多翼遠心ファンおよびそれを用いた空気調和機
【課題】スクロールケーシングの流路拡張部を渦流の強さと大きさに対応させて、気流の乱れによる低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制し、低騒音化、高効率化を図った多翼遠心ファンおよびそれを用いた空気調和機を提供することを目的とする。
【解決手段】舌部を巻き始めとするスクロールケーシング２内に羽根車１５が回転軸１４周りに回転自在に設置されている多翼遠心ファン１において、スクロールケーシング２の上下端面の羽根車１５より外側部分に回転軸１４方向に拡張された流路拡張部２０，２１が形成されており、流路拡張部２０，２１の吸込み口１０が設けられている上端面８側の流路拡張部２０は、舌部を起点として回転方向への巻き角をθとしたとき、少なくとも巻き角θが３０°以下の範囲において、そのスクロール位置の流路３の全回転軸方向高さＨｔの５％以下の高さＨｓｉとされている。
【解決手段】舌部を巻き始めとするスクロールケーシング２内に羽根車１５が回転軸１４周りに回転自在に設置されている多翼遠心ファン１において、スクロールケーシング２の上下端面の羽根車１５より外側部分に回転軸１４方向に拡張された流路拡張部２０，２１が形成されており、流路拡張部２０，２１の吸込み口１０が設けられている上端面８側の流路拡張部２０は、舌部を起点として回転方向への巻き角をθとしたとき、少なくとも巻き角θが３０°以下の範囲において、そのスクロール位置の流路３の全回転軸方向高さＨｔの５％以下の高さＨｓｉとされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロールケーシング内に羽根車が回転自在に設けられている多翼遠心ファンおよびそれを用いた空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
舌部を起点とするスクロール形状のケーシング内に、複数枚のブレードを有する羽根車がモータを介して回転自在に設置されている多翼遠心ファンは、冷凍、空調、あるいは換気装置等（以下、単に空気調和機という。）の送風用ファンに広範に適用されている。かかる多翼遠心ファンでは、羽根車の回転によりスクロールケーシングの上端面に設けられている吸込み口から軸方向に吸込まれた空気が、羽根車の複数枚のブレード間を通り内周側から外周側へと遠心方向（半径方向）に偏向されて圧送され、羽根車からスクロールケーシング内の流路に吹出された後、その内周面に沿って回転方向へと送られ、吹出し口を経て外部へと送風されるようになっている。
【０００３】
このような多翼遠心ファンにおいて、スクロールケーシングは、羽根車の回転方向に流れる気流の動圧を回収すべく、回転方向に外径が漸次大きくされたスクロール形状とされているが、ケーシングの外径サイズをできるかぎりコンパクト化するため、スクロールケーシングを回転軸方向にも拡張し、流路断面積を回転方向に漸次拡大させるようにしている（例えば、特許文献１，２参照）。また、風量により静圧が変化しても、送風効率の低下や騒音の上昇を抑制できるように、スクロールケーシングに可動部を設け、流路の回転軸方向内寸（内容積）を変更可能としたものが、特許文献３により開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２０２０９８号公報
【特許文献２】特開２００４−２０４７５６号公報
【特許文献３】特開２０１０−１４４５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の多翼遠心ファンにおいて、羽根車の全周からスクロールケーシング内に吹出される気流は、羽根車内で完全に流れが半径方向に偏向されず、羽根車の主板側、すなわちスクロールケーシングの下端面側に偏った状態で斜め下方に向けて吹出される。この吹出し風は、スクロールケーシング内の流路上下の回転軸方向への流路拡張部内において、内周側に向う旋回流（渦流）を形成しながら吹出し口へと圧送される。
【０００６】
しかし、特許文献１，２のものは、舌部の下流域では流れの逆流や舌部からの漏れ流れ等により流れが不安定となり易いうえに、巻き始め位置では羽根車からの吹出し風量が少ないにもかかわらず、流路拡張部が必ずしも渦流の強さと大きさに対応した大きさ（幅と高さ）とされていないため、渦流が不安定となり易かった。その結果、流路内での気流の乱れを助長し、低周波音の上昇や送風効率の低下をもたらす等の課題があった。
【０００７】
また、特許文献３に示すものは、スクロールケーシングに可動部を設ける必要があることから、構造が複雑化することは避けられず、信頼性やコスト面において大きな課題を有している。また、渦流が形成される拡張空間が形成されなくなった場合、渦流が羽根車により近い箇所で発生し、これが騒音を増大させるおそれがあった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、スクロールケーシングの回転軸方向に拡張された流路拡張部を渦流の強さと大きさに対応した大きさとすることによって、気流の乱れによる低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制し、低騒音化、高効率化を図った多翼遠心ファンおよびそれを用いた空気調和機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した課題を解決するために、本発明の多翼遠心ファンおよびそれを用いた空気調和機は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる多翼遠心ファンは、舌部を巻き始めとするスクロールケーシング内に羽根車が回転軸周りに回転自在に設置されている多翼遠心ファンにおいて、前記スクロールケーシングの上下端面の前記羽根車より外側部分に回転軸方向に拡張された流路拡張部が形成されており、前記流路拡張部の吸込み口が設けられている上端面側の流路拡張部は、前記舌部を起点として回転方向への巻き角をθとしたとき、少なくとも巻き角θが３０°以下の範囲において、そのスクロール位置の流路の全回転軸方向高さの５％以下の高さとされていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、舌部を巻き始めとするスクロールケーシングの上下端面の羽根車より外側部分に回転軸方向に拡張された流路拡張部が形成されており、該流路拡張部の吸込み口が設けられている上端面側の流路拡張部は、舌部を起点として回転方向への巻き角をθとしたとき、少なくとも巻き角θが３０°以下の範囲において、そのスクロール位置の流路の全回転軸方向高さの５％以下の高さとされているため、スクロールケーシングの舌部の下流域における流れの逆流や舌部からの漏れ流れ等による不安定な流れを抑制することができるとともに、上端面側の流路拡張部を該部で形成される渦流の強さと大きさに見合ったものとし、上端面側の流路拡張部内に形成される渦流を安定化することができる。従って、流れの逆流や舌部からの漏れ流れ等による気流の不安定な流動を抑え、気流の乱れによる低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制して多翼遠心ファンを低騒音化、高効率化することができる。
【００１１】
さらに、本発明の多翼遠心ファンは、上記の多翼遠心ファンにおいて、前記上端面側の流路拡張部の内周側部位には、前記羽根車のシュラウドの吹出し側端部と略同じ高さとされた平坦面または外側に向って下向きの円錐面とされた土手部が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、上端面側の流路拡張部の内周側部位に、羽根車のシュラウドの吹出し側端部と略同じ高さとされた平坦面または外側に向って下向きの円錐面とされた土手部が設けられているため、羽根車からの吹出し風が土手部に沿って吹出されるようになり、シュラウドと吸込み口に設けられているベルマウス間の隙間からの逆流や羽根車の上端部位から吹出される気流に対する抵抗を抑制し、シュラウドの吹出し側端部付近での吹出し風の流れを安定化することができる。従って、気流の乱れに起因する低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制し、多翼遠心ファンを一層低騒音化、高性能化することができる。
【００１３】
さらに、本発明の多翼遠心ファンは、上記の多翼遠心ファンにおいて、前記土手部は、前記上端面側の流路拡張部の内周側壁面を下向きに突出させることにより、前記スクロールケーシングと一体に成形されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、土手部が、上端面側の流路拡張部の内周側壁面を下向きに突出させることにより、スクロールケーシングと一体に成形されているため、スクロールケーシングの流路拡張部の内周側部位に平坦面または円錐面からなる土手部を設けるに当たり、スクロールケーシングの上端面側の流路拡張部の内周側壁面を下向きに突出させてスクロールケーシングと一体に成形すればよく、樹脂製のスクロールケーシングとした場合においても、該土手部をスクロールケーシングと一体に成形することができる。従って、土手部を設けることによる工数増大やコスト上昇を抑制することができる。
【００１５】
さらに、本発明の多翼遠心ファンは、上述のいずれかの多翼遠心ファンにおいて、前記上端面側の流路拡張部は、前記下端面側の流路拡張部よりも断面積が小さくされており、各々の流路拡張部の幅をＢ、高さをＨとしたとき、Ｈ／Ｂが１以下とされていることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、上端面側の流路拡張部が、下端面側の流路拡張部よりも断面積が小さくされており、各々の流路拡張部の幅をＢ、高さをＨとしたとき、Ｈ／Ｂが１以下とされているため、上端面側の流路拡張部の断面積を下端面側の流路拡張部の断面積よりも小さくすることにより、上下の流路拡張部の断面積を、それぞれ羽根車から主板側に偏って斜め下向きに吹出される気流によって形成される渦流の強さと大きさに適合した大きさとすることができるとともに、略真円に近い円もしくはやや扁平な円を描く渦流を、幅Ｂおよび高さＨが、Ｈ／Ｂ＜１とされた上下各々の流路拡張部内で安定化させ、流路断面積を有効に利用することができる。従って、流路内での気流の乱れに起因する低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制し、多翼遠心ファンを一層低騒音化、高効率化することができる。なお、Ｈ／Ｂが１を超えると、渦流や気流が存在しなくなる箇所が発生し、流れが不安定化することから、低騒音化および高効率化の効果が低減する。
【００１７】
さらに、本発明の多翼遠心ファンは、上記の多翼遠心ファンにおいて、前記上端面側の流路拡張部は、その内周側径が前記下端面側の流路拡張部の内周側径よりも大きくされ、前記Ｈ／Ｂが、０．５≦Ｈ／Ｂ≦１とされていることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、上端面側の流路拡張部の内周側径が、下端面側の流路拡張部の内周側径よりも大きくされ、Ｈ／Ｂが、０．５≦Ｈ／Ｂ≦１とされているため、流路内で形成される渦流が小さめとなる上端面側の流路拡張部に対して、上端面側の流路拡張部の内周側径を下端面側の流路拡張部の内周側径よりも大きくすることにより、Ｈ／Ｂを、０．５≦Ｈ／Ｂ≦１とし、上端面側の流路拡張部を渦流の断面形状に見合った大きさの断面積とすることができる。従って、下端面側の流路拡張部における内周側上端部への吹出し風の衝突を回避しながら、各々の流路拡張部内に形成される渦流を安定化し、気流の乱れによる低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制して多翼遠心ファンを低騒音化、高効率化することができる。
【００１９】
さらに、本発明の多翼遠心ファンは、上述のいずれかの多翼遠心ファンにおいて、前記各流路拡張部は、前記上端面側の流路拡張部の高さをＨｓ、前記下端面側の流路拡張部の高さをＨｈとしたとき、１.５Ｈｓ＜Ｈｈ＜２.５Ｈｓとされていることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、各流路拡張部が、上端面側の流路拡張部の高さをＨｓ、下端面側の流路拡張部の高さをＨｈとしたとき、１.５Ｈｓ＜Ｈｈ＜２.５Ｈｓとされているため、上下端面に設けられる各流路拡張部の大きさを、空気調和機に適用される多翼遠心ファンにおいて上下の流路拡張部内で形成される一般的な渦流の強さと大きさに対応した大きさとすることができる。従って、上下の流路拡張部内に形成される渦流をそれぞれ安定化し、流路内での気流の乱れに起因する低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制して多翼遠心ファンを低騒音化、高効率化することができる。
【００２１】
さらに、本発明にかかる空気調和機は、空気送風用のファンとして、上述のいずれかの多翼遠心ファンが搭載されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、空気調和機に搭載される空気送風用のファンとして、上述のいずれかの多翼遠心ファンが搭載されているため、スクロールケーシングの流路内での気流の乱れに起因する低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制し、低騒音化、高効率化された多翼遠心ファンを搭載することにより、建屋あるいは自動車用等の各種空気調和機の運転音の低減やファン効率の向上を図ることができ、その商品価値を高めることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の多翼遠心ファンによると、スクロールケーシングの舌部の下流域における流れの逆流や舌部からの漏れ流れ等による不安定な流れを抑制することができるとともに、上端面側の流路拡張部を該部で形成される渦流の強さと大きさに見合ったものとし、上端面側の流路拡張部内に形成される渦流を安定化することができるため、流れの逆流や舌部からの漏れ流れ等による気流の不安定な流動を抑え、気流の乱れによる低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制して多翼遠心ファンを低騒音化、高効率化することができる。
【００２４】
本発明の空気調和機によると、スクロールケーシングの流路内での気流の乱れに起因する低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制し、低騒音化、高効率化された多翼遠心ファンを搭載することにより、建屋あるいは自動車用等の各種空気調和機の運転音の低減やファン効率の向上を図ることができ、その商品価値を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る多翼遠心ファンを上方側から見た概略斜視図である。
【図２】図１に示す多翼遠心ファンの横断面相当図である。
【図３】図１に示す多翼遠心ファンの子午面断面相当図である。
【図４】図１に示す多翼遠心ファンの風量−騒音レベル特性を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る多翼遠心ファンの子午面断面相当図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る多翼遠心ファンの子午面断面相当図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る多翼遠心ファンの子午面断面相当図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る多翼遠心ファンの子午面断面相当図である。
【図９】図８に示す多翼遠心ファンのスクロールケーシングの羽根車回転方向への巻き角と上下拡張部の深さとの関係を示すグラフである。
【図１０】図８に示す多翼遠心ファンのスクロールケーシングによる騒音−周波数特性（Ａ）と従来ケーシングの騒音−周波数特性（Ｂ）との比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図４を用いて説明する。
図１には、本発明の第１実施形態に係る多翼遠心ファンを上方側から見た概略斜視図が示され、図２には、その横断面相当図、図３には、子午面断面相当図が示されている。
多翼遠心ファン１は、流路３の外径が回転方向に漸次拡大されるようにスクロール形状とされた樹脂製のスクロールケーシング２を備えている。
【００２７】
スクロールケーシング２は、舌部４を起点として渦巻き状に樹脂成形された上下に２分割されている一対のケーシング５，６を一体に結合して形成されたものであり、渦巻き状の巻き終り部から接線方向に延長された吹出し口７を備えている。上ケーシング５の上端面８には、ベルマウス９が設けられ、このベルマウス９によって空気の吸込み口１０が形成されている。下ケーシング６の下端面１１には、図３に示されるように、モータ設置部１２が設けられ、該モータ設置部１２内に回転軸１４を備えたファンモータ１３が収容設置されている。
【００２８】
スクロールケーシング２内には、羽根車１５が回転軸１４周りに回転自在に設置されている。この羽根車１５は、中央部が吸込み側に凸形状とされた円盤状の主板１６と、該主板１６の外周部位に放射状に配列された複数枚のブレード１７と、該ブレード１７の主板１６と対向する端部側に設けられた環状のシュラウド１８と、から構成されている。主板１６の中心部には、ボス１９が設けられており、該ボス１９を回転軸１４の軸端に固定することによって、羽根車１６がファンモータ１４を介して回転駆動されるように構成されている。なお、この羽根車１５は、樹脂製とされている。
【００２９】
また、スクロールケーシング２の上下端面８，１１の外周部分には、流路３の断面をそれぞれ回転軸方向に拡張する流路拡張部（凹部流路）２０，２１が形成されている。この流路拡張部２０，２１のうち、下端面１１側の流路拡張部２１は、その下端面がスクロールケーシング２の巻始め側から回転方向に向って漸次拡張高さが高くなるように回転軸方向に拡張された傾斜端面１１Ａとされている。同様に、上端面８側の流路拡張部２０も、その上端面がスクロールケーシング２の巻始め側から回転方向に向って漸次拡張高さが高くなるように回転軸方向に拡張された傾斜端面８Ａとされている。
【００３０】
さらに、流路拡張部２０における傾斜端面８Ａの拡張高さ（深さ）Ｈは、図２に示されるように、舌部４を起点として羽根車１５の回転方向への巻き角をθとしたとき、少なくとも巻き角θが３０°以下の範囲において、図３に示されるように、そのスクロール位置の流路３の全回転軸方向高さをＨｔとしたとき、Ｈｔの５％以下の高さＨｓｉ（０．０５Ｈｔ＞Ｈｓｉ）とされている。なお、巻き角θが３０°以降の範囲において、傾斜端面８Ａの拡張高さＨは、吹出し風量の増加に伴って次第に大きくなる渦流に対応して、漸次高くなるように構成されている。
【００３１】
斯くして、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
羽根車１５の回転により吸込み口１０から回転軸方向に吸込まれた空気は、羽根車１５のブレード１７間を通過する際に半径方向に偏向され、羽根車１５の外周から半径方向に吹出される。この吹出し風は、スクロールケーシング２の流路３内を回転方向に流量が漸次増加されつつ圧送され、その間に動圧が回収されて静圧が上昇されることにより、吹出し口７から外部へと送風される。
【００３２】
羽根車１５の外周から遠心方向に吹出される気流は、スクロールケーシング２の下端面１１側に偏り斜め下方に向って吹出される傾向があり、羽根車１５の回転方向に圧送される間に一部が、スクロールケーシング２の外周側側面２Ａおよび上下端面８，１１（傾斜端面８Ａ，１１Ａ）に沿って内周側に向う二次流れを生成し、流路拡張部２０，２１内においてそれぞれ旋回流（渦流）を形成する（図６，図７参照）。この渦流は、羽根車１５からの吹出し風が下端面１１側、すなわち主板１６側に偏って斜め下方に向って吹出されることから、下端面１１側の流路拡張部２１内に形成される渦流の方が、上端面８側の流路拡張部２０内に形成される渦流よりも強く大きくなる。
【００３３】
流路拡張部２０，２１の大きさは、上記渦流の強さと大きさに対応していることが望ましく、これによって、流路拡張部２０，２１内に形成される渦流を安定化し、渦流による流路３内での気流の乱れを抑制することができる。特に、スクロールケーシング２の舌部４からの巻き角θが３０°以下の範囲では、流れの逆流や舌部４からの漏れ流れ等により流れが不安定となり易いうえに、スクロールケーシング２の巻始め位置では、羽根車１５からの吹出し風の量が少なく、流路拡張部２０を適正な大きさにしないと、渦流が不安定化し、流路３内での気流の乱れを助長してしまう。
【００３４】
しかるに、本実施形態では、上端面８側の流路拡張部２０の拡張高さＨが、舌部４を起点として回転方向への巻き角をθとしたとき、少なくとも巻き角θが３０°以下の範囲において、そのスクロール位置の流路３の全回転軸方向高さＨｔの５％以下の高さＨｓｉとされている。このため、上端面８側の流路拡張部２０の大きさを渦流の強さと大きさに見合ったものとし、上端面８側の流路拡張部２０内に形成される渦流を安定化することができる。これによって、流れの逆流や舌部４からの漏れ流れ等による気流の不安定な流動を抑え、気流の乱れによる低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制して多翼遠心ファン１を低騒音化、高効率化することができる。
【００３５】
図４には、本実施形態による騒音レベルの解析結果が示されている。
本実施形態の係る多翼遠心ファン１によると、図４に示されるように、上端面８側の流路拡張部２０の高さＨが、必要以上に高くされている従来例（特許文献１，２参照）に比べて、広い吹出し風量範囲にわたって数ｄＢ程度の騒音低減効果が得られることが確認されている。
【００３６】
加えて、上記のように、スクロールケーシング２の流路３内での気流の乱れに起因する低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制して低騒音化、高効率化された多翼遠心ファン１を送風用ファンとして搭載することにより、建屋あるいは自動車用等の各種空気調和機において、運転音の低減やファン効率の向上を図ることができる。従って、空気調和機を一段と高性能化し、その商品価値を高めることができる。
【００３７】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図５を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、上端面８側の流路拡張部２０の内周側部位に土手部２２を設けている点が異なる。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、図５に示されるように、スクロールケーシング２の上端面８側の流路拡張部２０の内周側部位に対して、羽根車１５のシュラウド１８の吹出し側端部と略同じ高さとされた平坦面（または外側に向って下向きの円錐面）とされた土手部２２を設けた構成としている。
【００３８】
この土手部２２は、上端面８側の流路拡張部２０の内周側壁面を内面側に突出させることによって、スクロールケーシング２を構成している２分割された上ケーシング５と一体に樹脂成形されている。
【００３９】
このように、上端面８側の流路拡張部２０の内周側部位に、羽根車１５のシュラウド１８の吹出し側端部と略同じ高さとされた平坦面または外側に向って下向きの円錐面とされた土手部２２を設けることにより、羽根車１５からの吹出し風を土手部２２に沿って吹出すことができる。このため、シュラウド１８とベルマウス９間の隙間からの逆流や羽根車１５の上端部位から吹出される気流に対する抵抗を抑制し、シュラウド１８の吹出し側端部付近での吹出し風の流れを安定化することができる。これにより、流路３内での気流の乱れに起因する低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制し、多翼遠心ファン１を一層低騒音化、高効率化することができる。
【００４０】
また、スクロールケーシング２の流路拡張部２０の内周側部位に平坦面または円錐面からなる土手部２２を設けるに当たり、スクロールケーシング２（上ケーシング５）の上端面側の流路拡張部２０の内周側壁面を内面側に突出させて上ケーシング５と一体に成形すればよく、樹脂製のスクロールケーシング２とした場合においても、土手部２２をスクロールケーシング２と一体に成形することができる。従って、土手部２２を設けることによる工数増大やコスト上昇を抑制することができる。
【００４１】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図６を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１および第２実施形態に対して、流路拡張部２０の断面積を渦流の大きさに合せて流路拡張部２１の断面積よりも小さくしている点が異なる。その他の点については、第１および第２実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態においては、上端面８側の流路拡張部２０の断面積が、下端面１１側の流路拡張部２１の断面積よりも小さくされている。
【００４２】
これは、前述の通り、羽根車１５からの吹出し風が下端面１１側に偏って斜め下方に向って吹出され、流路拡張部２１内に形成される渦流の方が、流路拡張部２０内に形成される渦流よりも強く大きくなることに対応するためである。その上で、上端面８側の流路拡張部２０および下端面１１側の流路拡張部２１は、図６に示されるように、各々流路拡張部２０，２１の幅をＢ、高さをＨとしたとき、Ｈ／Ｂが１以下となるようにしている。
【００４３】
このように、上下の流路拡張部２０，２１の幅をＢ、高さをＨとしたとき、Ｈ／Ｂを１以下として上端面８側の流路拡張部２０の流路断面積を下端面１１側の流路拡張部２１の断面積よりも小さくすることにより、上下の流路拡張部２０，２１の断面積を、それぞれ羽根車１５から主板側に偏って斜め下向きに吹出される気流により形成される渦流の強さと大きさに適合した大きさとすることができるとともに、略真円に近い円もしくはやや扁平な円を描く渦流を、幅Ｂおよび高さＨが、Ｈ／Ｂ＜１とされた上下各々の流路拡張部２０，２１内で安定化させ、流路断面積を有効に利用することができる。
【００４４】
これによって、スクロールケーシング２の流路３内での気流の乱れに起因する低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制し、多翼遠心ファン１を一層低騒音化、高効率化することができる。なお、Ｈ／Ｂが１を超えると、流路拡張部２０，２１内の渦流の位置や大きさが安定せず、スクロールケーシング２の流路３内の流れが不安定化することから、低騒音化および高効率化の効果が低減する。
【００４５】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について、図７を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第３実施形態に対して、流路拡張部２０の断面積を流路拡張部２１の断面積より小さくするため、流路拡張部２０の内周側径を大きくしている点が異なる。その他の点については、第１ないし第３実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態においては、上端面８側の流路拡張部２０の断面積を流路拡張部２１の断面積より小さくするため、流路拡張部２０の内周側径Ｄ１を下端面１１側の流路拡張部２１の内周側径Ｄ２よりも大きくし、上下の流路拡張部２０，２１の幅をＢ、高さをＨとしたとき、Ｈ／Ｂが、０．５≦Ｈ／Ｂ≦１を満たす構成としている。
【００４６】
上記のように、流路内に形成される渦流が比較的小さめとなる上端面８側の流路拡張部２０に対して、上端面８側の流路拡張部２０の内周側径Ｄ１を下端面１１側の流路拡張部２１の内周側径Ｄ２よりも大きくすることによって、上記のＨ／Ｂを、０．５≦Ｈ／Ｂ≦１とし、上端面８側の流路拡張部２０の断面積を、下端面１１側の流路拡張部２１の断面積よりも小さい、渦流の断面形状に見合った大きさの断面積とすることができる。
【００４７】
これによって、下端面１１側の流路拡張部２１の内周側径Ｄ２が小さくなり、その内周側の上端部に対して羽根車１５からの吹出し風が衝突する事態を回避しながら、各々の流路拡張部２０，２１内に形成される渦流を安定化し、流路３内での気流の乱れによる低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制して多翼遠心ファン１を低騒音化、高効率化することができる。また、上ケーシング５および下ケーシング６の外径を等しくすることができるため、本実施形態に係る多翼遠心ファン１を用いた空気調和機への搭載性が損なわれることもない。
【００４８】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について、図８ないし図１０を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１ないし第４実施形態に対して、各流路拡張部２０，２１の拡張高さを各々の流路内で形成される渦流に対応した大きさとしている点が異なる。その他の点については、第１ないし第４実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、上下端面８，１１に設けられた流路拡張部２０，２１の大きさを各々の流路内に形成される渦流に対応した大きさとすべく、上端面８側の流路拡張部２０の高さをＨｓ、下端面１１側の流路拡張部２１の高さＨｈとしたとき、１.５Ｈｓ＜Ｈｈ＜２.５Ｈｓを満たす構成としている。
【００４９】
図９には、上記スクロールケーシング２における舌部４のアール中心Ｏと回転軸１４の中心Ｐ（図２参照）とを結んだ位置を０ｄｅｇとしたときの羽根車１５の回転方向への巻き角θｄｅｇと、流路拡張部（凹部流路）２０，２１の拡張高さ（凹部深さ）Ｈｓ，Ｈｈとの関係がグラフ化されている。流路拡張部（凹部流路）２０，２１の拡張高さ（凹部深さ）Ｈｓ，Ｈｈの流路３の全回転軸方向高さＨｔに対する割合は、漸次増加されるように構成されている。また、流路拡張部２０の高さをＨｓは、回転方向の全域において流路拡張部２１の高さＨｈの概ね１／２、つまり１.５Ｈｓ＜Ｈｈ＜２.５Ｈｓを満たす高さに設定されている。
【００５０】
このように、上下端面８，１１に設けられる流路拡張部２０，２１を、各々の流路の拡張高さをＨｓ、Ｈｈとしたとき、１.５Ｈｓ＜Ｈｈ＜２.５Ｈｓを満たす高さとすることによって、各流路拡張部２０，２１の大きさを、空気調和機に適用される多翼遠心ファン１において上下の流路拡張部２０，２１内で形成される一般的な渦流の強さと大きさに対応した大きさとすることができる。このため、上下の流路拡張部２０，２１内に形成される渦流をそれぞれ安定化し、流路３内での気流の乱れに起因する低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制して多翼遠心ファン１を低騒音化、高効率化することができる。
【００５１】
図１０は、本実施形態に係るスクロールケーシング２を用いたものと、従来ケーシングを用いたものとの騒音−周波数特性を比較した図であり、図１０（Ａ）に示される本実施形態によるものでは、図１０（Ｂ）に示される従来例に比べ、略７００Ｈｚ以下の低周波領域での騒音ピーク値が低減されており、流路３内での気流の乱れに起因する、ブーン音と称されている低周波音の低減効果が奏されることは明らかである。
【００５２】
なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、回転軸１４が鉛直とされたバーチカルタイプの多翼遠心ファン１について説明したが、回転軸１４が水平とされたホリゾンタルタイプの多翼遠心ファン１についても同様に適用できることはもちろんであり、この場合、上下端面は、左右端面と置き換えられることになる。
【００５３】
また、上記実施形態では、スクロールケーシング２および羽根車１５が、それぞれ樹脂材製とされている例について説明したが、これに限定されるものではなく、それぞれが金属製であってもよいことはもちろんである。
【符号の説明】
【００５４】
１ 多翼遠心ファン
２ スクロールケーシング
３ 流路
４ 舌部
８ 上端面
１０ 吸込み口
１１ 下端面
１４ 回転軸
１５ 羽根車
１８ シュラウド
２０，２１ 流路拡張部
２２ 土手部
θ 巻き角
Ｂ 流路拡張部の幅
Ｄ１ 上端面側流路拡張部の内周側径
Ｄ２ 下端面側流路拡張部の内周側径
Ｈ 流路拡張部の高さ
Ｈｈ 下端面側流路拡張部の高さ
Ｈｓ 上端面側流路拡張部の高さ
Ｈｓｉ 巻き角が３０°以下の範囲の拡張部高さ
Ｈｔ 流路の全回転軸方向高さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロールケーシング内に羽根車が回転自在に設けられている多翼遠心ファンおよびそれを用いた空気調和機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
舌部を起点とするスクロール形状のケーシング内に、複数枚のブレードを有する羽根車がモータを介して回転自在に設置されている多翼遠心ファンは、冷凍、空調、あるいは換気装置等（以下、単に空気調和機という。）の送風用ファンに広範に適用されている。かかる多翼遠心ファンでは、羽根車の回転によりスクロールケーシングの上端面に設けられている吸込み口から軸方向に吸込まれた空気が、羽根車の複数枚のブレード間を通り内周側から外周側へと遠心方向（半径方向）に偏向されて圧送され、羽根車からスクロールケーシング内の流路に吹出された後、その内周面に沿って回転方向へと送られ、吹出し口を経て外部へと送風されるようになっている。
【０００３】
このような多翼遠心ファンにおいて、スクロールケーシングは、羽根車の回転方向に流れる気流の動圧を回収すべく、回転方向に外径が漸次大きくされたスクロール形状とされているが、ケーシングの外径サイズをできるかぎりコンパクト化するため、スクロールケーシングを回転軸方向にも拡張し、流路断面積を回転方向に漸次拡大させるようにしている（例えば、特許文献１，２参照）。また、風量により静圧が変化しても、送風効率の低下や騒音の上昇を抑制できるように、スクロールケーシングに可動部を設け、流路の回転軸方向内寸（内容積）を変更可能としたものが、特許文献３により開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２０２０９８号公報
【特許文献２】特開２００４−２０４７５６号公報
【特許文献３】特開２０１０−１４４５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の多翼遠心ファンにおいて、羽根車の全周からスクロールケーシング内に吹出される気流は、羽根車内で完全に流れが半径方向に偏向されず、羽根車の主板側、すなわちスクロールケーシングの下端面側に偏った状態で斜め下方に向けて吹出される。この吹出し風は、スクロールケーシング内の流路上下の回転軸方向への流路拡張部内において、内周側に向う旋回流（渦流）を形成しながら吹出し口へと圧送される。
【０００６】
しかし、特許文献１，２のものは、舌部の下流域では流れの逆流や舌部からの漏れ流れ等により流れが不安定となり易いうえに、巻き始め位置では羽根車からの吹出し風量が少ないにもかかわらず、流路拡張部が必ずしも渦流の強さと大きさに対応した大きさ（幅と高さ）とされていないため、渦流が不安定となり易かった。その結果、流路内での気流の乱れを助長し、低周波音の上昇や送風効率の低下をもたらす等の課題があった。
【０００７】
また、特許文献３に示すものは、スクロールケーシングに可動部を設ける必要があることから、構造が複雑化することは避けられず、信頼性やコスト面において大きな課題を有している。また、渦流が形成される拡張空間が形成されなくなった場合、渦流が羽根車により近い箇所で発生し、これが騒音を増大させるおそれがあった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、スクロールケーシングの回転軸方向に拡張された流路拡張部を渦流の強さと大きさに対応した大きさとすることによって、気流の乱れによる低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制し、低騒音化、高効率化を図った多翼遠心ファンおよびそれを用いた空気調和機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した課題を解決するために、本発明の多翼遠心ファンおよびそれを用いた空気調和機は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる多翼遠心ファンは、舌部を巻き始めとするスクロールケーシング内に羽根車が回転軸周りに回転自在に設置されている多翼遠心ファンにおいて、前記スクロールケーシングの上下端面の前記羽根車より外側部分に回転軸方向に拡張された流路拡張部が形成されており、前記流路拡張部の吸込み口が設けられている上端面側の流路拡張部は、前記舌部を起点として回転方向への巻き角をθとしたとき、少なくとも巻き角θが３０°以下の範囲において、そのスクロール位置の流路の全回転軸方向高さの５％以下の高さとされていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、舌部を巻き始めとするスクロールケーシングの上下端面の羽根車より外側部分に回転軸方向に拡張された流路拡張部が形成されており、該流路拡張部の吸込み口が設けられている上端面側の流路拡張部は、舌部を起点として回転方向への巻き角をθとしたとき、少なくとも巻き角θが３０°以下の範囲において、そのスクロール位置の流路の全回転軸方向高さの５％以下の高さとされているため、スクロールケーシングの舌部の下流域における流れの逆流や舌部からの漏れ流れ等による不安定な流れを抑制することができるとともに、上端面側の流路拡張部を該部で形成される渦流の強さと大きさに見合ったものとし、上端面側の流路拡張部内に形成される渦流を安定化することができる。従って、流れの逆流や舌部からの漏れ流れ等による気流の不安定な流動を抑え、気流の乱れによる低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制して多翼遠心ファンを低騒音化、高効率化することができる。
【００１１】
さらに、本発明の多翼遠心ファンは、上記の多翼遠心ファンにおいて、前記上端面側の流路拡張部の内周側部位には、前記羽根車のシュラウドの吹出し側端部と略同じ高さとされた平坦面または外側に向って下向きの円錐面とされた土手部が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、上端面側の流路拡張部の内周側部位に、羽根車のシュラウドの吹出し側端部と略同じ高さとされた平坦面または外側に向って下向きの円錐面とされた土手部が設けられているため、羽根車からの吹出し風が土手部に沿って吹出されるようになり、シュラウドと吸込み口に設けられているベルマウス間の隙間からの逆流や羽根車の上端部位から吹出される気流に対する抵抗を抑制し、シュラウドの吹出し側端部付近での吹出し風の流れを安定化することができる。従って、気流の乱れに起因する低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制し、多翼遠心ファンを一層低騒音化、高性能化することができる。
【００１３】
さらに、本発明の多翼遠心ファンは、上記の多翼遠心ファンにおいて、前記土手部は、前記上端面側の流路拡張部の内周側壁面を下向きに突出させることにより、前記スクロールケーシングと一体に成形されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、土手部が、上端面側の流路拡張部の内周側壁面を下向きに突出させることにより、スクロールケーシングと一体に成形されているため、スクロールケーシングの流路拡張部の内周側部位に平坦面または円錐面からなる土手部を設けるに当たり、スクロールケーシングの上端面側の流路拡張部の内周側壁面を下向きに突出させてスクロールケーシングと一体に成形すればよく、樹脂製のスクロールケーシングとした場合においても、該土手部をスクロールケーシングと一体に成形することができる。従って、土手部を設けることによる工数増大やコスト上昇を抑制することができる。
【００１５】
さらに、本発明の多翼遠心ファンは、上述のいずれかの多翼遠心ファンにおいて、前記上端面側の流路拡張部は、前記下端面側の流路拡張部よりも断面積が小さくされており、各々の流路拡張部の幅をＢ、高さをＨとしたとき、Ｈ／Ｂが１以下とされていることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、上端面側の流路拡張部が、下端面側の流路拡張部よりも断面積が小さくされており、各々の流路拡張部の幅をＢ、高さをＨとしたとき、Ｈ／Ｂが１以下とされているため、上端面側の流路拡張部の断面積を下端面側の流路拡張部の断面積よりも小さくすることにより、上下の流路拡張部の断面積を、それぞれ羽根車から主板側に偏って斜め下向きに吹出される気流によって形成される渦流の強さと大きさに適合した大きさとすることができるとともに、略真円に近い円もしくはやや扁平な円を描く渦流を、幅Ｂおよび高さＨが、Ｈ／Ｂ＜１とされた上下各々の流路拡張部内で安定化させ、流路断面積を有効に利用することができる。従って、流路内での気流の乱れに起因する低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制し、多翼遠心ファンを一層低騒音化、高効率化することができる。なお、Ｈ／Ｂが１を超えると、渦流や気流が存在しなくなる箇所が発生し、流れが不安定化することから、低騒音化および高効率化の効果が低減する。
【００１７】
さらに、本発明の多翼遠心ファンは、上記の多翼遠心ファンにおいて、前記上端面側の流路拡張部は、その内周側径が前記下端面側の流路拡張部の内周側径よりも大きくされ、前記Ｈ／Ｂが、０．５≦Ｈ／Ｂ≦１とされていることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、上端面側の流路拡張部の内周側径が、下端面側の流路拡張部の内周側径よりも大きくされ、Ｈ／Ｂが、０．５≦Ｈ／Ｂ≦１とされているため、流路内で形成される渦流が小さめとなる上端面側の流路拡張部に対して、上端面側の流路拡張部の内周側径を下端面側の流路拡張部の内周側径よりも大きくすることにより、Ｈ／Ｂを、０．５≦Ｈ／Ｂ≦１とし、上端面側の流路拡張部を渦流の断面形状に見合った大きさの断面積とすることができる。従って、下端面側の流路拡張部における内周側上端部への吹出し風の衝突を回避しながら、各々の流路拡張部内に形成される渦流を安定化し、気流の乱れによる低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制して多翼遠心ファンを低騒音化、高効率化することができる。
【００１９】
さらに、本発明の多翼遠心ファンは、上述のいずれかの多翼遠心ファンにおいて、前記各流路拡張部は、前記上端面側の流路拡張部の高さをＨｓ、前記下端面側の流路拡張部の高さをＨｈとしたとき、１.５Ｈｓ＜Ｈｈ＜２.５Ｈｓとされていることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、各流路拡張部が、上端面側の流路拡張部の高さをＨｓ、下端面側の流路拡張部の高さをＨｈとしたとき、１.５Ｈｓ＜Ｈｈ＜２.５Ｈｓとされているため、上下端面に設けられる各流路拡張部の大きさを、空気調和機に適用される多翼遠心ファンにおいて上下の流路拡張部内で形成される一般的な渦流の強さと大きさに対応した大きさとすることができる。従って、上下の流路拡張部内に形成される渦流をそれぞれ安定化し、流路内での気流の乱れに起因する低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制して多翼遠心ファンを低騒音化、高効率化することができる。
【００２１】
さらに、本発明にかかる空気調和機は、空気送風用のファンとして、上述のいずれかの多翼遠心ファンが搭載されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、空気調和機に搭載される空気送風用のファンとして、上述のいずれかの多翼遠心ファンが搭載されているため、スクロールケーシングの流路内での気流の乱れに起因する低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制し、低騒音化、高効率化された多翼遠心ファンを搭載することにより、建屋あるいは自動車用等の各種空気調和機の運転音の低減やファン効率の向上を図ることができ、その商品価値を高めることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の多翼遠心ファンによると、スクロールケーシングの舌部の下流域における流れの逆流や舌部からの漏れ流れ等による不安定な流れを抑制することができるとともに、上端面側の流路拡張部を該部で形成される渦流の強さと大きさに見合ったものとし、上端面側の流路拡張部内に形成される渦流を安定化することができるため、流れの逆流や舌部からの漏れ流れ等による気流の不安定な流動を抑え、気流の乱れによる低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制して多翼遠心ファンを低騒音化、高効率化することができる。
【００２４】
本発明の空気調和機によると、スクロールケーシングの流路内での気流の乱れに起因する低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制し、低騒音化、高効率化された多翼遠心ファンを搭載することにより、建屋あるいは自動車用等の各種空気調和機の運転音の低減やファン効率の向上を図ることができ、その商品価値を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る多翼遠心ファンを上方側から見た概略斜視図である。
【図２】図１に示す多翼遠心ファンの横断面相当図である。
【図３】図１に示す多翼遠心ファンの子午面断面相当図である。
【図４】図１に示す多翼遠心ファンの風量−騒音レベル特性を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る多翼遠心ファンの子午面断面相当図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る多翼遠心ファンの子午面断面相当図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る多翼遠心ファンの子午面断面相当図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る多翼遠心ファンの子午面断面相当図である。
【図９】図８に示す多翼遠心ファンのスクロールケーシングの羽根車回転方向への巻き角と上下拡張部の深さとの関係を示すグラフである。
【図１０】図８に示す多翼遠心ファンのスクロールケーシングによる騒音−周波数特性（Ａ）と従来ケーシングの騒音−周波数特性（Ｂ）との比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図４を用いて説明する。
図１には、本発明の第１実施形態に係る多翼遠心ファンを上方側から見た概略斜視図が示され、図２には、その横断面相当図、図３には、子午面断面相当図が示されている。
多翼遠心ファン１は、流路３の外径が回転方向に漸次拡大されるようにスクロール形状とされた樹脂製のスクロールケーシング２を備えている。
【００２７】
スクロールケーシング２は、舌部４を起点として渦巻き状に樹脂成形された上下に２分割されている一対のケーシング５，６を一体に結合して形成されたものであり、渦巻き状の巻き終り部から接線方向に延長された吹出し口７を備えている。上ケーシング５の上端面８には、ベルマウス９が設けられ、このベルマウス９によって空気の吸込み口１０が形成されている。下ケーシング６の下端面１１には、図３に示されるように、モータ設置部１２が設けられ、該モータ設置部１２内に回転軸１４を備えたファンモータ１３が収容設置されている。
【００２８】
スクロールケーシング２内には、羽根車１５が回転軸１４周りに回転自在に設置されている。この羽根車１５は、中央部が吸込み側に凸形状とされた円盤状の主板１６と、該主板１６の外周部位に放射状に配列された複数枚のブレード１７と、該ブレード１７の主板１６と対向する端部側に設けられた環状のシュラウド１８と、から構成されている。主板１６の中心部には、ボス１９が設けられており、該ボス１９を回転軸１４の軸端に固定することによって、羽根車１６がファンモータ１４を介して回転駆動されるように構成されている。なお、この羽根車１５は、樹脂製とされている。
【００２９】
また、スクロールケーシング２の上下端面８，１１の外周部分には、流路３の断面をそれぞれ回転軸方向に拡張する流路拡張部（凹部流路）２０，２１が形成されている。この流路拡張部２０，２１のうち、下端面１１側の流路拡張部２１は、その下端面がスクロールケーシング２の巻始め側から回転方向に向って漸次拡張高さが高くなるように回転軸方向に拡張された傾斜端面１１Ａとされている。同様に、上端面８側の流路拡張部２０も、その上端面がスクロールケーシング２の巻始め側から回転方向に向って漸次拡張高さが高くなるように回転軸方向に拡張された傾斜端面８Ａとされている。
【００３０】
さらに、流路拡張部２０における傾斜端面８Ａの拡張高さ（深さ）Ｈは、図２に示されるように、舌部４を起点として羽根車１５の回転方向への巻き角をθとしたとき、少なくとも巻き角θが３０°以下の範囲において、図３に示されるように、そのスクロール位置の流路３の全回転軸方向高さをＨｔとしたとき、Ｈｔの５％以下の高さＨｓｉ（０．０５Ｈｔ＞Ｈｓｉ）とされている。なお、巻き角θが３０°以降の範囲において、傾斜端面８Ａの拡張高さＨは、吹出し風量の増加に伴って次第に大きくなる渦流に対応して、漸次高くなるように構成されている。
【００３１】
斯くして、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
羽根車１５の回転により吸込み口１０から回転軸方向に吸込まれた空気は、羽根車１５のブレード１７間を通過する際に半径方向に偏向され、羽根車１５の外周から半径方向に吹出される。この吹出し風は、スクロールケーシング２の流路３内を回転方向に流量が漸次増加されつつ圧送され、その間に動圧が回収されて静圧が上昇されることにより、吹出し口７から外部へと送風される。
【００３２】
羽根車１５の外周から遠心方向に吹出される気流は、スクロールケーシング２の下端面１１側に偏り斜め下方に向って吹出される傾向があり、羽根車１５の回転方向に圧送される間に一部が、スクロールケーシング２の外周側側面２Ａおよび上下端面８，１１（傾斜端面８Ａ，１１Ａ）に沿って内周側に向う二次流れを生成し、流路拡張部２０，２１内においてそれぞれ旋回流（渦流）を形成する（図６，図７参照）。この渦流は、羽根車１５からの吹出し風が下端面１１側、すなわち主板１６側に偏って斜め下方に向って吹出されることから、下端面１１側の流路拡張部２１内に形成される渦流の方が、上端面８側の流路拡張部２０内に形成される渦流よりも強く大きくなる。
【００３３】
流路拡張部２０，２１の大きさは、上記渦流の強さと大きさに対応していることが望ましく、これによって、流路拡張部２０，２１内に形成される渦流を安定化し、渦流による流路３内での気流の乱れを抑制することができる。特に、スクロールケーシング２の舌部４からの巻き角θが３０°以下の範囲では、流れの逆流や舌部４からの漏れ流れ等により流れが不安定となり易いうえに、スクロールケーシング２の巻始め位置では、羽根車１５からの吹出し風の量が少なく、流路拡張部２０を適正な大きさにしないと、渦流が不安定化し、流路３内での気流の乱れを助長してしまう。
【００３４】
しかるに、本実施形態では、上端面８側の流路拡張部２０の拡張高さＨが、舌部４を起点として回転方向への巻き角をθとしたとき、少なくとも巻き角θが３０°以下の範囲において、そのスクロール位置の流路３の全回転軸方向高さＨｔの５％以下の高さＨｓｉとされている。このため、上端面８側の流路拡張部２０の大きさを渦流の強さと大きさに見合ったものとし、上端面８側の流路拡張部２０内に形成される渦流を安定化することができる。これによって、流れの逆流や舌部４からの漏れ流れ等による気流の不安定な流動を抑え、気流の乱れによる低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制して多翼遠心ファン１を低騒音化、高効率化することができる。
【００３５】
図４には、本実施形態による騒音レベルの解析結果が示されている。
本実施形態の係る多翼遠心ファン１によると、図４に示されるように、上端面８側の流路拡張部２０の高さＨが、必要以上に高くされている従来例（特許文献１，２参照）に比べて、広い吹出し風量範囲にわたって数ｄＢ程度の騒音低減効果が得られることが確認されている。
【００３６】
加えて、上記のように、スクロールケーシング２の流路３内での気流の乱れに起因する低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制して低騒音化、高効率化された多翼遠心ファン１を送風用ファンとして搭載することにより、建屋あるいは自動車用等の各種空気調和機において、運転音の低減やファン効率の向上を図ることができる。従って、空気調和機を一段と高性能化し、その商品価値を高めることができる。
【００３７】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図５を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、上端面８側の流路拡張部２０の内周側部位に土手部２２を設けている点が異なる。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、図５に示されるように、スクロールケーシング２の上端面８側の流路拡張部２０の内周側部位に対して、羽根車１５のシュラウド１８の吹出し側端部と略同じ高さとされた平坦面（または外側に向って下向きの円錐面）とされた土手部２２を設けた構成としている。
【００３８】
この土手部２２は、上端面８側の流路拡張部２０の内周側壁面を内面側に突出させることによって、スクロールケーシング２を構成している２分割された上ケーシング５と一体に樹脂成形されている。
【００３９】
このように、上端面８側の流路拡張部２０の内周側部位に、羽根車１５のシュラウド１８の吹出し側端部と略同じ高さとされた平坦面または外側に向って下向きの円錐面とされた土手部２２を設けることにより、羽根車１５からの吹出し風を土手部２２に沿って吹出すことができる。このため、シュラウド１８とベルマウス９間の隙間からの逆流や羽根車１５の上端部位から吹出される気流に対する抵抗を抑制し、シュラウド１８の吹出し側端部付近での吹出し風の流れを安定化することができる。これにより、流路３内での気流の乱れに起因する低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制し、多翼遠心ファン１を一層低騒音化、高効率化することができる。
【００４０】
また、スクロールケーシング２の流路拡張部２０の内周側部位に平坦面または円錐面からなる土手部２２を設けるに当たり、スクロールケーシング２（上ケーシング５）の上端面側の流路拡張部２０の内周側壁面を内面側に突出させて上ケーシング５と一体に成形すればよく、樹脂製のスクロールケーシング２とした場合においても、土手部２２をスクロールケーシング２と一体に成形することができる。従って、土手部２２を設けることによる工数増大やコスト上昇を抑制することができる。
【００４１】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図６を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１および第２実施形態に対して、流路拡張部２０の断面積を渦流の大きさに合せて流路拡張部２１の断面積よりも小さくしている点が異なる。その他の点については、第１および第２実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態においては、上端面８側の流路拡張部２０の断面積が、下端面１１側の流路拡張部２１の断面積よりも小さくされている。
【００４２】
これは、前述の通り、羽根車１５からの吹出し風が下端面１１側に偏って斜め下方に向って吹出され、流路拡張部２１内に形成される渦流の方が、流路拡張部２０内に形成される渦流よりも強く大きくなることに対応するためである。その上で、上端面８側の流路拡張部２０および下端面１１側の流路拡張部２１は、図６に示されるように、各々流路拡張部２０，２１の幅をＢ、高さをＨとしたとき、Ｈ／Ｂが１以下となるようにしている。
【００４３】
このように、上下の流路拡張部２０，２１の幅をＢ、高さをＨとしたとき、Ｈ／Ｂを１以下として上端面８側の流路拡張部２０の流路断面積を下端面１１側の流路拡張部２１の断面積よりも小さくすることにより、上下の流路拡張部２０，２１の断面積を、それぞれ羽根車１５から主板側に偏って斜め下向きに吹出される気流により形成される渦流の強さと大きさに適合した大きさとすることができるとともに、略真円に近い円もしくはやや扁平な円を描く渦流を、幅Ｂおよび高さＨが、Ｈ／Ｂ＜１とされた上下各々の流路拡張部２０，２１内で安定化させ、流路断面積を有効に利用することができる。
【００４４】
これによって、スクロールケーシング２の流路３内での気流の乱れに起因する低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制し、多翼遠心ファン１を一層低騒音化、高効率化することができる。なお、Ｈ／Ｂが１を超えると、流路拡張部２０，２１内の渦流の位置や大きさが安定せず、スクロールケーシング２の流路３内の流れが不安定化することから、低騒音化および高効率化の効果が低減する。
【００４５】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について、図７を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第３実施形態に対して、流路拡張部２０の断面積を流路拡張部２１の断面積より小さくするため、流路拡張部２０の内周側径を大きくしている点が異なる。その他の点については、第１ないし第３実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態においては、上端面８側の流路拡張部２０の断面積を流路拡張部２１の断面積より小さくするため、流路拡張部２０の内周側径Ｄ１を下端面１１側の流路拡張部２１の内周側径Ｄ２よりも大きくし、上下の流路拡張部２０，２１の幅をＢ、高さをＨとしたとき、Ｈ／Ｂが、０．５≦Ｈ／Ｂ≦１を満たす構成としている。
【００４６】
上記のように、流路内に形成される渦流が比較的小さめとなる上端面８側の流路拡張部２０に対して、上端面８側の流路拡張部２０の内周側径Ｄ１を下端面１１側の流路拡張部２１の内周側径Ｄ２よりも大きくすることによって、上記のＨ／Ｂを、０．５≦Ｈ／Ｂ≦１とし、上端面８側の流路拡張部２０の断面積を、下端面１１側の流路拡張部２１の断面積よりも小さい、渦流の断面形状に見合った大きさの断面積とすることができる。
【００４７】
これによって、下端面１１側の流路拡張部２１の内周側径Ｄ２が小さくなり、その内周側の上端部に対して羽根車１５からの吹出し風が衝突する事態を回避しながら、各々の流路拡張部２０，２１内に形成される渦流を安定化し、流路３内での気流の乱れによる低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制して多翼遠心ファン１を低騒音化、高効率化することができる。また、上ケーシング５および下ケーシング６の外径を等しくすることができるため、本実施形態に係る多翼遠心ファン１を用いた空気調和機への搭載性が損なわれることもない。
【００４８】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について、図８ないし図１０を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１ないし第４実施形態に対して、各流路拡張部２０，２１の拡張高さを各々の流路内で形成される渦流に対応した大きさとしている点が異なる。その他の点については、第１ないし第４実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、上下端面８，１１に設けられた流路拡張部２０，２１の大きさを各々の流路内に形成される渦流に対応した大きさとすべく、上端面８側の流路拡張部２０の高さをＨｓ、下端面１１側の流路拡張部２１の高さＨｈとしたとき、１.５Ｈｓ＜Ｈｈ＜２.５Ｈｓを満たす構成としている。
【００４９】
図９には、上記スクロールケーシング２における舌部４のアール中心Ｏと回転軸１４の中心Ｐ（図２参照）とを結んだ位置を０ｄｅｇとしたときの羽根車１５の回転方向への巻き角θｄｅｇと、流路拡張部（凹部流路）２０，２１の拡張高さ（凹部深さ）Ｈｓ，Ｈｈとの関係がグラフ化されている。流路拡張部（凹部流路）２０，２１の拡張高さ（凹部深さ）Ｈｓ，Ｈｈの流路３の全回転軸方向高さＨｔに対する割合は、漸次増加されるように構成されている。また、流路拡張部２０の高さをＨｓは、回転方向の全域において流路拡張部２１の高さＨｈの概ね１／２、つまり１.５Ｈｓ＜Ｈｈ＜２.５Ｈｓを満たす高さに設定されている。
【００５０】
このように、上下端面８，１１に設けられる流路拡張部２０，２１を、各々の流路の拡張高さをＨｓ、Ｈｈとしたとき、１.５Ｈｓ＜Ｈｈ＜２.５Ｈｓを満たす高さとすることによって、各流路拡張部２０，２１の大きさを、空気調和機に適用される多翼遠心ファン１において上下の流路拡張部２０，２１内で形成される一般的な渦流の強さと大きさに対応した大きさとすることができる。このため、上下の流路拡張部２０，２１内に形成される渦流をそれぞれ安定化し、流路３内での気流の乱れに起因する低周波音の上昇や送風効率の低下を抑制して多翼遠心ファン１を低騒音化、高効率化することができる。
【００５１】
図１０は、本実施形態に係るスクロールケーシング２を用いたものと、従来ケーシングを用いたものとの騒音−周波数特性を比較した図であり、図１０（Ａ）に示される本実施形態によるものでは、図１０（Ｂ）に示される従来例に比べ、略７００Ｈｚ以下の低周波領域での騒音ピーク値が低減されており、流路３内での気流の乱れに起因する、ブーン音と称されている低周波音の低減効果が奏されることは明らかである。
【００５２】
なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、回転軸１４が鉛直とされたバーチカルタイプの多翼遠心ファン１について説明したが、回転軸１４が水平とされたホリゾンタルタイプの多翼遠心ファン１についても同様に適用できることはもちろんであり、この場合、上下端面は、左右端面と置き換えられることになる。
【００５３】
また、上記実施形態では、スクロールケーシング２および羽根車１５が、それぞれ樹脂材製とされている例について説明したが、これに限定されるものではなく、それぞれが金属製であってもよいことはもちろんである。
【符号の説明】
【００５４】
１ 多翼遠心ファン
２ スクロールケーシング
３ 流路
４ 舌部
８ 上端面
１０ 吸込み口
１１ 下端面
１４ 回転軸
１５ 羽根車
１８ シュラウド
２０，２１ 流路拡張部
２２ 土手部
θ 巻き角
Ｂ 流路拡張部の幅
Ｄ１ 上端面側流路拡張部の内周側径
Ｄ２ 下端面側流路拡張部の内周側径
Ｈ 流路拡張部の高さ
Ｈｈ 下端面側流路拡張部の高さ
Ｈｓ 上端面側流路拡張部の高さ
Ｈｓｉ 巻き角が３０°以下の範囲の拡張部高さ
Ｈｔ 流路の全回転軸方向高さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
舌部を巻き始めとするスクロールケーシング内に羽根車が回転軸周りに回転自在に設置されている多翼遠心ファンにおいて、
前記スクロールケーシングの上下端面の前記羽根車より外側部分に回転軸方向に拡張された流路拡張部が形成されており、
前記流路拡張部の吸込み口が設けられている上端面側の流路拡張部は、前記舌部を起点として回転方向への巻き角をθとしたとき、少なくとも巻き角θが３０°以下の範囲において、そのスクロール位置の流路の全回転軸方向高さの５％以下の高さとされていることを特徴とする多翼遠心ファン。
【請求項２】
前記上端面側の流路拡張部の内周側部位には、前記羽根車のシュラウドの吹出し側端部と略同じ高さとされた平坦面または外側に向って下向きの円錐面とされた土手部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の多翼遠心ファン。
【請求項３】
前記土手部は、前記上端面側の流路拡張部の内周側壁面を下向きに突出させることにより、前記スクロールケーシングと一体に成形されていることを特徴とする請求項２に記載の多翼遠心ファン。
【請求項４】
前記上端面側の流路拡張部は、前記下端面側の流路拡張部よりも断面積が小さくされており、各々の流路拡張部の幅をＢ、高さをＨとしたとき、Ｈ／Ｂが１以下とされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の多翼遠心ファン。
【請求項５】
前記上端面側の流路拡張部は、その内周側径が前記下端面側の流路拡張部の内周側径よりも大きくされ、前記Ｈ／Ｂが、０．５≦Ｈ／Ｂ≦１とされていることを特徴とする請求項４に記載の多翼遠心ファン。
【請求項６】
前記各流路拡張部は、前記上端面側の流路拡張部の高さをＨｓ、前記下端面側の流路拡張部の高さをＨｈとしたとき、１.５Ｈｓ＜Ｈｈ＜２.５Ｈｓとされていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の多翼遠心ファン。
【請求項７】
空気送風用のファンとして、請求項１ないし６のいずれかに記載の多翼遠心ファンが搭載されていることを特徴とする空気調和機。
【請求項１】
舌部を巻き始めとするスクロールケーシング内に羽根車が回転軸周りに回転自在に設置されている多翼遠心ファンにおいて、
前記スクロールケーシングの上下端面の前記羽根車より外側部分に回転軸方向に拡張された流路拡張部が形成されており、
前記流路拡張部の吸込み口が設けられている上端面側の流路拡張部は、前記舌部を起点として回転方向への巻き角をθとしたとき、少なくとも巻き角θが３０°以下の範囲において、そのスクロール位置の流路の全回転軸方向高さの５％以下の高さとされていることを特徴とする多翼遠心ファン。
【請求項２】
前記上端面側の流路拡張部の内周側部位には、前記羽根車のシュラウドの吹出し側端部と略同じ高さとされた平坦面または外側に向って下向きの円錐面とされた土手部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の多翼遠心ファン。
【請求項３】
前記土手部は、前記上端面側の流路拡張部の内周側壁面を下向きに突出させることにより、前記スクロールケーシングと一体に成形されていることを特徴とする請求項２に記載の多翼遠心ファン。
【請求項４】
前記上端面側の流路拡張部は、前記下端面側の流路拡張部よりも断面積が小さくされており、各々の流路拡張部の幅をＢ、高さをＨとしたとき、Ｈ／Ｂが１以下とされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の多翼遠心ファン。
【請求項５】
前記上端面側の流路拡張部は、その内周側径が前記下端面側の流路拡張部の内周側径よりも大きくされ、前記Ｈ／Ｂが、０．５≦Ｈ／Ｂ≦１とされていることを特徴とする請求項４に記載の多翼遠心ファン。
【請求項６】
前記各流路拡張部は、前記上端面側の流路拡張部の高さをＨｓ、前記下端面側の流路拡張部の高さをＨｈとしたとき、１.５Ｈｓ＜Ｈｈ＜２.５Ｈｓとされていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の多翼遠心ファン。
【請求項７】
空気送風用のファンとして、請求項１ないし６のいずれかに記載の多翼遠心ファンが搭載されていることを特徴とする空気調和機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１１２３２４（Ｐ２０１２−１１２３２４Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６２４４７（Ｐ２０１０−２６２４４７）
【出願日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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