(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧気体を細孔から噴出させながら外部に排気するときの騒音を吸音壁で吸音することにより低減する消音器において、
前記高圧気体を噴出する細孔を周面に有し、一方端が密閉された筒状の高圧気体噴出体と、
前記高圧気体噴出体の周面に対して平行配置された吸音壁を有し、該吸音壁の一方端が高圧気体を外部に排気するように開口された筒状の外筒消音体とを備えており、
前記吸音壁は、
前記騒音を吸収する吸音部材を収容し、該吸音部材に孔部を介して騒音を到達させる複数の吸音室を有しており、これら各吸音室に付与される圧力差が孔部を介して流入した高圧気体で吸音部材を変形させない所定値以下となるように、各吸音室が高圧気体の排気方向に区分され、
前記吸音室は、前記外筒消音体に対して高圧気体により付与される圧力分布のうち、急激な圧力勾配で大きな圧力差を示す部分で少なくとも区分されていることを特徴とする消音器。
【請求項２】
高圧気体を細孔から噴出させながら外部に排気するときの騒音を吸音壁で吸音することにより低減する消音器において、
前記高圧気体を噴出する細孔を周面に有し、一方端が密閉された筒状の高圧気体噴出体と、
前記高圧気体噴出体の周面に対して平行配置された吸音壁を有し、該吸音壁の一方端が高圧気体を外部に排気するように開口された筒状の外筒消音体とを備えており、
前記吸音壁は、
前記騒音を吸収する吸音部材を収容し、該吸音部材に孔部を介して騒音を到達させる複数の吸音室を有しており、これら各吸音室に付与される圧力差が孔部を介して流入した高圧気体で吸音部材を変形させない所定値以下となるように、各吸音室が高圧気体の排気方向に区分され、
前記外筒消音体に対して高圧気体により付与される圧力分布のうち、急激な圧力勾配で大きな圧力差を示す部分に対応する吸音室は、他の吸音室に収容された吸音部材よりも変形し難い吸音部材を収容していることを特徴とする消音器。
【請求項３】
高圧気体を細孔から噴出させながら外部に排気するときの騒音を吸音壁で吸音することにより低減する消音器において、
前記高圧気体を噴出する細孔を周面に有し、一方端が密閉された筒状の高圧気体噴出体と、
前記高圧気体噴出体の周面に対して平行配置された吸音壁を有し、該吸音壁の一方端が高圧気体を外部に排気するように開口された筒状の外筒消音体とを備えており、
前記吸音壁は、
前記騒音を吸収する吸音部材を収容し、該吸音部材に孔部を介して騒音を到達させる複数の吸音室を有しており、これら各吸音室に付与される圧力差が孔部を介して流入した高圧気体で吸音部材を変形させない所定値以下となるように、各吸音室が高圧気体の排気方向に区分され、かつ、前記外筒消音体に対して高圧気体により付与される圧力分布のうち、急激な圧力勾配で大きな圧力差を示す部分を除いて設けられていることを特徴とする消音器。
【請求項４】
前記吸音室は、略等間隔に区分されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の消音器。
【請求項５】
前記吸音室は、高圧気体による圧力差が略等しくなるように区分されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の消音器。
【請求項６】
前記高圧気体噴出体は、一方端側の開口率が他方端側の開口率よりも減少されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の消音器。
【請求項７】
前記高圧気体噴出体は、一方端側の流路断面積が他方端側の流路断面積よりも減少されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の消音器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧気体を大気中に排気する際に発生する騒音を低減する消音器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば大量の高圧気体を大気中に排気する製造プラント等においては、配管から高圧気体を大気中に排気するときの騒音を低減するように、配管の先端部に消音器を設けている場合が多い。従来の一般的な消音器は、図１３（ａ）・（ｂ）に示すように、配管５１の開口を封止板５２で密閉すると共に、この封止板５２および配管５１の周囲に多数の細孔５１ａ・５２ａを形成することによって、大量の高圧気体の流れを細孔５１ａ・５２ａで分割する。そして、端面を開口した吸音材からなる外筒消音体５３により細孔５１ａ・５２ａの周囲を囲むことによって、高圧気体が細孔５１ａ・５２ａから噴出する際のジェット音や気流音等の騒音を外筒消音体５３で吸音しながら高圧気体を開口部５３ａから大気中に排気する構成にされている。
【０００３】
また、従来の消音器には、上記のように構成されたものの他、図１４に示すように、外筒消音体５３の開口部５３ａに吸音板からなる吸音スプリッタ５４を設けることによって、細孔５１ａ・５２ａで生じた騒音が開口部５３ａから直接漏洩しないように構成されたものや、図１５に示すように、外筒消音体５３の側面に開口部５３ａを形成することによって、封止板５２の板面に対して直交方向に進行する騒音を外筒消音体５３の壁面に衝突させて吸音するように構成されたもの、図１６に示すように、外筒消音体５３の開口部５３ａを封止し、外筒消音体５３の吸音部材５５で騒音を吸音しながら周面の小孔５３ｂから高圧気体を排気するように構成されたものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１３および図１５に示すように、外筒消音体５３の端面や側面に開口部５３ａを配置しただけの構成では、多くの騒音が吸音されずに直接的に開口部５３ａから漏洩すると共に、外筒消音体５３で吸音されずに反射した多くの騒音が開口部５３ａから漏洩するため、騒音を十分に低減することができないという問題がある。
【０００５】
また、図１４および図１６に示すように、開口部５３ａに吸音スプリッタ５４を設けたり、開口部５３ａを密閉して周面の小孔５３ｂから吸音部材５５を介して高圧気体を排気するように構成した場合には、騒音の直接的な漏洩が防止されるため、騒音を十分に低減することはできるが、高圧気体の流動が吸音スプリッタ５４や吸音部材５５により遮られるため、大量の高圧気体を排気することが困難であるという問題がある。
【０００６】
そこで、このような問題を解決するため、特願平１０−３１２０６号公報においては、高圧気体を噴出する細孔を周面に有し、一方端が密閉された筒状の高圧気体噴出体と、高圧気体噴出体の周面に対向した吸音壁を有し、吸音壁の一方端が高圧気体を外部に排気するように開口された筒状の外筒消音体と、高圧気体噴出体の一方端に設けられることにより外筒消音体の内部に配置され、外筒消音体の内壁面に沿う吸音壁を備えた内筒消音体とを有した構成の消音器が提案されている。
【０００７】
ところが、上記構成の消音器を実際に製作し、高圧気体を噴出して消音の程度を調査する実験を行ったところ、消音については十分な効果を得ることが確認できたが、高圧気体をさらに高速で噴出させた場合、吸音壁を通過して吸音材内部に高圧気体が流入して吸音壁が破損する可能性があることを発見した。
【０００８】
そこで、本発明は、騒音を十分に低減しながら大量の高圧気体を排気することができ、さらに高圧気体の噴出時における外筒消音体の破損および吸音性能の低下を防止することができる消音器を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、高圧気体を細孔から噴出させながら外部に排気するときの騒音を吸音壁で吸音することにより低減する消音器において、前記高圧気体を噴出する細孔を周面に有し、一方端が密閉された筒状の高圧気体噴出体と、前記高圧気体噴出体の周面に対して平行配置された吸音壁を有し、該吸音壁の一方端が高圧気体を外部に排気するように開口された筒状の外筒消音体とを備えており、前記吸音壁は、前記騒音を吸収する吸音部材を収容し、該吸音部材に孔部を介して騒音を到達させる複数の吸音室を有しており、これら各吸音室に付与される圧力差が孔部を介して流入した高圧気体で吸音部材を変形させない所定値以下となるように、各吸音室が高圧気体の排気方向に区分され、前記吸音室は、前記外筒消音体に対して高圧気体により付与される圧力分布のうち、急激な圧力勾配で大きな圧力差を示す部分で少なくとも区分されていることを特徴としている。
【００１０】
上記の構成によれば、高圧気体が高圧気体噴出体の細孔から噴出すると、高圧気体は、外筒消音体の吸音壁と高圧気体噴出体の周面との隙間を流動した後、一方端の開口から外部に排気される。従って、細孔から一方端の開口までの高圧気体流路中に高圧気体の流動を阻害する吸音スプリッタや曲げ加工等の障害物が存在しないため、外筒消音体の吸音壁の摩擦を除けば、高圧気体が通気抵抗を受けることがない。
【００１１】
また、高圧気体が細孔から噴出すると、ジェット音や気流音等の騒音が発生し、この騒音は、各細孔を中心に球面状に拡大しながら伝播する。この際、高圧気体噴出体の一方端が密閉され、細孔が高圧気体噴出体の周面にのみ形成されているため、球面状に伝播する騒音の大部分は、高圧気体噴出体の周面に対して平行配置された外筒消音体の吸音壁に到達して吸音される。
【００１２】
これにより、消音器は、最小限の通気抵抗により大きな流速で高圧気体を流動させることができるため、大量の高圧気体を大気中に排気することが可能であると共に、外筒消音体の開口から直接外部に漏洩する騒音が僅かであるため、大量の高圧気体を外筒消音体の開口から排気して大きな騒音を高圧気体噴出体の細孔付近で発生させた場合でも、外部に漏洩する騒音を十分に低減することができる。
【００１３】
また、高圧気体が高圧気体噴出体の細孔から噴出すると、高圧気体は、外筒消音体の吸音壁に対して略直角方向に衝突した後に開口方向に流動する。従って、外筒消音体の吸音壁の壁面には、高圧気体噴出体の周囲に対応する部分で高圧となり、高圧気体噴出体の一方端に対応する部分で急激に圧力を低下させた後、開口方向の一方端にかけて低圧となる圧力分布が付与される。そして、吸音壁の壁面に圧力差が存在すると、吸音壁内部の吸音室に孔部を介して高圧気体が流入しようとする力が圧力差に応じた大きさで働くことになる。
【００１４】
この際、本発明の構成によれば、各吸音室が高圧気体の排気方向に区分され、高圧気体で吸音部材を変形させない所定値以下となるように各吸音部材の圧力差が設定されている。これにより、大きな圧力差および急激な圧力勾配を有する圧力分布の圧力が外筒消音体の全体において作用した場合であっても、各吸音室単位においては、吸音部材が変形しない程度の圧力差の影響しか受けないため、吸音部材が変形することによる吸引性能の低下や破損を生じることがない。
また、吸音室は、外筒消音体に対して高圧気体により付与される圧力分布のうち、急激な圧力勾配で大きな圧力差を示す部分で少なくとも区分されている。こうすることにより、吸音室に作用する圧力差を容易に最小値に設定することができるため、吸音室を区分する際の設計や製作を容易に行うことができる。
【００１５】
請求項２の発明は、高圧気体を細孔から噴出させながら外部に排気するときの騒音を吸音壁で吸音することにより低減する消音器において、前記高圧気体を噴出する細孔を周面に有し、一方端が密閉された筒状の高圧気体噴出体と、前記高圧気体噴出体の周面に対して平行配置された吸音壁を有し、該吸音壁の一方端が高圧気体を外部に排気するように開口された筒状の外筒消音体とを備えており、前記吸音壁は、前記騒音を吸収する吸音部材を収容し、該吸音部材に孔部を介して騒音を到達させる複数の吸音室を有しており、これら各吸音室に付与される圧力差が孔部を介して流入した高圧気体で吸音部材を変形させない所定値以下となるように、各吸音室が高圧気体の排気方向に区分され、前記外筒消音体に対して高圧気体により付与される圧力分布のうち、急激な圧力勾配で大きな圧力差を示す部分に対応する吸音室は、他の吸音室に収容された吸音部材よりも変形し難い吸音部材を収容していることを特徴としている。
上記の構成によれば、高圧気体が高圧気体噴出体の細孔から噴出すると、高圧気体は、外筒消音体の吸音壁と高圧気体噴出体の周面との隙間を流動した後、一方端の開口から外部に排気される。従って、細孔から一方端の開口までの高圧気体流路中に高圧気体の流動を阻害する吸音スプリッタや曲げ加工等の障害物が存在しないため、外筒消音体の吸音壁の摩擦を除けば、高圧気体が通気抵抗を受けることがない。
また、高圧気体が細孔から噴出すると、ジェット音や気流音等の騒音が発生し、この騒音は、各細孔を中心に球面状に拡大しながら伝播する。この際、高圧気体噴出体の一方端が密閉され、細孔が高圧気体噴出体の周面にのみ形成されているため、球面状に伝播する騒音の大部分は、高圧気体噴出体の周面に対して平行配置された外筒消音体の吸音壁に到達して吸音される。
これにより、消音器は、最小限の通気抵抗により大きな流速で高圧気体を流動させることができるため、大量の高圧気体を大気中に排気することが可能であると共に、外筒消音体の開口から直接外部に漏洩する騒音が僅かであるため、大量の高圧気体を外筒消音体の開口から排気して大きな騒音を高圧気体噴出体の細孔付近で発生させた場合でも、外部に漏洩する騒音を十分に低減することができる。
また、高圧気体が高圧気体噴出体の細孔から噴出すると、高圧気体は、外筒消音体の吸音壁に対して略直角方向に衝突した後に開口方向に流動する。従って、外筒消音体の吸音壁の壁面には、高圧気体噴出体の周囲に対応する部分で高圧となり、高圧気体噴出体の一方端に対応する部分で急激に圧力を低下させた後、開口方向の一方端にかけて低圧となる圧力分布が付与される。そして、吸音壁の壁面に圧力差が存在すると、吸音壁内部の吸音室に孔部を介して高圧気体が流入しようとする力が圧力差に応じた大きさで働くことになる。
この際、本発明の構成によれば、各吸音室が高圧気体の排気方向に区分され、高圧気体で吸音部材を変形させない所定値以下となるように各吸音部材の圧力差が設定されている。これにより、大きな圧力差および急激な圧力勾配を有する圧力分布の圧力が外筒消音体の全体において作用した場合であっても、各吸音室単位においては、吸音部材が変形しない程度の圧力差の影響しか受けないため、吸音部材が変形することによる吸引性能の低下や破損を生じることがない。
また、本発明の構成によれば、外筒消音体に対して高圧気体により付与される圧力分布のうち、急激な圧力勾配で大きな圧力差を示す部分に対応する吸音室は、他の吸音室に収容された吸音部材よりも変形し難い吸音部材を収容している。こうすることにより、大きな圧力差により大量の高圧気体が吸音室に流入した場合でも、この吸音室に収容された吸音部材が変形し難いものであるため、吸音部材の変形による破損等を防止することができる。
【００１６】
請求項３の発明は、高圧気体を細孔から噴出させながら外部に排気するときの騒音を吸音壁で吸音することにより低減する消音器において、前記高圧気体を噴出する細孔を周面に有し、一方端が密閉された筒状の高圧気体噴出体と、前記高圧気体噴出体の周面に対して平行配置された吸音壁を有し、該吸音壁の一方端が高圧気体を外部に排気するように開口された筒状の外筒消音体とを備えており、前記吸音壁は、前記騒音を吸収する吸音部材を収容し、該吸音部材に孔部を介して騒音を到達させる複数の吸音室を有しており、これら各吸音室に付与される圧力差が孔部を介して流入した高圧気体で吸音部材を変形させない所定値以下となるように、各吸音室が高圧気体の排気方向に区分され、かつ、前記外筒消音体に対して高圧気体により付与される圧力分布のうち、急激な圧力勾配で大きな圧力差を示す部分を除いて設けられていることを特徴とする。
上記の構成によれば、高圧気体が高圧気体噴出体の細孔から噴出すると、高圧気体は、外筒消音体の吸音壁と高圧気体噴出体の周面との隙間を流動した後、一方端の開口から外部に排気される。従って、細孔から一方端の開口までの高圧気体流路中に高圧気体の流動を阻害する吸音スプリッタや曲げ加工等の障害物が存在しないため、外筒消音体の吸音壁の摩擦を除けば、高圧気体が通気抵抗を受けることがない。
また、高圧気体が細孔から噴出すると、ジェット音や気流音等の騒音が発生し、この騒音は、各細孔を中心に球面状に拡大しながら伝播する。この際、高圧気体噴出体の一方端が密閉され、細孔が高圧気体噴出体の周面にのみ形成されているため、球面状に伝播する騒音の大部分は、高圧気体噴出体の周面に対して平行配置された外筒消音体の吸音壁に到達して吸音される。
これにより、消音器は、最小限の通気抵抗により大きな流速で高圧気体を流動させることができるため、大量の高圧気体を大気中に排気することが可能であると共に、外筒消音体の開口から直接外部に漏洩する騒音が僅かであるため、大量の高圧気体を外筒消音体の開口から排気して大きな騒音を高圧気体噴出体の細孔付近で発生させた場合でも、外部に漏洩する騒音を十分に低減することができる。
また、高圧気体が高圧気体噴出体の細孔から噴出すると、高圧気体は、外筒消音体の吸音壁に対して略直角方向に衝突した後に開口方向に流動する。従って、外筒消音体の吸音壁の壁面には、高圧気体噴出体の周囲に対応する部分で高圧となり、高圧気体噴出体の一方端に対応する部分で急激に圧力を低下させた後、開口方向の一方端にかけて低圧となる圧力分布が付与される。そして、吸音壁の壁面に圧力差が存在すると、吸音壁内部の吸音室に孔部を介して高圧気体が流入しようとする力が圧力差に応じた大きさで働くことになる。
この際、本発明の構成によれば、各吸音室が高圧気体の排気方向に区分され、高圧気体で吸音部材を変形させない所定値以下となるように各吸音部材の圧力差が設定されている。これにより、大きな圧力差および急激な圧力勾配を有する圧力分布の圧力が外筒消音体の全体において作用した場合であっても、各吸音室単位においては、吸音部材が変形しない程度の圧力差の影響しか受けないため、吸音部材が変形することによる吸引性能の低下や破損を生じることがない。
また、本発明の構成によれば、吸音壁は、外筒消音体に対して高圧気体により付与される圧力分布のうち、急激な圧力勾配で大きな圧力差を示す部分を除いて設けられている。こうすることにより、急激な圧力勾配で大きな圧力差を示す最も破損し易い部分に吸音室が存在しないため、消音器全体として破損を生じ難いものとすることができる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の消音器であって、前記吸音室は、略等間隔に区分されていることを特徴としている。上記の構成によれば、吸音室を区分するためのリブ等を一定の送り量で設置することができるため、消音器を容易に製造することができる。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の消音器であって、前記吸音室は、高圧気体による圧力差が略等しくなるように区分されていることを特徴としている。上記の構成によれば、各吸音室に作用する圧力差が最小限になるため、高圧気体の流入による吸音部材の変形を最小限に抑制することができる。
【００２０】
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の消音器であって、前記高圧気体噴出体は、一方端側の開口率が他方端側の開口率よりも減少されていることを特徴としている。上記の構成によれば、高圧気体噴出体の一方端側において高圧気体の噴出量が減少するため、この一方端側における圧力差や圧力勾配を低減することができる。これにより、大きな圧力差が吸音室に作用することよる吸音部材の変形を防止し、ひいては吸音部材の変形による破損等を防止することができる。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の消音器であって、前記高圧気体噴出体は、一方端側の流路断面積が他方端側の流路断面積よりも減少されていることを特徴としている。上記の構成によれば、高圧気体噴出体の一方端側における高圧気体の噴出量が流路断面積に応じて減少するため、請求項６の構成と同様に、高圧気体噴出体の一方端側における圧力差や圧力勾配を低減することができる。これにより、大きな圧力差が吸音室に作用することよる吸音部材の変形を防止し、ひいては吸音部材の変形による破損等を防止することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図１２に基づいて以下に説明する。
本実施の形態に係る消音器は、図１に示すように、円筒中空状に形成された高圧気体噴出体１を有している。高圧気体噴出体１には、一方端の開口を密閉するように密閉部材２が設けられていると共に、高圧気体噴出体１内に送給された高圧気体を噴出するように多数の細孔１ａが周面に形成されている。
【００２３】
上記の高圧気体噴出体１には、内筒消音体３が密閉部材２を介して設けられていると共に、高圧気体噴出体１および内筒消音体３の周面に対向した外筒消音体４が設けられている。外筒消音体４は、一方端が開口されており、内筒消音体３との隙間により高圧気体流路１０を形成している。そして、内筒消音体３と外筒消音体４とで形成された高圧気体流路１０は、細孔１ａから噴出された高圧気体を一方端の開口部４ａまで流動させて外部に排気させるようになっている。
【００２４】
上記の内筒消音体３は、半径方向の断面が円筒形状に形成された金属製の内筒部材５を有している。内筒部材５の外周面には、外筒消音体４の内面壁に沿って吸音壁２０が設けられている。吸音壁２０は、保護部材８と吸音部材６とが高圧気体流路１０の高圧気体に接触する側からこの順に配置されることにより形成されている。吸音部材６は、騒音の吸音効果が大きなグラスウール等の多孔質吸音材からなっている。
【００２５】
また、保護部材８は、多数の孔部８ａを有した金属板からなっている。保護部材８の孔部８ａは、長円形状に形成されており、長径方向が高圧気体の流動方向に対して一致されている。尚、孔部８ａは、円形状であっても良いが、長円形状および円形状の孔部８ａが同一の開口率で存在するのであれば、高圧気体が孔部８ａの端面付近で渦流となることによる騒音の発生を低減させるように、上述の長径方向が高圧気体の流動方向に対して一致した長円形状であることが望ましい。
【００２６】
一方、外筒消音体４は、上述の内筒消音体３よりも大きな径を有し、半径方向の断面が円筒形状に形成された金属製の外筒部材１５を有している。外筒部材１５は、軸心が内筒消音体３の軸心と一致し、高圧気体流路１０の流路面積を細孔１ａから開口部４ａに至るまで一定にするように形成されている。この外筒部材１５の内周面には、吸音壁２１が設けられている。吸音壁２１は、図２にも示すように、保護部材１８と吸音部材１６とが高圧気体流路１０の高圧気体と接触する側からこの順に配置されることにより形成されている。吸音部材１６は、グラスウール等の多孔質吸音材からなっている。また、保護部材１８は、多数の孔部１８ａを有した金属板からなっており、保護部材１８の孔部１８ａは、長径方向が高圧気体の流動方向に対して一致した長円形状に形成されている。
【００２７】
また、内筒消音体３および外筒消音体４は、図１に示すように、各消音体３・４の長手方向に対して一定間隔で配置された複数のリブ３１・３２を有している。リブ３１・３２は、外筒部材５・１５と保護部材８・１８とに接合されており、外筒部材５・１５と保護部材８・１８との間隔を一定に保持していると共に、保護部材８・１８が高圧気体との接触で移動しないように、外筒部材５・１５に保護部材８・１８を固定している。これにより、各消音体３・４は、リブ３１・３２で仕切られることにより空間的に独立した複数の吸音室３３を有しており、これらの各吸音室３３には、上述の吸音部材６・１６が分割した状態で収容されている。
【００２８】
また、リブ３１の配設ピッチは、吸音室３３に流入した高圧気体が吸音部材６・１６を変形させることによる不具合を防止するため、リブ３１・３２間における圧力差が高圧気体で吸音部材６・１６を変形させない所定値以下となるように設定されている。具体的には、例えば吸音室３３に収容された吸音部材６・１６が密度２４ｋｇ／ｍ3 のグラスウールである場合には、５０，０００〔Ｐａ〕が所定値として設定されることになる。
【００２９】
さらに、外筒消音体４に備えられたリブ３１の配置は、高圧気体が作用することにより保護部材１８に対して付与される圧力分布のうち、急激な圧力勾配で大きな圧力差の存在する部位（密閉部材２の外周方向の部位近辺）に少なくとも一つが位置するように設定されている。そして、このように配置されたリブ３１は、各吸音室３３当たりの圧力差を小さくすることによって、高圧気体の吸音室３３への流入量を最小限に抑制するようになっている。
【００３０】
上記の構成において、消音器の動作について説明する。
高圧気体が図示しない配管を介して高圧気体噴出体１内に流入すると、高圧気体は、高圧気体噴出体１の周面に形成された細孔１ａから外筒消音体４の内壁面となる保護部材１８方向（矢符方向）に噴出し、保護部材１８に対して略直角方向に衝突する。そして、衝突した高圧気体は、高圧気体の全圧に近い圧力を保護部材１８に付与した後、保護部材１８の壁面に沿って開口部４ａ方向に高圧気体流路１０を流動する。これにより、保護部材１８の壁面に作用する圧力分布は、高圧気体噴出体１の周方向に位置する領域で非常に高い圧力を示し、高圧気体の全量が開口部４ａ方向に流動を開始する高圧気体噴出体１の先端部（密閉部材２）の周方向の部位近辺の領域で急激な圧力勾配で低下する圧力を示し、高圧気体が保護部材１８の壁面に沿って流動する高圧気体噴出体１の先端部（密閉部材２）から開口部４ａまでの領域で低い圧力を示すことになる。
【００３１】
上記のようにして高圧気体が高圧気体流路１０を流動すると、上述の圧力分布からも明らかなように、密閉部材２の周方向の部位近辺において大きな圧力差が生じることになる。そして、この大きな圧力差は、保護部材１８と外筒部材１５とで形成された吸音室３３が高圧気体流路１０に保護部材１８の孔部１８ａを介して連通されているため、高圧気体を孔部８ａを介して吸音室３３内に流入させるように作用する。従って、例えば図４に示すように、各リブ３１が大きなピッチで配設されていた場合には、大きな圧力差が一つの吸音室３３に作用することによって、大量の高圧気体が吸音室３３において矢符方向に流動する。これにより、吸音室３３内の吸音部材１６が高圧気体の流動方向に移動したり、変形することによって、吸音部材１６の存在しない部分と圧縮された吸音部材１６の存在する部分とが吸音室３３内に発生する。そして、吸音部材１６が存在しない部分においては、吸音性能が低下し、圧縮された吸音部材１６が存在する部分においては、保護部材１８が吸音部材１６の押圧力で歪むことにより破損し易い状態となる。
【００３２】
これに対し、本実施形態の消音器は、図３に示すように、リブ３１・３２間における圧力差が所定値以下となるようにリブ３１の配設ピッチが設定されていると共に、大きな圧力差の存在する部位（密閉部材２の外周方向の部位近辺）に少なくとも一つのリブ３１が位置するように設定されている。従って、大きな圧力差および急激な圧力勾配を有する圧力分布の圧力が外筒消音体４の全体において作用した場合であっても、各吸音室３３に作用する圧力差が小さくなることによって、高圧気体の吸音室３３への流入量が極めて小さなものに抑制される。これにより、吸音部材１６が吸音室３３内に均等に分散された状態を維持するため、上述の吸音部材１６が変形することによる吸音性能の低下や保護部材１８の破損を生じることがない。
【００３３】
次に、高圧気体流路１０を流動する高圧気体は、図１に示すように、開口部４ａから大気中に排気される。この際、高圧気体流路１０は、流路面積が一定にされていると共に、高圧気体の流動を阻害する吸音スプリッタや曲げ加工等の障害物を有していない。従って、高圧気体流路１０を流動する高圧気体は、内筒消音体３および外筒消音体４による壁面の摩擦を除けば、通気抵抗を受けることがない。これにより、消音器１１は、大きな流速で高圧気体を流動させることができるため、大量の高圧気体を大気中に排気することが可能になる。
【００３４】
また、高圧気体が高圧気体流路１０を高速で流動すると、高圧気体流路１０を形成する内筒消音体３および外筒消音体４に大きな摩擦応力が生じることになる。例えば高圧気体の流速を１２０ｍ／ｓ、高圧気体密度を１．０ｋｇ／ｍ3 であるとすると、両消音部材３・４の表面に０．０７ｋｇｆ／ｃｍ2 の摩擦応力が生じることになる。そして、この摩擦応力は、両消音体３・４の高圧気体流路１０側に配置された保護部材８・１８に主に作用することになるが、保護部材８・１８は、金属板の大きな機械的強度を有した材質からなっているため、両消音体３・４が変形や破断等の不具合を生じることはない。
【００３５】
また、高圧気体が保護部材８・１８に接触しながら流動すると、図２に示すように、保護部材８・１８の孔部８ａ・１８ａに高圧気体が入り込み、高圧気体の流動方向における前端面付近および後端面付近に渦流が発生する。そして、この渦流による気流音が騒音を引き起こし、高圧気体の流速が大きくなるほど渦流が拡大して気流音の騒音レベルが増大する。この際、孔部８ａ・１８ａは、長径方向を高圧気体の流動方向に一致した長円形状に形成されている。そして、同一の開口率で孔部８ａ・１８ａを円形状に形成した場合と比較すると、渦流の発生領域が高圧気体の流動方向における前端面付近および後端面付近の小さな領域に制限されていると共に、渦流の発生数が減少されている。従って、消音器１１は、渦流による気流音の騒音レベルを全体として低下させることができるため、騒音レベルの増大を抑制しながら高圧気体を一層高速で流動させることができ、ひいては大量の高圧気体を大気中に排気することが可能になっている。
【００３６】
次に、高圧気体が細孔１ａから高圧気体流路１０に噴出すると、図１に示すように、噴出時にジェット音や気流音等の騒音が発生する。この騒音は、大量の高圧気体を大気中に排気させようとする程増大する。噴出時に生じた騒音は、上述の消音器２３からの騒音と共に各細孔１ａを中心に球面状に拡大しながら伝播する。この際、細孔１ａが高圧気体噴出体１の周面にのみ形成されているため、球面状に伝播する騒音の大部分は、周面に対向された外筒消音体４の吸音壁２１に到達する。吸音壁２１に到達した騒音は、保護部材１８の孔部１８ａを通過してグラスウール等の多孔質吸音材からなる吸音部材１６に到達する。そして、騒音エネルギーの大部分が消費された後、残りの騒音エネルギーを有した騒音が外筒消音体４から内筒消音体３方向に反射し、内筒消音体３の吸音壁２０に反射波として入射する。そして、上記の外筒消音体４の場合と同様の動作により吸音部材６において、大部分の騒音エネルギーが消費され、残りの騒音エネルギーが反射波として外筒消音体４方向に進行する。これにより、消音器１１は、大量の高圧気体を排気することにより大きな騒音が細孔１ａ付近で発生した場合でも、上述の消音部材３・４間の反射および入射を繰り返すことによって、騒音エネルギーを順次低減して外部に漏洩する騒音を十分に低減することが可能になっている。
【００３７】
以上のように、本実施形態の消音器は、高圧気体を噴出する細孔１ａを周面に有し、一方端が密閉された筒状の高圧気体噴出体１と、高圧気体噴出体１の周面に対して平行配置された吸音壁２１を有し、吸音壁２１の一方端が高圧気体を外部に排気するように開口された筒状の外筒消音体４とを備えた構成を有することによって、騒音を十分に低減しながら大量の高圧気体を排気することができるようになっている。
【００３８】
さらに、本実施形態の消音器は、外筒消音体４の吸音壁２１が下記のように構成されている。即ち、吸音壁２１は、騒音を吸収する吸音部材１６を収容し、吸音部材１６に孔部１８ａを介して騒音を到達させる複数の吸音室３３を有しており、これら各吸音室３３に付与される圧力差が孔部１８ａを介して流入した高圧気体で吸音部材１６を変形させない所定値以下となるように、各吸音室３３が高圧気体の排気方向に区分された構成にされている。これにより、大きな圧力差および急激な圧力勾配を有する圧力分布の圧力が外筒消音体の全体において作用した場合であっても、各吸音室３３単位においては、吸音部材１６が変形しない程度の圧力差であるため、吸音部材１６が変形することによる吸引性能の低下や破損を生じることがない。
【００３９】
以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において変更が可能である。
【００４０】
即ち、本実施形態においては、吸音室３３を略等間隔に区分することによって、消音器を容易に製作できるようになっているが、これに限定されることはなく、図５に示すように、高圧気体による圧力差が略等しくなるように吸音室３３を区分した構成にされていても良い。そして、この構成であれば、各吸音室３３に作用する圧力差が最小限になるため、高圧気体の流入による吸音部材１６の変形を最小限に抑制することができる。また、この構成においても、本実施形態の図１の構成の場合と同様に、外筒消音体４に対して高圧気体により付与される圧力分布のうち、急激な圧力勾配で大きな圧力差を示す部分で少なくとも区分されていることが望ましい。
【００４１】
また、本実施形態においては、各吸音室３３が同一の材質（グラスウール等）からなる吸音部材１６を収容しているが、これに限定されることもない。即ち、図６に示すように、急激な圧力勾配で大きな圧力差を示す部分に対応する吸音室３３は、他の吸音室３３に収容された吸音部材１６よりも変形し難い材質の吸音部材１６’を収容していても良い。尚、変形し難い材質としては、例えば金属繊維を挙げることができる。そして、この場合には、大きな圧力差により大量の高圧気体が吸音室３３に流入した場合でも、この吸音室３３に収容された吸音部材１６’が変形し難いため、吸音部材１６’の変形による破損等を防止することができる。
【００４２】
また、本実施形態においては、図１に示すように、外筒消音体４の全体にわたって吸音壁２１が形成されているが、図７に示すように、急激な圧力勾配で大きな圧力差を示す部分を除いて設けられていても良い。この構成によれば、急激な圧力勾配で大きな圧力差を示す最も破損し易い部分に吸音室３３が存在しないため、消音器全体として破損を生じ難いものとすることができる。
【００４３】
さらに、消音器は、高圧気体噴出体１の一方端側の高圧気体の噴出量が他方端側の噴出量よりも減少された構成にされていることが望ましい。これは、以下の理由による。即ち、図１の圧力分布に注目すると、高圧気体噴出体１の一方端側での圧力上昇は、高圧気体噴出体１から噴出する高圧気体が高圧気体噴出体１の一方端側に偏って流動していることを意味している。そして、この高圧気体噴出体１の一方端側での圧力上昇に続く圧力の極小値は、この付近を流動する高圧気体が局部的に超音速となり、周囲よりも局部的に圧力が減少していることを意味している。これにより、高圧気体噴出体１の一方端側の高圧気体の噴出量を他方端側の噴出量よりも減少させれば、局部的な高圧気体の速度（局所マッハ数）を減少させて高圧気体の偏りを減少させることができるため、結果として急激な圧力勾配および大きな圧力差を低減することができるからである。
【００４４】
上記の消音器は、高圧気体噴出体１の一方端側の開口率を他方端側の開口率よりも減少させることにより実現することができる。具体的には、図８に示すように、高圧気体噴出体１の一方端側における周方向当たりの細孔１ａの数量を他方端側における周方向当たりの細孔１ａの数量よりも減少させることにより実現することができる。尚、ここでいう開口率とは、高圧気体噴出体１における周方向当たりに存在する全細孔１ａの開口面積を、この周方向当たりの全表面積で割った値のことであり、開口率が低い程、周方向当たりの細孔１ａによる開口面積が小さいことを意味している。また、開口率の減少は、高圧気体噴出体１の全体にわたって細孔１ａを均等に配置し、一方端側の各細孔１ａの開口面積を他方端側よりも減少させることによっても実現することができる。
【００４５】
そして、このように開口率を変化させた構成の消音器の圧力分布と、本実施形態の開口率を一定にした構成（図１）の消音器の圧力分布とを求めたところ、開口率を変化させたときには図９の圧力分布が得られ、開口率を一定にしたときは図１２の圧力分布が得られた。これにより、開口率を変化させた構成の方が、圧力の上限値と下限値との差を減少させることができることが確認された。
【００４６】
また、一方端側の高圧気体の噴出量が減少した構成の消音器は、一方端側の流路断面積を他方端側の流路断面積よりも減少させることによっても実現することができる。具体的には、図１０に示すように、高圧気体噴出体１内部の一方端側に円錐形状のスペーサ部材３０を設け、スペーサ部材３０の頂部を他方端側に位置させることにより実現することができる。そして、このように流路断面積を変化させた構成の消音器の圧力分布と、本実施形態の流路断面積を一定にした構成（図１）の消音器の圧力分布とを求めたところ、開口率を変化させたときには図１１の圧力分布が得られ、開口率を一定にしたときは図１２の圧力分布が得られた。これにより、開口率を変化させた構成の方が、圧力の上限値と下限値との差を大幅に減少させることができると共に、圧力勾配も緩やかにすることができることが確認された。
【００４７】
尚、高圧気体の噴出量は、上述の図８や図１０のように高圧気体噴出体１の一方端側に近づくに従って徐々に減少させるようになっていても良いし、或いは段階的に減少させるようになっていても良い。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１の発明は、高圧気体を細孔から噴出させながら外部に排気するときの騒音を吸音壁で吸音することにより低減する消音器において、前記高圧気体を噴出する細孔を周面に有し、一方端が密閉された筒状の高圧気体噴出体と、前記高圧気体噴出体の周面に対して平行配置された吸音壁を有し、該吸音壁の一方端が高圧気体を外部に排気するように開口された筒状の外筒消音体とを備えており、前記吸音壁は、前記騒音を吸収する吸音部材を収容し、該吸音部材に孔部を介して騒音を到達させる複数の吸音室を有しており、これら各吸音室に付与される圧力差が孔部を介して流入した高圧気体で吸音部材を変形させない所定値以下となるように、各吸音室が高圧気体の排気方向に区分され、吸音室は、外筒消音体に対して高圧気体により付与される圧力分布のうち、急激な圧力勾配で大きな圧力差を示す部分で少なくとも区分されている構成である。
【００４９】
上記の構成によれば、最小限の通気抵抗により大きな流速で高圧気体を流動させることができるため、大量の高圧気体を大気中に排気することが可能であると共に、外筒消音体の開口から直接外部に漏洩する騒音が僅かであるため、大量の高圧気体を外筒消音体の開口から排気して大きな騒音を高圧気体噴出体の細孔付近で発生させた場合でも、外部に漏洩する騒音を十分に低減することができるという効果を奏する。
【００５０】
さらに、各吸音室が高圧気体の排気方向に区分され、高圧気体で吸音部材を変形させない所定値以下となるように各吸音部材の圧力差が設定されているため、大きな圧力差および急激な圧力勾配を有する圧力分布の圧力が外筒消音体の全体において作用した場合であっても、吸音部材が変形することによる吸引性能の低下や破損を生じることがないという効果を奏する。
またさらに、吸音室は、外筒消音体に対して高圧気体により付与される圧力分布のうち、急激な圧力勾配で大きな圧力差を示す部分で少なくとも区分されており、吸音室に作用する圧力差を容易に最小値に設定することができるため、吸音室を区分する際の設計や製作を容易に行うことができるという効果を奏する。
【００５１】
請求項２の発明は、高圧気体を細孔から噴出させながら外部に排気するときの騒音を吸音壁で吸音することにより低減する消音器において、前記高圧気体を噴出する細孔を周面に有し、一方端が密閉された筒状の高圧気体噴出体と、前記高圧気体噴出体の周面に対して平行配置された吸音壁を有し、該吸音壁の一方端が高圧気体を外部に排気するように開口された筒状の外筒消音体とを備えており、前記吸音壁は、前記騒音を吸収する吸音部材を収容し、該吸音部材に孔部を介して騒音を到達させる複数の吸音室を有しており、これら各吸音室に付与される圧力差が孔部を介して流入した高圧気体で吸音部材を変形させない所定値以下となるように、各吸音室が高圧気体の排気方向に区分され、前記外筒消音体に対して高圧気体により付与される圧力分布のうち、急激な圧力勾配で大きな圧力差を示す部分に対応する吸音室は、他の吸音室に収容された吸音部材よりも変形し難い吸音部材を収容している構成である。
上記の構成によれば、最小限の通気抵抗により大きな流速で高圧気体を流動させることができるため、大量の高圧気体を大気中に排気することが可能であると共に、外筒消音体の開口から直接外部に漏洩する騒音が僅かであるため、大量の高圧気体を外筒消音体の開口から排気して大きな騒音を高圧気体噴出体の細孔付近で発生させた場合でも、外部に漏洩する騒音を十分に低減することができるという効果を奏する。
さらに、各吸音室が高圧気体の排気方向に区分され、高圧気体で吸音部材を変形させない所定値以下となるように各吸音部材の圧力差が設定されているため、大きな圧力差および急激な圧力勾配を有する圧力分布の圧力が外筒消音体の全体において作用した場合であっても、吸音部材が変形することによる吸引性能の低下や破損を生じることがないという効果を奏する。
またさらに、外筒消音体に対して高圧気体により付与される圧力分布のうち、急激な圧力勾配で大きな圧力差を示す部分に対応する吸音室は、他の吸音室に収容された吸音部材よりも変形し難い吸音部材を収容している。これにより、大きな圧力差により大量の高圧気体が吸音室に流入した場合でも、この吸音室に収容された吸音部材が変形し難いものであるため、吸音部材の変形による破損等を防止することができるという効果を奏する。
【００５２】
請求項３の発明は、高圧気体を細孔から噴出させながら外部に排気するときの騒音を吸音壁で吸音することにより低減する消音器において、前記高圧気体を噴出する細孔を周面に有し、一方端が密閉された筒状の高圧気体噴出体と、前記高圧気体噴出体の周面に対して平行配置された吸音壁を有し、該吸音壁の一方端が高圧気体を外部に排気するように開口された筒状の外筒消音体とを備えており、前記吸音壁は、前記騒音を吸収する吸音部材を収容し、該吸音部材に孔部を介して騒音を到達させる複数の吸音室を有しており、これら各吸音室に付与される圧力差が孔部を介して流入した高圧気体で吸音部材を変形させない所定値以下となるように、各吸音室が高圧気体の排気方向に区分され、かつ、前記外筒消音体に対して高圧気体により付与される圧力分布のうち、急激な圧力勾配で大きな圧力差を示す部分を除いて設けられている構成である。
上記の構成によれば、最小限の通気抵抗により大きな流速で高圧気体を流動させることができるため、大量の高圧気体を大気中に排気することが可能であると共に、外筒消音体の開口から直接外部に漏洩する騒音が僅かであるため、大量の高圧気体を外筒消音体の開口から排気して大きな騒音を高圧気体噴出体の細孔付近で発生させた場合でも、外部に漏洩する騒音を十分に低減することができるという効果を奏する。
さらに、各吸音室が高圧気体の排気方向に区分され、高圧気体で吸音部材を変形させない所定値以下となるように各吸音部材の圧力差が設定されているため、大きな圧力差および急激な圧力勾配を有する圧力分布の圧力が外筒消音体の全体において作用した場合であっても、吸音部材が変形することによる吸引性能の低下や破損を生じることがないという効果を奏する。
またさらに、吸音壁は、外筒消音体に対して高圧気体により付与される圧力分布のうち、急激な圧力勾配で大きな圧力差を示す部分を除いて設けられている。これにより、急激な圧力勾配で大きな圧力差を示す最も破損し易い部分に吸音室が存在しないため、消音器全体として破損を生じ難いものとすることができるという効果を奏する。
【００５３】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の消音器であって、前記吸音室は、略等間隔に区分されている構成である。上記の構成によれば、吸音室を区分するためのリブ等を一定の送り量で設置することができるため、消音器を容易に製造することができるという効果を奏する。
【００５４】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の消音器であって、前記吸音室は、高圧気体による圧力差が略等しくなるように区分されている構成である。上記の構成によれば、各吸音室に作用する圧力差が最小限になるため、高圧気体の流入による吸音部材の変形を最小限に抑制することができるという効果を奏する。
【００５６】
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の消音器であって、前記高圧気体噴出体は、一方端側の開口率が他方端側の開口率よりも減少されている構成である。上記の構成によれば、高圧気体噴出体の一方端側において高圧気体の噴出量が減少するため、この一方端側における圧力差や圧力勾配を低減することができる。これにより、大きな圧力差が吸音室に作用することよる吸音部材の変形を防止し、ひいては吸音部材の変形による破損等を防止することができるという効果を奏する。
【００５７】
請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の消音器であって、前記高圧気体噴出体は、一方端側の流路断面積が他方端側の流路断面積よりも減少されている構成である。上記の構成によれば、高圧気体噴出体の一方端側における高圧気体の噴出量が流路断面積に応じて減少するため、請求項６の構成と同様に、高圧気体噴出体の一方端側における圧力差や圧力勾配を低減することができる。これにより、大きな圧力差が吸音室に作用することよる吸音部材の変形を防止し、ひいては吸音部材の変形による破損等を防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】消音器に作用する圧力分布の状態を示す説明図である。
【図２】外筒消音体の構成図である。
【図３】高圧気体の流動状態を示す説明図である。
【図４】高圧気体の流動状態を示す説明図である。
【図５】消音器の概略構成図である。
【図６】消音器の概略構成図である。
【図７】消音器の概略構成図である。
【図８】消音器の概略構成図である。
【図９】図８における消音器の圧力分布を示す説明図である。
【図１０】消音器の概略構成図である。
【図１１】図１０における消音器の圧力分布を示す説明図である。
【図１２】図１における消音器の圧力分布を示す説明図である。
【図１３】従来の消音器の概略構成を示す説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図１４】従来の消音器の概略構成を示す説明図である。
【図１５】従来の消音器の概略構成を示す説明図である。
【図１６】従来の消音器の概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１  高圧気体噴出体
１ａ  細孔
２  密閉部材
３  内筒消音体
４  外筒消音体
６  吸音部材
８  保護部材
１０  高圧気体流路
１５  外筒部材
１６  吸音部材
１６’  吸音部材
１８  保護部材
２０  吸音壁
２１  吸音壁
３０  スペーサ部材
３１  リブ
３２  リブ
３３  吸音室
【図１】
0004291464.tif 000002
【図２】
0004291464.tif 000003
【図３】
0004291464.tif 000004
【図４】
0004291464.tif 000005
【図５】
0004291464.tif 000006
【図６】
0004291464.tif 000007
【図７】
0004291464.tif 000008
【図８】
0004291464.tif 000009
【図９】
0004291464.tif 000010
【図１０】
0004291464.tif 000011
【図１１】
0004291464.tif 000012
【図１２】
0004291464.tif 000013
【図１３】
0004291464.tif 000014
【図１４】
0004291464.tif 000015
【図１５】
0004291464.tif 000016
【図１６】
0004291464.tif 000017