JP2015194335A - 消音チャンバ - Google Patents

Abstract

【課題】空調設備などの換気ダクトに用いられる消音チャンバに関し、気流がチャンバ内部に流入するときの急拡大、チャンバ外部に流出するときの急縮小で発生する圧力損失や気流発生音を低減し、十分な減音効果を得る。
【解決手段】本発明の一実施形態によれば、消音チャンバが提供され、かかる消音チャンバは、消音チャンバの側面に配置される互いに同軸線上にない入口管および出口管と、入口管および出口管を接続する接続ダクトと、を有する。接続ダクトは吸音材を含み、接続ダクトの少なくとも一部は音響的に透過性を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に換気ダクトに設置され、換気ファンの騒音などを低減する消音チャンバに関する。

一般に、消音チャンバは、内部にグラスウールなどの吸音材を配置した箱型の構造物である。消音チャンバは構造が簡単で、気体流路の合流や分岐にも使用できるため、換気設備によく用いられる。

特開平９−１４１９９号 特許第４６２４８７１号 特開２００３−２５１１２６号 実公平５−２６４０７号 実開平２−１２０１４号

従来、空調設備などの換気ダクトには、騒音の低減を目的に消音チャンバが用いられてきた。消音チャンバは、内部に吸音材を配置した簡単な構造のため、比較的容易に減音効果が得られる。より大きな減音効果を得るには、消音チャンバの内部に仕切り板を設置して流路を迷路状に形成した迷路型の消音チャンバとすることもある（たとえば特許文献１、特許文献２など）。このような迷路型の消音チャンバでは、気流が複雑に蛇行して流れるために圧力損失が大きくなる傾向がある。

迷路型の消音チャンバの圧力損失を低減するために、吸音材を内貼りしたダクトをチャンバ内に設けることで、必要な減音効果を得ながら、大きな圧力損失を生じないようにする工夫もある（たとえば特許文献３など）。ただし、ダクトからチャンバ内に吹き出した気流が、チャンバ内部の流路を屈曲して流れることで生じる圧力損失は小さくない。

チャンバ内部の消音板を三角形として流路形状を工夫することで、消音板での反射屈曲による消音機能の低下を防ぐ方法がある（たとえば特許文献４）。この方法では、流路が大きく屈曲するために圧力損失が大きくなるという迷路型の消音チャンバと同様の問題がある。

多孔質材から成る入口管をチャンバ内に延長するように挿入し、多孔質材の空隙からチャンバ内に音を伝搬させ、同様に多孔質材から成る出口管をチャンバ内に延長するように挿入し、多孔質材の空隙から出口管内に音を伝搬させる工夫も知られている（たとえば特許文献５）。この構造は、膨張型消音器として減音効果を得ているが、音だけでなく気流も入口側と出口側の多孔質材を通過するため、圧力損失が大きくなる傾向がある。

本発明の少なくとも１つの実施形態は、空調設備などの換気ダクトに用いられる消音チャンバに関するもので、気流がチャンバ内部に流入するときの急拡大、気流がチャンバ外部に流出するときの急縮小で発生する圧力損失や気流発生音を低減し、十分な減音効果を得ることを１つの目的としている。

本発明の一実施形態によれば、消音チャンバが提供され、かかる消音チャンバは、消音チャンバの側面に配置される互いに同軸線上にない入口管および出口管と、入口管および出口管を接続する接続ダクトと、を有する。接続ダクトは吸音材を含み、接続ダクトの少なくとも一部は音響的に透過性を有する。

一実施形態によれば、消音チャンバの内壁の少なくとも一部に吸音材が配置される。

一実施形態によれば、接続ダクトは、少なくとも一部に、接続ダクトの吸音材を支持するための、音響的に透過性の支持材を備える。

一実施形態によれば、接続ダクトは屈曲部を有し、屈曲部は表面が滑らかな板材で構成される。

一実施形態によれば、接続ダクトの流路の直交する断面積が、入口管から流路の方向に沿って緩やかに大きくなり、且つ、出口管に向かって緩やかに小さくなる。

一実施形態によれば、接続ダクトの流路の直交する断面積が、入口管から流路の方向に沿って緩やかに小さくなり、且つ、出口管に向かって緩やかに大きくなる。

一実施形態によれば、接続ダクトの少なくとも一部は、音響遮蔽部材を含む。

本発明の一実施形態による消音チャンバを概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による、緩やかな屈曲部を備える消音チャンバを概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による、屈曲部が板材で形成される消音チャンバを概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による、断面が緩やかに狭くなるように構成される接続ダクトを備える消音チャンバを概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による、断面が緩やかに広くなるように構成される接続ダクトを備える消音チャンバを概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による、一部に音響遮蔽板が設けられる接続ダクトを備える消音チャンバを概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による、一部に音響遮蔽板が設けられる接続ダクトを備える消音チャンバを概略的に示す図である。 本発明の一実施形態による、一部に音響遮蔽板が設けられる接続ダクトを備える消音チャンバを概略的に示す図である。 図３の消音チャンバにおける減音効果を示すグラフである。 筐体を備えない従来の吸音ダクトを概略的に示す図である。

以下に、本発明に係る消音チャンバの実施形態を添付図面とともに説明する。添付図面において、同一または類似の要素には同一または類似の参照符号が付され、各実施形態の説明において同一または類似の要素に関する重複する説明は省略することがある。また、各実施形態で示される特徴は、互いに矛盾しない限り他の実施形態にも適用可能である。

図１は、一実施形態による消音チャンバ１０を概略的に示している。消音チャンバ１０は、概ね箱状の筐体１２を有している。筐体１２の内部には空洞部１４が画定される。筐
体１２の内壁には吸音材１６が配置される。入口管１８および出口管２０は筐体１２に接続されている。筐体１２の内部において、入口管１８および出口管２０は、接続ダクト２２によって連結される。図１の実施形態において、接続ダクト２２は、入口管１８と出口管２０とを最短距離でつなげている。

接続ダクト２２は吸音材２４を備えている。接続ダクト２２の吸音材２４は、音響的に透過性を備えるように構成される。ここでいう「音響的に透過性を備える」とは、空洞部１４で減音させようとする周波数での連絡管（接続ダクト２２）の内から外への透過損失が、３ｄＢ以下であることを意味する。これは音波エネルギーの半分が、空洞部１４に入らずにそのまま接続ダクト２２を通過してしまうと、空洞部１４で十分な減音ができないからである。また、接続ダクト２２から空洞部１４への気流の漏れが十分に小さく、流れる気流の圧力損失が所定の値以下になるように接続ダクトは構成される。許容圧力損失は、消音器を設置する用途に応じて変わるが、一般的には、換気ダクトに設置されて排気ファンの騒音を低減する消音器の場合、１００Ｐａ程度である。

筐体１２の内壁面に配される吸音材１６および接続ダクト２２の吸音材２４は、吸音材２４に求められる音響透過性が備えられていれば、同一のものでもよく、異なるものでもよい。たとえば、吸音材１６は低周波用吸音材、吸音材２４は高周波用吸音材を使用して、より広い周波数帯域で吸音効果を得ることもできる。また、吸音材２４を音響透過性とすることで生じた吸音性能の低下を吸音材１６で補うようにすることもできる。吸音材１６、２４は、たとえばグラスウールなどの吸音材を有孔板、クロス材、繊維板などの支持材で挟んだ構造とすることができる。接続ダクト２２は、支持材を備えずに十分な剛性を備える吸音材２４を管状に形成して構成することができる。また、音響的に透過性のある支持材を管状に形成して、その内側に吸音材２４を貼り付けるようにして接続ダクト２２を形成してもよい。

図１に示される消音チャンバ１０が換気ダクトに使用される場合、減音の対象となる音波を含む気流は入口管１８から入り、接続ダクト２２を通って出口管２０から排出される。そのため、従来の消音チャンバのように、気流が入口管から空洞部へ入るときの急拡大、および空洞部から出口管へ出るときの急縮小が無い。そのため、気流の急拡大および急縮小により生じる圧力損失が無くなり、接続ダクト２２の入口部と出口部にある緩い屈折部で生じる圧力損失だけになるので、全体としての圧力損失は小さくなる。また、本発明の実施形態による接続ダクト２２の端部の屈曲部２６で生じる気流発生音は、従来の急拡大部および急縮小部で生じる気流発生音より小さくなる。

一方で、本発明の実施形態においては、接続ダクト２２は、音響的に透過性を有しているので、音の少なくとも一部は接続ダクト２２を通過して空洞部１４へ入る。そのため、接続ダクト２２の吸音材２４および空洞部１４の吸音材１６により減音されるとともに、膨張型の消音チャンバとしての減音効果も得られる。

本明細書で開示される消音チャンバは、先に述べた従来の一般的な消音チャンバに比べて、圧力損失と気流発生音がともに小さくなる。入口から気流とともに侵入した音波の一部は、接続ダクトからチャンバ内の空洞部に入り込み、膨張型消音器と同様の作用で減衰させられる。接続ダクトを構成する吸音材や音響的に透過性のある材料は、一般的に高周波より低周波の音波を透過しやすい。そのため、比較的高周波の音波は接続ダクトの吸音材で主に減音され、比較的低周波の音波は接続ダクトを透過してチャンバの空洞部に達して膨張型消音器としての作用により減音される。なお、本明細書において、低周波とは、概ねオクターブバンド中心周波数１２５Ｈｚ以下の周波数であり、高周波とは、概ねオクターブバンド中心周波数１ｋＨｚ以上の周波数である。

図２は、一実施形態による消音チャンバ１０ａを概略的に示している。図２に示される消音チャンバ１０ａは、既述の消音チャンバ１０と同様に、空洞部１４ａを形成する筐体１２ａ、吸音材１６ａ、入口管１８ａ、出口管２０ａ、吸音材２４ａを備える接続ダクト２２ａを有する。図２の消音チャンバ１０ａは、接続ダクト２２ａが入口管１８ａと出口管２０ａとを図１の実施形態より滑らかに接続するように構成される。したがって、図２に示される消音チャンバ１０ａにおいては、入口部および出口部で生じる圧力損失は、図１の消音チャンバ１０の場合より小さくなる。また、気流発生音も図２の消音チャンバ１０ａの方が、図１の消音チャンバ１０より小さくなる。

図３は、一実施形態による消音チャンバ１０ｂを概略的に示している。図３に示される消音チャンバ１０ｂは、既述の消音チャンバと同様に、空洞部１４ｂを形成する筐体１２ｂ、吸音材１６ｂ、入口管１８ｂ、出口管２０ｂ、吸音材２４ｂを備える接続ダクト２２ｂを有する。図３の消音チャンバ１０ｂにおいて、接続ダクト２２ｂの屈曲部２６ｂは板材２８ｂで形成され、その他の部分は図１、２の消音チャンバ１０、１０ａと同様に吸音材２４ｂで形成されている。板材２８ｂは、気流を乱さないように、吸音材２４ｂより表面が滑らかに構成される。そのため、屈曲部２６ｂで生じる圧力損失および気流発生音は図２の消音チャンバ１０ａより小さくなる。また、板材２８ｂは、表面がある程度平滑で、かつ、気流の通過速度が遅く、微小な凹凸が許容できる場合には、必ずしも気流を全く通さない鋼板のような材料ではなく、空隙があって音響透過性の大きい材料でもよい。板材２８ｂは、音響透過性の大きい材料としてはアルミ繊維板やアルミ焼結板、音響透過性の小さい材料としては炭素鋼やステンレス鋼などから形成することができる。

図４は、一実施形態による消音チャンバ１０ｃを概略的に示している。図４に示される消音チャンバ１０ｃは、既述の実施形態の消音チャンバと同様に、空洞部１４ｃを形成する筐体１２ｃ、吸音材１６ｃ、入口管１８ｃ、出口管２０ｃ、吸音材２４ｃを備える接続ダクト２２ｃを有する。図４の消音チャンバ１０ｃは、図３の消音チャンバ１０ｂと同様に、屈曲部２６ｃは板材２８ｃで形成される。図４の消音チャンバ１０ｃにおいて、接続ダクト２２ｃは、入口からの中央に向かって断面が徐々に狭くなり、また出口に向かって断面が徐々に広がるように形成される。接続ダクト２２ｃの断面は中央で最も小さくなっているので、接続ダクト２２ｃの吸音材２４ｃで高周波数の減音効果が増加し、より大きな減音効果を得ることができる。一方、流路が狭まるために流速が増加するとともに圧力損失も増加するが、断面形状の変化を緩慢にして気流が滑らかに流れるようにすることで、圧力損失の増加を抑えることができる。また、板材２８ｃは、表面が平滑で、かつ、気流の通過速度が遅ければ音響透過性はあってもなくてもよい。

図５は、一実施形態による消音チャンバ１０ｄを概略的に示している。図５に示される消音チャンバ１０ｄは、既述の実施形態の消音チャンバと同様に、空洞部１４ｄを形成する筐体１２ｄ、吸音材１６ｄ、入口管１８ｄ、出口管２０ｄ、吸音材２４ｄを備える接続ダクト２２ｄを有する。図５の消音チャンバ１０ｄは、図３の消音チャンバ１０ｂと同様に、屈曲部２６ｄは板材２８ｄで形成される。図５の消音チャンバ１０ｄの接続ダクト２２ｄは、図４の消音チャンバ１０ｃの接続ダクト２２ｃとは逆に、入口からの中央に向かって断面が徐々に広くなり、また出口に向かって断面が徐々に狭くなるように形成される。図５の消音チャンバ１０ｄは、接続ダクト２２ｄの断面積が中央で最も大きくなっているので、接続ダクト２２ｄ内の通過流速は下がり、圧力損失は小さくなる。流路が広がるので、高周波数の減音効果が少し低下するが、接続ダクト２２ｄの吸音部で発生する圧力損失と気流発生音とは低く抑えられる。また、板材２８ｄは、表面が平滑で、かつ、気流の通過速度が遅ければ音響透過性はあってもなくてもよい。

図６は、一実施形態による消音チャンバ１０ｅを概略的に示している。図６に示される消音チャンバ１０ｅは、既述の実施形態の消音チャンバと同様に、空洞部１４ｅを形成す
る筐体１２ｅ、吸音材１６ｅ、入口管１８ｅ、出口管２０ｅ、吸音材２４ｅを備える接続ダクト２２ｅを有する。図６の消音チャンバ１０ｅの接続ダクト２２ｅは、出口側において一部が音響遮蔽板３０ｅで形成されている。音響遮蔽板３０ｅは、空洞部１４ｅで減音する周波数での透過損失が大きくなるように構成される。音響遮蔽板３０ｅの透過損失は大きいほどよいが、少なくとも接続ダクト２２ｅの透過損失より大きく、少なくとも３ｄＢ以上であることが好ましい。より好ましくは、音響遮蔽板３０ｅの透過損失は１５ｄＢ以上である。音響遮蔽板３０ｅは、たとえば炭素鋼やステンレス鋼から形成することができる。

図６の消音チャンバ１０ｅは、接続ダクト２２ｅの出口側が音響遮蔽板３０ｅで形成されているので、出口管から空洞内に音波を透過しにくいダクトが延びた膨張型消音器のように構成されるので、膨張型消音器としての消音特性を変化させることができる。他の実施形態として、接続ダクトの入口側の一部を音響遮蔽板で囲んだり、入口側と出口側の両方の一部を音響遮蔽板で囲むことで、減音特性を調整することができる。

図７、８は、一実施形態による消音チャンバ１０ｆ、１０ｇを概略的に示している。図７、８に示される消音チャンバ１０ｆ、１０ｇは、既述の実施形態の消音チャンバと同様に、空洞部１４ｆ、１４ｇを形成する筐体１２ｆ、１２ｇ、吸音材１６ｆ、１６ｇ、入口管１８ｆ、１８ｇ、出口管２０ｆ、２０ｇ、吸音材２４ｆ、２４ｇを備える接続ダクト２２ｆ、２２ｇを有する。図７、８の消音チャンバ１０ｆ、１０ｇの接続ダクト２２ｆ、２２ｇは、図６の消音チャンバ１０ｅの接続ダクト２２ｅと同様に、一部が音響遮蔽板３０ｆ、３０ｇで囲まれている。図７の消音チャンバ１０ｆの接続ダクト２２ｆは、入口側において、出口管２０ｆから遠い側の一部が音響遮蔽板３０ｆにより囲まれ、また、出口側において、入口管１８ｆから遠い側の一部が音響遮蔽板３０ｆにより囲まれている。図８の消音チャンバ１０ｇの接続ダクト２２ｇは、入口側において、出口管２０ｇから近い側の一部が音響遮蔽板３０ｇにより囲まれ、また、出口側において、入口管１８ｇから近い側の一部が音響遮蔽板３０ｇにより囲まれている。図７、８のように音響遮蔽板３０ｆ、３０ｇを配置することで、内部に仕切板を配したことになり、音響的には部分的に迷路状の経路が形成されることになる。すなわち、袋小路状の分岐部ができることになり、干渉型消音器の機能も併せ持つことになる。そのため、図７、８の消音チャンバ１０ｆ、１０ｇは、吸音型消音器、膨張型消音器、迷路型消音器の機能を併せ持つ構造とすることができる。

次に、図３に示した消音チャンバ１０ｂの減音効果を確認した実験の結果について説明する。図９は、図３の消音チャンバ１０ｂにおける減音効果を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は周波数（Ｈｚ）を示し、縦軸は挿入損失（ｄＢ）を示す。なお、挿入損失は、消音チャンバの減音効果を表す値であり、挿入損失が大きいほど減音効果は高い。図９には、比較例として、消音チャンバの筐体を備えない従来の吸音ダクトの減音効果を示すグラフが示される。図１０は、筐体を備えない従来の吸音ダクト１１ｈを概略的に示す図である。吸音ダクト１１ｈは、入口管１８ｈ、出口管２０ｈ、および吸音材２４ｈを備える。図１０の吸音ダクト１１ｈにおいては、吸音材２４ｈの周囲と屈曲部２６ｈとが、板材２８ｈで形成されている。即ち、図１０の吸音ダクト１１ｈは、主に、筐体１２ｂを備えない点と、吸音材２４ｈの周囲が板材２８ｈで形成されている点で、図３の消音チャンバ１０ｂと異なる。

図９のグラフ中、実線は接続ダクトを音響透過性吸音ダクトとした消音チャンバ（図３の消音チャンバ１０ｂ）の挿入損失を示し、一点鎖線は筐体を備えない従来の吸音ダクトのみ（図１０の吸音ダクト１１ｈ）の挿入損失を示す。図９に示されるように、図３の消音チャンバ１０ｂと図１０の吸音ダクト１１ｈとを比べると、低周波である１２５Ｈｚでは図３の消音チャンバ１０ｂの方が、挿入損失が高く、２５０Ｈｚおよび５００Ｈｚにおいても、図３の消音チャンバ１０ｂの方が、挿入損失が高い。また、高周波である１００
０Ｈｚ以上では挿入損失が高い周波数と低い周波数があった。

以上の実験の結果より、筐体の無い従来の吸音ダクト（図１０の吸音ダクト１１ｈ）に比べ、本発明の一形態である接続ダクトを音響透過性吸音ダクトとした消音チャンバ（図３の消音チャンバ１０ｂ）の方が、筐体の効果により低周波の１２５Ｈｚで減音性能がよくなることが分かった。したがって、図３に示した消音チャンバ１０ｂによれば、高周波の一部の周波数では減音性能が低くなるが、低周波の音波は接続ダクトを透過してチャンバ空洞部に達し、膨張型消音器として減音されるという期待された効果が得られることを確認した。

１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ 消音チャンバ
１１ｈ 吸音ダクト
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ 筺体
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ 空洞
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｇ 吸音材
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇ、１８ｈ 入口管
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ 出口間
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ、２２ｇ 接続ダクト
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ、２４ｇ、２４ｈ 吸音材
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈ 屈曲部
２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｈ 板材
３０ｅ、３０ｆ、３０ｇ 音響遮蔽板

Claims (7)

1. 消音チャンバであって、
   前記消音チャンバの側面に配置される互いに同軸線上にない入口管および出口管と、
   前記入口管および前記出口管を接続する接続ダクトと、を有し、
   前記接続ダクトは、吸音材を含み、
   前記接続ダクトの少なくとも一部は音響的に透過性を有する、消音チャンバ。
2. 請求項１に記載の消音チャンバであって、
   前記消音チャンバの内壁の少なくとも一部に吸音材が配置される、消音チャンバ。
3. 請求項１または２に記載の消音チャンバであって、
   前記接続ダクトは、少なくとも一部に、前記接続ダクトの前記吸音材を支持するための、音響的に透過性の支持材を備える、消音チャンバ。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の消音チャンバであって、
   前記接続ダクトは屈曲部を有し、前記屈曲部は表面が滑らかな板材で構成される、消音チャンバ。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の消音チャンバであって、
   前記接続ダクトの流路の直交する断面積が、前記入口管から流路の方向に沿って緩やかに大きくなり、且つ、前記出口管に向かって緩やかに小さくなる、消音チャンバ。
6. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の消音チャンバであって、
   前記接続ダクトの流路の直交する断面積が、前記入口管から流路の方向に沿って緩やかに小さくなり、且つ、前記出口管に向かって緩やかに大きくなる、消音チャンバ。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の消音チャンバであって、
   前記接続ダクトの少なくとも一部は、音響遮蔽部材を含む、消音チャンバ。

Images