JP2017110861A - 換気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】能動消音装置の消音効果を向上した換気装置を提供する。【解決手段】能動消音風路６の吸込口２近傍に備えられた多孔板フィルタ２０において、能動消音風路６に対する垂直方向投影面において、エラーマイク１６と同じ位置である基準点の多孔板フィルタ２０の通風抵抗が最も大きくなるよう不均一構成としたことにより、エラーマイク１６周辺で気流のノイズによる影響を低減し相関性の低下を抑制し、消音効果を向上した換気装置を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、風路部内に配置して運転時に発生する騒音を消音する能動消音装置を備えた換気装置に関するものである。

近年、居室に設置される換気扇において、その運転時に発生する騒音を低下することが求められている。このような課題を解決する手段の一つとして、送風路内にダクト構成の能動消音装置を搭載するという方法が挙げられる。

従来、この種の能動消音装置におけるマイクロホンの設置構成として、マイクロホンが気流に起因したノイズを拾うと、正確な騒音信号を取得できなくなり、消音効果が低下するという課題があった。このような課題を解決する手段の一つとして、風路内の気流の影響を緩和するために角型ダクト内の低速気流範囲である隅部に空間を設けてマイクロホンを設置したものが知られている（例えば特許文献１参照）。

以下、その能動消音器について図５、図６を参照しながら説明する。

従来、ダクト構成の能動型消音装置としては、薄板鋼板製の角型ダクト１０１の内部に気流１０６の上流側から適宜間隔を設けて順次付設されたリファレンスマイク１０２、消音用スピーカ１０３、エラーマイク１０４が接続された演算制御器１０５とから構成されるものが知られている。

この種の装置において、角型ダクト１０１内を気流１０６とともに伝搬する騒音は、リファレンスマイク１０２で周波数等が検出され、演算制御器１０５で上記騒音と逆位相の信号が作成され、それが消音用スピーカ１０３から角型ダクト１０１内に放出され上記騒音を消音し、エラーマイク１０４が内部音をモニターし、演算制御器１０５でエラーマイク１０４の出力が零になるように消音用スピーカ１０３からの発生音を調整している。

ここで、図６に示すように、リファレンスマイク１０２，エラーマイク１０４はそれぞれ角型ダクト１０１において流速が低い隅部に設けたマイクロホン用区画１０７内に配設されており、マイクロホン用区画１０７は連通口１０８により角型ダクト１０１内に通じている。これにより、上記ダクト内で発生する気流の乱れに基づくノイズを拾うことがないとともに、上記気流を伝播する騒音原音を十分拾うことができる。その結果、気流がマイクロホンに与える影響を低減することができ、消音効果の劣化を抑制することが期待されていた。

実開平５−１１１９８号公報

しかしながら上記特許文献１に記載の能動消音装置では、より大風量が要求される換気装置に能動消音装置を適応したところ、角型ダクトの隅部と中央部における風速に大きな差が生じず、隅部における風速も大きくなるためマイクロホンが気流に起因したノイズを拾い、消音効果が得られ難いということが判明した。

そこで本発明は、上記課題を解決するものであり、所望の風量を確保しつつ、能動消音装置の消音効果を向上させた換気装置を提供することを目的とする。

そして、本発明は上記目的を達成するために、空気の流れ方向における上流側にて空気を吸い込む吸込口と、前記吸込口より吸い込んだ空気を排出する排出口と、前記吸込口と前記排出口とを連通する風路部と、前記風路部の内部にて前記吸込口から前記排出口へと空気を導く送風部と、前記送風路の内部かつ前記風路部の上流側に設けられた筒形状の能動消音風路と、前記能動消音風路の壁面に前記吸込口側から順にリファレンスマイクとスピーカとエラーマイクを設置して前記能動消音風路内の消音を行う能動消音装置と、前記吸込口に能動消音風路への汚れの侵入を抑制するフィルタを備え、前記フィルタは、表面において、前記エラーマイク周辺を通過する気流が前記能動消音風路内で最少となるように通風抵抗を不均一とした換気装置であり、これによって所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、所望の風量を確保しつつ、気流による消音効果の低下を抑制することができる。

本発明の実施の形態１の換気装置の断面斜視図 同換気装置のフィルタの正面図 本発明の実施の形態２の換気装置の断面斜視図 同換気装置の部分断面図 従来の換気装置に搭載される能動消音装置の側断面図 従来の換気装置に搭載される能動消音装置の断面図

本発明の請求項１に係わる換気装置は、空気の流れ方向における上流側にて空気を吸い込む吸込口と、前記吸込口より吸い込んだ空気を排出する排出口と、前記吸込口と前記排出口とを連通する風路部と、前記風路部の内部にて前記吸込口から前記排出口へと空気を導く送風部と、前記送風路の内部かつ前記風路部の上流側に設けられた筒形状の能動消音風路と、前記能動消音風路の壁面に前期吸込口側から順にリファレンスマイクとスピーカとエラーマイクを設置して前記能動消音風路内の消音を行う能動消音装置と、前記吸込口に能動消音風路への汚れの侵入を抑制するフィルタを備え、前記フィルタは、表面において、前記エラーマイク周辺を通過する気流が前記能動消音風路内で最少となるように通風抵抗を不均一としたものである。

これにより、上流側開口部における通風抵抗は、エラーマイクを設置した位置の近傍が最も高くなり、他の部分の面から流入される流量が多くなる。言い換えると、エラーマイクにおける気流の風速が小さくなるため、エラーマイクが受ける気流乱れによるノイズの影響を軽減することができ、その結果、消音効果を向上することができる。

また、本発明の請求項２に係わる換気装置は、前記フィルタは、表面へ前記エラーマイクの位置を投影した位置を基準点とし、前記基準点を中心とした同半径位置での通風抵抗を等しくし、かつ基準点からの距離に比例して通風抵抗を徐々に小さくしたものである。

これにより、エラーマイク近傍のみの風速を小さくし、その他の部分は圧損を極力小さくして換気装置としての省エネ性を向上することが出来る最適構成のフィルタとなる。また、通風抵抗を徐々に変えることで、フィルタ通過時の急激な速度差の発生を防ぐことが出来、エラーマイクが受ける気流乱れによるノイズの影響をより軽減することができ、消音効果を向上することができる。

また、本発明の請求項３に係わる換気装置は、前記フィルタは、表面へ前記エラーマイクの位置を投影した位置を基準点とし、前記基準点から風路中央へ向かう方向を基準方向とし、基準方向に対して垂直方向に通風抵抗を等しくし、かつかつ基準点からの距離に比例して通風抵抗を徐々に小さくしたものである。

これにより、例えばプリーツ状に加工したフィルタのように通過抵抗に指向性を持つ場合において、エラーマイク近傍のみの風速を小さくし、その他の部分は圧損を極力小さくして換気装置としての省エネ性を向上することが出来る最適構成のフィルタとなる。また、通風抵抗を徐々に変えることで、フィルタ通過時の急激な速度差の発生を防ぐことが出来、エラーマイクが受ける気流乱れによるノイズの影響をより軽減することができ、消音効果を向上することができる。

また、本発明の請求項４に係わる換気装置は、前記フィルタは、前記能動消音風路の前記エラーマイクを設けた風路壁を外側へ延長する方向に表面から立設した取手を備えたものである。

これにより、吸込口においてエラーマイクの上流側に気流を遮る方向に障害物を備えることになるので気流の流れが妨げられる。つまり、エラーマイク位置と他の部分の圧損の差が大きくなり、エラーマイク近傍の風速がより小さくなる。更に、吸込口端部が取手の先端へ移動したこととなりエラーマイクまでの距離が長くなるため、吸込口での気流が方向転換する際に生じる大きな渦の発生箇所から離すことができる。その結果、エラーマイクが受ける気流乱れによるノイズの影響を軽減することができ、消音効果を向上しつつ取手としての役割をもつことができる。
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１に係る換気装置の構成について、図１、図２を参照しながら説明する。なお図１は、本発明の実施の形態１に係る換気装置の断面斜視図である。また図２は本発明の実施の形態１に係る換気装置１のフィルタの正面図である。

図１に示すように、本実施の形態１に係る換気装置１は、外形が略直方体の筐体から成る。

換気装置１は、筐体に設けた吸込口２と排出口３を備えている。また、換気装置１の内部には、吸込口２と排出口３を連通させる風路部４と、風路部４内には、能動消音装置５としての能動消音風路６と送風部７とを備えている。

排出口３は、換気装置１における気流の流れ方向において最下流（図１の上方、矢印方向）に位置し、送風部７と連通している。

即ち、換気装置１の上流側に能動消音風路６が配置され、下流側に送風部７が配置された構成となっている。

送風部７は、円形の多翼ファン８と、多翼ファン８を回転させるモータ（図示せず）と、多翼ファン８を包み込むケーシング９と、多翼ファン８の回転の中心となる回転軸１０とを備えている。モータ（図示せず）は、回転軸１０と同軸上にあり、送風部７内部の空間に埋め込んで配置されている。流入口１１は、ケーシング９の略円形側面に設けられ、かつ、回転軸１０に垂直に設けられている。

送風部７の上流側には、気流の流れ方向に垂直な板体の下流側仕切壁１２が配置されている。下流側仕切壁１２は、風路部４を上流側と下流側とに仕切るものであるが、風路部４の一部をなす開口１３を備えたものでもある。

能動消音風路６は、吸込口２の下流側において、能動消音風路６の上流側開口部１４と吸込口２とを接続して設けられている。また、能動消音風路６の下流側開口部１５は下流側仕切壁１２の開口１３と接続して設けられている。能動消音風路６は、気流の流れ方向に対して垂直な断面の形状を四角形としている。

続いて、能動消音装置５を備えた能動消音風路６の構成について詳しく説明する。

能動消音装置５は、能動消音風路６の気流の流れ方向において吸込口２側から順に、エラーマイク１６、スピーカ１７、リファレンスマイク１８を備えている。エラーマイク１６、スピーカ１７、リファレンスマイク１８は、能動消音装置５の風路壁１９へ設けている。加えて、リファレンスマイク１８の信号から位相と振幅を調整した音声信号を生成してスピーカ１７から発振させる演算制御器（図示せず）を備えている。

なお、エラーマイク１６とスピーカ１７は、能動消音風路６の気流の流れ方向において中央部より吸込口２側に寄せると共に、リファレンスマイク１８は、同じように中央部より騒音源である送風部７側に寄せて設置している。結果としてエラーマイク１６とスピーカ１７とはリファレンスマイク１８に比べて吸込口２から近い位置に配置されている。

以上の構成に加えて本実施の形態の特徴となる構成について説明する。

吸込口２は、外側に、取り外し可能な多孔板フィルタ２０を備えている。多孔板フィルタ２０は図２に示すように、板材２１に能動消音風路６の上流側開口部１４を覆う多数の孔２２を有している。

基準点Ａ２３は、多孔板フィルタ２０にエラーマイク１６の位置を投影したものである。すなわち、エラーマイクの１６を含む能動消音風路６の横断面２４上のエラーマイク位置を多孔板フィルタ２０の表面に重ね合わせた位置を示している。

孔２２は一律の径をなしている。そして孔２２は、基準点Ａ２３を中心に同心円上に多数が配置され、基準点Ａ２３からの距離が大きくなるにつれて同一円周上の間隔が密になっている。また、基準点Ａ２３からの距離が大きくなるにつれて半径方向（図２では基準方向Ａ２７）の間隔も密になっている。すなわち、基準点Ａ２３からの距離が離れるにつれて開口率を大きくして、通風抵抗が徐々に小さくなるようにしている。

多孔板フィルタ２０は、前述のように取外し可能な構成となっているが、これを容易にするために、薄板突起状にした取手２５を設けている。

取手２５は、基準点Ａ２３よりも多孔板フィルタ２０の縁に近い側で、かつ能動消音風路６の風路壁１９を外側へ延長する方向に多孔板フィルタ２０の表面から立設している。これにより、能動消音風路６のエラーマイク１６を備えた風路壁１９が延長されて吸込口端部までの距離が長くなる構成になっている。取手２５の幅は、少なくともエラーマイク１６から下流側開口部１５までの距離と等しく、多孔板フィルタ２０からの取手２５の出代は、大きくても取手２５の幅の２分の一程度のものが望ましい。実質的には、エラーマイク１６から下流側開口部１５までの距離が３０ｍｍ程度であって、多孔板フィルタ２０の幅は、３０ｍｍ以上で風路壁１９の幅以下の範囲、多孔板フィルタ２０からの出代は、１５ｍｍ程度である。

上記構成において、換気装置１において送風部７が稼動すると、吸込口２から排出口３に至る気流が発生する。これと同時に、送風部７が稼動することに起因する騒音が能動消音風路６を通り吸込口２から放射される。

能動消音風路６は、音圧を気流の流れ方向に対して垂直な断面方向で均一となる平面波にする作用を有するため、風路内では一次元的に音圧が伝播する。そこで能動消音装置５において、リファレンスマイク１８が騒音を検出し、検出した騒音を騒音信号として演算制御器（図示せず）に伝達する。

演算制御部は、まずリファレンスマイク１８で検出した音からエラーマイク１６を配置した位置での音を予測する。予測は、あらかじめ求められたリファレンスマイク１８とエラーマイク１６の相関性に基づいて行われる。次に予測した音を打ち消すための逆位位相の音声信号を生成し、これをスピーカ１７から発生させて消音する。さらにエラーマイク１６に伝達する音と前記予測した音にズレが生じて消音効果が低下することを防ぐために、エラーマイク１６が検出した音を演算制御部に送信することで、演算制御部が相関性を修正する。これにより消音効果を向上させている。

この仕組みでは、リファレンスマイク１８が検出する音とエラーマイク１６が検出する音の相関性が高いほど、消音効果を高くすることができる。この相関性を高めるためには、リファレンスマイク１８で検出した音と同じ音がエラーマイク１６に伝わることが必要である。

しかし、例えば、一方のマイクにしか聞こえないような音が発生すると、相関性は低下することとなる。この相関性を低下させる要因のひとつが、気流自体のノイズ音や気流の乱れにより発生する渦のノイズ音である。これらのノイズをマイクロホンが検知すると、送風部７から伝播する正しい騒音を検知できなくなる。

したがって、マイクロホン近傍の流速を小さくすることや渦の発生を抑制することが、高い相関性を得るためには重要である。

そこで、本実施の形態は多孔板フィルタ２０を備えている。その作用について説明する。

前述のように多孔板フィルタ２０は、基準点Ａ２３からの距離が大きくなるにつれて通風抵抗が小さくなっている。これにより、気流は通風抵抗が大きい部分には流れにくくなるため、エラーマイク１６に向かう気流の流速が遅くなる。

また、この通風抵抗を徐々に変化させているので、気流の急激な変化によるせん断力によって発生する乱れも生じにくくなる。つまり、エラーマイク１６は、気流によるノイズの影響はほとんど受けることなく、送風部７から伝播する騒音を正しく検知することができる。

また、多孔板フィルタ２０上では、基準点Ａ２３から離れた位置では、流速が速くなり、多くの気流が流れることになる。よって、能動消音風路６内のエラーマイク１６の周辺では流速を遅くして気流を少なくすることができ、エラーマイク１６から離れた位置により多くの気流を流し所望の送風風量を確保しながら高い相関性を維持することにより消音効果を向上することができる。

また、取手２５は、必須ではないが、吸込口２においてエラーマイク１６の上流側で気流を遮る側に障害物を備えることにもなるので気流の流れを妨げられこともできる。つまり、エラーマイク位置と他の部分の圧損の差が大きくなり、エラーマイク近傍の風速がより小さくなる。更に、吸込口２の端部が取手２５の先端へ移動したこととなり、吸込口２で気流が方向転換する際に生じる大きな渦の発生箇所を多孔板フィルタ２０の表面から外側へ離すことができる。その結果、下流側のエラーマイクが受ける気流乱れによるノイズの影響を軽減することができ、消音効果を向上することができる。

なお、ここでは能動消音風路６は、気流の流れ方向に対して垂直な断面の形状を四角形としているが、垂直な断面形状を円形など他の形状でもよい。この場合も断面形状に合わせて上流側開口部１４を覆う多孔板フィルタの孔の配置について通風抵抗差をつけることで同様の結果が得られる。

また、多孔板フィルタ２０の孔２２を一律口径として多孔板フィルタ２０の位置によって疎密度合いを変化させているが、疎密度合いは一律のまま、基準点Ａ２３からの距離が大きくなるにつれて口径を大きくするような構成でも同様の効果が得られる。

以上のように、多孔板フィルタ２０をエラーマイク１６上流の位置で通風抵抗が大きくなるような差をつけること、また吸込口２のエラーマイク１６上流外側に取手２５を備えることで、高い消音性能を確保した換気装置１を実現することができるのである。
（実施の形態２）
実施の形態２において、実施の形態１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略し、図３を参照しながら説明する。なお、図３は本発明の実施の形態２に係る換気装置の構成概略図である。

図４に示すように、本実施の形態２における換気装置１では、吸込口２の外側に、取り外し可能なプリーツ状フィルタ３０を備えている。

プリーツ状フィルタ３０は図４に示すように、例えば不織布３１をプリーツ状に折って形成されている。基準点Ｂ３２はプリーツ状フィルタ３０に投影したエラーマイク１６の位置、すなわち前記能動消音風路６を横断するプリーツ状フィルタ３０の表面におけるエラーマイクと同じ位置を示している。プリーツは基準点Ｂ３２から能動風路風路中央へ向かう基準方向Ｂ３３に折られている。さらに基準点Ｂ３２からの距離が大きくなるにつれて折目間隔３４が徐々に小さくなって、通風抵抗が小さくなっている。なお、折目間隔３４を小さくすると空気が通過する面が増加して、結果として通風抵抗が小さくなる。

上記構成により、不織布３１を通過する気流は、不織布に対する垂直方向の風速が均一になろうとするために、大きな折目間隔３４の箇所、すなわちエラーマイク１６に向かう気流の流速が遅くなる。また、この通風抵抗を徐々に変化させているので、気流の急激な変化によるせん断力によって発生する乱れも生じにくくなり、エラーマイク１６は、気流によるノイズの影響はほとんど受けることなく、送風部７から伝播する正しい騒音を検知することができる。また、エラーマイク１６から離れた位置では、折目間隔３４が小さくなって流量が多くなり流速も速くなるので、通風抵抗を不均一にすることで、所望の送風風量を確保しながら高い相関性を維持することにより消音効果を向上することができる。

本発明にかかる換気装置は、騒音を押さえた住宅用の換気扇やレンジフードなどの換気装置として有用である。

１ 換気装置
２ 吸込口
３ 排出口
４ 風路部
５ 能動消音装置
６ 能動消音風路
７ 送風部
８ 多翼ファン
９ ケーシング
１０ 回転軸
１１ 流入口
１２ 下流側仕切壁
１３ 開口
１４ 上流側開口部
１５ 下流側開口部
１６ エラーマイク
１７ スピーカ
１８ リファレンスマイク
１９ 風路壁
２０ 多孔板フィルタ
２１ 板材
２２ 孔
２３ 基準点Ａ
２４ 横断面
２５ 取手
３０ プリーツ状フィルタ
３１ 不織布
３２ 基準点Ｂ
３３ 基準方向Ｂ
３４ 折目間隔

Claims (4)

1. 空気の流れ方向における上流側にて空気を吸い込む吸込口と、
   前記吸込口より吸い込んだ空気を排出する排出口と、
   前記吸込口と前記排出口とを連通する風路部と、
   前記風路部の内部にて前記吸込口から前記排出口へと空気を導く送風部と、
   前記風路部の内部かつ前記風路部の上流側に設けられた筒形状の能動消音風路と、
   前記能動消音風路の壁面に前期吸込口側から順にリファレンスマイクとスピーカとエラーマイクを設置して前記能動消音風路内の消音を行う能動消音装置と、
   前記吸込口に能動消音風路への汚れの侵入を抑制するフィルタを備え、
   前記フィルタは、前記能動消音風路に対する垂直方向投影面において、前記フィルタは、表面において、前記エラーマイク周辺を通過する気流が前記能動消音風路内で最少となるように通風抵抗を不均一とした換気装置。
2. 前記フィルタは、表面へ前記エラーマイクの位置を投影した位置を基準点とし、前記基準点を中心とした同半径位置での通風抵抗を等しくし、かつ基準点からの距離に比例して通風抵抗を徐々に小さくした請求項１記載の換気装置。
3. 前記フィルタは、表面へ前記エラーマイクの位置を投影した位置を基準点とし、前記基準点から能動風路風路中央へ向かう方向を基準方向とし、基準方向に対して垂直方向に通風抵抗を等しくし、かつ基準点からの距離に比例して通風抵抗を徐々に小さくした請求項１記載の換気装置。
4. 前記フィルタは、前記能動消音風路の前記エラーマイクを設けた風路壁を外側へ延長する方向に表面から立設した取手を備えた請求項１から３のいずれか一つに記載の換気装置。