JP2017040439A - High-temperature exhaust tube - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば発動発電機等の発電プラントで用いられるガスタービン等の燃焼による高温の排気ガスを排出するための高温排気筒に関する。 The present invention relates to a high-temperature exhaust pipe for discharging high-temperature exhaust gas by combustion of a gas turbine or the like used in a power plant such as an engine generator.
発動発電機を使用する施設では、発動発電機が運転された際に発生する高温の排気ガスを一般的に煙突等を含む高温排気筒を用いて外気に放出・希釈されるようになっている。排気ガスの放出は施設周辺への影響を少なくするため、可能な限り高所にて行われることが多く、そのため、高温排気筒には細長い管状のものが使用される。
また、排気ガスの温度や排気圧力は発動発電機の種類によって異なり、高温排気筒をそれぞれに対応する仕様とする必要がある。現在、主流となりつつある発動発電機では発動機としてガスタービンエンジンを使用するため、従来、主流であったディーゼルエンジンと比較して排気ガスの温度と流速が高く、一例では排気ガスの温度が600℃、排気ガスの風速が40m/sに達する。
In a facility that uses an engine generator, the high-temperature exhaust gas generated when the engine generator is operated is generally released and diluted to the outside air using a high-temperature exhaust pipe including a chimney. . In order to reduce the influence of the exhaust gas on the surroundings of the facility, the discharge of the exhaust gas is often performed at a height as much as possible. For this reason, an elongated tubular thing is used as the high-temperature exhaust pipe.
Further, the temperature and exhaust pressure of the exhaust gas vary depending on the type of the motor generator, and the high temperature exhaust pipe needs to have specifications corresponding to each. Currently, since the generators that are becoming mainstream use gas turbine engines as the engines, the exhaust gas temperature and flow velocity are higher than those of conventional diesel engines, and in one example, the exhaust gas temperature is 600 The exhaust gas wind speed reaches 40 m / s.
ガスタービン等の燃焼排気ガスに用いる高温排気筒として、従来は例えば金属製の二重管の間に断熱材を装填した排気筒ユニットを縦方向に積層したものが知られている。断熱材は、例えば無機系材料による繊維状又は発泡状材料からなっている。この高温排気筒は、断熱材を挟んだ金属製二重管をジョイント部で上下方向に複数連結して形成されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a high-temperature exhaust pipe used for combustion exhaust gas of a gas turbine or the like, for example, an exhaust pipe unit in which a heat insulating material is loaded between metal double pipes is vertically stacked. The heat insulating material is made of, for example, a fibrous or foamed material made of an inorganic material. The high-temperature exhaust pipe is formed by connecting a plurality of metal double pipes sandwiching a heat insulating material in the vertical direction at a joint portion.
また、他の高温排気筒では、構造用炭素鋼によって外壁の煙突筒身を形成し、その内面に断熱材を形成していた。しかも、炭素鋼の煙突筒身の外面温度を60℃〜70℃以下に抑える必要から断熱材を厚くライニングせざるを得なかった。
これを改善した特許文献1に記載の高温排気筒では、煙突筒身の内面の断熱材を第1層と第2層に分離してその間に空間空気流通路を形成している。煙突筒身の下部内面と第1層の断熱材の間に導入用空間を形成し、この導入用空間を空間空気流通路に連通させている。そして、煙突筒身の導入用空間から導入された外気が空間空気流通路を流れて煙突の内外壁を冷却できるので、第1層と第2層による断熱材の厚みを薄くして煙突を軽量化できるとしている。
In other high-temperature exhaust pipes, the chimney cylinder of the outer wall is formed of structural carbon steel, and the heat insulating material is formed on the inner surface thereof. Moreover, since the outer surface temperature of the chimney cylinder of carbon steel needs to be suppressed to 60 ° C. to 70 ° C. or less, the heat insulating material has to be lined thickly.
In the high-temperature exhaust pipe described in
ところで、上述した従来の高温排気筒では、ジョイント部や上端に形成された開口を通して雨水等が高温排気筒内に浸入し易く、これによって内部の断熱材が含水した状態になる可能性が高い。発動発電機が連続して常時稼働している場合には、断熱材に浸入した水が排気熱によって即座に蒸発するため、二重管の内部や断熱材に水が滞留することはない。 By the way, in the above-described conventional high-temperature exhaust pipe, rainwater or the like is likely to enter the high-temperature exhaust pipe through an opening formed in the joint portion or the upper end, and thus there is a high possibility that the internal heat insulating material is wetted. When the motor generator is continuously operating continuously, the water that has entered the heat insulating material evaporates immediately due to the exhaust heat, so that water does not stay inside the double pipe or the heat insulating material.
しかしながら、発動発電機が間欠運転される場合、例えば非常用発電機等のように非常時と点検時等に間欠的に運転される場合には、二重管の高温排気筒内に浸入した水が断熱材に含浸され易かった。その状態で発動発電機の運転が間欠的に行われると、特にガスタービンエンジンのように高温の排気ガスが二重管の高温排気筒内を通過した場合、急激な温度上昇によって水分が蒸発し、断熱材内部の急激な圧力上昇によって高温排気筒が損傷する可能性があった。
これに対し、断熱材を排除して単純な金属製の排気筒や煙突を使用した場合には、高温排気筒の構造を支える部分が直接排気熱の影響を受けて例えば600℃前後に温度上昇する。この場合、例えば鋼製等の金属を使用すれば、高温排気筒の強度が半分程度に落ちて、高温排気筒の寿命が低下したり、強度低下により高温排気筒が破壊するという欠点が生じる。
However, when the generator is operated intermittently, for example, when it is operated intermittently during emergency and inspection, such as an emergency generator, the water that has entered the high-temperature exhaust pipe of the double pipe It was easy to be impregnated in the heat insulating material. If the engine generator is operated intermittently in this state, moisture will evaporate due to a sudden rise in temperature, especially when high-temperature exhaust gas passes through the high-temperature exhaust pipe of the double pipe as in a gas turbine engine. There was a possibility that the high temperature stack could be damaged by a sudden pressure rise inside the heat insulating material.
On the other hand, when a simple metal exhaust stack or chimney is used without the heat insulating material, the portion supporting the structure of the high temperature exhaust stack is directly affected by the exhaust heat and the temperature rises to around 600 ° C., for example. To do. In this case, for example, when a metal such as steel is used, the strength of the high temperature exhaust pipe is reduced to about half, and the life of the high temperature exhaust pipe is reduced, or the high temperature exhaust pipe is destroyed due to the strength reduction.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、断熱材を用いることなく高温の排気ガスの接触を抑え、内部に浸入した水を容易に外部に排出する高温排気筒を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a high-temperature exhaust pipe that suppresses contact of high-temperature exhaust gas without using a heat insulating material and easily discharges water that has entered inside to the outside. For the purpose.
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の高温排気筒は、高温の排気ガスを流通させる筒部の先端側に縮径部を形成し後端側に拡径部を形成してなる排気筒ユニットと、前記排気筒ユニット内に設置されていて前記排気ガスと外気を層流として流通させる整流器とを備え、一の前記排気筒ユニットである第一の排気筒ユニットの前記縮径部と、他の一の前記排気筒ユニットである第二の排気筒ユニットの前記拡径部との間に隙間を開けるとともに、前記第一の排気筒ユニットと前記第二の排気筒ユニットとを同一の軸線上に配列してなり、前記第二の排気筒ユニットの前記筒部の後端側の端は、前記第一の排気筒ユニットの前記縮径部の先端側の端よりも、前記筒部の径方向の外側に配置され、前記隙間を通して前記外気を導入して前記排気筒ユニット内で前記排気ガスとその外側の前記外気とが層流として流通するようにしたことを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The high-temperature exhaust pipe of the present invention includes an exhaust pipe unit in which a reduced diameter portion is formed on the front end side of a cylindrical portion through which high-temperature exhaust gas is circulated and an enlarged diameter portion is formed on the rear end side; A rectifier that is installed and circulates the exhaust gas and the outside air as a laminar flow, the reduced diameter portion of the first exhaust cylinder unit that is one of the exhaust cylinder units, and the other exhaust cylinder unit. The first exhaust cylinder unit and the second exhaust cylinder unit are arranged on the same axis line with a gap between the enlarged diameter portion of the second exhaust cylinder unit and the first exhaust cylinder unit. The rear end side of the cylindrical portion of the second exhaust cylinder unit is disposed on the outer side in the radial direction of the cylindrical portion than the end of the reduced diameter portion of the first exhaust cylinder unit. The outside air is introduced through a gap, and the exhaust gas and the exhaust gas are introduced into the exhaust cylinder unit. And outside of the outside air is characterized in that so as to flow as a laminar flow.
この発明によれば、高温排気筒を先端側が上方となるように設置する。軸線上に配列した第一、第二の排気筒ユニット内を、例えば発動発電機の発電機等で燃焼した高温の排気ガスが流通し、整流器を通って乱流や拡散流となることなく層流として上方に流れる。その際に、下方に設置された第一の排気筒ユニットの縮径部内を通って上方に設置された第二の排気筒ユニットの拡径部内を排気ガスが流れると、縮径部で絞られて高速になり、ベンチュリー効果によって負圧となった隙間から外気が流入することになる。そして、排気筒ユニット内の排気ガスの流れと外気の流れとが整流器によって層流として上方に流れるが、外気は排気筒ユニットの内面に沿って外周領域を、排気ガスは中央領域をそれぞれ層状として流れる。排気筒ユニットの内面が、流入した低温の外気に接触することで、高温の排気ガスに接触するのを抑えることができる。
第二の排気筒ユニットの内部に浸入し第二の排気筒ユニットの筒部の内面に沿って下方に流れる水は、筒部の下方の端から下方に落ちたときに第一の排気筒ユニットの縮径部の外面に落ちる。この水は、縮径部の外面から筒部の外面、拡径部の外面に沿って流れ、下方に落ちる。したがって、第二の排気筒ユニットの内部に浸入した水を容易に外部に排出することができる。
According to this invention, the high-temperature exhaust pipe is installed so that the tip side is upward. In the first and second exhaust stack units arranged on the axis, high-temperature exhaust gas combusted by, for example, a generator of an engine generator circulates, and the layer does not become a turbulent flow or a diffused flow through the rectifier. It flows upward as a stream. At that time, if the exhaust gas flows through the inside of the enlarged diameter portion of the second exhaust pipe unit installed above through the inside of the reduced diameter part of the first exhaust pipe unit installed below, the exhaust pipe is throttled by the reduced diameter part. Thus, the outside air flows from the gap created by the Venturi effect. Then, the flow of exhaust gas and the flow of outside air in the exhaust tube unit flow upward as a laminar flow by the rectifier, but the outside air is layered along the inner surface of the exhaust tube unit, and the exhaust gas is layered in the center region. Flowing. By contacting the inner surface of the exhaust cylinder unit with the low temperature outside air that has flowed in, it is possible to suppress contact with the high temperature exhaust gas.
The water that enters the inside of the second exhaust cylinder unit and flows downward along the inner surface of the cylinder part of the second exhaust cylinder unit falls down from the lower end of the cylinder part to the first exhaust cylinder unit. Falls to the outer surface of the reduced diameter part. This water flows from the outer surface of the reduced diameter portion along the outer surface of the cylindrical portion and the outer surface of the enlarged diameter portion, and falls downward. Therefore, the water that has entered the inside of the second exhaust cylinder unit can be easily discharged to the outside.
また、上記の高温排気筒において、前記第二の排気筒ユニットの前記筒部の後端側の端は、前記軸線に沿う方向において前記第一の排気筒ユニットの前記縮径部の先端側の端に等しいか、前記第一の排気筒ユニットの前記縮径部の先端側の端よりも後端側に配置されていてもよい。
この発明によれば、高温排気筒を先端側が上方となるように設置すると、第二の排気筒ユニットの筒部の後端側の端は、軸線に沿う方向において第一の排気筒ユニットの縮径部の先端側の端と同じ位置か、第一の排気筒ユニットの縮径部の先端側の端よりも下方に設置される。したがって、第二の排気筒ユニットの筒部の下方の端から下方に落ちた水が第一の排気筒ユニットの縮径部の内部に浸入するのをより確実に抑制することができる。
Further, in the above high-temperature exhaust pipe, an end of the second exhaust cylinder unit on the rear end side of the cylinder part is located on a front end side of the reduced diameter part of the first exhaust cylinder unit in a direction along the axis. The first exhaust pipe unit may be disposed on the rear end side with respect to the front end side of the reduced diameter portion.
According to the present invention, when the high-temperature exhaust pipe is installed so that the front end side is on the upper side, the end of the second exhaust cylinder unit on the rear end side of the second exhaust cylinder unit is contracted in the direction along the axis. It is installed at the same position as the distal end side of the diameter portion or below the distal end side end of the reduced diameter portion of the first exhaust pipe unit. Therefore, it is possible to more reliably suppress the water that has fallen downward from the lower end of the cylindrical portion of the second exhaust cylinder unit from entering the inside of the reduced diameter portion of the first exhaust cylinder unit.
また、上記の高温排気筒において、前記第一の排気筒ユニットにおいて、前記筒部の内面と前記拡径部の内面とは、前記軸線に沿う方向において、滑らかに接続されていてもよい。
この発明によれば、水が筒部の内面と拡径部の内面との接続部分における一か所に集中して溜まりにくくなり、水が拡径部の内面に沿って軸線から離間するように流れやすくなる。このため、第二の排気筒ユニットの筒部の内面を流れた水が拡径部の内面に沿って径方向の外側に離間するように流れ、第二の排気筒ユニットから下方に落ちた水が第一の排気筒ユニットの縮径部の内部に浸入するのをより確実に抑制することができる。
In the above-described high-temperature exhaust pipe, in the first exhaust pipe unit, the inner surface of the cylindrical portion and the inner surface of the enlarged diameter portion may be smoothly connected in a direction along the axis.
According to this invention, it is difficult for water to concentrate and collect in one place in the connection portion between the inner surface of the cylindrical portion and the inner surface of the enlarged diameter portion, and the water is separated from the axis along the inner surface of the enlarged diameter portion. It becomes easy to flow. For this reason, the water that has flowed through the inner surface of the cylindrical portion of the second exhaust stack unit flows so as to be spaced radially outward along the inner surface of the enlarged diameter portion, and the water that has dropped downward from the second exhaust stack unit Can be more reliably suppressed from entering the reduced diameter portion of the first exhaust pipe unit.
本発明の高温排気筒によれば、断熱材を用いることなく高温の排気ガスの接触を抑え、内部に浸入した水を容易に外部に排出することができる。 According to the high temperature exhaust pipe of the present invention, the contact of high temperature exhaust gas can be suppressed without using a heat insulating material, and the water that has entered the inside can be easily discharged outside.
(第1実施形態)
以下、本発明に係る高温排気筒の第1実施形態を、図1から図5を参照しながら説明する。
図1に示す本高温排気筒1は、図2に示す排気筒ユニット2を複数個(図では3個)同一の軸線C上に配列したものである。3個の排気筒ユニット2は、上下方向Zに直列に配列されている。すなわち、軸線Cに沿う方向が上下方向Zに一致する。
以下では、3個の排気筒ユニット2を、下方Z1のものから順に第一の排気筒ユニット2A、第二の排気筒ユニット2B、第三の排気筒ユニット2Cと区別して称する場合がある。後述する筒部本体3A、3B、3Cは、区別しないで筒部本体3と称する場合がある。テーパ部4A、4B、4C等についても同様である。
この高温排気筒1は、例えば発動発電機として図示しないガスタービンで燃料を燃焼した後の排気ガスを放出するための煙突である。ガスタービンで燃焼した後の排気ガスは、外気よりも高温の例えば650℃〜600℃程度の高温高圧となって、図示しない水平排気筒から高温排気筒1に連結されてなる略L字状の筒体Pを高速で流通し、高温排気筒1を通して外気に放出される。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a high-temperature exhaust pipe according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
A high-
Hereinafter, the three
The high-
図2では第一の排気筒ユニット2Aの構成について説明するが、排気筒ユニット2B、2Cの構成は第一の排気筒ユニット2Aの後述する筒部本体3A、テーパ部4A、及びスカート部5Aの外径以外同一である。以下では、第一の排気筒ユニット2Aの構成については数字や英小文字に英大文字「A」を付加し、排気筒ユニット2B、2Cの対応する構成については同一の数字や英小文字に英大文字「B」、「C」を付加することで示す。これにより、重複する説明を省略する。
第一の排気筒ユニット2Aは、円筒状の筒部本体(筒部)3Aと、筒部本体3Aの先端側に形成されたテーパ部(縮径部)4Aと、筒部本体3Aの後端側に形成されたスカート部(拡径部)5Aとを有している。
筒部本体3Aの外径は、筒部本体3Aの軸線方向の位置によらず一定である。
テーパ部4Aは、先端側に向かうにしたがって外径が小さくなる円筒状に形成されている。テーパ部4Aの後端側の外径は、筒部本体3Aの外径に等しい。テーパ部4Aの先端側の外径は、筒部本体3Aの外径よりも小さい。テーパ部4Aの先端側には、比較的小径の開口4aAが形成されている。
Although the configuration of the first
The first
The outer diameter of the tube portion
The
スカート部5Aは、後端側に向かうにしたがって外径が大きくなる円筒状に形成されている。スカート部5Aの先端側の外径は、筒部本体3Aの外径に等しい。スカート部5Aの後端側の外径は、筒部本体3Aの外径よりも大きい。スカート部5Aの後端側には、比較的大径の開口5aAが形成されている。
筒部本体3A、テーパ部4A、及びスカート部5Aは、厚さが一定の鋼板を折り曲げて溶接すること等により形成することができる。
テーパ部4Aは先端側の開口4aAに向けて内径寸法を次第に絞り込んで縮径しているため、第一の排気筒ユニット2A内を高温の排気ガスが流通するとテーパ部4Aでの流速が高くなる。なお、スカート部5Aも後端側の開口5aAから先端側に向けて次第に内径寸法を絞り込んでいるため、スカート部5Aを流通する排気ガスも流速が高くなる。
The
The
Since the
第一の排気筒ユニット2Aの筒部本体3Aの内部には、内部を流通する排気ガス等の気体を整流させる整流器7Aが設置されている。この整流器7Aは、図2及び図3に示すように、長板状の板部7aAが格子状に組み込まれており、先端側の面及び後端側の面に略四角形状の開口部7bA、7cAがそれぞれ多数形成されている。そのため、後端側から整流器7Aに流入する排気ガス等の気体は、複数の角筒が並んだ整流器7Aで整流されて層状となって先端側に流出する。
板部7aAの板厚を一定にして、整流器7Aの開口部7bA、7cAを同一面積にしてもよい。板部7aAの板厚を先端側に向かうにしたがって厚くして、先端側の開口部7bAの面積を後端側の開口部7cAの面積よりも小さくすることで、整流器7Aの圧力損失を小さくしてもよい。
整流器7Aは、鋼板やセラミックス製の板材等で形成することができる。
なお、これら排気筒ユニット2A、2B、2Cは、先端側が上方Z2(図1参照)、後端側が下方Z1となるように配置される。
A
The plate portions 7aA may have a constant thickness, and the openings 7bA and 7cA of the
The
In addition, these
整流器7Aは、筒部本体3Aの内面に溶接等で固定されている。整流器7Aは、下方Z1に設置される排気筒ユニット2のテーパ部4の先端の開口4aに着座させて係止させてもよい。第一の排気筒ユニット2A内における整流器7Aの設置位置は任意の位置に設置できる。
製造コストを考慮すると、整流器7Aの外側側面が円筒状の筒部本体3Aの内面に当接するように形成することが好ましく、筒部本体3Aの内面の長手方向のいずれかの部分に整流器7Aを設置すればよい。本実施形態では、第一の排気筒ユニット2A内に流入した外気が整流され易いように筒部本体3Aの後端側に整流器7Aを設置して固定している。
The
Considering the manufacturing cost, it is preferable to form the
図1に示すように、本実施形態では、第一の排気筒ユニット2Aの筒部本体3Aの外径よりも、第二の排気筒ユニット2Bの筒部本体3Bの外径の方が小さい。第二の排気筒ユニット2Bの筒部本体3Bの外径よりも、第三の排気筒ユニット2Cの筒部本体3Cの外径の方が小さい。
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the outer diameter of the
図4に示すように、高温排気筒1では、下方Z1に設置した第一の排気筒ユニット2Aのテーパ部4Aの径方向の外側に第二の排気筒ユニット2Bのスカート部5Bが設置されている。テーパ部4Aとスカート部5Bとは、接触していなく、テーパ部4Aとスカート部5Bとの間には、全周にわたり隙間S1が開けられている。隙間S1は、径方向の内側に向かうにしたがって狭くなる。言い換えると、軸線Cを含む平面Tによる断面において、スカート部5Bとテーパ部4Aとの距離L1は、径方向の内側に向かうにしたがって短くなる。
筒部本体3Bの下方Z1の端3aBは、テーパ部4Aの上方Z2の端4bAよりも、筒部本体3の径方向の外側に配置されている。筒部本体3Bの端3aBは、上下方向Zにおいてテーパ部4Aの端4bAに等しい位置に配置されている。
後述するように、テーパ部4Aとスカート部5Bとの隙間S1を通って外気F1が第二の排気筒ユニット2B内に流入する。
As shown in FIG. 4, in the high
An end 3aB of the lower portion Z1 of the tubular portion
As will be described later, the outside air F1 flows into the second
同様に、図1に示すように、下方Z1に設置した第二の排気筒ユニット2Bのテーパ部4Bの径方向の外側に第三の排気筒ユニット2Cのスカート部5Cが設置されている。テーパ部4Bとスカート部5Cとは、接触していなく、テーパ部4Bとスカート部5Cとの間には、全周にわたり隙間S2が開けられている。隙間S2は、径方向の内側に向かうにしたがって狭くなる。
排気筒ユニット2A、2B、2Cは互いに非接触であり、これらの排気筒ユニット2A、2B、2Cは図示を省略した外部の躯体や壁面又は支柱等に個々に連結されて支持してもよい。あるいは、上方Z2の排気筒ユニット2のスカート部5と下方Z1の排気筒ユニット2のテーパ部4とをアーム等で周方向に所定間隔をおいて連結してもよい。
本高温排気筒1では、従来の高温排気筒とは異なり、断熱材が用いられない。
なお、第一の排気筒ユニット2Aのスカート部5Aの下方Z1には全周に隙間S0を開けて筒体Pの排気出口P1が設置されている。高温排気筒1への排気ガスの排出時に、隙間S0から外気F1が流入するようになっている。
Similarly, as shown in FIG. 1, the
The
In the high
Note that an exhaust outlet P1 of the cylinder P is provided in the lower Z1 of the
次に、以上のように構成された本高温排気筒1が排気ガスを排出しないときと排気ガスを排出するときの作用について説明する。
本高温排気筒1が排気ガスを排出しないときには、図1に示すように雨水等の水滴(水)W1が開口4aCから第三の排気筒ユニット2C内に浸入する。この水滴W1の一部は図4に示すように第二の排気筒ユニット2Bの筒部本体3Bの内面に沿って下方Z1に流れる。この水滴W1は、重力の作用により筒部本体3Bの端3aBから下方Z1に落ちることがある。このとき、筒部本体3Bの端3aBはテーパ部4Aの端4bAよりも径方向の外側に配置されているため、水滴W1はテーパ部4Aの外面上に落ちて水滴W2となる。筒部本体3Bの端3aBは上下方向Zにおいてテーパ部4Aの端4bAに等しい位置に配置されているため、筒部本体3Bの端3aBから下方Z1に落ちた水滴W1が第一の排気筒ユニット2Aのテーパ部4Aの内部に浸入するのがより確実に抑制される。
水滴W2は、隙間S1におけるテーパ部4Aの外面、筒部本体3Aの外面、及びスカート部5Aの外面に沿って流れ、下方Z1に落ちる。
Next, the operation when the high-
When the high-
The water droplet W2 flows along the outer surface of the tapered
高温排気筒1内で結露した場合でも、水滴は同様に流れて外部に排出される。
なお、隙間S1を覆うようにスカート部5Bが配置されるため、隙間S1を通して排気筒ユニット2A、2B内に水滴W1が浸入するのが抑えられる。
Even when condensation occurs in the high-
In addition, since the
一方で、本高温排気筒1が排気ガスを排出するときには、以下のようになる。
まず、発動発電機として図示しないガスタービンで燃料を燃焼した後の高温の排気ガスF2(図1参照)が図示しない水平排気筒から筒体Pの排気出口P1を通して高温排気筒1の第一の排気筒ユニット2A内に流入する。すると、第一の排気筒ユニット2Aでは高温の排気ガスF2が上方Z2に向けて縮径するスカート部5Aを流れるため流速を増して集合して筒部本体3A内に流入する。
しかも、スカート部5Aで排気ガスF2の流速を増すことで、排気出口P1との隙間S0を通して外気F1を第一の排気筒ユニット2A内に導入(流入)する。外気F1は、筒部本体3Aの内面に沿って上方Z2に流れる。筒部本体3A内では整流器7Aが設置されているために、外気F1は筒部本体3Aの内面に沿って外周領域を層流として流通し、排気ガスF2は筒部本体3Aの中央領域を層流として流通する。このため、高温の排気ガスF2が第一の排気筒ユニット2Aに接触するのが抑えられる。
On the other hand, when the high-
First, the high-temperature exhaust gas F2 (see FIG. 1) after the fuel is combusted by a gas turbine (not shown) as an engine generator passes through the exhaust outlet P1 of the cylindrical body P from the horizontal exhaust cylinder (not shown) to the first of the high-
Moreover, by increasing the flow rate of the exhaust gas F2 at the
そして、筒部本体3Aから次第に縮径するテーパ部4Aを通過することで、外気F1と排気ガスF2は流速を増して第二の排気筒ユニット2B内に流入する。このとき、外気F1と排気ガスF2とがテーパ部4Aで高速となるためベンチュリー効果によって負圧になる。第一の排気筒ユニット2Aのテーパ部4Aと第二の排気筒ユニット2Bのスカート部5Bの隙間S1の内側も負圧になるため、外気F1が全周にわたって隙間S1を通して第二の排気筒ユニット2B内に流入する。
Then, by passing through the tapered
流入する外気F1は排気ガスF2と比較して低温であり、外気F1は筒部本体3Bの内面に沿って流入するため、高温の排気ガスF2は筒部本体3Bの中央に寄せられる。そして、これらの外気F1の流れと排気ガスF2の流れは、第二の排気筒ユニット2Bの整流器7Bを通過することで更に整流化される。筒部本体3B内で、中央の排気ガスF2の流れと排気ガスF2の外側のリング状の外気F1の流れとが二層の層流として流通し、テーパ部4Bに流入する。
隙間S1は、径方向の内側に向かうにしたがって狭くなるため、隙間S1を流れる外気F1の流速が効率的に高められる。そして流速を高められた外気F1により、筒部本体3Bの内面が確実に冷却される。
The inflowing outside air F1 is at a lower temperature than the exhaust gas F2, and the outside air F1 flows in along the inner surface of the tube portion
Since the gap S1 becomes narrower toward the inner side in the radial direction, the flow rate of the outside air F1 flowing through the gap S1 is efficiently increased. And the internal surface of the cylinder part
そして、第二の排気筒ユニット2Bの縮径されたテーパ部4Bで更に外気F1と排気ガスF2の層流が高速化するため、ベンチュリー効果によって負圧になる。第二の排気筒ユニット2Bのテーパ部4Bと第三の排気筒ユニット2Cのスカート部5Cとの隙間S2から外気F1が流入して整流器7Cを通過することで二層の層流が更に整流化されてテーパ部4Cを通って外部に排出される。
Then, since the laminar flow of the outside air F1 and the exhaust gas F2 is further accelerated by the tapered
以上説明したように、本実施形態の高温排気筒1によれば、高温排気筒1を先端側が上方Z2となるように設置する。軸線C上に配列した排気筒ユニット2A、2B内を、例えば発動発電機の発電機等で燃焼した高温の排気ガスF2が流通し、整流器7A、7Bを通って乱流や拡散流となることなく層流として上方Z2に流れる。その際に、下方Z1に設置された第一の排気筒ユニット2Aのテーパ部4A内を通って上方Z2に設置された第二の排気筒ユニット2Bのスカート部5B内を排気ガスF2が流れると、テーパ部4Aで絞られて高速になり、ベンチュリー効果によって負圧となった隙間S1から外気F1が流入することになる。そして、第二の排気筒ユニット2B内の排気ガスF2流と外気F1流とが整流器7Bによって層流として上方Z2に流れるが、外気F1は第二の排気筒ユニット2Bの内面に沿って外周領域を、排気ガスF2は中央領域をそれぞれ層状として流れる。第二の排気筒ユニット2Bの内面が、流入した低温の外気F1に接触することで、高温の排気ガスF2に接触するのを抑えることができる。
As described above, according to the high-
第二の排気筒ユニット2Bの内部に浸入し第二の排気筒ユニット2Bの筒部本体3Bの内面に沿って下方Z1に流れる水滴W1は、筒部本体3Bの端3aBがテーパ部4Aの端4bAよりも径方向の外側に配置されているため、筒部本体3Bの端3aBから下方Z1に落ちたときに第一の排気筒ユニット2Aのテーパ部4Aの外面上に落ちる。この水滴W1は、テーパ部4Aの外面から筒部本体3Aの外面、スカート部5Aの外面に沿って流れ、下方Z1に落ちる。したがって、第二の排気筒ユニット2Bの内部に浸入した水滴W1を容易に外部に排出することができる。
本高温排気筒1では、断熱材を用いることなく、高温の排気ガスF2が高温排気筒1に接触するのを抑えることができる。
筒部本体3Bの端3aBは上下方向Zにおいてテーパ部4Aの端4bAに等しい位置に配置されているため、筒部本体3Bの端3aBから下方Z1に落ちた水滴W1が第一の排気筒ユニット2Aのテーパ部4Aの内部に浸入するのをより確実に抑制することができる。
The water droplet W1 that enters the inside of the second
In this high
Since the end 3aB of the cylindrical portion
なお、本実施形態では、筒部本体3Bの端3aBは上下方向Zにおいてテーパ部4Aの端4bAに等しい位置に配置されているとしたが、筒部本体3Bの端3aBはテーパ部4Aの端4bAよりも下方Z1に配置されているとしてもよい。また、図5に示す高温排気筒11のように、筒部本体3Bの端3aBがテーパ部4Aの端4bAよりも上方Z2に配置されてもよい。
これらのように構成しても、水滴W2は、筒部本体3Bの端3aBからテーパ部4Aの外面上に落ちるため、本実施形態と同様の効果を奏することができる。
In the present embodiment, the end 3aB of the cylindrical portion
Even if comprised in this way, since the water droplet W2 falls on the outer surface of the
また、本実施形態では、隙間S1は径方向の内側に向かうにしたがって狭くなるとしたが、隙間S1は径方向の位置によらず一定であるとしてもよいし、径方向の内側に向かうにしたがって広くなるとしてもよい。 In the present embodiment, the gap S1 is narrowed toward the inner side in the radial direction. However, the gap S1 may be constant regardless of the position in the radial direction, or may be wider toward the inner side in the radial direction. It may be.
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図6及び図7を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図6に示す本高温排気筒21は、第1実施形態の高温排気筒1の排気筒ユニット2A、2B、2Cに代えて、第一の排気筒ユニット22A、第二の排気筒ユニット22B、第三の排気筒ユニット22Cを備えている。以下では、第一の排気筒ユニット22Aの構成について説明するが、排気筒ユニット22B、22Cの構成は第一の排気筒ユニット22Aの後述する筒部本体23A、テーパ部24A、及びスカート部25Aの外径以外同一である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6 and FIG. 7, but the same parts as those in the above-described embodiment will be denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted, and only differences will be described. explain.
The high
第一の排気筒ユニット22Aは、角筒状の筒部本体23Aと、筒部本体23Aの先端側に形成されたテーパ部24Aと、筒部本体23Aの後端側に形成されたスカート部25Aとを有している。
本実施形態では、筒部本体23Aの断面は正方形の縁状である。筒部本体23Aの外径は、筒部本体23Aの軸線方向の位置によらず一定である。
テーパ部24Aは、先端側に向かうにしたがって外径が小さくなる角筒状に形成されている。テーパ部24Aの後端側の外径は、筒部本体23Aの外径に等しい。テーパ部24Aの先端側の外径は、筒部本体23Aの外径よりも小さい。
スカート部25Aは、先端が径方向外側に広がるように段付けされている。スカート部25Aの先端よりも後端側の外径は、スカート部25Aの軸線方向の位置によらず一定である。スカート部25Aの後端側の断面は、正方形の縁状である。
本実施形態では、第一の排気筒ユニット22Aの筒部本体23Aの外径よりも、第二の排気筒ユニット22Bの筒部本体23Bの外径の方が小さい。第二の排気筒ユニット22Bの筒部本体23Bの外径よりも、第三の排気筒ユニット22Cの筒部本体23Cの外径の方が小さい。
The first
In the present embodiment, the cross section of the
The taper portion 24 </ b> A is formed in a rectangular tube shape whose outer diameter decreases toward the distal end side. The outer diameter on the rear end side of the tapered
The
In the present embodiment, the outer diameter of the
テーパ部24Aとスカート部25Bとの間には、全周にわたり隙間S11が開けられている。図7に示すように、軸線Cを含む平面Tによる断面において、スカート部25Bとテーパ部24Aとの径方向の外側の端部における距離L3は、スカート部25Bとテーパ部24Aとの径方向の内側の端部における距離L4も長い。ここで言うスカート部25Bとテーパ部24Aとの距離とは、スカート部25B及びテーパ部24Aのうち対向する部分における距離のことを意味する。スカート部25Bとテーパ部24Aとの径方向の中間部における距離L5は、前述の距離L3及び距離L4のいずれよりも長い。
筒部本体23Bの下方Z1の端23aBは、テーパ部24Aの上方Z2の端24bAよりも、径方向の外側に配置されている。筒部本体23Bの端23aBは、上下方向Zにおいてテーパ部24Aの端24bAに等しい位置に配置されている。
テーパ部24Bとスカート部25Cとの間には、全周にわたり隙間S12が開けられている(図6参照)。
Between the
An end 23aB of the lower portion Z1 of the cylindrical portion
Between the
このように構成された本高温排気筒21が排気ガスを排出しないときには、水滴の流れは前述のようである。
一方で、本高温排気筒21が排気ガスを排出するときには、高温の排気ガスは前述のように流れる。隙間S11を通る外気F1は、以下のように流れる。
テーパ部24Aとスカート部25Bとの隙間S11のうち距離L3である径方向の外側の部分を通った外気F1は、距離L5である径方向の中間部を通るときに流速が低くなる。このため、スカート部25Bの段付け部分の下面に、外気F1に含まれていた水蒸気が水滴W4となって付着しやすくなる。隙間S11のうち径方向の中間部を通った外気F1は、距離L4である径方向の内側の部分を通るときに流速が最も高くなり、第二の排気筒ユニット22B内に流入する。
When the high-
On the other hand, when the high-
The outside air F1 that has passed through the radially outer portion that is the distance L3 in the gap S11 between the
以上説明したように、本実施形態の高温排気筒21によれば、断熱材を用いることなく高温の排気ガスF2の接触を抑え、内部に浸入した水滴を容易に外部に排出することができる。
また、隙間S11の径方向の中間部における距離L5が、径方向の外側の端部の距離L3及び径方向の内側の端部の距離L4のいずれよりも長いことで、隙間S11を通って第二の排気筒ユニット22B内に流入する外気F1により高温排気筒21内に水滴が浸入するのを抑えることができる。
As described above, according to the high
Further, the distance L5 in the radial intermediate portion of the gap S11 is longer than both the distance L3 of the radially outer end portion and the distance L4 of the radially inner end portion, thereby passing through the gap S11. It is possible to prevent water droplets from entering the high
以上、本発明の第1実施形態及び第2実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。さらに、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。
例えば、前記第1実施形態では、図8に示す高温排気筒1のように、第二の排気筒ユニット2Bにおいて、筒部本体3Bの内面とスカート部5Bの内面とは、軸線Cに沿う方向において、角部が無いように、滑らかに接続されていてもよい。ここで言う滑らかとは、例えば内面の接線の傾きが連続していることを意味する。
このように構成することで、筒部本体3Bの端3aBから水滴W1が落ちにくくなり、筒部本体3Bの端3aBの水滴W1は、スカート部5Bの内面に沿って径方向の外側に流れる。したがって、水滴W1をより容易に外部に排出することができる。
As mentioned above, although 1st Embodiment and 2nd Embodiment of this invention were explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The structure of the range which does not deviate from the summary of this invention Changes, combinations, deletions, etc. are also included. Furthermore, it goes without saying that the configurations shown in the embodiments can be used in appropriate combinations.
For example, in the first embodiment, as in the high
By comprising in this way, it becomes difficult for the water drop W1 to fall from the end 3aB of the cylinder part
また、筒部本体3Bの内面とスカート部5Bの内面には、平面T上で延び互いに連通する溝部3bB、5aBが形成されてもよい。筒部本体3Bの溝部3bB内を流れる水滴W2は、溝部3bB、5aBに案内されて筒部本体3Bの端3aBから落ちにくくなる。
Further, groove portions 3bB and 5aB extending on the plane T and communicating with each other may be formed on the inner surface of the cylindrical portion
また、前記第1実施形態及び第2実施形態では、隙間はそれぞれ全周にわたって形成されていていなくてもよい。例えば、テーパ部とスカート部との間にアーム部を設けて連結したりして、部分的に隙間を遮蔽していてもよい。
高温排気筒が3つの排気筒ユニットで構成されているとした。しかし、高温排気筒を構成する排気筒ユニット2の数はこの限りではなく、2つでもよいし、4つ以上でもよい。
In the first embodiment and the second embodiment, the gaps may not be formed over the entire circumference. For example, the gap may be partially shielded by providing an arm portion between the tapered portion and the skirt portion for connection.
The high temperature exhaust pipe is assumed to be composed of three exhaust pipe units. However, the number of the
1、11、21 高温排気筒
2 排気筒ユニット
2A、22A 第一の排気筒ユニット(排気筒ユニット)
2B、22B 第二の排気筒ユニット(排気筒ユニット)
2C、22C 第三の排気筒ユニット(排気筒ユニット)
3aB、4bB、23aB、24bB 端
3A、3B、3C、23A、23B、23C 筒部本体(筒部)
4A、4B、4C、24A、24B、24C テーパ部(縮径部)
5A、5B、5C、25A、25B、25C スカート部(拡径部)
7A、7B、7C 整流器
C 軸線
F1 外気
F2 排気ガス
S1、S11 隙間
1, 11, 21 High
2B, 22B Second exhaust cylinder unit (exhaust cylinder unit)
2C, 22C Third exhaust cylinder unit (exhaust cylinder unit)
3aB, 4bB, 23aB,
4A, 4B, 4C, 24A, 24B, 24C Tapered part (reduced diameter part)
5A, 5B, 5C, 25A, 25B, 25C Skirt part (expanded part)
7A, 7B, 7C Rectifier C Axis F1 Outside air F2 Exhaust gas S1, S11 Gap
Claims (3)
前記排気筒ユニット内に設置されていて前記排気ガスと外気を層流として流通させる整流器とを備え、
一の前記排気筒ユニットである第一の排気筒ユニットの前記縮径部と、他の一の前記排気筒ユニットである第二の排気筒ユニットの前記拡径部との間に隙間を開けるとともに、前記第一の排気筒ユニットと前記第二の排気筒ユニットとを同一の軸線上に配列してなり、
前記第二の排気筒ユニットの前記筒部の後端側の端は、前記第一の排気筒ユニットの前記縮径部の先端側の端よりも、前記筒部の径方向の外側に配置され、
前記隙間を通して前記外気を導入して前記排気筒ユニット内で前記排気ガスとその外側の前記外気とが層流として流通するようにしたことを特徴とする高温排気筒。 An exhaust cylinder unit in which a reduced diameter portion is formed on the front end side of the cylindrical portion through which the high-temperature exhaust gas flows and an enlarged diameter portion is formed on the rear end side;
A rectifier that is installed in the exhaust pipe unit and circulates the exhaust gas and outside air as a laminar flow;
While opening a gap between the reduced diameter part of the first exhaust pipe unit which is one of the exhaust pipe units and the enlarged diameter part of the second exhaust pipe unit which is the other one of the exhaust pipe units The first exhaust stack unit and the second exhaust stack unit are arranged on the same axis,
The end of the cylindrical portion of the second exhaust cylinder unit on the rear end side is disposed on the outer side in the radial direction of the cylindrical portion than the end of the reduced diameter portion of the first exhaust cylinder unit. ,
A high-temperature exhaust pipe, wherein the outside air is introduced through the gap so that the exhaust gas and the outside air outside the exhaust pipe unit circulate as a laminar flow.
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