JP2017129322A - 送風装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気流場におけるダクト構成の能動消音構成において、送風機内への設置により、下流端部で渦が発生したり、有限長ダクト内で強い定在波が発生したりしても、気流や定在波を原因とするノイズを抑えて十分な消音効果が得られる送風装置および能動消音装置を提供することを目的とする。【解決手段】送風装置１の内部に能動消音風路１６と多翼ファン１０を備え、能動消音風路１６より開口面積の広い拡大空間５を介して多翼ファン１０と能動消音風路１６とを接続した送風装置であって、下流側開口２３を側壁上で対向する一対の母線の長さが最も長い最長母線と最も短い最短母線となるように形成し、下流マイク（センサマイク１８）は、最長母線側で、かつ最短母線側の下流側開口部２３よりも気流の上流側に備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、内部風路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送風装置に関するものである。

近年、空調機や換気扇などの送風機において、その運転時に発生する騒音を低減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、内部風路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として、風路内の気流の影響を緩和するために比較的気流の遅い位置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、その能動消音装置について図７、図８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の内部に上流側から適宜間隔をそれぞれ設けて順次付設された内部原音のリファレンスマイク１１１、消音用スピーカ１１２、エラーマイク１１３と、これらをそれぞれ接続した演算制御器１０２とから構成されるものが知られている。この場合、図６に示すように、角型ダクト１０１の場合には隅部にマイクロホン用区画１０４を設けてリファレンスマイク１１１、エラーマイク１１３をそれぞれ配設している。

この種の装置においては、角型ダクト１０１内を気流１０３とともに伝搬する音波は、リファレンスマイク１１１で検出される。演算制御器１０２では上記音波を原音としてその逆位相の信号が作成され、それが消音用スピーカ１１２から角型ダクト１０１内に逆位相の音波として放出される。上記逆位相の音波は、上記原音に対して消音作用を発揮する。エラーマイク１１３は、消音用スピーカ１１２よりも伝播する音波の下流側で角型ダクト１０１内の音をモニターし、演算制御器１０２は、前記モニター音からエラーマイク１１３の出力が零になるように前記逆位相の信号を調整している。

これにより、リファレンスマイク１１１とエラーマイク１１３は、上記ダクト内で気流が発生させる騒音を検知することがなく、消音対象となる騒音原音のみを精度よく検知することができ、消音器のフィードバック機能が向上する。

実開平５−１１１９８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の装置では、装置の大きさに制限があるためダクト（角型ダクト１０１）を送風装置駆体内に内包するためには、ダクトを実用的な長さに短縮する必要がある。送風装置躯体体内では、ダクトは気流の下流端部より先は風路が拡大し、即ち急拡大風路となり、ダクトの下流端部で渦が発生する。ダクトの下流端部と気流の下流側マイクであるリファレンスマイクとが近接する場合、リファレンスマイクは、前記渦が発生させる騒音を拾うことになる。つまり、ダクト内を伝播する騒音の原音を検知するにあたり、前記渦がノイズとなり、十分な消音効果が得られないという課題があった。

そこで本発明は、上記課題を解決するものであり、ダクトの下流端部で発生する渦の影響を受けにくくして、消音効果を向上させる送風装置を提供することを目的とする。

そして、本発明は回転軸に垂直に設けられた吸込口より吸気を行う遠心ファンと、前記遠心ファンの吸込口の上流側に配置した円筒形の能動消音風路内と前記能動消音風路内に少なくとも下流マイクとスピーカを配置した能動消音装置とを備え、前記能動消音装置は、前記能動消音風路の側壁から内側に向けて、かつ気流の上流側より前記スピーカ、前記下流マイクをこの順にして備え、前記能動消音風路と前記遠心ファンは、前記能動消音風路の中心軸と前記回転軸とを縦横の関係で配置し、かつ前記能動消音風路の開口面積よりも広い拡大空間を介して、接続した送風装置であって、前記能動消音風路は、前記側壁上の母線において対向する一対の母線の長さが最も長い最長母線と最も短い最短母線となるように気流の下流側の開口である下流側開口を形成し、前記最長母線に接する仮想平面と前記回転軸とは前記回転軸の方向で平行になるように配置し、前記下流マイクは、前記最長母線側で、かつ前記最短母線側の下流開口部よりも気流の上流側に配置した送風装置であり、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、下流マイクと下流側開口の距離を所定の範囲外に離すことができるため、センサマイクの下流側における端部において生じる渦を遠ざけて、その影響を小さくする、すなわち気流や定在波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に係る送風装置の構成概要図 同実施の形態１に係る送風装置の遠心ファンの配置を示す図 同実施の形態１において円筒の定義を説明する図 同能動消音装置の部分拡大図 同実施の形態２に係る送風装置の側断面図 同送風装置の下流マイクの位置を示す図 従来の能動消音装置の構成概要図 従来の能動消音装置の断面図

本発明の請求項１に係る送風装置は、回転軸に垂直に設けられた吸込口より吸気を行う遠心ファンと、前記遠心ファンの吸込口の上流側に配置した円筒形の能動消音風路内と前記能動消音風路内に少なくとも下流マイクとスピーカを配置した能動消音装置とを備え、前記能動消音装置は、前記能動消音風路の側壁から内側に向けて、かつ気流の上流側より前記スピーカ、前記下流マイクをこの順にして備え、前記能動消音風路と前記遠心ファンは、前記能動消音風路の中心軸と前記回転軸とを縦横の関係で配置し、かつ前記能動消音風路の開口面積よりも広い拡大空間を介して、接続した送風装置であって、前記能動消音風路は、前記側壁上の母線において対向する一対の母線の長さが最も長い最長母線と最も短い最短母線となるように気流の下流側の開口である下流側開口を形成し、前記最長母線に接する仮想平面と前記回転軸とは前記回転軸の方向で平行になるように配置し、前記下流マイクは、前記最長母線側で、かつ前記最短母線側の下流開口部よりも気流の上流側に配置したものである。

これにより、下流マイクと下流側開口の距離を所定の範囲外に離すことができるため、下流マイクの下流側における端部において生じる渦を遠ざけて、その影響を小さくする、即ちノイズの悪影響を排除して消音効果を大きくすることができる。

また、能動消音風路は、円筒形の側壁上で対向する一対の母線の長さが最も長い最長母線と最も短い最短母線となるよう下流側開口を形成し、遠心ファンの回転軸方向で最長母線に接する仮想平面と遠心ファンの回転軸をこの回転軸の方向で平行になるように配置することで、最長母線側は遠心ファンを避けるよう空スペースに設置することができるので、送風装置の寸法拡大が発生しない。

また、請求項２に係る送風装置は、前記下流側開口は、端部から前記下流マイクまでの直線距離が最長母線上で最小になるように備えたものである。

これにより、下流マイクとから下流側開口までの距離を確保し、近接する渦を遠ざける効果を確実に得ることができ、ノイズの悪影響を排除して消音効果を大きくすることができる。

また、請求項３に係る送風装置は、２つの前記能動消音風路を並列に並べて一体風路とし、それぞれの前記能動消音風路の最短母線側を最も隣接して備えたものである。

これにより、能動消音風路の１つあたりの風路幅を小さくできるので、より高周波までの消音効果を得ることが出来る。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図１を参照しながら説明する。なお図１は、送風装置の構成概略図である。

本実施の形態１に係る送風装置１は、外形が略直方体の筐体から成り、底面側に位置する吸込口２、天面側に位置する排気口３を備えている。筐体の内部には、能動消音装置４、拡大空間５、遠心ファン６を備えている。なお、前記筐体は立方体であってもよい。

吸込口２は、送風装置１の空気の流れ方向において最上流（図１の下方）に位置し、送風装置１の外部から空気を吸い込む開口部として設けられている。

排気口３は、送風装置１における気流の流れ方向において最下流（図１の上方）に位置し、遠心ファン６の吐出口７部と連通している。

遠心ファン６は、吸気口８において上流側の空気を吸気し、排気口３から空気を排出することで、吸込口２から吸い込んだ空気を送風装置１の外部に排出するものである。

遠心ファン６は、円形の多翼ファン１０と、多翼ファン１０を回転させるモータ（図示せず）と、多翼ファン１０を包み込むスクロールケーシング１１を備えている。多翼ファン１０は、回転の中心となる回転軸１２を備えている。

スクロールケーシング１１は、回転軸１２および多翼ファン１０の外周で風路を除々に拡大するスクロール板１３を二つの平板状の側面１４で挟んだ形状をしている。

吐出口７は、二つの側面１４とスクロール板１３で囲まれた上部面に位置している。

吸気口８は、一方の側面１４に、回転軸１２に対して垂直に設けられている。

モータ（図示せず）は、回転軸１２と同軸上であって、遠心ファン６内部の空間に埋め込まれる形で配置される。また、回転軸１２は、略水平、すなわち横方向に配置されている。

このような構成において、拡大空間５は、遠心ファン６と能動消音装置４を内包して接続する空間である。図２に示すように遠心ファン６は、既に説明したようにスクロール板１３が風路を除々に拡大するものであり、円弧状の曲面を有するものである。略直方体の筐体内では、前記スクロール板１３と筐体の壁面との間に空スペース１５が形成される。そして、能動消音装置４は、吸込口２の下流側であって遠心ファン６の吸気口８の上流側に配置している。

また、能動消音装置４は、円筒形の能動消音風路１６とこの能動消音風路１６内に配置したスピーカである消音スピーカ１７と下流マイクであるセンサマイク１８と上流マイクであるエラーマイク１９と演算制御部２０とを備えている。なお、上流マイクであるエラーマイク１９は、消音性能を向上させるためには必要であるが、必ずしも必須ではない。

能動消音風路１６は、中空状の円筒形状であり、気流の流れ方向である円筒の中心軸２１方向に対して垂直な断面２２の形状が円形をしている。

この中心軸２１は、略鉛直、すなわち縦方向に配置されている。そして、能動消音風路１６は、中心軸２１と遠心ファン６の回転軸１２が、縦と横の関係になるように配置している。

一般に円筒は、図３に示すように、平面「ｈ」上に、平行な２直線 「ｌ」、「ｇ」をとり、「ｌ」を中心軸として、この平面を回転させるときに、母線である「ｇ」がつくる曲面が側面となるものである。

図１に示すように、能動消音風路１６は、気流の下流側の開口である下流側開口２３と、気流の上流側の開口であって円筒形の底面２５に位置する上流側開口２４と、前記側面に相当する側壁２６を有するものである。加えて、上流側開口２４を基準にして、図４に示すように、側壁２６上の母線において、対向する一対の母線２７の長さが最も長い最長母線２８と最も短い最短母線２９となるように下流側開口２３を形成している。すなわち、能動消音風路１６の下流側開口２３の端部３０は、前記円形の中心軸２１もしくは断面２２に対して傾斜を有した切り口となっている。

エラーマイク１９、消音スピーカ１７、センサマイク１８は、図１に示すように、能動消音風路１６の気流の流れ方向における上流側より順に備えている。

また、図４に示すように、センサマイク１８は、側壁２６の最長母線２８側で、かつ最短母線２９側の下流側開口２３の端部３０よりも気流の上流側に配置している。

さらに、センサマイク１８を最長母線２８上に配置し、かつ端部３０の形状を調整して、センサマイク１８から下流側開口２３の端部３０までの最長母線２８上での直線距離３１が、他の下流側開口２３の端部３０までの直線距離３２の中で最小になるようにしている。

能動消音風路１６は、一例として、下流側開口２３は、断面２２に対して４５度よりも小さな角度で、０度よりも大きな角度で円筒を切った切り口として、センサマイク１８は、直線距離３１が円筒の直径と等しい距離となるようにすることで実現できる。

演算制御部２０には、エラーマイク１９、消音スピーカ１７、センサマイク１８が接続されている。

また、図１および図４に示すように、能動消音風路１６は、最長母線２８に接する仮想平面３３と回転軸１２はこの回転軸１２の方向で平行になるように配置している。

能動消音風路１６は、吸込口２の下流側において、能動消音風路１６の上流側開口２４と吸込口２とを連通して設けられている。

さて、既に図１を用いて説明したように、拡大空間５は、遠心ファン６と能動消音装置４を内包して両者を接続する空間である。すなわち、能動消音風路１６の下流に、能動消音風路１６の下流側開口２３と遠心ファン６とを接続する拡大空間５が設けられている。拡大空間５の断面３４は、能動消音風路１６の断面２２よりも大きく、能動消音風路１６の下流側開口２３から拡大空間５に至る際に風路が急激に拡大している。

能動消音風路１６は、拡大空間５内で下流側開口２３を傾斜させることで、スクロール板１３の傍らの空スペース１５に位置させている。

上記構成において、送風装置１の遠心ファン６が稼動すると、吸込口２から排気口３に至る気流が発生する。これと同時に、遠心ファン６の騒音が拡大空間５と能動消音風路１６を通り吸込口２から放射される。

能動消音風路１６は、音圧が断面方向で均一となる平面波に対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。

まず、能動消音風路１６において、センサマイク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部２０に伝達する。

次に演算制御部２０は、まずセンサマイク１８で検知した音に基づき消音スピーカ１７よりも気流の上流側に想定した消音点３５での音を予測する。

図４の端部３０側の拡大図は、遠心ファン６が拡大空間５の（図４上方から）空気を吸引している場合のものである。つまり気流はエラーマイク１９からセンサマイク１８に向かう方向に流れ、能動消音風路１６の下流側開口２３から拡大空間５へ放出される。一般的に気流が拡大する空間に放出される際には、風路の端部３０で渦３６が生成される。渦３６は圧力変化を伴うために音を発生するため、センサマイク１８で検出されてしまうことになる。

本実施の形態の送風装置１では、センサマイク１８を最長母線２８側で、かつ最短母線２９側の下流側開口２３よりも気流の上流側に配置している。

これにより、センサマイク１８と端部３０の距離を所定の範囲外に離すことができるため、センサマイクの下流側における端部３０において生じる渦３６を遠ざけて、その影響を小さくする、即ちノイズの悪影響を排除して消音効果を大きくすることができる。

さらに、センサマイク１８を最長母線２８上に配置し、かつ端部３０の形状を調整して、センサマイク１８から下流側開口２３の端部３０までの最長母線２８上での直線距離３１が、他の下流側開口２３の端部３０までの直線距離３２の中で最小になるようにしている。

つまり、送風装置１では、直線距離３２を、直線距離３１よりも長くなるようにすることで、センサマイク１８と端部３０との距離を確保し、近接する渦を遠ざける効果を確実に得ることができ、ノイズの悪影響を排除して消音効果を大きくすることができる。

また、能動消音風路１６は、拡大空間５内で下流側開口２３を中心軸２１に対して傾斜させることでスクロール板１３の傍らの空スペースに位置させており、即ち軸方向から空気を吸引する遠心ファン６の吸込み気流を妨げない位置に配置しているので、送風性能を低下させることがない。また、送風装置の寸法拡大を最小にすることができる。

さて、消音点３５での音の予測は、消音点３５にエラーマイク１９を備えた場合には、あらかじめ求められたセンサマイク１８とエラーマイク１９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信号を生成し、これを打消音として消音スピーカ１７から発生させて消音する。さらにエラーマイク１９に到達する音と予測音にズレが発生して消音効果が低下することを防ぐために、エラーマイク１９が検知した音を演算制御部２０に送信することで、演算制御部２０が予測音を修正する。これにより消音性能を向上させている。この仕組みでは、センサマイク１８が検出する音とエラーマイク１９が検出する音との相関性が高いほど、消音効果を高くすることができる。

ところで、この相関性を高めるためには、センサマイク１８で検出した音と同じ音がエラーマイク１９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原因のひとつが、端部３０における「渦」の発生や風路の長さに起因して発生する「定在波」である。

既に図４の端部３０側の拡大図を用いて説明したように、遠心ファン６が拡大空間５の（図４上方から）空気を吸引している場合のものである。つまり気流はエラーマイク１９からセンサマイク１８に向かう方向に流れ、能動消音風路１６の下流側開口２３から拡大空間５へ放出され、風路の端部３０で渦３６が生成される。この渦３６は発生する音は小さく、センサマイク１８では検出できるが、センサマイク１８よりも離れた位置にあるエラーマイク１９では検出できない騒音信号となる。つまり、この渦３６の存在が、センサマイク１８とエラーマイク１９の相関性を低下させることになるので、消音効果も低下することとなる。

また、能動消音風路１６と拡大空間５との境界は急に拡大する開口部となっている。このような開口部においては、能動消音風路１６内に定在波が発生し、音が増幅されたり減衰されたりして、センサマイク１８の位置とエラーマイク１９の位置における相関性を下げる現象が発生する。例えば、センサマイク１８の位置に強い定在波の腹が位置し、エラーマイク１９の位置に強い定在波の節が該当した場合には相関性が大きく低下するのである。しかし、上流側開口２４を基準にして、側壁２６上の母線において、対向する一対の母線２７の長さが最も長い最長母線２８と最も短い最短母線２９となるように下流側開口２３を形成して、さらに下流側開口２３に傾斜をもたせた構成とすることで、吸込口２から能動消音風路１６の端部３０までの長さを上流側開口２４の端部３０において不均一にすることができる、即ち強い定在波の発生を抑止して定在波の影響を緩和できる。これによりセンサマイク１８の位置とエラーマイク１９の位置との相関性を高め、消音効果を大きくすることが出来る。

なお、本実施の形態では、エラーマイク１９、消音スピーカ１７、センサマイク１８を中心軸２１方向において同一直線上に配置しているが、エラーマイク１９、消音スピーカ１７は、下流側開口２３からの距離が十分確保されており渦の影響を受けにくいため、同一直線状に配置しなくても同様の効果を奏する。

（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５を参照しながら説明する。

図５の送風装置の側断面図に示すように、本実施の形態２の送風装置３７は、端部３０下流側開口２３が中心軸２１に対して傾斜した能動消音風路３８、３９を並列に隣接させて一体に備えている。

能動消音風路３８、３９は、実施の形態１の能動消音風路１６と同様に、中心軸２１の形状が円形の円筒である。また、能動消音風路３８、３９は、最長母線２８に接する仮想平面３３と回転軸１２はこの回転軸１２の方向で平行になるように配置し、一体としている。なお、外側にそれぞれの風路の最長母線２８を配置している。言い換えると、２つの前記能動消音風路３８、３９は、それぞれの最短母線２９側を最も隣接して配置している。つまり、本実施の形態では、能動消音風路が能動消音風路３８と能動消音風路３９の２つの風路から構成されている。

ダクト内で能動消音を適用できる音の下限周波数は、音速÷（２×風路幅）の数式で決定される。この数式によると、分割して１つの風路あたりの風路幅を小さくすることで、消音周波数範囲を拡大できる。

また、能動消音風路３８、３９において、センサマイク１８は、最長母線２８上、かつ中心軸２１方向で最短母線２９側の下流側開口２３よりも上流側に設置されている。さらに、センサマイク１８は最長母線２８上に配置して、下流側開口２３の端部３０までの直線距離３１は、他の端部３０までの直線距離３２よりも小さくなるように下流側開口２３の形状を調整している。これにより、端部３０の渦３６をセンサマイク１８から所定の距離以上に遠ざけ、かつ定在波の影響を緩和できるので、センサマイク１８の位置とエラーマイク１９の位置における相関性を高め、消音効果を大きくすることができる。

また、下流側開口２３を中心軸２１に対して傾斜させることで下流側開口２３はスクロール板１３の左右の空スペースに位置できるため、吸気口８への流れを阻害することによる送風性能の低下がない。また、送風装置の寸法拡大を最小にすることができる。

なお、上流マイクであるエラーマイク１９は、消音性能を向上させるためには必要であるが、必ずしも必須ではない。この場合も、同様にセンサマイク１８の下流側における端部３０において生じる渦３６を遠ざけて、消音効果を大きくする効果を奏する。

本発明にかかる送風装置は、空調機や換気扇等に内蔵して気流場に設置しても、消音効果の低下を抑制でき、また、能動消音装置として、風路の途中に設置しても、消音効果の低下を抑制できる能動消音装置として有用である。

１ 送風装置
２ 吸込口
３ 排気口
４ 能動消音装置
５ 拡大空間
６ 遠心ファン
７ 吐出口
８ 吸気口
１０ 多翼ファン
１１ スクロールケーシング
１２ 回転軸
１３ スクロール板
１４ 側面
１５ 空スペース
１６ 能動消音風路
１７ 消音スピーカ
１８ センサマイク
１９ エラーマイク
２０ 演算制御部
２１ 中心軸
２２ 断面
２３ 下流側開口
２４ 上流側開口
２５ 底面
２６ 側壁
２７ 一対の母線
２８ 最長母線
２９ 最短母線
３０ 端部
３１ 直線距離
３２ 直線距離
３３ 仮想平面
３４ 断面
３５ 消音点
３６ 渦
３７ 送風装置
３８，３９ 能動消音風路

Claims (3)

1. 回転軸に垂直に設けられた吸込口より吸気を行う遠心ファンと、前記遠心ファンの吸込口の上流側に配置した円筒形の能動消音風路内と前記能動消音風路内に少なくとも下流マイクとスピーカを配置した能動消音装置とを備え、
   前記能動消音装置は、前記能動消音風路の側壁から内側に向けて、かつ気流の上流側より前記スピーカ、前記下流マイクをこの順にして備え、
   前記能動消音風路と前記遠心ファンは、前記能動消音風路の中心軸と前記回転軸とを縦横の関係で配置し、かつ
   前記能動消音風路の開口面積よりも広い拡大空間を介して、接続した送風装置であって、
   前記能動消音風路は、
   前記側壁上の母線において対向する一対の母線の長さが最も長い最長母線と最も短い最短母線となるように気流の下流側の開口である下流側開口を形成し、
   前記最長母線に接する仮想平面と前記回転軸とは前記回転軸の方向で平行になるように配置し、
   前記下流マイクは、前記最長母線側で、かつ前記最短母線側の下流開口部よりも気流の上流側に配置した送風装置。
2. 前記下流側開口は、端部から前記下流マイクまでの直線距離が最長母線上で最小になるように備えた請求項１記載の送風装置。
3. ２つの前記能動消音風路を並列に並べて一体風路とし、それぞれの前記能動消音風路の最短母線側を隣接して備えた請求項１記載の送風装置。