JP6017843B2

JP6017843B2 - 消音器

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Publication number: JP6017843B2
Application number: JP2012125533A
Authority: JP
Inventors: 朗蘭金澤; 勝夫柳沼
Original assignee: Okumura Corp
Current assignee: Okumura Corp
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2032-05-31
Also published as: JP2013250013A

Description

本発明は、排気効率の低下を抑えつつ消音することが可能な消音器に関する。

ファンからの排気を外部に排出する排気口から放出される音を消音する技術としては、例えば特許文献１が知られている。特許文献１の「消音機能を持つルーフファン」は、建家の屋根に鉛直方向に固定され内部に軸流型のファンを内蔵した筒状の本体と、同本体の上位に同軸上に位置し下端レベルを前記本体の上端より下位に設けて同本体上部側周囲を囲む形状の上カバーと、同上カバーの下位に位置し上端レベルが上カバーの下端より上位に位置して同上カバーの下端部分を囲む形状の下カバーとを有し、さらに前記上カバー内に孔を開設した隔壁により共鳴室を形成して構成されている。

特開昭６２−５９３２５号公報

上述するルーフファンは、ファンからの排気を排出するための流路が入り組んでいたり、流路の途中に孔を開設した隔壁による共鳴室を設けているので、排気効率が低下するという課題がある。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、排気効率の低下を抑えつつ消音することが可能な消音器を提供することを目的とする。

本発明にかかる消音器は、排気ファンからの排気を外部へ排出する排気口に取り付けられると共に、該排気口に排気の流れを避けて隣接配置される開口部を有し、該排気口から放出される音を回折現象で該開口部から取り込んで消音する消音器であって、前記排気口はフードによって形成され、前記開口部の位置を上記排気口の位置に対し変更可能に、上記フードに対し回転自在に設けられていることを特徴とする。

前記開口部から取り込んだ音を反射させる壁部を備えた筒状室を有し、該筒状室に取り込まれた音と、上記壁部により反射した音とにより音圧を減衰することを特徴とする。

隣接配置される前記開口部と前記排気口の縁同士は、隙間なく面一に連設されていることを特徴とする。

前記開口部は、前記排気ファンを上方から覆う前記フードの外側に環状に形成されていることを特徴とする。

前記筒状室は、前記フードの中心から外方へ向けて放射状に複数配列され、互いに隣接する前記開口部の縁同士は、隙間なく面一に連設されていることを特徴とする。

前記筒状室は、外側に配置されている該筒状室の方が、内側に配置されている該筒状室よりも、前記開口部から前記壁部までの距離が短いことを特徴とする。

本発明にかかる消音器にあっては、排気効率の低下を抑えつつ消音することができる。

本発明に係る消音器の第１実施形態を示す縦断面図である。図１に示した消音器の平面図である。第１実施形態に係る消音器の性能を説明するための、開口部のサイズと消音効果との関係を示すグラフである。第１実施形態に係る消音器に関連して、消音の対象となる音の波長の相違に伴う消音器の形状の相違を示す図であり、図４（ａ）は波長が短い場合の形状を説明する図、図４（ｂ）は波長が長い場合の形状を説明する図である。第１実施形態に係る消音器の第１変形例を示す図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は正面図である。第１実施形態に係る消音器の第２変形例を示す図であり、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は正面図である。第１実施形態に係る消音器の第３変形例を示す図であり、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は正面図である。第１実施形態に係る消音器の第４変形例を示す図であり、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は正面図である。第１実施形態に係る消音器の第５変形例を示す図であり、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は正面図である。第１実施形態に係る消音器の第６変形例を示す図であり、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は正面図である。本発明に係る消音器の第２実施形態を示す図であり、図１１（ａ）は縦断面図であり、図１１（ｂ）は平面図である。第２実施形態に係る消音器の第１変形例を示す平面図である。第２実施形態に係る消音器の第２変形例を示す図であり、図１３（ａ）は平面図、図１３（ｂ）は正面図である。本発明に係る消音器の第３実施形態を示す図であり、図１４（ａ）は平面断面図であり、図１４（ｂ）は正面図である。

以下に、本発明にかかる消音器の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は第１実施形態にかかる消音器１の縦断面図、図２はその平面図である。第１実施形態の消音器１は、図１に示すように、例えば工場などの建物の屋根２上に設けられる。消音器１は、建物内の空気を外部に排出するルーフファン３と共に設置される。

ルーフファン３は、建物の屋根２に設けられ、ダクトの一部をなすファンケース４と、ファンケース４の上下方向に連通する連通口５に設けられ、建物内の空気を上方に排出する排気ファン６と、排気ファン６からの排気を外部へ排出する排気口７を形成するフード８とを有する。

フード８は、平面視円形状であって上方へ隆起するドーム状に形成される。フード８は、排気ファン６及び連通口５を上方から覆って設置される。

消音器１は、ルーフファン３のフード８に取り付けられる。消音器１には、排気口７に対し、排気の流れを避けて隣接配置される開口部９ａを有する複数の筒状室９が備えられる。図示例では、筒状室９は、フード８上方に収まるように、Ｌ字状に屈曲形成される。

消音器１は図２に示すように、フード８の外周面に外接し、下方が開放された平面視正方形状の内カバー部１０と、内カバー部１０の外側にて内カバー部１０との間に空間を備えた平面視長方形状の外カバー部１１と、内カバー部１０と外カバー部１１との間に形成される空間を仕切る仕切壁部１２，１３とを有する。筒状室９は、仕切壁部１２，１３で仕切られて、複数形成される（図中、６個）。

以下の説明においては、外カバー部１１の長手方向を長辺方向とし、長辺方向と直交する方向を短辺方向として説明する。

内カバー部１０の長辺方向に沿う一対の側壁と、外カバー部１１の長辺方向に沿う一対の側壁は、一体化されている。内カバー部１０の短辺方向に沿う下縁１４と、外カバー部１１の短辺方向に沿う下縁１５とは、間隔が隔てられ、これらの間に複数の筒状室９の開口部９ａが設けられる。

内カバー部１０と外カバー部１１との間の空間には、長辺方向における中央で当該空間を仕切る中央仕切壁部１２（音を反射させる壁部）と、中央仕切壁部１２で仕切られた２つの領域において、外カバー部１１内部を短辺方向に各々３つずつの領域に仕切る２つの分割仕切壁部１３とが設けられる。

内カバー部１０の下縁１４と外カバー部１１の下縁１５との間には、長辺方向における両側に、各々３つずつの開口部９ａが設けられる。開口部９ａは、排気口７に対し、当該排気口７からの排気の流れを避けて隣接配置される。

各々の開口部９ａから中央仕切壁部１２に達する空間が、各々筒状室９を構成する。すなわち、消音器１の開口部９ａは、長辺方向における両端側に配置されており、短辺方向における両端側には設けられていない。このため、開口部９ａが設けられている長辺方向の消音性能が高く、長辺方向と交差する短辺方向においては消音性能が低くなる。

そこで、本消音器１は、開口部９ａの位置を排気口７の位置に対し変更可能に、内カバー部１０とフード８との間で、フード８に対して回転自在に設けられる。フード８上に消音器１を載置した後に、消音器１を回転することで、消音したい方向に開口部９ａを容易に向けることができる。

この消音器１は、排気口７から放出される音を回折現象で開口部９ａから取り込むように構成される。すなわち、排気ファン６からの排気がフード８の排気口７から排出される際に、回折現象により音が筒状室９に取り込まれるように構成される。

回折現象により取り込まれる音は、排気口７を取り囲むフード８の下縁１６を基点として回折する。このため、より回折しやすくするために、フード８の下縁１６（排気口７の口縁）とこのフード８に外接する内カバー部１０の下縁１４（開口部９ａの内縁）とは、図１に示すように、縁１４，１６同士が隙間なく面一に連設される。

消音器１は、排気口７から放出され、回折現象で筒状室９の開口部９ａから取り込まれた音と、中央仕切壁部１２により反射した音とにより音圧を減衰し（共鳴現象）、これにより消音する。

より具体的には、開口部９ａから取り込まれて中央仕切壁部１２で反射する音と開口部９ａに新たに入射する音の位相が半波長ずれるように設定することにより、反射した音と新たに入射した音とが逆位相となり、互いに打ち消し合うことにより消音している。このため、筒状室９の開口部９ａから中央仕切壁部１２までの距離Ｌは、消音の対象となる音の波長λの４分の１（λ／４）に設定される。本実施形態においては、中央仕切壁部１２が音を反射させる壁部となる。

共鳴現象は、筒状室９の開口部９ａの大きさに影響される。例えば、開口部９ａが適切な大きさより小さい場合には、消音器１内の空気抵抗により、回折した音を十分に取り込むことができない。開口部９ａが適切な大きさより大きい場合には、入射した音が中央仕切壁部１２まで真っ直ぐに伝達されずに乱反射して共鳴現象が生じにくくなる。このため、開口部９ａの大きさは、消音の対象となる音の波長λに対して適切な大きさに設定する必要がある。

そこで発明者は、消音器１の開口部９ａの大きさ（図中、寸法ｗ及びｄ）と消音効果の関係を実験により確認した。実験では、消音の対象となる音を、排気ファン６のモーターの回転により発生する音（周波数５０Ｈｚ）に設定し、当該周波数５０Ｈｚの音に対して開口部９ａの幅をパラメータとしたときに、消音器１の有無による音圧レベルの差（相対音圧レベル差）を求めた。

図３は、第１実施形態に係る消音器１の性能を説明するための、開口部９ａのサイズｄと消音効果との関係を示すグラフである。図３においては、消音効果が高ければ、相対音圧レベル差が大きくなる。

本実験の結果により、周波数５０Ｈｚの音の波長をλとしたときに、開口部９ａの径ｄは、λ／１０以上λ／３以下とすることが好ましく、より好ましくは、λ／６以上λ／３以下とすることが望ましいことが確認された。このとき、開口部９ａが長方形状の場合には、例えば短辺側をλ／１０（＝ｗ）とし長辺側をλ／３（＝ｄ）とすることが望ましいことが確認された。

第１実施形態に係る消音器１によれば、排気口７から放出される音を回折現象で取り込んで消音する筒状室９の開口部９ａは、排気ファン６からの排気を外部へ排出する排気口７に、排気の流れを避けて隣接配置されているので、排気ファン６からの排気が、排気口７から排出されるときに、排気の流れを阻害することなく、音が筒状室９に取り込まれる。すなわち、外部に排出すべき排気が排気口７に至るまでの間に障害となる物は存在しない。このため、排気効率の低下を抑えつつ消音することができる。

消音器１は、開口部９ａから筒状室９に取り込まれる音と、中央仕切壁部１２で反射する音とにより音圧を減衰するので、簡単な構成により、効率よく消音することができる。

隣接配置される筒状室９の開口部９ａの下縁１４とフード８の下縁１６との縁同士は、隙間なく面一に連設されているので、排気口７から放出される音を筒状室９へ向かって的確に回折させることができる。このため、排気口７から放出される音を、より効率良く筒状室９に取り込むことができ、より高い消音効果が発揮させることができる。

消音器１は、フード８に対して回転自在に設けられているので、フード８に対し、外カバー部１１の長辺方向両端側だけに開口部９ａが設けられていたとしても、容易に消音器１を回転させて、所望の方向に開口部９ａを向けて消音することができる。

図４は、消音の対象となる音の波長の相違に伴う消音器１の形状の相違を示す図であり、図４（ａ）は波長が短い場合の形状を、図４（ｂ）は波長が長い場合の形状を説明する説明図である。

第１実施形態の消音器１は、フード８の中央に設けた中央仕切壁部１２と筒状室９の開口部９ａとの距離Ｌが、消音の対象となる音の波長λの４分の１となる例である。このため、筒状室９の開口部９ａからフード８の中央までの距離と消音の対象となる音の波長λの４分の１とが相違する場合には、消音の対象となる音の波長λに合わせて、音を反射させる壁部１２を備えた消音器１を構成することが望ましい。

このとき、消音器１は、消音の対象となる音の波長λの４分の１が、筒状室９の開口部９ａからフード８の中央までの距離より短い場合には、図４（ａ）に示すように、消音器１の２つの壁部１２が互いに間隔を隔てて対向するように配置される。また、消音の対象となる音の波長λの４分の１が、筒状室９の開口部９ａからフード８の中央までの距離より長い場合には、図４（ｂ）に示すように、一方の筒状室９が他方の筒状室９の上に重なるように配置される。

図５は、第１実施形態に係る消音器１の第１変形例を示す図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は正面図である。図６は第２変形例を示す図であり、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は正面図である。図７は第３変形例を示す図であり、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は正面図である。以下の説明において、既に説明した実施形態と同一構成については図中で同符号を付して示し、その説明については省略する。

第１実施形態においては、内カバー部１０と外カバー部１１との間を中央仕切壁部１２及び分割仕切壁部１３で仕切って、６つの筒状室９を一体に形成した例について説明したが、これに限るものではない。

たとえば、短辺方向の両端側に位置する筒状室９の開口部９ａは、中央側に位置する筒状室９の開口部９ａより、フード８の排気口７からの距離が遠くなり、音の回折現象が生じ難いので、図５に示すように、短辺方向の両端側に、中央側の筒状室９とは別個の部材にて追加の筒状室１７を設けるようにしてもよい。

具体的には、短辺方向の両端側に、各々別個の筒状室１７を形成する筒状体として、断面が矩形状に形成され、一端に開口部１７ａを有し、他端が閉塞された壁部１８を有する断面角形の追加の筒体１９を、その開口部１７ａの下縁が第１実施形態と同様に、長辺方向においてフード８の下縁１６に、隙間なく面一に連設されるように配置しても良い。

このとき、短辺方向において、端部側に設けられた筒体１９の壁部１８側が干渉する場合には、図５（ｂ）に示すように、一方の筒体１９の上に他方の筒体１９を重ねて配置する。このように、追加の筒状室１７を設け、筒状室１７の開口部１７ａを排気口７に近い位置に設置することで、消音性能を確保することができる。

図６に示すように、筒状室９を短辺方向に短冊状に複数配設し、これら各筒状室９について、開口部９ａから壁部１２までの距離（Ｌ１〜Ｌ３；Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３）が互いに異なるように構成しても良い。この場合には、開口部９ａから壁部１２までの距離Ｌ１〜Ｌ３が互いに異なる複数種類の筒状室９により、複数種類の周波数の音を消音することができる。

さらに、フード８の外形寸法が大きい場合には、図７に示すように、短冊状の筒状室９は、フード８の外周に沿うように配設してもよい。この場合には、各筒状室９の開口部９ａとフード８の排気口７との縁同士が隙間なく面一に連設されている部位が広くなるため、より回折現象が生じやすく、消音効果を向上させることができる。

図８は第１実施形態に係る消音器１の第４変形例を示す図であり、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は正面図である。図９は第５変形例を示す図であり、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は正面図である。図１０は第６変形例を示す図であり、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は正面図である。

第１実施形態においては、開口部９ａを長辺方向に１つずつ設ける例について説明したが、図８に示すように、開口部９ａが長辺方向に並ぶように筒状室９を複数連接して設けてもよい。この場合には、開口部９ａから壁部１２までの距離Ｌが消音対象となる音の波長λの４分の１となる筒状室９がより多く設けられるので、より消音効果を高めることができる。

このとき、図９に示すように、開口部９ａが長辺方向に並べられた複数の筒状室９を、いずれもフード８の中央に壁部１２が位置するように配置すると、長辺方向に並べられた各筒状室９の開口部９ａから壁部１２までの距離Ｌ１〜Ｌ３が互いに相違するので、複数種類の周波数の音を消音することができる。

この場合には、図１０に示すように、開口部９ａから壁部１２までの距離が短い筒状室９を、フード８により近い側に配置することが望ましい。これは、音は周波数が小さい程、回折の角度が大きいためであり、開口部９ａから壁部１２までの距離が短い筒状室９をフード８により近く配置すると、より消音効率を向上させることができる。

図１１は、本発明に係る消音器１の第２実施形態に関し、図１１（ａ）は縦断面図であり、図１１（ｂ）は平面図である。第２実施形態に係る消音器１は図１１に示すように、複数の筒状室９がフード８の外側に環状に配列されて構成される。より具体的には、消音器１は、フード８の外周面に、内周面が当接される内筒部２０と、内筒部２０の外側に間隔を隔てて同軸に配置される外筒部２１と、内筒部２０と外筒部２１との上端部同士を繋ぐ壁部２２とで形成される。

この消音器１には、フード８の中央を中心として放射状に配置された１２枚の仕切壁部２３で区画されて、１２個の筒状室９が備えられる。これら筒状室９の下端部に開口部９ａが形成される。この場合にも、音がより回折しやすいように、フード８の下縁１６と、内筒部２０の下縁２４とは、全周にわたって縁同士が隙間なく面一に連設されている。

第２実施形態に係る消音器１によれば、筒状室９の開口部９ａが、排気ファン６を上方から覆うフード８の外側に環状に設けられるので、フード８の排気口７からいずれの方向に発せされた音であっても、消音することができる。このため、消音器１を設置する際に、消音する方向を特定する必要がなく、施工性に優れる。

図１２は、第２実施形態に係る消音器１の第１変形例を示す平面図である。上記第２実施形態では、フード８の外側に複数の筒状室９を環状に配置する例について説明したが、図１２に示すように、内筒部２０と外筒部２１との間を中間筒部２５で複数に仕切って、フード８の外側に、筒状室９が当該フード８の中心から径方向外方へ向けて放射状に複数配列されていてもよい。この場合には、互いに隣接する各筒状室９の開口部９ａの縁同士も隙間なく面一に連設される。

図１３は、第２実施形態に係る消音器１の第２変形例を示す図であり、図１３（ａ）は平面図であり、図１３（ｂ）は正面図である。前記第２実施形態の消音器１は、開口部９ａを環状に配列した筒状室９を鉛直方向縦向きに設ける例について説明したが、図１３に示すように、複数の筒状室９をフード８の外周側に備え、筒状室９の壁部１２側を、フード８上に屈曲形成するようにしてもよい。

この場合には、フード８の外周を囲むように複数の筒状室９を備えた構成であっても、消音器１の高さを低く抑えることができる。

さらに、第２実施形態であっても、各々の筒状室９に関し、開口部９ａから壁部１２までの長さＬを互いに相違させることにより、複数種類の周波数の音を消音することができる。例えば、図１２に示す構成に対し、図９や図１０の構成を適用して、外側に配置している筒状室９の方を、内側に配置している筒状室９よりも、開口部９ａから壁部１２までの距離を短く設定するようにしてもよい。

上記いずれの実施形態も、排気ファン６からの排気を外部へ排出する排気口７をフード８で形成する場合について説明したが、本発明に係る消音器１は、ダクト２６の排気口７に用いるようにしても良い。図１４は、本発明に係る消音器１の第３実施形態に関し、図１４（ａ）は平面断面図であり、図１４（ｂ）は正面図である。

直線状のダクト２６の回りを取り囲んで消音器１が取り付けられ、消音器１の開口部９ａとダクト２６の排気口７とが隣接配置される。消音器１の筒状室９は、ダクト２６の長さ方向に沿って直線状に配置されている。消音器１の形態は、図１１に示したものと同様であって、ダクト２６の外周面に、内周面が当接される内筒部２０と、内筒部２０の外側に間隔を隔てて同軸に配置される外筒部２１と、内筒部２０と外筒部２１との上端部同士を繋ぐ壁部２２とで形成される。

この消音器１には、ダクト２６の外周に沿って間隔を隔てて配置された複数の仕切壁部２３で区画されて、１０個の筒状室９が備えられる。これら筒状室９の下端部に開口部９ａが形成される。この場合にも、音が回折しやすいように、ダクト２６の下縁（排気口７）と、内筒部２０の下縁２４とは、縁同士が隙間なく面一に連設される。回折現象は、排気口７の縁で発生するので、ダクト２６や排気口７の断面は円形や正方形よりも扁平で、アスペクト比（＝排気口７の長さ（Ｗ）／排気口７の幅（Ｈ））が大きいものが望ましい。

上記実施形態では、消音器１は複数の筒状室９を備える場合について説明したが、筒状室９が単一であっても良いことはもちろんである。

また、排気口７外部の排気の流路とその周辺に、吸音材を設けるようにしても良い。周波数の小さい音は回折現象によって消音器１に取り込んで消音でき、周波数の大きい音は吸音材によって吸音することができて、これらにより騒音を幅広い周波数にわたって低減することができる。

１消音器
６排気ファン
７排気口
８フード
９，１７筒状室
９ａ，１７ａ開口部
１２，１８音を反射させる壁部
１４内カバー部の下縁
１６排気口を取り囲むフードの下縁
２４内筒部の下縁

Claims

排気ファンからの排気を外部へ排出する排気口に取り付けられると共に、該排気口に排気の流れを避けて隣接配置される開口部を有し、該排気口から放出される音を回折現象で該開口部から取り込んで消音する消音器であって、
前記排気口はフードによって形成され、前記開口部の位置を上記排気口の位置に対し変更可能に、上記フードに対し回転自在に設けられていることを特徴とする消音器。
前記開口部から取り込んだ音を反射させる壁部を備えた筒状室を有し、該筒状室に取り込まれた音と、上記壁部により反射した音とにより音圧を減衰することを特徴とする請求項１に記載の消音器。
隣接配置される前記開口部と前記排気口の縁同士は、隙間なく面一に連設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の消音器。
前記開口部は、前記排気ファンを上方から覆う前記フードの外側に環状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の消音器。
前記筒状室は、前記フードの中心から外方へ向けて放射状に複数配列され、互いに隣接する前記開口部の縁同士は、隙間なく面一に連設されていることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の消音器。
前記筒状室は、外側に配置されている該筒状室の方が、内側に配置されている該筒状室よりも、前記開口部から前記壁部までの距離が短いことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の消音器。