JP6497845B2 - 送風装置 - Google Patents

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本発明は、遠心式送風機を箱体内に組込んだ送風装置に関するものである。
天井裏の空間等に設置される換気装置として、遠心式送風機を装備した送風装置を用いることがある。このような送風装置は、一般に、遠心式ファンとこれを駆動するモーターとを有している。そして、ファンケーシング(スクロールケーシング)の対向する2側面、すなわちモーター側と反モーター側の双方に吸込口を持つ両吸込型の遠心式送風機を、箱体内に組込んだ構造を有している。このような送風装置における騒音源は、一般的には駆動部であるモーターと羽根車であり、吸音部材の装着等によって、これらの騒音の低減を図る工夫がなされてきた。
すなわち、モーターにより回転駆動される羽根車をスクロールケーシングの中に備え、全体を外側ケーシングの中に納めた遠心式送風機において、騒音を低減させる工夫として、スクロールケーシングの吸込側にスクロールケーシング貼付吸音材を取付けている。また、外側ケーシングの内面には、吸音材を内貼りして流路壁貼付吸音材を形成させている。なお、吸音材としては、グラスウールなどの多孔質吸音性材料が一般的に用いられる(例えば、特許文献1参照)。
また、箱体状の本体の内部に、遠心送風機の上流側と下流側の境界を仕切る仕切り板によって、本体吸込口と遠心送風機の吸込口とを接続する吸気風路を形成し、吸気風路内に、遮音壁によって密閉空洞部を形成するとともに、遮音壁に、密閉空洞部と吸気風路とを連通させる隙間を設け、これら遮音壁と密閉空洞部と隙間とによって共鳴器型吸音構造を形成したものがある。この場合、遠心送風機から発生した音は、一部が隙間から密閉空洞部に入射し共鳴吸収されるので、騒音を抑制することができる(例えば、特許文献2参照)。
特開2001−050199号公報(図1) 特許第4687099号公報(図1〜図3)
ところで、多孔質吸音性材料を使用した多孔質型吸音構造においては、高周波数帯の吸音に効果的であるが、低周波数帯(500〜1000Hz)の吸音特性は低い傾向を示す。低周波数帯の吸音特性を向上させるには、吸音材料を厚くする必要がある。しかし、特許文献1に示されているように外側ケーシングの内面に吸音材を内貼りして流路壁貼付吸音材を形成しているものにあっては、吸音材料を厚くするのに伴い、流路断面積が狭まり、流路抵抗が増大し、圧力損失が大きくなって、送風性能が低下してしまうという問題があった。
また、送風性能の低下を防ぐために、外側ケーシングを、吸音材料や背後の空気層を厚くするのに倣うように増大させた場合は、遠心式送風機が大型化してしまうという新たな問題が発生する。
また、吸気風路内に、遮音壁と密閉空洞部と隙間とによって共鳴器型吸音構造を形成し、遠心送風機から発生した音を、隙間から密閉空洞部に入射させて共鳴吸収する特許文献2のものにあっては、低周波数帯の吸音特性を向上させることができる。しかしながら、共鳴器型吸音構造では、共鳴する特定の周波数のみしか吸音できないという問題があった。
すなわち、従来技術において低周波数帯の吸音特性を向上させるためには、送風性能の低下または送風機の大型化を許容する必要があった。
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、小型で送風性能の悪化を伴うことなく、低周波数帯の吸音特性を向上させることができる送風装置を提供することを目的とする。
本発明に係る送風装置は、吸込口と吐出口とを有する箱体と、箱体の内部に収容された遠心送風機と、箱体の内部に形成されて吸込口と遠心送風機の吸気口とを接続する吸気風路とを備え、遠心送風機によって吸込口から空気を吸い込み遠心送風機の排気口に連なる吐出口から吹き出す空気流を発生させる送風装置において、吸気風路に消音手段を設け、消音手段は、遠心送風機の吸気口縁部から箱体の壁面まで延出した吸音材からなり、吸音材が吸気風路に露出している面の反対側の面が空気層になっており、吸音材で吸音する周波数をF、音速をC、吸音材の厚みをW、吸音材が吸気風路に露出している面の反対側の面から箱体の壁面までの垂直距離をBとしたときに、周波数Fが500〜1000Hzとなるように、次の関係式でWとBが調整されたものである。
Figure 0006497845
(n=1,2,3,4・・・・)
本発明に係る送風装置においては、消音手段を、吸気風路の上流に対し吸気口を挟んだ位置における吸気口縁部を基点とし、この基点から延出して吸気風路を塞ぐように配置しているので、流路断面積を狭めることなく、吸音材料を厚くすることができ、低周波数帯の吸音特性の向上を図ることができる。このため、従来、箱体の内面に内貼りして形成していた流路壁貼付吸音材を不要にでき、これによって流路断面積が広がり、送風機を小型化することができる。
本発明の実施形態1に係る送風装置の外観を示す斜視図である。 図1のA方向から見た断面図である。 比較例の送風装置の断面図である。 本発明の実施形態2に係る送風装置の断面図であり、図2相当図である。 本発明の実施形態2に係る送風装置の実使用作動点における流路内据付吸音材の各設置位置a,b,c毎のファン効率を示すグラフである。 本発明の実施形態3に係る送風装置の断面図であり、図2相当図である。
以下に、本発明に係る送風装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
実施形態1.
図1は本発明の実施形態1に係る送風装置の外観を示す斜視図である。図2は図1のA方向から見た断面図である。図3は比較例の送風装置の断面図である。
本発明の実施形態1に係る送風装置は、例えば建物の天井裏の空間に設置されて、天井裏に設けられたダクトを、図1および図2に示すダクト接続部品9に取り付け、室内の空気を吸込み、室外へ排気して、換気を行うものである。
構造としては、箱体である外側ケーシング3の内部に、遠心送風機のスクロールケーシング2が収納されており、スクロールケーシング2の中に遠心送風機の羽根車4とモーター1の一部とが設置されている。この羽根車4がモーター1によって駆動されることで、図2中に矢印で示す作動流体流れ20のように、吸込口5から空気が流入し、スクロールケーシング貼付吸音材10の手前で空気の流れが2方向に分岐され、それぞれ遠心送風機のファン側吸気口7とモーター側吸気口8とから羽根車4に吸い込まれ、スクロールケーシング2の排気口17を介して、吐出口6から吹き出される。スクロールケーシング貼付吸音材10は、外側ケーシング3の中で、羽根車4から発生され、吸込口5側に伝播していく音の吸音を目的として設置されたものである。また、スクロールケーシング貼付吸音材10は、作動流体流れ20を2分割し、これにより流路が長くなるようにして、騒音の低減効果を大きくする機能も持っている。
また、外側ケーシング3の内部には、吸込口5と、遠心送風機の吸気口であるファン側吸気口7およびモーター側吸気口8とを接続する吸気風路18が形成され、吸気風路18の内部に、消音手段である流路内据付吸音材11が設けられている。流路内据付吸音材11は、外側ケーシング3の中で、羽根車4から発生され、吸込口5側に伝播していく音の吸音を目的として設置されたものである。
これを更に詳述すると、流路内据付吸音材11は、例えばグラスウールなどの吸音性材料(多孔質材料)で構成された直方体のブロックで成り、吸気風路18の上流に対しファン側吸気口7を挟んだ位置における吸気口縁部を基点として、外側ケーシング3へ向け垂直に延出して吸気風路18を塞ぐように配置されている。
流路内据付吸音材11を前記のように配置することで、流路内据付吸音材11の背面(流路内据付吸音材11を挟んでファン側吸気口7の反対側)には、流路内据付吸音材11と外側ケーシング3等で囲われた空気層16が形成される。吸気風路18を伝播する音は、流路内据付吸音材11を通過するとき、その音のエネルギーの一部が流路内据付吸音材11によって熱エネルギーに変わることで減衰される。更に流路内据付吸音材11を通過した音は、空気層16の中を伝播し、外側ケーシング(箱体)3の壁面に入射すると、外側ケーシング(箱体)3の壁面で反射される。この反射波は、外側ケーシング(箱体)3の壁面では音圧が高く粒子速度はゼロに近くなり、入射した音の1/4波長離れた位置では、音圧がゼロで粒子速度が最大となる。そのため、外側ケーシング3の壁面より1/4波長離れた位置、つまり反射波の粒子速度が最大となる位置に、流路内据付吸音材11を配置することで、流路内据付吸音材11の厚みが1/4波長なくても、効果的に流路内据付吸音材11で吸音させることができる。そして、流路内据付吸音材11が薄くても効果的に流路内据付吸音材11を厚くしたものと同様に低周波数帯の音を吸音することができる。
この時、流路内据付吸音材11の配置によって効果的に吸音可能となる周波数Fは下記(1)式で定義される。この周波数Fは、空気層16の厚みBを調整することで設定できる。また、1/4波長の奇数倍においても反射波の粒子速度は最大となるため、流路内据付吸音材11の位置に1/4波長の奇数倍が位置する周波数も、同様に効果的に吸音することができる。
このため、吸音材の背面に空気層がない図3の比較例のもの、つまり外側ケーシング3の内面に吸音材を内貼りして流路壁貼付吸音材12を形成させているものと比較して、低周波数帯(500〜1000Hz)の吸音特性が向上する。
Figure 0006497845
(n=1,2,3,4・・・・)
ここで、Fは効果的に吸音可能な周波数、Cは音速、Bは背面の空気層の厚み、Wは吸音材の厚みを示す。つまり、本発明を実施することで、比較例(従来装置に相当)では吸音できなかった低周波数(500〜1000Hz)の卓越音を吸音することが可能となり、下記(2)式で定義される吸音能力(吸音材単位体積当たりの騒音の減音量)が向上する。
Figure 0006497845
ここで、Eは吸音能力、NRは騒音の減音量、Gは吸音材使用量を示す。
本実施形態での実使用吸音能力は、図3に示す比較例(従来装置に相当)と比較して約3倍に向上した。そのため、騒音値を比較例(従来装置に相当)と同等に保てば、吸音材の使用量を減らすことができる。
図2の流路内据付吸音材11は、図3の比較例(従来装置に相当)の流路壁貼付吸音材12の代替として使用している。このため、本実施形態の送風装置の流路寸法Lは、比較例の流路寸法Lよりも流路壁貼付吸音材12の厚みW分だけ大きくなっている。この効果によって、流路断面積が広がり、空気の流れが曲げられるときの曲率を大きく取れるので、流路抵抗を小さくでき、送風性能の向上を図ることができる。
また、流路断面積を比較例(従来装置に相当)と同等に保てば、流路壁貼付吸音材12の厚みW分だけ製品を小型化することもできる。つまり、従来は通風する流路の途中に吸音材を配置していたため、吸音材の分だけ風路が狭くなっていた。これに対して、本実施形態の送風装置では、通風する流路において遠心送風機のファン側吸気口7よりも後ろに流路内据付吸音材11を配置しているので、風路に臨みながらも風がほとんど流れない位置に吸音材を配置することができる。その結果、風路を狭くして圧力損失を生じさせることもなく、吸音できるとともに、風路の縦断面全体に吸音材を配置することもできるため、従来よりも吸音性能を大幅に向上させることができる。なお、流路内据付吸音材11は、吸気風路18の上流に対しモーター側吸気口8を挟んだ位置における吸気口縁部を基点として、外側ケーシング3へ向け垂直に延出して吸気風路18を塞ぐように配置してもよいものであり、その場合にも前述のような作用、効果を奏する。
実施形態2.
図4は本発明の実施形態2に係る送風装置の断面図であり、図2相当図である。図中、前述の実施形態1に相当する部分には同一符号を付してある。
本発明の実施形態2に係る送風装置は、図4に示すように、消音手段である流路内据付吸音材13が、遠心送風機のファン側吸気口7側に傾斜し、遠心送風機の回転軸方向から見てファン側吸気口7の一部を覆うように配置されて、吸気風路18を塞ぐようにしたものである。それ以外の構成は、前述の実施形態1のものと同様である。
本発明の実施形態2に係る送風装置においては、消音手段である流路内据付吸音材13が、遠心送風機のファン側吸気口7側に傾斜し、遠心送風機の回転軸方向から見てファン側吸気口7の一部を覆うように配置されて、吸気風路18を塞ぐようにしているので、流路内据付吸音材13の背面に形成される空気層16の厚みを、図4のように寸法Xだけ大きくすることができる。このため、前述の実施形態1よりも、さらに低周波数帯の吸音特性を向上させることができる。これは、空気層16の厚みBだけでは、不十分なほど低周波数の卓越音が生じた際に、有効である。
また、流路内据付吸音材13を遠心送風機のファン側吸気口7側に傾斜して配置させているので、空気層16の厚みがBからB+Xの範囲にわたって分布し、BからB+Xの範囲にわたって流路内据付吸音材13も分布する。したがって、流路内据付吸音材13の分布範囲がBからB+Xの範囲に広がるので、流路内据付吸音材13の位置に1/4波長の奇数倍が位置する周波数は増えることになり、効果的に広範囲の周波数を吸音することができる。
次に、流路内据付吸音材13を配置する際に、吸気風路18の上流に対しファン側吸気口7を挟んだ位置における吸気口縁部を基点として、そこから外側ケーシング3のどの位置までであれば、流路抵抗を増大させることなく、吸音材を延ばすことが可能か、その位置と送風性能の関係について詳細に説明する。図4に示すように、吸音材の基点から吸音材の先端が外側ケーシング3に当接する位置までの外側ケーシング3に沿う寸法であるX寸法を変化させる。つまり、吸音材の先端が外側ケーシング3に当接する位置をa軸上、b軸上、c軸上と変化させる実験を行った。ここで、a軸、b軸、c軸の各位置は、a軸がモーター中心軸の位置、b軸がファン側吸気口7の上流側縁部の位置、c軸がスクロールケーシング貼付吸音材10の前面の位置を示している。送風装置の実使用作動点における流路内据付吸音材13の各設置位置a,b,c毎のファン効率と、比較のための実施形態1の場合のファン効率とを図5に示す。
図5は本発明の実施形態2に係る送風装置の実使用作動点における流路内据付吸音材13の各設置位置a,b,c毎のファン効率を示すグラフである。
図5から分かるように、X寸法がa軸上またはb軸上まで延ばされても、実施形態1のファン効率との比較から、流路抵抗が生じていない。流路内据付吸音材13の延ばし位置が図5に示すb軸、つまり流路内据付吸音材13にて遠心送風機の回転軸方向から見てファン側吸気口7の全体を覆うことができるファン側吸気口7の上流側縁部の位置までであれば、流路抵抗を増大させることなく、吸音材を延ばすことが可能である。その結果、風路を狭くして圧力損失を生じさせることもなく、吸音できるとともに、従来よりも吸音性能を大幅に向上させることができる。
実施形態3.
図6は本発明の実施形態3に係る送風装置の断面図であり、図2相当図である。図中、前述の実施形態1に相当する部分には同一符号を付してある。なお、説明にあたっては前述の図2を参照するものとする。
本発明の実施形態3に係る送風装置は、図6に示すように、流路内据付吸音材14の厚みを、前述の実施形態1で説明した図2における吸音材の厚みWと背面の空気層の厚みBとを足し合わせた厚みとしたものである。それ以外の構成は、前述の実施形態1のものと同様である。
本発明の実施形態3に係る送風装置においては、流路内据付吸音材14の厚みを、図2における吸音材の厚みWと背面の空気層の厚みBとを足し合わせた厚みとしているので、吸音材の背面に空気層を設けるよりも、減音量が大きくなり、さらに騒音の低減を図ることができる。
1 モーター、2 スクロールケーシング、3 外側ケーシング(箱体)、4 羽根車、5 吸込口、6 吐出口、7 ファン側吸気口(吸気口)、8 モーター側吸気口(吸気口)、9 ダクト接続部品、10 スクロールケーシング貼付吸音材、11,13,14 流路内据付吸音材(消音手段)、12 流路壁貼付吸音材、16 空気層、17 排気口、18 吸気風路、20 作動流体流れ。

Claims (2)

  1. 吸込口と吐出口とを有する箱体と、
    前記箱体の内部に収容された遠心送風機と、
    前記箱体の内部に形成されて前記吸込口と前記遠心送風機の吸気口とを接続する吸気風路とを備え、
    前記遠心送風機によって前記吸込口から空気を吸い込み前記遠心送風機の排気口に連なる前記吐出口から吹き出す空気流を発生させる送風装置において、
    前記吸気風路に消音手段を設け、
    前記消音手段は、前記遠心送風機の吸気口縁部から前記箱体の壁面まで延出した吸音材からなり、前記吸音材が前記吸気風路に露出している面の反対側の面が空気層になっており、
    前記吸音材で吸音する周波数をF、音速をC、前記吸音材の厚みをW、前記吸音材が前記吸気風路に露出している面の反対側の面から前記箱体の壁面までの垂直距離をBとしたときに、前記周波数Fが500〜1000Hzとなるように、次の関係式でWとBが調整された構成であることを特徴とする送風装置。
    Figure 0006497845
    (n=1,2,3,4・・・・)
  2. 前記消音手段は、多孔質材料で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の送風装置。
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