JP2005098566A - 吸音ダクト型消音装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ダクト内を気体が流通する際に発生する風切音を十分に低減する。
【解決手段】 気体を吸込口から内部に取り込んで流通させた後に吹出口から排出する管状の枠体４と、筐体内を流通する前記気体に接触するように配設され、気体中を伝播する騒音を吸音する吸音部材３と、気体を流通させたときに発生する循環流の発生領域に設けられ、該循環流による風切音を低減する平滑材６とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸音ダクト型消音装置及びその製造方法に関する。

トンネルや室内の空気を換気、空調などに用いられるダクトの吹出口から気体が噴流する際、高速な気体の噴流により風切音が発生する。この風切音の大きさは気流周囲の剪断流の強さ（流速の変化率）に依存し、この剪断流の強さはダクト内面の境界層の状態に影響を受けている。特許文献１には、出口端に向かって徐々に吹出口の面積を小さくしていき、吹出口の出口端近傍の内壁面に突起を設けることで、ダクト内の境界層を部分的な乱流境界層に遷移させ、剪断流の強さを弱め、吹出口における風切音を低減する気流吹出口が開示されている。

特許第３１３９５８７号公報

本発明者は、図８に示すように、ダクト内を気体が流通する際、縮流という現象が発生し、その縮流により気体の流れの有効面積が狭められると同時に、循環流が発生し、この循環流がダクトの内壁と係合し、風切音を発生させていることを知見した。特許文献１に記載の気流吹出口では、かかる循環流に依存する風切音を低減することが難しいため、風切音を十分に低減することができない。

そこで、本発明の目的は、ダクト内を気体が流通する際に発生する風切音を低減することができる吸音ダクト型消音装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び効果

本発明は、気体を吸込口から内部に取り組んで流通させた後に吹出口から排出する管状の筐体と、前記筐体内を流通する前記気体に接触するように配設され、前記気体中を伝播する騒音を吸音する吸音機構と、前記気体を流通させたときに発生する循環流の発生領域に設けられ、該循環流による風切音を低減する風切音低減機構とを有することを特徴とする。

この構成によると、気体を流通させたときに発生する循環流の発生領域に風切音低減機構を設けるため、適確に風切音を低減することができる。

本発明の風切音低減機構は、前記風切音低減機構の前記循環流と接触する面は、流動抵抗が小さくなるように、前記循環流の発生領域以外の領域における面よりも平滑にされていることが好ましい。また、本発明において、前記吸音機構は、前記気体中を伝播する騒音を吸収する吸音部材と、前記吸音部材を囲繞し、前記吸音部材と前記前記筐体内を流通する前記気体とを接触させる複数の孔を有した、前記吸音部材を保護する保護部材とを備え、前記風切音低減機構は、前記循環流の発生領域において、前記循環流と接触する前記孔がないように形成されていることが好ましい。これによると、循環流と、循環流と接触する面とが係合して風切音を発生することを抑えることができる。

本発明において、前記気体を前記吸込口に誘導するための誘導部材を前記吸込口に備えていてもよい。これによると、効率よく気体を流通させることができる。

本発明において、風切音を精度よく低減するために、前記循環流と接触する面は、前記吸込口の口径に対し０．２５〜１．５の距離を有していることが好ましい。

本発明の吸音ダクト型消音装置は、前記循環流の発生領域における前記気体の流通面積が、前記吸込口の開口面積と同じであることが好ましい。この構成によると、循環流以外に起因する風切音が発生するおそれを少なくすることができる。

本発明の吸音ダクト型消音装置の製造方法は、気体を吸込口から内部に取り込んで流通させた後に吹出口から排出する管状の筐体を形成するステップと、前記気体中を伝播する騒音を吸音する吸音機構を、前記筐体内を流通する前記気体に接触するように配設するステップと、前記気体を流通させたときに発生する循環流の発生による風切音を低減する風切音低減機構を、前記吸込口から前記筐体内部に嵌入するステップとを備えている。

以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。まず、従来の吸音ダクト型消音装置について説明する。図７及び図８に示すように、ダクト型消音装置１０は、ダクト２と、吸音部材３と、枠体４とを有している。ダクト２は、断面が矩形で、両端部が開放されており、気体の流路５を囲繞するように形成されている。ダクト２の外周には、断面が矩形の吸音部材３がダクト２を囲繞するように配設されている。吸音部材３は、グラスウール等を材料としており、流路５を流通する気体により伝播する、ファンなどの機器（図示せず）による騒音を吸音する。ダクト２は複数の孔２ａを有しており、流路５と吸音部材３とが孔２ａを介して接合するようになっている。これにより、流路５内の騒音を吸音部材３により吸音することが可能となる。

吸音部材３の外周には、枠体４が配設されている。枠体４は、吸音部材３を囲繞するように配設されている。つまり、吸音部材３は、外部に露出しないようにダクト２と枠体４との間に挟まれており、保護されている。以上のように、吸音ダクト型消音装置１０が構成されている。

次に、ダクト５に気体が流通する際に発生する風切音について説明する。図８に示すように、外部の気体がダクト２の吸込口からダクト２内に取り込まれる際、外部から狭い吸込口に勢いよく気体が流れ込むため、ダクト２の吸込口近傍では、縮流が発生する。縮流の発生により、流路５を流れる気体の有効流路面積が狭くなる。つまり、吸込口近傍では、気体はダクト２の内壁面よりも少し隔離するように流路５を流れる。このとき、この隔離部分には循環流が発生する。この循環流がダクト２の表面に設けられた孔２ａと係合し、風切音を発生させている。

次に、本実施の形態に係るダクト型消音装置１について説明する。上述のように、風切音を低減するには、ダクト５の吸込口で発生する循環流がダクト２の孔２ａと係合しなくなるようにする必要がある。このため、本実施の形態に係る吸音ダクト型消音装置１は、図７で説明した吸音ダクト型消音装置１０に加え、ダクト２の吸込口から距離Ｌ内にあるダクト２の表面を平滑にする平滑材６を有している。平滑材６は、表面に凹凸がなく平滑であり、且つ、断面が矩形で中空のダクト２と略相似形状を有している。また、平滑材６の一端部には、ダクト２の吸込口よりも一回り大きな輪縁６ａが設けられている（図３参照）。

平滑材６は、長さＬを有しており、ダクト２の内壁に平滑材６を配設することにより、ダクト２の吸込口から距離Ｌ内にある孔２ａが塞がれるようになっている。ダクト２の孔２ａが平滑材６で塞がれることにより、ダクト２の吸込口近傍の表面が滑らかな状態になるため、ダクト２の吸込口近傍で発生する循環流と孔２ａとが係合しなくなる。これにより、風切音を低減することができる。また、ダクト２の吸込口から距離Ｌ内において、流路面積は常に一定となっており、循環流以外に起因する風切音が発生するおそれを少なくすることができる。

Ｌの長さは、ダクト２の吸込口口径Ｄに対して０．２５〜１．５の場合において、効率よく風切音を低減することができる。尚、図２において、ダクト２の吸込口から距離Ｌ内にある孔２ａは、平滑材６により内側から（流路５に接する表面）塞がれるのであって、実際には存在するが、距離Ｌの領域を分りやすくするために図示していない。また、図１中のダクト２の破線は、距離Ｌの領域を分りやすくための線であり、実際に存在する線ではない。

上述の吸音ダクト型消音装置１は、従来の吸音ダクト型消音装置１０を製造し、上述した平滑材６をダクト２の吸込口から嵌入することにより製造することができる。平滑材６を嵌入する際、平滑材６の輪縁６ａがダクト２の吸込口より大きくなっているため、輪縁６ａが枠体４に当たり、平滑材６が必要以上にダクト２の内部に入り込まないようになっている。

次に、本実施の形態において、平滑材６をダクト２の吸込口に配設することにより、循環流による風切音を低減できるという効果を確認するために行った測定について説明する。吸音ダクト型消音装置１、吸音ダクト型消音装置１０及び図４に示す吸音ダクト型消音装置１１の３通りの吸音ダクト型消音装置を風洞装置に設置し、ダクトの吸込口における風切音のノイズパワーレベルを測定した。図４の吸音ダクト型消音装置１１は、循環流の発生領域が、出口端に向かって徐々に開口面積が大きくなるベルマウス状に構成されている。ここで、風洞装置とは、人工的に空気の流れを加減することができる実験装置である。

図５は、縦軸を吸込口における風切音のノイズパワーレベル、横軸を風洞装置により発生される風速の値としたグラフである。図５から読み取れるように、吸音ダクト型消音装置１０（□印）、１１（●印）において、風速を変化させた場合、どちらのノイズパワーレベルも略同じ軌跡を描いている。これとの対比において、本実施の形態に係る吸音ダクト型消音装置１（△印）は、他の吸音ダクト型消音装置１０、１１よりも、ノイズパワーレベルが約５ｄＢ減少している。これにより、循環流の発生領域であるダクト２の吸込口近傍に、平滑材６を設けることで風切音の低減効果を有することが分る。

次に、距離Ｌの長さが、吸込口口径Ｄに対して０．２５〜１．５が好ましいということを確認するために行った測定について説明する。本実施の形態に係る吸音ダクト型消音装置１を風洞装置に設置し、距離Ｌと吸込口口径Ｄとの比率を変化させ、風切音のノイズ低減量を測定した。尚、風洞装置により風速が１０、１４、１９、２４ｍ/ｓの場合について、それぞれ計測している。

図６は、縦軸を風切音のノイズ低減量、横軸をＬ／Ｄとしたグラフである。この測定において、Ｌ／Ｄが０のとき、即ち距離Ｌが０の場合を、基準のノイズパワーレベルとし、この基準からどの程度風切音を低減しているか測定している。図６から読み取れるように、いずれの風速においても、Ｌ／Ｄが０．２５〜１．５の範囲において、最大５ｄＢもの風切音を低減している。また、ダクト２の吸込口からの距離Ｌを長くすると、風切音のノイズ低減効果は向上するが、吸込口口径Ｄに対して１．５を超えても、ノイズ低減効果は得られなくなる。従って、距離Ｌは、吸込口口径Ｄに対して０．２５〜１．５とすることが好ましい。

以上、説明したように、本実施の形態において、ダクト２に気体を流通させたときに発生する循環流の発生領域に平滑な部材６を設けることにより、循環流による風切音を低減することができる。また、ダクト２の吸込口からの距離Ｌが吸込口口径Ｄに対して、０．２５〜１．５の範囲内が効率よく、風切音を低減することが可能となる。さらに、ダクト２の吸込口から距離Ｌ内における流路面積が常に一定とすることにより、循環流以外に起因する風切音が発生するおそれを少なくすることができる。

尚、上述の実施の形態では、吸音ダクト型消音装置の断面は矩形としているが、これに限定されない。例えば、円柱状の吸音ダクト型消音装置であってもよい。また、吸込口からの距離Ｌ内のダクト表面を平滑にするために平滑な部材を設けているが、ダクトに孔を設けないようにしてもよい。さらに、上述の実施の形態では、ダクトの吸込口における風切音についてのみ説明しているが、吸込口に限定することなく循環流が発生する領域のダクト表面を平滑にして風切音を低減するようにしてもよい。

また、本実施の形態の変形例として、図９に示すように、ダクト２の吸込口にガイド部材７を設けた構造であってもよい。ガイド部材７は、断面が矩形で、両端部が開放されている。ガイド部材７の一端は、ダクト２の吸込口口径と同じであり、他端に向かって徐々に開口面積が大きくなっており、外部の気体を吸込口に取り込み易くしている。さらに、別の変形例として、流路が複数形成された構造であってもよい。具体的には、図１０に示すように、流路を形成する複数のダクトを上下に配置した構造であってもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る吸音ダクト型消音装置の透視斜視図である。 図１で描かれている吸音ダクト型消音装置の側面断面図である。 図１で描かれている吸音ダクト型消音装置の製造方法を描いた図である。 循環流による風切音を低減できるという効果を確認するために行った測定に使用した吸音ダクト型消音装置の１つを表した図である。 循環流による風切音を低減できるという効果を確認するために行った測定の結果を表したグラフである。 、距離Ｌの長さが、吸込口口径Ｄに対して０．２５〜１．５とすることが好ましいことを確認するために行った測定の結果を表したグラフである。 従来の吸音ダクト型消音装置の透視斜視図である。 図７で描かれている吸音ダクト型消音装置における気流の流れを表した図である。 本実施の形態に係る吸音ダクト型消音装置の変形例である。 本実施の形態に係る吸音ダクト型消音装置の別の変形例である。

符号の説明

１ 吸音ダクト型消音装置
２ ダクト
２ａ 孔
３ 吸音部材
４ 枠体
５ 流路
６ 平滑材

Claims (7)

1. 気体を吸込口から内部に取り込んで流通させた後に吹出口から排出する管状の筐体と、
   前記筐体内を流通する前記気体に接触するように配設され、前記気体中を伝播する騒音を吸音する吸音機構と、
   前記気体を流通させたときに発生する循環流の発生領域に設けられ、該循環流による風切音を低減する風切音低減機構と
   を備えていることを特徴とする吸音ダクト型消音装置。
2. 前記風切音低減機構の前記循環流と接触する面は、流動抵抗が小さくなるように、前記循環流の発生領域以外の領域における面よりも平滑にされていることを特徴とする請求項１に記載の吸音ダクト型消音装置。
3. 前記吸音機構は、
   前記気体中を伝播する騒音を吸収する吸音部材と、
   前記吸音部材を囲繞し、前記吸音部材と前記前記筐体内を流通する前記気体とを接触させる複数の孔を有した、前記吸音部材を保護する保護部材と
   を備え、
   前記風切音低減機構は、
   前記循環流の発生領域において、前記循環流と接触する前記孔がないように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の吸音ダクト型消音装置。
4. 前記気体を前記吸込口に誘導するための誘導部材を前記吸込口に備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の吸音ダクト型消音装置。
5. 前記循環流と接触する面は、前記吸込口の口径に対し０．２５〜１．５の距離を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の吸音ダクト型消音装置。
6. 前記循環流の発生領域における前記気体の流通面積が、前記吸込口の開口面積と同じであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の吸音ダクト型消音装置。
7. 気体を吸込口から内部に取り込んで流通させた後に吹出口から排出する管状の筐体を形成するステップと、
   前記気体中を伝播する騒音を吸音する吸音機構を、前記筐体内を流通する前記気体に接触するように配設するステップと、
   前記気体を流通させたときに発生する循環流の発生による風切音を低減する風切音低減機構を、前記吸込口から前記筐体内部に嵌入するステップと
   を備えていることを特徴とする吸音ダクト型消音装置の製造方法。

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