(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、蒸気のマッハ数が大きい場合においても、繊維系の消音材を使うことなく、騒音を低下させることができる消音器を提供することにある。【解決手段】  本発明の消音器は、上記課題を解決するために、多孔板形状の内筒と、該内筒と所定間隔をもって対向配置された外筒と、前記内筒と外筒により構成される空間から成る吸音層と、該吸音層の空間を軸方向に複数に細分化する仕切板とを備えた消音器において、前記仕切板が、多孔板で形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔板形状の内筒と、該内筒と所定間隔をもって対向配置された外筒と、前記内筒と外筒により構成される空間から成る吸音層と、該吸音層の空間を軸方向に複数に細分化する仕切板とを備えた消音器において、
前記仕切板が、多孔板で形成されていることを特徴とする消音器。
【請求項２】
請求項１に記載の消音器において、
前記吸音層の空間を軸方向に複数に細分化する仕切板は、孔の径が同一の多孔板が隣接配置されていることを特徴とする消音器。
【請求項３】
請求項１に記載の消音器において、
前記吸音層の空間を軸方向に複数に細分化する仕切板は、孔の径が異なる多孔板が隣接配置されていることを特徴とする消音器。
【請求項４】
請求項３に記載の消音器において、
前記吸音層の空間を軸方向に複数に細分化する仕切板は、孔の開口率が異なることを特徴とする消音器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の消音器において、
前記吸音層の空間を軸方向に複数に細分化する仕切板は、その軸方向の間隔がランダムに配置されていることを特徴とする消音器。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかの消音器を備えたことを特徴とする原子力プラント。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかの消音器を備えたことを特徴とする火力プラント。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれかの消音器を備えたことを特徴とする空気圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は消音器に係り、特に、原子力発電所や火力発電所等の高温高圧環境における騒音対策として好適な消音器に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、原子力発電所や火力発電所等では、タービンで発電機を駆動して発電を行うために、タービン前後の配管に高温高圧の蒸気を流すが、この配管に備えられている分岐部やオリフィス部において騒音が発生することがある。
【０００３】
このような場合は、周囲への環境を配慮して消音器を設置することで、あるレベル以下となるように音の強さを変えて騒音を低下させている。
【０００４】
一般的な消音器の構成を、図２及び図３に示す。該図に示す如く、消音器５は、多孔板形状の内筒４と、この内筒４と所定間隔をもって対向配置された外筒２と、内筒４と外筒２により構成される空間から成る吸音層３と、この吸音層３の空間を複数に細分化する仕切板１と、細分化された各吸音層３内のそれぞれに設置された繊維系の消音材７とから概略構成され、配管６と内筒４とは、両者のフランジ部分がボルト等により締結されている。
【０００５】
そして、消音器５に蒸気と共に騒音が配管６を介して流れ込むと、消音器５においては、蒸気は多孔板形状の内筒４の内側を通過するが、騒音である音波の一部は、内筒４と同心円で内筒４の外側に設置されている吸音層３に入り込む。吸音層３は、内筒４と外筒２により構成される空間であり、吸音層３の空間が大きい場合は、吸音層３の内部において大小様々な波長の音波が発生しやすくなり、騒音を消す目的で設置した消音器５から新たに騒音が生じることがある。
【０００６】
これを防ぐため、吸音層３は、仕切板１により空間が軸方向（蒸気の流れ方向）に細分化されると共に、細分化された各吸音層３内には、繊維系の消音材７が設置されている。
【０００７】
騒音である音波には、多孔板形状である内筒４を通過する際に、多孔板の孔部において摩擦損失が生じるため、音波のエネルギーが失われ、騒音が小さくなる。更に、吸音層３に入った音波は、繊維系の消音材７を通過する際にも同様に繊維材との間に摩擦損失が生じエネルギーを失い、騒音が低くなる。以上により、消音器５から排出される蒸気に含まれる騒音が低下する。
【０００８】
繊維系の吸音材７としては、一般にグラスウールやロックウール、ステンレスウールなどが用いられる。グラスウールやロックウールについては、高温、高圧の環境下において劣化することが懸念されている。また、ステンレスウールについては、上記２種類の消音材７と比べると耐熱性は高いが、一般にこれらの消音材７の線径は多孔板４の孔径よりも小さいため、やはり吸音層３から脱離し飛散することが懸念されている。
【０００９】
このように、繊維系の消音材７には、劣化による飛散のリスクがあるため、繊維系の消音材７を用いない消音器が提案されてきた。
【００１０】
例えば、特許文献１では、消音したい音波の波長に合わせてステンレス焼結金網と孔なしの仕切板により構成されている吸音層の寸法を調節することで、繊維系の消音材を用いることなく、騒音となる音波の音圧を低減する方法を開示している。
【００１１】
また、非特許文献１では、多孔板と孔なし仕切板により構成されている吸音層の寸法を調整することで、吸音層のヘルムホルツ共鳴周波数を調節し、ヘルムホルツ共鳴周波数に近い騒音は、吸音層においてエネルギーが吸収されることから、騒音となる音波の音圧を低減することができるとしている。尚、非特許文献１でも、繊維系の消音材は用いていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平８−２１０１１９号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】木村康正、他１名、ターボ機械の静音化  スクリュー圧縮機の低騒音化事例、ターボ機械第３５巻第１０号、(２００７)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１及び非特許文献１においても、消音器５に流れるマッハ数が大きい。即ち、蒸気の流速が速い場合、内筒４である多孔板において、新たな騒音が発生することが本発明者らの研究で明らかになった。ここで、マッハ数とは、流れの圧縮性を特徴付ける無次元数で、消音器５に流れ込む流体の平均流速を流体の音速で除した値である。
【００１５】
内筒４である多孔板で発生する騒音の原理を、図４を用いて説明する。消音器５に蒸気が流れると、多孔板である内筒４の孔部から音波が発生する。この段階において音圧は非常に低く、騒音として問題にはならない。これが吸音層３を伝播し、外筒２で反射した後、内筒４に戻る。この戻ってきた音波と、内筒４で新たに発生する音波の位相が合うと、新たに発生する音波の音圧が強くなる。
【００１６】
以上の過程が繰り返されることで、騒音として問題になるまで音波が非常に強くなる。仕切板を密に配置することで、吸音層３で発生する騒音の波長を小さくすることができるが、騒音の発生自体を抑制することは困難である。
【００１７】
従って、蒸気のマッハ数が大きい場合において、繊維系の消音材を使うことなく、騒音を低下させる消音器が望まれていた。
【００１８】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、蒸気のマッハ数が大きい場合においても、繊維系の消音材を使うことなく騒音を低下させることができる消音器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の消音器は、上記目的を達成するために、多孔板形状の内筒と、該内筒と所定間隔をもって対向配置された外筒と、前記内筒と外筒により構成される空間から成る吸音層と、該吸音層の空間を軸方向に複数に細分化する仕切板とを備えた消音器において、前記仕切板が、多孔板で形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の消音器によれば、蒸気のマッハ数が大きい場合においても、繊維系の消音材を使うことなく騒音を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の消音器の実施例１を示す水平断面図である。
【図２】一般的な消音器を示す水平断面図である。
【図３】図２に示した消音器のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図４】一般的な内筒を形成する多孔板で発生する音波の発生原理を説明するための図である。
【図５】本発明の消音器の実施例１により吸音層に騒音が発生しない原理をするための図である。
【図６】本発明の実施例１に示す消音器と、吸音層に孔なしの仕切板を用いた消音器の騒音特性を示す図である。
【図７】本発明の消音器の実施例２を示す水平断面図である。
【図８】本発明の消音器の実施例３を示す水平断面図である。
【図９】本発明の消音器を火力プラントに適用した例を示す図である。
【図１０】本発明の消音器を原子力プラントに適用した例を示す図である。
【図１１】本発明の消音器を空気圧縮機に適用した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図示した実施例に基づいて、本発明の消音器を説明する。尚、符号は、従来と同一のものは同符号を使用する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の消音器５の実施例１を示すものである。一般的な消音器５として説明した図２及び図３との相違点は、吸音層３の空間を軸方向に複数に仕切っている（細分化している）仕切板８を、多孔板形状に形成したことである。他の構成は、図２及び図３に示した一般的な消音器５と同様である。
【００２４】
本実施例においては、多孔板形状の仕切板８は、その孔径やピッチ、開口率（孔の面積/仕切板の面積）がすべて同じ形状である。また、複数枚ある多孔板形状の仕切板８は、軸方向に同じ間隔（距離）で配置されている。
【００２５】
そして、騒音を含む蒸気は、配管６を介して消音器５に流入して多孔板形状の内筒４の内部を通過するが、騒音である音波の一部は、内筒４と同心円で内筒４の外側に設置されている吸音層３に入り込む。この吸音層３に入り込む音波は、内筒４の多孔板の孔部を通過する際に摩擦損失によりエネルギーを失う。
【００２６】
また、（数１）に示すヘルムホルツ周波数（fr）と音波（騒音）の周波数が一致する場合は、吸音層３内の仕切られた空間の蒸気がヘルムホルツ共鳴器として働き、音波のエネルギーの一部が共鳴器内の蒸気の振動エネルギーとして使われるため、音圧が低下する。
【００２７】
【数１】
2012180792.tif 000003
【００２８】
ここで、ｃは音速(ｍ/ｓ)、πは円周率、Ｎは内筒４の孔の数、Ｖは吸音層３の総体積(ｍ３)、Ｇは多孔板形状の仕切板８の孔１個の伝導度で（数２）のようになる。
【００２９】
【数２】
2012180792.tif 000004
【００３０】
ここで、ｓは多孔板形状の仕切板８の孔１個の面積(ｍ２)、ｒは多孔板形状の仕切板８の厚さ(ｍ)、ｄは多孔板形状の仕切板８の孔径(ｍ)である。
【００３１】
上記したように、本実施例では、吸音層３が多孔板形状の仕切板８により軸方向に複数仕切られている。この構成の消音器５に蒸気を流すと、多孔板形状である内筒４では音波が発生するが、吸音層３が多孔板形状の仕切板８により軸方向に仕切られているため、外筒２の内壁で反射した音波のエネルギーが、多孔板形状の仕切板８を介して隣の吸音層３に拡散する。
【００３２】
吸音層３の空間が完全に仕切られないことから、吸音層３の内部には大小様々な波長の音波が発生する可能性が生じるが、これらの音波が多孔板形状の仕切板８の孔部を通過する際に摩擦損失を受けるため、吸音層３の内部に発生する音圧は低くなり、騒音として問題にはならない。
【００３３】
次に、本実施例における効果を、図５を用いて説明する。
【００３４】
本実施例によれば、消音器５に蒸気を流すと多孔板形状である内筒４では音波が発生するが、従来とは異なり、吸音層３が多孔板形状の仕切板８により軸方向に仕切られているため、音波のエネルギーが外筒２で反射する際に、多孔板形状の仕切板８を介して隣の吸音層３にエネルギーが発散する。これにより、上述したような音圧を強くする繰り返し過程が生じにくくなるため、騒音が低下する。
【００３５】
仕切板８を多孔板形状としたことにより、吸音層３の空間が完全に仕切られていない。これにより吸音層３の内部には、大小様々な波長の音波が発生する可能性が生じるが、これらの音波が、多孔板形状の仕切板８の孔部を通過する際に摩擦損失を受けるため、吸音層３の内部に発生する音圧は低くなり、騒音として問題にはならない。
【００３６】
尚、多孔板形状の仕切板８として複数種類の多孔板を用いたり、仕切板８を等間隔に限定せずに、様々なピッチで配置したりすることで、更に騒音低減効果が向上する。
【００３７】
本実施例の消音器５に空気を送風した際の騒音特性を図６に示す。図６は横軸に周波数を、縦軸に音圧を取り、従来の孔なし板を仕切板として用いた場合（Ａ）と、本実施例の多孔板形状の仕切板を用いた場合（Ｂ）を比較したものである。
【００３８】
該図から明らかな如く、従来の（Ａ）では、消音器から強い音波が発生しているが、本実施例の（ｂ）では、音波が発生していないことがわかる。
【００３９】
これにより、本実施例では、蒸気のマッハ数が大きい場合においても、繊維系の消音材を使うことなく、騒音を低下させることが理解できる。
【実施例２】
【００４０】
図７は、本発明の消音器５の実施例２を示すものである。該図に示す本実施例では、二種類の多孔板を、吸着層３を仕切る仕切板として配置している。即ち、多孔板形状の仕切板８Ａは、多孔板形状の仕切板８Ｂよりも孔径が大きく形成されている。その他の構成は、実施例１と同じである。
【００４１】
そして、本実施例では、騒音を含む蒸気が配管６を介して消音器５に流入すると、蒸気は多孔板形状の内筒４の内部を通過するが、騒音である音波は、内筒４と同心円で内筒４の外側に設置されている吸音層３に入り込む。この音波は、内筒４の多孔板形状の孔部において摩擦損失によりエネルギーを失う。また、（数１）に示すヘルムホルツ周波数（fr）と音波（騒音）の周波数が一致する場合は、吸音層３で仕切られた空間の蒸気がヘルムホルツ共鳴器として働き、音波のエネルギーの一部が共鳴器内の蒸気の振動エネルギーとして使われるため、音圧が低下する。
【００４２】
本実施例の消音器５に蒸気を流すと多孔板形状である内筒４では音波が発生するが、吸音層３が多孔板形状の仕切板８Ａ及び８Ｂにより仕切られているため、外筒２の内壁で反射した音波のエネルギーが、多孔板形状の仕切板８Ａ及び８Ｂを介して隣の吸音層３に拡散する。吸音層３の空間が完全に仕切られないことから、吸音層３の内部には、大小様々な波長の音波が発生する可能性が生じるが、これらの音波が多孔板形状の仕切板８Ａ及び８Ｂの孔部を通過する際に摩擦損失を受けるため、吸音層３の内部に発生する音圧は低くなり、騒音として問題にはならない。
【００４３】
更に、吸音層３の多孔板形状の仕切板８Ａ及び８Ｂの孔径が異なるということは、（数２）で算出される仕切板の伝導度が異なることになる。即ち、音波が仕切板を通過する際に受ける抵抗が、仕切板毎に異なる。この場合、孔径が同じ仕切板を配置した場合よりも、音波の位相が揃いにくくなるため、一層音圧が低下する。
【００４４】
これにより、本実施例では蒸気のマッハ数が大きい場合においても、繊維系の消音材を使うことなく、騒音を低下させることができる。
【実施例３】
【００４５】
図８は、本発明の消音器５の実施例３を示すものである。該図に示す本実施例では、吸音層３を仕切る一種類の多孔板形状の仕切板８を、軸方向（蒸気の流れ方向）に異なるピッチで配置している。即ち、軸方向にランダムに多孔板形状の仕切板８が配置されている。その他の構成は、実施例１と同じである。
【００４６】
そして、本実施例では、騒音を含む蒸気が配管６を介して消音器５に流入すると、蒸気は多孔板形状の内筒４の内部を通過するが、騒音である音波は内筒４と同心円で内筒４の外側に設置されている吸音層３に入り込む。この音波は、内筒４の多孔板形状の孔部において摩擦損失によりエネルギーを失う。また、式（数１）に示すヘルムホルツ周波数（fr）と音波（騒音）の周波数が一致する場合は、吸音層３で仕切られた空間の蒸気がヘルムホルツ共鳴器として働き、音波のエネルギーの一部が共鳴器内の蒸気の振動エネルギーとして使われるため、音圧が低下する。
【００４７】
本実施例の消音器５に蒸気を流すと多孔板形状である内筒４では音波が発生するが、吸音層３が多孔板形状の仕切板８により軸方向に仕切られているため、外筒２の内壁で反射した音波のエネルギーが多孔板形状の仕切板８を介して隣の吸音層３に拡散する。吸音層３の空間が完全に仕切られないことから、吸音層３の内部には、大小様々な波長の音波が発生する可能性が生じるが、これらの音波が多孔板形状の仕切板８の孔部を通過する際に摩擦損失を受けるため、吸音層３の内部に発生する音圧は低くなり、騒音として問題にはならない。
【００４８】
更に、吸音層３を仕切る一種類の多孔板形状の仕切板８を、軸方向に異なるピッチで配置、つまり、吸音層３を仕切る多孔板形状の仕切板８の設置位置の間隔が異なるということは、多孔板形状の仕切板８から隣の多孔板形状の仕切板８までの空間を音波が伝播するのにかかる時間が異なることである。この場合、多孔板形状の仕切板８を等間隔で配置した場合よりも音波の位相が揃いにくくなるため、一層音圧が低下する。
【００４９】
これにより、蒸気のマッハ数が大きい場合においても、繊維系の消音材を使うことなく、騒音を低下させることができる。
【００５０】
尚、特に、図示して説明しないが、吸音層を軸方向に仕切る多孔板形状の仕切板が、その孔径や軸方向に異なるピッチ、開口率（孔の面積/仕切板の面積）が異なる２種類以上ある消音器としてもよい。また、開口率が異なる多孔板形状の仕切板を、図８に示すように、軸方向に異なるピッチで配置すれば、更なる効果が期待できる。
【００５１】
即ち、本発明は、仕切板としては孔径やピッチ、開口率をすべて同じにする必要はなく、複数種類の多孔板を用いることも本発明に含める。また、これらの多孔板である仕切板を等間隔に限定せずに、様々なピッチで配置することも本発明の特徴である。
【００５２】
次に、上記した消音器５が、原子力プラントや火力プラント等の騒音対策として適用される例について説明する。
【００５３】
図９に、火力プラントに適用した例を示す。火力プラントの場合は、燃焼器１０で燃焼した高圧ガスが熱交換器１１を通過し、その熱交換器１１を通過した高圧ガスが排気ダクト１２を介して大気に放出されるが、図９に示す例では、熱交換器１１と排気ダクト１２の間に消音器５を設置して、発生する騒音を低下させている。
【００５４】
図１０に、原子力プラントに適用した例を示す。原子力プラントの場合は、炉心（熱交換器）２０からの蒸気が蒸気タービン２１に入り、この蒸気タービン２１を通過した蒸気は、再び炉心（熱交換器）２０に戻されるが、図１０に示す例では、蒸気が蒸気タービン２１から炉心（熱交換器）２０に戻される系統に消音器５を設置して、発生する騒音を低下させている。
【００５５】
図１１に、空気圧縮機に適用した例を示す。空気圧縮機３０の場合は、主に空気圧縮機３０の吸気側に消音器５を設置して、発生する騒音を低下させている。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、原子力発電所や火力発電所等の騒音対策として好適な高温高圧環境向け消音器に適用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１…仕切板、２…外筒、３…吸音層、４…内筒、５…消音器、６…配管、７…消音材、８、８Ａ、８Ｂ…多孔板形状の仕切板、１０…燃焼器、１１…熱交換器、１２…排気ダクト、２０…炉心（熱交換器）、２１…蒸気タービン、３０…空気圧縮機。
【図１】
2012180792.tif 000005
【図２】
2012180792.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012180792.tif 000011
【図８】
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【図９】
2012180792.tif 000013
【図１０】
2012180792.tif 000014
【図１１】
2012180792.tif 000015