JP4994433B2 - シロッコファン及びこのシロッコファンを用いた空気調和機の室内機 - Google Patents

Description

本発明は、騒音を抑制できるシロッコファンと、このシロッコファンを用いた空気調和機の室内機に関する。

従来より、吸込口となるベルマウス及び渦巻始点となる舌部を有するスクロールタイプのファンケーシングと、多翼遠心型のファンとを備えたシロッコファンにおいて、ファン回転方向の略全域に亘り、ファンケーシング幅を大きくすることで、ファンケーシング内風路を拡大させて、送風性能の向上と運転騒音の低下を図るようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第１５２３８２３号公報（図１、図２、図３）

ところで、このようなシロッコファンを空気調和機の室内機に搭載する場合、ある程度、ファンの吸込スペース、つまり室内機の外殻の吸込口と外殻内に設置されるシロッコファンのファンケーシングの吸込口との間に形成される空間（図９の吸込スペース１４参照）を確保する必要がある。しかし、室内機には寸法制約があるため、外殻幅、つまり吸込スペースを大きくすることはできない。このため、ファンケーシング側の幅を短くする必要があるが、前述のようにファン回転方向の略全域に亘り、ファンケーシング幅を大きくしたものにあっては、その条件が更に厳しくなり、吸込スペースを大きくすることができず、そのことがファン騒音を大きくする要因となっていた。

本発明の技術的課題は、風路の確保が容易で、ファン騒音を小さくできるようにすることにある。

本発明に係る空気調和機は、下記の構成からなるものである。すなわち、吸込口となるベルマウス及び渦巻始点となる舌部を有するスクロールタイプのファンケーシングと、多翼遠心型のファンとを備えたシロッコファンにおいて、ファンケーシングは、舌部を基準としてファン反回転方向に０〜θ°（８０≦θ≦１８０）の領域部分のファンケーシング幅が、そのファン反回転方向にθを超え３６０°までの領域部分のファンケーシング幅よりも長く、かつ前記０〜θ°の領域部分のファンケーシング幅をＬｃ、ファン幅をＬｆとしたとき、Ｌｃ／Ｌｆ≦１．２５となるように形成されており、ベルマウスは、その０〜θ°の領域部分に対応する部位の少なくともファン近傍部が、ファンの内径と略等しい内径を有するストレート半筒状に形成されているものである。

本発明のシロッコファンによれば、舌部を基準としてファン反回転方向に０〜θ°（８０≦θ≦１８０）の領域部分のファンケーシング幅が、そのファン反回転方向にθを超え３６０°までの領域部分のファンケーシング幅よりも長く、かつ前記０〜θ°の領域部分のファンケーシング幅をＬｃ、ファン幅をＬｆとしたとき、Ｌｃ／Ｌｆ≦１．２５となるように形成されているので、ファンケーシング幅全体を長くした場合に近い空力性能を得ることができる。そして、このようなシロッコファンを空気調和機の室内機に搭載した場合には、θを超え３６０°までの領域部分におけるファンケーシング幅が短いため、吸込スペースを大きくすることができ、ファンケーシング内風路と吸込スペースの両方を同時に拡大することができて、ファンケーシング幅全体を長くした場合よりも、空気調和機のファン騒音を小さくすることができる。
更に、ファンケーシングが舌部から反回転方向に０〜１８０°の部分の部品と、１８０〜３６０°の部分の部品により構成されている場合、１８０〜３６０°の部分、およびファンは変えず、０〜１８０°の部分の部品のみファンケーシング幅が長くなるよう変更すれば、空気調和機のファン騒音を小さくすることができ、部品変更に要するコストを低減することができる。

参考例に係るシロッコファンの概略構成を示す正面断面図および側面断面図である。 参考例に係るシロッコファンのファンケーシングの概略構成を示す斜視図である。 参考例に係るシロッコファンのＰ−Ｑ特性を示すグラフである。 参考例に係るシロッコファンのＫｓ−Ｑ特性を示すグラフである。 参考例に係るシロッコファンのＰ−Ｑ、Ｋｓ−Ｑ特性を示すグラフである。 参考例に係るシロッコファンのＰ−Ｑ、Ｋｓ−Ｑ特性を示すグラフである。 参考例に係るシロッコファンの流跡線を示す模式図である。 シロッコファンの比較例の概略構成を示す正面断面図である。 参考例に係るシロッコファンを用いた空気調和機の天吊型室内機の概略構成を示す横断面図および側面断面図である。 参考例に係るシロッコファンのＰ−Ｑ特性を示すグラフである。 参考例に係るシロッコファンのＫｓ−Ｑ特性を示すグラフである。 参考例に係るシロッコファンの騒音値を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係るシロッコファンのＰ−Ｑ特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係るシロッコファンのＫｓ−Ｑ特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係るシロッコファンの吹出口における速度分布を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るシロッコファンの概略構成を示す正面断面である。

参考例
図１は参考例に係る両吸込みタイプのシロッコファンの概略構成を示す正面断面図および側面断面図である。図２は参考例に係るシロッコファンのファンケーシングの概略構成を示す斜視図である。

本参考例のシロッコファンは、図１及び図２のように吸込口１０となるベルマウス７及び渦巻始点となる舌部６を有するスクロールタイプのファンケーシング２と、多翼遠心型のファン１とを備えている。

ファン１は、モーターシャフトすなわちファン軸１２上に、ファンボス１１を備えた主板３が取り付けられている。また、主板３の両端面の外縁部には、それぞれ軸方向に延出する複数の翼が略等間隔に取り付けられ、これら翼の各延出端がリング状の側板４，４に取り付けられている。

ファンケーシングの渦巻始点となる舌部６を基準としてファン反回転方向に０〜θ°（８０≦θ≦１８０）の領域部分のファンケーシング幅Ｌｃと、そのファン反回転方向にθを超え３６０°までの領域部分のファンケーシング幅Ｌｄは、一般にＬｃ＝Ｌｄの関係にある。しかし、本参考例のファンケーシング２は、図１及び図２に示すように、ファンケーシング幅ＬｃとＬｄが、Ｌｃ＞Ｌｄの関係になっている。

ベルマウス７は、ファンケーシング２の側面５から連続して一体成形されており、その前記０〜θ°の領域部分に対応する部位が、ファン１の内径と略等しい内径を有するストレート半筒状に形成されている。

次に、これを更に詳述しながら本参考例のシロッコファンの動作について説明する。ファンボス１１とモーターシャフトすなわちファン軸１２とは、ねじ等により連結されており、ファンモーターの回転により、ファン１が回転する。

ファン単体のＰ−Ｑ、Ｋｓ−Ｑ特性を図３及び図４に示す。ここで、Ｐは静圧［Ｐａ］、Ｑは風量［ｍ³／ｍｉｎ］、Ｋｓは比騒音［ｄＢ］、ＳＰＬは騒音値であり、
Ｋｓ＝ＳＰＬ−１０log₁₀（Ｐ・Ｑ^2.5）である。

また、ファン単体特性は、吸込口付近に壁面がない状態における特性とする。回転数は全て同一であり、騒音値ＳＰＬはベルマウス７の中心から、回転軸上に１ｍ離れた位置で測定した値を用いてある。シロッコファンは両吸込みタイプであり、ファン径Ｄはφ１４０mm、ファン幅Ｌｆは１９０mm、翼枚数は４０枚、長い方のファンケーシング幅Ｌｃは２８０mm、短い方のファンケーシング幅Ｌｄは２２０mm、ファンケーシング高さＨは２１０mmであり、ファン１とベルマウス７との間の距離Ｘは５mmである。

Ｐ−Ｑ特性は、ファンの回転数を一定として、通風抵抗である静圧Ｐと、風量Ｑの関係を表したものである。通風抵抗が小さいほど風は流れ易くなり、通風抵抗が大きいほど風は流れ難くなる。よって、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。なお、これ以降、図３の低風量、高静圧側を締切側（グラフの左上側）、高風量、低静圧側を開放側（グラフの右下側）という。

下表１に、図３及び図４に示したＣａｓｅ１〜３の条件を示す。Ｃａｓｅ１〜３においてファン１、ファンケーシング２の断面形状は同一であり、ファンケーシング幅Ｌｃが異なる。

図３、図４及び表１から明らかなように、Ｃａｓｅ１，２ではファンケーシング幅Ｌｃの長いＣａｓｅ２の方が、開放側において曲線の勾配が緩やかである。勾配が緩やかであると、動作点が変化した場合、比騒音Ｋｓの変化が小さいため、低騒音に有効である。この理由を図５を用いて説明する。勾配が急、緩やかなＰ−Ｑ、Ｋｓ−Ｑ特性を考え、どちらも動作点Ａを通るとし、動作点Ａよりも静圧、風量が大きい動作点Ｂを考える。
Ｐ−Ｑ、Ｋｓ−Ｑ特性は回転数Ｎを変えたとき、下式のように変化する。
Ｐ＝Ｐ₀（Ｎ／Ｎ₀）²
Ｑ＝Ｑ₀（Ｎ／Ｎ₀）
Ｋｓ＝ＳＰＬ₀−１０log₁₀（Ｎ／Ｎ₀）⁶−１０log₁₀（Ｐ・Ｑ^2.5）

動作点Ａを通る、勾配が急、緩やかなＰ−Ｑが、動作点Ｂを通るよう回転数を変化させた場合の、Ｐ−Ｑ、Ｋｓ−Ｑ特性を図６に示す。このように、勾配が緩やかなＰ−Ｑ、Ｋｓ−Ｑ特性の方が動作点Ｂの比騒音と、最小比騒音との差が小さく、動作点が変化したときの、騒音増加を抑制することができる。

Ｃａｓｅ２，３ではＰ−Ｑ、Ｋｓ−Ｑ特性ともほぼ一致している。これは、ファンケーシング幅Ｌｄは騒音抑制に無関係であり、騒音抑制はファンケーシング幅Ｌｃに依存していることを意味している。

次に、Ｃａｓｅ２，３がＣａｓｅ１よりも低騒音となる理由を説明する。図７はＣａｓｅ２の、舌部６からファン回転方向に約９０°の位置にある翼間Ａから出した流跡線である。なお、図７のシロッコファンは両吸込みタイプであるが、見やすくするため、ファン１、ファンケーシング２を軸方向で二等分し、その半分のみ示してある。図７において、舌部６からファン回転方向に約９０°の位置にある翼間Ａから流出した流れは、流跡線Ａのように、渦巻形のファンケーシング２の壁面に沿って、一部はファンケーシング側面５の方向へ向かい、そこから吹出口９のファンケーシング側面５に近い領域に向かい、吹出口９を通りファン外部に吹出される。Ｃａｓｅ２の方が、Ｃａｓｅ１よりも比騒音が小さくなった理由は、Ｃａｓｅ２の方が、ファン１の側板４と、ファンケーシング側面５との間の空間が大きく、翼間Ａから流出した流れが、スクロール部６の壁面を沿って、ファンケーシング側面５の方向へ向かい、吹出口９のファンケーシング側面５に近い領域からファン外部に吹出される流れの風路が広くなったことにより、通風抵抗が低減し、流れやすくなったためである。

また、Ｃａｓｅ２、３においてＰ−Ｑ、Ｋｓ−Ｑ特性がほぼ一致する理由は、図７の流跡線から明らかなように、翼間Ａから流出した流れはファン反回転方向の１８０〜３６０°の領域部分をほとんど通過せず、この１８０〜３６０°までの領域部分のファンケーシング幅の広さは比騒音に影響を与えないためである。

図１ではベルマウスの直線部８、つまりファン反回転方向に０〜θ°の領域部分に対応するストレート半筒状部の内径を、翼内径に等しくしてあるが、Ｃａｓｅ１のベルマウス、つまりファンケーシング幅Ｌｃ、Ｌｄが等しく、図８のように通常形状のベルマウス７の、軸線に沿う断面でみて略１／４円の外径側（大径側）を起点に直線部８を設けた場合、ファンケーシング幅ＬｃをＣａｓｅ３と同じ２８０mmとしても、Ｐ−Ｑ特性はＣａｓｅ１とほぼ一致し、最小比騒音も大きくなり、ファンケーシング幅Ｌｃを長くした効果が得られない。これは、図８における領域Ｂの壁面が大きな通風抵抗となるためである。

図９は本参考例に係るシロッコファンを用いた空気調和機の天吊型室内機の概略構成を示す平面図および側面図である。下表２は前述のＣａｓｅ１〜３のシロッコファンを図９の天吊型室内機に２個搭載し、天吊型室内機の吹出し風量が１６ｍ³／ｍｉｎのときの騒音値を測定した結果を示すものである。

表２から明らかなように、Ｃａｓｅ３が最も低騒音となる。これは、図９のようにＣａｓｅ３はＣａｓｅ２に比べて、室内機吸込口１３近くの領域Ｃにおいて、ファンケーシング幅が短い分、吸込スペース１４が大きくなり、通風抵抗が低減したためである。

つまり、Ｃａｓｅ２、３はファン単体特性がほぼ一致するものの、天吊型室内機に搭載した場合、室内機吸込口１３近くの吸込スペースを大きくすることができるＣａｓｅ３の方が騒音を小さくすることができる。

次に、舌部６（図２）を基準とするファン反回転方向の領域部分の角度θを０〜１８０°の範囲で変化させた場合について説明する。ファン単体のＰ−Ｑ、Ｋｓ−Ｑ特性を図１０及び図１１に示す。角度θが大きいほど、前述のＣａｓｅ３の特性に近づき、角度θが小さいほど、Ｃａｓｅ１の特性に近づく。

図１２に角度θを０〜１８０°の範囲で変化させたシロッコファンを、天吊型室内機に搭載した場合の騒音値を示す。角度θが０〜５４°の範囲では、角度θが大きいほど、騒音値は増加する。これは、図７に示した流跡線Ａを考えると、吹出口付近の下流側ではファンケーシング幅が長いが、吹出口付近の上流側ではファンケーシング幅が短いままであるため、通風抵抗低減の効果が小さいことによる。

角度θが５４〜１８０°の範囲では、角度θが大きいほど、騒音値は低減する。これは、吹出口付近のファンケーシング幅が長くなった領域が広がったことにより、天吊型室内機の吸込スペースは０〜１８０°の範囲で小さくなるものの、流跡線Ａの通風抵抗が小さくなったためである。また、角度θ＝０°の騒音値と等しくなるのは、角度θ＝８０°の場合である。

角度θが１８０°より大きくなると、流跡線Ａの通風抵抗が小さくなる効果はなくなり、天吊型室内機の吸込スペースが小さくなるだけであるため、騒音値は増加する。したがって、角度θが８０〜１８０°のとき、天吊型室内機の騒音値を小さくすることができる。このように、本参考例に係るシロッコファンを空気調和機の室内機に用いることで、低騒音・低振動の室内機が得られる。

実施の形態１．
次に、図１に示すファン幅Ｌｆを１９０mm、短い方のファンケーシング幅Ｌｄを２２０mm、およびファン１とベルマウス７との間の距離Ｘを５mmに固定し、ベルマウス７の直線部８の長さを変化させることにより、長い方のファンケーシング幅Ｌｃを変化させた場合について説明する。

まず、角度θが１８０°の場合について説明する。ファン単体のＰ−Ｑ、Ｋｓ−Ｑ特性を図１３及び図１４に示す。Ｌｃ／Ｌｆ≦１．２５の範囲では、Ｌｃが長いほど、開放側のＰ−Ｑ、Ｋｓ−Ｑの勾配が緩やかになるため、動作点が変化しても、騒音が小さくなる。これは、流跡線Ａの通風抵抗が小さくなる効果によるものである。

一方、Ｌｃ／Ｌｆ＞１．２５の範囲では、Ｌｃが長いほど、開放側のＰ−Ｑ、Ｋｓ−Ｑの勾配が急になるため、動作点が変化したときの、騒音、入力が大きくなる。図１５は吹出口９に対して垂直な速度成分、すなわち風量に有効な速度成分を示す図であり、白抜き部分は、逆流領域を示す。このように、Ｌｃが長すぎると、吹出口９の側板側で逆吸い込みが生じ、逆吸込みした風量の分、回転数を大きくしなければならないためである。

角度θを８０〜１８０°の範囲で、１０°ずつ変化させた場合、どの場合においても、同様にＬｃ／Ｌｆ≦１．２５のとき、Ｌｃが長いほどＰ−Ｑ、Ｋｓ−Ｑの勾配が緩やかになり、Ｌｃ／Ｌｆ＞１．２５のとき、Ｌｃが長いほどＰ−Ｑ、Ｋｓ−Ｑの勾配が急になる。

Ｌｃ／Ｌｆ≦１．２５としたシロッコファンを、室内機、例えば天吊型室内機に搭載した場合、天吊型室内機等の外殻幅寸法の制約があるため、必ずしも、ファン単体のＰ−Ｑ、Ｋｓ−Ｑの勾配が最も緩やかなＬｃ／Ｌｆ＝１．２５がファン騒音低減に効果があるとは限らないが、Ｌｃ／Ｌｆ≦１．２５の範囲で、可能な限り、Ｌｃを長くするのがよい。

このように、Ｌｃ／Ｌｆ≦１．２５としたシロッコファンを、室内機に搭載することにより、天吊型室内機等のファン騒音を低減することができる。

実施の形態２．
前述の実施の形態１では、図１のようにファン反回転方向に０〜θ°の範囲において、上方に位置する側板５側のベルマウス７の断面形状を略１／４円とした場合について説明したが、ここでは図１６のように上方に位置する側板５側のベルマウスの断面形状が直角に形成されている。

表３に角度θを１８０°とし、ベルマウスの断面形状を略１／４円としたシロッコファンを天吊型室内機に搭載した場合と、ベルマウスの断面形状を直角としたシロッコファンを天吊型室内機に搭載した場合の騒音値を示す。

表３から明らかなように、上方に位置する側板５側のベルマウス７の断面形状を直角にした方が、騒音値が低減する。これは、直角の方が風路が広がり、流跡線Ａの通風抵抗が小さくなっためである。

したがって、０〜θ°の範囲において、ベルマウス７の断面形状を直角にすることにより、騒音値を低減することができる。

１ ファン、２ ファンケーシング、３ 主板、４ 側板、５ ファンケーシングの側面、６ 舌部、７ ベルマウス、８ ベルマウスの直線部、９ 吹出口、１０ 吸込口、１１ ファンボス、１２ ファン軸、１３ 室内機吸込口、１４ 吸込スペース。

Claims (3)

1. 吸込口となるベルマウス及び渦巻始点となる舌部を有するスクロールタイプのファンケーシングと、多翼遠心型のファンとを備えたシロッコファンにおいて、
   前記ファンケーシングは、前記舌部を基準としてファン反回転方向に０〜θ°（８０≦θ≦１８０）の領域部分のファンケーシング幅が、そのファン反回転方向にθを超え３６０°までの領域部分のファンケーシング幅よりも長く、かつ前記０〜θ°の領域部分のファンケーシング幅をＬｃ、ファン幅をＬｆとしたとき、Ｌｃ／Ｌｆ≦１．２５となるように形成されており、
   前記ベルマウスは、その前記０〜θ°の領域部分に対応する部位の少なくともファン近傍部が、該ファンの内径と略等しい内径を有するストレート半筒状に形成されていることを特徴とするシロッコファン。
2. 前記ベルマウスは、前記ファンケーシングの側面から連続して一体成形されており、その前記０〜θ°の領域部分における前記ファンケーシングの側面から当該ベルマウスへの移行部は断面でみて略直角に構成されていることを特徴とする請求項１記載のシロッコファン。
3. 請求項１又は請求項２記載のシロッコファンを用いた空気調和機の室内機。

Images