JP2006336281A - 道路トンネルの換気用消音機能付整流装置及びそれに使用する消音機能付整流ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】道路トンネルの換気路Ａにおいて、円滑な整流作用を確保するとともに、消音作用をも向上させる。
【解決手段】 道路トンネルの換気路Ａの屈曲部Ｂに設けた消音機能付整流装置である。その屈曲部全長を平行な同一流通面積の複数の流路Ｃ₁〜Ｃ₈に分割する。その分割は、消音機能付整流ユニット１０を嵌め込んでなし、その各流路内面に消音機能を付与する。屈曲部全長に亘る気流の案内により、屈曲度合を緩やかにし得るため、圧力損失も比較的少ない。また、一の換気路を複数の流路に分割し、その各分割流路内面に消音材をそれぞれ設けたので、音が接する消音面が広くなって、消音効果はさらに向上する。このため、換気用送風機の負荷軽減を図ることができると共に、静かな換気路を得ることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、道路トンネルの換気路において、送風機から送られる気流を整流して圧力損失を極力少なくするとともに、その換気時の騒音を軽減する換気用消音機能付整流装置及びそれに使用する消音機能付整流ユニットに関するものである。

道路のトンネルには、その内部から外部（外気）に換気路を設け、送風機により、その内部の空気を排気したり、外気を吸気して、その内部を換気するようにしている（特許文献１参照）。
このとき、その換気は圧力損失を極力少なくして行なうことが送風機の負荷軽減の点から好ましく、その一手段として、換気流を整流することが行なわれる。整流されれば、気流が円滑に流れて圧力損失を抑えることができるからである。例えば、整流を行なうことにより、整流をしない場合に比べて、送風機の負荷を低減することができる。特に、換気路に屈曲部がある場合には、その屈曲部での気流の衝突等による圧力損失が大きいため、その屈曲部での整流は必須である。

その整流は、一般的には、換気路内に羽根状の整流板（ガイドベーン、案内板）を設けて、その整流板によって、送風機による気流を整流して屈曲部Ｂをスムースに流れるようにしている（特許文献２ 図１、図３参照）。
特開２００１−１３２３９７号公報 実開平０５−０５４９４７号公報このような実情から、例えば、図８に示す換気路Ａの屈曲部において、複数の羽根１を設けて整流を行ない、その屈曲部Ｂの気流の円滑な流れを確保するようにしている。

一方、今日の住環境に対する意識の向上から、その換気には、穏やかで、かつ静かなものが要求される。その静かなものとする消音は、通常、換気路内面に消音材（吸音材）を貼設したり（特許文献３ 第４図参照）、消音装置を設置することによって行なわれている。
特開昭６１−２５９０００号公報その従来の消音材の貼設は、例えば、この図８の換気路等においては、直線部に消音材２を貼設して行うことが一般的であり、上記整流用の羽根１の表面に消音材を設けた技術もある（特許文献２ 段落０００７ 図１参照）。また、屈曲部Ｂ内面に消音材を設けるとともに、整流板を設けた技術もある（特許文献３ 第１図参照）。また、消音装置も直線部に設けている。

図８に示す従来のクランク状の屈曲部Ｂの場合、一方の直線部Ａ₁から９０度曲がり、さらに他方の直線部Ａ₂に９０度曲がる２度の９０度の屈曲をしていると考え、その各屈曲にそれぞれ別々の羽根（整流板）１を設けており、その羽根１は、屈曲部Ｂの全長に亘っていない（連続していない）のが通常である。これは、従来、一の屈曲に対して一の羽根１を設けることが標準仕様とされているからである。
気流の圧力損失は、その流れが大きく曲がるほど大きく、９０度の屈曲は大きな圧力損失を招くため、その屈曲度合を緩やかにすることが好ましい。

一方、消音は、音のエネルギーが物に触れると、その接触摩擦や接触振動等によって、そのエネルギーの一部が熱エネルギーに変換されて吸収されることによってなされるため、その音の流れる流路に対して消音材との接触面積が大きいほど消音効果は高く、また、音の進行方向がその衝突回数が多くなる方向程、消音効果が高いこととなる。
このため、上記のように、換気路Ａの直線部に消音材２を貼設した場合、通常、直線部の音の通過態様は、その多くが直進であるため、周囲の消音材２に衝突する（接する）機会は少なく、消音材２の貼設面積に対する消音効果は低いものとなっている。十分な消音効果を得ようとすれば、消音材２の貼設面積を広くしなければならず、その施工費用が嵩んでコストアップに繋がる。

これに対し、屈曲部Ｂの整流板１に消音材２を設ければ、通常、音は、屈曲部Ｂで曲がる際にその整流板１に接するため、消音材２に接する機会も多く、直線部に消音材を貼設した態様に比べれば、その消音効果は高いものである。
しかし、従来、一の屈曲に対して一の羽根１を設けることが標準仕様とされていることから、図８に示す屈曲部Ｂにおいても、一方の直線部Ａ₁から９０度曲がる個所、及び他方の直線部Ａ₂に９０度曲がる個所に、それぞれ別々の羽根（整流板）１を設けており、屈曲部Ｂの全長に亘っていない（連続していない）のが通常である。このため、その整流板１に消音材２を設けても、その消音面が途中で途切れることとなって、十分な消音効果を得ていないのが実情である。

この発明は、円滑な整流作用を確保するとともに、消音作用をも向上させることを課題とする。

上記の課題を達成するために、この発明は、まず、上記屈曲部Ｂ全長に亘って整流板（羽根）１を設けることとしたのである。
屈曲部Ｂ全長に亘った整流板１であれば、その整流板１により、気流が、屈曲部全長に亘って全行程で案内されるため、その整流板を９０度づつ２度屈曲させる必要も無く、例えば、６０度などの２度の屈曲によって、屈曲部に気流を流すことができる（実施例参照）。６０度屈曲の流れは、９０度屈曲の流れに比べれば、圧力損失は小さいものとなる。

つぎに、この発明は、特許文献２に記載の技術のように、その屈曲部Ｂの整流板１に消音材２を設けて、消音作用を行うこととしたのである。
屈曲部Ｂの整流板１に消音材２を設ければ、上述のように、その消音材２に音が接する機会が多くなって、その円滑な消音効果を得ることができるからである。
このとき、一の換気路を複数の流路に分割し、その各分割流路内面に消音材をそれぞれ設けることによって、音が接する消音面が広くなって、消音効果はさらに向上する。筒状路において、その内全面に消音材を設けた際、減音量（消音効果）は、その筒状路の長さに比例し、流通断面積に反比例するからである。

この発明は、以上のように、屈曲部全長を複数の流路に分割するとともに、その各流路内面に消音材を設けたので、円滑な整流作用を確保できるとともに、音の消音材に接する面積も広くすることができて、消音作用をも向上させることができる。このため、換気用送風機の負荷軽減を図ることができると共に、静かな換気路を得ることができる。

この発明の実施形態としては、換気路の屈曲部に設けた整流装置において、その屈曲部全長を、その全長に亘る整流板により複数の流路に分割するとともに、その各流路内面に消音材を設けた構成を採用できる。
このとき、音が接する機会を多くする点から、消音材は、分割流路全長及び全面に亘って連続して設けることが好ましい。

この構成において、上記複数の分割流路の形状（中心軸の長さ、アール部の位置、大きさ 実施例参照）を等しくすれば、各分割流路の全長に亘る流通抵抗がほぼ同じとなり、その圧力損失がほぼ同じとなって、屈曲部の圧力損失を最小限に抑えることができる。また、各分割流路の消音性能も同じとすることができて、装置全体の消音性能を把握しやすく、設計の点で有利である。各分割流路の形状が異なって、消音性能が異なると、その消音性能の低い流路に装置全体の消音性能が影響されて、その性能が低下するとともにその把握も煩雑となる。
さらに、その分割流路の流通断面積をその全長に亘って等しいものとすれば、分割流路内の圧力損失も極力抑えることができる。

消音は、グラスウールのように、毛細管や連続気泡を持つ素材に音が入力すると、音波はその細孔中でその周壁との摩擦や粘性抵抗及び材料小繊維の振動等によって、音のエネルギーの一部が熱エネルギーに変換されることによって行われる。
このため、上記消音材は、グラスウール等の従来から使用されているものを適宜に採用すればよく、その際、その消音材の表面にパンチングメタル板等の多孔板を設けて、その多孔板によって消音材を支持するようにすることができる。多孔板であれば、その孔から騒音が消音材内に侵入して有効に消音されるからである。

このとき、上記屈曲部は、通常、直線部とアール部によって構成され、この場合には、そのアール部の多孔板は孔無しとするとよい。アール部は、気流が曲がる個所のため、多孔板であると、孔の存在により、その多孔板の表面粗さが大きく、気流との流れ抵抗が大きいため、その流れが悪くなって、圧力損失が大きくなるからである。因みに、直線部は、通常、気流が直進するため、その粗度の影響は少ない。
但し、そのアール部の気流の流れの外側は多孔板とし、内側は孔無しとすることが好ましい。外側は、内側に対し、屈曲率が小さい（曲率が大きい）ため、圧力損失は余り認められず、それに反して、消音材を設けないことによる消音効果の劣化が大きいからである（図５参照）。

上記各構成の換気用消音機能付整流装置は、換気路に複数の消音ユニットを嵌め込むことよって構成することができる。換気路を複数設置する場合、一般的に、その換気路を個別に設置する場合に比べて、ユニット化すれば、コンパクトとなる。このため、搬送が容易となり、道路トンネル用換気路のように搬入路や点検口を大きく取れない場合には有利である。また、ユニットは同一形状のものを複数製作すれば、コスト的に有利であるとともに、取換えなどにおいては、ユニット毎交換すれば良い等とメンテナンスも容易である。

このとき、直線部のものは、板状の消音材の両面を多孔板で挟んだものとし、アール部のものは、気流の流れの外側は多孔板とし、内側は孔無しとして、それらの板で挟んだものとするとよい。また、そのアール部は板状の消音材の一面と他面の曲率を変えることによって、分割流路の流通断面積をその全長に亘って等しいものとすることができる。

一実施例を図１〜図４に示し、この実施例は、高速道路のトンネルの換気路Ａに係り、図１において、右側から、送風機Ｒによって空気が送られて、トンネル内が排気され、送風機Ｒを逆転すれば、外気がトンネル内に送り込まれて、トンネル内が換気される。なお、トンネル内の排気用換気路及び外気吸気用換気路を別々に設け、その両換気路にこの消音機能付整流装置をそれぞれ設けることもできる。また、送風機Ｒは、Ａ₂側に設けることもできる。
この換気路Ａの屈曲部Ｂに消音機能付整流装置Ｍを設けている。その屈曲部Ｂは、換気路Ａの送風機Ｒに繋がる一方の直線部Ａ₁から外気への直線部Ａ₂との接続面間のクランク状で成している（この実施例では、両直線部Ａ₁、Ａ₂の中心線に垂直な接続面で挟まれた図１の２点鎖線で囲まれた部分）。この換気路Ａは、コンクリート壁Ｄによって構築されている。

消音機能付整流装置Ｍは、その屈曲部Ｂ全長を複数の流路Ｃ₁〜Ｃ₈（総称符号：Ｃ）に分割するとともに、その各流路Ｃ内面に消音機能を持たせたものである。各流路Ｃは、その各中心軸（図４の１点鎖線）ｃが平行とされて相互に平行となっており、その両端は両直線部Ａ₁、Ａ₂に所要長さ突出している。その突出長さは任意であるが、各流路Ｃ
の中心軸ｃの長さ（流路Ｃの長さ）は等しくする。
また、各分割流路Ｃの各流通断面積（上記中心軸ｃに垂直の断面積）は等しく、かつ、流路Ｃの流通断面積がその全長に亘って等しくなっている。
流路Ｃの分割数、分割態様、流通断面積等は任意であって、整流性、消音性などを考慮して実験・実操業等によって適宜に決定する。

各分割流路Ｃの周壁は、消音機能付整流ユニット１０を換気路Ａ（屈曲部Ｂ）に嵌めて構成しており、そのユニット１０は、図３に示すように、グラスウール等の消音材（吸音材）１１をパンチングメタル板１２又は鉄板１３によって保形性を有するように囲むなどによって板状に支持したものである。
その流路Ｃの直線部を構成するユニット１０ａは、流路Ｃの内面を成す面はパンチングメタル板１２で構成し、他の面は鉄板１３で構成しており、また、アール部を構成するユニット１０ｂは、気流の流れの外側は多孔板（図４のＬ₁、Ｌ₂部分）とし、内側を鉄板１３（図４のＬ₃、Ｌ₄部分）で構成している。
また、そのアール部のユニット１０ｂは、流路Ｃの内面を成す面の曲率半径Ｒが、図１、図４において上側Ｒ₁が下側Ｒ₂に対して（図の左側アール部）又は下側が上側に対して（同図の右側アール部）大きくなって、流路Ｃの流通断面積が全長に亘って等しくなるようにされている。

なお、気流と接しない部分、例えば、換気路Ａの内壁に接する部分、は、パンチングメタル板１２とせずに、鉄板１３とすることもできる。
消音機能付整流ユニット１０は、必ずしも消音材１１の全面を板１２、１３で囲む必要はなく、保形性を維持できる限りにおいて、省略することが可能であり、例えば、側面等は省略できる。

また、消音機能付整流ユニット１０は、屈曲部Ｂ（換気路Ａ）の内表面の全部に設ける必要はなく、消音性、整流性等を考慮して適宜個所に設ける。例えば、図２に示すように、換気路Ａの両側面には消音ユニット１０を設けない構成等と任意である。また、図２で示す上下の仕切り壁部分１０ｃは、ユニット１０ａ以外の板材（パネル板）で構成することもできる。
さらに、図４に示すように、流路Ｃの上下の幅をＷとしたとき、Ｒ₁＝１．５〜２Ｗ、Ｒ₂＝Ｒ₁−Ｗの関係があるようにすることができる。また、分割流路Ｃの両端をなすユニット１０の端部は円弧状として、気流ａとの抵抗を極力無くすことが好ましい。

この実施例は以上の構成であり、送風機Ｒにより、この換気路Ａにトンネル内の空気ａを吸引して送り込むと、屈曲部Ｂにおける各分割流路Ｃにおいて、整流作用及び消音作用が円滑に行われて換気される。このため、送風機からの騒音は極力消音され、円滑な換気が行なわれる。円滑な換気を行い得ることによって、送風機Ｒに大きな負荷がかかりにくい。
このとき、各分割流路Ｃのアール部は、９０度の屈曲でなく、６０度程度の屈曲のため、９０度の屈曲に比べれば、圧力損失は少ない。因みに、同一の大きさの換気路Ａにおいて、この実施例の態様と図８の態様（整流板１を設けて消音材２を省略）とを比較した場合、ほほ同程度の圧力損失であった。

また、図４に示す一の分割流路Ｃにおいて、アール部のＬ₁〜Ｌ₄の部分を、パンチングメタル板１２又は鉄板１３で構成した下記表１で示す各場合の消音効果の実験結果を図５に示す。表中、「鉄板１３の貼付け個所」の他方は「パンチングメタル板１２」とした。図５は、流路Ｃの中心軸ｃに各周波数（中心周波数）を挿入した際、その損失を縦軸で示し、その挿入損失の値が高いほど、消音効果が高いこととなる。

これによると、気流ａの流れの外側（Ｌ₁、Ｌ₂）はパンチングメタル板１２とし、内側（Ｌ₃、Ｌ₄）は鉄板１３とした実験例４が全てをパンチングメタル板１２としたもの（実験例１）とほぼ同等の消音効果を得ることができた。

この実施例は、クランク状の屈曲部Ｂであったが、屈曲部Ｂには、図６に示すＬ字状、円弧状等の種々の態様が考えられ、その各屈曲部（２点差線で囲まれた部分）Ｂにこの発明は採用できることは勿論である。
また、図６、図７（ａ）に示すように、同一形状・大きさの消音機能付整流ユニット１０を屈曲部Ｂにはめ込んで消音機能整流装置Ｍを構成することもできる。このように、同一大きさ・形状のユニット１０であれば、コスト削減に寄与できる。さらに、流路Ｃ全長に亘ってその流通断面積が同一でなくてもよく、例えば、図７（ｂ）に示すように、徐々に狭くなってもよい。
なお、図６、図７に示すように、屈曲部Ｂ内の分割流路Ｃにおいて、その両端の直線部Ａ₁、Ａ₂への接続部分が直線状になった場合には、その直線部は適宜に省略することができる。その省略長さは、整流及び消音効果を損なわない限りにおいて任意である。

消音材としては、グラスウール以外に、ロックウール、セラミック吸音板、コンクリート系吸音板、アルミニウム吸音板、発泡ウレタン吸音板等が考えられる。このとき、セラミック吸音板、コンクリート系吸音板、アルミニウム吸音板、発泡ウレタン吸音板は、保形性を有するため、多孔板１２は必ずしも必要はない。
その多孔板には、パンチングメタル板１２以外に、エキスパンドメタル板、樹脂製多孔板、金網などの網状板、格子状の枠体等の騒音を取り込んで消音材１１に導く形状のものであれば、何れでもよい。また、鉄板１３も、各種金属、非金属、樹脂等の種々のものからなる板を採用できる。

なお、この発明は、実施例の高速道路のトンネルの換気路Ａに限らず、各種の道路のトンネルに採用できることは勿論である。

また、上記各実施例から理解できるように、この発明の屈曲部Ｂは、図１に示すクランク状、図６に示すＬ字状、エルボ等と「換気路において、直線部以外の全ての曲がった部分」を言うことは勿論であり、換気路出口の屈曲部Ｂにおいても、この発明は採用できる。

一実施例の要部概略断面図 同右切断側面図 同実施例の消音機能付整流ユニットの各例の斜視図 同実施例の作用図 同実施例の作用図 他の実施例の要部概略断面図 他の各実施例を示し、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）はその作用図 従来例の要部概略断面図

符号の説明

Ａ 換気路
Ａ₁、Ａ₂ 換気路の直線部
Ｂ 換気路の屈曲部
Ｃ、Ｃ₁〜Ｃ₈ 分割流路
Ｒ 送風機
ａ 換気流
１０ 消音機能付整流ユニット
１０ａ 換気路直線部の消音機能付整流ユニット
１０ｂ 換気路アール部の消音機能付整流ユニット
１１ 消音材
１２ パンチングメタル板
１３ 鉄板

Claims (10)

1. 道路トンネルの換気路Ａの屈曲部Ｂに設けた整流装置であって、その屈曲部Ｂ全長を、その全長に亘る整流板を設けて複数の流路Ｃに分割するとともに、その各流路Ｃ内面に消音材１１を設けたことを特徴とする道路トンネルの換気用消音機能付整流装置。
2. 上記複数の分割流路Ｃの形状を等しくしたことを特徴とする請求項１に記載の道路トンネルの換気用消音機能付整流装置。
3. 上記分割流路Ｃの流通断面積がその全長に亘って等しいことを特徴とする請求項１又は２に記載の道路トンネルの換気用消音機能付整流装置。
4. 上記消音材１１表面に多孔板１２を設けてその多孔板１２によって消音材１１を支持するようにしたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の道路トンネルの換気用消音機能付整流装置。
5. 上記屈曲部Ｂを直線部とアール部によって構成した場合には、そのアール部の気流の流れの内側の多孔板は孔無しとしたことを特徴とする請求項４に記載の道路トンネルの換気用消音機能付整流装置。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載の道路トンネルの換気用消音機能付整流装置において、換気路Ａに複数の消音機能付整流ユニット１０を嵌め込むことよって構成されたことを特徴とする道路トンネルの換気用消音機能付整流装置。
7. 請求項６に記載の道路トンネルの消音機能付整流ユニット１０であって、直線部のものは、板状の消音材１１の両面を多孔板１２で挟んだものであることを特徴とする道路トンネルの消音機能付整流ユニット。
8. 請求項６又は７に記載の道路トンネルの消音機能付整流ユニット１０であって、アール部の気流の流れの内側の多孔板は孔無しとしたことを特徴とする道路トンネルの消音機能付整流ユニット。
9. 請求項６乃至８の何れかに記載の道路トンネルの消音機能付整流ユニット１０であって、アール部のものは、板状の消音材１１の一面と他面の曲率を変えて請求項３記載の道路トンネルの換気用消音機能付整流装置を構成するようにしたことを特徴とする道路トンネルの消音機能付整流ユニット。
10. 上記アール部の気流の流れの内側の多孔板は孔無しとしたことを特徴とする請求項９に記載の道路トンネルの消音機能付整流ユニット。

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