JP4925698B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

この発明は、空気調和装置に係り、特にその送風音の低減に関するものである。

従来の空気調和装置において、その送風音（又は送風騒音）に対しては、グラスウール等の吸音材を、騒音伝播部分である風路に配置して対処している（例えば、特許文献１参照）。
特開平11−248183号公報（第６頁、第６図など）

しかしながら、従来の場合、送風機の回転数に依存する低周波送風音に対しては、吸音材の特性上、吸音性能が低く、十分な消音効果が得られない場合が多い。
また、空気調和装置内部に十分な大きさの吸音材を配置することが困難な場合についても同様に消音効果が得られない。
また、小型の空気調和装置の風路内部に吸音材を配置すると、それが風路抵抗となり風量低下を招いたり、局所風速の増加により吸音材が飛散することがあり、飛散を防止する対策が必要になる等の問題があった。
さらに、屋外に設置する機器においては、風路内に風雨、太陽光等が進入し、吸音材を劣化させるという問題点があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、低周波数の特定送風音を効果的に低減することができる空気調和装置を得ることを第１の目的とする。
また、グラスウール等の吸音材を使用せずに、低周波数の特定送風音の低減を図ることを第２の目的とする。

この発明に係る空気調和装置は、熱交換器と送風機が筐体内に収納され、前記送風機により前記熱交換器で熱交換された空気が前記筐体から吹き出される空気調和装置において、前記送風機の吸込み側、吹出し側、又は吸込み側と吹出し側の両方の送風音伝播路に、前記送風機を構成する回転翼の回転に起因する送風音の特定周波数に対して共鳴を生ずる複数の共鳴型消音器を配置した空気調和装置であって、各共鳴型消音器は、内側に、長さｈ、断面積ｐの空洞部が形成された筒体構造であり、前記各共鳴型消音器は、予め設定された異なる温度で同じ特定周波数に対して共鳴を生ずるように、前記空洞部の長さｈ及び断面積ｐを相違させている。

この発明の空気調和装置は、共鳴型消音装置を送風機の吸込み側、吹出し側、又は吸込み側と吹出し側の両方の送風音伝播路に配置したので、グラスウール等の吸音材なしで、特定周波数の送風音が共鳴によって大幅に低下するという効果を奏する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における空気調和装置の構成を示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）、側面図（ｃ）である。また、図２はこの発明の実施の形態１で使用する共鳴型消音器の正面図（ａ）、側面図（ｂ）である。
図１における空気調和装置１０、熱交換器５と送風機１が筐体９内に収納されており、熱交換器５には熱交換器５へ冷媒を供給する冷媒配管６が接続されている。そして、筐体９の外部から内部に導入した空気を、熱交換器５で熱交換し、送風機１を利用して筐体９の外へ吹き出す構成としている。送風機１は複数枚（その枚数をZとする）の回転翼４を備え、筐体１０内の風路３に配置されて、空気調和装置内における空気の流れを作り出している。

ここでは、送風機１の空気吸込み側と空気吹出し側の両方の風路３に共鳴型消音器２を複数配置している。ただし、送風音の状況や程度に応じて、空気吸込み側または空気吹出し側だけに、共鳴型消音器２を１以上配置する態様としてもよい。
空気調和装置１０内に配置された共鳴型消音器２は、装置１０内で風路３を構成しており、その風路３は送風音伝播路となっている。
共鳴型消音器２は、例えば図２に示すような筒体構造をしており、開口端部を開口部２１、中空の内部を空洞部２２、空洞部２２を形成する外郭を外郭部２３と称するものとする。この共鳴型消音器２は、その開口端を送風機１から送られる空気の流路（又は回転翼４が配置された風路）の縁部に位置させて配置するのが好ましい。

次に、図１に示した空気調和装置１０の動作について説明する。空気調和装置１０が運転を開始すると、送風機１の回転翼４が回転する。これにより、図１中の矢印方向に空気の流れが生じる。すなわち、筐体９の外部から内部に導入された空気は、熱交換器５、風路３、送風機１を経て、筐体９の外部に放出される。このとき熱交換器５では、冷媒配管６より供給される冷媒と矢印のように流れる空気との間で熱交換が行われる。

このとき、送風機１では、回転翼４の回転数をNとすると、N×Zを基本周波数ｆ1とし、その高調波成分ｆ2、ｆ3‥を含む回転音（送風音）が発生する。回転音は、一般的に周囲の騒音成分より大きなパルス波形を示す。この回転音は、空気調和装置１０の風路３を介して、風路３における空気の流れの上流方向及び下流方向へそれぞれ伝播する。その際、共鳴型消音器２の空洞部８内で、特定周波数の送風音に対して共鳴が起こり、それにより特定周波数の送風音は熱となって消散する。

周波数ｆの回転音が低減できる騒音レベルLは、共鳴型消音器２の空洞部長さh、空洞部断面積p、送風機１から共鳴型消音器２までの距離d、風路３の断面積qを用いて、以下の式で決定できる。
L=10・log((SIN(k・d)+p/q・COS(k・d)・TAN(k・h))²+(COS(k・d))²)
ただし、ｋ＝２πｆ/ｃ ｃ：音速 （ｃ＝331.5・√（1+ｔ/273）） ｔ：温度（℃）

従って、低減したい回転音の周波数で共鳴を生ずるように、騒音レベルLの式中に示した距離d、長さh及び断面積p,qを調整した共鳴型消音器２を、回転音の伝播経路中に配置することで、目的の送風音を低減することができる。実施の形態１は、この原理を利用して、送風機１の回転に起因する特定周波数の送風音を低減したものである。実施の形態１の空気調和装置による送風音は、図４に示す波形となった。図４からは、Ａ点（７５０Ｈｚ）付近での回転音が大きく減少していることが分かる。

実施の形態２．
実施の形態１では、送風機１の回転音の伝播経路中に、回転音の特定周波数成分で共鳴を生ずる共鳴型消音器２を配置した。しかし、騒音レベルLの式より明らかなように、低減できる周波数は、共鳴型消音器２の周囲温度により異なる。従って、ある温度ｔにおいて目的とする送風音の周波数成分を低減するように調整した共鳴型消音器の場合、空気調和装置内のように周囲温度が大きく変化する環境においては、共鳴周波数と低減したい送風音の周波数が一致しなくなり、十分な減音が得られない場合がある。実施の形態２では、この影響まで考慮した空気調和装置を提案する。

図５はある共鳴型消音器２の減音量（騒音の低減量）の周波数特性と空気調和装置で使用される空気温度（空調温度）との関係を示すグラフである。ここでは、空気温度として、15℃、20℃、25℃及び30℃が選ばれている。このグラフから、空気温度が高いほど減音量が最大となる周波数は、高周波数側にずれることがわかる。しかし、上記の各温度に応じて、共鳴型消音器２の空洞部２２の長さｈを30〜120mm、空洞部２１の断面積ｐを15〜2800mm²の範囲で変更してその仕様を変えることで、図６に示すように、温度が異なった場合においても、減音量が最大となる周波数を同一となるように調整することができる。

図７はこの発明の実施の形態２に係る空気調和装置の構成図であり、図６のような減音特性が得られるように、送風機１の周囲に、異なる仕様の複数の共鳴型消音器を配置した例を示している。図７中、共鳴型消音器２a、２b、２c、２ｄは、図６におけるA仕様、B仕様、C仕様、D仕様の減音特性を持つ消音器であり、送風機１の周囲に配置されて風路３を構成している。
この空気調和装置において、熱交換器５を通過した空気は、例えば温度15℃〜30℃の範囲で変動して送風機１を通過する。この場合、送風機１で発生した回転音の減音度と温度の関係は、図８の破線で表すように、空調温度範囲の全域で高い減音度を維持できる。図８には各共鳴型消音器２a、２b、２c、２ｄの減音度と温度との関係が示されており、各共鳴型消音器２a、２b、２c、２ｄを組み合わせた場合の減音度と温度との関係は、破線で表された状態となる。なお、図８中、共鳴型消音器２aだけ使用した場合の減音度と温度の関係は白三角（△印）付き太線で表わされ、共鳴型消音器２ｂ、２ｃ、２ｄだけを使用した場合は、それぞれ、白丸（○）付き実線、白四角（□）付き実線、米印（＊）付き実線で表わされる。

以上のように、実施の形態２の空気調和装置によれば、使用温度範囲内の所定の温度毎に同じ低周波数に対して減音量が最大となるように調整した、仕様の異なる複数の共鳴型消音器を風路３へ配置しているので、空気調和装置の空調温度範囲の全域で高い減音度を維持し、回転音を低減することができる。

実施の形態３．
ここでは、共鳴型消音器２の配置位置に関する効果的な態様を提案する。図９はこの発明の実施の形態３に係る空気調和装置における共鳴型消音器２の配置位置の関係を示す模式図である。ここでは、共鳴型消音器２は送風機１から送られる空気の流路より僅かに外側にずれた位置に配置している。この「ずれ量」をLdで表すこととし、ずれ量Ldを、0mm、10mm、30mm、50mmにした場合の送風音の周波数特性を示すグラフを、それぞれ図４、図１０、図１１、図１２に示した。また、ここでの共鳴型消音器２は、回転音の１次成分を低減するように調整されたものを使用している。

図４、図１０、図１１、図１２を、共鳴型消音器を備えていない従来の空気調和装置の場合の図３と比較してみると、共鳴型消音器２を配置することにより、Ａ点（周波数７５０Ｈｚ付近）のピーク値が低下していることがわかる。ただし、Ld=0（図４）やLd=10（図１０）の場合、Ｂ領域（４００−６００Ｈｚ付近）での低周波側の騒音は図３に比較して目立って増加している。これは、送風機１からの吹き出し空気が、共鳴型消音器２へ衝突することにより空気流れに乱れを生じ、その乱れによる圧力変動により生じたものである。これを防止するためには、共鳴型消音器２の位置を送風機１から送られる空気の流路より外側にずらして配置し、共鳴型消音器２へ衝突する空気の量を減らすのが有効である。例えば、Ld＝30mm（図１１）やLd＝50mm（図１２）の場合には、Ａ点のピーク値が図３の場合より低下しており、かつLd=0の場合よりＢ領域の騒音もかなり低下している。従って、実施の形態３では、送風機１から送られる空気の流路から外側にずれた位置に共鳴型消音器２を配置した空気調和装置を提案する。この場合の共鳴型消音器２の「ずれ量」は、好ましくはLd＝30mm以上、特に好ましくはLd＝50mm以上とし、かつ共鳴型消音器２の共鳴消音効果が得られる範囲内とする。

以上のように、実施の形態３の空気調和装置は、送風機１から送られる空気の流路から僅かに外側にずれた位置に共鳴型消音器２を配置するようにしているので、送風機１の回転音を低減できると共に、共鳴型消音器２の影響で増加する空気流の乱れに起因する騒音も抑制することができる。

実施の形態４．
実施の形態４では、共鳴型消音器自体の形状の各種態様を提案する。代表的な共鳴型消音器２は、実施の形態１で示したような円筒形をなし、その一端面を閉塞したものである。そのような形状であれば、図１３に示すように、一般的な配管部材である円管（外郭部２３を構成）とキャップ２４にて構成でき、安価に騒音低減を図ることができる。なお、共鳴型消音器２の空洞部２３に、多孔質材料２５を挿入することにより減音効果を高めることも可能である。さらに、図１４に示すように、共鳴型消音器２の端面を非平行面として、複数の共鳴周波数を得るように構成することも可能である。この他、共鳴型消音器２として、図１５に示すような形状のへルムホルツ型消音器を使用しても実施の形態１〜３と同様な効果を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る空気調和装置の主な構成を示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）、側面図（ｃ）。 実施の形態１で使用する共鳴型消音器の構造を示す正面図（ａ）、側面図（ｂ）。 従来の空気調和装置における送風音の周波数特性を示すグラフ。 実施の形態１による送風音の周波数特性を示すグラフ（Ld=0mmの場合）。 同一仕様の共鳴型消音器の温度に依存する減音特性を示すグラフ。 同一周波数に対して最大の減音特性が得られるよう温度毎に調整した共鳴型消音器の減音特性を示すグラフ。 実施の形態２に係る空気調和装置の主な構成を示す平面図（ａ）、側面図（ｂ）。 この発明の実施の形態２に係る空気調和装置の減音特性を示すグラフ。 この発明の実施の形態３に係る空気調和装置内における共鳴型消音器の配置例示図。 流路からのずれ量Ld=10mm時の騒音の周波数特性を示すグラフ。 流路からのずれ量Ld=30mm時の騒音の周波数特性を示すグラフ。 流路からのずれ量Ld=50mm時の騒音の周波数特性を示すグラフ。 共鳴型消音器の構造例１を示す正面図（ａ）と側面図（ｂ）。 共鳴型消音器の構造例２のその１を示す側面図（ａ）とその２を示す側面図（ｂ）。 共鳴型消音器の構造例３を示す正面図（ａ）と側面図（ｂ）。

符号の説明

１ 送風機、２ 共鳴型消音器、３ 風路、４ 送風機の回転翼、５ 熱交換器、６ 冷媒配管、９ 筐体、１０ 空気調和装置、２１ 共鳴型消音器の開口部、２２ 共鳴型消音器の空洞部、２３ 共鳴型消音器の外郭部、２４ キャップ、２５ 多孔質材料。

Claims (4)

1. 熱交換器と送風機が筐体内に収納され、前記送風機により前記熱交換器で熱交換された空気が前記筐体から吹き出される空気調和装置において、
   前記送風機の吸込み側、吹出し側、又は吸込み側と吹出し側の両方の送風音伝播路に、前記送風機を構成する回転翼の回転に起因する送風音の特定周波数に対して共鳴を生ずる複数の共鳴型消音器を配置した空気調和装置であって、
   各共鳴型消音器は、内側に、長さｈ、断面積ｐの空洞部が形成された筒体構造であり、
   前記各共鳴型消音器は、予め設定された異なる温度で同じ特定周波数に対して共鳴を生ずるように、前記空洞部の長さｈ及び断面積ｐを相違させていることを特徴とする空気調和装置。
2. 前記送風機から送られる空気の流路から外側にずれた位置に、前記共鳴型消音器を配置したことを特徴とする請求項１記載の空気調和装置。
3. 前記共鳴型消音器を円筒形として、その一端面を閉塞した構造としたことを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和装置。
4. 前記共鳴型消音器の内部に多孔質材料を挿入した構造としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和装置。

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