JPH083396B2 - 冷却装置の消音装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は冷蔵庫などの冷却装置に用いられる消音装
置、特にはコンプレッサを収納した機械室内からの騒音
を能動的に打消すようにした冷却装置の消音装置に関す
る。

（従来の技術） コンプレッサを利用した冷却装置、例えば冷蔵庫にあ
っては、一般家庭の居室空間内に設置されることが多
く、しかも季節を問わず連続的に運転されるものである
ため、その騒音低減が一つの課題となっている。この場
合、冷蔵庫の騒音源として最も問題となるのは、コンプ
レッサ及びこれに接続された配管系が収納された機械室
からの騒音である。即ち、上記機械室内では、コンプレ
ッサ自体が比較的大きな騒音（コンプレッサモータの運
転音，被圧縮ガスによる流体音，圧縮機構部分の可動機
械要素における機械音など）を発生すると共に、コンプ
レッサに接続された配管系もその振動によって騒音を発
生するものであり、斯様な機械室騒音が冷蔵庫騒音の大
部分を占める。従って、機械室からの騒音を抑制するこ
とが、冷蔵庫全体の騒音低減に大きく寄与することにな
る。

そこで、従来においては、機械室からの騒音低減対策
として、コンプレッサそのものの低騒音化（例えばロー
タリ形コンプレッサの採用）の他に、コンプレッサの防
振支持構造の改良、並びに配管系の形状改善などを行う
ことによって振動伝搬路での振動減衰を図ったり、或
は、コンプレッサ及び配管系の周囲に吸音部材及び遮音
部材を配置することにより、機械室内での吸音量の増加
及び騒音の透過損失の増大を図ることが行なわれてい
る。

（発明が解決しようとする課題） 一般的に冷蔵庫の機械室には、コンプレッサの駆動に
伴う発熱を外部に逃がす必要上から放熱用の開口部が複
数箇所に設けられており、これらの開口部から外部に騒
音が漏れ出ることになる。このため、前述したような従
来の騒音低減対策には自ずと限度があり、騒音レベルの
低減効果は精々2dB（Ａ）程度しか期待できない。

これに対して、近年においては、エレクトロニクス応
用技術、中でも音響データの処理回路及び音響制御技術
などの発展に伴い、音波の干渉を利用して騒音低減を行
うという騒音の能動制御技術の応用が注目されている。
即ち、この能動制御は、基本的には、騒音源からの音を
特定位置に設けた受音器にて電気信号に変換すると共
に、この電気信号を演算器により加工した信号に基づい
て制御用発音器を動作させることにより、その発音器か
ら原音（騒音源からの音）とは制御対象点で逆位相で且
つ同一波長及び同一振幅となる人工音を発生させ、この
人工音と原音とを干渉させることによって原音を減衰さ
せようというものである。しかしながら、このような騒
音の能動制御を冷蔵庫における機械室騒音の低減に利用
する場合、機械室が非密閉状態であって、その機械室内
で発生した騒音が三次元方向へ自由に漏れ出るという状
況下にあるため、能動制御モードが極めて複雑になると
いう問題があり、冷蔵庫における騒音の能動制御の実用
化については全くおぼつかないのが実情である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その
目的は、非密閉状態の機械室内にてコンプレッサの駆動
に応じて発生する騒音を人工音との干渉により打消すと
いう能動制御を行うにあたって、その能動制御の簡単
化、制御精度向上並びに消音可能な周波数範囲の拡大を
図り得ると共に、小形の冷却装置にも適用できる冷却装
置の消音装置を提供するにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するために、機械室内に収
納されたコンプレッサの駆動に伴い発生する音を、人工
音との干渉により能動的に打消すようにした冷却装置の
消音装置において、前記機械室に、該機械室内を外部に
開放するダクト部を上下方向に配設し、前記ダクト部の
三次元方向の各寸法のうち一方向の寸法を他の寸法より
大きく設定することにより、該機械室から該ダクト部内
に放射される音の定在波が前記打消し対象となる周波数
帯域以下において一次モードのみ成立つように該ダクト
部を構成したものである。

（作用） 例えば冷却装置の代表例である冷蔵庫にあっては、一
般的な構造のものの場合、コンプレッサの駆動に応じて
発生する騒音の音響レベルは、第５図に示すようにほぼ
1KHz程度以下の帯域で大きくなり、これより高周波数側
の騒音は、吸音部材などを利用した従来の騒音低減技術
により容易に消音することができる。従って、騒音の能
動制御を実際に行うときには、低周波数側の騒音を打消
し対象とすれば良い。

しかして、本発明のように機械室から放射される音を
ダクト部に導いて消音する場合、ターゲット周波数を例
えば700Hz程度以下とすると、ダクト部の有効長を原騒
音（700Hz）の波長（音速340m/秒の場合、50cm程度）よ
り長く設定すれば、機械室からダクト部内に放射される
騒音の定在波が打消し対象となる周波数（ターゲット周
波数）帯域以下において一次モードのみ成立つようにな
る。このように構成した場合には、機械室内で発生する
音を一次元の平面進行波とみなすことができ、以てコン
プレッサからの音の外部への出口であるダクト部の出口
側でその音と制御用発音器からの人工音とを干渉させて
消音を図るという能動制御を、理論上においても技術上
においても容易且つ精度良く行い得るようになる。

この場合、機械室そのものを消音用のダクトとして利
用するものではなく、機械室にダクト部を設けているの
で、コンプレッサ、除霜水蒸発皿等の収納スペースに制
限されることなく、ダクト部の太さ寸法を自由に設定で
き、その寸法を小さくすることによってターゲット周波
数の範囲を容易に拡大できる。しかも、ダクト部が上下
方向に配設されているので、例えば冷蔵庫においては、
水平方向（冷蔵庫の幅方向又は奥行方向）に配設する場
合よりもダクト部の長さを長くすることができて、騒音
源からダクト部の出口までの距離を長くでき、その分、
能動制御の演算処理時間に余裕ができて、能動制御を行
い易くなると共に、小形の冷却装置でも、能動制御に必
要なダクト部の長さを十分に確保できる。何故なら、冷
蔵庫等の冷却装置は、一般に縦長の形状になっているか
らである。

（実施例） 以下、本発明を冷蔵庫に適用した一実施例について説
明するに、これに先立って本実施例で利用する能動制御
による消音原理について概略的に説明しておく。

第４図において、１はコンプレッサのような騒音源、
２は騒音の消音を望む制御対象点を示しており、騒音源
１からの音をマイクロホンなどの受音器３で電気信号に
変換すると共に、この電気信号をフィルタなどを含む演
算器４を介して加工し、その加工後の信号によりスピー
カなどの発音器５を駆動するようになっている。

即ち、騒音源１が発生する音をS1、スピーカ５が発生
する音をS2、受音器３で受ける音をR1、制御対象点２で
の音をR2とし、さらに上記のような音の出力及び入力点
の各間の音響伝達関数をT11,T21,T12,T22としたとき、
２入力２出力系として次式が成立する。

従って、スピーカ５が発生すべき音S2は、上式から、 S2＝（−T12・R1＋T11・R2）／（T11・T22−T12・T21） として得られるが、この場合には制御対象点２での音響
レベルを零にすることを目標としているので、R2＝０と
おくことができる。この結果、 S2＝R1・T12/（T12・T21−T11・T22） となる。この式から理解できるように、制御対象点２で
の音R2を零にするためには、マイクロホン３で受けた音
R1に、 Ｆ＝T12/（T12・T21−T11・T22） なるフィルタをかけて加工した音S2をスピーカ５から発
生させれば、制御対象点２での音響レベルを理論上にお
いて零にすることができる。

しかして、第１図乃至第３図には本発明の一実施例が
示されており、以下これについて述べる。

11は冷蔵庫本体であり、これの内部には冷凍室（図示
せず）と冷蔵室12（第２図参照）が上下に設けられてい
る。そして、この冷蔵庫本体11の背面側下部には、機械
室13が横長状に形成され、この機械室13内にロータリ形
のコンプレッサ14、除霜水蒸発装置（図示せず）等が配
設されている。この機械室13の背面を閉鎖する機械室カ
バー15は、熱伝導性に優れ且つ音の透過損失が大きい材
質（例えば鉄のような金属）にて形成されている。

16は機械室13内に配置された受音器たる例えばマイク
ロホンで、これは、コンプレッサ14の中央部近辺に配置
され、騒音源であるコンプレッサ14からの音を受けて電
気信号に変換する。17は冷蔵庫本体11の背面側に上下方
向に配設した角筒状のダクト部で、このダクト部17は例
えば発泡スチロールにより一体成形されている。このダ
クト部17は、下端開口17aが機械室13の上面中央の開口
に接続され、上端開口17b（出口）が冷蔵庫本体11の上
面と略面一になって上向きに開放されている。そして、
このダクト部17の上端開口17bの近傍には、制御用発音
器たるスピーカ18が、ダクト部17内に向けて露出するよ
うに取付けられている。このスピーカ18は、マイクロホ
ン16からの電気信号を演算器の逆相音演算回路（図示せ
ず）にて加工した信号により動作されるようになってお
り、上記逆相音演算回路における電気信号の加工は、前
述した能動制御による消音原理に基づいて行われるよう
になっている。

この実施例では、製造時の組立工程で、ダクト部17の
位置決めがしやすいように、冷蔵庫本体11の背面に嵌合
凹部11aを上下方向に形成し、この嵌合凹部11a内にダク
ト部17を嵌合装着している。そして、このダクト部17を
背面側から背面カバー19によって押え付けて固定すると
共に、ダクト部17の左右両側の空きスペースには、例え
ばグラスウール等の断熱材20を充填している。

しかして、上記のように構成された冷蔵庫の場合、コ
ンプレッサ14の駆動に応じて機械室13内で発生する騒音
レベルは、第５図に示すようにほぼ1KHz程度以下の帯域
で大きくなる性質を有する。これよりも高周波数側の騒
音は、機械室カバー15などでの透過損失により減衰させ
ることができ、また記載室13内に適宜の吸音部材を設置
することによって容易に消音できるものであるから、前
述のようなマイクロホン16,スピーカ18及び前記逆相音
演算回路による騒音の能動制御は、ほぼ1Kz以下をター
ゲット周波数として行なえば良い。

また、上述のような騒音の能動制御を行う場合には、
機械室13からダクト部17内に放射される音がダクト部17
内において一次元の平面進行波となるように構成するこ
とが、その制御を理論上においても技術上においても容
易且つ精度良く行うために重要になってくる。そこで、
本実施例においては、ダクト部17の寸法を、例えば幅Ｗ
＝150mm、奥行Ｄ＝50mm、高さＨ＝600mm以上に設定する
ことによって、ダクト部17内での音の定在波が一次モー
ドでのみ成立つように構成している。つまり、ダクト部
17内における共鳴周波数ｆは、 但し、Nx,Ny,NzはX,Y,Z各方向の番目モード、Lx,Ly,Lz
はダクト部17内のX,Y,Z各方向の寸法（つまりD,W,H）、
Ｃは音速である。従って、上式から、X,Y,Z各方向に対
する１番目の定在波の周波数fx,fy,fzを求めることがで
きる。

即ち、前述したように、奥行寸法Ｄ＝50mm、幅寸法Ｗ
＝150mm、高さ寸法Ｈ＝600mm以上に設定した場合には、
Ｘ方向に対する１番目の定在波の周波数fxは、Ny＝Nz＝
０、音速Ｃ＝340m/秒として、 となり、同様に、Y,Z方向に対する１番目の定在波の周
波数fy,fzは、 となる。この結果、前記ターゲット周波数（ほぼ1KHz）
以下では、ダクト部17内の騒音の定在波は、Ｚ方向（高
さ方向）のモードについてのみ成立つものであり、ダク
ト部17内での騒音を一次元の平面進行波と見なすことが
できる。このため、前記スピーカ18などを利用た騒音の
能動制御による消音時において、その波面の理論上の取
扱いが容易となり、消音制御を容易且つ精度良く行ない
得るようになる。

この場合、機械室13そのものを消音用のダクトとして
利用するものではなく、機械室13にダクト部17を設けて
いるので、コンプレッサ14、除霜水蒸発装置等の収納ス
ペースに制限されることなく、ダクト部17の太さ寸法Ｗ
×Ｄを自由に設定でき、その寸法を小さくすることによ
ってターゲット周波数の範囲を1KHz以上に拡大できる。
このため、より幅広い周波数帯域で消音効果を得ること
ができて、騒音低減性能を向上できる。

しかも、ダクト部17が上下方向に配設されているの
で、水平方向（冷蔵庫本体11の幅方向又は奥行方向）に
配設する場合よりもダクト部17の長さを長くすることが
できて、騒音源かダクト部17の出口17bまでの距離を長
くでき、その分、能動制御の演算処理時間に余裕ができ
て、能動制御を行い易くなり、制御精度の向上に寄与で
きる。即ち、ダクト部17の長さが短ければ、騒音源の音
がダクト部17の出口17aに到達するまでの時間が極めて
短くなり、その分、逆相音演算回路での演算処理を高速
化しないと、スピーカ18から出す音が遅れてしまい、消
音できないからである。この演算処理時間の高速化にも
ある程度限界があるから、ダクト部17の長さは例えば60
0mm以上であることが好ましい。従って、例えば70ク
ラスの小形の冷蔵庫（例えば横幅が440mm、高さが800m
m）では、ダクト部を横幅方向に配設したのでは、能動
制御に必要なダクト部の長さを確保できない。しかしな
がら、本実施例では、ダクト部17を上下方向に配設して
いるので、小形の冷蔵庫でも、能動制御に必要なダクト
部17の長さを十分に確保できて、小形の冷蔵庫において
も能動制御による低騒音化が可能となる。

また、本実施例では、スピーカ18の位置が冷蔵庫本体
11の上部になっていてコンプレッサ14から離れているの
で、コンプレッサ14の放熱をよるスピーカ18の劣化を極
力抑えることができて、スピーカ18の寿命を長くできる
利点もある。

一方、機械室13はダクト部17を通じて外部と換気でき
るから、コンプレッサ14の駆動時における発熱によって
機械室13内の温度が異常に上昇することを防止できる。
また、機械室カバー15は熱伝導性に優れた材質により構
成されているから、機械室13内で発生する熱の放熱効率
が向上するようになり、この面からも機械室13内の温度
上昇を低く抑えることができる。

尚、ダクト部17の高さ寸法Ｈが大きくなれば、放熱の
ための空気対流が起こりにくくなるため、この場合に
は、ターゲット周波数以下の周波数の音の洩れを起こさ
ない程度の小さい通気口（例えば5mm×10mm程度の大き
さの開口）を機械室13の底部に数個形成しておけば良
い。

また、本実施例は、機械室13を冷蔵庫本体11の底部に
設けた冷蔵庫について適用例であるが、機械室を冷蔵庫
本体の上部に設けた冷蔵庫に対しても、その機械室から
ダクト部を下向きに配設することによって、本発明を適
用できる。

その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例に限
定されるものではなく、例えば消音対象となる冷却装置
としてエアコンの室外機或は冷蔵ショーケースなどに適
用しても良く、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施することができる。

［発明の効果］ 以上の説明によって明らかなように、本発明によれ
ば、機械室に、該機械室内を外部に開放するダクト部を
上下方向に配設し、前記ダクト部の三次元方向の各寸法
のうち一方向の寸法を他の寸法より大きく設定すること
により、該機械室から該ダクト部内に放射される音の定
在波が打消し対象となる周波数帯域以下において一次モ
ードのみ成立つように該ダクト部を構成したので、機械
室内でコンプレッサの駆動に応じて発生する騒音を制御
用発音器からの信号音により打消すという能動制御を行
うにあたって、その能動制御の簡単化並びに制御精度の
向上を実現できるものである。

しかも、機械室そのものを消音用のダクトとして利用
するものではなく、機械室にダクト部を設けているの
で、コンプレッサ、除霜水蒸発皿等の収納スペースに制
限されることなく、ダクト部の太さ寸法を自由に設定で
き、その寸法を小さくすることによってターゲット周波
数の範囲を容易に拡大できて、より幅広い周波数帯域で
消音効果を得ることができ、騒音低減性能を向上でき
る。しかも、ダクト部が上下方向に配設されているの
で、騒音源からダクト部の出口までの距離を長くでき、
その分、能動制御の演算処理時間に余裕ができて、能動
制御を行い易くなると共に、小形の冷却装置でも、能動
制御に必要なダクト部の長さを十分に確保できて、小形
の冷却装置においても能動制御による低騒音化が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図は背面側から見た冷蔵庫の斜視図、第２図は冷蔵庫
下部の縦断側面図、第３図はダクト部の斜視図である。
また、第４図は能動制御による消音原理を示す概略構成
図、第５図は騒音レベル特性図である。 図中、11は冷蔵庫本体、13は機械室、14はコンプレッ
サ、15は機械室カバー、16はマイクロホン（受音器）、
17はダクト部、18はスピーカ（制御用発音器）を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機械室内に収納されたコンプレッサの駆動
   に伴い発生する音を受音器にて電気信号に変換すると共
   に、この電気信号を演算器により加工した信号に基づい
   て制御用発音器を動作させることにより、前記機械室内
   から外部に放射される音を能動的に打消すようにした冷
   却装置の消音装置において、 前記機械室に、該機械室内を外部に開放するダクト部を
   上下方向に配設し、 前記ダクト部の三次元方向の各寸法のうち一方向の寸法
   を他の寸法より大きく設定することにより、該機械室か
   ら該ダクト部内に放射される音の定在波が前記打消し対
   象となる周波数帯域以下において一次モードのみ成立つ
   ように該ダクト部を構成したことを特徴とする冷却装置
   の消音装置。