JP4512437B2 - 管 - Google Patents

Description

本発明は、工場や実験研究設備、又は一般家屋等の様々な設備において使用されている気体又は気液混合流体を通す配管に関するものである。

管内を気体や気液混合流体が流れると、管径や流速（又は単位時間あたりの流量）によっては共鳴が起こり、騒音レベル（デシベル）が急激に上昇する。特に蛇腹管においては、流体が管内部の凹凸に衝突した際に音が生じ易く、この音が共鳴すると、耳障りな騒音となる。

このような共鳴を解消する技術として、特許文献１が開示されている。特許文献１では、高温ガスの流通通路に配置した障害物の下流側において形成されるカルマン渦により発生する気柱共鳴振動を防止するための構成が記載されている。特許文献１で想定している障害物とは、高温の排気ガスの熱を回収するために、排気通路上に配置した熱交換器である。特許文献１の気柱共鳴防止装置は、このような特殊なガス通路で発生する騒音対策としては有効であるが、広く一般に使用されている管の内部で発生する騒音を抑制する効果を期待することはできない。
特開２００２−７１１０１公報

そこで本発明は、様々な設備で使用される管に、気体又は気液混合流体を通す際に発生する騒音を抑制することができる消音部材を備えた管を提供することを目的としている。

上記課題を解決するための請求項１の発明は、気体又は気液混合流体を通す内部に消音部材を有するフレキシブル型の管であって、前記消音部材は、前記流体の流れる方向に拡がる複数の面と、当該複数の面のうち隣接する面と面の境界に形成された流体が流れる方向に延びる稜線たる辺と、流体が流れる方向に延びる端辺と、管の流路を横切る辺を有するものであり、前記面の辺のうち、前記境界に形成された流体が流れる方向に延びる稜線たる辺と、流体が流れる方向に延びる端辺の全てが、前記管の内壁と当接しており、且つ、前記複数の面が、管の流路を横切るようにした。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記管を蛇腹管とした。

請求項３の発明では、請求項１又は請求項２の発明において、前記消音部材の断面をＶ字形とした。

請求項１の発明では、管内に流体の流れる方向に拡がる複数の面を有する消音部材を配置したので、この複数の面に沿って流体が円滑に流れ、騒音の発生を抑制することができる。

複数の面の辺のうち、流体が流れる方向に延びる少なくとも二つの辺が、管の内壁と当接するようにしたので、流体が流れても、消音部材は管の中で安定した姿勢を保ち続けることができる。さらに、複数の面のうちの少なくとも一つの面が、管の流路を横切るようにしたので、流体が管の内壁に沿って単調な螺旋を描くことを防止することができる。従って、管の内壁に流体が衝突することによって生じる音が、共鳴することを良好に抑制することができる。

請求項２の発明では、特に騒音が発生し易い蛇腹管の内部に消音部材を配置するようにしたので、その騒音レベルの低減効果が認識し易く、通過させる流体の流速によらず、良好に騒音の発生を抑制することができる。

請求項３の発明では、消音部材の断面がＶ字形であるので、管が屈曲して、消音ストラップ３がＶ字形の断面形状を保てず拉げても、消音ストラップの内部に流体が溜まる空間が形成されず、流体の流れが阻害されることがない。

図１は、請求項１及び２の発明を実施した管１の一部を縦断した側面図である。管１は蛇腹管であり、内壁２には凹凸がある。図２（ａ）は、本発明を実施するための消音ストラップ３（消音部材）の斜視図であり、図２（ｂ）は、消音ストラップ３を内挿した管１の正面図である。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、消音ストラップ３は、断面がＶ字形であり、面７（裏面７ａ）と面８（裏面８ａ）とを有している。面７と面８の境界には辺６が形成されている。面７の端辺５と面８の端辺４及び辺６は、消音ストラップ３の長手方向（流体の流れる方向）に延びている。

図２（ｂ）に示すように、消音ストラップ３の辺１１及び辺１２は、管１の内径よりも短い。従って、面７ａと面８ａの間の角度９を、図２（ｂ）に示す状態よりも小さくなるようにすれば、管１内に消音ストラップ３を円滑に入れることができる。消音ストラップ３の端辺５、端辺４及び辺６は、管１の内壁２（凸部分）に当接して、管１内で安定した姿勢を保っている。そして、面７（裏面７ａ）と面８（裏面８ａ）は、管１の流路を横切っている。流体は、この面７（裏面７ａ）と面８（裏面８ａ）に沿って、円滑に流れる。

消音ストラップ３は、例えば蛇腹状の管１と同程度の柔軟性のある素材（例えば、合成ゴム、天然ゴム、フッ素系樹脂等）で形成されている。そのため、管１が湾曲又は屈曲した際には、管１の内壁２を傷付けないように、消音ストラップ３は追従して変形する。

管１が屈曲すると、消音ストラップ３は、Ｖ字形の断面形状を保てず、拉げてしまうが、消音ストラップ３の断面形状は環状になっていないため、消音ストラップ３の内部に流体が溜まる空間を形成せず、流体の流れが阻害されることはない。

このように形成された消音ストラップ３を内挿した管１内の流体は、消音ストラップ３によって半径方向への移動が制限され、図１において矢印１０で示すように消音ストラップ３の面７（裏面７ａ）、面８（裏面８ａ）に沿って円滑に流れる。そのため、凹凸のある内壁２に沿って流れる流体の量が減少し、内壁２の凹凸に衝突して生じる音が軽減される。また、消音ストラップ３によって半径方向への移動が制限された流体は、管１内を矢印１０で示す方向に流れながら螺旋を描くことがないため、いかなる流速においても共鳴が起こりにくくなる。

図７（ａ）は、管１内を流れる流体の流速（Ｌ／ｍｉｎ）と騒音レベル（ｄｂ）の関係を示すグラフである。また、図７（ｂ）は、管１内を流れる流体の流速（Ｌ／ｍｉｎ）と圧力損失（ＫＰａ）の関係を示すグラフである。図７（ａ）において符号１５で示す実線グラフは、管１内に何も入れない状態で計測した騒音レベル（ｄｂ）を示している。この場合、流速が２０〜１００（Ｌ／ｍｉｎ）の比較的遅い領域において、騒音レベル（ｄｂ）が高値となっている。

一方、図７（ａ）において、符号１６で示す実線グラフは、管１内に消音ストラップ３を配置した状態で計測した騒音レベル（ｄｂ）を示している。管１内に消音ストラップ３を配置すると、流速２０〜１００（Ｌ／ｍｉｎ）の領域においても、騒音レベル（ｄｂ）は低くなっている。流速が１００（Ｌ／ｍｉｎ）を超えると、管１内の流れは、層流よりも乱流が占める割合が大きくなるため、内壁２の凹凸の影響が小さくなって、騒音レベル（ｄｂ）が低下するものと考えられる。

図７（ｂ）において、符号１５で示す実線グラフは、消音ストラップ３を内挿しない状態で計測した、管１の入口と出口の差圧である圧力損失（ＫＰａ）を示している。また、符号１６で示す実線グラフは、管１内に消音ストラップ３を配置した状態で計測した管１の圧力損失（ＫＰａ）を示している。図７（ｂ）において、符号１５及び１６で示す両グラフを比較すると、管１内に消音ストラップ３を配置することによる圧力損失は微々たるものであり、流体を流す管１の性能低下はほとんど認められないことがわかる。

図７（ａ）及び図７（ｂ）において、管１内に断面が円形のストラップ、及び断面が十角形のストラップを配置して計測した騒音レベル（ｄｂ）、圧力損失（ＫＰａ）のグラフを、それぞれ符号１７（ピッチの短い破線）及び１８（ピッチの長い破線）で示した。管１内に配置する、断面が円形のストラップと断面が十角形のストラップの断面積は、同じ面積となるようにした。

管１内に断面が円形のストラップ、及び断面が十角形のストラップを配置すると、流速が２０（Ｌ／ｍｉｎ）から６０（Ｌ／ｍｉｎ）において、騒音レベル（ｄｂ）は高値となっているものの、６０（Ｌ／ｍｉｎ）以上の流速域では、比較的低値となることが、図７（ａ）から読み取ることができる。

しかし、図７（ｂ）に示すように、管１内に断面が円形のストラップ、及び断面が十角形のストラップを配置すると、圧力損失（ＫＰａ）が大きくなり、流体を通すという管１の基本的な性能が低下してしまう。

以上の結果から、ストラップ上には、平面か、又は緩やかな曲面があれば、消音効果を奏することができることがわかる。また、断面が円形のストラップや断面が多角形（一例として十角形で検証）のストラップの側面に曲面や平面を形成することも考えられるが、管１内の流路断面積が減少してしまうため、実用面で問題である。また、グラフ化していないが、中空の円筒形のストラップでは、管１が屈曲した際に、拉げて内部を閉じてしまい、結果的に管１の流路断面積を減少させてしまうので、やはり実用的ではない。

消音ストラップ３を備えたフレキシブル型の管１は、例えば、冷媒を流すための冷凍回路を構成する配管に採用することができる。この場合、冷媒（気体）と潤滑油（液体）とを管１（冷凍回路）内を通過させるが、消音ストラップ３によって、良好に騒音を抑制することができる。また、消音ストラップ３を備えた管１は、温度調整が必要な半導体の試験装置に採用することができる。

図３〜図６は、それぞれ消音ストラップ３（消音部材）の変形例を示す。図３〜図６のそれぞれの（ａ）では消音ストラップの斜視図を示しており、（ｂ）では管１に内挿した状態の正面図を示している。

図３の消音ストラップ２１は、辺２１ａ〜２１ｄ及び面２１ｅ（裏面２１ｆ）を有している。図３（ｂ）に示すように、辺２１ａ〜２１ｄが内壁２と当接しており、管１内において消音ストラップ２１は安定した姿勢を保っている。また、面２１ｅ（裏面２１ｆ）が、管１の流路を横切っており、面２１ｅ（裏面２１ｆ）によって管１内において流体の半径方向への移動が制限され、面２１ｅ（裏面２１ｆ）に沿って流体は円滑に流れる。

図４の消音ストラップ２３は、平面２３ａ（裏面２３ｂ）と曲面２３ｃ（裏面２３ｄ）とを有している。曲面は、内壁２に沿わせるよりも内壁２から離間させる方が、消音効果は高くなる。従って、曲面２３ｃ、２３ｄは略平面的に曲率半径が大きくなるように形成するのが好ましい。

図５の消音ストラップ２４は、曲面２４ａ（裏面２４ｂ）と曲面２４ｃ（裏面２４ｄ）とを有している。また、図６の消音ストラップ２５は、曲面２５ａ（裏面２５ｂ）と曲面２５ｃ（裏面２５ｄ）とを有している。曲面２４ａ（裏面２４ｂ）、曲面２４ｃ（裏面２４ｄ）、曲面２５ａ（裏面２５ｂ）、曲面２５ｃ（裏面２５ｄ）は、いずれも曲率半径が大きく、流体はこれらの曲面に沿って円滑に流れ、騒音の発生は良好に抑制される。

上述した各例では、消音ストラップの全ての辺（又は端辺）が、管１の内壁２に当接している例を示したが、管１内において消音ストラップが安定した姿勢を保つことができれば、内壁２と当接しない辺が存在しても差し障りはない。

請求項１及び２の発明を実施した管１の一部を縦断した側面図である。 （ａ）は、消音ストラップ（消音部材）の斜視図である。（ｂ）は、（ａ）の消音ストラップを管に内挿した状態の正面図である。 （ａ）は、図２とは別の消音ストラップ（消音部材）の斜視図である。（ｂ）は、（ａ）の消音ストラップを管に内挿した状態の正面図である。 （ａ）は、図２〜図３とは別の消音ストラップ（消音部材）の斜視図である。（ｂ）は、（ａ）の消音ストラップを管に内挿した状態の正面図である。 （ａ）は、図２〜図４とは別の消音ストラップ（消音部材）の斜視図である。（ｂ）は、（ａ）の消音ストラップを管に内挿した状態の正面図である。 （ａ）は、図２〜図５とは別の消音ストラップ（消音部材）の斜視図である。（ｂ）は、（ａ）の消音ストラップを管に内挿した状態の正面図である。 （ａ）は、流速と騒音レベルの関係を示すグラフである。（ｂ）は、流速と圧力損失の関係を示すグラフである。

１ 管
２ 内壁
３ 消音ストラップ（消音部材）
４、５ 消音ストラップの流体の流れる方向に延びる端辺
６ 消音ストラップの流体の流れる方向に延びる辺
７、８ 消音ストラップの面
１０ 流体の流れる方向を示す矢印
１１、１２ 流体の流れる方向と直交する方向に延びる消音ストラップの辺
２１〜２５ 消音ストラップ（消音部材）

Claims (3)

1. 気体又は気液混合流体を通す内部に消音部材を有するフレキシブル型の管であって、前記消音部材は、前記流体の流れる方向に拡がる複数の面と、当該複数の面のうち隣接する面と面の境界に形成された流体が流れる方向に延びる稜線たる辺と、流体が流れる方向に延びる端辺と、管の流路を横切る辺を有するものであり、前記面の辺のうち、前記境界に形成された流体が流れる方向に延びる稜線たる辺と、流体が流れる方向に延びる端辺の全てが、前記管の内壁と当接しており、且つ、前記複数の面が、管の流路を横切っていることを特徴とする管。
2. 前記管が、蛇腹管である請求項１に記載の管。
3. 前記消音部材の断面がＶ字形である請求項１又は請求項２に記載の管。

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