特開 2023-102724 消音構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023102724

(43)【公開日】2023-07-25

(54)【発明の名称】消音構造体

(51)【国際特許分類】

   F24F 13/02 20060101AFI20230718BHJP

   F04D 29/66 20060101ALI20230718BHJP

   F24F 7/06 20060101ALI20230718BHJP

   F24F 7/013 20060101ALI20230718BHJP

   F24F 13/24 20060101ALI20230718BHJP

【ＦＩ】

F24F13/02 H

F04D29/66 N

F24F7/06 A

F24F7/013 101M

F24F13/24 245

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022003406

(22)【出願日】2022-01-12

(71)【出願人】

【識別番号】510202167

【氏名又は名称】Ｎｅｘｔ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ合同会社

(72)【発明者】

【氏名】道脇 裕

【テーマコード（参考）】

3H130

3L058

3L080

【Ｆターム（参考）】

3H130AA13

3H130AB26

3H130AB60

3H130AC27

3H130BA13A

3H130CA02

3H130DA02Z

3H130DD01Z

3H130DF00Z

3H130EB00A

3L058BA01

3L058BB04

3L058BC04

3L058BD01

3L080AC03

3L080AC05

3L080AE02

(57)【要約】

【課題】簡易な構造によって、流動空間を大型化させることなく、通気性を確保できて広い周波数帯域での消音効果を得るための手段を提供する。
【解決手段】内部に気体を流動させ得、内外を画成する画壁に囲繞され、両端がそれぞれ内外に直接又は間接的に連通する開口を有する流動空間と、上記流動空間の横断面積を拡げて成る拡径部と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に気体を流動させ得、内外を画成する画壁に囲繞され、両端がそれぞれ内外に直接又は間接的に連通する開口を有する流動空間と、
上記流動空間の横断面積を拡げて成る拡径部と、を有することを特徴とする消音構造体。

【請求項2】

前記拡径部は、前記画壁の端部に配されることを特徴とする請求項１記載の消音構造体。

【請求項3】

前記拡径部は、気体の流動方向の下流側の開口を含む箇所に配されることを特徴とする請求項１又は２記載の消音構造体。

【請求項4】

前記拡径部は、内径が異なる複数の領域を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の消音構造体。

【請求項5】

前記拡径部は、前記内径が異なる複数の領域を、気体の流動方向の上流側から下流側に向かって径の小さい順に配することを特徴とする請求項４記載の消音構造体。

【請求項6】

前記拡径部は、前記内径が異なる複数の領域を、気体の流動方向の上流側から下流側に向かって径の大きい順に配することを特徴とする請求項４記載の消音構造体。

【請求項7】

気体を流動させるための流動発生部を設け、
上記流動発生部は、前記拡径部の内部空間で回転するファンを有することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の消音構造体。

【請求項8】

前記ファンの最大外径は、前記画壁の内径よりも大きく、前記拡径部の内径よりも小さいことを特徴とする請求項７記載の消音構造体。

【請求項9】

前記ファンの高さが前記拡径部の長さよりも低いことを特徴とする請求項７記載の消音構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空間内での気柱の共鳴を抑制し消音する消音構造体に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、ダクト、マフラ、及び換気スリーブ等の通気性を確保する構造物は、気体、風、又は熱等を通過させると同時に音も通過及び／又は発生させてしまうことから、騒音対策を要することがある。騒音対策としては振動板を備える吸音体をダクト内に配するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような吸音体では、例えば、音源の音波を受けると振動板が共鳴（共振）周波数帯域で共鳴（振動）する。これにより、吸音体内の空気層が圧縮と膨張とを繰り返し、音エネルギが熱エネルギに変換され吸音される。従って、ダクト内には、入射する音の周波数帯域に合わせた吸音ピーク周波数の吸音体が設置される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－１７０１９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１の吸音体は、吸音ピーク周波数以外の周波数の音に対する吸音効果が著しく低下してしまうため、広い周波数帯域での消音には多数の種類の吸音体を配することが必要となり、ダクト内に設置することが困難となる他、吸音体を配するためにダクトを大型化させた場合にはダクトの設置場所が限定されるという問題がある。またダクト内に吸音体を配することによって通気性が悪化してしまうという問題がある。

【0005】

本発明は、上記問題点に鑑みて本発明者の鋭意研究により成されたものであり、簡易な構造によって、流動空間を大型化させることなく、通気性を確保できて広い周波数帯域での消音効果を得るための手段を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の消音構造体は、内部に気体を流動させ得、内外を画成する画壁に囲繞され、両端がそれぞれ内外に直接又は間接的に連通する開口を有する流動空間と、上記流動空間の横断面積を拡げて成る拡径部と、を有することを特徴とする。

【0007】

また、本発明の消音構造体は、前記拡径部が前記画壁の端部に配されることを特徴とする。

【0008】

また、本発明の消音構造体は、前記拡径部が気体の流動方向の下流側の開口を含む箇所に配されることを特徴とする。

【0009】

また、本発明の消音構造体は、前記拡径部が内径が異なる複数の領域を有することを特徴とする。

【0010】

また、本発明の消音構造体は、前記拡径部の前記内径が異なる複数の領域を、気体の流動方向の上流側から下流側に向かって径の小さい順に配することを特徴とする。

【0011】

また、本発明の消音構造体は、前記拡径部の前記内径が異なる複数の領域を、気体の流動方向の上流側から下流側に向かって径の大きい順に配することを特徴とする。

【0012】

また、本発明の消音構造体は、気体を流動させるための流動発生部を設け、上記流動発生部は、前記拡径部の内部空間で回転するファンを有することを特徴とする。

【0013】

また、本発明の消音構造体は、前記ファンの最大外径が、前記画壁の内径よりも大きく、前記拡径部の内径よりも小さいことを特徴とする。

【0014】

また、本発明の消音構造体は、前記ファンの高さが前記拡径部の長さよりも低いことを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、簡易な構造によって、流動空間を大型化させることなく、通気性を確保できて広い周波数帯域での消音効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の消音構造体である管状体を示す断面図である。

【図2】拡径部の他の例を示す図である。

【図3】毒性対象減消装置を示す斜視図である。

【図4】毒性対象減消装置を示す断面図である。

【図5】本発明の消音構造体として成るトンネルを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に、本発明の消音構造体の実施形態について図を参照して説明する。図１は本発明の消音構造体である管状体１を示す断面図である。管状体１は、両端が開口して内側に気体（空気）を流下させるものである。また管状体１は、内部に気体を流動させ得、内外を画成する画壁２に囲繞され、両端がそれぞれ内外に直接又は間接的に連通する開口を有する流動空間４と、両端部の開口の間で画壁２に形成された、上記流動空間における横断面積を変化させて上記流動空間に発生する気柱の共鳴を抑制する消音構造を成すための拡径部６と、を有する。

【0018】

具体的に管状体１は、内外を画成する画壁２、両端を開口させて成る開口部３ａ、３ｂ等を有し、延在方向に対する直交断面が無端形状を成す。また、画壁２によって囲繞される流動空間４には、一方の開口部３ａを介して外部から空気が流入すると共に、流入した空気が他方の開口部３ｂに向かって流下し得る。勿論、他方の開口部３ｂを介して外部から空気が流入すると共に、一方の開口部３ａに向かって流下し得るように管状体１を用いるようにしてもよい。

【0019】

なお、管状体１は、直管形状を有するが、曲管状等であってもよい。
管状体１は、開口部３ａから開口部３ｂ近傍の拡径部６を除いた箇所までの内径が略一様に設定される。開口部３ｂ近傍の端部には、内径を拡径することで当該箇所における流動空間４の横断面積を拡げる拡径部６が配される。

【0020】

拡径部６は、管状体１内部で生じ得る共鳴音を抑制するように機能する。拡径部６は、空気の流動方向の最下流側に配することが望ましい。従ってここでは管状体１の開口部３ｂ側の端部に配する。勿論拡径部６を、開口部３ａ及び開口部３ｂの間の中途に配してもよい。

【0021】

また、拡径部６は、流動空間の横断面積を拡げる形状であれば、その断面形状や径方向の寸法を適宜設定し得るが、拡径部６における流動空間の横断面積や管状体１の内径の横断面積に対する拡径部６の内径の横断面積の比が小さ過ぎると騒音低減或いは消音効果が過小となることに注意する。

【0022】

上記のように管状体１は、拡径部６を設けて横断面積を不連続に拡大させている為、音波のエネルギ密度の著しい低下が生じ、音圧レベルを低下させることができる。また、管状体１の拡径によって拡径部６の近傍が半開放端様となり、流動空間４での管状体１が共振し得る周波数（共鳴周波数）のシフトが生じて、その周波数における気柱振動を抑制し、共鳴音（騒音）の発生を抑制することができる。このように管状体１に拡径部６を設ければよいため、通気性を確保しながらも、管状体１全体を大型化させることなく、広い周波数帯域での消音効果を得ることができる。

【0023】

なお、拡径部６の形状は、管状体１の内径を急激に拡大させる段状（例えば、図１参照）の他、図２（ａ）に示す管状体１の内径を漸次拡大させる形状、即ち略逆テーパ状に拡径する形状の拡径部６を設けてもよい。
また拡径部６は、多段状に内径を拡大させるように拡径部６の形状を設定してもよい。即ち、図２（ｂ）に示すように管状体１の内径よりも拡径させた第一の拡径領域６ａと、第一の拡径領域６ａよりも拡径させた第二拡径領域６ｂとを有するように拡径部６を形成してもよい。
勿論、拡径部６を多段状にした場合の段数（拡径領域の数）は、三以上であってもよく、特に限定されるものではないことは言うまでもない。また、拡径部６の各拡径領域の配置は、適宜設定し得る。例えば気体の流動方向の上流側から下流側に向かって各拡径領域を内径の小さい順（又は大きい順）に配することが出来る。

【0024】

管状体１は、種々の部材に適用することができる。管状体１を毒性対象減消装置に適用した例を示す。図３は毒性対象減消装置１０を示す斜視図、図４は毒性対象減消装置１０を示す断面図である。毒性対象減消装置１０は、管状体１の軸心を略鉛直方向に向けた縦置きの姿勢で使用される。また、毒性対象減消装置１０は、吸込口１２を介して装置外の空気を装置内部に取り込み略鉛直方向に沿って流下させると共に、空気中の毒性対象を減消（例えば、分解、不活化、滅菌等）させる。そして、毒性対象を減消させた空気を排出口１４から外部に排出する。

【0025】

なお、毒性対象とは、菌やウイルス等の病原微生物の他、有害分子を含んだホルムアルデヒドや亜硫酸ガス、亜硝酸ガス等を含むものであって少なくとも人体に対して毒性を有し、空気と共に移動する対象物である。

【0026】

毒性対象減消装置１０は、管状体１を挟んで上部に吸込口１２を具える外気導入部１１、下部に排出口１４を具える空気排出部１３等を具え、各部の内部空間を接続するように各部が連結されて成る。即ち、吸込口１２から導入されている空気を管状体１の内側を通過させて排出口１４から排出するように、各部を連結させる。

【0027】

勿論、外気導入部１１と空気排出部１３の位置は、これに限定するものではなく、外気導入部１１を管状体１の下部に配し、空気排出部１３を管状体１の上部に配することもできる。また、毒性対象減消装置１０は、縦置きの姿勢以外の、横置きの姿勢で使用することも可能であることは言うまでもない。即ち、管状体１の向きは適宜設定し得るものであり、鉛直方向に対して傾斜させた向きに使用することも可能である。

【0028】

また、図５に示すように、毒性対象減消装置１０の内部には、毒性対象減消手段としての紫外線放出部１６、装置内部で空気の流動を発生させる流動発生部１８等が配される。具体的に紫外線放出部１６は、管状体１内で管状体１の軸心と平行に延在するように配する。

【0029】

流動発生部１８は、複数枚の羽根を具えて成るファン１８ａが拡径部６の内部空間で回転し得るように配設することができる。即ち、流動発生部１８は、空気排出部１３内に位置し、且つファン１８ａが拡径部６によって囲繞されるように配設される。勿論、流動発生部１８の位置は、適宜設定し得、ファン１８ａを拡径部６よりも空気の流動方向の下流側に位置させた、管状体１近傍であってもよい。

【0030】

外気導入部１１は、管状体１の上側端部に接続されており、頂部に吸込口１２を有する他、後述する紫外線放出部１６から放出された紫外線が吸込口１２を通して装置外に漏出するのを防止するルーバ２０等を有する。

【0031】

空気排出部１３は、管状体１の拡径部６を囲繞するように、管状体１の下側端部を収容し得る部材であり、流動発生部１８や、各部に電力を供給するための不図示の電力供給部等を配設する。また空気排出部１３の周面には、排出口１４が設けられる。排出口１４は、複数設けられ、総開口面積が吸込口１２の開口面積を超えるように、各々の開口面積や配設数等が設定される。即ち、軸方向視で略矩形状を成す空気排出部１３において、四面の外周面にそれぞれ複数の排出口１４を設けている。

【0032】

排出口１４の軸方向に沿った配設位置は、適宜位置に設定し得るが、管状体１の下端部よりも上方に設定した場合は、空気排出部１３内には、管状体１から排出口１４まで空気の流動を案内する案内路等を設けてもよい。

【0033】

紫外線放出部１６は、紫外線によってターゲットである毒性対象の分解、不活化、消毒、除菌、殺菌、滅菌等の減消を行う。紫外線放出部１６は、殺菌灯、紫外線ランプ、紫外線ＬＥＤ等の紫外線光源を有するものであり、長尺状の直管形状を成し、軸方向視で略放射状に紫外線を放出する。なお、紫外線放出部１６の形状は、直管形状に限定するものではなく、例えば、電球形状、環形状、曲線形状等に設定し得る。

【0034】

紫外線放出部１６から放出される紫外線は、波長が１００～４００ｎｍ程度であることが好ましく、特に２５０～２７０ｎｍ近傍に設定することがより望ましい。勿論、紫外線は、少なくとも毒性対象を減消させ得るものであれば波長が２６０ｎｍ未満の近紫外線（ＵＶ－Ｃ）、遠紫外線（波長１０～２００ｎｍ）、極端紫外線（波長１０～１２１ｎｍ）等であってもよい。また、波長が３００ｎｍを超える近紫外線（ＵＶ－Ａ、ＵＶ－Ｂ）であってもよく、これらを複合して用いてもよい。

【0035】

流動発生部１８は、装置内部で空気の流動を発生させるためのファン構造を有する。即ち、流動発生部１８は、回転軸周りに複数の羽根を有して成るファン、回転軸を回転させるための駆動モータ等によって構成される。従って流動発生部１８は、軸流ファン、遠心ファン、斜流ファン、遠心軸流ファン、渦流ファン、横断流ファン等があり得る。

【0036】

流動発生部１８は、ファン１８ａの回転によって装置周囲の空気を装置内部に導入し、所定の流路に沿って流下させることができる。この際、例えば、ファン１８ａは、最大外径が画壁２の内径（内寸）よりも大きく、拡径部６の内径（内寸）よりも小さく設定してもよい。更にファン１８ａの高さ（径直交方向の長さ）は、流動方向に沿った拡径部６の長さよりも低く（小さく）設定される。勿論、流動発生部１８の羽根のサイズは、適宜設定し得、例えばファン１８ａを拡径部６の外側に位置させた場合、ファン１８ａの外径を拡径部６の内径よりも大きく設定し、またファンの高さを流動方向に沿った拡径部６の長さよりも高く（大きく）設定してもよい。

【0037】

また、管状体１は、内周面の一部又は全部に紫外線放出部１６からの紫外線を反射する紫外線反射性を有する紫外線反射面を具える。このような紫外線反射面としては、紫外線を反射させるコールドミラーが有り得、例えば管状体１の内周面に誘電体を多層にわたって蒸着させた誘電体多層膜によって形成することができる。或いはコールドミラーを蒸着させた薄板を管状体１の内周面に張り付けたり、管状体１の内側に配置したりして紫外線反射面を設けてもよい。

【0038】

誘電体多層膜は、高屈折率材料の誘電体薄膜と、低屈折率材料の誘電体薄膜とを交互に積層することによって構成することもできる膜である。高屈折率材料としては、例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ_２ ）、酸化アルミニウム（ＡＬ_２ Ｏ_３ ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２ ）等が有り得る。低屈折率材料としては、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２ ）、過酸化亜鉛（ＺｎＯ_２ ）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２ ）等が有り得る。

【0039】

管状体１の内周面における紫外線反射面の配設箇所は適宜設定し得、例えば管状体１の内周面において軸方向及び／又は周方向に沿って断続的に設けることもできる。

【0040】

また、紫外線反射面の厚みは、適宜設定し得るが、多層膜によって形成する場合、一層当たりの厚みを、例えば反射させる紫外線の波長の１／４の整数倍（紫外線の波長の１／４の奇数倍又は偶数倍）に設定することが出来る。具体的には反射させる対象となる紫外線の波長を２５３．７（ｎｍ）と設定した場合、一層の厚みを６３．４（ｎｍ）（即ち、波長の１／４の１倍）、１２６．８（ｎｍ）（即ち、波長の１／４の２倍）、１９０．３（ｎｍ）（波長の１／４の３倍）程度等に設定する。勿論、反射層６を多層膜によって形成する場合の一層当たりの膜厚は、数１０μｍ程度の所謂厚膜であってもよく、数μｍ程度の所謂薄膜であってもよく、数ｎｍ以下の所謂超薄膜であってもよい。

【0041】

管状体１は、横断面を略無端形状とすることで紫外線放出部１６を囲繞し、紫外線を内側で高次に、即ち多数回繰り返し反射するように、内周面に反射層を配設したが、勿論、反射層を管状体１の外周面（外側表面）に配設して管状体１の基材を透過した紫外線を内側に反射させてもよい。その場合の管状体１は、例えば、アクリル、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル等の樹脂材料やガラス系材料等の紫外線、赤外線、可視光を透過させる透明性の材料から選択される一種以上によって形成することができる。なお、透明性を有する材料としては、金属材料、セラミック等の窯業系材料、セメント等の水硬性材料、炭素材料等を加えた透明性の材料であってもよい。

【0042】

上記のように管状体１に反射層を設けることにより、紫外線放出部１６から放出される紫外線が内部で高次に反射する。結果、管状体１内部では、紫外線が増幅して成る高線量で且つ高密度の紫外線領域が作出される。

【0043】

上述の毒性対象減消装置１０による毒性対象の減消処理及び空気の流動について説明する。先ず毒性対象減消装置１０の電源スイッチ（不図示）のＯＮ操作や、紫外線放出部１６及び流動発生部１８を動作させるための入力操作を行う。
これにより、紫外線放出部１６から紫外線を放出し管状体１内部に高線量且つ高密度の紫外線領域を作出する。即ち、紫外線放出部１６から放出された紫外線は、管状体１内側の紫外線反射面によって複数回反射（高次反射）を繰り返す。結果、紫外線の線量が増幅して紫外線領域が作出される。

【0044】

また、流動発生部１８の作動によってファンが回転し、吸込口１２、管状体１、排出口１４の順に空気を通過させるように流動が発生する。具体的には、ファンの回転によって管状体１内の空気が排出口１４に向かって流動して外部に排出される。また、毒性対象減消装置１０内（管状体１内）が負圧となるため、吸込口１２を介して毒性対象を含んだ外部の空気が吸引される。

【0045】

従って、毒性対象減消装置１０内部には、外部の空気が吸込口１２を介して導入されると共に、管状体１内を流下して排出口１４から排出されるように、空気の流路が形成される。更に該流路の途中に紫外線領域を作出しているため、空気中の毒性対象が紫外線によって減消されて排出口１４からは毒性対象が減消された後の空気が排出される。

【0046】

上記の毒性対象減消装置１０は、内部に空気の流動を発生させるため、管状体１において気柱が共鳴し得るが、管状体１の拡径部６を設けた箇所が管状体１の内径を拡径させ、流動空間を拡大させた領域となって気柱の共鳴を阻害して空気の流動に伴う管状体１内部での騒音発生を抑制することができる。
また、本発明の管状体１によれば、ファンの回転によって流動発生部１８の周りで発生する周期的に密度が変化してなる気体流による騒音を低減させることも可能である。即ち、流動発生部１８の周囲を覆う毒性対象減消装置１０の内部に配設されるハウジングと、周期的に密度が変化してなる気体流との相互干渉によるハウジング振動によって生じる振動音と、この振動音の管状体１への伝達によって発生する管伝達騒音を本発明の消音機構によって消音乃至低減することができる。

【0047】

なお、本発明の消音構造体を管状体とした場合を例に説明したが、消音構造体は内部に気体が流動し得る流動空間を有するものであれば、ダクトや管路等の通気経路を有する構造物や装置等に適用することが出来、更にトンネル等の空洞を有する建造物に適用することも可能である。例えば図５に示すように、トンネルの開口端部３０近傍に拡径部３２を設けることで、トンネル内で発生する気柱共鳴が原因となる騒音を低減乃至消音することができる。

【符号の説明】

【0048】

１…管状体、２…画壁、４…流動空間、６…拡径部、１０…毒性対象減消装置、１２…吸込口、１４…排出口、１６…紫外線放出部、１８…流動発生部、１８ａ…ファン。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】