JPH08152889A - 消音装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、簡単な構造
で広範囲な周波数で構成されている騒音を周波数のほぼ
全般にわたって効果的に消音出来るようにする事であ
る。 【構成】 気流通過用の多孔質筒体(1
0)と、多孔質筒体(10)の周囲に形成された複数の共鳴
室(6)と、共鳴室(6)内に配設され、多孔質筒体(10)側
の内側共鳴室(8)と多孔質筒体(10)から離間した外側共
鳴室(9)とに共鳴室(6)を分割する多孔質隔壁(4)とで構
成されており、多孔質隔壁(4)の多孔質筒体(10)から
の設置位置が各共鳴室(6)毎に相違するように形成され
ている事を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば自動車、ガスター
ビン、漁船、各種産業機械、建築機械の排気ガスの消音
に用いられる消音装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンから排出される排気ガスは、お
よそ３〜５ｋｇ/ｃｍ²の圧力と６００〜８００℃の温度
があり、燃焼ガスが放出する熱の３５〜３９％を含んで
いる。このような高圧、高温の排気ガスをそのまま大気
中に放出すると、ガスが急激に膨張して激しい爆発音を
発するため排出前に消音装置を通して圧力と温度を下げ
且つ消音して大気に放出するようにしている。

【０００３】消音装置の消音方法には、排気管の一部
を絞って圧力の変動を抑える方法、排気管の一部を急
に拡張する方法、共鳴減衰の現象を応用する方法、
吸音材で音を吸収する方法などがあり、それぞれ音の吸
収範囲が異なるので、これらを組み合わせる場合もあ
る。

【０００４】図６は、前記消音方法の内、『共鳴現象』
を応用する方法である。これによれば、消音装置(B')
は、流入口(2')を有する流入側フランジ(15')、流出口
(3')を有する流出側フランジ(16')、流入側フランジ(1
5')と流入側フランジ(16')との間に配設された消音ケー
シング(1')、消音ケーシング(1')の内側に配設された多
孔質筒体(10')、消音ケーシング(1')と多孔質筒体(10')
との間の空間を多孔質筒体(10')に対して垂直に仕切
り、多孔質筒体(10')の周囲に複数の共鳴室(6')を形成
する仕切り板(12')、各共鳴室(6')内に配設され、共鳴
室(6')を内側共鳴室(8')と外側共鳴室(9')とに分割する
パンチングメタル(20')、内側共鳴室(8')内に収納され
た金属繊維(22')とで構成されている。

【０００５】このものは、流入口(2')から流入した高
温、高圧の排気ガスが多孔質筒体(10')内を通過する際
に多孔質筒体(10')の周囲に形成された共鳴室(6')の
『共鳴現象』で、有効に消音する事ができるが、各共
鳴室(6')の内側共鳴室(8')及び外側共鳴室(9a')の形状
並びに内側共鳴室(8')内の金属繊維(22')の充填状態な
ど、構成条件が全て同じであるため、共鳴室(6')に適応
する周波数領域の消音は極めて有効になされるのである
が、外れた領域の周波数の消音には有効でないという欠
点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の解決課題は、
簡単な構造で広範囲な周波数で構成されている騒音を周
波数のほぼ全域にて効果的に消音出来るようにする事で
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の消音装
置(A1)は、 気流通過用の多孔質筒体(10)と、 多孔質筒体(10)の周囲に形成された複数の共鳴室(6)
と、 共鳴室(6)内に配設され、多孔質筒体(10)側の内側共
鳴室(8)と多孔質筒体(10)から離間した外側共鳴室(9)と
に共鳴室(6)を分割する多孔質隔壁(4)とで構成されてお
り、 多孔質隔壁(4)の多孔質筒体(10)からの設置位置(H)が
各共鳴室(6)毎に相違するように形成されている事を特
徴とする。

【０００８】これによれば、多孔質筒体(10)内を高速で
通過する流体の乱流層によって引き起こされる騒音は、
多孔質筒体(10)の空隙を通って内側共鳴室(8)に入り、
内側共鳴室(8)の高さ(H)に適合した周波数の音が『共鳴
現象』によって吸音され、音圧が低下する。それ以外の
周波数の音は、多孔質隔壁(4)を通って更に外側共鳴室
(9)に入り、外側共鳴室(9)に適合した周波数の音が前記
同様吸音されてその音圧が低下する。このようにして発
生した騒音の低下が図られるのであるが、多孔質隔壁
(4)の多孔質筒体(10)からの設置位置(H)が各共鳴室(6)
毎に相違するように形成されているので、各共鳴室(6)
毎に吸音する周波数が事なり、その結果幅広い範囲で吸
音が可能となる。

【０００９】請求項２に記載の消音装置(A2)は、 気流通過用の多孔質筒体(10)と、 多孔質筒体(10)内に配設された螺旋状捩り板(11)と、 多孔質筒体(10)の周囲に形成された複数の共鳴室(6)
と、 共鳴室(6)内に配設され、多孔質筒体(10)側の内側共
鳴室(8)と多孔質筒体(10)から離間した外側共鳴室(9)と
に共鳴室(6)を分割する多孔質隔壁(4)とで構成されてお
り、 多孔質隔壁(4)の多孔質筒体(10)からの設置位置(H)が
各共鳴室(6)毎に相違するように形成されている事を特
徴とする。

【００１０】請求項２は、請求項１の作用に加えて、螺
旋状捩り板(11)が多孔質筒体(10)内に配設されているの
で、多孔質筒体(10)内を通過する気流は螺旋状捩り板(1
1)に沿って螺旋状に回転しながら通過して行く事にな
り、その間螺旋状捩り板(11)に接触するために通過速度
が減速され、騒音の発生が抑制される事になる。

【００１１】請求項３は『多孔質隔壁(4)の気孔率が多
孔質筒体(10)の気孔率より大である』事を特徴とするも
ので、多孔質筒体(10)内を通過して内側共鳴室(8)に入
った音は多孔質隔壁(4)を通過する場合に抵抗が小さ
く、外側共鳴室(9)への音の侵入がより容易になり、こ
こでの『共鳴減衰』がより効果的に行える事になる。

【００１２】

【実施例】以下、図面に示す実施例に従って本発明を詳
細に説明する。図１は本発明に係る消音装置の第１実施
例(A1)で、消音ケーシング(1)の中央に多孔質筒体(10)
が挿通されており、多孔質筒体(10)とほぼ同径の流入筒
部(2a)が多孔質筒体(10)の入り口側に接続されている。
多孔質筒体(10)は本実施例では流入筒部(2a)に連続して
配設されているが、流入筒部(2a)を拡径して流入筒部(2
a)に挿入し、流入筒部(2a)の先端から流出口(3)の後端
まで連続させてもよい。

【００１３】(10)は多孔質体で円筒状に構成されてお
り、例えば粒状の砥粒やセラミック粒を焼成したもの、
金属粒（ステンレス、鉄、銅、アルミニウム）を焼成し
たもの、樹脂粉末を多孔質に成形したもの、金属繊維を
筒状に成形したものなどが挙げられる。セラミック粒や
砥粒、ステンレスを用いたものは高温に耐える事ができ
る。図では１本ものになっているが、製造の都合上、複
数本を繋いでもよい。

【００１４】仕切り板(12)は、図３から分かるように、
本実施例ではリング状のものであるが、勿論これに限ら
れず、矩形又は多角形であってもよい。仕切り板(12)は
消音ケーシング(1)と多孔質筒体(10)との間に配設され
て消音ケーシング(1)内を複数の共鳴室(6)に分割してい
る。図中、左から第１共鳴室(6a)、第２共鳴室(6b)と続
き、右端を第ｎ共鳴室(6n)とする。仕切り板(12)の配設
幅は限定されないが、本実施例では一定間隔で設置され
ている。勿論、仕切り板(12)の設置幅を適宜変えてもよ
い事は言うまでもない。

【００１５】消音ケーシング(1)は排気系の出口に接続
され、流入筒部(2a)の流入側端部外周を囲繞する流入部
(2)と、流入部(2)から拡径してケーシング本体(1a)に続
く拡径部(7)、共鳴室(6)を構成する太径のケーシング本
体(1a)、ケーシング本体(1a)の出口部分に接続される流
出口(3)とで構成されている。

【００１６】多孔質隔壁(4a)〜(4n)は多孔質筒体(10)と
同心にて各共鳴室(6a)〜(6n)に配設されており、各共鳴
室(6a)〜(6n)を内側共鳴室(8)と外側共鳴室(9)とに分割
しており、第１〜第ｎ迄の各共鳴室(6a)(6b)…(6n)の第
１〜第ｎ迄の内側共鳴室を(8a)(8b)…(8n)とし、第１〜
第ｎ迄の外側共鳴室を(9a)(9b)〜(9n)とする。同様に、
多孔質隔壁(4)も各共鳴室(6a)(6b)…(6n)に合わせてそ
れぞれ第１多孔質隔壁(4a)、第２多孔質隔壁(4b)…、第
ｎ多孔質隔壁(4n)とする。

【００１７】本実施例では入り口側の第１共鳴室(6a)の
第１多孔質隔壁(4a)が多孔質筒体(10)から最も離間した
位置に設置されており、第２多孔質隔壁(4b)、第３多孔
質隔壁(4c)…と出口側に近づくにつれて次第に多孔質隔
壁(4)の設置位置が多孔質筒体(10)に近づくように設置
されている。従って、外側共鳴室(9)では、第１共鳴室
(6a)の第１外側共鳴室(9a)の高さ(h1)が最も低く、第２
外側共鳴室(9b)、第３外側共鳴室(9c)…と出口側に近づ
くにつれてその高さ(h2)(h3)…を増し、逆に、内側共鳴
室(8)では、第１内側共鳴室(8a)の高さ(H1)が最も高く
て第２内側共鳴室(8b)、第３内側共鳴室(8c)…と出口側
に近づくにつれてその高さ(H2)(H3)…を減ずる。（勿
論、各内側共鳴室(8)の高さ(H)をランダムとすることも
可能であり、対象とする排気音の周波数によって適宜選
択される。）

【００１８】多孔質隔壁(4)は、多孔質筒体(10)と同様
の材質で構成された多孔質体で、その気孔率は多孔質筒
体(10)より大きい。気孔率は多孔質筒体(10)が４０〜５
０％（最適は４５％）、多孔質隔壁(4)が５０〜６０％
である事が望ましい。多孔質筒体(10)内を通過して内側
共鳴室(8)に入った音は多孔質隔壁(4)を通過する場合に
抵抗が小さく、外側共鳴室(9)への音の侵入がより容易
になり、ここでの『共鳴減衰』がより効果的に行える事
になる。

【００１９】次に第１実施例の消音装置(A1)の作用をエ
ンジンのような燃焼装置の排気音対策に使用された場合
について詳述する。勿論、これ以外の用途、例えばダク
トのような消音にも使用出来る事は言うまでもない。消
音ケーシング(1)の流入口(2)を燃焼装置の排気口に接続
すると、燃焼装置の排気口から排出された高温排ガスは
多孔質筒体(10)内を高速で通過し排出口(3)から放出さ
れる。

【００２０】この高温排ガスは、高温であるために膨張
性を有しているので、第１に放出までに徐々に膨張させ
て爆発音の発生を無くす必要がある。多孔質筒体(10)に
は無数の連続間隙を有するので、高温排ガスの一部は前
記連続間隙を通過して内側共鳴室(8)へ侵入し、続いて
多孔質隔壁(4)を通って外側共鳴室(9)に侵入する事にな
るので、高温排ガスは徐々に膨張して急激な膨張が抑制
され同時に膨張と共に温度の低下が図られ、爆発音の発
生が抑制される事になる。

【００２１】また、共鳴室(6)は、『共鳴現象』による
音の減衰作用を有する。そのメカニズムを図４、５に示
す模式的吸音機構にて説明する。これによれば、内側共
鳴室(8)と外側共鳴室(9)は容積(V1)(V2)、高さ(H1)(h1)
を持つ直列の容器(6イ)(61)に相当し、多孔質筒体(10)と
多孔質隔壁(4)の気孔は直径(d1φ)(d2φ)、長さ(t1)(t
2)を持つ口部(7イ)(71)に相当する。また、口部(7イ)(71)
に入る音量は重量(m1)(m2)の重錘(8イ)(81)、容器(6イ)(6
1)は直列スプリング(9イ)(91)に対応し、このような振動
系として取り扱う事が出来る。

【００２２】このような機構から明らかなように多孔質
筒体(10)の気孔に相当する口部(71)から内側共鳴室(8)
に相当する容器(61)の内部に高低雑多な周波数構成され
る音が入ると、この振動系によって減衰が生じてスプリ
ング(91)に対応する容器(61)で効果的に吸音される事に
なる。ここで主として吸音される音の周波数成分は内側
共鳴室(8)に相当する容器(61)の高さ(H1)に適合したも
ので、適合しない周波数成分の吸音効果は高くない。

【００２３】内側共鳴室(8)に適合しない周波数成分は
多孔質隔壁(4)｛＝口部(7イ)｝を通って背方の外側共鳴
室(9)｛＝容器(6イ)｝内に侵入し、前記吸音理論によっ
て吸音される。内側共鳴室(8)と外側共鳴室(9)の高さが
異なる場合、内側共鳴室(8)にて減衰されなかった周波
数成分の内、外側共鳴室(9)の高さ(h1)に適合した周波
数成分が減衰される。

【００２４】更に、内側共鳴室(8)と外側共鳴室(9)と
は、多孔質隔壁(4)を介して直列接続されているので、
内側共鳴室(8)の高さ(H1)と外側共鳴室(9)の高さ(h1)の
和に等しい共鳴室としても作用する事になる。即ち、内
側共鳴室(8)の高さ(H1)と外側共鳴室(9)の高さ(h1)が等
しい場合には、高さ(H1＝h1)に適合した周波数領域近傍
の騒音成分と、その和(H1×２)の高さに適合した周波数
領域近傍の騒音成分とが主として減衰される事になり、
内側共鳴室(8)の高さ(H1)と外側共鳴室(9)の高さ(h1)が
異なる場合には内側共鳴室(8)の高さ(H1)に適合した周
波数領域近傍の騒音成分と、外側共鳴室(9)の高さ(h1)
に適合した周波数領域近傍の騒音成分と、その和(H1)＋
(h1)の高さに適合した周波数領域近傍の騒音成分とが主
として減衰される事になる。此れにより、幅広い周波数
領域での消音が達成される。

【００２５】本消音装置(A1)では、前記構造の共鳴室
(6)が１〜ｎ迄多孔質筒体(10)の周囲に連続して配設さ
れており、しかも多孔質隔壁(4)の多孔質筒体(10)から
の設置位置が各共鳴室(6)毎に相違する（図１では入り
口側から出口側に向かって内側共鳴室(8)の高さを(H1)
〜(Hn)へ次第に減少する）ように形成されているので、
各共鳴室(6)での減衰周波数が相違し、低周波から高周
波迄幅広い消音が可能となる。尚、共鳴室(8)(9)の高さ
が高いほど低周波音の消音に効果的である。

【００２６】このように、燃焼装置から排出された高温
排ガスは、急速な膨張の抑制と乱流層(R)による発生騒
音を２重の共鳴室(8)(9)によって共鳴現象により減衰消
音させる事が出来、流出口(3)から排出される時には排
出音は非常に低く押さえる事が出来る事になる。

【００２７】図３は第２実施例の消音装置(A2)で、基本
構造は第１実施例(A1)の場合と同様であり、相違するの
は多孔質筒体(10)内に螺旋状捩り板(11)が配設されてい
る点である。螺旋状捩り板(11)の材質は金属板、セラミ
ックス、樹脂硬化クラフト紙、樹脂板その他どのような
ものでもよいが、ここでは高温排ガスを扱う関係上、ス
テンレス板が使用される。螺旋状捩り板(11)は単なる短
冊状の板を捩ったものでもよいし、短冊状のパンチング
板を捩ったものでもよい。表面は平滑面でもよいし、凹
凸を有するものでもよいし、粗面でもよい。

【００２８】第２実施例(A2)の場合、第１実施例(A1)の
作用に加えて、多孔質筒体(10)内を通過する気流が、多
孔質筒体(10)内に配設されている螺旋状捩り板(11)に沿
って螺旋状に回転しながら通過して行く事になり、その
間螺旋状捩り板(11)に接触するために通過速度が減速さ
れ、騒音の発生が抑制される事になる。螺旋状捩り板(1
1)のリード角(θ)は、３０°〜６０°が好ましい。

【００２９】図７は本発明と従来例との性能比較表であ
る。縦軸が騒音レベル、横軸が周波数で低周波数から高
周波数の全領域で騒音レベルの低下が見られた。

【００３０】

【発明の効果】本発明の請求項１に記載の消音装置は、
多孔質筒体の周囲に形成された複数の共鳴室が、多孔質
隔壁によって内側共鳴室と外側共鳴室とに分割されてお
り、しかも多孔質隔壁の多孔質筒体からの設置位置が各
共鳴室毎に相違するように形成されているので、多孔質
筒体内を高速で通過する流体によって引き起こされる騒
音は、内側共鳴室と外側共鳴室とで幅広い周波数領域に
おいて効果的に『共鳴現象』によって吸音され、音圧が
低下する。

【００３１】請求項２に記載の消音装置は、前記効果に
加えて、螺旋状捩り板の存在により気流は螺旋状に回転
しながら通過してその通過速度を減速するため、騒音の
発生が抑制される事になる。その結果、簡単な構造で広
範囲な周波数で構成されている騒音を周波数のほぼ全域
において効果的に消音出来た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る消音装置の第１実施例の正断面
図。

【図２】図１の縦断面図。

【図３】本発明に係る消音装置の第２実施例の斜視図。

【図４】本発明における吸音メカニズムを説明するため
の原理図。

【図５】図４のメカニズムを機械的表現に書き換えた時
の原理図。

【図６】従来例の正断面図。

【図７】本発明にかかる消音装置と従来例の性能比較
図。

【符号の説明】

(4)…多孔質隔壁 (6)…共鳴室 (8)…内側共鳴室 (9)…外側共鳴室 (10)…多孔質筒体

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ１０Ｋ 11/178 Ｇ１０Ｋ 11/16 Ｈ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気流通過用の多孔質筒体と、多孔
   質筒体の周囲に形成された複数の共鳴室と、共鳴室内に
   配設され、多孔質筒体側の内側共鳴室と多孔質筒体から
   離間した外側共鳴室とに共鳴室を分割する多孔質隔壁と
   で構成されており、多孔質隔壁の多孔質筒体からの設置
   位置が各共鳴室毎に相違するように形成されている事を
   特徴とする消音装置。
2. 【請求項２】 気流通過用の多孔質筒体と、多孔
   質筒体内に配設された螺旋状捩り板と、多孔質筒体の周
   囲に形成された複数の共鳴室と、共鳴室内に配設され、
   多孔質筒体側の内側共鳴室と多孔質筒体から離間した外
   側共鳴室とに共鳴室を分割する多孔質隔壁とで構成され
   ており、多孔質隔壁の多孔質筒体からの設置位置が各共
   鳴室毎に相違するように形成されている事を特徴とする
   消音装置。
3. 【請求項３】 多孔質隔壁の気孔率が多孔質筒体
   の気孔率より大である事を特徴とする請求項１又は２に
   記載の消音装置。