WO2018116340A1 - 空気調和装置 - Google Patents

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WO2018116340A1
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bell mouth
vibration
air conditioner
air
conditioner according
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藤原 奨
一樹 磯村
昌彦 ▲高▼木
栗原 誠
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三菱電機株式会社
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    • F24F2013/245Means for preventing or suppressing noise using resonance

Definitions

  • the present invention relates to an air conditioner including an air passage through which air flows, and more particularly to an air conditioner including a housing structure that reduces housing vibration noise caused by rotation of a fan.
  • Patent Document 1 for the purpose of reducing noise such as vibration caused by the rotation of the fan, a resonance space is provided near the inlet of the bell mouth to reduce the frequency contributing to noise. There is a method for reducing the noise of a centrifugal blower.
  • ribs are provided at arbitrary positions on the back surface of the bell mouth so as to suppress the vibration of the bell mouth due to the fluid flowing through the bell mouth portion.
  • the resonance space is formed in a portion that becomes the back surface of the bellmouth. For this reason, the fluid flowing on the back side of the bell mouth causes turbulent flow in the resonance space, which causes generation of new vibration noise (noise).
  • a large number of ribs are provided along the circumferential direction at predetermined intervals.
  • a rib is provided at a place for the vibration caused by the resonance, and there is a rib that is not related to vibration countermeasures such as resonance.
  • the rib itself causes a new vibration, which causes a new vibration sound.
  • the noise includes not only the fluid sound from the fan but also the resonance sound of the structure forming the air path and the housing vibration sound of the structure itself.
  • the noise in the case of the resonance sound of the structure forming the air path and the case vibration sound of the structure itself is in the form of noise that generates audible discomfort having a plurality of characteristic peak frequencies.
  • NZ sound a sound having a frequency characteristic obtained by multiplying the rotation period (N) and the number of blades (Z) is generated.
  • Such vibrations include vibrations that the casing is excited with fluid, vibrations that are propagated to the casing that forms the structure via a motor or the like that connects and fixes the fan, and further the casing structure. It can be considered that it is composed of vibrations generated by resonating with the natural vibrations. Among them, it was found that resonance noise generated from an unexpected part becomes a problem by resonating with the natural vibration of the casing structure.
  • the present invention has been made against the background of the above-mentioned problems.It takes measures against vibration noise caused by casing vibration, and prevents the peak frequency of vibration sound caused by casing vibration without impeding the flow of fluid.
  • An object of the present invention is to provide an air conditioner that attenuates protruding sound.
  • An air conditioner includes a housing having a suction port and an exhaust port, a fan provided inside the housing, and a fluid that flows from the suction port to the exhaust port as the fan rotates.
  • the bell mouth includes: an arc portion whose cross-sectional shape in the fluid flow direction is an arc shape; and a damping member provided on at least one of the front surface and the back surface of the arc portion.
  • the vibration damping member is provided at a portion that becomes a node of vibration generated in the bell mouth.
  • the vibration damping member is provided in a portion located on at least one of the front and back surfaces of the arc portion of the bell mouth and the vibration mode generated by the bell mouth.
  • the split vibration of the bell mouth generated by the rotation of the bell mouth can be suppressed, and the peak frequency of the NZ sound generated by the vibration of the bell mouth can be effectively attenuated.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the effect of reducing the peak frequency of vibration sound by applying any one of the first to third measures to the bell mouth of the air-conditioning apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic side view showing a schematic configuration example of an air conditioner 100 according to an embodiment of the present invention as viewed from the side.
  • the air conditioner 100 will be described with reference to FIG.
  • the wind flow is represented by a broken line arrow A
  • the sound flow is represented by a broken line arrow B.
  • the air conditioner 100 has a function as an indoor unit (indoor unit) installed in a room (air conditioning target space) such as a house, a building, or a condominium, for example, and air-conditions conditioned air by using a refrigeration cycle. It supplies to the target space.
  • a room air conditioning target space
  • the ceiling-embedded air conditioner 100 will be described as an example.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to a ceiling-suspended type, a wall-mounted type, or a floor-standing type. It can be applied to various types of air conditioners.
  • the air conditioner 100 has a housing 1 in which an air passage 50 through which air circulates is formed.
  • the air conditioner 100 includes a motor 7 suspended on a substantially central inner top surface of the housing 1, a fan 6 attached to the shaft of the motor 7, and heat exchange provided on the outer periphery of the fan 6.
  • a container 9 Further, a front panel 4 is attached to the lower part of the housing 1.
  • the housing 1 is opened at the bottom and has a box shape having a side surface portion 2 and an upper surface portion 3, and constitutes a main body of the air conditioner 100.
  • a motor 7, a fan 6, and a heat exchanger 9 are accommodated in the housing 1.
  • an air passage 50 through which air circulates is formed inside the housing 1.
  • a foam material 10 is provided inside the side surface portion 2 and the upper surface portion 3 of the housing 1. Note that a wall portion may be provided on the air channel 50 side of the foam material 10.
  • the motor 7 is suspended via a support rubber 8 so that the shaft is directed downward in the housing 1 and rotates the fan 6. That is, the support rubber 8 is attached to the inside of the upper surface portion 3 of the housing 1, and the motor 7 is attached to the support rubber 8.
  • the fan 6 is attached to the shaft of the motor 7 with the lower side as a suction port, takes air from an air-conditioning target space such as a room where the air conditioner 100 is installed, passes through the heat exchanger 9, and then is air-conditioned. It blows out into space.
  • the front panel 4 is formed with an inlet 4a for sucking air into the housing 1 and an exhaust port 4b for exhausting air from the housing 1 to the outside.
  • the suction port 4 a is formed in the center of the housing 1 in plan view.
  • the exhaust port 4b is formed to open around the suction port 4a.
  • a bell mouth 5 is provided at the suction port 4a so that air taken into the housing 1 from the air-conditioned space can be rectified to suppress noise generation and to impair user comfort. It has become.
  • the heat exchanger 9 functions as a condenser during heating operation, functions as an evaporator during cooling operation, and heat medium such as air supplied from the fan 6 and refrigerant supplied from a heat source unit (outdoor unit) (not shown). Heat is exchanged with the other to produce heating air or cooling air.
  • the air passage 50 is formed inside the housing 1 so as to communicate the suction port 4a and the exhaust port 4b, and air taken from the air-conditioning target space through the suction port 4a is supplied to the fan 6 and the heat exchanger. 9, the outside of the heat exchanger 9, and the exhaust port 4 b in this order.
  • the suction port 4a of the front panel 4 has a grille formed with a plurality of openings through which air taken into the housing 1 is passed, and is provided above the grille to remove dust contained in the air. And an air filter to be provided.
  • the exhaust port 4b of the front panel 4 is provided with a vertical wind direction vane for adjusting the blowing direction of the airflow at a general point.
  • the front panel 4 is arrange
  • the sound propagation path of the device including the fan may be formed of a foam material having a heat insulating performance like the air path 50 of the air conditioner 100, and this foam material may be subjected to fluid vibration, There is a case where “vibration” is generated by individual propagation in accordance with the vibration accompanying the rotation of the motor and the fan. Then, “vibration” generated by the foam material propagates to each member constituting the device including the fan, and as a result, each member is forcibly excited or causes resonance vibration. This was noise accompanied by auditory discomfort.
  • This noise is generated when each member constituting the device vibrates. That is, when the fan rotates, NZ sound is generated, which directly vibrates the air passage structure, and consequently vibrates the bell mouth installed at the air intake.
  • the NZ sound is obtained by multiplying the rotation period (N) of the fan by the number of fan blades (Z). This also applies to the air conditioner 100.
  • a bell mouth (including the bell mouth 5) is an air flow path, a vertical cross section for preventing the air flow is formed in an arc structure.
  • the vibration accompanying the rotation of the fan propagates to the bell mouth having such a configuration through the housing structure.
  • one end of the bell mouth is a portion connected to the casing, and the bell mouth inevitably becomes a vibration propagation path.
  • This vibration propagation path is defined as the first “antinode (+)”, and a divided vibration mode in which “nodes” and “antinodes ( ⁇ )” exist is generated.
  • the vibration intensity in the portion near the housing forms a characteristic vibration mode state in which the vibration mode has a larger amplitude than the vibration in the portion away from the housing.
  • the vibration state of the bell mouth is as shown in FIGS. 2A and 2B.
  • 2A and 2B are schematic diagrams for explaining the vibration state of the bell mouth.
  • the bell mouth is “Bell mouth 5X”
  • the arc portion is “Arc portion 5X-1”
  • the bell mouth surface is “Bell mouth surface 5X-2”
  • the bell mouth back surface is “Bell mouth back surface”.
  • 5X-3 ". 2A and 2B
  • the flow of the fluid (air) on the bellmouth surface 5X-2 side is indicated by an arrow C
  • the flow of the fluid (air) on the bellmouth back surface 5X-3 side is indicated by an arrow D.
  • the vibration state of the bell mouth 5X is indicated by a broken line E.
  • the bell mouth portion that becomes the vibration propagation path is defined as the first “antinode (+)” as “node” and the second “antinode ( ⁇ )”.
  • the vibration state by the divided vibration mode which appears is shown.
  • the bell mouth portion that becomes the vibration propagation path is defined as the first “antinode ( ⁇ )” as “node” and the second “antinode (+)”.
  • the vibration state by the division vibration mode to apply is shown.
  • ⁇ Vibration suppression measures with bellmouth> For example, the following three methods are conceivable as measures for suppressing vibration generated in the bell mouth, that is, measures against NZ sound. The first is to apply vibration damping processing to the bell mouth constituting the air flow path. Second, vibration isolation processing is applied to the vibration propagation path between the housing and the bell mouth. Third, take measures against vibration in the bell mouth body.
  • the first countermeasure is to suppress the vibration generated in the bell mouth by the structural processing of the bell mouth in order to increase the rigidity of the bell mouth. More specifically, a unique rib structure is formed on the bell mouth so as not to obstruct the air flow path.
  • the second measure is to fix the vibration-heat conversion means (damping agent) in order to attenuate the vibration generated in the bell mouth.
  • a vibration damping material is attached to the bell mouth, or a vibration-damping paint is applied to the bell mouth.
  • the third countermeasure is to suppress the bell mouth itself by the forming material by producing the bell mouth using a material kneaded with a material having vibration damping properties.
  • the bell mouth is molded with a vibration-damping resin.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining an example of a first countermeasure for suppressing vibration of the bell mouth 5 by the air conditioner 100.
  • the arc portion of the bell mouth 5 is “arc portion 5-1”
  • the front surface of the bell mouth 5 is “bell mouth surface 5-2”
  • the back surface of the bell mouth 5 is “bell bell back surface 5-3”.
  • the flow of fluid (air) is indicated by an arrow F.
  • 3A schematically shows a state in which the arc portion 5-1 is viewed from the bell mouth rear surface 5-3 side
  • FIG. 3B schematically shows a cross-sectional configuration of the arc portion 5-1 portion of the bell mouth 5.
  • a rib 5-5 as a vibration damping member is molded on the bell mouth back surface 5-3 of the bell mouth 5 so that the bell mouth 5 can be structurally processed. High rigidity is achieved.
  • the rib 5-5 is formed in a unique shape so as not to obstruct the air flow path.
  • the rib 5-5 is provided in a portion located at the node of the vibration mode of the bell mouth 5.
  • the rib 5-5 has a mountain shape with a cross-sectional shape having a vertex located at the node of the vibration mode (see FIG. 3B).
  • the ribs 5-5 need only be installed in at least one place of the arc portion 5-1, and the number of installation is not particularly limited. Further, the rib 5-5 may be integrally formed with the bell mouth 5, or the rib 5-5 molded separately may be attached to the bell mouth 5. Further, the rib 5-5 may be molded with a material equivalent to that of the bell mouth 5, and the material of the rib 5-5 itself may be molded with a damping material capable of converting vibration into heat. In the latter case, a stronger vibration damping effect can be obtained.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining an example of a second countermeasure for suppressing vibration of the bell mouth 5 by the air conditioner 100.
  • “arc portion 5-1”, “bell mouth surface 5-2”, and “bell mouth back surface 5-3” are shown in the same manner as FIG.
  • the flow of fluid (air) is indicated by an arrow F as in FIG. 3.
  • 4A schematically shows a state where the arc portion 5-1 is viewed from the bell mouth back surface 5-3 side
  • FIG. 4B schematically shows a cross-sectional configuration of the arc portion 5-1 portion of the bell mouth 5.
  • C schematically shows a state in which the G portion of (b) is enlarged.
  • a sheet-like damping material 5-6 as a damping member is attached to the bell mouth back surface 5-3 of the bell mouth 5.
  • the damping material 5-6 is made of a material that can convert vibration into heat. Examples of the material constituting the vibration damping material 5-6 include a material obtained by kneading a plurality of materials based on carbon or a polyester resin that easily causes thermal expansion.
  • the thickness of the damping material 5-6 is not limited, for example, the damping material 5-6 may be formed with a thickness of about 2 mm.
  • a recess 5-7 having a predetermined depth is formed so as not to obstruct the air flow path, and a damping material 5-6 is attached to the recess 5-7.
  • the concave portion 5-7 is a portion of the arc portion 5-1 from the vicinity of the portion that generates the vibration mode, the surface that fixes the bell mouth 5 (the surface below the bell mouth 5 shown in FIG. 1).
  • the vibration damping material 5-6 is formed with a depth that allows the vibration damping material 5-6 to be pasted in the middle.
  • the depth of the concave portion 5-7 can be inserted as much as the thickness of the vibration damping material 5-6, and the vibration damping material 5-6 and the adhesive layer are disposed so that the sticking surface is flat. It is good to form with the included depth, ie, 2 mm + ⁇ . Therefore, the depth of the recess 5-7 may be determined according to the thickness of the damping material 5-6.
  • the vibration damping material 5-6 is not particularly limited as long as it is attached to at least one place of the arc portion 5-1.
  • 4A shows an example of the damping material 5-6 whose planar shape is a rectangular shape, the planar shape is not particularly limited. Further, the thickness of the damping material 5-6 is not particularly limited.
  • the vibration damping material 5-6 may be formed by applying a vibration-damping paint. Regardless of whether it is water-based or oil-based, the vibration-damping coating material may contain a silicone resin or the like in order to smooth the surface state of the coated surface after coating.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining another example of the second countermeasure for suppressing vibration of the bell mouth 5 by the air conditioning apparatus 100.
  • the vibration damping material 5-6 is pasted or applied to the bellmouth back surface 5-3 as an example, but in FIG. 5, the vibration damping material 5-6 is pasted or applied to the bellmouth surface 5-2.
  • An example of application is shown.
  • “arc portion 5-1”, “bell mouth front surface 5-2”, and “bell mouth back surface 5-3” are illustrated as in FIG.
  • the flow of fluid (air) is indicated by an arrow F as in FIG. 4.
  • FIG. 5A schematically shows a state in which the arc portion 5-1 is viewed from the back side of the bell mouth 5-3
  • FIG. 5B schematically shows a cross-sectional configuration of the arc portion 5-1 portion of the bell mouth 5.
  • FIG. (C) schematically shows a state in which the G portion of (b) is enlarged.
  • a sheet-like damping material 5-6 as a damping member is attached to the bell mouth surface 5-2 of the bell mouth 5.
  • the damping material 5-6 is as described in FIG. Further, the recess 5-7 is as described with reference to FIG.
  • the vibration damping material 5-6 is not particularly limited as long as it is attached to at least one place of the arc portion 5-1.
  • FIG. 5A shows an example of the damping material 5-6 whose planar shape is a rectangular shape, but the planar shape is not particularly limited. Further, the thickness of the damping material 5-6 is not particularly limited.
  • damping material 5-6 is pasted or applied to either the bell mouth surface 5-2 or the bell mouth back surface 5-3 of the bell mouth 5 is shown as an example.
  • Damping material 5-6 may be applied or applied to both the bell mouth surface 5-2 and the bell mouth back surface 5-3.
  • the number of damping materials 5-6 to be applied or applied to the bell mouth surface 5-2 may not match the number of damping materials 5-6 to be applied or applied to the back surface 5-3 of the bell mouth. They may be attached or applied by shifting them.
  • the bell mouth 5 is made of a material in which a vibration-damping material is kneaded, so that the bell mouth 5 itself is vibrated by the forming material.
  • the material for producing the bell mouth 5 is obtained by kneading an appropriate amount of all of the carbon-based resin material capable of exhibiting the vibration damping performance or the polyester-based resin material that easily causes thermal expansion, and the original resin material for producing the bell mouth 5. .
  • vibrations in the bell mouth 5 can be thermally converted, and vibration suppression is realized.
  • the surface of the bell mouth 5 can be maintained in a smooth state by kneading a silicon-based material in the material.
  • the material having vibration damping properties may be kneaded into the original resin material for producing the bell mouth 5, and the kneading amount should be set in consideration of the fluidity of the “mold” when the bell mouth 5 is molded after the material is kneaded. It is preferable to knead up to about 50% of the total amount of the material.
  • the thickness of the bell mouth 5 can be made thinner than the conventional one.
  • the bell mouth 5 that conventionally required a thickness of about 3 mm can be expected to have the same effect even if the thickness is about 1.5 mm at the maximum.
  • the whole bell mouth 5 may be molded from a resin material kneaded with a material having vibration damping properties (polymer material), or a part of the bell mouth 5 may be molded.
  • the bell mouth 5 can be produced by insert molding with a conventional resin.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the effect of reducing the peak frequency of the vibration sound by applying any one of the first to third measures to the bell mouth 5 of the air conditioner 100.
  • the solid line in FIG. 6 shows the frequency characteristics of the vibration sound of the air conditioner 100.
  • the broken line in FIG. 6 shows the frequency characteristics of the vibration sound when none of the first to third measures are taken.
  • the horizontal axis indicates the frequency
  • the vertical axis indicates the sound pressure level.
  • the air conditioner 100 includes the fan 6 as a configuration, and the air passage 50 is formed of the foam material 10. Therefore, the foam material 10 generates “vibration” by fluid excitation, and generates “vibration” by individual propagation that matches the vibration accompanying rotation of the motor 7 and the fan 6. Then, “vibration” generated by the foam material 10 propagates to each member constituting the air conditioner 100, for example, the bell mouth 5. That is, when the fan 6 rotates, NZ sound is generated, and as a result, the bell mouth 5 is vibrated.
  • the air conditioner 100 since any one of the first to third measures is applied to the bell mouth 5, the vibration sound caused by the NZ sound generated with the rotation of the fan 6 is obtained. Can be reliably reduced. Further, according to the air conditioner 100, even if the first to third measures are applied to the bell mouth 5, the air flow is not hindered.
  • the vibration countermeasures for the bell mouth 5 have been described as being divided into the first to third countermeasures.
  • the bell mouth 5 may be configured as an overlapping countermeasure.
  • the third countermeasure is implemented in combination with at least one of the first countermeasure and the second countermeasure.

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Abstract

空気調和装置は、吸込口及び排気口を有した筐体と、筐体の内部に設けられたファンと、ファンの回転に伴って吸込口から排気口へ流れる流体が通過するベルマウスと、を備え、ベルマウスは、流体の流れ方向の断面形状が円弧形状の円弧部と、円弧部の表面及び裏面の少なくとも一方に設けられた制振部材と、を有し、制振部材は、ベルマウスで発生する振動の節となる部分に設けられているものである。

Description

空気調和装置
 本発明は、空気が流れる風路を備えた空気調和装置に関し、特にファンの回転に起因する筐体振動音を低減する筐体構造体を備えた空気調和装置に関するものである。
 例えば、特許文献1に挙げられるように、ファンの回転に起因する振動などの騒音低減を目的に、ベルマウスの流入口近くに共鳴空間を設けて、騒音に寄与する周波数の低減を行うようにした遠心送風機の騒音低減方法が存在している。
 また、特許文献2に挙げられているように、ベルマウスの裏面の任意位置にリブ(補強リブ53)を設けて、ベルマウス部を流れる流体によるベルマウスの振動を抑制するようにした空気調和機の室外機が存在している。
特開2009-264121号公報 特開2010-127594号公報
 特許文献1に記載の技術では、共鳴空間をベルマウス裏面となる部分に形成していた。そのために、ベルマウス裏面側に流れる流体が共鳴空間で乱流を起こすことになり、新たなる振動音(騒音)の発生を招いていた。
 また、特許文献2に記載の技術では、リブを、所定間隔で円周方向に沿って多数設けるようにしていた。しかしながら、筐体から伝搬してくる共振的な振動に関しては、共振原因の振動に対する場所にリブが設けられているとは言えず、共振等の振動対策とは無縁のリブもあった。さらには、リブそのものが新たな振動を引き起こすことになり、新たなる振動音の発生を招いていた。
 ところで、騒音には、ファンによる流体音だけでなく、風路を形成する構造体の共振音、構造体そのものの筐体振動音も含まれている。風路を形成する構造体の共振音、構造体そのものの筐体振動音の場合の騒音は、特徴的なピーク周波数を複数有する聴感的な不快感を発生させる騒音形態となっている。
 特に、ファン等の機器の回転時には、回転に伴う、回転周期(N)と羽根の枚数(Z)を掛け合わせた周波数特性を有する音(一般的にはNZ音と呼ばれている)が発生していた。この音としては、ファンを通過するときの流体に起因するものが知られている。しかしながら、これだけではなく、通過する流体で加振された筐体が振動することに起因する音もあることが意外に知られていなかった。
 このような振動は、流体で筐体が加振された振動、及び、ファンを接続固定しているモータ等を介して、構造体を形成する筐体に伝搬した振動、更には筐体構造物の固有振動と共振すること発生する振動で構成されているが考えられる。その中でも、筐体構造物の固有振動と共振することで、予想外の部分から発生する共振音が問題になることが分かった。
 本発明は、上述の課題を背景になされたもので、筐体振動に起因する振動音への対策を施し、流体の流れを阻害させることなく、筐体振動に起因する振動音のピーク周波数の突出音を減衰させるようにした空気調和装置を提供することを目的としている。
 本発明に係る空気調和装置は、吸込口及び排気口を有した筐体と、前記筐体の内部に設けられたファンと、前記ファンの回転に伴って前記吸込口から前記排気口へ流れる流体が通過するベルマウスと、を備え、前記ベルマウスは、流体の流れ方向の断面形状が円弧形状の円弧部と、前記円弧部の表面及び裏面の少なくとも一方に設けられた制振部材と、を有し、前記制振部材は、前記ベルマウスで発生する振動の節となる部分に設けられているものである。
 本発明に係る空気調和装置によれば、ベルマウスの円弧部の表面及び裏面の少なくとも一方であってベルマウスで発生する振動モードの節に位置する部分に制振部材を設けているので、ファンの回転によって発生するベルマウスの分割振動を抑制することができ、ベルマウスが振動することで発生していたNZ音のピーク周波数を効果的に減衰することが可能となる。
本発明の実施の形態に係る空気調和装置を側面から見た概略構成例を示す概略側面図である。 ベルマウスの振動状態を説明するための模式図である。 ベルマウスの振動状態を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置によるベルマウスの振動抑制のための第1の対策の一例を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置によるベルマウスの振動抑制のための第2の対策の一例を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置によるベルマウスの振動抑制のための第2の対策の他の一例を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和装置のベルマウスに第1~第3の対策のいずれかを施したことによる振動音のピーク周波数の低減効果を説明するための説明図である。
 以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図1を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。
 図1は、本発明の実施の形態に係る空気調和装置100を側面から見た概略構成例を示す概略側面図である。以下、図1に基づいて、空気調和装置100について説明する。なお、図1には、風の流れを破線矢印Aで表し、音の流れを破線矢印Bで表している。
 空気調和装置100は、例えば住宅、ビル、あるいは、マンション等の室内(空調対象空間)に設置される室内機(室内ユニット)としての機能を有し、冷凍サイクルを利用することで空調空気を空調対象空間に供給するものである。なお、ここでは、天井埋込型の空気調和装置100を例に説明するが、これに限定するものではなく、本発明を、天井吊下型、壁掛け型、あるいは、床置き型等、どのようなタイプの空気調和装置にも適用することが可能である。
 空気調和装置100は、空気が巡回する風路50が内部に形成された筐体1を有している。
 また、空気調和装置100は、筐体1の略中央内側天面に懸垂されているモータ7と、モータ7の軸に取り付けられているファン6と、ファン6の外周に設けられている熱交換器9と、を有している。さらに、筐体1の下部には、前面パネル4が取り付けられている。
 筐体1は、下方が開口され、側面部2及び上面部3を有する箱状になっており、空気調和装置100の本体を構成するようになっている。筐体1の内部には、モータ7、ファン6、及び、熱交換器9が収容される。また、筐体1の内部には、空気が巡回する風路50が形成されている。ファン6が駆動することにより、空気が風路50を循環する(破線矢印A)。
 さらに、筐体1の側面部2及び上面部3の内側には、発泡材10が設けられている。なお、発泡材10の風路50側に壁部を設けてもよい。
 モータ7は、筐体1内に軸が下方に向けられるように支持ゴム8を介して懸垂され、ファン6を回転させるものである。つまり、支持ゴム8が筐体1の上面部3の内側に取り付けられ、この支持ゴム8にモータ7が取り付けられている。
 ファン6は、下方を吸入口としてモータ7の軸に取り付けられ、空気調和装置100が設置される室内等の空間である空調対象空間から空気を取り込み、熱交換器9を経由させてから空調対象空間に吹き出すものである。
 前面パネル4には、筐体1の内部に空気を吸入する吸入口4aと、筐体1から外部に空気を排気する排気口4bと、が形成されている。吸入口4aは、筐体1の平面視中央に開口形成されている。排気口4bは、吸入口4aの周囲に開口形成されている。吸入口4aにはベルマウス5が設けられており、空調対象空間から筐体1内に取り込まれた空気を整流して騒音発生を抑制し、使用者の快適性を損ねることを抑制できるようになっている。
 熱交換器9は、暖房運転時には凝縮器として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能し、ファン6から供給される空気と図示省略の熱源機(室外機)から供給される冷媒等の熱媒体との間で熱交換を行ない、暖房用空気又は冷房用空気を作るものである。
 風路50は、吸入口4aと排気口4bとを連通するように筐体1の内部に形成されており、空調対象空間から吸入口4aを介して取り込んだ空気が、ファン6、熱交換器9の内側、熱交換器9の外側、排気口4bの順に流れるものである。
 なお、前面パネル4の吸入口4aには、筐体1内に取り込む空気を通過させる複数の開口部が形成されているグリルと、グリルの上方に設けられ、空気に含まれている塵埃を除去するエアフィルタと、を設けるとよい。
 また、前面パネル4の排気口4bには、気流の吹き出し方向を調整する上下風向ベーンが一般点に備えられている。
 さらに、前面パネル4は、例えば、下面が設置される天井面と略面一となるように配置される。
<ファンの回転に起因する筐体振動音について>
 ファンを備えた機器で発生する音には、ファンを通過するときの流体に起因する音が存在していることが知られているが、これだけではなく、筐体の振動に起因する音も存在することが意外にも知られていなかった。この筐体の振動に起因する音は、流体で筐体が加振された際の振動音、ファンを接続固定しているモータ等を介して構造体を形成する筐体に伝搬した際の振動音、更には筐体構造物の固有振動と共振することで予想外の部分から発生する共振音により構成されていることが分かった。
 ファンを備えた機器の音の伝搬経路は、空気調和装置100の風路50のように断熱性能を有する発泡材などで形成している場合があり、この発泡材が、流体加振したり、モータ及びファンの回転に伴う振動と一致して個体伝搬したり、することによって「振動」が発生する場合がある。そして、発泡材によって発生した「振動」が、ファンを備えた機器を構成する各部材に伝搬し、結果、各部材を強制加振したり、共振振動を引き起こしたりしていた。これが、聴感的な不快感を伴う騒音となっていた。
 この騒音は、機器を構成している各部材が振動することで発生するものである。つまり、ファンが回転することにより、NZ音が発生し、これが風路構造体を直接加振し、結果として空気取り入れ口に設置されているベルマウスを振動させることになる。NZ音は、ファンの回転周期(N)と、ファンの羽根の枚数(Z)を掛け合わせたものである。このことは、空気調和装置100においても同様に言えることである。
 一般的に、ベルマウス(ベルマウス5を含む)は、空気流路となるので、空気の流れを阻害させないための縦断面が円弧構造に構成されている。このような構成のベルマウスに対して、筐体の構造体を介してファンの回転に伴う振動が伝搬してくる。特に、ベルマウスの一端は筐体と連結している部分となっており、ベルマウスは必然的に振動伝搬経路となる。この振動伝搬経路となる部分を一つ目の「腹(+)」として、更に「節」と「腹(-)」が存在する分割振動モードが発生する。特に筐体に近い部分の振動の強さは、筐体から離れた部分の振動よりも振幅大の振動モードとなる特徴的な振動モード状態をなしている。
 ベルマウスでの振動状態は、図2A及び図2Bで示すようなものとなる。なお、図2A及び図2Bは、ベルマウスの振動状態を説明するための模式図である。図2A及び図2Bでは、ベルマウスを「ベルマウス5X」、円弧部を「円弧部5X-1」、ベルマウスの表面を「ベルマウス表面5X-2」、ベルマウスの裏面を「ベルマウス裏面5X-3」として図示している。また、図2A及び図2Bでは、ベルマウス表面5X-2側での流体(空気)の流れを矢印Cで示し、ベルマウス裏面5X-3側での流体(空気)の流れを矢印Dで示している。さらに、ベルマウス5Xの振動状態を破線Eで示している。
 図2Aでは、破線Eで示すように、振動伝搬経路となるベルマウスの部分を一つ目の「腹(+)」として、「節」、二つ目の「腹(-)」となって出現する分割振動モードによる振動状態を示している。
 図2Bでは、破線Eで示すように、振動伝搬経路となるベルマウスの部分を一つ目の「腹(-)」として、「節」、二つ目の「腹(+)」となって出願する分割振動モードによる振動状態を示している。
 そのため、ベルマウス5Xで発生する振動を抑えることがNZ音対策には有効であり、ファンで発生する流体による振動の対策とは異なるということが分かる。
 ただし、ベルマウス5Xは空気流路となるために、ベルマウス表面5X-2側及びベルマウス裏面5X-3側にリブなどにより凹凸面を形成することは、流体の流れを阻害することになってしまう。つまり、新たな流体に伴う音を発生させることになるので、単純形状のリブなどを単に成型すればよいということにはならず、注意が必要になる。
<ベルマウスでの振動抑制対策>
 ベルマウスで発生する振動を抑制する対策、つまりNZ音に対する対策として、例えば以下の3つが考えられる。
 第1には、空気流路を構成するベルマウスに制振処理を施すこと。
 第2には、筐体とベルマウスとの振動伝搬経路に振動遮断処理を施すこと。
 第3には、ベルマウス本体に振動対策を施すこと。
 第1の対策は、ベルマウスの高剛性化を図るため、ベルマウスの構造的処理により、ベルマウスで発生する振動を抑えるようにすることである。具体的には、空気流路を阻害しないように、ベルマウスに特異形状のリブ構造を成型することである。
 第2の対策は、ベルマウスで発生する振動の減衰を図るため、振動-熱変換手段(制振剤)を固着することである。具体的には、制振材をベルマウスに貼付したり、制振性のある塗料をベルマウスに塗布したりすることである。
 第3の対策は、制振性のある材料を練り込んだ材料を使用してベルマウスを作製することによって、形成材料によってベルマウスそのものを制振することである。具体的には、制振性樹脂でベルマウスの成型処理を実施することである。
 このような対策を施すことにより、伝搬経路での制御を行うことができ、総合的な振動抑制を実現でき、徴的なピーク周波数によるNZ音の減衰を確実に実行できることになる。
(第1の対策の一例)
 図3は、空気調和装置100によるベルマウス5の振動抑制のための第1の対策の一例を説明するための説明図である。図3では、ベルマウス5の円弧部を「円弧部5-1」、ベルマウス5の表面を「ベルマウス表面5-2」、ベルマウス5の裏面を「ベルマウス裏面5-3」として図示している。また、図3では、流体(空気)の流れを矢印Fで示している。図3では、(a)が円弧部5-1をベルマウス裏面5-3側から見た状態を模式的に示し、(b)がベルマウス5の円弧部5-1部分の断面構成を模式的に示している。
 図3に示すように、第1の対策の一例としては、ベルマウス5のベルマウス裏面5-3に制振部材であるリブ5-5を成型することで、構造的処理によりベルマウス5の高剛性化を図ったものである。リブ5-5は、空気流路を阻害しないように特異形状で構成されている。リブ5-5は、ベルマウス5の振動モードの節に位置する部分に設けられている。
 具体的には、リブ5-5は、断面形状が振動モードの節に位置する部分を頂点とした山形形状となっている(図3(b)参照)。また、リブ5-5は、平面形状が菱形形状となっている(図3(a)参照)。つまり、リブ5-5は、空気の流れ方向に沿った部分が長手方向となった形状で成型されている。なお、リブ5-5は、頂点部分の角度がR=100度以上であり、頂点部分が丸みを有する形状として構成されている。
 これにより、リブ5-5での2次振動を抑制することができ、リブ5-5によって流体の流れが阻害されることもなく、流体がスムーズに流れることになる。
 なお、リブ5-5は、円弧部5-1の少なくとも1ヶ所に設置されていればよく、設置個数を特に限定するものではない。また、リブ5-5をベルマウス5と一体成型としてもよく、別体で成型したリブ5-5をベルマウス5に取り付けるようにしてもよい。
 また、リブ5-5をベルマウス5と同等の材料で成型してもよく、リブ5-5そのものの材料を、振動を熱に変換することができる制振材で成型してもよい。後者の場合は、より強力な振動減衰効果が得られることになる。
(第2の対策の一例)
 図4は、空気調和装置100によるベルマウス5の振動抑制のための第2の対策の一例を説明するための説明図である。なお、図4では、図3と同様に、「円弧部5-1」、「ベルマウス表面5-2」、「ベルマウス裏面5-3」を図示している。また、図4では、図3と同様に、流体(空気)の流れを矢印Fで示している。図4では、(a)が円弧部5-1をベルマウス裏面5-3側から見た状態を模式的に示し、(b)がベルマウス5の円弧部5-1部分の断面構成を模式的に示し、(c)が(b)のG部分を拡大した状態を模式的に示している。
 図4に示すように、第2の対策の一例としては、ベルマウス5のベルマウス裏面5-3に制振部材であるシート状の制振材5-6を貼付したものである。制振材5-6は、振動を熱に変換することができる材料で構成されている。制振材5-6を構成する材料としては、例えば、カーボンまたは熱膨張を起こしやすいポリエステル系樹脂などを基本とした複数の材料を混練したものが挙げられる。制振材5-6の厚みを限定するものではないが、例えば2mm程度の厚みで制振材5-6を形成するとよい。
 また、空気流路を阻害しないように、所定の深さを有する凹部5-7を形成して、この凹部5-7に制振材5-6を装着する。具体的には、凹部5-7は、振動モードを発生する部分、ベルマウス5を固定している面(図1で示すベルマウス5の下側の面)の近傍から円弧部5-1の途中までの範囲に、制振材5-6が貼付できる程度の深さを有して形成される。例えば、凹部5-7の深さは、制振材5-6の厚み分を確実に挿入でき、貼付面がフラットな面状態となるようにするため、制振材5-6と粘着層を含んだ深さ、つまり2mm+αで形成するとよい。したがって、制振材5-6の厚みに応じて、凹部5-7の深さを決定すればよい。
 これにより、ベルマウス裏面5-3の表面にはリブなどの凸部が形成されないことになるので、ベルマウス5を流れる流体を阻害することはなく、ベルマウス5の円弧部5-1での分割振動モードによる振動を効果的に減衰させることができる。
 なお、制振材5-6は、円弧部5-1の少なくとも1ヶ所に貼付されていればよく、設置個数を特に限定するものではない。
 また、図4(a)では、平面形状が長方形状に構成されている制振材5-6を例に示しているが、平面形状を特に限定するものではない。また、制振材5-6の厚みについても特に限定するものではない。また、図4では、シート状の制振材5-6を貼付した場合を例に説明したが、制振性のある塗料を塗布することで制振材5-6を形成してもよい。制振性のある塗料には、水性、油性を問わず、塗布後の塗布面表面状態を滑らかにするために、シリコン樹脂などを含めるとよい。こうすれば、シリコン樹脂を含む塗料によって、表面の滑らかさを保持することが可能になる。同様に、シート状の制振材5-6にもシリコン系の材料を混練すれば、表面を滑らかにすることが可能になる。
(第2の対策の他の一例)
 図5は、空気調和装置100によるベルマウス5の振動抑制のための第2の対策の他の一例を説明するための説明図である。図4では、制振材5-6をベルマウス裏面5-3に貼付又は塗布した場合を例に説明したが、図5では、制振材5-6をベルマウス表面5-2に貼付又は塗布した場合を例に示している。なお、図5では、図4と同様に、「円弧部5-1」、「ベルマウス表面5-2」、「ベルマウス裏面5-3」を図示している。また、図5では、図4と同様に、流体(空気)の流れを矢印Fで示している。図5では、(a)が円弧部5-1をベルマウス裏面5-3側から見た状態を模式的に示し、(b)がベルマウス5の円弧部5-1部分の断面構成を模式的に示し、(c)が(b)のG部分を拡大した状態を模式的に示している。
 図5に示すように、第2の対策の他の一例としては、ベルマウス5のベルマウス表面5-2に制振部材であるシート状の制振材5-6を貼付したものである。制振材5-6は、図4で説明した通りである。また、凹部5-7についても、図4で説明した通りである。
 これにより、ベルマウス表面5-2の表面にはリブなどの凸部が形成されないことになるので、ベルマウス5を流れる流体を阻害することはなく、ベルマウス5の円弧部5-1での分割振動モードによる振動を効果的に減衰させることができる。
 なお、制振材5-6は、円弧部5-1の少なくとも1ヶ所に貼付されていればよく、設置個数を特に限定するものではない。
 また、図5(a)では、平面形状が長方形状に構成されている制振材5-6を例に示しているが、平面形状を特に限定するものではない。また、制振材5-6の厚みについても特に限定するものではない。
 図4及び図5では、ベルマウス5のベルマウス表面5-2又はベルマウス裏面5-3のいずれかに制振材5-6を貼付又は塗布した場合を例に示したが、ベルマウス5のベルマウス表面5-2及びベルマウス裏面5-3の両面に制振材5-6を貼付又は塗布してもよい。この場合、ベルマウス表面5-2に貼付又は塗布する制振材5-6の個数、ベルマウス裏面5-3に貼付又は塗布する制振材5-6の個数が一致しなくてもよく、それぞれをずらして貼付又は塗布してもよい。
(第3の対策の一例)
 第3の対策の一例としては、制振性のある材料を練り込んだ材料でベルマウス5を作製することによって、形成材料によってベルマウス5そのものを制振することである。ベルマウス5を作製する材料は、制振性能を発現できるカーボン又は熱膨張を起こしやすいポリエステル系の樹脂材料全てと、これにベルマウス5を作製する元々の樹脂材の適量混練させたものである。このような材料でベルマウス5を作製することにより、ベルマウス5での振動を、熱変換することが可能になり、振動抑制が実現する。
 なお、材料内にシリコン系の材料を混練することで、ベルマウス5の表面を滑らかな状態に維持することができる。
 制振性を有する材料は、ベルマウス5を作製する元々の樹脂材に混練するとよく、材料の混練後のベルマウス5の成型時における「型」などの流動性を考慮して、混練量を材料全体量の最大50%程度まで混練するとよい。
 なお、この場合のベルマウス5の厚みは、ベルマウス5そのもので振動抑制が行えるために、従来よりも薄くできる効果も有する。例えば、従来は3mmほどの厚みが必要だったベルマウス5が、最大で1.5mm程度の厚みでも同等の効果を期待することができる。
 また、制振性を有する材料(高分子材)を混練した樹脂材でベルマウス5の全部を成型してもよく、ベルマウス5の一部を成型してもよい。制振性を有する材料(高分子材)を混練した樹脂材でベルマウス5の一部を成型する場合は、従来樹脂とのインサート成型でベルマウス5を作製することができる。
<空気調和装置100の奏する効果>
 次に、図6を用いて、空気調和装置100の振動音のピーク周波数の低減効果について説明する。図6は、空気調和装置100のベルマウス5に第1~第3の対策のいずれかを施したことによる振動音のピーク周波数の低減効果を説明するための説明図である。図6の実線は空気調和装置100の振動音の周波数特性を示している。図6の破線は第1~第3の対策のいずれも施していない場合の振動音の周波数特性を示している。なお、図6の横軸は周波数を、縦軸は音圧レベルを、それぞれ示している。
 空気調和装置100は、ファン6を構成として備え、風路50を発泡材10で形成している。そのため、発泡材10が、流体加振によって「振動」を発生し、及びモータ7及びファン6の回転に伴う振動と一致した個体伝搬によって「振動」を発生する。そして、発泡材10によって発生した「振動」が、空気調和装置100を構成する各部材、例えばベルマウス5に伝搬する。つまり、ファン6が回転することにより、NZ音が発生し、結果としてベルマウス5を振動させることになる。
 図6の破線に示すように、ベルマウスに第1~第3の対策のいずれも施していない場合は、100Hz以下の周波数帯域において高いピークの周波数を持つ特性傾向を示す。
 これに対して、空気調和装置100は、ベルマウス5に第1~第3の対策のいずれかが施されているため、図6の実線で示すように、幅広い周波数帯域において、ピークの周波数が5dB以上減衰していることが分かる。
 以上のように、空気調和装置100によれば、ベルマウス5に第1~第3の対策のいずれかを施しているため、ファン6の回転に伴い発生するNZ音に起因している振動音を確実に低減することができる。また、空気調和装置100によれば、第1~第3の対策をベルマウス5に施したとしても、空気の流れを阻害することがない。
 なお、実施の形態では、ベルマウス5の振動対策として、第1~第3の対策に分けて説明したが、これらを重複した対策としてベルマウス5を構成してもよい。また、第3の対策は、第1の対策及び第2の対策の少なくとも一方と組み合わされて実施されることを想定している。
 1 筐体、2 側面部、3 上面部、4 前面パネル、4a 吸入口、4b 排気口、5 ベルマウス、5-1 円弧部、5-2 ベルマウス表面、5-3 ベルマウス裏面、5-5 リブ、5-6 制振材、5-7 凹部、5X ベルマウス、5X-1 円弧部、5X-2 ベルマウス表面、5X-3 ベルマウス裏面、6 ファン、7 モータ、8 支持ゴム、9 熱交換器、10 発泡材、50 風路、100 空気調和装置。

Claims (10)

  1.  吸込口及び排気口を有した筐体と、
     前記筐体の内部に設けられたファンと、
     前記ファンの回転に伴って前記吸込口から前記排気口へ流れる流体が通過するベルマウスと、を備え、
     前記ベルマウスは、
     流体の流れ方向の断面形状が円弧形状の円弧部と、前記円弧部の表面及び裏面の少なくとも一方に設けられた制振部材と、を有し、
     前記制振部材は、
     前記ベルマウスで発生する振動の節となる部分に設けられている
     空気調和装置。
  2.  前記制振部材は、
     頂点部分の角度が100度以上であり、該頂点部分が丸みを有するリブとして構成されている
     請求項1に記載の空気調和装置。
  3.  前記リブは、
     平面形状が、流体の流れ方向に沿った部分が長手方向となった菱形形状で構成されている
     請求項2に記載の空気調和装置。
  4.  前記リブは、
     振動を熱に変換することができる材料で構成されている
     請求項2又は3に記載の空気調和装置。
  5.  前記制振部材は、
     振動を熱に変換することができる材料が含まれた材料でシート状に構成されている
     請求項1に記載の空気調和装置。
  6.  前記制振部材は、
     振動を熱に変換することができる材料が含まれた材料を塗布して構成されている
     請求項1に記載の空気調和装置。
  7.  前記制振部材が装着される凹部を前記円弧部の表面及び裏面の少なくとも一方に形成した
     請求項5又は6に記載の空気調和装置。
  8.  前記制振部材は、
     振動を熱に変換することができる材料に加え、シリコン系の材料を混練した材料で構成されている
     請求項5~7のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  9.  前記ベルマウスは、
     全部又は一部が、制振性能を有する樹脂材が混練されている
     請求項1~8のいずれか一項に記載の空気調和装置。
  10.  前記筐体の側面部及び上面部の内側には発泡材が設けられている
     請求項1~9のいずれか一項に記載の空気調和装置。
PCT/JP2016/087762 2016-12-19 2016-12-19 空気調和装置 WO2018116340A1 (ja)

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