JP2019074030A - 遠心ファン - Google Patents
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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。
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。
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。
[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。
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。
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=1/4πd2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。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2017200942A JP2019074030A (ja) | 2017-10-17 | 2017-10-17 | 遠心ファン |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR102203883B1 (ko) * | 2019-07-18 | 2021-01-15 | 주식회사 힘펠 | 환풍기 |
CN113738664A (zh) * | 2021-09-15 | 2021-12-03 | 杭州帅丰科技有限公司 | 一种降噪风机 |
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2017
- 2017-10-17 JP JP2017200942A patent/JP2019074030A/ja active Pending
Cited By (3)
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KR102203883B1 (ko) * | 2019-07-18 | 2021-01-15 | 주식회사 힘펠 | 환풍기 |
CN113738664A (zh) * | 2021-09-15 | 2021-12-03 | 杭州帅丰科技有限公司 | 一种降噪风机 |
CN113738664B (zh) * | 2021-09-15 | 2024-04-02 | 杭州帅丰科技有限公司 | 一种降噪风机 |
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