JP2007085356A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】
エアコンの室内ユニット用貫流ファンの風量を増大させつつ、異音の発生を抑制することを目的とする。
【解決手段】
貫流ファンの羽根車１０の円板７間に配置される羽根６の翼弦長を変化させることにより達成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ルームエアコンやパッケージエアコンに係り、特に、室内ユニットに用いられる貫流ファンに関する。

近年、ルームエアコン（空気調和機）の省エネルギー化を図る気運が高まってきている。ルームエアコンの省エネルギー化を図るためには、同じ電気入力に対する能力（室内熱交換器の熱交換量）を増大させる必要があり、この能力増大の一要素として、室内機の流量を増大することが考えられる。このためには、室内ファンの風量の増大を図ることが必須である。この室内ファンの風量増大を図る手法として、室内ファンの回転数を上げること、または、室内ファンである貫流ファンの外径を大きくすることが考えられる。ところで、室内機動作時の乱流音（広帯域の周波数帯域に分布する音）はファン回転数の７乃至８乗に比例するので、前者の手法では風量を３０％増すと９ｄＢも増加してしまう。一方、乱流音は、ファン外径の４乃至５乗に比例するので、後者の手法では５ｄＢの増加に留まるので、騒音（乱流音）を増加させることなく風量を増大させるためには後者の手法が向いている。

しかしながら、ルームエアコンの奥行き寸法は限られており、貫流ファンの外径を大きくすると、貫流ファンとノーズ間の間隙が小さくなることにより際立ってくる異音（特異音）、及び、室内熱交換器と貫流ファンとの間の距離が近くなることによるウェークをファンの羽根が通過することにより発生する音の問題が生じてくる。

これらの羽根音を低減する従来技術として、特開平６−１２９３８７号公報（文献１）や特開平６−１７３８８６号公報（文献２）が知られている。文献１及び文献２には、貫流ファン（クロスフローファン）の羽根音を防止するため、羽根の周方向取付ピッチを不等間隔にして、各羽根の周方向の位相を異ならせることによってピーク音を低減させ全体的に騒音を低減させることが記載されている。

一方、実開昭５７−１４０８９号（文献３）では、羽根要素群すなわち羽根車全体が中央部で細く、両端部で太くなる弧状として、さらに、騒音の位相をずらして全体的に静寂性を得るために羽根を捻る（スキューする）ように配置している。羽根音低減を目的とするものではないが、文献３と似た形状を有するものとして、クロスフローファンの軸撓みを軽減するため、ファンの両端部の外径を中央部の外径よりも大きくすることが特開昭
６０−２０９６９３号公報（文献４）に記載されている。

貫流ファンは、羽根車と吸い込み流路と吹き出し流路を分離するノーズとの隙間を小さくすることによって風量の増加が図れるが、羽根車とノーズ隙間が小さくなると前述の如く羽根音と呼ばれる異音が発生してしまう。この異音はファンの羽根数と回転数の積に等しい周波数及びその高次の周波数の騒音レベルをもち、周波数がばらついている乱流音
（空気流が流路の壁面に当る際に発生する送風音）に比べてピーク値が高く、尖頭的なスペクトルを有しているので聴感上悪化するという問題がある。上記文献１及び文献２に記載の技術は、羽根を周方向にランダムに配置して位相変調を施すことにより羽根音周波数を分散させて聞こえにくくしている。このように単純に羽根配置を不等ピッチ化しても、一枚の羽根がノーズを通過する際、羽根先端が同時に通過するために羽根音の異音を防ぐことは難しい。このため、風量を増加させる目的でノーズと羽根の隙間を小さくしていくと異音が増加してしまい、また、熱交換器と羽根とを近接させると熱交換器のパイプのウェーク流入（熱交換器を通過してくる空気流の速度分布はパイプ下流が小さい。この速度分布のまま空気流がファンの羽根に到達すると異音が発生する）による羽根音が際立って来るとともに騒音もレベルも高くなるので、低騒音を実現しつつ風量を増加させることができないという問題がある。

また羽根を軸方向に回転、または、捻る（スキューさせる）ことが記載された文献３は、羽根の異音発生防止には比較的効果は大きい。しかしながら、ファン端部にいくに従って大きくなる外径のため、ファン端部側のファン内部圧力が低下し、熱交換器側から流入してきた空気流の大部分は端部側を流れるので、ファン中央部付近の空気流量が減少し結果的に総風量が増加しないという問題があった。さらに、端部における風量は増加するので、これに伴って乱流音が増加してしまうという問題があった。文献４に記載のものは、羽根についてはスキューなどが施されておらず、風量低下の問題や騒音（乱流音や異音）の問題がある。

本発明の目的は、異音の発生を抑制しつつ風量の増加を図る空気調和機を提供することにある。

また、異音の発生を抑制しつつ風量の増加を図る貫流ファンの形状を提供することにある。

上記目的は、室内機の送風ファンとして貫流ファンを備えた空気調和機において、前記貫流ファンを円板で仕切られる複数のブロックに分割し、少なくとも一つのブロックの羽根外径をそのブロックの円板間において変化する部分を有し、前記少なくとも一つのブロックと隣接するブロックの隣接部での羽根外径が異なる構造とすることにより達成される。

また、上記目的は、貫流ファンを円板で仕切られる複数のブロックに分割し、少なくとも一つのブロックの羽根をファンの軸線に対して傾斜をもたせ、前記少なくとも一つのブロックと隣接するブロックの隣接部での羽根外径が異なる構造とすることにより達成される。

上記手段によって得られる作用を簡単に説明する。複数のファンブロックにより構成される貫流ファンの少なくとも一つのファンブロックの羽根外径を変化させると、一枚一枚の羽根はファン回転方向に凹部を有する前向き羽根形状を有しているため、羽根外周部すなわち羽根後縁が回転軸線に対して傾斜する。このため、ノーズや熱交換器のパイプに対しても傾き、羽根後縁がこれらのウェークを同時に通過することがなくなる。従って、ウエークを羽根が通過することによって発生していた音のスペクトルが分散され異音が抑制される。また、羽根外径の大きい部分と小さい部分があるので、外径の大きい部分では風速が大きく、外径が小さい部分では風速が小さくでき羽根車の吸い込み側風速分布を局所的に積極的に変化させることができ、羽根音の発生原因であるノーズ、及び熱交換器パイプのウェークに軸方向分布がこれも局所的にできるため羽根音が抑制される。そして、羽根外径の大きい部分では従来より風量が増加し、ノーズと羽根の隙間を一層小さくできるので高風量化が実現できる。

本発明によれば、聴感上問題のある羽根音の発生を防止しつつ、ルームエアコンの省電力を実現する高風量化を達成することができる。また、反対に、風量を変えないものとすれば、より一層の静音化を実現することができる。また、風量を変えないものとすれば、異音の発生が減少するので、貫流ファンの外径を変えることなしにノーズとファンとの間隙を小さくすることができるので、ルームエアコンを小型化することができる。

本発明の一実施の形態を図１乃至図８，図１３及び図１４に基づいて説明する。図１にルームエアコンの正面断面図を示した。化粧枠２８の内部に熱交換器１６，モータ２３，貫流ファンである羽根車１０及びプレフィルター１２等の主構成部品が納められている。向かって右側に、モータ２３，モータ２３の振動を抑制する防振ゴム２１，その上部にモータ２３などを動作させる電気品２４，サイクル部品２５が配置されている。羽根６及び円板７を主構成要素とする羽根車１０は、モータ２３によって切り欠け部から見える側の周囲が下から上にいくように回転する。化粧枠２８の前面及び上部に設けられたグリル
１３と上部グリル１４からプレフィルター１２、及び空清フィルター１５（図１に図示せず）を介して吸い込まれた空気は熱交換器１６で熱交換され、吸い込み流路と吹き出し流路を分離するノーズ１１，羽根車１０を通過して縦風向板１８，横風向板１９のある吹き出し口２６から吹き出す。羽根車１０は、羽根６の外径を円板７間で変化させており、このためノーズ１１上面に対して羽根の外周部分すなわち後縁が傾斜している。さらに、縦風向板１８は羽根車１０の外径の小さい部分に配置している。

図２は図１に記載のルームエアコンの縦断面である。羽根車１０の後部には空気流路を構成するケーシング１７が設けられ、その後部には冷媒の配管２０が通っている。３段で形成された熱交換器１６（除湿の場合は上２段が加熱器として働き、下１段が冷却器として働く）を介して流入した空気の大部分は、羽根車１０の回転によりケーシング１７に沿って吹き出し口から排風される。

貫流ファンによる送風の原理を説明する。円板７間の外周部分に配された羽根６が時計方向に回転すると、ノーズ１１より上流側の羽根６の群は、流体工学での翼理論に従った羽根翼間の風速変化を減速流となるような流れに転向させ（圧力が上がり）る。ノーズ
１１とケーシング１７で囲まれた部分の羽根６群は、羽根翼間で流れを増速させながら
（この部分の翼間流れが羽根が回転方向に凹となる前向き羽根のため増速される）圧力上昇して吹き出されものである。この際、貫流ファン（羽根車１０）自体が軸を中心に時計回りに回転しているのであるが、空気流は軸中心からノーズ１１側に寄った点を中心に時計回りに回転する。

これはノーズ１１から上流側の圧力が低いため、風向板１８のある吹き出し側の空気流の一部は羽根６とノーズ１１の隙間を通して吹き出し側からノーズ１１上流側に漏れ、また、ノーズ１１の上流側の羽根６群に吸い込まれてその部分で循環すなわち渦が発生するためである。そのノーズ１１の上、下流での漏れ量すなわち有効に吹き出されない量は、ノーズ１１の上、下流の圧力差と羽根６とノーズ隙間に比例することからその量は羽根６とノーズ１１との隙間が大きい場合にはルームエアコンの風量全体の２０％に及ぶ場合がある。従って、この間隙を狭くすることも風量を増大するためのファクターでもある。

この時、羽根６とノーズ１１の隙間からの高速の漏れ流れは羽根車１０と同じ方向に回転しながら熱交換器側のファン内に流入するのに対して、その上部では熱交換器からの低速の流れが羽根車の軸中心方向に向かって流入する。このため羽根６が回転してこの部分を通過する際に強い風速分布の歪（一般的にこのような流れを後流、または速度歪、またはウェークと呼ぶ）の中を通過する。このように、羽根がウェークの中を通過すると羽根に揚力変動が誘起される。羽根一枚は一回転の間に一回の強い揚力変動が誘起されるが、羽根車が一回転すると円板７の外周上には複数枚の羽根（例えばＺ枚）が配置されていることから、Ｚ回、すなわち回転数がＮ（ＲＰＳ）の場合Ｎ・Ｚの周波数の揚力変動が羽根車に誘起される。羽根が揚力変動を誘起するとカールの理論により音が発生する。これが羽根音発生のメカニズムであり、周期性があって甲高く耳障りな異音として認識される。

この音の音圧レベルは、（１）式の羽根一枚に誘起される揚力変動（ノイマンによる）をカールの音圧の式（２）式に代入し、さらに（３）式の音圧レベルの式に代入して求められる。

ここで、L(ω),ρ，Uは変動揚力（周波数ωの関数），密度，代表平均速度（翼間風速で主音源がファンの吹き出し側にある貫流ファンでは風量に比例する）、Wpはノーズ１１近傍で循環する渦の回転する速度とその上で熱交換器を通過してくる空気の速度差（一般的にノーズと羽根の隙間が小さいほどWpは大きい）、c，bはそれぞれ羽根の翼弦長、羽根音を発生する原因である羽根が同時にウェークを通過(一般的にはノーズ部分を通過する)するときの羽根の軸方向長さでファン要素での最大長さは円板７間の羽根軸方向長さである。φはWp と翼弦方向のなす角度、f，αはそれぞれ羽根の翼弦長に対する最大高さ（通常翼のそり具合を示す）、αは流入空気と羽根のなす迎え角、Ff(ω)，Fα(ω) はそれぞれ羽根にそり、迎え角があるために発生する揚力変動項、S(ω) はWp成分によって発生する変動揚力項である。a₀，x，xi，sはそれぞれ音速、ファンから音の観測点までの距離、ファンと観測点の方向余弦、複数のファン要素全体の長さ、さらにp₀は騒音レベルの基準となる音圧レベルである。

これら（１）式，（２）式及び（３）式から揚力変動の時間微分が羽根音になることが分かる。（１）式の左辺において、揚力変動を小さくできるものはU，Wp，c，bであるが、Uは風量に比例することから同一外径では変えられない。また、Wpはノーズと羽根の隙間を小さくしていくと大きくなってしまうので、高風量化をしていくとこれは今後ますます大きくなる方向であり、この項を小さくすることはできない。従って、最も有効に羽根音低減可能な項は、c若しくはbを変える他ない。しかも、bはノーズ近傍を羽根が通過して羽根音が発生する最小長さであり、cはその最小長さの部分の羽根の翼弦長であるのでこの長さが軸方向に同時刻にならないように（ω項に位相差項がつくように）変化させる必要がある。この項を低減するための羽根車１０の外観を図３に示す。羽根車１０は、主
にボス２，端面円板４，羽根６，円板７，端面板８、さらに軸９から構成される。円板間の羽根の取付け位置が変化していることが判る。これは後述するように、羽根６の形状が円板間において変化するためである。外観上ボス２がある端面円板７がある側から次の円板にかけて線形に外径が減少し、次の円板において増大し、これが繰返し表れて軸９の存在する円板に至るように見える。

円板間のブロック単位にした斜視図を図４に示す。羽根車１０の端面円板４部分でボス２，軸穴１，ビス穴３をもっている。ボス２を有する端面円板４側から円板７にかけて羽根の幅が小さくなっていることが判る。羽根１枚１枚は、図示の如く平板ではなく、長手方向全長に渡って幅方向に円弧状になっていることがわかる。また、羽根自体は長手方向には捻れていない。

このようなファンの製造は、奥にいくに従って細くなる複数の羽根の型にファン材料を流し込み、円板裏面に他のブロックの羽根が接着されるように凹部が形成されるような複数の凸部を有する型で押圧し、型から外すことにより同一構造の複数の羽根と一体成型された一枚の円板を複数製造し、必要個数接着または溶着することにより羽根車１０が製造される。同一形状のものを量産することが可能であること、及び、ファン形状をスキューのないものとすれば、型から外す際に捻じりながら外す必要がないのでコストを増大させずに異音の少ない風量を大きくしたファンを提供することができる。また、図示されていないが端面円板４と軸９の間には防振構造をもっている。

本実施の形態では、羽根車をプラスチックで製造する場合を示したが、この羽根車を鋼板、またはアルミ板を用いて作る場合には、羽根は長手方向に羽根車の全体長で作る。

次に、図５に示した羽根車１０の正面図の軸方向に切断した縦断面図を図３に示す。上下の羽根６は羽根の正射影であり、羽根の羽根車内面側は直線状に揃っており外周側が単調に変化していることが判る。また、端面円板４とボス２の間には防振ゴム５がついている。羽根６は一方の円板７から他方の円板７間で外径が単調に増加している。

以上説明したような構造形状を持った羽根車７が騒音の元となる異音を抑制しつつ風量増加を図ることができる作用について図６乃至図８，図１３乃至図１４を用いて詳細に説明する。図６（ａ）に円板７間に羽根が取り付けられた羽根車１０の１ブロックの断面図を示す。羽根外径Ｄ₂の小さいa-a断面（図６（ｂ）と羽根外径Ｄ₂の大きいb-b断面図６
（ｃ）では羽根の翼弦長ｃが異なる。このような形状を有するため、異音の低減にこれまで最も良好とされていたスキューに比べてさらに効果がある。

羽根６の外周部または後縁部がa-a断面からb-b断面方向に向かって回転方向に対してその位置がずれていくため、換言すると、ファンの軸線に対して羽根の長辺が傾いているため、ファンが回転するとまずb-b断面側の羽根部分が先にノーズ近傍を通過、a-a断面側は遅れて通過する（これは、羽根に捻じれがあるからではなくｂ−ｂ断面の羽根の翼弦長が長いため円板の円周方向に延びるからである）。この時、ノーズ近傍では図１３に示すように、回転している羽根６は、前述したノーズ１１と羽根との隙間から漏れてまた羽根に吸い込まれる流れと、熱交換器を通過してくる比較的遅い流れとをこの順番で横切る。この風速の差が存在する部分を速度歪が存在する部分という。もし、この速度歪が存在する部分をファン軸線に対して平行な羽根が横切ったとしたら、羽根先端部が同時にこの速度分布が不均一な個所を横切るので前述の如く羽根枚数と回転数の積で表される周波数の音及びその高次高調波が発生する。

ところが、本実施の形態による羽根形状では、軸方向に羽根６がこの速度歪を時間差をもって通過することから（１）式から羽根音が発生する最小長bが小さくなり、さらにその羽根音が発生する最小長bが次々と遅れて通過することでω項に時間遅れによる位相差が発生して揚力変動に位相変調が生じて尖頭的な周波数をもった羽根音が発生しにくくなる。この作用は、不等ピッチでは得ることはできないがスキューでは同様に得ることができる。

ところで、本実施の形態によれば、さらに羽根外径が軸方向に変化しているために、外径が大きい部分では風量が大きいので風速が早く、逆に、外径の小さい部分では風速が遅くなる。このため、図１３に示すように、ファン軸方向にも積極的に速度分布を作り出すことができるので、羽根に風が突入する時間が変化してすなわち位相差を積極的につけられることから上述と同様に羽根音低減の効果が顕著になる。この点が、上記スキューでは得ることができない効果である。

羽根音の他方の原因として挙げられる熱交換器のパイプからのウェークについても同様である。図１４に熱交換器下流の風速分布を示す。ファンの回転に伴って発生した熱交換器からの吸い込み空気流は、一様な速度分布を有するものではなく、フィン２９とパイプ３０からなる熱交換器１６の下流は特にパイプ下流に風速の遅いウェークができる。ファンの羽根が軸線方向に平行であると羽根の長辺先端が同時に速度分布が変化する個所を横切ってしまうため、異音が発生してしまう。さらにスキューでは、速度分布が変化する個所を同時に通過することはないが、ある程度以上の異音の発生を抑制することができない。

一方、本実施の形態による羽根形状では、流入空気流の全てが軸方向に変化するので、前述と同様な音のスペクトルを効果的に分散させることができるので羽根音の発生を抑制することができる。

一方風量については、貫流ファンでは外径が大きくなると風量が増えることは前述した通りである。また、風量を増やす場合にファン回転数を上げて増やす場合に比べて、外径を大きくして増やした方が乱流音による騒音増加を抑制できることも前述の通りである。本実施の形態では、外径が小さい部分の径を従来径と同じ径にすれば、その部分においては従来の風量が確保され、ブロック内の外径が大きい部分では風量が増加するので、全体では風量を増やすことができる。

そして、異音の発生を抑制できる羽根形状であることから、ノーズ１１と羽根車７との間を近接配置させることができるので羽根車の直径を大きくすることができ、従って、異音を抑制しつつ風量を増加させることができる。

さらに、図１に示した縦風向板１８を羽根車からの吹き出し風速の小さい部分に設置したので、羽根車の音と共に問題になる風向板から発生する音を低くすることができ、風向板に当たる風速による風向板圧力損失を低減する作用がある。

図７に、上記した羽根車１０をルームエアコンに組み込んだ場合の実験結果を示す。実験条件は、羽根車の外径が一定で不等ピッチ（ランダムピッチと呼ぶこともある）の従来の羽根車（外径９０ｍｍ）と本実施の形態に係る羽根車１０の外径比が１.０３（小さい外径側９０ｍｍ、大きい外径側９３ｍｍ）、回転数を一定で、このときの風量に対する静圧特性及び騒音特性を、従来の羽根車の動作点を１００％として比較したものである。また騒音スペクトルはいずれも風量比１００％の場合である。なお、羽根外径とノーズとの隙間は従来羽根では９ｍｍ、本実施の形態では５ｍｍであり、異音発生メカニズムと照らし合わせると本実施の形態に対する実験条件を厳しくした。

外径比が１.０３の場合にはランダムピッチファンに比べて騒音特性（異音だけでなく乱流音を含む）は同じなのに対して風量・静圧が向上して、高風量化に適している。また、騒音スペクトルでは従来羽根車では羽根音の１次，２次成分が尖頭的に突出しているに対し、本実施の形態では羽根音の尖頭スペクトルがなくなり平坦化していることが判る。従って、聴感上気になる異音の低減効果が優れていることが分かる。

図８に両羽根車で羽根車で羽根とノーズとの隙間を変えた場合の風量一定時の騒音レベル、及び羽根音レベルを比較した図を示す。従来羽根では騒音レベル，羽根音レベルともに隙間を８ｍｍ以下にすると高くなり、かつ隙間が１０ｍｍ以上になると羽根音レベルは低いが隙間からの漏れ流れが大きくなることに起因して騒音レベルが高くなる傾向に対して、本実施の形態の羽根では羽根の最大外径部分とノーズとの隙間が４.５ｍｍまでは羽根音の発生は顕著ではなく騒音レベルも低い。また、隙間が大きいほうでは従来羽根と同様な傾向にある。本結果から本実施の形態でのルームエアコンでは羽根音の発生も少なく高風量化を実現する隙間の最適値は４.５〜６.５ｍｍであることが分かる。

ちなみに、図３では羽根６は回転軸に対して捻れて、または回転しているように見えるが前述の如く、羽根の翼弦長を変えたためである。

また、図３ではファン要素は７つで構成されているが何個でもよく、同一羽根車長さでは個数を増やすと羽根６外径の傾斜は急傾斜となる。また羽根６は不等ピッチに配置してもよい。

本実施の形態によれば、上記した異音を抑制しつつ高風量化を実現することができるという効果の他、ファン要素（ブロック）間で外径を変化させるという簡単な構成であるので、スキューに比べて製作が容易になり、この分高風量化を達成する上でコスト増加につながらず、羽根が直線上であるために貫流ファンの風量・圧力特性の予測，騒音予測がし易く、エアコン開発時の設計時間を短縮することができ、曲線状に比べ羽根ブロック全体の強度が向上する効果がある。

図９に本発明の他の実施の形態を示す。上記第１の実施の形態ではファン１ブロック
（円板から円板までの要素）の羽根外径の変化は一方の円板から他方の円板まで単調に直線的に変化していた。図９（ａ）では局所的には従来の羽根車と同様に要素内で変化しない部分があってもよいが、特にノーズとの隙間が小さくなる羽根外径の大きい部分では要素内で外径を変化させるものである。このようにすると外径変化すなわち羽根後縁の傾斜を上述の実施の形態以上に大きくでき、より羽根音の発生を防止できる。同様の効果は、図９（ｂ）のようにファン１ブロック当りの外径の変化を回転軸に対して凹状にすることによっても得ることができる。なお、本実施の形態では凹状であるが、凸状でも同様の効果を得ることができる。

また、図９（ｃ）では要素内での外径変化にその変化が増加から減少の二つの状態を含むものであり、要素内での羽根の傾斜をより大きく取ることができ熱交換器，ノーズがさらにファンに近接した場合でも、音のスペクトル分散がよりなされるので、羽根音発生が抑制され、さらに高風量化が期待できる。

図１０に本発明の他の実施の形態を示す。図１０（ａ）に羽根車１０の軸方向断面を、図１０（ｂ），図１０（ｃ）に図１０（ａ）のa-a,b-b断面図を示す。ファン１ブロック内で羽根６の翼弦長（ｃ）をすなわち羽根の外径及び内径を複数個所変化させている。量産には不向きではあるが、この様にすると、羽根音などの流体音の発生について、現在知られている翼面上の力の変動すなわち揚力変動の時間微分が音になるというカールの理論によれば、軸方向に羽根の負荷変動すなわち揚力変動を上述の実施の形態以上に時間的に変えることができ、軸方向にファン上流側風速分布を積極的に変えることができるので、羽根音の発生防止に効果がある。

図１１に本発明の他の実施の形態を示す。図１１（ａ）は翼弦長変化がファン１ブロック中央付近で軸に対して凸状となるもの、図１１（ｂ）は凹状になるもの、図１１（ｃ）は羽根外径部分に型の抜き勾配程度の平行さを許容して羽根外径部分に平行部分を設けたものである。その効果は、上記実施の形態と同様異音が低減される。

図１２に本発明の他の実施の形態を示す。貫流ファンでは吸い込み流路と吹き出し流路を分離し圧力を上昇するためのノーズ１１が必要であるが、上記実施の形態では、ノーズは直線的で変化しない形状であったのに対して、本実施の形態では、羽根外径の小さい部分でノーズ１１との隙間を小さくした点が異なる。

上記種々説明した本発明に係る羽根車を使うと通常ではノーズ１１と羽根６の隙間が羽根外径の小さい部分では大きく外径の大きい部分では小さくなる。貫流ファンの主音源は、前記説明した通り、羽根外径の大きい部分（すなわち羽根後縁での相対吹き出し風速の大きい部分）であるので、音は羽根６の外径の大きい部分で発生している。そこで、羽根外径の小さい部分でノーズ１１との隙間を小さくしても音の増加をほとんどさせずに風量の増加が図れる点に着目して、羽根６外径の小さい部分のノーズ１１形状をファン軸方向に凸状とした。すなわち、ノーズと羽根の外径との間の間隙を、いずれの位置においてもほぼ一定となるようにノーズの形状を定めたものである。本実施の形態によれば騒音同等で風量を約３％程度増加できる効果がある。

本実施の形態では羽根外径の小さい部分のノ−ズ隙間を小さくして高風量化を図ったが、一層の高風量化を実現するために、羽根外径の小さい部分のノ−ズ高さを高くして、すなわち羽根後縁に対して逆傾斜がつくようにして一層隙間を小さくしてもよい。このようにすると羽根後縁がノ−ズ近傍を通る際に一層の位相差をつけることができ、羽根音発生を抑えながら一層の高風量化を実現できる。

ところで、上記の如く、ノーズを羽根外縁に沿った形状にすると漏れ流れには効果を発揮できるが、製品組立時にファンの軸方向位置にずれが生じた場合、羽根とノーズ隙間が急激に小さくなることがあり、製品によって羽根音が発生してしまうことから、音感上好ましくないという問題があった。次に説明する実施の形態では、製品組立時のファンの軸方向位置のずれがあった場合でも羽根音の発生を防止しつつ、高風量を静音で実現するものである。

即ち、貫流ファンの少なくとも一つのファンブロック内で、ノーズ外縁を構成する線または面に隙間を変化させる変曲点を有し、概羽根外径が小さくなる部分でノーズを流路側に凸とすると、空気調和機の組立時、ファンが軸方向にずれても、急激に隙間が小さくなることがなくなり、製品ごとに羽根音がばらつくことがなく音感上高品質を保った状態で高風量を静音で実現する空気調和機となる。

また、羽根外縁の傾斜と逆となるようにノーズ外縁を傾けることも、羽根に流入する熱交換機のパイプウェーク形状にファン軸方向に変化をつけることが可能となり、これも羽根音の発生防止が可能となる。

両者を組み合わせて用いることで、ファンとノーズの干渉によって発生する羽根音、さらに、熱交換機のパイプウェークと羽根の干渉によって発生する羽根音いずれの発生も防止できる。

以下、説明する。図１５に、羽根外縁とノーズの回転軸方向の変化状況を示す。概ね３つのファンブロックの軸方向変化状況とそれに隣接するノーズ形状が示されている。羽根車１０の羽根６は左から右へ比較的単調に羽根外径が大きくなっている。ノーズ１１の羽根外縁に隣接する部分の形状は羽根外径が小さい部分ではノーズ１１と羽根６の外縁との隙間が小さくなるように流路側に凸となっている。また、ノーズ形状は、上記実施の形態とは異なり、ファンブロック間で羽根６外縁形状に沿って変化するのではなく、特に、羽根６外径の小さい部分で流路側に凸となるようにファン回転軸方向に変曲点をもって変化している。

ノーズ１１の形状をこのようにすると、羽根６の外径が小さくノーズ１１との隙間の大きくなる部分での漏れ流れを防止して、高風量化を実現しつつ、空調機の組立時にファンの取り付け位置が多少ずれても、羽根６とノーズ１１の隙間が急激に狭まることがなくなる。このため、羽根音の発生が量産している製品毎に異なるということがなくなる（品質のばらつきをなくすことができる）。なお、変曲点を一カ所としたものを示したが、複数個でもよい。

羽根音の発生が十分防止できた場合の静音化の効果を図１６に示す。上記ノーズ１１を、概ねファンブロック長さの半分の長さに適用した場合について説明する。図示の如く、ファン外径は最小９０ｍｍ，最大９３ｍｍで、ファンブロック長さは６０ｍｍ、ノーズ隙間はファン最大外径位置で４.７ｍｍ，最小外径位置で４.５ｍｍで、ファン最大外径部分のノーズはファン回転軸に平行で途中からファン最小外径部に向かっては、隙間が急激に狭まる構造をもっている。

従来のノーズ形状を変化させない場合に比べて、同一風量では約１ｄＢの騒音低減効果があることが分かる。これは同一騒音では約０.３m³／min の高風量化を実現できることを意味する。

図１７は本発明の他の実施の形態である。貫流ファンの羽根車１０は、上記実施の形態と同様に、左から右に向かって外径が大きくなっていて、羽根６の外縁が回転軸に対して傾斜していて、かつノーズ１１の上部も羽根の傾斜方向と逆方向に傾いている。このような構造を採用すると、熱交換器６のパイプ２９からのウェークがノーズ高さの影響を受けて、ファンの回転軸方向に同相性が崩れて羽根音が発生しにくくなる効果がある。

図１８、本発明の他の実施に形態における室内ユニットで、特にノーズと羽根車が近接する部分の斜視図を示す。ノーズ１１を、羽根車１０と隣接する部分では図２に示すようにノーズ１１隙間が軸方向に変化するように、また、ノーズ１１の高さは熱交換器のパイプ２０からのウェークが軸方向に同相性を崩すようにしたもので、この実施の形態によれば、ほとんど全ての羽根音発生を防止出来る効果がある。

以上、これまで述べた種々の実施の形態によれば、聴感上問題のある羽根音の発生を防止しつつ、ルームエアコンの省電力を実現する高風量化を達成することができ、また、反対に、風量を変えないものとすれば、より一層の静音化を実現することができる。また、風量を変えないものとすれば、異音の発生が減少するので、貫流ファンの外径を変えることなしにノーズとファンとの間隙を小さくすることができるので、ルームエアコンを小型化することができるという効果の他、羽根音発生防止を羽根車の捻り無しに実現できることから低コストを実現でき、さらに貫流ファンの高圧化によって熱交換器の圧損が増える場合でもサージングのない低騒音の空調機器を実現でき、ユニットの小型化を実現できる効果がある。また、貫流ファンはルームエアコン，パッケージエアコン、さらにＯＨＰ,パソコンなどの空冷電子機器で幅広く使われていてこれらの小型，高風量，低騒音化にも効果がある。

本発明の一実施の形態を示す正面縦断面図である。 上記実施の形態の縦断面図である。 上記実施の形態の羽根車外観図である。 上記実施の形態の羽根車の斜視図である。 上記実施の形態の羽根車の正面断面図である。 上記実施の形態の羽根車の縦断面図である。 上記実施の形態の効果を示す図である。 上記実施の形態の効果を示す図である。 本発明の他の実施の形態の羽根車の要素の正面断面と正面図である。 本発明の他の実施の形態の羽根車正面断面図と縦断面図である。 本発明の他の実施の形態の正面断面図と正面図である。 本発明の他の実施の形態の平面断面図と縦断面図である。 異音発生原理と抑制作用を示す図である。 異音発生原理と抑制作用を示す図である。 本発明の他の実施の形態の平面断面図である。 図１５に示す実施の形態の効果を示す図である。 本発明の他の実施の形態の正面図である。 本発明の他の実施の形態の斜視図である。

符号の説明

１…軸穴、２…ボス、３…ビスネジ、４…端面円板、５…防振ゴム、６…羽根、７…円板、８…端面板、９…軸、１０…羽根車、１１…ノーズ、１２…プレフィルター、１３…グリル、１４…上部グリル、１５…フィルター、１６…熱交換器、１７…ケーシング、
１８…縦風向板、１９…横風向板、２０…配管、２１…防振ゴム、２２…軸受、２３…モータ、２４…電気品、２５…サイクル部品、２６…吹き出し口、２７…前部吸い込み口、２８…化粧枠。

Claims (22)

1. 室内機の送風ファンとして貫流ファンを備えた空気調和機において、前記貫流ファンを円板で仕切られる複数のブロックに分割し、少なくとも一つのブロックの羽根外径をそのブロックの円板間において変化する部分を有し、前記少なくとも一つのブロックと隣接するブロックの隣接部での羽根外径が異なる構造とした空気調和機。
2. 請求項１において、前記貫流ファンの羽根の外径が小さくなる位置に対応する位置に縦風向板を配置した空気調和機。
3. 請求項１において、前記空気調和機は、吸い込み流路と吹き出し流路とを分離するノーズを有するものであり、このノーズの形状を変化させるようにした空気調和機。
4. 請求項３において、前記ノーズの先端形状の変化は、前記羽根形状に合うものである空気調和機。
5. 請求項３において、前記ノーズの先端形状の変化は、前記羽根外径が小さい部分に対応する部分の傾きが大きくなる変化である空気調和機。
6. 請求項３において、前記ノーズの先端形状の変化は、このノーズの高さを前記ブロック内で前記貫流ファンの回転軸方向に変えたものである空気調和機。
7. 請求項１において、前記空気調和機は、吸い込み流路と吹き出し流路とを分離するノーズを有するものであり、このノーズの形状を前記羽根形状に合うようにした空気調和機。
8. 室内機の送風ファンとして貫流ファンを備えた空気調和機において、前記貫流ファンを円板で仕切られる複数のブロックに分割し、少なくとも一つのブロックの羽根をファンの軸線に対して傾斜をもたせ、前記少なくとも一つのブロックと隣接するブロックの隣接部での羽根外径が異なる構造とした空気調和機。
9. 請求項８において、前記空気調和機は、吸い込み流路と吹き出し流路とを分離するノーズを有するものであり、このノーズの形状を前記羽根形状に合うようにした空気調和機。
10. 室内機の送風ファンとして貫流ファンを備えた空気調和機において、前記貫流ファンを円板で仕切られる複数のブロックに分割し、少なくとも一つのブロックの羽根を吸い込み流路と吹き出し流路とを分離するノーズに対して傾斜をもたせ、前記少なくとも一つのブロックと隣接するブロックの隣接部での羽根外径が異なる構造とした空気調和機。
11. 請求項１０において、前記ノーズの形状を前記羽根形状に合うようにした空気調和機。
12. 室内機の送風ファンとして貫流ファンを備えた空気調和機において、前記貫流ファンを円板で仕切られる複数のブロックに分割し、少なくとも一つのブロックの羽根の翼弦長が変化する形状を有し、前記少なくとも一つのブロックと隣接するブロックの隣接部での羽根外径が異なる構造とした空気調和機。
13. 請求項１２において、前記貫流ファンの羽根の翼弦長が小さくなる位置に対応する位置に縦風向板を配置した空気調和機。
14. 請求項１２において、前記空気調和機は、吸い込み流路と吹き出し流路とを分離するノーズを有するものであり、このノーズの形状を前記羽根形状に合うようにした空気調和機。
15. 室内機の送風ファンとして貫流ファンを備えた空気調和機において、円板に外径が変化する羽根を備えたファンブロックを、ブロック隣接部で羽根外径が異なるように複数接続して前記貫流ファンを構成した空気調和機。
16. 請求項１５において、前記貫流ファンの羽根の外径が小さくなる位置に対応する位置に縦風向板を配置した空気調和機。
17. 請求項１５において、前記空気調和機は、吸い込み流路と吹き出し流路とを分離するノーズを有するものであり、このノーズの形状を前記羽根形状に合うようにした空気調和機。
18. 貫流ファンを円板で仕切られる複数のブロックに分割し、少なくとも一つのブロックの羽根外径をそのブロックの円板間において変化する部分を有し、前記少なくとも一つのブロックと隣接するブロックの隣接部での羽根外径が異なる構造を有する貫流ファン。
19. 貫流ファンを円板で仕切られる複数のブロックに分割し、少なくとも一つのブロックの羽根をファンの軸線に対して傾斜をもたせ、前記少なくとも一つのブロックと隣接するブロックの隣接部での羽根外径が異なる構造を有する貫流ファン。
20. 貫流ファンを円板で仕切られる複数のブロックに分割し、少なくとも一つのブロックの羽根の翼弦長が変化する形状を有し、前記少なくとも一つのブロックと隣接するブロックの隣接部での羽根外径が異なる構造を有する貫流ファン。
21. 円板に外径が変化する羽根を備えたファンブロックを、ブロック隣接部で羽根外径が異なるように複数接続した貫流ファン。
22. 貫流ファンによって送風する室内機を備えた空気調和機において、前記貫流ファンは、円板で仕切られる複数の同一の形状を有するブロックから構成され、これらブロックの夫々は羽根外径がそのブロックの円板間において単調に変化するものであり、前記貫流ファンの羽根外径が小さい部分に対応する個所に複数の縦風向板を備えた空気調和機。

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