特開 2024-38703 サイドブランチ型消音装置の設計方法、製造方法及びサイドブランチ型消音装置

(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】P2024038703

(43)【公開日】2024-03-21

(54)【発明の名称】サイドブランチ型消音装置の設計方法、製造方法及びサイドブランチ型消音装置

(51)【国際特許分類】

   G10K 11/16 20060101AFI20240313BHJP

【ＦＩ】

G10K11/16 100

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022142930

(22)【出願日】2022-09-08

(71)【出願人】

【識別番号】000233619

【氏名又は名称】株式会社ニチリン

(74)【代理人】

【識別番号】100100170

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 厚司

(72)【発明者】

【氏名】森 浩一

【テーマコード（参考）】

5D061

【Ｆターム（参考）】

5D061EE27

5D061EE31

(57)【要約】

【課題】サイドブランチチャンバの長さを容易に設定し、広範囲の周波数に対して消音効果を高くすることができるサイドブランチ型消音装置の設計方法、製造方法及びサイドブランチ型消音装置を提供する。
【解決手段】設定範囲の周波数領域の音源に対して消音するサイドブランチ型消音装置の設計方法において、ｎ個目の基本周波数が、周波数領域の最小周波数の２^ｎ－１倍となるように、ｎ個の基本周波数を設定し、ｎ個の基本周波数の各々に対応する複数のサイドブランチチャンバの長さを設定する。サイドブランチ型消音装置のサイドブランチが適用可能な最大長さから、最小周波数を設定する。複数のサイドブランチチャンバの長さは、ｎ個目のサイドブランチチャンバの長さが最大のサイドブランチチャンバの長さの１／２^ｎ－１倍になるように、設定する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

設定範囲の周波数領域の音源に対して消音するサイドブランチ型消音装置の設計方法において、
ｎ個目の基本周波数が、前記周波数領域の最小周波数の２^ｎ－１倍となるように、ｎ個の基本周波数を設定し、
前記ｎ個の基本周波数の各々に対応する複数のサイドブランチチャンバの長さを設定することを特徴とするサイドブランチ型消音装置の設計方法。

【請求項2】

前記サイドブランチ型消音装置のサイドブランチが適用可能な最大長さから、前記最小周波数を設定することを特徴とする請求項１に記載のサイドブランチ型消音装置の設計方法。

【請求項3】

複数のサイドブランチチャンバの長さは、ｎ個目のサイドブランチチャンバの長さが最大のサイドブランチチャンバの長さの１／２^ｎ－１倍になるように、設定することを特徴とする請求項１に記載のサイドブランチ型消音装置の設計方法。

【請求項4】

請求項１から３のサイドブランチ型消音装置の設計方法をステップとして含むサイドブランチ型消音装置の製造方法。

【請求項5】

設定範囲の周波数領域の音源に対して消音するサイドブランチ型消音装置において、
ｎ個目の基本周波数が、前記周波数領域の最小周波数の２^ｎ－１倍となるｎ個の基本周波数の各々に対応する複数のサイドブランチチャンバの長さを有することを特徴とするサイドブランチ型消音装置。

【請求項6】

ｎ個目のサイドブランチチャンバの長さが、最大のサイドブランチチャンバの長さの１／２^ｎ－１倍となるｎ個のサイドブランチチャンバを備えることを特徴とする請求項５に記載のサイドブランチ型消音装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、サイドブランチ型消音装置の設計方法、製造方法及びサイドブランチ型消音装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車両用空調装置において、コンプレッサの機械騒音や冷媒のキャビティによる騒音が配管を介してエバポレータに伝わり、吹出口からドライバに伝わるか、あるいは、配管の途中でエンジンルームの空間を介して車体経由でドライバに伝わる。このため、車両用空調装置の配管には、マフラー型のサイレンサが介設されたり、内挿型のサイレンサが挿入されている。マフラー型のサイレンサは、大型で重く、ろう付けによるコストアップが生じるため、近年では、内挿型のサイレンサが多く採用されている。

【0003】

内挿型のサイレンサの代表として、サイドブランチ型消音装置があるが、共鳴型や膨張型に比べて適用される周波数の範囲が狭いという問題があるため、複数のサイドブランチチャンバを設けることで、適用される周波数の範囲を広くしている。

【0004】

特許文献１には、吸音通路に複数のブランチ管が形成され、各ブランチ管の内部空間の長さを異ならせた消音器が記載されている。

【0005】

引用文献１の消音器では、ブランチ管に発生する逆位相の音を、吸音通路で消音しきれない比較的低周波数の音に設定しておくことにより、広い幅の低周波数の騒音を効果的に消音することができるとされている。しかし、各ブランチ管の長さをどのように設定するかは、記載されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平７－１８７５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、サイドブランチチャンバの長さを容易に設定し、広範囲の周波数に対して消音効果を高くすることができるサイドブランチ型消音装置の設計方法、製造方法及びサイドブランチ型消音装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
（１）設定範囲の周波数領域の音源に対して消音するサイドブランチ型消音装置の設計方法において、
ｎ個目の基本周波数が、前記周波数領域の最小周波数の２^ｎ－１倍となるように、ｎ個の基本周波数を設定し、
前記ｎ個の基本周波数の各々に対応する複数のサイドブランチチャンバの長さを設定する。

【0009】

（２）前記（１）に記載のサイドブランチ型消音装置の設計方法において、
前記サイドブランチ型消音装置のサイドブランチが適用可能な最大長さから、前記最小周波数を設定する。

【0010】

（３）前記（１）又は（２）に記載のサイドブランチ型消音装置の設計方法において、
複数のサイドブランチチャンバの長さは、ｎ個目のサイドブランチチャンバの長さが最大のサイドブランチチャンバの長さの１／２^ｎ－１倍になるように、設定する。

【0011】

（４）サイドブランチ型消音装置の製造方法は、前記（１）から（３）のサイドブランチ型消音装置の設計方法をステップとして含む。

【0012】

（５）設定範囲の周波数領域の音源に対して消音するサイドブランチ型消音装置において、
ｎ個目の基本周波数が、前記周波数領域の最小周波数の２^ｎ－１倍となるｎ個の基本周波数の各々に対応する複数のサイドブランチチャンバの長さを有する。

【0013】

（６）前記（５）に記載のサイドブランチ型消音装置において、
ｎ個目のサイドブランチチャンバの長さが、最大のサイドブランチチャンバの長さの１／２^ｎ－１倍となるｎ個のサイドブランチチャンバを備える。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、サイドブランチチャンバの長さを容易に設定し、広範囲の周波数に対して消音効果を高くすることができるという効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明のサイドブランチ型消音装置の設計方法で設計されたサイドブランチ型消音装置の主管の一部を破断した斜視図。

【図2】図１の主管に挿入される消音装置の斜視図。

【図3】図２のIIIａ－IIIａ線断面図（ａ）、及び IIIｂ－IIIｂ線断面図（ｂ）。

【図4】図３のIVａ－IVａ線断面図（ａ）、及び IVｂ－IVｂ線断面図（ｂ）。

【図5】本発明のサイドブランチ型消音装置の設計方法の流れを示すフローチャート。

【図6】本発明のサイドブランチ型消音装置の設計方法で使用する周波数テーブル。

【図7】本発明のサイドブランチ型消音装置の設計方法で設計したサイドブランチ型消音装置のモデル１、モデル２、モデル３を示す図。

【図8】本発明のサイドブランチ型消音装置の設計方法で設計したサイドブランチ型消音装置のモデル１、モデル２、モデル３の透過損失の解析結果を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態を添付図面に従って説明する。

【0017】

まず、本発明のサイドブランチ型消音装置の設計方法の対象となる消音装置について説明する。

【0018】

図１に示す消音装置１は、車両用空調装置の冷媒が流れる配管に設けられる。具体的には、消音装置１は、図示しないコンプレッサ、コンデンサ、膨張弁及びエバポレータからなる車両用空調装置におけるエバポレータ又はコンプレッサの出口側の配管（以下、「主管」という）２に挿入される。主管２は、ゴムや合成樹脂等の弾性と可撓性とを有する素材で形成されているが、これに限らず、アルミニウム等の可撓性を有さない素材を使用してもよい。主管２には、図１において、左側の上流から右側の下流に流体（以下「冷媒」という）が流れるものとする。

【0019】

図２、図３に示すように、消音装置１は、内管３と、該内管３の上流側端部及び下流側端部に形成された端部仕切り板４（４ａ、４ｂ）と、内管３の外面に形成された中間仕切り板５と、内管３の周方向に所定間隔で形成された複数のリブ板６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）とを備え、合成樹脂により一体に形成されている。

【0020】

消音装置１は、図示しない固定部材により、主管２の外側から上流側又は下流側のいずれかの端部仕切り板４ａ、４ｂが締め付けられることにより、主管２の内部に固定されている。

【0021】

内管３は、主管２の内径より小さい外径を有する。端部仕切り板４は、主管２の内径とほぼ同じ外径を有する円環形であり、上流側の端部仕切り板４ａ、下流側の端部仕切り板４ｂの２つ設けられている。中間仕切り板５は、主管２の内径とほぼ同じ外径を有する扇形である。リブ板６は、内管３の上流側から見て時計回りに６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの４つ設けられ、内管３の外周面の周４等配位置に放射状に突出されるとともに、軸方向に延びている。リブ板６の数は任意であり、１つ以上あればよい。また、リブ板６は、周方向に等間隔でなくてもよい。端部仕切り板４の外周面、中間仕切り板５の外周面、及びリブ板６の外端面は、消音装置１が主管２に挿入されたときに主管２の内面と密着することで、後述するサイドブランチチャンバ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが主管２によって密封されるようになっている。

【0022】

図３に示すように、主管２と内管３との間には、４つのサイドブランチチャンバ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが形成されている。

【0023】

サイドブランチチャンバ７ａは、リブ板６ａとリブ板６ｂとの間の空間と、リブ板６ｄとリブ板６ａとの間の空間とが、リブ板６ａの上流側端に設けられた切欠き６ｅを介して連通するように設けられている。サイドブランチチャンバ７ａが内管３と連通する出入口８ａは、リブ板６ａとリブ板６ｂとの間の空間で、下流側の端部仕切り板４ｂの近傍に設けられている。

【0024】

サイドブランチチャンバ７ｂは、リブ板６ｂとリブ板６ｃとの間の空間に設けられている。サイドブランチチャンバ７ｂが内管３と連通する出入口８ｂは、リブ板６ｂとリブ板６ｃとの間の空間で、下流側の端部仕切り板４ｂの近傍に設けられている。

【0025】

サイドブランチチャンバ７ｃは、リブ板６ｃとリブ板６ｄとの間の空間であって、中間仕切り板５と下流側の端部仕切り板４ｂとの間に設けられている。サイドブランチチャンバ７ｃが内管３と連通する出入口８ｃは、リブ板６ｃとリブ板６ｄとの間の空間で、中間仕切り板５の上流側近傍に設けられている。

【0026】

サイドブランチチャンバ７ｄは、リブ板６ｃとリブ板６ｄとの間の空間であって、中間仕切り板５と上流側の端部仕切り板４ａとの間に設けられている。サイドブランチチャンバ７ｄが内管３と連通する出入口８ｄは、リブ板６ｃとリブ板６ｄとの間の空間で、中間仕切り板５の下流側近傍に設けられている。
なお、各サイドブランチチャンバ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの出入口８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、上流側と下流側のいずれに設けられていてもよい。

【0027】

次に、本実施形態の消音装置１の作用について説明する。

【0028】

図４に示すように、主管２内を流れる冷媒は、消音装置１の上流側端部で内管３内に流入し、下流側端部で内管３内より流出する。消音装置１の上流側の図示しない音源から発生する音（コンプレッサの機械騒音や、冷媒のキャビティ音）は、冷媒とともに下流側に伝搬し、消音装置１の内管３内に進入する。なお、音源は、下流側にあってもよく、その場合は、上流側で消音効果が生じることになる。

【0029】

主管２から内管３内に伝搬してきた音波は、内管３の内面に設けられた出入口８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄから４つのサイドブランチチャンバ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄに進入し、各サイドブランチチャンバ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄの奥端で反射して出入口８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄに戻り、ここで、内管３の音波と逆位相になって干渉し、消音される。

【0030】

ここで、内管の断面積をＳ、サイドブランチチャンバの断面積をＳｓ、サイドブランチチャンバの長さをｌ、音波の周波数をｆ、音速をｃとすると、消音装置１での透過損失ＴＬは数１で表される。なお、サイドブランチチャンバの長さｌは、各サイドブランチチャンバの出入口から奥端までの軸方向距離である。

【数1】

【0031】

次に、前述したようなサイドブランチ型消音装置の設計方法について説明する。

【0032】

設定された範囲の周波数領域の音源に対して消音するためのサイドブランチ型消音装置の設計方法は、図５に示すように、最小周波数の設定（ステップ１０１）と、ｎ個の基本周波数の設定（ステップ１０２）と、サイドブランチチャンバの長さの設定（ステップ１０３）との３つのステップをとる。

【0033】

最小周波数の設定のステップ１０１では、サイドブランチ型消音装置のサイドブランチが適用可能な最大長さから、最小周波数を設定する。図１に示すような主管２に挿入される挿入型のサイドブランチ型消音装置１は、主管２のレイアウト等との関係から、主管２に挿入される長さに制約があるため、この主管２に適用可能な消音装置１の全長をＬmaxとすると、サイドブランチチャンバの最大長さｌは２Ｌmaxとなる。最小周波数ｆは、サイドブランチチャンバの長さをｌ、音速をｃとすると、数２で表される。

【0034】

【数2】

【0035】

なお、サイドブランチ型消音装置の長さに制約がない場合は、ステップ１０１は省略することができる。

【0036】

ｎ個の基本周波数の設定のステップ１０２では、ｎ個目の基本周波数が、周波数領域の最小周波数の２^ｎ－１倍となるように、ｎ個の基本周波数を設定する。ここでは、図６に示す表を使用することができる。

【0037】

図６は、列の先頭に、初項ａ＝１、公比ｒ＝２の等比数列ａ_ｎ=ａｒ^ｎ－１で表される１，２，４，８，１６，３２，６４，１２８の数列を表示し、行の先頭に、初項ａ＝１、等差ｄ＝２の等差数列ａ_ｎ=ａ＋（ｎ－１）ｄ＝２ｎ－１で表される１，３，５，７，９，・・・３９の数列を表示して、各セルに周波数を示す数値を表示したものである。「１」の行には、最小周波数１００Ｈｚの２^ｎ－１倍となる１００，２００，４００，８００，１６００，３２００，６４００，１２８００の数値が表示され、「３」の行以降は、「１」の行の周波数の２ｎ－１倍（奇数倍）となる数値が表示されている。

【0038】

数１において、基本周波数をｆ_０＝ｃ／（４ｌ）とすると、数１Ａとなり、ｆがｆ_０の奇数倍に近づくにつれて透過損失が大となり、消音効果が高くなることが分かる。

【数1A】

【0039】

図６において、最小周波数を１００Ｈｚ、最大周波数を４０００Ｈｚとした場合、最小周波数の２^ｎ－１倍で最大周波数以下である１００Ｈｚ、２００Ｈｚ、４００Ｈｚ、８００Ｈｚ、１６００Ｈｚ、３２００Ｈｚの６個の基本周波数を設定する。この場合、６個の基本周波数の２ｎ－１倍（奇数倍）で、最大周波数４０００Ｈｚまでの範囲（図６中Ａ－Ａ線で示す）で、消音効果が期待できる。

【0040】

サイドブランチチャンバの長さの設定のステップ１０３では、ステップ１０１で設定したｎ個の基本周波数の各々に対応する複数のサイドブランチチャンバの長さを設定する。サイドブランチチャンバの長さｌは、周波数をｆ、音速をｃとすると、数３で表される。

【0041】

【数3】

【0042】

ｎ個の基本周波数は、最小周波数１００Ｈｚの２^ｎ－１倍であるから、各サイドブランチチャンバの長さは、ｎ個目のサイドブランチチャンバの長さが、最大のサイドブランチチャンバの長さの１／２^ｎ－１倍になるように設定する。

【0043】

ここで、同一長さのサイドブランチチャンバを複数設けることができる。また、基本周波数が最大周波数に近づくにつれてサイドブランチチャンバの長さが短くなるため、サイドブランチチャンバの長さを物理的に確保することが困難になる場合は、当該基本周波数のサイドブランチチャンバを設ける必要がない。

【0044】

図７は、前述の設計方法により設計したサイドブランチ型消音装置の３つのモデル１，モデル２，モデル３を示す。

【0045】

モデル１は、１００Ｈｚ、２００Ｈｚ、及び４００Ｈｚを狙いとするものである。モデル１には、１００Ｈｚを狙いとする長さ３４４ｍｍ（１７２×２）の第１サイドブランチチャンバ７ａと、２００Ｈｚを狙いとする長さ１７２ｍｍの第２サイドブランチチャンバ７ｂと、４００Ｈｚを狙いとする長さ８５ｍｍの第３サイドブランチチャンバ７ｃ及び第４サイドブランチチャンバ７ｄとを備えている。

【0046】

モデル２は、１００Ｈｚ、２００Ｈｚ、４００Ｈｚ、及び８００Ｈｚを狙いとするものである。モデル２は、第１サイドブランチチャンバ７ａ、第２サイドブランチチャンバ７ｂ、第３サイドブランチチャンバ７ｃはモデル１と同一であるが、モデル１の第４サイドブランチチャンバ７ｄを２分割して、８００Ｈｚを狙いとする長さ４２ｍｍの第４サイドブランチチャンバ７ｄと、長さ４１ｍｍの第５サイドブランチチャンバ７ｅとを備えている。

【0047】

モデル３は、１００Ｈｚ、２００Ｈｚ、４００Ｈｚ、８００Ｈｚ、及び１６００Ｈｚを狙いとするものである。モデル３は、第１サイドブランチチャンバ７ａ、第２サイドブランチチャンバ７ｂ、第３サイドブランチチャンバ７ｃ、第４サイドブランチチャンバ７ｄはモデル２と同一であるが、モデル２の第５サイドブランチ７ｅを２分割して、１６００Ｈｚを狙いとする長さ１８ｍｍの第５サイドブランチチャンバ７ｅと、第６サイドブランチチャンバ７ｆとを備えている。

【0048】

図８は、モデル１、モデル２、モデル３において、周波数を０から２０００Ｈｚまで変化させたときの透過損失を示す。図８より、モデル１では、１００Ｈｚ，２００Ｈｚ及び４００Ｈｚと、それらの奇数倍の周波数で、高い透過損失のピークが見られる。また、４００Ｈｚを狙ったサイドブランチチャンバが２つあるため、４００Ｈｚ前後で高い透過損失が見られる。モデル２では、１００Ｈｚ，２００Ｈｚ、４００Ｈｚ及び８００Ｈｚと、それらの奇数倍の周波数で、高い透過損失のピークが見られる。また、８００Ｈｚを狙ったサイドブランチチャンバが２つあるため、８００Ｈｚ前後で高い透過損失が見られる。モデル３は、１００Ｈｚ，２００Ｈｚ、４００Ｈｚ、８００Ｈｚ及び１６００Ｈｚと、それらの奇数倍の周波数で、高い透過損失のピークが見られる。また、１６００Ｈｚを狙ったサイドブランチチャンバが２つあるため、１６００Ｈｚ前後で高い透過損失が見られる。各モデルのいずれも、広範囲の周波数に対して透過損失が大きく、消音効果が高いことが確認された。

【0049】

本発明は、前記実施形態に限るものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨の範囲内で修正し変更することができる。
例えば、サイドブランチチャンバの数は、前記実施形態のように４つに限らないし、サイドブランチチャンバの長さも適宜変更することができる。

【符号の説明】

【0050】

１…消音装置
２…主管
３…内管
４、４ａ、４ｂ…端部仕切り板
５…中間仕切り板
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ…リブ板
６ｅ…切欠き
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ…サイドブランチチャンバ
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ…サイドブランチチャンバの出入口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】