JP5818182B1 - 排気促進装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼機関及び燃焼機器の既存設備に直接後付けが可能であり、小型で安価にして、製作が容易で、取付が簡単な排気促進装置を提供すること。【解決手段】燃焼機関や燃焼機器の排気口から排気管終端部の任意の位置に、排気を利用して排気を促進する為の排気外筒１と、中空の内筒２を設け、燃焼状態に応じ、外筒排気取入口１Ｂと外筒排気噴出口１Ｃの少なくとも何れか一方の断面積を自在に変える可変機構１Ｄ、１Ｅを設ける。内筒の構造は中央部より上流側を絞って括れさせ、括れた部分に外周面から内部に貫通する複数の排気吸入孔２Ａを設け両端を末広がりにし上流側端部に可変機構である内筒可変葉甲２Ｄを設けて内筒排気取入口２Ｂとし、下流側端部に同様の断面積を変化させる可変機構である内筒可変葉乙２Ｅを設けて内筒排気噴出口２Ｃとし排気圧及び排気量に応じ内筒可変葉甲や内筒可変葉乙を狭めたり拡げたりして断面積を自在に変化させる。【選択図】図１

Description

燃焼機関及び燃焼機器の排気を促進する装置。

本発明は燃焼機関及び燃焼機器の熱効率の向上に関する。
従来例の問題点。消音器兼用で装置自体が大きい、高価、既設装置と交換が必要。

特公開２００１―２３４７４２
特公開２００５―０１６４９９
特開平０５−２５６１４０
特開平０８−７４５５７
特開平１０−１１０６１２
特開平１０―２３８３４２

従来の発明、排気促進装置は以下の欠点があった。消音機兼用で大きく、製作面倒、結果、高価になり、そして既設の装置と交換しなければならなかった。本発明は前記の発明に対し、燃焼機関及び燃焼機器の既存設備に直接後付けが可能であり、小型安価、製作容易、取付を簡単にした。

燃焼機関や燃焼機器の排気口から排気管終端部の任意の位置に、排気を利用して排気を促進する為の排気外筒（１）と、中空の内筒（２）を設け、燃焼状態に応じ、外筒排気取入口（１Ｂ）と外筒排気噴出口（１Ｃ）の少なくとも何れか一方の断面積を自在に変える可変機構を設けることを特徴とする。

排気外筒（１）の内部に設置された内筒（２）は中空であり、排気の流れに並行する中心断面が翼状をなして対向しており最も括れている箇所が中央部より上流側にあって、両端が末広がりになっていることを特徴とする。

前記内筒（２）の外周面中央部付近に外周を流れる排気を取込む為の複数の排気吸入孔（２Ａ）を設けたことを特徴とする。

内筒（２）の後端部に内筒排気排出孔（２Ｇ）を設け、排気排出孔（２Ｇ）の後端部には内側に向かって前傾して突出する内筒排気排出孔鍔（２ＧＡ）を設けることを特徴とする。

前記排気外筒（１）の上流から排気を独立して前記内筒（２）の中央部分に直接導くバイパス路（１A）を設けることを特徴とする。

前記内筒（２）の上流の所定の位置に加速子（３）を設けたことを特徴とする。

内筒（２）及び加速子（３）に設ける排気吸入孔（２Ａ）及び排気吸入孔（３Ａ）は、各排気吸入孔（２Ａ）及び排気吸入孔（３Ａ）を覆う排気吸込み用の内筒鍔（２Ｆ）及び加速子鍔（３Ｆ）の前縁が排気外筒（１）側に突出し、上流側へ傾斜して設けられることを特徴とする。

内筒（２）及び加速子（３）支える取付板（４）が設けられ、取付板（４）はその後縁に捻り（７）か所定の迎角かが与えられ排気の流れに旋回流を発生させることすることを特徴する。

排気外筒（１）の所定の位置にバイパス路入口（１ＡＡ）に整流板A（１ＡＣ）を取り付け、燃焼状態に応じ整流板A（１ＡＣ）を動作させ開口面積を自在に変化させることを特徴とする。

排気外筒（１）の後端部の外周に後端部外気導入覆い（１５）を設け、排気外筒（１）の後端には排気排出孔（１Ｇ）設け、内側に前傾して突出する排出孔鍔（１ＧＡ）を設けることを特徴する。

本発明の実施例の排気促進装置の立体透視図を示す。 本発明の実施例の排気促進装置の正面図及び可変葉の作動図を示す。 本発明の実施例の排気促進装置の上面図及び可変葉の右側面図（後面）を示す。 本発明の実施例の排気促進装置の加速子及び内筒の正面図を示し、図４（ａ）は内筒や（加速子）が直筒の場合、図４（ｂ）は内筒（加速子）の中央部付近が括れている場合を示す。

本発明は、燃焼機関及び燃焼機器を問わず既存設備に直接後付けが可能であり、小型安価、製作容易で排気管への取付を簡単にした。

以下に記す部材の全部か何れかに装着する。外筒排気取入口（１Ｂ）や外筒排気噴出口（１Ｃ）及び内筒排気取入口や（２Ｂ）内筒排気噴出口（２Ｃ）及び加速子排気取入口（３Ｂ）や加速子排気噴出口（３Ｃ）には排気速度に応じて断面積を変化させる可変機構を設け最適な排気状態にする。排気外筒（１）の上流側前縁か下流側後縁の少なくとも何れか一方に可変機構である可変葉を複数枚を設けて、上流側を排気取入口（１Ｂ）とし、下流側を排気噴出口（１Ｃ）として燃焼状態に応じて外筒可変葉甲（１Ｄ）や外筒可変葉乙（１Ｅ））を動かし、その断面積を自在に変える。

内筒（２）の構造は中央部より上流側を絞って括れさせ、括れた部分に外周面から内部に貫通する複数の排気吸入孔（２Ａ）を設け両端を末広がりにし上流側端部に可変機構である内筒可変葉甲（２Ｄ）を設けて内筒排気取入口（２Ｂ）とし、下流側端部に同様の断面積を変化させる可変機構である内筒可変葉乙（２Ｅ）を設けて内筒排気噴出口（２Ｃ）とし排気圧及び排気量に応じ内筒可変葉甲（２Ｄ）や内筒可変葉乙（２Ｅ）を狭めたり拡げたりして断面積を自在に変化させる。

図４（a）を参照。排気外筒（１）内に配置された内筒（２）の構造は外周面の所定の位置に内部に貫通する複数の排気吸入孔（２Ａ）を有する中空の筒体であり両端を楔形にした末広がりの直筒状であり、前端部及び後端部を広げてキャンバー比を大にできる。内部で発生した負圧を利用して外周を流れる排気を吸引させる。図４（a）は円筒形よりも箱筒形を推奨する。図４（b）は内筒（２）の上流端部に内筒可変葉甲（２Ｄ）を設けて内筒排気取入口（２Ｂ）とし下流端部に可変機構である内筒可変葉乙（２Ｅ）を設けて内筒排気噴出口（２Ｃ）とし燃焼状態に応じ、それぞれの可変葉を動かしてその断面積を自在に変える。

内筒（２）の構造は中央部より上流側を絞って括れさせ、両端を末広がりにし、外周面に内部に貫通する複数の排気吸入孔（２Ａ）を有し、その後縁には排気外筒（１）に向かって突出する内筒鍔（２Ｆ）が設けられ外周を流れる排気の取込み吸入を容易にする為に上流側に前傾させる。そして内筒可変葉乙（２Ｅ）の後端部には内筒排気排出孔（２Ｇ）を設け内側に向かって前傾して突出する内筒排気排出孔鍔（２ＧＡ）を設けて排気を内筒外へ排出させる。

加速子（３）は内筒（２）の上流に設けられ中空の筒体であり形状を前記内筒（２）と同じくし全体を所定の大きさに縮小した形状にする。両端を末広がりにし、上流側端部に可変機構である加速子可変葉甲（３Ｄ）を設けて加速子排気取入口（３Ｂ）とし、下流側端部にも加速子可変葉乙（３Ｅ）を設けて加速子排気噴出口（３Ｃ）とし、排気の圧力及び流量に応じて加速子可変葉甲（３Ｄ）や加速子可変葉乙（３Ｅ）を動作させて加速子排気取入口（３Ｂ）や加速子排気噴出口（３Ｃ）の断面積を変化させる。図４（a）の形状にしても可。

図３参照。前記の各可変機構の構造は複数の可変葉からなり、各々が隣合わせて一部が重なり合い、重なりあった所定の部分に可変葉を連動させる為の所定の大きさの穴を設けて、各可変葉を全浮動遊動ピン（５）とは固定せずに可変葉を連結する。排気圧力や排気量に応じて機械的或いは電気的に拡げたり狭めたりして排気取入口や排気噴出口の断面積を変化させる。

加速子（３）の構造は中央部より上流側を絞って括れさせ両端が末広がりになった、排気の流れに並行する中心断面が非対称の翼状断面が対向する形状にして内筒（２）も同じ形状にする。両端部が楔状の場合、内筒（２）も同じ形状にし、外周面に内部に貫通する複数の排気吸入孔（３Ａ）を有し、その後縁には排気外筒（１）に向かって前傾して突出する加速筒鍔（３Ｆ）が設けられ外周を流れる排気を取込み吸入を容易にする為に上流側に前傾させる。

加速子（３）及び内筒（２）及び取付板（８）及び鍔（２Ｆ）、（３Ｆ）の前縁に鋸歯状突起（１１）を設け、排気の後流側に、前縁に向って狭く後縁に向って広くするかまたは逆向きにするかして任意の大きさのハの字状突起（１２）を複数設け、この後流側に三角状又は涙滴状突起（１３）の何れか一方を複数設ける。

排気外筒（１）の内面の任意の位置に任意の大きさのハの字状突起（１２）を複数設け、
所定の距離を置いて下流側に三角状又は涙滴状突起（１３）の何れか一方の突起を複数設ける。

図１及び図２は燃焼機関や燃焼機器の排気利用による排気の促進を図る装置を提供する。燃焼機関や燃焼機器本体の排気口から排気管終端部の任意の位置に、排気外筒（１）と、その内部に配置され外面部に任意の大きさの複数の排気吸入孔（２Ａ）を有する内筒（２）と、内筒（２）は直筒にするか又は中央部より上流側を絞って括れさせ、内筒排気取入口（２Ｂ）の前縁に可変機構である内筒可変葉甲（２Ｅ）を取り付けて内筒排気取入口（２Ｂ）とし、下流端部にも内筒可変葉乙（２Ｅ）を設けて内筒排気噴出口（２Ｃ）とし燃焼状態に応じて断面積を自在に変化させる。

図４（ａ）、図４（ｂ）参照。図４（ａ）は内筒を直筒にし、前後端部の断面を楔形にした場合であり、前端部及び後端部が可動可変しその断面積を自在に変化させる故、可変葉は無い。図４（ｂ）は内筒（加速子）の中央部付近が括れている場合である。これらは目的用途に応じて併用する。図４（ａ）、図４（ｂ）共、上半分は作動せず開かない状態、下半分は開いた状態を表す。内筒（２）及び加速子（３）が直筒状楔型の場合、前端及び後端が可変してキャンバー比を変化させるので可変葉は要らない。これらの図において、外周全面に排気吸込孔（２Ａ）を設ける。また、間隙裂目にする場合は排気の流れに対し直交し、外面に向かって開口する排気吸入孔（２Ａ）とする。間隙裂目の後流側後縁端部は排気外筒（１）の内面に向かって、外周面から突出させて排気を堰き止めるようにして内筒（２）の内側に吸引させるようにする内筒鍔（２Ｆ）を設ける。後流側後縁端部を排気外筒（１）に向かって突出させて、排気外筒（１）と内筒（２）の間を流れる排気を内筒（２）内へ吸引させる。

図４（ｂ）のように内筒可変葉乙（２Ｅ）有する場合には、各可変葉の後端部に内筒排気排出孔（２Ｇ）を設け、内側に前傾して突出する内筒排気排出孔鍔（２ＧＡ）を設けて排気を外側へ排出する。内筒可変葉乙（２Ｅ）を有さない場合は内筒（２）後端部の所定の位置に設ける。加速子（３）も同様の構造とする。また、図４（ａ）の可動部である前端部と後端部の内筒全長に対する各比率は、それぞれ１５〜２５％、３０〜４０％とする。

加速子（３）は取付板（４）により排気外筒（１）に支持される。後端部外気導入覆い（１５）も同様である。取付板（４）は熱伝導率の高い材料を用い、平らな板を任意の形状で用い所定の迎角を与えるか後端に捻り（４Ａ）を与えて排気や外気に旋回流を発生させる。

排気外筒（１）の中央部より上流に外筒覆い（１Ａ１）を設け、所定の位置にバイパス入口（１ＡＡ）を設けて独立して排気を内筒（２）の所定の位置にバイパス出口（１ＡＢ）を設けバイパス路（１Ａ）を通じて排気を内筒（２）内へ導く。内筒（２）と排気外筒（１）の間は左右対象の前進翼（１Ｆ）とし最も厚い部分の上下面に排気吐出孔（１ＦＡ）を設けて排気を促進する。この前進翼（１Ｆ）で内筒（２）を排気外筒（１）に固定する。

図１及び図２及び図３にバイパス路（１Ａ）の構造を示す。バイパス路（１Ａ）は排気外筒（１）の上流に、バイパス路入口（１ＡＡ）が設けられ排気を内筒（２）の最も括れた部分か図４（a）の所定の位置のバイパス路出口（１ＡＢ）へ接続されバイパス路入口（１ＡＡ）には整流板Ａ（１ＡＣ）がそしてバイパス路出口（１ＡＢ）には整流板Ｂ（１ＡＣ）設ける。排気外筒（１）内筒（２）との間の接続には断面が対称の中空の翼形を用い、前進翼（１Ｆ）とし、内筒（２）と排気外筒（１）を固定する。翼の最も厚い部分の上下面に排気吐出口（１ＦＡ）を設け、形状は複数の溝状の間隙か任意の形状の孔を与え、取込んだ排気を翼面を流れる排気の負圧を利用して吸引排気させる。加速子（３）の後端と取付板（４）端は半々ずつ固定される。

図４（b）は内筒（２）の形状とその排気吸入孔（２Ａ）の形状の参考例である。加速子（３）を用いる場合も同じ構造である。

図３及び図４（b）に本発明の可変葉を示す。排気外筒（１）及び内筒（２）及び加速子（３）の終端部は可変噴出口であり、排気速度、圧力に応じ口径の断面積を自在に変化できるようにする。排気外筒（１）及び内筒（２）を円筒状にする場合は内筒可変葉（２Ｅ）を、３枚以上にし、箱筒状にする場合は２枚以上の偶数個にし、分割して取付ける。図３右側面図（後面）は４枚の参考例である。一例としてバネを用い、圧力に応じて機械的に開くか、ピトー管を排気外筒（１）の上流に設け、ピトー圧で機械的に或いは電気的に、接点を多く設けて可逆電動機を用い可変噴出口を細かく制御操作する。図１、２は機械的制御操作の一例である。排気圧を受ける制御翼（８）一個を排気外筒（１）の上流に設け、自重でぶら下がった制御翼（８）を排気流で浮揚させ、機械的に全可変葉を連動制御操作する。個々別々に制御操作する場合は複数個の制御翼（８）を用いるか調整バネ（６）で調整するか、ピトー管の採用や形状記憶合金を用いる。

排気外筒（１Ｄ）と内筒（２Ｄ）の終端部に設ける外筒可変葉乙（１Ｅ）及び内筒可変葉乙（２Ｅ）は複数個に独立して分割され、重なりあい、２個以上の偶数個とし、そして各々が排気外筒（１）側と内筒（２）側とが連結され、内筒（２）内か、加速子（３）より上流に、制御翼（８）を設け排気圧や排気量の増減に応じて発生する揚力により浮揚して機械的に又は電気的に内筒可変葉乙（２Ｅ）及び外筒可変葉乙（１Ｅ）を動かす。内筒可変葉乙（２Ｅ）及び外筒可変葉乙（１Ｅ）は制御翼（８）がぶら下がった状態では、電気的に制御する場合は制御翼（８）の重量で閉となり、水平状態では全開となり各可変葉は最小に萎んだり、最大に拡げたりさせる。また上記各可変葉（２Ｅ）（１Ｅ）は必ずしも連動させなくても可。

制御翼（８）の形状は非対称の翼形とし、前縁には スラットを設け、後縁には隙間フラップを設けて揚力の応答性をたかめる。

図２、３参照。可変葉と内筒（２）排気外筒（１）加速子（３）との結合は蝶番を用いて可動する。排気外筒（１）を角形にした場合は図４（a）を推奨する。制御翼（８）は航空機の翼に用いられる高揚力装置と同様のスラットやフアラーフラップの構造を取り入れる。

図２参照、索（１０）に設けられた調整バネ（６）は各可変葉の開度を調節する応答性を俊敏にさせるため常に展張させ張力は各可変葉によって異なる。

加速子（３）及び内筒（２）及び取付板（４）の前縁には梟の風きり羽の全縁についている鋸歯状突起を設け、乱流を発生させ、更に後流側に前縁に向って狭く、後縁に向って広くするか狭くするか、任意の大きさのハの字状突起（１２）を設けて表面を流れる排気の境界層剥離を、後流側に三角状又は涙滴状突起（１３）の何れか一方の突起を設けて乱流を整流化し消音効果を期待する。

排気外筒（１）の内面の任意の位置に任意の大きさのハの字状突起（１２）を複数設け、後流側に広がり部を向け、この後流側に三角状又は涙滴状突起（１３）の何れか一方の突起を複数設ける。前記の鋸歯状突起（１１）は燃費改善１.５％位の効果あり。三角状か涙滴状突起（１３）は通称ボルテックスジェネレイターと言われ航空機の主翼のフラップの上流に設けられている。

排気管内の任意の位置に任意の大きさのハの字状突起（１２）を、広がり部を後流側に向け、逆向き可。これらの前後に三角状又は涙滴状突起（１３）の何れか一方の突起を複数個設け、これらを組とし、交互に設ける。

排気外筒（１）の後端部に設けられた外筒可変葉乙（１Ｅ）に排気を外周側へ排出する排気排出孔（１Ｇ）を設けるか、外筒可変葉乙（１Ｅ）を廃止して後端部に排気排出孔（１Ｇ）のみを設けるかして、排気外筒（１）の外周を覆うべく終端から上流の所定の位置の外周に外気導入覆い（１５）を設けて外気を取込んで加速して排気を排気排出孔（１Ｇ）から吸引して排気促進を行う。

船舶用、発電用、産業用、自動車用その他の汎用原動機。

１ 排気外筒
１Ａ１ 外筒覆い
１Ａ バイパス路
１ＡＡ バイパス路入口
１ＡＢ バイパス路出口
１ＡＣ 整流板Ａ
１ＡＤ 整流板Ｂ
１Ｂ 外筒排気取入口
１Ｃ 外筒排気噴出口
１Ｄ 外筒可変葉甲
１Ｅ 外筒可変葉乙
１Ｆ 前進翼
１ＦＡ 排気吐出孔
１Ｇ 排気排出孔
１ＧＡ 排出孔鍔
１２３ 蝶番
２ 内筒
２Ａ 排気吸入孔
２ＡＢ 排気吐出孔
２Ｂ 内筒排気取入口
２Ｃ 内筒排気噴出口
２Ｄ 内筒可変葉甲
２Ｅ 内筒可変葉乙
２Ｆ 内筒鍔
２Ｇ 内筒排気排出孔
２ＧＡ 内筒排気排出孔鍔
３ 加速子
３Ａ 排気吸入孔
３ＡＢ 排気吐出孔
３Ｂ 加速子排気取入口
３Ｃ 加速子排気噴出口
３Ｄ 加速子可変葉甲
３Ｅ 加速子可変葉乙
３Ｆ 加速子鍔
４ 取付板
４Ａ 捻り
５ 全浮動遊動ピン
６ 調整バネ
７ 支点（回転可動）
８ 制御翼
９ 連結棒
１０ 索
１０Ａ 結束点
１０ＡＢ 索固定点
１０Ｂ 滑車
１０Ｃ 支柱
１１ 鋸歯状突起
１２ ハの字状突起

Claims (11)

1. 燃焼機関や燃焼機器の排気口から排気管終端部の任意の位置に、排気を利用した排気促進
   する為の排気外筒（１）と、中空の内筒（２）を備え、燃焼状態に応じ、排気取入口または排気噴出口の断面積を自在に変える可変機構を排気外筒または内筒の少なくとも一つに設け、該可変機構は排気外筒または内筒の排気取入口または排気噴出口の少なくとも一つに設けられ、前記可変機構は複数の可変葉からなり各々が隣合せて重なり合うことを特徴とする排気促進装置。
2. 排気外筒（１）の内部に設置された内筒（２）は中空であり、排気の流れに並行する断面が翼状をなして対抗しており最も括れている箇所が中央部より上流側にあって、両端が末広がりになっていることを特徴とする請求項１に記載の排気促進装置。
3. 前記内筒（２）の外周面中央部付近に外周を流れる排気を取込む為の複数の排気吸入孔（
   ２Ａ）を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気促進装置。
4. 内筒（２）の後端部に内筒排気排出孔（２Ｇ）を設け、内筒排気排出孔の後端部には内側
   に向かって前傾して突出する内筒排気排出孔鍔（２ＧＡ）を設けることを特徴とする請求
   項１乃至請求項３のいずれかに記載の排気促進装置。
5. 前記排気外筒（１）の上流から排気を独立して前記内筒（２）の中央部分に直接導くバイ
   パス路（１A）を設けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気促進装置
   。
6. 前記内筒（２）の上流の所定の位置に加速子（３）を設けたことを特徴とする請求項１に
   記載の排気促進装置。
7. 燃焼状態に応じ、排気取入口または排気噴出口の断面積を自在に変える可変機構を前記加速子（３）の排気取入口または排気噴出口の少なくとも一つに設け、前記可変機構は複数の可変葉からなり各々が隣合せて重なり合うことを特徴とする請求項６に記載の排気促進装置。
8. 内筒（２）及び加速子（３）に設ける排気吸入孔（２Ａ）及び排気吸入孔（３Ａ）は、各
   排気吸入孔（２Ａ）及び排気吸入孔（３Ａ）を覆う排気吸込み用の内筒鍔（２Ｆ）及び加
   速子鍔（３Ｆ）の前縁が排気外筒（１）側に突出し、上流側へ傾斜して設けられることを
   特徴とする請求項３または請求項６に記載の排気促進装置。
9. 内筒（２）及び加速子（３）支える取付板（４）が設けられ、取付板（４）はその後縁に
   捻り（７）か所定の迎角かが与えられ排気の流れに旋回流を発生させることすることを特
   徴する請求項１または請求項６に記載の排気促進装置。
10. 排気外筒（１）の所定の位置にバイパス路入口（１ＡＡ）に整流板A（１ＡＣ）を取り付
    け、燃焼状態に応じ整流板A（１ＡＣ）を動作させ開口面積を自在に変化させることを特
    徴とする請求項５に記載の排気促進装置。
11. 排気外筒（１）の後端部の外周に後端部外気導入覆い（１５）を設け、排気外筒（１）の
    後端には排気排出孔（１Ｇ）設け、内側に前傾して突出する排出孔鍔（１ＧＡ）を設ける
    ことを特徴する請求項１に記載の排気促進装置。