し、前記円筒部の上端が前記ケーシングの開口から上方に突出し、前記上端が外側に反った反り部を形成してベルマウス状に広がり、
   前記ケーシングの前記開口の周縁には軸方向下方に突出する環状の突起部が形成され、該突起部は前記環状のシュラウドと所定の隙間を隔てて対峙し、
   前記円筒部の前記上端の前記反り部の外径は前記ケーシングの前記開口の径よりも小さいことを特徴とする遠心式ファン。