JP3041265B2 - ダクト内共鳴防止構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願に係る発明は、気体
や液体等の搬送や音を通過させるために用いられるダク
ト内における共鳴を防止する構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、気体や液体等を搬送するため
や音を通過させるため（この明細書では気体や液体等に
音も含めて「流体」という）に様々なダクト系が採用さ
れているが、このようなダクト系ではダクト内で共鳴を
生じることが知られている。

【０００３】この共鳴としては、ダクトの両壁面間に生
じる共鳴と長手方向に生じる共鳴とがあり、両壁面間に
生じる共鳴は、ダクト内を流れる流体が両壁面で反射
し、この両者の干渉によって生じ、長手方向に生じる共
鳴は、ダクト径の断面が急変する個所や開放端における
圧力変化部等で生じる後退波がダクト内の進行波と干渉
することによって生じるものであるといわれている。こ
の長手方向に生じる共鳴はダクト長さに応じた周波数の
共鳴であり、ダクト内の進行波と後退波の位相特性が同
一となり波形が重なり合った時に生じる。

【０００４】この種のダクト内共鳴を防止する方法とし
て特開平４−２１３４９８号公報記載の発明があり、こ
の発明では、ダクト内壁面に吸音材を施工することによ
りダクト両壁面間で生じる共鳴を防止しようとしてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術では、ダクトの両壁面間に生じる共鳴を防止する
効果はあるが、ダクト長手方向に共鳴を生じる要因とな
る開口端や断面変化部に吸音材の貼付ができず、吸音材
による効果的な後退波の吸収ができないので、ダクト長
手方向の共鳴の防止については効果を発揮することがで
きない。

【０００６】そのため、ダクト系の端部に必ず存在する
開口端あるいは断面変化部からの後退波による共鳴を防
止する手段が切望されている。

【０００７】一方、このようなダクト内の音を計測する
事例として、エンジン排気ダクト等の高温流体のダクト
系における騒音計測がある。しかし、この音圧を計測す
るマイクロホンの許容温度が通常のマイクロホンで約７
０℃と低いため、高温流体用のダクト内での計測には工
夫を施した治具を用いた計測となる。

【０００８】その工夫の一つとして枝管を用いた計測が
あり、ダクトに枝管を設けて高温流体の熱を回避した枝
管端部で音を計測しようとする手段がある。しかしなが
ら、このような枝管を用いた場合、枝管内で共鳴が発生
してしまい、正確な音圧の計測ができなくなってしま
う。このように、音圧を計測する管内においても共鳴を
防止する必要があり、このような音を計測する点からも
共鳴を防止する手段が切望されている。

【０００９】なお、高温に耐え得るマイクロフォンを使
用することも考えられるが、このようなダクトを設ける
設備には多くのマイクロフォンを必要とするため、設備
費用が増大して現実的ではない。

【００１０】さらにまた、アクティブ消音［人工的に生
成した消音用音波をスピーカから放射し、音の干渉現象
により、消音するもの（Active Noise Control）］用
のダクト系においても、共鳴によって効果的な消音を妨
げられる場合がある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、前記課題を解決
するために、この出願に係る発明は、ダクト内に、この
ダクト中心の周囲に螺旋部を形成した螺旋状の流路形成
体を設け、この流路形成体に沿って流体を搬送すること
によって、ダクト内を進行する流体の内径側と外径側と
の経路の差によってダクト断面内で音の位相を異ならせ
て共鳴を生じないようにしている。

【００１２】このような螺旋状の流路形成体を設けれ
ば、流体の流れを阻害することなく、進行波と後退波と
の干渉による共鳴を防止することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】この出願に係る発明は、流体搬送
用ダクト内に、このダクト内の流体を螺旋状に進行させ
るダクト中心の周囲に螺旋部を形成した流路形成体を設
けるとともに、この流体搬送用ダクトにダクト内音を測
定する測定用ダクトを設け、この測定用ダクト内にもダ
クト中心に軸心部を形成した螺旋状の流路形成体を設け
ている。これにより、ダクト内を進行する流体の内径側
と外径側との経路の差によってダクト断面内で音の位相
を異ならせて共鳴を生じないようにできる。また、この
ような螺旋状の流路形成体を設ければ、流体の搬送を阻
害することなく、進行波と後退波との干渉によるダクト
内の共鳴を防止することができる。さらに、測定用ダク
トの螺旋出口で反射される音を内径側と外径側とで位相
を異ならせて流体搬送用ダクト内の音を正確に測定する
ことができる。

【００１４】また、ダクト内の音を測定する測定用ダク
トの測定位置と流体搬送用ダクト出口との差圧が大きい
ダクト系においては、差圧により内部流体がマイクロホ
ンに流れ込むことを防ぐために、この測定用ダクトの端
部を流体搬送用ダクトの出口位置まで延設する。これに
より測定用ダクトの測定位置での静圧を小さくすること
ができる。この時、測定用ダクト内に、このダクト中心
の周囲に螺旋部を形成した流路形成体を設けて螺旋出口
で反射される音を内径側と外径側とで位相を異ならせれ
ば、測定用ダクト内での共鳴を防止した正確な音圧測定
ができる。

【００１５】その上、測定用ダクトの先端に、この測定
用ダクト内の流量を調節する流量調節手段を設ければ、
測定用ダクト内の測定位置での差圧を調節して、内部流
体をマイクロホンに流れ込ませることなく正確な音圧を
測定することができる。

【００１６】

【実施例】以下、この出願に係る発明の一実施例を図面
に基づいて説明する。

【００１７】図１はこの出願に係る発明のダクト内共鳴
防止構造の第１実施例を示す断面図であり、この第１実
施例では螺旋状の流路形成体として螺旋板を用いた例を
示している。

【００１８】図示するように、流体搬送用ダクト１内に
螺旋板２を設けることにより、流体を螺旋状に進行させ
る流路３が形成されたダクト内共鳴防止構造Ｓが構成さ
れている。

【００１９】この螺旋板２は、ダクト１の中心に所定径
の軸心部２ａが形成されるとともに、この軸心部２ａの
周囲に所定ピッチで螺旋部２ｂが形成されたものであ
り、ダクト１内を搬送する流体の進行を阻害することな
く円滑に搬送することができるとともに、ダクト１内の
音の進行も阻害することがない。この螺旋板２は、螺旋
状に流体が流れるような流路形成体であればよく、例え
ば、軸心部２ａの無い構成でもよく、その他の構成であ
ってもよい。また、この螺旋板２の螺旋部２ｂは、流体
の種類や圧力，流速等によってピッチや傾斜角等を適宜
設定すればよい。

【００２０】図２(a),(b) は、このようなダクト内共鳴
防止構造Ｓを形成するダクト１による消音効果の「実験
例」を示す図面であり、(a) は構造構成の該略断面図、
(b)は実験結果の線図である。この実験例は、長さ３０c
m、直径１０cm、のダクトに片側からスピーカ４でホワ
イトノイズ（ある周波数成分が同レベルの音）の音を入
れてマイク５で測定した例であり、ダクト１内に螺旋板
２（外形１０cm、内径２cm、８ピッチ）を挿入した場合
と、挿入しない場合のダクト出口の音圧レベルを比較し
ている。

【００２１】図２(b) の線図から、一点鎖線で示す螺旋
板がない場合には、約３８０Hz，約８２０Hz，約１３０
０Hzの共鳴が顕著に見られるが、螺旋板２を挿入する
と、これらの共鳴が抑制され、２００Hz〜１．４KHz の
周波数帯域において音圧がほぼ均一化されていることが
わかる。つまり、２００Hz〜１．４KHz の周波数帯域に
おいて有効に消音して共鳴の防止を図ることができる。
これにより、後述するようなダクト１内の音を計測する
ような場合、従来は約３８０Hzで共鳴を生じ、ダクト内
部音を正確に計測できなかったが、これらの共鳴を防止
できるので広い周波数帯域において計測することが可能
となる。

【００２２】このような螺旋板２による共鳴防止の原理
は、螺旋内を伝播する音は螺旋の内径に沿って伝わるも
のと外径に沿って伝わるもので経路の差が大きくなり、
この経路の差によって、螺旋出口で反射される音は内径
側と外形側とで位相が少しずつ異なるため、この差が音
の波長の半波長以上となる周波数の音では、これらの音
を合成しても共鳴を生じるような大きなピークを作らな
いようにすることによって達成されている。

【００２３】図３はこの出願に係る発明のダクト内共鳴
防止構造Ｓの使用例を示す第２実施例の一部断面した側
面図であり、高温流体を搬送するダクト内の音を計測す
る第１例を示している。

【００２４】この第２実施例では、ダクト１の所定位置
にフランジ６を設け、このフランジ６に断熱材６ａを介
してダクト内音圧を測定するための測定器ｍが設けられ
ている。

【００２５】この測定器ｍは、ダクト１に設けられたフ
ランジ６に断熱材６ａを介して取り付けるフランジ８ａ
を具備した所定長さの測定用ダクト８と、この測定用ダ
クト８の反ダクト側に取り付けられる取付治具９ａと、
この取付治具９ａにＯリング９ｂによりシールされた状
態で取り付けられたマイクロフォン９とから構成されて
いる。そして、この測定用ダクト８の内部には、所定ピ
ッチの螺旋板１０が設けられており、この螺旋板１０に
よって測定用ダクト８内での音の共鳴を防止している。

【００２６】この測定用ダクト８の長さは、高温流体の
温度やマイクロフォン９の種類等に応じて決定すればよ
く、また、螺旋板１０のピッチも好ましい寸法に設定す
ればよい。なお、測定用ダクト８のダクト側基部には外
気吸込み孔８ｂが設けられており、所定径の外気吸込み
孔８ｂを設けることにより、高温流体がマイクロホン９
に至ることを防止している。

【００２７】このようなダクト内共鳴防止構造Ｓを使用
すれば、ダクト１からマイクロフォン９に達する音の共
鳴を防止して正確な音圧測定をすることが可能となる。

【００２８】この第２実施例のダクト１内に前記第１実
施例の螺旋板２を設ければ、ダクト１内でも共鳴を生じ
ることもないので、正確なダクト内流体の騒音を測定す
ることができる。

【００２９】図４はこの出願に係る発明のダクト内共鳴
防止構造の使用例を示す第３実施例の一部断面した側面
図であり、高温流体を搬送するダクト内の音を計測する
第２例を示している。なお、前記第２実施例と同一の構
成には同一符号を付して説明する。

【００３０】この第２実施例では、ほぼ９０度に曲折さ
れた測定用ダクト１１が採用されており、この測定用ダ
クト１１の反ダクト側にマイクロフォン１２を取り付け
た取付治具１２ａが設けられている。この実施例の場
合、測定用ダクト１１が曲折されているので、両端部の
ほぼ直線部分のみに所定ピッチの螺旋板１３が設けられ
ており、この螺旋板１３によってダクト１からの音の共
鳴を防止している。

【００３１】この実施例の場合も、測定用ダクト１１の
長さは、高温流体の温度やマイクロフォン１２の種類等
に応じて決定すればよく、また、螺旋板１３のピッチも
好ましい寸法に設定すればよい。なお、測定用ダクト１
１のダクト側基部に設けられた外気吸込み孔１１ｂによ
る作用効果も前記第２実施例と同様である。

【００３２】したがって、この第３実施例によっても、
ダクト１からマイクロフォン１２に達する音の共鳴を防
止して正確な音圧測定をすることが可能である。

【００３３】図５はこの出願に係る発明のダクト内共鳴
防止構造の使用例を示す第４実施例の一部断面した側面
図である。この実施例は、流体搬送用ダクト１の出口１
ａと測定用ダクト１４の測定位置１４ａとの間の差圧ｈ
が大きいダクト系の実施例であり、この差圧ｈによって
測定位置での静圧が高い場合でも、静圧による影響をな
くして正確な音圧測定ができるようにしている。

【００３４】すなわち、流体搬送用ダクト１の出口１ａ
から所定距離離れた位置に設けられた測定用ダクト１４
の位置１４ａに静圧が作用している場合、この測定用ダ
クト１４の端部がダクト１の出口１ａに向けて延設され
て開放端１４ｂがダクト１の出口１ａとほぼ同レベルに
位置させられる。そして、この測定用ダクト１４の測定
位置１４ａにマイクロフォン１５が設けられ、このマイ
クロフォン１５の取付け位置から開放端１４ｂに向けて
螺旋板１６が設けられる。なお、２は螺旋板であり、１
ｂは集塵器等の圧力損失を伴う装置である。

【００３５】このように測定用ダクト１４の開放端１４
ｂを流体搬送用ダクト１の出口１ａ近傍に位置させるこ
とにより、測定位置１４ａでの静圧を小さく、動圧を大
きくし、マイクロフォン１５位置への高温流体の到達を
阻害して正確な音圧の測定ができるようにしている。な
お、このように長い測定用ダクト１４を設けるとともに
螺旋板１６を設けることにより、測定用ダクト１４の開
放端からの後退波による共振によって生じるマイクロフ
ォン１５への悪影響も防止している。

【００３６】なお、この測定用ダクト１４内に設ける螺
旋板１６も、流体の種類や圧力、流速等によってピッチ
や傾斜角等を適宜設定すればよい。

【００３７】また、この実施例では測定用ダクト１４の
先端に流量調節手段たる絞り１７が設けられており、マ
イクロフォン１５位置での動圧が静圧よりも大きくなる
ように測定用ダクト１４内の流量を調節して正確な音圧
を測定できるように構成されている。なお、この絞り１
７は、流量を調節できる手段であればよく、他の流量調
節手段であってもよい。

【００３８】図６はこの出願に係る発明のダクト内共鳴
防止構造の使用例を示す第５実施例の一部断面した概略
側面図であり、流体を搬送するダクト内へ音を発するア
クティブ消音用ダクト系の一例を示しており、図７は図
６に示すアクティブ消音の付加音源の別例を示す一部断
面した側面図である。

【００３９】図示するように、アクティブ消音用ダクト
系の一例としてエンジン１８の給気ダクト１９と排気ダ
クト２０に共鳴防止構造Ｓが設けられており、エンジン
１８で発生する音を消音するために給気ダクト１９の上
流側と給気口部にマイクロフォン２１，２２が設けら
れ、給気口部マイクロフォン２２で測定した音と、上流
側マイクロフォン２１で測定した音とを図示しない制御
装置によって分析し、両マイクロフォン２１，２２で測
定した音に基づき、スピーカ２３から所定波長の音を出
して給気ダクト１９内の音を消音するように構成されて
いる。そして、このアクティブ消音用ダクト系の給気ダ
クト１９内に螺旋板２４を設けることにより、給気ダク
ト１９内での共鳴（ハウリング）を防止して効果的な消
音を図ることができる。

【００４０】また、排気ダクト２０においても同様であ
り、排気口部に設けられたマイクロフォン２５と下流側
マイクロフォン２６との間に螺旋板２７を設けることに
より、排気ダクト２０内における共鳴（ハウリング）を
防止して効果的な消音を図ることことができる。

【００４１】このような排気ダクト２０の場合、図７に
示すように、スピーカ２３の断熱を図るために排気ダク
ト２０との間に断熱用の付加音源ダクト２８が設けら
れ、この付加音源ダクト２８を介して排気ダクト２０に
向いてスピーカ２３が設けられている。

【００４２】この付加音源ダクト２８は、排気ダクト２
０からの熱を効果的に断熱できる長さに設定されてお
り、一方のフランジ２８ａが断熱材２０ｂを介して排気
ダクト２０のフランジ２０ａと固定され、もう一方のフ
ランジ２８ｂにスピーカ２３が設けられている。

【００４３】そして、この付加音源ダクト２８内には、
このダクト２８内での共鳴防止を図る螺旋板２９が設け
られており、スピーカ２３から発する原音が排気ダクト
２０へ正確に発せられる。

【００４４】このように給気ダクト１９及び排気ダクト
２０に螺旋板２４，２７を設ければ両ダクト１９，２０
内での共鳴を防止してマイクロフォン２２で正確な計測
ができ、この計測結果に基づいてスピーカ２３から適切
な音を出して、効果的なアクティブ消音を図ることが可
能となる。したがって、高温流体を搬送するダクトで
も、熱による影響を受けることなく効果的なアクティブ
消音が可能となる。

【００４５】なお、この第５実施例では、エンジン１８
のダクト１９，２０を例に説明したが、他の設備等にお
いても有効に共鳴防止を図ることができ、エンジンのダ
クトに限定されるものではない。

【００４６】以上のように、ダクト１内に螺旋板２，１
０，１３，１６，２４，２７，２９を設ければ効果的な
共鳴防止を図ることができるので、例えば、プラントの
様に多くのダクト１を有する設備において非常に有効な
ダクト内共鳴防止構造Ｓを構成することができる。

【００４７】

【発明の効果】この出願に係る発明は、以上説明したよ
うな形態で実施され、以下に記載するような効果を奏す
る。

【００４８】流体搬送用ダクト内に、このダクト内の流
体を螺旋状に進行させるダクト中心の周囲に螺旋部を形
成した流路形成体を設けるとともに、この流体搬送用ダ
クトの音を測定する位置に測定用ダクトを設け、この測
定用ダクト内に、ダクト中心の周囲に螺旋部を形成した
流路形成体を設けてこれらの螺旋出口で反射される音を
内径側と外径側とで位相を異ならせれば、ダクト内での
音の干渉による共鳴を防止した流体の搬送が可能である
とともに、測定用ダクト内における共鳴も防止してダク
ト内の音を正確に測定することが可能となる。

【００４９】また、ダクト内の音を測定する測定用ダク
トの測定位置と流体搬送用ダクト出口との差圧が大きい
ダクト系においても、この測定用ダクトの端部を流体搬
送用ダクトの出口位置まで延設し、この測定用ダクト内
に、ダクト中心の周囲に螺旋部を形成した流路形成体を
設けて螺旋出口で反射される音を内径側と外径側とで位
相を異ならせれば、測定用マイクロホンに熱流体などを
到達させることなく、測定用ダクト内での共鳴を防止し
た正確な音圧測定が可能となる。その上、測定用ダクト
の先端に流量調節手段を設ければ、流量変化による静圧
と動圧を調節して内部流体がマイクロホンに流れ込まな
いようにして正確な音圧を測定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願に係る発明のダクト内共鳴防止構造の
第１実施例を示す断面図である。

【図２】図１に示すダクト内共鳴防止構造における消音
効果の「実験例」を示す図面であり、(a) は構造構成の
該略断面図、(b) は実験結果の線図である。

【図３】この出願に係る発明のダクト内共鳴防止構造の
使用例を示す第２実施例の一部断面した側面図であり、
高温流体を搬送するダクト内の音を計測する第１例を示
している。

【図４】この出願に係る発明のダクト内共鳴防止構造の
使用例を示す第３実施例の一部断面した側面図であり、
高温流体を搬送するダクト内の音を計測する第２例を示
している。

【図５】この出願に係る発明のダクト内共鳴防止構造の
使用例を示す第４実施例の一部断面した側面図である。

【図６】この出願に係る発明のダクト内共鳴防止構造の
使用例を示す第５実施例の一部断面した概略側面図であ
り、流体を搬送するダクト内へ音を発するアクティブ消
音用ダクト系の一例を示している。

【図７】図６に示すアクティブ消音の付加音源の別例を
示す一部断面した側面図である。

【符号の説明】

１ 流体搬送用ダクト １ａ 出口 ２，１０，１３，１６，２４，２７，２９ 螺旋板 ２ａ 軸心部 ２ｂ 螺旋部 ３ 流路 ７ 断熱材 ８，１１ 測定用ダクト ８ｂ，１１ｂ 孔 ９，１２，１５，２１，２２，２５ マイクロフォン ９ａ，１２ａ 取付治具 １４ 測定用ダクト １４ａ 測定位置 １４ｂ 開放端 １７ 絞り １８ エンジン １９ 給気ダクト ２０ 排気ダクト ２３ スピーカ ２６ 下流側マイクロフォン ２８ 付加音源ダクト ｍ 測定器 Ｓ ダクト内共鳴防止構造

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−14698（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−196416（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−73870（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−54421（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F15D 1/02 G10K 11/16 G10K 11/178

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体搬送用ダクト内に、該ダクト内の流
   体を螺旋状に進行させるダクト中心の周囲に螺旋部を形
   成した流路形成体を設けるとともに、該流体搬送用ダク
   トの音を測定する位置に測定用ダクトを設け、該測定用
   ダクト内に、該測定用ダクト中心の周囲に螺旋部を形成
   した流路形成体を設けてこれらの螺旋出口で反射される
   音を内径側と外径側とで位相を異ならせたことを特徴と
   するダクト内共鳴防止構造。
2. 【請求項２】 測定用ダクトの測定位置で静圧が大きい
   ダクト系において、前記測定用ダクトの端部を該測定用
   ダクトの静圧を小さくするために前記流体搬送用ダクト
   の出口位置まで延設し、該測定用ダクト内に、該ダクト
   中心の周囲に螺旋部を形成した流路形成体を設けて螺旋
   出口で反射される音を内径側と外径側とで位相を異なら
   せたことを特徴とするダクト内共鳴防止構造。
3. 【請求項３】 測定用ダクトの先端に、該測定用ダクト
   内の流量を調節する流量調節手段を設けたことを特徴と
   する請求項２記載のダクト内共鳴防止構造。