JP2021134991A - 煙突 - Google Patents

Abstract

【課題】排気流路を流れる排気を効果的に旋回させて排気効率を高める。【解決手段】煙道１２０に排気案内羽根１０を設ける。排気案内羽根１０が、排気流Ｆを衝突させる排気迎え面２１を、煙道１２０の中心軸線Ｌの周囲の等角度おきの複数箇所に有する。排気迎え面２１を滑らかな湾曲面によって形成し、排気迎え面２１の迎え角θ１，θ２，θ３が、排気迎え面２１の内端縁から外端縁に近づくほど漸増している。【選択図】図１

Description

本発明は、排気発生源から送出された排煙や排ガスなどの排気流を、筒壁の内部空間によって形成された煙道を上昇させて外部に放出させるための煙突に関する。

従来、円筒状の煙突において、煙道に導入された排気流の排出効率を高めるために、排気流を煙道内で旋回させるように工夫したものが提案されている（たとえば、特許文献１参照。）特許文献１によって開示された煙突では、排気発生源から送出された排気流を煙道に導入するための横向きの導入管の出口に、複数の平らな偏流板が所定の間隔を隔てた鉛直姿勢で斜め前方に向けて配置されていると共に、煙道の底部には傾斜面が形成されている。

このような煙突によれば、排気発生源から送出された排気流が、横向きから上向きに方向転換しつつ、上記偏流板の作用により旋回流に変換されて煙道に導入される。これにより、煙道に導入された排気流が旋回しながら煙道を上昇して煙突の排気効率（排出効率）が高められるとされている。

実公昭６３−４４６６７号公報

しかしながら、特許文献１によって提案されている煙突では、排気流が、横向きから上向きに方向転換しつつ、上記偏流板の作用により旋回流に変換されるために、排気流の流れを妨げる大きな抵抗が発生して旋回流の勢いが減衰してしまうであろうと考えられる。

一方、この種の煙突には、その口径（煙突の内径）が大径（２５０ｍｍ〜１５００ｍｍ）で、高さが１０ｍ以上にも達する長寸のものがあり、このような大径で長寸の大規模な煙突においては、排気流を旋回させながら排出させて排気効率を高めるためには、煙道内で上昇する旋回流の持続時間を延長することが有益であることが判っている。しかし、前記の技術では、排気流が導入管の出口から煙道の下部領域に導入された後の一定時間内でのみ旋回流が持続するだけで、煙道の中間部領域や上部領域では旋回流の勢いが減衰してしまっている傾向がある。このため、煙道内での勢いの強い旋回流の持続時間をそれほど長く保つことができず、高い排気効率を達成することをそれほど期待することができないという問題があった。

本発明は、以上の状況に鑑みてなされたもので、煙突が小規模であるか大規模であるかにかかわらず、煙道の途中箇所でその煙道を上昇する排気流に旋回作用を付与して上方へ導くことができるようにすることにより、排気効率を高めやすい煙突を提供することを目的としている。

本発明に係る煙突は、排気発生源から送出された排気を、円筒状の筒壁の内部空間によって形成された煙道を上昇させて外部に放出させるための煙突であって、上記煙道に、この煙道を上昇する排気流を衝突させて当該排気流に旋回作用を付与する排気案内羽根が設けられていると共に、この排気案内羽根が、排気流を衝突させる排気迎え面を上記煙道の中心軸線の周囲の等角度おきの複数箇所に有し、それらの排気迎え面のそれぞれの外端縁が上記筒壁の内周面に当接している、というものである。

このように構成されている煙突によれば、煙道を上昇する排気流が、その上昇途中で排気案内羽根の作用によって旋回流に変換される。このため、上向きの排気流がそれほど大きな抵抗を受けずに無理なく旋回流に変換されることになり、このことが、煙道内での勢いの強い旋回流の持続時間を長くすることに役立って外部に放出される排気流の排気効率が高まる。また、排気案内羽根が、煙道の中心軸線の周囲の等角度おきの複数箇所に排気迎え面を有しているために、それらの排気迎え面に衝突した排気流が偏りなく旋回流に変換されるようになる。このことによっても、煙道内での勢いの強い旋回流の持続時間を長くすることに役立って外部に放出される排気流の排気効率が高まる。さらに、煙道の中心軸線の周囲の等角度おきの複数箇所に具備されている排気迎え面のそれぞれの外端縁が上記筒壁の内周面に当接している、という構成によって、排気迎え面の外端縁の外側をすり抜けて上昇する排気流が存在しなくなるため、排気案内羽根の上側では、旋回作用を付与された排気流に排気迎え面の外側をすり抜けて上昇した排気流が混在して旋回流が乱れるという事態が起こりにくくなり、このことによってもまた、煙道内での勢いの強い旋回流の持続時間を長くすることに役立って外部に放出される排気流の排気効率が高まる。

本発明では、排気案内羽根のそれぞれの上記排気迎え面の排気流に対する傾き角度である迎え角が、排気迎え面における内端縁から外端縁に近づくほど漸増している、という構成を採用することが望ましい。これによれば、排気案内羽根に衝突して旋回作用の付与された排気流（旋回流）の旋回速度が、煙道の中心軸線から離れた領域ほど速くなるため、排気案内羽根の上側で旋回流が乱れにくくなる。このことが、煙道内での勢いの強い旋回流の持続時間を長くすることに役立って外部に放出される排気流の排気効率が高まる。

本発明では、排気案内羽根が、上記中心軸線と同心位置に中心軸部を有し、この中心軸部の外周面に上記排気迎え面の内端縁が当接している、という構成を採用することが可能である。これによれば、排気案内羽根の形状として、住宅の室内の内気を外部に放出するために使用される一般的な換気扇に採用されているファン形状に準じた形状を採用することが容易に可能であるため、排気案内羽根の製作が容易になる。

本発明では、排気案内羽根が、平板材を捻れ形状にツイスト加工することによって形成されていて、捻れ変形していない一定幅の中立領域とこの中立領域の両側に連続して延び出て互いに反対向きに捻れ変形された捻れ領域を有する板体でなり、この板体の直線状の捻り中心軸が上記中心軸線に対し直交する方向に配備され、かつ、上記中立領域がその幅方向をこの中心軸線に沿う姿勢にしてこの中心軸線上に配備されていると共に、上記中立領域を挟む両側のそれぞれの上記捻れ領域に備わっていて上記排気流を衝突させる下向き面によって上記排気迎え面が形成されている、という構成を採用することが可能である。これによれば、排気案内羽根を、平板材を捻れ形状にツイスト加工することによって容易に製作することが可能になるだけでなく、排気迎え面の迎え角を、ツイスト加工時の捻り角度を調節するだけで、煙道を上昇する排気流の種類や流速などに応じた適切な角度に定めやすいという利点がある。

以上説明したように、本発明に係る煙突によれば、煙道の途中箇所でその煙道を上昇する排気流に旋回作用を付与して上方へ導くことができるように構成されているだけでなく、排気流が偏りなく旋回流に変換されるようになる構成が採用されているため、煙道内での勢いの強い旋回流の持続時間が長くなって外部に放出される排気流の排気効率が高まるという効果を奏する。また、排気案内羽根に備わっている排気迎え面の迎え角が、排気迎え面における上記中心軸線側の内端縁から外端縁に近づくほど漸増している、という構成が採用されていると、煙道内での勢いの強い旋回流の持続時間を長くすることに役立って外部に放出される排気流の排気効率がいっそう高まる、という効果が奏される。

本発明の第１実施形態に係る煙突の要部を斜め下側から見て説明的に示した斜視図である。 排気案内羽根に備わっている羽根板を側面から見て示した説明図である。 図２のａ−ａ、ｂ−ｂ、ｃ−ｃの各位置での羽根板の切断端面の形状を例示した説明図である。 ２枚の羽根板を有する排気案内羽根が設けられた煙突を下側から見て示した説明図である。 ３枚の羽根板を有する排気案内羽根が設けられた煙突を下側から見て示した説明図である。 本発明の第２実施形態に係る煙突の要部を下側から見て示した説明図である。 図６の煙突を側面から見て示した説明図である。

以下、本発明を実施形態を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る煙突１００の要部を斜め下側から見て説明的に示した斜視図である。

煙突１００は、建物躯体の各階のスラブ（床）に設けられた開口を有する煙突構築用スペースとしての吹き抜けに設置されている。この種の煙突１００では、下端部が、建物に設置されたガスタービンやディーゼルエンジン、ボイラー、廃棄物焼却炉といった排気発生源から延び出た横向きの導入管の出口に接続されているのに対して、上端部が建物の屋上などに突出されている。また、一般的には、煙突１００が長さ６ｍ程度の複数の筒壁１１０のユニットを断積み状に接続することによって構築されている。そして、個々の筒壁１１０が、一般的には、断熱槽の内外両側に鋼板製の外筒と内筒とを備えているけれども、図示例ではこの筒壁１１０を簡略化して１層構造のものとして示している。この煙突１００において、排気流Ｆは、筒壁１１０の内部空間によって形成された煙道１２０を上昇した後、煙突１００の上端部から外部に放出される。

図１のように、煙道１２０に、この煙道１２０を上昇する排気流Ｆを衝突させて当該排気流Ｆに旋回作用を付与する排気案内羽根１０が設けられている。排気案内羽根１０は、煙道１２０の中心軸線Ｌの周囲の等角度おきの複数箇所、具体的には９０度おきの４箇所にそれぞれ羽根板２０…を有し、それらの羽根板２０…の下向き面が、排気流Ｆを衝突させる排気迎え面２１…として形成されている。また、図示例の排気案内羽根１０は、円柱状、円筒状、紡錘状といった適宜形状の中心軸部３０を有し、この中心軸部３０の外周面に上記したそれぞれの羽根板２０…の内端縁が接合されている。したがって、それぞれの羽根板２０…の排気迎え面２１…の内端縁２２…が中心軸部３０の外周面に当接している。これに対し、それぞれの羽根板２０…の外端縁が筒壁１１０の内周面に当接している。したがって、それぞれの羽根板２０…の排気迎え面２１…の外端縁２３…が筒壁１１０の内周面に当接している。この実施形態では、羽根板２０…の外端縁はその全体が筒壁１１０の内周面に当接する形状に加工されていて、それぞれの羽根板２０…の外端縁の全長部分が筒壁１１０の内周面を形成している鋼板に溶接やボルト止めなどの適宜手段で接合されている。

排気案内羽根１０は、４箇所のそれぞれの羽根板２０の排気迎え面２１の作用によって、煙道１２０を上昇する排気流Ｆを、その上昇途中で、大きな抵抗を発生させずに無理なく偏りなく旋回流に変換させる。さらに、４箇所の羽根板２０のそれぞれの外端縁が筒壁１１０の内周面に接合されているため、それぞれの排気迎え面２１の外端縁の外側をすり抜けて上昇する排気流が存在しなくなる。このため、排気案内羽根１０の上側では、旋回作用を付与された旋回流に排気迎え面２１の外端縁の外側をすり抜けて上昇した排気流が混在して旋回流が乱れるという事態が起こりにくくなる。これらの結果、煙道１２０内での勢いの強い旋回流の持続時間が長くなり、外部に放出される排気流の排気効率を高めることに役立つ。

図２は上記した排気案内羽根１０に備わっている１枚の羽根板２０を側面から見て示した説明図であり、図３は図２のａ−ａ、ｂ−ｂ、ｃ−ｃの各位置での羽根板２０の切断端面の形状を例示した説明図である。図２では、羽根板２０の上向き面が図示されているけれども、煙道１２０を上昇する排気流Ｆが衝突する下向き面によって形成されている排気迎え面２１は図に表れていない。また、図３は、羽根板２０の排気迎え面２１の排気流Ｆに対する傾き角度である迎え角を例示している。

羽根板２０の排気迎え面２１は滑らかな湾曲面によって形成されていて、この排気迎え面２１の排気流Ｆに対する傾き角度である迎え角が、排気迎え面２１における内端縁２２から外端縁２３に近づくほど漸増している。したがって、図３によって明らかなように、羽根板２０の内端縁に近い箇所であるａ−ａ切断端面での排気迎え面２１の迎え角θ１と、羽根板２０の外端縁に近い箇所であるｃ−ｃ切断端面での排気迎え面２１の迎え角θ３と、羽根板２０の内端縁と外端縁との中間の箇所であるｂ−ｂ切断端面での排気迎え面２１の迎え角θ２とを対比すると、θ１，θ２，θ３の順に角度が大きくなる（θ１＜θ２＜θ３）。以上では、排気案内羽根１０に備わっている１枚の羽根板２０について説明したけれども、他の羽根板２０についても同様である。

上記のように、４枚の羽根板２０の排気迎え面２１が滑らかな湾曲面によって形成されていて、この排気迎え面２１の迎え角に上記の構成が付与されていると、排気案内羽根１０に衝突して旋回作用の付与された旋回流の旋回速度が、煙道１２０の中心軸線Ｌから離れた領域ほど速くなる。このため、排気案内羽根１０の上側で旋回流が乱れにくくなり、このことが、煙道１２０内での勢いの強い旋回流の持続時間を長くすることに役立って外部に放出される排気流の排気効率が高まる。

図１には、排気迎え面２１を有する４枚の羽根板２０を備えた排気案内羽根１０を示したけれども、排気案内羽根１０の羽根板２０の枚数はこれに限定されない。図４及び図５は羽根板２０の枚数が異なる排気案内羽根１０が設けられた煙突１００を下側から見て示した説明図である。図４は、中心軸部３０の外周面の１８０度おきの２箇所に羽根板２０の内端縁が接合されている排気案内羽根１０が設けられた煙突１００の例示であり、このものでは、排気案内羽根１０が１８０度おきの２箇所に排気迎え面２１を有している。図５は、中心軸部３０の外周面の１２０度おきの３箇所に羽根板２０の内端縁が接合されている排気案内羽根１０が設けられた煙突１００の例示であり、このものでは、排気案内羽根１０が１２０度おきの３箇所に排気迎え面２１を有している。排気案内羽根１０の羽根板２０の枚数は、図１や図４及び図５の例示に限定されないことは勿論であり、たとえば５枚以上であってもよい。

図６は本発明の第２実施形態に係る煙突１００の要部を下側から見て示した説明図であり、図７は図６の煙突１００を側面から見て示した説明図である。

この実施形態の煙突１００において、排気案内羽根１０は、帯板でなる平板材を捻れ形状にツイスト加工することによって形成された板体４０でなる。そして、このツイスト加工では、板体４０に、捻れ変形していない一定幅の中立領域Ｚ１とこの中立領域Ｚ１の両側に連続して延び出て互いに反対向きに捻れ変形された捻れ領域Ｚ２，Ｚ２が形成されている。そして、図７に示したように、板体４０の直線状の捻り中心軸Ｐが煙道１２０の中心軸線Ｌに対し直交する方向に配備され、かつ、上記中立領域Ｚ１がその幅方向をこの中心軸線Ｌに沿う姿勢にしてこの中心軸線Ｌ上に配備されている。このようにして構成された排気案内羽根１０においては、板体４０の捻れ領域Ｚ２，Ｚ２に備わっていて排気流Ｆを衝突させる下向き面によって排気迎え面２１，２１が形成されている。板体４０の外端縁はその全体が筒壁１１０の内周面に当接する形状に加工されていて、その外端縁の全長部分が筒壁１１０の内周面を形成している鋼板に溶接やボルト止めなどの適宜手段で接合されている。したがって、排気迎え面２１，２１の外端縁２３，２３が筒壁１１０の内周面に当接している。なお、上記した板体４０の中立領域Ｚ１は、捻り中心軸Ｐに沿う方向に一定の幅を有する領域であっても、捻り中心軸Ｐに直交する方向の線状領域であってもよく、中立領域Ｚ１の形状をどのように定めるかは、ツイスト加工の難易などを勘案して適宜選択することが可能である。

この第２実施形態において、排気案内羽根１０が煙道１２０を上昇する排気流Ｆを衝突させて排気流Ｆに旋回作用を付与する役割を果たす点、排気案内羽根１０が、排気流Ｆを衝突させる排気迎え面２１を煙道１２０の中心軸線の周囲の等角度おきの複数箇所（具体的には２箇所）に有する点は、上記した第１実施形態と同様である。また、排気迎え面２１の排気流Ｆに対する傾き角度である迎え角が、排気迎え面２１における煙道１２０の中心軸線Ｌ側の内端縁から外端縁に近づくほど漸増している点も、上記した第１実施形態と同様である。したがって、この第２実施形態に係る煙突１００でも、上記した第１実施形態と同様に、煙道１２０内での勢いの強い旋回流の持続時間を長くすることに役立って外部に放出される排気流の排気効率が高まる。

特にこの第２実施形態では、平板材を捻れ形状にツイスト加工することによって排気案内羽根１０を容易に製作することが可能になるだけでなく、排気迎え面２１，２１の迎え角を、ツイスト加工時の捻り角度を調節するだけで、煙道を上昇する排気流の種類や流速などに応じた適切な角度に定めやすいという利点がある。

以上説明した第１及び第２の各実施形態の煙突１００において、排気案内羽根１０は煙道１２０の複数箇所に多段に間隔を隔てて設けておいてもよく、そうしておくと、外部に放出される排気流の排気効率がいっそう高まる。なお、排気案内羽根１０の羽根板２０にはステンレス板を好適に採用することができる。

上記の各実施形態では、建物躯体の煙突構築用スペースとしての吹き抜けに設置される大形の煙突としての煙突１００に本発明を適用した事例を説明したけれども、この点は、空調用などに用いられる排煙用の比較的小規模の煙突についても同様に適用することができる。

１０ 排気案内羽根
２１ 排気迎え面
２２ 排気迎え面の内端縁
２３ 排気迎え面の外端縁
３０ 中心軸部
４０ 板体
１００ 煙突
１１０ 筒壁
１２０ 煙道
θ１，θ２，θ３ 迎え角
Ｆ 排気流
Ｌ 煙道の中心軸線
Ｐ 板体の捻り中心軸
Ｚ１ 中立領域
Ｚ２ 捻れ領域

Claims (4)

1. 排気発生源から送出された排気流を、円筒状の筒壁の内部空間によって形成された煙道を上昇させて外部に放出させるための煙突であって、
   上記煙道に、この煙道を上昇する排気流を衝突させて当該排気流に旋回作用を付与する排気案内羽根が設けられていると共に、この排気案内羽根が、排気流を衝突させる排気迎え面を上記煙道の中心軸線の周囲の等角度おきの複数箇所に有し、それらの排気迎え面のそれぞれの外端縁が上記筒壁の内周面に当接していることを特徴とする煙突。
2. 排気案内羽根のそれぞれの上記排気迎え面の排気流に対する傾き角度である迎え角が、排気迎え面の内端縁から外端縁に近づくほど漸増している請求項１に記載した煙突。
3. 排気案内羽根が、上記中心軸線と同心位置に中心軸部を有し、この中心軸部の外周面に上記排気迎え面の内端縁が当接している請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載した煙突。
4. 排気案内羽根が、平板材を捻れ形状にツイスト加工することによって形成されていて、捻れ変形していない一定幅の中立領域とこの中立領域の両側に連続して延び出て互いに反対向きに捻れ変形された捻れ領域を有する板体でなり、
   この板体の直線状の捻り中心軸が上記中心軸線に対し直交する方向に配備され、かつ、上記中立領域がその幅方向をこの中心軸線に沿う姿勢にしてこの中心軸線上に配備されていると共に、上記中立領域を挟む両側のそれぞれの上記捻れ領域に備わっていて上記排気流を衝突させる下向き面によって上記排気迎え面が形成されている請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載した煙突。

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