JP4976046B2 - コンプレッサ用として構成され、かつ想定された消音器 - Google Patents

Description

本発明は、ガス流、特に空気流を圧縮するコンプレッサ用又は真空ポンプ用、特に押除け原理に基づいて作動するコンプレッサ用又は押除け原理に基づいて作動する真空ポンプ用として構成され、かつ想定された消音器に関するものであり、この消音器は、コンプレッサから出ていくガス流のための入口及び出口を有しており、消音器の内部には、流入通路及びこれから分岐する２つの通路区域を含む分岐部が設けられており、第１の通路区域はガス流のための次に通じる主管路として構成されており、第２の通路区域は端部側で閉じられた分路として構成されている。さらに本発明は、このような種類の消音器を備えるコンプレッサに関し、ならびに、コンプレッサで生成されたガス流に含まれる脈動を低減させる方法に関する。

上に述べたような構成要件を備える消音器は、特許文献１からすでに公知である。一般に、コンプレッサ、特に押除け原理に基づいて作動するコンプレッサ（例えばスクリュー圧縮機、ルーツ送風機）では、コンプレッサの圧力側又は排気側における不連続な排気工程のために、例えば配管、冷却器、容器といった下流側に位置するコンポーネントで、基本的に、次の２つの主問題につながる脈動が発生するという問題がある。

第１に、接続されているコンポーネントが圧力変化のために著しい負荷をうけ、このことは、一次圧力変化及び／又はそれにより励起される振動による周期的な負荷の結果として、疲労による材料損傷（疲れ破損など）につながる可能性がある。

第２の、圧力変化に基づく固体伝搬音の導入、伝達、放射の結果としても発生するきわめて大きい騒音放出が、きわめて有害であることが判明している。前述した問題点は、圧縮段の出口のところで部分的に著しい脈動が発生する、特に乾式の圧縮を行うスクリューコンプレッサでは深刻である。排気工程は調和した工程ではなく、すなわち正弦形又は余弦形の工程ではなく、衝撃に近い工程なので、周波数分析をすると基本周波数の調波も強く現われており、いくつかのケースでは基本周波数より強い場合さえある。

これに関わる振幅をもつ脈動は、典型的には２００Ｈｚから１０ＫＨｚの広い周波数領域にあるのが通常である。脈動の音響的性質（主排気周波数とその調波）のために、放射される騒音は主観的に不快である。

主排気周波数は、実質的に同一のモジュールが組み合された同じ型式のコンプレッサの内部でも、さまざまな影響要因により大幅に異なっている場合がある。第１に、例えば周波数変換装置の補助のもとで、供給量を調整するための回転数制御がしばしば行われる。さらに出力調節／圧力調節のために、圧縮段の駆動装置において、いくつかのコンプレッサはしばしば設定の異なるギヤ伝達比で納入される。そして最後に、同じ型式のコンプレッサでも、いくつかコンプレッサが作動時に５０Ｈｚ電流供給網に接続され、別のコンプレッサは６０Ｈｚ電流供給網に接続される。

したがって、狭帯域で有効な散逸の少ない消音方法は、前述した周辺条件のもとではあまり適していない。なぜなら、ある程度の広帯域の効果を得るために、１つの圧縮機について調整の異なる複数の消音器が必要になるか、又は、複数のバリエーションの消音器を用意して、それを個々のバリエーションの圧縮機又はその後の使用環境に合わせて調節するかのいずれかになるからである。しかしながら、それも圧縮機が周波数を可変なもの（例えば回転数制御式）ではない場合にしか可能でない。
欧州特許出願公開第０５４２１６９Ｂ１号明細書

本発明の課題は、コンプレッサ又は真空ポンプのための格別に効果的な、特に広帯域の消音器を提案するとともに、コンプレッサ又は真空ポンプで生成されるガス流に含まれる脈動を低減する方法を提案することである。

この課題は、装置工学的な観点からは請求項１の構成要件に基づく消音器によって解決され、プロセス工学的な観点からは請求項２５の構成要件によって解決される。さらに、本発明に基づく消音器を装備しているコンプレッサ又は真空ポンプが請求の対象となる。有利な発展例は従属請求項に記載されている。

本発明の中心的思想の要諦は、分路が、流入通路のガス流の流動方向に対して平行に向いた軸方向の優先方向Ａを有しており、端部側で閉じられた分路へガス流が少なくとも実質的に正面から当るようになっていることにある。このように本発明は、ガス流が分路へ正面から誘導されるように、端部側で閉じられた分路がガス流の主流動の方へ向けられていれば、音響に関連するガス流の交番流が格別にうまく減衰されるという考察に依拠している。

さらに好都合な発展例では、次に通じる主管路は、流入通路のガス流に対して横向きの方向でガス流が分岐部から出るように構成され、又は方向付けられる。次に通じる主管路とは、ここではあらゆる設計の流動案内部を意味しており、特に流入通路と分路の間に構成された３６０°環状隙間、又は３６０°よりも狭い部分環状隙間、特に、円形又は多角形の断面をもつ分岐管などを意味している。

別の有利な実施形態では、分路と流入通路は互いに同軸又は少なくとも実質的に同軸に向いており、すなわち、各々の断面の投影図はさほどのオフセットを生じさせることがなく、むしろ実質的に同心的に位置している。

切欠きを備える覆い部材、特に穴あき板が、分路の表面又は内部でその内側断面を覆うように配置されていると、格別に良好な消音特性が得られる。この構成では、音響に関連する交番流の一部が切欠きを通って、覆い部材によって閉じられた分路の領域へ入る。良好な消音特性は、反射に関連する効果と、共振に関連する効果と、散逸の効果との重なり合いに帰せられると考えるほかない。

任意選択で可能な実施形態では、分路は内壁によって部分容積部に分割されていてよく、これらの内壁には切欠きの部分量と覆い部材の対応区域とがそれぞれ付属しており、これらの内壁は、共振周波数の異なるほぼ独立した消音部材として作用し、特に独立した共振器として作用する。流入通路のガス流の方向における部分容積部の長さも、さまざまな反射特性を得るために、異なる大きさであってよい。

別の有利な実施形態では、覆い部材の切欠きの配置及び／又はサイズ及び／又は形状及び／又は個数を通じて、あるいは覆い部材の厚さを通じて、特に共振容積部又は共振器の部分容積部を考慮したうえで、消音器の消音挙動を微調整可能である。特に、それによって消音器の共振周波数と広帯域性を両方とも調整することができる。

切欠きのパラメータは、消音器の作動時に切欠きを通して送入・送出されるガス容積によって、消音器に望ましい広帯域性を与えるかなりの散逸効果が生じるように選択される。特にλ／１０（λは優先的に減衰されるべき周波数の波長を表しており、特に、優先される作業領域におけるコンプレッサ設備又は真空ポンプの主排気周波数の波長である）よりも小さいわずかな間隔と、入口断面に対して実質的に平行に配置される分路の覆い部材の切欠きの配置は、ガス流の重なり合いにもかかわらず、分路の消音作用にとって好ましい分路の高い音響アドミタンスを引き起こす。

分路を格納するハウジングのシリンダ長軸方向における主寸法は、コンプレッサ設備の主排気周波数のλ／４であるのが好ましい。

λ／２の間隔又はその奇数の倍数の間隔をおいて平行に隣接するように配置される平坦な壁、あるいは、λ／２の長さ又はその奇数の倍数の長さをもつ流動通路によってつながれていて当該流動通路を垂直方向に仕切る平坦な壁が、流動経路全体にわたって存在していないのが好ましく、それにより、コンプレッサ設備の主排気周波数をもつ定常波の形成が回避される。

次に通じる主管路の部分としての出口通路の配置は、出口断面部に隣接している分路の室壁が出口通路の長軸に対して低い角度（ただし決して垂直ではない）に位置するように行うのが好ましく、それにより、その後に続く配管に定常波のための反射平面が形成されることがない。つまり出口通路の配置は、分路の室壁に対して接線上又は軸方向で行うのが好ましい。分路の長軸はハウジングの長軸に対して偏心的に配置されるのが好ましく、このオフセットは、分路とハウジングの間に形成される環状スペースの断面積が、出口に向かう方向で増えていくように選択される。

覆い部材を、特に分路の優先方向に対して実質的に直交するように配置するためには、原理的に考えられる２通りの選択肢があり、すなわち第１の選択肢の実施形態では、覆い部材が、流入通路の方を向いている分路の端部のところに配置されており、第２の選択肢による原理的に好ましい実施形態では、覆い部材は、流入通路の方を向いている分路の端部に対して、分路の中へ入り込むようにオフセットされた状態で配置される。

分路は共振器室として構成されているのが好ましく、すなわち分路の消音挙動は、分路がヘルムホルツ共鳴器のような意味合いで特に主排気周波数に合わせて調節されていることに、少なくとも部分的に依拠している。複数の部分容積部に分割された共振器室の場合、部分容積部とこれに付属している覆い部材及び切欠きの区域を、複数の異なる共振周波数に合わせて、特に主排気周波数及び／又はその調波に合わせて調節することができる。

本発明のさらに別の有利な態様によれば、分路は少なくとも部分的にλ／４管として（も）作用する。

本発明のさらに別の有利な態様によれば、分岐部の内部に、特に分路の下流側に、さらにガス流が通過するべき狭隘部が少なくとも１つ構成されている。この狭隘部はインピーダンスの飛躍的変化として作用し、それにより、本発明による消音器の消音特性をいっそう決定的に向上させる。

狭隘部は、流入通路に対して横向きに分かれていく主管路に構成されるのが好ましい。本発明による分岐部を備える消音器は、２つの端面とその間に配置された外套面とを備える実質的に平円筒状のハウジングに構成されていてよく、第１の端面に入口が設けられるとともに外套面に出口が設けられている。それにより、本発明に基づいて構成された分岐部を格別にうまく具体化することができる、格別にコンパクトかつ同時に頑丈な消音器が製作される。

さらに別の有利な実施形態では、分路はカップ状の基体を含んでおり、又はカップ状の基体で構成されている。この場合、有利には平円筒状に構成されるハウジングの第２の端面が、カップ状の基体の端部プレートによって構成される実施形態が格別に好ましい。

任意選択の実施形態では、消音器は分路の下流側に、特に環状スペースを形成しながら分路を少なくとも部分的に取り囲む追加消音器又は追加の吸音手段をさらに含んでいてよい。つまりこの思想によれば、特に同じハウジングの中に格納された追加消音器が分路に後置され、それにより、１つのコンパクトで機能的なユニットが成立する。追加消音器又は追加の吸音手段は、特にまず第１に吸音性の消音器として構成されていてよい。

１つの有利な発展例では、追加の吸音手段は分路を完全に、有利には環状に、さらに有利には実質的に同心的に取り囲む。考えられる有利な実施形態では、この環状スペースは互いに向かい合う２つの端面側の端部を有しており、第２の端面側の端部はガス流を出口へ運ぶために１つ又は複数の開口部を含んでいる。このような構成により、ガス流が追加消音器又は追加の吸音手段をその長さ全体にわたって貫流することが保証され、それにより、格別に優れた消音結果が達成される。

環状スペースは特に半径方向の拡張部を含んでいてよく、それにより、消音特性の優れた吸音式の消音器を具体化することができる。環状スペースの半径方向の拡張部は、特に流動抵抗部として作用する流動透過性のカバーで覆われるのが好ましい。

追加消音器又は追加の吸音手段は他の周波数に合わせて、特に追加の吸音手段の上流側にある消音器のコンポーネントよりも高い周波数に合わせて調節され、それにより、組み合わせによって可能な限り広帯域の作用を実現することができるようにするのが好ましいが、必要不可欠というわけではない。

本発明に基づいて構成された消音器を用いた実験では、音響に関連するガス流の交番流が消音器の内部又は消音器の下流側で決定的に低減されるばかりでなく、音響に関連する交番流のこのような低減が消音器の上流側でもコンプレッサに至るまで遡って逆向きに作用するという結果がでている。可能な限り効果的な逆向きの作用を得るために、消音器はコンプレッサの吐出部又は真空ポンプの吐出部へ直接接続するか、又は十分に短い管区域を用いて接続部に接続するのがよい。それに応じて、圧縮室と、吐出部と、吐出部に接続された本発明の消音器とを含むコンプレッサ又は真空ポンプ、特に押除け原理に基づいて作動するコンプレッサ又は押除け原理に基づいて作動する真空ポンプ、例えばスクリュー圧縮機やスクリュー真空ポンプも、本発明の要部として請求の対象となる。

コンプレッサ又は真空ポンプ自体の吐出部の音響に関連する交番流に対しても、消音器が強い逆向きの作用を及ぼすという一見特異に思われる事実は、次のように説明することができる。コンプレッサ又はコンプレッサの圧縮段又は真空ポンプは、誤って直感的に一定不変の脈動の発生源であると考えられており、そのために「逆向き作用の効果」が最初のうちは意外に思われる。しかし脈動の発生源である「圧縮段」は、消音器の入口へ一定不変の圧力推移信号を印加するのではなく、圧縮段はその排気運動に基づく「音の粒子速度の発生源」なのである（アナロジー：管の中で動く壁又は周期的に動くピストンなど）。したがって、圧縮段又はコンプレッサ又は真空ポンプの吐出部における圧力推移には、適当な消音器によって好ましい影響を十分に及ぼすことができ、すなわその振幅を狭めることができる。

本発明のさらに別の態様によれば、特に押除け原理に基づいて作動するコンプレッサ又は真空ポンプ、例えばスクリューコンプレッサや真空ポンプで生成されるガス流に含まれる脈動を低減させる方法も請求対象となり、ガス流は入口を通って消音器へ入るとともに出口を通ってこれから運び出され、消音器の内部には、流入通路及びこれから分岐する２つの通路区域を含む分岐部が設けられており、第１の通路区域はガス流のための次に通じる主管路として構成されており、第２の通路区域は端部側で閉じられた分路として構成されており、この方法は次のような方策を有することを特徴としている。すなわち、軸方向の優先方向が流入通路内のガス流の流動方向と平行に向いている分路内での反射挙動及び／又は共振挙動により、音響に関連する交番流の逆負荷を生成して利用し、それによってガス流に含まれる脈動を低減させる。反射挙動及び／又は共振挙動によるこのような逆負荷は、散逸による方策で追加的にサポートすることができ、すなわち、ヘルムホルツ共鳴器の「ネック領域」（例えば上に挙げた特に穴あき板の形態の覆い部材に相当）での散逸性の消音プロセスの生成と利用によってサポートすることができる。

１つの有利な実施形態では、さらに、ガス流は分路内で生成される逆負荷に対してすぐ近傍で、特にその下流側で、狭隘部を通るように案内され、それによってインピーダンスの飛躍的変化を生じさせる。

さらに、分岐部から出ていくガス流は、反射と共振に関連して脈動が消滅又は低減する個所で、例えば流入断面の平面の近くで、分岐部から運び出されるのが好ましい。

本発明による方法の任意選択の実施形態では、ガス流は分路の下流側でさらに追加消音器を通るように案内され、又は、特に吸音式の消音器として作用する追加の吸音手段を通るように案内される。

次に、下記の図面を参照しながら実施形態について記述することで、上記以外の構成要件及び利点に関しても本発明を詳しく説明する。

図１には、コンプレッサ室２９に連通する吸入通路３２と、圧縮室２９と、その内部に支承された圧縮スクリュー３３と、吐出部３１とを備えるスクリューコンプレッサ３０が模式的に示されている。吐出部３１又はパイプ片３４に、本発明による消音器１１が直接接続されている。消音器１１は、消音器１１から出ていくガス流の消音だけでなく、流入してくるガス流で逆向きの作用をも引き起こし、圧縮室２９の吐出部３１でもガス流の脈動が明らかに低減されるように構成されている。そのために消音器１１は吐出部３１に直接接続されるか、又は、比較的短い管又はパイプ片３４によって吐出部３１の比較的近くに接続されるのがよい。

次に、本発明による消音器１１の具体的に好ましい実施形態について、図２から図８を参照しながら詳しく説明する。まず図２には、図３のＩＩ−ＩＩ線に沿った消音器１１の断面図が示されており、図３には消音器１１の平面図が示されている。消音器１１は、互いに分離可能な２つの部材でできた、すなわちハウジング基体３５とその内部に挿入されたカップ状の基体２４とでできた、実質的に平円筒状のハウジング２０を含んでいる。平円筒状のハウジング２０は２つの端面２１、２２と、その間に配置された外套面２３とを形成している。実質的に円形をした第１の端面２１には、流入してくるガス流のための開口部の形態の入口１２が中央に形成されている。第１の端面２１にある入口１２の開口部が延びている方向と直交するように、出口１３を規定する開口部がハウジング２０の外套面２３に構成されている。出口１３は外套面で基本的に任意の向きであってよく、特に接線上又は「斜め軸方向」に向いていてよい。

入口１２と出口１３の間で、ガス流に対する消音器１１のハウジング２０に分岐部１４が構成されており、分岐部１４は流入通路１５と、分路１７と、次へと続く主管路１６とによって規定されている。流入通路１５と、次に通じる主管路１６とは、ここでの消音器１１の本実施形態では、平円筒状のハウジング２０の内部で非常に短くしか構成されておらず、それぞれに接続された配管に引き継がれている。それに対して、分路１７は消音器１１のハウジング２０の内部にそっくり格納されており、そこで、すでに述べたカップ状の基体２４によって形成されている。カップ状の基体２４（図６も参照）は、本実施形態では、第１の端面２１と向かい合う側からハウジング基体３５の中へ挿入される。

このように、２部分で構成される平円筒状のハウジング２０は、本例では外套面２３と第１の端面２１を構成するハウジング基体３５と、ハウジング２０の内部に格納された分路１７及び本実施形態では平円筒状のハウジング２０を閉止するリブ４９を備えた端部プレート４８の形態の第２の端面２２を同時に構成する、カップ状の基体２４とを含んでいる。

ハウジング基体３５とカップ状の基体２４の間では、実質的に平円筒状のハウジング２０の両方の部分要素の間の密閉を行うために、周回するシール部材３６がさらに作用していてよい。分路１７を構成するカップ状の基体２４は、ハウジング基体３５と恒久的に結合されていてよく、例えば溶接やはんだ付けされていてよいが、取外し可能な結合の方が好ましく、例えば特にフランジ面３９の全体に配分された状態でハウジング基体３５に形成された雌ねじ穴３８に係合する複数のねじ３７による結合が好ましい。

カップ状の基体２４によって構成される分路１７は、この有利な実施形態では、ハウジング２０と同じように円筒状の基本形態を有するとともに、ガス流が流入通路１５から開口部４０又は分路１７へ正面から当るように入口１２の方を向いた開口部４０を有している。分路１７又はカップ状の基体２４は、本実施形態では、円筒状の室壁４１によって仕切られている。開口部４０と向かい合う端部に閉止面２８が形成されている。本実施形態では、閉止面２８は端部プレート４８の内面によって構成されており、それにより端部プレート４８は、ハウジング２０の外側壁の一部と、分路１７の一部としての閉止面２８とを同時に構成している。

最後に、室壁４１の内部には、分路１７の開口部４０に対して分路１７の断面を覆うように閉止面２８の方へ引っ込んだ状態で、複数の切欠き１８（図３、図５、及び図６参照）を備える覆い部材１９が配置されている。覆い部材１９は、特に穴あき板として構成することができる。

覆い部材１９は、柱状の突起４２から４５にある雌ねじ穴４７へ係合するねじ４６により、柱状の突起４２から４５に固定されている。このとき第１の種類の柱状の突起４２から４４は、室壁４１の内側に構成されている。さらに中央の柱状の突起４５は、室壁４１から間隔をおきながら中央領域で閉止面２８から突出するように構成されている。覆い部材１９の位置の軸方向の調整は突起４２から４５の加工を変えることによって、特に材料剥離法によって、容易に設定することができる。

任意選択の実施形態では、分路１７に、特に閉止面２８に付属している覆い部材１９の側で、吸収性材料を備えるパック（例えば鉱さい綿パック、金属又はセラミックからなる焼結体、連続気泡をもつ発泡金属、発泡セラミックなど）も取り付けられていてよい。

図７には、カップ状の基体が斜視図として描かれている。カップ状の基体は、ねじり剛性を高めるためにリブ４９を備える、ハウジング２０の端面２２を同時に規定する端部プレート４８を含んでいる。端部プレート４８には、共振室２６を構成する分路１７を側方で仕切る室壁４１が一体的に構成されている。

端部プレート４８はさらにその外側円周に、室壁４１の方を向いている側で、フランジ面３９ならびにハウジング基体３５の雌ねじ穴３８に合わせてそれぞれ調節された穴５１を備えるフランジ面５０を含んでいる。図８には、さらに消音器１１の側面図が組み立てられた状態で示されている。

カップ状の基体２４は、次へ続く主管路１６を通る、特に出口１３を通る、ガス流の流出を室壁４１ができるだけ妨げないようにハウジングの内部で位置決めされるのが好ましい。そのために、ガス流ができるだけ接線方向又は軸方向に室壁４１のそばを通過するようにして、後に続く配管で定常波に対する反射平面を形成しないようにするのがよい。

特に図５から見て取れるように、仕切りとなる室壁４１を備える分路１７は、室壁に対して同軸に、ただし同時に若干偏心的にハウジング２０の内部に配置されており、ハウジング基体３５の内壁と室壁４１の間に残された環状スペース５２は、出口１３の方に向かって拡張する断面を有している。

入口１２を通って消音器１１に入ってくるガス流は、音響に関連する交番流の効果的な減衰を引き起こす分路１７に正面から当る。このとき主流動は向きを変えられて、本例では室壁４１の端面と、入口１２の方を向いているハウジング基体３５の内面との間に環状隙間５３として構成された狭隘部２７を通過し、環状スペース５２を経由して出口１３に向かう方向へ流れ、引き続いて消音器１１から流出する。環状隙間５３は、反射と共振に関連する脈動の消滅又は低減が行われる実質的に流入通路１５の平面に位置している。その意味で、室壁４１の端面側の端部、分路１７の覆い部材１９、環状隙間５３、入口１２、ならびにハウジング基体３５の内壁の付属区域によって部分容積部５４が形成されている。環状隙間５３を通るときの流動方向は、環状隙間５３の円周全体にわたり、入口１２での流動方向に対して実質的に垂直方向である。したがって本実施形態では、環状隙間５３で９０°だけ流動方向転換が行われる。環状隙間５３により規定される狭隘部２７は、音響に関連する交番流を含んでいるガス流に対してインピーダンスの飛躍的変化を引き起こす。

共振室２６を構成する分路１７は、ヘルムホルツ共鳴器のような意味合いで、コンプレッサ設備の主排気周波数に合わせて、又は主排気周波数の低調波に合わせて、調節されているのが好ましい。

図９には、本発明による消音器の別案の実施形態が断面図で示されている。この実施形態は、特に、主として吸音式の消音器として作用して構造全体の消音特性をいっそう向上させる追加消音器又は追加の吸音手段５５が、分路の下流側にさらに配置されていることを特徴としている。機能面及び設計面では、分路１７はカップ状の基体２４と、切欠き１８を備える覆い部材１９とをこの基体の上に含んでおり、図１から図８を参照して説明した実施形態にほぼ準じて構成されているので、以下の説明は追加の吸音手段５５の構成だけに限定することができる。

追加の吸音手段５５は、カップ状の基体２４を同心的に取り囲む円筒状の環状スペース５２を有しており、この環状スペースはその中央区域で、半径方向外側に向かって延びる拡張部５６によって拡張されている。ガス流は、すでに図２から図８を参照して説明した狭隘部２７を経由して、本例では分路１７から環状スペース５２の方向へ第１の端面側の端部５８のところで流入し、カップ状の基体２４の室壁４１の外面を通過し、第１の端面側の端部５８と向かい合う第２の端面側の端部５９にある１つ又は複数の開口部を介して、出口１３ａへと案内される。このように追加の吸音手段５５は、狭隘部２７の方を向いた、又はそれ自体で狭隘部２７を含んでいる、第１の端面側の端部５８を有するとともに、これと向かい合うように、出口１３ａに向かう方向へガス流が案内される第２の端面側の端部５９を有している。第１の端面側の端部５８と第２の端面側の端部５９の間には、本実施形態で流動抵抗として作用する流動透過性のカバー５７によって覆われた、すでに述べた半径方向の拡張部５６が設けられている。流動透過性のカバー５７は、例えば網目の細かい金網、焼結材料、あるいはその他の多孔性材料又は目打ちされた材料でできていてよい。流動透過性のカバー５７と、環状スペース５２の半径方向の拡張部５６は、一緒になって、それ自体として公知のいわゆる「多孔吸収体」を形成しており、その音響特性は、それ自体公知のように、特に管の壁厚、その流動抵抗（又はその穴と気孔のサイズ、及び穴と気孔の単位面積あたりの割合）、及び環状スペース５２の拡張部５６の半径方向の長さによって規定される。

このような種類の多孔吸収体の有効性は、同じく、裏壁における反射のメカニズム（本例では、環状スペース５２内部における拡張部５６の半径方向の仕切壁）、これに続く流動透過性カバー５７での消去、共振効果、この流動透過性カバー５７による音響的な交番流の散逸による流動損失などから生じるものである。

別案として、環状スペース５２の拡張部５６は、吸収特性に影響を与えるために、さらに鉱さい綿、繊維状材料などの減衰材料で追加的に充填されていてよい。これに代わる別案の実施形態では、環状スペースの拡張部５６は全体的又は部分的に他の適当な吸音性の材料（例えば焼結材料、連続気泡をもつ発泡金属、連続気泡をもつセラミックなど）で充填されていてよく、それが十分に形状安定的な材料である場合には、希望する音響的な調節具合によっては、流動透過性のカバー５７を省略したり、又は機能的な観点から吸音性の充填材料そのもので具体化されていてもよい。

特に繊維材料又は連続気泡をもつ材料などの充填材料を環状スペースの拡張部５６に使わなくてすむ実施形態、すなわち流動透過性のカバー５７で覆われる拡張部のスペースが空である実施形態の主要な利用メリットは、脈動による振動のせいで特に繊維などの材料の剥離や破片が生じることがないという事実にある。

ここで説明している追加の吸音手段５５が任意選択で設けられる場合、原則としては、図２から図８を参照して説明したのと同様に出口１３が設けられていてもよいが、そうすると、場合によりさらに拡張部５６を備えている環状スペース５２の一部しか、吸収性の消音器又は追加の吸音材料５５として作用しないことになる。したがって、図９を参照して説明しているように、第２の端面２２に配置された、又は入口１２を基準としたときに第２の端面よりも後方に配置された、変形された出口１３ａを設けるのが好都合であると考えられる。そのために、図２から図８に示す実施形態の（第２の）端面２２に環状スペース５２の領域で貫通部を設けることができ、それにより、ガス流が（第２の）端面２２を通って出口１３ａへと出ることができるようになる。別案として、（第２の）端面２２がその半径方向の長さに関して短縮されていてもよく、それにより、ガス流は追加の吸音手段５５の第２の端面側の端部５９から、出口１３ａを構成する出口ハウジング６０へと自由に流入できるようになる。出口ハウジング６０は、カップ状の基体２４の（第２の）端面２２とボルト６１で固定されている。

追加の吸音手段５５の配置は、一方では設計的に簡単に具体化可能であり、また他方では音響的に格別に有効でもある。この効果は以下のような事実関係から生まれるものである。

消音器は全体としてできるだけ低い圧力損失を有しているのがよい。したがって流速を制限しなければならず、すなわち、ある程度の流動断面積が必要である。拡張部５６も含めた環状スペース５２の流動断面積は、例えば流動断面積の等しい管に比べたとき、設計長さが等しいという前提条件のもとでは、追加の吸音手段５５の流動透過性のカバー５７によって形成される比較的広い外套面を有している。

吸音性の消音器の通路減衰は、第１近似において、吸収性の被覆された円周面積と、自由な流動断面積との商に比例している。環状スペース５２は、上に説明したとおり、流動断面積と比べたときに比較的広い円周面積を有しているので、追加の吸音手段５５の効果にとって優れた前提条件が整っている。

ここで具体的に説明している有利な消音器は、コンプレッサで使用するのに好適な一連の特性を備えているという特徴がある。まず、この消音器は非常に広帯域で作用し、この場合に典型的である２００Ｈｚから１０ＫＨｚの周波数領域で、脈動の優れた減衰を実現する。広帯域に作用する従来式の消音メカニズム、例えば連続する断面が飛躍的変化をする場所での反射による干渉減衰（インピーダンスの飛躍的変化）や、散逸式の消音器による減衰（例えば吸収式ダンパや絞りダンパ）は、コンプレッサ設備で利用するのには部分的に著しい欠点と結びついている。インピーダンスの飛躍的変化に依拠する干渉式ダンパは、優れた効果のためには著しい断面積比率を有していなくてはならない。そのため、必要な寸法という面から配管内での具体化は難しい。絞りダンパは圧力損失の面で問題にならない。

吸収式ダンパは、通常、λ／４のオーダーの吸収性媒体の最低層厚を必要とし、このことは、上に挙げた周波数領域の下側領域では受け入れることができない層厚又は設計容積につながる。しかも、吸収性材料（例えば鉱さい綿、多孔性構造物）が脈動によって振動し、剥離するという危険性がある。さらに別の問題は、いくつかの吸収性材料には耐熱性が欠けていることである。

図２から図８を参照して説明した消音器は上に挙げた欠点を克服するものであり、問題となる周波数領域の消音挙動が優れていることを特徴としている。そのうえわずかな差圧しか生じないので、具体的に提案される実施形態においてコンプレッサ設備へ組み込んだとき、差圧に基づいて発生する圧縮効率の低下がきわめて小さい。さらに、具体的に説明した消音器の実施形態はコンパクトな設計形態を特徴としており、それにより、消音器をコンプレッサ設備の内部で省スペースに格納することができ、特に長い管を回避することができる。

さらに別の態様は、有利な実施形態における本発明による消音器が耐圧性すなわち自己安定的に構成されていることである。具体的に提案される設計形態は、外側と内側の輪郭により、耐圧性のハウジング（典型的には少なくとも１１バールで負荷可能）として容易に製造することができる。さらに、具体的に提案される設計形態は非常に耐熱性が高いことが判明しており、それにより、少なくとも２５０℃までのガス温度を問題なく通過させることができる。本発明の消音器は、任意選択の有利な実施形態では、例えば鉱さい綿などの吸収性材料をまったく省略することができるという特徴がある。

具体的な実施形態では、２部分からなるハウジングの場合、比較的剛性の高い構造形態が実現されるので、ガス流の脈動による共振励起が実質的に生じない程度に固有周波数が高くなる。

具体的に有利な消音器のコンパクトな設計形態は「剛性の高い」構造形態を可能にし、このような構造形態は高い固有周波数につながるとともに、外側輪郭の該当する壁区域のたわみ波長が前述の固有周波数での空気伝送音の波長よりも短くなるような固有形状につながり、それによって低い輻射度しか生じない。

具体的に説明した実施形態では、複数の消音原理の組み合わせによって消音が実現され、すなわち具体的には、追加の散逸を伴うヘルムホルツ共鳴器（穴あき板での流動損失）、λ／４管、インピーダンス消音器、及び、反射と共振に関連する消去の結果として脈動が少なくなった領域から主流動が取り出されることである。

実際的な実験で示された前述の消音器の優れた有効性の要因を上に挙げた効果だけに帰することができるかどうかは、最終的な確信をもって断定することはできない。前述の消音器の内部では、広い範囲で線形音響学が主に成り立つことは確実である。コンプレッサの吐出部でも、そのつどの音速の数パーセントの中程度の射出速度が生じている。しかし排気工程の著しい不均等さを考えるならば、非線形の効果という可能性も捨てることができない。

したがって前述した消音器の有効性の一部は、上に述べた作用メカニズムに帰せられるだけでなく、音響に関連する交番流すなわち重ね合わされた圧力・脈動割合が、散逸という点で非常に有効な穴あき板によって低減され、それに対して主流動は穴あき板の手前で脈動の伝搬方向から分岐し、それにもかかわらず、穴あき板が主流動によって貫流されないので、少ない圧力損失しか受けないことにも帰せられる場合がある。

本発明による消音器が吐出部に接続されたスクリューコンプレッサを示す模式図である。 本発明の消音器の実施形態を示す、図３のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図２の消音器を示す平面図である。 図２又は図３の消音器を示す斜視図である。 図２のＶ−Ｖ線に沿った消音器の断面図である。 図２から図５の消音器を示す分解図である。 図２から図６の消音器の構成要素としてのカップ状の基体を示す斜視図である。 図２から図７の消音器を示す側面図である。 本発明による消音器の別の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１１ 消音器
１２ 入口
１３、１３ａ 出口
１４ 分岐部
１５ 流入通路
１６ 主管路
１７ 分路
１８ 切欠き
１９ 覆い部材
２０ ハウジング
２１ 端面（第１）
２２ 端面（第２）
２３ 外套面
２４ カップ状の基体
２６ 共振室
２７ 狭隘部
２８ 閉止面（分路）
２９ 圧縮室
３０ スクリューコンプレッサ
３１ 吐出部（コンプレッサ）
３２ 吸入通路（コンプレッサ）
３３ 圧縮スクリュー
３４ パイプ片
３５ ハウジング基体
３６ （周回する）シール部材
３７ ねじ（カップ状の基体）
３８ 雌ねじ穴（ハウジング基体）
３９ フランジ面
４０ 開口部（分路）
４１ 室壁
４２、４３、４４、４５ 柱状の突起
４６ ねじ（覆い部材）
４７ 雌ねじ穴（柱状の突起）
４８ 端部プレート（カップ状の基体）
４９ リブ
５０ フランジ面
５１ 穴
５２ 環状スペース
５３ 環状隙間
５４ 部分容積部
５５ 追加の吸音手段
５６ 拡張部
５７ 流動透過性のカバー
５８ （第１の）端面側の端部
５９ （第２の）端面側の端部
６０ 出口ハウジング
６１ ボルト

Claims (15)

1. ガス流を圧縮するコンプレッサ用又は真空ポンプ用の消音器であって、
   前記消音器は、ハウジング（２０）を有しており、このハウジングは、コンプレッサ又は真空ポンプから出たガス流がハウジングに入るための入口（１２）が一端壁に形成され、ガス流がハウジングから出る出口（１３）が周壁に形成された筒状のハウジング基部（３５）を有しており、
   前記ハウジング（２０）内には、前記ハウジング基部（３５）の周壁と対面した周壁（４１）を有し、一端が開口したカップ状の基体（２４）が挿入されており、
   前記ハウジングの内部には、前記入口（１２）を備えた流入通路（１５）と、この流入通路（１５）から分岐した第1並びに第２の通路区域（１６、１７）とを含む分岐部（１４）が設けられており、
   前記第１の通路区域（１６）は、前記出口（１３）を含み、前記ハウジング基部（３５）の周壁と前記カップ状の基体（２４）の周壁（４１）とにより規定された、ガス流のための主管路（１６）として構成されており、前記第２の通路区域（１７）は、前記カップ状の基体（２４）の周壁（４１）の内周面と、開口した前記一端と、閉じた他端とにより規定された分路（１７）として構成されており、
   前記分路（１７）は、前記入口（１２）からの流入通路（１５）のガス流の流動方向と同じ方向であるガス流の優先方向（Ａ）を有しており、
   前記流入通路（１５）と主管路（１６）との間の分岐部（１４）には、前記ハウジング基部（３５）の前記一端壁の内面と、前記カップ状の基体（２４）の前記周壁の一端面との間に規定された環状の狭隘部（２７）が規定され、前記流入通路（１５）に入るガス流は、この狭隘部（２７）により絞られ
   前記入口（１２）からのガス流は、前記流入通路（１５）を通って前記分路（１７）へのガス流と前記主管路（１６）へのガス流とに、分岐され、分路（１７）へのガス流は、前記流入通路（１５）へと戻り、入口（１２）から流入通路（１５）へ入ったガス流れの方向を前記環状の狭隘部（２７）の方向へと向ける、消音器。
2. 前記主管路（１６）は、前記入口（１２）から前記流入通路（１５）へのガス流に対して横向きの方向でガス流が前記分岐部（１４）から出るように構成され、かつ方向付けられている、請求項１に記載の消音器。
3. 前記分路（１７）と前記流入通路（１５）は、互いに同軸又は少なくとも実質的に同軸に向くように配置されている、請求項１又は２に記載の消音器。
4. 複数の切欠き（１８）を備えた覆い部材（１９）が、カップ状の基体（２４）内に、前記分路（１７）をカップ状の基体の前記一端の側の部分とカップ状の基体の前記他端の側の部分とに分けるように配置されている、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の消音器。
5. 前記覆い部材（１９）は、前記カップ状の基体（２４）の周壁（４１）の開口した前記一端の近くに配置されている、請求項４に記載の消音器。
6. 前記分路（１７）が、少なくとも部分的にλ／４管として作用するように、前記カップ状の基体（２４）の一端と他端との距離が設定されている、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の消音器。
7. 前記ハウジング（２０）は、実質的に平円筒状である、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の消音器。
8. 前記ハウジング（２０）の他端壁は、前記カップ状の基体（２４）の他端に設けられた端部プレート（４８）によって形成されている、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の消音器。
9. この消音器（１１）は、前記分路（１７）の下流側に、環状スペース（５２）を形成しながら前記分路（１７）を少なくとも部分的に取り囲む追加消音器又は追加の吸音手段（５５）をさらに含んでいる、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の消音器。
10. 前記追加の吸音手段（５５）は、前記分路（１７）を完全に、かつ同心的に取り囲んでいる、請求項９に記載の消音器。
11. 前記環状スペース（５２）は、互いに向かい合う第１並びに第２の端面側の端部（５８、５９）を有しており、前記第１の端面側の端部（５８）は、取入口を規定しており、前記第２の端面側の端部（５９）は、ガス流を前記出口（１３）へ運ぶために１つ又は複数の開口部を含んでいる、請求項９又は１０に記載の消音器。
12. 前記環状スペース（５２）は、流動透過性のカバー（５７）で覆われた、径方向の拡張部（５６）を含んでいる、請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の消音器。
13. 前記追加消音器又は前記追加の吸音手段（５５）は、前記追加の吸音手段（５５）の上流側にあるこの消音器（１１）のコンポーネントよりも高い周波数に合わせて調節され、それによって組み合わせにより格別に広帯域の作用を実現する、請求項９ないし１２のいずれか１項に記載の消音器。
14. 圧縮室と吐出部とを含む、コンプレッサ又は真空ポンプであって、
    前記吐出部に接続された、請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の消音器を備えていることを特徴とする、コンプレッサ又は真空ポンプ。
15. 請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の消音器により、コンプレッサ又は真空ポンプで生成されるガス流に含まれる脈動を低減させる方法。

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