JP2017040440A - High-temperature exhaust cylinder - 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が、煙突等を含む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、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電発動機の種類によって異なり、それぞれに対応する排気筒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、一例では排気ガス温度が600℃、排気ガス風速が40m/sに達する。
In a facility that uses an engine generator, high-temperature exhaust gas generated when the engine generator is operated is released and diluted into the outside air using an exhaust pipe including a chimney or the like. In order to reduce the influence on the surroundings of the facility, the discharge of the exhaust gas is often performed at a height as much as possible. Therefore, a long and narrow exhaust pipe is used.
Further, the temperature and exhaust pressure of the exhaust gas vary depending on the type of the generator, and it is necessary to have an exhaust cylinder specification corresponding to each. At present, the generators that are becoming mainstream use a gas turbine engine as the engine. Therefore, the exhaust gas temperature and flow velocity are higher than those of the conventional diesel engines, and in one example, the exhaust gas temperature is 600 ° C. 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、例えば金属製の二重管の間に断熱材を装填した排気筒を縦方向に積層した排気筒ユニットが知られている。断熱材は例えば無機系材料による繊維状または発泡状材料からなっている。この高温排気筒では、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排気筒ユニットを形成している。
また、他の高温排気ガス用煙突では、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る。しかし炭素鋼の煙突筒身の外面温度は、60℃〜70℃以下に抑える必要があるため、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に記載の高温排気ガス用煙突では、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気流通路を形成し、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て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。
As a high-temperature exhaust pipe used for combustion exhaust gas such as a gas turbine, conventionally, an exhaust pipe unit in which, for example, an exhaust pipe loaded with a heat insulating material between metal double pipes is vertically stacked is known. The heat insulating material is made of, for example, a fibrous or foamed material made of an inorganic material. In this high-temperature exhaust pipe, a plurality of metal double pipes sandwiching a heat insulating material are connected in the vertical direction at a joint portion to form an exhaust pipe unit.
In other high-temperature exhaust gas chimneys, a chimney cylinder of the outer wall is formed of structural carbon steel, and a heat insulating material is formed on the inner surface thereof. However, the outer surface temperature of the chimney cylinder of carbon steel needs to be suppressed to 60 ° C. to 70 ° C. or less, so that the heat insulating material has to be lined thickly.
In the high-temperature exhaust gas chimney described in
ところで、上述した従来の高温排気筒や高温排気ガス用煙突では、ジョイント部や煙突の上端開口を通して雨水等が浸入し易く、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や煙突の内部や断熱材に滞留することはない。
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や煙突内に浸入した水が断熱材に含浸され易い。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排気ガスが二重管の高温排気筒や煙突内を通過した場合、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断熱材の破損をもたらす可能性がある。
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、排気筒や煙突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とで、鋼製の金属を使用すれば強度が半分程度に落ちてしまい寿命が低下するという欠点が生じる。
By the way, in the above-described conventional high-temperature exhaust pipe and high-temperature exhaust gas chimney, rainwater or the like is likely to enter through the joint portion or the upper end opening of the chimney, and thus there is a high possibility that the internal heat insulating material becomes wet. 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 it does not stay inside the double pipe or the chimney or in the heat insulating material.
However, when the generator is operated intermittently, for example, when it is operated intermittently during emergency and inspection, such as an emergency generator, it has entered a high-temperature exhaust pipe or chimney of a double pipe Water is easily impregnated in the heat insulating material. If the engine generator is operated intermittently in this state, moisture will evaporate due to a rapid rise in temperature, especially when high-temperature exhaust gas passes through a double-tube high-temperature exhaust stack or chimney, as in a gas turbine engine. However, there is a possibility that the heat insulating material may be damaged due to a rapid 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 exhaust stack or chimney is directly affected by the exhaust heat and the temperature is about 600 ° C., for example. If the steel metal is used, the strength is reduced to about half when the steel metal is used.
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排気ガスの接触を抑えて高強度で長寿命の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 an object of the present invention is to provide a high-temperature exhaust pipe having a high strength and a long life by suppressing contact with high-temperature exhaust gas without using a heat insulating material.
上記の課題を解決するために、本発明の第1の態様の高温排気筒は、第1筒状部と、前記第1筒状部の筒内面よりも縮径された筒内面を有する第2筒状部と前記第2筒状部の筒内面以下に縮径された筒内面を有する第3筒状部と、がこの順に形成された筒部材が、軸方向において複数並んで配置され、前記筒部材の内部に高温排気ガスを流通させる筒本体と、前記筒部材のそれぞれの内部に設置されて、前記筒部材の内部を流通する気体を層流として流通させる整流器と、を備え、軸方向において互いに隣り合う前記筒部材のうち、前記筒本体の基端側に位置する筒部材を基端側筒部材、前記筒本体の先端側の位置する筒部材を先端側筒部材と称するとき、前記基端側筒部材の第3筒状部は、前記先端側筒部材の第1筒状部の内部において前記先端側筒部材の第1筒状部との間に外気が流入する隙間をあけて配置され、前記第2筒状部のうち少なくとも一つは、基端側から先端側に向かって漸次縮径する筒内面を有し、前記隙間を通して前記外気が流入し、前記筒部材のそれぞれの内部で、前記外気が前記筒部材のそれぞれの筒内面に沿う層流として流通するようにした。 In order to solve the above-described problems, a high-temperature exhaust pipe according to a first aspect of the present invention has a first cylindrical part and a second inner face that is smaller in diameter than the inner surface of the first cylindrical part. A cylindrical member and a third cylindrical part having a cylindrical inner surface whose diameter is reduced below the cylindrical inner surface of the second cylindrical part, and a plurality of cylindrical members formed in this order are arranged side by side in the axial direction, A cylinder main body that circulates high-temperature exhaust gas inside the cylinder member, and a rectifier that is installed in each of the cylinder members and circulates the gas that circulates inside the cylinder member as a laminar flow. Of the cylindrical members adjacent to each other in the above, the cylindrical member positioned on the proximal end side of the cylindrical main body is referred to as the proximal end side cylindrical member, and the cylindrical member positioned on the distal end side of the cylindrical main body is referred to as the distal end side cylindrical member. The third cylindrical portion of the proximal end side cylindrical member is located in front of the first cylindrical portion of the distal end side cylindrical member. Between the first cylindrical portion of the distal end side cylindrical member, a gap is formed to allow outside air to flow in, and at least one of the second cylindrical portions is gradually reduced in diameter from the proximal end side toward the distal end side. The outside air flows in through the gap, and the outside air circulates as a laminar flow along each cylinder inside surface of the cylinder member.
この場合、筒本体の基端に高温排気ガスが流入すると、高温排気ガスは、各整流器を通って整流され、乱流や拡散流になることなく、筒本体の内部を先端側に向かって流れる。その際、隙間の開口の近傍を高温排気ガスが軸方向に高速に流れることで、隙間がベンチュリー効果により負圧になり、隙間から外気が流入する。流入した外気は整流器の作用によって層流として先端側に向かって流れるため、流入した外気は筒部材の筒内面に沿って先端側に流れる。すなわち、流入した外気は筒部材の筒内面に沿って筒部材の外周領域を流れ、高温排気ガスは中央領域を層流として流れる。この結果、筒部材の筒内面には、高温排気ガスが接触せず、低温の外気流が接触するため、筒部材の温度上昇が抑制される。
さらに、外気および高温排気ガスが、基端側から先端側に向かって漸次縮径する筒内面を有する第2筒状部を通過すると、流路断面積が漸次減少するために。外気および高温排気ガスが加速される。このため、この第2筒状部よりも上流側で流路抵抗などによる筒本体内の外気および高温排気ガスに減速が生じたとしても、この第2筒状部によって加速できるため、下流側での外気の吸引量が低下することを抑制できる。
In this case, when the high temperature exhaust gas flows into the proximal end of the cylinder body, the high temperature exhaust gas is rectified through each rectifier, and flows inside the cylinder body toward the distal end side without becoming a turbulent flow or a diffusion flow. . At that time, the high-temperature exhaust gas flows in the vicinity of the opening of the gap at high speed in the axial direction, so that the gap becomes a negative pressure due to the venturi effect, and outside air flows from the gap. The inflowing outside air flows as a laminar flow toward the front end side by the action of the rectifier, so that the inflowing outside air flows along the cylinder inner surface of the cylinder member to the front end side. That is, the inflowing outside air flows along the cylinder inner surface of the cylinder member along the outer peripheral area of the cylinder member, and the high-temperature exhaust gas flows as a laminar flow in the center area. As a result, since the high temperature exhaust gas does not contact the cylinder inner surface of the cylinder member and the low temperature external airflow contacts, the temperature rise of the cylinder member is suppressed.
Further, when the outside air and the high-temperature exhaust gas pass through the second cylindrical portion having the cylindrical inner surface that gradually decreases in diameter from the proximal end side toward the distal end side, the flow passage cross-sectional area gradually decreases. Outside air and hot exhaust gases are accelerated. For this reason, even if the outside air in the cylinder main body and the high-temperature exhaust gas are decelerated due to the flow path resistance on the upstream side of the second cylindrical part, the second cylindrical part can accelerate the engine, so It is possible to suppress a decrease in the amount of outside air sucked.
上記高温排気筒では、前記第1筒状部および前記第3筒状部は、基端側から先端側に向かって縮径するテーパ部であってもよい。
この場合、外気が第1筒状部を通過する際には外気が、外気および高温排気ガスが第3筒状部を通過する際には、外気および高温排気ガスが、それぞれ加速される。このため、外気の吸引量が低下することをさらに抑制できる。
In the high-temperature exhaust pipe, the first cylindrical portion and the third cylindrical portion may be tapered portions that reduce in diameter from the proximal end side toward the distal end side.
In this case, the outside air is accelerated when the outside air passes through the first tubular portion, and the outside air and the high temperature exhaust gas are accelerated when the outside air and the high temperature exhaust gas pass through the third tubular portion. For this reason, it can further suppress that the suction | attraction amount of external air falls.
上記高温排気筒では、前記整流器は、前記筒部材の軸方向に直交する断面において、格子状または同心円状をなして配置され、軸方向に延ばされた整流板を備えてもよい。
この場合、整流器を筒部材の軸方向に直交する断面において格子状または同心円状に形成するため、高温排気ガスと外気とがそれぞれ整流器の格子または同心円の開口に沿ってそれぞれガイドされる。このため、流れが乱されにくくなり、良好な層流が形成される。
In the high-temperature exhaust pipe, the rectifier may include a rectifying plate arranged in a lattice shape or a concentric shape in a cross section orthogonal to the axial direction of the cylindrical member and extending in the axial direction.
In this case, since the rectifier is formed in a lattice shape or a concentric shape in a cross section orthogonal to the axial direction of the cylindrical member, the hot exhaust gas and the outside air are respectively guided along the lattice of the rectifier or the concentric opening. For this reason, it becomes difficult to disturb a flow and a good laminar flow is formed.
本発明の高温排気筒によれば、筒本体において、筒内面に高温排気ガスが接触することなく外気に接触するため、温度上昇が抑制され、断熱材を用いることなく高温排気ガスの接触を抑えて高強度で長寿命の高温排気筒を提供することができるという効果を奏する。 According to the high-temperature exhaust pipe of the present invention, since the high-temperature exhaust gas contacts the outside air without contacting the cylinder inner surface in the cylinder main body, the temperature rise is suppressed, and the contact of the high-temperature exhaust gas is suppressed without using a heat insulating material. In addition, there is an effect that a high-temperature exhaust pipe having a high strength and a long life can be provided.
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In all the drawings, even if the embodiments are different, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals, and common description is omitted.
[第一実施形態]
本発明の第一実施形態の高温排気筒ユニットについて説明する。
図1は、本発明の第一実施形態の高温排気筒ユニットの構成例を示す模式的な部分破断斜視図である。図2は、本発明の第一実施形態の高温排気筒ユニットに用いる筒部材の一例を示す模式的な部分破断斜視図である。図3は、図1におけるA−A断面図である。図4は、図1におけるB−B断面図である。
[First embodiment]
The high-temperature exhaust pipe unit of the first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a schematic partially broken perspective view showing a configuration example of a high-temperature exhaust stack unit according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic partially broken perspective view showing an example of a cylinder member used in the high-temperature exhaust cylinder unit according to the first embodiment of the present invention. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
図1に示すように、本実施形態の高温排気筒ユニット1(高温排気筒)は、複数の筒部材が軸方向において並んで配置された筒本体2と、整流器7A、7B、7Cと、を備える。
高温排気筒ユニット1は、鉛直軸に対して傾斜して配置されていてもよいが、以下では、鉛直軸に沿って配置されている場合の例で説明する。筒本体2の基端は鉛直下方の端部であり、先端は鉛直上方の端部である。
以下では、高温排気筒ユニット1内の各部材に関しても、軸方向における相対位置を説明する場合に、高温排気筒ユニット1の基端寄りの位置(部位)を基端側の位置(部位)、先端寄りの位置(部位)であることを先端側の位置(部位)という場合がある。
As shown in FIG. 1, the high-temperature exhaust cylinder unit 1 (high-temperature exhaust cylinder) of the present embodiment includes a
The high-temperature
Hereinafter, with respect to each member in the high temperature
高温排気筒ユニット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G(高温排気ガス)を放出するための煙突である。
排気ガスGは、例えば650℃〜600℃程度の高温であり、筒本体2の基端部に連通する排気出口8を通して、高温排気筒ユニット1の基端に流入する。高温排気筒ユニット1の内部を通過した排気ガスGは、高温排気筒ユニット1の先端から大気に放出される。
排気出口8は、例えば水平排気筒から略L字状に屈曲して上方に開口する。
The high-temperature
The exhaust gas G has a high temperature of about 650 ° C. to 600 ° C., for example, and flows into the base end of the high-temperature
The
筒本体2に含まれる筒部材の個数は、複数であれば特に限定されないが、図1に示す筒本体2は、一例として、第1筒部材2A、第2筒部材2B、および第3筒部材2Cの3つの筒部材を備える。
第1筒部材2A、第2筒部材2B、および第3筒部材2Cは、筒本体2の基端側から先端側に向かってこの順に配置されている。第1筒部材2A、第2筒部材2B、および第3筒部材2Cは、各中心軸線が同軸となるように、直列に配列されている。
The number of tube members included in the
The
図2に示すように、単体の第1筒部材2Aは、板厚が略一定(一定の場合を含む)の筒状部材であり、基端側から先端側に向かって、第1筒状部5A(テーパ部)、第2筒状部3A、および第3筒状部4A(テーパ部)が形成されている。
As shown in FIG. 2, the single first
第1筒状部5Aは、基端部に円状の開口5aが形成され、基端側から先端側に向かうにつれて、内面5b(筒内面)の内径および外面5cの外径が漸次縮径する円錐台状の筒状部である。
第1筒状部5Aの先端は、第2筒状部3Aの基端側の開口3aに接続している。
第2筒状部3Aは、基端部に円状の開口3aが形成され、基端側から先端側に向かうにつれて内面3b(筒内面)の内径および外面3cの外径が漸次縮径する円錐台状の筒状部である。
第2筒状部3Aの先端は、第3筒状部4Aの基端側の開口4aに接続している。
第3筒状部4Aは、基端部に円状の開口4aが形成され、基端側から先端側に向かうにつれて内面4b(筒内面)の内径よび外面4cの外径が漸次縮径する円錐台状の筒状部である。
第3筒状部4Aの先端には、円状の開口4dが形成されている。
In the first
The distal end of the first
The second
The distal end of the second
The third
A
第1筒部材2Aにおいて、開口5a、3a、4a、4dの内径をそれぞれd5a、d3a、d4a、d4dとし、外径をそれぞれD5a、D3a、D4a、D4dとする。本実施形態では、d5a>d3a>d4a>d4d、かつ、D5a>D3a>D4a>D4dである。
In the first
第1筒状部5A、第2筒状部3A、および第3筒状部4Aの軸方向の各長さは、特に限定されない。本実施形態では、一例として、第2筒状部3A、第3筒状部4A、および第1筒状部5Aの順に、軸方向の長さが長くなっている。
The lengths in the axial direction of the first
図1に示すように、第2筒部材2B(第3筒部材2C)は、内径および外径の大きさを除けば、第1筒部材2Aと略同様な形状を有する。
図2に示すように、単体の第2筒部材2B(第3筒部材2C)は、板厚が略一定(一定の場合を含む)の筒状部材であり、基端側から先端側に向かって、第1筒状部5B(5C)、第2筒状部3B(3C)、および第3筒状部4B(4C)が形成されている。
As shown in FIG. 1, the
As shown in FIG. 2, the single second
図1に示すように、第1筒部材2A(基端側筒部材)の第3筒状部4Aは、先端側に隣接する第2筒部材2B(先端側筒部材)の第1筒状部5Bの内部に挿入され、隙間9aをあけて配置されている。第1筒部材2Aと第2筒部材2Bとは、図示略の支持部によって互いの相対位置が固定されている。
図3に示すように、隙間9aは、第1筒状部5Bの内面5bと、第3筒状部4Aの外面4cと、の間に形成される。
隙間9aにおける第1筒状部5Bの内面5bと第3筒状部4Aの外面4cとの間隔(以下、「隙間9aの大きさ」という)は、周方向においては一定であるが、軸方向においては変化してもよい。例えば、隙間9aの大きさは、隙間9aの基端側となる開口5aの位置ではh1であり、隙間9aの先端側となる開口4dの位置ではh2である。
As shown in FIG. 1, the third
As shown in FIG. 3, the
The gap between the
h1、h2の大きさは、隙間9aを通して第1筒部材2A内に流入する外気K1の流量が適切に確保できるようにすればよい。
h1、h2の相対的な大きさは、隙間9aの流路断面積が、基端側の開口5aから先端側の開口4dに向かって漸次減少する大きさにすることがより好ましい。
例えば、h2<h1とすれば、開口5aから開口4dに向かうにつれて、h1からh2に漸次縮小するため、隙間9aの流路断面積も、確実に開口5aから開口4dに向かうにつれて漸次減少する。
The sizes of h1 and h2 may be such that the flow rate of the outside air K1 flowing into the first
More preferably, the relative sizes of h1 and h2 are such that the flow path cross-sectional area of the
For example, if h2 <h1, the flow path cross-sectional area of the
例えば、h2=h1の場合、隙間9aの大きさは一定であるが、隙間9a全体は、基端側から先端側に縮径する円錐台状である。すなわち、隙間9aの流路断面形状は、幅一定の円環であって、かつ、基端側から先端側に向かうにつれて漸次縮径していく。このため、h2=h1であっても、隙間9aの流路断面積は、確実に開口5aから開口4dに向かうにつれて漸次減少する。
一方、h2>h1の場合でも、第3筒状部4Aと第1筒状部5Bの縮径の度合い(テーパの大きさ)によっては、流路断面積が開口5aから開口4dに向かうにつれて漸次減少することが可能である。
For example, when h2 = h1, the size of the
On the other hand, even in the case of h2> h1, depending on the degree of diameter reduction (taper size) of the third
図1に示すように、第2筒部材2B(基端側筒部材)の第3筒状部4Bは、基端側に隣接する第3筒部材2C(先端側筒部材)の第1筒状部5Cの内部に挿入され、隙間9bをあけて配置されている。第2筒部材2Bと第3筒部材2Cとは、図示略の支持部によって互いの相対位置が固定されている。
隙間9bは、第1筒状部5Cの内面5bと、第3筒状部4Bの外面4cと、の間に形成される。
隙間9bにおける第1筒状部5Cの内面5bと第3筒状部4Bの外面4cとの間隔(以下、「隙間9bの大きさ」という)は、周方向においては一定であるが、軸方向においては変化してもよい。本実施形態では、隙間9bの大きさは、隙間9aと同様、基端側となる開口5aの位置ではh1、先端側となる開口4dの位置ではh2としている。ただし、隙間9bにおけるh1、h2の寸法は、隙間9aにおけるh1、h2とは変えてもよい。
As shown in FIG. 1, the third
The
An interval between the
第1筒部材2A、第2筒部材2B、および第3筒部材2Cは、例えば、鋼製等の金属製である。
第1筒部材2A、第2筒部材2B、および第3筒部材2Cを支持する支持部の構成としては、例えば、各筒部材を個々に、高温排気筒ユニット1の外部の図示略の固定部(例えば、躯体、壁面、支柱等)に連結する構成でもよい。あるいは、支持部の構成としては、隙間9a(9b)を介して互いに対向する第3筒状部4A(4B)と第1筒状部5B(5C)との間において、柱状、板状などの連結部材を周方向に間をあけて配置した構成でもよい。
The
As a structure of the support part that supports the
図1に示すように、第1筒部材2Aの第1筒状部5Aの内部には、例えば、円筒状の排気出口8の先端部が、隙間10をあけて配置されている。排気出口8と第1筒部材2Aとは、図示略の支持部によって互いの相対位置が固定されている。
隙間10は、例えば、隙間9aと同様の形状に形成される。
なお、排気出口8は、円筒状には限定されず、基端側から先端側に向かって縮径するテーパ状に形成されてもよい。
As shown in FIG. 1, for example, a distal end portion of a
The
The
整流器7A、7B、7Cは、それぞれ第1筒部材2A、第2筒部材2B、第3筒部材2Cの内部に配置されて、各筒部材の内部を流通する気体を層流として流通させる。
整流器7A、7B、7Cは、例えば、鋼製等の金属製である。
整流器7A、7B、7Cは、それぞれの配置位置における筒部材の内径の相違に応じて外形が異なる点を除いて、同様に構成される。そこで、以下では、整流器7Aの例を中心として説明する。
The
The
The
図2に示すように、整流器7Aは、軸方向に延びる長板状の板部7a(整流板)が軸方向から見て格子状に組み込まれている。軸方向における整流器7Aの位置は、第2筒状部3Aの範囲であればどの位置でもよい。ただし、第1筒状部5Aに沿って流入する外気K1(図1参照)を効率的に整流するには、整流器7Aの基端を第2筒状部3Aの基端部に配置するとよい。
また、整流器7Aの軸方向の長さは、第2筒状部3Aの長さ以下の範囲で、良好な整流性能が得られる適宜長さにすることができる。
図2に示す例では、整流器7Aは、第2筒状部3Aの長さよりも短く形成され、第2筒状部3Aの基端側に配置されている。
整流器7Aは、第2筒状部3Aの内面3bから離間して配置されてもよいが、製造コストを考慮すると、整流器7Aの外側側面が内面3bに当接するように形成することがより好ましい。
整流器7Aは、第2筒状部3Aの内面3bに、例えば、溶接等で固定されてもよい。あるいは、図2に示す例のように、整流器7Aが第2筒状部3Aの基端側に配置される場合には、整流器7Aが図2では図示されない排気出口8(図1参照)の先端に着座して固定されてもよい。
As shown in FIG. 2, the
Further, the axial length of the
In the example shown in FIG. 2, the
The
The
整流器7Aの先端には、四角形と四角形の一部を欠いた形状とを含む略四角形状の開口部7bが多数形成されている(図4参照)。整流器7Aの基端には、各開口部7bに対応してそれぞれ開口部7cが形成されている。
各開口部7b、7cの間には、軸方向に直交する断面が略四角形状の流路が軸方向に延ばされている。
1つの流路の流路断面積は、軸方向において一定でもよいし、変化してもよい。流路断面積が変化する場合には、圧力損失を低減するため、基端側の開口部7cの断面積が先端側の開口部7bの断面積よりも大きく、その間の断面積は、基端側から先端側に漸次縮小する変化が好ましい。
At the tip of the
Between each opening
The channel cross-sectional area of one channel may be constant in the axial direction or may vary. When the cross-sectional area of the flow path changes, in order to reduce pressure loss, the cross-sectional area of the
本実施形態の構成において、例えば、板部7aの板厚は一定でもよい。この場合、四角形断面の流路では、流路断面積を一定にすることができる。
整流器7Aの外周部における四角形の一部を欠いた形状の流路は、板部7aと第2筒状部3Aの内面3bとの間に形成される。この場合、第2筒状部3Aの内面3bは基端側から先端側に向かって縮径しているため、流路断面積は基端側から先端側に向かって漸次減少する。
本実施形態の構成において、例えば、板部7aの板厚は、基端側から先端側に向かって漸次厚くなっていてもよい。このようにすれば、四角形断面の流路でも、四角形の一部を欠いた形状の流路でも、流路断面積が基端側から先端側に向かって漸次減少するように構成することができる。
In the configuration of the present embodiment, for example, the plate thickness of the
A flow path having a shape lacking a part of a quadrangle at the outer peripheral portion of the
In the configuration of the present embodiment, for example, the plate thickness of the
本実施形態の高温排気筒ユニット1の動作を説明する。
図5は、本発明の第一実施形態の高温排気筒ユニットの動作説明図である。
The operation of the high temperature
FIG. 5 is an operation explanatory diagram of the high-temperature exhaust stack unit according to the first embodiment of the present invention.
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すると、図5に示すように、高温の排気ガスGが排気出口8から上方の高温排気筒ユニット1の第1筒部材2Aに流入する。
排気ガスGは、第1筒部材2Aの第1筒状部5Aを通って第2筒状部3Aに流れる。このとき、第1筒状部5Aは、基端側から先端側に縮径するテーパ部になっているため、排気ガスGは流速を増して第2筒状部3Aに向かう。
第1筒状部5Aによって、排気ガスGの流速が増加することで、排気出口8と第1筒状部5Aとの隙間10から排気ガスGよりも低温の外気K1が第1筒部材2A内に流入する。外気K1は、第1筒状部5Aの内面5bに沿って上方に流れる。
For example, when fuel is burned by a gas turbine (not shown) as an engine generator, high-temperature exhaust gas G flows from the
The exhaust gas G flows to the second
The flow rate of the exhaust gas G is increased by the first
第2筒状部3A内には、整流器7Aが設置されているために、外気K1および排気ガスGは、整流器7Aを通過することによって、層流に整流される。
このとき、外気K1は、第1筒状部5Aの内面5bに沿って進むため、内面5bの先端側に隣接する第2筒状部3Aの内面3bに沿って進む。このため、外気K1は、図4に示すように、整流器7Aの外周部7dに流入する。
排気ガスGは、排気出口8の上方に進み隙間10から流入する外気K1によって外周が囲まれた状態で、第2筒状部3Aの中心部に集中するように流れる。このため、図4に示すように、排気ガスGは、整流器7Aの中心部7eに流入する。
Since the
At this time, since the outside air K1 travels along the
The exhaust gas G flows above the
整流器7Aの外周部7d、中心部7eにはそれぞれ複数の流路が形成されているため、異なる流路を通過する外気K1と排気ガスGとは混じり合うことなく別々の流路を通って整流される。外気K1と排気ガスGとが同一の流路を通過する場合、流路内で一部が混じり合う可能性がある。しかし、外気K1が通過する範囲内に複数の開口部7b、7cが形成されることによって、外気K1のみが通過して、排気ガスGとが互いに混じり合わない流路を形成することができる。
整流器7Aの流路のうち、基端側から先端側に向かって流路断面が縮径する流路を通る外気K1、排気ガスGは、整流されるとともに加速される。
Since the outer
Out of the flow path of the
整流器7Aの外周部7d、中心部7eの開口部7cに流入した外気K1、排気ガスGは、それぞれの上方の開口部7bから第2筒状部3Aの先端側に流れる。このため、中心部7eを通過する排気ガスGは、整流器7Aの上方でも、外周部7dを通過する外気K1によって外周を囲まれる。外気K1、排気ガスGは、いずれも整流されて層流になっているため、互いにほとんど混合することなく、先端側に進む。
本実施形態では、第2筒状部3Aの内面3bは、基端側から先端側に向かうにつれて縮径するテーパ状であるため、外気K1および排気ガスGはいずれも加速される。このため、内面3bのテーパを適宜の大きさに形成すれば、整流器7Aを通過する際の抵抗によって外気K1および排気ガスGの流速が下がっても、外気K1および排気ガスGの流速を回復することができる。
The outside air K1 and the exhaust gas G that have flowed into the outer
In the present embodiment, since the
第2筒状部3Aによって加速された外気K1および排気ガスGは、第2筒状部3Aの先端部と同径の開口4aから次第に縮径する第3筒状部4Aを通過することでさらに流速を増して第2筒部材2Bの第1筒状部5Bに流入する。
このように、第1筒部材2Aの内部では、中心部に高温の排気ガスGの層流が流れ、排気ガスGを囲む外周部には、内面5b、3b、4bに沿って、より低温であって常温に近い外気K1の層流が流れる。このため、第1筒部材2Aの各内面には、排気ガスGが接触せず、かつ低温の外気K1が接触することによって、排気ガスGが中心部を流れても温度上昇が抑制される。
The outside air K1 and the exhaust gas G accelerated by the second
Thus, in the first
第3筒状部4Aを通過することによって速度を増した外気K1が、隙間9aの先端側を通過すると、ベンチュリー効果によって隙間9aが負圧になる。このため、隙間9aを通って外気K2が第2筒部材2B内に流入する。外気K2は、第1筒状部5Bの内面5bに沿って上方に流れる。
外気K2の内側には、整流された外気K1および排気ガスGに流れる。外気K1は排気ガスGで熱せられて、ある程度は温度上昇しているが、外気K2は、高温排気筒ユニット1の外部から流入するため、外気温に等しく、第2筒部材2Bに到達する外気K1よりも低温である。
When the outside air K1 whose speed has been increased by passing through the third
The rectified outside air K1 and exhaust gas G flow inside the outside air K2. The outside air K1 is heated by the exhaust gas G and has risen in temperature to some extent. However, since the outside air K2 flows in from the outside of the high-temperature
第2筒状部3B内には、整流器7Bが設置されているために、外気K2と、外気K1および排気ガスGとは、整流器7Bを通過することによって、整流器7Aを通過する場合と同様にして層流に整流される。
このとき、外気K2は、第1筒状部5Bの内面5bに沿って進むため、内面5bの先端側に隣接する第2筒状部3Bの内面3bに沿って進む。このため、外気K2は、整流器7Bの外周部に流入する。
外気K1および排気ガスGは、第1筒部材2Aの開口4dの上方に進み隙間9aから流入する外気K2によって外周が囲まれた状態で、第2筒状部3Bの中心部に集中するように流れる。このため、外気K1および排気ガスGは、整流器7Bの中心部に流入する。
整流器7Bでは、整流器7Aと同様に、外気K2が整流器7Bの外周部に流れ、外気K1および排気ガスGが整流器7Bの中心部に流れるため、互いにほとんど混じり合うことなく別々の流路を通って整流される。
整流器7Bの流路のうち、基端側から先端側に向かって流路断面が縮径する流路を通る外気K2、K1、および排気ガスGは、整流されるとともに加速される。
Since the
At this time, since the outside air K2 travels along the
The outside air K1 and the exhaust gas G are concentrated in the center of the second
In the
Out of the flow paths of the
整流器7Bの開口部7cに流入した、外気K2と、外気K1および排気ガスGとは、それぞれの上方の開口部7bから第2筒状部3Bの先端側に流れる。このため、中心部を通過する外気K1および排気ガスGは、整流器7Bの上方でも、外周部を通過する外気K2によって外周を囲まれる。外気K2と、外気K1および排気ガスGとは、いずれも整流されて層流になっているため、互いにほとんど混合することなく先端側に進む。
The outside air K2, the outside air K1, and the exhaust gas G that have flowed into the
整流器7Aでは、排気ガスGと、排気ガスGをリング状に囲む外気K1とによって2層の層流が形成される。これに対して、整流器7Bでは、排気ガスGと、排気ガスGをリング状に囲む外気K1と、外気K1をリング状に囲む3層の層流が形成される。
ただし、第2筒部材2Bの内部においては、外気K1および排気ガスGをリング状に囲む外気K2の層流が形成されていることが重要である。外気K1と排気ガスGとは、全体として層流になっていればよく、必ずしも2層に分かれた層流でなくてもよい。
In the
However, it is important that a laminar flow of the outside air K2 surrounding the outside air K1 and the exhaust gas G in a ring shape is formed inside the second
本実施形態では、第2筒状部3Bの内面3bは、基端側から先端側に向かうにつれて縮径するテーパ状であるため、外気K2と、外気K1および排気ガスGはいずれも加速される。このため、内面3bのテーパを適宜の大きさに形成すれば、整流器7Bを通過する際の抵抗によって、外気K2と、外気K1および排気ガスGとの流速が下がっても、流速を回復することができる。
In the present embodiment, the
第2筒状部3Bによって加速された外気K2と、外気K1および排気ガスGとは、第2筒状部3Bの先端部と同径の開口3aから次第に縮径する第3筒状部4Bを通過することでさらに流速を増して、図示略の第3筒部材2Cの第1筒状部5Bに流入する。
このように、第2筒部材2Bの内部では、中心部に高温の排気ガスGを含む外気K1および排気ガスGの層流が流れ、外気K1および排気ガスGを囲む外周部には、内面5b、3b、4bに沿って、より低温であって常温に近い外気K2の層流が流れる。このため、第2筒部材2Bの各内面には、外気K1および排気ガスGが接触せず、かつ低温の外気K2が接触することによって、排気ガスGが中心部を流れても温度上昇が抑制される。
The outside air K2 accelerated by the second
As described above, in the second
第3筒部材2Cに流入する外気K2、K1、および排気ガスGは、第2筒部材2Bにおけると同様にして、隙間9bから外気K3(図1参照)が流入し、外気K3によってリング状に囲まれた状態で整流器7Cによって整流される。排気ガスGは、第2筒部材2Bを通過する場合と同様に、第3筒部材2Cの内面に接触することなく第3筒状部4Cの開口4aから外部に排気される。
The outside air K2, K1, and the exhaust gas G flowing into the
以上説明したように、本実施形態の高温排気筒ユニット1によれば、排気出口8から排気ガスGが流入すると、整流器7A、7B、7Cで順次整流されるとともに、隙間10、9a、9bの近傍で高速に流れることで、隙間10、9a、9bから、それぞれ外気K1、K2、K3が流入する。このため、筒本体2の内面と排気ガスGとの間に、排気ガスGに比べて格段に低温である外気K1、K2、K3のいずれからなる層流が形成されることで、排気ガスGが筒本体2の内面に接触しない。この結果、高温排気筒ユニット1では、断熱材を用いることなく、筒本体2の温度上昇を抑制することができる。
さらに、筒本体2の温度上昇が抑制されるため、筒本体2が高温に曝されることによる強度低下が抑制される。このため、高温排気筒ユニット1は長寿命になる。
筒本体2内を流れる排気ガスG等の流速が低下すると、外気の流入量が低下して筒本体2の温度上昇の抑制がうまくいかなくなる可能性があるが、高温排気筒ユニット1では、第2筒状部3A、3B、3Cが、いずれも基端側から先端側に縮径されているため、第2筒状部3A、3B、3Cの通過時に排気ガスG等が加速される。このため、高温排気筒ユニット1は、外気の流入量を安定させることができる。
As described above, according to the high temperature
Furthermore, since the temperature rise of the cylinder
If the flow velocity of the exhaust gas G or the like flowing through the cylinder
高温排気筒ユニット1では、断熱材を用いることなく筒本体2の温度上昇を抑制できるため、高温排気筒ユニット1内に雨水が浸入したり、結露が生じたりした場合でも、間欠運転を行う際の水分の急激な加熱による断熱材の破損などを引き起こすことがない。
高温排気筒ユニット1は、温度上昇を抑制するために断熱材や二重管等を使用しなくてもよいため、製造コストを低減できる。
高温排気筒ユニット1内に雨水が浸入したり結露したりしたとしても、水分は筒本体2の内面を伝わって第1筒状部5A、5B、5Cから外部環境に排出されるため、雨水や結露による水の悪影響を回避できる。
In the high-temperature
The high-temperature
Even if rainwater enters or condenses in the high-temperature
[第1変形例]
次に、上記第一実施形態の第1変形例について説明する。
図6は、本発明の第一実施形態の高温排気筒ユニットの変形例(第1変形例)の主要部の構成を示す模式的な断面図である。
[First Modification]
Next, a first modification of the first embodiment will be described.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a main part of a modified example (first modified example) of the high-temperature exhaust stack unit according to the first embodiment of the present invention.
図1に示すように、本変形例の高温排気筒ユニット11(高温排気筒)は、上記第一実施形態の高温排気筒ユニット1の第1筒部材2A、第2筒部材2B、および第3筒部材2Cに代えて、第1筒部材12A、第2筒部材12B、および第3筒部材12Cの3つの筒部材を備える。第1筒部材12A、第2筒部材12B、および第3筒部材12Cは、筒本体12を構成する。
以下、上記第一実施形態と異なる点を中心に説明する。
As shown in FIG. 1, the high-temperature exhaust cylinder unit 11 (high-temperature exhaust cylinder) of the present modification includes a
Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment.
図6に示すように、第1筒部材12A(第2筒部材12B、第3筒部材12C)は、上記第一実施形態の整流器7A(7B、7C)に代えて、整流器17A(17B、17C)を備える。
整流器17A(17B、17C)は、板厚一定の長板状の板部17a(整流板)が軸方向から見て格子状に組み込まれている。整流器17A(17B、17C)の先端には、整流器7A(7B、7C)と同様の略四角形状の開口部17bが多数形成されている(図4参照)。整流器17A(17B、17C)の基端には、各開口部17bに対応してそれぞれ開口部17cが形成されている。
各開口部17b、17cの間には、軸方向に直交する断面が略四角形状の流路が軸方向に延ばされている。
1つの流路の断面形状は、断面積が軸方向における同位置の開口3aの断面積に比例する形状であって、軸方向の異なる位置で互いに相似になる形状に形成される。このため、各流路の流路断面積は、基端側の開口部17cの断面積から先端側の開口部17bの断面積まで直線的に変化する。各流路は、開口部17cを底面、開口部17bを上面とする錐台状である。各流路の中心軸線Cは、第2筒状部3A(3B、3C)の中心軸線Oに対して、一般には斜行している。
このような整流器17A(17B、17C)の形状により、各板部17aは互いに非平行に配置されている。
As shown in FIG. 6, the
In the
Between each opening
The cross-sectional shape of one flow path is a shape whose cross-sectional area is proportional to the cross-sectional area of the
Due to the shape of the
本変形例の高温排気筒ユニット11によれば、第2筒状部3A(3B、3C)に流入する外気および排気ガスGが整流器17A(17B、17C)によって層流に整流され、第2筒状部3A(3B、3C)の内面3bによって流速が加速される。
このため、第1筒部材12A、第2筒部材12B、第3筒部材12Cの各内面には、それぞれ隙間10、9a、9bから流入した外気K1、K2、K3が層流として流れ、排気ガスGが内面に接触することがない。これにより、本変形例の高温排気筒ユニット11は、上記第一実施形態と同様に、断熱材を用いることなく高温排気ガスの接触を抑えて高強度で長寿命の高温排気筒になっている。
さらに、本変形例では、整流器17A(17B、17C)の各流路の流路断面積が、第2筒状部3A(3B、3C)の軸方向に直交する断面積に比例して変化する。このため、整流器17A(17B、17C)を通過する外気または排気ガスGの流速が、整流器17A(17B、17C)を含む第2筒状部3A(3B、3C)内ですべて同様に変化する。この結果、第2筒状部3A(3B、3C)の内部を通過する外気および排気ガスGが流路断面内で一様に加速され、第2筒状部3A(3B、3C)において層流の乱れが起こりにくく、整流性能が良好になる。
According to the high-temperature
Therefore, outside air K1, K2, and K3 flowing from the
Furthermore, in this modification, the flow path cross-sectional area of each flow path of the
[第2変形例]
次に、上記第一実施形態の第2変形例について説明する。
図7は、本発明の第一実施形態の高温排気筒ユニットの変形例(第2変形例)の主要部の構成を示す模式的な断面図である。
[Second Modification]
Next, a second modification of the first embodiment will be described.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the main part of a modified example (second modified example) of the high-temperature exhaust stack unit according to the first embodiment of the present invention.
図7に軸方向に直交する断面を示すように、本変形例の高温排気筒ユニット21(高温排気筒)は、上記第一実施形態の高温排気筒ユニット1の第1筒部材2A(第2筒部材2B、第3筒部材2C)に代えて、筒部材である第1筒部材22A(第2筒部材22B、第3筒部材22C)を備える。第1筒部材22A、第2筒部材22B、および第3筒部材22Cは、筒本体22を構成する。
以下、上記第一実施形態と異なる点を中心に説明する。
As shown in a cross section orthogonal to the axial direction in FIG. 7, the high-temperature exhaust pipe unit 21 (high-temperature exhaust pipe) of the present modification is the
Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment.
第1筒部材22A(第2筒部材22B、第3筒部材22C)は、上記第一実施形態の整流器7A(7B、7C)に代えて、整流器27A、27B、27Cを備える。
整流器27A(27B、27C)は、軸方向に延びる同心円筒状の複数の板部27a(整流板)と、板部27aを径方向に連結する複数の連結板27d(整流板)とを備える。
板部27aの枚数は特に限定されない(図7の例では4枚)。各板部27aの径方向の間隔は、等間隔でもよいし不等間隔でもよい。また、板部27aの枚数および径方向の間隔は、整流器27A、27B、27Cの間で互いに異なっていてもよい。径方向の最外部における板部27aは、整流器27A(27B、27C)の先端部において、第2筒状部3A(3B、3C)の内面3bとの間に開口部27bが形成される位置に配置される。
連結板27dの枚数は特に限定されない。図7では、一例として、連結板27dが周方向を4等分する4箇所において径方向に延ばされている。ただし、各板部27aを連結する連結板27dは、径方向に連続していなくてもよい。例えば、連結板27dは、径方向に隣接する板部27aに挟まれる円環状の領域において、周方向の離間長さが一定になるように配置されてもよい。
板部27aと連結板27dとは、それぞれの交差部において、例えば、溶接などによって接合されている。
最外周における連結板27dは、例えば、溶接などによって、第2筒状部3A(3B、3C)の内面3bに固定されている。
The
The
The number of the
The number of connecting
The
The connecting
このような構成によって、整流器27A(27B、27C)における開口部27bは、軸方向から見ると、同心の円環領域が、連結板27dによって周方向に区切られた略円弧状に形成されている。
各板部27aによって挟まれた領域には、開口部27bの流路断面が軸方向に延ばされた流路が形成されている。
最外周における板部27aと第2筒状部3A(3B、3C)の内面3bに挟まれた領域には、各開口部27bの径方向の幅が基端側に向かうにつれて拡幅する流路が形成されている。
With such a configuration, the
In a region sandwiched between the
In a region sandwiched between the
本変形例の高温排気筒ユニット21によれば、第2筒状部3A(3B、3C)に流入する外気および排気ガスGが整流器27A(27B、27C)によって層流に整流され、第2筒状部3A(3B、3C)の内面3bによって流速が加速される。
このため、第1筒部材22A、第2筒部材22B、第3筒部材22Cの各内面には、それぞれ隙間10、9a、9bから流入した外気K1、K2、K3が層流として流れ、排気ガスGが内面に接触することがない。これにより、本変形例の高温排気筒ユニット21は、上記第一実施形態と同様に、断熱材を用いることなく高温排気ガスの接触を抑えて高強度で長寿命の高温排気筒になっている。
さらに、本変形例の整流器27A(27B、27C)の各流路の流路断面積が、第2筒状部3A(3B、3C)の内面3bの中心軸線に関して同心円状の略円弧状である。このため、整流器27A(27B、27C)は、第2筒状部3A(3B、3C)を流れる外気および排気ガスGの略軸対称の流れを、略軸対称の層流に整流できるため、整流性能がより良好になる。
According to the high-temperature
For this reason, the outside air K1, K2, and K3 flowing in from the
Furthermore, the flow path cross-sectional area of each flow path of the
[第3変形例]
次に、上記第一実施形態の第3変形例について説明する。
図8は、本発明の第一実施形態の高温排気筒ユニットの変形例(第3変形例)の構成例を示す模式的な断面図である。
[Third Modification]
Next, a third modification of the first embodiment will be described.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a modified example (third modified example) of the high-temperature exhaust stack unit according to the first embodiment of the present invention.
図8に示すように、本変形例の高温排気筒ユニット31(高温排気筒)は、上記第一実施形態の高温排気筒ユニット1の第1筒部材2A、第2筒部材2B、および第3筒部材2Cに代えて、第1筒部材32A、第2筒部材32B、および第3筒部材32Cの3つの筒部材を備える。第1筒部材32A、第2筒部材32B、および第3筒部材32Cは、筒本体32を構成する。
以下、上記第一実施形態と異なる点を中心に説明する。
As shown in FIG. 8, the high-temperature exhaust cylinder unit 31 (high-temperature exhaust cylinder) of the present modification includes a
Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment.
第1筒部材32A(第2筒部材32B、第3筒部材32C)は、上記第一実施形態の第3筒状部4A(4B、4C)、第1筒状部5A(5B、5C)に代えて、それぞれ、第3筒状部34A(34B、34C)、第1筒状部35A(35B、35C)を備える。
第1筒部材32A、第2筒部材32B、および第3筒部材32Cは、本変形例の筒本体32を構成する。
The first
The
第3筒状部34A(34B、34C)は、上記第一実施形態の第3筒状部4A(4B、4C)がテーパ部であるのに対して、開口4aと同径の内径を有する円筒状に形成された点が異なる。
第3筒状部34A(34B、34C)の先端には、開口4aと同径の円状の開口34dが形成される。
第3筒状部34A(34B、34C)の内径および外径は、少なくとも第2筒状部3A(3B、3C)の内径および外径よりも大きい。本変形例では、一例として、第3筒状部34A(34B、34C)の内径および外径は、第2筒状部3A(3B、3C)の基端部における内径および外径に等しい。
The third
A
The inner diameter and outer diameter of the third
第1筒状部35A(35B、35C)は、フランジ部35eと、円筒部35dとを備える。
フランジ部35eは、第2筒状部3A(3B、3C)の開口3aから径方向外側に延ばされた、軸方向から見て円環状の板状部である。
円筒部35dは、フランジ部35eの外周部から基端側に延ばされている。円筒部35dの基端部には、開口3aよりも大径の円状の開口35aが形成される。
The first
The
The
第1筒部材32Aの第3筒状部34Aは、先端側に隣接する第2筒部材32Bの第1筒状部35Bの内部に挿入され、隙間39aをあけて配置されている。第1筒部材32Aと第2筒部材32Bとは、図示略の支持部によって互いの相対位置が固定されている。
隙間39aは、第1筒状部35Bの内面35b(筒内面)と、第3筒状部34Aの外面34cと、の間に形成される。
隙間39aにおける第1筒状部35Bの内面35bと第3筒状部34Aの外面34cとの間隔は、周方向においては一定値H1である。一方、第3筒状部4Aと第1筒状部35Bにおけるフランジ部35eとの距離はH2(ただし、H2<H1)である。
H1、H2の大きさは、隙間9aを通して第1筒部材2A内に流入する外気K2の流量が適切に確保できるようにすればよい。
The third
The
The gap between the
The sizes of H1 and H2 may be such that the flow rate of the outside air K2 flowing into the first
同様に、第2筒部材32Bの第3筒状部34Bは、基端側に隣接する第3筒部材32Cの第1筒状部35Cの内部に挿入され、隙間39bをあけて配置されている。第2筒部材32Bと第3筒部材32Cとは、図示略の支持部によって互いの相対位置が固定されている。
隙間39bは、第1筒状部35Cの内面35bと、第3筒状部34Bの外面34cと、の間に形成される。
隙間39bにおける第1筒状部35Cの内面5bと第3筒状部34Bの外面4cとの間隔は一定値H1である。第3筒状部4Bと第1筒状部35Cにおけるフランジ部35eとの距離はH2(ただし、H2<H1)である。
ただし、隙間39bにおけるH1、H2の寸法は、隙間39aにおけるH1、H2とは変えてもよい。
Similarly, the third
The
The gap between the
However, the dimensions of H1 and H2 in the
同様に、第1筒部材32Aの第1筒状部35Aの内部には、排気出口8の先端部が、隙間40をあけて配置されている。排気出口8と第1筒部材32Aとは、図示略の支持部によって互いの相対位置が固定されている。
隙間40は、例えば、隙間39aと同様の形状に形成される。
Similarly, the front end portion of the
The
このような構成によれば、外気および排気ガスGの流路が、第3筒状部34A、34B、34Cにおいて、円筒状であるため、第3筒状部34A、34B、34Cでは外気および排気ガスGが加速されない点が、上記第一実施形態と異なる。
さらに、外気K1、K2、K3の流路が、略円筒状であるため、基端側の流路の幅H1が先端側の流路の幅H2に縮小することによってのみ外気K1、K2、K3が加速される点が、上記第一実施形態と異なる。
According to such a configuration, since the flow paths of the outside air and the exhaust gas G are cylindrical in the third
Furthermore, since the flow paths of the outside air K1, K2, and K3 are substantially cylindrical, the outside air K1, K2, and K3 are only generated by reducing the width H1 of the flow path on the proximal end side to the width H2 of the flow path on the distal end side. The point that is accelerated is different from the first embodiment.
本変形例の高温排気筒ユニット31によれば、第2筒状部3A(3B、3C)に流入する外気および排気ガスGが整流器7A(7B、7C)によって層流に整流され、第2筒状部3A(3B、3C)の内面3bによって流速が加速される。
このため、第1筒部材32A、第2筒部材32B、第3筒部材32Cの各内面には、それぞれ隙間40、39a、39bから流入した外気K1、K2、K3が層流として流れ、排気ガスGが内面に接触することがない。これにより、本変形例の高温排気筒ユニット31は、上記第一実施形態と同様に、断熱材を用いることなく高温排気ガスの接触を抑えて高強度で長寿命の高温排気筒になっている。
According to the high-temperature
For this reason, the outside air K1, K2, K3 flowing from the
[第二実施形態]
次に、第二実施形態の高温排気筒について説明する。
図9は、本発明の第二実施形態の高温排気筒ユニットの構成例を示す模式的な部分破断斜視図である。
[Second Embodiment]
Next, the high temperature exhaust pipe of the second embodiment will be described.
FIG. 9 is a schematic partially broken perspective view showing a configuration example of the high-temperature exhaust stack unit according to the second embodiment of the present invention.
図9に示すように、本実施形態の高温排気筒ユニット41(高温排気筒)は、上記第一実施形態の高温排気筒ユニット1の第1筒部材2A、第2筒部材2B、第3筒部材2C、および整流器7A、7B、7Cに代えて、第1筒部材42A、第2筒部材42B、第3筒部材42C、および整流器47A、47B、47Cを備える。第1筒部材42A、第2筒部材42B、および第3筒部材42Cの3つの筒部材は、筒本体42を構成する。
以下、上記第一実施形態と異なる点を中心に説明する。
As shown in FIG. 9, the high temperature exhaust cylinder unit 41 (high temperature exhaust cylinder) of the present embodiment includes a
Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment.
第1筒部材42A、第2筒部材42B、および第3筒部材42Cは、軸方向に直交する断面形状が略四角形である点のみが、上記第一実施形態の第1筒部材2A、第2筒部材2B、および第3筒部材2Cと異なる。第1筒部材42A、第2筒部材42B、および第3筒部材42Cにおける「略四角形」の断面形状は、正方形、長方形を含む凸四角形の他に、四角形の角が丸められた形状や、四角形の四辺が円弧状に湾曲した形状などが含まれる。
以下では、一例として、図9に示すように、軸方向に直交する断面形状が正方形の場合の例で説明する。
The
Hereinafter, as an example, as shown in FIG. 9, an example in which the cross-sectional shape orthogonal to the axial direction is a square will be described.
第1筒部材42A(第2筒部材42B、第3筒部材42C)は、上記第一実施形態における第1筒状部5A(5B、5C)、第2筒状部3A(3B、3C)、第3筒状部4A(4B、4C)に代えて、軸方向に直交する断面が正方形の第1筒状部45A(45B、45C)、第2筒状部43A(43B、43C)、第3筒状部44A(44B、44C)を備える。
第1筒状部45Cの内部には第3筒状部44Bが、第1筒状部45Bの内部には第3筒状部44Cが、第1筒状部45Aの内部には軸方向に直交する断面が正方形の排気出口48が、それぞれ隙間49b、49a、50をあけて配置されている。
第1筒部材42A、第2筒部材42B、第3筒部材42C、および排気出口48は、上記第一実施形態と同様にして互いに軸方向の位置が固定されている。
本実施形態の筒本体42において、それぞれの軸方向に直交する断面の正方形の対辺に直交する縦断面の形状は、上記第一実施形態の筒本体2の中心軸線を含む縦断面の形状と同一である。
このため、第1筒状部45A(45B、45C)、第2筒状部43A(43B、43C)、および第3筒状部44A(44B、44C)は、基端側から先端側に縮径する四角錐台状の角筒からなる。
The first
The third
The first
In the cylinder
For this reason, the first
整流器47A(47B、47C)は、第2筒状部43A(43B、43C)が四角錐台状の角筒であることに対応して、外形が第2筒状部43A(43B、43C)の内面43b(筒内面)に当接する四角錐台状である点を除いて、整流器7A(7B、7C)と同様の部材である。
整流器47A(47B、47C)は、上記第一実施形態の整流器7A(7B、7C)と同様にして、第2筒状部43A(43B、43C)の内面43bに固定される。
The
The
このような構成により、本実施形態の高温排気筒ユニット41は、中心軸線に直交する断面形状が正方形である以外は、上記第一実施形態の高温排気筒ユニット1と同様の構成を有する。
このため、高温排気筒ユニット41によれば、第2筒状部43A(43B、43C)に流入する外気K1(K2、K3)および排気ガスGが整流器47A(47B、47C)によって層流に整流され、第2筒状部43A(43B、43C)の内面43bによって流速が加速される。
このため、第1筒部材42A、第2筒部材42B、第3筒部材42Cの各内面には、それぞれ隙間50、49a、49bから流入した外気K1、K2、K3が層流として流れ、排気ガスGが内面に接触することがない。これにより、本実施形態の高温排気筒ユニット41は、上記第一実施形態と同様に、断熱材を用いることなく高温排気ガスの接触を抑えて高強度で長寿命の高温排気筒になっている。
With such a configuration, the high-temperature
Therefore, according to the high temperature
For this reason, outside air K1, K2, and K3 flowing in from the
なお、上記第一実施形態では、第1筒状部および第3筒状部がテーパ部からなる場合の例で説明し、上記第3変形例では、第1筒状部および第3筒状部が円筒部からなる場合の例で説明した。しかし、第1筒状部および第3筒状部の一方のみがテーパ部で構成されてもよい。 In the first embodiment, an example in which the first cylindrical portion and the third cylindrical portion are tapered portions will be described. In the third modified example, the first cylindrical portion and the third cylindrical portion are described. As described above, an example in the case of a cylindrical portion. However, only one of the first cylindrical portion and the third cylindrical portion may be configured with a tapered portion.
上記各実施形態および各変形例の説明では、筒本体が3つの筒部材からなり、3つの筒部材すべてが、基端側から先端側に縮径する第2筒状部を有する場合の例で説明した。しかし、基端側から先端側に縮径する第2筒状部は、内部を通る気体を加速することが必要な部位に配置された少なくとも一つの筒部材に形成されていればよい。
例えば、筒本体の基端側のみ、先端側のみに、基端側から先端側に縮径する第2筒状部を設けてもよい。例えば、軸方向において、適宜間隔をあけた筒部材に基端側から先端側に縮径する第2筒状部を設けてもよい。
In the description of each of the above-described embodiments and modifications, the cylinder main body includes three cylindrical members, and all the three cylindrical members have an example in which the second cylindrical portion has a diameter reduced from the proximal end side to the distal end side. explained. However, the 2nd cylindrical part diameter-reduced from the base end side to the front end side should just be formed in the at least 1 cylinder member arrange | positioned in the site | part which needs to accelerate the gas which passes through an inside.
For example, you may provide the 2nd cylindrical part diameter-reduced from the base end side to the front end side only at the base end side of a cylinder main body, and only at the front end side. For example, a second cylindrical portion that decreases in diameter from the proximal end side to the distal end side may be provided in a cylindrical member that is appropriately spaced in the axial direction.
上記第二実施形態の説明では、筒本体42および整流器47A、47B、47Cの軸方向に直交する断面における外形が略四角形の場合の例で説明した。しかし、これらの外形状は、略四角形以外の略多角形であってもよい。
In the description of the second embodiment, the example in the case where the outer shape in the cross section orthogonal to the axial direction of the cylinder
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態及びその変形例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
例えば、上記第2変形例の整流器に、上記第1変形例を適用して、整流器の流路の断面積が基端側から先端側に第2筒状部と流路断面積と同様に縮径するようにしてもよい。
例えば、上記第一実施形態の整流器において外周部のみを、上記第2変形例と同様の同心円状の流路に置き換えてもよい。
As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment and its modification. Additions, omissions, substitutions, and other modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
Further, the present invention is not limited by the above description, and is limited only by the appended claims.
For example, by applying the first modification to the rectifier of the second modification, the cross-sectional area of the flow path of the rectifier is reduced from the proximal end side to the distal end side in the same manner as the second tubular portion and the flow passage cross-sectional area. You may make it diameter.
For example, only the outer peripheral portion of the rectifier of the first embodiment may be replaced with a concentric flow path similar to that of the second modification.
1、11、21、31、41 高温排気筒ユニット(高温排気筒)
2、12、22、32、42 筒本体
2A、12A、22A、32A、42A 第1筒部材(筒部材、基端側筒部材)
2B、12B、22B、32B、42B 第2筒部材(筒部材、先端側筒部材、基端側筒部材)
2C、12C、22C、32C、42C 第3筒部材(筒部材、先端側筒部材)
3a、4a、4d、5a、34d、35a 開口
3b、4b、5b、35b、43b 内面(筒内面)
3A、3B、3C、43A、43B、43C 第2筒状部
3c、4c、5c、34c 外面
4A、4B、4C、34A、34B、34C、44A、44B、44C 第3筒状部
5A、5B、5C、35A、35B、35C、45A、45B、45C 第1筒状部
7a、17a、27a 板部(整流板)
7A、7B、7C、17A、17B、17C、27A、27B、27C、47A、47B、47C 整流器
7b、7c、17b、17c、27b 開口部
8、48 排気出口
9a、9b、10、39a、39b、40、49a、49b、50 隙間
17b、17c 開口部
27d 連結板(整流板)
35d 円筒部
G 排気ガス(高温排気ガス)
K1、K2、K3 外気
1, 11, 21, 31, 41 High temperature exhaust pipe unit (high temperature exhaust pipe)
2, 12, 22, 32, 42
2B, 12B, 22B, 32B, 42B Second cylinder member (cylinder member, distal end side cylinder member, proximal end side cylinder member)
2C, 12C, 22C, 32C, 42C Third cylinder member (cylinder member, front end side cylinder member)
3a, 4a, 4d, 5a, 34d,
3A, 3B, 3C, 43A, 43B, 43C Second
7A, 7B, 7C, 17A, 17B, 17C, 27A, 27B, 27C, 47A, 47B,
35d Cylindrical part G Exhaust gas (high temperature exhaust gas)
K1, K2, K3 Outside air
Claims (3)
前記筒部材のそれぞれの内部に設置されて、前記筒部材の内部を流通する気体を層流として流通させる整流器と、
を備え、
軸方向において互いに隣り合う前記筒部材のうち、前記筒本体の基端側に位置する筒部材を基端側筒部材、前記筒本体の先端側の位置する筒部材を先端側筒部材と称するとき、
前記基端側筒部材の第3筒状部は、前記先端側筒部材の第1筒状部の内部において前記先端側筒部材の第1筒状部との間に外気が流入する隙間をあけて配置され、
前記第2筒状部のうち少なくとも一つは、基端側から先端側に向かって漸次縮径する筒内面を有し、
前記隙間を通して前記外気が流入し、前記筒部材のそれぞれの内部で、前記外気が前記筒部材のそれぞれの筒内面に沿う層流として流通するようにした、高温排気筒。 A first cylindrical portion, a second cylindrical portion having a cylindrical inner surface that is reduced in diameter relative to a cylindrical inner surface of the first cylindrical portion, and a cylindrical inner surface that is reduced in diameter below the cylindrical inner surface of the second cylindrical portion. A cylindrical body having a third cylindrical portion formed in this order, arranged in a plurality in the axial direction, and a cylindrical main body for circulating high-temperature exhaust gas inside the cylindrical member;
A rectifier that is installed in each of the cylindrical members and circulates a gas flowing through the cylindrical member as a laminar flow;
With
Of the cylindrical members adjacent to each other in the axial direction, a cylindrical member positioned on the proximal end side of the cylindrical main body is referred to as a proximal end side cylindrical member, and a cylindrical member positioned on the distal end side of the cylindrical main body is referred to as a distal end side cylindrical member. ,
The third cylindrical portion of the proximal end side cylindrical member has a gap through which outside air flows between the first cylindrical portion of the distal end side cylindrical member and the first cylindrical portion of the distal end side cylindrical member. Arranged,
At least one of the second cylindrical portions has a cylindrical inner surface that gradually decreases in diameter from the proximal end side toward the distal end side,
A high-temperature exhaust pipe in which the outside air flows in through the gap and the outside air flows as a laminar flow along the inner surface of each cylinder member inside each cylinder member.
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JP2020085308A (en) * | 2018-11-21 | 2020-06-04 | 株式会社パロマ | Water heater |
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- 2015-08-20 JP JP2015162805A patent/JP2017040440A/en active Pending
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