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技術 消音構造

出願人 株式会社神戸製鋼所
発明者 木村康正矢野宜男高木秀剛
出願日 2010年9月1日 (10年3ヶ月経過) 出願番号 2010-195514
公開日 2011年4月14日 (9年8ヶ月経過) 公開番号 2011-074914
状態 拒絶査定
技術分野 排気消音装置
主要キーワード 外周板 飛散防止処理 基準音圧 サイドブランチ型 多孔材 膨張型消音器 共鳴周波数帯 消音ダクト
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (15)

課題

高温流体中における、消音構造消音性能の低下を防止する。

解決手段

消音構造1は、ガス(流体)の流路途中に設けられるものであり、前後の流路(入口管41の入口側流路41r、および、出口管42の出口側流路42r)に接続されている。また、消音構造1は、管10と、耐熱性粒状体20とを備える。管10の内側には流路空間1sが形成されている。耐熱性粒状体20は、平均粒径が5mmの天然小石であり、管10の内側に収容されている。

概要

背景

従来、圧縮機、タービンポンプ原動機などの吸気排気路(以下、流路とする)に設けられる消音器としては、膨張型消音器主配管よりも径が大きい拡張室を備えるもの)、共鳴型消音器サイドブランチなど)、及び吸音型消音器消音ダクトなど)の3種類が存在する。

膨張型消音器は、その全長半波長とする音波に対して、高周波数帯域消音効果が低減する傾向を示す。また、共鳴型消音器においては、使用可能な周波数帯域が狭い。一方、吸音型消音器では、比較的広い周波数帯域にわたって、高い消音効果が得られる。

概要

高温流体中における、消音構造消音性能の低下を防止する。消音構造1は、ガス(流体)の流路途中に設けられるものであり、前後の流路(入口管41の入口側流路41r、および、出口管42の出口側流路42r)に接続されている。また、消音構造1は、管10と、耐熱性粒状体20とを備える。管10の内側には流路空間1sが形成されている。耐熱性粒状体20は、平均粒径が5mmの天然小石であり、管10の内側に収容されている。

目的

本発明が解決しようとする課題は、高温の流体中における、消音構造の消音性能の低下を防止することである

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

流体流路途中に設けられる消音構造(1)であって、前後の流路に接続され、内側に流路空間(1s)が形成された管(10)と、前記管の内側に収容された、耐熱性粒状体(20)と、を備えることを特徴とする消音構造。

請求項2

前記管の内側には、多孔材から成る円筒状の仕切り壁(30)が設置されており、前記仕切り壁の内側に、前記流路空間が形成されており、前記仕切り壁の外側であって、かつ、前記管の内側に、前記耐熱性粒状体が収容されていることを特徴とする、請求項1に記載の消音構造。

請求項3

前記耐熱性粒状体のための収容空間(230s)を有する収容体(230)が、前記管の内側に配置されており、前記収容体は、多孔材から成る円筒状の仕切り壁(231)と、2つの蓋板(232)と、を有しており、前記収容空間は、前記仕切り壁、及び、前記2つの蓋板によって囲まれた空間であり、前記収容空間の外側であって、かつ、前記管の内側に、前記流路空間が形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の消音構造。

請求項4

前記収容体と前記管との間には、前記管の径方向に沿って延びる複数の支持板(10t)が設けられており、前記収容体は、前記複数の支持板によって支持されていることを特徴とする、請求項3に記載の消音構造。

請求項5

前記管は、流体の進行方向に垂直な2つの環状板(11)と、円筒状の外周板(12)と、を有しており、前記2つの環状板の外周端と、前記外周板の両端とが結合しており、前記仕切り壁の両端は、前記2つの環状板に固定されていることを特徴とする、請求項3に記載の消音構造。

請求項6

前記収容体の内側に、低減対象周波数の1/4波長長さであって一方の端面が閉じ他方の端面が開放された態様で消音用円筒管(50)が配置されていることを特徴とする、請求項3〜5のいずれかに記載の消音構造。

請求項7

前後の流路の径よりも大きい径に形成された前記管の流体入口部および流体出口部のうちの少なくともいずれか一方に、低減対象周波数の1/4波長長さの挿入管(61)が設置されており、前記挿入管と前記管との間の空間が、円筒管(60)または仕切り板(62、63)によって複数の空間に分けられていることを特徴とする、請求項3〜6のいずれかに記載の消音構造。

請求項8

前記仕切り壁の外側であって、かつ、前記管の内側に、低減対象周波数の1/4波長長さであって一方の端面が閉じ他方の端面が開放された態様で消音用円筒管(50)がさらに配置されていることを特徴とする、請求項2に記載の消音構造。

技術分野

0001

本発明は、流路途中に設けられる消音構造に関する。

背景技術

0002

従来、圧縮機、タービンポンプ原動機などの吸気排気路(以下、流路とする)に設けられる消音器としては、膨張型消音器主配管よりも径が大きい拡張室を備えるもの)、共鳴型消音器サイドブランチなど)、及び吸音型消音器消音ダクトなど)の3種類が存在する。

0003

膨張型消音器は、その全長半波長とする音波に対して、高周波数帯域消音効果が低減する傾向を示す。また、共鳴型消音器においては、使用可能な周波数帯域が狭い。一方、吸音型消音器では、比較的広い周波数帯域にわたって、高い消音効果が得られる。

発明が解決しようとする課題

0004

吸音型消音器においては、一般的に、吸音材料として、グラスウールなどの多孔質材や、粉体粒径が0.1〜1000μm程度の微小粒;特許文献1 特開平5−6184号公報参照)などが用いられる。そして、このような吸音材料を備える消音器を、高温流体中に設置した場合には、これらの吸音材料が劣化し、消音性能が低下するおそれがある。

0005

(課題)
そこで、本発明が解決しようとする課題は、高温の流体中における、消音構造の消音性能の低下を防止することである。

課題を解決するための手段

0006

(1)上記の課題を解決するために、本発明に係る消音構造は、流体の流路途中に設けられるものであって、前後の流路に接続され、内側に流路空間が形成された管と、前記管の内側に収容された、耐熱性粒状体と、を備える。

0007

この構成によると、管の内側に、吸音材料として耐熱性粒状体が配置される。そのため、管の内部を流れる流体中を伝播する音波が、耐熱性粒状体によって吸収される。また、吸音材料が耐熱性であるため、高温(100〜400℃程度)の流体中においても、消音構造の消音性能の低下を防止できる。

0008

なお、上記の「流体」には、気体だけでなく、液体も含まれる。また、管の材料としては、金属、セラミックスなどを利用できる。
「耐熱性粒状体」とは、融点が1000℃以上である材料の粒状体のことであり、材料の具体例としては、次の(i)乃至(iii)のようなものが該当する。
(i)天然材料;砂(砕屑性堆積物)、砂利小石、石などのように、岩石水流などによって小さくなったもの
(ii)金属材料;鉄、銅、鉛、アルミニウムなど
(iii)セラミックス材料アルミナなど

0009

耐熱性粒状体の形状については、球形だけでなく、他の形状も含まれる。耐熱性粒状体の平均粒径は、収容位置外への飛散防止の観点から、1mm以上、かつ、15mm以下であることが望ましい。また、飛散防止処理の容易化の観点から、平均粒径を5mm以上とすることがさらに望ましい。ここでの「平均粒径」は、ふるい分け法を用いて測定される値であるとする。

0010

(2)本発明に係る上記(1)の消音構造において、前記管の内側には、多孔材から成る円筒状の仕切り壁が設置されており、前記仕切り壁の内側に、前記流路空間が形成されており、前記仕切り壁の外側であって、かつ、前記管の内側に、前記耐熱性粒状体が収容されていてもよい。

0011

この構成では、管の内部を流れる流体中を伝播する音波が、流路空間の外側に配置された耐熱性粒状体によって吸収される。また、管を、粒状体の収容空間を形成するための部材として利用できる。

0012

なお、「多孔材」には、多孔板(板に多数の貫通孔が形成されたもの)、金網が含まれる。また、多孔材は、多孔板及び金網を組み合わせたものであってもよい。

0013

「多孔材」の孔径は、消音構造外への耐熱性粒状体の流出を防止するため、耐熱性粒状体の平均粒径よりも小さくすることが望ましい。
また、仕切り壁の材料としては、金属、セラミックスなどを利用できる。

0014

(3)本発明に係る上記(1)の消音構造においては、前記耐熱性粒状体のための収容空間を有する収容体が、前記管の内側に配置されており、前記収容体は、多孔材から成る円筒状の仕切り壁と、2つの蓋板と、を有していてもよい。
また、前記収容空間は、前記仕切り壁、及び、前記2つの蓋板によって囲まれた空間であり、前記収容空間の外側であって、かつ、前記管の内側に、前記流路空間が形成されていてもよい。

0015

この構成では、管の内部を流れる流体中を伝播する音波が、収容体に収容された耐熱性粒状体によって吸収される。

0016

なお、「多孔材」には、多孔板(板に多数の貫通孔が形成されたもの)、金網が含まれる。また、多孔材は、多孔板及び金網を組み合わせたものであってもよい。

0017

「多孔材」の孔径、および、収容体の材料に関しては、上記と同様のために説明を省略する。

0018

(4)本発明に係る上記(3)の消音構造において、前記収容体と前記管との間には、前記管の径方向に沿って延びる複数の支持板が設けられており、前記収容体は、前記複数の支持板によって支持されていてもよい。

0019

この構成によると、簡素な構成により、収容体を支持することができる。
なお、支持板による収容体の「支持」とは、支持板によって、管に対する収容体の位置が固定されることを示している。
また、支持板の材料としては、金属、セラミックスなどを利用できる。

0020

支持板は、収容体の外周面に固定されたものであってもよいし、管の内面に固定されたものであってもよい。また、支持板が、収容体及び管の両方に固定されていてもよい。
支持板と収容体とを固定する方法(または、支持体と管とを固定する方法)については、溶接接着などであってもよいし、また、一方の凸部を他方の凹部に挿入する方法であってもよい。

0021

支持板の長さ(流体の進行方向に関する長さ)については、支持板の高さ(径方向長さ)より長くてもよいし、支持板の高さと同一であってもよいし、また、支持板の高さより短くてもよい。

0022

(5)本発明に係る上記(3)の消音構造において、前記管は、流体の進行方向に垂直な2つの環状板と、円筒状の外周板と、を有していてもよい。また、前記2つの環状板の外周端と、前記外周板の両端とが結合しており、前記仕切り壁の両端は、前記2つの環状板に固定されていてもよい。

0023

この構成によると、簡素な構成により、収容体を支持することができる。
なお、環状板と外周板との「結合」とは、溶接、接着などによって固定されている状態の他、両者が一体的に成形された状態をも含む。

0024

(6)本発明に係る上記(3)〜(5)の消音構造において、前記収容体の内側に、低減対象周波数の1/4波長長さであって一方の端面が閉じ他方の端面が開放された態様で消音用円筒管が配置されていてもよい。

0025

この構成によると、上記した消音用円筒管の設置によりサイドブランチ型共鳴器の効果が生じる。その結果、比較的広い周波数帯域にわたって効く耐熱性粒状体による消音効果(吸音効果)と、特定の周波数の音波に対する消音効果が大きい共鳴型消音効果とを合わせて得ることができる。

0026

(7)本発明に係る上記(3)〜(5)の消音構造において、前後の流路の径よりも大きい径に形成された前記管の流体入口部および流体出口部のうちの少なくともいずれか一方に、低減対象周波数の1/4波長長さの挿入管が設置されており、前記挿入管と前記管との間の空間が、円筒管または仕切り板によって複数の空間に分けられていてもよい。

0027

この構成によると、挿入管と管(外筒)との間の複数の仕切られた空間がサイドブランチ部となりサイドブランチ型共鳴器の効果が生じる。その結果、比較的広い周波数帯域にわたって効く耐熱性粒状体による消音効果(吸音効果)と、特定の周波数の音波に対する消音効果が大きい共鳴型消音効果と、膨張拡張)型消音効果とを合わせて得ることができる。

0028

(8)本発明に係る上記(2)の消音構造において、前記仕切り壁の外側であって、かつ、前記管の内側に、低減対象周波数の1/4波長長さであって一方の端面が閉じ他方の端面が開放された態様で消音用円筒管がさらに配置されていてもよい。

0029

この構成によると、上記した消音用円筒管の設置によりサイドブランチ型共鳴器の効果が生じる。その結果、比較的広い周波数帯域にわたって効く耐熱性粒状体による消音効果(吸音効果)と、特定の周波数の音波に対する消音効果が大きい共鳴型消音効果とを合わせて得ることができる。

先行技術

0030

特開平5−6184号公報

図面の簡単な説明

0031

本発明の第1実施形態に係る消音構造、及び、前後の流路を示す断面図である。
(a)は図1の消音構造の拡大断面図であり、(b)はA−A’断面図である。
図1の耐熱性粒状体における、垂直入射吸音率と、音波の周波数との関係を示すグラフである(第1実施例)。
(a)は第2実施例に係る消音構造を示す断面図であり、(b)はD−D’断面図である。
図4の消音構造を用いた場合、及び、吸音材がない場合における、音圧レベルと音波の周波数との関係を示すグラフである。
(a)は本発明の第2実施形態に係る消音構造の断面図であり、(b)はB−B’断面図である。
(a)は本発明の第3実施形態に係る消音構造の断面図であり、(b)はB−B’断面図である。
(a)は本発明の第4実施形態に係る消音構造の断面図であり、(b)はB−B’断面図である。
(a)は本発明の第5実施形態に係る消音構造の断面図であり、(b)はB−B’断面図である。
(a)は本発明の第6実施形態に係る消音構造の断面図であり、(b)はA−A’断面図である。
(a)は本発明の第7実施形態に係る消音構造の断面図であり、(b)はB−B’断面図である。
(a)は本発明の第8実施形態に係る消音構造の断面図であり、(b)はB−B’断面図である。
(a)は本発明の第9実施形態に係る消音構造の断面図であり、(b)はB−B’断面図である。
(a)は本発明の第10実施形態に係る消音構造の断面図であり、(b)はB−B’断面図である。

実施例

0032

(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について説明する。本実施形態に係る消音構造1は、ガス(流体)の流路途中に設けられ、ガス(流体)中を伝播する音波を吸収するものである。図においては、流体の進行方向Gを、矢印G方向で表わしている。

0033

図1に示すように、消音構造1の前後には、入口管41、及び、出口管42が接続されている。入口管41、及び、出口管42は、ガスの流路(給気路または排気路)を構成している。また、入口管41の内部には、入口側流路41rが形成されており、出口管42の内部には、出口側流路42rが形成されている。以下、消音構造1の詳細について説明する。

0034

(消音構造)
消音構造1には、管10と、複数個の耐熱性粒状体20と、仕切り壁30とが含まれる。管10は、前後の流路(入口側流路41rおよび出口側流路42r)に接続されており、管10の内側には流路空間1sが形成されている。また、耐熱性粒状体20は、管10の内側に収容されている。以下、各部の詳細について説明する。

0035

(管)
管10は、金属材料からなり、2つの環状板11と、円筒状の外周板12とを有する。環状板11は、円板であって、その中央に貫通孔(中央孔)が形成されたものである。環状板11は、流体の進行方向G(図の矢印G方向)に対して垂直に配置されている。また、外周板12の両端に、2つの環状板11の外周端が固定されている。

0036

2つの環状板11は、入口管41及び出口管42に固定されており、入口側流路41r及び出口側流路42rは、環状板11の中央孔に連続している。入口管41及び出口管42の内径はD1(図2(a)参照)であり、環状板11の中央孔の内径もD1である。

0037

外周板12の内径は、入口管41及び出口管42の内径よりも大きく、管10は、拡張型消音器として機能する。

0038

(仕切り壁)
仕切り壁30は、金属製であり、円筒状に形成されている。また、仕切り壁30は多孔材から成る。すなわち、仕切り壁30には多数の貫通孔30hが形成されている。それぞれの貫通孔30hの内径は、耐熱性粒状体20の平均粒径よりも小さく、2mmである。そして、仕切り壁30における開口率は、約50%である。貫通孔30hの内径は、耐熱性粒状体20の平均粒径(後述)よりも小さい。

0039

仕切り壁30は、管10の内側に設置されている。また、仕切り壁30の軸方向は、管10の軸方向に一致しており、この軸方向は、進行方向Gに一致している。

0040

仕切り壁30の内径はD1であり、この内径は、環状板11の中央孔、入口管41、及び、出口管42の内径に等しい。そして、入口管41、上流側の環状板11、仕切り壁30、下流側の環状板11、及び出口管42は、その内表面が連続するように組み合わせられている。

0041

流路空間1sは仕切り壁30の内側に形成されており、ガスは、仕切り壁30の内部を流れる。また、仕切り壁30の外側であって、かつ、管10の内側には、収容空間30sが形成されている。この収容空間30sには、耐熱性粒状体20が収容されている。収容空間30sは、外周板12、2つの環状板11、及び、仕切り壁30によって囲まれた空間である。

0042

耐熱状粒状体)
次に、耐熱性粒状体20について説明する。本実施形態の耐熱性粒状体20は、平均粒径5mm(ふるい分け法により測定)の、天然の小石である。耐熱性粒状体20は耐熱性であり、その融点は約1000℃である。また、耐熱性粒状体20は、小石(岩石の粒状体)であるために、化学的に安定している。

0043

耐熱性粒状体20は、収容空間30sから流路空間1sへ漏れ出ることがないように、外周板12、2つの環状板11、及び、仕切り壁30によって囲まれている。

0044

(消音構造の作用)
次に、消音構造1の作用について説明する。入口管41の内部を流れてきた高温(約400度)のガス(流体)は、消音構造1の流路空間1sを流れ、その後、出口管42の内部に送られる。ガスが流路空間1sを通過する際に、このガス中を伝播する音波が、貫通孔30hを通って耐熱性粒状体20に伝わり、耐熱性粒状体20によって吸収される。また、吸音材料(耐熱性粒状体20)が耐熱性を有しているため、高温の流体中においても、消音構造1により高い消音効果(吸音効果)が得られる。

0045

(効果)
次に、本実施形態に係る消音構造1により得られる効果について説明する。消音構造1は、ガス(流体)の流路途中に設けられるものであって、前後の流路(入口側流路41r、および、出口側流路42r)に接続され、内側に流路空間1sが形成された管10と、管10の内側に収容された、耐熱性粒状体20と、を備える。

0046

この構成によると、管10の内側に、吸音材料として耐熱性粒状体20が配置される。そのため、管10の内部を流れる流体中を伝播する音波が、耐熱性粒状体20によって吸収される。また、吸音材料が耐熱性であるため、高温(100〜400℃程度)の流体中においても、消音構造の消音性能の低下を防止できる。

0047

また、消音構造1において、管10の内側には、多孔材から成る円筒状の仕切り壁30が設置されており、仕切り壁30の内側に、流路空間1sが形成されており、仕切り壁30の外側であって、かつ、管10の内側に、耐熱性粒状体20が収容されている。

0048

この構成では、管10の内部を流れる流体中を伝播する音波が、流路空間1sの外側に配置された耐熱性粒状体20によって吸収される。また、管10を、粒状体の収容空間30sを形成するための部材として利用できる。

0049

(その他の効果)
その他の効果について説明する。上記の実施形態のように、耐熱性粒状体20として、小石、砂などの化学的に安定な材料を使用することにより、塩化水素などの腐食性ガスを含む流体に晒された場合であっても、耐熱性粒状体20の腐食が抑制される。

0050

また、特許文献1の粉体(微小粒)や、多孔質材(グラスウールなど)などの吸音材料を備える消音器を流体中に設置した場合には、吸音材料が収容位置の外へ飛散してしまうことがある。この場合には、消音器の消音性能が低下し、さらに、圧縮機などの装置に飛散材が入り込み、装置の性能が低下、または装置が故障するおそれがある(飛散の問題)。
消音構造1においては、耐熱性粒状体20の平均粒径が、1mm以上、かつ、15mm以下であり、吸音材料の粒径が、上記の特許文献1の粉体に比べて大きく設定されている。その結果、特許文献1の粉体が使用される場合に比べて、消音構造1においては、耐熱性粒状体20が多孔材の孔を通りにくい。そのため、耐熱性粒状体20が、収容空間30sから外へ飛散し難い。
また、耐熱性粒状体20が硬い材料(小石)から成るため、吸音材料として軟らかく変形し易いもの(グラスウールなど)が用いられる場合に比べて、吸音材料が劣化しにくい。この観点においても、吸音材料の飛散が抑制される。

0051

また、上記のように、消音構造1の構成によって吸音材料の飛散を防止できるため、消音構造1を高速の流体が流れる流路に配置しても、消音性能を維持できる。

0052

(第1実施例)
次に、第1実施例について説明する。ここでは、耐熱性粒状体20の垂直入射吸音率を、JIS A 1405「管内法による建築材料の垂直入射吸音率測定方法」に従って測定した。また、当試験では、耐熱性粒状体20の、入射方向に関する厚みを40mmとして試験を行なった。試験の結果、図3に示すように、1400Hz、及びその前後の周波数で、特に高い消音効果が得られた。

0053

(第2実施例)
次に、消音構造の実施例(試験結果)について説明する。ここでは、図4に示す消音構造101を用いて、消音構造101を通過した音波の音圧レベルを測定した。

0054

消音構造101は、金属製の四角管110と、複数の耐熱性粒状体20(図のドットハッチング部分)とを有する。四角管110の寸法は、高さが100mm、幅が50mm、長さが1000mmである。また、耐熱性粒状体20は、上記と同様に、平均粒径5mmの天然の小石である。耐熱性粒状体20は、四角管110の下部に収容されている。また、四角管110の内部であって、耐熱性粒状体20の上方には、流体(ガス)の流路空間101sが形成されている。

0055

当試験では、消音構造101の一端側にスピーカーSを設置し、消音構造101の他端側にマイクMを設置した(図4(a)参照)。そして、スピーカーSを使って、消音構造101の内部に向けて、ある音圧の音波を送り込み、マイクMを使って、消音構造101を通過した音波の音圧を測定した。

0056

音圧レベルSPLについては、次の式に従って計算した。
SPL=20log10(P1/Po) 式(1)
SPL:音圧レベル[dB]
P1:測定対象音の音圧[N/m2]
Po:基準音圧(2×10-5 N/m2)

0057

また、比較例として、四角管110のみ(耐熱性粒状体20が収容されていないもの)を使って、同様の試験を行なった。

0058

図5は試験結果を示している。図5においては、「吸音材料なし」が、比較例を用いた場合の測定結果であり、「吸音材料あり」が、消音構造101を用いた場合の測定結果である。図5に示すように、吸音材料(耐熱性粒状体)がある場合には、吸音材料が無い場合に比べて、共鳴周波数帯域(250Hz〜2000Hz)で、約10dBの消音効果が得られた。

0059

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について、図6を用いて説明する。上記の実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。
以下、上記の第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。図6において、符号201、201s、230、230h、及び230sを付した部分は、それぞれ、第1実施形態において、符号1、1s、30、30h、及び30sを付した部分に相当し、同様の機能を有する。なお、図6(a)は、図6(b)のC−C’断面図に相当する。

0060

本実施形態に係る消音構造201においては、耐熱性粒状体20の収容位置、及び、消音構造内部の流路空間が、上記の実施形態とは異なる。以下、具体的に説明する。

0061

消音構造201は、管10と、耐熱性粒状体20と、収容体230とを有する。さらに、収容体230と管10との間には、収容体230の支持部材として、複数の支持板10tが設けられている。

0062

(収容体)
収容体230は、管10の内側に配置されている。収容体230は、金属製であり、仕切り壁231及び2つの蓋板232を有する。収容体230の軸方向は、管10の軸方向に一致している。また、収容体230の軸方向は、進行方向Gに一致している。

0063

仕切り壁231は、円筒状に形成されている。また、仕切り壁231は多孔材から成り、仕切り壁231には、複数の貫通孔230hが形成されている。
蓋板232は円板であり、蓋板232に貫通孔は形成されていない。また、2つの蓋板232の外周端は、仕切り壁231の両端に固定されている。

0064

収容体230の内部には、収容空間230sが形成されている。この収容空間230sには、耐熱性粒状体20が収容されている。収容空間230sは、仕切り壁231、及び、2つの蓋板232によって囲まれた空間である。ガス中の音波は、収容体230の貫通孔230hを通って耐熱性粒状体20へ伝わる。

0065

収容体230の外径はD3であり、D3はD1よりも僅かに小さい。そのため、収容体230を、保守点検のため、環状板11の中央孔から、管10の外へ取り出すことは可能である。
なお、D1及びD3の関係については、次の式が満たされていることが望ましい。
0.9D1< D3 < 0.95D1 式(2)

0066

蓋板232は、入口管41の正面に位置している。すなわち、流体の進行方向Gに沿って、出口側から入口側を見たときに、収容体230は、入口管41の開口(環状板11の中央孔)と重なるように配置されている(図6(b)参照)。そのため、管10に流れ込んだガス中を伝播する音波は、まず蓋板232に当って反射し、その後、消音構造201の内部で何度も反射を繰り返す(すなわち、乱反射する)。そのため、入口から出口までガスが直進する場合に比べて、音波が吸音材料(耐熱性粒状体20)に吸収されやすい。従って、消音構造201においては、高周波数域の音波であっても吸収されやすい。

0067

収容空間230sの外側であって、かつ、管10の内側に、流路空間201sが形成されている。なお、消音構造201において、流路空間201sは、収容体230の外周側だけでなく、蓋板232と環状板11との間にも形成されている(図6(a)の流体の動きを示す矢印参照)。

0068

(支持板)
収容体230と管10との間には、8つの支持板10tが配置されている。それぞれの支持板10tは、板状に形成され、管10の径方向に沿って伸びるように配置されている(図7(b)参照)。そのため、支持板10tは、径方向に対して平行である。また、全ての支持板10tは、その表面が、進行方向Gに対して平行となるように配置されている。

0069

支持板10tは、管10の内面に対して溶接されている。なお、支持板10tは、溶接以外の他の接合方法により管10に取り付けられていてもよいし、管10と支持板10tとは、一体的に成形されていてもよい。

0070

また、収容体230は、8つの支持板10tによって支持されている。具体的には、収容体230の前方側(流体の進行方向Gに関して前方側)の端部が、4つの支持板10tによって支持され、後方側の端部もまた、4つの支持板10tによって支持されている。そして、8つの支持板10tの端部によって支持されることにより、管10に対する収容体230の位置が固定されている。なお、支持板10tの先端と、収容体230とは、溶接などにより結合(一体化)していてもよいし、これらは結合していなくてもよい。

0071

以下、収容体230の、一方の端部における4つの支持板10tについて説明する。他方の端部における4つの支持板10tについては、同様であるため説明を省略する。
収容体230を挟んで、2つの支持板10tが対向している。この対向する2つの支持板10tを、支持板対(一対の支持板)とする。一組の支持板対は、管10の、同一の直径線上に配置されている。そして、4つの支持板10tは、2組の支持板対の延長面同士が直交するように配置されている(図6(b)参照)。すなわち、2組の支持板対が配置される直径線同士は直交する。なお、支持板の配置はこのようなものには限られず、例えば、3つの支持板が、収容体230の外周に、等間隔(120°間隔)で配置されていてもよい。

0072

(消音構造の作用)
入口管41から管10に流れ込んだガスは、流路空間201sへ流れ、その後、出口管42の内部に送られる。ガスが流路空間201sを通過する際に、このガス中を伝播する音波が、貫通孔230hを通って収容空間230sの耐熱性粒状体20に伝わり、耐熱性粒状体20によって吸収される。

0073

(効果)
本実施形態による効果について説明する。消音構造201においては、耐熱性粒状体20のための収容空間230sを有する収容体230が、管10の内側に配置されており、収容体230は、多孔材から成る円筒状の仕切り壁231と、2つの蓋板232と、を有している。
また、収容空間230sは、仕切り壁231、及び、2つの蓋板232によって囲まれた空間であり、収容空間230sの外側であって、かつ、管10の内側に、流路空間201sが形成されている。

0074

この構成では、管10の内部を流れる流体中を伝播する音波が、収容体230に収容された耐熱性粒状体20によって吸収される。

0075

また、消音構造201において、収容体230と管10との間には、管10の径方向に沿って延びる8枚の支持板10tが設けられており、収容体230は、これらの支持板10tによって支持されている。
この構成によると、簡素な構成により、収容体230を支持することができる。

0076

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について、図7を用いて説明する。上記の実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。
以下、上記の第2実施形態と異なる部分を中心に説明する。図7において、符号301、301s、330、330h、330s、331、及び332を付した部分は、それぞれ、第2実施形態において、符号201、201s、230、230h、230s、231、及び232を付した部分に相当し、同様の機能を有する。なお、図7(a)は、図7(b)のC−C’断面図に相当する。

0077

本実施形態に係る消音構造301においては、収容体330の外径D4が、収容体230の外径D3よりも大きい。また、外径D4はD1よりも大きい。そして、入口管41の正面に、蓋板332が位置している。そのため、入口管41から管10に流れ込んだガスは、蓋板232の場合よりも、蓋板332に衝突する可能性が高い。

0078

従って、この構成では、入口管41から管10に流れ込んだガス中を伝播する音波は、蓋板232の場合と比べて、消音構造301の内部で乱反射して貫通孔330hを通る可能性が高い。そのため、管10に流れ込んだガス中を伝播する音波は、それが高周波数域のものであっても、耐熱性粒状体20によって、さらに吸収されやすい。

0079

(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について、図8を用いて説明する。上記の実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。
以下、上記の第3実施形態と異なる部分を中心に説明する。図8において、符号401、401s、430、430h、430s、431、及び432を付した部分は、それぞれ、第3実施形態において、符号301、301s、330、330h、330s、331、及び332を付した部分に相当し、同様の機能を有する。

0080

本実施形態に係る消音構造401は、管10と、耐熱性粒状体20と、収容体430とを有する。消音構造401においては、収容体の支持方法が、上記の第3実施形態とは異なる。以下、具体的に説明する。

0081

収容体430は、管10の内側に配置されている。収容体430は、金属製であり、仕切り壁431及び2つの蓋板432を有する。仕切り壁431は、円筒状に形成されている。仕切り壁431の軸方向長さは、仕切り壁331よりも長いが、この他については、仕切り壁431は仕切り壁331と同様に形成されている。仕切り壁431の外径(収容体430の外径)はD4である。蓋板432は円板であり、蓋板432に貫通孔は形成されていない。また、2つの蓋板432の外周端は、仕切り壁431の内面に固定されている。

0082

仕切り壁431は、仕切り壁331よりも軸方向に長い。具体的には、仕切り壁431の長さは、2つの環状板11の間の距離に等しい。また、仕切り壁431の両端(軸方向に関する両端)は、2つの環状板11の内面に対して、溶接固定されている。そして、仕切り壁231が2つの環状板11に取り付けられることにより、管10に対する収容体430の位置が固定されている。なお、仕切り壁431と環状板11とは、溶接以外の方法により固定されていてもよい。

0083

収容空間430sの外側であって、且つ、管10の内側に、流路空間401sが形成されている。また、消音構造401において、流路空間401sは、収容体430の外周側だけでなく、蓋板432と環状板11との間にも形成されている(図8(a)の流体の動きを示す矢印参照)。

0084

入口管41から管10に流れ込んだガスは、消音構造401の流路空間401sを流れ、その後、出口管42の内部に送られる。ガスが収容空間430sの外周位置を通過する際に、このガス中を伝播する音波が、貫通孔430hを通って収容空間430sの耐熱性粒状体20に伝わり、耐熱性粒状体20によって吸収される。

0085

(効果)
本実施形態による効果について説明する。消音構造401において、管10は、流体の進行方向Gに垂直な2つの環状板11と、円筒状の外周板12と、を有している。また、2つの環状板11の外周端と、外周板12の両端とが結合しており、仕切り壁431の両端は、2つの環状板に固定されている。
この構成によると、簡素な構成により、収容体430を支持することができる。

0086

(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態について、図9を用いて説明する。図7に示した第3実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。以下、上記の第3実施形態と異なる部分を中心に説明する。

0087

本実施形態に係る消音構造501は、管10と、耐熱性粒状体20と、収容体330とを有する。消音構造501においては、収容体の内部構造が、上記の第3実施形態とは異なる。以下、具体的に説明する。

0088

本実施形態に係る収容体330の内側の中央部には、第1消音用円筒管50、多孔の円筒管51、および第2消音用円筒管52が配置されている。消音用円筒管50・52、および多孔の円筒管51は、いずれも金属製で同径の管ある。消音用円筒管50・52、および多孔の円筒管51の内部には、耐熱性粒状体20を入れていない。消音用円筒管50・52、および多孔の円筒管51は、必ずしも同径とする必要はない。

0089

(消音用円筒管)
第1消音用円筒管50と第2消音用円筒管52とは、同様の部品であるため代表して第1消音用円筒管50について説明する。第1消音用円筒管50は、有底の円筒管であり、その長さLは、低減(消音)対象周波数の1/4波長長さとされている。なお、両端が開放された円筒管の一端を蓋板332に固定することにより、一方の端面が閉じ他方の端面が開放された消音用円筒管としてもよい。

0090

円筒管51には多数の貫通孔51hが形成されている。貫通孔51hの内径は、耐熱性粒状体20の平均粒径(後述)よりも小さい。第1消音用円筒管50の開放面と第2消音用円筒管52の開放面とを向かい合わせ、その間に多孔の円筒管51を配置して、2つの消音用円筒管50・52を多孔の円筒管51で連結している。消音用円筒管50・52と多孔の円筒管51とを連結したときの合計長さは、収容体330内部の軸方向長さに等しくされている。

0091

(作用・効果)
入口管41から管10に流れ込んだガスは、消音構造501の流路空間301sを流れ、その後、出口管42の内部に送られる。収容体330の外周位置をガスが通過する際に、このガス中を伝播する音波が、貫通孔330hを通って収容体330内の耐熱性粒状体20に伝わり、耐熱性粒状体20によって吸収される。耐熱性粒状体20の間を通り抜けた低周波数の音波は、貫通孔51hを通って消音用円筒管50・52入口に達する。消音用円筒管50・52内ではサイドブランチ型共鳴の効果が生じ、長さLが1/4波長長さに相当する周波数の音波に対して消音効果が得られる。すなわち、本実施形態によると、比較的広い周波数帯域にわたって効く耐熱性粒状体20による消音効果(吸音効果)と、特定の周波数の音波に対する消音効果が大きい共鳴型消音効果とを合わせて得ることができる。

0092

また、2つの消音用円筒管50・52を多孔の円筒管51で連結した構造は、収容体330内に設けやすい。すなわち、消音構造501の製造の簡素化を図れている。

0093

なお、第1消音用円筒管50の長さLと第2消音用円筒管52の長さLとを異なる長さにすることで、サイドブランチ型共鳴が2つの異なる周波数の音波に効くものとすることができる。一方で、必ずしも2つの消音用円筒管50・52を設ける必要はなく、いずれか1つの消音用円筒管を設けたり、3つ以上の消音用円筒管を直列につないだりしてもよい。また、消音用円筒管を並列に2本以上挿入してもよい。また、消音用円筒管および多孔の円筒管を連結したときの合計長さを収容体330内部の軸方向長さに一致させる必要はない。

0094

(第6実施形態)
次に、本発明の第6実施形態について、図10を用いて説明する。図2に示した第1実施形態および図9に示した第5実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。以下、上記の第2実施形態と異なる部分を中心に説明する。

0095

本実施形態に係る消音構造601は、管10と、耐熱性粒状体20と、仕切り壁30とを有する。消音構造601においては、直列連結された上記の消音用円筒管50・52、および多孔の円筒管51を、計8組、耐熱性粒状体20とともに収容空間30sに配置している。直列連結された計8組の消音用円筒管50・52、および多孔の円筒管51は、円筒状の仕切り壁30の周りに等間隔で配置されている。

0096

(作用・効果)
入口管41から管10に流れ込んだガスは、流路空間1sを流れ、その後、出口管42の内部に送られる。仕切り壁30の内周位置をガスが通過する際に、このガス中を伝播する音波が、貫通孔30hを通って収容空間30s内の耐熱性粒状体20に伝わり、耐熱性粒状体20によって吸収される。耐熱性粒状体20の間を通り抜けた低周波数の音波は、貫通孔51hを通って消音用円筒管50・52入口に達する。消音用円筒管50・52内ではサイドブランチ型共鳴の効果が生じ、長さLが1/4波長長さに相当する周波数の音波に対して消音効果が得られる。すなわち、本実施形態によると、第5実施形態と同様に、比較的広い周波数帯域にわたって効く耐熱性粒状体20による消音効果(吸音効果)と、特定の周波数の音波に対する消音効果が大きい共鳴型消音効果とを合わせて得ることができる。

0097

計16本の消音用円筒管50・52の長さLを、全て同じ長さにする必要はなく、例えば、その長さLを少しずつ変化させて、低減対象周波数に幅を持たせることもできる。当然ながら、消音用円筒管50・52の本数は16本に限られることはなく、これよりも多くてもよいし、少なくてもよい。

0098

(第7実施形態)
次に、本発明の第7実施形態について、図11を用いて説明する。図6に示した第2実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。以下、上記の第2実施形態と異なる部分を中心に説明する。

0099

本実施形態に係る消音構造701は、管10と、耐熱性粒状体20と、収容体230とを有する。消音構造701は、そのガス入口部の構造が、上記の第2実施形態とは異なる。以下、具体的に説明する。

0100

消音構造701においては、第2実施形態の消音構造201と比べて、収容体230を出口側にずらして配置している。そして、管10のガス入口部に円筒状の挿入管61が取り付けられている。挿入管61と入口管41とは同径とされているが必ずしも同径とする必要はない。なお、本実施形態のように挿入管61と入口管41とを同径とする場合、挿入管61と入口管41とを一体的に形成してもよい。すなわち、入口管41の先端部を長さL1だけ管10内に差し込んで、その部分を挿入管61とすることができる。長さL1は、低減(消音)対象周波数の1/4波長長さとする。

0101

挿入管61と管10との間の空間には、計12本の円筒管60が挿入管61の周りに等間隔で配置されている。これらの円筒管60は、挿入管61と管10との間の空間を複数の空間に仕切るためのものである。なお、円筒管60は、有底の円筒管とされているが、両端が開放された円筒管の一端を環状板11に固定することにより、一方の端面が閉じ他方の端面が開放された消音用円筒管としてもよい。

0102

ここで、挿入管61と管10との間の空間がサイドブランチ型共鳴器として有効に機能するのは、管10の内径D0が半波長となる限界周波数f0=C/(2×D0)(C:音速)以下の周波数の音波に対してである。これは、挿入管61と管10との空間で音波が平面波となり半径方向の分布を生じない場合に共鳴型消音効果が最も有効となることを意味する。

0103

一方で、拡張室型として消音構造701を機能させる場合、挿入管61の内径と管10の内径D0との比率を大きくするほど、拡張室型消音器としての消音量は大きくなる。そのため、管10の内径D0を大きくすれば、拡張室型消音器としての消音性能は増大するものの、挿入管61による共鳴型消音器としての消音性能は、挿入管61と管10との間の距離が大きくなるため、平面波が成立せず低下してしまう。

0104

このため、挿入管61と管10との間の空間を円筒管60にて小空間に分割している。これにより、音波の反射間隔が狭まり、平面波が成立する周波数が高くなるので、共鳴型消音器としての機能が発揮される。本実施形態の場合、サイドブランチ部の限界周波数f0は、f0=C/(2×d)(C:音速、d:円筒管60の内径)となる。

0105

消音構造701においては、挿入管61の周りに一重に円筒管60を設置しているが、管10の内径がさらに大きい場合には、円筒管60の外側にさらに円筒管を設置することで挿入管61の周りに二重以上に円筒管を配置して、挿入管61と管10との間を小空間に分割してもよい。また、円筒管60の本数は12本に限られることはなく、これより本数を多くしてもよいし、少なくしてもよい。

0106

また、長さL1(低減対象周波数の1/4波長長さ)の挿入管61を管10のガス出口側もしくは両側に取り付け、ガス出口部に取り付けた挿入管61と管10との間の空間を円筒管60で複数の空間に分割してもよい。

0107

(作用・効果)
消音構造701によると、挿入管61と管10(外筒)との間の複数の仕切られた空間がサイドブランチ部となりサイドブランチ型共鳴器の効果が生じる。その結果、比較的広い周波数帯域にわたって効く耐熱性粒状体による消音効果(吸音効果)と、特定の周波数の音波に対する消音効果が大きい共鳴型消音効果と、膨張(拡張)型消音効果とを合わせて得ることができる。

0108

(第8実施形態)
次に、本発明の第8実施形態について、図12を用いて説明する。図6に示した第2実施形態および図11に示した第7実施形態と同様の部分については、図に同一の符号を付してその説明を省略する。以下、上記の第7実施形態と異なる部分を中心に説明する。

0109

本実施形態に係る消音構造801においては、管10のガス入口部において、挿入管61と管10との間の空間を、仕切り板62・63で複数の空間に分割している。仕切り板62は、挿入管61の外周面から管10の内周面へ向かって管径方向に延びるように配置された板である。仕切り板63は、幅L1の環状の板である。本実施形態の場合、図12(b)中の長さL2をもとに、サイドブランチ部の限界周波数f0は、f0=C/(2×L2)(C:音速)となる。

0110

第7実施形態と同様に、長さL1(低減対象周波数の1/4波長長さ)の挿入管61を管10のガス出口側もしくは両側に取り付け、ガス出口部に取り付けた挿入管61と管10との間の空間を仕切り板62・63で複数の空間に分割してもよい。なお、挿入管61と管10との間の空間の仕切り方は、本実施形態のものに限られることはない。

0111

(他の実施形態について)
本発明の実施の形態は、上記の実施形態には限られない。例えば、図13に示した消音構造901のように、収容体230の蓋板232に管64を取り付け、管64内の空間を円筒管60で複数の空間に分割してもよい。また、図14に示した消音構造1001のように、蓋板232に取り付けた管64内の空間を仕切り板62で複数の空間に分割してもよい。

0112

また、上記の第1実施形態乃至第10実施形態においては、消音構造内部に多孔板が配置されているが、消音構造外への耐熱性粒状体の流出を防止できる構造(例えば、金網、パンチング)になっていれば、消音構造内部の多孔板は不要である。

0113

また、上記の第1実施形態乃至第10実施形態では、管10が拡張型消音器になっているが、このような構成には限られず、管の内径の大きさは、前後の管内径の大きさ以下であってもよい。また、上記の第1実施形態乃至第10実施形態における構造を適宜組み合せることも可能である。

0114

本発明は、圧縮機、タービン、ポンプ、原動機などの吸気・排気路において、管路内を伝播する騒音圧力変動を低減する消音構造として利用できる。また、本発明は、小型化が可能で、高い消音性能を有し、経年劣化のおそれがなく、産業廃棄物処理が不要な消音構造として利用できる。

0115

消音装置
1s流路空間
10 管
10t 支持板
11環状板
12外周板
20耐熱性粒状体
30仕切り壁
230収容体
231 仕切り壁
232 蓋板

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