JP2005201565A - 空気調和機の室内ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、送風ファンとして軸方向に長い横流ファンを備え、送風にともなう送風音等の運転騒音の低減化を図り静粛運転を可能とした空気調和機の室内ユニットを提供する。
【解決手段】ユニット本体１０内に吸込み口１１，１２と吹出し口１３とを連通する空気流路Ｔおよび空気流路に配設する横流ファン１６を備え、マイクロフォン３０が横流ファンの送風音を含む運転騒音を検出し、コントローラ５０がマイクロフォンで検出された検出信号を入力して演算し検出信号とは略逆位相の制御音信号を生成して出力し、スピーカ２０がコントローラからの制御音信号を受けて制御音を発生し横流ファンの送風音を含む運転騒音と相殺させ、マイクとコントローラおよびスピーカをそれぞれ複数備えてそれぞれが独立する制御系統Ｋ１〜Ｋ４を構成し、マイクおよびスピーカは横流ファンの軸方向に沿い所定間隔を存して配置する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、運転中に生じる送風音等の運転騒音を低減制御する能動騒音制御機構を備えた空気調和機の室内ユニットに関する。

騒音や振動、電圧もしくは電流などの検出手段と、スピーカなどの発音手段ならびにこれらの信号を演算処理する処理手段によって、送風ファンである横流ファンから放射される送風音等の運転騒音を低減制御する能動騒音制御機構（ＡＮＣとも呼ばれる）を備えた空気調和機の室内ユニットが知られている。
図１は基本的な能動騒音制御機構の概略説明図である。横流ファン１の近傍位置に発音手段であるスピーカ２と、騒音検出手段であるマイクロフォン（以下、マイクと呼ぶ）３が配置される。さらに、横流ファン１とは離間した位置に、騒音に対して基準となる運転音を検出する参照信号検出手段である補助マイク４が配置される。これらスピーカ２と、マイク３および補助マイク４は能動騒音制御手段であるコントローラ５に電気的に接続される。

上記マイク３が対象ワークである横流ファン１の送風作用にともなう翼ピッチ音である送風音等の運転騒音を検出し、その信号がコントローラ５に入力される。同時に、マイク３による検出騒音と相関性のある補助マイク４からの参照信号もコントローラ５に入力される。上記コントローラ５では、補助マイク４からの参照信号を基準としてマイク３で検出された検出信号と比較演算し、検出信号とは略逆位相の信号を生成してスピーカ２へ出力する。

このスピーカ２から発音されるのは制御音であり、マイク３は制御音と横流ファン１の送風音等の運転騒音との合成音を再度検出してコントローラ５へ検出信号を送る。コントローラ５は再び補助マイク４からの参照信号を基準として制御音信号をスピーカ２へ送る。これら一連の動作を繰り返して、マイク３における検出信号が常に最小値になるように制御する。ついには、送風音等の運転騒音が制御音によって相殺され、ほとんど消音する低騒音化が得られる。

なお、［特許文献１］においては、上述の能動騒音制御機構を基にして、運転音検出手段と、基準運転音設定手段および補正音生成手段を備え、運転音（時間的変動量）が所定レベルよりも大きいときに補正音生成手段が基準運転音設定手段で設定されている基準運転音と比較し、運転音との合成音が基準運転音になるような補正音を放射する技術が開示されている。
特許第３３７１４４６号公報

ところで、上述の［特許文献１］における請求項１では、検出された運転音と設定された基準運転音とを比較し、両運転音の差に基づく補正信号を生成することを特徴の一つとしている。
しかしながら、運転音はリアルタイムの信号であるのに対して、基準運転音による基準信号はリアルタイムの信号ではない。この差の信号をスピーカからリアルタイムに出力するためには、運転音と基準運転音との歩調を合わせる何らかの同期信号（参照信号）が必要になるが、［特許文献１］にはそれに係る記載がなく、上述の構成では音制御が不可能視される。

そして、［特許文献１］明細書の段落番号（００１２）〜（００１４）には、図面の図５と図６に示される空気調和機の構成の説明および、図４のブロック図に係る説明が記載されていて、１つの信号処理回路から出力された信号が空気吹出口の左右壁部に取付けられた２つのスピーカに導かれるようになっている。
本出願人における発明者等による実験計測によれば、横流ファンのように軸方向に長いファンにおいて発生する騒音は、熱交換器や、空気清浄機、空気清浄フィルタなどの影響を受けるとともに、横流ファンを囲む背面板等の反射の影響も受け易く、結果的にファンの長手方向に均一化しないことが判明している。したがって、空気吹出口の左右両側の壁部においては互いに同程度の騒音にはならないので、上述の構成では運転騒音を低減制御することは不可能視される。

本発明は上記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、送風ファンとして軸方向に長い横流ファンを備え、送風にともなう送風音等の運転騒音の低減化を図り、静粛運転をなす空気調和機の室内ユニットを提供しようとするものである。

上記目的を満足するため本発明の空気調和機の室内ユニットは、ユニット本体内に吸込み口と吹出し口とを連通する空気流路および空気流路に配設される横流ファンを備え、騒音検出手段が横流ファンの送風音を含む運転騒音を検出し、能動騒音制御手段が騒音検出手段で検出された検出信号を入力して演算し検出信号とは略逆位相の信号である制御音信号を生成して出力し、発音手段が能動騒音制御手段からの制御音信号を受けて制御音を発生し横流ファンの送風音を含む運転騒音と相殺させ、騒音検出手段と能動騒音制御手段および発音手段をそれぞれ複数備えてそれぞれが独立する制御系統として構成し、騒音検出手段および発音手段は横流ファンの軸方向に沿って所定間隔を存して配置する。

本発明によれば、送風にともなう送風音等の運転騒音の低減化を確実に図って、静粛運転を得られるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る能動騒音制御機構を備えた空気調和機の室内ユニットについて説明する。
図２は本発明における第１の実施の形態に係る室内ユニットの概略断面図、図３は同実施の形態に係る室内ユニットの概略正面図である。
はじめに室内ユニットの概略構成について説明する。ユニット本体１０は、前面部に前面吸込み口１１を備え、上面部に上面吸込み口１２を備えている。これら前面吸込み口１１および上面吸込み口１２には、それぞれグリルが嵌め込まれる。前面吸込み口１１の下部側に沿って吹出し口１３が開口していて、この吹出し口１３にはルーバー（風向案内板）が設けられる。

ユニット本体１０内には多段に折曲され側面視で略逆Ｕ字状に形成される熱交換器１４が配置され、前面吸込み口１１および上面吸込み口１２に亘って対向している。この熱交換器１４の前後側両端部下方部位には、熱交換器１４で生成されるドレン水を受けるドレンパン１５ａ，１５ｂが配置される。上記熱交換器１４とドレンパン１５ａ，１５ｂに囲まれるようにして、駆動モータに連結される送風ファンである横流ファン１６が設けられる。横流ファン１６の軸方向長さは熱交換器１４の幅方向寸法と略一致し、かつ互いに正対するように配置される。

前面吸込み口１１側における熱交換器１４下部のドレンパン１５ａのさらに下部には、上記横流ファン１６の駆動にともなう送風を案内するノーズ６０が設けられる。上面吸込み口１２側ドレンパン１５ｂのさらに下部には、上記吹出し口１３に連なる背面板１８が設けられる。この背面板１８によって上記前、上面吸込み口１１，１２と吹出し口１３とを連通する空気流路Ｔが形成される。ユニット本体１０の隅部には配管収納部１９が設けられ、室内ユニットから室外ユニットに延出される補助配管（図示しない）等が収納される。

このような空気調和機の室内ユニットに搭載される能動騒音制御機構Ｎは、それぞれ複数の騒音検出手段であるマイク３０と、発音手段であるスピーカ２０および能動騒音制御手段であるコントローラ５０と、参照信号検出手段である参照信号用の補助マイク４０とから構成される。
上記マイク３０とスピーカ２０およびコントローラ５０は各々４個ずつ備えられていて、それぞれが互いに独立したループ（系統）を構成している。したがって、この実施の形態においては、４つの制御系統Ｋ１〜Ｋ４から能動騒音制御機構Ｎが構成されることになる。参照信号用の補助マイク４０は１個のみ備えられていて、上記した４つの制御系統Ｋ１〜Ｋ４全てに対し並行に接続される。

各々の制御系統Ｋ１〜Ｋ４における上記マイク３０は熱交換器１４前面で、特に図３に示すように同一高さ位置に揃えられ、かつ熱交換器１４の幅方向に亘り互いに所定間隔を存して取付けられる。
上記参照信号用の補助マイク４０は外乱（他の騒音）の受け難い部位である配管収納部１９に補助配管とともに配置されていて、１個の騒音信号もしくは振動信号を得るようになっている。

上記スピーカ２０は、前面側ドレンパン１５ａの下部に設けられるノーズ６０に取付けられる。これらのスピーカ２０においても、ノーズ６０の幅方向（すなわち、熱交換器１４の幅方向）に亘って、互いに所定間隔を存して取付けられる。そして、スピーカ２０を構成する振動板（放射面）がノーズ６０から横流ファン１６を臨んで設けられ、ノーズ６０と横流ファン１６との間の隙間に対して発音できる。

このようにして構成される能動騒音制御機構Ｎを備えた空気調和機の室内ユニットにおいて、運転開始指令にもとづいて冷凍サイクル運転が開始され、熱交換器１４で冷媒の凝縮作用もしくは蒸発作用が行われる。同時に横流ファン１６が回転駆動され、室内空気を前面吸込み口１１と上面吸込み口１２からユニット本体１０内に吸込む。
ユニット本体１０内に吸込まれた室内空気は熱交換器１４を通過して熱交換をなし、この熱交換空気は横流ファン１６を介してノーズ６０と空気流路Ｔに案内されて吹出し口１３から室内へ吹出される。この状態で室内の冷房作用もしくは暖房作用が行われる。

上記能動騒音制御機構Ｎにおいては、４個のマイク３０がそれぞれ上記横流ファン１６の送風音等の運転騒音を検出して、各制御系統Ｋ１〜Ｋ４を構成する専用のコントローラ５０へ検出信号を送る。単独で備えられる補助マイク４０は外乱（他の騒音）の影響を受け難い配管収納部１９で基準の運転音を検出し、１個の騒音信号または振動信号としての参照信号を全てのコントローラ５０へ一斉に送る。

各制御系統Ｋ１〜Ｋ４におけるそれぞれのコントローラ５０ではマイク３０で検出された検出信号を入力するとともに、補助マイク４０からの参照信号を入力する。そして、各制御系統Ｋ１〜Ｋ４のコントローラ５０では参照信号を基にして検出信号を演算し、検出信号とは略逆位相の制御音信号を生成する。
各制御系統Ｋ１〜Ｋ４におけるコントローラ５０は、制御音信号を同じ制御系統Ｋ１〜Ｋ４のスピーカ２０へ出力する。それぞれのスピーカ２０では、対応するコントローラ５０から出力される制御音信号を受けて制御音を発生する。したがって、横流ファン１６の送風音等の運転騒音はスピーカ２０からの制御音と相殺され反転音として低減する。

上記マイク３０および補助マイク４０は再度、検出信号をコントローラ５０へ送り、コントローラ５０では制御音信号を生成してスピーカ２０へ送る。スピーカ２０では再度制御音を発生し、運転騒音のより低減化を図る。これらの作用が繰り返しなされて、ついには運転騒音が消音に近い状態に至る。
上記横流ファン１６は軸方向に長く、各部位で発生する送風音などの騒音量が微妙に異なっていて、長手方向に沿って均一ではない。これに対して複数の上記マイク３０およびスピーカ２０はそれぞれ横流ファン１６の軸方向に沿って所定間隔を存して配置されているので、各制御系統Ｋ１〜Ｋ４を構成するコントローラ５０、マイク３０、スピーカ２０が受け持つ範囲間での騒音が互いに略均一化される。すなわち、能動騒音制御機構Ｎの制御機能が有効に得られて低騒音化の効率向上を図れる。

ここで用いられる上記発音手段を構成するスピーカ２０は、互いに縦方向寸法に対して横方向寸法が極端に長いスリット状をなす。これに対して横流ファン１６の送風作用にともなって発生する翼ピッチ音の音源は、ノーズ６０と横流ファン１６との間の隙間部分近傍で、かつ横流ファン１６の長手方向に沿って分布している。
したがって、一般的に用いられる円形や楕円形のスピーカよりも、上述したスリット状スピーカ２０を複数、所定間隔を存して用いることにより、無駄なく音源に制御音を放射してコンパクトに収納できる。

そして、横流ファン１６の送風作用にともなう翼ピッチ音の発生（音源）は、ノーズ６０と横流ファン１６との間、もしくはその空間近傍であり、この近くに制御音を放射しないと低騒音化効果を期待できない。したがって、実質的にスピーカ２０の音がユニット本体１０内に放射する位置を、ノーズ６０と横流ファン１６との間の空間近傍に設定している。
上記補助マイク４０は、参照信号として１個の騒音信号または振動信号を検出する。すなわち、横流ファン１６の横断面の幾何形状はどの部位においても同一であるため、騒音の周波数構成はどの部位においても同一である。したがって、制御系統が複数あっても、補助マイク４０は１個ですみ、制御系統数との差の分だけコスト低減ができる。

図４は本発明における第２の実施の形態に係る、発音手段であるスピーカ２０Ａの取付け構造を説明する図である。
ノーズ６０における横流ファン１６に面した側面にスピーカ２０Ａが埋め込まれていて、振動板（放射面）ａがノーズ６０と横流ファン１６との間の隙間空間に臨んでいるうえに、スピーカ２０Ａの放射面ａがノーズ６０の一面を兼用している。したがって、ノーズ６０に案内される風がスピーカ２０Ａに当たって発生する２次的な送風音の増加を抑制でき、かつノーズ６０内にスピーカ２０Ａを取付けるので省スペースにもなる。

なお、第２の実施の形態を基本として、図５に示すようにスピーカ２０Ｂの放射面ａを防風膜ｂで覆うようにするとよい。上記防風膜ｂは、たとえば細孔布や薄肉フィルムなどから構成され、音の通過は支障がないが、風は通し難い特性を備えている。したがって、防風膜ｂでスピーカ２０Ｂの放射面ａを覆うことにより、音放射面形状の凹凸による２次的な流体騒音の発生防止を得られるとともに、発音部の結露防止がなされる。

図６は本発明における第３の実施の形態に係る、発音手段であるスピーカ２０Ｃの取付け構造を説明する図である。
ノーズ６０における横流ファン１６に面した側面にスピーカ２０Ｃが埋め込まれていて、振動板（放射面）ａがノーズ６０と横流ファン１６との間の隙間空間に臨んでいるとともに、放射面ａが防風膜ｂで覆われていることは先に説明したものと同様である。

ここでは、スピーカ２０Ｃが取付けられるノーズ６０の側面に小孔６１が設けられていて、この小孔６１が設けられたノーズ６０側面がスピーカ２０Ｃの放射面を兼用する。上記小孔６１の総面積はスピーカ振動板ａの面積よりも小さく設定してある。
したがって、スピーカ２０Ｃの振動板ａから発生した音波は、上記小孔６１を貫通してノーズ６０と横流ファン１６との間の隙間に放射される。この場合、小孔６１の面積をスピーカ振動板ａの面積よりも小さくしたので、音源位置に狙いを定めて効率よく騒音低減化を得られる。

また、スピーカ振動板ａの面積は放射できる音の周波数によって決まり、高い周波数を放射するには面積が小さくてすむが、低い周波数を放射する場合は面積が大きくなる。一方、横流ファン１６の回転にともなって発生する翼ピッチ音の音源の大きさは、ユニット本体１０の横断面方向には極めて小さく、本来ならこの幅に合ったスピーカ寸法のものを使えばよい。しかしながら、前記の周波数特性によって一般的にはスピーカの方が大きくなるので、小孔６１を使ってスピーカ２０Ｃからの放射音が音源の大きさに合うようにしてある。

図７は本発明における第４の実施の形態に係る、発音手段であるスピーカ２０Ｄの取付け構造を説明する図である。
上記スピーカ２０Ｄは、ノーズ６０におけるノーズ６０と横流ファン１６との間の隙間と対向する以外の面である、たとえば前面側に取付けている。また、ノーズ６０におけるノーズ６０と横流ファン１６との間の隙間に臨む側面には防風膜ｂで覆われた小孔６１が設けられている。
このようにして構成することにより、スピーカ２０Ｄのノーズ６０に対する取付け構造が簡素化して、無駄なスペースを使うことなく取付け作業性の向上を図ることができる。また、ノーズ６０自体がスピーカ音の導音路を兼用することとなり、スピーカ２０Ｄによる発音をノーズ６０と横流ファン１６との間の隙間に効率よく導くことができる。

図８は本発明における第５の実施の形態に係る、室内ユニット構造を示す概略の断面図である。後述する部位を除いた構成部品は先に図２で説明したものと同一であるので、同一構成部品に同番号を付して新たな説明は省略する。
上記横流ファン１６を取り囲む背面板１８の内面側一部には、吸音材７０が取付けられている。横流ファン１６の送風作用にともなって発生する翼ピッチ音の音源がノーズ６０と横流ファン１６との間の隙間付近に存在しているが、横流ファン１６を囲んでいる背面板１８の音反射性が大きいと、音源からの音が空気流路Ｔで反射を繰り返し、見せかけの音源が多数の部位で多数生成されることになる。

この状態で能動騒音制御機構Ｎを有効に作用させるためには、それぞれの音源に対して制御を行う必要があり、その数は膨大となって実質的に制御不可能である。このような現象を回避するためには、上記背面板１８の一部を吸音処理して音の不要反射を防止する必要がある。
そこで、上述のように横流ファン１６を取り囲む背面板１８の一部に吸音材７０を取付けることにより、音の不要反射を防止する。このような吸音処理は吸音材７０を貼り付けることだけに限定されるものではなく、空気流路Ｔを構成する背面板１８の材質自体が吸音性を有するものも当然、含まれることとなる。
なお、本発明はこの他、本発明の趣旨を逸脱しない程度に種々変形実施可能であることは言うまでもなく、本発明はこれら全てを包含するものである。

本発明における、基本的な能動騒音制御機構の作用説明図。 本発明における第１の実施の形態に係る、空気調和機室内ユニットの概略の断面図と能動騒音制御機構の構成図。 同第１の実施形態に係る、空気調和機室内ユニットの概略の正面図と能動騒音制御機構の構成図。 本発明における第２の実施の形態に係る、スピーカの取付け構造を説明する図。 同第２の実施形態の変形例でのスピーカの取付け構造を説明する図。 本発明における第３の実施の形態に係る、スピーカの取付け構造を説明する図。 本発明における第４の実施の形態に係る、スピーカの取付け構造を説明する図。 本発明における第５の実施形態を示す、空気調和機室内ユニットの概略の断面図。

符号の説明

１０…ユニット本体、１１…前面吸込み口、１２…上面吸込み口、１３…吹出し口、１６…横流ファン、３０…マイクロフォン（騒音検出手段）、５０…コントローラ（能動騒音制御手段）、２０…スピーカ（発音手段）、６０…ノーズ。

Claims (2)

1. ユニット本体内に、吸込み口と吹出し口とを連通する空気流路および、この空気流路に配設される横流ファンを備えた空気調和機の室内ユニットにおいて、
   上記横流ファンの送風音を含む運転騒音を検出する騒音検出手段と、
   この騒音検出手段で検出された検出信号を入力して演算し、検出信号とは略逆位相の制御音信号を生成して出力する能動騒音制御手段と、
   この能動騒音制御手段からの制御音信号を受けて制御音を発生し、上記横流ファンの送風音を含む運転騒音と相殺させる発音手段とを具備し、
   上記騒音検出手段と能動騒音制御手段および発音手段は、それぞれ複数備えられるとともに、それぞれが独立する制御系統として組合わされ、
   上記騒音検出手段および発音手段は、上記横流ファンの軸方向に沿って所定間隔を存して配置されることを特徴とする空気調和機の室内ユニット。
2. それぞれの上記発音手段は、上記横流ファンと、この横流ファンの近傍に形成されるノーズとの間の隙間に対して制御音を発生するように配置されることを特徴とする請求項１記載の空気調和機の室内ユニット。

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