(57)【要約】【課題】電力供給の必要のない構成を採用しながらも、排気ダクト等の管内を伝達する騒音を良好に低減できる騒音低減装置を提供する。【解決手段】気体通流路２０の流路半径Ｌ１よりも小さい流路半径Ｌ２を有する微細流路１１を複数有する騒音低減筒状体１０を、微細流路１１の流路軸心が気体通流路２０の流路軸心に沿う状態で配設され、微細流路１１の流路半径Ｌ２は、音波Ａの進行波と後退波とが当該微細流路１１を通流する際に圧縮又は膨張を伴う流路半径Ｌ２に設定され、騒音低減筒状体１０は、気体通流路２０において音波Ａの進行波と後退波とによる定在波の圧力振幅の腹に配設される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が通流すると共に騒音としての音波の進行波と後退波とが存在する気体通流路において前記騒音を低減する騒音低減装置であって、
前記気体通流路の流路半径よりも小さい流路半径を有する微細流路を複数有する騒音低減筒状体を、前記微細流路の流路軸心が前記気体通流路の流路軸心に沿う状態で配設され、
前記微細流路の流路半径は、前記音波の進行波と後退波とが当該微細流路を通流する際に圧縮又は膨張を伴う流路半径に設定され、
前記騒音低減筒状体は、前記気体通流路において前記音波の進行波と後退波とによる定在波の圧力振幅の腹に配設される騒音低減装置。
【請求項２】
前記微細流路の流路半径は、常圧下において１００Ｈｚ以下の低周波騒音としての前記音波を低減する場合、０．２５ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下に設定されている請求項１に記載の騒音低減装置。
【請求項３】
前記騒音低減筒状体の筒軸心方向における前記微細流路の長さは、前記微細流路の長さを増加しても低周波騒音の低減量が略一定となる長さでの最短の長さに設定される請求項１又は２に記載の騒音低減装置。
【請求項４】
前記騒音低減筒状体の筒軸心方向における前記微細流路の長さは、前記音波の波長の１／３５を指標として決定される請求項１〜３の何れか一項に記載の騒音低減装置。
【請求項５】
前記騒音低減筒状体の筒軸心方向における前記微細流路の長さは、常圧下において１００Ｈｚ以下の低周波騒音としての前記音波を低減する場合、１０ｃｍ以上３０ｃｍ以下に設定される請求項１〜４の何れか一項に記載の騒音低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体が通流すると共に騒音としての音波の進行波と後退波とが存在する気体通流路において前記騒音を低減する騒音低減装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、騒音発生源から伝播する騒音に対して当該騒音とは逆位相の干渉音を合成させることで、当該騒音を低減させる消音制御を実行する能動型消音システムが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
この種の能動型消音システムは、騒音を検出する第１マイクロホンの検出信号に基づいて、デジタルフィルタである消音制御フィルタ（適応フィルタ）を用いて、スピーカが干渉音を発生するための干渉音信号を生成する。また、この消音制御フィルタのフィルタ係数は、騒音やそれと干渉音との合成音を検出する第１マイクロホン及び第２マイクロホンの検出信号に基づいて常時更新されるので、騒音の状況に応じた消音が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２１０１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に開示の技術にあっては、第１マイクロホン及び第２マイクロホンに加え、消音制御フィルタとしての制御装置を備える必要があり、装置として構成が複雑となっていた。また、消音制御フィルタを用いた干渉音信号の生成、及びフィルタ係数の常時更新を行うため、常時電力供給が必要であった。
【０００５】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力供給の必要のない構成を採用しながらも、排気ダクト等の管内を伝達する騒音を良好に低減できる騒音低減装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための騒音低減装置は、
気体が通流すると共に騒音としての音波の進行波と後退波とが存在する気体通流路において前記騒音を低減する騒音低減装置であって、その特徴構成は、
前記気体通流路の流路半径よりも小さい流路半径を有する微細流路を複数有する騒音低減筒状体を、前記微細流路の流路軸心が前記気体通流路の流路軸心に沿う状態で配設され、
前記微細流路の流路半径は、前記音波の進行波と後退波とが当該微細流路を通流する際に圧縮又は膨張を伴う流路半径に設定され、
前記騒音低減筒状体は、前記気体通流路において前記音波の進行波と後退波とによる定在波の圧力振幅の腹に配設される点にある。
【０００７】
上記特徴構成の如く、気体通流路の流路半径よりも小さい流路半径を有する微細流路を複数有する騒音低減筒状体を、微細流路の流路軸心が気体通流路の流路軸心に沿う状態で配設すると共に、微細流路の流路半径を、音波の進行波と後退波とが当該微細流路を通流する際に圧縮又は膨張を伴う流路半径に設定することで、当該微細流路にて音波が進行波として進行すると共に後退波として後退することで、そこでの気体が膨張・収縮する。これにより、微細流路の一端で温熱が発生すると共に他端で冷熱が発生することになり、騒音としての音波の音響エネルギが、熱エネルギに変換される形で消費され、騒音を低減することができる。更に、発生した温熱及び冷熱は、気体通流路を通流する気体の流動に伴って、流路の外部へ排出されることになる。
以上より、電力供給の必要のない構成を採用しながらも、排気ダクト等の管内を伝達する騒音を良好に低減できる騒音低減装置を実現することができる。
【０００８】
騒音低減装置の更なる特徴構成は、
前記微細流路の流路半径は、常圧下において１００Ｈｚ以下の低周波騒音としての前記音波を低減する場合、０．２５ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下に設定されている点にある。
【０００９】
本発明の発明者らは、微細流路の流路半径は、常圧下において１００Ｈｚ以下の低周波騒音としての音波を低減する場合、０．２５ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下に設定することで、特に、騒音として問題となることが多い低周波騒音を効果的に低減することができることを、シミュレーションにより確認している。
【００１０】
騒音低減装置の更なる特徴構成は、
前記騒音低減筒状体の筒軸心方向における前記微細流路の長さは、前記微細流路の長さを増加しても低周波騒音の低減量が略一定となる長さでの最短の長さに設定される点にある。
【００１１】
本発明の発明者らは、騒音低減筒状体の筒軸心方向における微細流路の長さは、所定の長さまでは、長さに比例して騒音低減効果が高くなるが、所定の長さを超えると、騒音低減効果は略一定となり高くならないことを、シミュレーションにより確認した。そこで、上記特徴構成にあっては、騒音低減筒状体の筒軸心方向における微細流路の長さを、微細流路の長さを増加しても低周波騒音の低減量が略一定となる長さでの最短の長さに設定することにより、騒音低減効果を最大限に発揮すると共に、圧損が無用に高くなることを抑制している。
【００１２】
騒音低減装置としては、
前記騒音低減筒状体の筒軸心方向における前記微細流路の長さは、前記音波の波長の１／３５を指標として決定されることが好ましい。
具体的には、前記騒音低減筒状体の筒軸心方向における前記微細流路の長さは、常圧下において１００Ｈｚ以下の低周波騒音としての前記音波を低減する場合、１０ｃｍ以上３０ｃｍ以下に設定される。
【００１３】
本発明の発明者らは、シミュレーションにより、騒音低減筒状体の筒軸心方向における微細流路の長さを、１０ｃｍ以上３０ｃｍ以下に設定することで、常圧下において１００Ｈｚ以下の低周波騒音としての音波を、効果的に低減できることを確認している。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る騒音低減装置の概略構成図である。
【図２】騒音低減装置の設置位置による騒音低減効果の差異を示すグラフ図
【図３】波長毎における微細流路の流路半径と騒音低減効果との関係を示すグラフ図
【図４】流路半径による騒音低減効果の差異を示すグラフ図
【図５】微細流路の長さと騒音低減効果との関係を示すグラフ図
【図６】微細流路の長さによる騒音低減効果の差異を示すグラフ図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態に係る騒音低減装置１００は、電力供給の必要のない構成を採用しながらも、排気ダクト等の管内を伝達する騒音を良好に低減できるものに関する。
以下、図面に基づいて、実施形態に係る騒音低減装置１００の説明を追加する。
【００１６】
騒音低減装置１００は、気体Ｇ（例えば、燃焼排ガス）が通流すると共に騒音としての音波Ａの進行波と後退波とが存在する気体通流路２０（例えば、排気ダクト）において騒音を低減するものである。
当該騒音低減装置１００は、気体通流路２０の流路半径（図１でＬ１）よりも小さい流路半径（図１でＬ２）を有する微細流路１１を有する騒音低減筒状体１０を、微細流路１１の流路軸心が気体通流路２０の流路軸心に沿う状態で配設されて構成されている。
【００１７】
図２は、常圧下、周波数５０Ｈｚの音波Ａが発生している状況において、微細流路１１の流路半径が０．３５ｍｍ、微細流路１１の流路軸心方向での密度が１２００ｃｅｌｌ／ｓｑｕａｒｅ  ｉｎｃｈ、微細流路１１の長さが３０ｃｍの騒音低減筒状体１０を気体通流路２０に配設した場合の音波Ａの圧力振幅の変化をシミュレーションしたグラフ図である。尚、図２では、粒子速度振幅も併せて図示している。
図２（ａ）は、音波Ａの定在波の圧力振幅の腹に騒音低減筒状体１０を配設した場合のグラフ図であり、図２（ｂ）は、音波Ａの定在波の圧力振幅の節に騒音低減筒状体１０を配設した場合のグラフ図である。図２（ａ）（ｂ）の比較により、音波Ａの定在波の圧力振幅の節に騒音低減筒状体１０を配設する場合に比べ、腹に騒音低減筒状体１０を配設する場合の方が、圧力振幅の低減量（図２でΔＰａ）が大きく、騒音低減効果が高いことがわかる。
当該シミュレーション結果から、騒音低減筒状体１０は、気体通流路２０において音波Ａの進行波と後退波とによる定在波の圧力振幅の腹に配設されている。
【００１８】
騒音低減筒状体１０は、ハニカムセラミックスから構成されており、微細流路１１の流路半径は、音波Ａの進行波と後退波とが微細流路１１を通流する際に圧縮又は膨張を伴う流路半径に設定される。
図３は、波長毎における微細流路１１の流路半径と騒音低減効果との関係をシミュレーションにより導出した結果を示すグラフ図であり、常圧下において、微細流路１１の流路軸心方向での密度が約１００ｃｅｌｌ／ｓｑｕａｒｅ  ｉｎｃｈ以上で約３０００ｃｅｌｌ／ｓｑｕａｒｅ  ｉｎｃｈ以下、微細流路１１の長さが３０ｃｍの騒音低減筒状体１０を気体通流路２０の音波Ａの定在波の腹に配設した場合を示している。
当該図３のシミュレーション結果により、比較的高い騒音低減量を得られる流路半径として、常圧下において１００Ｈｚ以下の低周波騒音としての音波Ａを低減する場合、０．２５ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下の流路半径が、好適な流路半径として設定されることが好ましいことがわかる。
【００１９】
尚、図４は、常圧下、周波数５０Ｈｚの音波Ａが発生している状況において、微細流路１１の流路軸心方向での密度が図４(a)は１２００ｃｅｌｌ／ｓｑｕａｒｅ  ｉｎｃｈ、図４(b)が２００ｃｅｌｌ／ｓｑｕａｒｅ  ｉｎｃｈ、微細流路１１の長さが３０ｃｍの騒音低減筒状体１０を気体通流路２０の音波Ａの定在波の腹に配設した場合の音波Ａの圧力振幅の変化をシミュレーションしたグラフ図である。図４（ａ）は、流路半径を０．３５ｍｍに設定した場合の圧力振幅の低減量ΔＰａを示し、図４（ｂ）は、流路半径を０．７ｍｍに設定した場合の圧力振幅の低減量ΔＰａを示す。尚、図４では、粒子速度振幅も併せて図示している。
図４から、圧力振幅の低減量ΔＰａについても、微細流路１１の流路半径を０．２５ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下の範囲の０．３５ｍｍに設定している場合の方が、当該範囲外の０．７ｍｍに比べて大きいことがわかる。
【００２０】
図５は、常圧下、周波数５０Ｈｚの音波Ａが発生している状況において、微細流路１１の流路半径が０．３５ｍｍ、微細流路１１の流路軸心方向での密度が１２００ｃｅｌｌ／ｓｑｕａｒｅ  ｉｎｃｈ、騒音低減筒状体１０を気体通流路２０の音波Ａの定在波の腹に配設した場合の微細流路１１の長さ（騒音低減筒状体１０の長さ）と騒音低減量との関係をシミュレーションした結果を示すグラフ図である。
図５から判明するように、微細流路１１の長さが所定の長さま（図５でＬａ）では、微細流路１１の長さが長くなるに従って騒音低減量も増加し、微細流路１１の長さが所定の長さ（図５では２０ｃｍ）を超えると、微細流路１１の長さによらず、騒音低減量が一定に維持されることがわかる。
そこで、騒音低減筒状体１０の筒軸心方向における微細流路１１の長さ（図５では、Ｌｂで示される長さのうち最短の長さで２０ｃｍ）は、微細流路１１の長さを増加しても低周波騒音の低減量が略一定となる長さでの最短の長さに設定される。当該微細流路１１の長さは、音波Ａの波長の１／３５を指標として決定されるものであり、常圧下において、１００Ｈｚ以下の低周波騒音としての音波Ａを低減する場合、１０ｃｍ以上３０ｃｍ以下に設定されることが好ましい。
【００２１】
図６は、常圧下、周波数５０Ｈｚの音波Ａが発生している状況において、微細流路１１の流路半径が０．３５ｍｍ、微細流路１１の流路軸心方向での密度が１２００ｃｅｌｌ／ｓｑｕａｒｅ  ｉｎｃｈ、騒音低減筒状体１０を気体通流路２０の音波Ａの定在波の腹に配設した場合の微細流路１１の長さ（騒音低減筒状体１０の長さ）と音波Ａの圧力振幅の低減量ΔＰａとの関係をシミュレーションした結果を示すグラフ図であり、図６（ａ）が微細流路１１の長さを３０ｃｍにした場合、図６（ｂ）が微細流路１１の長さを５ｃｍにした場合の結果である。尚、図６では、粒子速度振幅も併せて図示している。
図６から、微細流路１１の長さを、１０ｃｍ以上３０ｃｍ以下の範囲の３０ｃｍに設定した場合（図６（ａ）の場合）の方が、当該範囲外の５ｃｍにした場合（図６（ｂ）の場合）よりも、圧力振幅の低減量ΔＰａが大きいことがわかる。
【００２２】
〔別実施形態〕
（１）騒音低減筒状体１０は、例えば、気体通流路２０の流路軸心に直交する方向に板面を沿わせた状態で、気体通流路２０の流路軸心に沿って複数並べられる薄板状部材（図示せず）から構成しても構わない。
当該薄板状部材は、金属メッシュ等から構成でき、例えば、厚さが５０μｍ以上１００μｍ以下で、３００枚〜６００枚程度設けられる。当該薄板状部材には、流路軸心に沿う方向に貫通する多数の貫通孔（図示せず）が、その直径が０．２５ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下程度で設けられ、且つその密度が、６００ｃｅｌｌ／ｓｑｕａｒｅ  ｉｎｃｈ以上で１８００ｃｅｌｌ／ｓｑｕａｒｅ  ｉｎｃｈ以下で設けられている。複数の薄板状部材の貫通孔が、筒軸心方向に並ぶ状態で、微細流路１１が形成されることになる。
【００２３】
尚、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の騒音低減装置は、電力供給の必要のない構成を採用しながらも、排気ダクト等の管内を伝達する騒音を良好に低減できる騒音低減装置として、有効に利用可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１０    ：騒音低減筒状体
１１    ：微細流路
２０    ：気体通流路
１００  ：騒音低減装置
Ａ      ：音波
Ｇ      ：気体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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