JP2022181109A - 干渉長可変型消音装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成形が簡単であり、周波数に応じた調整が容易な消音装置を提供する。
【解決手段】流体が流れる主管２に挿入される消音装置１であって、内管５と、主管２と内管５との間に形成されるサイドブランチチャンバ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄとを備えた消音装置において、内管５の外面に仕切り部６が形成され、内管５の外面の仕切り部６から軸方向に離れた位置に弾性体からなるキャップ４が装着されている。主管２と、内管５と、仕切り部６と、キャップ４とでサイドブランチチャンバ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが形成されている。内管５の内面の仕切り部６に近い位置に、サイドブランチチャンバ１３と連通する出入口９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用空調装置の冷媒配管、排気管等に挿入される干渉長可変型消音装置に関する。

車両用空調装置において、コンプレッサの機械騒音や冷媒のキャビテーションによる騒音が配管を介してエバポレータに伝わり、吹出口からドライバに伝わるか、あるいは、配管の途中でエンジンルームの空間を介して車体経由でドライバに伝わる。このため、車両用空調装置の配管には、マフラー型のサイレンサが介設されたり、内挿型のサイレンサが挿入されている。マフラー型のサイレンサは、大型で重く、ろう付けによるコストアップが生じるため、近年では、内挿型のサイレンサが多く採用されている。

例えば、特許文献１には、内管の外面に、らせん状のフィンを設けたものが記載されている。これは、内外の流路の差により位相差が生じて、音の干渉を引き起こし、消音効果が生じるが、成形や、流路長の調整が困難である。

特許文献２には、管状の本体に挿入される消音器であって、該消音器と本体との間に共鳴器チャンバが設けられ、本体の流路が接続チャンネルを介して共鳴器チャンバに接続された消音器が記載されている。また、特許文献３には、内側部材を包囲する外側部材をベローズとし、内側部材と外側部材との間にキャビティが形成され、内側部材の開口がキャビティに開放している吸音装置が記載されている。これらは、いずれも共鳴型で、共鳴周波数が共鳴器の形状で決まるので、音源の周波数に応じた調整が困難である。

欧州特許公開公報ＥＰ２１３８７５０Ａ１ 特許第５７８５１７３号公報明細書 特開２００５－８４６９３号公報

本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、成形が簡単であり、周波数に応じた調整が容易な干渉長可変型消音装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、
（１）流体が流れる主管に挿入される消音装置であって、内管と、前記主管と前記内管との間に形成されるサイドブランチチャンバとを備えた消音装置において、
前記内管の外面に仕切り部が形成され、
前記内管の外面の前記仕切り部から軸方向に離れた位置に弾性体からなるキャップが装着され、
前記主管と、前記内管と、前記仕切り部と、前記キャップとで前記サイドブランチチャンバが形成され、
前記内管の内面の前記仕切り部に近い位置に、前記サイドブランチチャンバと連通する出入口が設けられていることを特徴とする。

本発明では、内管の内面に設けられた出入口からサイドブランチに進入しキャップで反射して戻る音波が、内管の音波と逆位相になって干渉し、消音される。また、内管の内面にサイドブランチチャンバと連通する出入口が設けられ、サイドブランチチャンバが主管より断面積の小さい内管から分岐している。このため、サイドブランチチャンバが主管から分岐するのに比べて、分岐の前後の断面積比を大きくとることができ、透過損失が大きくなり、消音効果を高めることができる。

（２）前記キャップは、前記主管の外側から締め付けられて、前記主管の内面と前記内管の外面とに密着していることが好ましい。

（３）前記キャップが締め付けられる箇所に対応する前記内管の外周に外周溝が形成されていることが好ましい。

（４）前記内管の外面に軸方向に延びる複数のリブが形成され、前記リブにより、複数の前記サイドブランチチャンバが形成されていることが好ましい。

（５）前記キャップに、隣接する前記リブの間に挿入される複数の挿入片が形成されていることが好ましい。

（６）複数の前記挿入片は、軸方向の長さが異なることが好ましい。

（７）前記内管の上流側端部の内面は、下流側に向かって縮径するテーパー面で形成されていることが好ましい。

（８）前記仕切り部の外周縁から前記キャップまで、軸方向に延びる外筒が設けられ、前記外筒により前記サイドブランチチャンバが密封されていることが好ましい。

請求項１の発明によれば、内管に装着されるキャップの長さを変更するだけで、音源の周波数に対して消音効果がでるようにサイドブランチチャンバの長さ、すなわち、干渉長を調整することができ、周波数に応じた調整が容易である。また、主管に挿入される前は外気に開放され、また、他端はキャップを装着するので、内管の成形が簡単である。

請求項２の発明によれば、キャップを主管の外側から締め付けるだけで、キャップを主管の内面と内管の外面とに密着させることができ、サイドブランチチャンバの漏れが防止され、消音効果を維持することができる。

請求項３の発明によれば、キャップが締め付けられる箇所に対応する内管の外周に外周溝が形成されているので、キャップを内管の外面に強固に密着させることができる。

請求項４の発明によれば、内管の外面に軸方向に延びる複数のリブが形成され、リブにより、複数のサイドブランチチャンバが形成されているので、サイドブランチチャンバが、主管の内面と仕切り部とリブとキャップとで囲まれることで、サイドブランチチャンバの出入口から奥端までの長さと断面積とが単純化され、狙いの周波数に近い周波数で消音効果を得ることができる。

請求項５の発明によれば、キャップに、複数の挿入片が形成されているので、内管に１つのキャップを装着するだけで、複数のサイドブランチチャンバの奥端を形成することができる。

請求項６の発明によれば、キャップの複数の挿入片の軸方向の長さが異なるので、挿入片の長さが異なるキャップに交換するだけで、複数のサイドブランチチャンバの長さを変更することができる。

請求項７の発明によれば、内管の上流側端部がテーパー面で形成されることで、流体が内管に流入するときの圧力損失を低減することができる。

請求項８の発明によれば、外筒によりサイドブランチチャンバが密封されているので、主管の曲がりや振動によるサイドブランチチャンバの漏れが防止され、消音効果を維持することができる。

本発明の第１実施形態に係る消音装置の一部を破断した斜視図。 図１の消音装置の下流側斜め上方から見た分解斜視図。 図１の消音装置の装置本体の上流側斜め下方から見た分解斜視図（ａ）及び図１の消音装置の横断面図（ｂ）。 図１の消音装置の水平縦断面図（ａ）及び垂直縦断面図（ｂ）。 従来の構造の消音装置を示す斜視図。 本発明の第２実施形態に係る消音装置の縦断面図。 本発明の第３実施形態に係る消音装置の縦断面図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に従って説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る消音装置１を示す。消音装置１は、車両用空調装置の冷媒が流れる配管内に設けられる。具体的には、消音装置１は、図示しないコンプレッサ、コンデンサ、膨張弁及びエバポレータからなる車両用空調装置におけるエバポレータ又はコンプレッサの出口側の配管（以下、「主管」という）２に挿入される。主管２は、ゴムや合成樹脂等の弾性と可撓性とを有する素材で形成されているが、これに限らず、アルミニウム等の可撓性を有さない素材を使用してもよい。主管２には、図１において左側の上流から右側の下流に流体（以下「冷媒」という）が流れるものとするが、逆に右側から左側に冷媒が流れてもよい。

図２に示すように、消音装置１は、大別して、装置本体３と、キャップ４とを備えている。

装置本体３は、内管５と、仕切り部６（図１参照）と、複数のリブ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄと、外筒８とを備え、合成樹脂により一体に形成されている。

内管５は、主管２の内径より小さい外径を有する円管状である。内管５の上流側端部には、図３（ａ）に示すように、後述する複数のサイドブランチチャンバ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの出入口９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄが形成されている。図１に示すように、内管５の下流側端部には、内面を内径側に拡大した肉厚部１０が形成され、この肉厚部１０の外周に外周溝１０ａが形成されている。肉厚部１０の内面の上流側端には、上流側に向かって拡径するテーパー面１０ｂが形成され、肉厚部１０の内面の下流側端には、下流側に向かって拡径するテーパー面１０ｃが形成されている。

仕切り部６は、図１に示すように、内管５の上流側端部に形成され、内管５の内面とほぼ同じ内径と、主管２の内面とほぼ同じ外径を有する円環形である。仕切り部６の内面には、下流側に向かって縮径するテーパー面６ａが形成されている。

複数のリブ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、図３（ｂ）に示すように、内管５の外周面の周４等配位置に放射状に突出されて、外筒８に一体に接続されるとともに、仕切り部６から軸方向に延びている。リブ７の数は任意であり、無くてもよい。また、リブ７は周方向に等間隔でなくてもよい。

外筒８は、図１に示すように、主管２の内径とほぼ同じ外径を有する円管状であり、内管５から径方向外方に所定間隔離れている。外筒８は、仕切り部６の外周縁から軸方向に下流側に向かって、肉厚部１０の上流側端まで延びている。外筒８の下流側端は開口され、図２に示すように、内管５の外周溝１０ａが露出した状態になっている。

キャップ４は、図２に示すように、ゴム等の弾性材料からなる円筒状部材の上流側端部に、軸方向に延びる複数のスリット４ａを形成することにより、円筒状の基部１１と、当該基部１１から軸方向に延びる複数の挿入片１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄとが形成されている。スリット４ａは、リブ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが挿入可能な幅を有している。基部１１は、内管５の外面とほぼ同じ内径と、外筒８の外面とほぼ同じ外径とを有している。複数の挿入片１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、内管５と外筒８との間で、かつ、隣接するリブ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの間に挿入される扇形の横断面を有し、内管５の外面とほぼ同じ内径と、外筒８の内面とほぼ同じ外径とを有している。複数の挿入片１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、それぞれ軸方向の長さが異なっている。

消音装置１は、図２に示すように、装置本体３の内管５にキャップ４を装着する。このとき、キャップ４の複数の挿入片１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが、内管５と外筒８との間で、かつ、隣接するリブ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの間に挿入され、基部１１が、内管５の肉厚部１０に位置するようにする。これにより、キャップ４は、装置本体３の仕切り部６から軸方向に離れた位置に装着される。次に、図１に示すように、消音装置１を主管２の内部に挿入し、キャップ４の基部１１に対応する位置で、主管２を外側から締め付けることで、キャップ４の基部１１を内管５の肉厚部１０に押し付ける。これにより、キャップ４の基部１１の外面が主管２に押圧され、内面が内管５の肉厚部１０の外周溝１０ａに食い込み、消音装置１は、主管２の内部に固定される。

消音装置１は、図３（ｂ）に示すように、内管５と、外筒８との間に４つのサイドブランチチャンバ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが形成されている。すなわち、図４に示すように、仕切り部６、隣接するリブ７ａ、７ｂ及びキャップ４の挿入片１２ａで囲まれる長さｌ１の第１サイドブランチチャンバ１３ａと、仕切り部６、隣接するリブ７ｂ、７ｃ及びキャップ４の挿入片１２ｂで囲まれる長さｌ２の第２サイドブランチチャンバ１３ｂと、仕切り部６、隣接するリブ７ｃ、７ｄ及びキャップ４の挿入片１２ｃで囲まれる長さｌ３の第３サイドブランチチャンバ１３ｃと、仕切り部６、隣接するリブ７ｄ、７ａ及びキャップ４の挿入片１２ｄで囲まれる長さｌ４の第４サイドブランチチャンバ１３ｄと、が形成されている。

キャップ４の下流側端面は、内管５の下流側端面より上流側に位置している。このため、キャップ４の下流側端面と、内管５と、外筒８との間に、サイドブランチチャンバ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄより長さが短い円環状のサイドブランチチャンバ１３ｓが形成されている。なお、キャップ４の下流側端面は、内管３の下流側端部と同じ位置にして、サイドブランチチャンバが無い状態にしてもよい。

次に、本実施形態の消音装置１の作用について説明する。

図４に示すように、主管２内を流れる冷媒は、消音装置１の上流側端部で内管５内に流入し、下流側端部で内管５内より流出する。消音装置１の上流側の図示しない音源から発生する音（コンプレッサの機械騒音や、冷媒のキャビテーションによる騒音）は、冷媒とともに下流側に伝搬し、消音装置１の内管５内に進入する。なお、音源は、下流側にあってもよく、その場合は、上流側で消音効果が生じることになる。

内管５内を伝搬してきた音波は、内管５の内面に設けられた出入口９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄから４つのサイドブランチチャンバ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに進入し、各サイドブランチチャンバ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの奥端、すなわち、キャップ４の挿入片１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの先端で反射して出入口９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄに戻り、ここで、内管５の音波と逆位相になって干渉し、消音される。

ここで、内管５の断面積をＳ、サイドブランチチャンバ１３の断面積をＳｓ、サイドブランチチャンバ１３の長さをｌ、音波の周波数をｆ、音速をｃとすると、消音装置１での透過損失ＴＬは数１で表される。なお、サイドブランチチャンバ１３の長さｌは、図４に示すように、仕切り部６からキャップ４の挿入部１２までの軸方向距離である。

本実施形態の消音装置１は、内管５の内面にサイドブランチチャンバ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄと連通する出入口９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄが設けられ、サイドブランチチャンバ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが、主管２より断面積の小さい内管５から分岐している。

図５は、本発明と対比するための従来の構造の消音装置１００を示す。図５の従来の消音装置１００は、内管１０５の中間部に中間仕切り板１０６を設け、主管１０２と内管１０５との間に管状のサイドブランチチャンバ１１３ａ、１１３ｂを形成し、各サイドブランチチャンバ１１３ａ、１１３ｂの出入口１０９ａ、１０９ｂを内管１０５の上流側端部と下流側端部とに設けたものである。消音装置１００の透過損失ＴＬは、内管１０５の断面積の代わりに主管１０２の断面積をＳとして、数１を適用することにより求めることができる。

図４の本実施形態の消音装置１は、各サイドブランチチャンバ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが内管５から分岐している。このため、図５に示す従来の消音装置１００のように、サイドブランチチャンバ１１３ａ、１１３ｂが主管１０２から分岐するのに比べて、分岐の前後の断面積比Ｓｓ／Ｓを大きくとることができ、透過損失ＴＬが大きくなり、消音効果を高めることができる。

なお、キャップ４の下流側端面と、内管５の下流側端面との間のサイドブランチチャンバ１３ｓは、従来構造であるが、このサイドブランチチャンバ１３ｓにおいても、消音効果を生じる。サイドブランチチャンバ１３ｓの長さは、キャップ４の基部１１の長さを変えるだけで調整することができる。

本実施形態の消音装置１では、内管５に装着されるキャップ４の挿入片１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの長さを変更するだけで、音源の周波数に対して消音効果がでるようにサイドブランチチャンバ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの長さ、すなわち、干渉長を調整することができ、周波数に応じた調整が容易である。また、主管２に挿入される前は外気に開放され、また、他端はキャップ４を装着するので、内管５の成形が簡単である。

また、キャップ４を主管２の外側から締め付けるだけで、キャップ４を主管２の内面と内管５の外面とに密着させることができ、サイドブランチチャンバ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの漏れが防止され、消音効果を維持することができる。

キャップ４が締め付けられる箇所に対応する内管５の外周に外周溝１０ａが形成されているので、キャップ４を内管５の外面に強固に密着させることができる。

内管５の外面に軸方向に延びる複数のリブ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが形成され、これらのリブ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄにより、複数のサイドブランチチャンバ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが形成されているので、サイドブランチチャンバ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが、主管２の内面と、仕切り部６と、リブ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄと、キャップ４とで囲まれることで、サイドブランチチャンバ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの出入口９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄから奥端までの長さと断面積とが単純化され、狙いの周波数に近い周波数で消音効果を得ることができる。

キャップ４に、複数の挿入片１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが形成されているので、内管５に１つのキャップ４を装着するだけで、複数のサイドブランチチャンバ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの奥端を形成することができる。

キャップ４の複数の挿入片１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの軸方向の長さが異なるので、挿入片１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの長さが異なるキャップ４に交換するだけで、複数のサイドブランチチャンバ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの長さを変更することができる。

内管５の上流側端部がテーパー面６ａで形成されることで、流体が内管５に流入するときの圧力損失を低減することができる。

外筒８によりサイドブランチチャンバ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが密封されているので、主管２の曲がりや振動によるサイドブランチチャンバ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの漏れが防止され、消音効果を維持することができる。

＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態に係る消音装置２０を示す。

第２実施形態に係る消音装置２０は、図１の第１実施形態の消音装置１の装置本体３の外筒８が無い以外は、第１実施形態の消音装置１と実質的に同一であり、対応する部分には、同一符号を附して説明を省略する。

第２実施形態に係る消音装置２０は、外筒が無いため構造が簡単で、装置本体３の成形が容易であるとともに、主管２への挿入が容易である。消音装置２０を主管２に挿入したとき、消音装置２０の仕切り部６及びリブ７の外面と、主管２の内面とが密着するように、シール材又は接着剤を用いることが好ましい。

＜第３実施形態＞
図７は、本発明の第３実施形態に係る消音装置３０を示す。

第３実施形態に係る消音装置３０は、図１の第１実施形態の消音装置１に２つの装置本体３ａ、３ｂが設けられ、これらの２つの装置本体３ａ、３ｂが肉厚部１０側で対向させて、接着剤やねじ等で連結されている。キャップ４は、基部１１の両側に長さの異なる複数の挿入片１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ及び１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈが形成されている。これにより、第３実施形態に係る消音装置３０は、上流側の複数のサイドブランチチャンバ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに加えて、下流側の複数のサイドブランチチャンバ１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈが形成されている。８つのサイドブランチチャンバ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ及び１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの長さを音源の周波数に応じて調整することで、消音効果を生じる周波数の範囲を広くすることができる。

なお、第３実施形態に係る消音装置３０の下流側の複数のサイドブランチチャンバ１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの少なくとも１つを共鳴チャンバとしてもよい。この共鳴チャンバの共鳴周波数を入射音の周波数と一致させることで、特定域の周波数の消音効果を奏することができ、サイドブランチチャンバ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの消音効果と合わせて、消音効果を生じる周波数の範囲を広くすることができる。

本発明は、前記実施形態に限るものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨の範囲内で修正し変更することができる。
例えば、サイドブランチチャンバの数は、前記実施形態のように４つに限らないし、サイドブランチチャンバの長さも適宜変更することができる。
また、キャップは、前記実施形態のように一体で形成する代わりに、周方向に複数に分割して形成してもよい。

１…消音装置（第１実施形態）
２…主管
３、３ａ、３ｂ…装置本体
４…キャップ
５…内管
６…仕切り部
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ…リブ
８…外筒
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ…出入口
１０…肉厚部
１１…基部
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ…挿入片
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｓ…サイドブランチチャンバ
２０…消音装置（第２実施形態）
３０…消音装置（第３実施形態）

Claims (8)

1. 流体が流れる主管に挿入される消音装置であって、内管と、前記主管と前記内管との間に形成されるサイドブランチチャンバとを備えた消音装置において、
   前記内管の外面に仕切り部が形成され、
   前記内管の外面の前記仕切り部から軸方向に離れた位置に弾性体からなるキャップが装着され、
   前記主管と、前記内管と、前記仕切り部と、前記キャップとで前記サイドブランチチャンバが形成され、
   前記内管の内面の前記仕切り部に近い位置に、前記サイドブランチチャンバと連通する出入口が設けられていることを特徴とする消音装置。
2. 前記キャップは、前記主管の外側から締め付けられて、前記主管の内面と前記内管の外面とに密着していることを特徴とする請求項１に記載の消音装置。
3. 前記キャップが締め付けられる箇所に対応する前記内管の外周に外周溝が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の消音装置。
4. 前記内管の外面に軸方向に延びる複数のリブが形成され、前記リブにより、複数の前記サイドブランチチャンバが形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の消音装置。
5. 前記キャップに、隣接する前記リブの間に挿入される複数の挿入片が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の消音装置。
6. 複数の前記挿入片は、軸方向の長さが異なることを特徴とする請求項５に記載の消音装置。
7. 前記内管の上流側端部の内面は、下流側に向かって縮径するテーパー面で形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の消音装置。
8. 前記内管の前記仕切り部の外周縁から前記キャップまで、軸方向に延びる外筒が設けられ、前記外筒により前記サイドブランチチャンバが密封されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の消音装置。
   
   
   

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