JPH09100795A

JPH09100795A - 空気調和機

Info

Publication number: JPH09100795A
Application number: JP20446996A
Authority: JP
Inventors: 芳廣 ▲高▼田; Yoshihiro Takada; Hiroo Nakamura; 啓夫中村; Kazuya Matsuo; 一也松尾; Saho Funakoshi; 砂穂舟越; Tomomichi Kaneko; 友通金子; Hidenori Yokoyama; 英範横山; Soichi Kosoto; 荘一小曽戸; Motoo Morimoto; 素生森本; Yasuhisa Yasunaga; 泰久安永; Tsutomu Imoto; 勉井本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-08-02
Filing date: 1996-08-02
Publication date: 1997-04-15
Anticipated expiration: 2016-08-02
Also published as: JP3918207B2

Abstract

(57)【要約】【課題】エアコンの室内ユニット用貫流ファンの風量を
増大させつつ、異音の発生を抑制することを目的とす
る。【解決手段】貫流ファンの羽根車１０の円板７間に配置
される羽根６の翼弦長を変化させることにより達成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ルームエアコンや
パッケージエアコンに係り、特に、室内ユニットに用い
られる貫流ファンに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ルームエアコン（空気調和機）の
省エネルギー化を図る気運が高まってきている。ルーム
エアコンの省エネルギー化を図るためには、同じ電気入
力に対する能力（室内熱交換器の熱交換量）を増大させ
る必要があり、この能力増大の一要素として、室内機の
流量を増大することが考えられる。このためには、室内
ファンの風量の増大を図ることが必須である。この室内
ファンの風量増大を図る手法として、室内ファンの回転
数を上げること、または、室内ファンである貫流ファン
の外径を大きくすることが考えられる。ところで、室内
機動作時の乱流音（広帯域の周波数帯域に分布する音）
はファン回転数の７乃至８乗に比例するので、前者の手
法では風量を３０％増すと９ｄＢも増加してしまう。一
方、乱流音は、ファン外径の４乃至５乗に比例するの
で、後者の手法では５ｄＢの増加に留まるので、騒音
（乱流音）を増加させることなく風量を増大させるため
には後者の手法が向いている。

【０００３】しかしながら、ルームエアコンの奥行き寸
法は限られており、貫流ファンの外径を大きくすると、
貫流ファンとノーズ間の間隙が小さくなることにより際
立ってくる異音（特異音）、及び、室内熱交換器と貫流
ファンとの間の距離が近くなることによるウェークをフ
ァンの羽根が通過することにより発生する音の問題が生
じてくる。

【０００４】これらの羽根音を低減する従来技術とし
て、特開平６−１２９３８７号公報（文献１）や特開平
６−１７３８８６号公報（文献２）が知られている。文
献１及び文献２には、貫流ファン（クロスフローファ
ン）の羽根音を防止するため、羽根の周方向取付ピッチ
を不等間隔にして、各羽根の周方向の位相を異ならせる
ことによってピーク音を低減させ全体的に騒音を低減さ
せることが記載されている。

【０００５】一方、実開昭５７−１４０８９号（文献
３）では、羽根要素群すなわち羽根車全体が中央部で細
く、両端部で太くなる弧状として、さらに、騒音の位相
をずらして全体的に静寂性を得るために羽根を捻る（ス
キューする）ように配置している。羽根音低減を目的と
するものではないが、文献３と似た形状を有するものと
して、クロスフローファンの軸撓みを軽減するため、フ
ァンの両端部の外径を中央部の外径よりも大きくするこ
とが特開昭６０−２０９６９３号公報（文献４）に記載
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】貫流ファンは、羽根車
と吸い込み流路と吹き出し流路を分離するノーズとの隙
間を小さくすることによって風量の増加が図れるが、羽
根車とノーズ隙間が小さくなると前述の如く羽根音と呼
ばれる異音が発生してしまう。この異音はファンの羽根
数と回転数の積に等しい周波数及びその高次の周波数の
騒音レベルをもち、周波数がばらついている乱流音（空
気流が流路の壁面に当る際に発生する送風音）に比べて
ピーク値が高く、尖頭的なスペクトルを有しているので
聴感上悪化するという問題がある。上記文献１及び文献
２に記載の技術は、羽根を周方向にランダムに配置して
位相変調を施すことにより羽根音周波数を分散させて聞
こえにくくしている。このように単純に羽根配置を不等
ピッチ化しても、一枚の羽根がノーズを通過する際、羽
根先端が同時に通過するために羽根音の異音を防ぐこと
は難しい。このため、風量を増加させる目的でノーズと
羽根の隙間を小さくしていくと異音が増加してしまい、
また、熱交換器と羽根とを近接させると熱交換器のパイ
プのウェーク流入（熱交換器を通過してくる空気流の速
度分布はパイプ下流が小さい。この速度分布のまま空気
流がファンの羽根に到達すると異音が発生する）による
羽根音が際立って来るとともに騒音もレベルも高くなる
ので、低騒音を実現しつつ風量を増加させることができ
ないという問題がある。

【０００７】また羽根を軸方向に回転、または、捻る
（スキューさせる）ことが記載された文献３は、羽根の
異音発生防止には比較的効果は大きい。しかしながら、
ファン端部にいくに従って大きくなる外径のため、ファ
ン端部側のファン内部圧力が低下し、熱交換器側から流
入してきた空気流の大部分は端部側を流れるので、ファ
ン中央部付近の空気流量が減少し結果的に総風量が増加
しないという問題があった。さらに、端部における風量
は増加するので、これに伴って乱流音が増加してしまう
という問題があった。文献４に記載のものは、羽根につ
いてはスキューなどが施されておらず、風量低下の問題
や騒音（乱流音や異音）の問題がある。

【０００８】本発明の目的は、異音の発生を抑制しつつ
風量の増加を図る空気調和機を提供することにある。

【０００９】また、異音の発生を抑制しつつ風量の増加
を図る貫流ファンの形状を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、室内機の送
風ファンとして貫流ファンを備えた空気調和機におい
て、前記貫流ファンを円板で仕切られる複数のブロック
に分割し、少なくとも一つのブロックの羽根外径をその
ブロックの円板間において変化する部分を有し、前記少
なくとも一つのブロックと隣接するブロックの隣接部で
の羽根外径が異なる構造とすることにより達成される。

【００１１】また、上記目的は、貫流ファンを円板で仕
切られる複数のブロックに分割し、少なくとも一つのブ
ロックの羽根をファンの軸線に対して傾斜をもたせ、前
記少なくとも一つのブロックと隣接するブロックの隣接
部での羽根外径が異なる構造とすることにより達成され
る。

【００１２】上記手段によって得られる作用を簡単に説
明する。複数のファンブロックにより構成される貫流フ
ァンの少なくとも一つのファンブロックの羽根外径を変
化させると、一枚一枚の羽根はファン回転方向に凹部を
有する前向き羽根形状を有しているため、羽根外周部す
なわち羽根後縁が回転軸線に対して傾斜する。このた
め、ノーズや熱交換器のパイプに対しても傾き、羽根後
縁がこれらのウェークを同時に通過することがなくな
る。従って、ウエークを羽根が通過することによって発
生していた音のスペクトルが分散され異音が抑制され
る。また、羽根外径の大きい部分と小さい部分があるの
で、外径の大きい部分では風速が大きく、外径が小さい
部分では風速が小さくでき羽根車の吸い込み側風速分布
を局所的に積極的に変化させることができ、羽根音の発
生原因であるノーズ、及び熱交換器パイプのウェークに
軸方向分布がこれも局所的にできるため羽根音が抑制さ
れる。そして、羽根外径の大きい部分では従来より風量
が増加し、ノーズと羽根の隙間を一層小さくできるので
高風量化が実現できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を図１乃至
図８、図１３及び図１４に基づいて説明する。図１にル
ームエアコンの正面断面図を示した。化粧枠２８の内部
に熱交換器１６、モータ２３、貫流ファンである羽根車
１０及びプレフィルター１２等の主構成部品が納められ
ている。向かって右側に、モータ２３、モータ２３の振
動を抑制する防振ゴム２１、その上部にモータ２３など
を動作させる電気品２４、サイクル部品２５が配置され
ている。羽根６及び円板７を主構成要素とする羽根車１
０は、モータ２３によって切り欠け部から見える側の周
囲が下から上にいくように回転する。化粧枠２８の前面
及び上部に設けられたグリル１３と上部グリル１４から
プレフィルター１２、及び空清フィルター１５（図１に
図示せず）を介して吸い込まれた空気は熱交換器１６で
熱交換され、吸い込み流路と吹き出し流路を分離するノ
ーズ１１、羽根車１０を通過して縦風向板１８、横風向
板１９のある吹き出し口２６から吹き出す。羽根車１０
は、羽根６の外径を円板７間で変化させており、このた
めノーズ１１上面に対して羽根の外周部分すなわち後縁
が傾斜している。さらに、縦風向板１８は羽根車１０の
外径の小さい部分に配置している。

【００１４】図２は図１に記載のルームエアコンの縦断
面である。羽根車１０の後部には空気流路を構成するケ
ーシング１７が設けられ、その後部には冷媒の配管２０
が通っている。３段で形成された熱交換器１６（除湿の
場合は上２段が加熱器として働き、下１段が冷却器とし
て働く）を介して流入した空気の大部分は、羽根車１０
の回転によりケーシング１７に沿って吹き出し口から排
風される。

【００１５】貫流ファンによる送風の原理を説明する。
円板７間の外周部分に配された羽根６が時計方向に回転
すると、ノーズ１１より上流側の羽根６の群は、流体工
学での翼理論に従った羽根翼間の風速変化を減速流とな
るような流れに転向させ（圧力が上がり）る。ノーズ１
１とケーシング１７で囲まれた部分の羽根６群は、羽根
翼間で流れを増速させながら（この部分の翼間流れが羽
根が回転方向に凹となる前向き羽根のため増速される）
圧力上昇して吹き出されものである。この際、貫流ファ
ン（羽根車１０）自体が軸を中心に時計回りに回転して
いるのであるが、空気流は軸中心からノーズ１１側に寄
った点を中心に時計回りに回転する。

【００１６】これはノーズ１１から上流側の圧力が低い
ため、風向板１８のある吹き出し側の空気流の一部は羽
根６とノーズ１１の隙間を通して吹き出し側からノーズ
１１上流側に漏れ、また、ノーズ１１の上流側の羽根６
群に吸い込まれてその部分で循環すなわち渦が発生する
ためである。そのノーズ１１の上、下流での漏れ量すな
わち有効に吹き出されない量は、ノーズ１１の上、下流
の圧力差と羽根６とノーズ隙間に比例することからその
量は羽根６とノーズ１１との隙間が大きい場合にはルー
ムエアコンの風量全体の２０％に及ぶ場合がある。従っ
て、この間隙を狭くすることも風量を増大するためのフ
ァクターでもある。

【００１７】この時、羽根６とノーズ１１の隙間からの
高速の漏れ流れは羽根車１０と同じ方向に回転しながら
熱交換器側のファン内に流入するのに対して、その上部
では熱交換器からの低速の流れが羽根車の軸中心方向に
向かって流入する。このため羽根６が回転してこの部分
を通過する際に強い風速分布の歪（一般的にこのような
流れを後流、または速度歪、またはウェークと呼ぶ）の
中を通過する。このように、羽根がウェークの中を通過
すると羽根に揚力変動が誘起される。羽根一枚は一回転
の間に一回の強い揚力変動が誘起されるが、羽根車が一
回転すると円板７の外周上には複数枚の羽根（例えばＺ
枚）が配置されていることから、Ｚ回、すなわち回転数
がＮ（ＲＰＳ）の場合Ｎ・Ｚの周波数の揚力変動が羽根
車に誘起される。羽根が揚力変動を誘起するとカールの
理論により音が発生する。これが羽根音発生のメカニズ
ムであり、周期性があって甲高く耳障りな異音として認
識される。

【００１８】この音の音圧レベルは、（１）式の羽根一
枚に誘起される揚力変動(ノイマンによる)をカールの音
圧の式（２）式に代入し、さらに（３）式の音圧レベル
の式に代入して求められる。

【００１９】

【数１】

【００２０】

【数２】

【００２１】

【数３】

【００２２】ここで、L(ω),ρ、Uは変動揚力（周波数
ωの関数）、密度、代表平均速度（翼間風速で主音源が
ファンの吹き出し側にある貫流ファンでは風量に比例す
る）、Wpはノーズ１１近傍で循環する渦の回転する速度
とその上で熱交換器を通過してくる空気の速度差（一般
的にノーズと羽根の隙間が小さいほどWpは大きい）、
c、bはそれぞれ羽根の翼弦長、羽根音を発生する原因で
ある羽根が同時にウェークを通過（一般的にはノーズ部
分を通過する）するときの羽根の軸方向長さでファン要
素での最大長さは円板７間の羽根軸方向長さである。φ
はWpと翼弦方向のなす角度、f、αはそれぞれ羽根の翼
弦長に対する最大高さ（通常翼のそり具合を示す）、α
は流入空気と羽根のなす迎え角、Ff(ω)、Fα(ω)はそ
れぞれ羽根にそり、迎え角があるために発生する揚力変
動項、S(ω)はWp成分によって発生する変動揚力項であ
る。a₀、x、xi、sはそれぞれ音速、ファンから音の観測
点までの距離、ファンと観測点の方向余弦、複数のファ
ン要素全体の長さ、さらにp₀は騒音レベルの基準となる
音圧レベルである。

【００２３】これら（１）式、（２）式及び（３）式か
ら揚力変動の時間微分が羽根音になることが分かる。
（１）式の左辺において、揚力変動を小さくできるもの
はU、Wp、c、bであるが、Uは風量に比例することから同
一外径では変えられない。また、Wpはノーズと羽根の隙
間を小さくしていくと大きくなってしまうので、高風量
化をしていくとこれは今後ますます大きくなる方向であ
り、この項を小さくすることはできない。従って、最も
有効に羽根音低減可能な項は、c若しくはbを変える他な
い。しかも、bはノーズ近傍を羽根が通過して羽根音が
発生する最小長さであり、cはその最小長さの部分の羽
根の翼弦長であるのでこの長さが軸方向に同時刻になら
ないように（ω項に位相差項がつくように）変化させる
必要がある。この項を低減するための羽根車１０の外
観を図３に示す。羽根車１０は、主にボス２、端面円板
４、羽根６、円板７、端面板８、さらに軸９から構成さ
れる。円板間の羽根の取付け位置が変化していること
が判る。これは後述するように、羽根６の形状が円板間
において変化するためである。外観上ボス２がある端面
円板７がある側から次の円板にかけて線形に外径が減少
し、次の円板において増大し、これが繰返し表れて軸９
の存在する円板に至るように見える。

【００２４】円板間のブロック単位にした斜視図を図４
に示す。羽根車１０の端面円板４部分でボス２、軸穴
１、ビス穴３をもっている。ボス２を有する端面円板４
側から円板７にかけて羽根の幅が小さくなっていること
が判る。羽根１枚１枚は、図示の如く平板ではなく、長
手方向全長に渡って幅方向に円弧状になっていることが
わかる。また、羽根自体は長手方向には捻れていない。

【００２５】このようなファンの製造は、奥にいくに従
って細くなる複数の羽根の型にファン材料を流し込み、
円板裏面に他のブロックの羽根が接着されるように凹部
が形成されるような複数の凸部を有する型で押圧し、型
から外すことにより同一構造の複数の羽根と一体成型さ
れた一枚の円板を複数製造し、必要個数接着または溶着
することにより羽根車１０が製造される。同一形状のも
のを量産することが可能であること、及び、ファン形状
をスキューのないものとすれば、型から外す際に捻じり
ながら外す必要がないのでコストを増大させずに異音の
少ない風量を大きくしたファンを提供することができ
る。また、図示されていないが端面円板４と軸９の間に
は防振構造をもっている。

【００２６】本実施の形態では、羽根車をプラスチック
で製造する場合を示したが、この羽根車を鋼板、または
アルミ板を用いて作る場合には、羽根は長手方向に羽根
車の全体長で作る。

【００２７】次に、図５に示した羽根車１０の正面図の
軸方向に切断した縦断面図を図３に示す。上下の羽根６
は羽根の正射影であり、羽根の羽根車内面側は直線状に
揃っており外周側が単調に変化していることが判る。ま
た、端面円板４とボス２の間には防振ゴム５がついてい
る。羽根６は一方の円板７から他方の円板７間で外径が
単調に増加している。

【００２８】以上説明したような構造形状を持った羽根
車７が騒音の元となる異音を抑制しつつ風量増加を図る
ことができる作用について図６乃至図８、図１３乃至図
１４を用いて詳細に説明する。図６（ａ）に円板７間に
羽根が取り付けられた羽根車１０の１ブロックの断面図
を示す。羽根外径Ｄ₂の小さいa-a断面（図６（ｂ）と羽
根外径Ｄ２の大きいb-b断面図６（ｃ）では羽根の翼弦
長ｃが異なる。このような形状を有するため、異音の低
減にこれまで最も良好とされていたスキューに比べてさ
らに効果がある。

【００２９】羽根６の外周部または後縁部がa-a断面か
らb-b断面方向に向かって回転方向に対してその位置が
ずれていくため、換言すると、ファンの軸線に対して羽
根の長辺が傾いているため、ファンが回転するとまずb-
b断面側の羽根部分が先にノーズ近傍を通過、a-a断面側
は遅れて通過する（これは、羽根に捻じれがあるからで
はなくｂ−ｂ断面の羽根の翼弦長が長いため円板の円周
方向に延びるからである）。この時、ノーズ近傍では図
１３に示すように、回転している羽根６は、前述したノ
ーズ１１と羽根との隙間から漏れてまた羽根に吸い込ま
れる流れと、熱交換器を通過してくる比較的遅い流れと
をこの順番で横切る。この風速の差が存在する部分を速
度歪が存在する部分という。もし、この速度歪が存在す
る部分をファン軸線に対して平行な羽根が横切ったとし
たら、羽根先端部が同時にこの速度分布が不均一な個所
を横切るので前述の如く羽根枚数と回転数の積で表され
る周波数の音及びその高次高調波が発生する。

【００３０】ところが、本実施の形態による羽根形状で
は、軸方向に羽根６がこの速度歪を時間差をもって通過
することから（１）式から羽根音が発生する最小長bが
小さくなり、さらにその羽根音が発生する最小長bが次
々と遅れて通過することでω項に時間遅れによる位相差
が発生して揚力変動に位相変調が生じて尖頭的な周波数
をもった羽根音が発生しにくくなる。この作用は、不等
ピッチでは得ることはできないがスキューでは同様に得
ることができる。

【００３１】ところで、本実施の形態によれば、さらに
羽根外径が軸方向に変化しているために、外径が大きい
部分では風量が大きいので風速が早く、逆に、外径の小
さい部分では風速が遅くなる。このため、図１３に示す
ように、ファン軸方向にも積極的に速度分布を作り出す
ことができるので、羽根に風が突入する時間が変化して
すなわち位相差を積極的につけられることから上述と同
様に羽根音低減の効果が顕著になる。この点が、上記ス
キューでは得ることができない効果である。

【００３２】羽根音の他方の原因として挙げられる熱交
換器のパイプからのウェークについても同様である。図
１４に熱交換器下流の風速分布を示す。ファンの回転に
伴って発生した熱交換器からの吸い込み空気流は、一様
な速度分布を有するものではなく、フィン２９とパイプ
３０からなる熱交換器１６の下流は特にパイプ下流に風
速の遅いウェークができる。ファンの羽根が軸線方向に
平行であると羽根の長辺先端が同時に速度分布が変化す
る個所を横切ってしまうため、異音が発生してしまう。
さらにスキューでは、速度分布が変化する個所を同時に
通過することはないが、ある程度以上の異音の発生を抑
制することができない。

【００３３】一方、本実施の形態による羽根形状では、
流入空気流の全てが軸方向に変化するので、前述と同様
な音のスペクトルを効果的に分散させることができるの
で羽根音の発生を抑制することができる。

【００３４】一方風量については、貫流ファンでは外径
が大きくなると風量が増えることは前述した通りであ
る。また、風量を増やす場合にファン回転数を上げて増
やす場合に比べて、外径を大きくして増やした方が乱流
音による騒音増加を抑制できることも前述の通りであ
る。本実施の形態では、外径が小さい部分の径を従来径
と同じ径にすれば、その部分においては従来の風量が確
保され、ブロック内の外径が大きい部分では風量が増加
するので、全体では風量を増やすことができる。

【００３５】そして、異音の発生を抑制できる羽根形状
であることから、ノーズ１１と羽根車７との間を近接配
置させることができるので羽根車の直径を大きくするこ
とができ、従って、異音を抑制しつつ風量を増加させる
ことができる。

【００３６】さらに、図１に示した縦風向板１８を羽根
車からの吹き出し風速の小さい部分に設置したので、羽
根車の音と共に問題になる風向板から発生する音を低く
することができ、風向板に当たる風速による風向板圧力
損失を低減する作用がある。図７に、上記した羽根車１
０をルームエアコンに組み込んだ場合の実験結果を示
す。実験条件は、羽根車の外径が一定で不等ピッチ（ラ
ンダムピッチと呼ぶこともある）の従来の羽根車（外径
９０ｍｍ）と本実施の形態に係る羽根車１０の外径比が
１.０３（小さい外径側９０ｍｍ、大きい外径側９３ｍ
ｍ）、回転数を一定で、このときの風量に対する静圧特
性及び騒音特性を、従来の羽根車の動作点を１００％と
して比較したものである。また騒音スペクトルはいずれ
も風量比１００％の場合である。なお、羽根外径とノー
ズとの隙間は従来羽根では９ｍｍ、本実施の形態では５
ｍｍであり、異音発生メカニズムと照らし合わせると本
実施の形態に対する実験条件を厳しくした。

【００３７】外径比が１.０３の場合にはランダムピッ
チファンに比べて騒音特性（異音だけでなく乱流音を含
む）は同じなのに対して風量・静圧が向上して、高風量
化に適している。また、騒音スペクトルでは従来羽根車
では羽根音の１次、２次成分が尖頭的に突出しているに
対し、本実施の形態では羽根音の尖頭スペクトルがなく
なり平坦化していることが判る。従って、聴感上気にな
る異音の低減効果が優れていることが分かる。

【００３８】図８に両羽根車で羽根車で羽根とノーズと
の隙間を変えた場合の風量一定時の騒音レベル、及び羽
根音レベルを比較した図を示す。従来羽根では騒音レベ
ル、羽根音レベルともに隙間を８ｍｍ以下にすると高く
なり、かつ隙間が１０ｍｍ以上になると羽根音レベルは
低いが隙間からの漏れ流れが大きくなることに起因して
騒音レベルが高くなる傾向に対して、本実施の形態の羽
根では羽根の最大外径部分とノーズとの隙間が４.５ｍ
ｍまでは羽根音の発生は顕著ではなく騒音レベルも低
い。また、隙間が大きいほうでは従来羽根と同様な傾向
にある。本結果から本実施の形態でのルームエアコンで
は羽根音の発生も少なく高風量化を実現する隙間の最適
値は４.５〜６.５ｍｍであることが分かる。

【００３９】ちなみに、図３では羽根６は回転軸に対し
て捻れて、または回転しているように見えるが前述の如
く、羽根の翼弦長を変えたためである。

【００４０】また、図３ではファン要素は７つで構成さ
れているが何個でもよく、同一羽根車長さでは個数を増
やすと羽根６外径の傾斜は急傾斜となる。また羽根６は
不等ピッチに配置してもよい。

【００４１】本実施の形態によれば、上記した異音を抑
制しつつ高風量化を実現することができるという効果の
他、ファン要素（ブロック）間で外径を変化させるとい
う簡単な構成であるので、スキューに比べて製作が容易
になり、この分高風量化を達成する上でコスト増加につ
ながらず、羽根が直線上であるために貫流ファンの風量
・圧力特性の予測、騒音予測がし易く、エアコン開発時
の設計時間を短縮することができ、曲線状に比べ羽根ブ
ロック全体の強度が向上する効果がある。

【００４２】図９に本発明の他の実施の形態を示す。上
記第１の実施の形態ではファン１ブロック（円板から円
板までの要素）の羽根外径の変化は一方の円板から他方
の円板まで単調に直線的に変化していた。図９（ａ）で
は局所的には従来の羽根車と同様に要素内で変化しない
部分があってもよいが、特にノーズとの隙間が小さくな
る羽根外径の大きい部分では要素内で外径を変化させる
ものである。このようにすると外径変化すなわち羽根後
縁の傾斜を上述の実施の形態以上に大きくでき、より羽
根音の発生を防止できる。同様の効果は、図９（ｂ）の
ようにファン１ブロック当りの外径の変化を回転軸に対
して凹状にすることによっても得ることができる。な
お、本実施の形態では凹状であるが、凸状でも同様の効
果を得ることができる。

【００４３】また、図９（ｃ）では要素内での外径変化
にその変化が増加から減少の二つの状態を含むものであ
り、要素内での羽根の傾斜をより大きく取ることができ
熱交換器、ノーズがさらにファンに近接した場合でも、
音のスペクトル分散がよりなされるので、羽根音発生が
抑制され、さらに高風量化が期待できる。

【００４４】図１０に本発明の他の実施の形態を示す。
図１０（ａ）に羽根車１０の軸方向断面を、図１０
（ｂ）、図１０（ｃ）に図１０（ａ）のa-a,b-b断面図
を示す。ファン１ブロック内で羽根６の翼弦長（ｃ）を
すなわち羽根の外径及び内径を複数個所変化させてい
る。量産には不向きではあるが、この様にすると、羽根
音などの流体音の発生について、現在知られている翼面
上の力の変動すなわち揚力変動の時間微分が音になると
いうカールの理論によれば、軸方向に羽根の負荷変動す
なわち揚力変動を上述の実施の形態以上に時間的に変え
ることができ、軸方向にファン上流側風速分布を積極的
に変えることができるので、羽根音の発生防止に効果が
ある。

【００４５】図１１に本発明の他の実施の形態を示す。
図１１（ａ）は翼弦長変化がファン１ブロック中央付近
で軸に対して凸状となるもの、図１１（ｂ）は凹状にな
るもの、図１１（ｃ）は羽根外径部分に型の抜き勾配程
度の平行さを許容して羽根外径部分に平行部分を設けた
ものである。その効果は、上記実施の形態と同様異音が
低減される。

【００４６】図１２に本発明の他の実施の形態を示す。
貫流ファンでは吸い込み流路と吹き出し流路を分離し圧
力を上昇するためのノーズ１１が必要であるが、上記実
施の形態では、ノーズは直線的で変化しない形状であっ
たのに対して、本実施の形態では、羽根外径の小さい部
分でノーズ１１との隙間を小さくした点が異なる。

【００４７】上記種々説明した本発明に係る羽根車を使
うと通常ではノーズ１１と羽根６の隙間が羽根外径の小
さい部分では大きく外径の大きい部分では小さくなる。
貫流ファンの主音源は、前記説明した通り、羽根外径の
大きい部分（すなわち羽根後縁での相対吹き出し風速の
大きい部分）であるので、音は羽根６の外径の大きい部
分で発生している。そこで、羽根外径の小さい部分でノ
ーズ１１との隙間を小さくしても音の増加をほとんどさ
せずに風量の増加が図れる点に着目して、羽根６外径の
小さい部分のノーズ１１形状をファン軸方向に凸状とし
た。すなわち、ノーズと羽根の外径との間の間隙を、い
ずれの位置においてもほぼ一定となるようにノーズの形
状を定めたものである。本実施の形態によれば騒音同等
で風量を約３％程度増加できる効果がある。

【００４８】本実施の形態では羽根外径の小さい部分の
ノ−ズ隙間を小さくして高風量化を図ったが、一層の高
風量化を実現するために、羽根外径の小さい部分のノ−
ズ高さを高くして、すなわち羽根後縁に対して逆傾斜が
つくようにして一層隙間を小さくしてもよい。このよう
にすると羽根後縁がノ−ズ近傍を通る際に一層の位相差
をつけることができ、羽根音発生を抑えながら一層の高
風量化を実現できる。

【００４９】ところで、上記の如く、ノーズを羽根外縁
に沿った形状にすると漏れ流れには効果を発揮できる
が、製品組立時にファンの軸方向位置にずれが生じた場
合、羽根とノーズ隙間が急激に小さくなることがあり、
製品によって羽根音が発生してしまうことから、音感上
好ましくないという問題があった。次に説明する実施の
形態では、製品組立時のファンの軸方向位置のずれがあ
った場合でも羽根音の発生を防止しつつ、高風量を静音
で実現するものである。

【００５０】即ち、貫流ファンの少なくとも一つのファ
ンブロック内で、ノーズ外縁を構成する線または面に隙
間を変化させる変曲点を有し、概羽根外径が小さくなる
部分でノーズを流路側に凸とすると、空気調和機の組立
時、ファンが軸方向にずれても、急激に隙間が小さくな
ることがなくなり、製品ごとに羽根音がばらつくことが
なく音感上高品質を保った状態で高風量を静音で実現す
る空気調和機となる。

【００５１】また、羽根外縁の傾斜と逆となるようにノ
ーズ外縁を傾けることも、羽根に流入する熱交換機のパ
イプウェーク形状にファン軸方向に変化をつけることが
可能となり、これも羽根音の発生防止が可能となる。

【００５２】両者を組み合わせて用いることで、ファン
とノーズの干渉によって発生する羽根音、さらに、熱交
換機のパイプウェークと羽根の干渉によって発生する羽
根音いずれの発生も防止できる。

【００５３】以下、説明する。図１５に、羽根外縁とノ
ーズの回転軸方向の変化状況を示す。概ね３つのファン
ブロックの軸方向変化状況とそれに隣接するノーズ形状
が示されている。羽根車１０の羽根６は左から右へ比較
的単調に羽根外径が大きくなっている。ノーズ１１の羽
根外縁に隣接する部分の形状は羽根外径が小さい部分で
はノーズ１１と羽根６の外縁との隙間が小さくなるよう
に流路側に凸となっている。また、ノーズ形状は、上記
実施の形態とは異なり、ファンブロック間で羽根６外縁
形状に沿って変化するのではなく、特に、羽根６外径の
小さい部分で流路側に凸となるようにファン回転軸方向
に変曲点をもって変化している。

【００５４】ノーズ１１の形状をこのようにすると、羽
根６の外径が小さくノーズ１１との隙間の大きくなる部
分での漏れ流れを防止して、高風量化を実現しつつ、空
調機の組立時にファンの取り付け位置が多少ずれても、
羽根６とノーズ１１の隙間が急激に狭まることがなくな
る。このため、羽根音の発生が量産している製品毎に異
なるということがなくなる（品質のばらつきをなくすこ
とができる）。なお、変曲点を一カ所としたものを示し
たが、複数個でもよい。

【００５５】羽根音の発生が十分防止できた場合の静音
化の効果を図１６に示す。上記ノーズ１１を、概ねファ
ンブロック長さの半分の長さに適用した場合について説
明する。図示の如く、ファン外径は最小９０ｍｍ、最大
９３ｍｍで、ファンブロック長さは６０ｍｍ、ノーズ隙
間はファン最大外径位置で４.７ｍｍ、最小外径位置で
４.5ｍｍで、ファン最大外径部分のノーズはファン回転
軸に平行で途中からファン最小外径部に向かっては、隙
間が急激に狭まる構造をもっている。

【００５６】従来のノーズ形状を変化させない場合に比
べて、同一風量では約１ｄＢの騒音低減効果があること
が分かる。これは同一騒音では約０.３m3/minの高風量
化を実現できることを意味する。

【００５７】図１７は本発明の他の実施の形態である。
貫流ファンの羽根車１０は、上記実施の形態と同様に、
左から右に向かって外径が大きくなっていて、羽根６の
外縁が回転軸に対して傾斜していて、かつノーズ１１の
上部も羽根の傾斜方向と逆方向に傾いている。このよう
な構造を採用すると、熱交換器６のパイプ２９からのウ
ェークがノーズ高さの影響を受けて、ファンの回転軸方
向に同相性が崩れて羽根音が発生しにくくなる効果があ
る。

【００５８】図１８、本発明の他の実施に形態における
室内ユニットで、特にノーズと羽根車が近接する部分の
斜視図を示す。ノーズ１１を、羽根車１０と隣接する部
分では図２に示すようにノーズ１１隙間が軸方向に変化
するように、また、ノーズ１１の高さは熱交換器のパイ
プ２０からのウェークが軸方向に同相性を崩すようにし
たもので、この実施の形態によれば、ほとんど全ての羽
根音発生を防止出来る効果がある。

【００５９】以上、これまで述べた種々の実施の形態に
よれば、聴感上問題のある羽根音の発生を防止しつつ、
ルームエアコンの省電力を実現する高風量化を達成する
ことができ、また、反対に、風量を変えないものとすれ
ば、より一層の静音化を実現することができる。また、
風量を変えないものとすれば、異音の発生が減少するの
で、貫流ファンの外径を変えることなしにノーズとファ
ンとの間隙を小さくすることができるので、ルームエア
コンを小型化することができるという効果の他、羽根音
発生防止を羽根車の捻り無しに実現できることから低コ
ストを実現でき、さらに貫流ファンの高圧化によって熱
交換器の圧損が増える場合でもサージングのない低騒音
の空調機器を実現でき、ユニットの小型化を実現できる
効果がある。また、貫流ファンはルームエアコン、パッ
ケージエアコン、さらにＯＨＰ,パソコンなどの空冷電
子機器で幅広く使われていてこれらの小型、高風量、低
騒音化にも効果がある。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、聴感上問題のある羽根
音の発生を防止しつつ、ルームエアコンの省電力を実現
する高風量化を達成することができる。また、反対に、
風量を変えないものとすれば、より一層の静音化を実現
することができる。また、風量を変えないものとすれ
ば、異音の発生が減少するので、貫流ファンの外径を変
えることなしにノーズとファンとの間隙を小さくするこ
とができるので、ルームエアコンを小型化することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す正面縦断面図であ
る。

【図２】上記実施の形態の縦断面図である。

【図３】上記実施の形態の羽根車外観図である。

【図４】上記実施の形態の羽根車の斜視図である。

【図５】上記実施の形態の羽根車の正面断面図である。

【図６】上記実施の形態の羽根車の縦断面図である。

【図７】上記実施の形態の効果を示す図である。

【図８】上記実施の形態の効果を示す図である。

【図９】本発明の他の実施の形態の羽根車の要素の正面
断面と正面図である。

【図１０】本発明の他の実施の形態の羽根車正面断面図
と縦断面図である。

【図１１】本発明の他の実施の形態の正面断面図と正面
図である。

【図１２】本発明の他の実施の形態の平面断面図と縦断
面図である。

【図１３】異音発生原理と抑制作用を示す図である。

【図１４】異音発生原理と抑制作用を示す図である。

【図１５】本発明の他の実施の形態の平面断面図であ
る。

【図１６】図１５に示す実施の形態の効果を示す図であ
る。

【図１７】本発明の他の実施の形態の正面図である。

【図１８】本発明の他の実施の形態の斜視図である。

【符号の説明】

１…軸穴、２…ボス、３…ビスネジ、４…端面円板、５
…防振ゴム、６…羽根、７…円板、８…端面板、９…
軸、１０…羽根車、１１…ノーズ、１２…プレフィルタ
ー、１３…グリル、１４…上部グリル、１５…フィルタ
ー、１６…熱交換器、１７…ケーシング、１８…縦風向
板、１９…横風向板、２０…配管、２１…防振ゴム、２
２…軸受、２３…モータ、２４…電気品、２５…サイク
ル部品、２６…吹き出し口、２７…前部吸い込み口、２
８…化粧枠。

フロントページの続き (72)発明者舟越砂穂茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者金子友通栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者横山英範栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者小曽戸荘一栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者森本素生栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者安永泰久栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者井本勉栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者川邊俊一神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】室内機の送風ファンとして貫流ファンを備
えた空気調和機において、前記貫流ファンを円板で仕切
られる複数のブロックに分割し、少なくとも一つのブロ
ックの羽根外径をそのブロックの円板間において変化す
る部分を有し、前記少なくとも一つのブロックと隣接す
るブロックの隣接部での羽根外径が異なる構造とした空
気調和機。
【請求項２】請求項１において、前記貫流ファンの羽根
の外径が小さくなる位置に対応する位置に縦風向板を配
置した空気調和機。
【請求項３】請求項１において、前記空気調和機は、吸
い込み流路と吹き出し流路とを分離するノーズを有する
ものであり、このノーズの形状を変化させるようにした
空気調和機。
【請求項４】請求項３において、前記ノーズの先端形状
の変化は、前記羽根形状に合うものである空気調和機。
【請求項５】請求項３において、前記ノーズの先端形状
の変化は、前記羽根外径が小さい部分に対応する部分の
傾きが大きくなる変化である空気調和機。
【請求項６】請求項３において、前記ノーズの先端形状
の変化は、このノーズの高さを前記ブロック内で前記貫
流ファンの回転軸方向に変えたものである空気調和機。
【請求項７】請求項１において、前記空気調和機は、吸
い込み流路と吹き出し流路とを分離するノーズを有する
ものであり、このノーズの形状を前記羽根形状に合うよ
うにした空気調和機。
【請求項８】室内機の送風ファンとして貫流ファンを備
えた空気調和機において、前記貫流ファンを円板で仕切
られる複数のブロックに分割し、少なくとも一つのブロ
ックの羽根をファンの軸線に対して傾斜をもたせ、前記
少なくとも一つのブロックと隣接するブロックの隣接部
での羽根外径が異なる構造とした空気調和機。
【請求項９】請求項８において、前記空気調和機は、吸
い込み流路と吹き出し流路とを分離するノーズを有する
ものであり、このノーズの形状を前記羽根形状に合うよ
うにした空気調和機。
【請求項１０】室内機の送風ファンとして貫流ファンを
備えた空気調和機において、前記貫流ファンを円板で仕
切られる複数のブロックに分割し、少なくとも一つのブ
ロックの羽根を吸い込み流路と吹き出し流路とを分離す
るノーズに対して傾斜をもたせ、前記少なくとも一つの
ブロックと隣接するブロックの隣接部での羽根外径が異
なる構造とした空気調和機。
【請求項１１】請求項１０において、前記ノーズの形状
を前記羽根形状に合うようにした空気調和機。
【請求項１２】室内機の送風ファンとして貫流ファンを
備えた空気調和機において、前記貫流ファンを円板で仕
切られる複数のブロックに分割し、少なくとも一つのブ
ロックの羽根の翼弦長が変化する形状を有し、前記少な
くとも一つのブロックと隣接するブロックの隣接部での
羽根外径が異なる構造とした空気調和機。
【請求項１３】請求項１２において、前記貫流ファンの
羽根の翼弦長が小さくなる位置に対応する位置に縦風向
板を配置した空気調和機。
【請求項１４】請求項１２において、前記空気調和機
は、吸い込み流路と吹き出し流路とを分離するノーズを
有するものであり、このノーズの形状を前記羽根形状に
合うようにした空気調和機。
【請求項１５】室内機の送風ファンとして貫流ファンを
備えた空気調和機において、円板に外径が変化する羽根
を備えたファンブロックを、ブロック隣接部で羽根外径
が異なるように複数接続して前記貫流ファンを構成した
空気調和機。
【請求項１６】請求項１５において、前記貫流ファンの
羽根の外径が小さくなる位置に対応する位置に縦風向板
を配置した空気調和機。
【請求項１７】請求項１５において、前記空気調和機
は、吸い込み流路と吹き出し流路とを分離するノーズを
有するものであり、このノーズの形状を前記羽根形状に
合うようにした空気調和機。
【請求項１８】貫流ファンを円板で仕切られる複数のブ
ロックに分割し、少なくとも一つのブロックの羽根外径
をそのブロックの円板間において変化する部分を有し、
前記少なくとも一つのブロックと隣接するブロックの隣
接部での羽根外径が異なる構造を有する貫流ファン。
【請求項１９】貫流ファンを円板で仕切られる複数のブ
ロックに分割し、少なくとも一つのブロックの羽根をフ
ァンの軸線に対して傾斜をもたせ、前記少なくとも一つ
のブロックと隣接するブロックの隣接部での羽根外径が
異なる構造を有する貫流ファン。
【請求項２０】貫流ファンを円板で仕切られる複数のブ
ロックに分割し、少なくとも一つのブロックの羽根の翼
弦長が変化する形状を有し、前記少なくとも一つのブロ
ックと隣接するブロックの隣接部での羽根外径が異なる
構造を有する貫流ファン。
【請求項２１】円板に外径が変化する羽根を備えたファ
ンブロックを、ブロック隣接部で羽根外径が異なるよう
に複数接続した貫流ファン。
【請求項２２】貫流ファンによって送風する室内機を備
えた空気調和機において、前記貫流ファンは、円板で仕
切られる複数の同一の形状を有するブロックから構成さ
れ、これらブロックの夫々は羽根外径がそのブロックの
円板間において単調に変化するものであり、前記貫流フ
ァンの羽根外径が小さい部分に対応する個所に複数の縦
風向板を備えた空気調和機。