JP7414533B2 - 送風装置 - Google Patents

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本開示は、遠心送風機を有する送風装置に関する。
室内を換気する送風装置には、室内と室外とをつなぐダクトを通じて室内へ風を送る遠心送風機が用いられることがある。遠心送風機は、スクロールケーシングに収容された羽根車を回転させることによって空気流を発生させる。遠心送風機にて発生する騒音は、ダクトを通じて室内へ伝播することがある。騒音を低減するために、スクロールケーシングの周囲には吸音材が設けられることがある。
特許文献1には、スクロールケーシングの出口と、スクロールケーシングを収容する筐体のうち空気流が流れ出る開口との間に、吸音材を組み合わせた吸音構造が配置されている送風装置が開示されている。特許文献1にかかる送風装置は、吸音構造における風路を空気流が通過する際に吸音材が騒音を吸収することによって、騒音を低減する。
特許第5078864号公報
上記特許文献1にかかる従来技術の場合、騒音をより低減させるために、吸音材における騒音の通過距離が長くなるように吸音材を大型化させることがある。または、吸音材を通過せずに風路を素通りする騒音が少なくなるように、風路が狭くされることがある。吸音材を大型化させることによって騒音の低減を図ることとした場合、吸音構造が大型になることによって送風装置は大型化する。また、風路を狭くすることによって騒音の低減を図ることとした場合、風路における空気抵抗が大きくなることによって、送風装置の送風性能は低下する。このように、上記従来技術によると、送風装置は、送風装置の大型化を抑制するとともに送風性能の低下を抑制しながら、騒音を低減することが困難であるという問題があった。
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、送風装置の大型化を抑制するとともに送風性能の低下を抑制可能とし、騒音を低減可能とする送風装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる送風装置は、羽根車と、羽根車を収容するスクロールケーシングとを有し、羽根車の回転によってスクロールケーシングから空気流を吐出する遠心送風機と、空気流が通る開口を有し、遠心送風機を収容する筐体と、筐体のうち開口が設けられている部分の外面である第1の面に取り付けられ、空気流が通る空間を囲う吸音材を有する吸音構造と、吸音構造のうち筐体とは逆側の端面部に取り付けられ、室内に繋がれているダクトに接続されるダクト接続部品と、を備える。スクロールケーシングは、羽根車の外周を囲うスクロール部と、スクロール部から開口へ流れる空気が通るディフューズ部と、スクロール部とディフューズ部との間の部分であってスクロールケーシングの内部へ張り出た舌部と、を有する。ディフューズ部のうち舌部に対向する第1の内壁面と第1の面とがスクロールケーシングの外においてなす角度である第1の角度は、90度未満である。空間に面し、かつ開口を挟んで第1の内壁面と隣り合う第2の内壁面と、吸音材のうち筐体とは逆側の端面である第2の面とが空間の外においてなす角度である第2の角度は、90度未満である。ダクト接続部品の開口中心を通る中心軸を含みかつ羽根車の回転軸に垂直な断面である、吸音構造の断面において、空間の幅は、空気流の下流側へ向かうに従って狭くなっている。
本開示にかかる送風装置は、送風装置の大型化を抑制するとともに送風性能の低下を抑制可能とし、騒音を低減できるという効果を奏する。
実施の形態1にかかる送風装置の外観を示す斜視図 実施の形態1にかかる送風装置の内部構成を示す第1の図 実施の形態1にかかる送風装置の内部構成を示す第2の図 実施の形態1にかかる送風装置による騒音低減効果について説明するための図 実施の形態1にかかる送風装置による送風性能について説明するための図 実施の形態1にかかる送風装置が有するサイレンサーにおける空気抵抗と第2の角度との関係について説明するための図 実施の形態2にかかる送風装置の内部構成を示す図 実施の形態3にかかる送風装置の内部構成を示す図 実施の形態3にかかる送風装置が有する共鳴型吸音板の平面図
以下に、実施の形態にかかる送風装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本開示が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1にかかる送風装置の外観を示す斜視図である。図2は、実施の形態1にかかる送風装置の内部構成を示す第1の図である。図3は、実施の形態1にかかる送風装置の内部構成を示す第2の図である。実施の形態1にかかる送風装置1は、建物の天井裏に設置される。送風装置1は、天井裏に設置されているダクトに接続される。送風装置1は、ダクトを通じて室外の空気を取り込み、ダクトを通じて室内へ風を送る。ダクトの図示は省略する。
送風装置1は、遠心送風機2と、遠心送風機2を収容する筐体3と、吸音構造であるサイレンサー4と、ダクト接続部品5,6とを有する。遠心送風機2は、羽根車7と、羽根車7を回転駆動するモータ8と、羽根車7とモータ8の一部とを収容するスクロールケーシング9とを有する。羽根車7は、多翼羽根車である。
筐体3は、直方体形状の外観の箱体である。上面部3aは、筐体3のうち、送風装置1が設置されている状態において鉛直上側に位置する板状部分である。底面部3bは、筐体3のうち、送風装置1が設置されている状態において鉛直下側に位置する板状部分である。室外側端面部3cは、筐体3のうち、送風装置1が設置されている状態において室外側に位置する板状部分である。室内側端面部3dは、筐体3のうち、送風装置1が設置されている状態において室内側に位置する板状部分である。室外側とは、筐体3から見て、室外に繋がるダクトが配置されている側とする。室内側とは、筐体3から見て、室内へ繋がるダクトが配置されている側とする。
正面部3eは、筐体3のうち、モータ8と対向する板状部分である。背面部3fは、筐体3のうち、正面部3eとは逆側の板状部分である。以下の説明において、正面部3eのうち筐体3の外側にある外面が向けられる方向を前方、前方とは逆の方向を後方と称することがある。室外側端面部3cには、筐体3へ流れ込む空気が通る開口3gが設けられている。室内側端面部3dには、スクロールケーシング9から流れ出る空気が通る開口3hが設けられている。
図2には、上面部3aとスクロールケーシング9のうちの上側部分とが除かれた状態の送風装置1を示している。図2では、筐体3の内部に遠心送風機2が配置されている様子と、スクロールケーシング9の内部に配置されている要素とを上方から見た様子を示している。また、図2では、サイレンサー4の断面と、ダクト接続部品5,6の上面とを示している。図2に示すサイレンサー4の断面は、送風装置1の中心軸Nを含み、かつ羽根車7の回転軸に平行な断面である。中心軸Nは、吸込口5aの開口中心と、吹出口6aの開口中心とを通る軸とする。吸込口5aおよび吹出口6aについては後述する。回転軸の図示は省略する。
図3には、正面部3eが除かれた状態の送風装置1を示している。図3では、筐体3の内部に遠心送風機2が配置されている様子を前方から見た様子を示している。図3では、モータ8の図示を省略している。また、図3では、サイレンサー4の断面と、ダクト接続部品5,6の正面とを示している。図3に示すサイレンサー4の断面は、中心軸Nを含み、かつ回転軸に垂直な断面である。
スクロールケーシング9のうち前方側の壁部分である第1側壁部9aには、円形の吸込口10aが設けられている。スクロールケーシング9のうち後方側の壁部分である第2側壁部9bには、円形の吸込口10bが設けられている。吸込口10aと吸込口10bとは、羽根車7を挟んで互いに対向する。スクロールケーシング9の出口10cは、開口3hに繋がれている。第3側壁部9cは、スクロールケーシング9のうち第1側壁部9aと第2側壁部9bとの間を覆う壁部分である。
スクロールケーシング9は、羽根車7の外周を囲うスクロール部15aと、スクロール部15aから開口3hへ流れる空気が通るディフューズ部15bと、舌部15cとを有する。舌部15cは、スクロール部15aとディフューズ部15bとの間の部分であってスクロールケーシング9の内部へ張り出た部分である。スクロール部15aと羽根車7の外周との間の空間は、羽根車7から吹き出された空気流が通る渦巻き状の風路である。スクロールケーシング9内の風路は、スクロール部15aと羽根車7の外周との間の空間から、ディフューズ部15bを経て出口10cに至るまでにおいて拡張されている。
サイレンサー4は、吸音材12と、吸音材12を囲うケーシング13とを有する。サイレンサー4は、筐体3のうち室内側の端面18に取り付けられている。端面18は、筐体3のうち開口3hが設けられている部分である室内側端面部3dの外面である。吸音材12は、吸音を目的として用いられる素材である。実施の形態1において、吸音材12は、多孔質材料である。
サイレンサー4には、一体の吸音材12が設けられるか、または互いに組み合わせられた複数の吸音材12が設けられている。吸音材12は、空気が通る空間14を囲う。吸音材12としては、例えば熱接着性繊維からなる不織布が使用される。吸音材12は、熱接着性繊維を用いて厚肉の不織布を作成し、複数の不織布を積層および熱接着することによって製造される。なお、吸音材12は、熱接着性繊維からなる不織布以外の素材であっても良い。
ダクト接続部品5は、室外側端面部3cに取り付けられている。ダクト接続部品5は、室外からの空気が通る吸込口5aを有する。ダクト接続部品5は、室外に繋がれているダクトに接続される。サイレンサー4のうち、筐体3に取り付けられている端面部とは逆側の端面部には、ダクト接続部品6が取り付けられている。ダクト接続部品6は、室内へ流れる空気が通る吹出口6aを有する。ダクト接続部品6は、室内に繋がれているダクトに接続される。
モータ8が羽根車7を回転駆動することによって、室外に繋がるダクト内の空気は、吸込口5aからダクト接続部品5内を通り、開口3gから筐体3内へ取り込まれる。遠心送風機2は、筐体3内の空気を吸込口10aと吸込口10bとからスクロールケーシング9内へ取り込む。スクロールケーシング9内へ取り込まれた空気は、開口3hを通って空間14へ流れ込む。空間14を流れた空気は、ダクト接続部品6内を通り、吹出口6aから、室内へ繋がるダクト内へ流れる。
サイレンサー4は、モータ8が羽根車7を回転駆動する際に生じる騒音を、吸音材12にて吸収する。送風装置1は、サイレンサー4が設けられることによって、送風装置1において発生した騒音がダクトを通じて室内へ伝播することを抑制させる。
図3に示す第1の内壁面16は、スクロールケーシング9の内壁を構成する面の1つであって、ディフューズ部15bのうち舌部15cに対向する面である。第1の角度θは、第1の内壁面16と第1の面である端面18とがスクロールケーシング9の外においてなす角度である。第1の角度θは、90度未満である。端面18は、中心軸Nに垂直な面である。
第2の内壁面17は、吸音材12の内壁を構成する面の1つである。第2の内壁面17は、空間14に面し、かつ開口3hを挟んで第1の内壁面16と隣り合う面である。端面19は、吸音材12のうち筐体3とは逆側の端面である。第2の角度θは、第2の内壁面17と第2の面である端面19とが空間14の外においてなす角度である。第2の角度θは、90度未満である。端面19は、中心軸Nに垂直な面である。
また、実施の形態1において、第2の角度θは、第1の角度θと同じである。すなわち、第1の内壁面16と第2の内壁面17とは、中心軸Nに垂直な面に対して同じ傾きをなす。このように、吸音材12の内部には、水平面に対して第1の内壁面16と同じ傾きをなす第2の内壁面17が、第1の内壁面16に続けられるように形成されている。
次に、実施の形態1にかかる送風装置1について、騒音の低減作用と送風性能とについて説明する。吸音材12による吸音効果は、例えば、次の式(1)によって定量的に表すことができる。式(1)は、吸音ダクトにおける吸音量を簡易的に求める式であって、Bruelの減衰理論から導き出される。式(1)において、Lは吸音量、Cは音速、Xはダクト内の空間幅、ωは音の角速度、Gは係数を表す。Lの単位はdB/m、Cの単位はm/s、Xの単位はm、ωの単位はrad/sとする。
Figure 0007414533000001
上記式(1)によると、吸音材12における空間14の幅が狭いほど、サイレンサー4における吸音効果は高くなる。図3に示すように第2の角度θが90度未満となるように傾けられた第2の内壁面17が設けられていることにより、図3に示す断面において、上下方向における空間14の幅は、空気流の下流側へ向かうに従って狭くなっている。このため、サイレンサー4は、空間14の上下方向における幅が狭められず一定である場合と比べて、高い吸音効果を得ることができる。送風装置1は、かかるサイレンサー4が設けられることによって、吸音材12を大型化させなくても高い吸音効果を得ることができる。
図4は、実施の形態1にかかる送風装置による騒音低減効果について説明するための図である。図4では、送風装置1から発生する騒音の周波数と騒音の大きさとの関係をグラフによって表している。図4において、実線のグラフは実施の形態1にかかる送風装置1について、騒音の周波数と騒音の大きさとの関係を表す。点線のグラフは、実施の形態1の比較例にかかる送風装置について、騒音の周波数と騒音の大きさとの関係を表す。比較例にかかる送風装置には、上下方向における空間14の幅が一定であるサイレンサーが設けられているものとする。図4によると、実施の形態1についてのグラフと比較例についてのグラフとを比較すると、実施の形態1の場合に騒音がより低減されていることがわかる。
図5は、実施の形態1にかかる送風装置による送風性能について説明するための図である。図5では、一定の幅の空間を内部に備えたダクト20が遠心送風機2の出口10cに接続された場合において、スクロールケーシング9の内部とダクト20の内部とにおける空気流の流速分布の例を示している。図5には、中心軸Nを含み、かつ回転軸に垂直な断面における流速分布を解析した結果を示している。図5において、ドットが密である部分ほど流速が高いことを表している。また、斜線のハッチングを示した部分である領域22は、図5に示す断面において第1の内壁面16を表す直線の延長線23よりも上方の領域とする。
ダクト20の内部において、延長線23よりも下方の領域21における流速は、延長線23よりも上方の領域22における流速よりも高くなる。すなわち、出口10cよりも下流の空間のうち、風路として主に機能する範囲は領域21の範囲である。領域22に吸音材12が配置されることによって、出口10cよりも下流の空間が狭められたとしても、送風装置1の送風性能への影響は少ない。実施の形態1にかかる送風装置1は、領域22に相当する部分に吸音材12が設けられることによって、送風性能の低下を抑制することができる。
図6は、実施の形態1にかかる送風装置が有するサイレンサーにおける空気抵抗と第2の角度との関係について説明するための図である。図6には、第2の角度θと、空気抵抗を表す抵抗係数との関係の例をグラフによって表している。
「θ=θ」である場合、および「θ=θ+8°」である場合には、サイレンサー4のうち図5に示す領域22に相当する範囲内に吸音材12が配置されている。この場合における空気抵抗はゼロである。送風装置1は、領域22に相当する範囲内に吸音材12が配置されている場合は、吸音材12の存在による送風性能の悪化は生じない。一方、「θ=θ-7°」である場合、および「θ=θ-19°」である場合には、サイレンサー4のうち図5に示す領域22に相当する範囲を超えて吸音材12が配置されている。この場合、θが小さくなるにしたがって空気抵抗は大きくなる。このように、送風装置1は、第2の角度θが第1の角度θと同じであるか、第2の角度θが第1の角度θよりも大きいことによって、送風性能の低下を抑制することができる。
実施の形態1によると、送風装置1は、第1の角度θが90度未満であって、かつ第2の角度θが90度未満であることによって、吸音構造を大型にさせず、かつ空気抵抗を大きくさせずに、吸音材12による高い吸音効果を得ることができる。これにより、送風装置1は、送風装置1の大型化を抑制するとともに送風性能の低下を抑制可能とし、騒音を低減することができるという効果を奏する。
実施の形態2.
図7は、実施の形態2にかかる送風装置の内部構成を示す図である。実施の形態2にかかる送風装置30において、吸音材12の第2の内壁面32は、第1の領域33と第2の領域34とを有する。実施の形態2では、上記の実施の形態1と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態1とは異なる構成について主に説明する。
送風装置30は、吸音構造であるサイレンサー31を有する。図7には、図3と同様に、正面部3eが除かれた状態の送風装置30を示している。図7では、筐体3の内部に遠心送風機2が配置されている様子を前方から見た様子を示している。図7では、モータ8の図示を省略している。また、図7では、サイレンサー31の断面と、ダクト接続部品5,6の正面とを示している。図7に示すサイレンサー31の断面は、中心軸Nを含み、かつ回転軸に垂直な断面である。
第2の内壁面32は、吸音材12の内壁を構成する面の1つである。第2の内壁面32は、空間14に面し、かつ開口3hを挟んで第1の内壁面16と隣り合う面である。第2の内壁面32は、端面19に対して第2の角度θをなす第1の領域33と、第1の領域33よりも空気流の下流側の領域であって、下流へ向かうに従って空間14の幅を拡張させる第2の領域34とを有する。第2の領域34は、第1の領域33と端面19との間の領域である。第2の内壁面32のうち第2の領域34は、図7に示す断面において円弧で示される曲面である。吸音材12のうち第2の領域34が形成されている範囲では、下流側へ向かうに従って、空間14の上下方向における幅が広くなっている。なお、第2の内壁面32のうち第2の領域34は、円弧で示される曲面に限られず、下流へ向かって空間14の幅を拡張させる面であれば適宜変更可能である。
スクロールケーシング9の出口10cにおける空気流の流速は、吸込口5aにおける空気流の流速よりも高い。空間14において下流へ向かうほど流速は低下していき、吸込口5aにおける流速と同じ流速となって安定する。実施の形態2の送風装置30では、ダクト接続部品6の上流側手前の位置にて風路が広げられていることによって、当該位置にて空気流は拡散されて、流速は低下する。送風装置30は、サイレンサー31における風路の距離が短くても、流速を低下させることができる。
風路に空気が流れることによって発生する摩擦損失は、流速の二乗に比例する。送風装置30は、第2の領域34が形成されている範囲において風路が広げられていることによって、空気流が吹出口6aに到達するよりも前の時点において流速を低下させる。送風装置30は、空気流が下流へ向かう際の早い時点において流速を低下可能であることによって、摩擦損失を少なくすることができる。これにより、送風装置30は、送風性能を向上できる。
実施の形態2によると、送風装置30は、下流へ向かうに従って空間14の幅を拡張させる第2の領域34を第2の内壁面32が有することによって、送風性能を向上できる。これにより、送風装置30は、送風性能の向上と騒音の低減とが可能となるという効果を奏する。
実施の形態3.
図8は、実施の形態3にかかる送風装置の内部構成を示す図である。実施の形態3にかかる送風装置40において、サイレンサー41には、吸音材である共鳴型吸音板42が設けられている。実施の形態3では、上記の実施の形態1または2と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態1または2とは異なる構成について主に説明する。
図9は、実施の形態3にかかる送風装置が有する共鳴型吸音板の平面図である。共鳴型吸音板42には、複数の穴44が形成されている。サイレンサー41の内部には、空間14を囲う複数の共鳴型吸音板42が配置されている。共鳴空間43は、各共鳴型吸音板42とケーシング13との間の空間である。サイレンサー41は、共鳴現象を利用して音のエネルギーを消費させることによって、音を吸収する。
複数の共鳴型吸音板42のうちの1つは、開口3hを挟んで第1の内壁面16と隣り合う第2の内壁面17を含む。端面19は、ケーシング13のうち共鳴空間43に面した面であって、中心軸Nに垂直な面である。第2の内壁面17と端面19とがなす角度である第2の角度θは90度未満である。また、第2の角度θは、第1の角度θと同じであるか、第1の角度θよりも大きい。
第2の内壁面17を有する共鳴型吸音板42が設けられていることにより、図8に示す断面において、上下方向における空間14の幅は、空気流の下流側へ向かうに従って狭くなっている。このため、サイレンサー41は、空間14の上下方向における幅が一定である場合と比べて、高い吸音効果を得ることができる。送風装置40は、かかるサイレンサー41が設けられることによって、共鳴空間43を大型化させなくても高い吸音効果を得ることができる。また、送風装置40は、図5に示す領域22に相当する部分に共鳴空間43が設けられることによって、送風性能の低下を抑制することができる。さらに、送風装置40は、第2の角度θが第1の角度θと同じであるか、第2の角度θが第1の角度θよりも大きいことによって、送風性能の低下を抑制することができる。
実施の形態3によると、送風装置40は、第1の角度θが90度未満であって、かつ第2の角度θが90度未満であることによって、吸音構造を大型にさせず、かつ空気抵抗を大きくさせずに、共鳴型吸音板42および共鳴空間43による高い吸音効果を得ることができる。これにより、送風装置40は、送風装置40の大型化を抑制するとともに送風性能の低下を抑制可能とし、騒音を低減することができるという効果を奏する。
以上の実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものである。各実施の形態の構成は、別の公知の技術と組み合わせることが可能である。各実施の形態の構成同士が適宜組み合わせられても良い。本開示の要旨を逸脱しない範囲で、各実施の形態の構成の一部を省略、変更することが可能である。
1,30,40 送風装置、2 遠心送風機、3 筐体、3a 上面部、3b 底面部、3c 室外側端面部、3d 室内側端面部、3e 正面部、3f 背面部、3g,3h 開口、4,31,41 サイレンサー、5,6 ダクト接続部品、5a,10a,10b 吸込口、6a 吹出口、7 羽根車、8 モータ、9 スクロールケーシング、9a 第1側壁部、9b 第2側壁部、9c 第3側壁部、10c 出口、12 吸音材、13 ケーシング、14 空間、15a スクロール部、15b ディフューズ部、15c 舌部、16 第1の内壁面、17,32 第2の内壁面、18,19 端面、20 ダクト、21,22 領域、23 延長線、33 第1の領域、34 第2の領域、42 共鳴型吸音板、43 共鳴空間、44 穴、N 中心軸。

Claims (4)

  1. 羽根車と、前記羽根車を収容するスクロールケーシングとを有し、前記羽根車の回転によって前記スクロールケーシングから空気流を吐出する遠心送風機と、
    前記空気流が通る開口を有し、前記遠心送風機を収容する筐体と、
    前記筐体のうち前記開口が設けられている部分の外面である第1の面に取り付けられ、前記空気流が通る空間を囲う吸音材を有する吸音構造と、
    前記吸音構造のうち前記筐体とは逆側の端面部に取り付けられ、室内に繋がれているダクトに接続されるダクト接続部品と、を備え、
    前記スクロールケーシングは、前記羽根車の外周を囲うスクロール部と、前記スクロール部から前記開口へ流れる空気が通るディフューズ部と、前記スクロール部と前記ディフューズ部との間の部分であって前記スクロールケーシングの内部へ張り出た舌部と、を有し、
    前記ディフューズ部のうち前記舌部に対向する第1の内壁面と前記第1の面とが前記スクロールケーシングの外においてなす角度である第1の角度は、90度未満であって、
    前記空間に面し、かつ前記開口を挟んで前記第1の内壁面と隣り合う第2の内壁面と、前記吸音材のうち前記筐体とは逆側の端面である第2の面とが前記空間の外においてなす角度である第2の角度は、90度未満であり、
    前記ダクト接続部品の開口中心を通る中心軸を含みかつ前記羽根車の回転軸に垂直な断面である、前記吸音構造の断面において、前記空間の幅は、前記空気流の下流側へ向かうに従って狭くなっていることを特徴とする送風装置。
  2. 前記第2の角度は、前記第1の角度と同じであるか、前記第1の角度よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の送風装置。
  3. 前記第2の内壁面は、前記第2の面に対して前記第2の角度をなす第1の領域と、前記第1の領域よりも空気流の下流側の領域であって、下流へ向かうに従って前記空間の幅を拡張させる第2の領域とを有することを特徴とする請求項1または2に記載の送風装置。
  4. 前記吸音材は、共鳴型吸音板であることを特徴とする請求項1または2に記載の送風装置。
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