JP2019078174A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音を抑制しつつ運転効率の低下を抑制し、安全策を実現できる空気調和機を提供する。【解決手段】通気路を形成するケーシング１と、ケーシング１の給気口１２に連通するファン室１０と、ファン室１０に配置した給気ファン装置２１を備え、給気ファン装置２１は、吸気口２３が通気路に連通し、吐出口２２がファン室１０を介して給気口１２に連通し、吸気口２３に整流格子２６を有し、整流格子２６は、ファン装置２１の回転軸の軸心廻りに同心状に配置する複数の円周方向ブレード２７と、ファン装置２１の回転軸の軸心廻りに放射状に配置する複数の放射方向ブレード２８を有し、放射方向ブレード２８は、ファン装置２１のファン２５の回転方向と逆方向に凸状に反って湾曲するブレード面２９を有する。【選択図】図１

Description

本発明は空気調和機に関し、ファン装置の騒音抑制に係る技術である。

従来、空気調和機には、例えば特許文献１に記載するものがある。この空気調和機は、ケーシング内に還気室と外気室と給気室を有する。そして、還気口から還気室に還流する還気が、排気口からケーシングの外部へ流出するものと、外気室へ流入するものとに別れる。外気室へ流入した還気は、外気口から外気室に流入する外気を伴ってフィルターユニット、熱交換器を通して給気室へ流入する。

空気調和機は、ファン装置として片吸込遠心式プラグファンからなる給気ファン装置を有し、熱交換器を通過して給気室へ流入する空気が給気ファン装置によって給気口から給気として空気調和対象系へ送り出される。

また、特許文献２に記載する送風ユニットは、プラグファンの吸気側に整流部材を設けている。整流部材は筒状部材からなり、筒状部に多数の孔が均一に設けられている。

プラグファンは、空気を筒状部の多数の孔を経由して吸い込み、風速分布の不均一を緩和する。
特許第４８２２９０４号 特許第６１３９１８９号

特許文献１においては、空気調和機の内部を流れる気流は、熱交換器等々の存在や流路の曲がり等によって整流状態で流れることは困難であり、乱れた気流がプラグファンに流入するとプラグファンの騒音発生の原因となり、送風効率が阻害される。このため、特許文献２に記載するような、整流部材が必要である。

整流部材は、整流要素のブレード等の数が多いほどに整流効果が高まり、騒音を抑制できる。しかし、整流要素のブレード等の数が多すぎると、通気抵抗が大きくなり、ファン装置の運転効率を阻害する要因となる。

本発明は上記した課題を解決するものであり、騒音を抑制しつつ運転効率の低下を抑制し、安全策を実現できる空気調和機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかる空気調和機は、通気路を形成するケーシングと、ケーシングの給気口に連通するファン室と、ファン室に配置したファン装置を備え、ファン装置は、吸気口が通気路に連通し、吐出口がファン室を介して給気口に連通し、吸気口に整流格子を有し、整流格子は、ファン装置の回転軸の軸心廻りに同心状に配置する複数の円周方向ブレードと、ファン装置の回転軸の軸心廻りに放射状に配置する複数の放射方向ブレードを有し、放射方向ブレードは、ファン装置のファンの回転方向と逆方向に凸状に反って湾曲するブレード面を有することを特徴とする。

本発明にかかる空気調和機において、整流格子は、複数の円周方向ブレードをファン装置の回転軸の軸心方向において順次に位置をずらせて配置し、ファン装置の回転軸の軸心に対する円環状のブレード面の傾斜角度が各円周方向ブレード毎に異なり、回転軸の軸心方向においてファン装置のファンから最も遠くに位置する最中心側の円周方向ブレードのブレード面の傾斜角度が最も小さく、回転軸の軸心方向においてファン装置のファンに近いものほど円周方向ブレードのブレード面の傾斜角度が大きくなることを特徴とする。

本発明にかかる空気調和機において、整流格子は、ファン装置の回転軸の軸心を含む中央開口部を有し、最中心側にある円周方向ブレードが中央開口部を形成することを特徴とする。

本発明にかかる空気調和機において、整流格子は、放射方向ブレードのブレード面の曲率半径がファン装置のファン直径の１．５から２．０倍の大きさとなることを特徴とする。

本発明にかかる空気調和機において、整流格子は、ファン装置の回転軸の軸心方向における高さがファン装置のファン直径の０．１５から０．２倍の大きさとなることを特徴とする。

以上のように本発明によれば、ファン装置に吸引される空気は吸気口を通ってファンに到達する。整流格子の最大外径が吸気口の口径より大きいので、吸気口の周囲の空気は吸気口に流入する前に、整流格子の円周方向ブレードと放射方向ブレードに案内されて整流作用を受けてスムーズに吸気口に流入し、騒音の発生を抑制できる。

整流格子は、複数の円周方向ブレードをファン装置の回転軸の軸心方向において順次に位置をずらせて配置し、各円周方向ブレードはファン装置の回転軸の軸心に対する円環状のブレード面の傾斜角度が各円周方向ブレード毎に異なり、回転軸の軸心方向においてファン装置のファンに近いものほどブレード面の傾斜角度が大きくなるので、整流格子の周囲の全方位から吸気口に向けて流れる空気が、吸気口に流入する前に、整流格子の円周方向ブレードと放射方向ブレードで案内されて整流作用によりスムーズに吸気口に流入するので、騒音の発生をさらに抑制できる。整流格子を高く形成することで、減音効果が増加する。

放射方向ブレードが、ファン装置のファンの回転方向と逆方向に凸状に反って湾曲するブレード面を有することで、ブレード面に案内される気流がファン装置のファン翼面上に効率よく流入する。ファンが回転方向に凸状に反って湾曲するファン翼面を有し、このファンのファン翼面の形状とブレード面の形状との相乗効果によりファン装置の軸動力を抑制し、静圧効率を高めることができる。

また、最中心側にある円周方向ブレードが中央開口部を形成することで、整流格子による安全ガードを実現しつつメンテナンスの作業用の開口を確保することができる。

本発明の実施の形態における空気調和機を示す側面図 同空気調和機を示す正面図 整流格子を下方から見た図 ファン装置の正面図 整流格子の要部拡大図 整流格子の正面図 整流格子の側面図 整流格子の斜視図 オクターブ中心周波数と音圧レベルの関係を示すグラフ図 ファン装置を横方向に配置した空気調和機を示す正面図

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（全体構造）
図１から図８に示すように、空気調和機のケーシング１は、側壁をなす複数の外壁パネル２と、天井部をなす複数の天板パネル３と、ケーシング１の内部の空間を複数の室に仕切る隔壁をなす内部パネル４をフレーム６に固定したものである。ケーシング１の各室の正面開口部にはそれぞれ扉パネル（図示省略）を配置し、扉パネル（図示省略）をフレーム６に開閉可能に取り付けている。

ケーシング１の内部は、外気ＯＡ、還気ＲＡが流入する還気室８と、温度、湿度を調整した空気調和後の給気ＳＡが流入する給気室９と、給気ＳＡを空気調和対象系に送気するファン室１０に分かれている。

ケーシング１は、還気室８に対応する天板パネル３に還気口１１を有し、ファン室１０に対応する天板パネル３に給気口１２を有し、還気口１１および給気口１２が空気調和対象系に連通している。ケーシング１の内部には還気口１１から給気口１２に至る通気路である給気通風路１３が形成されており、給気室９に対応する架台１００の上にドレンパン１０１を配置している。

還気室８と給気室９とを隔てる内部パネル４の下方には、還気室８の側にプレフィルター１４および中性能フィルター１５からなるフィルターユニット１６を装着している。さらに、給気室９の側に冷温水コイルからなる熱交換器１９および加湿器（気化式）２０を装着している。還気室８はフィルターユニット１６および熱交換器１９、加湿器２０を通して給気室９に連通している。ファン室１０には、ファン装置としてプラグファンからなる給気ファン装置２１を設置している。給気ファン装置２１は、ファン吐出口２２がファン室１０を介して給気口１２に連通している。

ファン室１０には、取付座面として直角に屈曲する防振サポート１１０を配置し、防振サポート１１０の上方にファン室１０の底面をなす下部閉鎖板１１１を配置している。防振サポート１１０と下部閉鎖板１１１との間にはコイルスプリング１１２が配置されており、連結ボルト・ナット１１３で防振サポート１１０と下部閉鎖板１１１とを連結している。下部閉鎖板１１１を境に上方がファン室１０をなし、下方が給気室９の一部をなす。（給気ファン装置）
給気ファン装置２１は、下部閉鎖板１１１の上に上下方向に搭載されており、ファン吸気口２３を形成するインレットコーン２４を介して下部閉鎖板１１１に当接している。インレットコーン２４は、ファン吸気口２３の軸心方向の一端開口が給気ファン装置２１のファン２５に対向し、他端開口が下部閉鎖板１１１に設けた開口部を通して整流格子２６に対向している。

ファン吸気口２３の前方を覆って配置する整流格子２６は、給気ファン装置２１の回転軸の軸心廻りに同心状に配置した複数の、ここでは５枚の円周方向ブレード２７と、給気ファン装置２１の回転軸の軸心廻りに放射状に配置した複数の、ここでは３６枚の放射方向ブレード２８を有している。

円周方向ブレード２７の数は５枚以上であればよく、放射方向ブレード２８は２４枚から４８枚の範囲内で任意に設定可能である。

放射方向ブレード２８は、給気ファン装置２１のファン２５の回転方向と逆方向に凸状に反って湾曲するブレード面２９を有している。放射方向ブレード２８のブレード面２９は、給気ファン装置２１の回転軸心と平行な面をなし、曲率半径が給気ファン装置２１のファン直径の１．５から２．０倍の大きさを有している。給気ファン装置２１のファン２５は、回転方向に凸状に反って湾曲するファン翼面３０を有している。

整流格子２６の複数の円周方向ブレード２７は、給気ファン装置２１の回転軸の軸心方向において順次に位置をずらせて配置されており、円環状のブレード面３１は給気ファン装置２１の回転軸の軸心に対して傾斜しており、傾斜角度が各円周方向ブレード２７毎に異なっている。

すなわち、給気ファン装置２１の回転軸の軸心方向においてファン２５に最も近くに位置する最外周側の円周方向ブレード２７のブレード面３１の傾斜角度が最も大きく設定されており、給気ファン装置２１の回転軸の軸心方向においてファン２５から最も遠くに位置する最中心側の円周方向ブレード２７のブレード面３１の傾斜角度が最も小さく設定されており、各円周方向ブレード２７は、回転軸の軸心方向において給気ファン装置２１のファン２５に近いものほどブレード面３１の傾斜角度が大きくなる。

整流格子２６は、給気ファン装置２１の回転軸の軸心を含む中央開口部３２を有し、最中心側にある円周方向ブレード２７が中央開口部３２を形成する。中央開口部３２は口径がファン直径の０．５倍以下である。

整流格子２６は最大外径Ｄｇがインレットコーン２４のファン吸気口２３の他端開口の口径ｄｉより大きく形成されており、給気ファン装置２１の回転軸の軸心方向における高さＨが給気ファン装置２１のファン直径Ｄｆの０．１５から０．２倍の大きさをとなる。
（空気調和機の運転）
還気室８へ流入する還気ＲＡは外気ＯＡを伴ってフィルターユニット１６および熱交換器１９を通して給気室９へ流入する。この際に、フィルターユニット１６がプレフィルター１４および中性能フィルター１５によって還気ＲＡおよび外気ＯＡに含まれた塵埃等を除去し、熱交換器１９が還気ＲＡおよび外気ＯＡを所定の湿度および温度の空気に調整し、加湿器２０で加湿する。

給気室９へ流入する空気は、給気ファン装置２１によって給気口１２から給気ＳＡとして空気調和対象系へ送り出される。

給気ファン装置２１に吸引される空気はインレットコーン２４のファン吸気口２３を通ってファン２５に到達する。整流格子２６の最大外径Ｄｇがファン吸気口２３の口径ｄｉよりも大きいので、ファン吸気口２３の周囲の空気はファン吸気口２３に流入する前に、整流格子２６の円周方向ブレード２７と放射方向ブレード２８に案内されて整流作用を受けてスムーズにファン吸気口２３に流入し、騒音の発生を抑制できる。

さらに、整流格子２６は、複数の円周方向ブレード２７を給気ファン装置２１の回転軸の軸心方向において順次に位置をずらせて配置し、各円周方向ブレード２７は給気ファン装置２１の回転軸の軸心に対する円環状のブレード面３１の傾斜角度が各円周方向ブレード２７毎に異なり、回転軸の軸心方向において給気ファン装置２１のファン２５に近いものほど円環状のブレード面３１の傾斜角度が大きくなるので、整流格子２６の周囲の全方位からファン吸気口２３に向けて流れる空気が、ファン吸気口２３に流入する前に、整流格子２６の円周方向ブレード２７と放射方向ブレード２８で案内されて整流作用によりスムーズにファン吸気口２３に流入するので、騒音の発生をさらに抑制できる。整流格子２６を高く形成することで、減音効果が増加する。

放射方向ブレード２８が、給気ファン装置２１のファン２５の回転方向と逆方向に凸状に反って湾曲するブレード面２９を有することで、ブレード面２９に案内される気流が給気ファン装置２１のファン翼面３０上に効率よく流入する。ファン２５が回転方向に凸状に反って湾曲するファン翼面３０を有し、このファン翼面３０の形状とブレード面２９の形状との相乗効果により給気ファン装置２１の軸動力を抑制し、静圧効率を高めることができる。また、最中心側にある円周方向ブレード２７が中央開口部３２を形成することで、整流格子２６による安全ガードを実現しつつメンテナンスの作業用の開口を確保することができる。
（実施例１）
図９は、整流格子２６を設けた場合と、整流格子２６の無い場合とにおける騒音の比較を示すグラフ図である。ここで、給気ファン装置２１は、ファン２５のファン直径Ｄｆがφ６００ｍｍ、風量１２８６０ｍ^３／ｈ、全静圧１２３０Ｐａ、回転数１７５０ｒｐｍである。

図９に示すように、オクターブ中心周波数が１２５から１０００Ｈｚの範囲、より顕著には２５０から５００Ｈｚの範囲において、騒音低減効果を実現できる。

このように、ファン吸気口２３の前方を覆って整流格子２６を配置し、ファン吸気口２３の中心付近にまで円周方向ブレード２７および放射方向ブレード２８が存在し、広い範囲において整流した結果、空調機機側１．５ｍでの音圧レベルにおいて、羽根周波数付近（羽根周波数＝回転数×羽根枚数）で−３から−８ｄＢ、オーバーオールで−１から−５ｄＢの騒音低減効果を得た。
給気ファン装置２１の回転軸の軸心方向における整流格子２６の高さＨを給気ファン装置２１のファン直径Ｄｆの０．１５から０．２倍の大きさに設定したことで減音量（ｄＢ）が増加した。すなわち、整流格子２６の高さＨをファン直径Ｄｆの０．０４倍とした場合には減音量は−１ｄＢであったが、整流格子２６の高さＨをファン直径Ｄｆの０．１７倍とした場合には減音量は−３ｄＢであった。

また、放射方向ブレード２８のブレード面２９の曲率半径を給気ファン装置２１のファン直径Ｄｆの１．５から２．０倍の大きさに設定したことで、給気ファン装置２１の軸動力（ＢｋＷ）および静圧効率（％）が向上した。

すなわち、放射方向ブレード２８に反りがない場合には、軸動力が３．６８（ＢｋＷ）であり、静圧効率が６７．７（％）であるのに対して、放射方向ブレード２８のブレード面２９の曲率半径が給気ファン装置２１のファン直径Ｄｆの２．０倍である場合には、軸動力が３．６２（ＢｋＷ）に低下し、静圧効率が６８．０（％）に向上した。これは、風量４２４０ｍ^３／ｈ、全静圧７５０Ｐａ、回転数２１００ｒｐｍの条件で測定した。

本実施の形態では、ファン室１０に給気ファン装置２１を上下方向に配置した。しかし、図１０に示すようにファン室１０に給気ファン装置２１を横方向に配置することも可能である。ここでは、ケーシング１の底部に防振サポート１１０を配置し、コイルスプリング１１２を介して防振サポート１１０に架台２００を設置し、架台２００に給気ファン装置２１を配置している。

給気室９とファン室１０を隔てる仕切壁２０１に開口部２０２を形成し、整流格子２６の前方周囲を覆うキャンバス２０３を開口部２０２に接続している。

ＯＡ 外気
ＲＡ 還気
ＳＡ 給気
１ ケーシング
２ 外壁パネル
３ 天板パネル
４ 内部パネル
６ フレーム
７ 扉パネル
８ 外気室
９ 給気室
１０ ファン室
１１ 還気口
１２ 給気口
１３ 給気通風路
１４ プレフィルター
１５ 中性能フィルター
１６ フィルターユニット
１９ 熱交換器
２０ 加湿器（気化式）
２１ 給気ファン装置
２２ 吐出口
２３ 吸気口
２４ インレットコーン
２５ ファン
２６ 整流格子
２７ 円周方向ブレード
２８ 放射方向ブレード
２９ ブレード面
３０ ファン翼面
３１ ブレード面
３２ 中央開口部
１００ 架台
１０１ ドレンパン
１１０ 防振サポート
１１１ 下部閉鎖板
１１２ コイルスプリング
１１３ 連結ボルト・ナット
２００ 架台
２０１ 仕切壁
２０２ 開口部
２０３ キャンバス

Claims (5)

1. 通気路を形成するケーシングと、ケーシングの給気口に連通するファン室と、ファン室に配置したファン装置を備え、
   ファン装置は、吸気口が通気路に連通し、吐出口がファン室を介して給気口に連通し、吸気口に整流格子を有し、
   整流格子は、ファン装置の回転軸の軸心廻りに同心状に配置する複数の円周方向ブレードと、ファン装置の回転軸の軸心廻りに放射状に配置する複数の放射方向ブレードを有し、
   放射方向ブレードは、ファン装置のファンの回転方向と逆方向に凸状に反って湾曲するブレード面を有することを特徴とする空気調和機。
2. 整流格子は、複数の円周方向ブレードをファン装置の回転軸の軸心方向において順次に位置をずらせて配置し、ファン装置の回転軸の軸心に対する円環状のブレード面の傾斜角度が各円周方向ブレード毎に異なり、回転軸の軸心方向においてファン装置のファンから最も遠くに位置する最中心側の円周方向ブレードのブレード面の傾斜角度が最も小さく、回転軸の軸心方向においてファン装置のファンに近いものほど円周方向ブレードのブレード面の傾斜角度が大きくなることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 整流格子は、ファン装置の回転軸の軸心を含む中央開口部を有し、最中心側にある円周方向ブレードが中央開口部を形成することを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
4. 整流格子は、放射方向ブレードのブレード面の曲率半径がファン装置のファン直径の１．５から２．０倍の大きさとなることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の空気調和機。
5. 整流格子は、ファン装置の回転軸の軸心方向における高さがファン装置のファン直径の０．１５から０．２倍の大きさとなることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の空気調和機。

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