JP2002243255A

JP2002243255A - ダクトの構造

Info

Publication number: JP2002243255A
Application number: JP2001044647A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Ishihara; 国彦石原
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-02-21
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2002-08-28

Abstract

(57)【要約】【課題】ダクトの騒音を低減するために、ダクトの圧
力変動の最も大きくなる位置に開口部を設けた場合は、
規則的な強い渦が発生して新たな音源となり、この音源
がダクト構造体と共鳴を引き起こし大きな騒音と振動に
なる。また、ダクトの内外を連通する複数の微小通気孔
を集中させて設けたものでは、孔が微小なため漏洩する
空気も微小であり、音の振幅減少は若干あるものの気柱
共鳴周波数は変わらず、ダクト構造体との共鳴音及び振
動を大幅には低減できない。【解決手段】ダクトの所定位置に開口部を設けて該開
口部に金網を展着するか、又は該開口部の流れの上流部
に金網を展着すること等により、開口部上流縁部からの
渦の発生をランダムとし、かつ下流縁部からの反射圧力
波が金網により乱れ、規則的な渦が発生し難くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダクト側壁に開口
部を設けて、ダクトから発生する流体騒音を低減させる
ダクトの構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内部に気体が流れているダクトにおいて
は共鳴現象が生じる場合がある。この主な原因の一つは
ダクトの長さによって定まる気柱振動数とダクト構造体
の固有振動数が共振して大きな騒音と振動が発生する現
象である。このような場合、気柱振動数を変更すること
が有効とされている。気柱振動数を変更するためには、
ダクトの長さを変更する方法や、ダクトの圧力変動の最
も大きくなる位置に開口部を設け、多少の内部流体の外
部への漏洩を許容してその開口部位置の圧力変動を微小
にし、その気柱振動数を変更して共鳴現象を避ける方法
がある。また、特開２０００−８８３３１号公報には、
ダクトに開口部を閉塞する微小通気孔を有する連続発泡
体を固定することにより、ダクト内を伝播する空気が漏
洩するためダクトが共振しなくなるので騒音が低減する
と共に、空気の伝播中に連続発泡体自身が振動すること
により、共振音が減衰するため騒音低減効果が良い、と
されるダクトの構造が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ダクト
の長さを変更する方法において、ダクトを長くする場合
には、新たな設置面積を確保しなければならないという
問題が生ずる。また、ダクトの圧力変動の最も大きくな
る位置に開口部を設けた場合は、図６に示すように開口
部２の上流側縁２aから発生した渦が開口部の下流縁部
２bに衝突して反射し、その圧力波が上流側縁部から発
生する渦にフィードバックして影響を及ぼし、その結
果、開口部の幅Ｌと移流速度Ｖｃ（主流速度Ｖの約半
分）で決まるフィードバック周波数ｆ＝Ｖｃ／Ｌの規則
的な強い渦が発生する。この強い渦が新たな音源とな
り、該音源がダクトの構造体と共鳴を引き起こして大き
な騒音と振動を発生させている。

【０００４】一方、特開２０００−８８３３１号公報に
開示されているダクトの構造は、内外を連通する複数の
微小通気孔を集中させて設けたものであるが、孔が微小
なため漏洩する空気も微小であり、音の振幅減少は若干
あるものの気柱共鳴周波数は変わらず、ダクト構造体と
の共鳴音及び振動を大幅に減少することは出来ない。

【０００５】

【問題を解決する為の手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１では、ダクトの所定位置に開口部を設けて
該開口部に金網を展着したダクトの構造としている。金
網を展着することで開口部上流縁部からの渦の発生がラ
ンダムになり、かつ下流縁部からの反射圧力波が金網に
よって乱れ、規則的な渦が発生し難くなる。

【０００６】また、請求項２では、開口部の上流側の流
れを予め乱すことによって開口部で作られる渦の強度を
弱めるために、ダクトの所定位置に開口部を設け、該開
口部の流れの上流部に金網を展着したダクトの構造とし
ている。

【０００７】また、請求項３では、開口部で発生する渦
の強度を弱めるために、ダクトの所定位置に開口部を設
け、該開口部の流れの上流部に突起物を取り付けたダク
トの構造としている。

【０００８】請求項４の発明は、ダクトの所定位置に開
口部を設け、該開口部の下流側側面の板厚を斜めに形成
したダクトの構造としている。これにより、上流側から
の渦が流下して下流側の縁に衝突する際、下流側側面の
板厚を斜めに形成したことで音波の反射の方向がずれ、
上流側から脱落する渦に対してフィードバック力が弱く
なり渦の強度が弱くなる。

【０００９】さらに、請求項５では、ダクトの所定位置
に開口部を設け、該開口部の上流側及び下流側の側面を
凹凸状に形成したダクトの構造としている。上流側の縁
が凹凸状に形成されているため、該縁から生ずる渦の脱
落が流れの直角方向にランダムになり全体として渦の強
度が弱められる。また、下流側の縁においても、流下し
た渦が該縁に衝突したあと反射波がランダムとなり、上
流から脱落する渦に対してフィードバック力が弱くなり
渦の強度が弱くなる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面に基づき説明するが、本発明はこれに何ら限定され
るものではなく適宜変更して実施が可能である。図１
は、本発明の第１実施形態の一例を示すもので、（ａ）
は要部斜視図であり、（ｂ）は要部拡大横断面図であ
る。同図において、ダクト１の所定位置の側壁２に、気
柱振動の周波数を変えるために内外部を貫通する開口部
３を設ける。ダクト１の所定位置とは、ダクト１の圧力
変動の最も大きくなる位置であり、通常はダクト１の入
口と出口の中間部に位置する。また、本実施形態では開
口部３を３個設けているが、音の振幅とダクト口径とよ
り算出された１個以上の適宜個数が決定される。また、
ダクト内側面には、開口部３の上流部４の側壁２から該
開口部３の全面を覆う金網５を展着する。該金網５に
は、なまし鉄線、亜鉛めっき鉄線又はステンレス鋼線等
を用いる。該金網５を設けたことにより、開口部３上流
端３１からの渦９の発生が生じ難くなり、さらに、下流
端３２からの反射波１０が乱れるので規則的な渦が発生
し難くなり、その結果として渦による流体騒音が減少す
る。

【００１１】図２は、本発明の第２実施形態の一例を示
すもので、（ａ）は要部斜視図であり、（ｂ）は要部拡
大横断面図である。同図において、ダクト１の所定位置
の側壁２に、気柱振動の周波数を変えるために内外部を
貫通する開口部３を設ける。また、ダクト内側面には、
開口部３の上流部４の側壁２に金網５を展着する。該金
網５を設けたことにより、開口部３の上流部４で流れが
乱されることにより、開口部３で発生する渦９の強度が
弱められ、規則的な渦が発生し難くなり、渦による流体
騒音が減少する。なお、開口部３への金網５の展着は、
例えば、最上流側の１個のみ行なう等、開口部３の一部
のみに展着することも可能である。

【００１２】図３は、本発明の第３実施形態の一例を示
すもので、（ａ）は要部斜視図であり、（ｂ）は要部拡
大横断面図である。同図において、ダクト１の所定位置
の側壁２に、気柱振動の周波数を変えるために内外部を
貫通する開口部３を設ける。また、ダクト内側面には、
開口部３の上流部４の側壁２に突起物６を設ける。ま
た、該突起物６の長さは流れの境界層の厚み以上とす
る。

【００１３】境界層には層流境界層と乱流境界層があ
り、レイノズル数Ｒｅが５ｘ１０^５を境に層流から乱流
に変わる。但し、Ｒｅ＝ＵＬ／νで定義される。ここ
で、Ｕは流速、Ｌは流れ方向の上流側縁からの距離、ν
は空気の動粘度である。例えば、Ｕ＝５０ｍ／ｓ，Ｌ＝
４０ｍｍ，ν＝１．５ｘ１０^−５ｍ^２／ｓとするとＲｅ
＝１．３３ｘ１０^５となる。これより層流境界層の厚み
を計算すると、境界層の厚み（δ）＝５．８５√(νＬ
／Ｕ)＝７ｍｍとなる。

【００１４】前記開口部３の上流側からダクト内部に空
気を流したところ、流体騒音がかなり減少することが確
認された。これは、突起物６が流れを乱し、開口部３で
発生する渦９の強度が弱められて流体騒音が低減したも
のである。

【００１５】図４は、本発明の第４実施形態の一例を示
すもので、（ａ）は要部斜視図であり、（ｂ）は要部拡
大横断面図である。同図において、ダクト１の所定位置
の側壁２に、気柱振動の周波数を変えるために内外部を
貫通する開口部３を設ける。また、該開口部３の下流側
の縁は、流れに対して斜めに切欠７を形成している。前
記開口部３の上流側からダクト内部に空気を流したとこ
ろ、流体騒音がかなり減少することが確認された。これ
は、上流からの渦９が流下して下流側の縁に衝突する
際、斜めの切欠７を形成したことで音波の反射の方向が
ずれ、上流から発生する渦９に対してフィードバック力
が弱くなり、開口部３からの流体騒音をかなり低減でき
たことによる。

【００１６】図５は、本発明の第５実施形態の一例を示
すもので、（ａ）は要部斜視図であり、（ｂ）は要部拡
大横断面図である。同図において、ダクト１の所定位置
の側壁２に、気柱振動の周波数を変えるために内外部を
貫通する開口部３を設ける。また、該開口部３の上流端
３１及び下流端３２とも凹凸状８に形成されている。な
お、図５では凹凸状が鋸歯状のものを示しているが、螺
旋状、台形状又は波形状等にすることが可能である。前
記開口部３の上流側４からダクト内部に空気を流したと
ころ、流体騒音がかなり減少することが確認された。こ
れは、上流端３１が鋸歯状に形成されているため、該上
流端３１から生ずる渦９の脱落が流れ直角方向にランダ
ムになり、全体として渦の強度が弱められる。また、下
流端３２も鋸歯状に形成されているため、流下した渦が
該下流端３２に衝突してもやはり反射波１０がランダム
となり、上流から脱落する渦９に対してフィードバック
力が弱くなり、規則的な渦が発生し難くなる。このた
め、開口部からの流体騒音をかなり低減することができ
た。

【００１７】

【実施例】（実施例１）本発明の効果を確認するため
に、第１実施形態によるダクト構造を用いて騒音測定を
行なった結果を図７に示す。ダクトの長手方向の側面に
は、縦１００ｍｍ，横４０ｍｍの開口部３個を４０ｍｍ
の間隔で設け、該開口部全面に金網（極細メッシュ＃
１）を展着し、流速（Ｕ）５０ｍ／ｓを流した。図７に
おいて、横軸は周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は音圧レベ
ル（ｄｂ）を示している。開口部に金網を展着すること
により、図中矢印で示した位置の４７５Ｈｚ周波数成分
は７８ｄｂであり、騒音全体（以下、オーバーオール値
という）も９０ｄｂ程度であった。なお、金網の開口率
を１０％〜５０％まで変えてみたが、開口率には殆ど影
響されないことが判明した。

【００１８】（実施例２）本発明の効果を確認するため
に、第２実施形態によるダクト構造を用いて騒音測定を
行なった結果を図８に示す。ダクトの長手方向の側面に
は、縦１００ｍｍ，横４０ｍｍの開口部３個を４０ｍｍ
の間隔で設け、該開口部の上流側の側壁に金網（極細メ
ッシュ＃１）を展着し、流速（Ｕ）５０ｍ／ｓを流し
た。図８において横軸は周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は
音圧レベル（ｄｂ）を示している。開口部の上流側に金
網を展着することにより、図中矢印で示した位置のフィ
ードバック周波数４７５Ｈｚの周波数成分は８９ｄｂで
あり、オーバーオール値も９５ｄｂ程度であった。

【００１９】（比較例）本発明の効果を確認するため
に、比較例として第１実施形態によるダクト構造におい
て、開口部に金網を展着しないもので騒音測定を行なっ
た結果を図９に示す。ダクトの長手方向の側面には、縦
１００ｍｍ，横４０ｍｍの開口部３個を４０ｍｍの間隔
で設けた。図９において、横軸は周波数（Ｈｚ）であ
り、縦軸は音圧レベル（ｄｂ）を示している。図中矢印
で示した位置のフィードバック周波数４７５Ｈｚ付近の
周波数成分は１０４ｄｂであり、オーバーオール値も１
０４ｄｂであった。これは開口部から発せられたもので
ある。

【００２０】前記実施例１と比較例を対比すると、金網
を展着することで４７５Ｈｚ周波数成分が１０４ｄｂか
ら７８ｄｂへ２６ｄｂ減少し、オーバーオール値も９０
ｄｂ程度に減少しており、騒音低減の効果が実証でき
た。前記実施例２と比較例を対比すると、開口部の上流
部に金網を展着することでフィードバック周波数４７５
Ｈｚ周波数成分が１０４ｄｂから８９ｄｂへ１５ｄｂ減
少し、騒音全体も９５ｄｂ程度に減少しており、騒音低
減の効果が実証できた。

【００２１】以上より、本発明のダクト構造は騒音や振
動を低減させる必要があり、流体の多少の漏洩を許容で
きるダクトに適用することが可能である。特に、消音ハ
ンガーなど大型排気ダクトに最適であると共に、自動車
用やビル内の空調用などにも適用可能である。

【００２２】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、以下に示すような効果を奏する。請求項１のダクト
構造では、開口部を含む全面に金網を展着したので、流
れが平滑化して渦が発生し難くなるため流体騒音が低減
する。請求項２のダクト構造では、開口部に至る上流側
に金網を展着したので、上流部での流れが乱されて、開
口部で発生する渦の強度が弱くなり流体騒音が低減す
る。また、請求項３のダクト構造では、開口部の上流側
に突起物を取付けたので、該突起物が流れを乱し、開口
部で作られる渦の強度が弱められて流体騒音が低減す
る。

【００２３】請求項４のダクト構造では、開口部の下流
側の縁を斜めに切欠いて形成したので、上流からの渦が
流下して下流側の縁に衝突する際、切欠部で音波の擾乱
が弱められ、上流から脱落する渦に対してフィードバッ
ク力が弱くなり流体騒音が低減する。請求項５のダクト
構造では、開口部の上流および下流側の縁を凹凸状に形
成したので、上流側の縁から生ずる渦の脱落が流れ直角
方向にランダムになり、全体としての渦強度が弱められ
る。また、下流側の縁においても流下した渦が該縁に衝
突してランダムとなり、フィードバック力となる音波擾
乱が弱められ、上流から脱落する渦に対してフィードバ
ック力が弱くなるため流体騒音が低減する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示すもので、（ａ）は
要部斜視図、（ｂ）は要部拡大横断面図である。

【図２】本発明の第２実施形態を示すもので、（ａ）は
要部斜視図、（ｂ）は要部拡大横断面図である。

【図３】本発明の第３実施形態を示すもので、（ａ）は
要部斜視図、（ｂ）は要部拡大横断面図である。

【図４】本発明の第４実施形態を示すもので、（ａ）は
要部斜視図、（ｂ）は要部拡大横断面図である。

【図５】本発明の第１実施形態を示すもので、（ａ）は
要部斜視図、（ｂ）は要部拡大横断面図である。

【図６】ダクト開口部における渦発生メカニズムの説明
図である。

【図７】本発明の実施例１による騒音測定結果を示す図
である。

【図８】本発明の実施例２による騒音測定結果を示す図
である。

【図９】本発明の比較例による騒音測定結果を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ダクト２側壁３開口部４上流部５金網６突起物７切欠８凹凸状９渦１０反射波３１上流端３２下流端

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ダクトの所定位置に開口部を設け、該開
口部に金網を展着したことを特徴とするダクトの構造。
【請求項２】ダクトの所定位置に開口部を設け、該開
口部の流れの上流部に金網を展着したことを特徴とする
ダクトの構造。
【請求項３】ダクトの所定位置に開口部を設け、該開
口部の流れの上流部に突起物を取り付けたことを特徴と
するダクトの構造。
【請求項４】ダクトの所定位置に開口部を設け、該開
口部の下流側側面の板厚を斜めに形成したことを特徴と
するダクトの構造。
【請求項５】ダクトの所定位置に開口部を設け、該開
口部の上流側及び下流側の側面を凹凸状に形成したこと
を特徴とするダクトの構造。