JP2004252340A

JP2004252340A - 分岐ダクト消音装置

Info

Publication number: JP2004252340A
Application number: JP2003044730A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Morikawa; 裕一森川; Akihiko Ebato; 明彦江波戸; Katsumi Kuno; 勝美久野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】既存のダクトに分岐管を追加するのみで、十分な消音効果が得られる分岐ダクト消音装置を提供すること。
【解決手段】騒音源Ｓと減音対象位置Ｇとの間に配置される主配管２０と、その両端が主配管２０に接続された第１〜第３の分岐管３０，４０，５０とを備え、第１の分岐管３０は、位置２１から位置２２までの主配管２０の長さと第１の分岐管３０の長さとの差δ１が、騒音源Ｓの消音対象音の半波長と同じ第１の長さとなるように設定され、位置２３から位置２４までの主配管２０の長さと第２の分岐管４０の長さとの差δ２が、δ１の（１／２）倍、位置２５から位置２６までの主配管２０の長さと第３の分岐管５０の長さとの差δ３が、δ１の（１／４）倍である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、騒音源から発生し、換気用或いは配風用のダクトを伝播して外部に放出される騒音を効果的に低減するための分岐ダクト消音装置に関し、特にファン、ブロア、コンプレッサ、変圧器等の倍長波成分が顕著な騒音源に適するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工場、発動機、発電システム等の換気あるいは配風ダクトの消音には、吸音材を内張りした自然減音ダクト、膨張型消音器あるいはアクティブノイズコントロール等が用いられていた。
【０００３】
この他、ダクトの途中に分岐路を設け、低減対象音に対し半周期の位相差を有する干渉波を加えることで、低減対象音を低減可能であることは知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−９３４４１号公報（図３及び図６の（２））
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した消音方法であると次のような問題があった。すなわち、自然ダクト減音や膨張型消音器では、騒音が大きい場合、低減効果が十分でないことがあった。特に、膨張型消音器では圧力損失を考慮した設計を考慮する必要が有り、設計の労力を要する。一方、アクティブノイズコントロールでは、メンテナンス及び電力供給の負荷がかかるという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、既存のダクトに分岐管を追加するのみで、流体設計の見直しをする手間を省き、かつ、十分な消音効果が得られる分岐ダクト消音装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の分岐ダクト消音装置及び分岐ダクト消音方法は次のように構成されている。
【０００８】
（１）騒音源と減音対象位置との間に配置される主配管と、その両端が上記主配管に接続されるとともに、主配管の所定の分岐位置で分岐し、かつ、分岐位置よりも外部側に位置する合流位置で合流する複数の分岐管とを備え、上記複数の分岐管のうち、少なくとも１つの分岐管は、上記分岐位置から上記合流位置までの上記主配管の長さと上記分岐管の長さとの差が、上記騒音源の消音対象音の半波長と同じ第１の長さとなるように設定され、上記複数の分岐管のうち、他の少なくとも１つの分岐管は、上記分岐位置から上記合流位置までの上記主配管の長さと上記分岐管の長さとの差が、上記第１の長さに対して（１／２）の整数乗倍であることを特徴とする。
【０００９】
（２）上記（１）に記載された分岐ダクト消音装置であって、上記複数の分岐管のうち少なくとも１つの分岐管は、上記主配管の延設方向に対して平行な複数の平面を通過するように形成されていることを特徴とする。
【００１０】
（３）上記複数の分岐管はそれぞれ異なる平面内に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
（４）上記（１）に記載された分岐ダクト消音装置であって、雰囲気温度の変動に応じて上記複数の分岐管のうち少なくとも１つの分岐管の長さを調整する調整手段をさらに具備することを特徴とする。
【００１２】
（５）上記（１）に記載された分岐ダクト消音装置であって、上記複数の分岐管のうち、長い分岐管が短い分岐管の上記騒音源に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
（６）騒音源と減音対象位置との間に配置される主配管と、その両端が上記主配管に接続されるとともに、主配管の所定の分岐位置で分岐し、かつ、分岐位置よりも外部側に位置する合流位置で合流する複数の分岐管とを備え、上記複数の分岐管のうち、少なくとも１つの分岐管を介してその合流位置において減音対象音と半周期だけ位相をずらせた音波を加える工程と、上記複数の分岐管のうち、他の少なくとも１つの分岐管を介してその合流位置において上記減音対象音に対し（１／２）の２以上の整数乗倍の周期だけ位相をずらせた音波を加える工程とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る分岐ダクト消音装置１０の構成を示す模式図である。分岐ダクト消音装置１０は、一端が騒音源Ｓ側に配置され他端が外部である減音対象位置Ｇ側に配置された主配管２０と、その両端がそれぞれ主配管２０に接続された第１分岐管３０、第２分岐管４０、第３分岐管５０とを備えている。
【００１５】
第１分岐管３０は、主配管２０の位置２１に接続された第１管部３１と、この第１管部３１に連設された第２管部３２と、この第２管部３２及び主配管２０の位置２２に接続された第３管部３３とを備え、略コの字状に形成されている。
【００１６】
第２分岐管４０は、主配管２０の位置２３に接続された第１管部４１と、この第１管部４１に連設された第２管部４２と、この第２管部４２及び主配管２０の位置２４に接続された第３管部４３とを備え、略コの字状に形成されている。
【００１７】
第３分岐管５０は、主配管２０の位置２１に接続された第１管部５１と、この第１管部５１に連設された第２管部５２と、この第２管部５２及び主配管２０の位置２６に接続された第３管部５３とを備え、略コの字状に形成されている。
【００１８】
ここで、位置２１と位置２２との間の距離をａ１、位置２３と位置２４との間の距離をａ２、位置２５と位置２６との間の距離をａ３とする。また、第１分岐管３０の長さをｂ１、第２分岐管４０の長さをｂ２、第３分岐管５０の長さをｂ３とする。
【００１９】
また、位置２１と位置２２との間は、主配管２０と第１分岐管３０とが介在することになり、その距離の差をδ１とする。δ１は、低減対象音の波長の（１／２）となるように設定されている。位置２３と位置２４との間は、主配管２０と第２分岐管４０とが介在することになり、その距離の差をδ２とする。δ２は、δ１の（１／２）あるいは第１分岐管３０で対象とする音の波長の（１／４）となるように設定されている。位置２５と位置２６との間は、主配管２０と第３分岐管５０とが介在することになり、その距離の差をδ３とする。δ３は、δ１の（１／４）あるいは第１分岐管３０で対象とする音の波長の（１／８）となるように設定されている。
【００２０】
このように構成された分岐ダクト消音装置１０によれば、騒音源Ｓからの音波は、主配管２０内を伝播するものと、第１分岐管３０内を伝播するものにわかれる。
【００２１】
主配管２０内を伝播する音波と第１分岐管３０内を伝播する音波との間には、その経路の長さの差δ１によって位相が半周期ずれる。このため、位置２２内において両方の音波が干渉し、低減対象音の音圧レベルが低減される。ここで、位置２２内において音圧レベルが低減されるのは、低減対象音の基本周波数（ｆ１）に対し、｛２（ｎ−１）＋１｝倍の周波数を持つ音となる。
【００２２】
次に位置２３に到達した音波は、主配管２０内を伝播するものと、第２分岐管４０内を伝播するものにわかれる。主配管２０内を伝播する音波と第２分岐管４０内を伝播する音波との間には、その経路の長さの差δ２によって位相が（１／２）周期ずれる。このため、位置２４内において両方の音波が干渉し、低減対象音の倍音、すなわち２倍の周波数を持つ基本波の奇数倍周波数（すなわち、２，６，１０，１４，…）の音圧レベルが低減される。ここで、位置２４内において音圧レベルが低減されるのは、低減対象音の基本周波数（ｆ１）に対し、｛４（ｎ−１）＋２｝倍の周波数を持つ音となる。
【００２３】
さらに、位置２５に到達した音波は、主配管２０内を伝播するものと、第３分岐管５０内を伝播するものにわかれる。主配管２０内を伝播する音波と第３分岐管５０内を伝播する音波との間には、その経路の長さの差δ３によって位相が（１／２）周期ずれる。このため、位置２６内において両方の音波が干渉し、低減対象音の４倍音、すなわち４倍の周波数を持つ基本波の奇数倍周波数（すなわち、４，１２，２０，２８，…）の音圧レベルが低減される。ここで、位置２６内において音圧レベルが低減されるのは、低減対象音の周波数に対し、｛８（ｎ−１）＋４｝倍の周波数を持つ音となる。
【００２４】
次に、第１分岐管３０、第２分岐管４０、第３分岐管５０の配置順について説明する。すなわち、第１分岐管３０がより騒音源Ｓに近い側、次に第２分岐管４０が、最後に第３分岐管５０が騒音源Ｓに遠い側に配置されている。本配管２０に対する第１分岐管３０、第２分岐管４０、第３分岐管５０経路の長さの差は、それぞれδ１、δ２、δ３であり、相互に以下のような関係となっている。
【００２５】
δ１＝δ２×２＝δ３×４ …（１）
したがって、
δ１＞δ２＞δ３ …（２）
一方、周波数が高いと透過損失が高いのでダクトを透過し辛く、周波数が低いとダクトを透過し易いという性質がある。
【００２６】
面密度をｍ（＝ｔ×ρ_ｐ）、板厚をｔ、板材の質量密度をρ_ｐ、音速をｃ、媒質の質量密度をρ、角周波数をωとすると、透過損失Ｔは、次のように示される。すなわち、
【数１】

【００２７】
したがって、低音については分岐ダクト消音器１０の騒音源Ｓに近い側で低減した方が、本配管２０等を伝播して散逸を未然に防げるであることから、上述したような順序で第１分岐管３０、第２分岐管４０、第３分岐管５０を配置すれば、騒音の低減効果が大きい。
【００２８】
図２の（ａ），（ｂ）は分岐ダクト消音装置１０をポンプ装置の消音に適用した場合における効果を示すグラフであって、横軸は周波数、縦軸は人間の聴覚補正を行って補正した音圧レベル（ＳＰＬ）を示している。
【００２９】
図２の（ａ）は、通常のダクトを介して測定した場合であり、全周波数での合計は７７．８ｄＢＡとなる。図２の（ｂ）は、分岐ダクト消音装置１０を適用して測定した場合であり、全周波数での合計は５２．４ｄＢＡとなる。すなわち、単一の分岐管を設けた場合には、所定の周波数及びその周波数の｛２（ｎ−１）＋１｝倍のもののみが低減されていたが、複数の分岐管を設けた場合には、所定の周波数の倍音系についての音圧レベルも低減できることとなる。したがって、低減効果を増大させることが可能となる。
【００３０】
特に、δ_ｍ＋１＝（１／２）δ_ｍとなる関係で分岐管を設定することで、低減可能な周波数の間を補間させることができ、全体的に均一に低減効果を機能させることが可能となる。
【００３１】
上述したように、主配管２０中を伝播する音波を分岐管に引き込み、主配管と分岐管の合流分で相互の位相が半波長ずれた音波同士を干渉させることで、主配管中を伝播する音圧レベルを低減する。更に、この分岐管を複数設けることで倍長波成分全域に亘って低減効果が得られる。なお、本実施の形態では、位相を例えば半波長ずらして干渉させているが、これを３／２波長や５／３波長ずらして干渉させるようにしても同様の効果を得ることができる。同様に１／４波長の場合には５／４波長、１／８波長の場合には９／８波長ずらすようにしてもよい。
【００３２】
図３は上述した分岐ダクト消音装置１０の第１変形例を示す図である。装置全体のコンパクト化を図るため、分岐管３０〜５０を異なる平面内に配置されるようにした。
【００３３】
図４は上述した分岐ダクト消音装置１０の第２変形例を示す図である。装置全体のコンパクト化を図るため、分岐管３０〜５０を螺旋状に設け、それぞれが主配管２０の延設方向に対して平行な複数の平面を通過するように配置されるようにした。
【００３４】
図５は上述した分岐ダクト消音装置１０の第３変形例を示す図である。装置全体のコンパクト化を図るため、分岐管３０を本配管２０の周囲を囲む螺旋状に設け、主配管２０の延設方向に対して平行な複数の平面を通過するように配置されるようにした。
【００３５】
図６は上述した分岐ダクト消音装置１０の第４変形例を示す図である。本変形例においては、第１分岐管１本であったものを複数の分岐管３０ａ〜３０ｄとし、これらを一組の第１分岐管とし、第２分岐管１本であったものを複数の分岐管４０ａ〜４０ｄとし、これらを一組の第２分岐管とし、第３分岐管１本であったものを複数の分岐管５０ａ〜５０ｄとし、これらを一組の第３分岐管とした。これにより、分岐管を増やすことで、分岐管の径を周囲に分散させることができるとともに、装置全体の収納性を上げることでコンパクト化を図ることができる。
【００３６】
図７は、上述した分岐ダクト消音装置１０の第５変形例を示す図である。本変形例においては、本配管２０の代わりに４つの本配管２０ａ〜２０ｄが設けられている。
【００３７】
本配管２０ａ，２０ｄには、それぞれ第１分岐管３０、第２分岐管４０、第３分岐管５０が設けられている。また、本配管２０ｂ，２０ｃには、それぞれ第４分岐管６０、第５分岐管７０、第６分岐管８０が設けられている。なお、第４分岐管６０は第１分岐管３０と、第５分岐管７０は第２分岐管４０と、第６分岐管８０は第３分岐管５０とそれぞれ同じ長さである。これにより、分岐管を増やすことでより効果的に騒音を低減させることができるとともに、装置全体のコンパクト化を図ることができる。
【００３８】
図８は、本発明の第３の実施の形態に係る分岐ダクト消音装置１００の全体構成を示す模式図である。なお、この図において、図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３９】
分岐ダクト消音装置１００は、配管伸張装置１１０を備えている。配管伸張装置１１０は、分岐ダクト消音装置１００が配置された場所の温度を計測する温度計１１１と、この温度計１１１により計測された温度に基づいて適正な配管長を記憶する制御量記憶部１１２と、この制御量記憶部１１２に記憶された制御量に基づいてそれぞれ適正量だけ動作するアクチュエータ１１３〜１１５とを備えている。
【００４０】
アクチュエータ１１３は、第１分岐管３０の第１管部３１及び第３管部３３の長さを伸縮する機能を有している。アクチュエータ１１４は、第２分岐管４０の第１管部４１及び第３管部４３の長さを伸縮する機能を有している。アクチュエータ１１５は、第３分岐管５０の第１管部５１及び第３管部５３の長さを伸縮する機能を有している。
【００４１】
ここで、ｃを音速［ｍ／ｓ］、ｆを周波数［Ｈｚ］とすると、波長λ［ｍ］は、次のように示される。すなわち、
λ＝ｃ／ｆ …（４）
音速ｃは雰囲気温度ｔ［℃］の関数であるから、
ｃ＝３３１．５×√（１＋ｔ／２７３） …（５）
したがって、
λ＝（３３１．５／ｆ）×√（１＋ｔ／２７３） …（６）
ここでλ１は倍波音の１次周波数の波長とすると、この波長λ１の変動に合せてδ１（＝λ１／２）、δ２（＝δ１／２）、δ３（＝δ１／４）を変化させることにより、騒音の低減量を最大にすることが可能となる。
【００４２】
低減量Ｌは以下のように示される。すなわち、
【数２】

ここでｇは１，２，３である。
【００４３】
このように構成された分岐ダクト消音装置１００においては、上述した分岐ダクト消音装置１０と同様の効果を有するとともに、温度変化に伴う波長の変動に応じて分岐管の長さを変化させることができる。このため、温度変化の著しい環境下であっても、位相が半波長だけずれた音波を干渉させることができ、温度変化に関わらず性能を維持できる。
【００４４】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、既存のダクトに分岐管を追加するのみで、流体設計の見直しをする手間を省き、かつ、十分な消音効果が得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る分岐ダクト消音装置の構成を示す模式図。
【図２】同分岐ダクト消音装置による消音効果を比較するグラフ。
【図３】同分岐ダクト消音装置の第１変形例を示す模式図。
【図４】同分岐ダクト消音装置の第２変形例を示す模式図。
【図５】同分岐ダクト消音装置の第３変形例を示す模式図。
【図６】同分岐ダクト消音装置の第４変形例を示す模式図。
【図７】同分岐ダクト消音装置の第５変形例を示す模式図。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る分岐ダクト消音装置の構成を示す模式図。
【符号の説明】
１０，１００…分岐ダクト消音装置、２０…主配管、３０…第１分岐管、４０…第２分岐管、５０…第３分岐管、１００…分岐ダクト消音装置、１１０…配管伸張装置、１１１…温度計、１１２…制御量記憶部、１１３〜１１５…アクチュエータ

Claims

騒音源と減音対象位置との間に配置される主配管と、
その両端が上記主配管に接続されるとともに、主配管の所定の分岐位置で分岐し、かつ、分岐位置よりも外部側に位置する合流位置で合流する複数の分岐管とを備え、
上記複数の分岐管のうち、少なくとも１つの分岐管は、上記分岐位置から上記合流位置までの上記主配管の長さと上記分岐管の長さとの差が、上記騒音源の消音対象音の半波長と同じ第１の長さとなるように設定され、
上記複数の分岐管のうち、他の少なくとも１つの分岐管は、上記分岐位置から上記合流位置までの上記主配管の長さと上記分岐管の長さとの差が、上記第１の長さに対して（１／２）の整数乗倍であることを特徴とする分岐ダクト消音装置。
上記複数の分岐管のうち少なくとも１つの分岐管は、上記主配管の延設方向に対して平行な複数の平面を通過するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の分岐ダクト消音装置。
上記複数の分岐管はそれぞれ異なる平面内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の分岐ダクト消音装置。
雰囲気温度の変動に応じて上記複数の分岐管のうち少なくとも１つの分岐管の長さを調整する調整手段をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の分岐ダクト消音装置。
上記複数の分岐管のうち、長い分岐管が短い分岐管の上記騒音源に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の分岐ダクト消音装置。
騒音源と減音対象位置との間に配置される主配管と、
その両端が上記主配管に接続されるとともに、主配管の所定の分岐位置で分岐し、かつ、分岐位置よりも外部側に位置する合流位置で合流する複数の分岐管とを備え、
上記複数の分岐管のうち、少なくとも１つの分岐管を介してその合流位置において減音対象音と半周期だけ位相をずらせた音波を加える工程と、
上記複数の分岐管のうち、他の少なくとも１つの分岐管を介してその合流位置において上記減音対象音に対し（１／２）の２以上の整数乗倍の周期だけ位相をずらせた音波を加える工程とを備えていることを特徴とする分岐ダクト消音方法。