JP2008218745A - 変圧器消音装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消音装置の性能を向上させるとともに、防音構造と能動消音の相乗的な効果により、変圧器の騒音を効率的に低減可能な変圧器消音器を提供する。
【解決手段】変圧器１の周囲に設けられた密閉型の防音構造１２の内部に、共鳴型の消音装置１４を備える。消音装置１４は、空間部８を形成するケーシング１０と、ケーシング１０と防音構造１２の内部に連通する開口部９と、空間部８に設置された音響インピーダンス調整用のスピーカ７と、開口部９に設置された薄膜２１とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、変圧器の騒音対策技術に係り、特に、変圧器から発生する騒音を低減するための密閉型防音構造に設けられる変圧器消音装置に関する。

近年、変電所等の周辺環境保護の観点から、各設備に対する騒音規制が厳しくなっており、特に、変圧器の低騒音化が強く望まれている。変圧器の騒音低減策としては、鋼板やコンクリートなどにより構成された防音建屋や防音タンク、防音壁などの防音構造物を設置することが一般的である。このような方策を採った場合、騒音源である変圧器の本体タンクから発生する音は、防音構造物により遮られるため、外部へ漏れる騒音は低減される。

上記のような従来からの密閉型防音構造の構成の一例を、図９を参照して説明する。図中、１は変圧器本体、１２は変圧器本体１の周囲を囲むように構成された防音構造である。このような防音構造１２によれば、変圧器本体１から放射される騒音は、防音構造１２を透過して外部へ放射されるが、防音構造１２の持つ透過損失により低減される。防音構造１２の透過損失は、防音構造１２を構成する鋼板などの材質の密度や厚さなどにより決定される。

また、吸音材等による共鳴型消音装置（共鳴型吸音器）を用いて、騒音を抑える技術も提案されている。このような共鳴型消音装置の一般的な構成を、図１０を参照して説明する。図中、８はある体積を持つ空間部、９は空間と音源側を連通させる穴（開口部）、１０は空間を形成するケーシングである。

このような共鳴型消音装置によれば、開口部９の部分の媒質は、質量を持った一つの塊とみなすことができ、空間部８の体積は、ばねとして作用する。したがって、これらは１つの振動系と考えることができ、この系の共鳴周波数の音があたると、質量相当の開口部分の媒質が激しく振動し、熱エネルギに変換されることにより音が吸音される。

なお、共鳴周波数は、開口部９の形状を円形とした場合、式（１）のように決定される。

上記の式（１）において、ｃは媒質の音速、Ｖは密閉空間の体積、Ｓは穴の断面積、ｌは穴の長さ、ｄは穴の直径である。

また、特許文献１や特許文献２などに開示されているように、上記のような共鳴型消音装置による受動的な消音のみならず、音波の位相を利用して能動的に消音を行う能動型消音装置も提案されている。

このような能動型消音装置を、図１１を参照して説明する。図中、２は配管、１４は配管に設置された共鳴型の消音装置、７は消音装置１４に設置されたスピーカである。この消音装置１４は、内部に空間部８を有し、開口部９が配管２などの騒音低減対象に連通されている。また、音検知用センサ３および誤差センサ４からの信号が、消音信号発生装置５に入力され、配管２からの放射音と同振幅逆位相の音波を発生するように、信号をスピーカ７に伝達し、スピーカ７から音を出力する。

この従来技術では、消音装置１４により、上記と同様に共鳴周波数の騒音を低減できる。そして、消音装置１４に設置されているスピーカ７から、配管からの騒音と同振幅逆位相の音波が出力されるが、この音波と騒音とが互いに打ち消し合う作用を及ぼすため、騒音が低減される。消音装置１４では、単一の周波数に対してのみ効果的であるのに対し、能動制御用のスピーカ７を付加した場合には、より広い周波数帯域に対して効果を発揮することができる。

さらに、特許文献３には、騒音発生対象を覆う防音箱の寸法を、発生音の波長の整数倍として、共鳴するようにするとともに、共鳴モードが現れる方向の天井または壁面に、音響共鳴モードに調整された吸音板を設置する技術が提案されている。

このような構成の防音装置を、図１２を参照して説明する。図中、１は騒音発生対象（変圧器）、１２は騒音発生対象を覆う防音構造、１１は防音構造１２の内部壁面または天井に設置される吸音板である。防音構造１２は、箱体であり、その高さ、幅、奥行きのいずれかの寸法が、発生騒音波長の整数倍となるように設計されている。そして、吸音板１１は、背面空気層１３を構成するように設置されている。

この従来技術では、防音構造１２の寸法が、発生騒音波長の整数倍の長さに設定されているため、防音構造１２の内部は、発生騒音の周波数で共鳴し、共鳴モードの節腹が現れる。共鳴モードが現れる方向では、壁面もしくは天井において音響モードの腹となることが知られているが、この壁面または天井部分には、吸音板１１が設置されている。そして、この吸音板１１は共鳴モードの周波数に調整されているため、共鳴効果により共鳴モードの騒音は効率よく吸音される。したがって、防音構造１２の内部の音が効率よく低減され、防音構造１２よりも外へ放射される音が低減する。

特開平８−１８５１８９号公報 特開平１１−１１９７８４号公報 特開２００２−７３０３４号公報

しかしながら、上記のような従来技術には、次のような改善すべき点があった。まず、既設の変電所へ防音構造を追加する方策では、防音建屋や防音タンクのような大掛かりなものを後から設置することが困難なため、簡易な防音構造の設置しかできない場合がある。また、新設の場合であっても、従来のような重厚な防音構造の設置は、設置スペースやコストの節約の要請等から、年々困難となってきている。

特に、図９で示したような防音構造においては、１００Ｈｚや２００Ｈｚといった変圧器騒音の周波数帯域では、音響透過の質量則から明らかなように、遮音性能を効果的に高めるためには、重くて大きな構造物を必要とする。また、密閉された構造物の内部で発生する音は、壁面における反射の影響などにより定在波が生じ、防音構造内部の音圧が上昇する。そのため、防音構造の騒音低減性能が悪化する等の問題点がある。さらに、上記のような設置スペースやコスト面での理由等も相俟って、最近では、必要十分な騒音低減効果を得ることができる重く大きな防音構造を設置することは、困難になりつつある。

また、図１０のように構成された共鳴型消音装置では、周波数によりその構成や大きさが決定される。特に、変圧器騒音の周波数帯域では、効果が十分でない場合があることや、効果を得るためにはかなり大きな構成とする必要があり、狭いスペースなどには、設置できない場合がある。また、共鳴型消音装置では、対象周波数に共鳴するように調整する必要があるが、この調整が非常に難しく、十分な性能を得られない。

図１１のように構成された能動型消音装置においては、共鳴型消音装置に付加したスピーカが、対象となる騒音と逆位相の音を放射する構成としているので、基本的には共鳴型消音装置と能動消音システムをそれぞれ独立に設置した構成と大きな変わりはない。このため、上記のような共鳴型消音装置の問題点はそのままであり、対象周波数において消音装置の性能を十分に得られない可能性がある。

また、図１１の従来技術では、共鳴型の消音装置に加えて、能動型の消音機能を付加していることから、本構成の消音装置は広い周波数帯域に対しての低減効果が期待できる。しかし、その半面、スピーカやマイクロフォンといった構成要素の数や配置位置といった、能動消音に重要なファクターが、単独で配置する場合と比較して制約条件が多い。このため、能動消音システムとしても、十分な効果が得られない可能性がある。

さらに、図１２に示された防音装置においては、図９に示す防音構造内部の定在波の特性を利用して、より大きな騒音低減効果を得る構成である。しかし、一般の共鳴型吸音装置と同様に、装置に設置される吸音体を対象周波数へ調整することが難しいために、十分な効果が期待できない。

また、防音構造自体を騒音波長の整数倍にする必要があるとともに、天井や壁面部に吸音体の背後層の空間が必要となるため、一般的な防音構造よりも大きな構成となることから、通常の防音構造よりもさらに大きさ的には設置困難となる可能性が大きい。

本発明は、上記の課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、消音装置の性能を向上させるとともに、防音構造と能動消音の相乗的な効果により、変圧器の騒音を効率的に低減可能な変圧器消音装置を提供することにある。

上記の問題点を解決するために、本発明は、変圧器の周囲に設けられた密閉型防音構造の内部に、共鳴型消音装置が少なくとも１つ設けられ、前記共鳴型消音装置は、前記密閉型防音構造の内部に空間部を形成するケーシングと、前記ケーシングに設けられ、前記密閉型防音構造内部に連通する開口部とを有し、前記空間部には、インピーダンス調整用のスピーカが設けられ、前記開口部には、薄膜が設けられていることを有することを特徴とする。

以上のような本発明では、共鳴型消音装置の開口部に設けられた薄膜によって、開口部の流れ抵抗を大きくすることができるので、消音性能を高めることができるとともに、スピーカによるインピーダンス調整を行うことにより、効率的な消音が可能となる。そして、密閉型防音構造の内部の騒音を吸音することにより音圧上昇を防止できるため、防音構造単独の場合よりも、騒音低減効果が高まる。

以上説明したように、本発明によれば消音装置の性能を向上させるとともに、防音構造と能動消音の相乗的な効果により、変圧器の騒音を効率的に低減可能な変圧器消音装置を提供できる。

本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態とする）を、図面を参照して、具体的に説明する。

［第１の実施形態］
［構成］
まず、第１の実施形態の構成を、図１及び図２を参照して説明する。図１において、１は変圧器本体、１２は変圧器周囲に設置される密閉型の防音構造である。また、防音構造１２の内部には、消音装置１４が設置されている。この消音装置１４は、図２に示すように、ある一定の体積を有する空間部８を確保するケーシング１０と、ケーシング１０と防音構造１２とを連通する開口部９、および開口部９に付加される薄膜２１により構成されている。

また、このケーシング１０にはスピーカ７が設置されている。スピーカ７は、ケーシング１０内部の音響インピーダンスを調整する音を出力するように、信号処理装置(図示せず）に接続されている。なお、マイクロフォン等の音検知用センサからの信号に基づいて、自動的に音響インピーダンスを調整できる構成としてもよい。

［作用効果］
以上のような本実施形態の作用効果は、以下の通りである。
［防音構造による作用効果］
まず、変圧器本体１から放射された騒音は、周囲に設置された防音構造１２を透過して外部へ伝達される。但し、この騒音は、防音構造の透過損失により低減される。

［消音装置による作用効果］
ケーシングによる一定の体積の空間と開口とによって形成される共鳴型消音装置の原理は、開口部分の媒質が見かけ上の質量、空間部分の体積が見かけ上のばねに相当し、このばね質量系の周波数と音の周波数が一致すると、ばね質量系が共振し、音のエネルギーを摩擦による熱エネルギーに変換して音のエネルギーを吸収することにより、音を低減する。そして、流れ抵抗が増加すると、ばね質量系の減衰が大きくなるので、音のエネルギーをより効率よく吸収することができる。

本実施形態の防音構造１２の内部に設置された消音装置１４は、基本的には、上記の共鳴型消音装置の構造であるので、ケーシング１０の空間部８の体積と開口部９の形状により、低減する周波数が決定される。さらに、開口部９に設置された薄膜２１は、流れ抵抗の増加に寄与するため、効率のよい消音が実現できる。

［スピーカによる作用効果］
また、通常の共鳴型消音装置は、空洞および開口の寸法で共鳴周波数が決定されるため、対象とする周波数への調整が困難であった。しかし、本実施形態では、ケーシング１０に、消音装置１４の音響インピーダンス調整用のスピーカ７が設置されている。したがって、スピーカ７からの出力音によって、消音装置１４の音響インピーダンスを調整することにより、共鳴周波数への調整が容易になるとともに、消音装置１４の寸法をある程度自由に設定することが可能となる。このように、周波数の微調整が可能となるので、効果的な消音装置を容易に実現できる。

［相乗効果］
さらに、密閉された防音構造１２の内部では、騒音は壁面での反射等により定在波が生じ、音圧が上昇する。本実施形態においては、消音装置１４は防音構造１２内部の騒音を吸音することにより音圧上昇を防止するために、防音構造１２を単独で適用する場合よりも、騒音低減効果を高めることができる。

［第２の実施形態］
［構成］
本発明の第２の実施形態を、図３を参照して説明する。本実施形態は、基本的には、上記の第２の実施形態と同様の構成である。但し、図３に示すように、消音装置１４の開口部９に設置される薄膜２１が、多重構成となっていることに特徴を有している。

［作用効果］
以上のような本実施形態によれば、薄膜２１を１枚とした場合よりも、開口部９における流れ抵抗を、さらに大きくすることができる。このため、消音装置１４の消音効率が上昇する。したがって、より効果的な変圧器消音装置を実現することができる。

［第３の実施形態］
［構成］
本発明の第３の実施形態を、図４を参照して説明する。すなわち、本実施形態は、基本的には、上記の第１の実施形態と同様の構成である。但し、図４に示すように、消音装置１４の開口部９に設置される薄膜２１に対して、質量を付加した構成という特徴を有している。本実施形態では、質量の付加に、おもり２２を用いている。

［作用効果］
以上のような本実施形態によれば、薄膜２１におけるおもり２２が、開口部９の見かけ上の質量を増加させる。したがって、薄膜２１の抵抗の効果とともに、おもり２２の質量効果により、消音装置１４の体積をより小さくすることが可能となる。これを詳説すると、次の通りである。

共鳴型の消音装置１４の原理は、上述のように、開口部９の媒質は質量を持った一つの塊とみなすことができ、空間部８の体積はばねとして作用するので、これらは１つの振動系と考えることができ、この系の共鳴周波数の音があたると、質量相当の開口部９の媒質が激しく振動し、熱エネルギーに変換されることにより音が吸音される。この系の共鳴周波数は空間部８のばねと、開口部９の質量で決定されるので、開口部９の見かけ上の質量を変化させることにより、共鳴周波数を変化させることができる。本実施形態では、おもり２２により、開口部９の質量を増加させることにより、所望の周波数の吸音効果を高めることができる。

また、空間部８の体積が小さくなると、この体積により決まるばね定数は大きくなることから、共鳴周波数が同一の場合には、開口部９の質量を大きくすることにより、空間部８の体積を小さく抑えることができる。したがって、開口部９におもり２２を用いて質量を増大させる一方で、空間部８の小さなケーシング１０を用いることで、全体として小型の消音装置１４を実現できる。

［第４の実施形態］
［構成］
本発明の第４の実施形態を、図５を参照して説明する。すなわち、本実施形態は、基本的には、第１の実施形態と同様の構成を有している。但し、本実施形態においては、図５（ａ）に示すように、共鳴型の消音装置１４を、防音構造１２の内部に生じる定在波の腹の位置（図５（ｂ）参照）に設置した構成としていることを特徴とする。

［作用効果］
以上のような本実施形態の作用効果は、以下の通りである。すなわち。共鳴型の消音装置１４は、低減対象となる音と共鳴させることによって音を低減するものである。このため、音圧の大きくなる定在波の腹の位置に設置することにより、最も効果的に音圧を低減することができる。したがって、本実施形態では、防音構造１２の内部に生じる定在波を均一化し、音圧上昇を防止可能となるため、より効果的な変圧器消音装置を実現できる。

［第５の実施形態］
［構成］
本発明の第５の実施形態を、図６を参照して説明する。本実施形態は、基本的には、第１の実施形態と同様の構成を有している。但し、共鳴型の消音装置１４を、防音構造１２のコーナー部に設置した構成としていることを特徴とする。

［作用効果］
以上のような本実施形態の作用効果は、次の通りである。すなわち、反射による定在波の発生しやすいコーナー部に、消音装置１４が設置されているので、定在波の発生を効率よく防止し、音圧の上昇を防ぐことができる。

［第６の実施形態］
［構成］
本発明の第６の実施形態を、図７及び図８を参照して説明する。本実施形態においては、上記の実施形態と同様に、１は変圧器本体を覆う密閉型の防音構造１２の内部には、空間部８を確保するケーシング１０、開口部９、スピーカ７を有する消音装置１５が設置されている。

但し、本実施形態では、音検知用センサ３および信号処理装置１６が設置されている。この音検知用センサ３は、消音装置１５の空間部８の内外に設置されており、空間部８の内外の音を測定する手段である。信号処理装置１６は、空間部８の内部の音と、空間部８の外部の音とが共鳴するように、音検知用センサ３からの信号を処理し、スピーカ７から音を出力することにより、音響インピーダンスを調整する手段である。

具体的には、信号処理装置１６は、音検知用センサ３により検知される信号に基づいて、空間部８の内外の音の周波数、音圧等を検出する検出部１６１、音圧検出部１６１により検出された周波数、音圧等に基づいて、空間部８の内部音と外部音とが共鳴するように、出力信号を生成する信号生成部１６２とを有している。

［作用効果］
以上のような本実施形態の作用を説明する。すなわち、上述のように、消音装置１５は、基本的には共鳴型消音装置の構造であり、ケーシング１０により構成された空間部８と開口部９の形状により、共鳴周波数が決定される。そして、ケーシング１０に設置されたスピーカ７により、消音装置１５の音響インピーダンスを調整することが可能であるため、上記の実施形態と同様に、従来の共鳴型消音装置では困難であった対象周波数への調整が容易となる。

また、開口部９の内外に設置された音検知用センサ３に基づいて、信号処理装置１６が、内部音と外部音とが共鳴するように、出力信号を生成してスピーカ７から出力することができるため、周囲音の音圧の変化に対して、スピーカ７から出力される音が最適となるように自動的に調整される。このため、より効果的かつ効率的に騒音低減が可能な消音装置を実現できる。

[他の実施形態]
本発明は上記のような実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の第３の実施形態では、薄膜におもりを付加する構成をとっていたが、これには限定されない。薄膜部分の質量を増加させることができれば、どのような構成であってもよい。例えば、薄膜の面密度を増加させるような構成としてもよい。

また、共鳴型消音装置の設置台数については、上記の実施形態で例示した数には限定されない。例えば、第４の実施の形態において、定在波の腹の位置すべてに設置する必要はなく、騒音低減に効果がある配置とすれば、特に台数を制限する必要はない。

また、第５の実施形態においては、コーナー部すべてに共鳴型消音装置を設置しており、これが望ましい。しかし、密閉型防音構造の構成などを考慮して、騒音低減に最も効果があるように設置すればよいため、必ずしもコーナー部すべてに設置する必要はない。

また、共鳴型消音装置の空洞内部に、グラスウールなどのの吸音材料を挿入すると、騒音低減効果が大きくなることが知られている。このため、上記の実施形態において、かかる構成を採用してもよい。さらに、共鳴型消音装置に設置されるスピーカ台数に関しても、騒音低減上効果があるのであれば、図中に例示された台数である必要はなく、１台でも構わないし、２台以上でも構わない。

また、上記の第１〜５の実施形態に対して、第６の実施形態における音響インピーダンス調整用のスピーカ、音検知用センサ及び信号処理装置を設置してもよい。このような構成とすることにより、共鳴型消音装置が周囲の音圧変化に対して対応可能となるとともに、薄膜の抵抗の効果および密閉型防音構造内部の音圧上昇が防止できるため、より一層効果的で効率的な変圧器消音装置を実現できる。

本発明の変圧器消音装置の第１の実施形態を示す簡略構成図 図１の実施形態の消音装置を示す簡略構成図 本発明の変圧器消音装置の第２の実施形態を示す簡略構成図 本発明の変圧器消音装置の第３の実施形態を示す簡略構成図 本発明の変圧器消音装置の第４の実施形態を示す簡略構成図（ａ）、音響モードの分布図（ｂ） 本発明の変圧器消音装置の第５の実施形態を示す簡略構成図 本発明の変圧器消音装置の第６の実施形態を示す簡略構成図 図７の実施形態を示す簡略構成図 従来の密閉型防音構造の一例を示す簡略構成図 従来の共鳴型消音装置の一例を示す簡略構成図 従来の能動型消音装置の一例を示す簡略構成図 従来の密閉型防音構造の一例を示す簡略構成図

符号の説明

１…変圧器本体
２…配管
３…音検知用センサ
４…誤差センサ
５…消音信号発生装置
７…スピーカ
８…空間部
９…開口部（穴）
１０…ケーシング
１１…吸音板
１２…防音構造
１３…背面空気層
１４，１５…消音装置
１６…信号処理装置
２１…薄膜
２２…おもり
１６１…検出部
１６２…信号生成部

Claims (6)

1. 変圧器の周囲に設けられた密閉型防音構造の内部に、共鳴型消音装置が少なくとも１つ設けられ、
   前記共鳴型消音装置は、前記密閉型防音構造の内部に空間部を形成するケーシングと、前記ケーシングに設けられ、前記密閉型防音構造内部に連通する開口部とを有し、
   前記空間部には、インピーダンス調整用のスピーカが設けられ、
   前記開口部には、薄膜が設けられていることを有することを特徴とする変圧器消音装置。
2. 前記薄膜は、多重に構成されていることを特徴とする請求項１記載の変圧器消音装置。
3. 前記薄膜は、おもりが付加され若しくは高面密度材料により形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の変圧器消音装置。
4. 前記共鳴型消音装置は、前記密閉型防音構造内部に生じる定在波の腹の位置に設置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の変圧器消音装置。
5. 前記共鳴型消音装置は、前記密閉型防音構造のコーナー部に設置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の変圧器消音装置。
6. 変圧器の周囲に設けられた密閉型防音構造の内部に、共鳴型消音装置が少なくとも１つ設けられ、
   前記共鳴型消音装置は、前記密閉型防音構造の内部に空間部を形成するケーシングと、前記ケーシングに設けられ、前記密閉型防音構造内部に連通する開口部とを有し、
   前記空間部には、インピーダンス調整用のスピーカが設けられ、
   音を検知するセンサと、前記センサにより検知された音に基づいて、前記スピーカに信号を出力する信号処理装置とを有することを特徴とする変圧器消音装置。

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