JP6543807B2 - 換気装置 - Google Patents

Description

本発明は、居室の天井や壁面等に設置する換気装置に関し、詳しくは、運転時に発生する送風機の騒音を消音するための能動消音装置を備えた換気装置に関するものである。

近年、居室に設置される換気扇は運転時に発生する騒音を低下させ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、換気扇に能動型消音装置を搭載するという方法が挙げられる。

従来、ダクト用能動型消音装置としては、図７の概要図に示すように、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１０２、消音スピーカ１０３、エラーマイク１０４、及びそれらとそれぞれ接続された演算制御器１０５から構成されるものが知られている（例えば特許文献１参照）。

この種の装置において、ダクト１０１内を気流１０６とともに伝搬する発生音は、リファレンスマイク１０２で周波数等が検出され、演算制御器１０５で上記発生音と逆位相の信号が作成される。この逆位相の信号は、消音スピーカ１０３からダクト１０１内に放出されて上記発生音をキャンセル消音する。エラーマイク１０４が内部音をモニターし、エラーマイク１０４の出力が零になるように演算制御器１０５が消音スピーカ１０３に送る信号を調整している。

このような能動型消音器は、一次元音場において伝播する騒音を消音するものであり、送風路を伝播する騒音においては、平面波となる周波数帯域までの制御が可能である。

しかしながら、平面波となる周波数はダクト口径によって変化し、ダクト口径が大きい場合には平面波になる周波数が低周波側に狭帯域化する。従って、ダクト口径が大きい場合には一次元音場と仮定できなくなり、本来消音しなければならない高周波の騒音は消音することができない。

このため、大口径の通風路用の能動型消音装置として、消音通風路をセル状に分割して口径の小さいダクト（小口径ダクト）の組み合わせとしたものが知られている（例えば特許文献２参照）。各小口径ダクトにすることで、平面波で伝播する騒音の周波数範囲を高周波側へ広帯域化して制御するものである。

以下、その能動型消音装置について図８を参照しながら説明する。

図８に示すように、大口径ダクトは小口径ダクト２０１、２０２、２０３、２０４のセル状に分割され、各小口径ダクトに消音スピーカ１０３が設置されている。また、小口径ダクト２０１には消音スピーカ１０３の設置位置を基準とし、上流側にリファレンスマイク１０２、下流側にエラーマイク１０４が設置されている。

リファレンスマイク１０２及びエラーマイク１０４で検出される騒音信号は演算制御器１０５に入力される。演算制御器１０５は入力された騒音信号に基づいて消音スピーカ１０３に出力する駆動信号を生成する。各小口径ダクトに設置した消音スピーカ１０３は、この駆動信号を出力し、すなわち、同一の打ち消し音によって各小口径ダクトを伝播する騒音を消音する。

このように、大口径ダクトをセル状に分割して、小口径ダクトの組み合わせとすることで、平面波で伝播する周波数帯域が高周波側に広くなり、十分な消音効果を得ることができるとしている。

なお、図７において、図８に示す構成要素と同じ又は同様の構成要素は同一の参照符号によって指示している。

実開平５−１１１９８号公報 特開平９−１６０５６７号公報

一般的に換気扇としての換気装置は、上記特許文献２のリファレンスマイク１０２側にファンを備え、エラーマイク１０４側には居室空間とつながる開口部を備える。よって、居室空間へ放出されるファンの騒音を低減するために、ファンと開口部の間に能動消音装置を備える必要がある。

しかしながら、ファンの寸法に加えて能動消音のためには能動消音風路方向の寸法が必要になるために、能動消音風路の１方向の寸法が極端に大きく細長形状となり、設置環境が限られることになる。また、ファンと能動消音装置を能動消音風路の方向に単純に並列に並べただけでは屈曲した風路構成のために高圧力損失の風路となり、送風効率が低下することになる。したがって、能動消音風路方向の寸法を小さくして送風効率を低下させずに消音効果を得るという課題がある。

そこで本発明は、換気装置に能動消音装置を備えても、十分な消音効果が得られ、かつ送風効率が高く、能動消音風路方向の製品寸法の小さな換気装置を提供することを目的とする。

そこで本発明に係る換気装置は、箱体の外郭と、前記外郭の１面に設けられた２つの空気を吸込む吸込口と、前記外郭の前記吸込口の側面、または対向面に設けられた空気を排出する排出口と、前記吸込口に接続して内部を空気が流れる筒状体の２つの能動消音風路と、前記排出口に接続して空気を排出する送風部と、前記能動消音風路から前記送風部に向かって空気が流れる送風空間を備え、前記送風部は、前記遠心ファンを内包して空気を前記排出口に導くファンケーシングを備えた換気装置であって、前記能動消音風路は、ファンケーシングの一部を挟んで２つの筒状体を並列に配置したものであり、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、換気装置に能動消音装置を備えても、十分な消音効果が得られ、かつ送風効率が高く、能動消音風路方向寸法の小さな換気装置とすることができる。

本発明の実施の形態１に係る換気装置の断面図 本発明の実施の形態１に係る換気装置の断面斜視図 能動消音風路６が一つの風路である換気装置の面図 本発明の実施の形態１の変形例１の断面斜視図 本発明の実施の形態１の変形例２の断面斜視図 本発明の実施の形態１の変形例３の断面斜視図 従来の能動消音装置の概要図 従来の能動消音装置の斜視図

本発明の実施の形態に係る換気装置は、室内の空気を吸引して屋外に排気する換気装置であって、前記換気装置は、箱体の外郭と、前記外郭の１面に設けられた２つの空気を吸込む吸込口と、前記外郭の前記吸込口の側面、または対向面に設けられた空気を排出する排出口と、前記吸込口に接続して内部を空気が流れる筒状体の２つの能動消音風路と、前記排出口に接続して空気を排出する送風部と、前記能動消音風路から前記送風部に向かって空気が流れる送風空間を備え、前記送風部は、前記遠心ファンを内包して空気を前記排出口に導くファンケーシングを備えた換気装置であって、前記能動消音風路は、ファンケーシングの一部を挟んで２つの筒状体を並列に配置したものである。

これにより、吸込口垂直方向に能動消音風路と送風部をオーバラップさせて吸込口垂直方向の距離を小さくすることが出来る。また、送風部の両脇に風路を分散させることで、筒状体から送風部への流れを分散させることになり、送風路を広く出来、内部の圧力損失を低減することができる。さらに、能動消音風路を２分して筒状体の幅を小さくすることで、本体寸法の拡大を避けつつ、筒状体の幅Ｌで決定される能動消音対象最大周波数ｆ（＝０．５×音速÷Ｌ）を大きく出来、消音効果を大きくすることが出来る。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１に係る換気装置について、図１、図２を参照しながら説明する。なお図１は、換気装置の断面図であり、図２は換気装置の断面斜視図（図１の上面側視点）である。
本実施の形態１に係る換気装置１は、天井２から天井裏に突出して設置される外郭３を有する箱体であり、天井２の面とほぼ同一面に位置する外郭３の居室側面に開口した２つの吸込口４と、吸込口４に対向する面に開口した排出口５と、吸込口４に接続した筒状体の能動消音風路６と、排出口５に接続した送風部７と、能動消音風路６と送風部７の間の送風空間８とからなる。

送風部７は、遠心ファン９を内包するファンケーシング１０を備え、ファンケーシング１０は遠心ファン９の軸方向の両面にファン吸入口１１を備えている。

能動消音風路６は、筒状体内部の音を検出できるよう検出マイク１２を、筒状態の内部に音を放出できるよう消音スピーカ１３を備えている。

ここで、吸込口４と排出口５の間で、能動消音風路方向となる天井２の垂直方向において能動消音風路６と送風部７をオーバラップするように、ファンケーシング１０を遠心ファン回転軸１５の半径方向から互いに挟むように２つの筒状体の能動消音風路６を並列に配置したことを特徴としている。

以上が、本実施の形態に係る換気装置１の構成である。

続いて、換気装置１の稼動時における各部の動作や作用を説明する。

上記構成において、換気装置１のモータ（図示せず）により駆動された遠心ファン９が回転すると、室内の空気を吸込口４から吸込み、能動消音風路６、送風空間８、送風部７を経由して排出口５に至る気流が発生し、排出口５に接続された排気ダクト１４から屋外へ排気される。これと同時に、遠心ファン９の騒音が送風空間８、能動消音風路６、吸込み４から放射音として放射される。

一般的にダクト状風路は、音圧を断面方向に均一となる平面波にする作用を有するため、ダクト状風路となっている能動消音風路６の内部では一次元的に音圧が伝播する。そこで能動消音風路６おいて、検出マイク１２が音を検出し、検出した騒音を騒音信号として演算制御器（図示せず）に伝達する。演算制御部は、放射音が最小となるように検出マイク１２で検知した音に基づいて消音スピーカ１３から打ち消し音（逆位相音）を発生させて能動消音風路６の内部で消音する。演算制御の信号は音速よりも早いが、演算のために、所望の時間が必要となるので、検出マイク１２と消音スピーカ１３の間で一定距離を確保して音の伝達時間を稼ぐことが必要になる。よって、能動消音風路は処理時間に応じた長さが設定されている。

ここで、吸込口４と排出口５の間で、天井２の垂直方向に能動消音風路６と送風部７をオーバラップするように備えることで垂直方向の寸法を小さくしている。すなわち、能動消音風路方向の製品寸法の小さな換気装置を提供することができる。

また、ファンケーシング１０を挟んで２つの筒状体の能動消音風路６を並列に配置しているので、所望の排気量に対して、送風空間８の矢印で示す気流のように２方向から送風部へ導いている。

図３に能動消音風路６がファンケーシングを挟まない一つの風路である換気装置５０を示す。この場合と本発明とを比較すると、換気装置５０は本発明と同様に天井２の垂直方向の寸法を小さくしている。しかしながら換気装置１と同寸法で同流量を排気する場合、送風空間５８は送風空間８よりも風路断面積が小さくなり、送風時の圧力損失が大きくなって送風効率を低下させることとなる。

また、能動消音風路６を２分しているので、前述の圧力損失を一定にするために能動消音風路全体の風路断面積を一定に保つ場合、本発明を実施しない能動消音風路５６に比べて能動消音風路の幅を小さくすることになる。そこで、この風路幅の小さい２つの能動消音風路６のそれぞれで消音処理を行うことで、能動消音風路の幅Ｌで決定される能動消音対象最大周波数ｆ（＝０．５×音速÷Ｌ）を大きく出来、消音効果を大きくすることが出来る。
（変形例１）
実施の形態１では、ファンケーシング１０を遠心ファン回転軸１５の半径方向から挟むように２つの筒状体の能動消音風路６を並列に配置した。しかしながら図４の換気装置４０の断面斜視図に示すように、遠心ファン回転軸１５を軸方向から挟むように２つの筒状体の能動消音風路６を並列に配置してもよく、この場合、２つの能動消音風路６からバランスよく空気を吸い込んで送風効率を上げるよう、遠心ファン９は２つのファン吸入口１１をもつ両吸構成であることが望ましい。
（変形例２）
実施の形態１では、２つの能動消音風路で換気装置を構成した。しかしながら図５の換気装置２０の断面斜視図に示すように、能動消音風路は２つに限るものではなく、例えば、ファンケーシング１０を挟む２つの能動消音Ａ風路２１と、同様にファンケーシング１０を挟む２つの能動消音Ｂ風路２２を備え、４つの能動消音風路でファンケーシング１０のそれぞれ側で能動消音Ａ風路２１と能動消音Ｂ風路２２のペアを作成しこのペア同士で構成してもよい。
（変形例３）
実施の形態１では、排出口５を吸込口４の対向面に備えた。しかしながら図６の換気装置３０の斜視概要図に示すように、吸込口４の面の側面に排出口５を備えて空気の排出方向を変えてもよい。

本発明にかかる換気装置は、騒音を押さえた住宅用の換気扇やレンジフードなどの換気装置として有用である。

１ 換気装置
２ 天井
３ 外郭
４ 吸込口
５ 排出口
６ 能動消音風路
７ 送風部
８ 送風空間
９ 遠心ファン
１０ ファンケーシング
１１ ファン吸入口
１２ 検出マイク
１３ 消音スピーカ
１４ 排気ダクト
１５ 遠心ファン回転軸
２０ 換気装置
２１ 能動消音Ａ風路
２２ 能動消音Ｂ風路
３０ 換気装置
４０ 換気装置
５０ 換気装置
５６ 能動消音風路
５８ 送風空間

Claims (4)

1. 箱体の外郭と、
   前記外郭の一面に設けられた空気を吸込む２つの吸込口と、
   前記外郭の前記一面とは異なる他面に設けられた空気を排出する排出口と、
   前記吸込口に接続して内部を空気が流れる筒状体の２つの能動消音風路と、
   前記排出口に接続して空気を排出する送風部と、
   前記能動消音風路から前記送風部に向かって空気が流れる送風空間と、
   を備え、
   前記送風部は、遠心ファンを内包して空気を前記排出口に導くファンケーシングを備えており、
   前記能動消音風路は、前記ファンケーシングの一部を挟んで２つの筒状体を並列に配置したことを特徴とする換気装置。
2. 前記能動消音風路は、前記遠心ファンの回転軸の半径方向から互いに挟んで２つの筒状体を並列に配置したことを特徴とする請求項１に記載の換気装置。
3. 前記遠心ファンは、回転軸の軸方向の両面に２つのファン吸入口を有し、
   前記能動消音風路は、前記回転軸の軸方向から互いに挟んで２つの筒状体を並列に配置したことを特徴とする請求項１に記載の換気装置。
4. 前記能動消音風路は、筒状体の内部の音を検出する検出マイクと、筒状体の内部に音を放出する消音スピーカとを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の換気装置。

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