JP6379788B2 - クロスフローファンおよびそれを備えた空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、クロスフローファンおよびそれを備えた空気調和機に関する。

従来のクロスフローファンでは、気流が羽根車を通過するときに広帯域にわたって発生する騒音、いわゆる広帯域音を低減するために種々の技術が提案されている。

例えば、特許文献１に記載されているクロスフローファンでは、複数の羽根車が回転軸方向に並んで配置された構成において、各羽根車を構成する羽根の外縁に所定の間隔をあけて切欠きを設けることにより、広帯域音を低減している。

特許第４４３２８６５号公報

しかし、上記のように広帯域音の低減のために羽根の外縁に所定の間隔をあけて切欠きを設けた構成において、羽根を長くして羽根車の数を少なくした場合には、各羽根の外縁における連続する部分が長くなるので、ＮＺ音が大きくなるという問題がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、広帯域音が低減されているクロスフローファンにおいて羽根を長くして羽根車の数を少なくしてもＮＺ音の増大を抑えることが可能なクロスフローファンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明のクロスフローファン（３）は、複数の羽根（３１）を有する羽根車（３９）を備えたクロスフローファン（３）であって、前記羽根（３１）の外縁（４６）において、前記羽根（３１）の延びる方向に沿って所定の間隔で第１の切欠き（３４）が設けられ、隣合う前記第１の切欠き（３４）の間に、当該第１の切欠き（３４）よりも深さが浅い複数の第２の切欠き（３５）が設けられていることを特徴とする。

本発明では、羽根（３１）の外縁（４６）において羽根（３１）の延びる方向に沿って所定の間隔で第１の切欠き（３４）が設けられることによって広帯域音を低減する構成において、さらに、当該第１の切欠き（３４）の間に深さが浅い複数の第２の切欠き（３５）が介在している。これによって、羽根（３１）を長くして羽根車（３９）の数を少なくしても、当該羽根（３１）の外縁（４６）の連続する部分を複数の第２の切欠き（３５）によって減らすことが可能になり、その結果、ＮＺ音の増大を抑えることが可能である。

また、前記第２の切欠き（３５）は、三角形形状を有するのが好ましい。

かかる構成によれば、第２の切欠き（３５）は簡単な形状であるので加工しやすい。しかも、三角形形状の第２の切欠き（３５）は、開口面積が小さくても外縁（４６）の連続する部分を減らすことが可能である。そのため、ＮＺ音を低減しながらも羽根（３１）が仕事する面積を確保することが可能である。

また、前記羽根（３１）の外縁（４６）は、前記第１の切欠き（３４）間において、平滑部（３６）を有するのが好ましい。

かかる構成によれば、前記羽根（３１）の外縁（４６）は、前記第１の切欠き（３４）間において、平滑部（３６）を有するので、複数の第２の切欠き（３５）によってＮＺ音を低減しながらも羽根（３１）が仕事する面積を確保することが可能である。また、羽根（３１）の外縁（４６）の割れを低減することが可能である。

また、前記第２の切欠き（３５）の開口面積は、前記第１の切欠き（３４）の開口面積よりも小さいのが好ましい。

かかる構成によれば、第２の切欠き（３５）によってＮＺ音を低減しながらも羽根（３１）が仕事する面積を確保することが可能であり、その結果、送風圧力などのクロスフローファン（３）の性能の低減を抑えることが可能である。また、第２の切欠き（３５）の開口面積が小さいので、第１の切欠き（３４）による広帯域音を低減する効果に対する影響も小さい。

また、前記第２の切欠き（３５）の深さは、１ｍｍ以下であるのが好ましい。

かかる構成によれば、前記第２の切欠き（３５）の深さは、１ｍｍ以下であれば、第２の切欠き（３５）によってＮＺ音を低減しながらも羽根（３１）が仕事する面積を確保することが可能であり、その結果、送風圧力などのクロスフローファン（３）の性能の低減を抑えることが可能である。また、第２の切欠き（３５）の深さが１ｍｍ以下であるので、第１の切欠き（３４）による広帯域音を低減する効果に対する影響も小さい。

本発明の空気調和機（１）は、上記のクロスフローファン（３）を備えていることを特徴とする。これによって、羽根（３１）を長くして羽根車（３９）の数を少なくしてもＮＺ音の増大を抑えることが可能である。

本発明によれば、広帯域音が低減されているクロスフローファンにおいて羽根を長くして羽根車の数を少なくしてもＮＺ音の増大を抑えることが可能なことができる。

本発明の実施形態に係るクロスフローファンを備える空気調和機の室内機を示す断面図である。 図１のクロスフローファンを示す正面図である。 図１のクロスフローファンの羽根の拡大斜視図である。 図３の羽根における第１の切欠きの位置における断面図である。 図３の羽根の第１の切欠きおよび第２の切欠きの正面図である。 図５の第１の切欠きおよび第２の切欠きの拡大正面図である。 図３に示すクロスフローファンの特性を示すグラフである。 図３に示すクロスフローファンの特性を示すグラフである。 本発明の変形例に係るクロスフローファンにおける羽根の四角形状の第２の切欠きおよび波型形状の第２の切欠きを示す拡大正面図である。

以下、本発明の一実施形態に係るクロスフローファン３及びこれを備える空気調和機の室内機１について図面を参照して説明する。

［空気調和機］
図１は、本発明の一実施形態に係るクロスフローファン３を備える空気調和機の室内機１を示す断面図である。図１に示す断面は、クロスフローファン３の軸方向に直交する断面である。空気調和機は、室内機１と図略の室外機とを備える。図１に示す本実施形態では、室内機１が壁掛けタイプであるが、これに限られない。室内機１は、例えば床置きタイプ、天井設置タイプなどであってもよい。室内機１は、冷媒配管によって前記室外機と接続されている。室外機は、図略の蒸発器、熱交換器、ファンなどを備える。空気調和機は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷媒回路を備える。

［室内機］
図１に示すように、室内機１は、ケーシング１０、および当該ケーシング１０内に収納されたものとして、クロスフローファン３を含む送風機構２、熱交換器７、エアフィルタ８、ドレンパン１１などを備える。ケーシング１０は、正面パネル１０Ｆ、背面パネル１０Ｒ、天面パネル１０Ｔ、底面パネル１０Ｂなどを有する。ケーシング１０は、空気の吸込口１２と空気の吹出口１３とを有する。本実施形態では、吸込口１２は、正面パネル１０Ｆと天面パネル１０Ｔとの間に形成され、吹出口１３は、正面パネル１０Ｆと底面パネル１０Ｂとの間に形成されているが、これに限られない。

吸込口１２の下流側には、吸込口１２に対向してエアフィルタ８が配置されている。エアフィルタ８のさらに下流側には熱交換器７が配置されている。吸込口１２を通過して熱交換器７に到達する室内空気は、エアフィルタ８を通過して塵埃が除去される。

熱交換器７は、ケーシング１０内において正面パネル１０Ｆ側に設けられた正面側熱交換器７Ａと、背面パネル１０Ｒ側に設けられた背面側熱交換器７Ｂとを含む。これらの熱交換器７Ａ，７Ｂは、ケーシング１０の幅方向に沿って延びるとともに、図１に示す断面図において逆Ｖ字状に設けられている。熱交換器７は、例えばフィンアンドチューブタイプの熱交換器を用いることができるが、これに限られない。

フィンアンドチューブタイプの熱交換器７は、複数の伝熱管７１と、伝熱管７１の長手方向に沿って配列された複数のフィン７２とを備えている。図１に示す本実施形態では、正面側熱交換器７Ａにおいては、複数の伝熱管７１によって複数の列が形成されており、背面側熱交換器７Ｂにおいても、複数の伝熱管７１によって複数の列が形成されている。具体的には、背面側熱交換器７Ｂは、伝熱管７１の列が３列の部分と、２列の部分とを有する。ドレンパン１１Ｂによって囲まれた部分は、伝熱管７１の列が２列であり、この部分よりも上には、伝熱管７１の列が３列の部分が設けられている。

ドレンパン１１は、正面側熱交換器７Ａの下端部に沿って配置された正面側ドレンパン１１Ａと、背面側熱交換器７Ｂの下端部に沿って配置された背面側ドレンパン１１Ｂとを含む。

送風機構２は、図１において矢印で示すように吸込口１２、熱交換器７及び吹出口１３の順に流れる気流Ｆを形成する。送風機構２は、クロスフロー型の複数の羽根車３９を有するクロスフローファン３と、リアガイダ４（背部スクロール４）と、スタビライザ６（舌部６）とを含む。図１に示す実施形態では、熱交換器７が送風機構２の上部を覆うように熱交換器７及び送風機構２が配置されているが、このような配置に限られない。

図２に示すように、本実施形態では、クロスフローファン３は、略円筒形状を有している。クロスフローファン３は、ケーシング１０の幅方向に沿って長く延び、ケーシング１０の幅方向と平行に設けられている。

クロスフローファン３は、互いに離間して配置された一対の端板３３と、一対の端板３３間に直線的に並んで配置された複数の羽根車３９と、当該羽根車３９の間を仕切る仕切り３２とを有する。

複数の羽根車３９は、クロスフローファン３の回転軸３Ａに沿って並んで配置されている。それぞれの羽根車３９は、略円筒形状を有する。それぞれの羽根車３９は、複数の羽根３１を有する。仕切り３２は、それぞれの羽根車３９の間に設けられている。また、一対の端板３３は、クロスフローファン３の両端に配置されている。これらの端板３３は、当該両端に位置する羽根車３９の軸方向外側の端部を閉じる。それぞれの羽根３１の両端は、仕切り３２または端板３３に固定されている。羽根３１は、羽根車３９の軸方向に沿って延びる。

一方の端板３３は、回転軸３Ａ上に配置された軸部３８を有する。この軸部３８は、例えばケーシング１０に支持される。他方の端板３３側にはモータ３７が配置されている。クロスフローファン３は、モータ３７の駆動力によって回転する。本実施形態では、クロスフローファン３は、熱交換器７に対して空気が流れる方向の下流側に配置されているが、これに限定されず、熱交換器７よりも上流側に配置されていてもよい。

図１に示すように、各羽根車３９の複数の羽根３１は、クロスフローファン３の回転軸３Ａを中心として周方向に沿って配列されている。隣り合う羽根３１は、所定の間隔をあけて配置されている。各羽根３１は、径方向外側に向かうにつれて回転方向Ｄに湾曲した前向き羽根である。各羽根３１は、図３〜４に示されるように、圧力面４１と負圧面４２とを有する。圧力面４１は、クロスフローファン３の回転方向Ｄ側の表面であり、負圧面４２は、クロスフローファン３の回転方向Ｄとは反対側の表面である。負圧面４２は、回転方向Ｄの反対側に凸の凸曲面である。圧力面４１は、回転方向Ｄの反対側に凹む凹曲面である。

図３〜６に示されるように、各羽根３１の外縁４６には、羽根３１の延びる方向Ａに沿って所定の間隔Ｘ０で第１の切欠き３４が設けられている。さらに、隣合う第１の切欠き３４の間には、当該第１の切欠き３４よりも小さい複数（図３では３個）の第２の切欠き３５が設けられている。

第１の切欠き３４および第２の切欠き３５は、それぞれ三角形形状を有している。すなわち、第１の切欠き３４および第２の切欠き３５は、羽根３１の外縁４６から内縁４７へ向かうにつれて幅が狭くなるような形状を有している。第１の切欠き３４および第２の切欠き３５の奥端における斜辺の開き角は、例えば、５０〜７０度（好ましくは６０度前後）程度に設定されるが、本発明はこれに限定されるものではない。より具体的には、開き角を６０度に設定することによって、第１の切欠き３４および第２の切欠き３５は、正三角形状に形成されていてもよい。なお、第１の切欠き３４および第２の切欠き３５の角張っている部分は、適宜面取りされていてもよい。

第２の切欠き３５の深さＹ２は、第１の切欠き３４の深さＹ１より浅くなるように設定されている。例えば、深さＹ２は、深さＹ１の０．２５倍〜０．７５倍（好ましくは０．５倍前後）程度に設定されるが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、ここでいう「深さ」は、例えば、羽根３１の外縁４６からそれに直交する線の長さなどによって定義される。

第２の切欠き３５の深さＹ２は、１ｍｍ以下に設定されていれば、第２の切欠き３５によってＮＺ音を低減しながらも羽根３１が仕事する面積を確保することが可能である。

同様に、外縁４６の延びる方向Ａにおいて、第２の切欠き３５の幅Ｘ２は、第１の切欠き３４の幅Ｘ１より狭くなるように設定されている。例えば、幅Ｘ２は、幅Ｘ１の０．２５倍〜０．７５倍（好ましくは０．５倍前後）程度に設定されるが、本発明はこれに限定されるものではない。

第２の切欠き３５の開口面積Ｓ２は、第１の切欠き３４の開口面積Ｓ１よりも小さくなるように設定されている。ここで、開口面積Ｓ１は、図４に示されるように、第１の切欠き３４の奥端部３４ａにおいて圧力面４１との接線ｐに直交する線ｑの延びる方向Ｂから見た第１の切欠き３４の開口面積をいう。第２の切欠き３５の開口面積Ｓ２も、開口面積Ｓ１と同様に定義され、方向Ｂから見た第２の切欠き３５の開口面積をいう。

各羽根３１の外縁４６は、第１の切欠き３４間において、平滑部３６を有する。平滑部３６は、外縁４６の一部を形成する。平滑部３６の長さＸ３は、羽根３１が仕事する面積に影響を与えるパラメータであり、第１の切欠き３４間の間隔Ｘ０、第１の切欠き３４の幅Ｘ１、および第２の切欠き３５の幅Ｘ２に基づいて設定される。

また、各羽根３１の負圧面４２には、第１の切欠き３４に連続して外縁４６から内縁４７へ向かう方向へ所定の長さだけ延びる溝４３が形成されている。溝４３の深さは、図４に示されるように、第１の切欠き３４に近いところで最も深く、外縁４６から内縁４７へ向かうにつれて徐々に浅くなっている。そのため、第１の切欠き３４と溝４３との段差が小さくなっている。これにより、気流は、第１の切欠き３４から溝４３へ滑らかに流れることが可能になり、第１の切欠き３４と溝４３との段差において気流と段差との衝突による損失を抑制し、クロスフローファン３の性能低下を抑えることが可能である。

また、各羽根３１の負圧面４２における２本の溝４３の間の部分には、複数のくぼみ４５が形成されている。負圧面４２に沿って流れる気流は、くぼみ４５内に発生する二次流れによって境界層が乱されることで乱流へと遷移し、境界層における空気の流れの減速が軽減されるので、負圧面４２から剥離するのを抑制され、クロスフローファン３の性能低下を抑えることが可能である。

図１に示すように、リアガイダ４は、クロスフローファン３に対してその径方向に対向する対向面４０を有する。対向面４０は、クロスフローファン３によって形成される気流Ｆを吹出口１３まで案内する案内面として機能する。対向面４０は、クロスフローファン３の径方向外側に位置し、径方向外側に凹む凹曲面である。対向面４０は、クロスフローファン３との間に隙間をあけて設けられている。

スタビライザ６は、クロスフローファン３との間に隙間をあけてクロスフローファン３の径方向外側に配置されている。スタビライザ６とリアガイダ４は、クロスフローファン３を間に挟むように設けられている。スタビライザ６は、クロスフローファン３に対してリアガイダ４とは反対側（本実施形態では正面パネル１０Ｆ側）において、クロスフローファン３に近接する表面６ａを有する。

モータ３７によって複数の羽根車３９を有するクロスフローファン３が図１に示す実線矢印の回転方向Ｄに回転すると、図１に示す気流Ｆが形成される。すなわち、室内の空気は、ケーシング１０に設けられた吸込口１２を通じてケーシング１０内に吸い込まれる。吸い込まれた空気は、熱交換器７を通過する際に冷媒と熱交換して温度調節される。温度調節された空気は、送風機構２のクロスフローファン３を通過して、ケーシング１０に設けられた吹出口１３から室内に吹き出される。

つぎに、本実施形態のクロスフローファン３の特性について図７〜８のグラフを参照しながら説明する。

図７〜８は、図３に示される第１の切欠き３４および第２の切欠き３５が羽根３１の外縁４６に形成された本実施形態のクロスフローファン３の特性と、参考例として、これら第１の切欠き３４および第２の切欠き３５を有しない通常の羽根を有するクロスフローファンの特性とを比較したグラフである。

図７は、本実施形態のクロスフローファン３と参考例のクロスフローファンにおいて、同一風量での送風音のスペクトル比較を行った結果を示している。図７に示されるように、羽根３１の外縁４６に第１の切欠き３４および第２の切欠き３５が設けられた本実施形態に係るクロスフローファン３は、参考例に比べて、ＮＺ音に関連する周波数（７００Ｈｚより少し小さい周波数（具体的には、図７に示される破線の四角形で示された範囲））において騒音レベルが顕著に低減されていることがわかる。図８は、図７に示されるスペクトルのうち、ＮＺ音を含む周波数における騒音レベルを比較したものである。図８に示されるように、本実施形態のクロスフローファン３では、参考例のクロスフローファンに比べて、ＮＺ音を含む周波数においては送風音の騒音レベルが約１．３ｄＢＡ低減されていることがわかる。

（特徴）
（１）
本実施形態のクロスフローファン３では、羽根３１の外縁４６において羽根３１の延びる方向Ａに沿って所定の間隔で第１の切欠き３４が設けられることによって広帯域音を低減する構成において、さらに、当該第１の切欠き３４の間に深さが浅い第２の切欠き３５が介在している。これによって、図２に示されるように羽根３１の長さＬ１を長くして羽根車３９の数を少なくしても、当該羽根３１の外縁４６の連続する部分を第２の切欠き３５によって減らすことが可能になり、その結果、ＮＺ音の増大を抑えることが可能である。

（２）
本実施形態のクロスフローファン３では、第２の切欠き３５は三角形形状であり、簡単な形状であるので加工しやすい。しかも、三角形形状の第２の切欠き３５は、開口面積が小さくても外縁４６の連続する部分を減らすことが可能である。そのため、ＮＺ音を低減しながらも羽根３１が仕事する面積を確保することが可能である。

（３）
本実施形態のクロスフローファン３では、羽根３１の外縁４６は、第１の切欠き３４間において、平滑部３６を有するので、第２の切欠き３５によってＮＺ音を低減しながらも羽根３１が仕事する面積を確保することが可能である。また、羽根３１の外縁４６の割れを低減することが可能である。

（４）
本実施形態のクロスフローファン３では、第２の切欠き３５の開口面積Ｓ２が第１の切欠き３４の開口面積Ｓ１よりも小さいので、第２の切欠き３５によってＮＺ音を低減しながらも羽根３１が仕事する面積を確保することが可能である。その結果、送風圧力などのクロスフローファン３の性能の低減を抑えることが可能である。また、第２の切欠き３５の開口面積が小さいので、第１の切欠き３４による広帯域音を低減する効果に対する影響も小さい。

（５）
本実施形態のクロスフローファン３では、第２の切欠き３５の深さＹ２は、１ｍｍ以下であるので、第２の切欠き３５によってＮＺ音を低減しながらも羽根３１が仕事する面積を確保することが可能であり、その結果、送風圧力などのクロスフローファン３の性能の低減を抑えることが可能である。また、第２の切欠き３５の深さが１ｍｍ以下であるので、第１の切欠き３４による広帯域音を低減する効果に対する影響も小さい。

（６）
本実施形態の空気調和機１は、上記のクロスフローファン３を備えているので、羽根３１の長さＬ１を長くして羽根車３９の数を少なくしてもＮＺ音の増大を抑えることが可能である。

（変形例）
（Ａ）
上記実施形態では、第２の切欠き３４が三角形形状を有している例が示されているが、本発明は第２の切欠きの形状をこれに限定するものではない。本発明の変形例として、例えば、図９に示されるように、第１の切欠き３４の間において、四角形形状の第２の切欠き５１を設けてもよい。これらの第２の切欠き５１の間は平滑部５２を有するので、第２の切欠き５１によってＮＺ音を低減しながらも羽根３１が仕事する面積を確保することが可能である。

さらに、実施形態には含まれないが、第１の切欠き３４の間において１個の幅広のくぼみが形成されることにより波型形状の第２の切欠き６１を設けるようにしてもよい。第２の切欠き６１の内壁６１ａは、直線状またはゆるやかな曲線状の形状を有する。第２の切欠き６１の深さは、第１の切欠き３４の深さよりも浅くなるように設定されている。このような１個の幅広の第２の切欠き６１では、細かい凹凸がないので、ＮＺ音を低減しながらも、第２の切欠き６１の内壁６１ａが上記の平滑部３６（図６参照）の機能を奏することによって羽根３１が仕事する面積を確保することが可能である。しかも、このような第２の切欠き６１では、細かい凹凸がないので、ほこりがたまりにくいなどの利点を有する。

（Ｂ）
なお、第２切欠き３５は、すべての第１切欠き３４間に形成されることに本発明は限定されない。例えば、羽根３１の両端に最も近い位置では、第２切欠き３５を省略してもよい。または、隣接する第１切欠き３４間のうち、１つおきに第２切欠き３５が形成されてもよい。

（Ｃ）
上記の実施形態では、第１切欠き３４および第２切欠き３５は、羽根３１の外縁４６のみに形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。第１切欠き３４および第２切欠き３５は、羽根３１の外縁４６および内縁４７の両方に形成されてもよい。これらの場合も、上記実施形態と同様に、広帯域音が低減されているクロスフローファンにおいて羽根３１を長くして羽根車３９の数を少なくしてもＮＺ音の増大を抑えることが可能なことができる。

（Ｄ）
上記の実施形態では、羽根３１の外縁４６は、第１の切欠き３４間において、平滑部３６を有しているが、本発明はこれに限定されるものではない。羽根３１は、平滑部３６のない形態であってもよい。

（Ｅ）
上記の実施形態では、第２の切欠き３５の開口面積Ｓ２は、第１の切欠き３４の開口面積Ｓ１よりも小さくなるように設定されているが、本発明はこれに限定されるものではない。第２の切欠き３５の開口面積Ｓ２は、第１の切欠き３４の開口面積Ｓ１よりも大きくてもよい。

１ 室内機
３ クロスフローファン
３１ 羽根
３４ 第１の切欠き
３５ 第２の切欠き
３６ 平滑部
３９ 羽根車
４６ 外縁
４７ 内縁

Claims (6)

1. 複数の羽根（３１）を有する羽根車（３９）を備えたクロスフローファン（３）であって、
   前記羽根（３１）の外縁（４６）において、前記羽根（３１）の延びる方向に沿って所定の間隔で第１の切欠き（３４）が設けられ、
   隣合う前記第１の切欠き（３４）の間に、当該第１の切欠き（３４）よりも深さが浅い複数の第２の切欠き（３５）が設けられている、
   ことを特徴とするクロスフローファン（３）。
2. 前記第２の切欠き（３５）は、三角形形状を有する、
   請求項１に記載のクロスフローファン（３）。
3. 前記羽根（３１）の外縁（４６）は、前記第１の切欠き（３４）間において、平滑部（３６）を有する、
   請求項１または２に記載のクロスフローファン（３）。
4. 前記第２の切欠き（３５）の開口面積は、前記第１の切欠き（３４）の開口面積よりも小さい、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のクロスフローファン（３）。
5. 前記第２の切欠き（３５）の深さは、１ｍｍ以下である、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のクロスフローファン（３）。
6. 請求項１〜５のいずれか１項のクロスフローファン（３）を備えている空気調和機（１）。

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