特許 7569494 排気集合筒およびこれを備えた燃焼装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-09

(45)【発行日】2024-10-18

(54)【発明の名称】排気集合筒およびこれを備えた燃焼装置

(51)【国際特許分類】

   F23J 13/00 20060101AFI20241010BHJP

   F24H 9/00 20220101ALI20241010BHJP

   F23L 17/02 20060101ALI20241010BHJP

   F24H 9/02 20060101ALI20241010BHJP

   F16L 55/02 20060101ALI20241010BHJP

【ＦＩ】

F23J13/00 B

F24H9/00 N

F23L17/02 602F

F24H9/02 301B

F16L55/02

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020193695

(22)【出願日】2020-11-20

(65)【公開番号】P2022082243

(43)【公開日】2022-06-01

【審査請求日】2023-10-04

(73)【特許権者】

【識別番号】000004709

【氏名又は名称】株式会社ノーリツ

(74)【代理人】

【識別番号】100120514

【弁理士】

【氏名又は名称】筒井 雅人

(72)【発明者】

【氏名】大下 亘

(72)【発明者】

【氏名】馬越 亮輔

(72)【発明者】

【氏名】岩本 幹大

【審査官】柳本 幸雄

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－００３１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３００４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０６０５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２８１５５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１３８５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０４７５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭４８－０７６５４４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平２－２９５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－１７２８１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｊ １３／００

Ｆ２４Ｈ ９／００－９／０２

Ｆ２３Ｌ １７／０２

Ｆ２３Ｊ １１／００

Ｇ１０Ｋ １１／１６

Ｇ１０Ｋ １１／１７２

Ｆ１６Ｌ ５５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

前部に排気口が設けられ、かつ燃焼排ガスを内部に導入可能とする下面開口部を形成している内部空洞状の排気集合筒本体部と、
この排気集合筒本体部内の前部からその後方側に向けて延びるように設けられた仕切り板部と、
前記仕切り板部の後側および上側に形成され、かつ前記燃焼排ガスを前記下面開口部の後部側から前記排気集合筒本体部内へ上向きに進入させた後に前記排気口に向けて前進させることが可能な燃焼排ガス流路と、
この燃焼排ガス流路に対面するように前記排気集合筒本体部の内側に設けられた流路対面板部と、
を備えている、排気集合筒であって、
前記流路対面板部と前記排気集合筒本体部との相互間には、第１の空間部が形成され、かつ前記流路対面板部には、前記第１の空間部を前記燃焼排ガス流路に連通した第１の気体振動部とする第１の開口部が設けられていることを特徴とする、排気集合筒。

【請求項2】

請求項１に記載の排気集合筒であって、
前記流路対面板部は、前記燃焼排ガス流路の後側に位置して上下高さ方向に延びる縦板部と、この縦板部の上部に繋がり、かつ前記燃焼排ガス流路の上側に位置して前後方向に延びる横板部と、を有しており、
前記第１の空間部は、前記縦板部および前記横板部の両者と前記排気集合筒本体部との相互間の領域に一連に形成されている、排気集合筒。

【請求項3】

請求項１または２に記載の排気集合筒であって、
前記排気集合筒本体部内に設けられ、かつ前記燃焼排ガスが前記燃焼排ガス流路を前進するときにこの燃焼排ガスを前記排気口寄りにガイドするガイド部材を備え、
このガイド部材と前記排気集合筒本体部との相互間には、第２の空間部が形成され、かつ前記ガイド部材または前記ガイド部材の上側もしくは下側の少なくともいずれかの位置には、前記第２の空間部を前記燃焼排ガス流路に連通した第２の気体振動部とする第２の開口部が設けられている、排気集合筒。

【請求項4】

請求項３に記載の排気集合筒であって、
前記ガイド部材の前記燃焼排ガス流路に対向する面は、前記排気集合筒本体部の前側ほど前記排気集合筒本体部の幅方向中央側に位置するように傾斜した凸状の湾曲面である、排気集合筒。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれかに記載の排気集合筒であって、
前記仕切り板部は、その内部に第３の空間部が形成された中空状であり、かつ前記仕切り板部には、前記第３の空間部を前記燃焼排ガス流路に連通した第３の気体振動部とする第３の開口部が設けられている、排気集合筒。

【請求項6】

請求項１ないし５のいずれかに記載の排気集合筒を備えていることを特徴とする、燃焼装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排気騒音を低減することが可能な排気集合筒、およびこれを備えた燃焼装置に関する。

【背景技術】

【0002】

本出願人は、排気集合筒の具体例として、特許文献１に記載のものを先に提案している。
同文献に記載の排気集合筒は、燃焼装置を備えた給湯装置の構成要素として用いられており、前部に排気口が設けられ、かつ燃焼排ガスを内部に導入可能とする下面開口部を形成している内部空洞状の排気集合筒本体部を備えている。この排気集合筒本体部内には、前部からその後方側に向けて延びるように設けられた仕切り板部（水切り板部）が設けられており、この仕切り板部の後側および上側の領域に燃焼排ガス流路が一連に繋がって形成されている。燃焼排ガスは、この燃焼排ガス流路を通過して排気口に到達し、外部に排出される。

【0003】

前記した排気集合筒においては、排気騒音を低減するための手段として、燃焼排ガスの流れを円滑にするための整流板を設ける手段、および燃焼排ガス流路の壁面に相当する箇所に吸音材を設ける手段が採用されている。

【0004】

前記従来技術によれば、排気騒音をかなり低減し得るものの、その効果は十分に満足できるものであるとは断言できず、改善の余地があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０２０－３１１０号公報

【文献】特開平１－３０２０６０号公報

【文献】特開平２－７２２９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、排気騒音の低減効果に優れる排気集合筒、およびこれを備えた燃焼装置を提供することを、その課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

【0008】

本発明の第１の側面により提供される排気集合筒は、前部に排気口が設けられ、かつ燃焼排ガスを内部に導入可能とする下面開口部を形成している内部空洞状の排気集合筒本体部と、この排気集合筒本体部内の前部からその後方側に向けて延びるように設けられた仕切り板部と、前記仕切り板部の後側および上側に形成され、かつ前記燃焼排ガスを前記下面開口部の後部側から前記排気集合筒本体部内へ上向きに進入させた後に前記排気口に向けて前進させることが可能な燃焼排ガス流路と、この燃焼排ガス流路に対面するように前記排気集合筒本体部の内側に設けられた流路対面板部と、を備えている、排気集合筒であって、前記流路対面板部と前記排気集合筒本体部との相互間には、第１の空間部が形成され、かつ前記流路対面板部には、前記第１の空間部を前記燃焼排ガス流路に連通した第１の気体振動部とする第１の開口部が設けられていることを特徴としている。

【0009】

このような構成によれば、次のような効果が得られる。
前記第１の空間部を、気柱振動が生じる気体振動部として機能させ、前記気柱振動によって所定周波数の定常波を生じさせることが可能である。このことにより、排気騒音のうち、前記定常波と逆位相の音を打ち消し、排気騒音の低減を図ることが可能である。前記定常波の周波数は、第１の空間部の長さを調整することにより所望の周波数に設定することが可能であるため、排気騒音のうち、音圧の高い周波数域をターゲットとして集中的に低減することも可能である。さらに、第１の空間部の全体の容積を変動させることができるため、ヘルムホルツ共鳴器の原理により、さらなる騒音低減効果を得ることもできる。

【0010】

本発明において、好ましくは、前記流路対面板部は、前記燃焼排ガス流路の後側に位置して上下高さ方向に延びる縦板部と、この縦板部の上部に繋がり、かつ前記燃焼排ガス流路の上側に位置して前後方向に延びる横板部と、を有しており、前記第１の空間部は、前記縦板部および前記横板部の両者と前記排気集合筒本体部との相互間の領域に一連に形成されている。

【0011】

このような構成によれば、第１の空間部の最大長を長くとることができる。第１の空間部における気柱振動によって発生する定常波の周波数は、第１の空間部の長さを変更することにより調整することができるため、第１の空間部の最大長を長くすれば、定常波を周波数の変更幅を大きくすることが可能となる利点が得られる。

【0012】

本発明において、好ましくは、前記排気集合筒本体部内に設けられ、かつ前記燃焼排ガスが前記燃焼排ガス流路を前進するときにこの燃焼排ガスを前記排気口寄りにガイドするガイド部材を備え、このガイド部材と前記排気集合筒本体部との相互間には、第２の空間部が形成され、かつ前記ガイド部材または前記ガイド部材の上側もしくは下側の少なくともいずれかの位置には、前記第２の空間部を前記燃焼排ガス流路に連通した第２の気体振動部とする第２の開口部が設けられている。

【0013】

このような構成によれば、前記第２の空間部および第２の開口部を、ヘルムホルツ共鳴器として機能させ、このことによる騒音低減効果を得ることが可能である。

【0014】

本発明において、好ましくは、前記ガイド部材の前記燃焼排ガス流路に対向する面は、前記排気集合筒本体部の前側ほど前記排気集合筒本体部の幅方向中央側に位置するように傾斜した凸状の湾曲面である。

【0015】

このような構成によれば、ガイド部材の凸状の湾曲面に沿わせて、燃焼排ガスを円滑に流れさせることが可能である。ガイド部材の面が単なる平面状である場合と比較して、燃焼排ガスの整流作用に優れたものとし、空力音の増加を抑制する上で好適である。

【0016】

本発明において、好ましくは、前記仕切り板部は、その内部に第３の空間部が形成された中空状であり、かつ前記仕切り板部には、前記第３の空間部を前記燃焼排ガス流路に連通した第３の気体振動部とする第３の開口部が設けられている。

【0017】

このような構成によれば、前記第３の空間部および第３の開口部を、ヘルムホルツ共鳴器として機能させ、このことによっても騒音低減効果を得ることが可能である。

【0018】

本発明の第２の側面により提供される燃焼装置は、本発明の第１の側面により提供される排気集合筒を備えていることを特徴としている。

【0019】

このような構成によれば、本発明の第１の側面により提供される排気集合筒について述
べたのと同様な効果が得られる。

【0020】

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明に係る排気集合筒およびこれを備えた燃焼装置の一例を示す概略説明図である。

【図2】図１に示す排気集合筒の拡大断面図である。

【図3】図２のIII－III断面図である。

【図4】図３のIV－IV断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

【0023】

図１に示す燃焼装置Ｃは、後述する排気集合筒Ａの構成を除き、これ以外の基本的な構成は、特許文献１に記載の燃焼装置と同様である。すなわち、この燃焼装置Ｃは、ファン１０によって燃焼用空気が供給される缶体１１内にバーナ１２が設けられた構成である。この燃焼装置Ｃは、給湯装置ＷＨの構成要素として用いられており、缶体１１内には、内部に湯水が流通する熱交換器１３が配されており、バーナ１２によって発生された燃焼ガスからは熱交換器１３により熱回収がなされる構成とされている。

【0024】

排気集合筒Ａは、缶体１１上に載設されており、熱交換器１３によって熱回収を終えた燃焼排ガスを、排気トップ２０を介して外装ケース２１の外部に排出する役割を果たすものである。
この排気集合筒Ａは、図２～図４によく表れているように、排気集合筒本体部３、仕切り板部４、燃焼排ガス流路５、流路対面板部６、左右一対のガイド部材７、第１ないし第３の空間部Ｓａ～Ｓｃ、ならびにこれに対応する第１ないし第３の開口部８ａ～８ｃを備えている。

【0025】

排気集合筒本体部３は、燃焼排ガスを内部に導入可能とする下面開口部３０を形成している内部空洞状の部材であり、排気口３１が設けられている前壁部３２ａ、上壁部３２ｂ、後壁部３２ｃ、および左右の両側壁部３２ｄ（図３を参照）を備えている。
仕切り板部４は、排気口３１から排気集合筒Ａ内に雨水などが進入したときにこれを遮る水切り板部としての役割をも果たし、排気集合筒本体部３内の前部から後方に向けて延びている。燃焼排ガス流路５は、仕切り板部４の後側および上側に一連に形成されており、燃焼排ガスを下面開口部３０の後部側の位置から排気集合筒本体部３内へ上向きに進入させた後に、排気口３１に向けて前進させることが可能である。

【0026】

流路対面板部６は、燃焼排ガス流路５に対面するようにして排気集合筒本体部３の内側に配された部材である。この流路対面板部６は、燃焼排ガス流路５の後側に位置して上下高さ方向に延びる縦板部６ａと、この縦板部６ａの上部に繋がり、かつ燃焼排ガス流路５の上側に位置して前後方向に延びる横板部６ｂと、を有している。本実施形態においては、横板部６ｂの一部が、仕切り板部４の一部の傾斜部４８と略平行な傾斜状となる曲げ部６８とされている。

【0027】

第１の空間部Ｓａは、排気集合筒本体部３の上壁部３２ｂおよび後壁部３２ｃと流路対面板部６との相互間に形成された空間部であり、流路対面板部６の縦板部６ａの背後（図２の右側）全域に加え、横板部６ｂの背後（上側）全域にわたって一連に繋がっている。なお、横板部６ｂの前記した曲げ部６８に対応する箇所には、第１の空間部Ｓａの上下幅
の急変箇所が存在しないように第１の空間部Ｓａの形状を整えるための補助板６７が設けられている。

【0028】

第１の開口部８ａは、縦板部６ａに設けられており、図３に示すように、適当な横幅Ｌａを有している。この第１の開口部８ａの存在により、第１の空間部Ｓａは、燃焼排ガス流路５に連通した第１の気体振動部となっている。この第１の気体振動部においては、主に気柱振動が発生する。

【0029】

一対のガイド部材７は、排気集合筒本体部３内の前寄り領域のうち、排気口３１を挟んでその左右両側（図３では上下の位置関係）に設けられている。これらのガイド部材７は、燃焼排ガス流路５を前進する燃焼排ガスを、排気口３１寄り、つまり排気集合筒Ａの幅方向中央寄りにガイドするための部材である。本実施形態においては、ガイド部材７は、湾曲板を用いて構成されており、燃焼排ガス流路５に対向する面は、凸状の湾曲面とされている。このような構成によれば、燃焼排ガスを排気口３１に向けて円滑にガイドすることが可能であり、整流作用に優れたものとすることができる。

【0030】

第２の空間部Ｓｂは、ガイド部材７と排気集合筒本体部３の前壁部３２ａおよび側壁部３２ｄとの相互間に形成されている。この第２の空間部Ｓｂの上側および下側は、横板部６ｂおよび仕切り板部４によって閉塞されている。
第２の開口部８ｂは、ガイド部材７と横板部６ｂとの隙間、およびガイド部材７と仕切り板部４との隙間として形成されており、水平方向に細長いスリット状である。ガイド部材７は、たとえば図４の仮想線で示すように、湾曲状の本体部７０の両端部に、取付け用の折り曲げ部７１が形成された構成であり、折り曲げ部７１と本体部７０との間に段差Ｈが設けられている。ガイド部材７の取付けは、折り曲げ部７１を横板部６ｂや仕切り板部４に当接させ溶接などを図ることによりなされる。このため、本体部７０の上側および下側には、前記した隙間としての第２の開口部８ｂが形成される。
この第２の開口部８ｂの存在により、第２の空間部Ｓｂは、燃焼排ガス流路５に連通した第２の気体振動部となっている。このため、第２の開口部８ｂおよび第２の空間部Ｓｂは、ヘルムホルツ共鳴が可能な部位となっている。

【0031】

仕切り板部４は、内部空洞状とされ、その内側は第３の空間部Ｓｃとされている。第３の開口部８ｃは、仕切り板部４のたとえば後部側に設けられている。
この第３の開口部８ｃの存在により、第３の空間部Ｓｃは、燃焼排ガス流路５に連通した第３の気体振動部となっており、第３の開口部８ｃおよび第３の空間部Ｓｃは、前記した第２の開口部８ｂおよび第２の空間部Ｓｂと同様に、ヘルムホルツ共鳴が可能な部位となっている。

【0032】

次に、前記した排気集合筒Ａおよびこれを備えた燃焼装置Ｃの作用について説明する。

【0033】

まず、燃焼装置Ｃを駆動させ、燃焼ガスを発生させると、熱交換器１３を通過して熱回収を終えた燃焼排ガスは、既述したように、排気集合筒Ａ内に下面開口部３０から進入し、燃焼排ガス流路５を進行する。その際、第１の空間部Ｓａには、燃焼排ガス流路５から音が入射して気柱振動を生じることにより、第１の空間部Ｓａの長さＬ１（図２に示すように、第１の開口部８ａから第１の空間部Ｓａの終端までの長さ）に対応した周波数の定常波が発生する。この定常波は、入射音とは位相が逆であるため、騒音を打ち消す作用が生じる。その結果、騒音低減効果が得られる。前記定常波の周波数は、前第１の空間部Ｓａの長さＬ１を変更することによって所望の周波数に設定することが可能であるため、前記定常波を騒音の音圧が最も高い周波数域とすることにより、騒音低減効果をより優れたものとすることが可能である。また、第１の空間部Ｓａにおいては、この内部の気体の全容積を振動させることができるため、ヘルムホルツ共鳴器の原理によるさらなる騒音低減
効果を得ることもできる。

【0034】

また、本実施形態においては、左右一対のガイド部材７を利用して構成された第２の空間部Ｓｂと第２の開口部８ｂとの組み合わせ、および仕切り板部４を利用して構成された第３の空間部Ｓｃと第３の開口部８ｃとの組み合わせが、それぞれヘルムホルツ共鳴器を構成している。このため、ヘルムホルツ共鳴器と同様な原理により、騒音低減効果を得ることができ、燃焼装置Ｃの排気騒音を一層低減することが可能である。

【0035】

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る排気集合筒および燃焼装置の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。

【0036】

上述の実施形態においては、第１の空間部Ｓａが、流路対面板部６の縦板部６ａおよび横板部６ｂの略全長域に対応した長さで形成されているが、本発明はこれに限定されず、たとえば上述の実施形態よりも短い長さで形成されていてもよい。
ガイド部材７は、設けることが好ましいが、これを省略した構成とすることも可能であり、この場合には第２の空間部Ｓｂは設けられないこととなる。また、仕切り板部４は、非中空状の単なる平板状の部材とすることも可能であり、この場合には第３の空間部Ｓｃは設けられないこととなる。
本発明に係る燃焼装置は、給湯装置用のものに限定されず、暖房用、あるいは焼却炉用などの燃焼装置として構成することもできる。

【符号の説明】

【0037】

Ａ 排気集合筒
Ｃ 燃焼装置
Ｓａ～Ｓｃ 第１ないし第３の空間部
３ 排気集合筒本体部
４ 仕切り板部
５ 燃焼排ガス流路
６ 流路対面板部
７ ガイド部材
８ａ～８ｃ 第１ないし第３の開口部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】