(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（１１）を備えた吸音装置（１０）であって、前記ハウジング（１１）が囲繞する内部空間が吸音空間（１２）を画成しており、前記ハウジング（１１）は前記吸音空間（１２）と流路（２０）とを連通させる１つまたは複数の開口（１３）を有し、前記吸音空間（１２）の共鳴周波数及びインピーダンスを可変とすることで、前記流路（２０）内の音場に対する適合性を付与した吸音装置（１０）において、
電熱線グリッドまたは電熱線ネット（１７）が、前記開口（１３）の近傍領域の前記流路（２０）と前記開口（１３）との間の境界に配設され、該電熱線グリッドまたは電熱線ネット（１７）が発熱されると、前記開口（１３）内の流体の温度が変化し、かつ電熱線の体積が変化することにより電熱線グリッドまたは電熱線ネット（１７）を通過して流れる流体の流れ抵抗が変化し、これにより、吸音装置（１０）が前記流路（２０）内の音場に対して適合されることを特徴とする吸音装置（１０）。
【請求項２】
前記吸音空間（１２）の共鳴周波数及びインピーダンスを機械的手段及び／または熱的手段によって調節可能にしてあることを特徴とする請求項１記載の吸音装置。
【請求項３】
前記吸音空間（１２）の容積を変化させるための弾性膜（１５）を備えることを特徴とする請求項２記載の吸音装置。
【請求項４】
前記弾性膜（１５）を、気体注入及び／または加圧を行うことによって撓ませ得るようにしてあることを特徴とする請求項３記載の吸音装置。
【請求項５】
前記吸音空間（１２）の温度を上昇させるためのヒータエレメント（１４）を備えることを特徴とする請求項２記載の吸音装置。
【請求項６】
前記ヒータエレメント（１４）が、コイル形状の電熱線から成ることを特徴とする請求項５記載の吸音装置。
【請求項７】
温度センサユニットを備えたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の吸音装置。
【請求項８】
前記吸音空間（１２）の温度及び／または容積を調節するための設定ユニットないし制御ユニットを備えたことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の吸音装置。
【請求項９】
吸音装置（１０）の吸音空間（１２）を１つまたは複数の開口（１３）で流路（２０）に連通させて、前記吸音空間（１２）に前記流路（２０）内の音を吸音させるようにし、更に、前記吸音空間（１２）の共鳴周波数及びインピーダンスを変化させることによって、前記吸音装置（１０）を前記流路（２０）内の音場に適合させるようにした吸音方法において、
前記開口（１３）の近傍領域の前記流路（２０）と前記開口（１３）との間の境界に配設された電熱線グリッドまたは電熱線ネット（１７）を発熱させて、前記開口（１３）内の流体の温度を変化させ、かつ電熱線の体積を変化させることにより電熱線グリッドまたは電熱線ネット（１７）を通過して流れる流体の流れ抵抗を変化させ、これにより、吸音装置（１０）を前記流路（２０）内の音場に対して適合させることを特徴とする吸音方法。
【請求項１０】
前記吸音空間（１２）の容積を膜（１５）により及び／または前記吸音空間（１２）の温度をヒータエレメント（１４）によりクローズドループ制御で調節するようにしたことを特徴とする請求項９記載の吸音方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前提部分に記載した種類の吸音装置と、請求項９の前提部分に記載した種類の吸音方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸音装置は、音を吸収することで、騒音レベルを低下させるものであり、現在広く使用されている。その具体例を挙げるならば、吸音装置は、航空機用エンジン、自動車の排気系統などの様々な排気装置、それに、空調システムの気体流路などの様々な気体流路に装備して、騒音レベルを低下させるために使用されている。
【０００３】
公知の吸音部材として、航空機用エンジンのライナなどの共鳴構造に使用されているものがあるが、この種の吸音部材は受動要素で構成されているため、使用中に音場条件が変化した場合に、変化後の音場条件に適合することができない。即ち、この種の吸音部材は、その使用中に、例えば音圧、音響モードの構成、流速、擾乱状態、及びその他の様々な音場条件や流れ条件が変化した場合に、その変化に適合することができない。また、この種の吸音部材では、様々な使用状況に合わせて、騒音レベルの低減効果を最適化するということもできない。
【０００４】
吸音装置に適合性を付与するための手段としては、圧電式アクチュエータ等の電気力学的手段を用いることが考えられる。しかしながら、圧電アクチュエータには、その制御のための構成にコストがかかるという短所がある。また、圧電アクチュエータは、優れた耐久性を有するとは言い難く、そのため、圧電アクチュエータを使用することのできる吸音装置は限られたものとなる。
【０００５】
ＰＣＴ特許第ＷＯ９２／１５０８８号公報には、音響減衰装置が開示されており、この音響減衰装置は、共鳴周波数を調節可能にした共鳴空間を備えている。また、共鳴空間の共鳴周波数を調節可能にする手段としては、共鳴空間に可動壁を設け、その可動壁を、駆動ロッド及びモータで移動させることによって、共鳴空間の容積を変化させるようにしている。
【０００６】
共鳴周波数を変化させるための別の手段として、ドイツ特許第ＤＥ４２２８３５６Ｃ２号公報には、長さ及び断面積が可変の共振喉部を設けることが提案されている。同公報に具体例として示されている共振喉部は、可撓性を有するゴムチューブで形成されており、このゴムチューブを、調節装置として装備した引張機構で引き伸ばすようにしている。
【０００７】
しかしながら、以上に説明した従来の装置や方法においては、共鳴空間に適合性を付与するための構造が高コストであるということが問題となっていた。また更に、以上に説明した従来のシステムの殆どは、機械的要求条件を満足するだけの耐久性を備えていないという問題もかかえていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、様々な音響条件に適合し得る適合性を具備し、製作に要するコストが比較的低廉であり、耐久性に優れた構造とすることのできる、共鳴器型の吸音装置を提供することにある。本発明の更なる目的は、簡単な方式で、様々な動作状態において、騒音レベルを好適に低減し得る吸音方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的は、請求項１に記載した吸音装置、並びに、請求項９に記載した吸音方法によって達成される。本発明の更なる利点、特徴、局面、及び詳細は、従属請求項、発明の詳細な説明、及び図面から明らかとなる。
【００１０】
吸音装置に関連して以下に説明する利点及び特徴は、同時に、吸音方法の利点及び特徴でもあり、また、吸音方法に関連して以下に説明する利点及び特徴は、同時に、吸音装置の利点及び特徴でもある。
【００１１】
本発明に係る吸音装置は、ハウジングを備えており、前記ハウジングが囲繞する内部空間が吸音空間を画成しており、前記ハウジングは前記吸音空間と流路とを連通させる１つまたは複数の開口を有し、前記吸音空間の共鳴周波数及びインピーダンスを可変とすることで、前記流路内の音場に対する適合性を付与した吸音装置である。
【００１２】
この吸音装置は、その共鳴周波数及びインピーダンスが可変であるため、使用中に、その動作環境が変化した場合でも、そのときの所与の音場に好適に適合することのできる適合性を具備したものとなっている。従って、騒音レベルを好適に低減することができ、更に、そのための制御に要するコストも低廉である。
【００１３】
この吸音装置の共鳴周波数及びインピーダンスは、機械的手段及び／または熱的手段によって調節可能とするのがよい。そうすれば、簡単な方式で所与の音場に好適に適合させることができる。また、この吸音装置は、低コストで実現することができる。更に、この吸音装置のインピーダンスを適合させる際には、そのリアクタンスとレジスタンスとの各々について適合させることができる。
【００１４】
また、この吸音装置は、前記吸音空間の容積を変化させるための弾性膜を備えたものとすることが好ましい。またその場合には、その膜を、例えば気体注入及び／または加圧を行うことによって撓ませ得るようにしておくのがよい。そうすれば、この吸音装置の使用中に、簡単な機構を用いて、この吸音装置を適合させるための操作を好適に行うことができ、また、より高度の耐久性を具備したものにすることができる。
【００１５】
また、この吸音装置は、前記吸音空間の温度を上昇させるためのヒータエレメントを備えたものとすることが好ましい。またその場合には、そのヒータエレメントを、例えば電熱線とするのがよく、また特に、コイル形状の電熱線とするのがよい。かかる実施の形態は、特に耐久性に優れ、コスト的にも有利である。
【００１６】
また、この吸音装置は、前記開口の近傍領域における流れ抵抗を変化させる機構を備えたものとすることが好ましい。それによって、より高度の適合性を付与することができ、ひいては、騒音レベルを更に好適に低減することができるようになる。
【００１７】
この吸音装置に、そのような流れ抵抗を変化させる機構を備える場合には、その機構を、例えば電熱線グリッドまたは電熱線ネットとし、それを前記開口の近傍領域に配設するのがよい。そうすれば、その電熱線を発熱させることで、前記開口の近傍領域における流れ抵抗を変化させることができ、従って、吸音装置の流れ抵抗を適合させることができる。この場合、その電熱線グリッドまたは電熱線ネットを発熱させると、その電熱線グリッドまたは電熱線ネットの体積が変化し、その結果として流れ抵抗が変化する。このようにすることで、この吸音装置を音場に更に好適に適合させることができるようになる。
【００１８】
また、この吸音装置は、温度センサユニットを備えたものとすることが好ましい。この温度センサユニットは、例えば、前述の電熱線グリッドまたは電熱線ネットに装備してもよく、また、或いは、前述のヒータエレメントを構成している電熱線に装備してもよい。こうすることで、簡単な手段で、動作周波数や音響抵抗をオープンループで設定ないしクローズドループで制御することが可能になる。
【００１９】
また、この吸音装置は、前記吸音空間の温度及び／または容積を調節するためのオープンループの設定ユニットないしクローズドループの制御ユニットを備えたものとすることが好ましい。
【００２０】
更なる実施形態として、前記吸音空間に更にマイクロホンを備え、そのマイクロホンによって、この吸音装置の動作周波数領域を検出し、その検出量を、制御を行う際の被制御量とするような実施形態とすることも可能である。
【００２１】
本発明にかかる吸音方法は、吸音空間を流路に連通させて、前記吸音空間に前記流路内の音場を吸音させるようにし、更に、前記吸音空間の共鳴周波数及びインピーダンスを変化させることによって、前記吸音空間を前記流路内の音場に適合させるようにしたものである。これによって、動作環境や流路内の騒音特性が様々に変化する場合であっても、騒音レベルをより良好に、即ち最適に低減することができる。また、吸音装置の使用中に、吸収しようとする音場の音響特性や流れ特性が変化した場合でも、吸音装置の動作周波数領域及び／または音響インピーダンスを、その変化した特性に適合させることができる。
【００２２】
また、この方法においては、膜によって前記吸音空間の容積を変化させるようにすることが好ましい。更に、そうすると共に、或いは、そうする代わりに、制御可能なヒータエレメントによって前記吸音空間の温度を調節するようにしてもよい。
【００２３】
また、前記流路と前記吸音空間との間の流れ抵抗を、例えば電熱線グリッドやそれと同等の機能を有するその他の手段によって、調節するようにするとよい。
【００２４】
本発明によれば、上述した様々な利点に加えて、吸音装置の製作が容易でその製作コストも低廉であるという利点が更に得られる。また、この吸音装置は軽量であり、厳しい環境にあっても高い信頼性をもって動作し得るものである。ここでいう厳しい環境には、例えば、温度が非常な高温または低温であること、流れが乱流状態にあってその速度が非常な高速または低速であること、それに音圧が激しく動揺することなどが含まれる。また、制御に要するコストも低廉である。この吸音装置は、様々な技術分野において利用可能であり、例えば、航空機用エンジンに使用することができ、自動車の分野でも利用可能であり、更には、排気装置や空調装置に装備して用いるなど、その他の分野でも利用可能である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
これより本発明の好適な実施の形態について、更に詳細に説明して行く。
【００２６】
図１は、本発明の好適な実施の形態にかかる吸音装置を示した図であり、この吸音装置は、流路と連通させて、その流路内の音場を減衰させる装置である。
【００２７】
図１は吸音装置１０を示しており、この吸音装置１０は流路２０と連通している。吸音装置１０はハウジング１１を備えており、このハウジング１１は内部空間を囲繞している。ハウジング１１が囲繞するこの内部空間は、吸音空間１２を画成している。ハウジング１１は更に、吸音空間１２と流路２０とを連通させる貫通孔として形成された複数の開口１３を有する。吸音装置１０は、吸音空間の共鳴周波数及びインピーダンスを調節可能にするための熱的エレメント及び機械的エレメントを備えており、それらエレメントによって、この吸音装置１０に、またこの吸音空間１２に、流路２０内の音場に対する適合性を付与している。これらエレメントについては、後に更に詳細に説明する。
【００２８】
図示の好適な実施の形態においては、吸音装置１０と、この吸音装置１０が連通している流路２０とは、それらが組み合わさった全体として吸音リングを構成するように形成されている。図１の断面図から明らかなように、この吸音リングは、騒音の発生源である流路２０を囲む形状に形成されている。また、この実施の形態においては、吸音装置１０は円対称（軸対称）の形状に形成されており、図１の断面図の切断平面は、その対称平面に一致している。従って、吸音装置１０はドーナツ形であり、複数の開口１３は、流路２０から径方向に延出して、この吸音装置１０のハウジング１１のうちの流路２０を画成している部分を貫通して延在する貫通孔として形成されており、これによって、複数の開口１３は、流路２０の内部空間と、吸音装置１０の内部空間である吸音空間１２とを連通させている。
【００２９】
ただし、この吸音装置１０は、以上の実施の形態とは異なった、別の実施の形態とすることもでき、その場合に、吸音装置１０と流路とが、いかなる形態であれ連通していればよい。また、その場合に、吸音装置１０が流路２０を囲む形状とすることは必ずしも必要ではなく、流路２０の一側において連通しているだけでもよく、また、流路２０の何箇所かで連通しているようにしてもよい。
【００３０】
吸音空間１２の内部には、電熱線１４で形成したヒータエレメントが配設されており、この電熱線１４で吸音空間１２の温度を上昇させることによって、吸音空間１２の温度を調節可能にしている。電熱線１４は、コイル形状であり、不図示の電源に接続されている。電熱線１４は、この吸音装置１０のハウジング１１を貫通して、その端部が外部へ引き出されている。吸音空間１２の内部の流体ないし気体を加熱すると、その流体ないし気体の密度が変化し、その結果、音速が変化する。更にそれによって、吸音装置１０の動作周波数ないし動作周波数領域が変化する。更に、電熱線１４を発熱させて吸音空間１２の内部の流体ないし気体の温度を上昇させると、音響抵抗も変化する。従って、電熱線１４によって、吸音装置１０の動作周波数領域の適合化を可能にしており、また、吸音装置１０の音響インピーダンスないし音響抵抗の適合化も可能にしている。
【００３１】
図示の好適な実施の形態においては、吸音装置１０は更に、弾性膜１５を備えており、この弾性膜１５は、吸音空間１２にとっての可動隔壁として機能するものである。より詳しくは、弾性膜１５は、吸音空間１２と、容積可変の加圧空間１６との間を隔てる隔壁を形成している。加圧空間１６は、不図示の連通路を介して、同じく不図示のポンプ等の圧力発生装置に接続されている。これによって加圧空間１６を容積可変としており、換言すれば、弾性膜１５を撓ませ得るようにしている。そして、加圧空間１６への気体注入を行えば、ないしは、加圧空間１６の圧力を吸音空間１２内の圧力以上に加圧すれば、弾性膜１５は、吸音空間１２へ向かって膨出する。この場合には、吸音空間１２の容積は減少することになる。一方、吸音空間１２と加圧空間１６との間の圧力関係を逆にすれば、弾性膜１５が撓むことによって、吸音空間１２の容積は増大することになる。
【００３２】
従って、弾性膜１５は、吸音空間１２の容積を機械的ないし空圧的に変化させるための手段を構成している。これによって、吸音装置１０の共鳴周波数をシフトさせることができ、即ち、適当な調節を加えることで、吸音装置１０の動作周波数ないし動作周波数領域の適合化が可能となっている。更に、これによって、吸音装置１０の音響抵抗ないし音響インピーダンスも、少なくとも部分的に変化させることができる。
【００３３】
電熱線１４及び弾性膜１５は、それらのうちの一方だけを吸音装置１０に装備するようにしてもよく、両方を装備するようにしてもよい。従って、この吸音装置１０は、吸音空間の共鳴周波数及びインピーダンスを変化させるための手段として、熱的手段だけを装備したものとすることもでき、機械的手段だけを装備したものとすることもでき、それら両方の手段を装備したものとすることも可能である。
【００３４】
この実施の形態にかかる吸音装置１０では、更に、開口１３の近傍領域に電熱線グリッドまたは電熱線ネット１７を配設するようにしている。図示例では、電熱線ネット１７が、開口１３の前面に、即ち流路２０と開口１３との間の境界部に配設されている。
【００３５】
従って、開口１３に近接した位置に配設した電熱線ネット１７を発熱させることができるようにしている。そして、それによって、開口１３の前面のこの電熱線ネット１７を通過して流れる流体の複素流れ抵抗を変化させることができるようにしている。この場合、電熱線ネット１７を発熱させると、開口１３の内部の流体ないし気体の温度が上昇し、その結果、その流体ないし気体の音速、密度、及び粘度が変化する。従って、この電熱線ネット１７もまた、吸音装置１０の動作周波数領域や音響抵抗を変化させるための、熱的手段（熱的に機能する手段）を構成している。
【００３６】
また、電熱線ネット１７を発熱させると、この電熱線ネット１７を形成している個々の電熱線が膨張するため、それによっても流れ抵抗が変化する。また、それによって、この吸音装置１０の流れ抵抗の適合化の程度を変化させることができるため、それを利用して、この吸音装置１０を、様々な動作条件に好適に適合させることができ、また、流路２０内の音場の変化に対しても好適に適合させることができる。
【００３７】
この好適な実施の形態にかかる吸音装置１０は更に、温度センサユニットを備えている。この温度センサユニットは図示していないが、例えば、前述のコイル形状の電熱線１４に近接させて配設したり、電熱線ネット１７に近接させて配設したりするものである。温度センサユニットを備えた場合には、クローズドループ制御回路や制御装置と組合せることによって、発熱量を自動制御することができる。ただし、自動制御によらず、単に、指定値に設定することでオープンループで発熱量を調節するようにしてもよい。
【００３８】
発熱量の設定ないし制御を行う際には、先ず、実地試験によって、発熱させるために供給する電流と、発生する温度との間の関係を表す特性曲線ないし特性曲線領域を求める。そして、そのデータをメモリに格納し、その格納したデータに基づいて吸音装置１０の設定ないし制御を行うようにすれば、この吸音装置１０を個々の用途ないし動作条件における音場パラメータに好適に適合させることができる。
【００３９】
以上に説明した吸音装置１０を用いた吸音方法においては、機械的手段及び／または熱的手段によって、共鳴周波数及びインピーダンスを適合させるようにする。より詳しくは、その際に、吸音装置１０の吸音空間１２の容積を変化させるのであれば、加圧空間１６へ気体注入を行って弾性膜１５を撓ませ、吸音空間１２の方へ膨出させるようにすればよい。また、吸音空間１２の内部の流体の音響特性インピーダンスを変化させるのであれば、その流体を、コイル形状の電熱線１４で加熱すればよい。また、開口１３の内部及び近傍の流体の音響特性インピーダンスを変化させるのであれば、その流体を、開口１３に近接した位置に配設した電熱線ネット１７で加熱すればよい。更に、この電熱線ネット１７を十分に発熱させることによって、開口１３の前面に装備したこの電熱線ネット１７を通過して流れる流体の複素流れ抵抗を変化させることができる。
【００４０】
以上に、吸音装置１０を変化する音場条件に適合させるための、様々な可能な調節方法を説明したが、それら方法は、各々を単独に実施し得るものである。従って、それら調節方法のうちの１つだけを実施することも、また、それらのうちの２つ以上を組合せて実施することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】流路と連通させてその流路内の音場を減衰させるようにした、本発明の好適な実施の形態にかかる吸音装置を示した断面図である。
【符号の説明】
１０  吸音装置
１１  ハウジング
１２  吸音空間
１３  開口
１４  電熱線（ヒータエレメント）
１５  弾性膜
１６  加圧空間
１７  電熱線グリッドないし電熱線ネット
２０  流路
【図１】
0004806126.tif 000002