JP2022136087A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】２ＮＺ音から３ＮＺ音までの騒音が低減された静粛性の高い空気調和機を提供する。【解決手段】空気調和機１０は、熱交換器３０とクロスフローファン４０とを備えている。円筒状のクロスフローファン４０は、複数の翼４２を周方向に配列した羽根車４１を複数設けたものである。熱交換器３０は、羽根車４１の直径の２０％以下の寸法の隙間Ｉｎをあけてクロスフローファン４０の空気流れ上流側に配置されている。複数の羽根車４１は、互いに隣接する羽根車４１の複数の翼のうちの少なくとも1つが位置ずれして配列されている。クロスフローファン４０においては、１４個以上３０個以下の羽根車４１が回転軸に沿って並べられている。【選択図】図６

Description

本開示は、空気調和機、特にクロスフローファンを備える空気調和機に関する。

従来から、クロスフローファンでは、例えば、特許文献１（特許第３４６０３５０号公報）において説明されているように、１秒当たりの回転数Ｎと円周上に配列された翼の枚数Ｚとの積（Ｎ×Ｚ）の周波数を持つ騒音（以下、ＮＺ音という）が発生することが知られている。以下、Ｎ×Ｚの値をＮＺという。また、ＮＺの逓倍の周波数を持つ騒音、いわゆる２ＮＺ音から３ＮＺ音までの騒音も、クロスフローファンが発生する騒音の中ではできるだけ抑制したい音である。そして、クロスフローファンと熱交換器の距離が短くなることによって上述のＮＺ音や２ＮＺ音などが大きくなるという現象が知られている。

そこで、特許文献１に記載されているクロスフローファンでは、同一形状の羽根車を回転軸方向に例えば１０個配置し、互いに隣接する羽根車を周方向に位置ずれさせて羽根車間に位相差（スキュー角）を設けている。特許文献１のクロスフローファンでは、１つの位相差を他の位相差と異ならせることによってＮＺ音などの低減を図っている。

しかしながら、特許文献１に記載されているクロスフローファンの発明でも、２ＮＺ音や３ＮＺ音の低減効果はあまり見られない。

本開示の課題は、２ＮＺ音から３ＮＺ音までの騒音が低減された静粛性の高い空気調和機を提供することである。

本開示の第１観点に係る空気調和機は、複数の翼を周方向に配列した羽根車を複数設けた円筒状のクロスフローファンと、羽根車の直径の２０％以下の寸法の隙間をあけてクロスフローファンの空気流れ上流側に配置されている熱交換器と、を備え、複数の羽根車は、互いに隣接する羽根車の複数の翼のうちの少なくとも1つが位置ずれして配列され、クロスフローファンは、回転軸に沿って並べられている複数の羽根車の個数が１４個以上３０個以下である、ものである。

第１観点に係る空気調和機によれば、各羽根車で発生する２ＮＺ音から３ＮＺ音までの騒音が互いに十分に打ち消される。

本開示の第２観点に係る空気調和機は、第１観点に係る空気調和機において、クロスフローファンは、１７個以上２５個以下の羽根車を有する、ものである。

第２観点に係る空気調和機によれば、羽根車の数が１７個以上であることから、位相ずれ（スキュー角）の公差などに起因する変動による２ＮＺ音から３ＮＺ音までを含む騒音の変化幅が小さくなる。また、羽根車の数が２５個以下であることから、仕切板による送風抵抗が大きくなり過ぎるのを抑制することができる。

本開示の第３観点に係る空気調和機は、第１観点または第２観点に係る空気調和機において、クロスフローファンは、複数の羽根車の回転軸方向の各々の長さ寸法が直径の４０％以下である、ものである。

第３観点に係る空気調和機によれば、クロスフローファンの長さも短くできて、空気調和機の回転軸方向の長さを短くできる。

本開示の第４観点に係る空気調和機は、第１観点から第３観点のいずれかに係る空気調和機において、熱交換器は、隙間が直径の１０％以下になるように配置されている、ものである。

第４観点に係る空気調和機によれば、熱交換器とクロスフローファンの占有空間を小さくすることができる。

本開示の第５観点に係る空気調和機は、第１観点から第４観点のいずれかに係る空気調和機において、クロスフローファンは、羽根車の直径が９０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であり、回転数が７００ｒｐｍ以上２０００ｒｐｍ以下である、ものである。

第５観点に係る空気調和機によれば、羽根車によって十分な送風量を得ることができる。

本開示の第１観点に係る空気調和機では、２ＮＺ音から３ＮＺ音までの騒音を抑制することができる。

本開示の第２観点に係る空気調和機では、良好な送風性能と高い静粛性を有する空気調和機を安定して供給できる。

本開示の第３観点または第４観点に係る空気調和機では、空気調和機のコンパクト化を図ることができる。

本開示の第５観点に係る空気調和機では、十分な送風性能を得ることができる。

本開示の実施形態に係る空気調和機の外観を示す斜視図。 図１の空気調和機の断面図。 クロスフローファンの羽根車を示す部分破断平面図。 回転軸方向に見た１つの羽根車の模式図。 複数の羽根車についてのスキュー角を説明するための模式図。 羽根車と熱交換器の隙間を説明するための羽根車周辺の部分拡大断面図。 スキュー角が２．４°の場合の周波数と相対デシベルとの関係の一例を示すグラフ。 スキュー角が３．０°の場合の周波数と相対デシベルとの関係の一例を示すグラフ。 スキュー角が４．５°の場合の周波数と相対デシベルとの関係の一例を示すグラフ。 音圧レベルを比較する際のシミュレーションの方法を説明するための模式図。 １ＮＺ周辺の騒音、２ＮＺ～３ＮＺの騒音及び低周波騒音の相対デシベルとスキュー角との関係の一例を示すグラフ。 スキュー角と２．５ＮＺの音圧レベルとの関係の一例を示すグラフ。 スキュー角３．０°で２０個連結した羽根車が発生する騒音の周波数と音圧レベルとの関係の一例を示すグラフ。 １１個の羽根車における周波数の異なる騒音の相対デシベルとスキュー角との関係の一例を示すグラフ。 １７個の羽根車における周波数の異なる騒音の相対デシベルとスキュー角との関係の一例を示すグラフ。 ２０個の羽根車における周波数の異なる騒音の相対デシベルとスキュー角との関係の一例を示すグラフ。 ８個の羽根車における周波数の異なる騒音の相対デシベルとスキュー角との関係の一例を示すグラフ。 １１個の羽根車における周波数の異なる騒音の相対デシベルとスキュー角との関係の一例を示すグラフ。 １４個の羽根車における周波数の異なる騒音の相対デシベルとスキュー角との関係の一例を示すグラフ。 １５個の羽根車における周波数の異なる騒音の相対デシベルとスキュー角との関係の一例を示すグラフ。 １７個の羽根車における周波数の異なる騒音の相対デシベルとスキュー角との関係の一例を示すグラフ。 ２０個の羽根車における周波数の異なる騒音の相対デシベルとスキュー角との関係の一例を示すグラフ。 ２３個の羽根車における周波数の異なる騒音の相対デシベルとスキュー角との関係の一例を示すグラフ。 個数の異なる羽根車について１ＮＺ周辺の騒音の相対デシベルとスキュー角との関係の一例を示すグラフ。 個数の異なる羽根車について２ＮＺ～３ＮＺの騒音の相対デシベルとスキュー角との関係の一例を示すグラフ。 個数の異なる羽根車について低周波数騒音の相対デシベルとスキュー角との関係の一例を示すグラフ。 スキュー角が３．０°の場合の羽根車の個数と周波数の異なる騒音の相対デシベルとの関係の一例を示すグラフ。 スキュー角と騒音の音圧レベルの絶対値及びスキュー角と２．４ＮＺ音の突出量との関係の一例を示すグラフ。 羽根車の個数と騒音の音圧レベルの絶対値及びスキュー角と２．４ＮＺ音の突出量との関係の一例を示すグラフ。 １ＮＺ音及び２ＮＺ音についての羽根車の個数と音圧レベルの絶対値との関係の一例を示すグラフ。 隙間の大きさと騒音の音圧レベルの絶対値及びスキュー角と２．４ＮＺ音の突出量との関係の一例を示すグラフ。 切欠きがある場合と切欠きが無い場合についての騒音に含まれる周波数と音圧レベルの絶対値との関係の一例を示すグラフ。 切欠きの無い１０個の不等ピッチの羽根車についての騒音の実測値の一例を示すグラフ。 切欠きを有する１０個の不等ピッチの羽根車についての騒音の実測値の一例を示すグラフ。 切欠きの無い２０個の不等ピッチの羽根車についての騒音の実測値の一例を示すグラフ。

（１）全体構成
図１には、壁ＷＡに取り付けられている、一実施形態に係る空気調和機１０の外観が示されている。以下においては、図１に矢印で示されている前後左右上下の方向を用いて、空気調和機１０の各部の位置関係を説明する。空気調和機１０の形状は、左右に長い直方体に基づいて概ね設定されている。従って、ケーシング２０も左右に長い形状を呈する。空気調和機１０には、ケーシング２０の底面２０ｂから前面２０ｃにかけて左右に長く延びる吹出口１１が形成されている。

空気調和機１０が停止している状態では、吹出口１１が２枚の水平フラップ１３のうちの一方及び前面パネル１２によって塞がれる。空気調和機１０が暖房運転または冷房運転をするときに、一方の水平フラップ１３と前面パネル１２が移動して、空気調和機１０は、図１に示されているように吹出口１１が開いた状態になる。

図２には、吹出口１１を含む箇所において左右方向に垂直な平面で切断した空気調和機１０の断面構造が示されている。図２には、図１と同様に吹出口１１が開いた状態が示されている。吹出口１１が開いた状態の空気調和機１０は、天面２０ａだけでなく、前面２０ｃにも吸込口１５が開かれる。

吸込口１５の下流にはエアフィルタ１６が設置されている。吸込口１５から吸い込まれる室内空気の実質的に全てがエアフィルタ１６を通過するように構成されている。このエアフィルタ１６によって、室内空気から塵埃が除去される。このエアフィルタ１６の下流に熱交換器３０が設置されている。

熱交換器３０は、薄い金属板からなる伝熱フィン３６と金属チューブからなる伝熱管３７とで構成されているフィンアンドチューブ式の熱交換器である。熱交換器３０には、空気調和機１０の左右方向に沿って複数並んだ伝熱フィン３６が含まれている。上下前後に延びる平面に含まれる伝熱フィン３６を左右方向に延びる複数の伝熱管３７が貫通している。複数の伝熱管３７は、熱交換器３０の冷媒入口から冷媒出口まで接続されていて、複数の伝熱管３７の中を冷媒が流れる。熱交換器３０においては、複数の伝熱管３７の中を流れる冷媒と、複数の伝熱フィン３６の間を通過する室内空気との間で熱交換が行われる。熱交換器３０は、Λ形に折れ曲がっている部分の前側にある第１熱交換部３１と、Λ形部分の後側にある第２熱交換部３２と、第１熱交換部３１の下に配置されている第３熱交換部３３と、第３熱交換部３３のさらに下に配置されている第４熱交換部３４に分けることができる。これら第１熱交換部３１、第２熱交換部３２、第３熱交換部及び第４熱交換部３４の左右方向の長さは、吹出口１１の左右方向の長さに相当する。運転中の前面パネル１２と第３熱交換部３３との間の距離は、例えば３０ｍｍ～６０ｍｍ程度である。

熱交換器３０の下流には、クロスフローファン４０の複数の羽根車４１が配置されている。クロスフローファン４０は、複数の羽根車４１を駆動するモータ（図示せず）を備えている。この空気調和機１０においては、左右方向に沿って、２０個の羽根車４１が連結されている。図３には、２０個の羽根車４１の全体構成が示されている。図３においては、回転軸を境におよそ半分が破断されており、羽根車４１の断面も示されている。２０個の羽根車４１の全長Ｌ１は、吹出口１１の左右方向の長さに相当する。羽根車４１の全長Ｌ１は、例えば、５００ｍｍから１０００ｍｍ程度である。互いに隣接する羽根車４１の翼４２と仕切板４３との境界部分４６が超音波溶着によって接合されて、２０個の羽根車４１が一体化されている。

各羽根車４１は、図４に示されているように、３５枚の翼４２が円周上に並べて配列されている。図４において、仕切板４３の中心から放射状に延びる一点鎖線が、ピッチ角Ｐｔ１～Ｐｔ３５を決めるための基準線ＢＬを示している。基準線ＢＬは、平面視において、仕切板４３の外周の中心点（回転軸）を通り、翼４２のそれぞれの翼外周側と接する接線である。互いに隣接する翼４２のピッチ角Ｐｔ１～Ｐｔ３５は、全てが同じではなく、異なるものもある。例えば、ピッチ角Ｐｔ３５はピッチ角Ｐｔ１よりも大きい。なお、以下の説明では、全てのピッチ角Ｐｔ１～Ｐｔ３５が同じ羽根車を等ピッチの羽根車と呼び、等ピッチではない羽根車（ピッチの異なる箇所がある羽根車）を不等ピッチの羽根車と呼ぶ。これら３５枚の翼４２は、仕切板４３に固定されている。ただし、一方端の羽根車４１は、エンドプレート４４に翼４２が固定されている。エンドプレート４４には、回転軸に沿って延びるシャフト４５が取り付けられている。各羽根車４１の長さは、５０ｍｍ以下が好ましく、全長Ｌ１が６００ｍｍで２０個連結できるので３０ｍｍ以下がさらに好ましい。

ここでは、回転軸を円の中心として、複数の翼４２の外周端を通る円のうちの最も大きな円の直径をクロスフローファン４０の直径Ｄ１（図４参照）とする。翼４２には、外周端側の辺に３つの切欠き４２ａが形成されている。この切欠き４２ａの中の最も回転軸に近いところを通る円の直径が最も小さくなる。つまり、クロスフローファン４０の直径Ｄ１は、翼４２の外周端側の辺のうちの切欠き４２ａが形成されていない箇所を通る円の直径である。クロスフローファン４０は、例えば、羽根車４１の直径Ｄ１が９０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であるとき、回転数が７００ｒｐｍ以上２０００ｒｐｍ以下であると、十分な送風性能を得ることができる。

仕切板４３またはエンドプレート４４に固定されている翼４２は、回転軸に沿って延びている。各羽根車４１は、例えば射出成形で形成され、３５枚の翼４２と仕切板４３またはエンドプレート４４とが一体的に成形されている。これら２０個の羽根車４１は、いずれも同じピッチ角Ｐｔ１～Ｐｔ３５で配置されている。つまり、回転軸方向に見て、もし、互いに隣接する羽根車４１の３５枚の翼４２の位置を一致させようとすれば、互いに隣接する４１の翼４２の位置を一致させることができる。

しかしながら、図５に示されているように、クロスフローファン４０には、スキュー角θが設定されている。スキュー角θは、互いに隣接する羽根車４１の翼４２が位置ずれしている角度である。この場合、互いに隣接する羽根車４１について互いに対応する３５枚ずつの翼４２がそれぞれθ度だけずれて接合されることになる。

羽根車４１で騒音が発生し易い箇所の１つに、羽根車４１と熱交換器３０とが近い箇所がある。図６に、熱交換器３０と羽根車４１とが最も近い部分が拡大して示されている。図６に示されている隙間Ｉｎが小さくなるほど、騒音が大きくなる傾向がある。この隙間Ｉｎは、クロスフローファン４０の直径Ｄ１を与える円から熱交換器３０の伝熱フィン３６までの距離である。騒音を小さく抑えたいために隙間Ｉｎを大きくすることが考えられるが、隙間Ｉｎを大きくすると空気調和機１０の前後方向の奥行きｄｐが大きくなってしまう。空気調和機１０の奥行きｄｐは、例えば１５０ｍｍから２００ｍｍであり、直径Ｄ１に熱交換器３０の厚みなどが加わった大きさになる。

（２）詳細構成
（２－１）スキュー角と羽根車の騒音の関係
図７、図８及び図９に、２０個の羽根車４１を有するクロスフローファン４０について、スキュー角が異なる場合（スキュー角が２．４°、３．０°及び４．５°の場合）の周波数と相対デシベルとの関係が示されている。図７、図８及び図９に示されているグラフは、シミュレーションによるものである。このシミュレーションは、図１０に示されているように、各羽根車４１の中心に点音源を仮定して、これら点音源で発生した音を観測点ＭＰで合成して騒音を求め、求められた騒音のフーリエ解析を行って各次数の周波数の相対デシベルを計算している。各羽根車４１の点音源から発生する音にはスキュー角に相当する位相差が付けられている。また、観測点ＭＰは、回転軸方向における全ての羽根車４１の中心を通る垂線上にあって、羽根車４１まで所定距離Ｌ２だけ離れた点である。これらのシミュレーションが周波数毎の音圧レベルの傾向を調べるためのものであって音圧レベルの比較ができればよいので、図７、図８及び図９のグラフの縦軸には、相対的な音圧レベル（相対デシベル）が示されている。相対デシベルは、切欠きが無い翼からなる等ピッチの羽根車をスキュー角が０°となるように１０個連結した場合の音圧レベルを６０ｄＢとして、相対的に表したものである。例えば、相対デシベルが２０ｄＢということは、４０ｄＢだけ音圧レベルが小さくなっているということである。

図７、図８及び図９では周波数が回転次数で表記されており、回転次数が１次と表記された周波数は、クロスフローファン４０の回転数に一致し、例えばクロスフローファン４０の回転数が９００ｒｐｍとすると１５Ｈｚ（＝９００ｒｐｍ／６０sec）になる。従って、上述の場合、回転次数が２次と表記された周波数は、３０Ｈｚ（＝１５×２）になる。また、各羽根車４１が３５枚の翼４２を有しているので、３５次の周波数が１ＮＺになる。例えば上述の場合には、１ＮＺは、５２５Ｈｚ（＝３５×９００÷６０）になる。

各羽根車４１が不等ピッチの羽根車であるため、１ＮＺの周波数（３５次の周波数）を持つ音が大きくなるだけでなく、その前後の周波数（例えば３３次、３４次、３６次及び３７次などの周波数）を持つ音が大きくなる傾向がある。そこで、不等ピッチの羽根車４１の騒音を分析するには、１ＮＺの周波数の近傍の周波数まで含めた１ＮＺ周辺の所定範囲の周波数を持つ音を観測する方が適切と考えられる。図７乃至図９に示されているグラフでは、３２次から４０次までの範囲の周波数を持つ騒音を１ＮＺ周辺の騒音としている。

また、図７乃至図９については、１ＮＺ周辺の騒音よりも低い周波数を持つ音を低周波数騒音と呼ぶ。図７乃至図９に示されているグラフでは、低周波数騒音は、２８次以下の周波数を持つ音からなる騒音とする。さらに、２ＮＺ～３ＮＺの騒音は、７０次から１１０次までの周波数を持つ音からなる騒音とする。

図１１には、羽根車４１を２０個連結した場合の１ＮＺ周辺の騒音（グラフＧ１）、２ＮＺ～３ＮＺの騒音（グラフＧ２）及び低周波騒音（グラフＧ３）の相対デシベルとスキュー角との関係の一例が示されている。図１１に示されているグラフは、図７乃至図９に示されているグラフに基づいて作成されたものである。図１１のグラフＧ２から、スキュー角を小さくすると２ＮＺ～３ＮＺの騒音を小さくできることがわかる。特に、スキュー角が３．０°と２．４°のときに、２ＮＺ～３ＮＺの騒音が小さくなっている。それに対して、図１１のグラフＧ３を見ると、低周波数騒音の改善のためにはスキュー角を大きくする方が好ましいことが分かる。つまり、２ＮＺ～３ＮＺの騒音の改善のためにスキュー角を小さくしようとすると低周波騒音が大きくなり、低周波騒音を小さくしようとしてスキュー角を大きくしようとすると２ＮＺ～３ＮＺの騒音が大きくなるというトレードオフの関係が図１１から見て取れる。

図１２には、２０個の羽根車４１を有するクロスフローファン４０の回転数が９００ｒｐｍの場合について、スキュー角を変化させたときの２．５ＮＺ音の実測値の一例が示されている。図１１のグラフＧ２と図１２のグラフとは、スキュー角が２．５°から３．０°までは変化が小さく、且つ３．０°と３．５°の間からグラフの傾きが大きくなる傾向が一致している。

図１３のグラフＧ１１、Ｇ１２，Ｇ１３，Ｇ１４，Ｇ１５，Ｇ１６，Ｇ１７は、２０個の羽根車４１を有し且つスキュー角が３．０°であるクロスフローファン４０を用いて、クロスフローファン４０の回転数を１６５０ｒｐｍ、１５００ｒｐｍ、１３００ｒｐｍ、１１００ｒｐｍ、１０００ｒｐｍ、９００ｒｐｍ、８００ｒｐｍのように変更して実測した場合について周波数と音圧レベルの絶対値との関係とを示している。図１３からは、回転数が小さくなると各周波数の音の音圧レベルは小さくなることが分かる。いずれの回転数のグラフＧ１１～Ｇ１７を見ても、音圧レベルが周波数に伴って変化する傾向が類似していることが分かる。

図１４、図１５及び図１６には、スキュー角と各周波数の相対デシベルとの関係が示されている。図１４、図１５及び図１６には、羽根車４１の個数が１１個、１７個及び２０個の場合のグラフがそれぞれ示されているが、羽根車４１の個数以外の条件は同じになるように設定されている。グラフＧ２１，Ｇ２２，Ｇ２３は、回転次数が３０次から４０次の範囲の１ＮＺ周辺の騒音の相対デシベルを示しており、グラフＧ２４，Ｇ２５，Ｇ２６は、回転次数が７５次から１００次の範囲の２ＮＺ～３ＮＺの騒音の相対デシベルを示しており、グラフＧ２７，Ｇ２８，Ｇ２９は、回転次数が５次から２５次の範囲の低周波数騒音の相対デシベルを示している。図１４、図１５及び図１６に示されているグラフＧ２７～Ｇ２９を比較すると、羽根車４１の個数が変化しても、スキュー角が小さく方が低周波数騒音の相対デシベルを小さくできるポイントが見つけ難くなるという傾向があることが分かる。それに対して、図１４、図１５及び図１６に示されているグラフＧ２４～Ｇ２６を比較すると、スキュー角を大きくしていくときに音が急に大きくなるスキュー角のポイントは、羽根車４１の個数が多くなる程スキュー角の大きい方にずれることが分かる。例えば、羽根車４１が１１個のグラフＧ２４では、スキュー角が２．７°を越えると２ＮＺ～３ＮＺの騒音が急に大きくなる。羽根車４１が１７個のグラフＧ２５では、スキュー角が２．７°～３．０°の間のある角度を越えると２ＮＺ～３ＮＺの騒音が急に大きくなる。羽根車４１が２０個のグラフＧ２６では、スキュー角が３．０°～３．３°の間のある角度を越えると２ＮＺ～３ＮＺの騒音が急に大きくなる。

（２－２）スキュー角の適当な範囲
図１７、図１８、図１９、図２０、図２１、図２２及び図２３には、羽根車４１の個数が８個、１１個、１４個、１５個、１７個、２０個及び２３個の場合のグラフがそれぞれ示されており、これらのグラフの相対デシベルの値は、図１４乃至図１６と同様に、図１０を用いて説明した方法によって計算されたものである。羽根車４１の個数を変えても複数の羽根車４１の全長が同じになるように各羽根車４１の長さを調整しており、このように調整する点は羽根車４１の個数の影響を比較するための他のグラフでも同様である。図１７乃至図２３には、１ＮＺ周辺の騒音及び２ＮＺ～３ＮＺの騒音が、不等ピッチの羽根車とスキュー角によって、２５ｄＢ程度以上の低下が見込めるスキュー角の設定範囲を検討した結果が示されている。

グラフＧ３１，Ｇ３２，Ｇ３３，Ｇ３４，Ｇ３５，Ｇ３６，Ｇ３７は、羽根車４１の個数が８個、１１個、１４個、１５個、１７個、２０個及び２３個の場合の回転次数が３０次から４０次の範囲の周波数を持つ１ＮＺ周辺の騒音の相対デシベルを示している。グラフＧ４１，Ｇ４２，Ｇ４３，Ｇ４４，Ｇ４５，Ｇ４６，Ｇ４７は、羽根車４１の個数が８個、１１個、１４個、１５個、１７個、２０個及び２３個の場合の回転次数が７０次から１１０次の範囲の周波数を持つ２ＮＺ～３ＮＺの騒音の相対デシベルを示している。グラフＧ５１，Ｇ５２，Ｇ５３，Ｇ５４，Ｇ５５，Ｇ５６，Ｇ５７は、羽根車４１の個数が８個、１１個、１４個、１５個、１７個、２０個及び２３個の場合の回転次数が１次から２０次の範囲の周波数を持つ低周波騒音の相対デシベルを示している。また、グラフＧ６１，Ｇ６２，Ｇ６３，Ｇ６４，Ｇ６５，Ｇ６６，Ｇ６７は、羽根車４１の個数が８個、１１個、１４個、１５個、１７個、２０個及び２３個の場合の回転次数が１次から３０次の範囲の周波数を持つ低周波騒音の相対デシベルを示している。

図１７から図２３において、四角形の枠で囲まれた範囲が、グラフＧ３１～Ｇ３７、グラフＧ４１～Ｇ４７、グラフＧ５１～Ｇ５７及びグラフＧ６１～Ｇ６７の相対デシベルが３５ｄＢ以下となっている範囲である。複数の羽根車４１を超音波溶着する際には、例えば±０．３°程度のばらつきが生じる場合がある。その様な場合には、スキュー角についての公差を例えば０．６°とすることが好ましく、１７個、２０個または２３個の羽根車４１を用いると、公差を０．６°にできる可能性があることが示されている。

図２４には、図１７から図２３に示されているグラフＧ３１～Ｇ３７が示され、図２５には、図１７から図２３に示されているグラフＧ４１～Ｇ４７が示され、図２６には、図１７から図２３に示されているグラフＧ５１～Ｇ５７が示されている。図２４を見ると、スキュー角が小さい場合から大きく方向に変化する場合に、１ＮＺ周辺の騒音を示すグラフＧ３１～Ｇ３７のいずれの相対デシベルも変動している。しかし、羽根車４１の個数が少ない場合には変動の周期が大きく且つ振幅も大きいが、羽根車４１の個数が多くなるに従って変動の周期が小さく且つ振幅も小さくなっている。また、グラフＧ３１～Ｇ３７は、全体的に（各グラフの平均値を考えると）、個数が多くなるほど相対デシベルが小さくなる方向にシフトする傾向がある。例えば、羽根車４１の個数が８個の場合を示すグラフＧ３１を見ると、周期が１．３°程度（例えば、頂点がスキュー角３．２°，４．７°に認められる。）であり、振幅が１０ｄＢ程度（例えば、スキュー角３．２°で相対デシベルが４０ｄＢ、スキュー角３．８°～３．９°で相対デシベルが３０ｄＢ程度と認められる。）である。それに対して、羽根車４１の個数が２３個の場合を示すグラフＧ３７を見ると、周期が０．４°程度（例えば、頂点がスキュー角３．４°，３．８°に認められる。）であり、振幅が５ｄＢ程度（例えば、スキュー角３．２°で相対デシベルが２９ｄＢ程度、スキュー角３．６°で相対デシベルが２４ｄＢ程度と認められる。）である。このように羽根車４１の個数が多くなることによって、１ＮＺ周辺の騒音が抑制し易くなっている。

図２５を見ると、２ＮＺ～３ＮＺの騒音については、スキュー角が３．４°～５．０°の範囲では、相対デシベルが、４０ｄＢから５０ｄＢの範囲にあって比較的大きな値を中心に変動していることが分かる。それに対して、スキュー角が２．０°～３．０°の範囲では、相対デシベルが、２０ｄＢから４０ｄＢの範囲にあって、スキュー角が大きくなるに従って増加するする傾向にある。それらのグラフＧ４１～Ｇ４７の中でも、羽根車４１の個数が１４個～２３個の場合を示すグラフＧ４３～Ｇ４７は、スキュー角が２．０°～３．０°の範囲では、相対デシベルが、２０ｄＢから３５ｄＢの範囲の中に収まっている。それらの中でも特に、羽根車４１の個数が１７個、２０個及び２３個の場合を示すグラフＧ４５，Ｇ４６，Ｇ４７は、スキュー角が２．０°～３．０°の範囲では、相対デシベルが、２０ｄＢから３０ｄＢの範囲の中に収まっている。

図２６を見ると、回転次数が１次から２０次までの低周波騒音は、羽根車４１の個数に拘わらず、スキュー角が大きくなるに従って相対デシベルが小さくなる傾向がある。また、羽根車４１の個数が多くなるに従って、グラフＧ５１～Ｇ５７は、全体的に（各グラフの平均値を考えると）、相対デシベルが小さくなる方向にシフトする傾向がある。

図２７には、スキュー角を３．０°に固定して、羽根車４１の個数を変化させたときの相対デシベルの変化が示されている。図２７において、グラフＧ７１は、回転次数が３０次から４０次の範囲の周波数を持つ１ＮＺ周辺の騒音の相対デシベルを示しており、グラフＧ７２は、回転次数が７５次から１００次の範囲の周波数を持つ２ＮＺ～３ＮＺの騒音の相対デシベルの変化を示しており、グラフＧ７３は、回転次数が７５次から９０次の範囲の周波数を持つ２．５ＮＺ周辺の騒音の相対デシベルの変化を示しており、グラフＧ７４は、回転次数が５次から２５次の範囲の周波数を持つ低周波騒音の相対デシベルの変化を示している。図２７からグラフＧ７１～Ｇ７４を見ると、羽根車４１の個数が多くなるほど相対デシベルを低く設定し易いことが分かる。

図２５と図２６とを合わせて考えると、羽根車４１の個数が同じであれば、低周波数騒音の改善にはスキュー角を大きくすることが好ましくが、逆に２ＮＺ～３ＮＺの騒音の改善にはスキュー角を３．２°以下、さらに好ましくは３．０°以下に抑えることが好ましいことが分かる。このことは、図１７乃至図２３を用いて説明した四角形の枠で示した範囲とも一致する。例えば、羽根車４１の個数が１４個ではスキュー角が２．７°～３．１°の範囲、羽根車４１の個数が１５個ではスキュー角が２．５°～３．０°の範囲、羽根車４１の個数が１７個ではスキュー角が２．２°～３．２°の範囲、羽根車４１の個数が２０個ではスキュー角が２．０°～３．２°の範囲、及び羽根車４１の個数が２３個ではスキュー角が２．０°～３．２°の範囲が好ましい。つまり、上述のグラフを見る限り、羽根車４１の個数が１４個以上の場合には、スキュー角が２．７°～３．０°の範囲が好ましく、羽根車４１の個数が１７個以上の場合には、スキュー角が２．２°～３．２°の範囲が好ましい。

図２８には、羽根車４１の回転数が１１００ｒｐｍの場合について、スキュー角と騒音の音圧レベルの絶対値及び２．４ＮＺ音の突出量との関係が示されている。上述の羽根車４１を複数連結する態様において、２．４ＮＺ音の突出量は、その周辺の周波数を持つ音から異音として突出している音圧レベルである。図２８に示されているグラフＧ７５は、２０個の羽根車４１を連結したものの騒音の音圧レベルの変化を示しており、グラフＧ７６は、１１個の羽根車４１を連結したものの騒音の音圧レベルの変化を示している。また、グラフＧ７７は、２０個の羽根車４１を連結したものの２．４ＮＺ音の突出量であり、グラフＧ７８は、１１個の羽根車４１を連結したものの２．４ＮＺ音の突出量である。図２８を見ると、２．４ＮＺ音は、２０個の羽根車４１を持つものではスキュー角２．４°～３．０°の範囲までにおいて、また２０個の羽根車４１を持つものではスキュー角３．０°～４．５°の範囲までにおいて、スキュー角を小さくすることによって低減できている。騒音の音圧レベルは、羽根車４１を空気調和機１０の中に取り付けて空気調和機１０で発生する騒音を実測した結果である。この騒音についても、２０個の羽根車４１を持つものではスキュー角２．４°～３．０°の範囲までにおいて、また２０個の羽根車４１を持つものではスキュー角３．０°～４．５°の範囲までにおいて、スキュー角を小さくすることによって低減できている。

（２－３）羽根車４１の個数の影響
既に、図２７では、羽根車４１の個数を変化させたときの相対デシベルの変化について説明している。ここではさらに、図２９を用いて、回転数が１１００ｒｐｍの場合について、羽根車４１の個数と騒音の音圧レベルの絶対値との関係の一例及び羽根車４１の個数と２．４ＮＺ音の突出量との関係の一例を示している。図２９に示されているグラフＧ８１には騒音の音圧レベルの絶対値の変化が示されており、グラフＧ８２には２．４ＮＺ音の突出量の変化が示されている。グラフＧ８１，Ｇ８２のいずれにおいても、羽根車４１の個数が増加するに従って、音圧レベル及び突出量のいずれも減少する傾向が見られる。しかしながら、羽根車４１の個数が１７個以上ではこれらの減少幅が小さくなる傾向が見られる。

図３０には、ＮＺ音の音圧レベルの絶対値と羽根車の個数の関係の一例が示されている。グラフＧ８６は、１ＮＺ音に関するグラフであり、グラフＧ８７は、２ＮＺ音に関するグラフである。１ＮＺ音も２ＮＺ音も、羽根車４１の個数の増加に伴って音圧レベルが減少している。特に、２ＮＺの音圧レベルは、羽根車４１の個数が１７個以上では減少幅が小さくなる傾向が見られる。

（２－４）羽根車４１の個数の影響
図３１には、スキュー角が３．０°であって回転数が１１００ｒｐｍの場合について、隙間Ｉｎと騒音の音圧レベルの絶対値及び隙間Ｉｎと２．４ＮＺ音の突出量との関係の一例が示されている。隙間Ｉｎは、羽根車４１から伝熱フィン３６までの距離であり、図３１では、５ｍｍ～２０ｍｍの範囲で変化している。ここに示されているデータは、羽根車４１の直径Ｄ１が１０５ｍｍの場合のものである。従って、隙間Ｉｎが直径Ｄ１の約５％から約１９％の範囲についてのデータが図３１に示されている。

図３１に示されているグラフＧ９１は、２０個の羽根車４１を連結したものの騒音の音圧レベルの変化を示しており、グラフＧ９２は、１１個の羽根車４１を連結したものの騒音の音圧レベルの変化を示している。また、グラフＧ９３は、２０個の羽根車４１を連結したものの２．４ＮＺ音の突出量の変化を示しており、グラフＧ９４は、１１個の羽根車４１を連結したものの２．４ＮＺ音の突出量の変化を示している。グラフＧ９２，Ｇ９４を見ると、１１個の羽根車４１では、隙間Ｉｎが小さくなると、騒音の音圧レベルも２．４ＮＺ音の突出量も大きくなる傾向があり、また隙間Ｉｎの大きさによって騒音の音圧レベルも２．４ＮＺ音の突出量も大きく変動する傾向があることが分かる。それに対して、グラフＧ９１，Ｇ９３を見ると、２０個の羽根車４１では、隙間Ｉｎが小さくなっても、騒音の音圧レベルも２．４ＮＺ音の突出量もあまり変わりがなく、また騒音の音圧レベルと２．４ＮＺ音の突出量の隙間Ｉｎの大きさによる変動の幅も小さいことが分かる。

（２－５）翼４２の切欠き４２ａの影響
図３２には、２０個の羽根車４１を持ち、隙間Ｉｎが５ｍｍ、スキュー角が３．０°であって回転数が１４００ｒｐｍの場合について、騒音に含まれる周波数と音圧レベルの絶対値との関係の一例が示されている。図３２において、グラフＧ１０１は、切欠き４２ａを有する羽根車４１を用いて実測した結果を示しており、グラフＧ１０２は、切欠き４２ａの無い羽根車４１を用いて実測した結果を示している。グラフＧ１０１とグラフ１０２で大きく異なるところは、２．４ＮＺ音の突出量であり、図３２において楕円で囲まれている部分である。２．４ＮＺ音の突出量は、切欠き４２ａを有する羽根車４１を用いることで、切欠き４２ａの無い羽根車４１を用いた場合に比べて３ｄＢ程度低減させることができている。

（２－６）ＮＺ音の低減効果
図３３には、スキュー角４．５°で連結した、切欠き４２ａの無い１０個の不等ピッチの羽根車４１についての騒音の実測値の分析結果が示されている。図３４には、スキュー角を適宜調節して連結した、切欠き４２ａを有する１０個の不等ピッチの羽根車４１についての騒音の実測値の分析結果が示されている。図３５には、スキュー角を適宜調節して連結した、切欠き４２ａの無い２０個の不等ピッチの羽根車４１についての騒音の実測値の分析結果が示されている。図３３、図３４及び図３５において、グラフＧ１１１～Ｇ１１８、グラフＧ１２１～Ｇ１２８及びグラフＧ１３１～Ｇ１３８は、それぞれ、回転数が１４００ｒｐｍ、１３００ｒｐｍ、１２００ｒｐｍ、１１００ｒｐｍ、１０００ｒｐｍ、９００ｒｐｍ、８００ｒｐｍ及び７００ｒｐｍの場合の分析結果を示している。図３３、図３４及び図３５に楕円で囲まれた部分を比較すると、ＮＺに関連する周波数を持つ音が切欠き４２ａ及び羽根車４１の個数を２倍にしたことによって低減されていることが分かる。

（３）変形例
（３－１）変形例１Ａ
上記実施形態では、スキュー角を設定することで、互いに隣接する羽根車４１の３５枚の翼４２について、対応する全ての翼４２をずらしている。互いに隣接する羽根車４１の不等ピッチの配列を同じにしなくてもよく、例えばピッチが異なる不等ピッチの羽根車４１を用いてもよく、隣接する羽根車４１の翼４２が同じ位置に配列される場合もある。このように、互いに隣接する羽根車４１の対応する全ての翼４２が全て位置ずれしていなくてもよく、少なくとも１つの翼４２が隣接する羽根車４１について位置ずれしていればよい。

（３－２）変形例１Ｂ
上記実施形態では、例えば２０個の羽根車４１が全て連結されて１本の連結体として一体化されている。しかし、一体化するときに１本の連結体になっていなくてもよく、例えば１０個ずつ連結されて一体化され、２本の連結体になっていてもよい。その場合には、それら２本の連結体が連動して回転するように構成される。

（３－３）変形例１Ｃ
上記実施形態では、空気調和機１０が壁ＷＡに取り付けられる壁掛け型である場合について説明したが、空気調和機１０は壁掛け型に限られるものではない。例えば、空気調和機１０は、天井から吊り下げられるタイプの空気調和機であってもよい。

（４）特徴
（４－１）
以上説明したように、複数の羽根車４１は、互いに隣接する羽根車４１の複数の翼４２のうちの少なくとも1つが位置ずれして配列されている。上記実施形態では、羽根車４１の個数が２０個である場合を中心に説明したが、クロスフローファン４０は、回転軸に沿って並べられている複数の羽根車４１の個数が１４個以上３０個以下であれば、各羽根車４１で発生する２ＮＺ音から３ＮＺ音までの騒音が互いに十分に打ち消すことができる。その結果、クロスフローファン４０の２ＮＺ音から３ＮＺ音までの騒音を十分に抑制することができる。上述のように、２ＮＺから３ＮＺまでの間の特定の範囲（例えば上述の７０次から１１０次までの周波数を持つ音（２ＮＺ～３ＮＺの騒音））の音圧レベルが低下したことで、２ＮＺ音から３ＮＺ音までの騒音を抑制できたと判断してもよいし、２ＮＺ音から３ＮＺ音までの中で低下させたい特定の周波数を持つ音（例えば上述の２．４ＮＺ音、２．５ＮＺ音）に着目して、２ＮＺ音から３ＮＺ音までの中の着目した周波数を持つ音の音圧レベルが低下したことで２ＮＺ音から３ＮＺ音までの騒音を抑制できたと判断してもよい。２ＮＺから３ＮＺまでの間の特定の範囲の音圧レベルの低下で２ＮＺ音から３ＮＺ音までの騒音の抑制を判断する場合、その範囲の設定は、状況に応じて適宜行えばよく、上述の例に限られるものではない。また、特定の周波数を持つ音に着目する場合も、どの周波数の音に着目するかは状況に応じて適宜決めればよく、上述の例に限られるものではない。

（４－２）
羽根車４１の数が１７個以上であると、図２５を用いて説明したように、位相ずれ（スキュー角）の公差などに起因する変動による２ＮＺ音から３ＮＺ音までを含む騒音の変化幅が小さくなる。また、羽根車４１の数が２５個以下であることから、仕切板４３による送風抵抗が大きくなり過ぎるのを抑制することができる。その結果、良好な送風性能と高い静粛性を有する空気調和機１０を安定して供給できる。

（４－３）
複数の羽根車４１の回転軸方向の各々の長さ寸法が直径Ｄ１の４０％以下であると、クロスフローファン４０の長さもみじかくできて、空気調和機１０の回転軸方向の長さ（左右方向の長さ）を短くできる。このような構造によって、空気調和機１０は、コンパクト化が図られている。

（４－４）
熱交換器３０は、隙間Ｉｎが羽根車４１の直径Ｄ１の１０％以下になるように配置されている。このような構造によって、熱交換器３０とクロスフローファン４０の占有空間を小さくできるので、空気調和機１０の前後方向の奥行きｄｐを短くできて空気調和機１０のコンパクト化が図れる。

（４－５）
上記実施形態では、羽根車４１の直径Ｄ１が１０５ｍｍである場合について説明しているが、クロスフローファン４０は、羽根車４１の直径Ｄ１が９０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であり、回転数が７００ｒｐｍ以上２０００ｒｐｍ以下であると、十分な送風性能を得ることができる。

１０ 空気調和機
２０ ケーシング
３０ 熱交換器
３６ 伝熱フィン
３７ 伝熱管
４０ クロスフローファン
４１ 羽根車
４２ 翼
４３ 仕切板

特許第３４６０３５０号公報

Claims (6)

1. 複数の翼（４２）を周方向に配列した羽根車（４１）を複数設けた円筒状のクロスフローファン（４０）と、
   前記羽根車の直径の２０％以下の寸法の隙間をあけて前記クロスフローファンの空気流れ上流側に配置されている熱交換器（３０）と、
   を備え、
   前記複数の羽根車は、互いに隣接する羽根車の前記複数の翼のうちの少なくとも1つが位置ずれして配列され、
   前記クロスフローファンは、回転軸に沿って並べられている前記複数の羽根車の個数が１４個以上３０個以下である、空気調和機。
2. 前記クロスフローファンは、２０００ｒｐｍ以下の回転数で送風する、
   請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記クロスフローファンは、１７個以上２５個以下の羽根車を有する、
   請求項１または請求項２に記載の空気調和機。
4. 前記クロスフローファンは、前記複数の羽根車の回転軸方向の各々の長さ寸法が前記直径の４０％以下である、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の空気調和機。
5. 前記熱交換器は、前記隙間が前記直径の１０％以下になるように配置されている、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の空気調和機。
6. 前記クロスフローファンは、前記直径が９０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であり、回転数が７００ｒｐｍ以上２０００ｒｐｍ以下である、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の空気調和機。

Images