JP2019120454A - 煙突 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガス旋回流の持続時間延長により、通常仕様の煙突は勿論、たとえ大径で長寸の大型煙突であっても、高い排ガスの排出効率を確保することができる煙突を提供する。【解決手段】煙突１は、円筒状の内筒２と、これを取り囲む外筒３との間に断熱材４が装填された周壁５を備える。排ガス発生源から吐出される排ガスは、排ガスの流れ変換手段１３の湾曲部１３Ｂでなされる方向転換により旋回流Ｓに変換して煙道１１に吐出される。これにより、周壁５の円弧状内周面との干渉による排ガスの急激な方向転換が回避され、方向転換抵抗は著しく小さくなる。よって、旋回流Ｓの減衰が緩和され、旋回流Ｓの持続時間を延長して排ガスの排出効率を高めることができる。【選択図】図７

Description

本発明は、鉛直軸線を有する円筒状の内筒と、この内筒を取り囲む外筒との間に断熱材が装填された構造の周壁を備える煙突に係り、例えば、非常用発電機を駆動するガスタービンエンジンやディーゼルエンジン、ボイラーあるいは産業廃棄物焼却炉などの排ガス発生源から吐出された排ガスを高所に導いて排出するための大径かつ長寸の大型煙突として好適な煙突に関するものである。

従来、円筒状の煙突において、導入された排ガスの排出効率を高めるために、当該排ガスを煙道内で旋回させるように工夫したものが特許文献１に記載されている。この煙突を図１０，図１１に示す。

図１０，図１１において、煙突５０は、鉄筋コンクリート或いは鋼板の円筒体からなり、図示されていない排ガス発生源から吐出される排ガスを煙道５１に導入する導入管５２を備え、この導入管５２の出口に平らな金属板からなる複数の偏流板５３が所定の間隔を隔てた鉛直姿勢で斜め前方に指向して配置されており、煙道５１の底部に傾斜面５４を形成したものである。

このような煙突５０によれば、排ガス発生源から吐出される排ガスは、導入管５２を経て煙道５１に導入されたのち、煙突５０の内周面に沿って流れる旋回流に変換されるとともに、この旋回流に煙突５０保有の排ガス吸い上げ排出機能と傾斜面５４の案内による上昇力が付与されることで、旋回しながら排出することが可能となり、煙突５０の排ガス排出効率が高められるとされている。

ところが、排ガスの旋回流変換は、導入管５２の出口で複数の偏流板５３により投影平面上で斜めに偏流した真直な流れの排ガスが、煙突５０の円弧状内周面に直線状で干渉して急激に方向転換することにより行われている。そのため、大きい方向転換抵抗が煙道５１で発生し、これが旋回流を減衰するように作用して、旋回流の持続時間を短縮させる。

一方、この種の煙突は、その口径（煙突５０の内径）が大径（２５０ｍｍ〜１５００ｍｍ）で、かつその高さが１０ｍにも達する長寸のものである。このような大径で長寸の大型煙突において、排ガスを旋回しながら排出して、排ガス排出効率を高めるためには、旋回流の持続時間を延長することが必要となる。しかし、前記の技術では、旋回流の持続時間延長が困難で、旋回流は上昇の途中で消滅するおそれを有する。よって、高い排ガス排出効率を期待することができない。

実公昭６３−４４６６７号

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたもので、排ガス旋回流の持続時間を延長することにより、通常仕様の煙突は勿論のこと、大径で長寸の大型煙突であっても、高い排ガスの排出効率を確保することができる煙突の提供を目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明に係る煙突は、鉛直軸線を有する円筒状の内筒と、この内筒を取り囲む外筒との間に断熱材が装填された構造の周壁を備える煙突において、
当該煙突は、排ガス発生源から吐出される排ガスを導入し、かつ導入した排ガスを方向転換により旋回流に変換して、前記周壁内の煙道に吐出する排ガスの流れ変換手段が備わっていることを特徴とするものである。

前記構成の煙突によると、排ガスは、排ガスの流れ変換手段でなされる方向転換により旋回流に変換して煙道に吐出される。これにより、周壁の円弧状内周面との干渉による急激な方向転換が回避され、方向転換抵抗は著しく小さくなる。そのため、旋回流の減衰が緩和され、旋回流の持続時間を延長して排ガスの排出効率を高めることが可能となる。

前記排ガスの流れ変換手段は丸管で構成され、排ガスを導入する上流側の真直部と、この真直部の下流側に連設されて、方向転換により排ガスを旋回流に変換して吐出する湾曲部と、を備えている。

これによると、排ガスの流れ変換手段の真直部に導入された排ガスの真直な流れは、湾曲部の曲がり内面に沿う緩やか、かつスムーズな方向転換により旋回流に変換されて煙道に吐出される。これにより、排ガスの流れ変換手段は、シンプルな構造でありながら、周壁の円弧状内周面との干渉による急激な方向転換を回避して、方向転換抵抗を著しく小さくし、旋回流の減衰を緩和して、旋回流の持続時間を延長し排ガスの排出効率を高めることが可能となる。

前記内筒は、螺旋状のリブが備わるスパイラル筒で構成されている。これによると、煙道に吐出された旋回流は、螺旋状のリブの案内作用により旋回形態を保持して斜めに上昇することができ、煙道内での旋回流の持続時間を延長して、排ガスの排出効率を高めるのに寄与することができる。

本発明に係る煙突によれば、排ガスと周壁の円弧状内周面との干渉による急激な方向転換が回避され、方向転換抵抗は著しく小さくなるので、旋回流の減衰が緩和され、旋回流の持続時間を延長して排ガスの排出効率を高めることが可能となる。

本発明に係る煙突の一実施形態を一部省略して示す正面図である 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う横断拡大平面図である。 内筒の一実施形態を示す正面図である。 （ａ）原板を示す正面図、（ｂ）は一方のフック状折り曲げ部の説明図、（ｃ）は他方のフック状折り曲げ部の説明図である。 ハゼ掛けおよび螺旋状のリブを拡大して示す断面説明図である。 最下位の煙突ユニットの一実施形態を拡大して示す右側面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う一部横断平面で排ガスの流れ変換手段の設置状態を示す説明図である。 （ａ）は図７の排ガスの流れ変換手段の説明平面図である。（ｂ）は排ガスの流れ変換手段の他の実施例である。 （ａ）は図８（ａ）の排ガスの流れ変換手段を真直部の軸線まわりの反時計方向に回動した時の曲軸線の傾斜をＩＸ−ＩＸに沿う横断正面で示す説明図である。（ｂ）は排ガスの流れ変換手段の他の実施例であり、図８（ｂ）の排ガスの流れ変換手段を真直部の軸線まわりの反時計方向に回動した時の曲軸線の傾斜をＩＸ−ＩＸに沿う横断正面で示す説明図である。 従来例の横断平面図である。 従来例の縦断側面図である。

以下、本発明に係る煙突の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る煙突の一実施形態を一部省略して示す正面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う横断拡大平面図、図３は内筒の一実施形態を示す正面図である。

図１および図２において、煙突１は、鉛直軸線Ｃを有する煙突ユニットの複数１Ａ，１Ｂ，１Ｃを、突き合わせ構造により上下に配置するとともに、直上と直下で互いに対向する煙突ユニット１Ａと１Ｂどうしおよび１Ｂと１Ｃどうしを、耐熱パッキンＰを介在させて後述の接続手段によって接合することで構築される。なお、耐熱パッキンＰは、環状を呈するガラス繊維のマット状成形体によって構成されている。

各煙突ユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、ステンレス鋼板からなる円筒状の内筒２と、亜鉛メッキ鋼板からなり前記内筒２を鉛直軸線Ｃまわりに取り囲む外筒３とを備え、これら内外筒２，３の間の環状空間に、例えば、ロックウール，セラミックウール，ガラスウールなどの繊維質素材からなる断熱材４が装填された周壁５を備えている。言い換えると、煙突１は、鉛直軸線Ｃを有する円筒状の内筒２と、この内筒２を取り囲む外筒３との間に断熱材４が装填された構造の周壁５を備える。

本実施形態において適用される接続手段６（図１参照）は、フランジ接合構造によって構成されている。当該フランジ接合構造は、各煙突ユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃにおける外筒３の下端部外周に巻回して溶接により固着した下側フランジ６ａ（但し、煙突ユニット１Ｃの下端部および該下端部外周に巻回固着した下側フランジは図示されていない）と、各煙突ユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…における外筒３の上端部外周に巻回して溶接により固着した上側フランジ６ｂ（但し、煙突ユニット１Ａの上端部および該上端部外周に巻回固着した上側フランジは図示されていない）との間に前記の耐熱パッキンＰを介在した状態で、円周方向等間隔で下側フランジ６ａと上側フランジ６ｂとを互いに締結するボルト・ナットからなる複数の鉛直締結部材６ｃを備える。

各煙突ユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃおよび後述する最下位の煙突ユニットの内筒２は、図３に示すように、スパイラル筒からなり、上下一対の螺旋状のハゼ掛け７と、これら螺旋状のハゼ掛け７の間に平行に設けた２条の螺旋状のリブ８とを備えており、螺旋の傾斜角θは、１５度〜２０度の範囲（本実施形態では１７度）に設定されている。

図４（ａ）は原板を示す正面図、（ｂ）は一方のフック状折り曲げ部の説明図、（ｃ）は他方のフック状折り曲げ部の説明図、図５はハゼ掛けおよび螺旋状のリブを拡大して示す断面説明図である。

前記図３で説明した上下一対の螺旋状のハゼ掛け７と２条の螺旋状のリブ８は、板取りにより図４（ａ）に示すステンレス鋼板からなる斜め帯状の原板９０を用意し、この原板９０の幅方向一端部（左端部）９１に長手方向の全長に亙って図４（ｂ）に示す一方のフック状折り曲げ部９１ａを形成し、図４（ａ）の原板９０の幅方向他端部（右端部）９２に長手方向の全長に亙って図４（ｃ）に示す他方のフック状折り曲げ部９２ａを形成するとともに、図４（ａ）に示すように、一方のフック状折り曲げ部９１ａと他方のフック状折り曲げ部９２ａとの間に、所定の間隔を隔てて各フック状折り曲げ部９１ａ、９２ａの長手方向の全長に亙って互いに平行にのびる２条の断面外向き半円状の隆起部９３を形成したのち、原板９０を円筒状の芯型（図示省略）の外周にあてがって適宜螺旋状に巻回する工程の進行に同期して、図５に示すように、前記一方のフック状折り曲げ部９１ａと他方のフック状折り曲げ部９２ａとを、上下に指向して互いに掛け合わせる工程を進行させる手法により、図３に示すように、所謂、縦甲ハゼからなる上下一対の螺旋状のハゼ掛け７と２条の隆起部９３からなる螺旋状のリブ８を備えるスパイラル筒２を製作することができる。

図６は最下位の煙突ユニットの一実施形態を拡大して示す右側面図、図７は図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う一部横断平面で排ガスの流れ変換手段の設置状態を示す説明図、図８（ａ）は図７の排ガスの流れ変換手段の説明平面図、図８（ｂ）は排ガスの流れ変換手段の他の実施例、図９（ａ）は図８（ａ）の排ガスの流れ変換手段を真直部の軸線まわりの反時計方向に回動した時の曲軸線の傾斜をＩＸ−ＩＸに沿う横断正面で示す説明図、図９（ｂ）は排ガスの流れ変換手段の他の実施例であり、図８（ｂ）の排ガスの流れ変換手段を真直部の軸線まわりの反時計方向に回動した時の曲軸線の傾斜をＩＸ−ＩＸに沿う横断正面で示す説明図である。

図１，図６，図７に示すように、煙突１を構築している各煙突ユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃにおける最下位の煙突ユニット１Ｕは、水平な設置面９上の水平な台座９ａに鉛直姿勢で立設されている。本実施形態では、最下位の煙突ユニット１Ｕの直上に煙突ユニット１Ｃが前述と同様の接続手段６で接合されている。

図６，図７に示すように、煙突ユニット１Ｕの下端部近傍には、鉛直な煙道１１に連通する大径で短寸の横穴１２が、鉛直軸線Ｃに直交する水平軸線Ｃ２を有して設けられ、この横穴１２を挿通して排ガスの流れ変換手段１３が煙道１１に挿入されている。なお、図７では、螺旋状のハゼ掛け７と螺旋状のリブ８の図示は省略している。

排ガスの流れ変換手段１３は、内径が一様な丸管で構成され、排ガスを導入する上流側の真直部１３Ａと、この真直部１３Ａの下流側に連設されて、排ガスを方向転換により旋回流Ｓに変換して煙道１１吐出する略エルボ状の湾曲部１３Ｂとを備えており、真直部１３Ａの軸線Ｃ３を横穴１２の水平軸線Ｃ２に合致させた状態で設置される。

真直部１３Ａ上流端にフランジ１３ａが設けられ、このフランジ１３ａは、横穴１２の入口に設けたフランジ１２ａと、上流側が図示していない排ガス発生源の排気口に適宜接合された排気管１４下流端のフランジ１４ａとで、図示していない環状の耐熱パッキンを介して挟まれ、かつボルト・ナットからなる複数の水平締結部材１５でこれらを互いに締結することにより横穴１２に装着されて、真直部１３Ａの略前半分および湾曲部１３Ｂが煙道１１に挿入され、当該挿入部位が煙突ユニット１Ｕの底部に設けた受け台１６で受け止め支持されている。

本実施形態における湾曲部１３Ｂの吐出口１３ｂは、図８（ａ）に示す投影平面において、湾曲部１３Ｂの曲軸線Ｃ４の吐出端Ｐ１と、この吐出端Ｐ１よりも旋回流Ｓの吐出方向下流側に偏在して設定した外周円弧の吐出端Ｐ２および吐出端Ｐ１よりも旋回流Ｓの吐出方向上流側に偏在して設定した内円弧の吐出端Ｐ３を結ぶ斜めの直線Ｌ上に図示していない切断刃の刃先をあてがい、かつ刃先を基点に峰を矢印Ｘ１側に偏在させることで当該切断刃を所定の傾斜角で傾斜させ、この傾斜を保持して斜め下向きに下動して切断した二次元傾斜面で構成されており、図７に示される状態での排ガスの流れ変換手段１３の設置は、図８（ａ）の排ガスの流れ変換手段１３を、図９（ａ）に示す中心Ｏを通る真直部１３Ａの軸線Ｃ３まわりの反時計方向に回動して、湾曲部１３Ｂの曲軸線Ｃ４を、内筒２における螺旋の傾斜角θ（図３参照）と等しい傾斜角θ２で右上がりに傾斜させることにより実現できる。なお、湾曲部１３Ｂの吐出口１３ｂは、図８（ｂ）に示す投影平面において、斜めの直線Ｌ上に図示していない切断刃の刃先をあてがい、この切断刃を鉛直下向きに下動して切断した一次元傾斜面で構成してもよい。この場合も、図９（ｂ）に示す中心Ｏを通る真直部１３Ａの軸線Ｃ３まわりの反時計方向に回動して、湾曲部１３Ｂの曲軸線Ｃ４を、内筒２における螺旋の傾斜角θ（図３参照）と等しい傾斜角θ２で右上がりに傾斜させることにより実現できる。

前記構成の煙突１によれば、排ガスは、排ガスの流れ変換手段１３でなされる方向転換により旋回流Ｓに変換されて煙道１１に吐出されるので、周壁５の円弧状内周面との干渉による急激な方向転換が回避され、方向転換抵抗は著しく小さくなる。その結果、旋回流Ｓの減衰が緩和され、旋回流Ｓの持続時間を延長して排ガスの排出効率を高めることが可能となる。

排ガスの流れ変換手段１３は、内径が一様な丸管で構成され、排気管１４から排ガスを導入する上流側の真直部１３Ａと、この真直部１３Ａの下流側に溶接接合あるいはフランジ接合などにより連設されて、方向転換により排ガスを旋回流Ｓに変換して吐出する略エルボ状の湾曲部１３Ｂとを備えているので、排気管１４から真直部１３Ａに導入された排ガスの真直な流れは、湾曲部１３Ｂの曲がり内面に沿う緩やか、かつスムーズな方向転換により旋回流Ｓに変換されて煙道１１に吐出される。これにより、排ガスの流れ変換手段１３は、シンプルな構造でありながら、周壁５の円弧状内周面との干渉による急激な方向転換を回避して、方向転換抵抗を著しく小さくし、旋回流Ｓの減衰を緩和して、旋回流Ｓの持続時間を延長し排ガスの排出効率を高めることが可能となる。

図３に示す内筒２は、各螺旋状のリブ８により剛性が高められるばかりか、各螺旋状のリブ８は２条の断面外向き半円状の隆起部９３［図４（ａ）参照］からなることにより、煙道１１に吐出された旋回流Ｓは、各螺旋状のリブ８の案内作用、つまり、各断面外向き半円状隆起部９３それぞれの凹入した半円状内面の案内作用により、旋回形態を保持して斜めに上昇することができ、煙道１１内での旋回流Ｓの持続時間を延長して、排ガスの排出効率を高めるのに寄与することができる。

本発明に係る煙突１は、前記実施形態のみに限定されるものではなく、その趣旨および技術思想を逸脱しない範囲であれば、構造変形が可能である。

本発明の煙突は、非常用発電機を駆動するガスタービンエンジンやディーゼルエンジンの排ガス，ボイラー排ガス或いは産業廃棄物焼却炉の排ガスなどを、高所に導いて放散させる大径かつ長寸の大型煙突において、排ガスの排出効率を高める技術として有用である。

１ 煙突
２ 内筒
３ 外筒
４ 断熱材
５ 周壁
８ 螺旋状のリブ
１３ 排ガスの流れ変換手段
１３Ａ 真直部
１３Ｂ 湾曲部
Ｃ 鉛直軸線
Ｓ 旋回流

Claims (3)

1. 鉛直軸線を有する円筒状の内筒と、この内筒を取り囲む外筒との間に断熱材が装填された構造の周壁を備える煙突において、
   当該煙突は、排ガス発生源から吐出される排ガスを導入し、かつ導入した排ガスを方向転換により旋回流に変換して、前記周壁内の煙道に吐出する排ガスの流れ変換手段が備わっていることを特徴とする煙突。
2. 請求項１に記載した煙突において
   前記排ガスの流れ変換手段は丸管で構成され、排ガスを導入する上流側の真直部と、この真直部の下流側に連設されて、方向転換により排ガスを旋回流に変換して吐出する湾曲部と、を備えている煙突。
3. 請求項１または請求項２に記載した煙突において
   前記内筒は、螺旋状のリブが備わるスパイラル筒で構成されている煙突。

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