JP2011074914A

JP2011074914A - 消音構造

Info

Publication number: JP2011074914A
Application number: JP2010195514A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Kimura; 康正木村; Norio Yano; 宜男矢野; Hideyoshi Takagi; 秀剛高木
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2010-09-01
Publication date: 2011-04-14

Abstract

【課題】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。
【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の天然の小石であり、管１０の内側に収容されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、流路途中に設けられる消音構造に関する。

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、その全長を半波長とする音波に対して、高周波数帯域で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。

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、高温の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。

（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。

（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。

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。

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、岩石が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

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。

（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。

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。

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。

「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。

（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。

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。

「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。

（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。

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。

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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

（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。

特開平５−６１８４号公報

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。

（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。

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。

（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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

（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。

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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

（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、ＪＩＳＡ１４０５「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。

（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。

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。

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。

音圧レベルＳＰＬについては、次の式に従って計算した。
ＳＰＬ＝２０ｌｏｇ_１０（Ｐ１／Ｐｏ）式（１）
ＳＰＬ：音圧レベル［ｄＢ］
Ｐ１：測定対象音の音圧［Ｎ／ｍ^２］
Ｐｏ：基準音圧（２×１０^-５Ｎ／ｍ^２）

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。

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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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）

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。

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）。

（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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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）。

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。

（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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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ｆ_０＝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。

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。

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ｆ_０は、ｆ_０＝Ｃ／（２×ｄ）（Ｃ：音速、ｄ：円筒管６０の内径）となる。

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。

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。

（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。

（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。

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ｆ_０は、ｆ_０＝Ｃ／（２×Ｌ２）（Ｃ：音速）となる。

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。

（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。

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。

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。

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や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。

１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

Claims

流体の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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。