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JP7503441B2 - Silencers and rail vehicles - Google Patents

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JP7503441B2
JP7503441B2 JP2020120732A JP2020120732A JP7503441B2 JP 7503441 B2 JP7503441 B2 JP 7503441B2 JP 2020120732 A JP2020120732 A JP 2020120732A JP 2020120732 A JP2020120732 A JP 2020120732A JP 7503441 B2 JP7503441 B2 JP 7503441B2
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silencer
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diesel engine
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剛 森田
諒 松井
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Nippon Sharyo Ltd
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  • Exhaust Silencers (AREA)

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排気系に接続される消音器であって、排気ガスの流れる方向に沿って中心軸を有する中空円筒部を備え、前記中心軸に対し直角に配置されるとともに前記中空円筒部の内周面に結合された仕切り板により、前記中空円筒部の内部空間が、複数の消音室に区切られた消音器および鉄道車両に関するものである。 The present invention relates to a silencer connected to the exhaust system of a diesel engine, which has a hollow cylindrical portion with a central axis along the direction of exhaust gas flow, and the internal space of the hollow cylindrical portion is divided into multiple silencing chambers by partition plates arranged perpendicular to the central axis and connected to the inner peripheral surface of the hollow cylindrical portion, and to a silencer and a railway vehicle.

従来、内燃機関としてディーゼルエンジンを備える鉄道車両には、特許文献1に示すように、ディーゼルエンジンの爆発音、排気音を消音するための消音器が用いられている。 Traditionally, railroad vehicles equipped with diesel engines as their internal combustion engines have used mufflers to muffle the explosion and exhaust noise of the diesel engine, as shown in Patent Document 1.

消音器は、例えば図5に示すような構成を有する。図5は、従来技術に係る消音器6の構成を表す図であり、内部の構成を可視化するために一部を断面としたものである。消音器6は、鉄道車両において、ディーゼルエンジンの排気系に接続され、ディーゼルエンジンの爆発音、排気音を消音するために用いられる。 The silencer has a configuration, for example, as shown in Figure 5. Figure 5 is a diagram showing the configuration of a silencer 6 according to conventional technology, with a portion shown in cross section to visualize the internal configuration. The silencer 6 is connected to the exhaust system of a diesel engine in a railway vehicle, and is used to silence explosion sounds and exhaust sounds of the diesel engine.

消音器6は、胴板611と、胴板611の両端部を閉塞する側板612A,612Bにより、円筒状に形成された中空円筒部61を備えている。胴板611の内面全周には、吸音材(例えば、グラスウール)65が、パンチングメタル67によって、押さえつけられるようにして、取り付けられている。 The silencer 6 has a hollow cylindrical section 61 formed into a cylindrical shape by a body plate 611 and side plates 612A, 612B that close both ends of the body plate 611. A sound absorbing material (e.g., glass wool) 65 is attached to the entire inner periphery of the body plate 611 so as to be pressed down by punching metal 67.

中空円筒部61の内部空間は、胴板611の内周面に結合された円盤状の仕切り板613A,613Bによって、第1消音室614と、第2消音室615と、第3消音室616とに区切られている。 The internal space of the hollow cylindrical section 61 is divided into a first silencing chamber 614, a second silencing chamber 615, and a third silencing chamber 616 by disk-shaped partition plates 613A and 613B attached to the inner peripheral surface of the body plate 611.

消音器6は、ディーゼルエンジンから排気される排気ガスを消音器6に流入させるインレットパイプ62を備えている。インレットパイプ62は、側板612Aを貫通し、第1消音室614に挿入されており、第1消音室614に挿入されている部分の外周面621には、多数の排出孔(不図示)が設けられている。これにより、消音器6の外部と第1消音室614とが連通されている。 The muffler 6 is equipped with an inlet pipe 62 that allows exhaust gas discharged from the diesel engine to flow into the muffler 6. The inlet pipe 62 penetrates the side plate 612A and is inserted into the first muffler chamber 614, and the outer peripheral surface 621 of the portion inserted into the first muffler chamber 614 is provided with a number of exhaust holes (not shown). This allows communication between the outside of the muffler 6 and the first muffler chamber 614.

さらに、消音器6は、2枚の仕切り板613A,613Bを貫通し、第1消音室614、第2消音室615、第3消音室616を横架する3本の連通パイプ64を有する。連通パイプ64は、外周面641に、多数の排出孔(不図示)を有しており、連通パイプ64によって、第1消音室614、第2消音室615、第3消音室616が連通されている。 The muffler 6 further has three communication pipes 64 that penetrate the two partition plates 613A, 613B and connect the first muffler chamber 614, the second muffler chamber 615, and the third muffler chamber 616. The communication pipes 64 have a number of exhaust holes (not shown) on the outer circumferential surface 641, and the first muffler chamber 614, the second muffler chamber 615, and the third muffler chamber 616 are connected to each other by the communication pipes 64.

さらにまた、消音器6は、消音器6に流入された排気ガスを排出するアウトレットパイプ63を備えている。アウトレットパイプ63は、側板612Bを貫通し、第3消音室616に挿入されており、第3消音室616に挿入されている部分の外周面631には、多数の排出孔(不図示)が設けられている。これにより、消音器6の外部と第3消音室616とが連通されている。 Furthermore, the muffler 6 is equipped with an outlet pipe 63 that discharges the exhaust gas that has flowed into the muffler 6. The outlet pipe 63 penetrates the side plate 612B and is inserted into the third muffler chamber 616, and the outer peripheral surface 631 of the portion inserted into the third muffler chamber 616 is provided with a number of exhaust holes (not shown). This allows communication between the outside of the muffler 6 and the third muffler chamber 616.

消音器6は、以上のような構成を有することで、排気ガスがインレットパイプ62から第1消音室614へと流入されるようになっている。第1消音室614に流入された排気ガスは、第2消音室615を通り、第3消音室616まで流れ、アウトレットパイプ63から、消音器6の外部へ排出される。 The muffler 6 has the above-mentioned configuration, so that exhaust gas flows from the inlet pipe 62 into the first muffler chamber 614. The exhaust gas that flows into the first muffler chamber 614 passes through the second muffler chamber 615, flows to the third muffler chamber 616, and is discharged to the outside of the muffler 6 through the outlet pipe 63.

特開昭59-50857号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-50857

しかしながら、上記従来技術には次のような問題があった。
鉄道車両が加速していく場合や、長い上り坂を走行する場合で、ディーゼルエンジンの負荷が大きくなったとき、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスの温度は最大で摂氏450~500度となる。このように温度の高い排気ガスが、消音器6に流入されると、仕切り板613A,613Bが熱せられ、膨脹する。特に、仕切り板613A,613Bの半径方向の膨張は、胴板611に過大な負荷を加え、過大な応力を発生させるため、胴板611に割れが生じるおそれがある。胴板611に割れが生じると、排気ガスが漏れ、火災の原因となり得る。よって、鉄道車両の走行時の安全性確保のために、胴板611の割れを防止することが可能な消音器およびそのような消音器を備える鉄道車両が求められている。
However, the above-mentioned conventional techniques have the following problems.
When a railway vehicle accelerates or travels up a long slope, and the load on the diesel engine increases, the temperature of the exhaust gas discharged from the diesel engine reaches a maximum of 450 to 500 degrees Celsius. When such high-temperature exhaust gas flows into the muffler 6, the partition plates 613A and 613B are heated and expand. In particular, the radial expansion of the partition plates 613A and 613B applies an excessive load to the trunk plate 611, generating excessive stress, which may cause cracks in the trunk plate 611. If the trunk plate 611 cracks, exhaust gas may leak and cause a fire. Therefore, in order to ensure the safety of the railway vehicle while it is traveling, there is a demand for a muffler that can prevent cracks in the trunk plate 611 and a railway vehicle equipped with such a muffler.

本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、胴板の割れを防止し、鉄道車両の走行時の安全性を確保することが可能な消音器およびそのような消音器を備える鉄道車両を提供することを目的とする。 The present invention is intended to solve the above problems, and aims to provide a silencer that can prevent cracks in the body panel and ensure the safety of railway vehicles while they are running, and a railway vehicle equipped with such a silencer.

上記課題を解決するために、本発明の消音器は次のような構成を有している。
(1)ディーゼルエンジンの排気系に接続される消音器であって、排気ガスの流れる方向に沿って中心軸を有する中空円筒部を備え、前記中心軸に対し直角に配置されるとともに前記中空円筒部の内周面に結合された仕切り板により、前記中空円筒部の内部空間が、複数の消音室に区切られた消音器において、前記ディーゼルエンジンは、鉄道車両用であること、前記仕切り板の、前記消音室を形成する両側端面の全面を覆うように、前記仕切り板への熱の伝達を抑えることで前記仕切り板の膨脹を抑えるための断熱材が取り付けられていること、を特徴とする。
In order to solve the above problems, the silencer of the present invention has the following configuration.
(1) A silencer connected to an exhaust system of a diesel engine, comprising a hollow cylindrical portion having a central axis along the flow direction of exhaust gas, and an internal space of the hollow cylindrical portion being divided into a plurality of silencing chambers by partition plates arranged perpendicular to the central axis and joined to the inner surface of the hollow cylindrical portion, the silencer being characterized in that the diesel engine is for a railway vehicle, and that an insulating material is attached to the partition plate so as to cover the entire surface of both side end faces of the partition plate that form the silencing chamber, thereby suppressing the transfer of heat to the partition plate and suppressing expansion of the partition plate .

(1)に記載の消音器によれば、仕切り板に断熱材(例えばグラスウール)が取り付けられているため、摂氏450~500度の排気ガスが消音器に流入されたとしても、仕切り板への熱の伝達を抑えることができる。仕切り板への熱の伝達を抑えることができれば、仕切り板の膨脹を抑えることができる。仕切り板の膨脹を抑えることができれば、膨脹による胴板への負荷が抑えられ、胴板に過大な応力が発生することを防ぐことができる。よって、胴板に割れが生じるおそれ、胴板の割れにより排気ガスが漏れるおそれを低減させることができ、ひいては、鉄道車両の走行時の安全性を確保することが可能となる。 According to the muffler described in (1), since a heat insulating material (e.g., glass wool) is attached to the partition plate, even if exhaust gas at 450 to 500 degrees Celsius flows into the muffler, the transfer of heat to the partition plate can be suppressed. If the transfer of heat to the partition plate can be suppressed, the expansion of the partition plate can be suppressed. If the expansion of the partition plate can be suppressed, the load on the body plate due to expansion can be suppressed, and the generation of excessive stress in the body plate can be prevented. Therefore, the risk of cracks occurring in the body plate and the risk of exhaust gas leaking due to cracks in the body plate can be reduced, and it is possible to ensure the safety of the railway vehicle when it is running.

(2)(1)に記載の消音器において、前記断熱材は、前記仕切り板と網目部材とに挟まれることで固定されること、前記断熱材は、前記ディーゼルエンジンの負荷が最大とされる連続時間に前記仕切り板への排気ガスの熱の伝達を抑えられる厚みを有していること、を特徴とする。 (2) In the muffler described in (1), the insulation material is fixed by being sandwiched between the partition plate and a mesh member , and the insulation material has a thickness sufficient to suppress the transfer of heat from the exhaust gas to the partition plate during continuous periods when the load on the diesel engine is at its maximum .

(2)に記載の消音器によれば、断熱材が網目部材(例えばパンチングメタル)によって固定されるため、消音器に侵入するディーゼルエンジンの爆発音や排気音が、網目部材を透過し、断熱材に到達することができる。よって、仕切り板に取り付けられた断熱材を、吸音材として活用可能となる。 According to the muffler described in (2), the insulation material is fixed by a mesh member (e.g., punched metal), so that the explosion noise and exhaust noise of the diesel engine that enter the muffler can pass through the mesh member and reach the insulation material. Therefore, the insulation material attached to the partition plate can be used as a sound absorbing material.

(3)(1)または(2)に記載の消音器において、前記断熱材は、厚みが15mm以上のグラスウールであること、を特徴とする。 (3) In the silencer described in (1) or (2), the heat insulating material is glass wool having a thickness of 15 mm or more.

鉄道車両が加速していき、最高速度に達した後、ディーゼルエンジンはアイドリング状態となるため、加速のためにディーゼルエンジンの負荷が最大とされる連続時間は、最大で10分間程度である。つまり、仕切り板が摂氏450~500度の排気ガスに曝される時間は最大で10分間程度である。そして、ディーゼルエンジンがアイドリング状態となれば、排気ガスの温度が摂氏200度程度まで低下するため、仕切り板は摂氏450~500度の排気ガスに曝されていた状態から急激に冷却される。ここで、仕切り板に取り付けられる断熱材の厚みが15mm未満であると、摂氏450~500度の排気ガスに曝された場合に、10分間以内で仕切り板に排気ガスの熱が伝達され、十分に膨張を抑えることができないおそれがある。そのため、仕切り板への熱の伝達を可能な限り抑えるため、断熱材は、厚みが15mm以上のグラスウールであることが好ましい。 After the railway vehicle accelerates and reaches its maximum speed, the diesel engine idles, so the continuous time during which the diesel engine is at its maximum load for acceleration is about 10 minutes at most. In other words, the partition plate is exposed to exhaust gas at 450 to 500 degrees Celsius for a maximum of about 10 minutes. When the diesel engine idles, the temperature of the exhaust gas drops to about 200 degrees Celsius, so the partition plate is rapidly cooled from the state in which it was exposed to exhaust gas at 450 to 500 degrees Celsius. Here, if the thickness of the insulation material attached to the partition plate is less than 15 mm, when it is exposed to exhaust gas at 450 to 500 degrees Celsius, the heat of the exhaust gas will be transferred to the partition plate within 10 minutes, and there is a risk that the expansion cannot be sufficiently suppressed. Therefore, in order to suppress the transfer of heat to the partition plate as much as possible, it is preferable that the insulation material be glass wool with a thickness of 15 mm or more.

また、本発明の鉄道車両は、次のような構成を有している。
(4)(1)乃至(3)のいずれか1つに記載された消音器を備えること、を特徴とする。
Moreover, the railway vehicle of the present invention has the following configuration.
(4) The present invention is characterized by comprising a silencer according to any one of (1) to (3).

本発明の消音器および鉄道車両によれば、胴板の割れを防止し、鉄道車両の走行時の安全性を確保することが可能となる。 The muffler and railway vehicle of the present invention can prevent cracks in the body plate and ensure the safety of the railway vehicle while it is running.

本実施形態に係る鉄道車両の側面図である。FIG. 2 is a side view of the railway vehicle according to the embodiment. 消音器の外観を表す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view illustrating an external appearance of the silencer. 消音器の内部構成を表す部分断面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the internal configuration of the silencer. 消音器の、中空円筒部の中心軸に平行に切断した側断面図である。2 is a side cross-sectional view of the silencer taken along a line parallel to the central axis of the hollow cylindrical portion. FIG. 従来技術に係る消音器の構成を表す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a silencer according to a conventional technique. 図4のX部分の部分拡大図であり、仕切り板が排気ガスにより熱せられた場合を想定した解析結果(変形状態および応力分布)を表した図である。FIG. 5 is a partially enlarged view of a portion X in FIG. 4, showing the analysis results (deformation state and stress distribution) assuming that the partition plate is heated by exhaust gas. 従来技術に係る消音器の、図6に対応する図である。FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 6 of a silencer according to the prior art. 仕切り板が排気ガスにより熱せられた場合を想定した解析結果(温度分布)を表す図である。FIG. 13 is a diagram showing the analysis results (temperature distribution) assuming that the partition plate is heated by exhaust gas. 従来技術に係る消音器6の、図8に対応する図である。FIG. 9 is a view corresponding to FIG. 8 of a silencer 6 according to the prior art.

本発明に係る消音器および鉄道車両の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Embodiments of the silencer and railway vehicle according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明の実施形態に係る鉄道車両1の側面図である。図1に示されるように、鉄道車両1の車体2は、床面をなす台枠11と、台枠11の軌道方向の一方の端部に立設されることで車体2の先頭部をなす前面妻構体12と、台枠11の他方の端部に立設されることで車体2の連結部をなす連妻構体15と、台枠11の枕木方向の両端部に立設されることで車体2の側面をなす側構体13と、前面妻構体12,連妻構体15および側構体13の上端部に配置されることで車体2の屋根をなす屋根構体14とにより6面体をなすように構成される。そして、車体2は、枕ばね18を介して、車輪17を備えた台車16によって支持されている。側構体13には、乗務員室に通じる乗務員乗降口20A、客室に通じる乗客乗降口20Bおよび窓20Cが設けられている。また、台枠11の軌道方向の両端部には、前面妻構体12および連妻構体15よりも車両長手方向の外方に突出するように連結器19が設けられており、隣接する鉄道車両同士を連結することが可能である。 1 is a side view of a railway vehicle 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the car body 2 of the railway vehicle 1 is configured to form a hexahedron with an underframe 11 forming a floor surface, a front end structure 12 that is erected at one end of the underframe 11 in the track direction and forms the front end of the car body 2, a tandem structure 15 that is erected at the other end of the underframe 11 and forms the connecting part of the car body 2, side structures 13 that are erected at both ends of the underframe 11 in the sleeper direction and form the side surfaces of the car body 2, and a roof structure 14 that is disposed at the upper end of the front end structure 12, the tandem structure 15 and the side structure 13 and forms the roof of the car body 2. The car body 2 is supported by a bogie 16 equipped with wheels 17 via a bolster spring 18. The side structure 13 is provided with a driver's entrance 20A leading to the driver's room, a passenger entrance 20B leading to the passenger compartment, and a window 20C. In addition, couplers 19 are provided at both ends of the underframe 11 in the track direction so as to protrude outward in the longitudinal direction of the vehicle beyond the front end structure 12 and the end structure 15, making it possible to couple adjacent railway cars together.

また、鉄道車両1は駆動源として、ディーゼルエンジン3を備えており、該ディーゼルエンジン3は、台枠11に吊り下げられている。さらに、ディーゼルエンジン3は、消音器4を有しており、該消音器4は、ディーゼルエンジン3の枕木方向の端部に隣接して、固定部材5によって、台枠11に吊り下げられている。 The railway vehicle 1 also has a diesel engine 3 as a driving source, and the diesel engine 3 is suspended from the underframe 11. Furthermore, the diesel engine 3 has a silencer 4, and the silencer 4 is suspended from the underframe 11 by a fixing member 5 adjacent to the end of the diesel engine 3 in the sleeper direction.

図2は、消音器4の外観を表す斜視図である。図3は、消音器4の内部構成を表す部分断面図である。図4は、消音器4の、中空円筒部41の中心軸に平行に切断した側断面図である。 Figure 2 is a perspective view showing the external appearance of the silencer 4. Figure 3 is a partial cross-sectional view showing the internal structure of the silencer 4. Figure 4 is a side cross-sectional view of the silencer 4 cut parallel to the central axis of the hollow cylindrical portion 41.

消音器4は、鉄道車両1において、ディーゼルエンジン3の排気系に接続され、ディーゼルエンジン3の爆発音、排気音を消音するために用いられる。 The silencer 4 is connected to the exhaust system of the diesel engine 3 in the railway vehicle 1 and is used to silence the explosion noise and exhaust noise of the diesel engine 3.

消音器4は、中空円筒部41と、インレットパイプ42と、アウトレットパイプ43と、を備えており、ディーゼルエンジン3から排出される排気ガスが、消音器4の内部を、インレットパイプ42から、アウトレットパイプ43まで流れる(図4中の、消音器4の、左端から右端までが排気ガスの流れる方向である)。 The muffler 4 has a hollow cylindrical portion 41, an inlet pipe 42, and an outlet pipe 43. Exhaust gas discharged from the diesel engine 3 flows through the inside of the muffler 4 from the inlet pipe 42 to the outlet pipe 43 (in Figure 4, the exhaust gas flows from the left end to the right end of the muffler 4).

中空円筒部41は、胴板411と、胴板411の両端部を閉塞する側板412A,412Bにより、直径が500mmの円筒状に形成されており、その中心軸は、排気ガスが流れる方向と平行な方向となっている。なお、胴板411と側板412A,412Bとは、溶接により結合されている。 The hollow cylindrical section 41 is formed into a cylinder with a diameter of 500 mm by a body plate 411 and side plates 412A and 412B that close both ends of the body plate 411, and its central axis is parallel to the direction in which the exhaust gas flows. The body plate 411 and the side plates 412A and 412B are joined by welding.

胴板411の内面全周には、厚さ20mmのグラスウール45が、パンチングメタル47によって、押さえつけられるようにして、取り付けられている。このグラスウール45は、吸音材としても用いられるものである。 A 20 mm thick piece of glass wool 45 is attached to the entire inner periphery of the trunk panel 411, pressed down by punched metal 47. This glass wool 45 is also used as a sound absorbing material.

また、消音器4は、中空円筒部41の内部に、円盤状の仕切り板413A,413Bを備える。仕切り板413A,413Bは、相互に対向して配置されるとともに、それぞれ中空円筒部41の中心軸に対して直角に配置されており、中空円筒部41の内部空間を3つの消音室に区切っている。3つの消音室は、消音器4の上流側から、第1消音室414、第2消音室415、第3消音室416の順に並んでいる。なお、仕切り板413A,413Bは、それぞれの外周端が、中空円筒部41の内周面に、溶接により結合されている。 The silencer 4 also includes disk-shaped partition plates 413A and 413B inside the hollow cylindrical portion 41. The partition plates 413A and 413B are arranged opposite each other and perpendicular to the central axis of the hollow cylindrical portion 41, dividing the internal space of the hollow cylindrical portion 41 into three silencing chambers. The three silencing chambers are arranged in the order of the first silencing chamber 414, the second silencing chamber 415, and the third silencing chamber 416 from the upstream side of the silencer 4. The outer peripheral ends of the partition plates 413A and 413B are joined to the inner peripheral surface of the hollow cylindrical portion 41 by welding.

仕切り板413Aは、一方の端面が第1消音室414を形成し、他方の端面が第2消音室415を形成している。また、仕切り板413Bは、一方の端面が第2消音室415を形成し、他方の端面が第3消音室416を形成している。この、仕切り板413A,413Bの、それぞれの消音室を形成する端面(すなわち両面)には、仕切り板413A,413Bの両面の全面を覆うように、厚さ20mmのグラスウール(断熱材の一例)46が取り付けられている。 One end face of the partition plate 413A forms the first silencing chamber 414, and the other end face forms the second silencing chamber 415. One end face of the partition plate 413B forms the second silencing chamber 415, and the other end face forms the third silencing chamber 416. Glass wool (an example of a thermal insulating material) 46 having a thickness of 20 mm is attached to the end faces (i.e. both sides) of the partition plates 413A and 413B that form the respective silencing chambers, so as to completely cover both sides of the partition plates 413A and 413B.

グラスウール46は、仕切り板413A,413Bとパンチングメタル(網目部材の一例)48とにより挟まれることで、仕切り板413A,413Bの全面に密着するようにして固定されている。なお、パンチングメタル48は、不図示のリベットによって、仕切り板413A,413Bと結合されることで、固定される。 The glass wool 46 is sandwiched between the partition plates 413A, 413B and the punched metal (an example of a mesh member) 48, and is fixed so as to be in close contact with the entire surfaces of the partition plates 413A, 413B. The punched metal 48 is fixed by being connected to the partition plates 413A, 413B with rivets (not shown).

インレットパイプ42は、中空円筒状に形成されており、側板412Aを貫通し、第1消音室414に挿入されている。インレットパイプ42の、消音器4の外部に突出する側の端部は、フランジ部422を備えており、ディーゼルエンジン3から延伸する排気管に接続される。インレットパイプ42の、第1消音室414に挿入されている側の外周面421には、内周面まで貫通する多数の排出孔(不図示)が設けられている。さらに、第1消音室414に挿入されている側の端部423は閉塞されている。よって、ディーゼルエンジン3から排気される排気ガスは、インレットパイプ42に流入されると、外周面421に設けられた排出孔から第1消音室414に流入されるようになっている。 The inlet pipe 42 is formed in a hollow cylindrical shape, penetrates the side plate 412A, and is inserted into the first silencing chamber 414. The end of the inlet pipe 42 that protrudes outside the muffler 4 has a flange portion 422 and is connected to the exhaust pipe extending from the diesel engine 3. The outer peripheral surface 421 of the inlet pipe 42 on the side inserted into the first silencing chamber 414 is provided with a number of exhaust holes (not shown) that penetrate to the inner peripheral surface. Furthermore, the end 423 on the side inserted into the first silencing chamber 414 is closed. Therefore, when the exhaust gas exhausted from the diesel engine 3 flows into the inlet pipe 42, it flows into the first silencing chamber 414 from the exhaust holes provided on the outer peripheral surface 421.

さらに、消音器4は、2枚の仕切り板413A,413Bを貫通し、第1消音室414、第2消音室415、第3消音室416を横架する3本の連通パイプ44を有する。連通パイプ44は、中空円筒状に形成されており、外周面441には、内周面まで貫通する多数の排出孔(不図示)が設けられている。連通パイプ44の中空部および外周面441に設けられた排出孔によって、第1消音室414、第2消音室415、第3消音室416が連通されている。これにより、第1消音室414に流入された排気ガスが、第2消音室415を通り、第3消音室416まで流れることが可能となっている。 Furthermore, the muffler 4 has three communication pipes 44 that penetrate the two partition plates 413A, 413B and cross the first muffler chamber 414, the second muffler chamber 415, and the third muffler chamber 416. The communication pipe 44 is formed in a hollow cylindrical shape, and the outer peripheral surface 441 is provided with a number of exhaust holes (not shown) that penetrate to the inner peripheral surface. The first muffler chamber 414, the second muffler chamber 415, and the third muffler chamber 416 are connected by the exhaust holes provided in the hollow part and the outer peripheral surface 441 of the communication pipe 44. This allows the exhaust gas that flows into the first muffler chamber 414 to flow through the second muffler chamber 415 to the third muffler chamber 416.

アウトレットパイプ43は、中空円筒状に形成されており、側板412Bを貫通し、第3消音室416に挿入されている。アウトレットパイプ43の、第3消音室416に挿入されている側の外周面431には、内周面まで貫通する多数の排出孔(不図示)が設けられている。さらに、第3消音室416に挿入されている側の端部433は閉塞されている。また、アウトレットパイプ43の、消音器4の外部に突出する側の端部は、フランジ部432を備えており、排気管が接続される。よって、消音器4に流入され、第3消音室416まで流れた排気ガスは、外周面431に設けられた排出孔からアウトレットパイプ43の中空部に排出され、さらに消音器4の外部に排出される。 The outlet pipe 43 is formed in a hollow cylindrical shape, penetrates the side plate 412B, and is inserted into the third silencing chamber 416. The outer peripheral surface 431 of the outlet pipe 43 on the side inserted into the third silencing chamber 416 is provided with a number of exhaust holes (not shown) that penetrate to the inner peripheral surface. Furthermore, the end 433 on the side inserted into the third silencing chamber 416 is closed. In addition, the end of the outlet pipe 43 on the side protruding outside the silencer 4 is provided with a flange portion 432, and an exhaust pipe is connected to it. Therefore, the exhaust gas that flows into the silencer 4 and flows to the third silencing chamber 416 is discharged from the exhaust holes provided on the outer peripheral surface 431 into the hollow part of the outlet pipe 43, and is further discharged to the outside of the silencer 4.

次に、仕切り板413A,413Bにグラスウール46を取り付けたことによる作用および効果について、図6~図9を用いて説明する。図6は、図4のX部分の部分拡大図であり、仕切り板413Aが排気ガスにより熱せられた場合を想定した解析結果(変形状態および応力分布)を表した図である。なお、グラスウール45,46や、パンチングメタル47,48は省略している。図7は、従来技術に係る消音器6の、図6に対応する図である。図8は、仕切り板413Aが排気ガスにより熱せられた場合を想定した解析結果(温度分布)を表す図である。図9は、従来技術に係る消音器6の、図8に対応する図である。 Next, the action and effect of attaching glass wool 46 to partition plates 413A and 413B will be described with reference to Figs. 6 to 9. Fig. 6 is a partially enlarged view of part X in Fig. 4, and shows the analysis results (deformation state and stress distribution) assuming that partition plate 413A is heated by exhaust gas. Note that glass wool 45 and 46 and punched metals 47 and 48 are omitted. Fig. 7 is a view corresponding to Fig. 6 of a silencer 6 according to the prior art. Fig. 8 is a view showing the analysis results (temperature distribution) assuming that partition plate 413A is heated by exhaust gas. Fig. 9 is a view corresponding to Fig. 8 of a silencer 6 according to the prior art.

鉄道車両1が加速していく場合などにおいて、ディーゼルエンジン3の負荷が大きくなったとき、ディーゼルエンジン3から排出される排気ガスの温度は最大で摂氏450~500度となる。また、鉄道車両1が加速していき、最高速度に達した後、ディーゼルエンジン3はアイドリング状態とされるため、加速のためにディーゼルエンジンの負荷が最大とされる連続時間は、最大で10分間程度である。よって、以下の説明は、摂氏500度の排気ガスが、10分間、本実施形態に係る消音器4または従来技術に係る消音器6に流入し、消音器4の仕切り板413A,413Bまたは消音器6の仕切り板613A,613Bが熱せられた場合を想定したものである。なお、仕切り板413Aと仕切り板413Bとが同一のものであり、仕切り板613Aと仕切り板613Bとが同一のものであるため、以下においては、仕切り板413A、仕切り板613Aのみを例に挙げて説明する。 When the load on the diesel engine 3 increases, such as when the railcar 1 accelerates, the temperature of the exhaust gas discharged from the diesel engine 3 reaches a maximum of 450 to 500 degrees Celsius. In addition, after the railcar 1 accelerates and reaches its maximum speed, the diesel engine 3 is put into an idling state, so the continuous time during which the load on the diesel engine is at its maximum for acceleration is approximately 10 minutes at most. Therefore, the following description is based on the assumption that exhaust gas at 500 degrees Celsius flows into the muffler 4 according to this embodiment or the muffler 6 according to the conventional technology for 10 minutes, and the partition plates 413A and 413B of the muffler 4 or the partition plates 613A and 613B of the muffler 6 are heated. Note that the partition plates 413A and 413B are the same, and the partition plates 613A and 613B are the same, so the following description will be based on only the partition plates 413A and 613A as examples.

従来技術に係る消音器6に、摂氏500度の排気ガスが流入されると、仕切り板613Aが熱せられ、膨脹する。仕切り板613Aの半径方向の膨張は、図7に示すように、胴板611を半径方向に押し広げ、変形させる。図7に示す仕切り板613Aは、膨脹したことにより、図中左側に膨出するように撓んだ状態を表している。なお、破線は、撓む前の状態の仕切り板613Aを表している。 When exhaust gas at 500 degrees Celsius flows into the silencer 6 according to the conventional technology, the partition plate 613A heats up and expands. The radial expansion of the partition plate 613A spreads the body plate 611 radially, deforming it, as shown in FIG. 7. The partition plate 613A shown in FIG. 7 shows a bent state in which it bulges out to the left side of the figure due to expansion. The dashed line shows the partition plate 613A in its state before it is bent.

膨脹した仕切り板613Aが胴板611を半径方向に押し広げるため、胴板611には、過大な応力が発生する。図7に示す応力分布が表すように、胴板611には、仕切り板613Aの周囲で高い応力が発生しており、特に、胴板611の外周面であって、仕切り板613Aが結合されている部分の反対側で、最も高い応力が発生していることが分かる。この応力は、約460MPaである。このように、過大な応力が発生することで、胴板611に割れが生じるおそれがる。胴板611に割れが生じると、排気ガスが漏れ、火災の原因となり得るため、鉄道車両の走行時の安全性確保のために、胴板の割れを防止する必要がある。 The expanded partition plate 613A pushes the trunk plate 611 apart in the radial direction, causing excessive stress in the trunk plate 611. As shown in the stress distribution in Figure 7, high stress is generated around the partition plate 613A in the trunk plate 611, and it can be seen that the highest stress is generated on the outer circumferential surface of the trunk plate 611, opposite the part where the partition plate 613A is joined. This stress is about 460 MPa. In this way, excessive stress may cause the trunk plate 611 to crack. If the trunk plate 611 cracks, exhaust gas may leak and cause a fire, so it is necessary to prevent the trunk plate from cracking in order to ensure safety when the railway vehicle is running.

一方で、本実施形態において、消音器4に、摂氏500度の排気ガスが流入され、仕切り板413Aが熱せられた場合、仕切り板413Aは膨脹し、胴板411を半径方向に押し広げるが、仕切り板413Aの膨脹量が従来よりも抑えられるため、図6に示すように、胴板411の変形量が、従来技術に係る消音器6よりも軽減されている。なお、図6に示す仕切り板413Aが、図中左側に膨出しているのは、膨脹による撓みを表しており、破線は、撓む前の状態の仕切り板413Aを表している。 On the other hand, in this embodiment, when exhaust gas at 500 degrees Celsius flows into the muffler 4 and heats the partition plate 413A, the partition plate 413A expands and spreads the body plate 411 in the radial direction, but because the amount of expansion of the partition plate 413A is suppressed more than in the past, the amount of deformation of the body plate 411 is reduced compared to the muffler 6 according to the conventional technology, as shown in Figure 6. Note that the partition plate 413A shown in Figure 6 bulges to the left in the figure to represent bending due to expansion, and the dashed line represents the partition plate 413A in its state before bending.

仕切り板413Aの膨脹量が従来よりも抑えられることで、胴板411に発生する応力が、従来よりも緩和される。図6に示す応力分布が表すように、仕切り板413Aの周囲において発生している応力が、従来と比べて大きく緩和されている。胴板411の外周面であって、仕切り板413Aが結合されている部分の反対側が、最も応力の高い部分であるが、その応力は約150MPaであり、従来と比べ、300MPa以上低減されている。 By suppressing the amount of expansion of the partition plate 413A compared to the conventional method, the stress generated in the trunk plate 411 is reduced compared to the conventional method. As the stress distribution shown in Figure 6 shows, the stress generated around the partition plate 413A is greatly reduced compared to the conventional method. The part of the outer surface of the trunk plate 411 opposite the part where the partition plate 413A is joined is the part with the highest stress, but the stress is about 150 MPa, which is a reduction of more than 300 MPa compared to the conventional method.

仕切り板413Aの膨脹量が従来よりも抑えられているのは、グラスウール46により、排気ガスの温度が仕切り板413Aに伝達されにくくなっており、仕切り板413Aの温度が上昇しにくくなっていることによる。 The amount of expansion of the partition plate 413A is less than in the past because the glass wool 46 makes it difficult for the temperature of the exhaust gas to be transmitted to the partition plate 413A, making it difficult for the temperature of the partition plate 413A to rise.

従来技術に係る消音器6の仕切り板613Aは、直接に摂氏500度の排気ガスに曝されるため、非常に高温となる。図9に示すように、特に、排気ガスが流入されるインレットパイプ62の周囲の温度が高くなっており、摂氏約350~400度まで温度が上昇する。 The partition plate 613A of the silencer 6 according to the conventional technology becomes very hot because it is directly exposed to exhaust gas at 500 degrees Celsius. As shown in FIG. 9, the temperature around the inlet pipe 62 into which the exhaust gas flows is particularly high, rising to approximately 350 to 400 degrees Celsius.

一方で、本実施形態においては、消音器4の仕切り板413Aは、グラスウール46により、直接に排気ガスに曝されることがないため、図8に示すように、仕切り板413Aの全体において、温度の上昇が抑えられている。
従来技術においては最も温度が高くなっていたインレットパイプ42の周囲は、摂氏約200~250度であり、従来よりも150度程度、温度の上昇が抑えられている。排気ガスが流れる三本の連通パイプ44は、仕切り板413Aに接触しているため、仕切り板413Aの、連通パイプ44の周辺が最も高い温度となっているが、その温度は、摂氏約250~280度であり、従来技術における最も高い温度である摂氏約350~400度に比べて、100度程度、温度の上昇が抑えられている。
On the other hand, in this embodiment, the partition plate 413A of the muffler 4 is not directly exposed to the exhaust gas due to the glass wool 46, so that as shown in FIG. 8, the temperature rise is suppressed over the entire partition plate 413A.
The area around the inlet pipe 42, which had the highest temperature in the conventional technology, is about 200 to 250 degrees Celsius, which is a temperature increase of about 150 degrees compared to the conventional technology. The three communication pipes 44 through which the exhaust gas flows are in contact with the partition plate 413A, so the area around the communication pipes 44 of the partition plate 413A has the highest temperature, but this temperature is about 250 to 280 degrees Celsius, which is a temperature increase of about 100 degrees compared to the highest temperature of about 350 to 400 degrees Celsius in the conventional technology.

10分間連続で摂氏500度の排気ガスが消音器4に流入されることで、排気ガスの熱がグラスウール46を徐々に伝わり、仕切り板413Aが熱せられるが、グラスウール46が20mmの厚さを有しているため、上記のように、仕切り板413Aの温度の上昇を従来よりも抑えることができる。よって、仕切り板413Aの膨脹量を、胴板411に割れが発生することを防止するに十分な膨脹量に抑えることが可能である。なお、グラスウール46の厚みは、20mmに限定されるものではない。グラスウール46の厚みが15mm未満であると、10分間以内で仕切り板413A,413Bに排気ガスの熱が伝達され、十分に膨張を抑えることができないおそれがある。そのため、仕切り板413A,413Bへの熱の伝達を可能な限り抑えるため、グラスウール46は、厚みが15mm以上であることが好ましい。 When exhaust gas at 500 degrees Celsius flows into the muffler 4 for 10 consecutive minutes, the heat of the exhaust gas is gradually transferred through the glass wool 46, heating the partition plate 413A. However, since the glass wool 46 has a thickness of 20 mm, as described above, the temperature rise of the partition plate 413A can be suppressed more than in the past. Therefore, it is possible to suppress the expansion of the partition plate 413A to an amount sufficient to prevent cracks from occurring in the body plate 411. The thickness of the glass wool 46 is not limited to 20 mm. If the thickness of the glass wool 46 is less than 15 mm, the heat of the exhaust gas may be transferred to the partition plates 413A and 413B within 10 minutes, and the expansion may not be sufficiently suppressed. Therefore, in order to suppress the transfer of heat to the partition plates 413A and 413B as much as possible, it is preferable that the glass wool 46 has a thickness of 15 mm or more.

以上説明したように、本実施形態に係る消音器4によれば、
(1)ディーゼルエンジン3の排気系に接続される消音器4であって、排気ガスの流れる方向に沿って中心軸を有する中空円筒部41を備え、中心軸に対し直角に配置されるとともに中空円筒部41の内周面に結合された仕切り板413A,413Bにより、中空円筒部41の内部空間が、複数の消音室(例えば、第1消音室414、第2消音室415、第3消音室416)に区切られた消音器4において、ディーゼルエンジン3は、鉄道車両用であること、仕切り板413A,413Bの、消音室(第1消音室414、第2消音室415、第3消音室416)を形成する面に、断熱材(例えば、グラスウール46)が取り付けられていること、を特徴とする。
As described above, according to the silencer 4 of this embodiment,
(1) A silencer 4 connected to an exhaust system of a diesel engine 3, the silencer 4 comprising a hollow cylindrical portion 41 having a central axis along the direction in which exhaust gas flows, and in which the internal space of the hollow cylindrical portion 41 is divided into a plurality of silencing chambers (e.g., a first silencing chamber 414, a second silencing chamber 415, and a third silencing chamber 416) by partition plates 413A, 413B arranged perpendicular to the central axis and joined to the inner circumferential surface of the hollow cylindrical portion 41, the silencer 4 being characterized in that the diesel engine 3 is for a railway vehicle, and that a heat insulating material (e.g., glass wool 46) is attached to the surfaces of the partition plates 413A, 413B that form the silencing chambers (the first silencing chamber 414, the second silencing chamber 415, and the third silencing chamber 416).

(1)に記載の消音器4によれば、仕切り板413A,413Bに断熱材(グラスウール46)が取り付けられているため、摂氏450~500度の排気ガスが消音器4に流入されたとしても、仕切り板413A,413Bへの熱の伝達を抑えることができる。仕切り板413A,413Bへの熱の伝達を抑えることができれば、仕切り板413A,413Bの膨脹を抑えることができる。仕切り板413A,413Bの膨脹を抑えることができれば、膨脹による胴板411への負荷が抑えられ、胴板411に過大な応力が発生することを防ぐことができる。よって、胴板411に割れが生じるおそれ、胴板411の割れにより排気ガスが漏れるおそれを低減させることができ、ひいては、鉄道車両1の走行時の安全性を確保することが可能となる。 According to the muffler 4 described in (1), since the partition plates 413A and 413B are fitted with heat insulating material (glass wool 46), even if exhaust gas at 450 to 500 degrees Celsius flows into the muffler 4, the transfer of heat to the partition plates 413A and 413B can be suppressed. If the transfer of heat to the partition plates 413A and 413B can be suppressed, the expansion of the partition plates 413A and 413B can be suppressed. If the expansion of the partition plates 413A and 413B can be suppressed, the load on the trunk plate 411 due to the expansion can be suppressed, and excessive stress can be prevented from occurring in the trunk plate 411. This reduces the risk of cracks occurring in the trunk plate 411 and the risk of exhaust gas leaking due to cracks in the trunk plate 411, and ultimately makes it possible to ensure the safety of the railway vehicle 1 during its travel.

(2)(1)に記載の消音器4において、断熱材(グラスウール46)は、仕切り板413A,413Bと網目部材(例えばパンチングメタル48)とに挟まれることで固定されること、を特徴とする。 (2) In the silencer 4 described in (1), the heat insulating material (glass wool 46) is fixed by being sandwiched between the partition plates 413A, 413B and the mesh member (e.g., punched metal 48).

(2)に記載の消音器4によれば、断熱材(グラスウール46)が網目部材(パンチングメタル48)によって固定されるため、消音器4に侵入するディーゼルエンジンの爆発音や排気音が、網目部材(パンチングメタル48)を透過し、断熱材(グラスウール46)に到達することができる。よって、仕切り板413A,413Bに取り付けられた断熱材(グラスウール46)が、吸音材として活用可能となる。 According to the silencer 4 described in (2), the insulating material (glass wool 46) is fixed by the mesh member (punched metal 48), so that the explosion noise and exhaust noise of the diesel engine that enter the silencer 4 can pass through the mesh member (punched metal 48) and reach the insulating material (glass wool 46). Therefore, the insulating material (glass wool 46) attached to the partition plates 413A and 413B can be used as a sound absorbing material.

(3)(1)または(2)に記載の消音器4において、断熱材は、厚みが15mm以上のグラスウール46であること、を特徴とする。 (3) In the silencer 4 described in (1) or (2), the heat insulating material is glass wool 46 having a thickness of 15 mm or more.

鉄道車両が加速していき、最高速度に達した後、ディーゼルエンジン3はアイドリング状態となるため、加速のためにディーゼルエンジン3の負荷が最大とされる連続時間は、最大で10分間程度である。つまり、仕切り板413A,413Bが摂氏450~500度の排気ガスに曝される時間は最大で10分間程度である。そして、ディーゼルエンジン3がアイドリング状態となれば、排気ガスの温度が摂氏200度程度まで低下するため、仕切り板413A,413Bは摂氏450~500度の排気ガスに曝されていた状態から急激に冷却される。ここで、仕切り板413A,413Bに取り付けられる断熱材の厚みが15mm未満であると、摂氏450~500度の排気ガスに曝された場合に、10分間以内で仕切り板に排気ガスの熱が伝達され、十分に膨張を抑えることができないおそれがある。そのため、仕切り板への熱の伝達を可能な限り抑えるため、断熱材は、厚みが15mm以上のグラスウール46であることが好ましい。 After the railway vehicle accelerates and reaches its maximum speed, the diesel engine 3 goes into an idling state, so the continuous time during which the diesel engine 3 is at its maximum load for acceleration is about 10 minutes at most. In other words, the partition plates 413A and 413B are exposed to exhaust gas at 450 to 500 degrees Celsius for a maximum of about 10 minutes. Then, when the diesel engine 3 goes into an idling state, the temperature of the exhaust gas drops to about 200 degrees Celsius, so the partition plates 413A and 413B are rapidly cooled from the state in which they were exposed to exhaust gas at 450 to 500 degrees Celsius. Here, if the thickness of the heat insulating material attached to the partition plates 413A and 413B is less than 15 mm, when exposed to exhaust gas at 450 to 500 degrees Celsius, the heat of the exhaust gas is transferred to the partition plates within 10 minutes, and there is a risk that the expansion cannot be sufficiently suppressed. Therefore, in order to suppress the transfer of heat to the partition plates as much as possible, it is preferable that the heat insulating material is glass wool 46 with a thickness of 15 mm or more.

また、本実施形態に係る鉄道車両1によれば、
(4)(1)乃至(3)のいずれか1つに記載された消音器4を備えること、を特徴とするので、胴板411の割れを防止し、鉄道車両1の走行時の安全性を確保することが可能となる。
Further, according to the railway vehicle 1 according to this embodiment,
(4) Since the vehicle is characterized by being equipped with a silencer 4 described in any one of (1) to (3), it is possible to prevent cracking of the body panel 411 and ensure safety during operation of the railway vehicle 1.

なお、上記の実施形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な改良、変形が可能である。例えば、駆動源として、ディーゼルエンジン3のみでなく交流機やバッテリを備えるハイブリッド型の鉄道車両としても良い。 The above embodiment is merely an example and does not limit the present invention in any way. Naturally, the present invention can be improved and modified in various ways without departing from the spirit of the invention. For example, the vehicle may be a hybrid type railcar equipped with an alternator and a battery as well as a diesel engine 3 as a driving source.

1 鉄道車両
3 ディーゼルエンジン
4 消音器
41 中空円筒部
46 グラスウール(断熱材の一例)
413A 仕切り板
413B 仕切り板
414 第1消音室(消音室の一例)
415 第2消音室(消音室の一例)
416 第3消音室(消音室の一例)
1 Railway vehicle 3 Diesel engine 4 Muffler 41 Hollow cylindrical portion 46 Glass wool (an example of a heat insulating material)
413A Partition plate 413B Partition plate 414 First sound-absorbing chamber (an example of a sound-absorbing chamber)
415 Second sound-absorbing chamber (an example of a sound-absorbing chamber)
416 No. 3 sound-absorbing chamber (an example of a sound-absorbing chamber)

Claims (4)

ディーゼルエンジンの排気系に接続される消音器であって、排気ガスの流れる方向に沿って中心軸を有する中空円筒部を備え、前記中心軸に対し直角に配置されるとともに前記中空円筒部の内周面に結合された仕切り板により、前記中空円筒部の内部空間が、複数の消音室に区切られた消音器において、
前記ディーゼルエンジンは、鉄道車両用であること、
前記仕切り板の、前記消音室を形成する両側端面の全面を覆うように、前記仕切り板への熱の伝達を抑えることで前記仕切り板の膨脹を抑えるための断熱材が取り付けられていること、
を特徴とする消音器。
A muffler connected to an exhaust system of a diesel engine, the muffler comprising a hollow cylindrical portion having a central axis along a flow direction of exhaust gas, the internal space of the hollow cylindrical portion being divided into a plurality of muffler chambers by partition plates disposed perpendicular to the central axis and joined to an inner peripheral surface of the hollow cylindrical portion,
The diesel engine is for use in a rail vehicle;
A heat insulating material is attached to cover the entire surface of both end faces of the partition plate that form the sound absorbing chamber, thereby suppressing the transfer of heat to the partition plate and suppressing the expansion of the partition plate ;
A silencer characterized by:
請求項1に記載の消音器において、
前記断熱材は、前記仕切り板と網目部材とに挟まれることで固定されること、
前記断熱材は、前記ディーゼルエンジンの負荷が最大とされる連続時間に前記仕切り板への排気ガスの熱の伝達を抑えられる厚みを有していること、
を特徴とする消音器。
2. The silencer according to claim 1,
the heat insulating material is fixed by being sandwiched between the partition plate and the mesh member;
the heat insulating material has a thickness sufficient to suppress the transfer of heat from the exhaust gas to the partition plate during a continuous period during which the load of the diesel engine is at its maximum;
A silencer characterized by:
請求項1または2に記載の消音器において、
前記断熱材は、厚みが15mm以上のグラスウールであること、
を特徴とする消音器。
In the silencer according to claim 1 or 2,
The heat insulating material is glass wool having a thickness of 15 mm or more.
A silencer characterized by:
請求項1乃至3のいずれか1つに記載された消音器を備えること、を特徴とする鉄道車両。 A railway vehicle comprising a silencer according to any one of claims 1 to 3.
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