JPH068453Y2 - 燃焼機器用消音器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、石油給湯機等の燃焼機器の排気部に設ける消
音器に関する。

（従来の技術） 第４図に石油小形給湯機の基本構造を示す。

ポンプ１により加圧された灯油がノズル２から噴霧さ
れ、ファン４から送られる空気と混合しバーナ３で燃焼
する。発生した高温の燃焼ガスは熱交換器５で入水口８
から入ってきた水を加熱し、その後消音器６を通り排気
口７から排出される。また、熱交換器で加熱された水
は、出湯口９から出湯される。ところで、バーナ３での
燃焼により発生する騒音は、１ｍの距離で約７０〜８０
ｄＢと高く、またその音は排気口７から最も多く放出さ
れるため、排気部には消音器６を設けて消音する必要が
ある。第３図に従来の消音器の構造を示す。消音器は消
音器外箱１０、パンチングメタル等で作られた内筒１
１、及びその間に充填された吸音材１２から成ってい
る。排ガスと共に放出される音は、内筒１１を伝播する
間に吸音材１２によって消音される。この形式の消音器
は抵抗形と呼ばれ、その消音量（Ｒ）は、（１）式で表
わされる。

Ｒ＝Ｋ・Ｌ／Ｓ・Ｈ……（１） Ｋ：定数 Ｓ：内筒断面積（＝π／４・Ｄ^２）（m²） Ｌ：内筒周長（＝πＤ）（ｍ） Ｈ：消音器高さ （ｍ） Ｄ：内筒直径 （ｍ） 即ち、消音量を大きくするにはＤを小さくするか、Ｈを
大きくすればよいことがわかるが、Ｄは煙突との接続及
び圧力損失の関係から寸法は限定される。定数Ｋは充填
される吸音材の吸音率に比例するものであり、一般に吸
音率は第６図のように低周波数域で小さくなる。また、
燃焼騒音は第７図に示すように全周波数域で大きな消音
量を持つことが必要である。そのため、第３図の従来の
消音器では幅広い周波数域でＲを大きくするには、Ｈを
大きくし消音器を大形化する必要があった。また、大型
化しても低周波数域の音は充分には消音できなかった。

（考案が解決しようとする課題） 従来の消音器では、製品の騒音レベルを低くするために
は消音器が大形となるため、製品が大形化し、製品が大
形化すれば設置場所の制約が大きくなり、また騒音レベ
ルが高いと使用者及び周囲の人に不快感を与え、生活環
境を乱すことになる。また、製品を小形化すると、騒音
レベルが高くなるという問題があった。

本考案は、消音量が大きい小形の消音器を提供すること
であり、本考案の消音器を使用すれば、製品の小形化、
低騒音が達成できる。

（問題点を解決するための手段） 前記問題点を解決するための本考案の消音機構造を第１
図〜第２図に示す。本考案の消音器を第４図の石油小形
給湯機に使用した場合、排ガスは第１図〜第２図の下方
から流入し上方より排出する。

以下第１図をもとに詳細に説明する。本考案の消音器
は、消音器外箱１０と、パンチングメタル等で作られた
２本以上の内筒１１及びその間に充填された吸音材１２
から成る第１の消音器と、それに接続し排ガス通路を１
本にする集合部１３と、薄板の鋼板で作られ高さ方向の
中心部周囲に小穴を１列設けた１本の振動筒１４及び空
洞部１５から成る第２の消音器とから構成される。

まず、第１図の消音器は、従来の消音器と同様充填され
た吸音材１２によって消音される抵抗形消音器であり
（１）式が成り立つ。しかし、従来の消音器に比べ、内
筒１１の本数が複数であるため１本の内筒直径Ｄを小さ
くすることができる。即ち、（１）式のＬ／Ｓが大きく
なり、従来の消音器と同じ消音量を得るのに消音器高さ
Ｈを小さくできる。

しかし、前述した様に燃焼器騒音は幅広い周波数域を持
ち、また抵抗形消音器では低周波数域の音を更に消音す
ることが必要となる。第２の消音器はそのために設ける
ものであり、第１図は音を振動筒１４の振動に代えて消
音し、さらに小穴１６と空洞部１５とでヘルムホルツ共
鳴を起し消音するものであり、振動筒１４の板厚、小穴
の位置、数、径及び周囲の空洞部１５の大きさで消音で
きる周波数が決定されるが、一般には低周波数となる。

本考案で用いられる第２の消音器の振動筒１４の薄板鋼
板の板厚は０．１mm〜１．０mm、好ましくは０．３mm〜
０．６mmのものが用いられる。即ち、第２の消音器はオ
クターブバンド中心周波数１２５Hzと２５０Hzの消音を
目的としており、特に問題となり低減すべき周波数は１
００〜２００Hzである。一般的な板状材料の振動による
吸音効果は、共鳴周波数で最大となる。第８図（日本音
響材料協会編；吸音材料、技報堂出版、Ｐ１９抜粋）に
板状材料の面密度と共鳴周波数との関係を示す。第８図
により、石油給湯機における第２の消音機の「薄板の鋼
板」の振動により、消音する場合の振動筒１４の板厚範
囲を求める。

第２の消音器の実用的な寸法は、外箱１０の外径２００
〜３００mm、振動筒１４の直径φ６０〜１００であり、
振動筒１４と外箱１０との間に形成される空洞部１５の
厚さは、第８図の背後空気層の厚さに相当し５０〜１２
０mmとなる。また、第２の消音器で消音する周波数は１
００〜２００Hzであり、第８図の共鳴周波数は１００〜
２００Hzの値で設計する必要がある。つまり、第８図の
ハッチングで示す範囲が板状材料の振動を用いた消音器
として、石油小形給湯機に適用する範囲となる。これか
ら、板状材料の面密度、即ち振動筒１４の面密度として
は、０．８〜７kg／m²が適切な範囲となる。振動筒１４
は鋼板で製作されるので、鋼材の密度と上記面密度との
関係から、計算上振動筒１４の板厚は０．１〜１．０mm
の範囲とするのが適切な値である。この範囲外の板厚で
は、共鳴周波数が目標とした１００〜２００Hzの範囲外
となり、石油給湯機の消音器としての効果はなくなって
しまう。

尚、第２の消音器で消音すべき周波数は、対象とする石
油小形給湯機により違いはあるが、最も多い周波数は１
２０〜１３０Hz程度である。この場合には第８図の共鳴
周波数を１２０〜１３０Hzとして第８図から振動筒１４
の適切な板厚を求めると０．３〜０．６mmとなる。

従って、振動筒１４の板厚は、０．１〜１．０mm、好ま
しくは０．３〜０．６mmとなる。

また、第１図の振動筒１４には小穴１６を設けており、
振動筒１４の振動以外に小穴１６と空洞部１５でヘルム
ホルツ共鳴を起すことによりさらに消音するものであ
る。ヘルムホルツ共鳴の周波数は、穴径、穴数、板厚及
び空洞の大きさ等を変更することで任意に設定できる。

ここで、小穴１６を振動筒１４の周囲全面にわたって多
数配置すると、実験の結果、共鳴周波数が高くなるとと
もに、振動筒１４の振動による消音効果も低減してしま
う。このため、小穴１６の数及び小穴１６の位置が限定
される。即ち、石油給湯機に用いる場合には、振動筒１
４はφ８０mm程度、消音器外箱１０は幅２５０mm、奥行
き２５０mm、高さ３００mm程度であるので、振動筒１４
の振動による消音効果を低減させることなく問題となる
低周波数域の消音を行うには、振動筒１４の高さ方向の
中心部周囲に小穴１６を１列設けることにより消音効果
が充分あらわれることが実験により判明した。

また、第２図に示したものは、第１図の第２の消音器の
空洞部１５に吸音材１７を内張りしたものであり、第２
の消音器で消音する周波数域を広げる効果をもつ。

即ち、本考案は、抵抗形消音器の消音量は（１）式で決
定されることから、第１の消音器では内筒本数を複数と
してＬ／Ｓの値を大きくすることにより消音量を大きく
（又はＨを小さく）し、更に消音しにくい低周波数の音
を第２の消音器で消音するものである。

（作用） 本考案になる消音器の消音特性を同一寸法の従来の消音
器の消音特性と比較して第５図に示す。図中（ニ）が従
来の消音器、（イ）が振動筒に小穴を設けてない消音
器、（ロ）が本考案の第１図の消音器、（ハ）が第２図
の消音器である。第５図より本考案になる消音器は全周
波数域で従来の消音器より消音量が大きく、特にオクタ
ーブバンド中心周波数１２５Hz、２５０Hzでの消音量が
大きい。即ち、従来消音が困難とされていた低周波数域
でも消音量が大きい消音器といえる。これは前述した様
に第１の消音器で主に高周波数域の消音を行い、更に第
２の消音器で低周波数域の消音を行うためである。

（実施例） 以下、本考案の実施例を説明する。消音器外箱１０の寸
法が、幅２５０mm、奥行２５０mm、高さ３００mmである
場合の本考案になる消音器と従来の消音器の消音特性を
比較する。

第３図に示した従来の消音器の内筒１１は、パンチング
メタル製のφ８０mmの内筒である。第１〜第２図に示し
た本考案になる消音器の第１の消音器の内筒１１はパン
チングメタル製のφ４０mmの円筒４本で構成され、第２
消音器の振動筒１４は板厚０．６mm鋼板製のφ８０mmの
円筒である。そして、消音器１４には、振動筒１４にφ
２mmの小穴を振動筒１４の高さ方向中心部の周囲に一定
間隔で１列の小穴を設けてある。また、小穴の数を多く
して５列にすると、オクターブバンド中心周波数５００
Hz付近の周波数の消音量は大きくなるが、オクターブバ
ンド中心周波数１２５Hz、２５０Hzの低周波数の消音量
は逆に低くなる。

前述したように、この寸法の従来の消音器では、特にオ
クターブバンド中心周波数１２５Hz、２５０Hzの低周波
数域の音が充分に消音できないので、本考案である消音
器の第２の消音器は、低周波数域の音を消音できるよう
にしてある。上記仕様の第２の消音器で消音できる周波
数を以下に示す。

（１）振動筒１４と空洞部１５による消音 振動筒１４が板厚０．６mmの鋼板であるので、振動筒１
４の面密度（単位面積当たりの質量）は４．６kg／m²、
空洞部１５の厚さは８５mmである。一般的な板状材料の
共鳴周波数の特性から、この仕様で消音できるオクター
ブバンド中心周波数は１２５Hzとなる。

（２）振動筒１４の小穴１６と空洞部１５による消音 １つの小穴でヘルムホルツ共鳴を起して消音するので、
ヘルムホルツ共鳴の一般的な計算式から消音できるオク
ターブバンド中心周波数は１２５Hz乃至２５０Hzとな
る。

従って、小穴を明けない振動筒１４の前記（１）の効果
と合わせて、オクターブバンド中心周波数１２５Hz乃至
２５０Hzの消音効果が得られる。

以上のように、本考案になる第２の消音器ではオクター
ブバンド中心周波数１２５〜２５０Hzの低周波数域の消
音を行うことができる。また、上記した周波数は、計算
上最も消音量が大きくなる周波数であり、実際には、そ
の周波数を中心としてある周波数範囲で消音することが
できる。第５図は、これらの消音量を実験的に求めた結
果である。

（考案の効果） 本考案になる消音器とすれば、燃焼騒音の全周波数域に
わたって大きな消音量が得られ、消音器を小形化するこ
とができる。即ち、石油小形給湯機等の製品に適用すれ
ば低騒音でしかも小形のものが達成できる。このことに
より、設置場所の限定が少なく小さなスペースに製品を
設置できると共に、使用者及び周囲の人の生活環境を乱
すこともなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す消音器の断面構造図、
第２図はその他の実施例を示す消音器の断面構造図、第
３図は従来の消音器の断面構造図、第４図は石油小形給
湯機の基本構造図、第５図は各消音器の消音特性を示す
図、第６図は消音器に使用する吸音材の吸音率の例を示
す図、第７図はバーナでの燃焼により発生する騒音レベ
ルを示す図、第８図は板状材料の面密度と共鳴周波数を
示す図である。 符号の説明 １……ポンプ、２……ノズル ３……バーナ、４……ファン ５……熱交換器、６……消音器 ７……排気口、８……入水口 ９……出湯口、１０……消音器外箱 １１……内筒、１２……吸音材 １３……集合部、１４……振動筒 １５……空洞部、１６……小穴 １７……吸音材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 坪井 秀文 茨城県下館市大字小川1500番地 日立化成 工業株式会社下館研究所内 (72)考案者 上石田 常治 茨城県下館市大字下江連1250番地 日立化 成工業株式会社結城工場内 (72)考案者 森 賢治 茨城県下館市大字下江連1250番地 日立化 成工業株式会社結城工場内 (56)参考文献 実開 昭49−111054（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭57−267（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼機器の排気部に設ける消音器におい
   て、周囲に吸音材を充填した２本以上の排ガス通路を持
   つ第１の消音器と、それに接続し排ガス通路を１本にす
   る集合部と、薄板の鋼板で作られ高さ方向の中心部周囲
   に小穴を１列設けた１本の振動筒を持ちその周囲に空洞
   部を設けた第２の消音器とから構成されることを特徴と
   する燃焼機器用消音器。