JPH04276199A - オリフィスシュラウド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般にブレード付軸流
ファン用シュラウドの設計及び構造に関する。特に、本
発明は、工業上（冷媒対空気熱交換器ポンプを含んでい
る）分割空調システムとして知られているシステムにお
いて、圧縮機及び戸外熱交換器を収容する箱を介して空
気を循環させるファン用のシュラウドに関する。

【０００２】

【従来の技術】効率及び放射ノズルレベルの低減が、空
調システムの全ての素子の設計及び構造における課題に
なっている。空気流ノイズは、典型的空調システムの多
数の素子によって発生される全放射ノイズの主要な要因
である。そのような１つの素子が、箱内に含まれる冷媒
対空気熱交換器上に、及び外箱を介して空気を移動させ
るファンである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】空調システムを適切に
動作させるためには、外側の冷媒対空気熱交換器を横切
る或る最小の空気流速が必要とされる。外箱を通過する
、従って熱交換器上を通過する全空気流速は、ファンに
よって掃かれる実効面積及びファンを通る空気の平均速
度の関数である。一般に、放射ノイズレベルは、ファン
を通る空気流の速度が増すにつれて増加する。

【０００４】従って、本発明の目的は、空気流速、よっ
てファン放射ノイズレベルを最小に保ちながら、箱を通
る必要な空気流を得ることができるシュラウドを提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、最も重要な熱
交換器コイルを含んでいる箱の全ての部品からの非分割
空気流をファン中に強制流入させ、かつファン排出口を
通してその箱から外へ強制送出するファンシュラウドで
ある。

【０００６】本発明の好適な実施例では、ファンシュラ
ウドは、組み込まれたときにそのファンを取り囲む一般
にトロイダル状部材である。そのシュラウドは、トロイ
ダルの入口スロートの領域において惰円であり、シュラ
ウドの排出端に向かってテーパ付けされ、収束される。

【０００７】そのシュラウドは、いかなる適切な材料に
よっても製造され得る。しかし、特に、例えばブロー成
形プロセスによる合成樹脂材料から作るのが好ましい。

【０００８】

【作用】上述の目的を達成するため、設計者は、初めに
ファンの大きさを増大させるようにした。全体の寸法及
び箱のコストを最小化するなどの他の設計上の考慮が、
そのような単純な解決策に対して行われ、ファン効率を
改善し、従ってノイズを低減させるため、より一層精巧
な測定がなされる。

【０００９】他の考慮は、設計者の課題を複雑化する。 装置の全高を最小化するために、外箱のファン及びモー
タが、熱交換器のコイル状冷媒配管の間の環状空間の上
部に常に後退させられる。設計者は、少なくとも幾分の
空気が熱交換器の最も重要な配管コイル上を流れ、その
結果、熱交換器の実効熱伝達面積が維持されるように、
ファン及びそれと関連するシュラウドを構成しなくては
ならない。安全性、審美性及び他の考察も、カバーグリ
ルがファンの排出口上に装置頂部で適合されるように必
要である。グリルからの空気流ノイズも、箱からの全放
射ノイズに影響を与える。ファン自体からのノイズのよ
うに、このノイズは、グリルにおける最大空気速度を低
減することによって、低減させられ得る。

【００１０】

【実施例】図１及び図２は、断面図であり、それぞれ奥
まったファンの回りに適合された２つの異なる形の従来
のオリフィス状シュラウドを持つ分割空調システムの外
箱の上部を示している。図１及び図２ともに、システム
圧縮機（図示せず）及び他のシステム素子を含む中央空
洞を取り囲んでおりかつコイル状になっている管からな
っている冷媒対空気熱交換器１１を包囲している、空気
貫通ハウジング１５を有する外箱を表している。モータ
取付台及びグリル装置１４に取り付けられたファンモー
タ１２が、ファン１３を駆動する。

【００１１】図１は、凹状鋭角端形のシュラウド及びオ
リフィス装置１６Ａを示す。

【００１２】図１及び図２に流路矢印で示されている如
く、ファン１３は、空気貫通ハウジング１５を通して外
箱１０Ａまたは１０Ｂから、そのファン１３を通してさ
らに、モータ取付台及びグリル装置１４を通してユニッ
トから外へ空気を引っ張る。シュラウド及びオリフィス
装置１６Ａまたは１６Ｂは、空気流をファン１３の入口
に指し向け、少なくとも幾らかの空気流がファン１３の
前縁よりも高い熱交換器の部分上に与えらえる。

【００１３】図１の流路矢印もまた、シュラウド及び鋭
角端オリフィス装置１６Ａの入口及びその下流における
分割された流れ領域を示している。この空気流分割の効
果は、ファンからの空気の自由な流れを制限しようとす
る。その結果、ファンの性能及び実効放出面積が低減さ
れる。従って、この分割流の領域がある場合、そのファ
ンを通して所望の空気流速を得るためには、軸方向空気
速度をより一層大きくしてやる必要がある。その結果、
ファン速度またはブレードピッチが大きくなり、そのい
ずれかが、より大きなノイズレベルをもたらすことにな
る。箱内のその構造、方向及び位置のため、シュラウド
及びオリフィス装置１６Ａは、容易にごみや水分を集め
、さらに他の好ましくない結果を有するとともに、その
箱を通る空気流を破壊させる。

【００１４】図２の流路矢印は、従来のシュラウド及び
オリフィス装置がいかにしてファンの効率を低減させ、
より大きなノイズレベルをもたらすかを別の観点から説
明している。シュラウド及び裾広オリフィス１６Ｂの開
口は、冷媒対空気熱交換器１１の最上部からファン１３
に流れる空気を、オリフィスに入る際に、ほぼ１８０°
回転させることを必要とする。このような急激な方向変
化は、ファンブレード先端近傍において流路分離を生じ
させる。次に、この分離は、大きなブレード先端負荷、
先端漏洩、先端渦流、及び実効ブレード直径の低減を生
じさせ、その全てがファンの効率を低減させる。

【００１５】図３は、正面断面図であり、オリフィスシ
ュラウド２６と適合させられた分割空調システムの外箱
２０の上部を示している。そのシュラウドは本発明の一
実施例に従って構成され、後退させられたファン１３の
周囲に適合させられている。外箱２０は、システム圧縮
機（図示せず）及び他のシステム構成素子を含む中央空
洞を取り囲んでいるコイル状の配管から成る冷媒対空気
熱交換器２１を包囲している空気貫通ハウジング２５を
有する。モータ取付台及びグリル装置２４に取り付けら
れたファンモータ２２は、ファン２３を駆動する。

【００１６】図４は、生成軸回りに回転されるとき、本
発明の好適な実施例の原理を具体化しているトロイドを
生成する平面閉曲線を示している。図４は、以下に詳細
に説明するオリフィスシュラウド２６のある付加的寸法
及び特徴を示している。

【００１７】図５は、本発明の好適な実施例の正面断面
図である。図５は、オリフィス状シュラウド２６、ファ
ンモータ２２及びファン２３を示し、以下に詳細に説明
するオリフィスシュラウド２６のある付加的寸法及び特
徴を示している。図５の流路矢印は、オリフィス状シュ
ラウド２６を通る空気流の方向を示し、シュラウド２６
の下流すなわち放出端及び上流すなわち入口端を定義す
る。分割空調システムの外箱内でのその普通の配置によ
って、シュラウド２６の入口端は、その下方端またはそ
のようなものとしても参照される。また排出端は、その
上方端として参照される。図示されたシュラウド２６の
方向は、他に特に重要な意味を持たない。

【００１８】本発明の原理に従って構成されたオリフィ
ス状シュラウドは、そのシュラウドが作動されるファン
の回転軸と一致する共角生成軸の回りに曲線状平面線を
回転させることによって生成させられる表面形状をなし
ている壁構成として説明される。本発明の好適な実施例
においては、曲線状平面線は、平面閉曲線であり、閉曲
線の回転によって発生させられる表面は、従って、トロ
イドである。トロイダル状シュラウドが用いられる箱及
びファンの幾つかの寸法は、その形状及び寸法を示す。 生成軸に垂直な平面において、シュラウドは、一般に円
形すなわち環状である。

【００１９】次に図４を参照する。トロイダル部材を発
生する平面閉曲線Ｃは、そのトロイダル部材の前縁及び
入口部分で発生する曲線すなわち曲線セグメントメント
Ｓｉの部分において一般に惰円である。その惰円は、主
軸ＡＭ及び副軸Ａｍを有する。主軸ＡＭは、生成軸Ａｇ
に平行である。点ｍは、回転軸、及び回転させられると
き、トロイダル部材のスロートすなわち最小直径部分を
形成する曲線上の点方向に向いている惰円側部上のその
副軸と、惰円との交差部である。点Ｅは、回転させられ
るとき、トロイダル部材の排出端を形成する曲線上の点
である。前縁から排出端への軸方向距離は、Ｈｏである
。

【００２０】図５を参照する。トロイダル部材は、スロ
ート直径Ｄｔ及び排出端での直径Ｄｏを有する。オリフ
ィスシュラウド２６とともに動作するように設計される
ファンは、回転軸Ａｒ及び最大ブレードすなわち掃出直
径Ｄｆを有する。回転軸Ａｒは、平面閉曲線Ｃ（図４）
の生成軸Ａｇと一致している。ファン回転軸Ａｒから掃
出直径Ｄｆの０．４にあるブレード上の点で測定された
、ファンブレードの前縁から後縁までの軸方向深さは、
Ｈｆである。

【００２１】本発明の好適な実施例を具体化しているシ
ュラウドにおいて、惰円の副軸は、ファン掃出直径の０
．０８から０．１５倍の範囲にある。

【００２２】すなわち、 Ａｍ＝（０．０８から０．１５）Ｄｆ 　　その惰円の縦横比（副軸に対する主軸の比）は、１
．５から３．５倍の範囲内にある。

【００２３】すなわち、 ＡＭ＝（１．５から３．５）Ａｍ 　　シュラウドの軸方向深さは、惰円の半主軸と、軸方
向深さの０．５から２．５倍との和である。

【００２４】すなわち、 Ｈｏ＝ＡＭ／２＋（０．５から２．５）Ｈｆ

【００２５
】最適性能を得るため、ファンブレード先端とシュラウ
ドとの間のクリアランスは、最小すなわち理論的には０
であるべきである。しかし、実際には、ファンの全ブレ
ードを同一長さに製作したり、完全に丸いシュラウドオ
リフィスを製作すること、ファンを平行させること、及
びそのファンをシュラウドの中心に位置付けることは困
難であるため、ほぼ０に近いクリアランスを有するファ
ン及びシュラウド装置を製作し、輸送し、組み込み、動
作させることはほとんど不可能である。従って、ファン
ブレード先端とシュラウドオリフィスとの間にわずかな
クリアランスが許容される必要がある。本発明のオリフ
ィス状シュラウドは、ブレード先端クリアランスＣｆが
ファンの掃出直径の約０．００５から０．０１５である
とき、最適結果を与えることが見出された。

【００２６】すなわち、 　　　　Ｃｆ＝（Ｄｔ−Ｄｆ）／２＝（０．００５から
０．０１５）Ｄｆ 　　従って、シュラウドのスロート直径は、ファンの掃
出直径の１．０１０から１．０３０倍に設定される。

【００２７】すなわち、 Ｄｔ＝（１．０１０から１．０３０）Ｄｆ

【００２８】
シュラウド排出端の直径Ｄｏは、外箱、排出グリル及び
他の設計事項の寸法及び構造によって決められる。Ｄｏ
は、他の寸法及び考慮が許されるものと同じ大きさであ
るべきである。

【００２９】上述の範囲、Ａｍ＝０．１Ｄｆ，ＡＭ／Ａ
ｍ＝２．５，Ｈｏ＝ＡＭ／２＋１．８Ｈｆ及びＤｔ＝１
．０２Ｄｆ内のパラメータに合う物理特性を持つように
構成されたシュラウドを有するファンの試験によって、
典型的な従来シュラウドで生ずるノイズレベルと較べて
、７ｄＢａの音出力レベル低減を示す結果が得られた。

【００３０】（横断面が）楕円状の入口端の下流にある
内部及び外部壁の構造は、シュラウドの性能に対して致
命的なものではない。事実、スロートの下流に内壁があ
ることも必ずしも必要でない。しかし、そのような構造
は、図２に示され、上述された従来技術のシュラウドの
如く、ごみや水分の収集など、従来と同じ不利益の幾つ
かを受けることになる。図４に示された平面閉曲線Ｃは
、生成軸Ａｇ回りに回転させられるとき、所望の空気流
特性を有し、さらに審美的にも優れているトロイダル形
状のシュラウドをもたらす。

【００３１】曲線セグメントＳｅは、回転させられると
き、トロイダル状シュラウドの外壁を与える。外壁の構
造は、シュラウドの空気流性能に対して特に致命的なも
のではない。好適な実施例において、Ｓｅは、曲線セグ
メントＳｄは、回転させられるとき、トロイダル状シュ
ラウドの内壁を生成する。内壁を正確に構成することは
、シュラウドの空気流性能に対して臨界的要素とならな
い。好適な実施例において、Ｓｄは、径Ｒ及び生成軸Ａ
ｇから離れる方向へ伸び、かつ点Ｅ及び点ｍを接続して
いるような楕円の副軸Ａｍ上に存在する中心ｃを有する
円弧である。点ｍは、生成軸Ａｇの方向にある楕円側部
上の副軸Ａｍと、楕円との交差部である。内壁（図示せ
ず）の他の満足すべき構造は、生成軸Ａｇ方向の楕円側
部上で楕円に接する点Ｅからの直線を回転させることに
よって生成される面である。

【００３２】上記の検討で行われた如く、軸回りに線を
回転させることによって生成される面によって全てのオ
リフィス壁を説明することは、主として説明の簡潔さ、
容易さのためである。オリフィス壁のスロート及び前縁
を含んでいる入口部分は、オリフィスとともに使用され
るファンの周囲に密接に適合させるために、必ず円形で
ある必要がある。しかし、壁の排出部分及び後縁は円形
である必要はない。オリフィス状シュラウドを円形では
ない外箱に合わせることが望ましい場合にさらに適切で
あるように、後縁が円形ではない別の形状、例えば実質
的に四角形すなわち矩形である構造も、等しく満足する
。全ての場合、後縁によって包囲された面積は、他の設
計事項とできるだけ一致する大きさであるべきである。 オリフィス壁の排出部分は、スロートから後縁まで滑ら
かに遷移すべきである。オリフィスの排出区域において
、ファンの回転軸に垂直な平面で取られた横断面積は、
オリフィススロートの横断面積よりも小さい。平衡から
の逸脱がオリフィス性能に逆の影響を与えないように、
オリフィス前縁を含んでいる平面がオリフィス後縁を含
んでいる平面に平行であることもまた、必ずしも必要で
ない。

【００３３】本発明のシュラウドは、いかなる適切なプ
ロセスによってもいかなる適切な材料からも製作され得
る。そのような１つの材料がポリエチレンなどの合成樹
脂である。トロイダル状合成樹脂シュラウドの適切な製
造プロセスとしては、ブロー成形がある。ブロー成形さ
れたトロイダル状シュラウドは、中空であり、従って重
量が軽く、材料が少なくて良く、同一の材料から製作さ
れた中実シュラウドよりもコスト的に安く、しかも同一
の空気流性能を有する。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、上述のようにして空気
流速、よってファン放射ノイズレベルを最小に保ちなが
ら、箱を通る必要な空気流を得ることができるシュラウ
ドが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】引っ込められた鋭角端ファンオリフィスを有す
る従来のファンシュラウドを採用している分割空調シス
テムの外箱の上部の正面断面図である。

【図２】裾広ファンオリフィスを有する従来のファンシ
ュラウドを採用している分割空調システムの外箱の上部
の正面断面図である。

【図３】本発明の一実施例を含んでいるファンシュラウ
ドを採用している分割空調システムすなわち冷媒対空気
熱交換器ポンプシステムの外箱の上部の正面断面図であ
る。

【図４】生成軸回りに回転されるとき、本発明の原理を
具体化しているトロイドを生成する平面閉曲線の図であ
る。

【図５】ブレード付軸流ファンの回りに組み込まれた本
発明のファンシュラウドの正面断面図である。

【符号の説明】

１０Ａ，１０Ｂ　　外箱 １１　　熱交換器 １２　　ファンモータ １３　　ファン １４　　グリル装置 １６Ａ，１６Ｂ　　オリフィス装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　回転軸を有する軸流ファンとともに使
   用するためのオリフィス状シュラウドであって、その壁
   構成は、スロート、前縁を有する入口部分、外側部分及
   び、上記スロートから上記軸流に関して下流にある後縁
   とを有し、上記壁構成は、上記回転軸と一致する共角生
   成軸回りに曲線状平面線を回転させることによって生成
   される面のような形状をなしており、上記曲線状平面線
   は、副軸と主軸を有する惰円の部分である惰円セグメン
   トであって、上記生成軸回りに回転させられるとき、上
   記入口部分を生成する上記主軸が、上記回転軸に平行で
   あるような惰円セグメントと、上記生成軸方向にある上
   記惰円の側部上の副軸と上記惰円の交差部において、上
   記生成軸回りに回転させられるとき、上記スロートを生
   成する端部を形成している第１点と、上記生成軸回りに
   回転させられるとき、上記後縁を生成する端部を形成し
   ている第２点と、上記生成軸から離れている上記惰円の
   側部を、上記生成軸回りに回転させられるとき、上記外
   側部分を生成する上記第２点と接続している外側セグメ
   ント、を有することを特徴とするオリフィス状シュラウ
   ド。
2. 【請求項２】　　回転軸を有する軸流ファンとともに使
   用するためのオリフィス状シュラウドであって、その壁
   構成は、スロート、入口部分、上記軸流に関して上記ス
   ロートから下流にある後縁、及び外側部分を有し、上記
   壁構成の上記スロート及び入口部分は、上記回転軸と一
   致する共角ジュネ回りに曲線状平面線を回転させること
   によって生成される面のような形状をなしており、上記
   曲線状平面線は、副軸と主軸を有する惰円の部分である
   惰円セグメントであって、上記生成軸回りに回転させら
   れるとき、上記入口部分を生成する上記主軸が、上記回
   転軸に平行であるような惰円セグメントと、上記生成軸
   方向にある上記惰円の側部上の副軸と上記惰円の交差部
   において、上記生成軸回りに回転させられるとき、上記
   スロートを生成する端部を形成している第１点と、上記
   生成軸回りに回転させられるとき、上記入口部分から上
   記外側部分への遷移領域を生成するセグメントを形成し
   ている上記生成軸から離れている上記惰円の側部に存在
   しているある範囲の第２点を有し、上記後縁は、平面閉
   曲線上の２点を接続し、かつ上記生成軸を通過するすべ
   ての直線の長さが、上記スロートの直径に等しいかそれ
   よりも大きい構造の上記平面閉曲線であって、さらに、
   上記外側部分は、上記遷移領域を上記後縁に結んでいる
   単一の連続表面であることを特徴とするオリフィス状シ
   ュラウド。
3. 【請求項３】　　回転軸から径方向に伸びている複数個
   のブレードを有し、上記ブレードのそれぞれがブレード
   前縁、ブレード後縁及び先端を有している軸流型のファ
   ンと、上記回転軸から最も速い上記ブレードの１つの点
   が上記回転軸回りに回転するときに描かれる円の直径で
   ある掃出直径と、上記回転軸からの上記掃出直径の．０
   ４にある上記ブレード前縁上の点を通過している上記フ
   ァンの回転軸に垂直な第１平面と、上記回転軸からの上
   記掃出直径の０．４にある上記ブレード後縁上の点を通
   過している上記ファンの回転軸に垂直な第２平面との間
   の垂直距離であるブレード軸方向深度とを有し、さらに
   、スロートと、前縁を有する入口部分、上記スロートか
   ら上記軸流に関して下流にある後縁、外側部分、及び壁
   構成前縁から壁構成後縁までの軸方向距離を有する上記
   壁構成とを備え、上記スロート及び入口部分は、上記回
   転軸と一致する共角ジュネ回りに曲線状平面線を回転さ
   せることによって生成される面のような形状をなしてお
   り、上記曲線状平面線は、副軸と主軸を有する惰円の部
   分である惰円セグメントであって、上記生成軸回りに回
   転させられるとき、上記入口部分を生成する上記主軸が
   、上記回転軸に平行であるような惰円セグメントと、上
   記生成軸方向にある上記惰円の側部上の副軸と上記惰円
   の交差部において、上記生成軸回りに回転させられると
   き、上記スロートを生成する端部を形成している第１点
   と、上記生成軸回りに回転させられるとき、上記入口部
   分から上記外側部分への遷移領域を生成するセグメント
   を形成している上記生成軸から離れている上記惰円の側
   部に存在しているある範囲の第２点を有し、上記後縁は
   、平面閉曲線上の２点を接続し、かつ上記生成軸を通過
   するすべての直線の長さが、上記スロートの直径に等し
   いかそれよりも大きい構造の上記平面閉曲線であって、
   さらに、上記外側部分は、上記遷移領域を上記後縁に結
   んでいる単一の連続表面であることを特徴とするオリフ
   ィス状シュラウドであって、さらに、上記壁構成軸方向
   距離は、上記惰円主軸の０．５に上記ブレード軸方向距
   離の０．５から２．５倍を加算したものに等しいことを
   特徴とするファン及びオリフィスシュラウド装置。