JP4889716B2 - 空気調和機の室内機 - Google Patents

Description

本発明は、送風機にシロッコファンを用い、その下流側に熱交換器を配置した空気調和機の壁掛け型室内機に関する。

従来の空気調和機の室内機、例えば壁掛け型室内機は、吸込口から吹出口へ至る風路内に熱交換器を配置し、その下流側にクロスフローファンを配置している（例えば、特許文献１）。

特開２００５−３２１１１４号公報（図２）

クロスフローファンは、周知のように風方向が軸を横切って流れ、薄い板状の風が得られるものであるが、所定風量時の空力性能が低い（騒音、入力大）。例えば電気集塵器など流れに対する抵抗物を設置した場合、室内ユニットの奥行きが小さい場合、又はファンと熱交換器の距離が小さい場合等に、空力性能が低下して、騒音（異常音）や入力が増大し易くなる。

また、クロスフローファンを用いた壁掛け型室内機では、空気清浄フィルタに埃が堆積すると、吹出口の両端や中央部で逆吸い込みが生じ易くなり、冷房運転時に吹出口での逆流による露付きが生じ易くなる。

本発明の技術的課題は、所定風量時の空力性能の改善だけでなく、吹出口での露付き、騒音（異常音）の発生、入力の増大などの問題も解決できるようにすることにある。

本発明に係る空気調和機の室内機は、吸込口と吹出口を有し空気調和機を使用する室内の壁面に固定される室内機本体と、圧力面と負圧面を有し吹出口に配置された上下ベーンと、室内機本体に固定されたファンモータと、ファンモータのシャフトに装着された両吸込みタイプのシロッコファンと、シロッコファンを収容し風路を形成するスクロールケーシングと、シロッコファンの下流側に多段曲げに配置された熱交換器と、を備え、熱交換器から吹出口に至る風路が、垂直方向の流れを形成する第１の風路と、水平方向の流れを形成する第２の風路とで構成され、第１の風路によって垂直方向の流れを形成することによって圧力面に沿った流れを形成し、第２の風路によって水平方向の流れを形成することによって負圧面に沿った流れを形成するものである。

本発明の空気調和機の室内機によれば、熱交換器の下流側にクロスフローファンを配置したものに比べて、所定風量時の騒音、ファン入力を小さくすることができ、室内機本体の小型化が可能で、露付き、異常音発生を抑制でき、電気集塵器など流れに対する抵抗物を設置した場合でも、騒音、ファン入力の増加を小さくすることができる。さらに、熱交換器から吹出口に至る風路が、垂直方向の流れを形成する第１の風路と、水平方向の流れを形成する第２の風路とで構成され、第１の風路によって垂直方向の流れを形成することによって圧力面に沿った流れを形成し、第２の風路によって水平方向の流れを形成することによって負圧面に沿った流れを形成するので、上下ベーンの向きに依らず、風が上下ベーンから剥離することなく、上下ベーンの負圧面、圧力面に沿った流れを形成できる。このため、冷房運転時に、上下ベーンにおいて、室内空気と冷気が混合することにより生じる露付きを抑制することができ、さらに上下ベーンの向きの違いによる、通風抵抗の変化量を小さくすることができる。

実施形態１．
以下、図示実施形態により本発明を説明する。
図１は本発明の実施形態１に係る空気調和機の室内機すなわち空気調和機を使用する室内の壁面に室内機本体が固定された壁掛け型室内機の側方から見た断面図、図２はその正面から見たシロッコファンと熱交換器の位置関係を示す模式図である。

図１及び図２のように本実施形態の空気調和機の壁掛け型室内機（以下、単に「室内機」という）１７は、多段曲げに配置された熱交換器５と、熱交換器５下部に設けたドレンパン７と、熱交換器５の上流側に配置した幅長で両吸込みタイプのシロッコファン１と、シロッコファン１を収容し風路を形成する両吸込みタイプのスクロールケーシング２と、スクロールケーシング２の前縁部に形成された舌部３と、シロッコファン１の吸込口部に設置されたベルマウス４と、シロッコファン１やスクロールケーシング２から吹出された風が、シロッコファン１やスクロールケーシング２に再流入するのを阻止する仕切板６と、吸込口１１と、吹出口１２と、空気清浄フィルタ８と、上下ベーン９と、配管スペース１０とを備えている。また、室内機１７の本体には、一側部に片軸のモータシャフト１４を有するファンモータ１３が配置され、モータシャフト１４の先端にシロッコファン１のファンボス１５が取り付けられている。なお、図１中の点Ｏは、シロッコファン１の回転中心を示す。

次に、本実施形態の室内機の動作について説明する。ファンモータ１３の作動により、モータシャフト１４に連結されたシロッコファン１が回転すると、室内機１７の外部にある室内空気が吸込口１１から吸引され、空気清浄フィルタ８、ベルマウス４、シロッコファン１、熱交換器５、を経由して、吹出口１２から室内へ吹出される。ここで、仕切板６は、シロッコファン１から吹出された風が、シロッコファン１の吸込口に再流入するのを防ぐ働きをし、空気清浄フィルタ８は室内空気に含まれているほこりを除去する働きをし、熱交換器５はシロッコファン１から吹出された室内空気と熱交換を行い、室内空気を冷房運転時は冷却、暖房運転時は加熱する働きをし、ドレンパン８は、冷房運転時に室内空気中の水分が熱交換器５により凝縮され生成した水滴を溜め、吹出口１２から流出するのを防ぐ働きをする。

室外機（図示せず）と熱交換器５とは、冷媒配管（図示せず）により互いに接続されており、また冷房運転時にドレンパン７に溜められた水滴は、ドレン配管（図示せず）を介して室外へ排出される。冷媒配管およびドレン配管は、室内機１７の配管スペース１０に収納されている。

図１２は熱交換器の下流側にクロスフローファンを配置した比較例である壁掛け型室内機を側方から見た断面図である。

この比較例の壁掛け型室内機（以下、単に「室内機」という）１１０は、クロスフローファン１０１、リアガイダ１０２、巻き部１０３、スタビライザ１０４、熱交換器１０５、空気清浄フィルタ１０７、吸込口１０８、吹出口１０９等により構成されている。

この比較例において、クロスフローファン１０１がファンモータの作動により回転すると、室内空気が吸込口１０８から吸引され、空気清浄フィルタ１０７、熱交換器１０５、クロスフローファン１０１の吸込み翼列１１１、吹出し翼列１１２を経由して、吹出口１０９から吹出される。ここで、吸込み翼列１１１は、翼間の風の流れの向きが翼の外周側から内周側である翼の総称、吹出し翼列１１２は、翼間の風の流れの向きが翼の内周側から外周側である翼の総称とする。

また、クロスフローファン１０１は、巻き部１０３及びスタビライザ１０４付近において吸込み翼列１１１と吹出し翼列１１２が反転する。このため、クロスフローファン１０１は、ファンの外部から風を吸込み、ファンの外部へ風を吹出す過程で、風は翼間を少なくとも２回通過しなければならない。

次に、この比較例の室内機１１０におけるクロスフローファン１０１の翼１枚毎の風量分布、翼負荷分布について説明する。図１３は翼１枚毎の風量分布を示すグラフ、図１４は翼負荷分布を示すグラフであり、図１３及び図１４共に横軸は図１２の翼の位置を時計の短針で表現したものである。ここで、翼負荷は翼１枚毎にかかるトルク［Ｎｍ］に回転数［rad/s］を乗じたものであり、翼１枚毎の翼負荷の総和は、クロスフローファン１０１の軸出力を表す。図１３において、縦軸の符号は、翼の内周側から外周側へ流れる場合を正、翼の外周側から内周側へ流れる場合を負としてある。図１４において、縦軸の符号が負となっているものがあるが、これは巻き部１０３、スタビライザ１０４付近に位置する翼において、圧力面の方が、負圧面よりも静圧が低くなっているためで、特異なものである。

また、図１３の８〜１２時において、翼間風量分布はほぼ均一であるが、図１４の８〜１２時では、翼負荷分布が不均一である。これは、熱交換器１０５とクロスフローファン１０１との距離が近いため、８〜１２時に位置する翼の迎え角が大きくなることに生じる現象であり、熱交換器１０５とクロスフローファン１０１との距離が十分大きい場合には、このような現象は生じない。当然、吸込み翼列１１１を通過する風量の総和と、吹出し翼列１１２を通過する風量の総和は等しいが、図１３から明らかなように翼間の風量分布は吹出し翼列の方が吸込み翼列よりも、不均一な分布となっている。

図１４から明らかなように、吸込み翼列１１１の翼負荷と、吹出し翼列１１２の翼負荷の比率は、吸込み翼列１１１を通過する風量の総和と、吹出し翼列１１２を通過する風量の総和は等しいにも関わらず、吹出し翼列１１２の方が翼負荷が大きい。これは、翼間の風量分布の均一性の違いが最大の原因である。

軸出力Ｗを小さくするには、各々の翼間風量Ｑｉを均一にし、翼の迎え角を大きくしないようにするのが有効である。

また、クロスフローファン１０１の翼列のうち、吸込み翼列１１１と、吹出し翼列１１２は、ほぼ半々であるため、翼列全体を吹出し翼列に利用することはできない。このため、クロスフローファン１０１は軸出力、騒音が大きくなる。

次に、図１、図２で示したシロッコファン１を用いた室内機１７の、ファン内部流れについて説明する。

図３は翼１枚毎の風量分布を示すグラフである。図３において、縦軸の符号は、翼の内周側から外周側へ流れる場合を正、翼の外周側から内周側へ流れる場合を負としてあり、横軸は図１の翼の位置を時計の短針で表現したものである。

図１において翼枚数は４３枚であるが、図３より、翼間４３個のうち、翼の外周側から内周側へ流れる翼間は７個であり、残りの３６個は、翼の内周側から外周側へ流れる吹出し翼列の働きをしており、翼全体の８３．７％（＝３６／４３）を吹出し翼列として利用することができ、６〜１０時の翼間を除けば、均一な翼間風量分布となっている。

さらに、図３と図１３を比較すると、吹出し翼列における、翼間風量分布はシロッコファン１の方が、クロスフローファン１０１よりも均一な分布となっている。このため、シロッコファン１の方が、必要な軸出力を得るための各々の翼間風量を、クロスフローファン１０１よりも低く抑えることができる。そして、概ね、下式が成立するため、軸出力Ｗ、騒音ＳＰＬが低減する（Ｑｉ：各々の翼間風量）。
Ｗ∝Σ（Ｑｉ³）
ＳＰＬ∝Σ｛１０log₁₀（Ｑｉ）⁶｝

次に、シロッコファン１を用いた室内機１７（図１）と、クロスフローファン１０１を用いた室内機１１０（図１２）の、吹出し風量が１８ｍ³/minのときのファン軸出力、騒音を比較したものを下表１に示す。騒音はＪＩＳ規格で定められている位置で測定した値である。

なお、室内機１７において、その高さＨ₁は２９８mm、奥行きＤ₁は１９８mm、幅Ｗ₁は６５０mm、シロッコファン１の幅は４００mm、ファン径はφ９０mm、スクロールケーシングの幅は４３０mm、熱交換器５の積み幅は６５０mm、段数は１２段である。また、室内機１１０において、その高さＨ₂は２９８mm、奥行きＤ₂は２５０mm、幅Ｗ₂は６５０mm、クロスフローファン１０１の幅は６４０mm、ファン径はφ９５mm、熱交換器１０５の積み幅は６５０mm、段数は１６段である。熱交換器５と、熱交換器１０５の段ピッチ、列ピッチ、フィンピッチは同一であり、それぞれ、２０．４mm、１２．７mm、１．２mmである。本実施形態のシロッコファン１は、一般的なシロッコファンと比べて幅が長い。そのため、シロッコファン１を、材質に樹脂を用いて量産型で作成する場合は、型抜きの際に抜き勾配が必要となり、製品は翼の端部が中央部よりも薄肉となって強度不足や回転時にファン振れを生じ易くなる。したがって、ここではシロッコファン１の材質として薄肉の板金を用い、ファン幅方向の肉厚が一定となるようにしてある。

シロッコファン１を用いた室内機１７の方を、クロスフローファン１０１を用いた室内機１１０よりも、奥行きＤを小さくして熱交換器の段数を少なくしているため、熱交換器の通風抵抗が大きくなっているはずであるが、表１のようにシロッコファン１を用いた室内機１７の方が吹出し風量が１８ｍ³/minのときのファン軸出力および騒音のいずれも低減されている。

その理由は、既述したようにクロスフローファン１０１では、一般に翼間の約５０％しか吹出し翼列として利用することができないが、シロッコファン１は、一般に翼間の８３．７％を吹出し翼列として利用することができるからであり、同一吹出し風量時における翼間の風量が低下し、さらに翼間の風量分布が均一となるからである。

なお、図１及び図２は熱交換器５の上流側にシロッコファン１、スクロールケーシング２を配置したものであるが、次に、これを図４のファンと熱交換器の位置関係を示す模式図のように、熱交換器５の下流側にシロッコファン１、スクロールケーシング２を配置した場合について考察する。

図４のように熱交換器５と、シロッコファン１、スクロールケーシング２との距離を十分確保できない場合は、熱交換器５の両端は風が流れるが、中央部は流れにくく、熱交換器５の積み幅方向で速度分布が不均一となり、熱交換器５の伝熱性能低下の原因となる。熱交換器５と、シロッコファン１及びスクロールケーシング２との距離を十分確保できない、換言すれば小型化したい場合は、図１及び図２のように熱交換器５の上流側にシロッコファン１、スクロールケーシング２を配置した方がよい。

また、図１において熱交換器５を多段曲げしてあるが、このようにすることで、多段曲げしない場合に比べて、限られたスペース内での段数を増やすことができ、熱交換器５を効率よく配置することができ、室内機本体の高さに比べて、奥行き長さを短くすることが可能であり、室内機本体の薄型化を図ることができる。

また、熱交換器５の上流側にシロッコファン１、スクロールケーシング２を配置した場合、シロッコファン１、スクロールケーシング２から吹出された風が、シロッコファン１、スクロールケーシング２に再流入するのを、仕切板６により阻止することが容易となり、所定風量時のファン軸出力、騒音を抑制することができる。

また、熱交換器１０５の下流側にクロスフローファン１０１を用いた室内機１１０の場合、空気清浄フィルタ１０７に埃が堆積すると、吹出口１０９において、両端や中央部で逆吸い込みが生じ易く、冷房時に吹出口１０９の露付きの原因になり易い。しかし、本実施形態のように熱交換器５の上流側にシロッコファン１、スクロールケーシング２を配置した室内機１７の場合は、風が熱交換器５を通過し、室内機１７の吹出口１２から吹出されるまでの間に全面的に整流されるため、仮にシロッコファン１の吹出口１２で逆吸い込みが生じたとしても、逆吸い込みによる風が進入できる場所がなくなり、室内機１７の吹出口１２において逆流を生じにくくすることができる。

また、クロスフローファン１０１を用いた室内機１１０の場合、熱交換器１０５とクロスフローファン１０１との距離が小さいと、異常音が発生したり、ファン軸出力や騒音が増大し易い。しかし、本実施形態のように熱交換器５の上流側にシロッコファン１、スクロールケーシング２を配置した室内機１７の場合は、熱交換器５とシロッコファン１との距離が小さくても、異常音が発生しにくく、かつファン軸出力や騒音を低減させることができる。

また、図５の室内機の断面図中に太い矢印で示すように、熱交換器５を通過した風は、垂直方向の流れと、水平方向の流れに形成されるため、上下ベーン９の向きに依らず、風が上下ベーンから剥離することなく、上下ベーン９の負圧面、圧力面に沿った流れが形成される。このため、冷房運転時に、上下ベーン９において、室内空気と冷気が混合することにより生じる露付きを抑制することができ、さらに上下ベーン９の向きの違いによる、通風抵抗の変化量を小さくすることができる。

このように、本実施形態の室内機においては、多段曲げに配置された熱交換器５と、熱交換器５下部にドレンパン７を備え、熱交換器５の上流側に両吸込みタイプのシロッコファン１、スクロールケーシング２を配置するようにしているので、所定吹出し風量時におけるファン軸出力および騒音の低減、室内機１７の吹出口１２における逆流の抑制、及び熱交換器５とシロッコファン１との距離が小さい場合における異常音発生やファン軸出力および騒音を抑制することができる。

実施形態２．
図６は本発明の実施形態２に係る空気調和機の室内機すなわち壁掛け型室内機の正面から見たシロッコファンと熱交換器の位置関係を示す模式図であり、図中、前述の実施形態１と同一部分には同一符号を付してある。なお、ここでは説明にあたり、前述の図１及び図５を参照するものとする。

本実施形態の空気調和機の壁掛け型室内機（以下、単に「室内機」という）は、室内機１７の本体に取り付けられたファンモータ１３に対向する側の側壁等にベアリング１６を設置し、ファンモータ１３の片軸のモータシャフト１４をベアリング１６の位置まで延長して、先端をベアリング１６に保持させるようにした点が前述の実施形態１とは異なっている。それ以外の構成は全て実施形態１と同一であり、実施形態１のもつ機能を全て備えているものである。

ベアリング１６がない場合（図２の場合）と、ベアリング１６がある場合（図６の場合）において、吹出し風量が１８ｍ³/minのときのファン軸出力、騒音を比較したものを下表２に示す。

前述した表１より、ベアリング１６の有無に拘わらずシロッコファン１を用いた室内機１７であれば、クロスフローファン１０１を用いた室内機１１０（図１２）よりファン軸出力および騒音のいずれも低減していることが分かるが、表２より、さらにベアリング１６がある場合（図６）の方が、ベアリングがない場合（図２）と比べても騒音低減効果が大きいことが分かった。

その理由は、以下のとおりである。すなわち、モータシャフト１４は、その位置がベアリング１６で保持されることによって、軸振れが小さくなり、これに伴いシロッコファン１のファン振れも小さくなる。このため、ベアリング１６がなく、ファン振れが大きい場合に比べて、シロッコファン１と、舌部３の壁面や、ベルマウス４の壁面との距離が周期的に近づいたり、遠ざかったりすることにより生じる、舌部３、ベルマウス４の壁面静圧変動や、シロッコファン１における翼面の揚力変動を抑制でき、騒音を小さくすることができる。

このように、本実施形態の室内機においては、ファンモータ１３を片軸のモータシャフト１４とし、ファンモータ１３の対向側にモータシャフト１４の位置を保持するベアリング１６を設け、モータシャフト１４をベアリング１６の位置まで延長して、先端をベアリング１６に保持させるようにしているので、所定吹出し風量時における、騒音を低減することができる。

実施形態３．
前述の実施形態１では、シロッコファン１のファン径はφ９０mm、幅は４００mm、スクロールケーシング２の幅は４３０mmの場合について説明したが、次に、シロッコファン１及びスクロールケーシング２の幅を変化させた場合について説明する。なお、ここでは
（スクロールケーシング２の幅）−（シロッコファン１の幅）＝３０mmと固定する。

なお、一般的にシロッコファンは、高静圧、低風量向きのファンであり、両吸込みタイプの場合は、ファン径とファン幅は同程度の長さであることが多い。この場合は、低静圧、中風量の壁掛け型室内機用ファンとしては不向きである。

図７は表１で説明した室内機１７においてシロッコファン１の幅だけを２００〜６２０mmに変化させたときの吹出し風量が１８ｍ³/minのときの騒音特性を示すグラフであり、縦軸に騒音、横軸にファン幅をとったものである。なお、室内機１７の熱交換器５の積み幅は６５０mmに固定してあり、図６のようにモータシャフト１４はベアリング１６によって位置が保持されており、シロッコファン１の材質は板金であり、個数は１個である。

図７のようにシロッコファン１の幅が５８６mmの場合に騒音は最小となり、ファン幅２００〜５８６mmの間は、長くするほど騒音は小さくなり、ファン幅５８６〜６００mmの間は、長くするほど騒音は大きくなる。

その理由について説明する。シロッコファン１の幅を変えたときの、室内機１７の、吹出し風量が１８ｍ³/minのときの回転数を求め、この回転数における、ファン単体のＰ−Ｑ特性、Ｋｓ−Ｑ特性を表したものを図８に示す。ここで、Ｐは静圧、Ｑは風量、Ｋｓは比騒音を表し、比騒音は、
Ｋｓ＝ＳＰＬ−１０log₁₀（Ｐ^2.5・Ｑ）
で定義され、静圧Ｐ［mmＡｑ］、風量Ｑ［ｍ³/min］を考慮した騒音であり、騒音ＳＰＬはシロッコファン１から、所定距離、離れた位置での騒音である。

図８において、シロッコファン１の幅は各々、４００mm、５８６mmであり、Ｐ−Ｑ特性において、風量が１８ｍ³/minのときの静圧Ｐ₁は、シロッコファン１の幅による差異は小さい。ここで、Ｐ−Ｑ特性上の点（１８［ｍ³/min］、Ｐ₁［Ｐａ］）を動作点（設計ポイント）Ａとする。

図８のＰ−Ｑ特性において、開放側（図の右下側）では、風量が低下するに従い、静圧が増加するが、徐々に勾配が緩やかになり、急変する領域がある。この領域は、サージング領域と称され、サージング領域付近で比騒音Ｋｓが最小となる。

図８において、シロッコファン１の幅が長いほど、サージング領域は、動作点Ａに近づき、比騒音Ｋｓが小さくなる。詳細な説明は省略するが、サージング領域付近では、翼間で失速セルが生成したり、翼間から吹出された風が、吹出口の外部へ流出せずに、ファン、スクロールケーシングの内部で循環する風量の割合が増加するものの、翼間の風量分布が均一になるため、比騒音が最小となる。また、ファン効率も同様の理由で、サージング領域付近で最大となる。

このため、シロッコファン１の幅が２００〜５８６mmの範囲では、図７に示したように、シロッコファン１の幅が長いほど、騒音が小さくなる。

次に、シロッコファン１の幅が５８６mmを超えると、騒音が大きくなる理由について説明する。図９はシロッコファンと壁の位置関係を表す模式図であり、図１０はシロッコファン１の幅を５８６mmに固定し、回転数を室内機１７の吹出し風量が１８ｍ³/minのときの回転数に固定し、図９のシロッコファン１と壁２０との距離、すなわち吸込み幅Ｘを変えたときのＰ−Ｑ特性を表す図である。壁２０には、モータシャフト１４を挿入する穴を設けているが、モータシャフト１４と、穴との隙間は小さくしており、できるだけ隙間に風が流れないようにしてある。

図１０に示すように、Ｘ≧３２mmのとき、つまり吸込み幅ＸがＸ＝３２mmのときとＸ＝４０mmのときは、Ｐ−Ｑ特性に差異はなく、線（右上の線）は重なっているが、Ｘ＜３２mmのとき、つまり吸込み幅Ｘ＝２５mmのときとＸ＝１５mmのときは、Ｘが小さくなるほど、Ｐ−Ｑ特性が左下に移動し、Ｘ≧３２mmの場合に比べて、所定静圧時の風量が低下するため、所定静圧を得るためには、回転数を大きくしなければならない。

図８において、シロッコファン１の幅が５８６mmのとき、動作点Ａにおける比騒音は、最小比騒音よりも大きいため、シロッコファン１の幅を更に長くした方が、比騒音は小さくなるはずであるが、図７では騒音は増加している。

これは、図１０に示したように、十分な吸込み幅がない場合は、シロッコファン１の幅を長くしても、逆に騒音が増加することを表している。

また、シロッコファン１の幅が５８６mmのとき、ファン幅は、ファン径φ９０の６．４倍であり、一般的なシロッコファン（ファン幅は、ファン径の１倍程度）よりも、ファン幅がファン径に比べて長い。このように、シロッコファン、スクロールケーシングを一般のものに比べて幅長とする、つまりファン幅をファン径よりも長くすることにより、高静圧、低風量向きのシロッコファンを低静圧、中風量の向きのシロッコファンにすることができる。

なお、表１に比較例としてクロスフローファンを用いた室内機１１０の騒音を示したが、シロッコファンを用いた室内機１７の場合には、この騒音に等しくなるシロッコファン１の幅は３１７mmとなる。この場合、ファン幅は、ファン径φ９０の３．５２倍となる。

次に、騒音が小さくなるシロッコファン１の幅、個数の決め方について説明する。壁掛け型室内機の吹出し風量がＱ、シロッコファン１の個数がＮ個のとき、シロッコファン１の、１個あたりの風量Ｑ₀は、Ｑ₀＝Ｑ／Ｎであるから、動作点を（Ｑ₀、Ｐ₀）とする。ここで、静圧Ｐ₀はファン個数に依らず一定と考える。損失係数ξ₀＝Ｐ₀／Ｑ₀ ²とし、ξ₀が小さいほど幅を長く、ξ₀が大きいほど幅を短くする。これは、前述において、動作点がサージング領域に近いとき、比騒音が小さくなると説明したが、図８に示したように、シロッコファン１の幅が長いほど、サージング領域は、開放側（Ｐ−Ｑ特性の右下側）に移動し、シロッコファン１の幅が短いほど、サージング領域は、締切側（Ｐ−Ｑ特性の左上側）に移動するためである。

ただし、シロッコファン１の幅が長すぎると、サージング領域が動作点を超えて開放側（Ｐ−Ｑ特性の右下側）に移動し、結果として動作点がサージング領域よりも締切側（Ｐ−Ｑ特性の左上側）に位置するようになるため、シロッコファン１の幅は、動作点がサージング領域よりも締切側に位置しない長さにする必要がある。これは、動作点がサージング領域よりも締切側に位置すると、異常音が発生したり、流れが不安定になり、吹出し風速の時間変動が大きくなることがあるためである。なお、動作点がサージング領域よりも締切側に位置しない場合においても、ファン振れが生じ、異常音が発生する場合は、異常音が発生しないよう、シロッコファン１の幅を短くする。

そして、吸込み幅Ｘは、所定風量、所定回転数を予め定め、図１０に示したようなグラフを作成し、吸込み幅Ｘを大きくしてもＰ−Ｑ特性が変わらなくなるポイントにある最小の吸込み幅Ｘを求めればよい。なお、シロッコファン１の個数がＮ個の場合、吸込み幅は合計ＮＸ必要であることは言うまでもない。

このようにして、シロッコファン１の個数がＮ個の場合に、騒音が最小となるファン幅を求め、室内機１７の所定風量時の騒音が最小となる、ファン個数Ｎを求めればよい。

また、シロッコファン１の個数がｋ、（ｋ＋１）個の場合、どちらの動作点とも、サージング領域よりも開放側にあり、ファン振れや異常音が発生していないものとする。このとき、ｋ個の方が、必要な吸込み幅Ｘの合計は小さく、ファン幅を長くでき、室内機１７の騒音測定点から見た場合、騒音源が１個少ないため、室内機１７の騒音は小さくなる。従って、騒音が小さくなるシロッコファン１の個数Ｎの決め方は、動作点がサージング領域よりも開放側にあり、ファン振れや異常音が発生しない、最小のＮと考えてもよい。

すなわち、動作点を、サージング領域よりも開放側に位置するようにし、吸込み幅を確保し、ファン振れや異常音が発生しないよう、ファン個数を減らし、ファン幅を長くするとよい。

なお、前述の騒音が最小となるシロッコファン１の、個数、幅の決め方に基づいた場合、シロッコファン１の材質を樹脂ではなく、板金にすることが望ましい。しかし、材質が板金で、Ｎ個のシロッコファンよりも、材質が樹脂で、（Ｎ＋１）個のシロッコファンの方が、ファン振れがなく、製造コストが安価、若しくは量産時における性能ばらつきが小さい等の理由がある場合は、材質が樹脂で、（Ｎ＋１）個のシロッコファンとしてもよい。

室内機１７の所定風量時の、シロッコファン１の幅、個数の決め方は、壁掛け型室内機に限らず、シロッコファンを用いた天埋室内機、天吊室内機にも適用できる。

また、図８のようにファン幅が２００〜５８６mmの範囲では、シロッコファンの幅を長くするほど、サージング領域よりも開放側の領域において、Ｋｓ−Ｑ特性の勾配が緩やかになる。次に、Ｋｓ−Ｑ特性の勾配が緩やかである場合の利点について説明する。

例えば室内機１７の風路内に電気集塵器等の通風抵抗となるものを設置した場合は、所定風量時において、必要な静圧は大きくなり、回転数を大きくする必要がある。Ｋｓ−Ｑ特性の勾配が緩やかな場合は、回転数を大きくした場合でも、比騒音の変化量を小さくすることができるため、騒音の変化量も小さくすることができる。

表１に示した室内機１１０と、ファン幅を５８６mmとした室内機１７において、熱交換器のフィンピッチを１．２mm、１．０mmにした場合の吹出し風量１８ｍ³/minの、ファン軸出力、騒音を下表３に示す。

なお、フィンピッチは小さい方が、通風抵抗は大きくなる。ここで、通風抵抗はＰ−Ｑ特性の静圧と同じものである。

表３より、フィンピッチを１．２mm→１．０mmにすることにより、室内機１７では１．０Ｗ、０．３ｄＢ増加、室内機１１０では２．７Ｗ、１．０ｄＢ増加しており、室内機１７の方が、通風抵抗が増加した場合の、ファン軸出力、騒音の増加を小さくすることができる。騒音の増加を小さくできるのは、既述したようにシロッコファンの幅を長くするほどＫｓ−Ｑ特性の勾配が緩やかであるためであり、ファン軸出力の増加を小さくできるのは、同様の理由でη―Ｑ特性の勾配が緩やかになるためである。ただし、ηはファン効率である。

このように、シロッコファン、スクロールケーシングを幅長とすることにより、シロッコファンを低静圧、中風量の壁掛け型室内機用ファンにすることができ、壁掛け型室内機の騒音を小さくすることができる。このため、風路内に電気集塵器等の通風抵抗となるものを設置した場合でも、ファン軸出力、騒音の増加を小さくすることができる。

実施形態４．
図１１は本発明の実施形態４に係る空気調和機の室内機すなわち壁掛け型室内機の正面から見たファンと熱交換器の位置関係を示す模式図であり、図中、前述の実施形態１〜３のものと同一又は相当する部分には同一符号を付してある。なお、ここでも説明にあたっては前述の図１及び図５を参照するものとする。

前述の実施形態１〜３はいずれも片軸モータを用いたものであるが、本実施形態の空気調和機の壁掛け型室内機（以下、単に「室内機」という）は、図１１のように両軸モータ１３Ａを用い、両側にシロッコファン１とスクロールケーシング２の対でなる送風機を１組ずつ備え、両軸モータ１３Ａを室内機の中央部に配置したものである。

本実施形態の室内機（図１１）と図６の室内機を比較すると、本実施形態の室内機の両軸モータ１３Ａは、ベアリング１６がなく、図１１の室内機は、モータシャフト１４の長さが短いため、ベアリング１６と、モータシャフト１４のコストを低減することができる。

両軸モータとし、シロッコファン１の幅を２００mm、スクロールケーシング２の幅を２３０mmとしたものを２個配置した場合と、表１の室内機１７のように片軸モータとし、シロッコファン１の幅を４００mm、スクロールケーシング２の幅を４３０mmとしたものを１個配置した場合の、吹出し風量が１８ｍ³/minのときのファン軸出力、騒音を下表４に示す。なお、どちらの場合も、シロッコファン１の幅の合計は４００mmであり、シロッコファン１、スクロールケーシング２以外は全て条件を等しくしてある。

表４より、シロッコファン１の幅が等しい場合、シロッコファン１、スクロールケーシング２の個数を増やした方が、ファン軸出力、騒音は小さくなることが分かる。

次に、その理由を説明する。室内機の吹出し風量をＱ、シロッコファン１、スクロールケーシング２の個数をＮとすると、シロッコファン１、スクロールケーシング２の、１個当たりから吹出される風量は、Ｑ／Ｎである。よって、個数Ｎが多いほど、シロッコファン１の翼間風量は小さくなり、騒音が小さくなる。同様の理由で、ファン軸出力も小さくなる。

また、個数Ｎが多いほど、シロッコファン１の幅は短くなるため、ファン振れは生じにくくなり、ファン振れを抑制するためのベアリング１６が不要になる。

このように、ファンモータを両軸モータ１３Ａとし、両側にシロッコファン１，１と、スクロールケーシング２，２を備え、両軸モータ１３Ａを室内機の中央部に配置することにより、シロッコファン１とスクロールケーシング２の対でなる送風機１個当たりから吹出される風量を小さくすることができるため、室内機１７の、ファン軸出力、騒音を小さくすることができる。

本発明の実施形態１に係る空気調和機の室内機の側方から見た断面図である。 本発明の実施形態１に係る空気調和機の室内機の正面から見たシロッコファンと熱交換器の位置関係を示す模式図である。 本発明の実施形態１に係る空気調和機の室内機の翼間風量分布を示すグラフである。 ファンと熱交換器の位置関係を逆にした場合の風の流れを説明するための模式図である。 本発明の実施形態１に係る空気調和機の室内機の風の流れを説明するための側方から見た断面図である。 本発明の実施形態２に係る空気調和機の室内機の正面から見たシロッコファンと熱交換器の位置関係を示す模式図である。 本発明の実施形態３に係る空気調和機の室内機の騒音とファン幅の関係を示すグラフである。 本発明の実施形態３に係る空気調和機の室内機のＰ−Ｑ、Ｋｓ−Ｑ特性を示すグラフである。 本発明の実施形態３に係る空気調和機の室内機のシロッコファンと壁の位置関係（吸込み幅を）を示す模式図である。 本発明の実施形態３に係る空気調和機の室内機のＰ−Ｑ特性を示すグラフである。 本発明の実施形態４に係る空気調和機の室内機の正面から見たシロッコファンと熱交換器の位置関係を示す模式図である。 比較例の壁掛け型室内機の側方から見た断面図である。 比較例の壁掛け型室内機の翼間風量分布を示すグラフである。 比較例の壁掛け型室内機の翼負荷分布を示すグラフである。

符号の説明

１ 両吸込みタイプのシロッコファン、２ スクロールケーシング、５ 熱交換器、７ ドレンパン、１３，１３Ａ ファンモータ、１４ モータシャフト、１６ ベアリング、１７ 室内機。

Claims (4)

1. 吸込口と吹出口を有し空気調和機を使用する室内の壁面に固定される室内機本体と、
   圧力面と負圧面を有し前記吹出口に配置された上下ベーンと、
   前記室内機本体に固定されたファンモータと、
   前記ファンモータのシャフトに装着された両吸込みタイプのシロッコファンと、
   前記シロッコファンを収容し風路を形成するスクロールケーシングと、
   前記シロッコファンの下流側に多段曲げに配置された熱交換器と、
   を備え、
   前記熱交換器から前記吹出口に至る風路が、垂直方向の流れを形成する第１の風路と、水平方向の流れを形成する第２の風路とで構成され、前記第１の風路によって垂直方向の流れを形成することによって前記圧力面に沿った流れを形成し、第２の風路によって水平方向の流れを形成することによって前記負圧面に沿った流れを形成することを特徴とする空気調和機の室内機。
2. 前記ファンモータのシャフトを、前記シロッコファンを貫通する長さの片軸シャフトにして前記シロッコファンを貫通させ、前記ファンモータを前記室内機本体の一側部に配置し、該室内機本体の他側部に、前記ファンモータの前記片軸シャフトのシロッコファン貫通端部を支持して該片軸シャフトの位置を保持するベアリングを設けたことを特徴とする請求項１記載の空気調和機の室内機。
3. 前記シロッコファンと前記スクロールケーシングの幅を、前記シロッコファンのファン径よりも長くしたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の空気調和機の室内機。
4. 前記ファンモータのシャフトを両軸シャフトとし、両側のそれぞれに前記シロッコファン及び前記スクロールケーシングを備え、該ファンモータを前記室内機本体の幅方向中央部に配置したことを特徴とする請求項１記載の空気調和機の室内機。

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