JPH1194180A - 騒音低減用ディフューザおよび音波エネルギを吸収する方法 - Google Patents

騒音低減用ディフューザおよび音波エネルギを吸収する方法

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JPH1194180A
JPH1194180A JP10214295A JP21429598A JPH1194180A JP H1194180 A JPH1194180 A JP H1194180A JP 10214295 A JP10214295 A JP 10214295A JP 21429598 A JP21429598 A JP 21429598A JP H1194180 A JPH1194180 A JP H1194180A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス供給システムにおけるノズル等の騒音源
からの騒音エネルギを効果的かつ直接的に低減するこ
と。 【解決手段】 ガス供給システムにおいて、ノズル１２
におけるガス流の衝撃波により発生する騒音エネルギの
大部分を、音波の半径方向成分に変換し、この半径方向
成分をディフューザ２０の壁と接触させて熱として散逸
させることにより騒音を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス供給システム
のノズルを通過した後のガス等の騒音源からの可聴騒音
を低減する装置および技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】地下、水中、高所、或いは、大気圏外空
間であっても、ある閉じた環境において、ガス供給装置
はしばしば加圧されたガスタンを備えており、そしてガ
スが小さな出口ノズルから周囲環境に放出される。前記
ノズルは１．３ｍｍ（１／２０inch）より小さな直径と
することができる。ガス、例えば窒素ガスや酸素ガスの
流れはタンク内の０．６９ＭＰａ（１００psi ）以上の
圧力にて押し出され、０から０．１ＭＰａ（１４．７ps
i ）の圧力の間の圧力を以て体気圧近傍の外部圧力を励
起する。この圧力が超音波流れを生成し、ガスがノズル
から放出されるとき衝撃波崩壊を生じて気笛音を発生す
る。人間の最もよく聞こえる領域である６５〜８０００
Ｈｚにおいて、上記汽笛音は８０ｄＢ以上の音圧に達す
る。
【０００３】こうした騒音レベルはノズル近傍の者をい
らだたせる。更に、騒音源において低減されなければ、
騒音は、より遠くまで伝達され上記の閉じた環境内の他
の者を悩ませる。従って、ガス分配システム内の騒音源
の近傍でのガス分配システムに関連する騒音を低減する
努力がなされてきた。しかし、こうした努力は成功して
いない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来技術のシステムで
は、音波の経路内にバッフルまたはそらせ板を設けるマ
フラーなどの技術を採用しているものもある。音波はバ
ッフルに接するとエネルギ損失を生じ、バッフルの振動
を通じて散逸する。バッフルを用いたエネルギ変換は効
果的でなく、全方向の音響エネルギを吸収できるように
バッフルを配置することは困難である。また、広い可聴
範囲で音響エネルギと相互作用できるようにバッフルの
大きさを変化させることも難しい。従って、騒音を低減
する上でマフラーは効果的ではなく、特に、可聴範囲の
最も高い領域、すなわち、人が最もうるさく感じる約１
２５０〜８０００Ｈｚの周波数範囲で効果的ではない。
【０００５】従って、典型的にガス供給システムに形成
される騒音源において、より効果的かつ直接的に騒音エ
ネルギを低減する必要がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】ある源、例えばガス供給
ノズルから発生する音波は長手方向成分、半径方向（横
断方向）成分および接線方向成分を有している。本発明
は、衝撃波により発生する音波エネルギの大部分を半径
方向成分に変換し、半径方向成分をエンクロージャの壁
と接触させて熱として散逸させることにより、こうした
音波に関連する騒音を低減する。
【０００７】音波が、該音波の波長の少なくとも１／４
（λ／４）より小さな有効直径を有するエンクロージャ
内を伝播するとき、この音波は変形する（ゆがむ）。本
発明は、ガスノズル等の源の下流に発生する音波を、λ
／４より小さな有効直径、好ましはλ／４よりも相当小
さな有効直径を有するエンクロージャ内に導き、音波の
形態を変形させる。更に、エンクロージャは音源からλ
／４よりも短い距離に配置されなければならない。更
に、これにより音波は長手方向成分が減少して半径方向
成分が増加し、増加した半径成分の音波は、エンクロー
ジャの出口端に到達する前に内面に衝突してエンクロー
ジャの内面を加熱し、音波がエンクロージャから出る前
にエネルギの大部分が散逸される。
【０００８】従って、本発明は、ある源から発する可聴
音波エネルギを許容できるレベルに低減する装置を提供
する。この装置は、音波エネルギを受け、音波エネルギ
の長手方向成分の一部を音波エネルギの半径方向成分に
変換するように配置された長尺のエンクロージャと、前
記音波エネルギの半径方向成分の一部を吸収する前記長
尺のエンクロージャのための壁とを具備する。
【０００９】本発明の特定の好ましい適用例では、前記
ディフューザは、ガスノズルの下流側直近（低減すべき
音波の波長の１／４以内）に配置することができる。こ
れにより流出するガスにより発生する騒音エネルギが可
及的に低減される。ディフューザの直径は低減すべき音
波の波長の１／４よりも小さくする。ディフューザに屈
曲部やベンド部を設けることにより騒音の低減性能が改
善される。また、ディフューザは同じディフューザに複
数のノズルが接続できるようにしてもよい。
【００１０】本発明は、また、ある源から発する音波エ
ネルギの一部を吸収する方法を提供する。この方法は、
音波エネルギの長手方向成分の少なくとも一部を前記オ
なエネルギの半径方向成分に変換することと、前記音波
エネルギの増加した半径方向成分と相互作用させて以て
音波エネルギの半径方向成分の少なくとも一部を散逸可
能に表面を配置することを含む。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明は、音波エネルギ源に関連
する騒音を低減する。然しながら、本実施形態では、ノ
ズルからのガス供給に関連する騒音を低減する特定の適
用例について説明する。
【００１２】図１は、加圧された窒素ガスや酸素ガス等
のガスを貯留可能なタンク１０内のガスを示している。
加圧されたガスはノズル１２を通してタンク１０から流
出することができる。本発明の好ましい実施形態を示す
ディフューザ２０がノズル１２の直近の下流側（ノズル
の出口から、低減すべき音波の波長の１／４以内）に取
り付けられている。本実施形態では、ディフューザ２０
はエンクロージャとしての長尺の円筒状の部材であり、
ノズル１２から流出するガスのバルク流れの方向に概ね
平行にノズル１２の出口から外方に延びている。ディフ
ューザ２０の両端は開いており、ガスがディフューザ２
０を通過できるようになっている。
【００１３】図２に示すように、ディフューザ２０の一
端またはマウス２２がノズル１２の出口の直近に隣接配
置されており、ノズル１２の細い側の直径よりも僅かに
太くなっている。ディフューザの有効直径は、ノズルに
よりガスの流量が制御できるように、通常、ノズル直径
よりも大きくなっており、そしてそのためにこの場合で
もノズルが衝撃波崩壊による騒音源となっている。ディ
フューザ２０のマウス２２の配置は、流出するガスによ
り発生する音波の全体がディフューザ２０に向かうよう
になっている。そのように音波が向かうことを確実にす
るために、ディフューザ２０のマウス２２は、音波が発
生するノズル１２から波長の１／４すなわちλ／４より
も離してはならない。ディフューザ２０をノズル１２の
直近に配置することが非常に好ましい。
【００１４】本実施形態では、図３に示すようにディフ
ューザ２０は、ノズル１２に取り付けられている。ディ
フューザ２０は包囲部材３０によりろう付けされてい
る。包囲部材３０はディフューザ２０を正しい位置に保
持する。図３に示すように、ろうづけ部３２はディフュ
ーザ２０の外側である。このようにディフューザ２０を
取り付けることにより、ロウ付けにより流出するガスの
質量流量が低減することがない。ロウ付けは現在好まし
いが、確実に取り付け、かつ、ガスの流れを阻害しない
他の方法を用いることができる。他の実施形態では、前
記ディフューザは、連結された装置単位としてノズルに
一体的に形成された一部として構成することもできる。
衝撃波崩壊は、高圧のタンクから定圧の周囲に流動する
ときに生じ、単一のノズルとディフューザから成る装置
単位の直径または横断方向の寸法と長さを適切に選択す
ることにより、騒音レベルを低減することができる。
【００１５】ディフューザ２０の直径または横断方向の
寸法は、種々の考察の下に決定される。ディフューザ２
０は、ノズルにおいて発生する音波の全体を捉え、か
つ、ガスの質量流量を低減することがないように充分に
太くしなければならない。更に、充分な音響的損失を得
ることができるように、ディフューザは小さな有効直径
を有してなければならない。音波の再構成を生じさせる
ために、有効直径はλ／４よりも小さくなければなら
ず、好ましくは、充分に再構成を生じさせて規準に適合
した騒音の低減を得るために、有効直径はλ／４よりも
非常に小さくなければならない。
【００１６】音波は、長手方向の成分と、半径方向の成
分と、接線方向の成分とを有している。長手方向の成分
は流れと同じ方向に伝播する波の部分である。長手方向
の電波方向は管の長手方向に下方へ伝播する。半径方向
の成分は流れの方向に対して垂直な方向に電波する。横
断方向の伝播は、ディフューザ２０の中心から外方へデ
ィフューザ２０の側壁へ向かう。
【００１７】音波の波長の１／４よりも小さな有効直径
を有するディフューザ２０を音波が通過すると、その長
手方向のエネルギの一部が細い直径により遮断される。
ディフューザ２０を通じて半径方向に伝播する音波は、
その内壁に衝突して熱に変換され、音波全体のエネルギ
が低減される。
【００１８】ノズルの直径が０．８１ｍｍ（０．０３２
inch）である実施形態では、ディフューザ２０の直径が
１３．２ｍｍ（０．０５２inch）の場合に、音の減少と
流量の低下との間で許容できる釣り合いがとれる。多く
の適用例において、ディフューザ２０の有効直径が、ノ
ズルの直径の１２５〜１７５％の場合に良好な結果が得
られる。また、ディフューザ２０の有効直径がノズルの
有効直径の約１５０％の場合に最も好ましい結果が得ら
れる。低減すべき音響エネルギの周波数範囲により、そ
してディフューザを必要とする適用例により、ディフュ
ーザ２０の有効直径を変えることができる。
【００１９】ディフューザ２０の長もまた種々の考察の
下に変えることができる。周囲の機器や設備と干渉しな
い限り、充分な音の低下が得られるようにディフューザ
２０の長さを長くする必要がある。ノズル直径が０．８
１ｍｍ（０．０３２inch）の実施形態では、ディフュー
ザ２０の長さは２５．４ｍｍ（１inch）の長さがあれば
有効に騒音レベルを低減することができるが、好ましい
長さは５０．８〜１５２ｍｍ（２〜６inch）、最も好ま
しくは７６．２ｍｍ（３inch）である。ディフューザ２
０の最大長さは、空間やコスト等の外的理由により制限
される。
【００２０】ディフューザ２０は充分な音響吸収性能を
備えた材料により形成することができる。現在好ましい
実施形態では、ディフューザ２０は３４７オーステナイ
トステンレス鋼から形成される。然しながら、ディフュ
ーザの材料は、音響吸収性能や使用環境により変えるこ
とができる。例えば、それ程、音を吸収する必要がない
とき、ディフューザ２０はアルミニウムから作ることが
でき、更に吸収する必要があるときにはチタンから形成
することができる。供給するガスが腐食性のガスである
場合には、ディフューザ２０をインコネル等の耐腐食性
材料から形成することができる。
【００２１】エネルギの吸収は、ディフューザ２０の表
面の内側での発熱は小さく、かつ、表面の現象に限定さ
れている。従って、ディフューザ２０の材料は多くの適
用例において耐熱性を備える必要はなく、かつ、ディフ
ューザ２０の肉圧は外的な構造上の条件を除けば問題に
はならない。また、ディフューザ２０は、ガスによる外
部の温度への影響が問題とならない限り、多くの適用例
において断熱する必要はない。
【００２２】ディフューザ２０は、図１に示すように一
般的な方法で継ぎ目無しの直管として製造可能である。
然しながら、ベンド部や屈曲部もしくは湾曲部５０を加
えることにより音響エネルギの損失を大きくすることが
できる。図４〜図７に可能なディフューザの種々の形状
を示す。更に、円筒形の管とする必要はない。内部の有
効直径が、必要な音響処理を実施可能な程度に小さけれ
ば、外部形状はどのような形状であっても良い。
【００２３】図９に、ガス供給システムで用いる本発明
の２つのディフューザをディフューザを示す。ディフュ
ーザ２０の各々が、異なるノズル（図示せず）に接続さ
れている。ノズル各々は、継ぎ手６４を介して異なるガ
スタンクに接続されている。前記ディフューザはハウジ
ング６２により、損傷から保護されている。上記２つの
ディフューザは同一の出口継ぎ手６０に接続されてい
る。本発明のディフューザは、複数のノズルに接続され
るように形成して複数のガスを受容し、かつ、各ノズル
で発生する騒音を除去して、混合ガスを１つの開口部２
２（図８参照）から流出させるようにしてもよい。
【００２４】図１０は、騒音を低減する手段または機器
を備えないノズルから流出するガスにより発生する外部
の騒音レベル（参照番号１００にて指示する）と、マフ
ラーを備えたノズルから流出するガスにより発生する外
部の騒音レベル（参照番号１０２にて指示する）を比較
するグラフである（単位はデシベル、ｄＢ）。政府の推
奨規準はＮＣ−４０であり、これは、多くの人にとって
４０ｄＢより低い騒音レベルは気にならないとの事実に
基づいている。図１０に示す２つの例では、約０．６９
ＭＰａ（１００psi ）の圧力から直径０．８１ｍｍ
（０．０３２inch）のノズルを通して大気にガスを放出
した。２つの例において、騒音レベルは、可聴範囲にお
ける最もうるさく感じる範囲において、許容レベルより
もかなり高く測定されている。従来のマフラーは、上記
の範囲において、許容レベルに対して殆ど騒音レベルを
低減しない。
【００２５】図１１は、図１０と同じノズルに本発明に
よるディフューザを取付けた例において、そこから流出
するガスにより発生する外部騒音レベル（参照番号１０
６にて指示する）のグラフである（単位はデシベル、ｄ
Ｂ）。図１１に示す例においても、約０．６９ＭＰａ
（１００psi ）の圧力から直径０．８１ｍｍ（０．０３
２inch）のノズルを通して大気にガスを放出した。ディ
フューザは、直径１．３２ｍｍ（０．０５２inch）、長
さ７６．２ｍｍ（３inch）で２つのベンド部を有してい
る。本発明のディフューザを備えたノズルからの外部騒
音は、騒音を低減する機器を備えないノズルまたはマフ
ラーを備えたノズルから発生する外部騒音よりも非常に
低くなっている。図１０において参照番号１１０で示す
ように、２０００Ｈｚでは、何も備えないノズルから発
生する騒音は約７６ｄＢであるのに対して、本発明のデ
ィフューザを取り付けることにより、２０００Ｈｚにお
ける騒音は約４０ｄＢである。デシベルは対数で示され
るので、ある騒音レベルから３６ｄＢ低い騒音レベル
は、実際の音の強さは約１／６４となる。
【００２６】
【発明の効果】本発明の適用例は特定の工業に限定され
ない。ガスの流出または放出を制御すべき適用例では本
発明のディフューザを用いる利益がある。病院や製造設
備では、加圧されたガスのためのノズルからの騒音を低
減するために単体で、或いは、より大型のガス供給プロ
セスと組み合わせて用いることができる。航空宇宙産
業、自動車産業または航空機産業でも、室内空気供給シ
ステムからの騒音を低減するために本発明のディフュー
ザを用いることができる。エンジンの排気ガスから発生
する騒音も、本発明のディフューザを用いることにより
低減可能である。本発明の実施形態を説明したが、本発
明の精神と範囲内でその修正、変更が可能であることは
言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】タンクおよびノズルと共に示す本発明実施形態
によるディフューザの模式図である。
【図２】タンクからノズルおよびディフューザを流通す
るガス流れの模式図である。
【図３】ノズルおよびディフューザの拡大断面図であ
る。
【図４】本発明の代替実施形態によるベンド部または屈
曲部を有するディフューザの側面である。
【図５】図４のディフューザの正面図である。
【図６】２つの鈍角のベンド部を有する実施形態による
ディフューザの側面図である。
【図７】螺旋状に形成された実施形態によるディフュー
ザの斜視図である。
【図８】２つのノズルに接続されたディフューザの略示
断面図である。
【図９】２つのディフューザを用いるガス供給システム
の斜視図である。
【図１０】騒音低減手段を備えないノズルからの騒音レ
ベルと、従来のマフラを備えたノズルからの騒音レベル
を示すグラフである。
【図１１】本発明によるディフューザを備えたノズルか
らの騒音レベルを示すグラフである。
【符号の説明】
１０…タンク １２…ノズル ２０…ディフューザ ２２…入口端

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ノズルからガスを供給することに関連し
    て生じる騒音を低減するためのディフューザにおいて、 前記ノズルの下流に配置される少なくとも１つの開口し
    た入口端と、前記入口端から流入したガスを流出させる
    少なくとも１つの開口した出口端とを有する長尺のエン
    クロージャを具備して成り、 前記エンクロージャが前記ノズルから流出するガスによ
    り発生する音波の可聴範囲の波長の１／４よりも小さい
    有効直径を有し、かつ、前記入口端が前記ノズルから流
    出するガスにより発生する音波の可聴範囲の波長の１／
    ４よりも小さい距離を以て前記ノズルから配置されてい
    るディフューザ。
  2. 【請求項２】 前記エンクロージャの有効直径は前記ノ
    ズルの直径の約１２５〜１７５％である請求項１に記載
    のディフューザ。
  3. 【請求項３】 前記エンクロージャの有効直径は前記ノ
    ズルの直径の約１５０％である請求項１に記載のディフ
    ューザ。
  4. 【請求項４】 前記エンクロージャの長さは約２５．４
    ｍｍ（１inch）よりも長くなっている請求項１に記載の
    ディフューザ。
  5. 【請求項５】 前記エンクロージャの長さは約５０．８
    〜１５２ｍｍ（２〜６inch）である請求項１に記載のデ
    ィフューザ。
  6. 【請求項６】 前記エンクロージャの長さは約７６．２
    ｍｍ（３inch）である請求項１に記載のディフューザ。
  7. 【請求項７】 前記入口端が前記ノズルに直接的に隣接
    させて配置されている請求項１に記載のディフューザ。
  8. 【請求項８】 前記エンクロージャが円筒管である請求
    項１に記載のディフューザ。
  9. 【請求項９】 前記エンクロージャがオーステナイトス
    テンレス鋼から形成される請求項１に記載のディフュー
    ザ。
  10. 【請求項１０】 ある源から発する音波エネルギの一部
    を吸収する方法において、音波エネルギの長手方向成分
    の少なくとも一部を音波エネルギの半径方向成分に変換
    することと、ある表面を、前記音波エネルギの増加した
    半径方向成分と相互作用させて以て音波エネルギの半径
    方向成分の少なくとも一部を散逸可能に配置することを
    含む方法。
  11. 【請求項１１】 ある源から発する可聴音波エネルギを
    許容できるレベルに低減する装置において、音波エネル
    ギを受け、音波エネルギの長手方向成分の一部を音波エ
    ネルギの半径方向成分に変換するように配置された長尺
    のエンクロージャと、前記音波エネルギの半径方向成分
    の一部を吸収する前記長尺のエンクロージャのための壁
    とを具備する装置。
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