JPWO2016139732A1 - 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

Abstract

渦巻始点となる舌部３を有するスクロールタイプのケーシング１と、これに収容された多翼遠心型のファン２とを備えたシロッコファン４において、ケーシング１における舌部３からファン回転方向に９０°付近に位置する部位を平坦部６とし、舌部３とファン２との間の最短となる距離をＸ、平坦部６とファン２との間の最短となる距離をＺとして、１．０≦Ｘ／Ｚ≦１．５の範囲で距離Ｘと距離Ｚとを設定する。

Description

本発明は、騒音とファン入力とを増加させずにケーシング高さを小さくすることが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、渦巻始点となる舌部及び吹出し口を有するスクロールタイプのケーシングと、これに収容された多翼遠心型のファンとを備え、ファンとケーシングとの間の距離が吹出し口に向かって次第に大きくなるシロッコファンが知られている。

また、このようなものにおいては、省エネのためファン入力低減、及び低騒音化が求められており、空気調和機の室内機では、これらに加えてコンパクト化の要求が強い。

空気調和機の室内機において、前記要求を満たすためにはシロッコファンの高性能化を図る必要がある。

従来、シロッコファンの高性能化の例として、ケーシング形状を種々工夫したものがあるが、いずれのケーシング形状も、ファンとケーシングとの間の距離が舌部からファン回転方向に向かって次第に大きくなるという基本形状から抜け出すものではなかった（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２３３８３５号公報（要約書、図１）

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、室内機の寸法制約だけでなく、ケーシングサイズの制約により、ファン入力や騒音が大きくなる問題が生じる。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、騒音とファン入力とを増加させずにケーシング高さを小さくすることができる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を得ることを目的とする。

本発明に係るシロッコファンは、渦巻始点となる舌部を有するスクロールタイプのケーシングと、これに収容された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、ケーシングにおける舌部からファン回転方向に９０°付近に位置する部位を平坦部とし、舌部とファンとの間の最短となる距離をＸ、平坦部とファンとの間の最短となる距離をＺとしたとき、１．０≦Ｘ／Ｚ≦１．５の範囲で距離Ｘと距離Ｚとが設定されて成るものである。

また、本発明に係る空気調和機の室内機は、前記シロッコファンを用いたものである。

本発明に係るシロッコファンにおいては、ケーシングにおける舌部からファン回転方向に９０°付近に位置する部位を平坦部とし、舌部とファンとの間の最短となる距離をＸ、平坦部とファンとの間の最短となる距離をＺとしたとき、１．０≦Ｘ／Ｚ≦１．５の範囲で距離Ｘと距離Ｚとが設定されて成るので、騒音とファン入力とを増加させずにケーシング高さを小さくすることができる。

また、本発明に係る空気調和機の室内機においては、前記シロッコファンを用いたもので、室内機のコンパクト化が図れる。

本発明の実施の形態１に係るシロッコファンの原理の説明図である。 本発明の実施の形態１に係るシロッコファンを搭載した空気調和機の室内機の側面断面図である。 本発明の実施の形態１に係るシロッコファンを搭載した空気調和機の室内機の側面断面図である。 本発明の実施の形態１に係るシロッコファンを示す側面断面図である。 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。 図５の動作点Ｍにおける騒音とＸ／Ｚとの関係を示すグラフである。 図５の動作点Ｎにおける騒音とＸ／Ｚとの関係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騒音とＤ／Ｈとの関係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騒音とＤ／Ｈとの関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係るシロッコファンの原理の説明図である。 本発明の実施の形態２に係るシロッコファンを示す正面断面図である。 本発明の実施の形態２に係るシロッコファンのＰ−Ｑ特性を示すグラフである。

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の原理の説明図である。
本実施の形態１のシロッコファン４は、図１に示すように、渦巻始点となる舌部３及び吹出し口１３を有するスクロールタイプのケーシング１と、これに収容された多翼遠心型のファン２とを備えている。ここで、ケーシング１の高さをＨａ、ファン径をＤ、ファン２の回転中心を点Ｏとする。また、舌部３においてファン２との距離が最短となる点を点Ａ、ケーシング１の終点を点Ｂとし、曲線ＡＢ上の任意の点を点Ｃとし、点Ｃとファン２との間の距離をＹとし、距離Ｙを「線分ＯＣの長さ−Ｄ／２」と定義する。また、舌部３における点Ａとファン２との間の距離をＸとしている。

一般にシロッコファン４は、点Ｃが点Ａに近いほど、点Ｃとファン２との間の距離が小さくなり、点Ｃが点Ｂに近いほど、点Ｃとファン２との間の距離が大きくなる。
ところで、点Ｃ付近の翼間風量は、点Ｃが点Ｂに近づくほど大きくなり、ファン２とケーシング１との間の距離が小さいと、翼間風量にとって通風抵抗となる。このため、翼間風量が大きい領域ほどケーシング１とファン２との間の距離を大きくし、通風抵抗を小さくする必要がある。

図２は本発明の実施の形態１に係るシロッコファンを搭載した空気調和機の室内機の一例を示す側面断面図であり、熱交換器をシロッコファンの下流側に配置した例を示す。図３は本発明の実施の形態１に係るシロッコファンを搭載した空気調和機の室内機の他の例を示す側面断面図であり、熱交換器をシロッコファンの上流側に配置した例を示す。
図２及び図３に示すように、シロッコファン４を搭載した空気調和機の室内機５は、風路内にシロッコファン４と熱交換器１６とが配置されている。シロッコファン４を空気調和機の室内機５に搭載する場合、シロッコファン４のケーシング１の高さＨａの寸法制約がある。その場合、高さＨａが大きいほど、シロッコファン４のファン入力、騒音を小さくできる。しかし、高さＨａを大きくすると室内機５のサイズも大きくしなければならないため、室内機５の設置スペースの制約の関係で、できない場合がほとんどである。

次に限られた高さＨａにおいてシロッコファン４の高性能化について説明する。
図４は本発明の実施の形態１に係るシロッコファンを示す側面断面図である。
前述の図１で説明したように、点Ｃが点Ａに近いほど、点Ｃとファン２との間の距離が小さくなり、点Ｃ付近の翼間風量は小さくなる。このため、点Ｃが点Ａに近ければ、点Ｃとファン２との間の距離を大きくする必要はない。本実施の形態１のシロッコファン４は、図４のようにケーシング１における舌部３からファン回転方向に９０°付近に位置する部位を水平方向の平坦部６とし、この平坦部６とファン２との間の距離を、通常のスクロール形状のものよりも小さくすることで、ケーシング高さＨの縮小化を図ったものである。

すなわち、本実施の形態１のシロッコファン４は、図１の高さＨａを有するケーシング１における舌部３からファン回転方向に９０°付近にある最下端の点を上方にΔＨ移動し、図４のようにこの点を通る水平線とケーシング１との交点を点Ｅ、点Ｆとし、線分ＥＦを含む、紙面に垂直な面を平坦部６とし、ケーシング高さＨをＨ＝Ｈａ−ΔＨとし、ケーシング高さＨをＨａからΔＨの分、小さくしたものである。

本実施の形態１のシロッコファン４においては、点Ｏから平坦部６に垂線を引き、交点を点Ｇとし、点Ｇとファン２との間の距離をＺとしている。また、舌部３における点Ａとファン２との間の距離をＸとしている。

図５はシロッコファン４のＰ−Ｑ特性を示すグラフである。ここで、Ｐは静圧［Ｐａ］、Ｑは風量［ｍ^３／ｍｉｎ］である。動作点Ｍは締切側の動作点であり、動作点Ｍよりも低風量側はサージング領域であり、サージング領域は流れが不安定であるため、通常使用しない。動作点Ｎは開放側の動作点であり、静圧が０［Ｐａ］である。

図６は図５の動作点Ｍにおける騒音とＸ／Ｚとの関係を示すグラフである。図７は図５の動作点Ｎにおける騒音とＸ／Ｚとの関係を示すグラフである。ここで、ＳＰＬは騒音［ｄＢ］、Ｘ／Ｚはケーシング１の舌部３とファン２との間の最短となる距離Ｘとケーシング１の舌部３からファン回転方向に９０°の付近に形成した平坦部６とファン２との間の最短となる距離Ｚとの比率である。なお、最短となる距離Ｚは、点Ｇとファン２との間の距離である。また、ここでは点Ａとファン２との間の距離Ｘを固定し、ΔＨのみを変化させることにより、点Ｇとファン２との間の距離Ｚを変えている。

図６に示すように、騒音は、動作点ＭにおいてＸ／Ｚ≧１．０のとき、一定となることが分かる。したがって、ファン入力も、動作点ＭにおいてＸ／Ｚ≧１．０のとき一定となる。

また、図７に示すように、騒音は動作点Ｎ（静圧が０［Ｐａ］）においてＸ／Ｚ≧１．５のとき、一定となることが分かる。したがって、ファン入力も、動作点ＮにおいてＸ／Ｚ≧１．５のとき一定となる。また、動作点Ｎ（静圧が０［Ｐａ］）において、Ｘ／Ｚ＝１．０と、Ｘ／Ｚ＝１．５との騒音差は０．２ｄＢと小さく、ファン入力もほぼ同一であった。

次に、この理由について説明する。
動作点Ｍは動作点が締切側、動作点Ｎは動作点が開放側であり、開放側の方が高風量である。ケーシング１から発生する騒音は、ケーシング１の壁面における静圧の時間変動が大きいほど大きくなる。この静圧の時間変動は、ケーシング１の壁面とファン２との間の距離が小さい場合やケーシング１の壁面近くの翼間風量が大きい場合にも大きくなる。

よって、低風量の動作点Ｍより、高風量の動作点Ｎの方がケーシング１の壁面近くの翼間風量が大きいため、騒音が大きくなる。騒音増加を抑制するためには、例えばケーシング１の壁面とファン２との間の距離が小さいＸを大きくし、ケーシング１の壁面の静圧の時間変動を小さくすることが有効である。

以上より、ケーシング１の舌部３からファン回転方向に９０°の付近に平坦部６を設け、舌部３とファン２との間の最短となる距離Ｘと平坦部６とファン２との間の最短となる距離Ｚとの比率であるＸ／Ｚを１．０≦Ｘ／Ｚ≦１．５とすることにより、騒音とファン入力とを増加させずにケーシング高さを小さくすることができ、室内機５のコンパクト化が図れる。また、室内機５をコンパクト化しない場合は、例えば点Ｏを挟んで点Ｇと対向する側でケーシング１とファン２との間の距離を従来よりも大きくでき、シロッコファン４の高性能化を図ることができる。

次に平坦部６を有するケーシング１の、ケーシング高さＨとファン径Ｄとの関係について説明する。
まず、動作点Ｍについて説明する。
図８は本発明の実施の形態１に係るシロッコファンの騒音とＤ／Ｈとの関係を示すグラフであり、動作点Ｍにおいて、ケーシング高さＨ、及び点Ａとファン２との間の距離Ｘを固定し、Ｚ＝Ｘとし、ファン径Ｄを変えたときの、騒音とＤ／Ｈの関係を示すものである。

図８に示すように、動作点Ｍにおいては、０．６６≦Ｄ／Ｈ≦０．７５のとき、騒音が最小となる。これは以下の理由による。

動作点Ｍにおいては、ファン径Ｄが大きいほど、回転数は小さくなり、図４の曲線ＡＢの、点Ｂに近い翼間において翼間の通過速度が小さくなるため、ファン入力、騒音は低減するが、ファン２との距離が小さくなり、通風抵抗が増加する。
一方、ファン径Ｄが小さいほど、回転数は大きくなり、曲線ＡＢの、点Ｂに近い翼間において翼間の通過速度が大きくなるため、ファン入力、騒音は増大するが、ファン２との距離が大きくなり、通風抵抗が低減する。

ファン径Ｄの大小は一長一短があり、動作点Ｍにおいては、０．６６≦Ｄ／Ｈ≦０．７５のとき、各々の効果が打ち消し合い、騒音が一定、かつ最小となる。

次に、動作点Ｎについて説明する。
図９は本発明の実施の形態１に係るシロッコファンの騒音とＤ／Ｈとの関係を示すグラフであり、動作点Ｎにおいて、ケーシング高さＨ、及び点Ａとファン２との間の距離Ｘを固定し、Ｚ＝Ｘとし、ファン径Ｄを変えたときの、騒音とＤ／Ｈの関係を示すものである。

図９に示すように、動作点Ｎにおいては、０．６５≦Ｄ／Ｈ≦０．７４のとき、騒音は最小となる。これは以下の理由による。

動作点Ｎにおいても、ファン径Ｄが大きいほど、回転数は小さくなり、曲線ＡＢの、点Ｂに近い翼間において翼間の通過速度が小さくなるため、ファン入力、騒音は低減するが、ファン２との距離が小さくなり、通風抵抗が増加する。
一方、ファン径Ｄが小さいほど、回転数は大きくなり、曲線ＡＢの、点Ｂに近い翼間において翼間の通過速度が大きくなるため、ファン入力、騒音は増大するが、ファン２との距離が大きくなり、通風抵抗が低減する。

ファン径Ｄの大小は一長一短があり、動作点Ｎにおいては、０．６５≦Ｄ／Ｈ≦０．７４のとき、各々の効果が打ち消し合い、騒音が一定、かつ最小となる。

よって、締切側の動作点Ｍにおいて０．６６≦Ｄ／Ｈ≦０．７５のとき、また開放側の動作点Ｎにおいて０．６５≦Ｄ／Ｈ≦０．７４のとき、それぞれ騒音は最小となるため、０．６５≦Ｄ／Ｈ≦０．７５のとき、動作点Ｍと動作点Ｎの間の動作点において騒音は最小となる。

また、ファン入力も０．６５≦Ｄ／Ｈ≦０．７５のとき、動作点Ｍと動作点Ｎとの間の動作点において最小にすることができる。

以上のように、本実施の形態１のシロッコファン４は、ケーシング１における舌部３からファン回転方向に９０°付近に位置する部位を平坦部６とし、舌部３においてファン２との距離が最短となる点Ａとファン２との間の距離Ｘと、平坦部６においてファン２との距離が最短となる点Ｇとファン２との間の距離Ｚとの比率Ｘ／Ｚを、１．０≦Ｘ／Ｚ≦１．５としたので、騒音とファン入力とを増加させずにケーシング高さＨを小さくすることができる。

また、本実施の形態１のシロッコファン４は、ファン径Ｄとケーシング高さＨとの比率Ｄ／Ｈを０．６５≦Ｄ／Ｈ≦０．７５としたので、騒音とファン入力を最小にすることができる。

また、ケーシング高さＨを小さくできるので、このシロッコファン４を用いた空気調和機の室内機５のコンパクト化が図れる。さらに、室内機５のコンパクト化をしない場合は、ケーシング高さＨを大きくすることができ、シロッコファン４の高性能化を図ることができる。

また、シロッコファン４のケーシング１に平坦部６を設けることで、水平配置の室内機５（図２）、又は縦型の室内機５（図３）の筐体と接触する面積を大きくすることができる。このため、ファン２の運転中、室内機５が地震等により振動した場合においても室内機５とケーシング１とファン２との位置関係を保持でき、ファン２とケーシング１との衝突回避や空力性能低下を抑制することができる。

実施の形態２．
図１０は本発明の実施の形態２に係るシロッコファンの原理の説明図であり、図中、前述の実施の形態１に相当する部分には同一符号を付してある。なお、説明にあたっては前述の図２〜図４を参照するものとする。
図１０において、シロッコファン４は、回転軸７と、回転軸７にボス８を介して取り付けられた主板１５と、主板１５に取り付けられたファン２と、ケーシング１に取り付けられたベルマウス９とを備えている。ベルマウス９は、吸込み口１４を形成するものであり、その形状は略１／４円弧である。また、ベルマウス９とファン２との間には、干渉防止用の隙間１０が設けられている。また、ケーシング１とファン２との間には、空間１２が存在している。ここで、ケーシング１の幅寸法をＬ_ｃ、ファン２の幅寸法をＬ_ｆ、隙間１０の幅をΔとする。

このようなシロッコファン４において、ファン２は、その幅寸法Ｌ_ｆが長いほど、運転中に回転軸７に対して偏心が生じやすくなる。これは、重力によるファンの撓みや、翼間風量は主板１５の付近が大きく、吸込み口１４の付近が小さいため、Ｌ_ｆが長いほど回転軸方向において翼間風量が不均一になること等が原因である。

図４のようにケーシング１に平坦部６を設け、この平坦部６とファン２との間の距離を、通常のスクロール形状のものよりも小さくした場合、通常のスクロール形状のものに比べてケーシング１とファン２との間の距離が小さい領域が増える。加えて、幅寸法Ｌ_ｆが大きいファン２を用いる場合、ファン２の偏心量はさらに大きくなる傾向を示す。そして、このようなシロッコファン４を図２又は図３に示すような室内機５に搭載するとき、組立加工時に、回転軸７とベルマウス９の円中心が多少ずれるといった組立ばらつきが生じやすくなる。そして、大きな偏心と大きな組立ばらつきが重なった場合、ファン２がケーシング１にぶつかり、ファン２の破損が生じる確率が高くなり、室内機５の品質が低下する。

ファン２の破損確率を低下させるには、点Ａとファン２との間の距離Ｘを大きくするのが有効であるが、この場合、舌部３付近において漏れ流れが増え、ファン入力増加を招く。

図１１は本発明の実施の形態２に係るシロッコファンを示す正面断面図であり、図１０のケーシング１の幅寸法Ｌ_ｃと隙間１０の幅Δを維持し、ファン２の幅寸法Ｌ_ｆを短くしたシロッコファン４を示している。
このシロッコファン４は、図１１に示すように、隙間１０の幅Δを維持するため、ベルマウス９からファン２に向かって回転軸７と平行に延出する直線部１１を備えている。この直線部１１は、長さＷの中空の円筒形状を有している。

図１２は本発明の実施の形態２に係るシロッコファンのＰ−Ｑ特性を示すグラフであり、ケーシング１の幅寸法Ｌ_ｃと隙間１０の幅Δを固定し、ファン２の幅寸法Ｌ_ｆと直線部１１の長さＷを変化させることで、Ｌ_ｃ／Ｌ_ｆを変化させたときのＰ−Ｑ特性を表している。

図１２に示すように、１．０５≦Ｌ_ｃ／Ｌ_ｆ≦１．４５のとき、Ｐ−Ｑ特性は変わらず、Ｌ_ｃ／Ｌ_ｆ＝１．５５のとき、開放側動作点で静圧が低下する。Ｌ_ｃ／Ｌ_ｆ≦１．４５のとき、Ｐ−Ｑ特性が変わらない理由は、以下の通りである。
すなわち、Ｌ_ｆが短いほど、翼間面積は小さくなるため、翼間速度は大きくなり、ファン性能は低下する。一方、Ｌ_ｆが短いほど、空間１２は大きくなり、翼間から吹出された流れの一部は空間１２を通り、吹出し口１３から吹出される。そのため、空間１２を通過する際の通風抵抗が低減され、翼間風速増大と通風抵抗低下の効果が打ち消し合い、Ｐ−Ｑ特性が変わらなくなるためである。Ｌ_ｃ／Ｌ_ｆ＝１．５５のときは、翼間風速増大の効果の方が、通風抵抗低下の効果より大きくなるため、開放側動作点で静圧が低下する。

１．４５≦Ｌ_ｃ／Ｌ_ｆ≦１．５５において、図１２と同様のグラフを作成した結果、Ｐ−Ｑ特性が変わらない最大のＬ_ｃ／Ｌ_ｆは１．４７であった。

また、Ｌ_ｃ／Ｌ_ｆ≦１．４７において、η−Ｑ、Ｋｓ−Ｑ特性も変わらない。ここで、ηはファン効率、Ｋｓは比騒音、Ｐは静圧、Ｑは風量、Ｔはトルク、ωは角速度、ＳＰＬは騒音であり、
η＝（Ｐ［Ｐａ］×Ｑ［ｍ^３／ｓ］）／（Ｔ［Ｎｍ］×ω［ｒａｄ／ｓ］）
Ｋｓ＝ＳＰＬ［ｄＢ］−１０ｌｏｇ１０（Ｐ^２［ｍｍＡｑ］×Ｑ［ｍ^３／ｍｉｎ］）
である。

以上より、隙間１０の幅Δを維持し、１／４円弧のベルマウス９に直線部１１を備え、１．０５≦Ｌ_ｃ／Ｌ_ｆ≦１．４７の範囲でＬ_ｆを短くすることにより、Ｐ−Ｑ、η−Ｑ、Ｋｓ−Ｑ特性を維持し、ファン２の偏心を抑制し、ケーシング１とファン２がぶつかり、ファン２の破損が生じる確率を低減し、室内機５の品質を向上することができる。

また、室内機５において異なる空調能力の機種をラインアップする際、一般に空調能力が大きい機種ほど風量は大きくなる。例えば図２において室内機５の高さが等しく、空調能力が異なる機種をラインアップする場合、Ｌ_ｃを空調能力に応じて変え、Ｌ_ｆを等しくすると、１．０５≦Ｌ_ｃ／Ｌ_ｆ≦１．４７の範囲でＬ_ｃの大小により風量を変えることができ、ファン２の共通化を図れるため、金型費を削減でき、ファンコストを低減することができる。さらに、隙間１０の幅Δが等しいとき、直線部１１を設け、Ｌ_ｆを短くした場合は、直線部１１を設けず、Ｌ_ｆを短くしないものに比べてファン２の製造コストを低減することができる。

なお、本実施の形態２では、吸込み口１４が２つある両吸込みのシロッコファン４を例に挙げて説明したが、吸込み口１４が１つの片吸込みのシロッコファン４であって本発明を適用することができる。

１ ケーシング、２ ファン、３ 舌部、４ シロッコファン、５ 室内機、６ 平坦部、７ 回転軸、８ ボス、９ ベルマウス、１０ 隙間、１１ 直線部、１２ 空間、１３ 吹出し口、１４ 吸込み口、１５ 主板、１６ 熱交換器。

Claims (4)

1. 渦巻始点となる舌部を有するスクロールタイプのケーシングと、これに収容された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、
   前記ケーシングにおける前記舌部からファン回転方向に９０°付近に位置する部位を平坦部とし、
   前記舌部と前記ファンとの間の最短となる距離をＸ、前記平坦部と前記ファンとの間の最短となる距離をＺとしたとき、１．０≦Ｘ／Ｚ≦１．５の範囲で前記距離Ｘと前記距離Ｚとが設定されて成るシロッコファン。
2. 前記ケーシングの高さをＨ、前記ファンの径をＤとしたとき、０．６５≦Ｄ／Ｈ≦０．７５の範囲で前記ケーシングの高さＨと前記ファンの径Ｄとが設定されて成る請求項１記載のシロッコファン。
3. 吸込口となる１／４円弧のベルマウスを有し、該ベルマウスには前記ファンに向かう直線部が備えられており、
   前記ケーシングの幅寸法をＬ_ｃ、前記ファンの幅寸法をＬ_ｆ、前記ベルマウスと前記ファンとの隙間をΔとしたとき、
   前記隙間Δを維持した状態で、かつ１．０５≦Ｌ_ｃ／Ｌ_ｆ≦１．４７の範囲で前記ファンの幅寸法Ｌ_ｆを短くして成る請求項１又は２記載のシロッコファン。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のシロッコファンを用いた空気調和機の室内機。

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