JP2016041917A - 消音器 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化することなく圧損を小さくしながら、幅広い周波数帯の騒音に対応して消音効果を高めることの可能な消音器を提供する。【解決手段】筒状体の内部に少なくとも２枚の板状の案内部材１３，１４を交差して配置した旋回室１１と、旋回室１１を通過する流体を媒体として伝わる音波が孔１６を通して導入される共鳴室１５とを有する。案内部材１３，１４は２枚の半円形板状の部材である。共鳴室１５は旋回室１１の排出側に設けられる。案内部材１３，１４には、吸音材が取り付けられる。消音器１１は、内燃機関、内燃機関と組み合わされた排熱回収ボイラー、通風ダクト、船舶の船体内設備等に接続される。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関や発電機等から発生する排気音や、通風ダクト等から発生する騒音を消音するための消音器に関するものである。

従来、排気音等を消音する消音器の代表的なものとして、多段膨張式とストレート式の消音器が知られている。多段膨張式の消音器は、一般的にストレート式よりも消音効果が大きいものの、膨張と圧縮を繰り返す構造であり圧力損失（以下、「圧損」という。）が大きくなる傾向があり、圧損を小さくするためには消音器本体のサイズを大きくしなければならない。これに対して、ストレート式の消音器は、圧損が小さいものの、消音効果も小さい。

一方、特許文献１には、排気孔９が多数穿設された排気管１０を共鳴室６内に架設するとともに、排気管１０の導入側に誘導板１３を装着して、排気管１０に導入された排気を排気孔９から共鳴室６内へ誘導するようにした内燃機関用消音器に関する発明が記載されている。

また、特許文献２には、小孔群４を密に貫設したパンチングパイプ２の外周に吸音材層３を設けるとともに、パンチングパイプ２の入口側に旋回導ブレード１０を設けて、排気ガス５に旋回流を付与するようにしたマフラーに関する発明が記載されている。

特開平８−３３４０１１号公報 特開平１０−３１１２１１号公報

従来の多段膨張式の消音器は、消音効果が大きいものの圧損が大きく、圧損を小さくするためには消音器本体のサイズを大きくしなければならない。しかしながら、消音器を接続する装置の設置環境やコスト面を考慮すると、消音器自体は小さいサイズのものが好ましいため、圧損を小さくすることと消音効果を大きくすることとのバランスが難しい。また、ストレート式の消音器は、圧損が小さいものの消音効果も小さいという問題がある。

さらに、多段膨張式は低周波数の騒音に効果が大きいのに対して、ストレート式は高周波数の騒音に効果が大きいといったように、消音器の構造によって消音効果の大きな周波数帯が異なる。従って、全体的な消音効果を大きくするためには、幅広い周波数帯の騒音に対応する必要がある。

一方、特許文献１及び特許文献２に記載された発明は、排気ガスを旋回させて共鳴室や吸音材層に導いて消音効果を高めるようにしたものであるが、排気ガスを旋回させる構造が共鳴室や吸音材層に排気ガスを導くことのみを目的としたものであり、圧損を小さくするという観点がない。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、大型化することなく圧損を小さくしながら、幅広い周波数帯の騒音に対応して消音効果を高めることの可能な消音器を提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明の消音器は、筒状体の内部に少なくとも２枚の板状の案内部材を交差して配置した旋回室と、前記旋回室を通過する流体を媒体として伝わる音波が孔を通して導入される共鳴室とを有することを特徴とする。

また好ましくは、前記案内部材が、２枚の半円形板状の部材であることを特徴とする。

また好ましくは、前記共鳴室が、前記旋回室の排出側に設けられていることを特徴とする。

また好ましくは、前記共鳴室が、前記旋回室の周囲に設けられていることを特徴とする。

また好ましくは、前記案内部材に吸音材が取り付けられていることを特徴とする。

また好ましくは、内燃機関に接続されることを特徴とする。

また好ましくは、内燃機関と組み合わされた排熱回収ボイラーに接続されることを特徴とする。

また好ましくは、通風ダクトに接続されることを特徴とする。

また好ましくは、船舶の船体内設備に接続されることを特徴とする。

本発明の消音器によれば、筒状体の内部に少なくとも２枚の板状の案内部材を配置した旋回室を有しているので、流体を媒体として伝わる音波を案内部材に当てることで減衰させて消音することができる。また、案内部材で旋回流を起こし、圧損を抑制しながら流体を排出口へと導くことができる。

また、旋回室を通過する流体を媒体として伝わる音波が孔を通して導入される共鳴室を有しているので、旋回室だけでは消音しにくい周波数帯の騒音について、共鳴室により消音することができる。共鳴室で消音する周波数帯については、音波が導入される孔の大きさや数により調整することができる。

また、案内部材により旋回流が生じることで、内部の流体の速度分布を均一にすることができる。これにより流体を共鳴室近傍に流すことができて、確実に音波を共鳴室により消音することができる。もしも流体に旋回流がない場合には、筒状体の内部壁面が抵抗となるため、壁面付近の流れは遅く、中心付近の流れは速いといった不均一な速度分布となる。旋回流を意図的に作ってやることで、速度分布は均一となり、壁面付近に効率よく流量のある流れを作ることができる。

また、案内部材を２枚の半円形板状の部材で構成することにより、構造が単純で容易に製造できるとともに、旋回流を起こしながら圧損を最低限に抑制することができ、消音器自体を大型化する必要がない。

また、共鳴室を旋回室の排出側に設けることにより、旋回室を太く構成することができ、案内部材による消音効果を高めることができる。

また、共鳴室を旋回室の周囲に設けることにより、共鳴室を長く構成することができ、共鳴室による消音効果を高めることができる。

また、案内部材に吸音材を取り付けることにより、案内部材による消音効果をより高めることができる。

また、内燃機関に接続することにより、内燃機関の排気音を消音することができる。

また、内燃機関と組み合わされた排熱回収ボイラーに接続することにより、排熱回収ボイラーを通過して圧損を生じた排気ガスであっても、さらなる圧損を抑えながら消音効果を得ることができる。

また、通風ダクトに接続することにより、通風ダクトから生じる騒音を消音することができる。

また、船舶の船体内設備に接続することにより、船体内の狭小部分に配置される設備の騒音であっても、消音器を大型化することなく消音することができる。

以上、本発明によれば、大型化することなく圧損を小さくしながら、幅広い周波数帯の騒音に対応して消音効果を高めることの可能な消音器を提供することができる。

本発明の実施形態に係る消音器を示す正面図である。 実施形態１に係る消音器を示す縦断面図である。 実施形態１に係る消音器を示す横断面図である。 実施形態１に係る案内部材を示す平面図である。 実施形態１に係る消音器の変形例を示す縦断面図である。 実施形態２に係る消音器を示す縦断面図である。 実施形態２に係る消音器を示す横断面図である。 実施形態２に係る案内部材を示す平面図である。

次に、図１乃至図８を参照して、本発明の実施形態に係る消音器について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る消音器１を示す正面図である。本実施形態に係る消音器１は、ボイラー２に接続されて使用されるものである。ボイラー２は、船舶において、省エネルギーの観点から主機関や発電機の排熱回収に用いられる排熱回収ボイラーであって、例えば特開２０１４−１６１３５号公報に開示されている船舶用ボイラーである。

（実施形態１）
図２乃至図４をして、実施形態１に係る消音器について説明する。図２は実施形態１に係る消音器１０を示す縦断面図、図３は消音器１０を示す横断面図、図４は案内部材１３，１４を示す平面図である。

図２及び図３に示すように、消音器１０はボイラー２に接続されており、ボイラー２から流れてきた流体（排気ガス）が、消音器１０を通過して排出口１７から排出されるようになっている。消音器１０は、筒状体であって、上流側（図２における左側）の旋回室１１と、下流側（図２における右側）の排出管１２とから構成されている。

旋回室１１の内部には、ボイラー２から流れてきた流体を旋回させる案内部材１３，１４が配置されている。案内部材１３は、図４に示すように、円弧１３ａと直線１３ｂとから構成される平面視半円形の板状部材である。同様に、案内部材１４は、円弧１４ａと直線１４ｂとから構成される平面視半円形の板状部材である。そして両者は、旋回室１１の内部で互いに交差するように配置されている。なお、図３は、図２の各位置における横断面図に相当するものであり、（ａ）はＡ−Ａ断面、（ｂ）はＢ−Ｂ断面、（ｃ）はＣ−Ｃ断面、（ｄ）はＤ−Ｄ断面を示している。

図２及び図３に示すように、２枚の案内部材のうち案内部材１３は、半円形の円弧１３ａ部分が旋回室１１の筒状体の一方の片側の内周（図３における左側）に沿っており、かつ旋回室１１の入口から出口にかけて上昇するように配置されている。また、案内部材１４は、半円形の円弧１４ａ部分が旋回室１１の他方の片側の内周（図３における右側）に沿っており、かつ旋回室１１の入口から出口にかけて下降するように配置されている。そして、案内部材１３の直線１３ｂ部分と、案内部材１４の直線１４ｂ部分とが、旋回室１１の中央で交差している。

案内部材１３，１４には吸音材を設けることが好ましい。例えば、吸音材として表面にロックウールを貼付することができる。また、消音器１０の圧損をより小さくするために、案内部材１３，１４は、旋回室１１の入口から出口まで全長に亘って配置されることが好ましい。

旋回室１１の排出側（下流側）は排出管１２になっており、排出管１２の下流側が排出口１７になっている。排出管１２の周りには、共鳴室１５が設けられている。共鳴室１５は、排出管１２を囲むように配置されており、排出管１２との間の壁面には、複数の孔１６が形成されている。そして、旋回室１１を通過する流体を媒体として伝わる音波が、複数の孔１６を通して共鳴室１５に導入されるようになっている。なお、孔１６の大きさや数は、共鳴室１５による消音を目指す周波数帯によって好適なもの適宜定めることができる。

ボイラー２から流れてきた流体は、旋回室１１の内部に配置された案内部材１３，１４に当たって旋回流を生じながら排出管１２を通過する。そして、流体を媒体として伝わる音波が案内部材１３，１４に当たることで減衰し消音されるとともに、さらに音波が複数の孔１６を通して共鳴室１５へと導入されることで消音される。また、案内部材１３，１４により旋回流が生じることで圧損が小さくなる。案内部材１３，１４は、半円形の板状部材であるため構造が単純で製造容易であるとともに、旋回室１１の全長に亘って緩やかに上昇又は下降しているため、旋回流を生じさせつつも圧損を小さくするのに好適な形状である。

また、案内部材１３，１４により旋回流が生じることで、内部の流体の速度分布を均一にすることができる。これにより流体を共鳴室１５近傍に流すことができて、確実に音波を共鳴室１５により消音することができる。もしも流体に旋回流がない場合には、筒状体の内部壁面が抵抗となるため、壁面付近の流れは遅く、中心付近の流れは速いといった不均一な速度分布となる。旋回流を意図的に作ってやることで、速度分布は均一となり、壁面付近に効率よく流量のある流れを作ることができる。

図５は、実施形態１に係る消音器の変形例を示す縦断面図である。図５に示す変形例に係る消音器１０´は、消音器１０とほぼ同一の構成であるが、排出管１２の入口側に傾斜面１８を設けてある点が異なっている。このように傾斜面１８を設けることにより、流体の流れを滑らかにして、より圧損を小さくすることができる。

（実施形態２）
図６乃至図８をして、実施形態２に係る消音器について説明する。図６は実施形態２に係る消音器２０を示す縦断面図、図７は消音器２０を示す横断面図、図８は案内部材２３，２４を示す平面図である。

図６及び図７に示すように、消音器２０はボイラー２に接続されており、ボイラー２から流れてきた流体（排気ガス）が、消音器２０を通過して排出口２７から排出されるようになっている。消音器２０は、筒状体であって、上流側（図６における左側）の旋回室２１と、下流側（図６における右側）の排出管２２とから構成されている。

旋回室２１の内部には、ボイラー２から流れてきた流体を旋回させる案内部材２３，２４が配置されている。案内部材２３は、図８に示すように、円弧２３ａと直線２３ｂとから構成される平面視半円形の板状部材である。同様に、案内部材２４は、円弧２４ａと直線２４ｂとから構成される平面視半円形の板状部材である。そして両者は、旋回室２１の内部で互いに交差するように配置されている。なお、図７は、図６の各位置における横断面図に相当するものであり、（ｅ）はＥ−Ｅ断面、（ｆ）はＦ−Ｆ断面、（ｇ）はＧ−Ｇ断面を示している。

図６及び図７に示すように、２枚の案内部材のうち案内部材２３は、半円形の円弧２３ａ部分が旋回室２１の筒状体の一方の片側の内周（図７における左側）に沿っており、かつ旋回室２１の入口から出口にかけて上昇するように配置されている。また、案内部材２４は、半円形の円弧２４ａ部分が旋回室２１の他方の片側の内周（図７における右側）に沿っており、かつ旋回室２１の入口から出口にかけて下降するように配置されている。そして、案内部材２３の直線２３ｂ部分と、案内部材２４の直線２４ｂ部分とが、旋回室２１の中央で交差している。

案内部材２３，２４には吸音材を設けることが好ましい。例えば、吸音材として表面にロックウールを貼付することができる。また、消音器２０の圧損をより小さくするために、案内部材２３，２４は、旋回室２１の入口から出口まで全長に亘って配置されることが好ましい。

旋回室２１の排出側（下流側）は排出管２２になっており、排出管１２の下流側が排出口２７になっている。旋回室２１の周りには、共鳴室２５が設けられている。共鳴室２５は、旋回室２１を囲むように配置されており、旋回室２１との間の壁面には、複数の孔２６が形成されている。そして、旋回室２１を通過する流体を媒体として伝わる音波が、複数の孔２６を通して共鳴室２５に導入されるようになっている。なお、孔２６の大きさや数は、共鳴室２５による消音を目指す周波数帯によって好適なもの適宜定めることができる。

ボイラー２から流れてきた流体は、旋回室２１の内部に配置された案内部材２３，２４に当たって旋回流を生じながら旋回室２１を通過する。そして、流体を媒体として伝わる音波が案内部材２３，２４に当たることで減衰し消音されるとともに、さらに音波が複数の孔２６を通して共鳴室２５へと導入されることで消音される。また、案内部材２３，２４により旋回流が生じることで圧損が小さくなる。案内部材２３，２４は、半円形の板状部材であるため構造が単純で製造容易であるとともに、旋回室２１の全長に亘って緩やかに上昇又は下降しているため、旋回流を生じさせつつも圧損を小さくするのに好適な形状である。

また、案内部材２３，２４により旋回流が生じることで、内部の流体の速度分布を均一にすることができる。これにより流体を共鳴室２５近傍に流すことができて、確実に音波を共鳴室２５により消音することができる。もしも流体に旋回流がない場合には、筒状体の内部壁面が抵抗となるため、壁面付近の流れは遅く、中心付近の流れは速いといった不均一な速度分布となる。旋回流を意図的に作ってやることで、速度分布は均一となり、壁面付近に効率よく流量のある流れを作ることができる。

また、旋回室２１の入口側には、傾斜面２８を設けてある。このように傾斜面２８を設けることにより、流体の流れを滑らかにして、より圧損を小さくすることができる。

本実施形態に係る消音器の消音効果についての測定結果を示す。
（測定方法）
実施形態１に係る消音器１０（１０´）の構造及び実施形態２に係る消音器２０の構造を有する消音器について、実施例として孔１６，２６の数を変化させながら騒音レベルを計測した。計測は挿入損失法を用いて行い、「排気原音」、「多段式消音器」、「ボイラーのみ」を比較例とした。また、排気温度を３５０℃と想定して計測データの温度補正を行った上で評価した。

各比較例及び各実施例の詳細は、表１の通りである。

表２に計測結果を示す。計測値はオーバーオール値を記載した。減音効果は、比較例３（ボイラーのみ）との差を表示した。圧損については、比較例１〜３は単独、実施例１〜７は比較例３（ボイラーのみ）を含んだ値である。

表２に示すように、すべての実施例において、ボイラーのみと比較した減音効果が認められる。また、圧損についても、ボイラーのみの圧損値と比較して、＋２５〜＋３１ｍｍＡｑ程度であり、比較例２（多段式消音器）のような大きな圧損は生じていない。

本実施形態に係る消音器１０（２０）によれば、筒状体の内部に少なくとも２枚の板状の案内部材１３，１４（２３，２４）を配置した旋回室１１（２１）を有しているので、流体を媒体として伝わる音波を案内部材１３，１４（２３，２４）に当てることで減衰させて消音することができる。また、案内部材１３，１４（２３，２４）で旋回流を起こし、圧損を抑制しながら流体を排出口へと導くことができる。

また、旋回室１１（２１）を通過する流体を媒体として伝わる音波が孔１６（２６）を通して導入される共鳴室１５（２５）を有しているので、旋回室１１（２１）だけでは消音しにくい周波数帯の騒音について、共鳴室１５（２５）により消音することができる。共鳴室１５（２５）で消音する周波数帯については、音波が導入される孔１６（２６）の大きさや数により調整することができる。

また、案内部材１３，１４（２３，２４）により旋回流が生じることで、内部の流体の速度分布を均一にすることができる。これにより流体を共鳴室１５（２５）近傍に流すことができて、確実に音波を共鳴室１５（２５）により消音することができる。もしも流体に旋回流がない場合には、筒状体の内部壁面が抵抗となるため、壁面付近の流れは遅く、中心付近の流れは速いといった不均一な速度分布となる。旋回流を意図的に作ってやることで、速度分布は均一となり、壁面付近に効率よく流量のある流れを作ることができる。

また、案内部材１３，１４（２３，２４）を２枚の半円形板状の部材で構成することにより、構造が単純で容易に製造できるとともに、旋回流を起こしながら圧損を最低限に抑制することができ、消音器自体を大型化する必要がない。

また、共鳴室１５を旋回室１１の排出側に設けることにより、旋回室１１を太く構成することができ、案内部材１３，１４による消音効果を高めることができる。

また、共鳴室２５を旋回室２１の周囲に設けることにより、共鳴室２５を長く構成することができ、共鳴室２５による消音効果を高めることができる。

また、案内部材１３，１４（２３，２４）に吸音材を取り付けることにより、案内部材１３，１４（２３，２４）による消音効果をより高めることができる。

また、本実施形態のように、内燃機関と組み合わされた排熱回収ボイラー２に接続することにより、排熱回収ボイラー２を通過して圧損を生じた排気ガスであっても、さらなる圧損を抑えながら消音効果を得ることができる。

以上、本実施形態に係る消音器によれば、大型化することなく圧損を小さくしながら、幅広い周波数帯の騒音に対応して消音効果を高めることができる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるわけではなく、その他種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、消音器をボイラーに接続する構成としたが、本発明の消音器は様々な装置に接続することができる。

まず、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関に接続することにより、内燃機関の排気音を消音することができる。

また、通風ダクトに接続することにより、通風ダクトから生じる騒音を消音することができる。

また、船舶の船体内設備に接続することにより、船体内の狭小部分に配置される設備の騒音であっても、消音器を大型化することなく消音することができる。

また、本実施形態では、案内部材を２枚の半円形板状の部材としたが、３枚以上の構成としてもよいし、板状の部材であれば半円形に限定されない。ただし、２枚の半円形板状の部材とすることで、構造を単純にして容易に製造することができるとともに、圧損の抑制にも効果的である。

１ 消音器
２ ボイラー
１０ 消音器
１１ 旋回室
１２ 排出管
１３ 案内部材
１４ 案内部材
１５ 共鳴室
１６ 孔
１７ 排出口
１８ 傾斜面
２０ 消音器
２１ 旋回室
２２ 排出管
２３ 案内部材
２４ 案内部材
２５ 共鳴室
２６ 孔
２７ 排出口
２８ 傾斜面

Claims (9)

1. 筒状体の内部に少なくとも２枚の板状の案内部材を交差して配置した旋回室と、前記旋回室を通過する流体を媒体として伝わる音波が孔を通して導入される共鳴室とを有することを特徴とする消音器。
2. 前記案内部材が、２枚の半円形板状の部材であることを特徴とする請求項１に記載の消音器。
3. 前記共鳴室が、前記旋回室の排出側に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の消音器。
4. 前記共鳴室が、前記旋回室の周囲に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の消音器。
5. 前記案内部材に吸音材が取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれか１つに記載の消音器。
6. 内燃機関に接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか１つに記載の消音器。
7. 内燃機関と組み合わされた排熱回収ボイラーに接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか１つに記載の消音器。
8. 通風ダクトに接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか１つに記載の消音器。
9. 船舶の船体内設備に接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか１つに記載の消音器。

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