(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工業炉に付設する給排気ブロアからの排気を外部に導く排気ガス流路中に、
一端に排気ガス流入口を持つ第１の排気ガス流路と、一端に排気ガス流出口を持つ第２の排気ガス流路とがほぼ並行に配置され、かつ、それぞれの他端側が第３の排気ガス流路で接続されることにより、全体としてほぼＵ字状をなし、前記第１、第２、及び第３の排気ガス流路は、内側面に吸音機能を持つ材料を積層した鉛板で全体が形成されており、かつ、少なくとも前記第１の排気ガス流路と第２の排気ガス流路には、吸音機能を持つ材料で構成される遮蔽板が流路の横幅の半分を越えるようにして複数枚互い違いに配置されている排気ダクト、
を少なくとも配置させていることを特徴とする工業炉排気騒音抑制装置。
【請求項２】
前記鉛板がさらに鉄板により外側から被覆されている排気ダクトを少なくとも配置させていることを特徴とする請求項１記載の工業炉排気騒音抑制装置。
【請求項３】
前記吸音機能を持つ材料が、グラスウール、スチールウール、発泡樹脂材料のいずれか、あるいはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１又は２記載の工業炉排気騒音抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工業炉に付設する給排気ブロアから発生する排気騒音を低減するための工業炉排気騒音抑制装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、工業炉は燃焼に多量の空気を必要とする。工業炉内に燃焼用の空気を供給し、かつ燃焼後の排気ガスを外部に排出するために給排気ブロアが用いられるが、給排気容量が大きいことも起因して、給排気ブロアは大きな騒音を発生する。そのために、住宅に近いところには設置できないなど、工業炉の設置場所に制約を受けることがある。
【０００３】
また、高温予熱空気燃焼工業炉では排気温度が２００℃以上となり、流速が通常の工業炉と比較して高速である。一般に、流速Ｖ、ノズル口径ｄとすると、音のピークは、ｆpeak＝Ｓ0Ｖ／ｄで表され、ここでｆpeakはStrauhal数で０．１か０．２をとる。よって、流速が速くノズル口径が小さい程、周波数は高周波にかたよることとなり、このような高温予熱空気燃焼工業炉では、特に高音域での騒音が従来の工業炉より大きくなる傾向がある。
【０００４】
従来の工業炉では、給排気ブロアから発生する排気騒音を低減することに格別の対策は取られてなく、行うとしても、設置基盤と給排気ブロアとの間に防振ゴムを配置して低い周波数での振動や騒音を吸収することや、給排気ブロアの排気管側に延長管を取り付け、その長さを共鳴しない長さに調節することによって高音部の騒音を低減させるなどが行われているにすぎず、本質的には、住宅地から隔離した場所に工業炉を設置することによって、騒音対策としている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
工業炉の設置場所を選択して騒音対策とすることは本質的な解決策でなく、また、設置場所の自由度も制限を受ける。防振ゴムによる防音、防振対策は低い周波数の騒音にはある程度有効であるが、前記のような高温予熱空気燃焼工業炉から発生する高音域での騒音対策としては有効でない。また、共鳴に起因する騒音は、ブロア給排気口に接続した管を振動させ、その他の部分が共振して騒音を発生させる。
【０００６】
共鳴しない長さの延長管を用いる方法は、高音の騒音には有効であるが、それのみでは数十Ｈｚ程度の低音域の騒音を低減することはできない。さらに、延長管の長さはカットアンドトライで決定され、煩雑な作業を必要とする。また、住宅地に近い場所において、そのような延長管が立ち上がることは、景観上からも好ましくない。
【０００７】
本発明の目的は、工業炉に付設する給排気ブロアからの騒音を低減するための改良された工業炉排気騒音抑制装置を提供することにあり、より具体的には、コンパクトなものでありながら、排気ガスを外部に導く排気ガス流路中に配置することによって、低い周波数から高い周波数までの騒音レベルを大きく低減することのできる工業炉排気騒音抑制装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明による工業炉排気騒音抑制装置は、工業炉に付設する給排気ブロアからの排気を外部に導く排気ガス流路中に、一端に排気ガス流入口を持つ第１の排気ガス流路と、一端に排気ガス流出口を持つ第２の排気ガス流路とがほぼ並行に配置され、かつ、それぞれの他端側が第３の排気ガス流路で接続されることにより、全体としてほぼＵ字状をなし、前記第１、第２、及び第３の排気ガス流路は、内側面に吸音機能を持つ材料を積層した鉛板で全体が形成されており、かつ、少なくとも前記第１の排気ガス流路と第２の排気ガス流路には、吸音機能を持つ材料で構成される遮蔽板が流路の横幅の半分を越えるようにして複数枚互い違いに配置されている排気ダクトを配置させていることを特徴とする。
【０００９】
上記の工業炉排気騒音抑制装置によれば、工業炉に付設する給排気ブロアの排気口からの排気は、全体としてほぼＵ字状をなす排気ダクト内に、その第１の排気ガス流路の一端に配置した排気ガス流入口から流入し、第１の排気ガス流路及び第３の排気ガス流路を通過して第２の排気ガス流路にいたり、そこを通過して第２の排気ガス流路の一端に取り付けた排気ガス流出口から排気ダクトの外に排出される。
【００１０】
少なくとも前記第１と第２の排気ガス流路の内部には、流路の横幅の半分を越える長さであり、かつ、グラスウール、スチールウール、発泡樹脂材料のような材料である吸音機能を持つ材料からなる遮蔽板が複数枚互い違いに配置されており、高温高速の排気ガスは遮蔽板に衝突しながらジグザグに進路を変更しつつ進んでいく。それにより流速が減少していく。
【００１１】
今、面積Ｓの開口部から速度Ｕで噴出する流れの発生する全音響出力Ｐは、
Lighthill パラメータ、Ｐ＝μρＣ-5Ｕ8Ｓで表され、μは６×１０-6程度である。ρＵ3Ｓを気体本来の有するエネルギーとみなすと、音響出力は（Ｕ／Ｃ）5に比例するので、本発明によれば、流れの速度を低減することで気流音の騒音レベルは効果的に低減する。
【００１２】
また、排気ダクトは全体としてほぼＵ字状をなしており、コンパクトな形状でありながら長い排気ガス流路が確保される。そして、該長い排気ガス流路の内側面はグラスウール、スチールウール、発泡樹脂材料のような材料である吸音機能を持つ部材で覆われており、排気ガスは、長い排気ガス流路を通過中に、主に中高音域の騒音が吸音機能を持つ材料によって音のエネルギーが熱のエネルギーに変換されることで騒音レベルをさらに低下する。
【００１３】
一方、音響理論から、本発明での吸音ダクト構造の理論減衰量Ｒは、Ｒ＝ＫＰ／Ａと書ける。ここで、Ｐ：断面の周囲長（ｍ）、Ａ：出口ダクトの断面積（ｍ3）であり、断面の周囲長を長くすることで騒音を効果的に減衰させている。なお、ダクト内面に吸音材を内張りした場合、吸音材の吸音率は周波数の関数で高周波になるに従って増加する傾向にあるので、高音域では減衰効果が大きいが、低音域では小さい。
【００１４】
本発明者らの実験では、高温予熱空気燃焼工業炉からの空気密度が小さく流速が速い２００℃以上の高温排気ガスは大きな高音域の騒音を発するが、その高温排気ガスを排気ダクト内に導き、前記遮蔽板に衝突させながら、Ｕ字状の迂回路を通過させることにより、その騒音レベルは確実に低減した。
【００１５】
また、排気ガス流路の外側、すなわち吸音材料の外側は、比重の大きい鉛板で覆われており、低周波数の振動はそこで吸収され、数十Ｈｚ程度の低音域の騒音も確実に低減する。好ましくは、鉛板の外側をグラスウール、スチールウール、発泡樹脂材料のような吸音材を介して鉄板でさらに覆うことにより、中低音域の騒音はさらに吸収され、また、中低周波数域の振動も低減する。
【００１６】
上記のように、本発明による工業炉排気騒音抑制装置では、
１．交互に吸音材を設置することで、衝突により流速を減少させ、中高音域の騒音を減少させる、
２．交互に吸音材を設置し、さらに、Ｕ字型にコンパクトにして、断面の周囲長を長くすることで、騒音を効果的に減衰させる、
３．低音域については、吸音材の厚さを厚くすることと、Ｕ字型にして流れの方向を変えることで減衰させる、
４．振動に起因する低音域の騒音については、さらに制振材として鉛板を使用することで抑制する、
などにより、高音域から低音域までの広い範囲において高い振動及び騒音低減効果を奏する。そのために、工業炉の騒音に起因する設置場所の制約は小さくなり、住宅地に近い研究施設などにおいて、高温空気燃焼工業炉などの工業炉を設置することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明による工業炉排気騒音抑制装置の好ましい実施の形態を説明する。
図において、１は工業炉（図示されない）を収容する建て屋の一部であり、建て屋１の中には、工業炉に燃焼用の空気を送り込み、また燃焼排ガスを吸引排気するための従来知られた給排気ブロア２が設置され、該給排気ブロア２の排気筒３が建て屋１の屋根４を突き抜けて上方に延出している。この例では、限定的ではないが、そのような建て屋１の屋根４の上に、本発明でいう排気ダクト１０が設置されると共に、建て屋１の屋根４と排気ダクト１０の間の接触部分には防振ゴム１７が配置されている。
【００１８】
排気ダクト１０は、一端に排気ガス流入口である前記給排気ブロア２の排気筒３の先端が差し込まれている第１の排気ガス流路部分１０Ａと、該第１の排気ガス流路部分１０Ａにほぼ並行に配置され、一端に排気ガス流出口である逆Ｕ字状をなす排気管１１を持つ第２の排気ガス流路部分１０Ｂと、前記第１の排気ガス流路部分１０Ａと第２の排気ガス流路部分１０Ｂの他端側を連通状態で接続する第３の排気ガス流路部分１０Ｃとで構成されており、全体としてほぼＵ字状をなしている。
【００１９】
図示しない工業炉からの排気ガスは、前記給排気ブロア１０の排気筒３から前記第１の排気ガス流路部分１０Ａの一方端側に流入し、そこから第１の排気ガス流路部分１０Ａ、第３の排気ガス流路部分１０Ｃ、第２の排気ガス流路部分１０Ｂを通過して、第２の排気ガス流路部分１０Ｂの一端に取り付けた前記排気管１１から排気ダクト１０の外に排出される。
【００２０】
前記第１、第２、及び、第３の排気ガス流路部分の４周（左右の側壁、天井、底面）は、厚さ１００ｍｍ程度のグラスウールなどの吸音材料１２で覆われており、該吸音材料１２の外側には厚さ５ｍｍ程度の鉛板１３が全体に貼り付けられている。該鉛板１３には、さらに、好ましくはグラスウールなどの吸音材料（図示されない）を介装した状態で、鉄板１４が全体に貼り付けられる。
【００２１】
第１の排気ガス流路部分１０Ａ及び第２の排気ガス流路部分１０Ｂには、前記吸音材料１２と同じ材料で作られる遮蔽板１６が、排気ガスの流れ方向に直交する姿勢で、かつ、各流路の横幅の半分を越えるようにして複数枚互い違いに配置されている。すなわち、各遮蔽板１６の上下方向長さは、排気ダクトの天井から底面まで達する長さであり、横幅は、この例では、流路横幅の２／３程度とされている。各遮蔽板１６の厚みは５０ｍｍ程度である。
【００２２】
上記の構成である排気ダクト１０を備える工業炉排気騒音抑制装置において、給排気ブロア１０の排気筒３から前記第１の排気ガス流路部分１０Ａの一方端側に流入する高温高速の排気ガスは、流入口に最も近い遮蔽板１６（１６ａ）に衝突し、そこで向きを変えて該遮蔽板１６ａに沿って流れ、次に、当該遮蔽板１６ａの側端と排気ダクト１０の側壁との間の隙間を通過して下流側に移動する。
移動した排気ガスは、前記遮蔽板１６ａとは反対側の側壁側から延出して設けてある次の遮蔽板１６ｂに衝突し、再度そこで向きを変えて該遮蔽板１６ｂに沿って流れ、当該遮蔽板１６ｂの側端と他方の側壁との間の隙間を通過して、次の遮蔽板１６に衝突する。
【００２３】
排気ガスは、以下、このようなジグザグとした進行を繰り返して、流速を落としながら第３の排気ガス流路部分１０Ｃの入口に達し、そこを通過して第２の排気ガス流路部分１０Ｂの入口側の遮蔽板１６に衝突した後、前記第１の排気ガス流路部分１０Ａにおけると同じようにジグザグ進行を繰り返しながら第２の排気ガス流路部分１０Ｂを移動して、最後に、排気管１１から排気ダクト１０の外に排出される。
【００２４】
この排気ダクト１０では、上記のようにして、高温高速の排気ガスが遮蔽板１６に衝突しながらジグザグに進路を変更しつつ進んでいくことにより流速を落とし、前記したように、主に高音域の騒音レベルは効果的に低減される。また、Ｕ字状である長い排気ガス流路の内側面は全面が吸音材料１２で覆われており、主に中高音域の騒音は吸音材料１２に吸音されて騒音レベルをさらに低下する。さらに、排気ガス流路の外側は比重の大きい鉛板１３で覆われており、該鉛板１３の外側をグラスウールのような吸音材を介して鉄板１４でさらに覆うようにしているので、中低周波数の振動もそこで吸収され、数十Ｈｚ程度の低音域の騒音も確実に低減する。
さらに、建て屋１の屋根４と排気ダクト１０の間に防振ゴム１７を設けたことにより、建て屋１内に配置した給排気ブロア２の振動に起因する不要な振動が排気ダクト１０に伝達されるのも阻止される。
【００２５】
本発明者らの実験では、図示のように形成した工業炉排気騒音抑制装置において、給排気ブロア２から１ｍの地点での実測値では、ホワイトノイズ４２ｄＢ時で、排気ガスを前記排気ブロア１０を通過させた場合には６２ｄＢであり、給排気ブロア２の排気筒３から直接排気した場合には８２ｄＢであって、２０ｄＢもの大幅な騒音低減効果が確認され、本発明による工業炉排気騒音抑制装置の有効性が実証された。
なお、図示の例では、第３の排気ガス流路部分１０Ｃには遮蔽板を設けていないが、設けることによる圧損が工業炉の燃焼に悪影響を与えない場合には、遮蔽板は当然に設けられる。
【００２６】
【発明の効果】
上記のように、本発明による工業炉排気騒音抑制装置は、コンパクトな形状でありながら、高音域から低音域までの広い範囲において高い振動及び騒音低減効果を持つ。そのために、工業炉の騒音に起因する設置場所の制約は小さくなり、住宅地に近い研究施設などにおいて、高温空気燃焼工業炉などの工業炉を設置することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による工業炉排気騒音抑制装置の一実施の形態を一部破断して示した斜視図。
【符号の説明】
１…建て屋、２…給排気ブロア、３…給排気ブロアの排気筒、１０…排気ダクト、１２…吸音材、１３…鉛板、１４…鉄板、１６…遮音板、１７…防振ゴム、１０Ａ…第１の排気ガス流路、１０Ｂ…第２の排気ガス流路、１０Ｃ…第３の排気ガス流路
【図１】
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