JP2013170491A

JP2013170491A - 排気音低減装置およびこれを備えたエンジン排気系統

Info

Publication number: JP2013170491A
Application number: JP2012034113A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hosoya; 浩之細谷; Toshifumi Kudo; 敏文工藤; Hiroshi Nishino; 宏西野; Masahiko Mino; 雅彦美濃
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2013-09-02

Abstract

【課題】エコノマイザの構造を変更せずに排気ガスの騒音を減音することができる排気音低減装置およびこれを備えたエンジン排気系統を提供することを目的とする。
【解決手段】エンジン５の排気ガスを排気する排気系統に直列に設けられ、排気ガスから熱回収する複数のエコノマイザ３と、各エコノマイザ３間に接続され、エコノマイザ３の排気ガス流路断面積よりも大きい流路断面積を備えた接続管４と、を備え、接続管４は、エンジン５の排気脈動周波数の波長λの略１／４の長さとされていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば大型の船舶に用いられて好適な排気音低減装置およびこれを備えたエンジン排気系統に関するものである。

一般に大型の船舶では、内燃機関の総合熱効率向上のために排気ガスの熱エネルギーを回収する排気エコノマイザと、消音器とを一体に構成した内燃機関の排気エコノマイザが用いられている。

このような排気エコノマイザと消音器とを一体に構成した内燃機関の排気エコノマイザは、排気音を減音する装置を他に設けることなく消音器のみによって排気音の減音を行うこととしているため、結果として消音器が大型化する傾向にある。

これに対して、消音器だけではなくエコノマイザに減音効果を付与した技術が開示された文献として以下の特許文献１がある。

特許文献１には、内燃機関のエコノマイザは、管内部を排気ガス通路とし、かつその管外部を熱媒体通路とした複数の管からなる熱交換器を内筒内に配設すると共に、内筒の外周に外筒を設け、内筒と外筒との間を上記複数の管内部の排気ガス通路に連通させることにより、排気ガスの排気音を減音させる方法が記載されている。

特開昭５９−６５５１３号公報

特許文献１には、管内部を排気ガス通路とし、その排気ガス通路内に邪魔板を設けることで、多段膨張型の消音器を構成することが記載されている。しかし、内燃機関の総合熱効率向上のために排気ガスの熱エネルギーを回収する排気エコノマイザに対し、騒音の低減の目的でエコノマイザ構造を変更しなければならないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、エコノマイザの構造を変更
せずに排気ガスの騒音を減音することができる排気音低減装置およびこれを備えたエンジン排気系統を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の排気音低減装置およびこれを備えたエンジン排気系統は以下の手段を採用する。
エンジンの排気ガスを排気する排気系統に直列に設けられ、該排気ガスから熱回収する複数のエコノマイザと、各前記エコノマイザ間に接続され、該エコノマイザの排気ガス流路断面積よりも大きい流路断面積を備えた接続管と、を備え、前記接続管は、前記エンジンの排気脈動周波数の波長λの略１／４の長さとされていることを特徴とする。

各エコノマイザ間に接続された接続管が、エコノマイザの流路断面積よりも大きい面積の流路断面積とされているので、接続管内での壁面反射による減衰効果を得ることができる。エコノマイザ間の接続管を排気脈動周波数の波長λのλ／４の長さとすることで、模擬的に拡張型のサイレンサを構成し、排気脈動音の低減が達成できる。このことから、エンジンの排気系統に設けられた消音器の小型化が可能となり、コストを削減できる。
接続管の長さは、排気脈動周波数の波長λの１／４が好ましいが、サイレンサとしての消音効果が期待される範囲であれば当該波長λの１／４を中心とした所定の範囲であればよく、具体的には、当該波長λの１／４の±２０％程度の範囲とされる。

さらに、本発明にかかる排気音低減装置では、前記接続管の内面には、吸音材が設けられていることを特徴とする。

接続管の配管内面には、吸音材が内貼りされているので、特定周波数での減音効果の落ち込みが少なくなり、排気脈動の１次のみではなく、高周波（２次・３次・・・）も減音が可能となる。これにより、エコノマイザの下流側に設けられる消音器の小型化が可能となり、コストが削減できる。
吸音材には、例えばロックウールやセラミックといった材質が使用される。

また、本発明にかかるエンジン排気系統では、上記の排気音低減装置と、前記エコノマイザの下流側に設けられた消音器と、を備えていることを特徴とする。

内燃機関の総合熱効率向上のために排気ガスの熱エネルギーを回収するエコノマイザに対して、騒音低減の目的でエコノマイザ構造の変更を必要とせず、排ガス騒音を低減することができる排気音低減装置が設けられた排気系統を実現できる。また、上述した排気音低減装置によって消音が可能となっているので、エコノマイザの下流側に設けられた消音器を小型化することができ、コストが削減できる。

本発明によれば、各エコノマイザ間に接続された接続管を、エコノマイザの流路断面積よりも大きい面積の流路断面積とし、かつ、エンジンの排気脈動周波数の波長λの略１／４の長さとすることにより、模擬的に拡張型のサイレンサを構成することとした。これにより、エコノマイザ構造の変更を必要とせず、排ガスの騒音を低減することができる。
また、排気音低減装置によって消音が可能となっているので、エンジン排気系統の消音器を小型化することができ、コストを削減することができる。

本発明の第１実施形態にかかるエンジン排気系統が設置された船舶内部を示した側断面図である。図１に示されたエコノマイザを示した側断面図である。本発明に係る第２実施形態にかかるエンジン排気系統が設置された船舶内部を示した側断面図である。図３に示された排気音低減装置の要部を示した側断面図である。

以下に、本発明に係る排気音低減装置およびこれを備えたエンジン排気系統の一実施形態について、図１及び図２を用いて説明する。
〔第１実施形態〕
図１には、本発明の第１実施形態にかかるエンジン排気系統が示されている。エンジン排気系統は、船舶１０内に設置され、図示した本実施形態では２つのエンジン５に対してそれぞれエンジン排気系等が別個独立に設けられている。エンジン５は、船舶１０の推進用あるいは船舶１０内の需要電力を賄う発電用として用いられる。
それぞれのエンジン５に設けられて排気ガスを排気するエンジン排気系統は、排気ガス流れに対して直列に設けられた複数（本実施形態では２つ）のエコノマイザ３と、各エコノマイザ３の間に接続された接続管４と、排気ガス流れ下流側のエコノマイザ３のさらに下流側に設けられた消音器２と、この消音器２を出た排ガスを船舶外に排出する排気口１とを備えている。
本実施形態にかかる排気音低減装置は、複数のエコノマイザ３と、これらエコノマイザの間に接続された接続管４とから構成される。

接続管４は、排気ガスから熱回収する複数のエコノマイザ３の間に接続され、エコノマイザ３の排気ガス流路断面積よりも大きい流路断面積を有している。また、接続管４の排気ガス流れ方向の長さは、エンジン５の排気脈動周波数の波長λの略１／４とされており、具体的には波長λの１／４の±２０％程度の範囲とされている。エンジン５の排気脈動周波数は、エンジン５の回転数に基づいて得られ、典型的にはエンジン５の定格回転数を用いて接続管４の長さが決定される。具体的には、下式によって脈動周波数ｆが求められる。
ｆ＝Ｎ／６０×Ｉ×Ｎｃｙｌ
ここで、Ｎはエンジン回転数［ｒｐｍ］，Ｉはエンジン１回転における着火回数（４サイクルエンジンは１／２，２サイクルエンジンは１），Ｎｃｙｌは気筒数である。

図２に示されているように、エコノマイザ３は、排気ガスが流れる複数の細管６を備えている。これにより、排気ガス入口側３ａから流入した排気ガスは細管６を通過する際に流路断面積が小さくなり、細管６を通過した後の排気ガス出口側３ｂでは、流路断面積が大きくなる。例えば、通常開口率を１００％とした場合（細管６がない場合）、細管６では通常開口率の３０％程度の開口率となる。
細管６の周囲には、図示しない給水が供給されるようになっており、この給水と排気ガスとが熱交換することによって熱回収が行われる。

次に上記構成のエンジン排気系統の動作について説明する。
図１に示すように、エンジン５が駆動されると排気ガスがエンジン排気系統へと流れ込む。排気ガスは、上流側（図１において下側）のエコノマイザ３に流れ込み、図示しない給水と熱交換することによって冷却される。上流側のエコノマイザ３を出た排気ガスは、接続管４を通過した後に下流側（図１において上側）のエコノマイザ３に流れ込み、図示しない給水と熱交換することによって更に冷却される。下流側のエコノマイザ３を出た排気ガスは、消音器２にて消音された後に排気口１から外部へと排出される。

このようにエンジン排気系等を流れる際に、排気ガスは、上流側のエコノマイザ３の細管６を通過するときに流路断面積が小さくなり、接続管４を通過するときに流路断面積が大きくなり、下流側のエコノマイザ３の細管６を通過するときに再び流路断面積が小さくなる。そして、接続管４は、エンジン５の排気脈動周波数の波長λの略１／４の長さとされている。したがって、上流側のエコノマイザ３と、接続管４と、下流側のエコノマイザ３とで、模擬的に拡張型のサイレンサを構成することになり、これらが排気音低減装置として機能することになる。

本実施形態によれば以下の作用効果を奏する。
上流側および下流側のエコノマイザ３と、これらエコノマイザ３間を接続する接続管４で拡張型サイレンサを模擬的に構成して排気音低減装置とすることにより、対象周波数の排気脈動音を低減させることができる。
また、エコノマイザ３と接続管４とで排気音を低減させることができるので、消音器２の小型化が可能となり、エンジン排気系統のコストを削減することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について、図３及び図４を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態に示した排気音低減装置に加えて、接続管４内に消音効果が得られる処置を施したものとなっている。したがって、第１実施形態と同様の構成には同一符号を付しその説明を省略する。
図３に示すように、上流側および下流側のエコノマイザ３と、これらエコノマイザ３を接続する接続管４ａによって、模擬的に拡張型サイレンサを構成している。

図４に示すように、各エコノマイザ３を接続する接続管４ａの管内の内周面には、吸音材７が内貼りされている。例えば、吸音材７の材質には、ロックウールやセラミックなどを用いる。

本実施形態によれば、吸音材７が内貼りされているので、特定周波数での減音効果の落ち込みが少なくなり、排気脈動周波数の１次のみではなく、高周波（２次・３次・・・）も減音が可能となる。これにより、エコノマイザ３の下流側に設けられる消音器２の更なる小型化が可能となり、コストが削減できる。

１排気口
２消音器
３エコノマイザ
３ａ排気ガス入口側
３ｂ排気ガス出口側
４接続管
４ａ接続管
５エンジン
６細管
７吸音材
１０船舶

Claims

エンジンの排気ガスを排気する排気系統に直列に設けられ、該排気ガスから熱回収する複数のエコノマイザと、
各前記エコノマイザ間に接続され、該エコノマイザの排気ガス流路断面積よりも大きい流路断面積を備えた接続管と、
を備え、
前記接続管は、前記エンジンの排気脈動周波数の波長λの略１／４の長さとされていることを特徴とする排気音低減装置。
前記接続管の内面には、吸音材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の排気音低減装置。
請求項１又は２に記載の排気音低減装置と、
前記エコノマイザの下流側に設けられた消音器と、
を備えていることを特徴とするエンジン排気系統。