JP7249474B1 - 消音器付き風路 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、送風時に風路内で発生する騒音を考慮して、送風先へ伝播される音を効率よく低減することができる消音器付き風路を提供することを目的とする。
[1] 送風源に接続された風路と、風路の出口から放出される音を低減する消音器と、を備える消音器付き風路であって、消音器の一次の消音ピークの周波数が、風路内での送風による風路内での発生音の強度が最大となる周波数よりも低い、消音器付き風路。
[2] 風路は、二つの空間を隔てる壁を貫通しており、消音器は、二つの空間のうち、送風源が配置された空間内に配置されている、[1]に記載の消音器付き風路。
[3] 風路が、建物を構成する壁を貫通している、[2]に記載の消音器付き風路。
[4] 風路が、送風源であるファンに接続されている、[1]~[3]のいずれかに記載の消音器付き風路。
[5] 消音器の内部には、吸音材が備えられており、吸音材は、非金属体であり、且つ無機物以外の材料によって構成されている、[1]~[4]のいずれかに記載の消音器付き風路。
[6] 消音器内には風路の一部が設けられており、消音器において、吸音材は、消音器内に設けられた風路の一部を囲む位置に配置されている、[5]に記載の消音器付き風路。
[7] 消音器が樹脂製の容器を含む、[1]~[6]のいずれかに記載の消音器付き風路。
[8] 単位時間あたりに風路内を流れる風量と、風路の断面積とに基づいて算出される風速が1m/s以上である、[1]~[7]のいずれかに記載の消音器付き風路。
[9] 風路の内周面は、凹凸が形成された凹凸領域を含む、[1]~[8]のいずれかに記載の消音器付き風路。
[10] 消音器は、風路のうち、壁に沿って配置された部分に取り付けられている、[2]又は[3]に記載の消音器付き風路。
[11] 消音器は、風路の途中位置に設けられ、且つ、送風源及び出口のうち、送風源により近い位置に配置されている、[1]~[10]のいずれかに記載の消音器付き風路。
[12] 消音器は、消音器の二次以降の消音ピークでの消音度合いが一次の消音ピークでの消音度合いより大きくなる構造を有する、[1]~[10]のいずれかに記載の消音器付き風路。
[13] 消音器は、風路の途中位置に設けられ、且つ、送風源及び出口のうち、出口により近い位置に配置されている、[12]に記載の消音器付き風路。
また、本明細書において、「直交」、「垂直」及び「平行」は、本発明が属する技術分野において許容される誤差の範囲を含むものとする。例えば、本明細書の「直交」、「垂直」及び「平行」は、厳密な直交、垂直又は平行に対して±10°未満の範囲内であること等を意味する。なお、厳密な直交又は平行からの誤差は、5°以下であることが好ましく、3°以下であることがより好ましい。
また、本明細書において、「同じ、「同一」及び「等しい」という意味には、本発明が属する技術分野で一般的に許容される誤差の範囲が含まれ得る。
また、本明細書において、「全部」、「いずれも」及び「すべて」という意味には、100%である場合のほか、本発明が属する技術分野で一般的に許容される誤差の範囲が含まれ、例えば99%以上、95%以上、または90%以上である場合が含まれ得る。
本発明の一つの実施形態(以下、本実施形態という)に係る消音器付き風路の基本構成について、図1~5を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、送風方向とは、風路内を風が出口に向かって流れる方向を意味する。また、下流側とは、送風方向において風路の出口側を意味し、上流側とは、風路の入口側(詳しくは、後述の送風源10が配置された側)を意味する。
樹脂材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリアミドイド、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルフォン、ポリエチレンテレフタラート、ポリブチレンテレフタラート、ポリイミド、ABS樹脂(アクリロニトリル (Acrylonitrile)、難燃ABS樹脂、ブタジエン(Butadiene)、スチレン (Styrene)共重合合成樹脂)、ポリプロピレン、トリアセチルセルロース(TAC:Triacetylcellulose)、ポリプロピレン(PP:Polypropylene)、ポリエチレン(PE:Polyethylene)、ポリスチレン(PS:Polystyrene)、ASA(Acrylate Sthrene Acrylonitrile)樹脂、ポリ塩化ビニル(PVC:Polyvinyl Chloride)樹脂、及びPLA(Polylactic Acid)樹脂等が挙げられる。
強化プラスチック材料としては、炭素繊維強化プラスチック(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastics)、及びガラス繊維強化プラスチック(GFRP:Glass Fiber Reinforced Plastics)が挙げられる。
発泡体及び発泡材料の具体例としては、イノアック社のカームフレックスF及び光社製のウレタンフォーム等のような発泡ウレタンフォーム、軟質ウレタンフォーム、セラミックス粒子焼結材、フェノールフォーム、メラミンフォーム、インシュレーションボード、並びに、ポリアミド製フォーム等が挙げられる。
不織布系吸音材の具体例としては、3M社のシンサレート等のようなマイクロファイバー不織布、東京防音社のホワイトキューオン及びブリジストンケービージー社のQonPET等のようなポリエステル製不織布(密度の大きな薄い表面側の不織布と、密度の小さい裏面側の不織布とを有する二層構成のものを含む)及びアクリル繊維不織布等のプラスチック製不織布、ウール及びフェルト等の天然繊維不織布、メルトブローン不織布、金属製不織布、ガラス製不織布、フロアマット、並びに絨毯等が挙げられる。
上記以外にも、微小な空気を含む材料からなる吸音材、例えば、グラスウール、ロックウール、石膏ボード、木毛セメント板、及びナノファイバー系繊維からなる吸音材等のような種々の吸音材が利用可能である。ナノファイバー系繊維としては、例えば、シリカナノファイバー、及び、三菱ケミカル社製XAIのようなアクリルナノファイバー等が挙げられる。
また、吸音材50の流れ抵抗率は、1000(Pa×s/m2)~100000(Pa×s/m2)であるのが好ましい。吸音材50が複数の層を重ねた積層構造である場合には、構造全体の流れ抵抗を測定して、構造全体の厚さから流れ抵抗率を算出することができる。
なお、共鳴型の消音器は、膜又は板の共振によって音エネルギーを熱エネルギーに変換して吸音するものでもよい。
上記の送風システムSにおいて、送風源10であるファンが起動して送風が行われると、ファンの作動音に起因する騒音(以下、送風源10由来の騒音ともいう)が、風路12内を下流側に伝播していく。この騒音を低減する方法としては、消音器20を風路12に対して配置することが一般的である。
特徴A:流体騒音のスペクトルにおいて、中帯域(1kHz)にピークが存在する。
特徴B:中帯域における流体騒音の強度(音圧)は、風路12の径が小さくなるほど、つまり、風速が上がるほど顕著に増加する。
ここで、流体騒音のスペクトルは、各周波数における流体騒音の強度(音圧:単位はdB)を示す音響スペクトルであり、図6に示す測定系にて測定可能である。
図8Bは、ダクト内で生じる乱流エネルギーとダクト径との関係を示す図であり、横軸は、ダクト径(単位はm)を示し、縦軸は、乱流のエネルギーの規模(厳密には、レイノルズ数によって規格化された値)を示している。また、図8Bには、風量が25m3/h、38m3/h、及び51m3/hのそれぞれに設定された場合のグラフが示されている。
上記のシミュレーションの結果として、図9Bに示す結果が得られた。図9Bは、ダクト内での乱流発生に起因する流体騒音の騒音量とダクト径(直径)との関係を示す図であり、横軸は、周波数(単位はHz)を示し、縦軸は、騒音量(単位はdB)を示している。また、図9Bには、ダクト径が25mm、50mm、100mm、150mm及び200mmのそれぞれに設定された場合のグラフが示されている。
fc=c/(2×d) 式(1)
詳しく説明すると、送風源10由来の騒音は、図10に示すように低周波から高周波に亘る広帯域の騒音である。一方、風路12のうち、消音器20の下流側の部分を風が流れることで流体騒音が発生するが、この騒音は、もはや消音器20によって消音(低減)することができない。また、送風源10由来の騒音の音圧は、低周波側で大きくなる。
f1=c/(4×L) 式(2)
f2=c/(4×W) 式(3)
ただし、これに限定されず、消音器20が送風先の部屋Rに配置されてもよい。
なお、外壁Wに設けられた上記の貫通孔の径は、150mm以下であることが好ましく、より好ましくは、100mm以下であるとよく、特に好ましくは、50mm以下であるとよい。
本発明の消音器付き風路による効果に関して行った試験(実施例1)と、その比較試験(比較例1)について説明する。
実施例1では、図2に示す消音器(以下、低周波消音器)を使用した。低周波消音器は、風路12の途中位置に配置された拡張部28内(空洞)に吸音材50が配置された構造である。拡張部28内には、拡張部内風路32が設けられ、拡張部内風路32を囲む位置に筒状の吸音材50(製品名:ミクロマット)を配置した。また、吸音材50の孔部には、拡張部28の幅よりも軸長が短い内筒30を挿入した。また、送風方向において内筒30と隣接する位置には、拡張部内風路32と連通する開口部34を設けた。
また、図13には、図7中、風速9m/sである場合の流体騒音のスペクトルが併せて示されている。なお、図13の右側の縦軸は、上記の流体騒音について測定されたマイク音圧(dB)を示している。
比較例1では、図3に示す消音器(以下、高周波消音器)を使用した。高周波消音器は、風路12の途中位置に配置された拡張部28内(空洞)に吸音材50が配置された構造である。拡張部28内には、拡張部内風路32が設けられ、拡張部内風路32を囲む位置に筒状の吸音材50(製品名:ミクロマット)を配置した。比較例1では、実施例1で用いた内筒30を用いず、また、実施例1で設けた開口部34を設けていない。つまり、比較例1では、拡張部内風路32の全範囲が吸音材50と隣接している。
また、図13から分かるように、比較例1の高周波消音器について測定された1次の消音ピークの周波数は、1600Hzであり、風速9m/sである場合の流体騒音の最大ピーク周波数よりも高周波側にある。
実施例1及び比較例1のそれぞれについて、複合騒音に対する消音効果を測定した。具体的には、図6に示す測定系において、送風源10を作動させて送風している状態において、下流側風路18の末端から放出される音(すなわち、複合騒音)の音圧を測定した。なお、測定系の構成については、消音器を除き、前述した「流体騒音の風速依存性についての測定試験」と同様の構成とした。実施例1では、図6に示す測定系における測定用消音器60の位置に、低周波消音器を配置した。比較例1では、図6に示す測定系における測定用消音器60の位置に高周波消音器を配置した。また、実施例1及び比較例1では、いずれも、拡張部内通路32が上流側風路16及び下流側風路18の間にあり、各々の風路16、18と連通(連続)している。
また、消音器を配置しない系をリファレンスとして設定した。
図14の横軸は、1/3オクターブバンドの中心周波数(Hz)を示し、縦軸は、マイク音圧(dB)を示している。
一方、1000Hz以上の周波数帯域では、低周波消音器を用いた測定系、及び、高周波消音器を用いた測定系(比較例1)のいずれにおいても、消音効果が小さくなる。特に、流体騒音の音圧が大きくなる1000Hz~3000Hzの帯域では、消音効果がより小さくなる。これは、消音器よりも下流側(風下側)で発生する流体騒音が大きくなるためである。
実施例2では、図3の空洞型構造の消音器であって拡張部28の長さWが250mmである第2の低周波消音器を用いた。それ以外の条件は、実施例1と同様とした。ここで、第2の低周波消音器について、拡張部の長さWと上述の式(3)から1次の消音ピークの周波数を求めると、340Hzとなり、図15に示す消音スペクトルにおける1次の消音ピークの周波数(=400Hz)と略一致する。図15は、第2の低周波消音器について測定した消音スペクトルを示す図である。
12 風路
12a 凹凸領域
14 風路形成部材
16 上流側風路
18 下流側風路
20,20X,20Y,20Z 消音器
22 容器
24 入口側接続部
26 出口側接続部
28 拡張部
30 内筒
32 拡張部内風路
34 開口部
36 仕切り部材
38 孔
40 多孔板
42 背面空間
50 吸音材
60 測定用消音器
100 消音器付き風路
R 送風先の部屋
S 送風システム
W 外壁(壁)
Z 残響室
Claims (11)
- 送風源に接続された風路と、前記風路の出口から放出される音を低減する消音器と、を備える消音器付き風路であって、
前記消音器の一次の消音ピークの周波数が、前記風路内での送風による前記風路内での発生音の強度が最大となる周波数よりも低く、
前記消音器は、前記消音器の二次以降の消音ピークでの消音度合いが前記一次の消音ピークでの消音度合いより大きくなる構造を有し、
前記消音器は、前記風路の途中位置に設けられ、且つ、前記送風源及び前記出口のうち、前記出口により近い位置に配置されている、消音器付き風路。 - 前記風路は、二つの空間を隔てる壁を貫通しており、
前記消音器は、前記二つの空間のうち、前記送風源が配置された空間内に配置されている、請求項1に記載の消音器付き風路。 - 前記風路が、建物を構成する前記壁を貫通している、請求項2に記載の消音器付き風路。
- 前記風路が、前記送風源であるファンに接続されている、請求項1に記載の消音器付き風路。
- 前記消音器の内部には、吸音材が備えられており、
前記吸音材は、非金属体であり且つ無機物以外の材料によって構成されている、請求項1に記載の消音器付き風路。 - 前記消音器内には前記風路の一部が設けられており、
前記消音器において、前記吸音材は、前記消音器内に設けられた前記風路の一部を囲む位置に配置されている、請求項5に記載の消音器付き風路。 - 前記消音器が樹脂製の容器を含む、請求項1に記載の消音器付き風路。
- 単位時間あたりに前記風路内を流れる風量と、前記風路の断面積とに基づいて算出される風速が1m/s以上である、請求項1に記載の消音器付き風路。
- 前記風路の内周面は、凹凸が形成された凹凸領域を含む、請求項1に記載の消音器付き風路。
- 前記消音器は、前記風路のうち、前記壁に沿って配置された部分に取り付けられている、請求項2に記載の消音器付き風路。
- 送風源に接続された風路と、前記風路の出口から放出される音を低減する消音器と、を備える消音器付き風路であって、
前記消音器の一次の消音ピークの周波数が、前記風路内での送風による前記風路内での発生音の強度が最大となる周波数よりも低く、
前記消音器は、前記消音器の前記一次の消音ピークでの消音度合いが前記消音器の二次以降の消音ピークでの消音度合いより大きくなる構造を有し、
前記消音器は、前記風路の途中位置に設けられ、且つ、前記送風源及び前記出口のうち、前記送風源により近い位置に配置されている、消音器付き風路。
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