JP7176931B2 - Ｐｓａ装置用消音器の先端部構造及びｐｓａ装置用消音器 - Google Patents

Description

本発明は、ＰＳＡ装置(Pressure Swing Adsorption)の排気管に設けられて排気音を消音するＰＳＡ装置用消音器の先端部構造及び該先端部構造を有するＰＳＡ装置用消音器に関する。

空気中の酸素、窒素を分離する装置の一つに、吸着速度、吸着量の差を利用するＰＳＡ装置(Pressure Swing Adsorption)がある。ＰＳＡ装置は、複数の塔を有し、各々の塔が(i)吸着→(ii)均圧→(iii)脱着→(ii)均圧→(i)吸着のサイクルの繰り返しで常に酸素ガス又は窒素ガスを発生させている。

特に(iii)脱着サイクルにおいては、吸着塔に充圧された空気を一気に排気する為、非常に大きな排気音が発生する。このため吸着塔の排気ラインには消音器が取り付けられており、この消音器によって排気音を低減しているが、近年作業環境の快適化などの観点から、更なる騒音値の低減を要求されている。

ところで、一般的に、装置等からの排ガス放出時の騒音防止のための消音器（サイレンサ）には、その用途に応じて多種多様のものがある。例えば、換気ダクト用サイレンサの構造の例として、特許文献１に開示の「換気ダクト用サイレンサ」がある。
また、自動車の内燃機関の排気系に設置され、排気騒音を低減する消音器として、特許文献２に開示がある。この特許文献２に開示の消音器は、同公報の図１、図２に示される様に、排ガスが流れる内管に小孔を有し、その外部に外管を有する構造である。

このように、排気ガスの消音という点では共通するが、その用途によって種々のものがあり、上記の２例は、排ガスの流れ方向に直線的な筒体からなり、端部がそのまま開口するような形状であり、多量の排ガスを運転タイミングによって間欠的に勢いよく排気するＰＳＡ装置からの排ガスの消音には必ずしも適切なものではない。

ＰＳＡ装置の消音器として、例えば図７に示すように、消音部４１の先端に曲がり管４３を設けた吸音ダクト式消音器４５が知られている。この曲がり管４３は、消音部４１の下流側の先端に接続されるものであり、略９０°屈曲して、先端部が開口している。そして、先端部は、消音器内に雨水が入らない様に、下向きに開放されている。図７に示す従来の吸音ダクト式消音器４５の先端部構造は、曲がり管４３を有するものの、排ガスは、配管軸方向に放出されるため、排ガスの有する運動エネルギーによって生じる大きな騒音の発生は回避できなかった。

そこで、間欠的に勢いよく排出されるＰＳＡ装置の排ガスの消音対策に特化したものとして、特許文献３には「ＰＳＡ法によるガス分離装置の排気消音器」が開示されている。この特許文献３に開示のものは、ＰＳＡ装置本体が設置される架体を空洞行動とし、間欠的に発生する排ガスを、前記架体内に導入することで、運転時の騒音の低減を図るというものである。

特許第5713957号公報 特開2017-160870号公報 特開平11-57374号公報

確かに、特許文献３に開示のものは、ＰＳＡ装置に特化したものであり、消音効果は期待できる。しかしながら、特許文献３のものは、大掛かりな構造であるため、新設時には設置可能であるが、既設装置の改造に適用するには困難が伴う。
また、架台の内部が排気路となっていることから、メンテナンスにも困難が伴う。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、ＰＳＡ装置の排気のように間欠的に多量の排ガスが勢いよく排気されるものにおいて、既設の装置にも適用可能で、かつメンテナンスも容易でありながら、消音効果の高いＰＳＡ装置用消音器の先端部構造、及び該先端部構造を有するＰＳＡ装置用消音器を提供することを目的としている。

（１）本発明に係るＰＳＡ装置用消音器の先端部構造は、ＰＳＡ装置用消音器の先端部に設けられて、大気放出時の排気音を低減するためのものであって、
基端側が開口すると共に該基端側に前記消音器における上流側の消音部と着脱可能に接続できる接続部を有し、先端側が閉塞した有底筒体と、
該有底筒体内に充填された吸音材と、有底筒体における基端側の周面に形成された排気口とを有することを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記吸音材は、前記有底筒体に底部に向かって積層された積層吸音材を有することを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記排気口からの排気を水平方向又は上方にガイドするガイド部材を有することを特徴とするものである。

（４）また、本発明に係るＰＳＡ装置用消音器は、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の先端部構造を有することを特徴とするものである。

本発明に係るＰＳＡ装置用消音器の先端部構造は、ＰＳＡ装置用消音器の先端部に設けられて、大気放出時の排気音を低減するためのものであって、基端側が開口すると共に該基端側に前記消音器における上流側の消音部と着脱可能に接続できる接続部を有し、先端側が閉塞した有底筒体と、該有底筒体内に充填された吸音材と、有底筒体における基端側の周面に形成された排気口とを有することにより、間欠的に勢いよく排出される排気の運動エネルギーを吸音材によって効果的に減衰することで、排気音を効果的に低減することができる。また、上流側の消音部と着脱可能に接続できる接続部を有していることから、既設の消音器に適用する場合にも、簡易的な改造を行うだけで済むので好適である。

本実施の形態に係るＰＳＡ装置用消音器の外観を斜め下方から見た状態を示す図である。 図１に示したＰＳＡ装置用消音器の内部構造の説明図である。 ＰＳＡ装置用消音器の構成要素である第１消音部の上端の構造の説明図である。 図１に示したＰＳＡ装置用消音器の先端部構造の内部の拡大図である。 図４に示した先端部構造の外観の説明図である。 図１に示したＰＳＡ装置用消音器の先端部構造の基端側の内部の構造の説明図である。 従来のＰＳＡ装置用消音器の先端部の構造の説明図である。

本実施の形態に係るＰＳＡ装置用消音器１は、ＰＳＡ装置からの排気ガスを排気する排気管３に設けられて、大気放出時の排気音を低減するためのものであって、図１に示すように、排気管３に接続されて第１の消音部となる第１消音部５（図中Ａ部）と、第１消音部５の先端に接続されて第２の消音部となる先端部構造７（図中Ｂ部）とを有するものである。
以下、各構成部分について詳細に説明する。

＜第１消音部＞
第１消音部５は、図２に示すように、排気管３と下部フランジ９によって接続される筒状の内管１１と、内管１１を覆うように設けられた外筒管１３とを備えている。
内管１１は、周面に複数の小孔１５を有すると共に先端部は開口している。なお、図２において小孔１５は内管１１の周面の一部に記載しているが、これは図面が煩雑になるのを防止するために記載を省略したものであり、実際には小孔１５は内管１１の全周面に設けられている。

内管１１の上端は、図２、図３に示すように、上部フランジ１７よりも上方に突出している。これは、後述するように、内管１１の先端部を先端部構造７内に挿入するためである。
外筒管１３の内周面には吸音材１９が配設されており、吸音材１９と内管１１との間には隙間が設けられていない。

＜先端部構造＞
先端部構造７は、図４、図５に示すように、基端側が開口すると共に該基端側に第１消音部５と着脱可能に接続できる接続部２１を有し、先端側が閉塞した有底筒体２３と、有底筒体２３内に充填された吸音材２９と、有底筒体２３における基端側の周面に形成された排気口２５とを有している。

接続部２１は、外筒管１３の上部フランジ１７にボルト接合によって外筒管１３と着脱可能になっている（図５参照）。
有底筒体２３は、先端部が閉塞した円筒体であり、その基端側の周面には、排気口２５が設けられている。排気口２５には、図５に示すように、網体２７が設けられている。

有底筒体２３内には、吸音材２９が配設されている。この吸音材２９は、有底筒体２３の内周面（排気口２５の部分を含む）を覆うように配設された円筒状の円筒吸音材２９ａと、円筒吸音材２９ａの内側に有底筒体２３の底部（先端部）に向かって積層するように配設された積層吸音材２９ｂを備えている。
積層吸音材２９ｂは、図４に示すように、有底筒体２３の基端から少し上方にずれた位置から上端に向かって積層されているので、基端側には、円形の凹陥部３１が形成されている（図６参照）。

前述したように、第１消音部５の内管１１の上端は上方に突出しており（図３参照）、先端部構造７を第１消音部５に接続した状態では、内管１１の先端が先端部構造７側に突出するように配置される。このため、内管１１の先端は、図４に示すように、円筒吸音材２９ａに囲まれた凹陥部３１に挿入されることになる。内管１１の先端を突出させた理由は、屋外の雨や雪が内部の排ガスの経路に入り込まないようにするためである。

上記のように構成された本実施の形態のＰＳＡ装置用消音器１の作用効果について説明する。
排気管３から排出された排気が第１消音部５を通過して先端部構造７に至る。
先端部構造７の内部は、吸音材２９が配設された有底筒体２３によって、先端が行き止まりとなっているため、排気は先端側に向かって排出されるが、行き止まりになることでその向きを変えて、側方の排気口２５から排気されることになる。
すなわち、排気は有底筒体２３内において、積層吸音材２９ｂに衝突し、この衝突によって、吸音材２９が変形して排ガスの運動エネルギーが低減し、さらに向きを変えて排気口２５から排気される。
排気が積層吸音材２９ｂに衝突する際の音は、積層吸音材２９ｂの周囲に配設されている円筒吸音材２９ａによって吸音される。

なお、吸音材２９は、排ガスによって鉛直上部方向に押し上げられるため、経年によって、押し上げられた吸音材２９が圧縮されて気体に対する抵抗が増加することが考えられるが、排気は側方の排気口２５から排出されるので、吸音材２９の圧縮によって排気抵抗が増すことはなく、長期間使用してもＰＳＡ装置の排気不良が発生しにくく性能低下は生じない。

以上のように、本実施の形態の先端部構造７を有するＰＳＡ装置用消音器１によれば、間欠的に勢いよく排出される排気の運動エネルギーを先端部構造７によって効果的に減衰することで、排気音を効果的に低減することができる。
また、本実施の形態の先端部構造７は、その上流側の第１消音部５に対して着脱可能に設けられているので、仮に第１消音部５の先端が図７に示すような曲がり管４３のものであれば、曲がり管４３に代えて先端部構造７を取り付けることが可能であり、既設のＰＳＡ装置の消音器の改造に簡単に適用することができる。

また、上記の例では、先端部構造７の内部に、積層吸音材２９ｂと、この回りを囲むように設けられた円筒吸音材２９ａを有する例を示した。
しかし、放出される排ガス量に対して消音器出口構造の口径が比較的大きい場合、円筒吸音材２９ａを設置しなくても、騒音低減の効果を得ることが出来る。

また、本実施の形態の先端部構造７において、吸音材２９は、それ自身が変形することで、排ガスが有するエネルギーを低減することを目的として設置されているので、吸音材２９は一般的な吸音材の他に断熱材等を本発明の吸音材２９として利用することもできる。

また、上記の例では、先端部構造７における有底筒体２３は円筒形のものを示したが、本発明の有底筒体２３は円筒形のものに限られず、例えば、断面が三角形、四角形、多角形等でもよい。

上述したように、実施の形態の先端部構造７においては、排気は行き止まりになった先端から向きを変えて側方の排気口２５から排気される。このため、排気口２５からの排気の向きは必ずしも水平方向ではなく、斜め下方に向かうものもある。しかし、排気口２５の下方には上部フランジ１７が張り出しているため、この上部フランジ１７によって真下に向かう排気はその向きが水平方向に変えられるので、真下に排気されることはない。

もっとも、排気口２５の下方は作業者が作業するスペースにもなっていることから、より作業者に対する騒音低減の観点から、排気口２５からの排気の向きを水平方向、あるいは上方（斜め上方、真上を含む）にガイドするようなガイド部材を設けるようにしてもよい。
このようなガイド部材としては、例えば上部フランジ１７の上面に上部フランジ１７よりもさらに外方に張り出すように配設した円形板や、排気口２５の下端を囲んで斜め上方に張り出すように配設したメガホン状の部材等が考えられる。
また、上部フランジ１７の外径を大きく設定することで、同様の効果を奏することもでき、この場合には、上部フランジがガイド部材として機能する。

ガイド部材を設けることで、排気口２５からの排気の向きを水平方向あるいは上方にガイドすることができ、排気が装置周囲にいる作業者や他の装置等へ当ることを防止でき、地上における最大騒音値を低減することができる。

消音器の先端部を、図７に示すような、曲がり管４３にしたものと、本発明の先端部構造７にしたものとの消音効果の比較を行ったので、これについて以下説明する。
図７に示した従来の出口構造の場合、排気は１か所から１方向に一気に放出させ、圧力０．３５ＭＰａの排ガスを圧力０．１ＭＰａまで約３秒放出させたとき、計測点(地上高さ：１．５ｍ、消音器出口距離：１．５ｍ)における最大騒音値は９６ｄＢ（Ａ）であった。
一方、同一条件で、本発明の先端部構造７を有する消音器の場合、計測点(地上高さ：１．５ｍ、消音器出口距離：１．５ｍ)における最大騒音値は９１ｄＢ（Ａ）であり、図７のものと比較して約５ｄＢの騒音値低減を達成した。
以上から、本発明の先端部構造７には高い消音効果があることが実証された。

１ ＰＳＡ装置用消音器
３ 排気管
５ 第１消音部
７ 先端部構造
９ 下部フランジ
１１ 内管
１３ 外筒管
１５ 小孔
１７ 上部フランジ
１９ 吸音材(外筒管)
２１ 接続部
２３ 有底筒体
２５ 排気口
２７ 網体
２９ 吸音材(有底筒体)
２９ａ 円筒吸音材
２９ｂ 積層吸音材
３１ 凹陥部
＜従来例＞
４１ 消音部
４３ 曲がり管
４５ 吸音ダクト式消音器

Claims (4)

1. ＰＳＡ装置用消音器の先端部に設けられて、大気放出時の排気音を低減するためのＰＳＡ装置用消音器の先端部構造であって、
   基端側が開口すると共に該基端側に前記消音器における上流側の消音部と着脱可能に接続できる接続部を有し、先端側が閉塞した有底筒体と、
   該有底筒体内に充填された吸音材と、有底筒体における基端側の周面に形成された排気口とを有することを特徴とするＰＳＡ装置用消音器の先端部構造。
2. 前記吸音材は、前記有底筒体に底部に向かって積層された積層吸音材を有することを特徴とする請求項１記載のＰＳＡ装置用消音器の先端部構造。
3. 前記排気口からの排気を水平方向又は上方にガイドするガイド部材を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のＰＳＡ装置用消音器の先端部構造。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の先端部構造を有することを特徴とするＰＳＡ装置用消音器。

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