JP4097851B2 - 自家発電設備建屋及び気流用導流路 - Google Patents
自家発電設備建屋及び気流用導流路 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼機器を備えた産業機器用の気流用導流路に係わり、特に、ガスタービン、ディーゼルエンジン、ガスエンジンなどの原動機の吸気、排気等の気流を導く気流用導流路を備えた自家発電設備建屋及び消音導流路を備えた気流用導流路に関する。
【0002】
【従来の技術】
燃焼機器を備えた産業機器として、ガスタービン、ディーゼルエンジン、ガスエンジンなどの原動機の吸気、排気等の気流を導く気流用導流路を備えた自家発電設備建屋がある。このような自家発電設備建屋では、原動機で発生する騒音を建屋外部に漏洩させず処理(低減)するため、一般に消音器といわれる機器を気流用導流路に配置している。
【0003】
例えば排気の場合は、原動機と消音器を配管またはダクトで接続し、消音器から更に配管またはダクトで接続して大気に開放する。また、換気の場合は、パッケージと消音器を同じく配管またはダクトで接続し、消音器から更に配管またはダクトで接続して大気に換気する。更に給気の場合は、壁貫通部に消音器を設置する。
【0004】
また、例えば特開平8−200092号公報に記載のように、消音器は一般的にパネル状に形成したロックウール等の吸音材を多数、所定間隔で並置して組み込んだ構造となっている。特開平9−112244号公報には、ロックウール等の吸音材に代え、表面に多数の吸音孔を開け、その吸音孔の開口率を排気上流部、中間部、排気下流部で変えたパネル状の消音スプリッタを用いることが提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の消音器を配置した気流用導流路には次のような問題がある。
【0006】
消音器は上記のようにロックウール等の吸音材あるいは消音スプリッタを多数、所定間隔で併置するため、大型の重量物となり、大きな設置スペースと据付け荷重に耐える支持構造が必要となる。例えば排気の場合は、据付け荷重に耐える床が必要であるし、換気の場合は、据付け荷重に耐える梁や鋼構造物が必要であった。このため、消音器を配置した気流用導流路の組立コストが嵩み、設備全体がコスト高となり不経済であった。
【0007】
本発明の目的は、騒音を低減できると共に、小型で設置スペースが小さくかつ経済的な消音導流路を備えた自家発電設備建屋及び気流用導流路を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
(1)上記目的を達成するために、本発明は、吸気、排気等の気流を導く気流用導流路を備えた自家発電設備建屋において、前記気流用導流路は、入口及び出口を備えた外郭構造体と、前記外郭構造体の内部中心に配置した第1の管と前記第1の管の周囲に配置した複数の第2の管と、前記第2の管の周囲に配置した複数の第3の管とを備え、前記第1の管から前記第3の管の順に各流路断面積を順次小さくし、また各長さを長くし、更に、前記第1の管から前記第3の管の入口端面を、それぞれの管側から見て気流の流れに対して前記第1の管の入口端が最も低く、第2、第3の管の順で高くなるように階段状に配置したものである。
(2)上記(1)において、前記外郭構造体、前記第1の管、前記第2の管、及び前記第3の管の断面が矩形である。
(3)上記(1)において、前記外郭構造体は断面が矩形であり、前記第1の管、前記第2の管、及び前記第3の管の断面が円形である。
【0009】
このように流路断面を複数の区画に分割し、流路中心から外側に順次、流路断面積を小さくした複数の分割流路を配置することにより、気流は複数の分割流路で分流し、再度、合流することとなり、複数の分割流路での分流により各分割流路の流路区画で通過し易い周波数の音が整流されると共に、流路断面積の大きい流路区画では隣接する流路断面積が小さい流路区画に比べ圧損が小さく気流が速く通過するため、音の位相のずれが生じ、その後の合流でその整流され位相のずれた音が合成され、音の干渉が生じ減衰により消音をする。
【0010】
また、排気ガスなど高温ガスの場合は、高温ガスが流れるとき、その温度は中央が高く外側に順次低くなる。このようなガスの流れに対し、中心部分に流路断面積の大きい流路区画を配置し、外側に順次、流路断面積を小さくした流路区画を配置することにより上記のように流速に差が生じ、周囲の流速の遅い流れはより温度が下がることから通過する排気ガスの温度差が拡大し、音の指向性を冗長させ、音が伝わり難くなる。
【0011】
そして流路断面を複数の区画に分割した複数の分割流路を配置した消音導流路は小型で設置スペースが小さくかつ経済的なものとなる。
【0013】
これにより簡単な構造で、上記(1)の複数の分割流路が得られる。
【0015】
これにより上記(1)で述べた圧損の違いによる気流の速度差が拡大して音の位相のずれが拡大し、消音効果が向上する。
【0016】
(4)上記(1)乃至(3)のいずれかにおいて、前記複数の分割流路の流路断面積と流路長を、前記気流用導流路を流れる気流が持っている音の周波数成分に応じて決めたことを特徴とする。
【0017】
これにより上記(1)で述べた消音効果が確実に得られるようになる。
【0018】
(5)また、上記目的を達成するために、本発明は、種々の周波数成分の音を持つ気流を導く気流用導流路において、入口及び出口を備えた外郭構造体と、前記外郭構造体の内部中心に配置した第1の管と前記第1の管の周囲に配置した複数の第2の管と、前記第2の管の周囲に配置した複数の第3の管とを備え、前記第1の管から前記第3の管の順に各流路断面積を順次小さくし、また各長さを長くし、更に、前記第1の管から前記第3の管の入口端面を、それぞれの管側から見て気流の流れに対して前記第1の管の入口端が最も低く、第2、第3の管の順で高くなるように階段状に配置したものである。
【0019】
これにより上記(1)で述べたように消音効果が得られ、かつ小型で設置スペースが小さくかつ経済的な消音導流路が得られる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【0023】
図1は本発明の第1の実施形態による自家発電設備建屋の縦断面図である。
【0024】
図1において、1は自家発電装置であり、自家発電装置1は配管20を介して排気ガス用の消音導流路2に接続され、消音導流路2は更に配管21を介して建屋側壁40の外側に設けられた煙突22に接続されている。また、自家発電装置1は、ファン25を備えたダクト26を介して自家発電装置1の内部換気用の消音導流路3に接続され、消音導流路3は更にダクト27を介して建屋側壁41に設けられた放出口28に接続されている。
【0025】
建屋側壁41の外側には給気用の消音導流路4が設置され、消音導流路4は建屋側壁41に設けられかつファン31を備えたダクト32を介して建屋内部に連通する構成になっている。また、建屋側壁40側にはファン35を備えた室内衛生換気用ダクト36が設けられている。
【0026】
自家発電装置1及び排気ガス用の消音導流路2はコンクリート基礎42上に支持され、コンクリート基礎42は自家発電装置1及び消音導流路2を指示するに十分な耐荷重性(強度)を有している。また、建屋天井43には梁44が設けられ、消音導流路3は梁44を介して建屋天井43から支えられている。梁44は換気用の消音導流路3を支えるに十分な強度を有している。
【0027】
自家発電装置1は、上記配管20を有しかつ上記ダクト26につながるハウジング1aと、このハウジング1a内に設置されたガスタービン1b及び発電機1cとを備えている。また、ハウジング1aの頂部内側に給気内部ダクト1dが設けられ、給気内部ダクト1dの入側は建屋内空間に開放し、出側はガスタービン1bの吸気側に接続され、中間部分に換気用の開口1eが設けられている。ガスタービン1bの排出側は消音導流路2に接続されている。
【0028】
給気用の消音導流路4はファン31により風量7を確保し、この風量7は自家発電装置1に必要な風量8となる。風量8は自家発電装置1内で燃焼用空気としての燃焼用風量9-0と換気用風量10-0とに分かれる。換気用風量10-0はフアン25によって賄われる。そして、それら風量の数値は温度の変化分変動し、燃焼用風量9-0は煙突22から放出されるまでに風量9,9-1,9-2と変化し、換気用風量10-0は放出口28から放出されるまでに風量10,10-1,10-2と変化する。
【0029】
室内衛生換気用ダクト36の風量11は自家発電装置1の停止中に確保されていれば十分である。
【0030】
排気ガス用の消音導流路2の詳細構造を図2及び図3により説明する。図2は排気ガス用の消音導流路2の縦断面図であり、図3は図2のX−X線断面図である。
【0031】
図2及び図3において、排気ガス用の消音導流路2は入口50a及び出口50bを備えた外郭構造体50を有し、入口50aは配管20(図1参照)に接続され、出口50bは配管21(図1参照)に接続され、排気ガスは入口50aから入り出口50bから出て行く。
【0032】
外郭構造体50の内部の中心部分には消音用の流路分割構造物51が配置されている。この流路分割構造物51は流路断面積の異なる複数種類、本実施形態では3種類の断面矩形の管52,53,54を相互に溶接で接合固定して組み合わせた管アセンブリであり、管52は流路の中心部分に位置し、最も流路断面積が大きく、管53は管52の外側に複数位置し、管52より流路断面積が小さく、管54は管53の更に外側に複数位置し、管53より更に流路断面積が小さく、流路中心から外側に管52、管53、管54の順で順次流路断面積が小さくなる。即ち、管52,53,54の太さを内部通路の一辺の長さD1,D2,D3で表すと、D1>D2>D3である。
【0033】
また、3種類の管52,53,54は長さが異なり、流路の中心部分に位置する管52が最も長さが短く、管53、管54の順で長さが長くなる。即ち、管52,53,54の長さをL1,L2,L3で表すと、L1<L2<L3である。
【0034】
管52,53,54の太さD1〜D3及び長さL1〜L3は、消音導流路2に入ってくる音の周波数F0(F1〜Fnが成分値)と排気ガスの温度T0に応じて、下記する消音原理に基づき最も効果的に消音できるよう決められている。
【0035】
また、3種類の管52,53,54は、それぞれの管側から見て排気ガスの流れに対し管52の入口端面が最も低く、管53及び管54の順で入口端面が高くなるよう階段状に配置されている。
【0036】
次に、以上のように構成した消音導流路2の消音原理を説明する。
【0037】
消音導流路2の消音原理は次の3点である。
【0038】
(1)排気ガスが種々の周波数の音を含んでいることに着目し、中心部分に流路断面積の大きい管52を配置し、外側に順次、流路断面積を小さくした管53,54を配置することにより、気流はこれらの管52,53,54で分流し、再度、合流することとなり、分流時に各流路で通過し易い周波数の音が整流され、合流時に音の干渉により消音をする。つまり、一般に、騒音はその発生源の機器の構造・運動体の速度などによって、種々の周波数の成分を持った音で合成される。種々の周波数の音は伝播速度を周波数で除すると波長が求められることから、その波長の2分の1の別の音を合成させると部分的干渉により音は減衰することになる。管52,53,54による分流、整流、合流による消音はこの原理を用いたものである。また、3種類の管52,53,54の入口側を中央の管52の入口端面が最も低くなるように階段状に配置することにより、音の整流が促進されることが期待される。
【0039】
(2)流路断面積の大きい管52(又は管53)では隣接する流路断面積が小さい管53(又は管54)に比べ圧損が小さく気流が速く通過することにより音の位相のずれが生じ、これらの気流を再度合流させることにより、相互干渉によって減衰を発生させて消音する。つまり、ある音と逆の位相の音の合成によっても消音効果が期待できる。流路断面積の小さい管54(又は管53)の長さを隣接する流路断面積が大きい管53(又は管52)の長さより長くすることにより、上述した圧損の違いによる気流の速度差が拡大し、音の位相のずれが拡大し、消音効果が高まる。
【0040】
(3)排気ガスの場合は、温度が大気よりもかなり高く300〜550℃であり、このような高温ガスが管路を流れるとき、その温度は中央が高く外側に順次低くなる。このようなガスの流れに対し、中心部分に流路断面積の大きい管52を配置し、外側に順次、流路断面積を小さくした管53,54を配置することで上記のように流速に差を付け、周囲の流速の遅い流れはより温度が下がることから通過する排気ガスの温度差を更に拡大させ、音の指向性を冗長させ、音が伝わり難くすることで消音する。
【0041】
消音導流路2の流路分割構造物51は上記原理により騒音を低減する。また、複数の管52〜54を組み合わせただけの構成なので、小型で設置スペースが小さく、経済的な排気ガス用の消音導流路を提供できる。
【0042】
換気用の消音導流路3の詳細構造を図4及び図5により説明する。図4は換気用の消音導流路3の中心線から上側半分の縦断面図であり、図5のZ−Z線断面図に相当し、図5は図4のY−Y線断面図である。
【0043】
図4及び図5において、換気用の消音導流路3は入口フランジ60a及び出口フランジ60bを備えた外郭構造体60を有し、入口フランジ60aはダクト26(図1参照)に接続され、出口フランジ60bはダクト27(図1参照)に接続され、換気は入口フランジ60aから入り出口フランジ60bから出て行く。
【0044】
外郭構造体60は先細の端部分60c,60eと円筒状の中央部分60dを溶接で接合固定した構造をしており、その内部の中心部分には消音用の流路分割構造物61が配置されている。この流路分割構造物61は流路断面積の異なる複数種類、本実施形態では3種類の断面円形の管62,63,64を相互に溶接で接合固定して組み合わせた管アセンブリであり、管62は流路の中心部分に位置し、最も流路断面積が大きく、管63は管62の外側に複数位置し、管62より流路断面積が小さく、管64は管63の更に外側に複数位置し、管63より更に流路断面積が小さく、流路中心から外側に管62、管63、管64の順で順次流路断面積が小さくなる。即ち、管62,63,64の太さを内径Di1,Di2,Di3で表すと、Di1>Di2>Di3である。
【0045】
また、3種類の管62,63,64は長さが異なり、流路の中心部分に位置する管62が最も長さが短く、管63、管64の順で長さが長くなる。即ち、管62,63,64の長さをLi1,Li2,Li3で表すと、Li1<Li2<Li3である。
【0046】
管62,63,64の太さDi1〜Di3及び長さLi1〜Li3は、消音導流路3に入ってくる音の周波数Fi(Fi1〜Finが成分値)と換気の温度Tiに応じて、上述した消音原理に基づき最も効果的に消音できるよう決められている。
【0047】
また、3種類の管62,63,64は、それぞれの管側から見て換気の流れに対し管62の入口端面が最も低く、管63及び管64の順で入口端面が高くなるよう階段状に配置されている。
【0048】
消音導流路3の消音原理は上述した消音導流路2の消音原理と同じである。ただし、本実施形態では、管62,63,64が断面円形であるため、管と管の間の隙間も流路となる。
【0049】
また、消音導流路3も消音導流路2と同様、は複数の管62〜64を組み合わせただけの構成なので、小型で設置スペースが小さく、経済的な排気ガス用の消音導流路となる。また、入口フランジ60a及び出口フランジ60bをダクト26,27に接続することで換気の流路の途中に容易に組込むことが可能となり、これによっても省スペースで、経済的な換気用の消音導流路3が形成できる。
【0050】
給気用の消音導流路4は排気ガス用の消音導流路2と同様に構成されている。ただし、給気用の消音導流路4を流れる空気は常温であるため、給気用の消音導流路4は上記(1)及び(2)の消音原理によって消音するものとなる。
【0051】
【発明の効果】
本発明によれば、小型で設置スペースが小さくかつ経済的な消音導流路を提供できる。また、自家発電設備建屋において、気流用導流路を小型で設置スペースが小さくかつ経済的な消音導流路を有する構成にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態による自家発電設備建屋の縦断面図である。
【図2】排気ガス用の消音導流路の縦断面図である。
【図3】図2のX−X線断面図である。
【図4】換気用の消音導流路の中心線から上側半分の縦断面図である。
【図5】図4のY−Y線断面図であり、図中Z−Z線は図4の断面線を示す。
【符号の説明】
1 自家発電装置
1a ハウジング
1b ガスタービン
1c 発電機
1d 給気内部ダクト
1e 開口
2 排気ガス用の消音導流路
3 換気用の消音導流路
4 給気用の消音導流路
20,21 配管
22 煙突
25 ファン
26,27 ダクト
28 放出口
31 ファン
32 ダクト
35 ファン
36 室内衛生換気用ダクト
40,41 建屋側壁
42 コンクリート基礎
43 建屋天井
44 梁
50a 入口
50b 出口
51 流路分割構造物
52,53,54 管
60a 入口フランジ
60b 出口フランジ
60c,6e 端部分
60d 中央部分
61 流路分割構造物
62,63,64 管
Claims (5)
- 吸気、排気等の気流を導く気流用導流路を備えた自家発電設備建屋において、
前記気流用導流路は、入口及び出口を備えた外郭構造体と、前記外郭構造体の内部中心に配置した第1の管と前記第1の管の周囲に配置した複数の第2の管と、前記第2の管の周囲に配置した複数の第3の管とを備え、
前記第1の管から前記第3の管の順に各流路断面積を順次小さくし、また各長さを長くし、更に、前記第1の管から前記第3の管の入口端面を、それぞれの管側から見て気流の流れに対し前記第1の管の入口端が最も低く、第2、第3の管の順で高くなるように階段状に配置した
ことを特徴とする自家発電設備建屋。 - 請求項1に記載の自家発電設備建屋において、前記外郭構造体、前記第1の管、前記第2の管、及び前記第3の管の断面が矩形であることを特徴とする自家発電設備建屋。
- 請求項1に記載の自家発電設備建屋において、前記外郭構造体は断面が矩形であり、前記第1の管、前記第2の管、及び前記第3の管の断面が円形であることを特徴とする自家発電設備建屋。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の自家発電設備建屋において、前記複数の分割流路の流路断面積と流路長を、前記気流用導流路を流れる気流が持っている音の周波数成分に応じて決めたことを特徴とする自家発電設備建屋。
- 種々の周波数成分の音を持つ気流を導く気流用導流路において、入口及び出口を備えた外郭構造体と、前記外郭構造体の内部中心に配置した第1の管と前記第1の管の周囲に配置した複数の第2の管と、前記第2の管の周囲に配置した複数の第3の管とを備え、
前記第1の管から前記第3の管の順に各流路断面積を順次小さくし、また各長さを長くし、更に、前記第1の管から前記第3の管の入口端面を、それぞれの管側から見て気流の流れに対して前記第1の管の入口端が最も低く、第2、第3の管の順で高くなるように階段状に配置したことを特徴とする気流用導流路。
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