JP2015140917A - 配管 - Google Patents

Abstract

【課題】内部を流体が流れる配管において、流体の流れる際に生じる騒音をさらに低減する。
【解決手段】配管１０Ａは、内部を液体Ｌが流通する内管２０と、内管２０を囲んで外周側に配置され、内管２０との間に空気層５０を形成する発泡性吸音材３０と、発泡性吸音材３０を外周側から覆い、発泡性吸音材３０を支持する外管４０と、備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内部を液体が流れる配管に関する。

内部を流体が流れる配管において、配管の曲折部、配管内周面に形成された凹凸、配管内周面に生じた腐食、配管断面積が変化する部分等によって、流体の流れが配管の内周面から剥離すると、騒音が生じることがある。これは、流れの剥離によって生じる配管内の圧力変動と、配管系の音響固有値とが一致することによって生じる。
この騒音は、各種のプラント等、配管内の流体圧力が高い場合、より顕著になる。

配管における騒音を低減する技術として、特許文献１、２には、配管を、内管と外管とを備えた二重構造とし、内管の外周面または外管の内周面に、吸音性能を有する中間層を備えた構成が開示されている。中間層としては、無機質粉末を含んだ樹脂シート、ロックウール等の無機質繊維を主体とする成形体、ゴム系・ビニル系材料からなる軟質シート、アスファルト等が開示されている。
また、特許文献１、２には、内管と中間層との間、または中間層と外管との間に空気層を介在させた構成が開示されている。

特開平５−１４９４９５号公報 特開２００１−７４１９１号公報

しかしながら、騒音の低減は常に求められている。
そこでなされた本発明の目的は、騒音をさらに低減することのできる配管を提供することである。

本発明の第一の態様によれば、配管は、内部を液体が流通する内管と、前記内管を囲んで外周側に配置され、前記内管との間に空気層を形成する発泡性吸音材と、前記発泡性吸音材を外周側から覆い、前記発泡性吸音材を支持する外管と、備える。

このように構成することで、配管は、内周側から、内管内部の液体、内管、空気層、発泡性吸音材、外管、外管外周部の外部雰囲気、の順で配置される。このような配管において、内管の内部で発生した騒音、すなわち振動波は、一部が内管の内周面で反射され、残部が内管を透過する。内管を透過した振動波は、その一部が、内管の外周面と内管の外周側の空気層との界面で反射し、配管の内部に戻る。内管を透過した振動波の残部は、空気層を通り、発泡性吸音材に到達する。発泡性吸音材では、到達した振動波の一部が吸収され、残部が外管の内周面に到達する。外管の内周面とその内側の発泡性吸音材との界面では、到達した振動波の一部が反射され、残部が外管を透過して外部に到達する。
ここで、外管の内周面とその内側の発泡性吸音材との界面で反射した振動波は、再び発泡性吸音材を通り、その一部が吸収される。
発泡性吸音材は、樹脂、成形体、軟質シート、アスファルト等の従来の吸音材材料に比較して密度が大幅に小さい。これにより、発泡性吸音材の音響インピーダンスは、従来の吸音材材料よりも小さい。すると、外管と発泡性吸音材との界面において、振動波が効率良く反射される。その結果、外管の内周面とその内側の発泡性吸音材との界面で反射して発泡性吸音材で吸収される振動波量が多くなる。

また、この発明に係る配管は、前記内管の内部から前記内管を透過した振動波を反射する反射体を、前記内管の外周面と前記空気層との間にさらに備えるようにしてもよい。
このように構成することで、内管を透過した振動波を、内周面の外周面と反射材との界面で効率良く反射させることができる。

また、この発明に係る配管は、前記内管の内部から前記内管を透過した振動波を吸収する吸音材を、前記内管の外周面と前記空気層との間にさらに備えるようにしてもよい。
このように構成することで、内管を透過した振動波を吸音材によって吸収することができる。

この発明に係る配管によれば、騒音をさらに低減することができる。

この発明の第一実施形態に係る配管の構成を示す断面図である。 この発明の第二実施形態に係る配管の構成を示す断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明による配管を実施するための形態を説明する。

（第一実施形態）
図１は、第一実施形態に係る配管の構成を示す断面図である。
図１に示すように、配管１０Ａは、内部を液体Ｌが流通する内管２０と、内管２０の外周側に間隔をあけて設けられた外管４０と、を備えている。
外管４０の内周面４０ｆには、発泡性吸音材３０が設けられている。発泡性吸音材３０は、内管２０を囲んで外周側に間隔をあけて配置され、内管２０との間に空気層５０を形成している。換言すれば、外管４０は、発泡性吸音材３０を外周側から覆い、発泡性吸音材３０を支持している。
このようにして、配管１０Ａは、内周側から外周側に向けて、内管２０内部の液体Ｌ、内管２０、空気層５０、発泡性吸音材３０、外管４０、外管４０の外周部の外部雰囲気Ａ、の順で配置される。

内管２０、外管４０は、通常の配管用の金属材料から形成されている。
発泡性吸音材３０は、例えば、発泡ウレタン、発泡ゴム、発泡金属等、多孔質の軟質性材料から形成されている。

このような構成の配管１０Ａにおいて、内管２０の内部を流れる液体Ｌが内管２０の内周面２０ｆから剥離することによって内管２０の内部で騒音が生じた場合、騒音による振動波Ｗ１は、その一部の振動波Ｗ２が内管２０の内周面２０ｆで反射され、残部の振動波Ｗ３が内管２０を透過する。

内管２０を透過した振動波Ｗ３は、その一部Ｗ４が、内管２０の外周面２０ｇと内管２０の外周側の空気層５０との界面Ｆ１で反射し、内管２０の内部に戻る。
ここで、一般に、振動波が二つの物質の界面に到達したとき、二つの物質の音響インピーダンスに大きな差があると、振動波が界面で反射する量が多くなる。内管２０を例えば鉄製とした場合、その音響インピーダンスは、４６．４×１０^６（ｋｇ／ｍ^２ｓ）である。空気層５０を構成する空気は、４２８（ｋｇ／ｍ^２ｓ）である。このような内管２０と空気層５０とでは、音響インピーダンスには大きな差があり、振動波Ｗ４が反射しやすく、振動（音）が外部に漏れにくい。

内管２０を透過した振動波Ｗ３の残部の振動波Ｗ５は、空気層５０を通り、発泡性吸音材３０に到達する。発泡性吸音材３０では、到達した振動波Ｗ５の一部が吸収される。

発泡性吸音材３０に到達した振動波Ｗ５の残部Ｗ６は、発泡性吸音材３０を透過し、外管４０の内周面４０ｆに到達する。外管４０の内周面４０ｆとその内側の発泡性吸音材３０との界面Ｆ２では、到達した振動波Ｗ６の一部Ｗ７が反射される。
ここで、発泡性吸音材３０は、例えば発泡ウレタン等からなり、通常の吸音材に用いられる樹脂、成形体、軟質シート、アスファルト等の従来の吸音材材料に比較して密度が大幅に小さい。これにより、発泡性吸音材の音響インピーダンスは、従来の吸音材材料よりも小さい。通常の吸音材材料で吸音材を形成した場合には、空気層５０との音響インピーダンスの差が大きいため、吸音材と空気層５０との界面で振動波Ｗ５の反射が起こってしまう。これに対し、この実施形態において、音響インピーダンスが、より小さな発泡性吸音材３０を用いることで、空気層５０と発泡性吸音材３０との界面Ｆ３では振動波Ｗ５の反射が起こりにくく、発泡性吸音材３０で有効に吸収される。
さらに、外管４０の内周面４０ｆとその内側の発泡性吸音材３０との界面Ｆ２では、外管４０と発泡性吸音材３０との音響インピーダンスの差が大きい。したがって、この界面Ｆ２では、振動波Ｗ７を効率良く反射させることができる。

外管４０の内周面４０ｆとその内側の発泡性吸音材３０との界面Ｆ２で反射した振動波Ｗ７は、再び発泡性吸音材３０を通り、その一部が吸収される。このように、界面Ｆ２で反射した振動波Ｗ７は、発泡性吸音材３０を２度通る。つまり、振動波Ｗ７は、発泡性吸音材３０を通る経路長が２倍となり、より確実に吸収される。

上述したように、空気層５０を経た振動波Ｗ５は、その一部が発泡性吸音材３０で吸収され、発泡性吸音材３０を透過した振動波Ｗ６の一部Ｗ７は、外管４０の内周面４０ｆとその内側の発泡性吸音材３０との界面Ｆ２で反射する。
発泡性吸音材３０は、従来の吸音材材料に比較して音響インピーダンスが小さく、したがって、外管４０と発泡性吸音材３０との界面Ｆ２において、振動波Ｗ７が効率良く反射される。その結果、外管４０を透過して外部に漏れる振動波Ｗ８による騒音を低減することができる。
しかも、界面Ｆ２で反射した振動波Ｗ７は、発泡性吸音材３０を再び通るため、発泡性吸音材３０で吸収される振動波量が多くなる。
このようにして、配管１０Ａにおける騒音をさらに有効に低減することが可能となる。

また、発泡性吸音材３０は、外管４０の内周面４０ｆに沿って設けられている。発泡性吸音材３０を内管２０の外周面２０ｇに沿って設けた場合に比較すると、外管４０の内周面４０ｆに設けられた発泡性吸音材３０は、内管２０との間の間隔が大きい。
内管２０内に高温の液体Ｌを流す場合、内管２０の外周面２０ｇに吸音材を設けると、内管２０内の液体Ｌの熱によって、吸音材がダメージを受けたり、内管２０の外表面から剥がれてしまう可能性がある。これに対し、この実施形態の構成では、発泡性吸音材３０は、内管２０内の液体Ｌの熱による影響を受けにくく、耐久性に優れる。
したがって、この実施形態に示すような構成は、特に、高温流体が流れるプラント等の配管に適している。

（第二実施形態）
次に、本発明にかかる配管の第二実施形態について説明する。なお、以下に説明する第二実施形態においては、上記第一実施形態と共通する構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。
図２は、第二実施形態に係る配管の構成を示す断面図である。
図２に示すように、この実施形態に係る配管１０Ｂは、上記第一実施形態の構成に加え、内管２０の外周面２０ｇに反射材（吸音材）６０をさらに備えている。

これにより、配管１０Ｂは、内周側から外周側に向けて、内管２０内部の液体Ｌ、内管２０、反射材６０、空気層５０、発泡性吸音材３０、外管４０、外管４０の外周部の外部雰囲気Ａ、の順で配置されている。

反射材６０は、内管２０の内部から内管２０を透過した振動波Ｗ１３の一部を反射する。
この反射材６０は、内管２０に対して音響インピーダンスの差が大きく、かつ内管２０内の液体Ｌによる熱の影響を抑えるため、耐熱性を有した材料で形成するのが好ましい。
また、反射材６０は、内管２０を透過した振動波Ｗ１３を吸収する性能を有した材料で形成されているのが好ましい。このような材料としては、例えば、多孔質性の発泡金属、グラスウール等がある。

このような構成の配管１０Ｂにおいて、内管２０の内部を流れる液体Ｌが内管２０の内周面２０ｆから剥離することによって、内管２０の内部で騒音が生じた場合、騒音による振動波Ｗ１１は、その一部の振動波Ｗ１２が内管２０の内周面２０ｆで反射され、残部の振動波Ｗ１３が内管２０を透過する。

内管２０を透過した振動波Ｗ１３は、その一部の振動波Ｗ１４が、内管２０の外周面２０ｇと内管２０の外周側の反射材６０との界面Ｆ１１で反射し、内管２０の内部に戻る。

内管２０を透過した振動波Ｗ１３の残部の振動波Ｗ１５は、反射材６０を通り、その一部が反射材６０で吸収される。
振動波Ｗ１５の残部Ｗ１６は、反射材６０を透過し、空気層５０を通り、発泡性吸音材３０に到達する。発泡性吸音材３０では、到達した振動波Ｗ１６の一部が吸収される。

発泡性吸音材３０に到達した振動波Ｗ１６の残部Ｗ１８は、外管４０の内周面４０ｆに到達する。外管４０の内周面４０ｆとその内側の発泡性吸音材３０との界面Ｆ２では、到達した振動波Ｗ１８の一部Ｗ１９が反射される。

外管４０の内周面４０ｆとその内側の発泡性吸音材３０との界面Ｆ２で反射した振動波Ｗ１９は、再び発泡性吸音材３０を通り、その一部が吸収される。
そして、界面Ｆ２に到達した振動波Ｗ１８の残部Ｗ２０のみが、外管４０を透過し外周側の外部雰囲気Ａに到達する。

上述したように、内管２０の外周面２０ｇに反射材６０を備えることによって、内管２０を透過した振動波を、反射材６０との界面Ｆ１１で効率良く反射させることができる。
さらに、界面Ｆ１１で反射した振動波Ｗ１４により、内管２０内の振動波Ｗ１１を打ち消し、さらに騒音を低減することもできる。

また、上記第一実施形態と同様、発泡性吸音材３０を透過した振動波Ｗ１８の一部Ｗ１９は、外管４０の内周面４０ｆとその内側の発泡性吸音材３０との界面Ｆ２で反射し、再び発泡性吸音材３０を通る。これにより、外管４０と発泡性吸音材３０との界面Ｆ２において、振動波Ｗ１９が効率良く反射される。その結果、外管４０を透過して外部に漏れる振動波Ｗ２０による騒音を低減することができる。
このようにして、配管１０Ｂにおける騒音をさらに有効に低減することが可能となる。

（その他の実施形態）
なお、本発明の配管は、図面を参照して説明した上述の各実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
上記第二実施形態において、反射材６０が、吸音材としての機能を兼ね備える構成としたが、これに限らない。反射材６０を、吸音材としての機能を有さずに振動波を反射する反射材のみの機能を有する材料で形成しても良い。また、反射材６０に代えて、反射材としての機能を有さず、吸音材を設けても良い。

また、例えば、上記第一、第二実施形態において、内管２０、外管４０、発泡性吸音材３０、反射材６０を構成する材料は、所用の機能を果たすことができるのであれば、上記に例示した以外のものを用いてもよい。
また、配管１０Ａ，１０Ｂの用途については、何ら限定するものでは無い。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

１０Ａ，１０Ｂ 配管
２０ 内管
２０ｆ 内周面
２０ｇ 外周面
３０ 発泡性吸音材
４０ 外管
４０ｆ 内周面
５０ 空気層
６０ 反射材（吸音材）
Ｌ 液体

Claims (3)

1. 内部を液体が流通する内管と、
   前記内管を囲んで外周側に配置され、前記内管との間に空気層を形成する発泡性吸音材と、
   前記発泡性吸音材を外周側から覆い、前記発泡性吸音材を支持する外管と、を備える配管。
2. 前記内管の内部から前記内管を透過した振動波を反射する反射体を、前記内管の外周面と前記空気層との間にさらに備える請求項１に記載の配管。
3. 前記内管の内部から前記内管を透過した振動波を吸収する吸音材を、前記内管の外周面と前記空気層との間にさらに備える請求項１または請求項２に記載の配管。

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