JP2019074030A - 遠心ファン - Google Patents

Abstract

【課題】インペラを収容するケーシング内で発生する騒音を効果的に低減する。【解決手段】渦巻き状のケーシング２００と、ケーシング２００内のインペラ収容室２５０に収容されたインペラ３００と、インペラ３００を回転させるモータ４００とを備え、ケーシング２００の軸方向一方側に、ケーシング２００内から発生する音波の所定周波数を減衰させる吸音器５００を備える。インペラ３００は複数の羽根３２０を備え、これら羽根３２０は軸方向一方側の端部の外周部が環状の連結リング３３０で連結されている。吸音器５００は、ケーシング２００の軸方向一方側に形成された背後空気層５１０と、背後空気層５１０とインペラ収容室２５０とを連通する連通孔５２０からなり、連通孔５２０を連結リング３３０に対向する位置、もしくは該位置から内周側に形成する。【選択図】図３

Description

本発明は遠心ファンに関し、特に騒音を低減することができる遠心ファンに関する。

多数の羽根を備える遠心ファンにおいては、従来、ケースあるいはケース近傍に消音器を構成することで騒音低減効果を高められるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。図５は特許文献１に記載の多翼送風機を示しており、同図における多翼送風機１０は、遠心多翼ファン（インペラ）１２とケース１４と吸入箱１６とを備え、遠心多翼ファン１２の回転により、ブレード（羽根）１８の上端で囲まれる円形状の空気取入れ部分から取り入れた空気を、底プレート２２の湾曲面に沿って遠心方向に導いて多数のブレード１８の間を遠心方向にファンケース１４内に吹き出し、吐出口３６から吐出するものである。遠心多翼ファン１２を収容するファンケース１４は上下のケース３２、３４が合体してなるもので、上ケース３２には空気取入口を形成するベルマウス６０が形成されている。

吸入箱１６は三角屋根形状に形成されたケース４０を有し、ケース４０内に壁体４８が形成され、ケース４０内には、壁体４８の一方側に空気吸入室４６が形成され、他方側に共鳴室５０が形成されている。消音器５２は、そのハウジングがケース４０の一部と上ケース３２の一部とからなり、ハウジング内の上ケース３２に、共鳴室５０とファンケース１４内のファン収容室５４とを連通する連通孔５６が形成されている。このような構成により、遠心多翼ファン１２で発生する騒音が、その発生原因を形成するファン収容室５４と連通孔５６を介して連通する共鳴室５０で効果的に騒音低減が図られ、共鳴室５０が消音器の役割を果たすとされている。

特開平７−２２８１２８号公報

上記特許文献１に記載の多翼送風機１０は、空気取入口を形成するベルマウス６０がファンケース１４を構成する上ケース３２に形成されるとともにこの上ケース３２の上部に共鳴室５０が形成され、上ケース３２に形成された連通孔５６を介してファン収容室５４と連通する共鳴室５０で騒音低減が図られる構成である。しかしその連通孔５６は、遠心多翼ファン１２のブレード１８の外周端よりも径方向外方の上方に位置しているため、遠心多翼ファン１２の回転によりブレード１８から径方向外方に吹き出される空気の流れが連通孔５６に影響を及ぼし、共鳴室５０による騒音低減効果が必ずしも十分ではないという問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、インペラを収容するケーシング内で発生する騒音を効果的に低減することができる遠心ファンを提供することを目的とする。

本発明の遠心ファンは、渦巻き状のケーシングと、該ケーシング内のインペラ収容室に収容されたインペラと、該インペラを回転させるモータとを備え、前記ケーシングの軸方向一方側に前記ケーシング内から発生する音波の所定周波数を減衰させる吸音器を備えた遠心ファンであって、前記インペラは複数の羽根を備えるとともに該羽根の前記軸方向一方側の端部における外周部が環状の連結リングで連結され、前記吸音器は、前記ケーシングの軸方向一方側に形成された背後空気層と、該背後空気層と前記インペラ収容室とを連通する少なくとも１つの連通孔とからなり、前記連通孔は、前記連結リングに対向する位置、もしくは該位置から内周側に形成されていることを特徴とする。

本発明の吸音器によれば、ケーシング内で発生する音により連通孔内の空気が音圧加振されると、連通孔内の空気が質量となり、背後空気層がばねとなる振動現象が起こり、連通孔内の空気と、連通孔の表面すなわち連通孔と背後空気層との境界面との間にせん断摩擦が起こって音のエネルギーが熱エネルギーに変換する。また、連通孔内では空気が振動することで渦が発生して摩擦が生じ、これにより音のエネルギーが熱エネルギーに変換する。これらの音のエネルギーが熱エネルギーに変換する作用によってケーシング内で発生する音は減衰し、結果として騒音が低減する。

本発明では、吸音器の連通孔が、インペラの羽根を連結する連結リングに対向する位置、もしくは該位置から内周側に形成されている。このため、インペラの回転によって羽根から径方向外方に吹き出される空気の流れが連通孔に影響を及ぼすことを防止することができ、その結果、吸音器は安定した騒音低減効果を発揮する。

本発明は、複数の前記吸音器が前記ケーシングの周方向に沿って配列されている形態を含む。また、前記吸音器の前記連通孔が、前記モータの回転軸と同心位置、かつ周方向に等間隔をおいて形成されている形態を含む。

また、本発明は、ケーシング内で発生する音の周波数、すなわち減衰させる所定周波数に応じて、前記背後空気層の体積、前記連通孔の直径、長さおよび個数を適宜に設定することにより、騒音を効果的に低減することができる。

本発明によれば、インペラを収容するケーシング内で発生する騒音を効果的に低減することができる遠心ファンが提供されるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る遠心ファンの全体斜視図である。 図１の上蓋を除いた状態の平面図である。 一実施形態の遠心ファンの縦断面図（図２のIII−IIIに対応）である。 図３のIV部拡大図である。 従来の遠心ファンを示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］遠心ファンの基本構造
図１は一実施形態に係る遠心ファン１００の外観を示す全体斜視図、図２は図１の上蓋６００を除いた状態の平面図、図３は遠心ファン１００の縦断面図、図４は図３のIV部拡大図である。この遠心ファン１００は、渦巻き状のケーシング２００と、ケーシング２００内に収容されたインペラ３００と、インペラ３００を回転させるモータ４００を備えている。以下の説明での上下方向は、図３の上下方向によるものとする。

図１〜図３に示すように、ケーシング２００は、上下に分割される上下一対の上ケーシング２１０と下ケーシング２２０が一体化されたもので、舌部２３０（図２参照）を起点として渦巻き状に形成されたものである。ケーシング２００の側面には、渦巻き状の巻き終り部から接線方向に延長された吐出口２４０が形成されている。上ケーシング２１０および下ケーシング２２０は樹脂の射出成形で形成された箱体であり、開口縁どうしを接合してケーシング２００に組み立てられる。ケーシング２００内にはインペラ収容室２５０が形成されている。

上ケーシング２１０の上端中央には、上方に突出する円筒状のベルマウス２１１が形成され、ベルマウス２１１の内側の開口が空気の吸込口２１２となっている。ケーシング２００の内周壁２６０は、舌部２３０を起点としたインボリュート曲線を有する形状に形成され、この内周壁２６０とインペラ３００との間に、吐出口２４０に至る渦巻き状の流路２７０が形成されている。

図３に示すように、下ケーシング２２０の下面中央には上方に凹む凹所２２１が形成されており、その凹所２２１内にモータ４００が配置されている。モータ４００は凹所２２１の中央に形成されたモータ装着孔２２２に嵌合した状態で下ケーシング２２０に固定されている。その固定状態でモータ４００のシャフト４１０は上下方向に延び、シャフト４１０の上端部がケーシング２００内に突出している。

インペラ３００はインペラ収容室２５０に収容され、モータ４００のシャフト４１０周りに回転可能に支持されている。インペラ３００は、円盤状の下プレート３１０と、複数の羽根３２０と、環状の連結リング３３０を備えている。図３に示すように、下プレート３１０は、上面中央が上方に凸状に形成されたハブ部３１１の周囲に、外周に向かうにしたがって下方に湾曲するフランジ部３１２が形成されたもので、フランジ部３１２に羽根３２０の下端が固定されている。

羽根３２０は、自身の回転方向（図１、図２で矢印Ａ方向）に対して凹状となる円弧板形状の前向き羽根であり、周方向に等間隔をおいて放射状に配置されている。連結リング３３０は、各羽根３２０の外周端部における上端の上に配置されてそれら上端に固定されている。すなわち、各羽根３２０の上端は連結リング３３０を介して連結されている。本実施形態では、下プレート３１０と羽根３２０と連結リング３３０は樹脂の射出成形で一体成形されている。なお、樹脂製の連結リング３３０を別体としてもよく、その場合には、連結リング３３０を各羽根３２０の上端に溶接手段で溶着することにより固定する手法などが採用される。インペラ３００の外周は複数の羽根３２０の外周縁で形成され、その外径はベルマウス２１１の外径よりも大きく、連結リング３３０の外径はインペラ３００の外径とほぼ等しいものとなっている。

モータ４００のシャフト４１０の上端部は下プレート３１０のハブ部３１１の中心に挿入されて結合されており、インペラ３００はモータ４００によって回転駆動される。インペラ３００が回転すると、そのインペラ３００によってケーシング２００外の空気がケーシング２００内に吸入され、吐出口２４０から空気が吐出され送風される。すなわち、ケーシング２００外の空気は、吸込口２１２およびインペラ３００の上部開口を経て軸方向にインペラ３００内に流入し、次いで羽根３２０の間を径方向外方に案内されて流路２７０に吹き出され、流路２７０を羽根３２０の回転方向に圧送されて吐出口２４０から吹き出される。

［２］吸音器の構成
以上の構成を有する遠心ファン１００は、本発明に係る吸音器５００を備えている。以下、その吸音器５００について説明する。

図２〜図４に示すように、上ケーシング２１０は、ベルマウス２１１の下端から内周壁２６０にわたる天板部２１４を有している。インペラ収容室２５０に収容されたインペラ３００の上端は、僅かな隙間をあけて上方の天板部２１４に近接している。天板部２１４の外周縁からは上ケーシング２１０の周壁が天板部２１４より上方に延長することで環状の突出部２１５が形成されている。図３に示すように、突出部２１５の上端とベルマウス２１１との間に上蓋６００が設けられており、上ケーシング２１０の上方には、上蓋６００と、天板部２１４および突出部２１５とによって囲まれた渦巻き状のスペース５３０が形成されている。上蓋６００は、突出部２１５と、ベルマウス２１１の外周面に形成された段部２１３に気密的に結合され、スペース５３０を密閉している。上蓋６００と天板部２１４は軸方向に直交し、平行となっている。

図２に示すように、上記スペース５３０内は、放射状の複数の隔壁２１６によって、周方向に並ぶ複数の背後空気層５１０に区画されている。隔壁２１６は天板部２１４および突出部２１５と一体に成形されており、その上端に上蓋６００が気密的に結合されている。上ケーシング２１０の突出部２１５および隔壁２１６に対する上蓋６００の結合は、例えば、上蓋６００の下面に形成した凸条を、突出部２１５および隔壁２１６の上端に形成した溝に嵌合させる凹凸嵌合によってなすことができるが、結合の形態はこの他の形態であってもよい。

各背後空気層５１０は、全て同じ体積となるように形成されている。本実施形態では、８個の背後空気層５１０を備えている。これら背後空気層５１０に面する天板部２１４には、背後空気層５１０とインペラ収容室２５０とを連通する連通孔５２０が形成されている。この連通孔５２０と背後空気層５１０とにより、吸音器５００が構成される。本実施形態では、連通孔５２０は１つの背後空気層５１０に１つずつ設けられている。連通孔５２０はシャフト４１０と同心位置、かつ周方向に等角度ピッチの位置に形成されている。また、連通孔５２０は全て同じ円形の形状とされている。図４に示すように、各連通孔５２０は、インペラ３００の羽根３２０の上端を連結する連結リング３３０の上方であって、その連結リング３３０に対向する位置（連結リング３３０が軸方向上方の天板部２１４に投影される領域）に形成されている。この位置は、インペラ３００の外周縁よりも僅かに径方向内側である。

［３］吸音器による音減衰作用
本実施形態の遠心ファン１００は、モータ４００によってインペラ３００が回転して吐出口２４０から送風される運転状態において、ケーシング２００内で発生する音が放射されるが、その音は、吸音器５００による以下の作用によって低減する。

吸音器５００は、連通孔５２０内の空気が質量となり、吸音器５００内の背後空気層５１０がばねとなる吸音器を構成する。円形状の連通孔５２０の直径：ｄ、連通孔５２０の面積：Ｓとすると、Ｓ＝１／４πｄ^２である。ここで、背後空気層５１０の体積：Ｖ、連通孔５２０の軸方向の長さ：Ｌ、空気中の音速：ｃ、とすると、共鳴周波数（消音する周波数）ｆは、下記の式１で表わされる。

式１から、背後空気層５１０の体積Ｖ、連通孔５２０の直径ｄおよび長さＬ、連通孔５２０の個数を適宜調整することにより、消音する周波数を変更することが可能であることが判る。本実施形態の遠心ファン１００は、インペラ３００の回転により、ケーシング２００内の空気がばねとして働くヘルムホルツ共鳴が発生し、この共鳴によってケーシング２００から放射する音が騒音になる可能性がある構造である。

ケーシング２００内で発生した音は、連通孔５２０内の空気を音圧加振する。すると、連通孔５２０内の空気が質量となり、背後空気層５１０がばねとなる振動現象が起こる。そして、連通孔５２０内の空気と、連通孔５２０の表面すなわち連通孔５２０と背後空気層５１０との境界面との間にせん断摩擦が起こり、これにより音のエネルギーが熱エネルギーに変換する。また、連通孔５２０内では空気が振動することで渦が発生して摩擦が生じ、これにより音のエネルギーが熱エネルギーに変換する。このように吸音器５００では音のエネルギーが熱エネルギーに変換する２種類の作用が起こり、このためケーシング２００内で発生する音は減衰し、結果として騒音が低減する。

本実施形態では、各連通孔５２０は、連結リング３３０の上方であって、インペラ３００の外周縁よりも僅かに径方向内側に形成されている。これにより、インペラ３００の回転によって羽根３２０から径方向外方に吹き出される空気の流れが連通孔５２０に影響を及ぼすことを防止することができる。その結果、安定した吸音器５００の騒音低減効果を得ることができる。

また、騒音の低減効果を顕著に得るには、ケーシング２００内から発生する騒音の周波数を測定し、消音する周波数に応じて背後空気層５１０の体積Ｖ、連通孔５２０の直径ｄおよび長さＬ、連通孔５２０の個数を適宜に調整すればよい。１つの吸音器５００に形成する連通孔５２０の個数は１個に限らず、複数を形成することによって広い周波数域での騒音低減効果を得ることができる。

［４］実施例による音圧低減効果の実証
図１〜図４に示した構成の遠心ファン１００を作製し、その遠心ファン１００のケーシング２００内で発生する騒音を測定して音圧低減効果を次のようにして調べた。なお、この種の遠心ファンで発生する騒音は５００〜６００Ｈｚの周波数で発生するため、この周波数帯における音圧を測定対象とした。

まず、比較例として、連通孔５２０を塞いで吸音器５００が作用しない状態とし、ケーシング２００内から発生する騒音を測定した。その結果、騒音は約２６．８ｄＢ（Ａ）であった。次に、各連通孔５２０をあけて各背後空気層５１０とケーシング２００内を連通させて吸音器５００を備えた実施例について騒音を測定した。その結果、騒音は約２２．６ｄＢ（Ａ）であった。なお、インペラ３００の回転数は比較例と同じとした。この結果、騒音を約４ｄＢ（Ａ）低減することができた。

［５］他の実施形態について
本発明では、１つの吸音器５００が複数の連通孔５２０を備える形態としてよい。その場合であっても、天板部２１４に形成される全ての連通孔５２０は、上記のように連結リング３３０の上方位置において、周方向に等角度ピッチの位置に形成されることが望ましい。

また、天板部２１４に形成する連通孔５２０の位置は、連結リング３３０の上方に当たる位置から内周側であってもよい。このように連結リング３３０よりも内周側の位置でも、羽根３２０から径方向外方に吹き出される空気の流れは連通孔５２０に影響を及ぼすことはなく、安定した吸音器５００の騒音低減効果を同様に得ることができる。

本発明は、低騒音の遠心ファンとして好適である。

１００…遠心ファン、２００…ケーシング、２５０…インペラ収容室、３００…インペラ、３３０…連結リング、４００…モータ、５００…吸音器、５１０…背後空気層、５２０…連通孔。

Claims (4)

1. 渦巻き状のケーシングと、該ケーシング内のインペラ収容室に収容されたインペラと、該インペラを回転させるモータとを備え、前記ケーシングの軸方向一方側に前記ケーシング内から発生する音波の所定周波数を減衰させる吸音器を備えた遠心ファンであって、
   前記インペラは複数の羽根を備えるとともに該羽根の前記軸方向一方側の端部における外周部が環状の連結リングで連結され、
   前記吸音器は、前記ケーシングの軸方向一方側に形成された背後空気層と、該背後空気層と前記インペラ収容室とを連通する少なくとも１つの連通孔とからなり、
   前記連通孔は、前記連結リングに対向する位置、もしくは該位置から内周側に形成されていることを特徴とする遠心ファン。
2. 複数の前記吸音器が前記ケーシングの周方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項１に記載の遠心ファン。
3. 前記連通孔は、前記モータの回転軸と同心位置、かつ周方向に等間隔をおいて形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の遠心ファン。
4. 前記背後空気層の体積、前記連通孔の直径、長さおよび個数が、減衰させる前記所定周波数に応じて設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の遠心ファン。

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