JP2004308988A - Muffling device of combustor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯器に使用される燃焼器における燃焼音を消音するための消音器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、給湯器に使用される燃焼器における燃焼音を消音するための消音器として、排気筒の一部に膨張空洞を設けた膨張型消音器や、前記膨張空洞の排気軸方向の長さを短くして膨張空洞内で音波を共鳴させるように構成した共鳴型消音器が知られている。
【0003】
膨張型消音器としては、例えば、特許文献1には、排気筒内に円板状の金属板を所定の間隔を開けて複数枚配置し、金属板外延と排気筒内壁との間に狭い排気通路を形成すると共に、各金属板間に広い排気通路を形成した構成の消音器が記載されている。
【0004】
この消音器では、狭い排気通路と広い排気通路との間で排気ガスが膨張と収縮を繰り返すため、排気ガス中を伝導する音波の音響エネルギーが減衰し、消音される。
【0005】
また、特許文献2には、排気筒に不連続に縮径した節の部分と不連続に拡径した膨張空洞部分を並べて形成した消音器が記載されている。
【0006】
この消音器は、消音器に入射した音波は、排気筒の断面の変化部において反射されて低減される。最初に節の部分と膨張空洞部分との境界で音波は一部反射されて戻り、一部は膨張空洞内に進む。膨張空洞内に進む音波は急激な膨張により膨張空洞内で乱反射する。そして、次に膨張空洞部分と節の部分との境界で音波は一部反射されて戻り、一部は節の部分に進む。これを繰り返すことで音響エネルギーを減衰させて消音する。
【0007】
【特許文献1】
実開昭60−101549号公報
【特許文献2】
実開昭51−43939号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の膨張型消音器の場合、消音効果を大きくするためには、膨張空洞の長さを長くする必要があり、消音器が大きくなるという欠点がある。
【0009】
また、共鳴型消音器では、共鳴させる周波数によって膨張空洞の長さと直径の比が定まることから、設計の自由度が制限される。特に、排気筒の径が、燃焼器の排気抵抗を最適化するために設計上一定の大きさに決められた場合には、共鳴周波数から膨張空洞の長さの範囲も決まる。しかし、消音器の設置スペースの関係上、膨張空洞の長さを、上記範囲よりも短くせざるを得ない場合には、充分な消音効果が得られなくなる。
【0010】
また、特許文献1記載の消音器のように、排気筒内に円板状の金属板を複数枚設けた構造では、排気筒の流路抵抗が大きくなる。従って、着火時の燃焼器の排気抵抗が大きくなり、スムーズな着火ができなくなる。
【0011】
そこで、本発明の目的は、流路サイズの設計の自由度が大きく、高い消音効果が得られると共に、燃焼器の着火時の流路抵抗も低減することが可能な燃焼器の消音器を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃焼器の消音器の第1の構成は、燃焼器の排気筒に取り付けられる燃焼器の消音器において、燃焼器から排出される排気が通過する排気流路と、前記排気流路の一部の流路断面積を段差状に拡大させて形成された膨張空洞と、前記膨張空洞の排気流入側に複数形成された排気流入口とを備えていることを特徴とする。
【0013】
膨張空洞は、排気流路の一部の流路断面積を段差状に拡大させて形成されているため、燃焼器から膨張空洞に入った音波の音圧が急激に減少し、音響エネルギーが熱エネルギーに変換されて消音される。このとき、膨張空洞の排気流入側には、排気流入口が複数個形成されているため、各排気流入口から膨張空洞に入った音波は膨張空洞内部で乱反射される。従って、乱反射によって音波の位相が拡散し減衰する。また、音波は複数の排気流入口から膨張空洞に入るため複雑に干渉し、多くの周波数で干渉し合って増幅される(すなわち、腹が生じる)。干渉により増幅された周波数の音波は空気の粘性により熱に変換されて減衰する。したがって、周波数の大きい音波が効率よく減衰され、高い消音効果が得られる。また、周波数の大きい音波が複雑な共鳴によって効率よく減衰されるため、通常の共鳴型消音器に比べて、膨張空洞の長さを短くすることができる。従って、排気流路のサイズの設計の自由度も大きくなる。
【0014】
また、排気流入口を複数形成したことにより、燃焼器の着火時における消音器の排気抵抗が減少される。従って、燃焼器の着火もスムーズに行われる。
【0015】
本発明に係る燃焼器の消音器の第2の構成は、前記第1の構成において、前記膨張空洞は、円筒形空洞状の消音室と、前記消音室の排気流入側に設けられた複数の排気流入口を有する円板状の流入側板と、前記消音室の排気流出側に設けられ、消音室の内径よりも小さい径の排気流出口が形成された円板状の流出側板と、を備えていることを特徴とする。
【0016】
この構成により、流入側板の複数の排気流入口から消音室に入った音波は、騒音室内で干渉し合って、熱に変換されて消音される。
【0017】
ここで、消音室の内直径dに対する消音室の長さlの比l/dは0.5以下とすることができる。l/d≦0.5とすることで、消音室内での高い周波数の音波の共鳴が生じやすくなり、消音効果が高くなるからである。
【0018】
本発明に係る燃焼器の消音器の第3の構成は、前記第2の構成において、前記流入側板は、複数の排気流入口が前記流入側板の中心に対称な位置に形成されていることを特徴とする。
【0019】
このように、排気流入口を中心に対称な位置に形成することで、各排気流入口から消音室に入った音波は、強い干渉モードを生じやすくなる。一方、大きな干渉が生じるほど、空気粘性による音エネルギーから熱エネルギーへの変換が生じやすいため、音波の減衰が大きい。従って、音波の減衰率を高めることができる。
【0020】
また、流入側板の中心に対称な位置に排気流入口を形成することで、各排気流入口から消音室に侵入する音波の干渉が大きくなり、高い消音効果を得ることができる。
【0021】
本発明に係る燃焼器の消音器の第4の構成は、前記第2の構成において、前記流入側板に形成された排気流入口は、流入側板の中央に設けられた消音室の内径よりも小さい径の中央開口と、前記流入側板の中心に対して対称な位置に3つ形成された側部開口と、を備えていることを特徴とする。
【0022】
この構成により、燃焼器から発生する音波の周波数帯の大部分を消音することができる。
【0023】
ここで、中央開口及び側部開口の直径Dと消音室の内直径dとの比は、D/d=0.14〜0.26とすることができる。この範囲とすることで、特に高い消音効果が得られることが実験的に確認されたからである。
【0024】
本発明に係る燃焼器の消音器の第5の構成は、前記第1乃至4の何れか一の構成において、前記膨張空洞は、吸音材により構成されていることを特徴とする。
【0025】
この構成により、膨張空洞内を伝播する音波は、膨張空洞の側壁の吸音材により吸音され減衰する。従って、消音効果をより大きくすることができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は本発明の実施形態に係る消音器を燃焼器に組み込んだ図である。
図1において、燃焼器1の下部にはバーナー2が設けられており、燃焼室3で石油又はガスからなる燃料を燃焼させる。燃焼室3の上部は、熱交換器4が配設されている。この熱交換器4は、燃焼室3内で燃焼により生じる高温の排気ガスを水と熱交換する。更に、熱交換器4の上部の排気筒の内部には、消音器5が取り付けられている。消音器5の上部には、排気口6が設けられており、排気ガスはこの排気口6から大気に排出される。4aは熱交換器4の煙管で、通常、燃焼ガスが煙管4aの内面によく接触するようにバッフルプレート(図示せず)が挿入される。
【0027】
図2は図1の消音器の斜視図、図3は図1の消音器の断面図、図4は図1の消音器の底面図である。
【0028】
消音器5は、ガラス繊維等を樹脂で固めて形成された吸音材であるロックウールによって形成されている。また、消音器5は、内部に消音室5eが形成された円筒形状の消音筒部5aと、消音筒部5aの排気流入側に設けられ複数の排気流入口(中央開口5f及び3つの側部開口5g)を有する円板状の流入側板5bと、消音筒部5aの排気流出側に設けられ、中央部に消音筒部5aの内径よりも小さい径の排気流出口5dが形成された円板状の流出側板5cとの3つの部分から構成されている。本実施例では流出側板5cの中央部に排気流出口5dを設けたが、必ずしも中央である必要はない。流入側板5bには、その中央部に、消音室5eの内径よりも小さい径の中央開口5fが穿孔されており、また、流入側板5bの中心に対して対称な位置に、側部開口が3つ形成されている。
【0029】
以上のように構成された本実施形態に係る燃焼器の消音器について、以下その作用を説明する。
【0030】
燃焼器1のバーナー2に着火された場合、燃焼室3内の圧力は急激に上昇する。従って、燃焼室内のガスは、熱交換器4及び消音器5を通って排気口6から大気中に排出される。このとき、消音器5の流入側板5bには、中央開口5fと3つの側部開口5gが穿孔されているため、消音器5の流入側板5bにおける気流抵抗は少ない。従って、着火時にガスが消音器5を素早く通過して排出されるため、燃焼室3内の圧力の上昇が抑えられる。そのため、燃焼室3に供給される空気の流量の減少が抑えられ、スムーズな着火ができる。
【0031】
次に、燃焼器1のバーナー2が燃焼している場合には、排気ガスは燃焼室3から熱交換器4及び消音器5を通って、排気口6から連続的に排気される。このとき、燃焼室3内では、燃料の燃焼にともなって、燃焼音が発生する。この燃焼音は、排気流路を伝導して消音器5に伝導する。
【0032】
ここで、消音器5の排気流入側には、流入側板5bが設けられているため、燃焼音の音波の一部はこの流入側板5bで反射される。また、反射されなかった音波は、中央開口5f及び3つの側部開口5gを通って消音室5e内に伝播する。
【0033】
ところで、上記4つの開口から消音室5e内に伝播した音波は互いに干渉すると共に、消音室5e内で反射された音波と干渉し、消音室5e内に複雑なモードを作る。そのため、消音室5e内では、広い周波数に渡って音波の共鳴が起こり、共鳴した周波数の音波の音響エネルギーは、排気ガスの粘性によって減衰し、消音される。
【0034】
更に、消音室5e内では、側壁において音波が吸音材(ロックウール)により減衰されるため、更に消音される。
【0035】
消音室5eの排気流出側においては、音波の一部は流出側板5cにより反射され、残りは排気流出口5dから排気口6へ伝播する。しかし、排気口6へ伝播する音波は、消音室5eで高い周波数の大部分は消音されるため、殆どが低周波の音波であり、外部に漏れる燃焼騒音が効果的に抑制される。
【0036】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、燃焼器から発生する周波数の大きい音波が効率よく減衰されるため、高い消音効果が得られる。また、周波数の大きい音波が複雑な共鳴により効率よく減衰されるため、通常の共鳴型消音器に比べて、膨張空洞の長さを短くすることができる。更に、排気流入口を複数形成したことにより、燃焼器の着火時における消音器の排気抵抗が減少される。従って、燃焼器の着火もスムーズに行われる。
【0037】
また、流入側板の中心に対称な位置に排気流入口を形成することで、各排気流入口から消音室に侵入する音波の干渉が大きくなり、高い消音効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る消音器を燃焼器に組み込んだ図である。
【図2】図1の消音器の斜視図である。
【図3】図1の消音器の断面図である。
【図4】図1の消音器の底面図である。
【符号の説明】
1 燃焼器
2 バーナー
3 燃焼室
4 熱交換器
5 消音器
5a 消音筒部
5b 流入側板
5c 流出側板
5d 排気流出口
5e 消音室
5f 中央開口
5g 側部開口
6 排気口[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a muffler for silencing combustion noise in a combustor used for a water heater.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a muffler for muffling a combustion noise in a combustor used for a water heater, an expansion type muffler having an expansion cavity provided in a part of an exhaust pipe, and a length of the expansion cavity in a direction of an exhaust axis. There is known a resonance type silencer configured to reduce the length of a sound wave so as to resonate a sound wave in an expansion cavity.
[0003]
As an expansion type silencer, for example, in Patent Literature 1, a plurality of disk-shaped metal plates are arranged at predetermined intervals in an exhaust pipe, and a narrow exhaust pipe is provided between a metal plate extension and an exhaust pipe inner wall. A muffler having a configuration in which a passage is formed and a wide exhaust passage is formed between metal plates is described.
[0004]
In this silencer, the exhaust gas repeats expansion and contraction between the narrow exhaust passage and the wide exhaust passage, so that the acoustic energy of the sound wave transmitted through the exhaust gas is attenuated and is silenced.
[0005]
[0006]
In this silencer, the sound wave that has entered the silencer is reduced by being reflected at a change in the cross section of the exhaust stack. First, the sound wave is partially reflected back at the boundary between the node portion and the inflated cavity portion, and a part of the sound wave travels into the inflated cavity. Sound waves traveling into the expansion cavity are irregularly reflected in the expansion cavity due to rapid expansion. Then, the sound wave is partially reflected back at the boundary between the inflated cavity portion and the node portion, and partly proceeds to the node portion. By repeating this, the sound energy is attenuated to mute the sound.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 60-101549 [Patent Document 2]
JP-A-51-43939 [0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the conventional expansion type silencer, it is necessary to increase the length of the expansion cavity in order to increase the noise reduction effect, and there is a disadvantage that the muffler becomes large.
[0009]
Further, in the resonance type silencer, the ratio of the length to the diameter of the expansion cavity is determined by the frequency of resonance, so that the degree of freedom in design is limited. In particular, when the diameter of the exhaust stack is determined to be constant in design in order to optimize the exhaust resistance of the combustor, the range of the length of the expansion cavity is determined from the resonance frequency. However, if the length of the expansion cavity must be shorter than the above range due to the installation space of the muffler, a sufficient muffling effect cannot be obtained.
[0010]
Further, in a structure in which a plurality of disk-shaped metal plates are provided in the exhaust cylinder as in the muffler described in Patent Document 1, the flow path resistance of the exhaust cylinder increases. Therefore, the exhaust resistance of the combustor at the time of ignition increases, and smooth ignition cannot be performed.
[0011]
Therefore, an object of the present invention is to provide a muffler for a combustor, which has a large degree of freedom in designing a flow path size, can obtain a high muffling effect, and can also reduce the flow path resistance when the combustor is ignited. Is to do.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
A first configuration of a muffler for a combustor according to the present invention is a muffler for a combustor attached to an exhaust stack of the combustor, wherein an exhaust passage through which exhaust discharged from the combustor passes, and the exhaust passage And a plurality of exhaust inflow ports formed on the exhaust inflow side of the expansion cavity.
[0013]
Since the expansion cavity is formed by increasing the cross-sectional area of a part of the exhaust flow passage in a step-like manner, the sound pressure of sound waves entering the expansion cavity from the combustor sharply decreases, and the acoustic energy becomes heat. Converted to energy and silenced. At this time, since a plurality of exhaust inlets are formed on the exhaust inflow side of the expansion cavity, sound waves entering the expansion cavity from each exhaust inlet are irregularly reflected inside the expansion cavity. Therefore, the phase of the sound wave is diffused and attenuated by the irregular reflection. In addition, the sound waves enter the expansion cavity from a plurality of exhaust inlets and thus interfere with each other in a complicated manner, and interfere with each other at many frequencies and are amplified (that is, an antinode is generated). Sound waves having a frequency amplified by the interference are converted to heat and attenuated by the viscosity of air. Therefore, a sound wave having a large frequency is efficiently attenuated, and a high silencing effect is obtained. In addition, since a sound wave having a large frequency is efficiently attenuated by complicated resonance, the length of the expansion cavity can be reduced as compared with a normal resonance type silencer. Therefore, the degree of freedom in designing the size of the exhaust passage is increased.
[0014]
Further, by forming a plurality of exhaust inlets, the exhaust resistance of the muffler when the combustor is ignited is reduced. Accordingly, ignition of the combustor is performed smoothly.
[0015]
In a second configuration of the muffler of the combustor according to the present invention, in the first configuration, the expansion cavity includes a cylindrical hollow muffler and a plurality of mufflers provided on an exhaust inflow side of the muffler. A disk-shaped inflow side plate having an exhaust gas inlet, and a disk-shaped outflow side plate provided on the exhaust gas outflow side of the muffler chamber and formed with an exhaust gas outlet having a diameter smaller than the inner diameter of the muffler chamber. It is characterized by having.
[0016]
With this configuration, sound waves that enter the silencing chamber from the plurality of exhaust inlets of the inflow side plate interfere with each other in the noise chamber, are converted into heat, and are silenced.
[0017]
Here, the ratio l / d of the length l of the silencing chamber to the inner diameter d of the silencing chamber can be 0.5 or less. This is because by setting 1 / d ≦ 0.5, resonance of high-frequency sound waves in the sound deadening chamber is easily caused, and the sound deadening effect is enhanced.
[0018]
In a third configuration of the muffler for a combustor according to the present invention, in the second configuration, the inflow-side plate may be configured such that a plurality of exhaust inflow ports are formed at positions symmetric with respect to the center of the inflow-side plate. Features.
[0019]
As described above, by forming the acoustic wave in a symmetrical position with respect to the exhaust gas inlet, sound waves entering the muffling chamber from each exhaust gas inlet are likely to generate a strong interference mode. On the other hand, the greater the interference, the more easily the sound energy is converted into heat energy due to the viscosity of the air. Therefore, the attenuation rate of the sound wave can be increased.
[0020]
Further, by forming the exhaust inflow ports symmetrically with respect to the center of the inflow side plate, interference of sound waves entering the muffling chamber from each exhaust inflow port is increased, and a high noise reduction effect can be obtained.
[0021]
In a fourth configuration of the muffler for a combustor according to the present invention, in the second configuration, the exhaust inlet formed in the inflow-side plate is smaller than an inner diameter of a muffler chamber provided at the center of the inflow-side plate. A central opening having a diameter and three side openings formed symmetrically with respect to the center of the inflow side plate are provided.
[0022]
According to this configuration, most of the frequency band of the sound wave generated from the combustor can be silenced.
[0023]
Here, the ratio of the diameter D of the center opening and the side opening to the inner diameter d of the silencing chamber can be D / d = 0.14 to 0.26. This is because it has been experimentally confirmed that a particularly high silencing effect can be obtained by setting this range.
[0024]
A fifth configuration of the muffler for a combustor according to the present invention is characterized in that, in any one of the first to fourth configurations, the expansion cavity is made of a sound absorbing material.
[0025]
With this configuration, sound waves propagating in the expansion cavity are absorbed and attenuated by the sound absorbing material on the side wall of the expansion cavity. Therefore, the noise reduction effect can be further increased.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram in which a muffler according to an embodiment of the present invention is incorporated in a combustor.
In FIG. 1, a
[0027]
2 is a perspective view of the muffler of FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view of the muffler of FIG. 1, and FIG. 4 is a bottom view of the muffler of FIG.
[0028]
The
[0029]
The operation of the muffler of the combustor according to the present embodiment configured as described above will be described below.
[0030]
When the
[0031]
Next, when the
[0032]
Here, since the
[0033]
By the way, the sound waves that have propagated into the sound deadening room 5e from the four openings interfere with each other, and also interfere with the sound waves reflected inside the sound deadening room 5e, thereby creating a complicated mode in the sound deadening room 5e. Therefore, in the sound deadening chamber 5e, sound waves resonate over a wide frequency range, and the acoustic energy of the sound waves having the resonated frequency is attenuated due to the viscosity of the exhaust gas, and the sound is muted.
[0034]
Further, in the sound deadening chamber 5e, the sound wave is attenuated by the sound absorbing material (rock wool) on the side wall, so that the sound is further suppressed.
[0035]
On the exhaust outflow side of the silencing chamber 5e, part of the sound wave is reflected by the
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a sound wave having a large frequency generated from the combustor is efficiently attenuated, so that a high noise reduction effect can be obtained. In addition, since a sound wave having a large frequency is efficiently attenuated by complicated resonance, the length of the expansion cavity can be reduced as compared with a normal resonance type silencer. Furthermore, the exhaust resistance of the silencer at the time of ignition of the combustor is reduced by forming a plurality of exhaust inlets. Accordingly, ignition of the combustor is performed smoothly.
[0037]
Further, by forming the exhaust inflow ports symmetrically with respect to the center of the inflow side plate, interference of sound waves entering the muffling chamber from each exhaust inflow port is increased, and a high noise reduction effect can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram in which a muffler according to an embodiment of the present invention is incorporated in a combustor.
FIG. 2 is a perspective view of the muffler of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the muffler of FIG.
FIG. 4 is a bottom view of the muffler of FIG. 1;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
燃焼器から排出される排気が通過する排気流路と、
前記排気流路の一部の流路断面積を段差状に拡大させて形成された膨張空洞と、
前記膨張空洞の排気流入側に複数形成された排気流入口と、
を備えていることを特徴とする給湯器用燃焼器の消音器。In the muffler of the combustor attached to the stack of the combustor,
An exhaust passage through which exhaust discharged from the combustor passes;
An expansion cavity formed by enlarging the flow channel cross-sectional area of a part of the exhaust flow channel in a stepped manner,
Exhaust inflow ports formed on the exhaust inflow side of the expansion cavity,
A silencer for a water heater combustor, comprising:
円筒形空洞状の消音室と、
前記消音室の排気流入側に設けられた複数の排気流入口を有する円板状の流入側板と、
前記消音室の排気流出側に設けられ、消音室の内径よりも小さい径の排気流出口が形成された円板状の流出側板と、
を備えていることを特徴とする請求項1記載の燃焼器の消音器。The expansion cavity is
A cylindrical hollow silencer,
A disk-shaped inflow side plate having a plurality of exhaust inflow ports provided on an exhaust inflow side of the sound deadening chamber,
A disk-shaped outflow side plate provided on the exhaust outflow side of the silencing chamber and having an exhaust outlet having a diameter smaller than the inner diameter of the silencing chamber,
The muffler for a combustor according to claim 1, further comprising:
流入側板の中央に設けられた消音室の内径よりも小さい径の中央開口と、
前記流入側板の中心に対して対称な位置に3つ形成された側部開口と、
を備えていることを特徴とする請求項2記載の燃焼器の消音器。An exhaust inlet formed in the inflow side plate,
A central opening having a diameter smaller than the inner diameter of the silencing chamber provided at the center of the inflow side plate,
Three side openings formed at symmetrical positions with respect to the center of the inflow side plate,
The muffler for a combustor according to claim 2, comprising:
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080318 |