JP5235867B2 - シロッコファン及び空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、騒音を低減し、送風特性を向上した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に関する。

空気調和装置や空気清浄機等においては、従来よりシロッコファンが多く使用されている。シロッコファンは、渦巻状のスクロールと、該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前向きの翼（ブレード）とを備えたものである。このようなシロッコファンを備えた空気調和装置として、例えば特許文献１に開示された窓際エアコンのシロッコファンがある。これは、シュラウド及びシュラウドに一定間隔を置いて配置された多数個のブレードを含んで形成される窓型エアコンのシロッコファンにおいて、前記ブレードが、１２５〜１３７゜の出口角、５８〜６３゜の入口角、０．７５〜０．８５の弦節比、０．８２〜０．８６の内外径比、０．３〜０．４の最大湾曲位置とするものである。
このようなブレードの形態とすることにより、送風量を維持した状態で回転速度が速くなっても騒音が大きくならないとされている。

特開２００１−３２３８９５号公報（請求項１、図１−図３）

しかし、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。

本発明に係るシロッコファンは、スクロールと、該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とを備えてなるシロッコファンにおいて、
ファン径をＤ、最大反り高さをＨ、翼弦長をＬ、翼の前縁に形成された円弧部の半径をＲ、入口角をβ_１、出口角をβ_２とするとき、０．１８≦Ｈ／Ｌ≦０．２６、Ｒ／Ｌ≦０．１１、１００°≦β_１≦１３０°、２６°≦β_２≦３２°としたものである。

本発明によれば、シロッコファンの翼の形状について、ファン径をＤ、最大反り高さをＨ、翼弦長をＬ、翼の前縁に形成された円弧部の半径をＲ、入口角をβ_１、出口角をβ_２とするとき、０．１８≦Ｈ／Ｌ≦０．２６、Ｒ／Ｌ≦０．１１、１００°≦β_１≦１３０°、２６°≦β_２≦３２°とすることにより、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。

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におけるシロッコファンの翼形状を表すパラメータの説明図である。 実施の形態１におけるシロッコファンの翼形状を表す図である。 実施の形態１におけるシロッコファンの翼形状と従来の翼形状の比較図である。 実施の形態１、２におけるシロッコファンの翼形状を表す図である。 実施の形態１におけるシロッコファンの相対速度分布を表す図である。 実施の形態２におけるシロッコファンの相対速度分布を表す図である。

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 翼、９ 反り線、１０ 室内ユニット、１１ 直線（翼弦長Ｌ）、１２ 垂線、１３ 内周接線、１４ 反り線接線、１５ 外周接線、１６ 反り線接線。

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＝２３．１Ｖ^1.3[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はシロッコファンの翼形状を表すパラメータの説明図、図３は本実施の形態１におけるシロッコファンの翼形状を表す図であり、図４は図３に従来の翼形状を重ねて示した比較図である。

シロッコファン１の所定騒音値における風量は、シロッコファン１の、ファン径をＤ、翼弦長をＬ、最大反り高さをＨ、翼内周側前縁の半径をＲ、入口角をβ₁、出口角をβ₂とすると、Ｄ、Ｌ、Ｈ、β₁、β₂、Ｒの関係により、決定される。なお、ファン径Ｄおよび翼内周側前縁の半径Ｒについては図示を省略している。
ここで、上記の各パラメータの定義は次のとおりである。ファン径Ｄはシロッコファン１の翼８の外周円の直径である。翼弦長Ｌは翼８の反り線９の内周端９ａと外周端９ｂとを結んだ直線１１の長さである。最大反り高さＨは翼８の反り線９に対する直線１１からの垂線１２の最大長さである。入口角β₁は翼８の反り線９の内周端９ａにおける内周接線１３と反り線接線１４とのなす角度である。出口角β₂は翼８の反り線９の外周端９ｂにおける外周接線１５と反り線接線１６とのなす角度である。入射角αは翼８の反り線９の内周端９ａにおける反り線接線１４と風の流入方向とのなす角度である。翼内周側前縁の半径Ｒは翼８の前縁に形成される円弧部の半径である。

一方、従来のシロッコファンを符号１００で表すと、シロッコファン１００は、シロッコファン１に比べて、所定騒音時における風量が少ないという欠点がある。これは、Ｈ／Ｌが小さい、Ｒ／Ｌが大きい、β₁、β₂の角度が不適当、等の理由により、所定騒音時の風量が小さくなる。その結果、室内ユニット１０に搭載した場合に、熱交換器３の性能が低下し、圧縮機の負荷が増大し、ＣＯＰが低下する。

このことから、シロッコファン１００を搭載した室内ユニットの場合は、所定騒音時の風量が小さくなり、熱交換器３の性能が低下するため、所定騒音時に、所定の空調能力を得る場合、冷房運転の場合は、冷媒温度を必要以上に下げ、暖房運転の場合は、冷媒温度を必要以上に上げることで、冷媒温度と室内温度との温度差を大きくしなければならないため、圧縮機の負荷が大きくなり、ＣＯＰが低下する課題がある。

表１に、本実施の形態１に係るシロッコファン１Ａと、従来のシロッコファン１００のＨ／Ｌ、Ｒ／Ｌ、β₁、β₂の値を示す。なお、Ｌ／Ｄの値は０．１７としてある。

表２に、室内ユニット１０にシロッコファン１Ａ、シロッコファン１００を搭載し、吹出し風量が１６ｍ³／ｍｉｎのときの騒音値、回転数を示す。シロッコファン以外の条件は全て同一である。

表１、表２に示すように、Ｈ／Ｌ＝０．２２とすることにより、騒音値、回転数を小さくすることができる。

表３に、本実施の形態１に係るシロッコファン１Ｂと、従来のシロッコファン１００のＨ／Ｌ、Ｌ／Ｄ、Ｒ／Ｌ、β₁、β₂の値を示す。

表４に、室内ユニット１０にシロッコファン１Ｂ、シロッコファン１００を搭載し、吹出し風量が１６ｍ³／ｍｉｎのときの騒音値、回転数を示す。シロッコファン以外の条件は全て同一である。

表３、表４に示すように、Ｒ／Ｌ＝０．１１にすることにより、騒音値、回転数を小さくすることができる。

表５に、本実施の形態１に係るシロッコファン１Ｃと、従来のシロッコファン１００のＨ／Ｌ、Ｒ／Ｌ、β₁、β₂の値を示す。

表６に、室内ユニット１０にシロッコファン１Ｃ、シロッコファン１００を搭載し、吹出し風量が１６ｍ³／ｍｉｎのときの騒音値、回転数を示す。シロッコファン以外の条件は全て同一である。

表５、表６に示すように、β₁＝１１０°にすることにより、騒音値、回転数を小さくすることができる。

表７に、本実施の形態１に係るシロッコファン１Ｄと、従来のシロッコファン１００のＨ／Ｌ、Ｒ／Ｌ、β₁、β₂の値を示す。

表８に、室内ユニット１０にシロッコファン１Ｄ、シロッコファン１００を搭載し、吹出し風量が１６ｍ³／ｍｉｎのときの騒音値、回転数を示す。シロッコファン以外の条件は全て同一である。

表７、表８に示すように、β₂＝２９°にすることにより、騒音値、回転数を小さくすることができる。

表９に、Ｈ／Ｌ＝０．２２、Ｒ／Ｌ＝０．１１、β₁＝１１０°、β₂＝２９°としたときの、室内ユニット１０にシロッコファン１を搭載し、吹出し風量が１６ｍ³／ｍｉｎのときの騒音値、回転数を示す。

表９に示すように、最適なＨ／Ｌ、Ｒ／Ｌ、β₁、β₂を組み合わせると、騒音値、回転数とも最小になる。

次に、Ｈ／Ｌ＝０．２２、Ｒ／Ｌ＝０．１１、β₁＝１１０°、β₂＝２９°とすることにより、騒音値、回転数が小さくなった理由について説明する。

Ｈ／Ｌが０．２６よりも大きい場合、翼の反りが大きくなり、負圧面側で風が翼面から剥がれるため、失速が生じ、騒音値、回転数増大の原因となる。一方、Ｈ／Ｌが０．１８より小さい場合、翼の反りが小さくなり、翼の揚力が低下するため、騒音値、回転数増大の原因となる。
Ｒ／Ｌが０．１１よりも大きい場合、翼の前縁において、よどみ圧が上昇し、動圧が低下するため、風量が低下し、騒音値、回転数増大の原因となる。
β₁が１３０°よりも大きいと、翼間流入部の流入面積が減少し、騒音値、回転数増大の原因となる。一方、β₁が１００°よりも小さいと、翼の入射角αが大きくなり、失速の原因となり、騒音値、回転数増大の原因となる。
β₂が３２°よりも大きいと、翼の反りが小さくなるため、揚力が小さくなり、騒音値、回転数増大の原因となる。一方、β₂が２６°よりも小さいと、翼間流出部の流出面積が減少するため、翼間流出部の速度が大きくなる。シロッコファンの翼間流れはある程度失速した状態であるため、翼間流出部の速度が大きくなると、前縁付近で失速した流れが後縁付近で再付着が生じる。再付着が生じると翼面の静圧変動が大きくなるため、騒音増大の原因となる。

実施の形態２.
実施の形態１で示した、Ｈ／Ｌ＝０．２２、Ｒ／Ｌ＝０．１１、β₁＝１１０°、β₂＝２９°となるシロッコファン１において、図５に示すように、前縁の負圧面側をほぼ直線的に削除したシロッコファンを１Ｘとする。シロッコファン１の前縁は、半円弧からなる形状である。

表１０に、室内ユニット１０にシロッコファン１、シロッコファン１Ｘを搭載し、吹出し風量が１６ｍ³／ｍｉｎのときの騒音値、回転数を示す。シロッコファン以外の条件は全て同一である。

表１０に示すように、シロッコファンの半円弧からなる形状の前縁の負圧面側を削除すると、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。図６、図７に、１１００ｒｐｍのときの主板付近におけるファン内部の相対速度分布を、表１１にファン単体運転時の静圧を示す（１１００ｒｐｍ、風量８ｍ³／ｍｉｎ）。
図６に示すシロッコファン１と、図７に示す前縁の負圧面側を削ったシロッコファン１Ｘのファン内部の相対速度分布を比較すると、シロッコファン１Ｘの方が負圧面側の前縁付近の速度分布が大きい。これは負圧面側を削ることにより、本来、風が流れやすい前縁の負圧面側の速度が大きくなり、表１０に示すように、回転数が小さくなり、騒音値が小さくなる。また、表１１に示した静圧からも前縁の負圧面側を削ったシロッコファン１Ｘの方が同一回転数、同一風量時で最も高い静圧が得られ、前縁の負圧面側を削ることにより、風が流れやすくなった効果が現れている。

Claims (3)

1. スクロールと、該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とを備えてなるシロッコファンにおいて、
   ファン径をＤ、最大反り高さをＨ、翼弦長をＬ、翼の前縁に形成された円弧部の半径をＲ、入口角をβ_１、出口角をβ_２とするとき、０．１８≦Ｈ／Ｌ≦０．２６、Ｒ／Ｌ≦０．１１、１００°≦β_１≦１３０°、２６°≦β_２≦３２°とすることを特徴とするシロッコファン。
2. 翼の前縁の形状を、略半円弧状の形状から、翼の負圧面側をほぼ直線的に削除した形状とす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または２記載のシロッコファンを備えたことを特徴とする空気調和装置。

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