JP2015124721A - 消音器及びこれを有する消音装置 - Google Patents

Abstract

【課題】音波の減衰効果をより好適に得ることができる消音器及びこれを有する消音装置を提供する。【解決手段】気体が流れる管路の壁面に設置される消音器である。消音器は、管路の内面に露出した正面と、正面に対面した底面と、正面と底面の間に配置され、正面と底面との間を塞ぐ側面と、を有し、正面は、気体の流れ方向の配列数が１個または２個であり、気体の流れ方向に直交する方向の配列数が１０個以上である複数の貫通孔が形成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、空気が流れる配管に設置される消音器及びこれを有する消音装置に関する。

圧縮機、過給機、蒸気タービン、ガスタービン等のガス（空気、排ガス）が流入して、回転軸に固定されている動翼、インペラを回転させる、または、回転する動翼、インペラによってガスを圧縮し掃気する回転機械がある。このような回転機械は、気体が流れることで音が発生する場合がある。この場合、音が発生する配管に吸音材を配置したり、音を減衰する消音器を設置したりする場合がある。

消音器としては、正面に貫通孔が形成された板状部材と、板状部材との間に空間を形成する部材とを有し、当該貫通孔を介して、ヘルムホルツ共鳴器の原理で騒音を減衰する消音器がある（特許文献１、２参照）。また、特許文献３には、ガスが流れる流路内に凹部や穴を形成することで、流路内に伝搬する音波を低減させる構造が記載されている。

特表２００４−５０９３１３号公報 特開２０１２−１５９２５９号公報 特表２００８−５３１８９９号公報

特許文献１や２のように、ガスが流れる流路に面した貫通孔を形成し、さらにその貫通孔に繋がった閉じられた空間を設けることで、流路内で発生する音波を低減することができる。しかしながら、特許文献１や２に記載の消音器は、減衰効果が不十分な場合がある。また、特許文献３に記載の装置のように、ガスが流れる経路に直接凹部を設ける場合、製造に手間がかかってしまう。

そこで、本発明は、音波の減衰効果をより好適に得ることができる消音器及びこれを有する消音装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明は、気体が流れる管路の壁面に設置される消音器であって、前記管路の内面に露出した正面と、前記正面に対面した底面と、前記正面と前記底面の間に配置され、前記正面と前記底面との間を塞ぐ側面と、を有し、前記正面は、前記気体の流れ方向の配列数が１個または２個であり、前記気体の流れ方向に直交する方向の配列数が１０個以上である複数の貫通孔が形成されていることを特徴とする。

また、前記正面は、前記貫通孔の前記気体の流れ方向に直交する方向の配列数が２０個以下であることが好ましい。

また、前記側面は、前記正面と一体の部材であることが好ましい。

また、前記正面に対して前記底面を移動させ、前記正面と前記底面との間の空間の容積を調整する調整機構をさらに有することが好ましい。

上記課題を解決するために本発明は、上記のいずれかに記載の複数の消音器と、前記複数の消音器が収納され、前記壁面に固定される保持部と、を有することを特徴とする。

また、前記保持部は、前記消音器を収納する凹部が、前記気体の流れに平行な方向に複数形成されていることが好ましい。

本発明によれば、音波の減衰効果をより好適に得ることができる。

図１は、消音装置を有する圧縮機ユニットの概略構成を示す模式図である。 図２は、消音装置の概略構成を示す断面図である。 図３は、消音装置をガスの流路側から見た正面図である。 図４は、消音装置の保持部の概略構成を示す斜視図である。 図５は、図３のＢ−Ｂ線断面図である。 図６は、消音器の概略構成を示す模式図である。 図７は、消音器の特性の一例を示すグラフである。 図８は、消音器の他の実施例の概略構成を示す模式図である。 図９は、消音器の他の実施例の概略構成を示す斜視図である。 図１０は、消音器の他の実施例の概略構成を示す断面図である。 図１１は、消音装置の他の実施例の概略構成を示す模式図である。 図１２は、消音装置の他の実施例の概略構成を示す断面図である。 図１３は、消音装置の他の実施例の概略構成を示す断面図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明について説明する。なお、以下の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、消音装置を有する圧縮機の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、圧縮機ユニット１は、圧縮機１０と圧縮機１０の回転軸１２を回転させる駆動源８と、を有する。駆動源８は、回転軸１２を回転させる各種機構を用いることができ、電動で回転軸を回転させるモータ、排ガスや燃焼ガス、蒸気が供給されることで動翼が回転し、回転軸を回転させるタービン等を用いることができる。

圧縮機１０は、遠心圧縮機であり、ケーシング１１と、回転軸１２と、軸受１３、１４と、インペラ１５と、給気ダクト１７と、排気ダクト２０と、消音装置３０と、を有する。ケーシング１１は、中空形状であり、基礎等の土台に固定されている。ケーシング１１は、内部に、回転軸１２と、軸受１３、１４と、インペラ１５とが、配置されている。ケーシング１１は、回転機械の固定部となる。またケーシング１１は、給気ダクト１７と、排気ダクト２０と、が接続され、給気ダクト１７と、排気ダクト２０と、が内部の中空部分と繋がっている。

回転軸１２は、ケーシング１１の内部に挿入されている。回転軸１２は、一方の端部がケーシング１１よりも外側に突出しており、駆動源８と接続されている。回転軸１２は、上述したように駆動源８によって回転される。軸受１３、１４は、ケーシング１１と回転軸１２との間に配置され、ケーシング１１に対して回転軸１２を回転自在な状態で支持している。軸受１３と軸受１４は、回転軸１２の軸方向においてインペラ１５を挟むように配置されている。

圧縮機１０は、インペラ（動翼）１５を複数有する。複数のインペラ（動翼）１５は、回転軸１２に固定され、回転軸１２とともに回転する。給気ダクト１７は、ケーシング１１の吸入口と連結されている。吸入口は、ケーシング１１の軸方向の一方の端部、本実施例では軸受１２側に配置されている。排気ダクト２０は、ケーシング１１の排気口と連結されている。排気口は、ケーシング１１の軸方向の他方の端部、本実施例では軸受１３側に配置されている。消音装置３０は、給気ダクト１７に設置されている。消音装置３０については、後述する。

圧縮機ユニット１は、駆動源８により回転軸１２が回転される。圧縮機１０は、回転軸１２が回転されると、回転軸１２と共にインペラ１５が回転する。圧縮機１０は、インペラ１５が回転すると、ガスＧが給気ダクト１７から吸入口を通してケーシング１１内に吸い込まれる。ケーシング１１内に吸い込まれたガスＧは、インペラ１５の羽根を通過する過程で昇圧され、生成された圧縮流体が排気口から排気ダクト２０に吐出される。このように圧縮機ユニット１は、インペラ１５を回転させることで、給気ダクト１７からガスＧを吸引し、圧縮した後、排気ダクト２０から排出する。圧縮機ユニット１で圧縮されたガスＧは、各種用途に利用される。

次に、図２から図７を用いて消音装置３０について説明する。図２は、消音装置の概略構成を示す断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図となる。図３は、消音装置をガスの流路側から見た正面図である。図４は、消音装置の保持部の概略構成を示す斜視図である。図５は、図３のＢ−Ｂ線断面図である。図６は、消音器の概略構成を示す模式図である。図７は、消音器の特性の一例を示すグラフである。

消音装置３０は、上述したように給気ダクト１７に設置され、給気ダクト１７をガスＧが流れることで生じる騒音を低減する。ここで、本実施例の給気ダクト１７は、図２に示すように、断面が矩形となる４つの面を有する角型の管路である。

消音装置３０は、給気ダクト１７の４つの面のそれぞれに消音ユニット３２が設置されている。給気ダクト１７は、消音ユニット３２が設けられている面に開口２２が形成されている。

消音ユニット３２は、給気ダクト１７の内面、つまりガスＧは流れる面に１面が露出している。消音ユニット３２は、保持部３４と、多数の消音器３６と、を有する。

保持部３４は、多数の消音器３６を保持し、かつ、給気ダクト１７の開口２２を塞ぐ部材であり、支持面４０と、枠４１と、仕切り板４２ａ、４２ｂと、フランジ４４と、を有する。支持面４０は、開口２２と略同じ大きさの板状の部材ある。枠４１は、支持面４０の開口２２側の面の周囲の全周を覆っている。これにより保持部３４は、支持面４０と枠４１と１面（開口２２側の面）が開放された箱となる。仕切り板４２ａは、支持面４０と枠４１とで囲われた空間に、ガスＧの流れ方向に沿って配置されている。仕切り板４２ａは、ガスＧの流れ方向に直交する方向に所定の間隔で、複数枚配置され、支持面４０と枠４１とで囲われた空間を、ガスＧの流れ方向に直交する方向において複数に分割している。仕切り板４２ｂは、支持面４０と枠４１とで囲われた空間に、ガスＧの流れ方向に直交する方向に沿って配置されている。仕切り板４２ｂは、ガスＧの流れ方向に所定の間隔で、複数枚配置され、支持面４０と枠４１とで囲われた空間を、ガスＧの流れ方向において複数に分割している。このように、保持部３４は、支持面４０と枠４１とで囲われた空間が、仕切り板４２ａと仕切り板４２ｂとで格子状に分割される。保持部３４は、格子状に分割された１つ１つの空間（隣接する仕切り板４２ａ（端部は、一方が枠４１）と、隣接する仕切り板４２ｂ（端部は、一方が枠４１）で囲われた空間）が、消音器３６を配置する凹部４３となる。フランジ４４は、枠４１の支持面４０とは反対側の端部（開口２２側の端部）に配置されている。フランジ４４は、枠４１の外側に延在している。保持部３４は、フランジ４４に締結部３８が設けられ、給気ダクト１７に固定されている。締結部３８としては、ねじとボルト等を用いることができる。なお、フランジ４４と給気ダクト１７との間は、ガスＧが漏れないようにシールすることが好ましい。シール機構としてはＯリング等をフランジ４４と給気ダクト１７との間に設けてもよいし、フランジ４４と給気ダクト１７とを溶接してもよい。なお、本実施例の保持部３４は、矩形形状としたが、形状はこれに限定されない。給気ダクト１７の周囲の構造によって設けられない部分がある場合、その部分を切り欠いた形状とすればよい。その場合、給気ダクト１７の開口２２も同様に形状を調整する。

消音器３６は、保持部３４の凹部４３のそれぞれに収納されている。つまり、消音器３６は、行列方向に多数配置されている。消音器３６は、図５及び図６に示すように、内部に空間が形成された箱形状であり、開口２２側の面で、ガスＧが流れる流路（給気ダクト１７の内面）に露出した正面５０と正面５０に対向する背面５２と正面５０と背面５２との間に配置され、背面５２と正面５０との周囲を覆う側面５４とを有する。消音器３６は、正面５０と側面５４が一体であり、背面５２が、側面５４に溶接等で固定されている。また、正面５０と背面５２とは、距離Ｌ離れている。また、消音器３６は、側面５４または正面５０と仕切り板４２ａ、４２ｂとが溶接されることで、保持部３４に固定される。また、消音器３６は、ガスＧの流れ方向が正面５０の短手方向となり、ガスＧの流れ方向に直交する方向が正面５０の長手方向となる向きで配置されている。

消音器３６は、図５及び図６に示すように正面５０に複数の貫通孔６０が形成されている。貫通孔６０は、ガスＧの流れ方向の配列数が２個であり、ガスＧの流れ方向に直交する方向の配列数が１０個以上となる。消音器３６は、貫通孔６０が形成されることで、正面５０と背面５２と側面５４とで囲われた内部の空間とガスＧが流れる空間とがつながった状態となる。

消音器３６及び消音装置３０は、ガスＧの流れ方向の貫通孔６０の配列数を２個とすることで、静圧差による循環を抑制することができ、貫通孔６０でのガスＧの吸込み現象や吹き出し現象を回避でき、流れの状況によらず音波の減衰効果を維持可能となる。つまり、ガスＧの流れ方向に多数の貫通孔６０を設けると、貫通孔６０の位置によって、予期しないガスの吸込み現象や吹き出し現象が発生し、騒音の低減効果が低減する場合があるが、消音器３６及び消音装置３０は、ガスＧの流れ方向の貫通孔６０の配列数を２個とすることで、消音器３６内及び正面５０の近傍でも流れ方向のガスＧの挙動を安定させることができる。これにより、騒音の低減効果を高くすることができる。

また、消音装置３０は、同じ形状の多数の消音器３６を組み合わせた構成であるため、組み立てが簡単となる。また、消音器３６は簡単な構造であるため、製造が簡単となる。これにより、作業者の負担を少なくし、製造コスト、組み立てコストを低くすることができる。

また、消音器３６は、正面５０に対して背面５２を別部材とし、溶接等で固定する構造とすることで、正面５０と背面５２との距離Ｌを任意の位置に調整することができる。これにより、背面５２の位置を調整することで、消音器３６の周波数特性を調整可能することができる。つまり、図７に示す吸音率が高くなる周波数を所望の位置とすることができる。これにより、消音器３６は、設置する機器の特性に合わせて、低減する音の周波数を調整することができる。これにより、消音装置３０で低減する音を任意に調整することができ、より適切に騒音を低減することができる。また、消音装置３０は、距離Ｌが異なる消音器３６を組み合わせて保持部３４に配置してもよい。

図８は、消音器の他の実施例の概略構成を示す模式図である。ここで、上記実施例で、ガスＧの流れ方向における貫通孔６０の配列個数を２個としたが、これに限定されない。図８に示す消音器３６ａは、正面５０ａのガスＧの流れ方向における貫通孔６０の配列個数が１個となる。消音器３６ａは。ガスＧの流れ方向における貫通孔６０を１個としても、上記と同様の効果を得ることができる。

また、消音器は、ガスＧの流れ方向に直交する方向の貫通孔の配列数は、特に限定されないが、１０個以上２０個以下であることが好ましい。これにより、消音器のアスペクト比が極端になることを抑制でき、製造しやすくでき、かつ、組み立ても簡単にすることができる。

また、貫通孔６０の形状は、特に限定されず内部に突起があってもよいし、正面５０に対して傾斜していてもよい。

図９は、消音器の他の実施例の概略構成を示す斜視図である。図１０は、消音器の他の実施例の概略構成を示す断面図である。消音器３６ｂは、内部に空間が形成された箱形状であり、開口２２側の面で、ガスＧが流れる流路（給気ダクト１７の内面）に露出した正面５０と正面５０に対向する背面５２ａと正面５０と背面５２ａとの間に配置され、背面５２と正面５０との周囲を覆う側面５４とを有する。さらに、消音器３６ｂは、正面５０に対する背面５２ａの位置を調整する調整機構８０を有する。

調整機構８０は、ボルト８２と、支持ナット８４と、ねじ溝８６と、レール８８と、切欠き８９と、を有する。ボルト８２は、ねじ溝が形成された棒状部材であり、支持ナット８４に固定され、ねじ溝８６に挿入されている。支持ナット８４は、正面５０の背面５２ａ側の面に固定されている。支持ナット８４は、ボルト８２が回転してもボルト８２の軸方向の位置が移動しない状態で、ボルト８２を回転自在に支持している。ねじ溝８６は、背面５２ａに形成されており、ボルト８２が挿入されている。本実施形態のボルト８２、支持ナット８４、ねじ溝８６は、ガスＧの流れ方向に直交する向きに２つに配置されている。レール８８は、正面５０、背面５２ａに直交する向きに延在しており、側面５４の内側の面に配置されている。レール８８は、背面５２ａに形成された切欠き８９とかみ合っている。

調整機構８０は、ボルト８２を回転させることで、ねじ溝８６が形成された背面５２ａがレール８８に沿って矢印方向に移動する。これにより、正面５０と背面５２ａとの距離を任意の距離に調整することができる。

消音器３６ｂは、調整機構８０を設けることで、正面５０と背面５２ａとの距離を調整しやすくすることができる。また、ボルト８２を回転させることで、距離が調整される機構であるため、位置を調整後、背面５２ａと側面５４を溶接する場合も正面５０と背面５２ａとの距離が所望の位置からずれることを抑制できる。これにより、正面５０と背面５２ａとの距離をより正確に設定することができる。

ここで、上記実施例の消音装置は、給気ダクト１７の全面に設けたがこれに限定されず、給気ダクト１７の一部の面のみに設けてもよい。また、上記実施例の消音装置のように保持部３４を設ける場合、保持部３４の保持面を背面としてもよい。

また、消音装置は、給気ダクト１７からのガスＧの漏れを簡単な工事で防ぐことができるため、保持部３４を設けることが好ましいが、これに限定されない。図１１は、消音装置の他の実施例の概略構成を示す模式図である。図１１に示す消音装置３０ａは、消音器３６と消音器３６との接触面に溶接部９０を設け、溶接により密閉した構造とし、消音器３６を直接給気ダクト１７ａの開口に固定している。このように、枠と保持面を備える保持部を設けず、消音器３６の背面と溶接部９０との組み合わせが給気ダクト１７ａに対して消音装置を固定する保持部となるようにしてもよい。

図１２は、消音装置の他の実施例の概略構成を示す断面図である。図１２に示す消音装置３０ｂは、給気ダクト１７に設けられた凹部９２に複数の消音器３６が配置されている。つまり、消音装置３０ｂは、給気ダクト１７の壁面が保持部となる。

また、上記実施例は、断面が矩形となる給気ダクトに消音装置を設けた場合として説明したがこれに限定されない。図１３は、消音装置の他の実施例の概略構成を示す断面図である。図１３に示す給気ダクト１７ｃは、断面が円形となる形状である。消音装置３０ｃは、複数の消音ユニット３２ｃを有する。消音ユニット３２ｃは、給気ダクト１７ｃの周方向の一定角度範囲に配置されている。また、複数の消音ユニット３２ｃは、周方向に隣接している。それぞれの消音ユニット３２ｃは、支持面が円弧で形成された保持部３４ｃと、正面、背面が円弧で形成された多数の消音器３６ｃと、を有する。このように、給気ダクト１７ｃが円形の場合も保持部３４ｃと消音器３６ｃをダクトに合わせた形状とすることで同様の効果を得ることができる。

なお、本実施例では、給気ダクトに設けた場合として説明したが排気ダクトに設けてもよいし、その他、ガスが流れる各種通路の壁面に設けることができる。

１ 圧縮機ユニット
８ 駆動源
１０ 圧縮機
１１ ケーシング
１２ 回転軸
１３、１４ 軸受
１５ インペラ
１７ 給気ダクト
２０ 排気ダクト
２２ 開口
３０ 消音装置
３２ 消音ユニット
３４ 保持部
３６ 消音器
３８ 締結部
４０ 支持面
４１ 枠
４２ａ、４２ｂ 仕切り板
４３ 凹部
４４ フランジ
５０ 正面
５２ 背面
５４ 側面
６０ 貫通孔
８０ 調整機構
８２ ボルト
８４ 支持ナット
８６ ねじ溝
８８ レール
９０ 溶接部
９２ 凹部

Claims (6)

1. 気体が流れる管路の壁面に設置される消音器であって、
   前記管路の内面に露出した正面と、
   前記正面に対面した底面と、
   前記正面と前記底面の間に配置され、前記正面と前記底面との間を塞ぐ側面と、を有し、
   前記正面は、前記気体の流れ方向の配列数が１個または２個であり、前記気体の流れ方向に直交する方向の配列数が１０個以上である複数の貫通孔が形成されていることを特徴とする消音器。
2. 前記正面は、前記貫通孔の前記気体の流れ方向に直交する方向の配列数が２０個以下であることを特徴とする請求項１に記載の消音器。
3. 前記側面は、前記正面と一体の部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の消音器。
4. 前記正面に対して前記底面を移動させ、前記正面と前記底面との間の空間の容積を調整する調整機構をさらに有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の消音器。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の複数の消音器と、
   前記複数の消音器が収納され、前記壁面に固定される保持部と、を有することを特徴とする消音装置。
6. 前記保持部は、前記消音器を収納する凹部が、前記気体の流れに平行な方向に複数形成されている請求項５に記載の消音装置。

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