特許 7665099 遠心送風機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-04-10

(45)【発行日】2025-04-18

(54)【発明の名称】遠心送風機

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/44 20060101AFI20250411BHJP

   F04D 29/28 20060101ALI20250411BHJP

   F04D 29/66 20060101ALI20250411BHJP

【ＦＩ】

F04D29/44 U

F04D29/28 J

F04D29/44 Y

F04D29/66 N

F04D29/66 M

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2024515214

(86)(22)【出願日】2022-04-12

(86)【国際出願番号】 JP2022017612

(87)【国際公開番号】W WO2023199406

(87)【国際公開日】2023-10-19

【審査請求日】2024-03-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】秋場 勇児

(72)【発明者】

【氏名】岡本 一輝

(72)【発明者】

【氏名】門井 千景

(72)【発明者】

【氏名】蓮池 一樹

【審査官】大瀬 円

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０４４１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００８／０７２５５８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００６－０９０２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６４－０１１３９９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】国際公開第２０２１／１４４９４２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｄ ２９／４４

Ｆ０４Ｄ ２９／２８

Ｆ０４Ｄ ２９／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータと、
吸込口と、吹出口と、前記吸込口に向かう気流を案内するベルマウスと、空気流の下流側へ向かうにしたがって径方向における幅が拡大するスクロール部と、前記吹出口の開口面積を拡大するように前記スクロール部と前記吹出口を繋ぐ舌部と、前記スクロール部と前記吹出口との間の流路を構成するディフューズ部とを有するスクロールケーシングと、
前記モータのシャフトに固定され回転する円盤状の主板と、前記主板の外周部に環状に設置される複数のブレードとを有し、前記スクロールケーシング内に設置されて、前記吸込口から前記吹出口へ向かう気流を前記スクロールケーシング内に形成する羽根車とを備え、
前記ベルマウスには、前記羽根車の回転方向において前記舌部よりも下流側に、前記羽根車から流出して前記羽根車に再流入する二次流れを遮蔽する遮蔽部が設けられており、
前記遮蔽部は、前記羽根車の軸方向に凹の溝状であるとともに前記ベルマウスを前記羽根車の径方向に貫いており、前記ベルマウスのうちディフューズ部には設けてられていないことを特徴とする遠心送風機。

【請求項2】

前記羽根車は、前記主板の裏面から突出する円筒形状の突出部を有し、
前記突出部の最大径は、前記羽根車の外径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の遠心送風機。

【請求項3】

前記主板には、複数の通風穴が形成されており、複数の前記通風穴は、前記羽根車の回転軸の周方向に配列されていることを特徴とする請求項２に記載の遠心送風機。

【請求項4】

前記通風穴の外周側端部を繋ぐ円の外径は、前記突出部の最大径よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の遠心送風機。

【請求項5】

前記突出部は、前記羽根車の回転軸に対して回転対称の形状であることを特徴とする請求項２に記載の遠心送風機。

【請求項6】

前記突出部の最大径は、前記モータの外径よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の遠心送風機。

【請求項7】

前記突出部は、少なくとも一部が前記羽根車の外径よりも内径側に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の遠心送風機。

【請求項8】

モータと、
吸込口と、吹出口と、前記吸込口に向かう気流を案内するベルマウスと、空気流の下流側へ向かうにしたがって径方向における幅が拡大するスクロール部と、前記吹出口の開口面積を拡大するように前記スクロール部と前記吹出口を繋ぐ舌部と、前記スクロール部と前記吹出口との間の流路を構成するディフューズ部とを有するスクロールケーシングと、
前記モータのシャフトに固定され回転する円盤状の主板と、前記主板の外周部に環状に設置される複数のブレードとを有し、前記スクロールケーシング内に設置されて、前記吸込口から前記吹出口へ向かう気流を前記スクロールケーシング内に形成する羽根車とを備え、
前記ベルマウスには、前記羽根車の回転方向において前記舌部よりも下流側に、前記羽根車から流出して前記羽根車に再流入する二次流れを遮蔽する遮蔽部が設けられており、
前記羽根車は、前記主板の裏面から突出し、前記羽根車の回転軸上に中心軸を持つ楕円筒形状の突出部を有し、
前記突出部の最大径は、前記羽根車の外径よりも小さく、
前記突出部は、少なくとも一部が前記羽根車の外径よりも内径側に設けられていることを特徴とする遠心送風機。

【請求項9】

前記主板は、径方向において外周部から前記突出部までの領域が平らな面であることを特徴とする請求項２から８のいずれか１項に記載の遠心送風機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、空気流を発生させる羽根車を備えた遠心送風機に関する。

【背景技術】

【0002】

遠心送風機は、羽根車を収容するスクロールケーシングを有する。スクロールケーシングは、空気の吸込口と空気の吹出口とを有し、羽根車の回転によって発生する空気流の流路を構成する。羽根車の回転によってスクロールケーシングの内部で発生した騒音は、吸込口又は吹出口からスクロールケーシングの外へ放出される。遠心送風機の内部での空気流の流速は、羽根車から流出した直後が最も速い。さらに、羽根車とスクロールケーシングの壁面との距離は回転方向が進むに従い大きくなるため、気流の変動が生じやすい。

【0003】

羽根車から流出する気流は、主流と二次流れとに大別される。二次流れとは、主流に対して直角な方向に流れる気流である。二次流れは、二次損失を引き起こし、送風性能を悪化させることが知られている。

【0004】

また、遠心送風機は、羽根車の回転によって、翼面流れが周期的な圧力変動を受けることで騒音を発生させる。加えて、上述した気流の変動等による影響を受け、羽根車の翼の周りの流れが周期的に変化することでも、同様の騒音が発生する。こうした騒音は離散周波数騒音と呼ばれ、遠心送風機の音響特性を悪化させる。

【0005】

特許文献１には、ベルマウスにスクロールケーシング内の流れを整流するための整流ブロックを設置する技術が示されている。これにより、送風機の送風性能の向上を図っている。また、特許文献２には、羽根車の主板の裏面に、円筒壁を形成し、円筒壁の外径を羽根車のブレードの外径と同一とすることが示されている。これにより、羽根車が回転することにより形成される二次流れが主板の裏面に流れ込むことを防ぎ、二次損失を緩和し、送風性能の向上を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第６２４６４３４号公報

【文献】特開２００８－１６９８２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

遠心送風機において、羽根車から吹き出された流れの一部は二次流れとなり、スクロールケーシングへ再流入したり循環流れを生じたりする。特許文献１には、このような二次流れを低減するためにベルマウスに遮蔽部を設けるといった技術が提示されているものの、特許文献１に記載の技術を用いると、遮蔽部を設けることでベルマウス側から羽根車の主板側に向かう流れが強まり、羽根車の主板の裏面側の流れが乱れやすく、騒音の悪化を招く課題がある。

【0008】

また、特許文献２に開示される遠心送風機は羽根車が回転することにより形成される二次流れが主板の裏面に流れ込むことを防ぎ、二次流れによる損失を緩和する効果を期待できるものの、上述したベルマウス側から羽根車の主板側に向かう流れに対応できておらず、羽根車の主板の裏面側の圧力変動が高まることで、騒音悪化を招く問題がある。

【0009】

また、遠心送風機の羽根車の翼周りから発生する離散周波数騒音は、羽根車とスクロールケーシングとの距離が近い部分において、羽根車とスクロールケーシングとが互いに干渉して生じやすくなる。このため、上述したベルマウス側から羽根車の主板側に向かう流れが強まり、羽根車の主板の裏面側の圧力変動が高まると、遠心送風機の離散周波数騒音の上昇を招く恐れがある。

【0010】

また、特に羽根車の主板の裏側は、漏れ流れを抑えるために羽根車とスクロールケーシングとの距離が近い。したがって、羽根車の主板の裏側は、離散周波数騒音が伝播しやすく、遠心送風機の音響特性悪化を招いている。

【0011】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、二次流れと羽根車との干渉によって生じる圧力変動を抑制し、かつ羽根車の翼周りから発生する離散周波数騒音を低減した遠心送風機を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る遠心送風機は、モータと、吸込口と、吹出口と、吸込口に向かう気流を案内するベルマウスと、空気流の下流側へ向かうにしたがって径方向における幅が拡大するスクロール部と、吹出口の開口面積を拡大するようにスクロール部と吹出口を繋ぐ舌部と、スクロール部と吹出口との間の流路を構成するディフューズ部とを有するスクロールケーシングと、モータのシャフトに固定され回転する円盤状の主板と、主板の外周部に環状に設置される複数のブレードとを有し、スクロールケーシング内に設置されて、吸込口から吹出口へ向かう気流をスクロールケーシング内に形成する羽根車とを備える。ベルマウスには、羽根車の回転方向において舌部よりも下流側に、羽根車から流出して羽根車に再流入する二次流れを遮蔽する遮蔽部が設けられている。羽根車は、主板の裏面から突出する筒形状の突出部を有する。突出部の最大幅は、羽根車の外径よりも小さい。

【発明の効果】

【0013】

本開示に係る遠心送風機は、二次流れと羽根車との干渉によって生じる圧力変動を抑制し、かつ羽根車の翼周りから発生する離散周波数騒音を低減できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施の形態１に係る遠心送風機の斜視図

【図2】実施の形態１に係る遠心送風機の断面図

【図3】実施の形態１に係る遠心送風機の上面図

【図4】実施の形態１の第１の比較例に係る遠心送風機の断面図

【図5】実施の形態１に係る遠心送風機及び第１の比較例に係る遠心送風機の風量－比騒音特性の実機試験の結果を示す図

【図6】実施の形態１に係る遠心送風機のベルマウスに設けた遮蔽部の遮蔽部終端部の位置を示す図

【図7】実施の形態１に係る遠心送風機のベルマウスに設けた遮蔽部の位置と静圧上昇量及び騒音との関係を示す図

【図8】実施の形態１の第２の比較例に係る遠心送風機の断面図

【図9】実施の形態１の第２の比較例に係る遠心送風機の流速分布を示す図

【図10】実施の形態１の第２の比較例に係る遠心送風機の圧力変動の実効値の分布を示す図

【図11】実施の形態１の第２の比較例に係る遠心送風機のスクロール部の底面における圧力変動レベルの分布を示す図

【図12】実施の形態１に係る遠心送風機の流速分布を示す図

【図13】実施の形態１に係る遠心送風機の圧力変動の実効値の分布を示す図

【図14】実施の形態１の遠心送風機のスクロール部の底面における圧力変動レベルの分布を示す図

【図15】実施の形態１に係る遠心送風機と第２の比較例に係る遠心送風機と、第３の比較例に係る遠心送風機との風量－比騒音特性の実機試験の結果を示す図

【図16】実施の形態２に係る遠心送風機の断面図

【図17】実施の形態３に係る遠心送風機の羽根車の斜視図

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に、実施の形態に係る遠心送風機を図面に基づいて詳細に説明する。

【0016】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る遠心送風機の斜視図である。図２は、実施の形態１に係る遠心送風機の断面図である。図３は、実施の形態１に係る遠心送風機の上面図である。図２は、図１及び図３におけるII-II線に沿った断面を示している。また、図３は、ベルマウス８ａの図示を省略して羽根車４全体を示している。実施の形態１に係る遠心送風機１は、モータ３と、モータ３によって回転駆動される羽根車４と、羽根車４を収容するスクロールケーシング１１とを有する。遠心送風機１は、羽根車４を回転させることによって空気流を発生させる。

【0017】

スクロールケーシング１１は、空気の吸込口８と空気の吹出口１０とを有する。スクロールケーシング１１は、羽根車４の回転によって発生する空気流の流路を形成する。羽根車４を回転させることによって、スクロールケーシング１１の外の空気は、吸込口８を通ってスクロールケーシング１１の内部へ吸い込まれる。羽根車４を回転させることによって、スクロールケーシング１１の内部の空気は、吹出口１０を通ってスクロールケーシング１１の外へ吹き出される。図１に示すように、スクロールケーシング１１の外には、スクロールケーシング１１の外から吸込口８へ向かう空気流Ｙ１と、吹出口１０からスクロールケーシング１１の外へ向かう空気流Ｙ２とが発生する。図２に示すように、スクロールケーシング１１の内部には、吸込口８から羽根車４を通り、羽根車４とスクロールケーシング１１との間へ流れる空気流である主流Ｙ３が発生する。すなわち、羽根車４が回転することにより、スクロールケーシング１１の内部には、吸込口８から吹出口１０へ向かう空気流が発生する。

【0018】

スクロールケーシング１１は、スクロール部６とディフューズ部７と舌部９とを有する。スクロール部６は、空気流の下流側へ向かうにしたがって径方向における幅が拡大している螺旋状の流路を構成する部分である。螺旋状の流路は、例えば、アルキメデス螺旋状である。すなわち、羽根車４の回転軸２からスクロール部６までの距離は、図３に示すように、羽根車４の回転方向に進むにしたがって大きくなる。ディフューズ部７は、スクロール部６よりも下流側の部分であって、スクロール部６と吹出口１０との間の流路を構成する部分である。ディフューズ部７は、羽根車４から流出した気流の動圧を効率よく静圧に変換しつつ、気流を吹出口１０まで導く。舌部９は、吹出口１０の開口面積を拡大するようにスクロール部６と吹出口１０を繋ぐ部分である。舌部９は、スクロールケーシング１１の内部を旋回する空気流を吹出口１０へ導く。

【0019】

スクロールケーシング１１は、第１壁１１ａと、第２壁１１ｂと、第３壁１１ｃとを有する。第１壁１１ａと第２壁１１ｂとは、スクロールケーシング１１の軸方向に互いに向き合う。第３壁１１ｃは、第１壁１１ａと第２壁１１ｂとを繋ぐ。吸込口８は、第１壁１１ａに形成されている。第１壁１１ａには、第２壁１１ｂから離れるにしたがって径が拡大されるベルマウス８ａが形成されている。スクロールケーシング１１の材料は、例えば樹脂である。ベルマウス８ａは、空気を吸い込む吸込口８を囲むように設けられている。

【0020】

羽根車４は、多翼羽根車である。羽根車４は、モータ３のシャフト３ａに固定されている。羽根車４は、シャフト３ａを中心に回転する。羽根車４は、円盤状の主板４ａと、主板４ａの表側面の外周部に環状に設置された複数のブレード４ｂと、モータ３のシャフト３ａに固定されたボス部４ｃとを備える。実施の形態１に係る遠心送風機１では、羽根車４のブレード４ｂの枚数は４３枚である。また、羽根車４は、ブレード４ｂの上流側の外径縁に翼補強部材であるリブ４ｄを備える。羽根車４の主板４ａの裏面には、気流を整流するための突出部５が設けられている。

【0021】

羽根車４は、主板４ａの途中から突出部５が分岐する形状になっている。突出部５は、主板４ａの裏面で生じる漏れ流れの防止及び低騒音化の観点から、羽根車４の回転軸２に対して回転対称又は軸対称の形状であることが好ましい。図２では、突出部５は、軸対称である円筒形状を呈している。突出部５の円筒壁で囲まれた空間には、モータ３の一部分が収容されている。モータ３の一部分を突出部５の円筒壁で囲まれた空間に収容することにより、モータ３と羽根車４の背面との距離を極力小さくし、遠心送風機１の全体の小型化を図れる。

【0022】

また、羽根車４の主板４ａは、回転軸２の径方向において主板４ａの外周部から突出部５が設けられた部分までの領域は平らな面とされている。主板４ａの外周部から突出部５が設けられた部分までの領域を平らな面とする理由は、羽根車４から流出する気流の急激な転向を抑制し、極力少ない損失で吹出口１０まで主流Ｙ３を到達させるためである。この効果に関しては、後述する。

【0023】

また、図３に示すように、羽根車４の主板４ａには、複数の通風穴４ｅが設けられている。通風穴４ｅは、モータ３の温度上昇を抑制する目的で設けられている。言い換えると、通風穴４ｅは、モータ３の空冷効果を促進するために設けられている。なお、主板４ａに通風穴４ｅが設けられていなくてもよい。また、通風穴４ｅの数は、図３に示す六つである必要はなく、特定の数に限定されない。

【0024】

羽根車４とスクロールケーシング１１との位置関係及び形状、通風穴４ｅの有無、並びに通風穴４ｅの形状は、図１から図３に示したものに限定されるものではない。各部品の位置関係及び各部品の形状は、設計時に適宜決定すれば良い。

【0025】

遠心送風機１は、羽根車４の回転軸２の軸方向に沿って吸込口８からスクロールケーシング１１に吸い込んだ空気を、羽根車４の回転軸２の径方向に吹き出す構造となっていることから、空気流には慣性力が作用する。このため、羽根車４内を通ってスクロールケーシング１１内に吹き出される気流は、スクロールケーシング１１の第２壁１１ｂに近づく程速度が速くなる速度分布を形成する。そして、スクロールケーシング１１内に吹き出された空気流の一部は、第３壁１１ｃに沿うように羽根車４の主板４ａからブレード４ｂの先端方向又はブレード４ｂの先端から主板４ａ方向へと巻き上がる二次流れＹ４を形成する。

【0026】

ベルマウス８ａは、羽根車４からの吹き出し流れが、吹出口１０へ流れずスクロールケーシング１１に再流入することを抑制するように、羽根車４の回転軸２の軸回りの一部分において曲面が部分的に抜けた構造となっている。羽根車４からの吹出流れの一部である二次流れＹ４を遮断するように、ベルマウス８ａの曲面が部分的に抜けた構造となっているため、二次流れＹ４と羽根車４から吹き出される気流との衝突又は干渉を抑制することができ、遠心送風機１の送風性能の向上及び騒音抑制が実現される。以下、ベルマウス８ａの曲面が部分的に抜けた箇所を、遮蔽部８ｂという。

【0027】

ベルマウス８ａは、遮蔽部８ｂを除くと、羽根車４の回転軸２に対して回転対称の形状であり、羽根車４の回転軸２に垂直な断面の形状は、遮蔽部８ｂの部分で途切れた円弧形状である。ベルマウス８ａは、図２に示す羽根車４の回転軸２を通る断面では、回転軸２の軸方向に沿って空気を吸い込む方向に向かって連続的に小さくなる形状、すなわち空気流の風上から風下に向かって開口部の円形状の直径が連続的に小さくなる形状である。

【0028】

ベルマウス８ａの曲面は、上流側ではスクロールケーシング１１の外側に向かって開いている。また、ベルマウス８ａの曲面は、下流側では軸方向に沿っている。このため、ベルマウス８ａの曲面は、空気の吸込口８側が凸となる形状である。ベルマウス８ａは、吸込口８に面している方の曲面が表面８ｆであり、吸込口８に面していない方の曲面が背面８ｒである。

【0029】

スクロールケーシング１１とベルマウス８ａとは一体であり、板金加工によって一枚の金属板を加工することで形成される。したがって、ベルマウス８ａの曲面とスクロールケーシング１１の第１壁１１ａとの間には、ベルマウス裏側空間８２が形成されている。

【0030】

遮蔽部８ｂは、ベルマウス裏側空間８２を周方向に分断する。遮蔽部８ｂは、羽根車４の回転軸２に平行かつ回転軸２を挟んで対向する二つの平面上に形成された二つの遮蔽部側面部８１ａと、回転軸２と交差する平面上にあって二つの遮蔽部側面部８１ａの下流側の端部を結ぶ遮蔽部底面部８１ｂとを有する。

【0031】

遮蔽部側面部８１ａの上流側の上端部は、ベルマウス８ａと接続される。遮蔽部側面部８１ａの外周端部は、スクロールケーシング１１と接続される。遮蔽部側面部８１ａの下流側の下端部は、遮蔽部底面部８１ｂと接続される。遮蔽部底面部８１ｂの外周端部は、スクロールケーシング１１と接続される。

【0032】

すなわち、遮蔽部８ｂは、回転軸２の周方向においては、ベルマウス８ａ、遮蔽部側面部８１ａ、遮蔽部底面部８１ｂ、遮蔽部側面部８１ａ、ベルマウス８ａと分岐なく連続的に接続される。このような構成とすることで、１枚の金属板からベルマウス８ａと遮蔽部８ｂとを一体成型することができる。

【0033】

また、遮蔽部８ｂを設けることにより、ベルマウス裏側空間８２が周方向に分断されるため、二次流れＹ４がベルマウス裏側空間８２を周方向に流れることを抑制することができる。

【0034】

図４は、実施の形態１の第１の比較例に係る遠心送風機の断面図である。図４に示す第１の比較例に係る遠心送風機１のベルマウス８ａは、抜けた部分が無く羽根車４の回転軸２の軸回りの全周にわたって曲面が連続する構造となっている。また、第１の比較例に係る遠心送風機１は、ベルマウス裏側空間８２が部分的に埋まってはおらず、ベルマウス裏側空間８２が羽根車４の回転軸２の周方向において分断されずに繋がっている。図４において、ベルマウス８ａ以外の構成要件の構造及び形状に関しては、実施の形態１と同一とした。

【0035】

図４に示すように、第１の比較例に係る遠心送風機１は、ベルマウス８ａが羽根車４の回転軸２の軸回りの全周に亘って存在する構造であるため、二次流れＹ４と、羽根車４から吹き出される気流とが衝突又は干渉することで、送風性能の低下及び騒音増大の原因となる。

【0036】

図５は、実施の形態１に係る遠心送風機及び第１の比較例に係る遠心送風機の風量－比騒音特性の実機試験の結果を示す図である。図５において横軸は風量を表し、縦軸は比騒音を表している。図５において、黒ひし形は第１の比較例に係る遠心送風機１を表すプロットであり、白丸は実施の形態１に係る遠心送風機１を表すプロットである。

【0037】

図５に示すように、遠心送風機１の動作風量帯域である騒音値が、第１の比較例に係る遠心送風機１では１２．５ｄＢであるのに対して、実施の形態１に係る遠心送風機１では１１．７ｄＢであり、０．８ｄＢの低騒音化を確認することができる。実施の形態１に係る遠心送風機１と第１の比較例に係る遠心送風機１との相違点は、ベルマウス８ａに遮蔽部８ｂが設けられているか否かであるため、二次流れＹ４と羽根車４から吹き出される気流との衝突又は干渉を遮蔽部８ｂが効果的に抑制できたことによって低騒音化が実現されたと判断することができる。

【0038】

このように、実施の形態１に係る遠心送風機１は、羽根車４からの吹出流れの一部である二次流れＹ４を遮断するように、ベルマウス８ａの曲面が部分的に抜けた構造としている。このため、二次流れＹ４と羽根車４から吹き出される気流との、衝突又は干渉を効果的に抑制することができ、遠心送風機１の送風性能の向上及び騒音抑制を実現することができる。

【0039】

なお、ベルマウス８ａの構造は、実施の形態１に係る遠心送風機１のように、曲面の一部が部分的に抜けた構造に限らず、羽根車４に再流入する羽根車４からの吹出流れの二次流れＹ４を遮断するように、ベルマウス裏側空間８２が部分的に埋まっていたり、ベルマウス８ａの背面８ｒに、ベルマウス裏側空間８２に突出する突起を部分的に設けるなどの構造により代替しても良い。

【0040】

図６は、実施の形態１に係る遠心送風機のベルマウスに設けた遮蔽部の遮蔽部終端部の位置を示す図である。図７は、実施の形態１に係る遠心送風機のベルマウスに設けた遮蔽部の位置と静圧上昇量及び騒音との関係を示す図である。なお、遮蔽部終端部８ｃは、遮蔽部８ｂの下流側の端部である。図７には、実施の形態１に係る遠心送風機１の二次流れＹ４に対して、遮蔽部８ｂによる遮断効果を実機試験により検証した結果を示している。図７の横軸は、遮蔽部終端部８ｃの位置を表す。図７の縦軸は、実施の形態１に係る遠心送風機１の静圧上昇量及び騒音の大きさを表す。図７の横軸に示される角度αは、羽根車４の回転軸２と舌部９の先端とを結ぶ線分を含む基準線Ｐの位置を起点に、回転軸２を中心として矢印Ｒで示す羽根車４の回転方向を正方向として、遮蔽部終端部８ｃの位置までの回転角度を示している。

【0041】

図７に示すように、基準線Ｐから遮蔽部終端部８ｃまでの角度αが６０°から１５０°の測定結果においては、角度αが大きいほど、騒音が増加し、かつ静圧上昇量が減少する傾向にある。角度αが１４０°程度までは、静圧上昇量が正値となっているため、実施の形態１に係る遠心送風機１は、角度αが１４０°以下の位置に遮蔽部終端部８ｃが配置された場合に静圧上昇の効果を得ることができる。また、騒音の悪化を考慮して角度αが６０°から１２０°の範囲内に遮蔽部終端部８ｃが設定された場合であっても、おおよそ４％以上の静圧上昇量が得られる。また、角度αが１００°以下である場合には、静圧が上昇し、かつ騒音の悪化が抑えられている。特に、角度αが７０°前後の場合、例えば角度αが６０°から９０°の範囲の場合は、角度αがこの範囲外の場合と比べて、静圧上昇量が大きく、かつ騒音増加もわずかである。角度αを大きくすると、流路の断面積が減少することによる影響が大きくなり、遮蔽部８ｂを設けることで得られる上記の効果が相殺される。したがって、遮蔽部８ｂの取り付け範囲において、遮蔽部終端部８ｃは、基準線Ｐから遮蔽部終端部８ｃまでの回転角度である角度αが、１２０°以下に設定されることが好ましく、さらには角度αが１００°以下に設定されることが好ましい。

【0042】

また、図３には、複数の通風穴４ｅの外径側端部を結ぶ円４ｆと、羽根車４の複数のブレード４ｂの外径側端部を結ぶ円４ｇと、羽根車４の複数のブレード４ｂの内径側端部を結ぶ円４ｈとを各々一点鎖線で図示している。図２及び図３に示すように、羽根車４の内径をＤ１、羽根車４の外径をＤ２、モータ３の外径をＤｃ、突出部５の外径をＤａと定義する。実施の形態１に係る遠心送風機１においては、突出部５が円筒状であるため、突出部５の外径は、突出部５の最大幅である。羽根車４の複数のブレード４ｂの内径側端部を結ぶ円４ｈの直径を、羽根車４の内径Ｄ１と定義する。羽根車４の複数のブレード４ｂの外径側端部を結ぶ円４ｇの直径を羽根車４の外径Ｄ２と定義する。また、図２及び図３に示すように、羽根車４の回転軸２を中心軸とした複数の通風穴４ｅの外周側端部を結ぶ円４ｆの直径を、通風穴４ｅの外径Ｄｂと定義する。

【0043】

実施の形態１に係る遠心送風機１では、突出部５の取り付け位置を規定する基準となる突出部５の外径Ｄａは、Ｄ２＞Ｄａ＞Ｄｃを満たしている。例えば、実施の形態１に係る遠心送風機１では、Ｄａ＝０．９×Ｄ２としている。外径Ｄａが上記条件を満たすようにする理由は、二つある。一つ目の理由は、後述するように、突出部５とスクロールケーシング１１との距離を確保し、互いの干渉を抑制できる効果を高めるためである。二次流れＹ４は、気流に慣性力が作用するという構造的な原因により、ベルマウス８ａ側よりも、第２壁１１ｂ側への流量が多くなるため、ベルマウス８ａの曲面が部分的に抜けた実施の形態１に係る遠心送風機１においても、突出部５とスクロールケーシング１１との距離を確保することで、突出部５と二次流れＹ４との干渉抑制効果はさらに高くなる。

【0044】

二つ目の理由は、後述するように、離散周波数騒音の伝播を効果的に抑制するためである。離散周波数騒音は、羽根車４の吸込流れが周期的に変化したり、羽根車４が大きな乱れを吸い込んでブレード４ｂの周りの流れが周期的に変化することで発生する。例えば、遠心送風機１の羽根車４のブレード４ｂ周りから発生する離散周波数騒音は、羽根車４とスクロールケーシング１１との距離が小さい部分において、二次流れと羽根車４とが互いに干渉して生じやすくなる。このため、ベルマウス８ａ側から羽根車４の主板４ａ側に向かう流れが強まると、羽根車４の主板４ａの背面側の圧力変動が高まることによって、遠心送風機１の離散周波数騒音の上昇を招く恐れがある。このような発生要因から、離散周波数騒音は、羽根車４の背面から、スクロールケーシング１１の背面へ伝播することで、より大きな騒音となることが多い。このため、特にブレード４ｂの背面付近に突出部５を設けることにより、離散周波数騒音を効果的に抑制することができる。

【0045】

また、突出部５の外径Ｄａは、通風穴４ｅの外径Ｄｂよりも大きいことが望ましい。したがって、Ｄ２＞Ｄａ＞Ｄｂの条件を満たすように突出部５を設置することにより、突出部５へ二次流れＹ４が衝突することにより発生する騒音を抑制できることに加え、離散周波数騒音の発生も抑制できる。

【0046】

また、図２に示すように、羽根車４の回転軸２に沿った方向における突出部５とスクロールケーシング１１とのギャップＨｂについては、二次流れＹ４の漏れ防止の観点からは、極力小さいほうが望ましい。しかし、ギャップＨｂが小さすぎると羽根車４の回転中に突出部５とスクロールケーシング１１とが衝突してしまう恐れがある。このため、二次流れＹ４の漏れ防止と衝突回避との兼ね合いが必要であり、実際には３ｍｍから７ｍｍ程度のギャップＨｂを設けることが適切である。

【0047】

図８は、実施の形態１の第２の比較例に係る遠心送風機の断面図である。第２の比較例に係る遠心送風機１は、主板４ａの背面における羽根車４の外径Ｄ２と同じ位置に突出部２０が設けられている。突出部２０は、実施の形態１に係る遠心送風機１の突出部５と同様に、円筒状である。したがって、第２の比較例に係る遠心送風機１では、突出部２０の外径Ｄａは、羽根車４の外径Ｄ２と同じになっている。突出部２０以外の構成要件の構造、形状に関しては、実施の形態１に係る遠心送風機１と同一である。

【0048】

第３の比較例に係る遠心送風機１は、主板４ａの背面における羽根車４の外径Ｄ２の８０％となるように突出部２０が設けられている。突出部２０以外の構成要件の構造及び形状に関しては、実施の形態１に係る遠心送風機１と同一とした。したがって、第３の比較例に係る遠心送風機１では、突出部２０の外径Ｄａ＝０．８×（羽根車４の外径Ｄ２）となる。なお、突出部２０の外径が異なる点を除き、第３の比較例に係る遠心送風機１は、第２の比較例に係る遠心送風機１と同一であることから、図示を省略する。

【0049】

図９は、実施の形態１の第２の比較例に係る遠心送風機の流速分布を示す図である。図９は、第２の比較例に係る遠心送風機１について、図３のII-II線に相当する位置の断面での流速分布を示している。図９は、流速が速いほど濃くなるモノトーン画像で流速分布を示している。

【0050】

図９において流速が速い領域は、羽根車４から流出する主流Ｙ３が通過する領域である。主流Ｙ３に対して、垂直方向に流れる二次流れＹ４が形成されている。第２の比較例に係る遠心送風機１のように突出部２０の外径Ｄａを羽根車４の外径Ｄ２と同一にすると、突出部２０と二次流れＹ４との距離が必然的に近くなってしまい、突出部２０と二次流れＹ４は干渉しやすくなってしまう。

【0051】

図１０は、実施の形態１の第２の比較例に係る遠心送風機の圧力変動の実効値の分布を示す図である。図１０は、圧力の変動が大きいほど濃くなるモノトーン画像で圧力変動の実効値の分布を示している。

【0052】

図１０に示すように、羽根車４に設けた突出部２０の面上の圧力変動は概ね３０Ｐａ以上である。圧力変動が生じる原因は、図９で示したように、二次流れＹ４が突出部２０に干渉し、突出部２０の周辺の気流が乱れることであると考えられる。

【0053】

図１１は、実施の形態１の第２の比較例に係る遠心送風機のスクロール部の底面における圧力変動レベルの分布を示す図である。ここで、圧力変動レベルとは、圧力の二乗平均平方根（Root Mean Square, ＲＭＳ）によって表される圧力の時間変動平均である。図１１に示すように、スクロール部６の底面における舌部９付近の圧力変動レベルは、１０４から１１２である。舌部９付近の圧力変動レベルが大きくなる要因は、二次流れＹ４による圧力変動に加え、舌部９付近から生じる循環流れによる変動も加わるためと考えられる。舌部９付近では、吹出口１０に向かう主流Ｙ３だけでなく、一部、流れの上流に戻ろうとする循環流も絶えず発生する。このため舌部９付近では、循環流と二次流れＹ４とが入り混じり、特に、離散周波数騒音が発生しやすい。

【0054】

図１２は、実施の形態１に係る遠心送風機の流速分布を示す図である。図１２は、実施の形態１に係る遠心送風機１について、図３のII-II線の位置の断面での流速分布を示している。図１２は、流速が速いほど濃くなるモノトーン画像で流速分布を示している。図１３は、実施の形態１に係る遠心送風機の圧力変動の実効値の分布を示す図である。図１３は、圧力の変動が大きいほど濃くなるモノトーン画像で圧力変動の実効値の分布を示している。実施の形態１に係る遠心送風機１では、突出部５の外径Ｄａは羽根車４の外径Ｄ２と同一ではなく、突出部５の円筒壁全体が羽根車４の外径Ｄ２よりも内径側に設けられている。

【0055】

図１２に示すように、実施の形態１に係る遠心送風機１においても、第２の比較例に係る遠心送風機１と同様に二次流れＹ４が発生する。しかし、実施の形態１に係る遠心送風機１では、突出部５が羽根車４の外周側端部よりも内径側に設けられているため、二次流れＹ４と突出部５との距離を確保できており、二次流れＹ４と突出部５との干渉が抑制される。なお、二次流れＹ４がどの程度の領域まで顕著になっているのか調査した結果、羽根車４の内径Ｄ１と外径Ｄ２との間で最も顕著になっていた。したがって、羽根車４の内径Ｄ１よりも内側に突出部５を設置することにより、突出部５への二次流れＹ４の衝突を抑制し、二次流れＹ４による騒音の発生を抑制することができる。

【0056】

さらに、羽根車４の主板４ａにおいて複数のブレード４ｂを配設した主板４ａの外周部から突出部５を設けた部分までを平らな面としているため、主流Ｙ３が羽根車４の主板４ａに対して、ほとんど平行に流出していることがわかる。主流Ｙ３が主板４ａに対してほとんど平行に流出することによって、急激な気流の転向が生じることなく、少ない損失で吹出口１０に到達することができる。さらに、二次流れＹ４と主流Ｙ３とを効果的に切り離す効果もあり、主流Ｙ３と二次流れＹ４との干渉も効果的に抑制できる。

【0057】

図１３に示すように、実施の形態１に係る遠心送風機１では、第２の比較例に係る遠心送風機１と比較すると、突出部５の圧力変動の大きさが１５Ｐａから３０Ｐａ程度減少していることがわかる。この理由は、図１２に示すように、二次流れＹ４と突出部５との干渉を効果的に抑制したためと考えられる。

【0058】

騒音と圧力変動とには密接な関係があり、圧力変動値が大きい箇所は騒音発生源になっている。このため、突出部５の円筒壁の壁面上での圧力変動が減少することは低騒音化に繋がることは言うまでもない。すなわち、図１２に示したように、突出部５を羽根車４の内径側に設置することは、低騒音化を達成するために効果的である。

【0059】

図１４は、実施の形態１の遠心送風機のスクロール部の底面における圧力変動レベルの分布を示す図である。図１４に示すように、実施の形態１に係る遠心送風機１は、第２の比較例に係る遠心送風機１と比較すると、特に、舌部９付近における圧力変動レベルの高い領域が小さくなっている。この理由は前述の通り、突出部５の外径Ｄａを、羽根車４の内径Ｄ１と外径Ｄ２との間とすることで、二次流れＹ４と、舌部９付近から生じる循環流と、突出部５との相互干渉を効果的に抑制したことに加え、羽根車４の背面に突出部５を設けることで、スクロール部６の底面との距離を稼ぎ、離散周波数騒音の伝播も抑制したためと考えられる。

【0060】

図１５は、実施の形態１に係る遠心送風機と第２の比較例に係る遠心送風機と、第３の比較例に係る遠心送風機との風量―比騒音特性の実機試験の結果を示す図である。横軸は風量を、縦軸は比騒音を示している。図１５において、黒ひし形は第２の比較例に係る遠心送風機１のプロットを示し、黒三角は第３の比較例に係る遠心送風機１のプロットを示し、白丸は実施の形態１に係る遠心送風機１のプロットを示している。

【0061】

図１５に示すように、最小比騒音の騒音値は、第２の比較例に係る遠心送風機１では１３．１ｄＢ、第３の比較例に係る遠心送風機１では１３．０ｄＢであるのに対して、実施の形態１に係る遠心送風機１では１２．８ｄＢであり、０．２ｄＢ以上の低騒音化を確認できる。このような低騒音化を確認できた理由は、突出部５が羽根車４の内径側に設けられたことで、突出部５と二次流れＹ４との干渉を抑制でき、かつ、羽根車４の背面から発生する離散周波数騒音を効果的に抑制できたためと考えられる。

【0062】

このように、実施の形態１に係る遠心送風機１は、羽根車４の複数のブレード４ｂよりも径方向の内側にオフセットして突出部５の全周を設置しているため、突出部５と二次流れＹ４との干渉を抑制でき、突出部５の面上の圧力変動を効果的に低減できる。また、この影響により、羽根車４の回転に伴って生じる離散周波数騒音を抑制し、低騒音化を実現することができる。

【0063】

また、多翼羽根車は、ブレード枚数を減らすと翼間一つ当たりの運動量が増加し、流れの変動成分が大きくなることで、羽根車背面における離散周波数騒音が発生しやすくなる懸念がある。実施の形態１に係る遠心送風機１は、離散周波数騒音の発生を抑制する効果が期待できることから、主板４ａの背面における羽根車４の外径と同じ位置に突出部２０が設けられた第２の比較例に係る遠心送風機１の羽根車４と比べて、ブレード枚数を１０％以上減らすことが期待でき、材料コストの抑制及び羽根車４の加工コストの抑制を実現することができる。

【0064】

実施の形態２．
図１６は、実施の形態２に係る遠心送風機の断面図である。なお、図１６ではスクロールケーシング１１の図示は省略している。実施の形態２では、実施の形態１の突出部５を突出部３０に置換している。実施の形態２に係る遠心送風機１は、突出部３０以外は実施の形態１に係る遠心送風機１と同様の構成であるため、重複する説明は省略する。突出部３０は、主板４ａから枝分かれしておらず、主板４ａが断面Ｖ字状に屈曲されることで形成されている。実施の形態２に係る遠心送風機１の羽根車４は、樹脂成型によって形成することができる。実施の形態１に係る遠心送風機１とは異なり、突出部３０は主板４ａから枝分かれしていないため、樹脂成型による生産性が高い。

【0065】

実施の形態１に係る遠心送風機１と同様に、羽根車４の外径をＤ２、羽根車４の内径をＤ１、モータ３の外径をＤｃ、通風穴４ｅの外径をＤｂと定義したとき、突出部３０の取り付け位置は、Ｄ２＞Ｄａ＞Ｄｃと、Ｄ１≧Ｄａ＞Ｄｂを満たす範囲内とする。

【0066】

実施の形態２に係る遠心送風機１は、突出部３０を断面Ｖ字状にしているため、羽根車４を樹脂成型で量産することが可能となる。また、上述の通り、Ｄ１≧Ｄａ＞Ｄｂの条件を満たすように突出部５を設けているため、実施の形態１に係る遠心送風機１と同様の効果に加え、突出部５に使用する材料コストの抑制が可能となる。

【0067】

実施の形態３．
図１７は、実施の形態３に係る遠心送風機の羽根車の斜視図である。実施の形態３では、実施の形態１の突出部５を突出部４０に置換している。実施の形態３の突出部４０以外の構成は、実施の形態１と同様であり、重複する説明は省略する。

【0068】

突出部４０は、回転対称の形状であり、例えば楕円筒形状である。楕円筒形状の突出部４０は、羽根車４の回転軸２上に中心軸を持つ。突出部４０は、楕円筒の長径が羽根車４の外径Ｄ２以下であり、楕円筒の短径が通風穴４ｅの外径Ｄｂ以上である。楕円筒の長径及び楕円筒の短径は、例えば、突出部４０の外径をもって測定する。このように、羽根車４の外径Ｄ２から通風穴４ｅの外径Ｄｂまでの範囲に、楕円筒形状の突出部４０全体が設置される。なお、実施の形態３に係る遠心送風機１においては、突出部４０が楕円筒形状であるため、楕円筒の長径が突出部４０の最大幅である。

【0069】

実施の形態３に係る遠心送風機１において、羽根車４に通風穴４ｅが設けられていなくてもよい。羽根車４に通風穴４ｅを設けない場合、突出部４０は、全周に亘って羽根車４の外径よりも径方向の外側の領域にはみ出すことなく設置され、かつ突出部４０の全周のうちの少なくとも一部は、羽根車４の外径よりも径方向の内側に設けられている。図１７では、突出部４０の長径部が羽根車４の外径部に設置され、長径部以外が羽根車４の外径もより径方向の内側に設けられている。

【0070】

実施の形態３に係る遠心送風機１は、突出部４０を円筒形状ではなく楕円筒形状としている。楕円筒形状の突出部４０は、中心軸から壁面までの距離が場所によって異なるため、突出部４０の内部に存在する音波と同一周波数の逆方向に伝播する音波が重なりにくくなる。このため、実施の形態３に係る遠心送風機１は、定在波が生じにくくなり、共鳴音を効果的に抑制できる。

【0071】

定在波を生じさせにくくするためには、楕円筒形状の突出部４０は、長径と短径との差が大きいほうが好ましい。例えば、長径と短径との差が、羽根車４の外径Ｄ２と通風穴４ｅの外径Ｄｂとの差の半分以上であることが好ましい。すなわち、突出部４０の長径をＤｘとし、短径をＤｎとすると、（Ｄｘ－Ｄｎ）＞（Ｄ２－Ｄｂ）／２であることが好ましい。

【0072】

このように実施の形態３に係る遠心送風機１は、突出部４０を楕円筒形状としているため、定在波が生じにくくなり、共鳴音を効果的に抑制でき、より低騒音化を図ることができる。なお、突出部４０は、全周に亘って羽根車４の外径から径方向の外側の領域にはみ出すことなく設置され、かつ突出部４０の全周のうちの少なくとも一部が、羽根車４の外径よりも径方向の内側に設けられる条件を満たせば、楕円に限らず任意の形状としてもよい。

【0073】

以上の実施の形態に示した構成は、内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

【符号の説明】

【0074】

１ 遠心送風機、２ 回転軸、３ モータ、３ａ シャフト、４ 羽根車、４ａ 主板、４ｂ ブレード、４ｃ ボス部、４ｄ リブ、４ｅ 通風穴、４ｆ，４ｇ，４ｈ 円、５，２０，３０，４０ 突出部、６ スクロール部、７ ディフューズ部、８ 吸込口、８ａ ベルマウス、８ｂ 遮蔽部、８ｃ 遮蔽部終端部、８ｆ 表面、８ｒ 背面、９ 舌部、１０ 吹出口、１１ スクロールケーシング、１１ａ 第１壁、１１ｂ 第２壁、１１ｃ 第３壁、８１ａ 遮蔽部側面部、８１ｂ 遮蔽部底面部、８２ ベルマウス裏側空間、Ｙ１，Ｙ２ 空気流、Ｙ３ 主流、Ｙ４ 二次流れ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】