JP4194372B2 - 排気マフラー - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の駆動力で駆動される圧縮機を備える冷凍装置、および、この内燃機関から排出される排気ガスに含まれるドレン水の処理に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関で駆動される圧縮機を備える冷凍装置では、燃料系、給気系、排気系、冷却系の装置を備えた前記内燃機関と、冷媒回路を備えた前記圧縮機とが、動力伝達手段で接続されて構成されており、前記内燃機関が運転することにより前記圧縮機を運転し、前記冷媒回路内へ冷媒を循環させて、冷暖房や、冷凍冷蔵、或いは、加温を行なっている。
【0003】
この内燃機関は、運転を行うにあたり、前記燃料系から供給される燃料と、前記給気系で吸入される空気とを混合させて、前記内燃機関の燃焼室内へと吸引し、この燃焼された排気ガスを前記排気系を経由させて大気へと排出している。
【0004】
内燃機関の排気系は、前記排気ガスの浄化を行なう浄化装置と、前記内燃機関を冷却する冷却水との熱交換を行なわせ、前記排気ガスの温度を低下させる排気ガス熱交換器と、前記排気ガスのドラフト音などの消音を行う排気マフラーと、前記排気ガスの排出口となる排気トップとからなる各装置を排気管で接続して排気経路が構成されている。
【0005】
また、この排気系には、前記排気ガス中に含まれるドレン水を中和するための中和装置が設けられている。この中和装置は、前記排気経路内で結露したドレン水が、前記排気ガス中に含まれる窒素酸化物などの影響により強酸性を帯びるため、これを中和してドレン排水管より排水するためのものである。
【0006】
前記排気マフラーは、例えば、円筒形の本体を備えており、この本体内に複数の消音室を連通させて備え、前記排気ガスをこれら複数の消音室内を流通させて、前記排気ガスの流速を低下させることにより消音をおこなっていた(特許文献1参照)。
【0007】
【特許文献1】
特開2001−214737(第2−4頁、第3図)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1で示す排気マフラーは、前記排気ガスのドラフト音などの騒音の消音と、前記排気ガスとともに排出されるドレン水を分離することしかできなかった。また、前記ドレン水は、上記の様に、強酸性を帯びて腐食や、悪臭の原因となっているため、前記ドレン水を滞留させ、中和剤で中和して排水させる中和装置を別途設ける必要があり、前記冷凍装置の小型化を行う上での障害となっていた。
【0009】
また、前記中和装置は、この中和装置内に流入した前記ドレン水の一部を滞留させることにより前記ドレン排水管から、悪臭の原因となる前記排気ガスの漏洩を防いでいるが、前記中和装置と前記排気マフラーとは、ドレン管で接続された構成となっているため、前記ドレン水が内部に滞留する前記中和装置へ凍結防止ヒータなど設けて前記滞留したドレン水の凍結を防がなければならなかった。
【0010】
そこで、本願発明の目的は、確実な排気ガスの漏洩を防止して悪臭の発生を防ぎ、経済的なドレン水の凍結防止を行うとともに、冷凍装置の小型化を可能とした排気マフラーを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、垂直方向に延びる円柱形状の排気マフラーを、下方に位置する中和室本体と上方に位置する排気マフラー本体とから構成し、両本体は着脱装置で着脱自在に構成されており、前記排気マフラー本体の側部には排気ガス入口が設けられており、前記中和室本体には中央が円筒状に隆起しその上部に均圧穴が設けられた隆起部を有しその回りに中和剤が納められた中和カップと、この隆起部に納められて排水制御壁を有しフロート弁を備えた排水口を設け、前記排気ガス入口から前記排気マフラーに流入した排気ガスは前記排気マフラー本体の内壁に沿って旋回しこの排気ガスに含まれるドレン水を分離させて、この分離されたドレン水は前記中和カップに流入して中和後このカップの均圧穴を介してフロート弁の開放により前記排水口から廃棄するようにしたことを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
本願発明による排気マフラーについて、図を参照しながら説明する。
【0018】
まず、図1は、本願発明による排気マフラー5を備えた排気経路10について示したブロック図である。
【0019】
内燃機関2の排気経路10は、図1に示す様に、浄化装置3と排気ガス熱交換器4と排気マフラー5と排気トップ6とが排気管7a〜dで接続されて構成されいる。
【0020】
内燃機関2から排出された排気ガスgは、触媒を内蔵した浄化装置3で浄化され、排気ガス熱交換器4で内燃機関2を冷却する冷却系12を循環する冷却水sとの熱交換を行ない、排気マフラー5で消音されて排気トップ6から大気へ排出されるものとなっている。また、排気経路10の排気ガス熱交換器4内で結露したドレン水Lはドレン管8aを流通し、また、排気トップ6内で結露したドレン水Lはドレン管8bを流通して、それぞれ中和室本体9内へと流入し、排気マフラー5内で結露したドレン水Lは、この排気マフラー9内を流下して中和室本体9内へと流入する。
【0021】
この中和室本体9を下部に備えた排気マフラー5について説明すると、図2にその外観斜視図を示す様に、排気マフラー5は、例えば、垂直方向に延びる円柱形状をした排気マフラー本体13を備えており、その排気マフラー本体13の側部aには排気ガス入口14が、天面bには排気ガス出口15が、それぞれ設けられ、下部には、この排気マフラー5と連通して中和室本体9が、着脱装置16により着脱可能に取り付けられている。さらに、天面bには、この天面b、および、後述する排気マフラー本体13内に設けられた仕切板17を貫通して、中和室本体9まで延びるドレン流入管18が設けられている。
【0022】
次に、図3は、この排気マフラー5の側面断面図である。
【0023】
排気マフラー5は、内部に第1消音室19と第2消音室20との複数の消音室を重ねて備えており、第1消音室19、第2消音室20の間には、これら消音室を連通させる連通管21を備えた仕切板17が設けられている。また、第2消音室20の底面は開放されたものとなっており、その下部には、天面を開放された中和室本体9が下方より取り付けられ、ドレン流入管18は、天面b、および、仕切板17を貫通し、中和室本体9内の底部付近まで下垂して開口されている。
【0024】
この中和室本体9は、底部中央に排水機構22を備えた排水口23が設けられており、排水口23からは、排水出口管24が延びている。また、この排水機構22の周囲には、この排水機構22から排水されるドレン水Lを制限する排水制限壁25を備えており、この中和室本体9の外装と排水制限壁25との間には、炭酸カルシウムなどの中和剤tが納置され、流入してきた前記ドレン水Lを中和する収容部26が備えられている。前記中和剤tは、中和剤カップ27に納置されて前記収容部26へ納められている。そして、前記排気マフラー本体13とこの中和室本体9との間には、密封材28が設けられている。
【0025】
排水機構22は、前記排水口23の中心に向かって下降する斜面23aを有した排水口23の形状と、内部を中空とされた樹脂などの成形によるフロート弁29とにより構成されており、フロート弁29は、この排水口23上方へ設けられ、このフロート弁29と前記斜面23aとが接して排水口23を塞ぐものとなっている。
【0026】
中和剤カップ27は、円筒のカップ状をしており、その中央部には、この中和剤カップ27の周囲壁cと同等の高さまで、円筒状に隆起した形状の筒状部dが形成されている。この筒状部dの天面には排圧制限板30が設けられ、側面上部にはバイパス兼用の均圧穴31が設けられている。さらに、この中和剤カップ27の周囲壁cには、ドレン水Lが流通する流通口32と、中和剤tの補充を行う際、この中和剤カップ27を、中和室本体9内から取出すための取っ手33とが設けられている。
【0027】
この排圧制限板30は、排気ガス入口14から第2消音室20内へ流入した排気ガスgの排気圧力が直接フロート弁29へ達して、このフロート弁29の動作を妨げてしまうことを防止するために設けられており、中和剤カップ27の筒状部dの側面上部に設けられた均圧穴31は、収容部26内に滞留したドレン水Lの水位が、排水制限壁25まで達した状態で凍結してしまった場合でもドレン水Lの排水が行え無くなってしまうことを避けるために設けられている。
【0028】
そして、図4を参照して、この排気マフラー5での、排気ガスg、および、ドレン水Lの流通について説明すると、一方の排気ガスgは、実線矢印で示す様に、排気ガス入口14から排気マフラー5の第2消音室20内へと侵入し、この第2消音室20で、その流速を低下させて消音されるとともに、第2消音室20の内壁に沿って旋回しながら下降して連通管21の下方開口部へと向かう。
【0029】
この時、排気ガスgの一部は、更に下降し、中和室本体9内へも侵入するが、この底部に設けられている排水口23は、フロート弁29により塞がれているため、排水口23からの漏洩はできない。また、この排気マフラー本体13と、中和室本体9との間は、上述の様に密封材28により密封されているため、排気マフラー5の周囲へも漏洩できない。
【0030】
その後、連通管21の前記下方開口部へ達した排気ガスgは、この連通管21内を上方へと移動し、連通管21の上方開口部で第1消音室19内へと開放され、この第1消音室19内で、再度消音されて排気ガス出口15より上方へ排出される。
【0031】
他方の排気ガスgから分離されたドレン水Lは、破線矢印に示す様に、排気ガスgが旋回することにより遠心力で第2消音室20の内壁へと付着し、第2消音室20の内壁を伝って流下し、中和室本体9の収容部26内へと流入する。その後、中和剤カップ27の流通口32より中和剤カップ27内へ流入し、納置されている中和剤tと接触し中和される。この中和剤カップ27を設けた収容部26は、上述の様に、前記排気ガスgが旋回して流通する第2消音室20と連通されて設けられているため、前記排気ガスgが第2消音室20内を旋回しながら流通することにより、前記ドレン水Lに対流が生じて前記中和剤tとの接触が活発化される。これにより、前記ドレン水Lの中和は促進され、中和性能は向上することとなる。そして、排水制限壁25の高さに達する水位hまで収容部26内に滞留して十分な中和が行なわれ、水位hを越えたドレン水Lは、排水制限壁25を越えて排水機構22へと流入する。
【0032】
また、上記図1の排気ガス熱交換器4内で結露したドレン水L1、および、排気トップ6内で結露したドレン水L1は、それぞれドレン管8a、8b内を経由し、ドレン流入管18を流通して、中和室本体9内の収容部26内へと流入する。このとき、このドレン水L1は、この収容部26内に滞留されているドレン水Lが存在すれば、ドレン流入管18の下端開口部はドレン水Lにより水封されているため、排気ガスgの排圧の影響を受けること無く、収容部26内へと流入することができ、また、ドレン水Lが収容部26内に殆ど滞留していなくても、中和剤tにより排気ガスgの前記排圧は弱められているため、前記排圧の影響を受けずに収容部26内へと流入することができる。
【0033】
そして、排水口23は、上述の様に、内部中空のフロート弁29により塞がれているが、ドレン水Lが流入することにより、図5に示す様に、このフロート弁29に浮力が生じ、上昇して排水口23の斜面23aとフロート弁29の表面との間に隙間ができ、ドレン水Lは、排水口23を流通し、排水出口管24より排水される。そして、排水機構22へ流入したドレン水Lが排水され終わると、フロート弁29は、自重により下降して、再度、フロート弁29の表面と、斜面23aとが接し、排水口23を上方より塞ぐこととなる。
【0034】
このとき、上述の様に、排気マフラー5と中和室本体9とは連通して設けられており、中和剤カップ27には、排水機構22内へ通じる均圧穴31が設けられているため、排圧制限板30が設けられていても排気ガスgの排圧は、多少なりともフロート弁29へかかることとなる。しかし、フロート弁29には排圧制限板30により弱められた前記排圧が上方からかかる様になるため、この排圧によりフロート弁29が動かさせられ、排水機構22が開放してしまい、排気ガスgが、この排水口23を流通し排水出口管24から排出されてしまうことはない。
【0035】
また、冬季などの低外気温度により、万が一、収容部26内に滞留したドレン水Lが凍結したとしても、ドレン水Lは、中和剤カップ27の筒状部dに設けられた均圧穴31を流通して排水機構22へと達することができるため、凍結による排水障害が起こることもない。さらに、排水機構22内に残留したドレン水Lが、そのまま凍結したとしても、その量は、排水口23の斜面23aと、フロート弁29の表面とが接する僅かな部分にしか存在しないため、あとからこの排水機構22へと流入して来たドレン水Lにより、すぐに解凍されてスムーズな排水ができる。
【0036】
そして、上記収容部26内で凍結したドレン水Lについても、この中和室本体9が、排気ガスgが流通する排気マフラー5の第2消音室20と連通して設けられているため、内燃機関2の運転が継続することにより、排気ガスgからの熱を受けて解凍させることができるため、このドレン水Lの凍結を防ぐ凍結防止ヒータなどを設ける必要も無く経済的な凍結防止を行なうことができる。
【0037】
ここで、上記排水機構22を、別形態の排水機構34として示すと、図6に示す様に、フロート弁29を単なる浮子として設け、弁体35をヒンジ部36を介して、排水機構34内へ取付け、このフロート弁29と、弁体34とをワイヤー37などにより接続して、開閉自在に排水口23上に設ける構成とすることもできる。しかし、この構成では、排水口23を上方から塞ぐ弁体35を動作させ、排水口23を開放させるには、フロート弁29が水位w以上の位置まで上昇させなければならなくなる。つまり、排水口23の上部には、常時、水位wの位置まで、ドレン水L2が滞留することとなる。
【0038】
このため、上述の様に、このドレン水L2が凍結した場合では、この排水機構34で凍結したドレン水L2が解凍するまで、ドレン水Lを排水することはできなくなってしまうことになる。このことからしても、中和室本体9の底部に排水口23を設け、この排水口23と、フロート弁29とにより構成される排水機構22を設け、フロート弁29で排水口23を直接上方から塞ぐとともに、排水口23の周囲にドレン水Lの排水制限壁25を設けることにより、ドレン水Lの十分な中和を行なわせることができ、排水口23へドレン水Lのみを流通させて、確実に排気ガスgの漏洩を防止することが、簡単な構成で、かつ、コストも抑えて行なうことができる。
【0039】
このドレン水排水システム1を備えた冷凍装置40について、図7、および、図8を参照しながら説明する。なお、上記図1で示した排気経路10を構成する装置などについては、図1と同じ符号で説明する。
【0040】
冷凍装置40は、熱源機38と、放熱器39とが、冷媒配管41a、41bにより接続されて構成されている。
【0041】
一方の熱源機38は、主に、内燃機関2と、この内燃機関2へ天然ガスなどの燃料を供給する燃料系42と、大気をろ過して吸引し、前記燃料系42より供給される燃料と混合させた混合ガスを内燃機関2へ供給する給気系43と、内燃機関2で燃焼させた燃焼ガスを排気ガスとして排出する排気経路10と、内燃機関2を冷却する冷却水系12と、内燃機関2の駆動力で冷媒を圧縮し、放熱器39へと循環させる冷媒系統44とが筐体60内に収納されて構成されている。
【0042】
また、他方の放熱器39は、室内熱交換器45と、この室内熱交換器45への送風を行なう室内送風機46とが室内筐体61内に納められて構成されており、放熱器39が設置された空間の冷房、或いは、冷凍冷蔵、または、暖房や、加温などを行なうことが出来るものと成っている。
【0043】
熱源機38の燃料系路42には、図示しない燃料遮断弁と、ゼロガバナとが備えられており、内燃機関2の運転能力に応じて、安定した燃料の供給を行なうとともに、内燃機関2の停止時、或いは、異常発生時には、内燃機関2へ供給する前記燃料を遮断できるものとなっている。
【0044】
給気系路43には、図示しないろ過装置と、燃料系路42から供給される燃料を、この給気系路43で吸入された空気と混合させ、混合ガスを生成する混合装置とが備えられており、内燃機関2の運転能力に応じた前記混合ガスの供給が行なえるものとなっている。
【0045】
冷媒回路44には、圧縮機47と、四方弁48と、室外熱交換器49と、減圧弁50と、アキュームレータ51とが冷媒配管で接続されて備えられるとともに、室外熱交換器49への送風を行なう送風機52が備えられている。圧縮機47は、内燃機関2の駆動力により駆動される圧縮機であり、該内燃機関2の駆動軸の一端に接続されている。四方弁48は、上記放熱器39の運転状態により圧縮機47で圧縮された冷媒の循環方向を反転するものとなっており、例えば、放熱器39が冷房、或いは、冷凍冷蔵を行なっていれば、圧縮機47で圧縮された冷媒を四方弁48を経由させて室外熱交換器49で、送風機52からの送風を受けて大気への放熱を行なわせ、減圧弁50で減圧させて冷媒配管41aを経由させ、上記放熱器39を流通させて、再度、四方弁48を経由させ、アキュームレータ51へと戻す順路で循環させる。また、例えば、放熱器39が暖房、或いは、加温を行なうものであれば、圧縮機47で圧縮された前記冷媒を四方弁48を経由させて上記放熱器39を流通させ、減圧弁50を経由させて室外熱交換器49で、送風機52からの送風を受けて大気からの吸熱を行なわせ、再度、四方弁48を経由させ、アキュームレータ51へと戻す順路で循環させる。
【0046】
排気系路10は、浄化装置3と、排気ガス熱交換器4と、排気マフラー5と、排気トップ6とが排気管7a〜7dで接続されて構成されており、内燃機関2内で燃焼させた前記燃焼ガスを排気ガスとして排出して浄化装置3で浄化し、排気ガス熱交換器4で、この内燃機関2を冷却する冷却水sとの熱交換を行なわせ、排気マフラー5により前記排気ガスのドラフト音などの消音を行って、排気トップ6から大気へ前記排気ガスを排出している。また、排気経路10には、本願発明の排気マフラー5が備えられており、この排気経路10内で結露したドレン水Lを中和して、ドレン排水管11により筐体60外へと排水している。
【0047】
冷却水系12は、排気ガス熱交換器4と、冷却水ポンプ53と、三方弁54と、ラジエータ55とが冷却水配管で接続されて備えられる。また、ラジエータ55は、上述の室外熱交換器49と併設されて設けられており、送風機54により送風されるものとなっている。そして、内燃機関2の運転開始時など冷却水sの温度が低い状態では、冷却水sは、冷却水ポンプ53と、排気ガス熱交換器4と、内燃機関2と、三方弁54とを循環する経路で循環し、内燃機関2の暖気運転を行う様になっており、冷却水sの温度が所定の温度(例えば、70℃)まで達すると、三方弁54での冷却水sの流通方向が切り替わり、冷却水ポンプ53と、排気ガス熱交換器4と、内燃機関2と、三方弁54と、ラジエータ55とを循環する経路で循環するものとなっている。
【0048】
この熱源機38について、その構造を図8の一部外装を破断して示した外観図で説明すると、熱源機38は、フレーム62により支持されており、側面下部を覆う下部外装体63と、側面上部を覆う上部外装体64と、天面を覆う天部外装体65とが設けられて、筐体60が構成されている。
【0049】
この筐体60内には、機械室66と、放熱室67とが上下2層に重ねられて設けられている。一方の機械室66内には、上述の燃料系路42と、給気系路43と、ラジエータ55とを除く冷却水系12と、排気トップ6とを除く排気経路10と、送風機53を除く冷媒系統44とが内蔵されている。他方の放熱室67には、ラジエータ55、および、室外熱交換器49と、送風機53とが、それぞれ配置されて設けられている。また、この放熱室67の天面を覆う天部外装体65には、排気トップ6が配設されている。
【0050】
そして、中和室本体9を着脱可能に下部へ備えた排気マフラー5が、機械室66内に設けられており、排気トップ6から延びるドレン管8bが、排気トップ6の底面から延びる排気管7dに側して放熱室67内を垂下し、また、排気ガス熱交換器4から延びるドレン管8aが、排気ガス熱交換器4の底面から斜降してドレン水集合管68を経由し、中和室本体9のドレン流入管18へと接続され、中和室本体9の排水出口管24へは、ドレン排水管11が接続されて筐体60の外側で開口している。
【0051】
このように、本願発明の排気マフラー5を冷凍装置40へ備えることにより、これまで機械室66内に別途配設していた中和室本体の配設スペースを確保する必要が無くなるため、冷凍装置40の小型化を行なうことができる。
【0052】
【発明の効果】
請求項1記載の本発明によれば、垂直方向に延びる円柱形状の排気マフラーを、下方に位置する中和室本体と上方に位置する排気マフラー本体とから構成し、両本体は着脱装置で着脱自在に構成されており、排気マフラー本体の側部には排気ガス入口が設けられており、中和室本体には中央が円筒状に隆起しその上部に均圧穴が設けられた隆起部を有しその回りに中和剤が納められた中和カップと、この隆起部に納められて排水制御壁を有しフロート弁を備えた排水口を設け、排気ガス入口から排気マフラーに流入した排気ガスは排気マフラー本体の内壁に沿って旋回しこの排気ガスに含まれるドレン水を分離させて、この分離されたドレン水は中和カップに流入して中和後このカップの均圧穴を介してフロート弁の開放により排水口から廃棄するようにしたので、ドレン排水管から漏洩する前記排気ガスを確実に防止することが安価に行なえるとともに、前記排気ガスの熱を利用して前記中和室本体内に滞留するドレン水の凍結防止が経済的に行なえる。また、下部へ前記中和室本体を設けた前記排気マフラーを冷凍装置へ備えることにより、前記冷凍装置内で前記ドレン水を中和する中和室本体を配設するスペースが必要なくなるため、前記冷凍装置の小型化を行うことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明による排気マフラー5を備えた排気経路10について示したブロック図である。
【図2】排気マフラー5および中和室本体9の外観斜視図である。
【図3】排気マフラー5および中和室本体9の側面断面図である。
【図4】排気マフラー5および中和室本体9内に流入した排気ガスg、および、ドレン水Lの流れを示した図である。
【図5】排水機構22の動作を示した図である。
【図6】別形態の排水機構34の構成および動作について示した図である。
【図7】本願発明の排気マフラー5を備えた冷凍装置40を示したブロック図である。
【図8】冷凍装置40の熱源機38の外装を一部破断して示した外観図である。
【符号の説明】
2 内燃機関
5 排気マフラー
9 中和室本体
10 排気経路
16 着脱装置
18 ドレン流入管
22 排水機構
23 排水口
23a 斜面
24 排水出口管
25 排水制限壁
26 収容部
27 中和剤カップ
28 密封材
29 フロート弁
30 排圧制限板
31 均圧穴
34 排水機構
35 弁体
36 ヒンジ部
37 ワイヤー
40 冷凍装置
b 天面

Claims (1)

  1. 垂直方向に延びる円柱形状の排気マフラーを、下方に位置する中和室本体と上方に位置する排気マフラー本体とから構成し、両本体は着脱装置で着脱自在に構成されており、前記排気マフラー本体の側部には排気ガス入口が設けられており、前記中和室本体には中央が円筒状に隆起しその上部に均圧穴が設けられた隆起部を有しその回りに中和剤が納められた中和カップと、この隆起部に納められて排水制御壁を有しフロート弁を備えた排水口を設け、前記排気ガス入口から前記排気マフラーに流入した排気ガスは前記排気マフラー本体の内壁に沿って旋回しこの排気ガスに含まれるドレン水を分離させて、この分離されたドレン水は前記中和カップに流入して中和後このカップの均圧穴を介してフロート弁の開放により前記排水口から廃棄するようにしたことを特徴とする排気マフラー。
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