JP2008240612A - シロッコファン及び空気調和装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】所定風量を得るときの騒音値及び回転数を低減することができるシロッコファン及びそのシロッコファンを備える空気調和装置を提供する。
【解決手段】スクロール６と、このスクロール６内に回転自在に配置され、円筒状に配列された多数の翼を有するファン本体と、このファン本体を回転駆動するモータとを備えるシロッコファンにおいて、前記スクロール６は、渦巻状の外形上に略平行な２つの直線部１２、１３を有し、前記モータの回転軸を前記スクロールの舌部８に近い方の直線部１２寄りに位置させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、騒音を低減し、送風特性を向上させたシロッコファン及び空気調和装置に関する。
従来より、シロッコファンにおいては、渦巻状のスクロールから吹き出した空気流の一部が、ファン外部からファン内部に向かって流れる逆流現象が生じることが知られている。逆流が生じると、吸込み空気流と衝突が生じるため、送風量が低下するだけでなく騒音が大きくなる。そこで、かかる逆流現象を抑制するために、スクロールの吸込み口を形成するベルマウスの形状を円周方向の領域に分けて変化させるなどの工夫がなされている（例えば、特許文献１参照）。また、舌部のほかに補助舌部を舌部から突出するように設ける例も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平９−１２６１９３号公報（第４−５頁、図1、図２） 特開２００６−１３８２６８号公報（第４頁、図１、図３）
その一方で、従来のシロッコファンを搭載した空気調和装置においては、所定騒音値におけるシロッコファンの吹出し風量が小さく、熱交換器性能が低下するため、圧縮機の負荷が大きくなり、ＣＯＰ（成績係数）が低下し、またＣＯＰ低下を抑制するため、シロッコファンの吹出し風量を大きくすると、騒音値が大きくなり、使用者に不快感を与えるという課題があった。
本発明は、上記のような課題に鑑み、所定騒音時の風量を大きく、言い換えると所定風量を得るときの騒音値及び回転数を低減することができるシロッコファン及びそのシロッコファンを備える空気調和装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、スクロールの形状を工夫することにより、逆流現象を抑制し、所定風量を保持しながら騒音値を低減することにある。
本発明に係るシロッコファンは、スクロールと、このスクロール内に回転自在に配置され、円筒状に配列された多数の翼を有するファン本体と、このファン本体を回転駆動するモータとを備えるシロッコファンにおいて、前記スクロールは、渦巻状の外形上に略平行な２つの直線部を有し、前記モータの回転軸を前記スクロールの舌部に近い方の直線部寄りに位置させることを特徴とする。
本発明によれば、スクロールと、このスクロール内に回転自在に配置され、円筒状に配列された多数の翼を有するファン本体と、このファン本体を回転駆動するモータとを備えるシロッコファンにおいて、スクロールは、渦巻状の外形上に略平行な２つの直線部を有し、前記モータの回転軸を前記スクロールの舌部に近い方の直線部寄りに位置させることにより、所定騒音時の風量を大きくすることができ、また空気調和装置の場合はＣＯＰを向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１におけるシロッコファンを具備する空気調和装置の室内ユニットの内部構成を示す模式的な平面図（ａ）と側面図（ｂ）である。
図１において、１０は室内空調機を構成する室内ユニットであり、一対のシロッコファン１と、これらシロッコファン１を同時に回転駆動するファンモータ２と、シロッコファン１から吹き出される空気と熱交換を行う熱交換器３とを備えている。シロッコファン１は、渦巻状のスクロール６と、スクロール６内に回転自在に配置され、円筒状に配列された多数の翼を有するファン本体とを備えている。図中、４は空気の吸込み口、５は冷風または温風の吹出し口、７はファンモータ２の回転軸、８は舌部である。
上記室内ユニット１０は、図示しない圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器から構成される冷媒の冷凍回路を備え、室内の冷房または暖房等を行うように構成されている。また、本実施の形態１における仕様の一例を示すと、シロッコファン１は、ファン径φ１６０ｍｍ、幅寸法１９０ｍｍ、翼枚数４０枚となっており、熱交換器３は、１２段の伝熱管を備え、その伝熱管の列ピッチは１２．７ｍｍ、段ピッチは２０．４ｍｍ、伝熱管軸方向長さは７００ｍｍ、通風抵抗ΔＰ１＝２３．１Ｖ1.3[Ｐａ]（Ｖ：速度[m／s]）となっている。また、室内ユニット１０は、奥行き６８０ｍｍ、高さ２１０ｍｍ、幅９６０ｍｍとなっている。
室内の空気は、室内ユニット１０の吸込み口４から吸い込まれ、さらにスクロール６の吸込み口から軸方向に吸い込まれる。ファンモータ２によりスクロール６内で回転する円筒状の翼列によって動圧及び静圧が付与された空気が、室内ユニット１０の風路内に開口する吐出口より吹き出し、その風路内に設置された熱交換器３と熱交換され、冷風または温風となって吹出し口５から室内へ吹き出す。
図２は本発明の実施の形態１におけるモータの回転軸とベルマウスの中心の位置関係を表す図であり、点Ｏはベルマウス９の中心、点Ｐはモータ２の回転軸の中心（ファン回転中心）である。
本実施の形態のスクロール６は、渦巻状の外形上に略平行な２つの直線部１２、１３を有し、スクロール６の舌部８に近い方の直線部１２寄りにファンモータ２の回転軸７の中心が配置されている。すなわち、ファン回転中心Ｐをベルマウス中心Ｏに対して偏心させるとともに、その偏心位置を舌部８に近い方の直線部１２寄りに設置するものである。
表１に室内ユニットの吹出し風量が１６ｍ3／ｍｉｎにおける、ＯＰの長さを０ｍｍ、２ｍｍとしたときの騒音値、回転数を示す。
Figure 2008240612
表１より、ＯＰを２ｍｍにすると騒音値、回転数を小さくすることができる。
次に、この理由を説明する。表２に、ＯＰの長さ０ｍｍ、回転数１１０３ｒｐｍのときと、ＯＰの長さ２ｍｍ、回転数１０９２ｒｐｍのときの、翼間最大風量を示す。風量はともに１６ｍ3／ｍｉｎである。
Figure 2008240612
表２より、翼間最大風量はＯＰの長さ２ｍｍの方が小さい。音圧エネルギは速度の６乗に比例し、騒音値は下式
ＳＰＬ＝１０ｌｏｇ10（ｐ／ｐ0）2 [ｄＢ]
ｐ：音圧エネルギ［Ｐａ］、ｐ0：２×１０-5［Ｐａ］
で表されるため、騒音値を小さくする、すなわち音圧エネルギを小さくするためには、最大速度を小さくするのが効果的で、シロッコファンのように翼間風量分布が不均一な場合は、翼間風量の最大値を小さくするのがよい。
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２におけるスクロールの形状を表す図である。但し、本実施の形態ではベルマウス中心とファン回転中心とを一致させるものとする（偏心量ゼロの場合）。
スクロール６は、渦巻状の外形上に略平行な２つの直線部ＦＨ、ＥＢを有し、略平行な２つの直線間の最短距離をＣＧとし、スクロールの直線部ＦＨ、ＥＢと平行で、ベルマウス中心Ｏを通る平行線とスクロール外形との交点を点Ａ、スクロール外形とファン回転中心Ｏとの距離が最大となるスクロール外形上の点を点Ｂ、ファン回転中心Ｏを通り、スクロールの直線部ＦＨ、ＥＢに対する垂線と、スクロールの直線部ＦＨ、ＥＢとの交点を点Ｃ、点Ｇとし、ファン半径をＲ、線分ＯＡと線分ＯＢのなす角度をθとする。
従来のスクロール形状を表す曲線ＦＧＨＡＢＣＥは対数螺旋であり、Ｒ／ＣＧは０．６８程度であり、本実施の形態の０．７２≦Ｒ／ＣＧ≦０．８２よりも、ファン径が小さく、所定風量を得るために必要な回転数が大きくなる。
一方、Ｒ／ＣＧを大きくすると、所定風量を得るために必要な回転数は小さくなるが、線分ＥＢがファンに近づき、線分ＥＢに近い翼間に風量が集中し、騒音値が大きくなる。
そこで、Ｒ／ＣＧを大きくするとともに、曲線ＡＢを対数螺旋よりもファンから離すと、曲線ＡＢ付近の翼間風量が大きくなり、この分、線分ＥＢ付近の翼間風量が少なくなる。
表３に、従来のスクロール形状とＲ／ＣＧが０．６８の場合（ＣＡＳＥ １）と、Ｒ／ＣＧ＝０．７６、（ＯＣ−Ｒ）／Ｒ＝０．３７５、θ＝６０°とした場合（ＣＡＳＥ ２）の、室内ユニットの吹出し風量が１６ｍ3／ｍｉｎのときの、騒音値と回転数を示す。
Figure 2008240612
表３に示すように、Ｒ／ＣＧ＝０．７６、（ＯＣ−Ｒ）／Ｒ＝０．３７５、θ＝６０°としたスクロール形状を有する本実施の形態のシロッコファンの方が、従来の対数螺旋よりなるスクロール形状を有するシロッコファンよりも、Ｒ／ＣＧを大きくし、曲線ＡＢをファンから離すことにより、騒音値、回転数を小さくすることができる。
なお、（ＯＣ−Ｒ）／Ｒの上限値については、スクロール６の直線部ＥＢとファン外周端との距離が０．４５よりも大きくなると、送風量が低下し騒音値が大きくなるので、（ＯＣ−Ｒ）／Ｒ≦０．４５とする。
実施の形態３．
図４にファン本体１１と、ファンモータ２と、モータ支持台１４を組み合わせた場合の斜視図を示し、図５にモータ支持台１４に通風口１５がない場合の斜視図を、図６にモータ支持台１４に通風口１５がある場合の斜視図を示す。
また、表４に室内ユニットの吹出し風量が１６ｍ3／ｍｉｎにおける、モータ支持台の通風口がある場合と、ない場合の、騒音値と回転数を示す。
Figure 2008240612
表４より、モータ支持台の通風口がある場合の方が、回転数はほとんど変わらないが、騒音値は小さくなる。この理由は、モータ支持台１４に通風口１５がない場合は、ファンから生じた静圧変動がモータ支持台１４に伝播し、モータ支持台１４の壁面で静圧変動が生じ、騒音となるが、モータ支持台１４に通風口１５がある場合は、ファンから生じた静圧変動が、互いにモータ支持台１４付近における空間中で打ち消し合い、モータ支持台１４の壁面の静圧変動を抑制するためである。
また、回転数がほとんど変わらないため、モータ支持台１４に通風口１５を設けてもシロッコファンの吸込みスペースに変化がないことがわかる。なお、上記のようにモータ支持台１４に通風口１５を設ける構成は、前述の実施の形態１または実施の形態２の構成と組み合わせてもよい。
実施の形態４．
図７に本実施の形態におけるスクロールの舌部８の両端にリブ１６を設けた場合の模式的な斜視図を示し、図８にその模式的側面図を示す。
リブ１６は略直方体形状で、リブ１６のファン本体１１から最も離れた点を点Ｘ、舌部８の円弧部のファン本体１１から最も離れた点を点Ｙ、リブ１６のファン本体１１から最も近い点を点Ｚとし、線分ＸＹ≦ＸＺとする。
また、図９にリブ１６がない場合の、吹出し口１８に垂直な速度成分を示す。図９において、吹出し口１８の点線で示す逆流領域２０はファンの外部から内部へ向かう流れを表す。図１０に、逆流現象を立証するために、例えば吸込み口１７上の線分２１から煙を入れたときの流線を示す。
表５に室内ユニットの吹出し風量が１６ｍ3／ｍｉｎにおける、リブがある場合と、ない場合の騒音値と回転数を示す。
Figure 2008240612
表５に示すように、リブを設けることにより、騒音値、回転数を小さくすることができる。この理由は、リブがなく、熱交換器等の流れの抵抗体がある場合、抵抗体の通風抵抗が大きくなるほど、図９に示すようにシロッコファンの吹出し口１８において、風が吹出し口１８からファン内部へ向かう逆流現象が生じ、騒音値、回転数増大の原因となる。これは、図１０に示すように主板側の翼間から吹出された風がスクロールに沿って、スクロールの両端へ向かい、舌部８の両端付近において、吹出し口１８の方へ流れずに、舌部８とファン本体１１との隙間へ流入し、さらに翼間へ流入し、主板側の翼間から吹出され、スクロールの外部へ吹き出される流れ２２が生じる。このような流れが生じると、舌部の両端付近において壁面の静圧変動が大きくなり、翼間を複数回通過する流れが生じ、ファン内部で循環する風量が増えることにより、翼間風量も増加するため、翼面の静圧変動も大きくなり、騒音値が増大する。
一方、リブ１６がある場合は、主板側の翼間から吹出された風がスクロールに沿って、スクロールの両端へ向かい、舌部８の両端付近において、吹出し口１８の方へ流れずに、舌部８とファン本体１１との隙間へ流入する流量を低減することができるため、表５に示すようにリブがない場合に比べ、騒音値、回転数を小さくすることができる。なお、リブ１６の幅は５〜１０ｍｍの範囲が適している。また、本実施の形態のリブ１６を設ける構成は、前述の実施の形態１〜３のいずれかの構成と組み合わせてもよい。
本発明の実施の形態１におけるシロッコファンを具備する空気調和装置の室内ユニットの内部構成を示す模式的な平面図（ａ）と側面図（ｂ）である。 実施の形態１におけるベルマウスの中心と回転軸の中心の位置関係を表す図である。 実施の形態２におけるスクロール形状を表す図である。 実施の形態３におけるモータ支持台、ファンモータ、ファン本体の組立体を表す斜視図である。 図４のモータ支持台の斜視図である。 モータ支持台に通風口を設けた場合の斜視図である。 実施の形態４におけるスクロールの舌部の両端にリブを設けた場合の模式図である。 図７のリブの模式的側面である。 シロッコファンの吹出し口における速度分布を表す図である。 シロッコファンの吹出し口における逆流現象を表す図である。
符号の説明
１ シロッコファン、２ ファンモータ、３ 熱交換器、４ 吸込み口、５ 吹出し口、６ スクロール、７ 回転軸、８ 舌部、９ ベルマウス、１０ 室内ユニット、１１ ファン本体、１２ 直線部、１３ 直線部、１４ モータ支持台、１５ 通風口、１６ リブ、１７ 吸込み口、１８ 吹出し口、２０ 逆流領域、２２ 流れ。

Claims (7)

  1. スクロールと、このスクロール内に回転自在に配置され、円筒状に配列された多数の翼を有するファン本体と、このファン本体を回転駆動するモータとを備えるシロッコファンにおいて、
    前記スクロールは、渦巻状の外形上に略平行な２つの直線部を有し、前記モータの回転軸を前記スクロールの舌部に近い方の直線部寄りに位置させることを特徴とするシロッコファン。
  2. スクロールと、このスクロール内に回転自在に配置され、円筒状に配列された多数の翼を有するファン本体と、このファン本体を回転駆動するモータとを備えるシロッコファンにおいて、
    前記スクロールの中心とファン回転中心とを一致させてなり、前記スクロールは、渦巻状の外形上に略平行な２つの直線部を有し、略平行な２つの直線間の最短距離をＨとし、前記直線部と平行で、ベルマウス中心Ｏを通る平行線とスクロール外形との交点を点Ａ、スクロール外形とファン回転中心Ｏとの距離が最大となるスクロール外形上の交点を点Ｂ、ファン回転中心Ｏを通り前記直線部とこれら直接部に対する垂線との交点をそれぞれ点Ｃ、点Ｇ、ファン半径をＲ、線分ＯＡと線分ＯＢとのなす角度をθとするとき、
    ０．７２≦Ｒ／Ｈ≦０．８２、（ＯＢ−Ｒ）／Ｒ≧０．４７５、０．３≦（ＯＣ−Ｒ）／Ｒ≦０．４５、θ≦７０゜、ＯＢ≧ＯＣとすることを特徴とするシロッコファン。
  3. スクロールと、このスクロール内に回転自在に配置され、円筒状に配列された多数の翼を有するファン本体と、このファン本体を回転駆動するモータとを備えるシロッコファンにおいて、
    前記モータの支持台に通風口を設けたことを特徴とするシロッコファン。
  4. 請求項１または２において、前記モータの支持台に通風口を設けたことを特徴とするシロッコファン。
  5. スクロールと、このスクロール内に回転自在に配置され、円筒状に配列された多数の翼を有するファン本体と、このファン本体を回転駆動するモータとを備えるシロッコファンにおいて、
    前記スクロールの舌部の両端にリブを設けたことを特徴とするシロッコファン。
  6. 請求項１〜３のいずれかにおいて、前記スクロールの舌部の両端にリブを設けたことを特徴とするシロッコファン。
  7. 請求項１〜６のいずれかに記載のシロッコファンを備えることを特徴とする空気調和装置。
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