JP2005207278A - 渦流ブロワ - Google Patents

Abstract

【課題】 干渉騒音の吸収が吸音器以外の手段によって与えられるようにした渦流ブロワを提供すること。
【解決手段】 環状溝からなる昇圧路９に隔壁１４を設けることにより、吸込口１０の連通路１０Ｂに連なる吸込開口１０Ａと、吐出口１１の連通路１１Ｂに連なる吐出開口１１Ａを形成させた渦流ブロワのケーシング８において、隔壁１４に複数個の孔（貫通穴）１８を設け、これらの孔１８により、連通路１０Ｂと連通路１１Ｂの間に形成されている空間部１７が昇圧路９に連通され、ここにヘルムホルツ吸音器が形成されるようにし、これにケーシング８の内部で発生する干渉騒音が共鳴し、共鳴作用により打ち消されて減衰されるようにしたもの。
【選択図】 図１

Description

本発明は、送風用などに使用する渦流ブロワに係り、特に、低騒音化が重視される渦流ブロワに関する。

渦流ブロワは、比較的小容量の送風機として、周知のように、従来から広く使用されている。そこで、従来の渦流ブロワの一般的な構成について、図２により説明すると、ここで、図２の(a)は側断面図、同図(b)は正面図で、これらの図において、１は誘導電動機、２はブロワ部(渦流ブロワ部)、３は誘導電動機１の回転軸、４は渦流ブロワの羽根車、５は羽根車４のブレード、６は羽根車４の環状溝、７は羽根車４のハブ(回転体の中心にある部材)、８は渦流ブロワ部のケーシング、９はケーシング８の昇圧路、１０は渦流ブロワ部の吸込口、１１は渦流ブロワ部の吐出口、１２は渦流ブロワ部のカバー、そして１３は誘導電動機１のエンドカバーである。

ここで、この渦流ブロワは、図示のように、誘導電動機１とブロワ部(渦流ブロワ部)２に大別されている。そして、このブロワ部２は、羽根車４とケーシング８を主要部としており、羽根車４のハブ７を誘導電動機１の回転軸３に直接取付けることにより、羽根車４が誘導電動機１により回転駆動され、渦流ブロワとして動作するようになっている。

このため、羽根車４にはケーシング８が対向させてあるが、このケーシング８には通風路となる昇圧路９が設けてある。そして、この昇圧路９は、羽根車４の回転中心、つまり誘導電動機１の回転軸３の中心線Ｃを中心とする円弧状の溝(環状溝)として形成されており、且つ、この溝は、その断面が、回転軸３の中心線Ｃと平行な方向に開口した半円状に形成されている。

また、羽根車４は、これも図示のように、ハブ７と、環状溝６と、それにブレード５を備えている。そして、この環状溝６も、誘導電動機１の回転軸３の中心線Ｃを中心とする同心円からなる環状の溝として形成されており、且つ、この環状溝６も、その断面は、回転軸３の中心線Ｃと平行な方向に開口した半円状に形成されていて、その中に、円周方向を区切るようにして複数枚のブレード５が設けられている。

このとき、羽根車４は、図示のように、その環状溝６がケーシング８に向かうようにして誘導電動機１の回転軸３に取付けられ、他方、ケーシング８は、その昇圧路９の開いている方が羽根車４の環状溝６に対向するようにして誘導電動機１に取付けてあり、この結果、ケーシング８は誘導電動機１に近い方に位置し、他方、羽根車４は誘導電動機１から離れた方に位置していることになる。

ここで、吸込口１０と吐出口１１は、ケーシング８の昇圧路９に形成してある吸込開口１０Ａ(後述する)と吐出開口１１Ａ(後述する)に各々連通されるものなので、誘導電動機１側に向けて取付けられている。

図３は、従来の渦流ブロワのケーシングの一般的な構造を示す図で、図３の(a)はカバー１２と羽根車３を除いて示したケーシング８の正面図で、同図(b)は、図(a)の断面線による断面図である。

そして、これら図３(a)、(b)において、ケーシング８の下部で昇圧路９を構成している円弧状の溝(環状溝)の中に、図示のように隔壁１４を設け、これにより吸込開口１０Ａと吐出開口１１Ａが形成されるようにした上で、これらの吸込開口１０Ａと吐出開口１１Ａが、それぞれ連通部１０Ｂと連通部１１Ｂを介して、各々吸込口１０に連通されるようになっている。

これにより、羽根車４が回転したとき、そのブレード５がケーシング８の吸込開口１０Ａから吐出開口１１Ａに向かって昇圧路９方向に隔壁１４の面に沿って進み、吐出開口１１Ａを通ってから再び昇圧路９に向かい合ったまま吸込開口１０Ａに戻るという経路を辿ることになり、この過程において、吸込開口１０Ａから流入した空気などの気体に圧力差を与え、ケーシング８の吐出開口１１Ａから排出されてゆき、この結果、渦流ブロワとしての動作が得られることになる。

このとき、隔壁１４の面も含めて、羽根車４とケーシング８の間の空隙にはラビリンス構造が備えられ、これにより気体をシールし、圧力差が与えられた気体がケーシング８の吐出開口１１Ａから直接、吸込開口１０Ａに流れ込まないように封止している。

ところで、近年、この渦流ブロワに対して小型軽量化、高吐出圧力化、高効率化などの性能向上に加えて、特に低騒音化に対する要求が高まっているが、このとき渦流ブロワが発生する騒音は乱流騒音と干渉騒音の２種に大別される。

ここで、まず、乱流騒音とは、主としてケーシング８内の昇圧路９における気体の渦流旋回によって発生する騒音のことであり、次に、干渉騒音とは、図４に示すように、羽根車４のブレード５が隔壁１４の端部を通過する際、この部分を干渉音発生部位として発生される騒音のことである。

これら乱流騒音と干渉騒音は、何れもケーシング８の内部で発生するが、このとき、後者の干渉騒音は、その周波数が、回転数Ｎ(回転／秒)と羽根車のブレード枚数Ｚの積になり、ＮＺ成分と呼ばれる卓越音となって、特に耳障りな騒音となる。

ところで、この干渉騒音に対しては、従来から主として２種の低騒音化方法が適用されてきた。すなわち、発生源で騒音が発生するのを抑制して低騒音化を図る方法と、発生した騒音を吸収して減衰させ、低騒音化を図る方法の２種である。

ここで、前者、つまり発生源で騒音が発生するのを抑制して低騒音化を図る方法には、例えば羽根車４のブレード５に対して隔壁１４の形状を最適化し、これによりブレード５と隔壁１４の間で発生する干渉騒音を低減する方法がある。

次に、後者、つまり発生した騒音を吸収して低騒音化を実現する方法としては、図２に示されているように、吸音器１５を用いる方法が一般的で、この吸音器１５は、吸込口１０と吸込開口１０Ａの間を連通している通路と、吐出口１１と吐出開口１１Ａの間を連通している通路に夫々設けられ、内部に吸音材１６を備え、ここで騒音が吸収されるようにしている。

しかし、この場合、吸音材１６による吸音効果を高める為には吸音面積を大きくする必要があり、このため、吸音材１６を通風方向に長く配置したり、厚みを増やしたりするなど、吸音材を大きくする必要が有り、この結果、吸音器１５が大きくなってしまい、これに伴い、渦流ブロワ本体も大きくなってしまうという弊害が起きていた。

そこで、小さい吸音器で吸音面積を大きくする方法として、或る従来技術では、通風路をクランク形状にする方法について提案している(例えば、特許文献１参照。)。
特開平５−２０９６００号公報

上記従来技術は、通風路がクランク形状の吸音器を要する点に配慮がされているとは言えず、組立の煩雑化とコストの上昇に問題があった。

本発明の目的は、干渉騒音の吸収が吸音器以外の手段によって与えられるようにした渦流ブロワを提供することにある。

上記目的は、断面形状が略半円形の環状溝に複数のブレードを有する羽根車に、上記環状溝に対向した断面形状が略半円形の環状溝からなる円弧状昇圧路を有するケーシングが組合わされたブロワ部を備え、前記円弧状昇圧路に隔壁を設けて吸込開口と吐出開口を分離した渦流ブロワにおいて、前記隔壁に少なくとも１個の孔を設け、ヘルムホルツ共鳴器が形成されるようにして達成される。

このとき、前記ヘルムホルツ共鳴器は、前記吸込開口に連なる吸込通路と前記吐出開口に連なる吐出通路の間の空間部により形成されるようにしても上記目的が達成され、同じく、前記隔壁は、前記ケーシングに対して取り外し可能にされていても上記目的が達成される。

本発明によれば、干渉騒音の吸収が吸音器以外の手段によって与えられるので、組立が煩雑な吸音器を用いなくても干渉騒音の低減が得られ、この結果、小型で軽量な渦流ブロワを低コストで提供することができる。

以下、本発明による渦流ブロワについて、図示の実施形態により詳細に説明する。

ここで、本発明の一実施形態においても、誘導電動機１とブロワ部(渦流ブロワ部)２からなる全体の構成は、図２で説明した従来技術と同じであり、異なっているのは、図３で説明したケーシング８回りの構成、特に隔壁１４の構成にある。

そこで、以下、図１により、この実施形態におけるケーシング８と隔壁１４に重点をおいて説明し、その他の点についての説明は、上記した従来技術についての説明に譲ることにして、ここでは割愛する。

図１は、本発明による渦流ブロワの一実施形態におけるケーシングの構造を示す図で、図１の(a)はカバー１２と羽根車３を除いて示したケーシング８の正面図で、同図(b)は、図(a)の断面線による断面図である。

そして、これら図１(a)、(b)において、ケーシング８の下部で昇圧路９を構成している円弧状の溝(環状溝)の中に、図示のように隔壁１４を設け、これにより吸込開口１０Ａと吐出開口１１Ａが形成されるようにした上で、これらの吸込開口１０Ａと吐出開口１１Ａが、それぞれ連通部１０Ｂと連通部１１Ｂを介して、各々吸込口１０に連通されるようになっているが、これは、図３で説明した従来技術の場合と同じである。

そして、これにより、羽根車４が回転したとき、そのブレード５がケーシング８の吸込開口１０Ａから吐出開口１１Ａに向かって昇圧路９方向に隔壁１４の面に沿って進み、吐出開口１１Ａを通ってから再び昇圧路９に向かい合ったまま吸込開口１０Ａに戻るという経路を辿ることになり、この過程において、吸込開口１０Ａから流入した空気などの気体に圧力差を与え、ケーシング８の吐出開口１１Ａから排出されてゆき、この結果、渦流ブロワとしての動作が得られることになる点も、図３で説明した従来技術の場合と同じである。

また、隔壁１４にはラビリンス構造が備えられ、これにより気体をシールし、圧力差が与えられた気体がケーシング８の吐出開口１１Ａから直接、吸込開口１０Ａに流れ込まないように封止している点も、図３で説明した従来技術の場合と同じである。

ここで、このような渦流ブロワの場合、この隔壁１４には、通常、羽根車４のブレード５の２〜５枚分の間隔に相当する面積を確保させている。そこで、本発明は、この隔壁に隣接してケーシングに共鳴器を設け、この共鳴器を昇圧路に連通させことによりヘルムホルツ吸音器が形成されるようにしたもので、このため、これら図１(a)、(b)に示した本発明の一実施形態では、隔壁１４に複数個(図では６個)の孔(貫通穴)１８を設けたものである。

このとき、これらの孔１８は、図示のように、隔壁１４の吸込開口１０Ａと吐出開口１１Ａの間の中央部分において、吐出開口１１Ａの近傍に並べて配置されていて、これにより、昇圧路９の内部を空間部１７に連通する働きをする。

ここで、この隔壁１４は、ケーシング８と一体とせず、取り外し可能な構造にしても良い。通常、ケーシング８は、ダイキャスト成型されるが、この場合、隔壁１４が取り外せれば、ダイキャスト成型後、別に作られている隔壁１４を取付けることができ、ケーシングの製造が容易になる。

このときの空間部１７は、ケーシング８の下部で吸込開口１０Ａと吐出開口１１Ａの間に残されている部分を利用し、これが隔壁１４により密閉された結果、閉鎖空間として形成されているものであるが、ここで、孔１８が隔壁１４に設けられたことにより、内部が昇圧路９の中に連通されることになる。

ところで、このような空間部１７は、閉鎖された状態では、その内容積などで決まる周波数の共鳴器として働くが、ここで孔１８が設けられたことにより、昇圧路９の中の音に対してヘルムホルツ吸音器を形成する。

ここで、ヘルムホルツ吸音器は、特定の周波数で共振する共鳴器により吸音効果が発揮されるようにしたもので、このときの吸音周波数(共振周波数)をｆ［Ｈｚ］とすると、これは、音速ｃ［ｍ／ｓ］、共鳴器の内容積Ｖ［ｍ³］、孔１８の数ｎ［個］、孔１８の半径ａ［ｍ］、隔壁１４の厚さｔ［ｍ］としたとき、次の（１）式で表される。

ｆ＝（ｃ／２π）・｛√（Ｃo／Ｖ）｝［Ｈｚ］…………（１）
ここで、Ｃo：ｎπａ²／（ｔ＋１．６）である。

従って、このときの吸音周波数ｆ、又はこの吸音周波数ｆの整数倍が、ケーシング８の内部で発生する干渉騒音の周波数と一致するように、孔の数ｎ、孔の半径ａ、隔壁の厚さｔ、共鳴器容積Ｖを設定することにより、ケーシング内部にヘルムホルツ吸音器を形成させることができる。ここで、孔１８の数ｎは１でも良い。

ここで、図４で説明したように、干渉騒音は、ケーシング８の吐出口側で、羽根車４に設けたブレード５が隔壁１４の端部を通過する際に発生するものであるが、この干渉騒音の周波数ｆa［Ｈz］は、羽根車の毎秒当りの回転数をＮ［回転／秒：ＲＰＳ］、ブレードの枚数をＺ［枚］としたとき、次の（２）式で表される。

ｆa ＝Ｎ×Ｚ［Ｈz］…… ……（２）
なお、このときのＮについては、回転周波数と呼ぶ場合もある。

従って、例えば毎秒当りの回転数５０（３０００ＲＰＭ）、ブレード枚数２４の渦流ブロワの場合、上記（２）式から、ｆa ＝１２００［Ｈz］となる。そこで、この干渉騒音周波数ｆａと同じ吸音周波数になるようにヘルムホルツ吸音器を構成させれば、干渉騒音はこのヘルムホルツ吸音器で吸音される。

そこで、いま、空間部１７と隔壁１４について、
ｃ＝３８７．８［ｍ／ｓ］（気体温度１００℃のとき）
ｎ＝６［個］
ａ＝３．４×１０^-3［ｍ］
ｔ＝５．０×１０^-3［ｍ］
Ｖ＝５．４×１０^-5［ｍ³］
となるように設計したとすると、上記（１）式から、ｆ＝１２１３［Ｈｚ］が得られ、この結果、ｆａ≒ｆ とすることができる。

この場合、羽根車４のブレード５と隔壁１４の端部で発生した干渉騒音は、隔壁１４と空間部１７、それに孔１８により構成されるヘルムホルツ吸音器の共鳴作用により打ち消され、ケーシング８の内部で低いレベルに抑えられてから外部に送り出されるようになり、従って、この実施形態によれば、消音材１６を備えた消音器１５の働きと相俟って大きな消音作用が得られ、低騒音の渦流ブロワを容易に得ることができる。

また、この実施形態によれば、ヘルムホルツ吸音器の共鳴作用により干渉騒音を抑えることができるので、消音材を備えた消音器を用いなくても低騒音化が図れ、低騒音の渦流ブロワを得ることができる。

ところで、この実施形態によれば、空間部１７は、上記したように、ケーシング８の下部で吸込開口１０Ａと吐出開口１１Ａの間に残されている部分を利用して形成されている。従って、この実施形態に場合、ヘルムホルツ吸音器を形成したにもかかわらず、ケーシング８の寸法は従来技術の場合と同じままで済み、むという利点がある。

本発明による渦流ブロワの一実施形態におけるケーシングと隔壁の説明図である。 渦流ブロワの一例を示す断面図である。 従来技術による渦流ブロワの一例におけるケーシングと隔壁の説明図である。 渦流ブロワにおける干渉音発生部位を示した説明図である。

符号の説明

１：誘導電動機
２：ブロワ部(渦流ブロワ部)
３：回転軸
４：羽根車
５：ブレード(羽根車の羽根)
６：環状溝
７：ハブ
８：ケーシング
９：昇圧路(ケーシングの環状溝)
１０：吸込口
１０Ａ：吸込開口
１０Ｂ：連通部
１１：吐出口
１１Ａ：吐出開口
１１Ｂ：連通部
１２：カバー(羽根車側のカバー)
１３：エンドカバー(誘導電動機側)
１４：隔壁
１５：吸音器
１６：吸音材
１７：空間部
１８：孔(貫通穴)

Claims (3)

1. 断面形状が略半円形の環状溝に複数のブレードを有する羽根車に、上記環状溝に対向した断面形状が略半円形の環状溝からなる円弧状昇圧路を有するケーシングが組合わされたブロワ部を備え、前記円弧状昇圧路に隔壁を設けて吸込開口と吐出開口を分離した渦流ブロワにおいて、
   前記隔壁に少なくとも１個の孔を設け、
   ヘルムホルツ共鳴器が形成されるように構成したことを特徴とする渦流ブロワ。
2. 請求項１に記載の渦流ブロワにおいて、
   前記ヘルムホルツ共鳴器は、前記吸込開口に連なる吸込通路と前記吐出開口に連なる吐出通路の間の空間部により形成されていることを特徴とする渦流ブロワ。
3. 請求項１に記載の渦流ブロワにおいて、
   前記隔壁は、前記ケーシングに対して取り外し可能に構成されていることを特徴とする渦流ブロワ。

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