JP6305568B2 - 送風機およびそれを用いた空気調和機 - Google Patents

Description

この発明は、空気調和機などに用いる送風機に関するものである。

従来の送風機、特に遠心送風機では、主板とシュラウド間にてねじれ形状のない２次元翼が主流であった。さらに、低騒音化、低消費電力化をはかるため、主板やシュラウド間において、ねじれ形状となっている３次元翼を有した送風機が誕生し、より高性能化がはかられている。

３次元翼を有した送風機は、騒音、消費電力などを改善することができるので、回転数を増大させることが可能となった。しかしながら、一般的に、送風機の回転数を上げることで、回転音（ＮＺ音）が発生しやすいという問題が生じていた。

そこで、従来、たとえば、翼の枚数と翼のピッチ角の組合せの最小公約数が最大値となるような構造をとることによって回転音の低減をはかる技術が提案されている（たとえば特許文献１参照）。

また、翼の前縁形状を翼ごとに異なる形状とし、各翼の重量モーメント力の合成ベクトルが最小となるように翼を配置することによって回転音の低減をはかる技術が提案されている（たとえば特許文献２参照）。

特開平６−０１７７９１号公報 特開平５−２２３０９３号公報

たとえば、空気調和機などの装置では、省エネルギー化、気流の到達距離の向上などをはかるため、ファンを高回転数化して高風量化することは非常に重要である。しかしながら、たとえば空気調和機などの装置では、使用者に不快感を与えないような回転音の範囲に抑えるため、送風機の回転数を抑えなければならず、風量を容易に増大させることができないといった問題点があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、たとえば高回転時においても回転音を抑制することができる送風機などを得ることを目的とする。

この発明に係る送風機は、駆動装置の回転軸に固定される主板と、空気吸込口を有するシュラウドと、主板とシュラウドとの間で、回転軸を中心とする円に沿って前縁先端が配置されるｎ（ｎ≧３）枚の翼とを有する羽根車を備え、隣り合う２枚の翼の前縁先端と回転軸とがなす角度を取付ピッチ角αとすると、すべての取付ピッチ角αは異なる角度であり、取付ピッチ角αにおいて、取付ピッチ角αｍ（２≦ｍ≦ｎ−１）の両隣の取付ピッチ角が、取付ピッチ角αｍの次に角度が小さい取付ピッチ角αｍ−１および取付ピッチ角αｍの次に角度が大きい取付ピッチ角αｍ＋１以外となる組み合わせであり、最小角度の取付ピッチ角α１［ｄｅｇ］と最大角度の取付ピッチ角αｎ［ｄｅｇ］とは、翼の枚数をｎ枚および回転数Ｎ［ｒｐｍ］とすると、Ｎ／６０×３６０／α１≧Ｎ／６０×ｎ＋１０で、Ｎ／６０×３６０／αｎ≦Ｎ／６０×ｎ−１０を満たす角度で翼が配置される。

この発明における送風機では、各取付ピッチ角αｍが異なる角度であり、取付ピッチ角αｍの両隣の取付ピッチ角が、取付ピッチ角αｍ−１と取付ピッチ角αｍ＋１とならない組み合わせで翼が配置されるようにしたので、送風機を駆動させたときの回転音を小さくすることができる。

この発明の実施の形態１に係る送風機の羽根車１００部分の構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る送風機の羽根車１００における断面の概略構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る送風機における翼２の配置を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る送風機における取付ピッチ角α間の関係を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る送風機における取付ピッチ角αの関係を具体的に示す図である。 この発明の実施の形態２に係る周波数と回転音（騒音）との関係を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る送風機による回転音低減の効果を説明する図（その１）である。 この発明の実施の形態２に係る送風機による回転音低減の効果を説明する図（その２）である。 この発明の実施の形態４に係る空気調和機を示す図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。ここで、参照符号について、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは、明細書の全文において共通することである。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。また、複数枚有する翼に関する符号は、代表の１枚にのみ付すものとする。また、図などに示した翼の枚数は一例である。さらに、図における上方を「上側」とし、下方を「下側」として説明する。そして、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。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る送風機の羽根車１００部分の構成を示す斜視図である。また、図２はこの発明の実施の形態１に係る送風機の羽根車１００における断面の概略構成を示す図である。実施の形態１に係る送風機（遠心送風機）の羽根車１００は、図１および図２に示すように、シュラウド（側板）１と主板３との間に複数（図１では７枚）の翼２が設けられている。

シュラウド１は、ベルマウス形状をしており、空気吸込口１ａを有する。この実施の形態の翼２は、シュラウド１と主板３の間において、ねじれた形状を有する３次元翼である。このため、低騒音化、低消費電力化などをはかることができる。また、主板３の中央には回転軸部分となるボス４が取付けられている。ボス４にて、駆動装置（ファンモーターなど）を取り付けて羽根車１００を回転させる。羽根車１００は、回転すると、回転軸方向から気体（たとえば、空気）を吸入し、吸入した気体を回転軸と交差する外周方向に吹き出す。ここで、シュラウド１、翼２および主板３は、たとえば樹脂を材料として形成されている。

図３はこの発明の実施の形態１に係る送風機における翼２の配置を説明する図である。図３は羽根車１００を背面側から見たものである。図３に示すように、各翼２について、２枚の翼２の各前縁先端２ａと回転軸（中心）Ｏとがなす角度を取付ピッチ角α［ｄｅｇ（°）］とする。送風機がｎ（ｎ≧３）枚の翼２を有していれば、ｎの取付ピッチ角αが存在する。この実施の形態の送風機においては、各取付ピッチ角αの大きさが異なるように各翼２を配置する。ここで、取付ピッチ角αが小さい順からα１，…，αｍ−１，αｍ，αｍ＋１，…，αｎ（２≦ｍ≦ｎ−１）とする。

たとえば、送風機駆動（羽根車１００の回転）により発生する回転音は、送風機が羽根車１００を回転させたときに、翼２が発生させる周期性の圧力変動が原因で発生する。回転音の周波数ｆ_ＮＺは、回転数Ｎ［ｒｐｍ］と翼２の枚数ｎ［枚］との積算値に基づいて、ｆ_ＮＺ＝Ｎ／６０×ｎ［Ｈｚ］（ある点を１秒間に通過する翼の延べ枚数）となる。この実施の形態の送風機のように、取付ピッチ角αを変化させる（取付ピッチ角を異なる角度にする）ことで、擬似的に翼の枚数ｎを増減させるようにする。回転音に係る周波数が変化し、音波の周期性が大きく変化することで、回転音を抑制することができる。また、隣り合う取付ピッチ角の角度が近い値にならないように配置することで、回転音の音波の周期性を低減することができる。ここで、特に限定するものではないが、この実施の形態では、送風機を高回転させたときの回転音の低減をはかるため、回転数Ｎについては、最大回転数、最大回転数に近い回転数または回転音が発生する回転数であるものとする。

図４はこの発明の実施の形態１に係る送風機における取付ピッチ角α間の関係を説明する図である。この実施の形態の送風機では、取付ピッチ角αｍの両隣の取付ピッチ角αが、取付ピッチ角αｍ−１および取付ピッチ角αｍ＋１以外の組み合わせにより翼２が配置される。たとえば、図４では、取付ピッチ角αｍの両隣の取付ピッチ角αは、取付ピッチ角αｍ−２と取付ピッチ角αｍ＋４となっている。

図５はこの発明の実施の形態１に係る送風機における取付ピッチ角αの関係を具体的に示す図である。図５は、６枚の翼２を有する送風機の例を示している。前述したように、取付ピッチ角αの各角度の大きさは、α１（５４．００°）＜α２（５６．２５°）＜α３（５８．５０°）＜α４（６０．７５°）＜α５（６３．００°）＜α６（６７．５０°）である。図５に示すように、翼２が６枚の場合、取付ピッチ角α１を先頭に右回り（時計回り）に見ていったときの取付ピッチ角の順序は、（α１，α３，α５，α２，α４，α６）、（α１，α３，α５，α２，α６，α４）、（α１，α４，α６，α２，α５，α３）、（α１，α６，α４，α２，α５，α３）、（α１，α４，α２，α５，α３，α６）、（α１，α４，α２，α６，α３，α５）、（α１，α６，α３，α５，α２，α４）、（α１，α５，α３，α６，α２，α４）、（α１，α５，α２，α４，α６，α３）、（α１，α３，α６，α４，α２，α５）となる。したがって、取付ピッチ角αｍの両隣の取付ピッチ角αが、取付ピッチ角αｍ−１および取付ピッチ角αｍ＋１以外となる組み合わせは１０通りある。

以上のように、実施の形態１の送風機によれば、各取付ピッチ角αｍを異なる角度となるように複数の翼２を配置し、取付ピッチ角αｍの両隣が取付ピッチ角αｍ−１と取付ピッチ角αｍ＋１とにならない組み合わせで翼２が配置されるようにしたので、送風機を駆動させたときの回転音を小さくすることができる。ここで、翼２の枚数については特に限定するものではないが、効率などを考慮すると、５〜９枚の範囲で翼２を有する送風機を構成するとよい。

実施の形態２．
上述した実施の形態１においては、取付ピッチ角αの大きさが異なるように各翼２を配置した。このとき、実施の形態１では特に示さなかったが、さらに効率よく回転音を低減するため、この実施の形態では、取付ピッチ角αの最小角度である取付ピッチ角α１と最大角度である取付ピッチ角αｎが満たす条件を定める。

図６はこの発明の実施の形態２に係る周波数と回転音（騒音）との関係を示す図である。この実施の形態では、翼２の枚数ｎと回転数Ｎとで定まる回転音に係る周波数ｆ_ＮＺに対し、±１０［Ｈｚ］以上変位させ、周波数を分散させるようにする。ここで、周波数ｆ_ＮＺよりも高い周波数は取付ピッチ角α１に依存する。また、周波数ｆ_ＮＺよりも低い周波数は取付ピッチ角αｎに依存する。したがって、取付ピッチ角α１および取付ピッチ角αｎは、次の（１）式および（２）式を満たすものとする。

図７および図８はこの発明の実施の形態２に係る送風機による回転音低減の効果を説明する図である。図７は（１）および（２）式を適用した構成の送風機を駆動した場合を示している。図８は従来の送風機を駆動した場合を示している。図７に示すように、周波数ｆ_ＮＺにおける音のピーク値が図８よりも低くなり、回転音が低減されていることがわかる。

実施の形態３．
上述した実施の形態１および実施の形態２では特に示さなかったが、取付ピッチ角αの組み合わせが違うと、送風機における羽根車１００の重心位置が異なる可能性がある。たとえば、実施の形態１または実施の形態２で説明した回転音対策をしても、送風機の羽根車１００の重心位置が回転軸中心から大きくずれていると、羽根車１００が回転したときに安定せず、アンバランスな状態となり、羽根車１００の振動が大きくなる。振動が大きくなると、回転による周期性が生じ、回転音が発生する可能性がある。

そこで、この実施の形態では、羽根車１００の重心位置が回転軸中心に最も近くなる取付ピッチ角の組み合わせとなるように翼２を配置する。羽根車１００の重心位置が回転軸中心に最も近くなる取付ピッチ角の組み合わせとすることで、送風機が駆動して、羽根車１００が回転したときのアンバランスな状態を低減することができる。このため、羽根車１００の回転による振動を抑え、回転音をさらに低減することができる。

実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４に係る空気調和機を示す図である。図９では、空気調和機を構成する機器のうち、天井埋め込み形の室内機の構成に係る部分断面図を示している。図９において、上述した実施の形態１などと同一機能部分には同一符号を付してある。

この実施の形態に係る天井埋め込み形の室内機２０は、天井３０の裏側に埋設設置され、下面開口部が天井３０の開口部３１から露出している。そして、本体外郭２１の下面開口部から天井３０の開口部３１の周縁にかけて、吸込口２３および吹出口２４を有する化粧パネル２２が取付けられている。吸込口２３の下流側にはフィルター２５が配設されている。

本体外郭２１の天板には、送風機のファンモーター２６が取付けられ、ファンモーター２６の出力軸には、シュラウド１の空気吸込口１ａを化粧パネル２２の吸込口２３側に位置して配設された送風機における羽根車１００のボス４が固定されている。化粧パネル２２の吸込口２３と、送風機における羽根車１００のシュラウド１の空気吸込口１ａとの間には、ベルマウス２７が設置されている。また、吸込口２３から吹出口２４に至る風路の送風機における羽根車１００の下流側外周に、熱交換器２８が設置されている。

上記のような天井埋込み型の室内機２０を有する空気調和機において、運転を開始すると送風機のファンモーター２６が回転駆動され、これに固定された羽根車１００が回転する。羽根車１００の回転により室内の空気が吸込口２３から吸込まれてフィルター２５により清浄化され、ベルマウス２７から羽根車１００に流入し、翼２の間から外周に向って流出する。羽根車１００から流出した空気は熱交換器２８を通過し、ここで冷風または温風の調和空気となり、吹出口２４から室内に吹き出される。

実施の形態４の空気調和機によれば、上述の実施の形態１〜３において説明した羽根車１００を用いた送風機を有するようにしたので、回転音を低減した空気調和機を得ることができる。

なお、前記の説明では、空気調和機の図示の室内機にこの発明に係る送風機を用いた場合を示したが、これに限定するものではなく、他の構造の室内機であってもよい。さらに、空気調和機の室外機や空気清浄器などにもこの発明に係る送風機を用いることができる。

１ シュラウド、１ａ 空気吸込口、２ 翼、２ａ 前縁先端、３ 主板、４ ボス、２０ 室内機、２１ 本体外郭、２２ 化粧パネル、２３ 吸込口、２４ 吹出口、２５ フィルター、２６ ファンモーター、２７ ベルマウス、２８ 熱交換器、３０ 天井、３１ 開口部、１００ 羽根車。

Claims (5)

1. 駆動装置の回転軸に固定される主板と、
   空気吸込口を有するシュラウドと、
   前記主板と前記シュラウドとの間で、前記回転軸を中心とする円に沿って前縁先端が配置されるｎ（ｎ≧３）枚の翼とを有する羽根車を備え、
   隣り合う２枚の翼の前記前縁先端と前記回転軸とがなす角度を取付ピッチ角αとすると、すべての取付ピッチ角αは異なる角度であり、
   前記取付ピッチ角αにおいて、取付ピッチ角αｍ（２≦ｍ≦ｎ−１）の両隣の前記取付ピッチ角が、前記取付ピッチ角αｍの次に角度が小さい取付ピッチ角αｍ−１および前記取付ピッチ角αｍの次に角度が大きい取付ピッチ角αｍ＋１以外となる組み合わせであり、
   最小角度の前記取付ピッチ角α１［ｄｅｇ］と最大角度の前記取付ピッチ角αｎ［ｄｅｇ］とは、前記翼の枚数をｎ枚および回転数Ｎ［ｒｐｍ］とすると、
   Ｎ／６０×３６０／α１≧Ｎ／６０×ｎ＋１０
   Ｎ／６０×３６０／αｎ≦Ｎ／６０×ｎ−１０
   を満たす角度で前記翼が配置される送風機。
2. 駆動装置の回転軸に固定される主板と、
   空気吸込口を有するシュラウドと、
   前記主板と前記シュラウドとの間で、前記回転軸を中心とする円に沿って前縁先端が配置されるｎ枚の翼とを有する羽根車を備え、
   隣り合う２枚の翼の前記前縁先端と前記回転軸とがなす角度を取付ピッチ角αとすると、取付ピッチ角αは異なる角度を有し、
   最小角度の取付ピッチ角α１［ｄｅｇ］と最大角度の取付ピッチ角αｎ［ｄｅｇ］とは、回転数Ｎ［ｒｐｍ］とすると、
   Ｎ／６０×３６０／α１≧Ｎ／６０×ｎ＋１０
   Ｎ／６０×３６０／αｎ≦Ｎ／６０×ｎ−１０
   を満たす角度で前記翼が配置される送風機。
3. ファンの重心位置が最も中心に近くなる前記取付ピッチ角の組み合わせで、前記翼が配置される請求項１または請求項２に記載の送風機。
4. 前記翼の枚数が５〜９枚である請求項１〜３のいずれか一項に記載の送風機。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の送風機を有する空気調和機。

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