JP4137433B2 - 消音装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消音装置に関し、特に、燃焼空気、例えばエンジンのタービンから送られる燃焼空気、のための吸気ダクトと、空気又は燃焼流体を、例えば熱交換器に向って、排出するための排気ダクトとの間に取付けられる消音装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記の型の消音装置は、既知の技術である。この従来の技術によれば、消音装置は、通常、円筒形状の中空本体とそれぞれが同じく円筒形状の入口接続部と出口接続部を有する。これらの入口及び出口接続部は共に中空本体の直径よりも小さな直径を有し、それぞれ中空本体の入口側と出口側に取付けられる。
【０００３】
中空本体の内部には少くとも１つの仕切部材が設けられ、この仕切部材により、中空本体の内部容積内において、横方向透視面における中空本体の直径部分と入口及び出口接続部の直径部分の間に少くとも２つの環状室が形成される。入口及び出口接続部の直径部分を仮想延長して形成され、その内部を流体が一方の接続部から他方へと流動する仮想筒を考えた場合、上記の環状室は、この仮想筒の全周に亘って伸びる円状のスリットを介して仮想筒と直接連通する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の消音装置には、種々の不具合がある。先ず、円状のスリットはサイズが余りにも大きいため、消音装置の製造工程を簡略化することが困難である。また、空気が入口接続部と出口接続部の間を通過する時、これに伴って共振室内を通過する流体の量が増大するというロスが生じる。
【０００５】
更に、この型式の消音装置の製造には、仕切部材の正確な位置決めが必要であり、環状室の巾は、吸収すべき音波の周波数に正しく対応するものでなければならない。仕切部材の正確な位置決めは、時間のかかる作業を必要とし、量産の場合に問題となる。その上、中空本体の製造工程そのものが複雑である。
【０００６】
本発明は、上記の不具合を解消するため、流体の吸入ダクトと排出ダクトの間に取付けられる消音装置であって、特に打出し用工具の使用を減少させて製造を容易化する一方、消音装置内の流体通過量によるロスを減少させることのできる新しい消音装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの好ましい実施の形態による消音装置は次のように構成される。即ち、特にエンジンのタービンと熱交換器の間に配されて第一の流体吸入ダクトと第二の流体排出ダクトの間に取付けられる消音装置であって、前記消音装置は、筒状の中空本体、前記中空本体の直線部よりも小さな直径の直線部を有する筒状の入口接続部と筒状の出口接続部、及び前記中空本体の内面と共に少くとも２つの環状室を形成する少くとも１つの仕切部材を備え、前記環状室は、前記入口及び出口接続部の各々が互いに対向方向に仮想延長されて形成される仮想筒の周囲に位置しており、かつ、前記環状室はそれぞれ、前記仮想筒の全周に亘って伸びるスリットを介して前記仮想筒と直接連通するものにおいて、前記環状室は、前記仕切部材によって、及び／又は前記消音装置が取付けられた前記流体吸入及び排出ダクトの一方及び／又は双方によって、前記仮想筒から部分的に分離されることを特徴とする。
【０００８】
入口接続部と出口接続部の外壁と、中空室として形成される両環状室を分離する仕切部材によって形成される補助壁とが設けられ、ここにおいて、両環状室の連通スリットの流れ方向、即ち、流体主流の方向、における寸法が最小となるように意図される。これによって追加的な工具や部材を要することなく、簡単な方法により消音装置を通過する流体量によるロスを減少させることができる。
【０００９】
本発明の消音装置において、好ましくは、１つ又は複数の前記仕切部材は円筒状であり、その曲率部は、流体の流れに平行な透視面において、前記環状室と仮想筒の間の分離壁を形成する第一の直線部、２つの前記環状室の間の分離壁を形成する第二の直線部及び前記第二の直線部と角部を形成する第三の直線部を含む。前記第三の直線部に対向する前記中空本体の横壁の内面には凹部が形成され、前記第二及び第三の直線部によって形成される角部が前記凹部に当接する。これにより、仕切部材の正確な位置決めが容易に達成され、この状態で第三の直線部が凹部に溶接される。従って、共振室を正確な寸法で容易に作ることができる。仕切部材の位置決め測定は常に不要となるため、消音装置の量産を行うことができる。
【００１０】
本発明の消音装置において、好ましくは、前記凹部の横方向長さは、前記仕切部材の第三の直線部の横方向長さに等しい。これにより、位置決めの精度が高められる。
【００１１】
本発明の消音装置において、好ましくは、前記中空本体は外周縁端部において結合することのできる２つの同形の鈴状部材で作られる。
【００１２】
本発明の消音装置において、好ましくは、前記鈴状部材は筒状であり、その曲率部は、前記鈴状部材の軸線、即ち、流体流れの軸線、に沿った透視面において、前記鈴状部材の軸線に平行をなし、かつ、前記流体吸入及び排出ダクトの直径にほぼ等しい直径を有する第一の直線部、前記第一の直線部に平行をなし、かつ、前記鈴状部材の軸線から前記第一の直線部の外側に位置する第二の直線部及び前記鈴状部材の軸線から前記第二の直線部の更に外側に位置して、他方の前記鈴状部材の第三の直線部と共に凹部を形成する第三の直線部を有する。
【００１３】
本発明の消音装置において、好ましくは、第三の補助環状室が設けられ、前記補助環状室は、３６０°未満、特に２４０°未満、好ましくは１２０°未満、の角度範囲において伸びる開口を介して前記仮想筒の内部と連通する。
【００１４】
本発明の消音装置において、好ましくは、前記補助環状室は、前記仕切部材に類似の形状の第二の仕切部材を前記中空本体内に追加設置することにより設けられる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の消音装置の第一の実施の形態を示す断面図である。図１において、消音装置は、エンジンのタービン（図示省略）に連結された吸気ダクト１と別のダクトを介して直接又は間接に熱交換器に連結された排気ダクト２との間に取付けられている。空気が吸気ダクト１と排気ダクト２の間を流れる。消音装置はまた、空気の逆の流れ、即ち、排気ダクト２が吸気ダクトとなり、吸気ダクト１が排気ダクトになる場合、にも使用することができる。消音装置は、ターボエンジンのタービンから生じる騒音を抑制又は吸収することを目的とする。この目的のために、本発明においては良く知られたヘルムホルツ（Helmholtz)共鳴器が使用される。図１における消音装置は、円筒形の中空本体３を有する。この中空本体３は、第一円筒部４、第二円筒部４’、第三円筒部５、第四円筒部５’及び第五円筒部としての凹部６を有する。第一円筒部４は吸気接続部を形成し、また、第二円筒部４’は排気接続部を形成する。第三〜第五円筒部５、５’、６は、消音装置の内部を形成している。第五円筒部６の直径は、第三及び第四円筒部５、５’の直径よりも若干、例えば0.2 〜５mm、大きくなっている。中空本体３の内部は、仕切部材８で仕切られて、２つのヘルムホルツ室９、１０が形成されている。仕切部材８は円筒状の部材であり、その曲率部は、図１に示された透視面、即ち、流体の流れに平行な透視面、において、流れの軸線に平行な第一直線部１１、仕切りを行う第二中間直線部１２及び第一直線部１１よりも軸線から遠くにある第三直線部１３を形成する。ヘルムホルツ室９は、中空本体３の壁及び仕切部材８の第二中間直線部１２と第一直線部１１により区画、形成される。ヘルムホルツ室９は円環形状であり、流れの軸線に関して吸気接続部の直径と実質的に同じ直径を有して位置しており、かつ、環状のスリット１４を介して、吸気ダクト１及び排気ダクト２によって形成される仮想円筒と連通している。
【００１６】
また、ヘルムホルツ室１０は、一方側の中空本体３の壁と他方側の仕切部材８の第二中間直線部１２及び中空本体３の内部に突出する排気ダクト２の壁部分によって区画、形成される。ヘルムホルツ室１０は、環状のスリット１５を介して、上述の仮想円筒と連通している。第三直線部１３の長さは、好ましくは図１における第五円筒部６の巾（円筒の高さ）に等しい。第五円筒部としての凹部６は、溶接又はろう付により第三直線部１３に取付けられる。
【００１７】
第二中間直線部１２と第三直線部１３の連絡部分に生じる角部は、第五円筒部としての横壁の内側の凹部６に当接し、これによって仕切部材８は中空本体３に関して正しく位置決めすることができる。第五円筒部６の巾が好ましくは第三直線部１３の長さに等しいことから、中空本体３に関する仕切部材８の位置決めは、仕切部材８が第五円筒部６の位置に溶接された時、いつも正確に実施される。吸気接続部としての第一円筒部４及び排気接続部としての第二円筒部４’は、吸気ダクト１及び排気ダクト２よりも直径が若干大きく作られてあり、吸気及び排気ダクト１、２を第一及び第二円筒部４、４’内に挿入の後、溶接によりこれらを結合する。
【００１８】
消音装置（中空本体３と仕切部材８）は、厚さが0.6 又は0.8mm のステンレス鋼の板で作られる。
【００１９】
中空本体３は、２つの鈴状部材で作られる。鈴状部材の各々は、第一小円筒部、これよりも大きな直径を有する第二円筒部及び第二円筒部よりも若干大きな直径を有する第三円筒部からなる。直径の大きな第三円筒部は、第二円筒部の周縁部を打出し拡げることにより形成することができる。２つの鈴状部材をそれらの外周縁端部２２において溶接接合位置に合わせてつき合わせ、これらを溶接により互いに結合することによって両鈴状部材の第三円筒部が消音装置の第五円筒部としての凹部６を形成する。
【００２０】
２つの鈴状部材の吸気ダクト１及び排気ダクト２に関する位置決めは、吸気ダクト１及び排気ダクト２のそれぞれの外周面上に設けられた脹らみ２０、２１（脹らみは図１にも図２にも存在するが、図２においては図示省略）によって行う。脹らみ２０、２１は、例えば、ダクトの外周面上の所定の位置にレリーフ状に盛上げて形成することができ、かつ、互いに１２０°の間隔をもって配された３つの脹らみとすることができる。消音装置の第一円筒部４及び第二円筒部４’の周端部は脹らみ２０、２１に当接し、これによって、挿入される吸気及び排気ダクト１、２に関する第一及び第二円筒部４、４’の正確な位置決めが達成され、然る後これらの部材が溶接により結合される。かくして、吸気及び排気ダクト１、２に関する消音装置の中空本体３の正確な位置決めが得られ、また、円環形状のヘルムホルツ室９、１０と上述の仮想円筒の間を連通させるスリット１４、１５の正確な巾が得られる。
【００２１】
図２は、本発明の消音装置の第二の実施の形態を示す断面図である。ここにおいて、図１に示されたものと同じ部材は、同じ参照符号をもって示される。
【００２２】
第二の実施の形態は、第一の実施の形態の変形であり、第一の実施の形態における仕切部材８と同じ形状の第二仕切部材８’と、第三の円環形状の室３０を備えている。室３０は、排気ダクト２の外周面内に１２０°に亘って設けられた長方形の開口３１を介して排気ダクト２の内部と連通しているのみである。第二の実施の形態においては、室９’、１０’に対する周波数よりも比較的低い共振周波数が室３０に付与されるので、消音装置が作用する周波数領域が増大する。
【００２３】
室３０は、実際は、ヘルムホルツ共鳴器の原理で機能するものではなく、管が各末端において開口しており、これらの末端が同じ接続点で結合される場合の原理によるものである。
【００２４】
第二仕切部材８’は、その直線部１１’により排気ダクト２に接している。直線部１１’と排気ダクト２は、溶接で結合することもでき、また、図２に見るように溶接しないままとすることもできる。これらの部材間における若干の緩みは音響特性に影響しない。仕切部材８、８’のそれぞれの直線部１３、１３’は、互いに同じ寸法、即ち、第五円筒部としての環状の凹部６の巾の１／２、である。
【００２５】
直線部１３、１３’のそれぞれの末端（即ち、直線部１３、１３’と中間直線部１２、１２’とのそれぞれの角部を形成する末端）は、第五円筒部としての横壁の内側の凹部６によって形成されるそれぞれのストッパー相当部分に当接する。このように角部がストッパー相当部分に当接して位置が固定されることによって、双方の仕切部材８、８’は正確に位置決めされる。この位置決めの精度は、直線部１３、１３’のそれぞれの長さの和が凹部６の巾に等しいことから更に高められる。
【００２６】
図１、図２に示した実施の形態による消音装置は共に、対称構造ではないが、本発明の消音装置の別の実施の形態として、図１、図２に示した消音装置を対称構造により作ることもできる。また、図１、図２に示した消音装置は、非対称構造である場合においても、空気の流れを吸気側、排気側を逆にした方向として使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の消音装置の第一の実施の形態を示す断面図。
【図２】本発明の消音装置の第二の実施の形態を示す断面図。
【符号の説明】
１ 吸気ダクト
２ 排気ダクト
３ 中空本体
４、４’ 第一、第二円筒部
５、５’ 第三、第四円筒部
６ 第五円筒部としての凹部
８ 仕切部材
９、１０ ヘルムホルツ室
１１、１２、１３ 第一、第二、第三直線部
１４、１５ スリット
２０、２１ 脹らみ
２２ 外周縁端部
３０ 室

Claims (7)

1. 特にエンジンのタービンと熱交換器の間に配されて第一の流体吸入ダクト（１）と第二の流体排出ダクト（２）の間に取付けられる消音装置であって、前記消音装置は、筒状の中空本体（３）、前記中空本体（３）の直線部よりも小さな直径の１つ又は複数の直線部を有する筒状の入口接続部（４）と筒状の出口接続部（４’）、及び前記中空本体（３）の内面と共に少くとも２つの環状室（９、１０）を形成する少くとも１つの仕切部材（８）を備え、前記環状室（９、１０）は、前記入口及び出口接続部（４、４’）の各々が互いに対向方向に仮想延長されて形成される仮想筒の周囲に位置しており、かつ、前記環状室（９、１０）はそれぞれ、前記仮想筒の全周に亘って伸びるスリット（１４、１５）を介して前記仮想筒と直接連通するものにおいて、前記環状室（９、１０）は、前記仕切部材（８）によって、及び／又は前記消音装置が取付けられた前記流体吸入及び排出ダクト（１、２）の一方及び／又は双方によって、前記仮想筒から部分的に分離され、前記中空本体（３）は、外周縁端部（２２）において互いに結合することのできる２つの同形の鈴状部材でなり、前記鈴状部材の各々は筒状であり、その曲率部は、前記鈴状部材の軸線、即ち、流体流れの軸線、に沿った透視面において、前記鈴状部材の軸線に平行をなし、かつ、前記流体吸入及び排出ダクト（１、２）の直径にほぼ等しい直径を有する第一の直線部、前記第一の直線部に平行をなし、かつ、前記鈴状部材の軸線から前記第一の直線部の外側に位置する第二の直線部及び前記第一、第二の直線部と同方向に延び前記鈴状部材の軸線から前記第二の直線部の更に外側に位置して、他方の前記鈴状部材の第三の直線部と共に前記仕切部材（８）の外側の端部が当接される凹部（６）を形成する第三の直線部を有してなる消音装置。
2. 前記中空本体と流体吸入及び排出ダクト（１、２）は、円筒でなる請求項１記載の消音装置。
3. 前記仕切部材（８）は筒状、特に円筒状、であり、その曲率部は、流体の流れに平行な透視面において、前記環状室（９、１０）と仮想筒の間の分離壁を形成する第一の直線部（１１）、２つの前記環状室（９、１０）の間の分離壁を形成する第二の直線部（１２）及び前記第二の直線部（１２）と角部を形成する第三の直線部（１３）を含み；かつ、前記第三の直線部（１３）に対向する前記中空本体（３）の横壁の内面には凹部（６）が形成され、前記第二及び第三の直線部（１２、１３）によって形成される角部が前記凹部（６）の横方向一方側に当接するようにされてなる請求項１記載の消音装置。
4. 前記凹部の横方向長さは、好ましくは、前記仕切部材（８）の第三の直線部（１３）の横方向長さに等しくされてなる請求項３記載の消音装置。
5. 前記流体吸入及び排出ダクト（１、２）に関する前記入口及び出口接続部（４、４’）の位置決め手段として、前記入口及び出口接続部（４、４’）のそれぞれの外側端部が当接するように前記流体吸入及び排出ダクト（１、２）の周面上の所定の位置にレリーフ状に盛上げられた脹らみ（２０、２１）が設けられてなる請求項１記載の消音装置。
6. 少くとも１つの補助環状室（３０）が設けられ、前記補助環状室（３０）は、３６０°未満、特に２４０°未満、好ましくは１２０°未満、の角度範囲において伸びる開口を介して前記仮想筒の内部と連通してなる請求項１記載の消音装置。
7. 前記補助環状室（３０）は、前記仕切部材（８）に類似の形状の第二の仕切部材（８’）を前記中空本体（３）内に追加設置することにより設けられてなる請求項６記載の消音装置。

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