JP2019027418A - タンゼンシャルファン及び空気調和機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数枚のブレード31を回転軸線周りに環状配置させて筒形状とされた外形をなす羽根車30を回転軸方向に複数連結し、その回転により内部に導入した流体を外部に吹き出すタンゼンシャルファン28において、前記ブレード31は、ランダムピッチで前記羽根車30に配置され、360°を前記ブレード31の全枚数で割った値を仮想平均ピッチ角度とし、各前記羽根車30は、前記ブレード31の配置が全て同一であり、隣り合う前記羽根車30は、前記仮想平均ピッチ角度よりも大きい連環ずらし角度を有して連結される。
【選択図】図3
Description
これら騒音の発生を抑制するために、タンゼンシャルファンの構成の変更により対策を行うことが検討されている。
例えば、特許文献1には、円弧翼(ブレード)をランダムピッチで周方向に配置し、羽根車を周方向に1〜4°ずつ位置ずれさせることが開示されている。
また特許文献2には、円弧翼をランダムピッチで周方向に配置し、羽根車において少なくとも1つの位相差を他の位相差と異ならせることが開示されている。
また特許文献3には、羽根車のずれを交互にして接続することが開示されている。
また特許文献4には、羽根車のずれをブレード枚数や羽根車の数で数式化したことが開示されている。
そこで、羽根車のずれを複雑にするために、例えば異なる羽根車、すなわち異なるランダムピッチにてブレード配置された各羽根車を用意することが考えられるが、この場合は部品点数が増え、管理・製造コストが増加するという問題がある。
本発明の第一態様に係るタンゼンシャルファンは、複数枚のブレードを回転軸線周りに環状配置させて筒形状とされた外形をなす羽根車を回転軸方向に複数連結し、その回転により内部に導入した流体を外部に吹き出すタンゼンシャルファンにおいて、前記ブレードは、ランダムピッチで前記羽根車に配置され、360°を前記ブレードの全枚数で割った値を仮想平均ピッチ角度とし、各前記羽根車は、前記ブレードの配置が全て同一であり、隣り合う前記羽根車は、前記仮想平均ピッチ角度よりも大きい連環ずらし角度を有して連結される。
これにより、同じ位置を通過するブレードのタイミングが各羽根車で異なるため、ブレードにより発生する音の周波数がずれることでタンゼンシャルファンから発生する音の周波数が複雑になる。羽根車の並びが不均一となることで発生周波数の位相がずれるため、単一周波数にピークを有する離散周波数騒音を抑制することができる。
また、音源の周期を不規則にし、nNZ音を複数の低いピークに分散させることができるというランダムピッチであることによる効果を、より発揮することができる。
また、各羽根車はブレードの配置が全て同一であることから、1種類の羽根車にて構成を実現することができ、部品点数を増やさず管理コスト及び製造コストを増やすことがない。
以下、本発明の一実施形態にについて、図1乃至9を用いて説明する。
図1には、本実施形態に係る空気調和機の構成例が示されている。
図1に示されるように、室内空間等の空調(冷房、暖房及び除湿)を行う空気調和機1は、室外機ユニット10及び室内機ユニット20を主な構成要素とする装置である。室外機ユニット10及び室内機ユニット20の間は、冷媒配管50により接続されて閉回路の冷媒流路が形成されている。また、室外機ユニット10及び室内機ユニット20の間は、電源及び制御用の電線(不図示)によっても接続されている。
なお、図中の符号51は、運転操作用のリモートコントローラであり、これにより空気調和機1の各種運転状態が設定されるようになっている。
室外熱交換器13は、四方弁を操作して冷媒の循環方向を切り替えることにより、冷房運転時は凝縮器として、また、暖房運転時は蒸発器として機能する熱交換器である。
また、図中の符号29はフィルターであり、吸込グリル25を通過して室内熱交換器26に導かれるフレッシュエア中に含まれる塵・ゴミ等の不純物を取り除くために設けられている。なお、吹出口27には、空調空気の吹出方向を調整するため、図示しないルーバー及びフラップが設けられている。
室内熱交換器26は、冷媒の循環方向に応じて、冷房運転時は蒸発器として、また、暖房運転時は凝縮器として機能する熱交換器である。
また、図3は本実施形態の室内機ユニットに備えられているタンゼンシャルファンの一部分の分解斜視図である。
ここで、各ブレード31のピッチ間隔の平均角度は、360°をブレード31の全枚数(本実施形態の代表の場合、35枚)で割った値(360°/35=10.3°)であり、これを仮想平均ピッチ角度とする。
図4は、参考例としてのタンゼンシャルファンのずれがない場合のピッチ間隔を示す正面図である。
図4には、羽根車30a、30b、30c及び30dの4つの羽根車30における、一部分のブレード31の配置と間隔が表されている。各羽根車30は回転しており、各ブレード31は図面の上方から下方に移動する。
図4の場合は、ランダムピッチである各羽根車30がブレード31の移動方向(円周方向)にずれることなく、羽根車30間の間板32を介して隣り合うブレード31が全て同じ位置に配置されている。
この場合、破線で表す基準位置を通過するブレード31は、太線で表されるように全て同じタイミングで通過する。
以下の説明において、各羽根車30を区別する場合は、符号の末尾にa〜dのいずれかを付し、各羽根車30を区別しない場合は、a〜dを省略する。
図5において、縦軸は音圧レベル(各周波数の騒音レベル)Lp、横軸は音の周波数Hzを示す。
タンゼンシャルファン28は、幅方向に長く、ブレード31が環状配置されていることにより、周囲との干渉などで特異な音、例えば単一周波数にピークを有するnNZ音が発生する(N:タンゼンシャルファン28の回転数、Z:ブレード31の枚数、n:次数)。
グラフに示されるように、各羽根車30間のずれがない場合は、ランダムピッチであってもnNZ音が発生する。
羽根車30a、30b、30c及び30dの4つの羽根車30における、一部分のブレード31の配置が横棒とその間隔にて表されている。各羽根車30は回転しており、各ブレード31は図面の上方から下方に移動する。
羽根車30は、隣り合う他の羽根車30と仮想平均ピッチ角度10.3°以内の一定間隔のずれにて連結されている。タンゼンシャルファン28の1ピッチとは、仮想平均ピッチ角度により表されるブレード31間の間隔であるといえる。
この場合、各羽根車30の同じ位置に相当するブレード31が一定間隔でずれているため、破線で表す基準位置を通過するブレード31は太線で表されるように一定のタイミング(周期)で通過する。
図7において、縦軸は音圧レベル(各周波数の騒音レベル)Lp、横軸は音の周波数Hzを示す。
グラフに示されるように、各羽根車30間のずれが1ピッチ以内の場合は、ピッチのずれを有することにより時間軸方向でnNZ成分の波形と位相差が生じるため、打ち消しあって減衰する。しかし、ずれがない場合よりもnNZ音の音圧レベルは下がるが、nNZ音のピークが現れた状態である。
図8には、本発明の一実施形態に係るタンゼンシャルファンのピッチ間隔が図に示されている(1ピッチ+1ピッチ内のずれの代表図)。
羽根車30a、30b、30c及び30dの4つの羽根車30における、一部分のブレード31の配置が横棒とその間隔にて表されている。各羽根車30は回転しており、各ブレード31は図面の上方から下方に移動する。
一つの羽根車30を基準として、隣り合う羽根車30を1ピッチずつ回転させ、さらに従来の1ピッチ以内のずれを持たせてそれぞれ連結する。ここで、従来の1ピッチ以内のずれを持たせるのは、1ピッチのずれのみではいずれか2つの羽根車30のブレード31が全て同じ位置に配置される場合があることからこれを回避するためである。1ピッチ以内のずれは、本実施形態では仮想平均ピッチ角度の10%〜50%とする。
[数1]
θ=360°/35×(360°/35)×(0.1〜0.5)・・・(1)
この場合、各羽根車30の同じ位置に相当するブレード31は、各羽根車30が仮想平均ピッチ角度よりも大きい連環ずらし角度θを有して連結されていることにより、1ピッチ以上の間隔でずれている。よって破線で表す基準位置を通過するブレード31は、羽根車30aの太線で表されるブレード31に対し、羽根車30b、30c及び30dの一点鎖線で表されたブレード31のように隣り合う羽根車でその間隔がランダムとなり、異なるタイミングで通過する。
また、羽根車30dの太破線で表されたブレード31のように、隣り合う羽根車30のブレード31ではなく、離れた羽根車30のブレード31が先に基準位置を通過する場合もあり得る。
これにより、同じ位置を通過するブレード31のタイミングが各羽根車30で異なることから、発生する音の周波数がずれることとなる。
図9において、縦軸は音圧レベル(各周波数の騒音レベル)Lp、横軸は音の周波数Hzを示す。
グラフに示されるように、各羽根車30間のずれを1ピッチよりも大きい連環ずらし角度とした場合は、隣り合う羽根車30ごとのブレード31の位置が複雑な配置となり、同じ位置を通過するブレード31のタイミングが複雑になり、周波数がずれる。よって、1ピッチ以内のずれを持たせた場合よりもさらに周波数がずれ、nNZ音のピークが下がり、結果として騒音を抑えることができる。
一つの羽根車30を基準として、隣り合う羽根車30を円周方向に30%ずつ回転させ、さらに従来の1ピッチ以内のずれを持たせてそれぞれ連結する。ここで、従来の1ピッチ以内のずれを持たせるのは、30%の回転のみではいずれか2つの羽根車30のブレード31が全て同じ位置に配置される場合があることからこれを回避するためである。1ピッチ以内のずれは、本実施形態では仮想平均ピッチ角度の10%〜50%とする。
[数2]
±(360°×0.3)+(360°/35)×(0.1〜0.5)・・・(2)
各羽根車30a,30b及び30cは、ブレード31がランダムピッチで羽根車30に配置され、各羽根車30a,30b及び30cはブレード31の配置が全て同一である。羽根車30aの1つのブレード31aを選択すると、羽根車30b及び30cにおいても同じ位置に配置された31aを選択することができる。
図3に示されるように、羽根車30aのブレード31aを基準とすると、隣り合う羽根車30bにおいてブレード31aが円周方向に30%回転されさらに1ピッチ以内のずれを持たせた位置に移動された状態で羽根車30aと羽根車30bとが連結される。同様に、羽根車30bのブレード31aを基準として、隣り合う羽根車30cにおいてブレード31aが円周方向に30%回転されさらに1ピッチ以内のずれを持たせた位置に移動された状態で羽根車30bと羽根車30cとが連結される。
本変形例1は、連環ずらし角度を2ピッチ以上とするものである。
本変形例1では、一つの羽根車30を基準として、隣り合う羽根車30を円周方向に仮想平均ピッチ角度のn倍ずつ回転または逆回転させ(n=2,3,・・・34、nは整数)、さらに従来の1ピッチ以内のずれを持たせてそれぞれ連結する。1ピッチ以内のずれは、本実施形態では仮想平均ピッチ角度の10〜50%とする。
[数3]
±(360°/35)×n+(360°/35)×(0.1〜0.5)・・・(3)
また、発生する騒音のうち、低減したい音の周波数に対して連環ずらし角度を決定することが可能なため、それぞれの羽根車30の構成やランダムピッチの種類による特性に応じた羽根車30の連結とすることができる。羽根車30をどのように連結するか、すなわちそれぞれの連環ずらし角度をどのように設定するかについては、テストにより最も効果的に騒音を低減可能な値を確定してもよい。
本変形例2は、ブレード31の枚数に応じて連環ずらし角度を設定するものである。
本変形例2では、一つの羽根車30を基準として、隣り合う羽根車30を円周方向に仮想平均ピッチ角度のn倍ずつ回転または逆回転させ(n=1,2,・・・z−1、nは整数)、さらに従来の1ピッチ以内のずれを持たせてそれぞれ連結する。1ピッチ以内のずれは、本実施形態では仮想平均ピッチ角度の10〜50%とする。
[数4]
±(360°/z)×(n)+(360°/z)×(0.1〜0.5)・・・(4)
また、発生する騒音のうち、低減したい音の周波数に対して連環ずらし角度を決定することが可能なため、それぞれの羽根車30の構成やランダムピッチの種類による特性に応じた羽根車30の連結とすることができる。羽根車30をどのように連結するか、すなわちそれぞれの連環ずらし角度をどのように設定するかについては、テストにより最も効果的に騒音を低減可能な値を確定してもよい。
複数枚のブレード31を回転軸線周りに環状配置させて筒形状とされた外形をなす羽根車30を回転軸方向に複数連結し、その回転により内部に導入した流体を外部に吹き出すタンゼンシャルファン28において、ブレード31はランダムピッチで羽根車30に配置され、各羽根車30はブレード31の配置が全て同一であり、隣り合う羽根車30は、360°をブレード31の全枚数で割った値である仮想平均ピッチ角度よりも大きい連環ずらし角度を有して連結されていることにより、回転軸方向でブレード31の並びが複雑になってブレード31の位置がほぼ全て異なる位置となる。
これにより、同じ位置を通過するブレード31のタイミングが各羽根車30で異なるため、ブレード31により発生する音の周波数がずれることでタンゼンシャルファンから発生する音の周波数が複雑になる。羽根車30の並びが不均一となることで、発生周波数の位相がずれるため、単一周波数にピークを有する離散周波数騒音を抑制することができる。
また、音源の周期を不規則にし、nNZ音を複数の低いピークに分散させることができるというランダムピッチであることによる効果を、より発揮することができる。
また、各羽根車30はブレード31の配置が全て同一であることから、1種類の羽根車30にて構成を実現することができ、部品点数を増やさず管理コスト及び製造コストを増やすことがない。
20 室内機ユニット
28 タンゼンシャルファン
30 羽根車
31 ブレード
Claims (3)
- 複数枚のブレードを回転軸線周りに環状配置させて筒形状とされた外形をなす羽根車を回転軸方向に複数連結し、その回転により内部に導入した流体を外部に吹き出すタンゼンシャルファンにおいて、
前記ブレードは、ランダムピッチで前記羽根車に配置され、360°を前記ブレードの全枚数で割った値を仮想平均ピッチ角度とし、
各前記羽根車は、前記ブレードの配置が全て同一であり、
隣り合う前記羽根車は、前記仮想平均ピッチ角度よりも大きい連環ずらし角度を有して連結されるタンゼンシャルファン。 - 前記連環ずらし角度は、前記仮想平均ピッチ角度の2倍の値よりも大きい請求項1に記載のタンゼンシャルファン。
- 室内ユニット及び室外ユニットを備えた空気調和機であって、
前記室内ユニット内に請求項1または請求項2に記載のタンゼンシャルファンを備えた空気調和機。
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