JP2023126709A

JP2023126709A - 排気プルーム制御構造体、及びその構造体を含む発電所

Info

Publication number: JP2023126709A
Application number: JP2023006705A
Authority: JP
Inventors: マンジャン、エティエンヌ、マリー、ラック; Marie Luc Mangin Etienne; メルチャント、ラクシュミカント; Merchant Laxmikant
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2022-02-03
Filing date: 2023-01-19
Publication date: 2023-09-08
Also published as: AU2023200248A1; US20230243500A1; EP4223992A1; CN116537897A

Abstract

【課題】排気の騒音を減少させる排気プルーム制御構造体及び排気プルーム制御構造体を有する発電所を提供する。【解決手段】初期排気流を生成する発電システム、初期排気流を大気に導くように構成されたスタック及び排気プルーム制御構造体を含む発電システムにおいて、排気プルーム制御構造体２１０は、排気流源２１２に取り付けられる取付け部材２２０と、取付け部材２２０に結合され、排気流源２１２から出る初期排気流９２を半径方向外側に向けるダイバータ部材２４０と、周辺に間隔を空けて配置され半径方向に延在する複数のベーン２６０と、を含む。複数のベーン２６０は、半径方向外側に向けられた初期排気流９２を複数の追加排気流２６２に分離するために、取付け部材２２０及びダイバータ部材２４０の半径方向外側に結合される。複数のベーン２６０の各々は、半径方向に分岐する断面を有する。【選択図】図２

Description

本開示は、一般に、産業機械の排気プルーム制御に関し、より詳細には、例えば、発電所における排気プルームの排気プルーム制御構造体に関する。

様々な産業機械が排ガスを生成し、排ガスは大気に放出される。例えば、地上の発電システムは排ガスを生成し、この排ガスは、スタック（即ちチムニー）によって大気に誘導される。スタックは、排ガスを誘導し冷却した後で排ガスを外界に放出できるようにする。特定の機関が、システムの排気プルームに対して運用上の制限を課す、環境又は安全の法律及び／又は規定を公布することがある。例えば、発電システムが空港の近くに位置する場合、政府法律又は政府規制によって、安全のために低高度において排気スタックのプルーム速度を制限することがある。例えば，オーストラリア民間航空安全局（ＣＡＳＡ）は、排気スタックのプルーム速度を、高度１９８ｍにおいて６．１メートル／秒（ｍ／ｓ）未満にすることを要求している。排気スタックのプルーム速度を制御する仕組みでは、一般的に、発電システムの性能に悪影響を与える上流側の内部動作パラメータを制御する必要がある。また、複数の仕切り部材を含む排気プルーム制御システムは、騒音が大きくなり、場所によっては騒音規制に抵触する恐れがある。

以下に述べる全ての態様、実施例、及び特徴は、技術的に可能な方法で組み合わせることができる。

本開示の一態様は、排気プルーム制御構造体を提供する。排気プルーム制御構造体は、排気流源に取り付けられる取付け部材、前記取付け部材から間隔を空けて配置されたカバー部材、取付け部材に動作可能に結合され、前記排気流源から出る初期排気流を半径方向外側に向けるダイバータ部材、及び周辺に間隔を空けて配置され半径方向に延在する複数のベーンであって、周辺に間隔を空けて配置された前記複数のベーンは、前記取付け部材に結合されるとともに前記ダイバータ部材の半径方向外側に配置され、周辺に間隔を空けて配置された前記複数のベーンは、半径方向外側に向けられた初期排気流を複数の追加排気流に分離するように配置され、周辺に間隔を空けて配置された前記複数のベーンの各ベーンは、半径方向に分岐した断面を有する。

本開示の別の態様は、上記の態様を含み、前記取付け部材は、前記排気流源と流体連通する開口部を有するプレートを含み、前記排気流源からの前記初期排気流が、周辺に間隔を空けて配置された前記複数のベーンの各々を超えて半径方向に向かうように、前記ダイバータ部材は、前記開口部内に延在する又は前記開口部に向かって延在する。

本開示の別の態様は、上記の態様のいずれか１つの態様を含み、前記ダイバータ部材は、錐体の少なくとも一部分を含み、前記錐体の少なくとも一部分は、前記開口部内に延在する、又は前記開口部に向かって延在しており、ダイバータ部材の外面は、開口部の内縁部に対して間隔を空けるように位置している。

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記錐体の少なくとも一部分は、錐台形部材を含む。

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記ダイバータ部材は、前記ダイバータ部材の軸方向端部を囲むカバー部材をさらに含む。

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、周辺に間隔を空けて配置された前記複数のベーンの各々の半径方向に分岐する断面が、前記ダイバータ部材の半径を中心とした二等辺三角形を画定する。

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、周辺に間隔を空けて配置された前記複数のベーンの各々の半径方向に分岐する断面が、前記ダイバータ部材の半径を中心とした正三角形を画定する。

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記態様のいずれかを含み、周辺に間隔を空けて配置された複数のベーンの半径方向外側端部は、全体としてダイバータ部材と取付け部材との間の周囲の開口部を２５～４５％塞ぐ。

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記取付け部材は、開口部を有するベース部材と、前記ベース部材に結合された流れ拡張部材と、前記流れ拡張部材から延在する取付け延長部とを含み、前記取付け延長部は前記排気流源に結合するように構成されている。

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記排気流源は発電所の排気スタックを含む。

本開示の一態様は発電所を提供する。発電所は、発電システムであって、初期排気流を生成する発電システム、前記初期排気流を大気に導くように構成されたスタック、及び排気プルーム制御構造体を含む。排気プルーム制御構造体は、前記スタックに取り付けられた取付け部材と、前記取付け部材から間隔をあけて配置されたカバー部材と、前記取付け部材に動作可能に結合され、前記排気流源から出る初期排気流を半径方向外側に向けるダイバータ部材と、周辺に間隔を空けて配置され半径方向に延在する複数のベーンであって、周辺に間隔を空けて配置された前記複数のベーンは、前記取付け部材に結合されるとともに前記ダイバータ部材の半径方向外側に配置され、周辺に間隔を空けて配置された前記複数のベーンは、半径方向外側に向けられた初期排気流を複数の追加排気流に分離するように配置され、周辺に間隔を空けて配置された前記複数のベーンの各々は、半径方向に分岐した断面を有し、前記複数の追加排気流の各々は半径方向に同じ出口速度を有する、複数のベーンとを含む。

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記取付け部材は、前記排気流源と流体連通する開口部を有するプレートを含み、前記排気流源からの前記初期排気流が、周辺に間隔を空けて配置された前記複数のベーンの各々を超えて半径方向に向かうように、前記ダイバータ部材は、前記開口部内に延在する又は前記開口部に向かって延在する。

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記ダイバータ部材は、錐体の少なくとも一部分を含み、前記錐体の少なくとも一部分は、前記開口部内に延在する、又は前記開口部に向かって延在しており、前記ダイバータ部材の外面は、開口部の内縁部に対して間隔を空けるように位置している。

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、周辺に間隔を空けて配置された前記複数のベーンは、１２個のベーンを含む。

本開示の別の態様は、上記の態様のうちのいずれかの態様を含み、前記態様のいずれかを含み、周辺に間隔を空けて配置された複数のベーンの半径方向外側端部は、全体として前記ダイバータ部材と前記取付け部材との間の周囲の開口部を２５～４５％塞ぐ。

本開示に記載された２つ以上の態様（発明の概要に記載されたものを含め）を組み合わせて、本明細書に具体的に記載されていない実装を形成することができる。

１つ以上の実施態様の詳細は、添付の図面及び以下の説明に記載されている。他の特徴、目的及び利点は、発明の詳細な説明及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかになる。

本開示のこれらの特徴及び他の特徴は、本開示の様々な実施形態を図示した添付図面と併用される本開示の様々な態様の以下の詳細な説明から、より容易に理解される。

本開示の実施形態による排気プルーム制御構造体を使用することができる例示的な産業機械の概略図である。本開示の実施形態による排気プルーム制御構造体を示す透過斜視図である。本開示の実施形態による排気プルーム制御構造体を示す透過斜視図である。本開示の実施形態による排気プルーム制御構造体を示す側面部分断面図である。本開示の実施形態によるベーンを上から見た断面図である。本開示の他の実施形態によるベーンを上から見た断面図である。本開示の追加の実施形態によるベーンを上から見た断面図である。本開示の代替実施形態によるベーンを上から見た断面図である。本開示のさらに他の実施形態によるベーンを上から見た断面図である。本開示の実施形態によるベーンを上から見た断面図であり、構造体の半径方向に対して角度付けされた仕様を例示する図である。本開示の実施形態によるベーンを上から見た断面図であり、構造体の半径方向に対して角度付けされた仕様を例示する図である。

本開示の図面は同一のスケールで拡大縮小されているわけではないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様のみを示すことを意図しており、したがって、本開示の範囲を限定するものと見なされるべきではない。図面において、同様の番号は図面間で同様の要素を表す。

最初に、現在の技術を明確に説明するために、産業機械内の関連する機械の構成要素に言及して説明するときに、特定の用語を選択することが必要になる。可能な限り、一般的な業界用語が、その業界で受け入れられている意味と一致する態様で使用され、採用される。特に明記しない限り、上記の用語は、本出願の文脈及び特許請求の範囲と一致する広い解釈を与えられるべきである。当業者は、多くの場合、特定の構成要素がいくつかの異なる用語又は重複する用語を使用して言及される場合があることを理解する。本明細書において単一の部品として説明されているものは、別の文脈では、複数の構成要素を含み、複数の構成要素を含むものとして言及される場合がある。あるいは、本明細書において複数の構成要素を含むものとして説明されているものは、他の箇所では単一の部品として言及されることがある。

さらに、本明細書では、いくつかの記述用語が規則的に使用される場合があり、発明を実施するための形態の始めにこれらの用語を定義しておくことが有益である。これらの用語と用語の定義は、特に明記しない限り、以下の通りである。本明細書において、「下流」及び「上流」は、排気源（例えば、排気スタック）からの排気流などの流体の流れに関する方向を示す用語である。用語「下流」は流体の流れの方向に対応し、用語「上流」は、その流体の流れとは反対の方向（即ち、流れの源に向かう方向）を表す。

中心軸に対して異なる半径方向の位置に配置された部品の説明を要求されることがある。用語「半径」は、軸に対して垂直な動き又は位置を表す。例えば、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸の近くに存在している場合、本明細書では、第１の構成要素は、第２の構成要素の「半径方向内側」又は「内側」にあると記載される場合がある。一方、第１の構成要素が第２の構成要素よりも軸から遠くに存在する場合、本明細書では、第１の構成要素は第２の構成要素の「半径方向外側」又は「外側」にあると記載される場合がある。用語「半径」は、基準として使用することができる軸の中心から半径方向外側に延在する想像線である。用語「軸の」は、軸に対して平行な動き又は位置を表す。最後に、用語「円周の」は、軸の周りの動き又は位置を表す。本開示において、このような用語は、排気源（例えば、スタック）の中心軸に関連して適用される場合がることが理解される。

さらに、本明細書では、以下に説明するように、いくつかの記述用語が規則的に使用される場合がある。用語「第１」、「第２」、及び「第３」は、ある構成要素を別の構成要素と区別するために互換的に使用することができ、個々の構成要素の位置及び重要度を意味することを意図しているのではない。

明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明することを目的としており、本開示を限定することを意図するものではない。本明細書において、「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」、及び「この（ｔｈｅ）」は、文脈が明らかに複数形を含むことを示していない限り、複数形を含むことを意図している。用語「含む」及び／又は「含んでいる」は、本明細書で使用される場合、言及された特徴、整数、工程、動作、要素、及び／又は構成要素が存在していることを述べているが、1つ以上の他の特徴、整数、工程、動作、要素、構成要素、及び／又はそれらのグループの存在及び追加を排除しないことがさらに理解される。「任意の」又は「任意に」は、その後に記述される事象又は状況が発生してもよいし発生しなくてもよいこと、及びその記述が、その事象が発生する又はその事象が発生しない例とを含むことを意味する。

ある要素又は層が、別の要素又は層に「存在している」、「係合されている」、「接続されている」、又は「結合されている」ものとして言及されている場合、他の要素又は層に、直接的に存在してもよいし、直接的に、係合、接続、又は結合されていてもよいし、介在する要素又は層が存在していてもよい。対照的に、ある要素が、別の要素又は層に「直接的に存在」、「直接的に結合」、「直接的に接続」、又は「直接的に結合」しているものとして言及されている場合、介在する要素又は層は存在していない。要素間の関係を説明するために使用される他の言葉は、同様のやり方で解釈されるべきである(例えば、「間に」と「直接的に間に」、「隣接する」と「直接的に隣接する」など)。本明細書において、用語「及び／又は」は、列挙された関連する複数の項目のうちの任意の項目と、複数の項目のうちの１つ以上の項目の全ての組み合わせとを含む。

上記に示されるように、本開示は、排気プルーム制御構造体を提供する。構造体は、排気を発生させる産業機械のスタック（煙突）などの排気流源に取り付けるように構成された取り付け部材を含むことができる。カバー部材は、スタックを通る排気流に対して取付け部材から軸方向に間隔を空けて配置され、ダイバータ部材は、排気流源から出る最初の排気流を半径方向外側に向けるようにカバー部材に結合される。周辺に間隔を空けて配置され半径方向に延在する複数のベーンは、取付け部材とカバー部材との間に配置されており、半径方向外側に向けられた最初の排気流を複数の追加排気流に分離する。各ベーンは半径方向に分岐した断面を有し、これによって、構造体から出る排気の騒音が減少する。複数の追加排気流の各々は、同じ半径方向の出口速度を有する。構造体は、全体の排気流速を減少させ、最初の排気流に背圧を与えることができる。複数の追加排気流の各々は、最初の排気流よりも遅い速度を有する。非限定的な一例では、構造体は、１１５ｄＢＡ（A-weighted decibels）未満の音響パワーレベルを有する。構造体を含む発電所も開示されている。

図１を参照すると、例えば燃焼反応によって初期排気流９２を生成する例示的な産業機械９０の一部の概略図が図示されている。本開示は、発電所９４について記載されている。本開示の教示は、初期排気流９２を生成する任意の産業機械９０（例えば任意の燃焼システム）に適用可能であることが強調され、明らかになる。発電所９４は任意の形態（既知の形態、又は後に開発される任意の形態）をとることができる。一実施例では、発電所９４は、図１に示すように、コンバインドサイクル発電所（ＣＣＰＰ）の形態の発電システム１００を含むことができるが、シンプルサイクル発電所（ＳＣＰＰ）としても動作することができる。この例では、ＣＣＰＰ又はＳＣＰＰは、２つの発電機を有する多軸システムであるが、当業者であれば、本開示の教示があらゆる種類のＣＣＰＰ又はＳＣＰＰに適用可能であることを容易に理解することができる。ＣＣＰＰ又はＳＣＰＰは、ガスタービンシステム１０２及び蒸気タービンシステム１０４を含むことができる。

ガスタービンシステム１０２は、シャフト１０６によって、電気エネルギーを生成する第１の発電機１０８に機械的に結合することができる。ガスタービンシステム１０２は、圧縮機１１０及び燃焼器１１２を含むことができる。ガスタービンシステム１０２は、共通の圧縮機／タービンシャフト１０６に結合されたガスタービン１１４も含む。一実施形態では、ガスタービンシステム１０２は、General Electric Company、Greenville、S.C.から市販されている９Ｆ．０５エンジンである。本開示は、任意の特定のＧＴシステムに限定されず、他のエンジン（例えば、General Electric Companyの他のＨＡ、Ｆ、Ｂ、ＬＭ、ＧＴ、ＴＭ及びＥクラスエンジンモデル、ならびに他の会社のエンジンモデル）に採用してもよい。

運転中、空気は圧縮機１１０の入口に入り、圧縮され、次に燃焼器１１２に排出される。燃焼器１１２で、気体燃料（例えば、天然ガス）及び／又は液体燃料（例えば、油）が燃焼してガスタービン１１４を駆動する高エネルギー燃焼ガスが得られる。ガスタービン１１４では、高温ガスのエネルギーが仕事に変換され、その一部は回転シャフト１０６を介して圧縮機１１０を駆動するために使用され、残りはシャフト１０６を介して第１の発電機１０８などの負荷を駆動して電気を生成するための有用な仕事として利用可能である。

蒸気タービンシステム１０４は、シャフト１２４を介して別の発電機１２２に操作可能に結合された蒸気タービン１２０を含む。蒸気タービンシステム１０４は、１つ以上の蒸気タービン、例えば、図示のように、高圧（ＨＰ）タービン１２６、中間圧（ＩＰ）タービン１２８及び低圧（ＬＰ）タービン１３０を含むことができ、各タービンはシャフト１２４に結合されている。各蒸気タービン１２６、１２８、１３０は、シャフト１２４に機械的に結合された複数の回転ブレード（図示せず）を含む。

また、ＣＣＰＰは蒸気源１３２を含むことができる。蒸気源１３２は、ガスタービンシステム１０２及び蒸気タービンシステム１０４に操作可能に接続された熱回収蒸気発生器（ＨＲＳＧ）１３４とすることができる。理解されるように、ガスタービンシステム１０２からの排気１３６はＨＲＳＧ１３４によって使用されて、蒸気流１３８が生成され、蒸気タービンシステム１０４によって使用される。ＨＲＳＧ１３４は、従来のＣＣＰＰで使用されるような従来のＨＲＳＧの構成を含んでいてもよく、及び／又は排気エネルギーを使用して蒸気を生成するための別のタイプの熱交換器又は同様の構成要素として実施してもよい。

運転中、蒸気源１３２（例えば、ＨＲＳＧ１３４、あるいは他の供給源）からの蒸気は、ＨＰタービン１２６の入口、ＩＰタービン１２８の入口、及び／又はＬＰタービン１３０の入口に流入し、シャフト１２４を回転させる力をタービンのブレードに与えるように流れる。理解されるように、上流側（圧力が高い方）のタービンからの蒸気は、後で、下流側（圧力が低い方）のタービンで使用することができる。こうして蒸気源１３２によって生成された蒸気は、蒸気タービンシステム１０４の少なくとも一部を駆動して、シャフト１２４及び追加の負荷（第２の発電機１２２など）を駆動するために更に仕事が抽出され、第２の発電機１２２は追加の電力を生成する。発電機１０８及びシャフト１０６、並びに発電機１２２及びシャフト１２４は、当技術分野で知られている任意のサイズ又はタイプとすることができ、発電機及びシャフトの用途又は発電機及びシャフトが接続されるシステムに応じて、異なった構造であってもよいことが理解される。

発電所９４は、ＣＣＰＰとしての発電所１００を有すると説明されてきたが、発電所９４は、例えば、初期排気流９２（破線で示されている）を作り出すＧＴシステム１０２のみを含む、単純サイクル発電所としての発電システム１００であってもよいことが理解される。当該分野で理解されるように、発電システム１００からの排気は、初期排気流９２としてＧＴシステム１０２及び／又はＨＲＳＧ１３４から排出することができる。

図２～図４を参照すると、図２は本開示の実施形態による排気プルーム制御構造体２１０の透視斜視図を示し、図３は本開示の実施形態による排気プルーム制御構造体２１０の透視斜視図を示し、図４は本開示の実施形態による排気プルーム制御構造体２１０の部分断面側面図を示す。本明細書において、「排気プルーム」は、点源、すなわち、排気流源２１２（例えば、発電所９４（図１）などの産業機械における燃焼反応部に流体的に結合するスタックなど）から放出される汚染物質を含む任意のガスである。排気流源２１２は、初期排気流９２を誘導及び／又は冷却して、初期排気流９２が大気２１４に流出することができるようにする任意の形態のスタック（即ち、チムニー）又は他の導管を含んでいてもよい。図示されているように、初期排気流９２の出口方向は、排気流源２１２の長手方向に概ね平行（例えば、実質的に縦）である。１つの非限定的な実施例では、初期排気流９２は、比較的温度が高く（例えば、摂氏５００°（℃）よりも高い温度）、比較的出口速度が速い（例えば、３５メートル／秒よりも速い速度）ことがある。構造体２１０がなければ、排気流源２１２は、初期排気流９２を大気２１４に直接放出することになる。

排気プルーム制御構造体２１０（以下、「構造体２１０」）は、排気流源２１２に取り付けられる取付け部材２２０を含むことができる。図３に最もよく示されているように、取付け部材２２０は、開口部２２４を有するベース部材２２２と、ベース部材２２２に結合された流れ拡張部材２２５とを含むことができる。流れ拡張部材２２５は、フラストコニカル形状を有することができ、初期排気流９２が流れ拡張部材２２５の中で広がるようにすることができる。流れ拡張部材２２５は、他の形状及びサイズを有してもよく、任意の所望の方法で初期排気流９２若しくはその一部に衝突する及び／又は初期排気流９２若しくはその一部を方向転換させるようにカスタマイズすることができる。流れ拡張部材２２５は、単一の材料片（図示されている）を含んでいてもよいし、結合された複数のプレート（例えば、図２のベース部材２２２及び／又はダイバータ部材２４０と同様の部材）を含んでいてもよい。

図４に示すように、取付け部材２２０は、流れ拡張部材２２５から延在する取付け延長部２２６を含むこともできる。取付け延長部２２６は排気流源２１２に結合される。この結合のために、取付け延長部２２６は、排気流源２１２の端部２３０の形態に応じて、排気流源２１２の端部２３０（図４）に結合する任意の既知の要素又は後に開発される任意の要素を含むことができる。１つの非限定的な例では、排気流源２１２は、例えば、レンガ又は鋼の大きなパイプを含むことができ、端部２３０は、大きなパイプの出口端部とすることができる。この例では、図４に示すように、取付け延長部２２６は、例えば、端部２３０内で嵌合する又は端部２３０に結合するカラーを含むことができる。任意の形態のファスナー（図示せず）を使用して、取付け部材２２０を排気流源２１２に固定することができる。取付け部材２２０、特に流れ拡張部材２２５は、取付け延長部２２６に結合することができ、そして、ベース部材２２２で構造体２１０の残りの部分を支持するように構成することができる。取付け部材２２０のベース部材２２２は、例えば、開口部２２４が画定されたプレート２２８（図２）であって、例えば多角形の外縁部又は内縁部を有するプレート２２８を形成するように結合された、相互接続された複数のプレート片を含むことができる。あるいは、ベース部材２２２は、単一の材料片である円形プレート２２９（図３）、又は複数の部分が互いに結合された円形プレート２２９を含んでいてもよい。開口部２２４は、初期排気流９２と流体連通する。

また、構造体２１０は、排気流源２１２から出る初期排気流９２を半径方向に導いて、最終的には構造体２１０の外に導くために、取付け部材２２０に動作可能に結合されたダイバータ部材２４０を含む。ダイバータ部材２４０は、初期排気流９２の方向を軸方向（例えば、垂直方向）から半径方向（例えば、水平方向）に徐々に変化させる。図２～図４に示されるように、ダイバータ部材２４０は、排気流源２１２からの初期排気流９２が、周辺に間隔を空けて配置された複数のベーン２６０の各々を超えて半径方向に導かれるように、開口部２２４内に又は開口部２２４に向かって延在する。ダイバータ部材２４０は、開口部２２４内に延在する又は開口部２２４に向かって延在する錐体２４２の少なくとも一部を含むことができる。錐体２４２「の少なくとも一部」は、完全な錐形部材（図２）又は錐台形部材（図３～図４）を意味する。ダイバータ部材２４０は、他の形状及びサイズを有してもよく、任意の所望の方法で初期排気流９２若しくはその一部に衝突する及び／又は初期排気流９２若しくはその一部を方向転換させるようにカスタマイズすることができる。図２は、開口部２２４内に延在する錐形部材２４４の形態のダイバータ部材２４０を示し、図３～図４は、開口部２２４に向かって延在する（すなわち、必ずしもベース部材２２２の開口部２２４内に延在しているわけではない）錐台形部材２４６の形態のダイバータ部材２４０を示す。

ダイバータ部材２４０は、例えば、図２に示すように、いくつかの鋼板２５０を含んでいてもよく、ダイバータ部材２４０は、図３～図４に示すように、一つ材料片２５４であってもよい。図示されるように、ダイバータ部材２４０の外面２５６は、ベース部材２２２の開口部２２４の内縁部２５８及び流れ拡張部材２２５に対して間隔を空けて配置される。初期排気流９２は、流れ拡張部材２２５内で広がり、ダイバータ部材２４０とベース部材２２２の内縁部２５８との間を通過する。ダイバータ部材２４０の外面２５６の直径並びに／又は開口部２２４及び／若しくは流れ拡張部材２２５の内径は、所望のサイズの間隔が形成されるように選択することもできる。図２に示すように、ダイバータ部材２４０は、ダイバータ部材２４０の軸方向（外側）端部を囲むカバー部材２５９を含むこともできる。図３に示すように、カバー部材２５９は、ベーン２６０に対してダイバータ部材２４０を位置決めするために、錐体２４２の一部の延長部分を構成することもできる。

また、構造体２１０は、周辺に間隔を空けて配置され半径方向に延在する複数のベーン２６０（以下「ベーン２６０」）を含んでおり、複数のベーン２６０は、取付け部材２２０とカバー部材２５９との間に配置される。ベーン２６０は、取付け部材２２０に（具体的には、ベースプレート２２８、２２９に）結合され、ダイバータ部材２４０の半径方向外側に配置されている。ベーン２６０の間の周縁の間隔は、典型的には均一であるが、不均一な間隔を使用してもよい。ベーン２６０は、取付け部材２２０に対して間隔を空けて垂直にダイバータ部材２４０を支持する。

ベーン２６０は、半径方向外側に向けられた初期排気流９２を、複数の追加排気流２６２に分離するように配置される。排気流２６２は、初期排気流９２よりも遅い速度であってもよい。しかし、複数の追加排気流２６２の各々は、騒音が低減されるように、複数の排気流２６２の間では半径方向に同じ出口速度を有している。「半径方向に同じ出口速度」とは、ベーン２６０の間の領域Ａを横切る半径方向の出口速度が±５％以内であることを示す。１つの非限定的な例では、半径方向の平均出口速度は、８０～９０メートル／秒（ｍ／ｓ）の範囲とすることができ、この範囲では、半径方向の流れが構造体２１０を出た後で合流してしまうことを防止するのに適しており、周囲空気（すなわち、大気２１４）と下流で混合するのに適している。各追加排気流２６２の半径方向の出口速度は、構造体２１０の周囲において、及びベーン２６０の間の各出口領域Ａ内において、実質的に均一である。半径方向の出口速度が均一であることによって、騒音が低減する。１つの非限定的な実施例では、排気流２６２の垂直速度は、高度１９８メートルにおいて６．１メートル／秒（ｍ／ｓ）より十分に小さく（例えば、１ｍ／ｓよりも小さい）、これは多くの政府規制の範囲内である。

各ベーン２６０は、半径方向に分岐する断面（即ち、上から見た場合）を有することができる。それゆえ、ベーン２６０は、構造体２１０の中心に対して垂直方向及び半径方向に延在する。また、ベーン２６０は、構造体２１０の中心から半径方向外側に向かうにつれて、次第に大きくなる。ベーン２６０は、ベーンの半径方向外側端部２７２において部分的に周辺に延在する（図５～図９）。図５～図９は、複数のベーン２６０の形状の上から見た断面を示す図である。図５～図９に示すように、ベーン２６０は、半径方向に分岐する断面が形成されるように、結合された幾つかのプレート２６４（例えば、溶接された複数の鋼板）を含むことができる。

図５において、ベーン２６０は、ダイバータ部材２４０及び／又は開口部２２４（図示されている）の半径Ｒを中心とした二等辺三角形２６８（すなわち、半径Ｒの線に対して等しい角度αを有している）を画定することができる。ここで、プレート２６４Ａ、２６４Ｂは同じ長さＬ１、Ｌ２を有するが、第３プレート２６４Ｃは異なる長さＬ３を有している。図６では、ベーン２６０は、ダイバータ部材２４０及び／又は開口部２２４（図示されている）の半径Ｒを中心とした正三角形２７０を画定している。ここで、プレート２６４Ａ～２６４Ｃは、全て同じ長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３を有する。半径方向に分岐する断面を維持したまま、プレート２６４の一部を湾曲させることも可能である。例えば、図７では、少なくともプレート２６４Ａ、２６４Ｂが（例えば、凹形状に）湾曲していてる。図７におけるプレート２６４Ｃは、任意の形状を有することができる。図８及び図９は、２枚のプレート２６４Ａ、２６４Ｂのみを使用してベーン２６０の半径方向に分岐する断面を形成する実施形態を示す。プレート２６４Ａ及び２６４Ｂは図８では平面的であり、図９では湾曲している。湾曲している場合（図７及び図９）、プレート２６４Ａ及び２６４Ｂは同じ曲率であってもよいし、異なる曲率であってもよく、曲率の量は定義して使用することができる。プレート２６４は、ダイバータ部材２４０及び取付け部材２２０に任意の方法で（例えば、溶接、嵌め込み接続など）固定することができる。

任意の枚数のベーン２６０を使用することができる。例えば、図２においては、１２枚のベーン２６０が図示されている。図５～図９において、長さＬ３は、各ベーン２６０の半径方向外側端部２７２の長さを示す。図２に示されるように、長さＬ３は、排気流２６２が構造体２１０から出る領域Ａを画定するようにユーザにより定義されてもよい。領域Ａは、幾つかのパラメータを制御するように、ベーン２６０によって画定することができる。パラメータとしては、例えば、背圧、追加排気流２６２の半径方向の出口速度、領域Ａにおける排気流２６２の速度均一性、及び構造体２１０の騒音プロファイルがある。特定の実施形態では、複数のベーン２６０（ベーン２６０の半径方向外側端部２７２）は、全体として、隣接するベーン２６０、ダイバータ部材２４０、及び取付け部材２２０（すなわち、ベース部材２２２）の間の周囲の開口部を約２５～４５％遮断する。すなわち、ベース２２２とカバー２５９との間の（周辺の）周囲の領域は、ベーン２６０の半径方向外側端部２７２によって２５～４５％遮断される。特定の実施形態では、ベーン２６０は、約３０～４０％の間で遮断し、別の実施形態では、約３５％遮断する。面積の減少させることにより、騒音が低減される。例えば、構造体２１０は、１１５ｄＢＡ（A-weighted decibels）未満の音響パワーレベルを有する。また、ベーン２６０は、（ストローハル周波数における）ホイッスルノイズを低減又は除去する。

図５～図９において、各ベーン２６０は、開口部２２４の半径Ｒを中心として図示されている。しかしながら、図１０～図１１は、ダイバータ部材２４０及び／又は開口部２２４の半径Ｒを中心としていないベーン２６０の断面図を示している。ここで、角度βと角度αは同一ではない。したがって、例示的な構造体２１０では、ベーン２６０は、半径Ｒに対して同じ方向に角度が付けられ、排気流２６２に回転を付与する。図１０は、時計回りの回転を付与する配置を示し、図１１は、反時計回りの回転を付与する配置を示す。この回転によって、排気流２６２は大気２１４中の周囲空気と混合することが促進され、排気流２６２が運動量を失い、プルーム速度が低くなるようにすることができる。

各実施形態の列挙された異なる構造は、実施形態間で交換することができ、例えば、図３の錐体型ダイバータ部材２４０は、他の多くの選択例の間で、図２の取付け部材２２０の多角形プレート２２８と共に使用することが可能である。

構造体２１０の実施形態は、周囲空気を囲む広範囲の領域内で初期排気流９２を混合／拡散することによって全体のプルーム流速（運動量）及び／又は温度を低くし、それによってプルームの上昇、速度、及び浮力効果を制御することができる。構造体２１０は、望まれている任意の政府規制（例えば、ＣＡＳＡ規制）の要件を満たすようにカスタマイズすることができる。例えば、構造体２１０は、排気プルームの騒音プロファイル及び／又はプルームの垂直流速を制御するようにカスタマイズすることができる。有利なことに、ベース部材２２２とカバー部材２５９との間にベーン２６０のアレイが１つだけ存在している場合、ベーンの複数のアレイが積層された構造を有する排気プルーム制御構造体と比較して、構造体１１０の重量及びコストが低減され、騒音も低減される。

本明細書及び特許請求の範囲を通じて使用される、近似を表す文言は、関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、差し支えない程度に変動し得る任意の量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ」、「約」、及び「実質的に」などの用語によって修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似を表す文言は、値を測定するための機器の精度に対応する場合がある。ここで、並びに本明細書及び特許請求の範囲を通して、範囲の限定は組合せ及び／又は置き換えが可能であり、文脈又は文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。範囲の特定の値に適用される「約」は、当該範囲の両端の値に適用され、値を測定する機器の精度に特に依存しない限り、記載された値の＋／－１０％を示すことができる。

以下の特許請求の範囲におけるミーンズプラスファンクション又はステッププラスファンクションの要素すべての、対応する構造、材料、動作、及び均等物は、具体的に請求された他の請求要素と組み合わせてその機能を実施するための、一切の構造、材料、又は動作を包含することを意図している。本開示の記載は、例示及び説明の目的で提示されており、可能な全てのものを含んでいることも、開示された形態で本開示に限定することも意図するものではない。当業者には、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく多くの改変及び変形が明らかである。本開示の原理及び実際の用途を最良に説明し、想定される特定の使用に適するように様々な修正を加えた様々な実施形態について本開示を他の当業者が理解することができるようにするために、本実施形態を選択し、かつ説明した。

９２初期排気流
２１０排気プルーム制御構造体
２１２排気流源
２２０取付け部材
２４０ダイバータ部材
２６０ベーン
２６２排気流

Claims

排気プルーム制御構造体（２１０）であって、
排気流源（２１２）に取り付けられる取付け部材（２２０）、
前記取付け部材（２２０）に動作可能に結合され、前記排気流源（２１２）から出る初期排気流（９２）を半径方向外側に向けるダイバータ部材（２４０）、及び
周辺に間隔を空けて配置され半径方向に延在する複数のベーン（２６０）であって、周辺に間隔を空けて配置された前記複数のベーン（２６０）は、前記取付け部材（２２０）に結合されるとともに前記ダイバータ部材（２４０）の半径方向外側に配置され、周辺に間隔を空けて配置された前記複数のベーンは、半径方向外側に向けられた初期排気流（９２）を複数の追加排気流（２６２）に分離するように配置され、周辺に間隔を空けて配置された前記複数のベーン（２６０）の各々は、半径方向に分岐した断面を有する、排気プルーム制御構造体（２１０）。
前記取付け部材（２２０）は、前記排気流源（２１２）と流体連通する開口部（２２４）を有するベース部材（２２２）を含み、前記排気流源（２１２）からの前記初期排気流（９２）が、周辺に間隔を空けて配置された前記複数のベーンの各々を超えて半径方向に向かうように、前記ダイバータ部材（２４０）は、前記開口部（２２４）内に延在する又は前記開口部（２２４）に向かって延在する、請求項１に記載の排気プルーム制御構造体（２１０）。
前記ダイバータ部材（２４０）は、錐体（２４２）の少なくとも一部分を含み、前記錐体（２４２）の少なくとも一部分は、前記開口部（２２４）内に延在する、又は前記開口部に向かって延在しており、ダイバータ部材（２４０）の外面（２５６）は、開口部（２２４）の内縁部（２５８）に対して間隔を空けるように位置している、請求項２に記載の排気プルーム制御構造体（２１０）。
前記錐体（２４２）の少なくとも一部分は、錐台形部材（２４６）を含む、請求項３に記載の排気プルーム制御構造体（２１０）。
前記ダイバータ部材（２４０）は、前記ダイバータ部材（２４０）の軸方向端部を囲むカバー部材（２５９）をさらに含む、請求項１～４のうちのいずれか一項に記載の排気プルーム制御構造体（２１０）。
前記取付け部材（２２０）と前記カバー部材（２５９）との間の周囲の領域は、周辺に間隔を空けて配置された前記複数のベーン（２６０）の半径方向外側端部によって２５～４５％塞がれている、請求項５に記載の排気プルーム制御構造体（２１０）。
周辺に間隔を空けて配置された前記複数のベーン（２６０）の各々の半径方向に分岐する断面が、前記ダイバータ部材（２４０）の半径を中心とした二等辺三角形（２６８）を画定する、請求項１～６のうちのいずれか一項に記載の排気プルーム制御構造体（２１０）。
周辺に間隔を空けて配置された前記複数のベーン（２６０）の各々の半径方向に分岐する断面が、前記ダイバータ部材（２４０）の半径を中心とした正三角形（２７０）を画定する、請求項１～７のうちのいずれか一項に記載の排気プルーム制御構造体（２１０）。
周辺に間隔を空けて配置された前記複数のベーン（２６０）は、１２個のベーンを含む、請求項１～８のうちのいずれか一項に記載の排気プルーム制御構造体（２１０）。
前記取付け部材は、開口部（２２４）を有するベース部材（２２２）と、前記ベース部材（２２２）に結合された流れ拡張部材（２２５）と、前記流れ拡張部材（２２５）から延在する取付け延長部（２２６）とを含み、前記取付け延長部（２２６）は前記排気流源（２１２）に結合するように構成されている、請求項１に記載の排気プルーム制御構造体（２１０）。
前記排気流源（２１２）は、発電所（９４）の排気スタックを含む、請求項１に記載の排気プルーム制御構造体（２１０）。
発電所（９４）であって、
発電システム（１００）であって、初期排気流（９２）を生成する発電システム（１００）、
前記初期排気流（９２）を大気（２１４）に導くように構成されたスタック（２１２）、及び
請求項１～１１のうちのいずれか一項に記載の排気プルーム制御構造体（２１０）
を含む、発電所（９４）。