JP2004117531A

JP2004117531A - 消音装置

Info

Publication number: JP2004117531A
Application number: JP2002277558A
Authority: JP
Inventors: Shinsaku Kawamoto; 河本　　真作; Kazuhiro Kobayashi; 小林　　一裕
Original assignee: Sasakura Engineering Co Ltd
Current assignee: Sasakura Engineering Co Ltd
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2022-09-24
Also published as: JP4208178B2

Abstract

【課題】軸流ファンの近くに配置されたときに吸音性能を確保しつつ気体の圧力損失を大幅に減少させる。
【解決手続】サイレンサー１は、チラーユニット１０の軸流送風機からなるファン２に近い位置に設けられ、ケーシング３、吸音内筒４及び吸音外筒５等で構成されている。吸音内筒４は、ファン２のハブ２１の直径ｄに近い外径ｄ_１の円筒状の多孔板４３の中に吸音材４２を充填して形成されている。外筒５は、羽根２２の外径Ｄに近い内径Ｄ_１を持ち内面をなす多孔板５１とケーシング３との間に吸音材５２を充填した構造になっている。
【効果】内筒が形状抵抗体にならず内外筒で通過気体を整流して吸音効果を維持しつつ圧力損失を最小にすることができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中心部分の支持体で支持されて回転され回転軸の方向に気体を送る羽根を備えた軸流送風機の前記回転軸の方向に前記軸流送風機に近い位置の範囲内に設けられ前記回転軸の方向に延設されたケースを備えた消音装置に関し、特に冷暖房装置の室外ユニットの発生させる騒音の拡散防止用として好都合に利用される。
【０００２】
【従来の技術】
例えば冷暖房装置の屋外ユニットでは、送風機で外気を取り入れて屋外熱交換器を流れる冷媒と熱交換させた後これを大気に放出している。このとき、送風機の風切り音や圧縮機の機械音等の騒音が発生するため、特にビル等の大型の装置においてこれを低減させる対策が講じられることが多い。例えば、空調機として、シロッコ型の送風機の吐出側や吸入側に消音チャンバが設けられているものがある（特許文献１参照。）。又、チラーユニットとして、シロッコファンの吐出側に９０°曲げられた消音フードを装備したものがある（例えば特許文献２参照。）。
【０００３】
上記の消音チャンバになるサイレンサーとしては、図４（ａ）及び（ｂ）に断面形状を示すようにセル型のものとスプリッター型のものとがあるが、セルを形成する吸音材からなる仕切１０１やスプリッター１０２が通過する空気の流路断面に存在するため、これらに空気が衝突することによって圧力抵抗が発生したり、流路の断面積の割りに表面積が大きいため、空気の摩擦抵抗も大きくなる。特に、このようなサイレンサー１００を図５（ａ）乃至（ｄ）のように軸流送風機からなるファン２の近くに設けると一層圧力抵抗が大きくなる。その結果、取り入れる外気の圧力損失が大きくなり、屋外ユニットの性能を低下させるという問題があった。
【０００４】
又、９０°曲げられた消音フードでは、屋外ユニットから発生する騒音の拡散方向を変えることによって騒音エネルギーを減少させるようにしているが、直角曲がりからなるエルボを設けた構造であるため圧力損失が大きい。特に、図５（ｅ）及び（ｆ）に示すように消音フード２００をファン２の近くに設ける場合には圧力損失が大きくなり、サイレンサーと同様に屋外ユニットの性能を低下させるという問題があった。
【０００５】
そして、従来のサイレンサーや消音フードでは、周囲への減音量が５ｄＢ〜１０ｄＢ程度であり、特に空気の吐出方向では５ｄＢ以下になる可能性があり、減音効果が小さいという問題があった。
【０００６】
一方、一般のサイレンサーとして、吸音体を小径の円筒体とし、これをケース内に互いに間隔を空けて多数個配設することにより、通常のスプリッター形のサイレンサーに較べて、間隔部分を流路にすることよって流路抵抗の増大を防止しつつ、ダクト形状や目的とする減音レベルへの対応を容易にし、更に製作費を低減させたものが提案されている（特許文献３参照。）。
【０００７】
しかしながら、このサイレンサーでは、セル形やスプリッター形のサイレンサーと同様に圧力抵抗や摩擦抵抗が大きいと共に、セル形のものと同様に吸音体が流路断面に一様に分布しているので、ダクト内の流れが一様でなければ、空間部の場所によって流速に大きな差が生じて全体としての流路抵抗が増えると共に、吸音材の一様な吸音効果が得られず吸音材の吸音性能が不十分になるという問題がある。
【０００８】
【特許文献１】
特開平３−５９３２６号公報（第１図、２図及び関連説明）
【特許文献２】
特開平２−１８７５４５号公報（第２図及び関連説明）
【特許文献３】
特開平９−２４３１５４号公報（図１、３及び関連説明）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、従来技術における上記問題を解決し、軸流送風機の近くに配置されたときに吸音性能を確保しつつ気体の圧力損失を大幅に減少させた消音装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決するために、請求項１の発明は、中心部分の支持体で支持されて回転され回転軸の方向に気体を送る羽根を備えた軸流送風機の前記回転軸の方向に前記軸流送風機に近い位置の範囲内に設けられ前記回転軸の方向に延設されたケースを備えた消音装置において、
一端側が前記回転軸の方向において前記支持体と対向し前記回転軸に直角な方向の大きさが前記支持体の大きさに対応して該大きさに近い大きさで前記ケースの中で前記回転軸の方向に延設され吸音材を備えた第１吸音部と、前記羽根の外径に対応して前記外径に近い内径を持ち前記ケースの内側まで設けられ吸音材を備えた第２吸音部と、を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、上記に加えて、前記軸流送風機は空調装置の室外熱交換器を備えた室外装置であって前記直角な方向に前記室外熱交換器との熱交換用の外気を取り入れる外気吸入部を備えた室外装置の開放された一端側に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用した消音装置としてのサイレンサーの構造例を示す。
サイレンサー１は、中心部分の支持体であるハブ２１で支持されて回転され回転軸の方向であり本例では上下方向であるＺ方向に気体として通常空気を送る軸流羽根からなる羽根２２を備えた軸流送風機であるファン２のＺ方向の上方にこれと近い位置の範囲内として本例では一端側がファン２を囲うような位置に設けられていて、Ｚ方向に延設されたケースとして本例では角形のケーシング３を備えていて、第１吸音部である内筒４と第２吸音部である外筒５とを有する。
【００１３】
ファン２は、そのケーシング２３又はその支持体１１に取り付けられたモータ２４を備えていて、その駆動軸に前記ハブ２１が取り付けられて回転され、羽根２２が回転されるようになっている。
【００１４】
内筒４は、一端側である先端４１がＺ方向においてハブ２１と対向しＺ方向に直角な方向であるＸＹ面方向の大きさがハブ２１の大きさであり羽根２２の内径である直径ｄに対応してこれに近い大きさとして外径ｄ_１でケーシング３の中でＺ方向に延設されていて、吸音材４２を備えている。
【００１５】
外径ｄ_１は、吸音性の点では大きい方がよいが風圧抵抗の点では小さい方がよいので、これらのバランスから定められ、通常、直径ｄと同程度から２０〜３０％位までの範囲の大きさにされる。このような外径ｄ_１を持つ内筒４は、円筒状の多孔板４３の中に前記吸音材４２を充填した構造になっている。本例では、多孔板４３はアルミニウム製であり、吸音材４２としては撥水性グラスウールが用いられている。なお多孔板４３は亜鉛メッキ鋼板や塗装鋼板等の他の材料でできていてもよい。符号４４はステー兼風向ガイド板で放射状に８本設けられている。なおこのようなガイド板は平板であってもよい。又、（ｂ）では図示を省略している。
【００１６】
外筒５は、羽根２２の外径Ｄに対応してこれに近い内径Ｄ_１を持ちケーシング３の内側まで設けられている。即ち、内筒４と所定の間隔として（Ｄ_１−ｄ_１）／２の半径幅Ｂの空間部を持ってケーシング３の内側の周囲として四隅を含み内面から最小厚みＷを持つように設けられている。
【００１７】
内径Ｄ_１は、吸音性の点ではＷが大きくなるように小さい方がよいが、通過する空気の圧力損失の点ではＢが大きくなるように大きい方がよいので、これらのバランスから定められ、通常、直径Ｄと同程度から２０〜３０％位までの範囲の大きさにされる。この場合、ケーシング３の大きさは、直径Ｄ_１に対応して目的とする吸音性能が得られるように定められる。外筒５も内筒４と同様に、内面をなすアルミニウム製の多孔板５１とケーシング３との間に撥水性グラスウールの吸音材５２を充填した構造になっている。なお、本例ではケーシング３を角形にしているが、円筒形等の他の形状であってもよいことは勿論である。
【００１８】
支持体１１は、本例では空調装置の室外装置であるチラーユニット１０のケーシング１１になっている。即ち、本例では、ファン２は、空調装置の室外熱交換器１２を備えたチラーユニット１０の開放された一端側として支持体１１でありケーシング１１の上方に設けられている。チラーユニット１０は、ＸＹ方向として本例ではＸ方向の両側に矢印で示すように室外熱交換器１２との熱交換用の外気を取り入れる外気吸入部１３を備えている。この部分には金網が設けられている。室外熱交換器１２の下には圧縮機１４等が配設されている。室外熱交換器１２は、詳細図示を省略しているが、フィンチューブ等からなる熱交換用の管群が適当に支持されていて空気の通過可能な構造になっている。
【００１９】
以上のようなサイレンサー１は、これを装備しているチラーユニット１０が運転されたときに以下のような作用効果を発揮する。
チラーユニット１０は、空調装置の冷房、暖房、蓄冷熱槽がある場合の蓄冷、蓄熱、等の各種の使用条件のときに運転される。室外熱交換器１２は、冷房や蓄冷時には外気に熱を放出する凝縮器になり、暖房や蓄熱時には外気から熱を吸収する蒸発器として運転される。これらの場合に、圧縮機１４、室外熱交換器１２、ファン２等が運転され、ファン２は、外気吸入部１３から外気を吸入し、室外熱交換器１２を通過させてサイレンサー１を通して排出する。室外熱交換器１２と圧縮機１４との間では冷媒ガスが流される。
【００２０】
このようなチラーユニット１０の運転において、軸流送風機であるファン２は羽根２２から軸方向であるＺ方向であって本例では上方に空気を吐出する。その量は、ハブ２１の直径である羽根の内径ｄから外径Ｄまでの間において、内径側が少なく中間部分から外径側で多くなる。これに対して、内筒４の外径ｄ_１は羽根の内径ｄと同程度乃至少し大きい寸法にされているので、羽根２２からＺ方向に吹き出された空気が多少拡散するとしても、羽根２２に近い位置にある内筒４の先端４１の部分に衝突する量はごく僅かである。従って、内筒４が羽根２２から吐出された空気に発生させる圧力抵抗は極めて小さい。又、内筒４は通常余り長い寸法にはされないので、空気の摩擦抵抗も十分小さい。従って、内筒４があっても、それによって生ずる空気抵抗は十分小さい値である。
【００２１】
又、外筒５の内径Ｄ_１は羽根２２の外径Ｄと同程度より大きくされるので、内筒４の場合と同様に、羽根２２の吐出空気が衝突せず形状抵抗である圧力抵抗がないと共に摩擦抵抗も小さい。更に、内筒４と外筒５との間には羽根２２からの吐出空気の流速と同程度以上の流速にならないように空間部となって空気流路を形成する半径幅Ｂが設けられていて、このＢ部分が羽根の吐出する空気量に対応するように半径に比例して単位幅当たりの断面積が大きくなるように形成されているので、内外筒による整流効果が生じてサイレンサーを通過する空気の流れ状態が良くなる。その結果、内外筒４、５で発生させる空気抵抗が十分小さい値になる。
【００２２】
一方、空気抵抗を最小化させるように極めて合理的に設けられた内外筒４、５では、表面の多孔板４３、５１の内部に吸音材４２、５２が装填されているので、必要な吸音性能も得られることになる。この場合、外筒５の吸音材部分は最小厚みＷを持つように設けられるが、ケーシング３を適当な大きさにすることによって最小厚みＷを調整し、目的とする吸音性能を得ることができる。
【００２３】
以上のようにサイレンサー１の空気通過抵抗が十分小さいので、チラーユニット１０には十分な外気量が吸入されて室外熱交換器１２を円滑な流れで通過するため、必要な熱交換量を確保してチラーユニットの性能を良好に維持することができる。
【００２４】
そしてこの場合、サイレンサーを持つチラーユニットとして、軸流送風機と本発明のサイレンサーとを組み合わせているので、チラーユニットを含めた全体の空気流れが、横から入って軸流ファンの吸入吐出方向である上方に出て行くだけという最も単純化されたものになっている。従って、空気流路に、従来のシロッコファンを用いた装置のような流路の縮小や拡大や余分な曲がりがない。その結果、チラーユニット全体としての空気の流れ状態が良く抵抗が少なく、この点でもチラーユニットの熱交換性能が良くなっている。
【００２５】
このようにチラーユニット１０が運転され、吸入した外気の流れと共に主として軸流送風機２の発生させる騒音がサイレンサー１に入って来ると、サイレンサー１は十分な吸音性能に発揮して騒音を低減させることができる。
【００２６】
発明者等は、以上のような本発明を適用した図１に示す本例のサイレンサーと、図５に示す従来例１としてのスプリッター型サイレンサー及び従来例２としての消音フードとについて、以下のような寸法のものを用いて消音試験を行い、図２及び図３に示す減音性能及び圧力損失のデータを得た。

減音性能を示す図２の結果によれば、図において実線と黒丸とで示す本例のサイレンサーでは、最大減音量１６ｄＢまでの減音性能が得られ、又、２５０Ｈｚ以下の低周波数部分を除いて従来のスプリッター型サイレンサーと同等以上で消音フードより大幅に高い減音性能が得られた。この場合、軸流送風機の発生させる騒音は通常５００Ｈｚ程度より高い周波数領域にあるため、本発明のサイレンサーは、主としてチラーユニット等の軸流送風機を装備した装置に使用されたときに最大の減音効果を発生させ、そのような用途に最適なものとなる。
【００２７】
圧力損失を示す図３の結果によれば、図において実線と黒丸で示す本例のサイレンサーの圧力損失は、従来のサイレンサー又は消音フードの１／３程度以下であり、１００ｍ^３／ｍｉｎ　程度の通常の使用風量では１０Ｐａ以下の十分小さい値である。従って、チラーユニット等に使用されたときに、室外熱交換器に供給される外気量を確保してその熱交換却能力を発揮させ、空調装置の性能を良好に維持することができる。
【００２８】
この場合、本発明のサイレンサーでは圧力損失が問題にならない位十分小さくなっているので、サイレンサーを装備することを予定していない既存の空調装置の屋外ユニットに対しても、その性能を低下させることなくサイレンサーを取り付けることができる。又、チラーユニットとサイレンサーとを直付けしてこれらの全体形状をコンパクトにすることができると共に、そのようにしてもチラーユニットのピーク周波数で高い減音性能を発揮し、且つ、低周波数域でも十分な減音性能を発揮することができる。
【００２９】
【発明の効果】以上の如く本発明によれば、請求項１の発明においては、軸流送風機の消音装置が第１吸音部と第２吸音部とを備えていて、第１吸音部は、その一端側が軸流送風機の回転軸の方向においてその羽根の支持体に対向し回転軸に直角な方向であるラジアル方向の大きさが支持体の大きさに近い所定の大きさで消音装置のケースの中で回転軸の方向に延設されていて吸音材を備えているので、軸流送風機の吐出する空気に殆ど圧力損失を与えることなく、軸流送風機が発生させる騒音を吸収して減音することができる。
【００３０】
即ち、軸流送風機では、羽根が軸方向に空気を吐出するが、その吐出量は、支持体に取り付けられた羽根の付け根の位置では０でそれから先端側に多くなるため、支持体に対向する第１吸音部の一端側を支持体の大きさに対応してこれに近い大きさにしていることにより、軸流送風機が吐出する空気が殆ど支持体に衝突しない。その結果、支持体が吐出空気に対して圧力抵抗を与えることがない。
【００３１】
又、第１吸音部が回転軸の方向に延設されているので、軸流送風機の吐出した空気流れを整流する効果を有する。更に、第１吸音部のようなサイレンサーの吸音部は通常余り長い長さにはされないので、これに沿って流れる空気に与える摩擦抵抗も少ない。その結果、第１吸音部が軸流送風機の吐出する空気に与える圧力損失は極めて小さい値になる。一方、第１吸音部は吸音材を備えているので、軸流送風機が発生させる騒音を吸収することができる。
【００３２】
又、第２吸音部は、軸流送風機の羽根の外径に対応してこれに近い内径を持ち消音装置のケースの内側まで設けられているので、第１吸音部との間で羽根に対応した軸方向部分を空間部として確保することができる。その結果、第１吸音部と同様に、軸流送風機の吐出した空気が直接当たって抵抗になったり大きな摩擦抵抗を発生させることがないと共に、外側の空気流れを整流する効果を有し、第２吸音部の発生させる圧力損失も十分小さい値になる。一方、第２吸音部も吸音材を備えているので、軸流送風機が発生させる騒音を吸収することができる。そしてこの場合、第２吸音部がケースの内側まで設けられるので、ケースの大きさを調整することによって吸音効果を調整し、発生する騒音に対して目的とする減音量を得ることができる。
【００３３】
従って、第１及び第２吸音部を備えた消音装置は、十分小さい圧力損失により、軸流送風機の送風能力を確保し、例えば空調装置の屋外のチラーユニット等に用いられたときにその性能を良好に維持しつつ、騒音を低減させる効果を発揮する。
【００３４】
請求項２の発明においては、軸流送風機が、空調装置の室外熱交換器を備えた室外装置であって、軸流送風機の吐出方向に直角な方向に室外熱交換器との熱交換用の外気を取り入れる外気吸入部を備えた室外装置の開放された一端側に設けられているので、消音装置及びこれが装着された空調装置の室外装置を含めた全体において、取り入れる外気の流れ経路が横から入って軸流送風機の回転軸の方向に出て行くだけという最も単純化されたものになっている。従って、空気流路に従来のシロッコファンを用いた装置のような流路の縮小や拡大や余分な曲がり部分を設ける必要がない。その結果、室外装置全体として空気の流れ状態が良くなって抵抗が少なくなり、外気が十分取り入れられ、室外熱交換器の性能が一層良好に発揮されることになる。
【００３５】
【図１】【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したサイレンサー及びこれを装着したチラーユニットの概略構成を示す説明図で、（ａ）は縦断面状態、（ｂ）はサイレンサー部分の横断面状態、（ｃ）はファン部分の平面状態を示す。
【図２】上記サイレンサーと従来のサイレンサー及び消音フードの減音性能を示す曲線図である。
【図３】上記サイレンサーと従来のサイレンサー及び消音フードの圧力損失を示す曲線図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は従来のセル型及びスプリッター型サイレンサーの横断面図である。
【図５】従来のセル型サイレンサー、スプリッター型サイレンサー及び消音フードを軸流送風機の出口部分に取り付けた状態を示し、（ａ）、（ｃ）及び（ｅ）はそれぞれの断面図及び平面図で、（ｂ）、（ｄ）及び（ｆ）はそれぞれの正面図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　サイレンサー（消音装置）
２　　　　　　　　　ファン（軸流送風機）
３　　　　　　　　　ケーシング（ケース）
４　　　　　　　　　吸音内筒（第１吸音部）
５　　　　　　　　　吸音外筒（第２吸音部）
１０　　　　　　　　チラーユニット（室外装置）
１２　　　　　　　　室外熱交換器
１３　　　　　　　　外気吸入部
２１　　　　　　　　ハブ（支持体）
２２　　　　　　　　羽根
４１　　　　　　　　一端側
４２　　　　　　　　吸音材
ｄ　　　　　　　　　ハブの直径、羽根の内径（支持体の大きさ）
ｄ_１　　　　　　　　吸音内筒の外径（支持体の大きさに近い大きさ）
Ｄ　　　　　　　　　羽根の外径
Ｄ_１　　　　　　　　吸音外筒の内径
Ｚ　　　　　　　　　上下方向（回転軸の方向）

Claims

中心部分の支持体で支持されて回転され回転軸の方向に気体を送る羽根を備えた軸流送風機の前記回転軸の方向に前記軸流送風機に近い位置の範囲内に設けられ前記回転軸の方向に延設されたケースを備えた消音装置において、
一端側が前記回転軸の方向において前記支持体と対向し前記回転軸に直角な方向の大きさが前記支持体の大きさに対応して該大きさに近い大きさで前記ケースの中で前記回転軸の方向に延設され吸音材を備えた第１吸音部と、前記羽根の外径に対応して前記外径に近い内径を持ち前記ケースの内側まで設けられ吸音材を備えた第２吸音部と、を有することを特徴とする消音装置。
前記軸流送風機は空調装置の室外熱交換器を備えた室外装置であって前記直角な方向に前記室外熱交換器との熱交換用の外気を取り入れる外気吸入部を備えた室外装置の開放された一端側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の消音装置。