JP2002061867A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】室内送風機構において風量を低下させることな
く、騒音を抑制する空気調和機を提供する。 【解決手段】室内機の送風ファンとして外径が変化する
貫流ファン２を備えた空気調和機において、羽根外径の
最大位置に対向するノーズ１０と上部ケーシング１９の
交点に整流ベーン１８を取りつけた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空気調和機であるル
ームエアコンやパッケージエアコンに係り、特に貫流フ
ァンを用いた室内ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年空気調和機においては、省電力化が
望まれている。省電力化を実現するための一つの手法と
しては、同じ電気入力に対する室内熱交換器の熱交換量
を増大させる方法がある。その一要素として、室内ファ
ンの高風量化が考えられる。

【０００３】しかし、高風量化に伴い騒音が増大するた
め、高風量・低騒音・高効率の室内ファンが求められてい
る。室内ファンの高風量化を図る手段として、第１に室
内ファンの回転数を上げること、第２に貫流ファン（横
流ファン、クロスフローファン）と舌部の間隔を制御す
ることが挙げられる。

【０００４】ところが、室内機動作時の乱流騒音（広帯
域騒音）がファン回転数の７から８乗に比例するため、
騒音とのバランスを考慮すると単に室内ファンの回転数
を上げることは好ましくない。

【０００５】そこで、騒音を増大することなく風量を増
大するためには、一般に後者の方法が用いられる。

【０００６】しかしながら、貫流ファンとノーズの隙間
を小さくすると、貫流ファンとノーズの干渉により、異
音(離散周波数騒音)が発生する。これは、貫流ファンを
構成する羽根がノーズを通過する際、羽根の移動方向に
対して直角に流れる空気流を羽根が通過するときに発せ
られる音である。

【０００７】この異音の発生を抑制しながら風量の増加
を図る空気調和機として、特開平９−１００７９５号公
報（以下、文献１と称する）に記載された空気調和機が
知られている。この文献1に記載された空気調和機は、
空気調和機の室内機のファンとして貫流ファンを用い、
この貫流ファンを構成する1枚１枚の羽根形状を工夫す
ることでこの貫流ファンの直径（外径）を回転軸（ファ
ンの中心部に実軸は存在しない）方向の位置において異
ならせるファン構造としている。羽根はファンの回転方
向に凹部を有する形状であり、幅を回転軸方向で変化さ
せているためファンを回転させたときノーズを通過する
タイミングが羽根の位置によって異なる。また、ファン
の外径が大きい部分は風量を出すので、風量を確保しか
つ異音の発生を抑制することができるというものであ
る。

【０００８】また、文献１のように貫流ファンの外形寸
法を回転軸方向において変化させる形状を有するもので
はないが、上記異音を低減させる従来技術として、特開
平１１-２５７２７５号公報（文献２）及び特開平５-１
６４３５３号公報（文献３）が知られている。文献２に
記載された異音低減方法は、貫流ファンに対向するノー
ズ（舌部）を、貫流ファンの全長に渡って空気吸い込み
側から空気吹出し側の背面ケーシング（リアガイダ、ス
クロール部）に向かって円弧状に形成することで、ノー
ズの空気吹出し側端部に衝突して乱れていた流れを再び
渦流となる流れと空気吹出し流路側に滑らかに２分する
ため、渦の乱れによって発生していた前記異音を低減す
ることができるというものである。

【０００９】また、文献３には、貫流ファンに対向する
舌部の上部と下部に貫流ファンの軸方向に間隔をおいて
突起を設けることで、舌部と貫流ファンの間隔を断的に
変化させ、渦流を変形させることで、前記異音（羽根音
（離散周波数騒音））を分散できるというものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】貫流ファンは、吸い込
み流路と吹き出し流路を分離するノーズのとの隙間を制
御することによって風量の増加が図れる。例えば、貫流
ファンとノーズの隙間を大きくすると異音(離散周波数
音)は低下するが、送風効率も低下する問題があった。
一方、貫流ファンとノーズの隙間を小さくすると送風効
率は増加するが、異音(離散周波数音)も増加するという
問題があった。

【００１１】この異音は、回転数に起因した周波数及び
その高次周波数成分の音圧が尖塔的となるため、広帯域
騒音である乱流音に比べて、聴感が悪いという問題があ
る。

【００１２】上記文献1は貫流ファンと舌部の隙間を貫
流ファンの外径寸法をファン軸方向の各位置において変
化させることで制御し、上記異音の低減を図りつつ風量
の増加を図る技術である。

【００１３】しかしながら、上記した異音の低減効果は
見られるものの、それとは異なる騒音が観測された。即
ち上述の異音は、ファンの回転数及び羽根の枚数によっ
て決まる音であるが、これでは説明のつかない音が発生
していることが分かった。

【００１４】一方、文献１及び文献２に記載の貫流ファ
ンはファン外径を変化させていないので、異音低減と風
量増加といった相矛盾する命題を実現するものではな
い。

【００１５】本発明の目的は、外径を回転軸方向に変化
させる構造を備えた貫流ファンを備えた空気調和機にお
いて、騒音を低減する空気調和機を提供することにあ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、室内機の送
風機として外径が変化する貫流ファンを備えた空気調和
機において、前記貫流ファンの外径の最大位置に対向す
る位置を含む位置であって、ノーズと上部ケーシングの
交点に突出部を備えることによって達成される。

【００１７】特に、前記上部ケーシングと前記ノーズの
交点を原点とし、前記上部ケーシングと前記突出部のな
す角を０度以上９０度以下としてもよい。

【００１８】また、特に、前記突出部の形状を台形状と
しても、円弧状としても、三角形状としてもよい。

【００１９】さらに、前記ノーズから前記突出部先端ま
での最大長さの位置が、前記対向する貫流ファンの外径
の最大位置と一致するように配置することが好ましい。

【００２０】また、好ましくは、前記貫流ファンの外径
の最大値と対向する前記突出部の先端に、切りかきを設
ける。

【００２１】また、上記目的は、室内機の送風機として
外径が変化する貫流ファンを備えた空気調和機におい
て、前記貫流ファンの外径の最小位置に対向する位置を
含む位置であって、ノーズと上部ケーシングの交点を切
り欠くことにより達成される。

【００２２】さらに、上記目的は、室内機の送風機とし
て外径が変化する貫流ファンを備えた空気調和機におい
て、前記貫流ファンの外径の最大位置に対向する位置を
含むノーズ先端辺と反対の辺を、他のノーズ先端辺と反
対の辺よりも前記ノーズとの間隔を小さくすることによ
って達成される。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を図1から
図7に基づいて詳細に説明する。図１にルームエアコン
の室内機の正面図を示す。化粧枠８の内部に熱交換器
４、室内機の一方の端、本実施の形態では向かって右端
に配置されたモータ１５、このモータ１５の振動を抑え
るための防振ゴム１４、その上部にこのモータ１５を動
作させる電気品箱６及びサイクル部品１６が配置されて
いる。このモータ１５によって駆動され前記熱交換器４
の下流側に設けられた貫流ファン（羽根車）２が配置さ
れている。この貫流ファン２は円板９の間に複数枚の羽
根１を配置した構成となっており、このような円板９と
羽根１の組が複数個で一つの貫流ファン２が形成され
る。この貫流ファン２が、正面から見て下から上に向か
って回転することで、化粧枠８の前面吸い込み口１７に
設けたグリル１１と上部グリル３からフィルタ１２を介
して空気を吸い込み、熱交換器４で熱交換された空気を
吸い込み流路と吹き出し流路を分離するノーズ１０、貫
流ファン２を通過して縦風向板１３、横風向板５のある
吹き出し口７から吹き出すように構成されている。

【００２４】文献１に記載された貫流ファンと同様、貫
流ファン２は羽根１幅を変化させることでその外径が円
板９の間で変化しており、本実施形態では円板９間の何
れかの位置で最大値を取る。このため、貫流ファン２の
外周で外径最大となる部分は回転軸に対して凸型とな
る。

【００２５】図２に図１記載のルームエアコン室内機の
縦断面図を示す。図中の２点鎖線は空気の流れを示す。
貫流ファン２の下流側には空気流路を構成する上部ケー
シング１９と、下部ケーシング２０が設けられている。
三段で構成された熱交換器４を介して流入した空気流の
大部分は、貫流ファン２の回転により上部ケーシング１
９、下部ケーシング２０を通って吹き出し口７から吐出
する。

【００２６】ここで貫流ファン２による送風の原理を説
明する。円板９間の外周部分に配置された羽根１が時計
方向に回転すると、ノーズ１０より上流側（ノーズ１０
先端と下部ケーシング２０の熱交換器４側先端とを結ぶ
線の熱交換器４側）の羽根１群は、翼理論に従って減速
翼となるので羽根間の流体を減速させ、圧力を上昇させ
る。一方、ノーズ１０と下部ケーシング２０に挟まれた
下流側の羽根１群は、増速翼となるため羽根間の流体を
増速させながら流体を吹き出す。

【００２７】貫流ファン２自体は軸を中心に時計周りに
回転しているが、流体は軸中心からノーズ１０側によっ
た点を中心に時計回りに回転する。これは、ノーズ１０
とファンとの間の間隔が狭いので、この部分を通過する
空気の流速が速くなることで圧力が低くなり、循環渦の
中心がノーズ１０よりに寄っていくためである。

【００２８】本実施の形態となるルームエアコンの平面
断面図を図３(ａ)に、ノーズ１０、上部ケーシング１
９、整流ベーン１８の矢視図を図３(ｂ)に示す。複数の
羽根1と円板9から構成され、貫流ファン２の回転軸方向
に外径の異なる部分を有するる貫流ファン２において、
貫流ファン２の最大径に対向するノーズ（舌部）１０
と、上部ケーシング１９の交点を含む位置に台形状の突
出部である整流ベーン１８を設けた。すなわち、ノーズ
１０の先端辺の反対の辺（上部ケーシング１９とノーズ
１０との交辺）が、貫流ファン２の外径が大きい部分に
対向する部分では、貫流ファン２との間隔を狭め、その
他の外径が小さい部分に対向する部分では貫流ファン２
との間隔をそれよりも広げるようにした。

【００２９】また、本実形態の図３(ａ)では整流ベーン
１８が、円板９に挟まれた複数の羽根１からなる貫流フ
ァン２の一ブロックの中間に位置しているが、貫流ファ
ンの最大径の位置に合わせて整流ベーン１８の設置位置
を回転軸方向に変える必要がある。

【００３０】図４に整流ベーン１８の有無に対する効果
の概略図を示す。図４(ａ)はルームエアコンの室内機縦
断面図を、図４(ｂ)は各々Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ断面図を示
す。

【００３１】整流ベーン１８が無い場合、文献１に記述
されているように、貫流ファン２の外径を一様でなくフ
ァンの回転軸方向（空気調和機室内機の幅方向）に変化
させることで風量を低下させることなくファン回転数に
羽根枚数を乗じた周波数の高調波が尖塔的となった騒音
を抑制することができる。

【００３２】しかし、図７に示すグラフにおける細線で
示されているように５００Hz以下の騒音が目立つように
なってきた。この騒音はゴロゴロと聞こえるもので、耳
障りな音である。図は、貫流ファン２を２０Hzで回転さ
せて測定した周波数分析結果である。この図によると、
ファン回転数の高調波成分が出現していることが分か
る。この低周波の異音は貫流ファンの外径が回転軸方向
に変化しない文献２や文献３に記載された貫流ファンで
はあまり目立たなかった騒音である。

【００３３】このファン外径寸法を変化させる貫流ファ
ンに限ってこの騒音が現れる原因を次のように推測し
た。図４を用いて説明する。整流ベーン１８がない場
合、貫流ファン２が回転することによる外径最大位置で
旋回速度は最大となる。そして、貫流ファン２内で形成
される循環渦は、外径が最大となる位置で流速が最大と
なり、外径がそれよりも小さい位置で流速は遅い。この
ため外径が最大となる位置における渦周りの圧力が低く
なり、その周囲の流れを引き込むように作用する。この
影響により、Ｂ−Ｂ断面では各ブロックの貫流ファンか
ら吹き出す流れが平面的ではなく、外径が最大となる部
分に引き寄せられながら、下部ケーシング２０から上部
ケーシング１９に向かう流れとなり３次元的な流れにな
る。この流れは常に同じ流れにはなり難く、流れる様子
が時々刻々変化する。この流れ方の変化は圧力変動を生
じさせる。音とは圧力変動そのものであるから、この圧
力変動が前述した低周波の異音(離散周波数音)の発生原
因となると考えられる。

【００３４】上述の知見によれば、発生原因はファン外
径が大きい位置、即ち流速が速い循環渦に周囲の空気が
引き込まれることによる流れの乱れが原因であると考え
られることから、周囲空気を引き込む力を低減すればこ
の低周波の騒音を低減することができると考えた。

【００３５】そこで、本実施の形態では、突出部（突出
片）である整流ベーン１８をノーズ１０と上部ケーシン
グ１９との交点であって、空気調和機室内機横幅方向に
ファン外径が最大となる位置を含む位置に、空気調和機
室内機横幅方向（ファン回転軸方向）に断片的に設け
た。換言すると、ノーズ１０と上部ケーシング１９との
交点であって、空気調和機室内機横幅方向にファン外径
が最小となる位置を含む位置を切り欠いて残余の部分は
必ずファン外径が最大となる位置を含む位置となるよう
にした。この残余の部分が突出部（突出片）である整流
ベーン１８である。

【００３６】これにより、ある一つのファン外径が大き
い位置に発生する循環渦に着目すると、この循環渦の最
も流速が速い外側の流れが循環渦を形成せず、吹出し口
７から吹出されてしまうので、ファン外径が大きい位置
に発生する循環渦の強さが低減される。このため、循環
渦が小さくなり、これに伴って周囲の空気を引き込む力
が弱くなることから、周囲空気の３次元的な乱れが抑制
・整流され、もって上述した低周波の異音の音圧レベル
を低減することができる(Ａ−Ａ断面参照)。

【００３７】次に、上記した整流ベーン１８の設置位置
について図５に基づいて説明する。この図は整流ベーン
１８の設置角度を示すものである。上部ケーシング１９
と舌部１０の交点を原点０に取り、上部ケーシング１９
の接線と整流ベーン１８のなす角をθとする。

【００３８】本実施の形態では上部ケーシング１９の接
線と整流ベーン１８のなす角θが、0度以上90度以下の
位置に突出部である整流ベーン１８を設けた。

【００３９】文献２に示された空気吹出し側端部（本実
施形態でいうところの整流ベーン１８）は空気調和機の
室内機の横幅方向全域にわたって形成されているが、あ
る断面を取るとθが０度より小さい場合（−θ）に相当
する。このようにθを０度より小さくしてしまうと、整
流ベーン１８自身が邪魔板となり、出口の流路面積が狭
まるために、整流ベーン１８の下流側で流れが剥離して
しまい、風量が減少するばかりか、剥離による騒音も懸
念される。

【００４０】一方、θが９０度より大きい場合では、整
流ベーン１８と貫流ファン２の間隔が大きくなるため、
各ブロック間での上記３次元的な流れを抑制することが
できない。更に、羽根車２内部の循環渦が貫流ファンか
ら吹き出した流れに影響を及ぼす。このため、整流ベー
ン１８の効果を十分に引き出すことができない。

【００４１】従って、整流ベーン１８の設置角度は０度
以上９０度以下とすることが望ましい。しかし、上記θ
を０度未満としても、風量減少といった問題はあるもの
の、上記３次元的な流れを抑制する効果はあるため、差
し支えのない範囲で０度未満としても機能する。

【００４２】ちなみに、ファン回転軸方向に貫流ファン
の外径が変化した形状を有する貫流ファンに対して、文
献２に記載のように空気調和機の室内機横幅全域（ファ
ンと対向する範囲）に整流ベーン１８を設けた場合、全
体的に、貫流ファン２と、上部ケーシング１９及びノー
ズ１０との交点との間隔を狭めるに過ぎないため、循環
渦の流速が速い個所と遅い個所が生じてしまい、文献１
に記載された従来技術同様の問題が生じてしまう。

【００４３】次に、図6を用いて本実施の形態における
効果を説明する。横軸は従来（文献１）のファン回転数
を１とした場合の回転数比を表す。縦軸は各々従来ファ
ンの風量、騒音を基準とした場合の風量比、騒音比を示
す。従来の形態を□、本実施の形態を○で示す。

【００４４】両者を比較した場合、同一回転数では風量
がほぼ同一であり、騒音は約０.５ｄＢ減少している。

【００４５】図７に同一風量時における、騒音の周波数
特性を示す。横軸には周波数を、縦軸には従来ファンの
騒音レベルを基準とした相対騒音レベルを示す。従来の
形態と本実施の形態を比較した場合、０から５００Ｈｚ
の周波数において、離散周波数音(異音)及び広帯域周波
数音(乱流騒音)は共に約８ｄＢ減少している。

【００４６】以上より、貫流ファン２の外径が大きい位
置を含む位置にノーズ１０と上部ケーシング１９の交点
に貫流ファン２方向に突出する整流ベーン１８を設ける
ことで、風量を低下させることなく、簡単な形状で聴感
上不快である低周波の離散周波数による騒音の発生を抑
制することができる。

【００４７】図８に整流ベーン１８形状の他の実施形態
を示す。ここでは整流ベーン１８を円弧形状としてい
る。整流ベーン１８の外周部に鋭い変曲点が無いため、
貫流ファンの回転数×羽根１の枚数に伴う、高周波の異
音、所謂羽根音(離散周波数音)を低減することができ
る。

【００４８】図９にさらに上記とは異なる整流ベーン１
８形状の他の実施形態を示す。この実施の形態では整流
ベーン１８の形状を三角形状とした。三角形状の整流ベ
ーン１８の作用は台形形状と同様であるが、台形状の整
流ベーン１８に比べ、ベーン自身の面積が小さい分効果
も低減する。

【００４９】図１０にさらに上記とは異なる整流ベーン
１８形状の他の実施形態を示す。貫流ファン２の羽根外
径の最大値と対向する整流ベーン１８の先端に、切りか
きを設けることを特徴とする。

【００５０】切りかきを設けることで、羽根１と整流ベ
ーン１８先端の局所的な干渉を低減することができるた
め、貫流ファンの回転数×羽根1の枚数に伴う、高周波
の羽根音(離散周波数音)を低減することができる。図１
０では、台形形状の整流ベーン１８の先端に切りかきを
設けているが、円弧形状及び三角形状の整流ベーンに適
用しても良い。

【００５１】また、図３、図８、図９及び図１０に示し
た整流ベーン１８の先端辺とノーズ１０の先端辺とを滑
らかな凹曲線でつないでも効果は同様である。

【００５２】さらに、上記実施の形態では貫流ファン２
の形状として、円板９間（１ブロック）にて外径の最大
値となるような形状（そろばん玉形状、鼓形状）とした
が、１ブロックにおける一方の円板９から他方の円板９
方向に外径を減少（増加）させてもよく、またこの外径
の変化が複数ブロックに渡っても、前述した実施の形態
と同様、整流ベーンを最大外径部を含む位置に配置する
ことで同様の効果を生じる。

【００５３】以上、本実施の形態によれば、風量を低下
させることなく、簡単な形状で聴感上不快である騒音の
発生を抑制する空気調和機を提供することができる。

【００５４】

【発明の効果】以上本発明によれば、外径を回転軸方向
に変化させる構造を備えた貫流ファンを備えた空気調和
機において、騒音を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す正面図である。

【図２】上記実施の形態の縦断面図である。

【図３】上記実施の形態の平面断面図と矢視図である。

【図４】上記実施の形態の効果概略図である。

【図５】上記実施の形態の縦断面図である。

【図６】上記実施の形態の効果図である。

【図７】上記実施の形態の効果図である。

【図８】本発明の他の実施形態の平面断面図と矢視図で
ある。

【図９】本発明の他の実施形態の平面断面図と矢視図で
ある。

【図１０】本発明の他の実施形態の平面断面図と矢視図
である。

【符号の説明】

１…羽根、２…羽根車、３…上面グリル、４…熱交換
器、５…横風向板、６…電気品、７…吹き出し口、８…
化粧枠、９…円板または円環、１０…ノーズ、１１…グ
リル、１２…空清フィルタ、１３…縦風向板、１４…防
振ゴム、１５…モータ、１６…サイクル部品、１７…前
面吸い込み口、１８…整流ベーン、１９…上部ケーシン
グ、２０…下部ケーシング、Ｏ…ノーズ１０と上部ケー
シング１９の交点、θ…上部ケーシング１９と舌部１０
のなす角。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 和利 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立栃木テクノロジー内 (72)発明者 宮崎 則夫 栃木県下都賀郡大平町富田709番地の２ 株式会社日立栃木エレクトロニクス内 Ｆターム(参考） 3L049 BB05 BB08 BC01 BD02

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】室内機の送風機として外径が変化する貫流
   ファンを備えた空気調和機において、前記貫流ファンの
   外径の最大位置に対向する位置を含む位置であって、ノ
   ーズと上部ケーシングの交点に突出部を備えた空気調和
   機。
2. 【請求項２】請求項1において、前記上部ケーシングと
   前記ノーズの交点を原点とし、前記上部ケーシングと前
   記突出部のなす角を０度以上９０度以下とした空気調和
   機。
3. 【請求項３】請求項１または２において、前記突出部の
   形状を台形状とした空気調和機。
4. 【請求項４】請求項１または２において、前記突出部の
   形状を円弧状とした空気調和機。
5. 【請求項５】請求項１または２において、前記突出部の
   形状を三角形状とした空気調和機。
6. 【請求項６】請求項３、４または５において、前記ノー
   ズから前記突出部先端までの最大長さの位置が、前記対
   向する貫流ファンの外径の最大位置と一致するように配
   置した空気調和機。
7. 【請求項７】請求項１または２において、前記貫流ファ
   ンの外径の最大値と対向する前記突出部の先端に、切り
   かきを設けた空気調和機。
8. 【請求項８】室内機の送風機として外径が変化する貫流
   ファンを備えた空気調和機において、前記貫流ファンの
   外径の最小位置に対向する位置を含む位置であって、ノ
   ーズと上部ケーシングの交点を切り欠いた空気調和機。
9. 【請求項９】室内機の送風機として外径が変化する貫流
   ファンを備えた空気調和機において、前記貫流ファンの
   外径の最大位置に対向する位置を含むノーズ先端辺と反
   対の辺を、他のノーズ先端辺と反対の辺よりも前記ノー
   ズとの間隔を小さくした空気調和機。