JP2023035173A - Muffler - Google Patents
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Abstract
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消音装置に関する。
BACKGROUND OF THE
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。 In vehicle air conditioning systems, mechanical noise from the compressor and noise due to cavitation of the refrigerant is transmitted to the evaporator through the pipes and then transmitted to the driver from the air outlet. transmitted to For this reason, a muffler type silencer is interposed or an insertion type silencer is inserted in the piping of the vehicle air conditioner. A muffler type silencer is large and heavy, and brazing causes an increase in cost.
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、内外の流路長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、消音効果のある周波数を調整するには、内外の流路長の差を変化させるしかなく、調整が困難である。
For example,
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、消音効果のある周波数が狭い。
特許文献1-3のいずれの消音装置も、主流路の主管の内側に内挿されて、主管との間にサイドブランチチャンバや共鳴チャンバが形成されているため、サイドブランチチャンバや共鳴チャンバの長さや容量が主管との密着状態、主管の変形や曲がりに影響され、所望の消音効果が得られにくいという問題があった。
In any of the silencers disclosed in
本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、主管との密着状態、主管の変形や曲がりによって消音効果に影響を与えない、また、周波数に応じた調整が容易で、消音効果を生じる周波数の範囲が広い消音装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems. An object of the present invention is to provide a silencer with a wide range of frequencies that generate
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、
前記主管の内側に位置する内管と、
前記内管を前記主管の内面に支持する複数のリブとを有し、
前記内管の外側に前記流体の流路が設けられ、前記内管の内側に消音空間が設けられていることを特徴とする。
As a means for solving the above problems, the present invention
(1) A silencer inserted into a main pipe through which a fluid flows,
an inner pipe positioned inside the main pipe;
and a plurality of ribs supporting the inner pipe on the inner surface of the main pipe,
It is characterized in that the flow path for the fluid is provided outside the inner pipe, and that a muffling space is provided inside the inner pipe.
(2)前記内管の内側に1又は複数の仕切壁により区画された複数の消音空間が設けられている。 (2) A plurality of muffling spaces partitioned by one or a plurality of partition walls are provided inside the inner tube.
(3)前記消音空間がサイドブランチチャンバであって、前記内管の上流側端部又は下流側端部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。 (3) The muffling space is a side branch chamber, and an inlet/outlet communicating with the side branch chamber is provided at an upstream end or a downstream end of the inner pipe.
(4)前記消音空間がサイドブランチチャンバであって、前記内管の外周面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。 (4) The muffling space is a side branch chamber, and an inlet and outlet communicating with the side branch chamber is provided on the outer peripheral surface of the inner pipe.
(5)前記消音空間が共鳴チャンバであって、前記内管の上流側端部又は下流側端部に前記サイドブランチチャンバと連通する開口が設けられている。 (5) The muffling space is a resonance chamber, and an opening communicating with the side branch chamber is provided at an upstream end or a downstream end of the inner pipe.
(6)前記消音空間が共鳴チャンバであって、前記内管の外周面に前記サイドブランチチャンバと連通する開口が設けられている。 (6) The muffling space is a resonance chamber, and an opening communicating with the side branch chamber is provided on the outer peripheral surface of the inner pipe.
請求項1によれば、主管の上流側から、主管と内管の上流側端部との間に進入した流体は、主管と内管の下流側端部との間から主管の下流側に流出する。内管の消音空間に進入した音波は、消音空間で消音される。主管の内側に位置する内管に消音空間が設けられているので、主管との密着状態、主管の変形や曲がりによって消音空間の長さ又は容積が変化せず、消音効果に影響を与えない。
According to
請求項2の発明によれば、複数の消音空間の長さや容積を変更することにより、周波数に応じた調整が容易で、消音効果を生じる周波数の範囲が広くなる。
According to the invention of
請求項3、4の発明によれば、内管の上流側端部又は下流側端部からサイドブランチチャンバに進入した音波は、サイドブランチチャンバの奥端で反射して上流側端部又は下流側端部に戻り、内管の音波と逆位相になって干渉し、消音される。主管の内側に位置する内管にサイドブランチチャンバが設けられているので、主管との密着状態、主管の変形や曲がりによってサイドブランチチャンバの長さが変化せず、消音効果に影響を与えない。
According to the invention of
請求項5、6の発明によれば、内管の上流側端部又は下流側端部の開口から共鳴チャンバに進入した音波のエネルギーが共鳴チャンバで吸収され、消音される。主管の内側に位置する内管に共鳴チャンバが設けられているので、主管との密着状態、主管の変形や曲がりによって共鳴チャンバの容積が変化せず、消音効果に影響を与えない。
According to the inventions of
以下、本発明の実施形態を添付図面に従って説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
<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に設けられる。具体的には、消音装置は、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。
<First Embodiment>
FIG. 1 shows a
図2、図3に示すように、消音装置1は、内管3と、仕切部4と、リブ5とを備えている。
As shown in FIGS. 2 and 3 , the
内管3は、主管2の内径より小さい外径を有する。内管3の肉厚は、流路確保のため、できるだけ薄いほうが好ましい。内管3の長さは、任意であるが、内管3を設置する場所での主管2の曲がりを妨げない程度の長さが好ましい。主管2と内管3との間は、主管2を流れる流体の主流路6を形成する。内管3の内側は、サイドブランチチャンバ7a、7bを形成する。
The
仕切部4は、内管3の内部に、内管3の上流側と下流側とを仕切るように設けられている。仕切部4の位置は任意であるが、仕切部4の上流側と下流側とに形成されるサイドブランチチャンバ7a、7bの長さを決定する。
The
リブ5は、図3に示すように、内管3の外面の周4等配位置に4個形成され、内管3の半径方向外方に突出している。リブ5の高さは、主管2と内管3との間の半径方向の隙間とほぼ同一である。リブ5の軸方向の長さは、任意である。リブ5は、軸方向の複数位置に形成してもよい。なお、リブ5は、実施例では内管3に形成しているが、主管2の内側に固定してもよい。この場合、リブ5の数は、4個以外でもよく、少なくとも3個あればよい。
As shown in FIG. 3, four
消音装置1は、図示しない固定部材により、主管2の外側からリブ部5の位置で締め付けられることにより、主管2の内部に固定されている。リブ5の外端面は、主管2の内面と密着する。固定部材の代用として、消音装置1を主管2に挿入するとき、圧入したり、シール材を用いてもよい。
The
主管2と内管3との間には、主流路6が形成されている。内管3の上流側端部から仕切部4の上流側端面までは、直管状の第1サイドブランチチャンバ7aが形成され、仕切部4の下流側端面から内管3の下流側端部までは、直管状の第2サイドブランチチャンバ7bが形成されている。第1サイドブランチチャンバ7aの出入口8aは、内管3の上流側端部にあり、第2サイドブランチチャンバ7bの出入口8bは、内管3の下流側端部にある。なお、主流路6は、一定の断面形状を有していなくてもよく、流路の中間で拡大又は縮小していてもよい。
A
次に、本実施形態の消音装置1の作用について説明する。
Next, the operation of the
図2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、主管2の内面と内管3の外面との間の主流路6に流入し、下流側端部で、主管2の内面と内管3の外面との間から主管2内に流出する。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。
As shown in FIG. 2, the refrigerant flowing in the
内管3の上流側端部の出入口8aから第1サイドブランチチャンバ7aに進入した音波は、サイドブランチチャンバ7aの仕切部4で反射して出入口8aに戻り、ここで、内管3の音波と逆位相になって干渉し、消音される。同様に、内管3の下流側端部の出入口8bから第2サイドブランチチャンバ7bに進入した音波は、サイドブランチチャンバ7bの仕切部4で反射して出入口8bに戻り、ここで、内管3の音波と逆位相になって干渉し、消音される。
The sound waves entering the first
ここで、主管2の断面積をS、サイドブランチチャンバ7a、7bの断面積をSs、サイドブランチチャンバ7a、7b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7a、7bの長さlは、出入口8a、8bから仕切部4までの距離である。
本実施形態の消音装置1では、仕切部4の位置を変えることで、第1サイドブランチチャンバ7aと、第2サイドブランチチャンバ7bとの長さを調整し、音源の周波数に応じて消音効果を高くすることができる。
In the
第1実施形態の消音装置1において、図2に示すように、内管3の上流側端部の外面は、下流側に向かって拡径するテーパー面9aで形成されていてもよい。同様に、内管3の下流側端部の外面は、下流側に向かって縮径するテーパー面9bで形成されていてもよい。これにより、主管2から、主管2と内管3との間を経て、主管2に流出する冷媒の圧力損失を低減することができる。
In the
本発明者らは、第1実施形態の消音装置1の消音効果を確認するため、発明例と比較例の2つの解析モデルについて、コンピュータシミュレーションによる音響解析を行った。
In order to confirm the silencing effect of the silencing
発明例として、図1、2に示す第1実施形態の消音装置1を用いた。比較例として、図4、5に示す従来の消音装置101を用いた。比較例の従来の消音装置101は、内管103の中間部に中間仕切部104を設け、主管102と内管103との間に環状の第1サイドブランチチャンバ107a、第2サイドブランチチャンバ107bを形成し、各サイドブランチチャンバ107a、107bの出入口108a、108bを内管103の上流側端部と下流側端部とに設けたものである。
As an invention example, the
各解析モデルの主管は、いずれも内径20mm、全長100mmとした。また、発明例の内管3は、外径18mm、内径16mm、サイドブランチ7a、7bの長さはそれぞれ22mm、72mmとした。比較例の内管103は、外径12mm、内径8mm、サイドブランチ107a、107bの長さはそれぞれ22mm、72mmとした。各解析モデルについて、音源の周波数を変化させて透過損失を求めた。
The main pipe of each analytical model had an inner diameter of 20 mm and a total length of 100 mm. The
この音響解析では、媒質は、温度25℃、圧力0.101325MPa(標準気圧)、密度1.184kg/m3、音速346.25m/sの空気とした。消音効果が得られる狙いの周波数を0~4000Hzとした。サイドブランチの長さをl、音速をcとすると、狙いの周波数fの理論値は、数2で求めた。具体的には、第1サイドブランチチャンバ、第2サイドブランチチャンバの狙いの周波数は、それぞれ3934Hz、1202Hzとした。
図6は、周波数を0から8000Hzまで変化させたときの透過損失を示す。図6より、発明例(ext.flow)は、比較例(base)と同様の透過損失を得ることができ、従来と同様に、透過損失のピークの数が多く、消音効果が大きいことが確認された。 FIG. 6 shows the transmission loss when changing the frequency from 0 to 8000 Hz. From Fig. 6, it is confirmed that the invention example (ext.flow) can obtain the same transmission loss as the comparative example (base), and that the number of transmission loss peaks is large and the noise reduction effect is large as in the conventional case. was done.
<第2、3実施形態>
図7、8は、本発明の第2実施形態に係る消音装置1Aを示す。消音装置1Aは、第1実施形態の消音装置1と同様に、内管3とリブ5とを有するが、内管3の一端が閉塞され、他端が開口されて、内管3の内部に、開口側を出入口8とする1つのサイドブランチチャンバ7が形成されたものである。内管3の出入口8は下流側に向けられているが、逆に上流側に向けてもよい。
<Second and third embodiments>
7 and 8 show a silencer 1A according to a second embodiment of the invention. The silencer 1A has an
図9,10は、本発明の第3実施形態に係る消音装置1Bを示す。消音装置1Bは、第1実施形態の消音装置と同様に、内管3とリブ5とを有するが、内管3の両端が閉塞され、内管3の内部に、外周面に形成された矩形の4つの出入口8を有する1つのサイドブランチチャンバ7が形成されたものである。内管3の出入口8は上流側に設けられているが、逆に下流側に設けてもよい。
9 and 10 show a silencer 1B according to a third embodiment of the invention. The silencer 1B has an
図11は、第2実施形態の消音装置1Aの解析モデル(サイドブランチ1型)、第3実施形態の消音装置1Bの解析モデル(サイドブランチ2型)について、第1実施形態と同様に行ったコンピュータシミュレーションによる音響解析の結果を示す。 FIG. 11 shows an analysis model (side branch type 1) of the noise suppressor 1A of the second embodiment and an analysis model (side branch type 2) of the noise suppressor 1B of the third embodiment, which was performed in the same manner as in the first embodiment. The results of acoustic analysis by computer simulation are shown.
サイドブランチ1型の内管3は、外径18mm、内径16mm、サイドブランチ7の長さは22mmとした。サイドブランチ2型の内管3は、外径18mm、内径16mm、サイドブランチ7の長さは18mm、出入口8の幅は、サイドブランチ1型の出入口8と同じ面積になるように設定した。
The
図11より、出入口8を内管3の外周面に設けたサイドブランチ2型のほうが、サイドブランチ1型よりも、高い透過損失を得ることができることが確認された。
From FIG. 11, it was confirmed that the
<第4、5実施形態>
図12、13は、本発明の第4実施形態に係る消音装置1Cを示す。消音装置1Cは、第1実施形態の消音装置1と同様に、内管3とリブ5とを有するが、内管3の両端が閉塞され、内管3の一端に開口10を有する1つの共鳴チャンバ11が形成されたものである。内管3の開口10は下流側端部に設けられているが、逆に上流側端部に設けてもよい。
<Fourth and fifth embodiments>
12 and 13 show a
図14,15は、本発明の第5実施形態に係る消音装置1Dを示す。消音装置1Dは、第1実施形態の消音装置1と同様に、内管3とリブ5とを有するが、内管3の両端が閉塞され、内管3の外周面の軸方向中央に開口10を有する1つの共鳴チャンバ11が形成されたものである。
14 and 15 show a
ここで、共鳴チャンバ11の容積をV,開口10の断面積をSr、開口10の長さをl、音速をcとすると、共鳴周波数ωrは、数3で表される。
図16は、第4実施形態の消音装置1Cの解析モデル(共鳴1型)と、第5実施形態の消音装置1Dの解析モデル(共鳴2型)について、第1実施形態と同様に行ったコンピュータシミュレーションによる音響解析の結果を示す。
FIG. 16 shows an analysis model (resonance type 1) of the
共鳴1型の内管3は、外径18mm、内径16mm、長さ21mm、開口10の径は2mmとした。共鳴2型の内管3は、外径18mm、内径16mm、長さ21mm、開口10の径は2mmとした。
The
図16より、共鳴チャンバ11の開口10を内管3の外周面に設けた共鳴2型のほうが、共鳴1型よりも、高い透過損失を得ることができることが確認された。
From FIG. 16, it was confirmed that the
図17は、図7、8に示す第2実施形態の消音装置1A(サイドブランチ1型)と、第4実施形態の消音装置1C(共鳴1型)とを比較したものである。図17より、共鳴1型は、低周波数域で高い透過損失を得ることができ、サイドブランチ1型は、共鳴1型よりも高い周波数域で高い透過損失を得ることができることが分かった。
FIG. 17 compares the silencer 1A (side branch type 1) of the second embodiment shown in FIGS. 7 and 8 with the
<第6実施形態>
図18,19は、本発明の第6実施形態に係る消音装置1Eを示す。消音装置1Eは、第1実施形態の消音装置1と同様に、内管3とリブ5とを有するが、内管3の内部に軸方向に離れた2つの仕切部4a、4bが形成され、内管3の上流側端部と上流側の仕切部4aとの間に第1サイドブランチチャンバ7aが形成され、2つの仕切部4a、4bの間に共鳴チャンバ11が形成され、さらに下流側の仕切部4bと下流側端部との間に第2サイドブランチチャンバ7bが形成されたものである。第1サイドブランチチャンバ7aの出入口8aは内管3の上流側端部にあり、第2サイドブランチチャンバ7bの出入口8bは内管3の下流側端部にある。共鳴チャンバ11の開口10は、内管3の2つの仕切部4の中間の外周面に形成されている。
<Sixth Embodiment>
18 and 19 show a
図20は、第6実施形態の消音装置1Eの解析モデル(mix型)について、第1実施形態と同様に行ったコンピュータシミュレーションによる音響解析の結果を示す。
FIG. 20 shows the results of acoustic analysis by computer simulation performed in the same manner as in the first embodiment for the analysis model (mix type) of the
mix型の内管3は、外径18mm、内径16mmとした。第1サイドブランチチャンバ7aの長さは22mm、第2サイドブランチチャンバ7bの長さは57mmとした。共鳴チャンバ11の長さは19mm、開口10の径は2mmとした。第1サイドブランチチャンバ7a、第2サイドブランチチャンバ7b、共鳴チャンバ11の狙いの周波数は、それぞれ3934Hz、1519Hz、1000Hzとした。
The mix-type
図20より、内管3に、第1サイドブランチチャンバ7a、第2サイドブランチチャンバ7b、共鳴チャンバ11を設けることにより、共鳴チャンバ11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、第1サイドブランチチャンバ7a、第2サイドブランチチャンバ7bの消音効果と合わせて、0から8000Hzの間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ことが分かった。
20, by providing the first
以上の実施形態に係る消音装置1、1A~1Eは、主管2の内側に位置する内管3に、サイドブランチチャンバ7、7a、7bや、共鳴チャンバ11のような消音空間が設けられているので、主管2との密着状態、主管2の変形や曲がりによって消音空間の長さ又は容積が変化せず、消音効果に影響を与えない。
In the
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。 The present invention is not limited to the above embodiments, and can be modified and changed within the scope of the invention described in the claims.
1,1A,1B,1C,1D,1E…消音装置
2…主管
3…内管
4…仕切部
5…リブ
6…主流路
7…サイドブランチチャンバ
7a…第1サイドブランチチャンバ
7b…第2サイドブランチチャンバ
8…出入口
8a…出入口
8b…出入口
9a…テーパー部
9b…テーパー部
10…開口
11…共鳴チャンバ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記主管の内側に位置する内管と、
前記内管を前記主管の内面に支持する複数のリブとを有し、
前記内管の外側に前記流体の流路が設けられ、前記内管の内側に消音空間が設けられていることを特徴とする消音装置。 A muffler inserted into a main pipe through which a fluid flows,
an inner pipe positioned inside the main pipe;
and a plurality of ribs supporting the inner pipe on the inner surface of the main pipe,
A muffler, wherein a flow path for the fluid is provided outside the inner pipe, and a muffling space is provided inside the inner pipe.
3. A muffler according to claim 1, wherein said muffling space is a resonance chamber, and an opening communicating with said side branch chamber is provided on the outer peripheral surface of said inner pipe.
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