JP4660634B2 - シロッコファン及びそれを用いた空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、シロッコファン及びそれを用いた空気調和装置に関するものであり、特に発生する騒音を低減するようにしたシロッコファン及びそれを用いた空気調和装置に関するものである。

従来から、円筒形状を有し、空調対象域に幅広の帯状の風を吹き出すことができる多翼遠心ファンであるシロッコファンが存在する。このシロッコファンは、空気調和装置を構成する室内機や、除湿機、空気清浄機等に利用されることが多い。このようなシロッコファンは、一般的に、複数の細長い羽根板を円周上に配列し、全体として円筒形状としたファンを、吸込口及び吹出口が形成されたスクロールケーシングに収容して構成される。そして、シロッコファンは、吸込口から空気を内部に取り込み、取り込んだ空気を吹出口側から空調対象域に吹き出すようになっている。

そのようなものとして、「相互間に空間をもって同一の回転軸に沿って連結された複数の多翼遠心ファンユニットと、前記連結された複数の多翼遠心ファンユニットを収容したケーシングとを備え、前記ケーシングが、前記複数の多翼遠心ファンユニットから吐出される空気を外部へ吹出すための吹出用流路を形成しており、前記吹出用流路が前記複数の多翼遠心ファンユニットについて連続した共通の流路である多翼ファン」が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平１１−３２４９８４号公報（第５頁、第７−８図）

従来の多翼ファンでは、動作点の損失係数が小さく、動作点がサージング領域よりも、開放側にある場合、ファンの横幅が短く、所定風量時に発生する騒音が大きくなってしまうという課題があった。つまり、このようなシロッコファンでは、所定量の吹出し風量を空調対象域に供給する時に、ファンから発生する音が大きくなって、それが騒音となって空調対象域に伝達され、ユーザに不快感を与えることがあった。また、所定騒音値を低下させるとシロッコファンからの吹出し風量が小さくなり、吹出し風量を大きくすると騒音値が大きくなってしまい、吹出し風量と音の発生との適切なバランスを図ることが困難であるという課題もあった。また、ファン幅が短く、損失係数が小さい場合、騒音を小さくするためには不必要にファン径を大きくしなければならないという課題もあった。さらに、このようなシロッコファンを空気調和装置に用いる場合、ファン幅が短いと、ファン下流側に熱交換器がある場合、熱交換器の幅方向の速度分布が不均一で、熱交換器の伝熱性能が低下し、圧縮機の消費電力が増加するという課題もあった。また、損失係数とファン幅の関係が不明確という課題もあった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、所定量の吹出し風量を供給する際に発生する音を低減するようにしたシロッコファン及びそれを用いた空気調和装置を提供することを目的としている。

本発明に係るシロッコファンは、空気を取り入れるための吸込口、空気を吹き出すための吹出口、及び、前記吸込口から前記吹出口までの風路を有するスクロールケーシングと、前記スクロールケーシング内に収容され、回転駆動することで前記吸込口から空気を取り入れ前記吹出口から空気を吹き出すファンと、前記スクロールケーシングの前記吸込口に取り付けられるベルマウスと、を備え、前記吸込口が、前記ファンの回転中心の延長線上であって、前記スクロールケーシングの両側面に形成されているものにおいて、前記風路内における通風抵抗をＰ［Ｐａ］、前記吸込口から取り入れる空気の量をＱ［ｍ³ ／ｍｉｎ］、前記ファンの回転軸方向の幅をＬ［ｍｍ］、ｋを定数とし、前記スクロールケーシングの高さをＨ＝２４６ｋ［ｍｍ］、Ｐ／Ｑ² を損失係数ξ［Ｐａ／（ｍ³ ／ｍｉｎ）² ］とした場合に、０．１≦ｋ⁴ ξ≦０．４の範囲において、ｆ（ｋ⁴ ξ）＝０．３４９４７（ｋ⁴ ξ）² −１．０５５４（ｋ⁴ ξ）＋１．８とし、０．７５ｆ（ｋ⁴ ξ）≦Ｌ／Ｈ≦ｆ（ｋ⁴ ξ）としたことを特徴とする。

本発明に係るシロッコファンは、空気を取り入れるための吸込口、空気を吹き出すための吹出口、及び、前記吸込口から前記吹出口までの風路を有するスクロールケーシングと、前記スクロールケーシング内に収容され、回転駆動することで前記吸込口から空気を取り入れ前記吹出口から空気を吹き出すファンと、前記スクロールケーシングの前記吸込口に取り付けられるベルマウスと、を備え、前記吸込口が、前記ファンの回転中心の延長線上であって、前記スクロールケーシングの片側面に形成されているものにおいて、前記風路内における通風抵抗をＰ［Ｐａ］、前記吸込口から取り入れる空気の量をＱ［ｍ³ ／ｍｉｎ］、前記ファンの回転軸方向の幅をＬ［ｍｍ］、ｋを定数とし、前記スクロールケーシングの高さをＨ＝２４６ｋ［ｍｍ］、Ｐ／Ｑ² を損失係数ξ［Ｐａ／（ｍ³ ／ｍｉｎ）² ］とした場合に、０．１≦ｋ⁴ ξ≦０．４の範囲において、ｇ（ｋ⁴ ξ）＝１．３９７８８（ｋ⁴ ξ）² −２．１１０８（ｋ⁴ ξ）＋１．８とし、１．５ｇ（ｋ⁴ ξ）≦Ｌ／Ｈ≦２ｇ（ｋ⁴ ξ）としたことを特徴とする。

また、本発明に係る空気調和装置は、上述したシロッコファンを用いたことを特徴とする。

本発明に係るシロッコファンによれば、ファンの動作点が所定範囲となるように所定の式に基づいてファン幅を決定するだけで、空気の吹出し風量と騒音との均衡を図ることができるので、所定量の吹出し風量を供給する際に発生する音を効果的に低減することができる。

本発明の実施の形態に係るシロッコファンの内部を透視して示した透視斜視図である。 ファンの全体形状を示した斜視図である。 シロッコファンの概略縦断面構成を示す断面図である。 シロッコファンのＰ−Ｑ特性及びＫｓ−Ｑ特性を表すグラフである。 シロッコファンのＬ₀ ／Ｈ₀ と損失係数ξ₀ との関係を表すグラフである。 動作点Ａを通る場合のシロッコファンのＰ−Ｑ特性及びＫｓ−Ｑ特性を表すグラフである。 ファンの羽根板１枚毎の翼間風量と羽根板の位置との関係を表すグラフである。 ベルマウスの縦断面構成を示す概略断面図である。 ベルマウスの領域αを示したシロッコファンの斜視図である。 段差なしの領域αの部分の壁面上における静圧変動のｒｍｓ値を示した領域α部分の拡大図である。 段差ありの領域αの部分の壁面上における静圧変動のｒｍｓ値を示した領域α部分の拡大図である。 シロッコファンの概略断面構成を示す縦断面図である。 シロッコファンを透視して示す透視斜視図である。 動作点Ｂを通る場合のシロッコファンのＰ−Ｑ特性を表すグラフである。 シロッコファンを搭載した天吊室内機の概略全体構成を示した平面図である。 天吊室内機の縦断面構成を示した断面図である。 天吊室内機における騒音値を示す表である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和装置の概略構成を示す概略構成図である。

符号の説明

１ ファン、２ スクロールケーシング、２ａ 吸込口、２ｂ 吹出口、２ｂ１ 舌部、２ｃ 風路、３ ベルマウス、４ 舌部、５ 吸込みスペース、１００ シロッコファン、１１０ 天吊室内機、１５０ 空気調和装置、１５１ 圧縮機、１５２ 凝縮熱交換器、１５３ 絞り装置、１５４ 蒸発熱交換器。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係るシロッコファン１００の内部を透視して示した透視斜視図である。図２は、ファン１の全体形状を示した斜視図である。図３は、シロッコファン１００の断面構成を示す概略縦断面図である。図１〜図３に基づいて、シロッコファン１００の全体構成について説明する。このシロッコファン１００は、エアコンや除湿機等の空気調和装置を構成する室内機や、除湿機、空気清浄機等に利用されるものである。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

図１に示すように、シロッコファン１００は、複数の細長い羽根板（ブレード）を円周上に配列し、全体として円筒形状となっているファン１と、ファン１を収容し、内部に風路を形成するスクロールケーシング２と、ファン１の回転中心の延長線上（以下、単に回転軸上と称する）であって、スクロールケーシング２の両側面に取り付けられるベルマウス３と、で構成されている。ファン１は、回転中心を有し、回転することで空気を吸い込み、その空気を吹き出すようになっている。スクロールケーシング２は、回転軸上に開口形成されている吸込口２ａと、吸込口２ａから取り入れられた空気を対象域に向けて吹き出す吹出口２ｂと、ファン１の回転円周方向にスクロールケーシング形状（曲線形状）に形成され、吸込口２ａと吹出口２ｂとを連通させる風路２ｃと、で構成されている。

ベルマウス３は、開口形成され、スクロールケーシング２の吸込口２ａに取り付けられるようになっており、吸込口２ａから取り入れられる空気を集約増速してファン１に供給可能にしている。ファン１は、ファン径Ｄをたとえばφ１９２ｍｍ、幅寸法Ｌをたとえば１５０〜４００ｍｍ、羽根板数をたとえば４０枚として構成するとよい。スクロールケーシング２は、スクロールケーシング高さＨを２４６ｍｍとして構成するとよい。なお、ベルマウス３の形状を特に限定するものではなく、たとえばファン径Ｄの長さに応じて決定するとよい。

図４は、シロッコファン１００のＰ−Ｑ特性及びＫｓ−Ｑ特性を表すグラフである。図４に基づいて、シロッコファン１００のＰ−Ｑ特性及びＫｓ−Ｑ特性について説明する。ここで、Ｐが静圧［Ｐａ］を、Ｑが風量［ｍ³ ／ｍｉｎ］を、Ｋｓが比騒音［ｄＢ］をそれぞれ表している。また、比騒音Ｋｓは、式Ｋｓ＝ＳＰＬ−１０・ｌｏｇ₁₀（Ｐ・Ｑ^2.5 ）に基づいて算出したものである。なお、ＳＰＬは、騒音値を表しており、スクロールケーシング２の吸込口２ａに取り付けられているベルマウス３の中心から、回転軸上に沿って１ｍ程度離れた位置で、シロッコファン１００から発生した騒音を測定した値を用いてある。また、黒塗り丸印がＰ−Ｑ特性を、白抜き丸印がＫｓ−Ｑ特性を示している。さらに、（１）〜（３）は、動作点を示している。

Ｐ−Ｑ特性とは、ファン１の回転数を一定とした状態において、通風抵抗である静圧Ｐ（左側縦軸）と風量Ｑ（横軸）との関係を示すものである。図４の黒塗り丸印で表されているように、静圧が小さいほど風路２ｃにおいて風は流れやすくなり、静圧が大きいほど風路２ｃにおいて風は流れにくくなる。つまり、動作点（３）では、風量が得やすくなり、動作点（１）では、風量が得にくくなるのである。したがって、静圧が小さいほど風量は大きくなり、静圧が大きいほど風量は小さくなるということになる。なお、以下の説明において、高静圧かつ低風量側を締切側（グラフの左上側）、低静圧かつ高風量側を開放側（グラフの右下側）と称する。

ただし、図４に示すように、風量が小さくなったとしても、静圧が小さくなる領域が局部的に存在する。この領域をサージング領域（図４で示す破線囲み）という。このようなサージング領域では、風路２ｃ内における空気の流れが不安定になりやすい。つまり、サージング領域は、空気の流れが不安定になることにより異常音の原因となる可能性が高い領域なのである。なお、比騒音Ｋｓ（右側縦軸）は、図４の白抜き丸印で表されているように、風量Ｑが増加すると、大きくなるようになっている。この比騒音Ｋｓは、静圧Ｐと風量Ｑとを考慮した騒音値である。

図５は、シロッコファン１００のＬ₀ ／Ｈ₀ と損失係数ξとの関係を表すグラフである。図５に基づいて、シロッコファン１００のＬ₀ ／Ｈ₀ と損失係数ξ₀ との関係について説明する。この図５は、スクロールケーシング高さＨ₀ を２４６ｍｍに固定し、ファン幅寸法Ｌ₀ を１５０〜５００ｍｍと変化させ、損失係数ξ₀ ＝Ｐ₀ ／Ｑ₀ ² ［Ｐａ／（ｍ³ ／ｍｉｎ）² ］に対し、比騒音Ｋｓが最小となる幅寸法Ｌ₀ を用いて、Ｌ₀ ／Ｈ₀ と損失係数ξ₀ との関係を表したものである。この図５では、縦軸がＬ₀ ／Ｈ₀ を、横軸が損失係数ξ₀ を、それぞれ表している。

損失係数ξ₀ ＝Ｐ₀ ／Ｑ₀ ² は、図４で示したＰ−Ｑ特性上では、損失係数ξ₀ が大きいほど締切側、損失係数ξ₀ が小さいほど開放側であることを表している。なお、損失係数は、後述する動作点（Ｐ，Ｑ）の位置によって求まる値である。また、Ｌ₀ ／Ｈ₀ は、スクロールケーシング高さＨ₀ を固定し、幅寸法Ｌ₀ を変化させた場合の割合を表している。この図５から、損失係数ξ₀ により比騒音Ｋｓが最小となる幅寸法Ｌ₀ が変化していることが分かる。すなわち、損失係数ξ₀ が小さい開放側ほど、比騒音Ｋｓが最小となる幅寸法Ｌ₀ は長くなるのである。したがって、図５より、損失係数ξを０．１≦ξ≦０．４の範囲とした場合において、ｆ（ξ₀ ）＝０．３４９４７ξ₀ ² −１．０５５４ξ₀ ＋１．８とし、Ｌ₀ ／Ｈ₀ ＝ｆ（ξ₀ ）のとき、比騒音Ｋｓが最小となる。なお、ｆ（ξ₀ ）＝０．３４９４７ξ₀ ² −１．０５５４ξ₀ ＋１．８は、図５で示したグラフから算出した式である。

次に損失係数ξ₀ 及び幅寸法Ｌ₀ により、比騒音Ｋｓが変化する理由について説明する。
図６は、幅寸法Ｌ₀ を２３０又は３００ｍｍとし、動作点Ａを通る場合のシロッコファン１００のＰ−Ｑ特性及びＫｓ−Ｑ特性を表すグラフである。また、黒塗り丸印が幅寸法Ｌを２３０ｍｍとした場合のＰ−Ｑ特性を、白抜き丸印が幅寸法Ｌ₀ を３００ｍｍとした場合のＰ−Ｑ特性をそれぞれ示し、黒塗り三角印が幅寸法Ｌ₀ を２３０ｍｍとした場合のＫｓ−Ｑ特性を、白抜き三角印が幅寸法Ｌ₀ を３００ｍｍとした場合のＫｓ−Ｑ特性をそれぞれ示している。なお、ここで説明する動作点は、ユニットの設計風量、及び設計静圧（熱交換器の通風抵抗や、ユニットの風路、ダクトの風路の通風抵抗、フィルタ等による通風抵抗）により決定される。

幅寸法Ｌ₀ を２３０ｍｍ、３００ｍｍとした場合において、動作点Ａを通るＰ−Ｑ特性を比較すると、幅寸法Ｌ₀ の長い３００ｍｍの方が、サージング領域がＰ−Ｑ特性のグラフの右下（開放側）に移動し、動作点Ａに近づいていることがわかる。図６に示したＰ−Ｑ特性及びＫｓ−Ｑ特性から、比騒音Ｋｓが最小となる動作点は、サージング領域付近にあることが分かる。ただし、動作点がサージング領域内、或いはサージング領域付近にあると、流れが不安定になり、逆吸込みや異常音が生じたり、風量の時間変動が大きくなることになる。そこで、安定した流れを確実に形成する場合、動作点をサージング領域よりも開放側にする必要がある。

すなわち、ある動作点（Ｐ，Ｑ）に対し、ファンの容積を大きくするとＰ−Ｑ特性図においてサージング領域は右下へと移動していく。この際、動作点がサージング領域よりも開放側（つまりＰ−Ｑ特性図の右下側）に離れていれば離れているほど、異常音が発生しやすくなる。この原因は、ケーシングの舌部（図３で示す２ｂ１）や、ベルマウスのファンとの距離が短い領域において、静圧変動が大きくなるためである。本発明では、予め決められた動作点に対しファンの容積を大きくし、サージング領域を移動させることで、動作点とサージング領域とをできるだけ近づけて、発生する騒音を少なくするようにしたものである。

ここで、ファンの容積を大きくするためには、ファン径を大きくするか、ファン幅を大きくすることが考えられる。しかしながら、ファン径を大きくすると、ユニット高さが不必要に大きくなる。本発明では、ユニット高さを不必要に大きくせずに、従来よりファン幅を大きく構成し、動作点とサージング領域との関係を最適化できるためユニットの設置制約が少なく、かつ、騒音を低減できるユニットを得ることができる。

図７は、ファン１の羽根板１枚毎の翼間風量と羽根板の位置との関係を表すグラフである。図７に基づいて、シロッコファン１００を構成するファン１の羽根板１枚毎の翼間風量と羽根板の位置との関係について説明する。この図７では、縦軸が羽根板１枚毎の翼間風量（ｍ³ ／ｍｉｎ）を、横軸が羽根板の位置を、それぞれ表している。また、図７では、黒塗り丸印が動作点（１）における羽根板１枚毎の翼間風量と羽根板の位置との関係を、白抜き菱形印が動作点（２）における羽根板１枚毎の翼間風量と羽根板の位置との関係を、黒塗り三角印が動作点（３）における羽根板１枚毎の翼間風量と羽根板の位置との関係を、それぞれ示している。

なお、図７では、縦軸に示すファン１の羽根板１枚毎の翼間風量を、風が翼（羽根板）の内周側から外周側へ向かう流れの場合を正、風が翼の外周側から内周側へ向かう流れの場合を負として示している。また、図７では、横軸に示す羽根板の位置を、時計の短針で表現して示している。つまり、羽根板の位置を、０時０分〜１２時０分までにおける時計の短針の位置に置き換えて表現しているのである。さらに、図７で示す動作点（１）〜動作点（３）は、図４で示した動作点（１）〜（３）と同一の動作点を示しているものとする。

図７に示すように、翼間風量は、羽根板の位置が１０時３０分付近にある場合に、開放側ほど大きく、締切側ほど小さくなっているということが分かる。また、翼間風量は、９時３０分〜１１時３０分以外の領域では、顕著な差が表れていないということが分かる。翼間風量をＱｉ（羽根板枚数を４０枚とした場合では、ｉ＝１〜４０）とすると、騒音値ＳＰＬ、ファン入力値Ｗに関して、概ね、以下に示す式（式（１）及び式（２））が成立する。
式（１） ＳＰＬ∝Σ１０・ｌｏｇ₁₀Ｑｉ⁶
式（２） Ｗ∝ΣＱｉ³

したがって、翼間風量Ｑｉの分布が均一であるほど、騒音値ＳＰＬ及びファン入力値Ｗが小さくなる。すなわち、図４で示したようにサージング領域に近い動作点（１）の場合に、翼間風量Ｑｉの分布が均一であるため、比騒音Ｋｓが最小となるのである。ここで、上述したとおり、逆に動作点がサージング領域に近ければ近いほど、すなわちＬ₀ ／Ｈ₀ ＝ｆ（ξ₀ ）に近いほど比騒音Ｋｓは小さくなるが、Ｌ₀ ／Ｈ₀ ＝ｆ（ξ₀ ）を超えると動作点がサージング領域に含まれるようになってしまい、逆に比騒音Ｋｓは悪化してしまう。一方、動作点がサージング領域よりも開放側に離れていれば離れているほど、ケーシングの舌部（図３で示す２ｂ１）や、ベルマウスのファンとの距離が短い領域において、静圧変動が大きくなるため異常音が発生しやすくなる。

そこで、０＜ｎ≦１、Ｌ₀ ／Ｈ₀ ＝ｎ×ｆ（ξ₀ ）として、損失係数が小さい条件（風量が大きく、通風抵抗が小さい）の場合、すなわち０．１≦ξ₀ ≦０．４の範囲において、異常音が発生しない最小のｎを求めると、ｎ＝０．７５であった。よって、損失係数が小さい条件（風量が大きく、通風抵抗が小さい）の場合、すなわち０．１≦ξ₀ ≦０．４の範囲において、０．７５ｆ（ξ₀ ）≦Ｌ₀ ／Ｈ₀ ≦ｆ（ξ₀ ）であれば、比騒音Ｋｓが小さく、異常音の発生しない流れを形成することができるということになる。

上述の説明では、ケーシング高さＨ₀ ＝２４６ｍｍの場合について説明したが、ケーシング高さの寸法を一般化した場合について説明する。ｋを定数とし、Ｈ＝ｋＨ₀ 、Ｌ＝ｋＬ₀ 、Ｄ＝ｋＤ₀ とする。寸法が変化した場合、相似則より、Ｐ及びＱに関して、以下に示す式（式（３）及び式（４））が成立する。ここで、Ｎは、回転数である。
式（３） Ｐ＝Ｐ₀ （Ｄ／Ｄ₀ ）² （Ｎ／Ｎ₀ ）²
式（４） Ｑ＝Ｑ₀ （Ｄ／Ｄ₀ ）³ （Ｎ／Ｎ₀ ）

式（３）及び式（４）から、Ｎ／Ｎ₀ を消去し、整理すると、式（５）が成立する。
式（５） Ｐ₀ ／Ｑ₀ ² ＝Ｐ／Ｑ² （Ｄ／Ｄ₀ ）⁴
この式（５）に、ξ＝Ｐ／Ｑ² 、Ｄ＝ｋＤ₀ を代入すると、式（６）が成立する。
式（６） ξ₀ ＝ｋ⁴ ξ
式（６）、及び、Ｈ＝ｋＨ₀ 、Ｌ＝ｋＬ₀ を用いると、
０．１≦ξ₀ ≦０．４は、０．１≦ｋ⁴ ξ≦０．４
０．７５ｆ（ξ₀ ）≦Ｌ₀ ／Ｈ₀ ≦ｆ（ξ₀ ）は、０．７５ｆ（ｋ⁴ ξ）≦Ｌ／Ｈ≦ｆ（ｋ⁴ ξ）と、一般化することができる。

つまり、ファン１を熱交換器がファンの下流側に備え付けられた空気調和装置に用いる場合、損失係数が小さい条件（風量が大きく、通風抵抗が小さい）の場合は、ファン幅を長くすることにより、騒音が小さく、かつ、熱交換器の幅方向の速度分布が均一に近づくため、不必要に圧縮機の消費電力を増加させずに済むのである。

次に、シロッコファン１００が片吸込み型の場合について説明する。
上述したＬをＬ／２、ＱをＱ／２に置き換えればよい。そして、ｇ（ξ）＝ｆ｛Ｐ／（Ｑ／２）² ｝とすると、ｇ（ｋ⁴ ξ）＝１．３９７８８（ｋ⁴ ξ）² −２．１１０８（ｋ⁴ ξ）＋１．８となり、１．５ｇ（ｋ⁴ ξ）≦Ｌ／Ｈ≦２ｇ（ｋ⁴ ξ）となる。つまり、シロッコファン１００が片吸込み型の場合、０．１≦ｋ⁴ ξ≦０．４の範囲において、１．５ｇ（ｋ⁴ ξ）≦Ｌ／Ｈ≦２ｇ（ｋ⁴ ξ）とすることで、比騒音Ｋｓが小さく、異常音の発生しないユニットを形成することができるということになる。

上述の説明では、シロッコファン１００単体の場合について説明したが、シロッコファン１００を空気調和機や、除湿機、空気清浄機等のユニットに搭載した場合の動作点についても同様に決定することができる。このような場合は、ユニットの回転数Ｎ₁ 、及びユニットの風量Ｑ₁ を求め、シロッコファン１００単体のＰ−Ｑ特性から、回転数Ｎ₁ 及び風量Ｑ₁ を用いて、静圧Ｐ₁ を求めるようにすればよい。なお、ユニットにファンがｍ個搭載されている場合は、ファン１個の風量をＱ₁ ／ｍ、静圧をＰ₁ として、損失係数を求めればよい。

以上の説明から明らかなように、シロッコファン１００が両吸込み型の場合、０．１≦ｋ⁴ ξ≦０．４の範囲において、０．７５ｆ（ｋ⁴ ξ）≦Ｌ／Ｈ≦ｆ（ｋ⁴ ξ）とすることにより、比騒音Ｋｓが小さく、安定した流れを形成することができる。また、シロッコファン１００が片吸込み型の場合、０．１≦ｋ⁴ ξ≦０．４の範囲において、１．５ｇ（ｋ⁴ ξ）≦Ｌ／Ｈ≦２ｇ（ｋ⁴ ξ）とすることにより、比騒音Ｋｓが小さく、安定した流れを形成することができる。

図８は、ベルマウス３の縦断面構成を示す概略断面図である。図９は、ベルマウス３の領域αを示したシロッコファン１００の斜視図である。図１０は、段差なしの領域αの部分の壁面上における静圧変動のｒｍｓ値を示した領域α部分の拡大図である。図１１は、段差ありの領域αの部分の壁面上における静圧変動のｒｍｓ値を示した領域α部分の拡大図である。図８〜図１１に基づいて、シロッコファン１００に取り付けるベルマウス３の特徴を、スクロールケーシング２の側面に段差を形成するようにベルマウス３を取り付けるものと、スクロールケーシング２の側面に段差を形成しないようにベルマウス３を取り付けるものと、を比較しながら説明する。

図８に示すベルマウス３の縦断面構成において、シロッコファン１００側の端点（ベルマウス３の最小開口部における端点）を点Ａ及び点Ａ’（ベルマウス３の中心に対して点Ａと点対称となる点）との、他方の端点（ベルマウス３の最大開口部における端点）を点Ｂ及び点Ｂ’（ベルマウス３の中心に対して点Ｂと点対称となる点）、点Ｂからファン１の方向に引いた直線とスクロールケーシング２側面との交点を点Ｃ、点Ｂ’からファン１の方向に引いた直線とスクロールケーシング２側面との交点を点Ｃ’、線分ＡＡ’とファン１の回転軸延長線との交点を点Ｏとして説明する。

つまり、ＢＣ＞０のときスクロールケーシング２側面に段差が形成されるようにベルマウス３が取り付けられ、ＢＣ＝０のときスクロールケーシング２側面に段差が形成されないようにベルマウス３が取り付けられている。なお、ＢＣ＞０のときのＢＣの長さが５［ｍｍ］、領域α以外の静圧変動のｒｍｓ値がほぼ０［Ｐａ］であるものとして例示している。図９〜図１１では、図８で示したようにベルマウス３の取り付け方によって、スクロールケーシング２側面に段差を形成したものにおける静圧変動と、段差を形成していないものにおける静圧変動と、を比較して示しているのである。

以下に静圧変動のｒｍｓ値の定義式を示す。
式（７） ｐ_s （ｔ）＝ｐ_s ＋ｐ_s ’＝（ｔ）
式（８） ｒｍｓ値＝｛（Σｐ_s ’（ｔ）² ）／Ｎ｝^0.5
ここで、ｐ_s は時間平均値、ｐ_s ’（ｔ）は静圧の変動値を表している。
壁面上における静圧変動のｒｍｓ値が大きいほど、壁面から発生する騒音は大きいものとなる。図１０及び図１１から、スクロールケーシング２側面に段差を形成したものにおける静圧変動の方が、段差を形成していないものにおける静圧変動よりも小さくなっていることが分かる。したがって、スクロールケーシング２側面に段差を形成した方が、発生する騒音を低減できることになる。

図１２は、シロッコファン１００の概略断面構成を示す縦断面図である。図１３は、シロッコファン１００を透視して示す透視斜視図である。図１２及び図１３に基づいて、シロッコファン１００における静圧変動のｒｍｓ値が大きい領域について説明する。また、図１２では、シロッコファン１００を構成するスクロールケーシング２の風路２ｃから吹出口２ｂに至る湾曲している部分で、ファン１の外周部に最も近接する部分を舌部４として図示している。

図１３では、図８に示した点Ａ、点Ｏ及び点Ａ’を通る平面と舌部４との交線上で、ファン１との距離が最小となる点を点Ｄ、ベルマウス３の点Ｄと最も近い点を点Ｅ、点Ｏを中心として点Ｅからファン１の反回転方向６５°に位置する点を点Ｆ、点Ｏを中心として点Ｆからファン１の反回転方向４０°に位置する点を点Ｇ、点Ｏを中心として点Ｆからファン１の回転方向４０°に位置する点を点Ｈ、点Ｏを中心として点Ｆからファン１の回転方向１８０°に位置する点を点Ｉとして図示している。

このように領域を定義した場合、シロッコファン１００における静圧変動のｒｍｓ値が大きい領域は、点Ｈ、点Ｆ及び点Ｇを結んだ略円弧ＨＦＧの領域であることが分かった。したがって、円弧ＨＦＧにおける線分ＢＣの長さをＸ、略円弧ＨＩＧ（点Ｈ、点Ｉ及び点Ｇを結んだ円弧）における線分ＢＣの長さをＹとしたとき、Ｌ／Ｈ≦ｆ（ξ）あるいはＬ／Ｈ≦ｇ（ξ）の範囲において、Ｘ＞Ｙ≧０となるベルマウス３であれば、静圧変動のｒｍｓ値を小さくすることができ、騒音を小さくすることができる。

図１０及び図１１に示したように、スクロールケーシング２の側面に段差を形成しない場合は、円弧ＨＦＧの領域における静圧変動のｒｍｓ値が最大７Ｐａであるが、スクロールケーシング２の側面に段差を形成する場合は、円弧ＨＦＧの領域における静圧変動のｒｍｓ値が最大１Ｐａ以下となっている。すなわち、スクロールケーシング２の側面に段差を形成することによって、ベルマウス３を音源とする騒音が低減されることになる。この理由は、ファン１との距離が段差を形成した分、つまり線分ＢＣの長さ分だけ、拡大することになり、ファン１の回転により生じる静圧変動が抑制されたためであると考えられるからである。

図１４は、動作点Ｂを通る場合のシロッコファン１００のＰ−Ｑ特性を表すグラフである。図１４に基づいて、スクロールケーシング２の側面に段差を形成したシロッコファン１００の動作点Ｂを通る場合のＰ−Ｑ特性、及びスクロールケーシング２の側面に段差を形成していないシロッコファン１００の動作点Ｂを通る場合のＰ−Ｑ特性について説明する。図１４では、黒塗り丸印がスクロールケーシング２の側面に段差を形成していないシロッコファン１００のＰ−Ｑ特性を、白抜き丸印がスクロールケーシング２の側面に段差を形成したシロッコファン１００のＰ−Ｑ特性を、それぞれ示している。また、図１４では、縦軸が静圧Ｐ［Ｐａ］を、横軸が風量Ｑ［ｍ³ ／ｍｉｎ］を表している。

図１４に示すように、スクロールケーシング２の側面に段差を形成したシロッコファン１００と、スクロールケーシング２の側面に段差を形成していないシロッコファン１００とでサージング領域を比べると、前者の方が開放側にあることが分かる。スクロールケーシング２の側面に段差を形成したシロッコファン１００を空気調和装置や、除湿機、空気清浄機等のユニットに搭載した場合、ユニットの寸法制約により、シロッコファン１００の幅寸法を長くすることができないことがある。すなわち、幅寸法が短いために、動作点が、比騒音が最小となるサージング領域よりも開放側にあるような場合、サージング領域を動作点に近づけることができるため、低騒音化に有効である。

図１５は、シロッコファン１００を搭載した天吊室内機１１０の概略全体構成を示した平面図である。図１６は、天吊室内機１１０の縦断面構成を示した断面図である。図１５及び図１６に基づいて、スクロールケーシング２の側面に段差を形成したシロッコファン１００を天吊室内機１１０に搭載した場合における静圧変動について説明する。なお、図１５では、２つのシロッコファン１００が搭載され、それぞれの幅方向側面に吸込みスペース５が形成されている場合を図示している。また、図１６では、空気の流れを矢印で表している。

スクロールケーシング２の側面に段差を形成したシロッコファン１００を天吊室内機１１０に搭載した場合、形成した段差により、段差の分だけ、吸込みスペース５が減少し、騒音を増大させる要因となる場合がある。上述の説明より、静圧変動のｒｍｓ値が大きい領域は、円弧ＨＦＧであり、その他の領域においては、静圧変動のｒｍｓ値がファン１との距離の影響は小さい。したがって、円弧ＨＦＧの領域に段差を形成したシロッコファン１００を天吊室内機１１０に搭載すれば、段差を吸込口２ａの下流側に位置させることができ、吸込みスペース５の減少を小さくできることになる。

図１７は、天吊室内機１１０における騒音値を示す表である。図１７に基づいて、スクロールケーシング２の側面に段差を形成したシロッコファン１００を搭載した天吊室内機１１０から発生する騒音値、スクロールケーシング２の側面に段差を形成していないシロッコファン１００を搭載した天吊室内機１１０から発生する騒音値について説明する。なお、段差が円弧ＨＦＧの領域に形成されているものとする。また、吹出し風量を１６ｍ³ ／ｍｉｎとした場合における騒音値をそれぞれ示している。

図１７に示すように、吹出し風量を１６ｍ³ ／ｍｉｎとした場合において、円弧ＨＦＧの領域に段差を形成したものにおける騒音値は４２．４［ｄＢ］であり、円弧ＨＦＧの領域に段差を形成していないものにおける騒音値は４４．０［ｄＢ］であることが分かった。このように、円弧ＨＦＧの領域に段差を形成することにより、騒音値を小さくすることができる。以上より、円弧ＨＦＧの領域において段差を設けることにより、吸込みスペース５の減少を抑え、かつ騒音値を小さくすることができる。

実施の形態２.
図１８は、本発明の実施の形態２に係る空気調和装置１５０の概略構成を示す概略構成図である。図１８に基づいて、空気調和装置１５０の構成について説明する。この空気調和装置１５０は、実施の形態１に係るシロッコファン１００を搭載したものである。このシロッコファン１００は、空気調和装置１５０を構成する室内機（室内ユニット）に、熱交換器の近傍に搭載されて使用されているものとする。なお、この実施の形態２では上述した実施の形態１との相違点を中心に説明するものとし、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。

この空気調和装置１５０は、圧縮機１５１と、凝縮熱交換器１５２と、絞り装置１５３と、蒸発熱交換器１５４とを冷媒配管で順次接続して構成されている。このうち、凝縮熱交換器１５２又は蒸発熱交換器１５４が設置されている室内機に、実施の形態１に係るシロッコファン１００が設けられているものとする。つまり、シロッコファン１００は、室内機に設置されている凝縮熱交換器１５２又は蒸発熱交換器１５４の近傍に設けられ、凝縮熱交換器１５２又は蒸発熱交換器１５４に空気を供給する機能を有している。

圧縮機１５１は、冷媒配管を流れる冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態とするものである。凝縮熱交換器１５２は、空気と冷媒との間で熱交換を行ない、その冷媒を凝縮・液化するものである。絞り装置１５３は、冷媒を減圧して膨張させるものである。蒸発熱交換器１５４は、空気と冷媒との間で熱交換を行ない、その冷媒を蒸発・ガス化するものである。この空気調和装置１５０を構成する凝縮熱交換器１５２又は蒸発熱交換器１５４が設置されている室内機に、実施の形態１に係るシロッコファン１００を搭載することにより、室内に伝達してしまう騒音を低減することができる。

ここで、空気調和装置１５０の動作について簡単に説明する。図１８に示す矢印は、冷媒の流れ方向を示している。圧縮機１５１で圧縮されて高温・高圧となった冷媒ガスは、凝縮熱交換器１５２に流入する。この凝縮熱交換器１５２では、冷媒が空気と熱交換して凝縮し、低温・高圧の液冷媒又は気液二相冷媒となる。凝縮熱交換器１５２から流出した冷媒は、その後、絞り装置１５３で減圧され、低温・低圧の液冷媒又は気液二相冷媒となって蒸発熱交換器１５４に流入する。蒸発熱交換器１５４では、冷媒が空気と熱交換して蒸発し、高温・低圧の冷媒ガスとなり、圧縮機１５１に再度吸入される。暖房運転時には、凝縮熱交換器１５２が室内機に搭載されており、冷房運転時には、蒸発熱交換器１５４が室内機に搭載されている。

損失係数が小さく、ファン幅が長い場合、熱交換器の幅方向の速度分布が均一に近づき、ファン幅が短く、速度分布が不均一な場合に比べて、熱交換器の伝熱面積を有効に使うことができる。このため、所定の空調能力を得るのに必要な空気と冷媒の温度差が小さくなり、圧縮機入力が小さくなり、かつ低騒音となる。また、損失係数が小さい場合は、ファン径を大きくしなくても、ファン幅を長くすれば、騒音を小さくすることができる。さらに、ファン幅の短いファンを複数個備えた空気調和装置においては、ファン幅の長いファンに置き換えることにより、ファンの個数を少なくしても、所定動作点における空気調和装置の騒音値を小さくすることができ、かつ、熱交換器の幅方向の速度分布を均一に近づけることができる。

Claims (5)

1. 空気を取り入れるための吸込口、空気を吹き出すための吹出口、及び、前記吸込口から前記吹出口までの風路を有するスクロールケーシングと、
   前記スクロールケーシング内に収容され、回転駆動することで前記吸込口から空気を取り入れ前記吹出口から空気を吹き出すファンと、
   前記スクロールケーシングの前記吸込口に取り付けられるベルマウスと、を備え、
   前記吸込口が、前記ファンの回転中心の延長線上であって、前記スクロールケーシングの両側面に形成されているものにおいて、
   前記風路内における通風抵抗をＰ［Ｐａ］、前記吸込口から取り入れる空気の量をＱ［ｍ³ ／ｍｉｎ］、前記ファンの回転軸方向の幅をＬ［ｍｍ］、ｋを定数とし、前記スクロールケーシングの高さをＨ＝２４６ｋ［ｍｍ］、Ｐ／Ｑ² を損失係数ξ［Ｐａ／（ｍ³ ／ｍｉｎ）² ］とした場合に、
   ０．１≦ｋ⁴ ξ≦０．４の範囲において、
   ｆ（ｋ⁴ ξ）＝０．３４９４７（ｋ⁴ ξ）² −１．０５５４（ｋ⁴ ξ）＋１．８とし、０．７５ｆ（ｋ⁴ ξ）≦Ｌ／Ｈ≦ｆ（ｋ⁴ ξ）とした
   ことを特徴とするシロッコファン。
2. 前記スクロールケーシングの前記風路から前記吹出口に至る湾曲している部分で、前記ファンの外周部に最も近接する部分を舌部とするものであって、
   前記ベルマウスの縦断面において、
   前記ベルマウスの最小開口部における端点を点Ａ、
   前記ベルマウスの中心に対して点Ａと点対称となる点Ａ’、
   前記ベルマウスの最大開口部における端点を点Ｂ、
   前記ベルマウスの中心に対して点Ｂと点対称となる点Ｂ’、
   前記点Ｂからファンの方向に引いた直線と前記スクロールケーシング側面との交点を点Ｃ、
   前記点Ｂ’からファンの方向に引いた直線と前記スクロールケーシング側面との交点を点Ｃ’、
   線分ＡＡ’と前記ファンの回転軸延長線との交点を点Ｏ、
   前記点Ａ、前記点Ｏ及び前記点Ａ’を通る平面と前記舌部との交線上で、前記ファンとの距離が最小となる点を点Ｄ、
   前記ベルマウスの点Ｄと最も近い点を点Ｅ、
   前記点Ｏを中心として前記点Ｅから前記ファンの反回転方向６５°に位置する点を点Ｆ、
   前記点Ｏを中心として前記点Ｆから前記ファンの反回転方向４０°に位置する点を点Ｇ、
   前記点Ｏを中心として前記点Ｆから前記ファンの回転方向４０°に位置する点を点Ｈ、 前記点Ｏを中心として前記点Ｆから前記ファンの回転方向１８０°に位置する点を点Ｉ、
   前記点Ｈ、前記点Ｆ及び前記点Ｇを結んだ略円弧ＨＦＧにおける線分ＢＣの長さをＸ、
   前記点Ｈ、前記点Ｉ及び前記点Ｇを結んだ略円弧ＨＩＧにおける線分ＢＣの長さをＹとしたとき、
   Ｌ／Ｈ≦ｆ（ｋ⁴ ξ）の範囲において、
   Ｘ＞Ｙ≧０となるものとした
   ことを特徴とする請求項１に記載のシロッコファン。
3. 空気を取り入れるための吸込口、空気を吹き出すための吹出口、及び、前記吸込口から前記吹出口までの風路を有するスクロールケーシングと、
   前記スクロールケーシング内に収容され、回転駆動することで前記吸込口から空気を取り入れ前記吹出口から空気を吹き出すファンと、
   前記スクロールケーシングの前記吸込口に取り付けられるベルマウスと、を備え、
   前記吸込口が、前記ファンの回転中心の延長線上であって、前記スクロールケーシングの片側面に形成されているものにおいて、
   前記風路内における通風抵抗をＰ［Ｐａ］、前記吸込口から取り入れる空気の量をＱ［ｍ³ ／ｍｉｎ］、前記ファンの回転軸方向の幅をＬ［ｍｍ］、ｋを定数とし、前記スクロールケーシングの高さをＨ＝２４６ｋ［ｍｍ］、Ｐ／Ｑ² を損失係数ξ［Ｐａ／（ｍ³ ／ｍｉｎ）² ］とした場合に、
   ０．１≦ｋ⁴ ξ≦０．４の範囲において、
   ｇ（ｋ⁴ ξ）＝１．３９７８８（ｋ⁴ ξ）² −２．１１０８（ｋ⁴ ξ）＋１．８とし、１．５ｇ（ｋ⁴ ξ）≦Ｌ／Ｈ≦２ｇ（ｋ⁴ ξ）とした
   ことを特徴とするシロッコファン。
4. 前記スクロールケーシングの前記風路から前記吹出口に至る湾曲している部分で、前記ファンの外周部に最も近接する部分を舌部とするものであって、
   前記ベルマウスの縦断面において、
   前記ベルマウスの最小開口部における端点を点Ａ、
   前記ベルマウスの中心に対して点Ａと点対称となる点Ａ’、
   前記ベルマウスの最大開口部における端点を点Ｂ、
   前記ベルマウスの中心に対して点Ｂと点対称となる点Ｂ’、
   前記点Ｂからファンの方向に引いた直線と前記スクロールケーシング側面との交点を点Ｃ、
   前記点Ｂ’からファンの方向に引いた直線と前記スクロールケーシング側面との交点を点Ｃ’、
   線分ＡＡ’と前記ファンの回転軸延長線との交点を点Ｏ、
   前記点Ａ、前記点Ｏ及び前記点Ａ’を通る平面と前記舌部との交線上で、前記ファンとの距離が最小となる点を点Ｄ、
   前記ベルマウスの点Ｄと最も近い点を点Ｅ、
   前記点Ｏを中心として前記点Ｅから前記ファンの反回転方向６５°に位置する点を点Ｆ、
   前記点Ｏを中心として前記点Ｆから前記ファンの反回転方向４０°に位置する点を点Ｇ、
   前記点Ｏを中心として前記点Ｆから前記ファンの回転方向４０°に位置する点を点Ｈ、 前記点Ｏを中心として前記点Ｆから前記ファンの回転方向１８０°に位置する点を点Ｉ、
   前記点Ｈ、前記点Ｆ及び前記点Ｇを結んだ略円弧ＨＦＧにおける線分ＢＣの長さをＸ、
   前記点Ｈ、前記点Ｉ及び前記点Ｇを結んだ略円弧ＨＩＧにおける線分ＢＣの長さをＹとしたとき、
   Ｌ／Ｈ≦ｇ（ｋ⁴ ξ）の範囲において、
   Ｘ＞Ｙ≧０となるものとした
   ことを特徴とする請求項３に記載のシロッコファン。
5. 前記請求項１〜前記請求項４のいずれかに記載のシロッコファンを用いた
   ことを特徴とする空気調和装置。

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