JP2024063370A - ダクト装置 - Google Patents

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JP2024063370A
JP2024063370A JP2022171259A JP2022171259A JP2024063370A JP 2024063370 A JP2024063370 A JP 2024063370A JP 2022171259 A JP2022171259 A JP 2022171259A JP 2022171259 A JP2022171259 A JP 2022171259A JP 2024063370 A JP2024063370 A JP 2024063370A
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英二 大平
祐一郎 澤田
耕治 前田
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Abstract

【課題】性能劣化を抑制しつつ、十分に消音することができるダクト装置を提供する。【解決手段】ダクト装置は、軸線回りに回転することで排気ガスを送風するファンと、ファンにおける排気ガスの下流側に設けられて軸線方向に延びる排気ダクトと、を備え、排気ダクトは、軸線を囲うように周方向に配列された複数の音響部を有し、音響部は、上流側を向く第一入口開口、及び、下流側を向く第一出口開口を有する第一音響管と、上流側を向き第一入口開口と同一の軸線方向位置の第二入口開口、及び、下流側を向き第一出口開口と同一の軸線方向位置に近接配置される第二出口開口を有する第二音響管と、を有し、第一出口開口と第二出口開口から出る音圧同士が互い打ち消し合うように、第一音響管と第二音響管の管長が互いに異なる長さとされている。【選択図】図1

Description

本開示は、ダクト装置に関する。
ファンによって排気が行われる場合、排気側にダクトが配置される。ダクトの出口は大気解放されるため、ファンの回転によって生じる単一周波数の騒音(以下、NZ音と称する。)が大気にそのまま放出され、騒音問題が発生する。
NZ音を低減する為、ダクトに吸音材を取り付ける等の対策が取られている(例えば特許文献1参照)。
特許第4482670号公報
しかしながら、吸音材は経年劣化し易い。このため、例えば吸音材のみを用いて消音する装置では、性能が劣化し易いとされている。
このような状況を鑑みて、性能劣化を抑制しつつ、十分に消音することができる装置の開発が望まれていた。
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、性能劣化を抑制しつつ、十分に消音することができるダクト装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本開示に係るダクト装置は、軸線回りに回転することで排気ガスを送風するファンと、前記ファンにおける前記排気ガスの下流側に設けられて前記軸線方向に延びる排気ダクトと、を備え、前記排気ダクトは、前記軸線を囲うように周方向に配列された複数の音響部を有し、前記音響部は、上流側を向く第一入口開口、及び、下流側を向く第一出口開口を有する第一音響管と、上流側を向き前記第一入口開口と同一の軸線方向位置の第二入口開口、及び、下流側を向き前記第一出口開口と同一の軸線方向位置に近接配置される第二出口開口を有する第二音響管と、を有し、前記第一出口開口と前記第二出口開口から出る音圧同士が互い打ち消し合うように、前記第一音響管と前記第二音響管の管長が互いに異なる長さとされている。
本開示のダクト装置によれば、性能劣化を抑制しつつ、十分に消音することができる。
本開示の第一実施形態に係るダクト装置の全体構成図である。 本開示の第一実施形態に係る音響部を軸線方向から見た図である。 本開示の第一実施形態に係る第一音響管及び第二音響管の拡大図である。 本開示の第一実施形態の変形例に係るダクト装置の構成図である。 本開示の第二実施形態に係るダクト装置の構成図である。 本開示の第三実施形態に係るダクト装置の構成図である。 本開示の第三実施形態に係る伸縮機構の制御の流れを説明するフローチャートである。 本開示の1つの実施形態に係るコンピュータのハードウェア構成図である。
<第一実施形態>
以下、本開示の第一実施形態に係るダクト装置1について、図1から図3を参照して説明する。
(ダクト装置)
ダクト装置1は、熱交換器2の冷却に用いられる。熱交換器2は、例えばデータセンター向けのドライクーラである。ドライクーラは、サーバ冷却用の冷却水を冷却する。ただし、熱交換器2は、ドライクーラに限られない。
図1から図3に示すように、ダクト装置1は、ファン10と、吸気ダクト20と、排気ダクト30と、を備える。
(ファン)
ファン10は、軸線O回りに回転することで、熱交換器2に排気ガスGを送風する。熱交換器2は、排気ガスGと冷却水とで熱交換を行い、冷却水を強制冷却する。
以下、ファン10の軸線Oを単に「軸線O」と称する。さらに、軸線Oの径方向を単に「径方向」と称し、軸線Oの周方向を単に「周方向」と称する。
ファン10は、熱交換器2よりも軸線O方向で下流側に配置されている。ファン10は、ファンケーシング11と、動翼12と、静翼13と、を有する。
ファンケーシング11は、軸線O方向に延びる筒状の部材である。ファンケーシング11の軸線O方向両端は、開口している。本実施形態では、ファンケーシング11は、円筒状に形成されている。
動翼12は、ファンケーシング11内に収容されている。動翼12は、周方向に並んで複数設けられている。各動翼12は、軸線Oから径方向に延びている。複数の動翼12は、モータ(不図示)の駆動力により軸線Oを中心として周方向に回転する。これら複数の動翼12の回転より、排気ガスGが軸線O方向に送風される。
静翼13は、ファンケーシング11内に収容されている。静翼13は、動翼12よりも下流側に設けられている。静翼13は、周方向に並んで複数設けられている。各静翼13は、軸線Oから径方向に延びている。複数の静翼13は、ファンケーシング11の内面に固定されている。
(吸気ダクト)
吸気ダクト20は、ファン10における排気ガスGの上流側に設けられる。このため、熱交換器2よりも軸線O方向で上流側に位置する。吸気ダクト20は、軸線O方向に延びている。
吸気ダクト20は、吸気ダクト本体21と、吸音材3と、を有する。
吸気ダクト本体21は、軸線O方向に延びて軸線O方向両側に開口した筒状に形成されている。本実施形態では、吸気ダクト本体21は、円筒状に形成されている。
吸音材3は、吸気ダクト本体21の内周面に設けられている。吸音材3は、ファン10の駆動によって生じる騒音を吸収する。吸音材3は、軸線O方向に延びて軸線O方向両側に開口した筒状に形成されている。本実施形態では、吸音材3は、円筒状に形成されている。
吸音材3は、例えば繊維状の材料により形成されている。吸音材3の材料は、適宜変更可能である。
(排気ダクト)
排気ダクト30は、ファン10における排気ガスGの下流側に設けられている。すなわち、排気ダクト30は、ファン10よりも軸線O方向で下流側に設けられている。排気ダクト30は、軸線O方向に延びている。
排気ダクト30は、排気ダクト本体31と、音響部40と、を有する。
(排気ダクト本体)
排気ダクト本体31は、軸線O方向に延びて軸線O方向両側に開口した筒状に形成されている。本実施形態では、排気ダクト本体31は、円筒状に形成されている。排気ダクト本体31は、後述する第一音響管41と第二音響管42とを内部に収容する。
(音響部)
音響部40は、ファン10による排気によって生じるNZ音を、共鳴現象を利用して消音する。音響部40は、軸線Oを囲うように周方向に複数配列されている。本実施形態では、音響部40は、排気ダクト本体31の内周面に取り付けられている。
音響部40は、第一音響管41と、第二音響管42と、を有する。本実施形態では、1つの音響部40につき、第一音響管41と第二音響管42とが1つずつ設けられている。
図3に示すように、第一音響管41は、軸線O方向に直線状に延びる直管である。第一音響管41は、上流側を向く第一入口開口41a、及び、下流側を向く第一出口開口41bを有する。
第二音響管42は、屈曲形状に形成された屈曲管である。第二音響管42は、直線部43と、屈曲部44と、を有する。直線部43は、軸線O方向に直線状に延びている。直線部43は、軸線O方向に並んで3本設けられている。屈曲部44は、U字状に形成され、隣り合う直線部43の端部同士を接続している。本実施形態では、第二音響管42は、円筒管を折り曲げて形成されている。
別の観点では、第二音響管42は、上流側を向く第二入口開口42a、及び、下流側を向く第二出口開口42bを有する。第二入口開口42aは、第一入口開口41aと同一の軸線O方向位置にある。本実施形態では、第一入口開口41aと第二入口開口42aとは、互いに接触している。
音響部40は、第一音響管41と第二音響管42のそれぞれをNZ音と共鳴させる。
第一音響管41と第二音響管42は、軸線O方向両端部が開放された開管である。このため、第一音響管41と第二音響管42の共鳴周波数fn(Hz)は、以下の(1)式で与えられる。
Figure 2024063370000002
(1)式において、nは次数、Lは音響管の管長(m)、Vは音速(m/s)である。
音響管とNZ音を共鳴させるには、fnがNZ音の周波数と一致するように、管長Lを設定する必要がある。
(1)式に基づいて、第一音響管41の管長L1と、第二音響管42の管長L2とが設定される。
さらに、第一出口開口41bと第二出口開口42bから出る音圧同士が互い打ち消し合うように、第一音響管41と第二音響管42の管長L1,L2が互いに異なる長さとされている。
本実施形態では、第一音響管41の管長L1と第二音響管42の管長L2との比が、L1:L2=1:2に設定されている。
第二音響管42は、第二入口開口42aから第一音響管41の管長L1の3/4の位置と、第二入口開口42aから第一音響管41の管長L1の1/4の位置とで2度折り返されて形成されている。これにより、管長L1,L2の比をL1:L2=1:2に設定しつつ、第一入口開口41aと第二入口開口42a、及び第一出口開口41bと第二出口開口42bの軸線O方向の位置を合わせることができる。
また、第二出口開口42bは、第一出口開口41bと同一の軸線O方向位置に近接配置されている。ここでいう、「第一出口開口41bと第二出口開口42bとが同一の軸線O方向位置に近接配置される」とは、「お互いの音圧を打ち消し合うように影響し合う程、第一出口開口41bと第二出口開口42bとが近接配置される」ことを意味する。本実施形態では、第一出口開口41bと第二出口開口42bとは、互いに接触している。
また、第一入口開口41aの開口面積と、第二入口開口42aの開口面積とが等しく、第一出口開口41bの開口面積と、第二出口開口42bの開口面積とが等しい。第一音響管41に入った音は、第一入口開口41a及び第一出口開口41bの全体を通過する。また、第二音響管42に入った音は、第二入口開口42a及び第二出口開口42bの全体を通過する。このため、第一入口開口41aのうち音が通過する部分の開口面積と、第二入口開口42aのうち音が通過する部分の開口面積とが等しく、第一出口開口41bのうち音が通過する部分の開口面積と、第二出口開口42bのうち音が通過する部分の開口面積とが等しくなる。
本実施形態では、第一音響管41及び第二音響管42は、どちらも内径W1,W2が一様な円筒状に形成され、第一音響管41の内径W1と第二音響管42の内径W2との比が、W1:W2=1:1に設定されている。
(作用効果)
上述した本実施形態のダクト装置1によれば、以下の作用効果が発揮される。
本実施形態では、ダクト装置1は、ファン10と、排気ダクト30と、を備える。ファン10は、軸線O回りに回転することで排気ガスGを送風する。排気ダクト30は、ファン10における排気ガスGの下流側に設けられて軸線O方向に延びている。排気ダクト30は、軸線Oを囲うように周方向に配列された複数の音響部40を有する。音響部40は、第一音響管41と、第二音響管42と、を有する。第一音響管41は、上流側を向く第一入口開口41a、及び、下流側を向く第一出口開口41bを有する。第二音響管42は、上流側を向き第一入口開口41aと同一の軸線O方向位置の第二入口開口42a、及び、下流側を向き第一出口開口41bと同一の軸線O方向位置に近接配置される第二出口開口42bを有する。さらに、第一出口開口41bと第二出口開口42bから出る音圧同士が互い打ち消し合うように、第一音響管41と第二音響管42の管長が互いに異なる長さとされている。
ファン10の回転によって生じたNZ音は、ファン10から音響部40に向けて流れる。音響部40に入ったNZ音は、第一入口開口41aに入るものと、第二入口開口42aに入るものとに分かれる。
ところで、図3に示すように、NZ音は、波面が流れ方向(軸線O方向)に直交する平面波として伝搬する。このため、同一の軸線O方向位置において、径方向の各点で同じ音圧が観測される。上述したように、本実施形態では、第一入口開口41aと、第二入口開口42aとは、同一の軸線O方向位置にある。このため、第一入口開口41aに入ったNZ音と第二入口開口42aに入ったNZ音は同程度の音圧となり、第一音響管41と第二音響管42とで、音響モードMの入口が同相となる。
第一入口開口41aに入ったNZ音は、第一音響管41と共鳴し、第一出口開口41bから放出される。第二入口開口42aに入ったNZ音は、第二音響管42と共鳴し、第二出口開口42bから放出される。ここで、第一音響管41の管長L1と第二音響管42の管長L2とは互いに異なる長さとされている。これにより、第一出口開口41bから放出されたNZ音と、第二出口開口42bから放出されたNZ音とに、位相差が生じる。このため、第一出口開口41bから放出されたNZ音の音圧と、第二出口開口42bから放出されたNZ音の音圧とが、位相干渉により、互いに打ち消しあう。このようにして、NZ音が消音される。
また、本実施形態では、共鳴現象を利用してNZ音が消音される。吸音材3による消音の場合、NZ音は周波数の全域に亘って消音される。このため効率良く消音が行われていなかった。これに対し、本実施形態のダクト装置1は、音量が大きくなる特定の周波数に合わせてピンポイントにNZ音を消音することができる。
また、本実施形態の音響部40は、雨風等の外因によって経年劣化し易い吸音材3を用いることなくNZ音を消音する。このため、本実施形態のダクト装置1では、経年劣化に伴う性能劣化が生じにくい。
このように、本実施形態のダクト装置1によれば、性能劣化を抑制しつつ、十分に消音することができる。
本実施形態では、第一音響管41の管長L1と第二音響管42の管長L2との比が、L1:L2=1:2に設定されている。
これにより、第一音響管41と第二音響管42とで、音響モードMの出口が逆相となる。このため、音響部40は、第一出口開口41bと第二出口開口42bから出る音圧同士を効率良く打ち消し合わせることができるので、効率良く消音することができる。
本実施形態では、第一出口開口41bのうち音が通過する部分の開口面積と、第二出口開口42bのうち音が通過する部分の開口面積とが等しい。
第一音響管41と第二音響管42に入るNZ音は、同一のファン10によって生じるため、第一出口開口41bから出るNZ音の単位時間あたりのエネルギー量と、第二出口開口42bから出るNZ音の単位時間あたりのエネルギー量とが等しくなる。さらに、本実施形態では、第一出口開口41bのうち音が通過する部分の開口面積と第二出口開口42bのうち音が通過する部分の開口面積とが等しい。このため、第一出口開口41bから出る音と、第二出口開口42bから出る音が同程度の強さとなる。よって、第一出口開口41bから出るNZ音と、第二出口開口42bから出るNZ音とが互いに効率良く打ち消される。このため、ダクト装置1は、より一層効率良く消音することができる。
本実施形態では、第一音響管41は、軸線O方向に直線状に延びる直管である。第二音響管42は、軸線O方向に交差する方向に屈曲した屈曲部44を有する屈曲形状に形成された屈曲管である。
本実施形態によれば、第一音響管41が直管であるため、音響部40をコンパクトに設計することができる。さらに、第二音響管42の屈曲形状を変化させることで、第二音響管42の管長L2を任意の長さに調整して設計できる。よって、音響部40は、任意の周波数のNZ音の消音に対応可能となる。よって、ダクト装置1の小型化を達成しつつ、より一層効率良く消音することができる。
本実施形態では、排気ダクト30は、軸線O方向に延びて軸線O方向両側に開口した筒状の排気ダクト本体31を有する。排気ダクト本体31は、第一音響管41と第二音響管42とを内部に収容する。
これにより、ダクト装置1は、排気ダクト本体31によってNZ音を第一音響管41と第二音響管42とに案内できる。よってダクト装置1は、NZ音を確実に第一音響管41と第二音響管42に導き、効率良く消音することができる。
なお、上記実施形態では、第一音響管41は、軸線O方向に直線状に延びる直管であるとしたが、これに限るものではない。第一音響管41は、屈曲形状に形成された屈曲管であってもよい。
また、上記実施形態では、第二音響管42は、屈曲形状に形成された屈曲管であるとしたが、これに限るものではない。第二音響管42は、軸線O方向に直線状に延びる直管であってもよい。
また、上記実施形態では、第一入口開口41aの開口面積と第二入口開口42aの開口面積とが等しく、第一出口開口41bの開口面積と第二出口開口42bの開口面積とが等しいとしたが、これに限るものではない。すなわち、第一入口開口41aの開口面積と第二入口開口42aの開口面積とが異なり、第一出口開口41bの開口面積と第二出口開口42bの開口面積とが異なっていてもよい。
また、上記実施形態では、1つの音響部40につき、第一音響管41と第二音響管42とが1つずつ設けられているとしたが、これに限るものではない。第一音響管41と第二音響管42との本数は、それぞれ適宜変更可能である。1つの音響部40において、第一音響管41の本数と第二音響管42の本数とが異なっていてもよい。また、音響部40毎に、第一音響管41の本数と第二音響管42の本数とが異なっていてもよい。
(第一実施形態の変形例)
続いて、第一実施形態の変形例について、図4を参照して説明する。
図4に示すように、本変形例では、ダクト装置1Aは、ファン10と、吸気ダクト20と、排気ダクト30と、を備える。排気ダクト30Aは、排気ダクト本体31と、吸音材3と、音響部40と、を有する。
本変形例では、排気ダクト本体31の内周面に、筒状の吸音材3が設けられている。音響部40は、吸音材3の内周面に設けられている。
本変形例のダクト装置1Aは、音響部40に加えて、吸音材3によっても消音することができる。このため、本変形例によれば、ダクト装置1Aは、より強力に消音することができる。
<第二実施形態>
以下、本開示の第二実施形態に係るダクト装置201について、図5を参照して説明する。前述した実施形態と同様の構成については、同一の名称及び同一の符号を付す等して説明を適宜省略する。
図5に示すように、本実施形態では、ダクト装置201は、ファン10と、吸気ダクト20と、排気ダクト230と、を備える。排気ダクト230は、音響部240を有する。音響部240は、第一音響管241と、第二音響管242と、を有する。
(音響部)
音響部240は、第一音響管241と、第二音響管242と、を有する。
第一音響管241は、軸線Oを囲う環状に複数配置されている。さらに、環状に配置された複数の第一音響管241は、内側に排気ガスGの流路Rを形成している。
また、第二音響管242の一部(第二入口開口242aと第二出口開口242b側の両端部)が第一音響管241の内部に配置されている。さらに、第一入口開口241aと第二入口開口242aとは、軸線O方向に延びる中心軸線Cに沿って同軸に配置されている。第一出口開口241bと第二出口開口242bとは、中心軸線Cに沿って同軸に配置されている。
本実施形態では、第一音響管241に入った音は、第一出口開口241bのうち第二出口開口242bの外側の部分を通過する。このため、第一出口開口241bのうち音が通過する部分の開口面積は、第一出口開口241bの全体の開口面積から第二出口開口242bの開口面積を差し引いたものになる。
本実施形態では、図5に示すように、第一音響管241の内径W1と第二音響管242の内径W2との比が、W1:W2=√2:1に設定されている。このため、本実施形態においても、第一出口開口241bのうち音が通過する部分の開口面積と、第二出口開口242bのうち音が通過する部分の開口面積とが等しくなる。
またここで、第二音響管242のうち、第二入口開口242aと第二出口開口242b側の両端部以外の部分を、第二音響管242の中間部分245とする。この中間部分245は、第一音響管241よりも径方向外側に位置している。中間部分245は、周方向から見て、軸線O方向に長い楕円環状に湾曲されている。中間部分245には、直線部243と、屈曲部244とが含まれる。
(作用効果)
本実施形態のダクト装置201によれば、以下の作用効果が発揮される。
本実施形態では、第二音響管242の一部が第一音響管241の内部に配置されている。第一入口開口241aと第二入口開口242aとは、軸線O方向に延びる中心軸線Cに沿って同軸に配置されている。第一出口開口241bと第二出口開口242bとは、中心軸線Cに沿って同軸に配置されている。
これにより、第一出口開口241bの全周及び第二出口開口242bの全周にわたって、音圧が打ち消される。よって、ダクト装置201は、より一層効率良く消音することができる。
本実施形態では、第一音響管241は、軸線O方向から見て、軸線Oを囲う環状に複数配置されている。環状に配置された複数の第一音響管241は、内側に排気ガスGの流路Rを形成している。
本実施形態では、環状に複数配置された第一音響管241によって形成される流路Rが、排気ガスGを外部に導く。よって、排気ガスGを外部に導くためのガイド用の部材を別途設ける必要がなくなる。これにより、ダクト装置201の製造コストを削減することができる。
<第三実施形態>
以下、本開示の第三実施形態に係るダクト装置301について、図6から図8を参照して説明する。前述した実施形態と同様の構成については、同一の名称及び同一の符号を付す等して説明を適宜省略する。
図6に示すように、本実施形態では、ダクト装置301は、ファン10と、吸気ダクト20と、排気ダクト330と、伸縮機構350と、検知部304と、制御装置360と、を備える。排気ダクト330は、排気ダクト本体331と、音響部340と、を有する。
なお、図7では、ダクト装置301の一部の構成を簡略化して図示している。例えば、複数の音響部340のうち1つの音響部340のみが図示されている。
(排気ダクト本体)
排気ダクト本体331は、第一ダクト本体331aと、第二ダクト本体331bと、を有する。第一ダクト本体331aは、軸線O方向に延びる円筒状に形成されている。第二ダクト本体331bは、軸線O方向に延びる円筒状に形成されている。第二ダクト本体331bは、第一ダクト本体331aよりも小径に形成されている。第二ダクト本体331bは、第一ダクト本体331aに軸線O方向下流側から挿通されている。第二ダクト本体331bは、第一ダクト本体331aに対して、軸線O方向に相対移動可能とされている。これにより、排気ダクト本体331は、全体として軸線O方向に伸縮可能となる。
(音響部)
音響部340は、第一音響管341と、第二音響管342と、を有する。
第一音響管341は、軸線O方向に延びる2本のI字管345,346を有する。I字管345は、第一ダクト本体331aの内周面に固定されている。I字管346は、I字管345に軸線O方向下流側から挿通されている。I字管346は、I字管345に対して、軸線O方向に移動可能とされている。これにより、第一音響管341は、全体として軸線O方向に伸縮可能となる。
第二音響管342は、軸線O方向に延びる2本のI字管347と、2本のU字管348と、を備える。
2本のI字管の347うち1本は第一ダクト本体331aの内周面に固定され、もう1本は第二ダクト本体331bの内周面に固定されている。
2本のU字管348は、上流側に1本、下流側に1本配置されている。上流側のU字管348は、下流側のU字管348に挿通され、2本のU字管348はS字状に連結されている。さらに、2本のU字管348のうち上流側のU字管348は、第一ダクト本体331a側のI字管347に挿通され、下流側のU字管348には第二ダクト本体331b側のI字管347が挿通されている。
連結されたU字管348同士の組、及び連結されたI字管347とU字管348の組は、それぞれ軸線O方向に相対移動可能とされている。これにより、第二音響管342は、全体として軸線O方向に伸縮可能となる。
また、別の観点では、I字管347とU字管348の軸線O方向に延びる直線部分が第二音響管342の直線部343を構成し、U字管348の屈曲部分が第二音響管342の屈曲部344を構成している。
(伸縮機構)
伸縮機構350は、第一音響管341及び、第二音響管342を軸線O方向に伸縮する。伸縮機構350は、アクチュエータ305と、連結機構370と、を有する。
(アクチュエータ)
アクチュエータ305は、排気ダクト本体331に並べて配置されている。アクチュエータ305は、排気ダクト本体331を軸線O方向に伸縮させる。アクチュエータ305は、アクチュエータ基部305aと、アクチュエータ基部305aの軸線O方向下流側の端部に設けられたアクチュエータ伸縮部305bと、を有する。アクチュエータ伸縮部305bは、アクチュエータ基部305aに対して軸線O方向に伸縮する。
(連結機構)
連結機構370は、連結バー371と、固定部372と、リンク機構373と、を有する。
(連結バー)
連結バー371は、アクチュエータ305の軸線O方向の両端部に設けられている。
上流側の連結バー371は、アクチュエータ基部305aの上流端と、第一ダクト本体331aの上流端と、を連結している。これにより、アクチュエータ基部305aの上流端と第一ダクト本体331aの上流端とは、常に同一の軸線O方向位置に配置される。
下流側の連結バー371は、アクチュエータ伸縮部305bの下流端と、第二ダクト本体331bの下流端と、を連結している。このため、アクチュエータ伸縮部305bが軸線O方向に伸縮すると、第二ダクト本体331bも併せて軸線O方向に移動し、排気ダクト本体331が軸線O方向に伸縮する。さらに、アクチュエータ基部305aの下流端と第二ダクト本体331bの下流端とは、下流側の連結バー371によって、常に同一の軸線O方向位置に配置される。
(固定部)
固定部372は、排気ダクト本体331の内周面に、第一音響管341と第二音響管342の各部を固定する。固定部372は、複数設けられている。
本実施形態では、1つの音響部340につき、4つの固定部372が設けられている。1つの固定部372は、第一ダクト本体331aに第一音響管341のI字管345を固定し、また別の固定部372は、第二ダクト本体331bに第一音響管341のI字管346を固定し、また別の固定部372は、第二音響管342の上流側のI字管347を第一ダクト本体331aに固定し、また別の固定部372は、第二音響管342の下流側のI字管347を第二ダクト本体331bに固定している。
これら固定部372によって、排気ダクト本体331が軸線O方向に伸縮すると、第一音響管341及び第二音響管342も併せて軸線O方向に伸縮する。
(リンク機構)
リンク機構373は、第一音響管341の管長L1と第二音響管342の管長L2(図3参照)との比を一定に維持する。リンク機構373は、1つの音響部340毎に1つずつ設けられている。リンク機構373は、複数のリンク374と、複数のジョイント375と、を有する。複数のジョイント375には、リンク374同士を連結するものと、リンク374と第二音響管342とを連結するものと、第一ダクト本体331aの上流端とリンク374とを連結するものと、第二ダクト本体331bの下流端とリンク374とを連結するものがある。
複数のリンク374のうち、リンク374同士で連結されるものは、ジョイント375を交点とした菱形格子状に連結される。菱形格子状の連結されたリンク374の組は、ジョイント375によって軸線O方向に伸縮可能とされている。
この菱形格子状に連結されたリンク374の組の音響部340側の端部には、軸線O方向に間隔をあけて4本のリンク374が連結されている。この4本のリンク374は、軸線O方向に交差する方向に延びている。4本のリンク374のうち最も上流側のリンク374は、第一ダクト本体331aの上流端に固定され、最も下流側のリンク374は、第二ダクト本体331bの下流端に固定されている。さらに、4本のリンク374のうち、軸線O方向中間位置の2本のリンク374は、第二音響管342を構成する2本のU字管348の各々に連結されている。
排気ダクト本体331、第一音響管341、及び第二音響管342が、軸線O方向に伸縮すると、上述したリンク機構373も併せて軸線O方向に伸縮する。リンク機構373が軸線O方向に伸縮することにより、第一音響管341の管長L1と第二音響管342の管長L2との比が一定に維持される。
(検知部)
検知部304は、ファン10に接続されている。検知部304は、ファン10の回転によって生じるNZ音を検知する。
(制御装置)
制御装置360は、検知部304の検知結果に基づいて、伸縮機構350の動作を制御部する。
制御装置360は、周波数分析部361と、周波数・長さ変換部362と、アクチュエータ制御部363と、の各機能部を有する。
周波数分析部361は、検知部304が検知したNZ音の周波数を分析する。
周波数・長さ変換部362は、周波数分析部361で分析されたNZ音の周波数に基づいて、NZ音を打ち消し合うのに最適な、第一音響管341の管長L1と第二音響管342の管長L2を算出する。
アクチュエータ制御部363は、周波数・長さ変換部362の算出結果に基づいてアクチュエータ305を駆動する。
(伸縮機構の制御)
続いて、伸縮機構350の制御について、図7のフローチャートを参照して説明する。
まず、ファン10の回転によってNZ音が生じると、検知部304がNZ音を検知する(ステップS10)。すると、検知部304の検知結果が周波数分析部361に送信される。周波数分析部361は、検知部304が検知したNZ音の周波数を分析する(ステップS11)。
NZ音の周波数分析が完了すると、周波数・長さ変換部362が周波数分析部361で分析されたNZ音の周波数に基づいて、NZ音を打ち消し合うのに最適な、第一音響管341の管長L1と第二音響管342の管長L2を算出する(ステップS12)。
そして、アクチュエータ制御部363が、周波数・長さ変換部362の算出結果に基づいてアクチュエータ305を駆動する(ステップS13)。ステップS13では、まずアクチュエータ伸縮部305bが軸線O方向に伸縮する。すると、排気ダクト本体331が軸線O方向に伸縮する。さらに、排気ダクト本体331の軸線O方向の伸縮に合わせて、第一音響管341及び第二音響管342が軸線O方向に伸縮する。このとき、リンク機構373も伸縮するため、第一音響管341の管長L1と第二音響管342の管長L2との比が一定に維持される。このようにして、第一音響管341の管長L1と第二音響管342の管長L2が、周波数・長さ変換部362によって算出された最適値となる。
第一音響管341の管長L1と第二音響管342の管長L2が最適値となったことが確認されると、図7に示すフローが完了する。
(作用効果)
本実施形態のダクト装置301によれば、以下の作用効果が発揮される。
本実施形態では、ダクト装置301は、伸縮機構350と、検知部304と、制御装置360と、をさらに備える。伸縮機構350は、第一音響管341及び、第二音響管342を伸縮する。検知部304は、ファン10の回転によって生じるNZ音を検知する。制御装置360は、検知部304の検知結果に基づいて、伸縮機構350の動作を制御する。
ファン10の回転数は基本的に一定とされている。しかしながら、空気の温度、湿度等によって負荷変動が起こり、ファン10の回転数は時間経過にともなって若干変動する。このため、NZ音の周波数は、ファン10の回転数に応じて変化する。本実施形態によれば、ダクト装置301は、伸縮機構350によって第一音響管341及び第二音響管342を伸縮し、消音対象のNZ音の周波数にあわせて、第一音響管341の管長L1と第二音響管342の管長L2とを調整することができる。したがって、ダクト装置301は、ファン10の回転数の変化に応じて、NZ音を消音することができる。
(ハードウェア構成)
上述の実施形態の制御装置360は、図8に示すコンピュータ1100に実装される。図8は、実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。コンピュータ1100は、プロセッサ1110、メインメモリ1120、ストレージ1130、インタフェース1140を備える。
そして、制御装置360の上述した各機能部の動作は、プログラムの形式でストレージ1130に記憶されている。プロセッサ1110は、プログラムをストレージ1130から読み出してメインメモリ1120に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ1110は、プログラムに従って、制御装置360の記憶領域をメインメモリ1120に確保する。
プログラムは、コンピュータ1100に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージ1130に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、又は他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。また、コンピュータ1100は、上記構成に加えて、又は上記構成に代えてPLD(Programmable Logic Device)などのカスタムLSI(Large Scale Integrated Circuit)を備えてもよい。PLDの例としては、PAL(Programmable Array Logic)、GAL(Generic Array Logic)、CPLD(Complex Programmable Logic Device)、FPGA(Field Programmable Gate Array)が挙げられる。この場合、プロセッサ1110によって実現される機能の一部又は全部が当該集積回路によって実現されてよい。
ストレージ1130の例としては、磁気ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ1130は、コンピュータ1100のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース1140又は通信回線を介してコンピュータ1100に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ1100に配信される場合、配信を受けたコンピュータ1100が当該プログラムをメインメモリ1120に展開し、上記処理を実行してもよい。ストレージ1130は、一時的でない有形の記憶媒体であってもよい。
また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、当該プログラムは、前述した機能をストレージ1130に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
(その他の実施形態)
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。上述した各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
<付記>
各実施形態に記載のダクト装置1,1A,201,301は、例えば以下のように把握される。
(1)第1の態様に係るダクト装置1,1A,201,301は、軸線O回りに回転することで排気ガスGを送風するファン10と、前記ファン10における前記排気ガスGの下流側に設けられて前記軸線O方向に延びる排気ダクト30,30A,230,330と、を備え、前記排気ダクト30,30A,230,330は、前記軸線Oを囲うように周方向に配列された複数の音響部40,240,340を有し、前記音響部40,240,340は、上流側を向く第一入口開口41a,241a,341a、及び、下流側を向く第一出口開口41b,241b,341bを有する第一音響管41,241,341と、上流側を向き前記第一入口開口41a,241a,341aと同一の軸線O方向位置の第二入口開口42a,242a,342a、及び、下流側を向き前記第一出口開口41b,241b,341bと同一の軸線O方向位置に近接配置される第二出口開口42b,242b,342bを有する第二音響管42,242,342と、を有し、前記第一出口開口41b,241b,341bと前記第二出口開口42b,242b,342bから出る音圧同士が互い打ち消し合うように、前記第一音響管41,241,341と前記第二音響管42,242,342の管長L1,L2が互いに異なる長さとされている。
本態様では、ファン10の回転によって生じるNZ音が第一入口開口41a,241a,341aに入るものと、第二入口開口42a,242a,342aに入るものとに分かれる。第一入口開口41a,241a,341aに入ったNZ音は、第一音響管41,241,341と共鳴し、第一出口開口41b,241b,341bから放出される。第二入口開口42a,242a,342aに入ったNZ音は、第二音響管42,242,342と共鳴し、第二出口開口42b,242b,342bから放出される。すると、第一出口開口41b,241b,341bから放出されたNZ音の音圧と、第二出口開口42b,242b,342bから放出されたNZ音の音圧とが、互いに打ち消しあう。これにより、NZ音が消音される。
また、本態様では、共鳴現象を利用してNZ音が消音される。このため、本態様のダクト装置1,1A,201,301では、経年劣化に伴う性能劣化が生じにくい。
(2)第2の態様のダクト装置1,1A,201,301は、(1)のダクト装置1,1A,201,301であって、前記第一出口開口41b,241b,341bのうち音が通過する部分の開口面積と、前記第二出口開口42b,242b,342bのうち音が通過する部分の開口面積とが等しくてもよい。
第一音響管41,241,341と第二音響管42,242,342に入るNZ音は、同一のファン10によって生じるため、第一出口開口41b,241b,341bから出るNZ音の単位時間あたりのエネルギー量と、第二出口開口42b,242b,342bから出るNZ音の単位時間あたりのエネルギー量とが等しくなる。さらに、本態様では、第一出口開口41b,241b,341bのうち音が通過する部分の開口面積と第二出口開口42b,242b,342bのうち音が通過する部分の開口面積とが等しい。このため、第一出口開口41b,241b,341bから出る音の強さと、第二出口開口42b,242b,342bから出る音の強さとが同一となる。よって、第一出口開口41b,241b,341bから出るNZ音と、第二出口開口42b,242b,342bから出るNZ音とが互いに効率良く打ち消される。
(3)第3の態様のダクト装置1,1A,201,301は、(1)又は(2)のダクト装置1,1A,201,301であって、前記第一音響管41,241,341は、前記軸線O方向に直線状に延びる直管であり、前記第二音響管42,242,342は、前記軸線O方向に交差する方向に屈曲した屈曲部44,244,344を有する屈曲形状に形成された屈曲管であってもよい。
本態様によれば、第一音響管41,241,341が直管であるため、音響部40,240,340をコンパクトに設計することができる。さらに、第二音響管42,242,342の屈曲形状を変化させることで、第二音響管42,242,342の管長L2を任意の長さに調整して設計できる。よって、音響部40は、任意の周波数のNZ音の消音に対応可能となる。
(4)第4の態様のダクト装置1,1A,301は、(1)から(3)のいずれかのダクト装置1,1A,301であって、前記排気ダクト30,30A,330は、前記第一音響管41,341と前記第二音響管42,342とを内部に収容し、前記軸線O方向に延びて前記軸線O方向両側に開口した筒状の排気ダクト本体31,331を有してもよい。
これにより、ダクト装置1,1A,301は、排気ダクト本体31,331によってNZ音を第一音響管41,341と第二音響管42,342とに案内できる。
(5)第5の態様のダクト装置201は、(1)から(3)のいずれかのダクト装置201であって、前記第二音響管242の一部が前記第一音響管241の内部に配置され、前記第一入口開口241aと前記第二入口開口242aとは、前記軸線O方向に延びる中心軸線Cに沿って同軸に配置され、前記第一出口開口241bと前記第二出口開口242bとは、前記中心軸線Cに沿って同軸に配置されていてもよい。
これにより、第一出口開口241bの全周及び第二出口開口242bの全周にわたって、音圧が打ち消される。
(6)第6の態様のダクト装置201は、(5)のダクト装置201であって、前記第一音響管241は、前記軸線O方向から見て、前記軸線Oを囲う環状に複数配置され、環状に配置された複数の前記第一音響管241は、内側に前記排気ガスGの流路Rを形成していてもよい。
本態様では、環状に複数配置された第一音響管241によって形成される流路Rが、排気ガスGを外部に導く。よって、排気ガスGを外部に導くためのガイド用の部材を別途設ける必要がなくなる。
(7)第7の態様のダクト装置301は、(1)から(6)のいずれかのダクト装置301であって、前記第一音響管341及び、前記第二音響管342を伸縮する伸縮機構350と、前記ファン10の回転によって生じるNZ音を検知する検知部304と、前記検知部304の検知結果に基づいて、前記伸縮機構350の動作を制御する制御装置360と、をさらに備えてもよい。
NZ音の周波数は、ファン10の回転数に応じて変化する。本態様によれば、ダクト装置301は、伸縮機構350によって第一音響管341及び第二音響管342を伸縮し、消音対象のNZ音の周波数にあわせて、第一音響管341の管長L1と第二音響管342の管長L2とを調整することができる。
1…ダクト装置 1A…ダクト装置 2…熱交換器 3…吸音材 10…ファン 11…ファンケーシング 12…動翼 13…静翼 20…吸気ダクト 21…吸気ダクト本体 30…排気ダクト 30A…排気ダクト 31…排気ダクト本体 40…音響部 41…第一音響管 41a…第一入口開口 41b…第一出口開口 42…第二音響管 42a…第二入口開口 42b…第二出口開口 43…直線部 44…屈曲部 201…ダクト装置 230…排気ダクト 240…音響部 241…第一音響管 241a…第一入口開口 241b…第一出口開口 242…第二音響管 242a…第二入口開口 242b…第二出口開口 243…直線部 244…屈曲部 245…中間部分 301…ダクト装置 304…検知部 305…アクチュエータ 305a…アクチュエータ基部 305b…アクチュエータ伸縮部 330…排気ダクト 331…排気ダクト本体 331a…第一ダクト本体 331b…第二ダクト本体 340…音響部 341…第一音響管 341a…第一入口開口 341b…第一出口開口 342…第二音響管 342a…第二入口開口 342b…第二出口開口 343…直線部 344…屈曲部 345…I字管 346…I字管 347…I字管 348…U字管 350…伸縮機構 360…制御装置 361…周波数分析部 362…周波数・長さ変換部 363…アクチュエータ制御部 370…連結機構 371…連結バー 372…固定部 373…リンク機構 374…リンク 375…ジョイント 1100…コンピュータ 1110…プロセッサ 1120…メインメモリ 1130…ストレージ 1140…インタフェース C…中心軸線 G…排気ガス M…音響モード L1…管長 L2…管長 O…軸線 R…流路 W1…内径 W2…内径

Claims (7)

  1. 軸線回りに回転することで排気ガスを送風するファンと、
    前記ファンにおける前記排気ガスの下流側に設けられて前記軸線方向に延びる排気ダクトと、
    を備え、
    前記排気ダクトは、前記軸線を囲うように周方向に配列された複数の音響部を有し、
    前記音響部は、
    上流側を向く第一入口開口、及び、下流側を向く第一出口開口を有する第一音響管と、
    上流側を向き前記第一入口開口と同一の軸線方向位置の第二入口開口、及び、下流側を向き前記第一出口開口と同一の軸線方向位置に近接配置される第二出口開口を有する第二音響管と、
    を有し、
    前記第一出口開口と前記第二出口開口から出る音圧同士が互い打ち消し合うように、前記第一音響管と前記第二音響管の管長が互いに異なる長さとされている、
    ダクト装置。
  2. 前記第一出口開口のうち音が通過する部分の開口面積と、前記第二出口開口のうち音が通過する部分の開口面積とが等しい、
    請求項1に記載のダクト装置。
  3. 前記第一音響管は、前記軸線方向に直線状に延びる直管であり、
    前記第二音響管は、前記軸線方向に交差する方向に屈曲した屈曲部を有する屈曲形状に形成された屈曲管である、
    請求項1又は2に記載のダクト装置。
  4. 前記排気ダクトは、
    前記第一音響管と前記第二音響管とを内部に収容し、前記軸線方向に延びて前記軸線方向両側に開口した筒状の排気ダクト本体を有する、
    請求項1又は2に記載のダクト装置。
  5. 前記第二音響管の一部が前記第一音響管の内部に配置され、
    前記第一入口開口と前記第二入口開口とは、前記軸線方向に延びる中心軸線に沿って同軸に配置され、
    前記第一出口開口と前記第二出口開口とは、前記中心軸線に沿って同軸に配置されている、
    請求項1又は2に記載のダクト装置。
  6. 前記第一音響管は、前記軸線方向から見て、前記軸線を囲う環状に複数配置され、
    環状に配置された複数の前記第一音響管は、内側に前記排気ガスの流路を形成している、
    請求項5に記載のダクト装置。
  7. 前記第一音響管及び、前記第二音響管を伸縮する伸縮機構と、
    前記ファンの回転によって生じるNZ音を検知する検知部と、
    前記検知部の検知結果に基づいて、前記伸縮機構の動作を制御する制御装置と、
    をさらに備える、
    請求項1又は2に記載のダクト装置。
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