JP3540697B2

JP3540697B2 - サイレンサー

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Publication number: JP3540697B2
Application number: JP35228399A
Authority: JP
Inventors: 雅幸川見; 四郎関; 精三柴田; 正治西村; 智深津; 慶三大西
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2019-12-10
Also published as: JP2001164922A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば火力発電所の排気ダクトやファンの出入口などに設けられるものであって、減音効果が高く、かつ軽量なサイレンサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１８は、従来におけるスプリッタ型サイレンサーの一例を示す斜視図である。図１９は、図１８に示した吸音パネルを示す斜視図である。このスプリッタ型サイレンサー９００は、外枠９０１内に複数の吸音パネル９０２を所定間隔で配置した構成である。各吸音パネル９０２の吸入側には、縁部に沿って整流板９０３が設けられている。この吸音パネル９０２は、「目」字状の支持フレーム９０４の左右側にセラミックなどの吸音体９０５を張り合わせた構造であり、その内部に吸音のための空気層を形成している。また、吸音体９０５は、セラミック粒子を焼結形成したか或いは押し固めて形成したセラミック板やグラスウールなどの不定形の吸音材からなり、その連続気孔により吸音効果を得ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のスプリッタ型サイレンサー９００は、吸音パネル９０５をスプリッタ状に配列した構成であるから、侵入する音に対して２面で吸音を行うことになり、減音効果が低くなるという問題点があった。また、吸音体９０５を支持する支持フレーム９０４の重量比が高いため、吸音パネル９０２が重くなり、ひいてはサイレンサー９００の重量増加を招くという問題点があった。このように吸音パネル９０２の重量が増加すると、サイレンサー９００の組み立て時や移動設置時において取り扱い難くなってしまうなどの悪影響が生じる。
【０００４】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、減音効果が高く、軽量なサイレンサーを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１にかかるサイレンサーは、骨組構造をしたフレームに連続気孔を有する複数のセラミック板などの吸音性材料で構成した板または当該板をパイプ状にしたものを伝播方向に抜取可能に挿入して拘束することで多面の内面を有する複数のセル構造を形成し、特定のセルに蓋部材を設けて内部に空気層を有する吸音構造にしてなるサイレンサーであって、前記吸音構造内であって前記伝播を遮る方向に仕切板を設けてなると共に、該仕切板がセル内に対角線上に配置されてなることを特徴とする。
【０００６】
骨組構造のフレームにセラミック板などを伝播方向に挿入することで、複数のセルを形成する。このセルは、前記セラミック板により構成されているから、多面吸音構造となる。そして、特定のセルに蓋部材（たとえば、整流板）を設けることで当該セル内にて吸音を行う。セル内に侵入した音は、セラミック板の連続気孔を通過して前記セル内部の空気層に拡散し、ここで減音される。なお、吸音性の材料としては、セラミック板の他にグラスウールをパンチングメタルで挟んだ構成の板などを用いることができる。また、セラミック板を用いる場合において、使用によりセラミック板が汚れたときは、当該セラミック板をフレームから抜き取って洗浄する。このサイレンサーは、多面吸音構造とすることにより従来のスプリッタ型のサイレンサーに比べて吸音面積を大きくできるから、優れた減音効果を有する。また、骨組構造のフレームにセラミック板などの吸音性材料で構成した板を挿入することでセルを形成するようにしたから、サイレンサーを軽量化することができる。
【０００７】
また、連続気孔を通じて吸音構造のセル内に侵入した音は、仕切板により伝播が遮られ、当該セル内にて吸音される。これにより、伝播してきた音をより減衰することができるようになる。仕切板は、単数でも複数であってもよい。
【０００８】
また、請求項２にかかるサイレンサーは、上記サイレンサーにおいて、さらに、前記吸音構造となるセル内に、グラスウール、ロックウールその他の不定形の吸音材を入れるか、または前記セラミック板を前記不定形の吸音材を挟んでクラッド構造にしたものである。
【０００９】
このように、不定形の吸音材であるグラスウールをセル内に入れることにより、さらなる吸音効果を得ることができる。また、グラスウールなどを前記セラミック板で挟んだ構造にすれば、連続気孔を通過した音が間のグラスウールで減音される。このため、セル内に拡散する音が小さくなって、吸音効果がより向上する。
【００１０】
また、請求項３にかかるサイレンサーは、空気層の幅が異なる上記サイレンサーを、所定間隔をもって直列配置したものである。このように、サイレンサーの間に空間を設けることで、低域騒音の減音性能を改善することができる。所定間隔は、たとえば改善対象とする低域騒音の１／４波長程度とする。また、吸音する周波数帯域は、セル内の空気層の幅により異なる。このため、異なる周波数帯域の騒音を減衰させるには、セル内の空気層の幅が異なるサイレンサーを直列配置するようにすればよい。具体的には、空気層の幅を広くすることで低域の騒音を減衰でき、狭くすることで高域の騒音を減衰できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかるサイレンサーの実施の形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかるサイレンサーモジュールを示す斜視図である。図２は、セルモジュールを示す斜視図である。図３は、サイレンサーモジュールのフレームを示す斜視図である。
【００１３】
このサイレンサーモジュール１００は、立方格子状の骨材１と、当該骨材１の両側に設けた斜め格子状の骨材２とから基本的なフレーム３を形成し、このフレーム３内に複数のセルモジュール４を格子状に形成した構成である。セルモジュール４は、棒状の支持型材５を４角に配置し、その両端を前記斜め格子状の骨材２に固定した構造である。また、図４に示すように、支持型材５は、断面十字形状でありその端部にはセラミック板６を嵌め込む溝部７が形成されている。また、中心軸には軸穴８が設けられており、当該軸穴８にて支持型材５を骨材２に固定するようにしている。
【００１４】
セラミック板６には、たとえばアルミナ系セラミックの微粒子を高温焼結して形成したものを用いる。また、骨材１，２および支持型材５は、鉄製あるいはアルミニウム製である。また、当該セラミック板６に代えて、セラミック板によりグラスウールやロックウールなどを挟んだクラッド型のセラミック板を用いるようにしてもよい（図示省略）。クラッド型のセラミック板を用いることにより、減音特性をより向上させることが可能になる。
【００１５】
また、セラミック板６で形成された格子状のセル１０には、千鳥模様になるようにその上流側端部にピラミッド形の整流板１１が取り付けてあり、その一方、下流側端部にはシールプレート１２が取り付けてある。これにより、吸音のための空気層が前記セル内部に形成される。なお、前記整流板１１は、流線形状であってもよい。さらに、シールプレート１２に代えて整流板１１を取り付けるようにしてもよい。また、当該セル内部には、音の伝播方向に内部空間を仕切る縦仕切板１３（図５の（ａ）参照）が取りつけてある。この縦仕切板１３によりセル１０の内部空間が４つに分割される。
【００１６】
また、図５の（ｂ）に示すように、音の伝播を遮る方向に横仕切板１４を設けるようにしてもよい。さらに、図５の（ｃ）に示すように、この縦仕切板１３と横仕切板１４とで区分けした空間にグラスウール１５やロックウールなどの吸音材を詰めるようにしてもよい。また、縦仕切板１３のみで形成する空間にグラスウール１５を詰めるようにしてもよい（図示省略）。なお、この仕切板の形状は、単なる平板状に限定されない。たとえばスリットを有するものや、波形状のもの、多数のパンチ穴を有するもの、フィン形状にしたものなど各種形状のものを用いることができる。
【００１７】
図６は、上記サイレンサーモジュールの組立過程を示す説明図である。まず、同図（ａ）に示すように、立方格子状の骨材１と斜め格子状の骨材２とを組み合わせ、さらに複数の支持型材５を斜め格子状の骨材２によりその両端を固定して組み、ジャングルジム状のフレーム３を製作する。つぎに同図（ｂ）に示すように、縦仕切板１３を支持型材５の谷部分５ａに係合させることにより（同図（ｃ）参照）、フレーム３内にて固定する。なお、図５の（ｂ）に示した横仕切板１４を有するものを取りつけることもできる。
【００１８】
続いて、同図（ｄ）に示すように、支持型材５の溝部７にセラミック板６の両端を嵌め込むようにして、当該セラミック板６をフレーム３に挿入する。このセラミック板６は正方形をしており、吸音面となる一面に４枚のセラミック板６が挿入される（図２参照）。ただし、一枚板のセラミック板を製作して挿入するようにしてもよい。なお、前記セラミック板６の枚数は、必要な減音量により変更するようにする。また、セラミック板６と縦仕切板１４の組立順序は逆にしてもよい。
【００１９】
また、図５の（ｃ）に示した仕切板を用いる場合には、セラミック板６を挿入する前に、縦仕切板１３と横仕切板１４との間にグラスウール１５などを詰めるようにする。セラミック板６を挿入した後、縦仕切板１３を設けたセル１０の上流側端部に前記整流板１１を取り付ける（図５（ｅ）参照）。また、その下流側端部には、シールプレート１２を取り付ける（図１参照）。この整流板１１およびシールプレート１２によりセラミック板６をフレーム３内に拘束固定する。
【００２０】
図７および図８は、上記サイレンサーモジュールを連結して構成したサイレンサーを示す斜視図である。図７に示したサイレンサー５０は、上記サイレンサーモジュール１００を並列に三つ連結して構成したものである。図８に示したサイレンサー６０は、上記サイレンサーモジュール１００を直列に三つ連結して構成したものである。このように、サイレンサーモジュール１００は、当該サイレンサー５０、６０を適用するダクトの形状や、必要な消音能力により適宜その形態および連結個数を選択して構成する。なお、サイレンサーモジュール１００を複数連結してサイレンサー５０、６０を形成するが、場合によっては単一のサイレンサーモジュール１００によりサイレンサーを構成することもある。
【００２１】
図９は、上記サイレンサーをファンの出入口に装着した例を示す説明図である。このように、複数のサイレンサーモジュール１００を連結してサイレンサー７０、８０とし、ファンＧの吸気ダクトＧ１および排気ダクトＧ２に設置する。また、図示しないが、エンジンテスト設備のダクトや、ガスタービンのダクトなどにも適用することができる。
【００２２】
つぎに、このサイレンサーモジュール１００の動作について説明する。ガスと共に伝播した騒音は、整流板１１により整流されつつ当該整流板１１のないセル１０に侵入し、そのまま後方に通過する。この通過の際、セル１０内において４つの吸音面（６）に騒音が拡散し、セル内にて吸収消音される。これにより、サイレンサーモジュール１００の入口から出口の間で騒音が効果的に減音されることになる。また、セル内には対角線上に縦仕切板１３が配置されており、これにより内部空間が区切られているから、当該縦仕切板１３により音が入射方向とは異なる方向に反射して騒音が再び外に漏れにくいようにしている。
【００２３】
また、使用を継続することにより灰などがセラミック板６の表面に蓄積するから、定期的にメンテナンスを施す必要がある。この場合には、整流板１１を取り外してセラミック板６を支持型材５の溝部７に沿って抜き出せばよい。このセラミック板６は、そのまま洗浄可能である。また、耐水性があるから、洗浄時の水分によって吸音性能が劣化することはない。洗浄後のセラミック板６は、上記同様の要領で再びフレーム３に挿入して固定する。なお、セラミック板６を取り外さず、そのまま高圧洗浄水で洗い流すこともできる。その場合、セル内での水の侵入を防止するため、サイレンサーを縦配置しておくのが好ましい。
【００２４】
つぎに、この実施の形態１にかかるサイレンサーと上記従来型サイレンサーとを比較してみる。なお、実験に用いたサイレンサーの設計条件を、つぎの表１に示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
そして、この条件のもとで両者の減音性能を計測した。図１０は、それぞれの減音性能を示すグラフ図であり、その縦軸を騒音レベル（ｄＢ）、横軸を騒音スペクトル（Ｈｚ）とする。実験に用いた設備は、ファン１００％ＥＣＲとした。この結果、この発明のサイレンサーは、従来型サイレンサーの減音レベルに比べて、全帯域に渡って１０ｄＢ程度またはそれ以上の改善が見られた。また、原音に対しては、特に高域で３０ｄＢ程度の減音効果が得られた。
【００２７】
かかる実験結果から、まず、使用するセラミック板６の枚数はほぼ同じであるが、その列数は従来型サイレンサーの方が多くそれだけ全長が大きいにもかかわらず、本発明のサイレンサーの方が高い減音効果を得られることが判った。また、両者をほぼ同じ性能にする場合には、本発明のサイレンサーの全長は従来型サイレンサーに比べて短くて済むから、それだけコンパクトに設計できる。また、全長が短い分だけガスの流れに対する抵抗の増加を抑制できる。
【００２８】
また、上記表から判るとおり、セラミック板６の重量は変わらないものの本発明のサイレンサーではフレーム重量の低減に成功しており、総重量にして約４０％の削減を達成することができた。これにより、製作時や運搬時にも大型の重機械を必要とせず、小型の機械で据付可能であるから、全体として製造コストや時間および労力を削減することが可能になる。さらに、この結果から、セラミック以外の吸音材、たとえばグラスウールをパンチングメタルで挟んだものであっても、上記同様の効果が得られるものと考えられる。
【００２９】
つぎに、図５に示したように、縦仕切板１３のみの場合（同図（ａ））、さらに横仕切板１４を設けた場合（同図（ｂ））、横仕切板１４とグラスウール１５を設けた場合（同図（ｃ））の減音効果を実験した。この結果、横仕切板１４とグラスウール１５を設けた場合（同図（ｃ））が最も高く、つぎに横仕切板１４を設けた場合（同図（ｂ））が良い結果となった。特に横仕切板１４とグラスウール１５を設けた場合では、縦仕切板１３のみの場合と、縦仕切板１３および横仕切板１４を設けた場合とに比べ、中域において大きな減音効果が得られた。
【００３０】
（実施の形態２）
図１１は、この発明の実施の形態２にかかるサイレンサーモジュールを示す正面図である。このサイレンサーモジュール２００は、上記実施の形態１にかかるサイレンサーモジュール１００がセラミック板６をフレーム３に挿入する構成であるのに対し、セラミック板６を予め角パイプ状に形成しておき、この状態でフレーム３に挿入するようにしたものである。角パイプは、セラミック板６を接着することで形成しても、はじめから角パイプ状に形成するようにしてもよい。このため、角パイプ２０１を挿入できるように、前記支持型材２０２の断面形状は図１２に示すような十字形状となり、その谷部分２０３で角パイプ２０１の角部分を支持するようにしている。かかる構成であっても、格子状のセルを形成することが可能である。
【００３１】
また、セル１０の上流側端部には、整流板１１が設けられている。前記セラミック板６には上記実施の形態１と同様なものを用いる。また、角パイプ列は複数としてもよいし、はじめから一本の角パイプとして挿入するようにしてもよい。また、上記実施の形態１と同様にセル内に横仕切板を設けてもよいし、仕切板で区分けした空間にグラスウールを入れるようにしてもよい（図示省略）。この実施の形態２にかかるサイレンサーモジュール２００によっても、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
（実施の形態３）
図１３は、この発明の実施の形態３にかかるサイレンサーを示す斜視図である。この実施の形態３にかかるサイレンサー３００は、サイレンサーモジュール１００を、所定間隔Ｌをもって直列配置した構成である。このようにサイレンサーモジュール１００の中間に空間を設けることにより、低域騒音を低減することができる。サイレンサーモジュールの間隔Ｌは、改善対象とする騒音の１／４波長分程度とする。波長の腹がちょうど吸音部分に位置するようになるので、減音効果が高まるからである。また、サイレンサーモジュールを三つ以上用いた場合でも、その間の複数の空間を前記同様に利用することができ、当該複数の空間の長さ（サイレンサーモジュールの間隔）を波長ごとに異なるように設定することも可能である。
【００３３】
また、前段のサイレンサーモジュール１００の空気層の幅と、後段のサイレンサーモジュール１００の空気層の幅とを変えることにより、減音可能な周波数帯域を広げることができる。たとえば空気層の幅を広くすることで低域の騒音を減音することができ、空気層の幅を狭くすることにより高域の騒音を減音することができる。また、セルの開口面積を変えることによってセル内の流速を調整することができるから、圧力損失の調整が可能になる。
【００３４】
（実施の形態４）
図１４は、この発明の実施の形態４にかかるサイレンサーモジュールを示す正面図である。このサイレンサーモジュール４００は、上記実施の形態１にかかるサイレンサーモジュール１００が断面四角形状であるのに対し、その断面を六角形状と三角形状との組み合わせ形状にした点が異なる。このサイレンサーモジュール４００は、立方格子状の骨材４０１と、当該骨材４０１の両側に設けたハニカム状の骨材４０２と、この骨材４０２により保持された後述の支持型材４０４とからフレーム４０３を構成する。図１５に示すように、支持型材４０４は、断面がＸ字形状になっており、その端部にはセラミック板４０５を嵌め込む溝部４０６が形成されている。また、骨材４０２（点線で示す）に対しては中央部の軸穴４０７によってその支持を得ている。
【００３５】
セラミック板４０５は、一枚ずつフレーム４０３に挿入して固定する。三角形状のセルの上流側端部には整流板４０８が設けられている。このセル内には縦仕切板４０９が通っており（図１５中、一点鎖線で示す）、必要により横仕切板やグラスウールなどの吸音材を設けるようにする（図示省略）。このような構成であっても、吸音面を３面以上にすることが可能であるから減音効率を向上させることができる。なお、本発明のサイレンサーモジュールは、多面構造であれば当該セル断面が六角形状の場合に限定されず、三角形状であってもよいし、七角以上の形状であってもよい。
【００３６】
（実施の形態５）
また、フレームの構造は、同じ四角形状のセルを形成する場合であっても実施の形態１とは異なる形状にすることができる。図１６は、この発明の実施の形態５にかかるサイレンサーモジュールのフレーム構造を示す斜視図である。図１７は、当該サイレンサーモジュールを示す斜視図である。この実施の形態５にかかるサイレンサーモジュール５００のフレーム５０１は、立方格子状の骨材５０２と、この骨材５０２の両側に取り付けた格子状の骨材５０３と、セラミック板を嵌め込む溝部を持つ十字形状の支持型材５０４とから構成されている。
【００３７】
このフレーム５０１の支持型材５０４間に複数のセラミック板５０５を挿入し、斜め格子状のセル５０６を形成する。そして特定のセル端部に整流板５０７およびシールプレート（図示省略）を取り付け、千鳥状の吸音構造を形成する。セラミック板５０５は、前記整流板５０７およびシールプレートにより拘束固定される。また、セル内には縦仕切板が設けられ、必要により横仕切板やグラスウールなどを設ける（図示省略）。かかる構成によっても騒音の吸音面を３面以上にできるため、減音効率を向上させることができる。なお、図１５に示したフレーム５０１の骨材５０２の各格子に対して千鳥状に整流板を取り付けるようにしてもよい（図示省略）。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にかかるサイレンサー（請求項１）では、骨組構造をしたフレームに連続気孔を有する複数のセラミック板などの吸音性材料で構成した板または当該板をパイプ状にしたものを伝播方向に抜取可能に挿入して拘束することで多面の内面を有する複数のセル構造を形成し、特定のセルに蓋部材を設けて内部に空気層を有する吸音構造にしてなるサイレンサーであって、前記吸音構造内であって前記伝播を遮る方向に仕切板を設けてなると共に、該仕切板がセル内に対角線上に配置されてなるので、減音効果を向上させると共に軽量化を図ることができる。
【００３９】
また、吸音構造内であって前記伝播を遮る方向に仕切板を設けたので、さらなる減音効果を得ることができる。
【００４０】
また、この発明にかかるサイレンサー（請求項２）では、前記吸音構造となるセル内に、グラスウール、ロックウールその他の不定形の吸音材を入れるか、または前記セラミック板を前記不定形の吸音材を挟んでクラッド構造にしたので、さらなる減音効果を得ることができる。
【００４１】
また、この発明にかかるサイレンサー（請求項３）では、空気層の幅が異なるサイレンサーを、所定間隔をもって直列配置するようにしたので、低域騒音の減音を効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１にかかるサイレンサーモジュールの構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示したセルモジュールの構成を示す斜視図である。
【図３】図１に示したサイレンサーモジュールのフレーム構成を示す斜視図である。
【図４】図１に示した支持型材を示す断面図である。
【図５】仕切板を示す斜視図である。
【図６】サイレンサーモジュールの組立過程を示す説明図である。
【図７】サイレンサーモジュールを連結して構成したサイレンサーの構成を示す斜視図である。
【図８】サイレンサーモジュールを連結して構成したサイレンサーを示す斜視図である。
【図９】サイレンサーをファンの出入口に装着した例を示す説明図である。
【図１０】従来型サイレンサーと本発明にかかるサイレンサーの減音性能を示すグラフである。
【図１１】この発明の実施の形態２にかかるサイレンサーモジュールを示す正面図である。
【図１２】支持型材の断面形状を示す説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態３にかかるサイレンサーの構成を示す斜視図である。
【図１４】この発明の実施の形態４にかかるサイレンサーモジュールの構成を示す正面図である。
【図１５】支持型材の断面形状を示す説明図である。
【図１６】この発明の実施の形態５にかかるサイレンサーモジュールのフレーム構造を示す斜視図である。
【図１７】図１５に示したサイレンサーモジュールの構成を示す斜視図である。
【図１８】従来におけるスプリッタ型サイレンサーの一例を示す斜視図である。
【図１９】図１８に示した吸音パネルの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、２骨材
３フレーム
４セルモジュール
５支持型材
６セラミック板
７溝部
８軸穴
１０セル
１１整流板
１２シールプレート
１３縦仕切板
１４横仕切板
１５グラスウール
１００サイレンサーモジュール

Claims

骨組構造をしたフレームに連続気孔を有する複数のセラミック板などの吸音性材料で構成した板または当該板をパイプ状にしたものを伝播方向に抜取可能に挿入して拘束することで多面の内面を有する複数のセル構造を形成し、特定のセルに蓋部材を設けて内部に空気層を有する吸音構造にしてなるサイレンサーであって、
前記吸音構造内であって前記伝播を遮る方向に仕切板を設けてなると共に、
該仕切板がセル内に対角線上に配置されてなることを特徴とするサイレンサー。
さらに、前記吸音構造となるセル内に、グラスウール、ロックウールその他の不定形の吸音材を入れるか、または前記セラミック板を前記不定形の吸音材を挟んでクラッド構造にしたことを特徴とする請求項１に記載のサイレンサー。
空気層の幅が異なる上記請求項１又は２に記載したサイレンサーを、所定間隔をもって直列配置したことを特徴とするサイレンサー。