CN1482367A - 空调机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及安装在空调机的室内机中的直流风扇。本发明的空调机，由于室内机中的直流风扇能增大风量，降低噪音，所以这种空调机既节约电力而且又安静。为达到上述目的，在圆板(13)上具有叶片(12)的直流风扇(1)中，表示叶片断面厚度中心的弯曲线(17)包括两条圆弧，并且各圆弧的弯曲方向互相相反。另外，叶片(12)的压力面(18)相对于旋转轴方向是一致的。此外，叶片之间的流道宽度，在外径一侧的宽度相对于内径一侧的宽度为60～80％。

Description

空调机

技术区域

本发明涉及安装在空调机的室内机中的直流风扇。

背景技术

近年来，空调机一直在追求节电和静音，作为节电的一种方法是增大设置在室内机中的排气风扇的风量，这种风扇用于把与流过换热器内的致冷剂进行了热交换的室内空气排出室内机外部去。作为室内机的主流风扇，在壁挂式空调机的情况下是采用直流风扇(横流风扇)。众所周知，当增大室内机风扇的风量时，就能提高室内换热器的热交换性能。如果能不增加风扇的转速而增大风扇的风量(所消耗的电力不变)，结果，就能提高空调机整体的性能，能产生与节电相同的空调效果。

作为上述谋求增大室内机的风扇的风量的方法，可以考虑的方法有，如前所述的提高作为室内机的送风机直流风扇的转速，以及增大风扇的外径。

可是，由于室内机工作时的紊流音(分布在高频区域的频率范围内的声音)增大的比例是直流风扇转速增大比例的7～8倍，所以，如果使用前一种方法使风量增加30％的话，紊流音量就会增加9dB。另一方面，由于紊流音增大的比例是风扇外径增大比例的4～5倍，所以，如果使用后一种方法使风量增加30％的话，紊流音量就会增加5dB。

其结果是，为了在不增大噪音(紊流音)的条件下增大风量，一般认为后一种方法比较妥当。可是，室内机的尺寸是有限的，因此，安装在室内机内部的直流风扇的大小也有限制，要增大风扇现有外径尺寸是困难的。此外，当把直流风扇外径增大到其极限尺寸时，还会有这样的问题，即，由于直流风扇与前缘之间的空隙变小而产生的特别明显的噪音(由叶片的数量Z与转速N(/sec)的乘积而产生的频率Z·N(Hz)，或者其高次频率)，以及因为室内换热器与直流风扇的距离太近，直流风扇的叶片靠近尾流区域(通过换热器的气流速度的分布在管子的下游减慢，其局部速度分布变化很大的区域)，叶片在通过该区域时所产生的声音。

因此，在公知的特开平9-100795号公报和特开2001-50189号公报中，公开了抑制由于上述直流风扇及其干涉而产生的叶片音，降低噪音的现有技术。这两篇专利文献的效果不同，但原理是一样的，即，都具有为增加风量而抑制因直流风扇增大而与前缘之间的间隙减小所造成的噪音(叶片音)的效果。

即，在原理上，都是在改变直流风扇相对于旋转轴方向的叶片外径时，使直流风扇的叶片的外圆周前端的结构相对于前缘是倾斜的，由于这种倾斜，使得叶片外圆周的前端在通过前缘(或者尾流区域)时，出现时间差(相位差)。

因此，利用叶片外圆周前端与前缘之间的位置关系，使所产生的周期性声音在时间上分散开来，从而能抑制叶片音，达到减小前缘的间隙，而增大风量的目的。

其它的现有技术，例如特开平6-129387号公报、特开平6-173886号公报也是公知的技术。下面，说明在这些文献中记载的内容。为了防止直流风扇的叶片音，其措施是使圆周方向上安装叶片节距的间隔互不相等，借助于使各叶片在圆周方向的相位的差异抑制噪音的峰值，从整体上降低噪音。

在上述专利文献所记载的低噪音·高风量技术，虽然方法上有所不同，但要点都同样是把叶片音的周期分散，使噪音减小而风量增大，从而提高空调机的性能。

可是，在现实情况下，一直在谋求使空调机进一步节电和静音(低噪音·高风量化)，因此，需要一种效率更高，噪音更小的直流风扇。此外，在直流风扇的声音中，具有因流体而产生的频带很宽的紊流音，以上所说的现有技术即便能抑制周期性的叶片音，却不能减小紊流音。因此，实际上，仅仅使用现有技术中能找到的方法，是很难实现进一步降低噪音，节省电力的目标的。

发明内容

本发明的目的是，提供一种既能减小由于流体而造成的紊流音，使噪音降低；又能借助于大风量而实现节电的室内空调机。

为达到上述目的，本发明的在室内机中装有直流风扇的空调机，其上述直流风扇的表示叶片断面厚度中心的弯曲线包括两条圆弧，并使各圆弧的弯曲方向互相相反。

此外，为达到上述目的，本发明的在室内机中装有直流风扇的空调机，构成上述直流风扇的叶片的压力面，沿旋转轴方向是一致的。

此外，为达到上述目的，本发明的在室内机中装有直流风扇的空调机，把叶片的厚度设定为，使得上述直流风扇叶片之间的流道宽度，其外径一侧的宽度是相对于内径一侧宽度的60～80％。

本发明的第二种方法是，在作为室内机的送风机装有直流风扇的空调机中，其结构为使得构成风扇叶片的压力面沿旋转轴方向是一致的。通过使得压力面一致，在旋转轴方向上的速度分布就能不紊乱，达到均衡，从而提高直流风扇的性能。

本发明的第三种方法是，在作为室内机的送风机装有直流风扇的空调机中，其结构为风扇的叶片之间的流道宽度，其外径一侧的宽度是相对于内径一侧宽度的60～80％之间变化。直流风扇基本上是流体的速度向排气一侧逐渐增大的加速扇叶类型的风扇，而流体加速的程度是由上述叶片之间流道宽度来确定的，所以，它能对直流风扇的性能产生极大的影响。

本发明的第四种方法是，为了提高降低噪音的效果，在以上三种手段的任何一种手段上，再加上风扇叶片的外径沿着旋转轴线的方向变化的结构。由于使叶片外径变化，使叶片的干涉有了时间差(相位差)，就能降低噪音，谋求低噪音化。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施例的整体图；

图2是上述实施例中的直流风扇的图；

图3是上述实施例的叶片断面的放大图；

图4是上述实施例的叶片断面的放大图，和风扇部件的断面图；

图5是上述实施例的叶片断面的放大图，和风扇部件断面的放大图；

图6是表示上述实施例效果的效率图；

图7是表示上述实施例效果的效率图；

图8是表示上述实施例性能的特性图。

具体实施方式

下面，参照图1～图8说明本发明的实施例。

图1是表示空调机室内机的整体图，其中(a)是从正面看的整体图，(b)是从室内机的侧面看的断面图。室内机整体都用装饰板2覆盖，其构成依次包括：过滤器5、换热器6、直流风扇1，在直流风扇1的下方设有壳体7。

直流风扇1的外观如图2所示，其中的(c)表示整体的形状，(d)表示从旋转轴方向看的断面。在圆周方向布置有叶片12的圆板13成为一个风扇部件，沿着旋转轴方向组合若干个风扇部件，即构成一台直流风扇1。此外，在风扇的两端安装了端面圆板14和备有轮毂16的有轮毂端面圆板15，端面圆板14布置在轴承一侧，有轮毂的端面圆板15布置在电动机轴一侧，进行旋转。

在室内机实际运转状态下，直流风扇1有电动机10驱动，在图1(b)上向右转动，从设置在装饰板2上的前面格栅3和上面格栅4吸入空气，从室内机下部的排气口排出空气。在室内机内部的气流，通过过滤器5之后，到达换热器6，在流过该换热器6的过程中被冷却，或者被加热。经过热交换之后的气流通过直流风扇1，流向壳体7一侧，在排气口附近，由纵风向板8和横风向板9控制其风向，然后流出室内机。

图3、图4和图5表示了本实施例的直流风扇的特点，是从旋转轴方向看到的直流风扇1的断面放大图。其特点的内容如下所述。

图3中，表示叶片12的厚度中心的弯曲线17，是由曲率半径为ρ1和ρ2的两条圆弧所形成的，各条圆弧的弯曲方向互相相反。此外，形成上述叶片12厚度的分布，形成从翼弦长度的中腹向着叶片外圆周的前端和叶片内圆周的前端这两端逐渐减薄的翅膀形状。

此时，如果从流体的性质着眼，通常是流速越快，紊流音越大，此外，还要增加输入的功率。关于紊流音，如以下的公式(1)所示，它与通过直流风扇叶片前端的流速(代表速度)V(m/s)有关。

[公式1]

           SPL∝log(α·V)………(公式1)

式中：α是变换系数，是随流体机械的种类和状态不同而不同的定值。因此，噪音值SPL将随着代表速度V的值增大而变化。用于室内空调机的直流风扇中，如果代表速度V降低10％，则噪音值SPL能降低3dB。而且，关于输入的功率，如以下的公式(2)所示，它与通过直流风扇叶片的排气流速(代表速度)V有关。

[公式2] $w=p+\frac{\mathrm{\ρ}\·V^2}{2}---$ (公式2)

w是为每单位体积流体提供的输入功率(w/m³)，p和ρ表示在该流体范围内的压力(Pa)和密度(kg/m³)。室内空调机在大气中运转的状态下，在上游和下游的压力p都近似于大气压力，可以认为它几乎没有影响。此外，在室内空调机的直流风扇的送风性能方面，由于可以把流体看成是不可压缩的，所以其密度ρ是固定的，对输入功率产生大影响的因素，是从直流风扇排出的气体的代表速度。因此，在流量一定的情况下，如果以很大的区域排出流体，使得流速V降低，就能减少输入的功率w。在输入功率w已经确定的情况下，则借助于以很大的区域排出流体，就能流出更多的流量。

从以上分析可知，把直流风扇1的叶片断面形状的中心线17做成由两条反向的圆弧来构成，就能扩大成为最大流速区域的壳体7一侧叶片外圆周附近的流出区域，使流体宽广而缓慢地排出。下面，说明与用一条圆弧所形成的叶片(例如，只由图3中的ρ2形成)的差别。对采用一条圆弧形成的叶片的直流风扇的流动进行分析时，先要求出最外部圆周上叶片之间(以相邻的旋转方向前方的叶片的前端作为演算对象的叶片的前端)流速的分布。由此就能够了解，流速的分布是不一样的，作为演算对象的叶片前端附近的流速特别的快。如上所述，流速直接关系到噪音，而且，由于只在一部分上是高流速，对于整体风量的大小的影响不大。因此，在本实施例中，可以判断，使叶片外圆周一侧的前端的半圆弧与旋转方向相反，就能抑制原先突出的高流速。

结果，达到了低噪音·高效率，以节省电力·增大风量的效果，提高了空调机的性能。关于这种送风性能的效果，表述如下。图6表示了图2(d)中的直流风扇1在顺时针旋转(向右旋转)时，曲率半径ρ1与效率η的关系。横坐标上是把曲率半径ρ2的反方向作为正方向时，曲率半径ρ1的倒数，纵坐标上是效率比η/η0。(η0表示现有的直流风扇的效率，对于现有的风扇将在图8中说明。)用来作为评价性能的指标的效率η是直流风扇的风扇效率，可用公式(3)来表示。

[公式3] $\mathrm{\η}=\frac{{\mathrm{\ΔP}}_t\·Q}{T\·\mathrm{\ω}}---$ (公式3)

式中：P_t是全部压力(Pa)；Q是流量(m³/s)；T是直流风扇的扭矩(N·m)；ω是直流风扇的角速度(rad/s)。关于全部压力还可以用公式(4)将其展开。

[公式4]

        P_t＝P_s+P_d、 $P_d=\frac{\mathrm{\ρ}\·V^2}{2}---$ (公式4)

全部压力用静压P_s和动压P_d之和来表示，动压P_d是由密度ρ和代表速度V确定。从以上各个公式，可以整理出表示效率η的公式(5)。

[公式5] $\mathrm{\η}=({\mathrm{\ΔP}}_s+\frac{\mathrm{\ρ}\·\mathrm{\Δ}{V}^2}{2})\·Q/(T\·\mathrm{\ω})---$ (公式5)在给出一定的流量Q，一定的转速(一定的角速度ω)的条件下，效率η决定于：从直流风扇的上游到下游的静压变化ΔP_s，代表速度的变化ΔV²，直流风扇的扭矩T。此外，在图6的性能评价中，流量·转速是固定的，而且，由于无论叶片形状是哪一种情况，压力面都相同，最大着厚度值是固定的，叶片外径·最小内径都同样是固定的，所以给出了内、外径的比例＝定数的条件。此外，叶片外圆周沿旋转轴方向变化的状态，为如图4(f)所示的直线变化状态，给出了D₁＜D₂的条件，而且，在所有的条件下，从D₁到D₂的变化率都相等。这样，就能根据图6来评价以曲率半径为参数的送风性能，从图中可以判断最高效率点在形成叶片断面形状的中心线17的两条圆弧的曲率半径互相相反的负的区域内。即，在叶片12的外圆周前端为翘起的形状下，具有提高直流风扇1性能的效果，这种效果是和提高空调机的性能联系在一起的。

在图4(e)中，所画出的两个叶片12的断面，分别是对着旋转轴方向任意位置上的断面，其位置是从半径方向看到的风扇部件表示在断面图(f)上。较厚较大的断面A表示一个风扇部件的圆板3的一侧，而较薄较小的断面A’表示与其相反一侧的断面。根据这个断面图可知，压力面18在对着旋转轴的方向上大致相同。此外，在图4(f)中，外径沿着旋转轴方向的变化，是从直径D1以直线的方式变化到D2，这种D1≠D2的关系是开始时在现有技术中阐述过的，是为了获得使叶片音减小的效果。一般说来，在风扇叶片上的所谓压力面，是直接向流体传递动力的区域，对送风性能有很大影响。如果这个压力面处于歪斜状态，流体的均衡就会变坏，会导致很不均匀的流动，其结果是，便会产生性能降低，噪音增大等问题。这个问题是由上述流体的性质引起的，可以从根本上用相同的原理来解决。现将其内容说明如下。从前面所列的公式(1)、(2)可知，噪音值和输入功率受到代表速度V的影响很大。因此，噪音将随着流速V的增加而增大，输入功率也要增加。这里，应该特别注意流过叶片之间的流体在旋转轴方向的速度分布。在压力面对着旋转轴方向呈歪斜状态的情况下，这种形状就成为沿旋转轴方向的速度分布变化很大的原因。相反，当压力面沿旋转轴方向的形状完全一致时，速度的分布大致均匀，流体将以相同的流速流出。下面，说明这时流量一定时，比较这两种状态的速度分布对性能的影响。压力面歪斜的叶片，对于根据流量计算出来的平均流速Vave来说，存在着局部流速V快速区域和慢速区域，向这种速度分布的各个微小区域输入的功率，向快速区域输入的功率大，而向慢速区域输入的功率小。因此，如公式(2)所示，由于输入的功率是按流速的平方增大的，在这种速度分布中，在高速区域中增加的输入功率要比低速区域减少的输入功率多，结果，总的输入功率比整体上速度分布均匀时的输入功率大。即，压力面相同的叶片，相对于由流量计算出来的平均流速Vave，在全体压力面上大致是同样的流速(Vave)，可以说是与速度分布相关的输入功率最少的状态。此外，从噪音方面来考虑，如公式(1)所示，由于压力面歪斜的叶片存在流速V快的区域，噪音增大了，而压力面一致的叶片，由于存在流速V快的区域，噪音就增大了，所以压力面一致的叶片上的速度分布所产生的噪音最低。从速度分布的观点来看，在旋转轴方向上压力面一致的叶片，其速度分布是一样的，所以在输入功率·噪音方面都是最佳的状态。因此，如上所述，使压力面18在旋转轴方向上完全一致，就能改善流体的均衡，提高送风性能，实现静音。

借助于规定叶片的流道宽度，也能提高性能，这方面的内容可用图5来说明。图5(g)中所示的叶片之间流道的宽度B，在叶片内径一侧为最大宽度Bmax，在叶片外径一侧为最小宽度Bmin。最大宽度Bmax可用图5(h)中所示的叶片内径r_in和叶片内径的前端以旋转轴线为原点所确定的叶片间隔θ来表示：Bmax＝r_in×sinθ，最小宽度Bmin则定义为叶片外径侧的最小宽度。在这种状态下，仅以流道宽度变化的比例Bmin/Bmax作为参数来评价风扇性能的结果表示于图7中。此外，把叶片的最大厚度固定下来，并把叶片内径、外径也固定下来，在内、外径的比例＝定数的条件下，对叶片内径、外径两端的各种条件都相等的形状(相同的R)进行比较。效率η是表示送风性能的直流风扇的风扇效率η，与上述的效率定义是相同的，通过从直流风扇的上游一直到下游的压力变化和流量，以及给与风扇的扭矩和转速来确定。这里，对效率η与流道宽度变化的比例Bmin/Bmax的关系加以说明。在直流风扇的排气口附近，由于流量Q是固定的，所以Bmin/Bmax越小，通过流道宽度Bmin处的流体速度就越大。

可是，按照流体的性质，流体的速度越大，在各流体区域中的损失也越大，所以，在直流风扇的下游侧，流速下降到与流量Q相对应的速度分布。因此，通过直流风扇施加扭矩T，使增速过大的流体，并不能使静压Ps上升，而只是增加了能量的损失。其结果是，对于流道宽度变化的比例Bmin/Bmax在55％以下的区域，流道宽度Bmin狭窄，将使效率降低。此外，在Bmin/Bmax大的区域，与这一比例小的情况相反，通过流道宽度Bmin的流体速度将减小。因此，在直流风扇的排气口要使得流体不要以过大的速度流出。在这种状态下，即使对直流风扇增加扭矩，流体将在通过直流风扇时，静压Ps和动压Pd都不会上升。其结果是，流道宽度变化的比例Bmin/Bmax在85％以上的区域中，显示效率比η/η_max的值减小，效率下降了。此外，流道宽度变化的比例Bmin/Bmax在60～80％的区域中，由于静压Ps、动压Pd、扭矩T的均衡良好，所以，效率比η/η_max的值就很高。从以上的分析可知，风扇的叶片之间的流道宽度，外径侧相对于内径侧在60～80％的范围内效率最高，能提高风扇的性能。当使室内机安装具有上述结构的直流风扇进行运转时，消耗同样的电力，能使风量增加，关系着空调机整体性能的提高。

以上，说明了在叶片之间形成相等间隔的直流风扇，但，也可以考虑使用不等间隔的直流风扇。下面将对此进行说明。目前，在空调机的室内机内部安装的直流风扇，很多都是叶片以不等的间隔布置在圆周方向上的。即，直流风扇的各叶片之间的Bmin、Bmax是不相等的，所以，各流道的宽度也不相等。这是因为应用于上述的现有技术中，由于直流风扇运转时发生干涉，它具有由于叶片相位的错开而使叶片音减小的效果，所以广泛使用于目前空调机的室内机中。因此，对于叶片间隔不相等的直流风扇，上述流道宽度变化的比例Bmin/Bmax在各叶片间隔上的值各不相同。这样，对于上述叶片间隔不相等的直流风扇，在同样的意义上使用了确定流道宽度变化的比例Bmin/Bmax的平均值。当在一个直流风扇部件的圆周方向上以不等的间隔布置了N块叶片时，成为Bmax＝r_in×sin(2π/N)，Bmin＝(∑B’min)/N。Bmax是根据直流风扇一个圆周上的N块叶片数量的平均角度计算出来的，Bmin是以直流风扇各叶片之间的最小流道宽度为B’min时，将全部叶片之间间隔的总和(∑B’min)除以叶片数量N所求得的平均值。这样，就能在同样的意义上确定不等间隔的直流风扇中流道宽度变化的比例Bmin/Bmax。

上述流道宽度的调节，基本上能通过调节叶片的厚度来完成。如果叶片之间的间隔是等间隔，而原来的流道宽度变化的比例Bmin/Bmax也为60～80％，只要是某些叶片(一片以上)的厚度与其他叶片的厚度不同就可以了(不是所有叶片的厚度都相同就可以)，如果叶片之间的间隔不相等，而原来的平均值也在上述数值之内，也可以是所有叶片的厚度都不相同。

图8表示现有的风扇与本实施例的风扇的性能比较。横坐标上表示风量之比Q/Q₀，纵坐标上分别为全部压力比PT/PT₀、输入功率比Lm/Lm₀、噪音值SL-SL₀。其中，Q₀、PT₀、Lm₀、SL₀表示现有的标准值。比较的条件是在同样转速下，现有风扇的形状与本实施例风扇的内、外径相同，因此，内、外径的比也相等。此外，相对于旋转轴方向，叶片的外径是变化的，以一个风扇部件在轴线方向的中间位置附近的外径作为最大外径，它是以直线的方式变化的。以上，既是在现有技术中，也是在本实施例中所使用的，具有抑制叶片音效果的措施。但，除此之外，叶片之间流道宽度的变化60～80％，两条圆弧反向，使压力面呈一致的形状，就不是现有技术中的措施。由此，正如图8中所示，当以各种风量比进行比较时，全部压力之比大约+20％；输入功率之比大约-10％；噪音值大约-1dB，可见，本实施例对性能的改进和噪音的降低都很明显。

本发明由于提高了直流风扇的效率，降低了它的噪音，提供了一种增大风量，降低噪音，节约电力而且安静的空调机。

Claims (8)

1.一种空调机，在该空调机的室内机中装有直流风扇，其特征在于，表示上述直流风扇的叶片断面厚度中心的弯曲线包括两条圆弧，并且各圆弧的弯曲方向互相相反。

2.一种空调机，在该空调机的室内机中装有直流风扇，其特征在于，构成上述直流风扇的叶片的压力面，相对于旋转轴方向是一致的。

3.一种空调机，在该空调机的室内机中装有直流风扇，其特征在于，上述叶片的厚度设定为，使得上述直流风扇叶片之间的流道宽度，外径一侧的宽度相对于内径一侧的宽度为60～80％的范围。

4.如权利要求3所述的空调机，其特征在于，上述直流风扇包含厚度不同的叶片。

5.一种空调机，在该空调机的室内机中装有直流风扇，其特征在于，表示上述直流风扇的叶片断面厚度中心的弯曲线包括两条圆弧，各圆弧的弯曲方向互相相反，并且叶片的压力面相对于旋转轴方向是一致的。

6.一种空调机，在该空调机的室内机中装有直流风扇，其特征在于，表示上述直流风扇的叶片断面厚度中心的弯曲线包括两条圆弧，各圆弧的弯曲方向互相相反，上述叶片的厚度设定为，使得上述叶片之间的流道宽度，外径一侧的宽度相对于内径一侧的宽度为60～80％的范围。

7.一种空调机，在该空调机的室内机中装有直流风扇，其特征在于，构成上述直流风扇叶片的压力面相对于旋转轴方向是一致的，上述叶片的厚度设定为，使得上述叶片之间的流道宽度，外径一侧的宽度相对于内径一侧的宽度为60～80％的范围。

8.一种空调机，在该空调机的室内机中装有直流风扇，其特征在于，表示上述直流风扇的叶片断面厚度中心的弯曲线包括两条圆弧，并且各圆弧的弯曲方向互相相反，叶片的压力面相对于旋转轴方向是一致的，上述叶片的厚度设定为，使得上述叶片之间的流道宽度，外径一侧的宽度相对于内径一侧的宽度为60～80％的范围。

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