JP6031561B1

JP6031561B1 - 煙突

Info

Publication number: JP6031561B1
Application number: JP2015129811A
Authority: JP
Inventors: 公博小林
Original assignee: コーキ株式会社
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2035-06-29
Also published as: JP2017015277A

Abstract

【課題】ハゼ掛けにかかる負荷を補強材で負担することによりスパイラル内筒の損壊を防止し、二重筒構造の崩壊に伴う断熱材破壊、延いては二重筒構造の煙突の機能喪失を防止して延命を達成することができる二重構造の煙突を提供する。【解決手段】二重筒構造の煙突１は、螺旋状のハゼ掛け８を備えるスパイラル内筒２と、この内筒２を取り囲む外筒３との間に断熱材４を装填した二重筒構造の煙突ユニットの複数１Ａ〜１Ｃを、パッキン６を介在して上下で対向させ、直上と直下で互いに対向する一対の煙突ユニットを接続手段５により接続して構成される。スパイラル内筒２には、螺旋状のハゼ掛け８にかかる負荷を負担して、ハゼ掛け８の分離やハゼ掛け８以外の部位の損傷に伴う当該スパイラル内筒２の損壊を防止する補強材９が備わっている。【選択図】図１

Description

本発明は、内筒と、この内筒を取り囲む外筒との間に断熱材を装填した二重筒構造の煙突に係り、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の排ガス、ボイラー排ガスある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として好適な二重筒構造の煙突に関するものである。

従来、内筒と、この内筒を取り囲む外筒との間に断熱材を装填した二重筒構造の煙突として、特許文献１に記載のものが提供されている。この二重筒構造の煙突を図５，図６に示す。

図５，図６に示す二重筒構造の煙突１は、ステンレス鋼板からなる横断面円形の内筒２と、亜鉛メッキ鋼板からなる横断面円形の外筒３との間の環状空間に断熱材４を装填した二重筒構造の煙突ユニットの複数１Ａ，１Ｂ，１Ｃを上下に配置するとともに、直上と直下で互いに対向する一対の煙突ユニット１Ａと１Ｂおよび１Ｂと１Ｃを嵌め合い構造を主とする接続手段５により互いに接続することにより構築されている。

前記二重筒構造の煙突１では、その運転時、内筒２は高温（６５０℃）の排ガスに晒され、高熱が継続的に負荷されるので破れにより損傷する。この損傷が経時により拡大すると、内筒２は主として座屈により損壊して二重筒構造が崩壊し、断熱材４が煙道７に落下する断熱破壊を招いて煙突１の機能が喪失する。このような経緯による二重筒構造の煙突１の機能喪失をできる限り遅らせる目的で、内筒２は耐熱強度の高いステンレス鋼板によって製作している。しかし、高熱の継続的負荷による内筒２の損傷を阻止することはできない。

一方、この種の二重筒構造の煙突１では、その口径（内筒２の内径）が大きく（２００ｍｍ〜１５００ｍｍ）設定される。ところが、内筒２は薄肉であるため引き抜き手法などによりシームレス（継目無し）に製作することはできない。このため、シームウエルド（継目溶接）した直筒型の内筒２が使用される。しかし、この種の内筒２は、その製作に手間がかかってコスト高を招くばかりか強度が弱い。しかも、二重筒構造の煙突１は、その高さが１０ｍにも達するので、各煙突ユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃおよびこれらの内筒２の高さが高くなり、内筒２の座屈荷重は小さくなる。また、高熱負荷の継続により損傷すると、座屈荷重がさらに小さくなって、損傷度が比較的小さくても（破れが比較的小さくても）、座屈により内筒２が損壊して二重筒構造が崩壊し、断熱材４の煙道７落下に伴う断熱破壊を招いて、二重筒構造の煙突１の機能は喪失する。特に、軸方向に最大圧縮荷重が負荷される最下位の煙突ユニット１Ｃでは、座屈による内筒２の損壊が最も懸念され、これが二重筒構造の煙突１の機能喪失を早めて短命にしている。

他方、高温の排ガスに晒される内筒２は温度変化によって伸縮（熱膨張・熱収縮）する。高さが１０ｍの二重筒構造の煙突１において、内筒２が６５０℃の排ガスに晒された高温時と運休時（常温時）の軸方向の伸縮幅は、１１４．４ｍｍであることが確認されている。このような伸縮を吸収するため、直筒型の内筒２では、例えば滑式の伸縮吸収機構（図示省略）を組み込む必要があり、その分、部品点数が増加して構造が複雑になり、製作工数が増すとともにコスト高を招くことになる。

そこで、前記特許文献１に記載の内筒２の欠点を改善した内筒を備える二重筒構造の煙突１が提供されている。この二重筒構造の煙突１を図７，図８に示す。これらの図において、二重筒構造の煙突１は、ステンレス鋼板からなる横断面円形の内筒２と、亜鉛メッキ鋼板からなる横断面円形の外筒３との間の環状空間に断熱材４を装填した二重筒構造の煙突ユニットの複数１Ａ，１Ｂ，１Ｃを上下に配置するとともに、直上と直下で互いに対向する一対の煙突ユニット１Ａと１Ｂおよび１Ｂと１Ｃを、パッキン６を介在させて接続手段５により接続することによって構築される。

各煙突ユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃにおける内筒２は、図８，図９に示すように、螺旋状のハゼ掛け８を備えるスパイラル内筒２からなる。螺旋状のハゼ掛け８は、例えば、板取りにより図１０（ａ）に示すステンレス鋼板からなる斜め帯状の原板８０を用意し、この原板８０の幅方向一端部（左端部）８１に長手方向の全長に亙って図１０（ｂ）に示す一方のフック状折り曲げ部８１ａを形成するとともに、図１０（ａ）の原板８０の幅方向他端部（右端部）８２に長手方向の全長に亙って図１０（ｃ）に示す他方のフック状折り曲げ部８２ａを形成する。つぎに、原板８０を円筒状の芯型（図示省略）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、前記一方のフック状折り曲げ部８１ａと他方のフック状折り曲げ部８２ａとを、図１１に示すように、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って、上下に指向する、所謂、縦甲ハゼからなる螺旋状のハゼ掛け８を備えるスパイラル内筒２を製作できる。

螺旋状のハゼ掛け８を備えるスパイラル内筒２は、特許文献１に記載のシームウエルド（継目溶接）した直筒型の内筒２よりも製作が容易なためコストダウンを図れる。また、剛性の高いハゼ掛け８が螺旋状に備わっていることにより強度が高くなって、軸方向と径方向の圧縮応力がそれぞれ大きくなり、軸方向の圧縮応力が大きくなることで座屈荷重が増大し、座屈による損壊を抑えることができる。したがって、高熱負荷の継続により螺旋状のハゼ掛け８以外の部位８３［図１０（ａ）において、原板８０の幅Ｗ方向一端部８１と幅Ｗ方向他端部８２の間の平坦な部位］が破れて損傷しても、損傷度が相当大きくなって座屈荷重が相当小さくなるまで座屈しない。このため、軸方向に最大圧縮荷重が負荷される最下位の煙突ユニット１Ｃにおける内筒２の座屈による損壊を有効に抑え、二重筒構造の煙突１の機能喪失を遅延することで延命を達成できる。

また、スパイラル内筒２の熱膨張・熱収縮は、ハゼ掛け８の螺旋方向の伸縮に変換して吸収できるので、特許文献１に記載の内筒２において必要とされる伸縮吸収機構（例えば滑式の伸縮吸収機構）の組み込みが不要になり、部品点数の削減、構造の簡略化および製作工数の低減が達成されて、コストダウンが可能となる。

ところが、螺旋状のハゼ掛け８を備えるスパイラル内筒２では、スパイラル内筒２の自重や熱膨張・熱収縮に伴う螺旋方向の伸縮などの負荷が螺旋状のハゼ掛け８にかかるので、一方の折り曲げ部８１ａと他方の折り曲げ部８２ａとの掛け合せが外れて分離し、開きが発生するおそれを有する。開きが発生しても、この開きが極小で局部的なものであれば、二重筒構造の煙突１の機能は保持されて、運行に支障をきたす事態は起こらないので無視することができる。しかし、経時により分離度が大きくなって開きが拡大すると、内筒２が損壊して二重筒構造が崩壊し、断熱材４が煙道７に落下する断熱破壊を招いて二重筒構造の煙突１の機能を喪失させる。

また、高熱負荷の継続により螺旋状のハゼ掛け８以外の部位８３が破れて損傷し、この破れが経時による損傷度が拡大すると、最終的に螺旋状のハゼ掛け８のみが残存して崩落するスパイラル内筒２の損壊が起こり、二重筒構造が崩壊し、断熱材４が煙道７に落下する断熱破壊を招いて二重筒構造の煙突１の機能を喪失させる。

特開２００４−７７０４６号公報

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたもので、剛性の高いハゼ掛けが螺旋状に備わっていることにより座屈荷重が増大したスパイラル内筒を備える二重構造の煙突でありながら、前記ハゼ掛けを含む内筒にかかる負荷を補強材で負担することにより当該内筒の損壊を防止し、二重筒構造の崩壊に伴う断熱材破壊、延いては二重筒構造の煙突の機能喪失を防止して延命を達成することができる二重構造の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、本発明に係る二重構造の煙突は、螺旋状のハゼ掛けを備えるスパイラル内筒と、この内筒を取り囲む外筒との間に断熱材を装填した二重筒構造の煙突において、
鉛直方向に延在する少なくとも二つの補強材が、前記スパイラル内筒の螺旋状のハゼ掛けの外周面に取り付けられていることを特徴とするものである。

前記構成の二重筒構造の煙突によると、スパイラル内筒の自重や熱膨張・熱収縮に伴う螺旋方向の伸縮などの螺旋状のハゼ掛けにかかる負荷は、鉛直方向に延在して当該螺旋状のハゼ掛けの外周面に取り付けられている少なくとも二つの補強材が負担する。このため、ハゼ掛けの分離による開きの発生が防止され、スパイラル内筒の損壊を防止できる。また、螺旋状のハゼ掛け以外の部位の損傷拡大で最終的にハゼ掛けのみが残存しても、残存した螺旋状のハゼ掛けは補強材が支持する。換言するなら、残存した螺旋状のハゼ掛けの自重を補強材が負担してハゼ掛けの崩落を防止する。これにより、二重筒構造の崩壊に伴う断熱材破壊、延いては二重筒構造の煙突の機能喪失を防止して、煙突の延命を達成することができる。

本発明に係る二重構造の煙突によれば、補強材によってハゼ掛けを含む内筒にかかる負荷が負担されるので、ハゼ掛けの分離による開きの発生および当該ハゼ掛けの崩落が防止される。これにより、二重筒構造の崩壊に伴う断熱材破壊、延いては二重筒構造の煙突の機能喪失を防止して、煙突の延命を達成することができる。

本発明に係る二重筒構造の煙突の一実施形態を一部省略し、内筒、ハゼ掛け、補強材以外を半截断面で示す正面図である。図１のＡ−Ａ線に沿う拡大横断平面図である。スパイラル内筒の一実施形態を拡大して示す正面図である( 遮蔽シートのみ断面で示す) 。図４（ａ）は補強材の一例を部分的に示す斜視図であり、図４（ｂ）は補強材の他の例を部分的に示す斜視図である。第１従来例における煙突ユニットの正面図である。第１従来例における煙突ユニットの接続状態を示す一部を省略した断面図である。第２従来例に係る二重筒構造の煙突を一部省略して半截断面で示した正面図である。図７のＢ−Ｂ線に沿う拡大横断平面図である。第２従来例に適用される螺旋状のハゼ掛けを備えるスパイラル内筒の正面図である。図１０（ａ）は原板の正面図を示し、図１０（ｂ）は一方のフック状折り曲げ部の説明図であり、図１０（ｃ）は他方のフック状折り曲げ部の説明図である。螺旋状のハゼ掛けを拡大して示す断面説明図である。

以下、本発明に係る二重筒構造の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は本発明に係る二重筒構造の煙突の一実施形態を一部省略し、内筒２、ハゼ掛け８、補強剤９以外を半截断面で示す正面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う横断平面、図３はスパイラル内筒の一実施形態を拡大して示す正面図である( 遮蔽シート１２のみ断面で示す) 。なお、前記第１および第２従来例と同一もしくは相当部分には同一符号を付して説明する。

図１〜図３において、二重筒構造の煙突１は、ステンレス鋼板からなる横断面円形の内筒２と、亜鉛メッキ鋼板からなる横断面円形の外筒３との間の環状空間に、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を装填した二重筒構造の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一対の煙突ユニット１Ａと１Ｂおよび１Ｂと１Ｃを、パッキン６を介在させて接続手段５により接続することによって構築される。前記パッキン６は、環状を呈するガラス繊維のマット状成形体からなる耐熱パッキンによって構成されている。

各煙突ユニット１Ａ，１Ｂ，１Ｃにおける内筒２は、図９に示す従来の内筒２と同様に、図１１に示す縦甲ハゼからなる螺旋状のハゼ掛け８を備えており、図１〜図３に示すように、その外周には、鉛直方向に延在するステンレス鋼製の二つの補強材９を備えている。

本実施形態において、各補強材９は、図４（ａ）に示すように、幅ｗが１５ｍｍ，厚さｔが１．５ｍｍで、断面が長方形をなすステンレス鋼製のフラット・バー８Ａによって構成され、図２に示すように、二重筒構造の煙突１の中心Ｃを通る直線１０上で互いに対向する位置に振り分けて、図１，図３に示すように、鉛直方向に延在して螺旋状のハゼ掛け８の外周面に溶接１１（図１参照）により取り付けられている。なお、各補強材９として、前記フラット・バー８Ａに代えて、図４（ｂ）に示すように、線径ｄが２〜３ｍｍのステンレス鋼線８Ｂを使用してもよい。

一方、各補強材９を含むスパイラル内筒２は、遮蔽シート１２によって取り巻かれている。遮蔽シート１２は、厚さ１ｍｍ未満程度のカーボンシートやガラスシートなどの耐熱シートを円筒状に形成することにより構成される。

本実施形態において適用される接続手段５は、図１に示すように、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５ａ（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５ｂ（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）および円周方向等間隔に配置されて下側フランジ５ａと上側フランジ５ｂ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５ｃを備えるフランジ接合によって構成されている。

前記構成の二重構造の煙突１によれば、スパイラル内筒２の自重や熱膨張・熱収縮に伴う螺旋方向の伸縮などの螺旋状のハゼ掛け８にかかる負荷は、鉛直方向に延在して螺旋状のハゼ掛け８の外周面に溶接１１により取り付けられている二つの補強材９が負担する。このため、ハゼ掛け８の分離による開きの発生が防止され、スパイラル内筒２の損壊を防止できる。また、螺旋状のハゼ掛け８以外の部位８３が破れて損傷し、この損傷が経時により拡大して最終的に螺旋状のハゼ掛け８のみが残存しても当該ハゼ掛け８は二つの補強材９が支持する。換言するなら、残存した螺旋状のハゼ掛け８の自重を補強材９が負担してハゼ掛け８の崩落を防止する。これにより、二重筒構造の崩壊に伴う断熱材破壊、ひいては二重筒構造の煙突１の機能喪失を防止して、煙突１の延命を達成することができる。

前記補強材９は、鉛直方向に延在してスパイラル内筒２に備わる二つによって構成しているが、必要最小数量の二つの補強材９によって、螺旋状のハゼ掛け８にかかる負荷を有効に負担し、ハゼ掛け８の分離による開きの発生および当該ハゼ掛け８の崩落を確実に防止することができる。このため、補強材９の使用数量を削減してコストダウンを図れるばかりか、構造の簡素化および製作の容易化に寄与することが可能となる。

本実施形態のように、二つ補強材９が鉛直方向に延在して螺旋状のハゼ掛け８の外周面に溶接１１により取り付けられていると、各補強材９により螺旋状のハゼ掛け８にかかる負荷を直接負担できるので、ハゼ掛け８の分離による開きの発生および当該ハゼ掛け８の崩落をより一層確実に防止することが可能となる。

二つの補強材９を含むスパイラル内筒２は、遮蔽シート１２によって取り巻かれているので、たとえ螺旋状のハゼ掛け８が開いたり、螺旋状のハゼ掛け８以外の部位８３が破れて損傷しても、遮蔽シート１２によって断熱材４の煙道７への落下を確実に防止して断熱破壊を避け、二重筒構造の煙突１の延命に寄与することができる。

螺旋状のハゼ掛け８は、図１１に示すように、一方のフック状折り曲げ部８１ａと他方のフック状折り曲げ部８２ａとを、上下に指向して互いに掛け合わせた縦甲ハゼによって構成されていることにより水封機能が確保されるので、例えば、雨水が煙道７に流入したり、冬季の寒冷地における煙突運休時に際してスパイラル内筒２の内面に結露水が発生しても、これらの水の断熱材４側への浸水を確実に防止して、断熱材４を保護することが可能となる。

また、縦甲ハゼによって構成されている螺旋状のハゼ掛け８は、一方の下向きフック状折り曲げ部８１ａに含まれて内外周で対向する２層と、他方の上向きフック状折り曲げ部８２ａに含まれて内外周で対向する２層とからなる４層構造に仕立てられているので、高熱の継続的な負荷により、上向きフック状折り曲げ部８２ａにおける内周側の１層に、その螺旋方向の一部損傷が生じても、残る３層の協働によって螺旋状のハゼ掛け８の形態破壊を確実に防止することができる。

前記実施形態では、二つの補強材９を使用して説明しているが、補強材９の数量は三つ以上であってもよい。

本発明に係る二重筒構造の煙突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。

本発明の二重筒構造の煙突は、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の構築に有用である。

１二重筒構造の煙突
２スパイラル内筒（内筒）
３外筒
４断熱材
８螺旋状のハゼ掛け
９補強材

Claims

螺旋状のハゼ掛けを備えるスパイラル内筒と、この内筒を取り囲む外筒との間に断熱材を装填した二重筒構造の煙突において、
鉛直方向に延在する少なくとも二つの補強材が、前記スパイラル内筒の螺旋状のハゼ掛けの外周面に取り付けられていることを特徴とする二重筒構造の煙突。