(57)【要約】【課題】内部に浸入した水を容易に外部に排出する高温排気筒を提供する。【解決手段】高温排気筒１は、高温の排気ガスＦ２を流通させる筒部３Ａ、３Ｂの先端側に縮径部４Ａを形成し後端側に拡径部５Ｂを形成してなる排気筒ユニット２Ａ、２Ｂを備え、一の排気筒ユニットである第一の排気筒ユニット２Ａの縮径部４Ａと、他の一の排気筒ユニットである第二の排気筒ユニット２Ｂの拡径部５Ｂとの間に隙間Ｓ１を開けるとともに、第一の排気筒ユニットと第二の排気筒ユニットとを同一の軸線Ｃ上に配列してなり、第二の排気筒ユニットの筒部の後端側の端３ａＢは、第一の排気筒ユニットの縮径部の先端側の端４ｂＡよりも、筒部の径方向の外側に配置され、軸線を含む平面Ｔによる断面において、隙間の筒部の径方向の外側の端部における幅Ｌ１は隙間の径方向の内側の端部における幅Ｌ２よりも広い。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温の排気ガスを流通させる筒部の先端側に縮径部を形成し後端側に拡径部を形成してなる排気筒ユニットと、
前記排気筒ユニット内に設置されていて前記排気ガスと外気を層流として流通させる整流器とを備え、
一の前記排気筒ユニットである第一の排気筒ユニットの前記縮径部と、他の一の前記排気筒ユニットである第二の排気筒ユニットの前記拡径部との間に隙間を開けるとともに、前記第一の排気筒ユニットと前記第二の排気筒ユニットとを同一の軸線上に配列してなり、
前記第二の排気筒ユニットの前記筒部の後端側の端は、前記第一の排気筒ユニットの前記縮径部の先端側の端よりも、前記筒部の径方向の外側に配置され、
前記軸線を含む平面による断面において、前記隙間の前記筒部の径方向の外側の端部における幅は前記隙間の前記径方向の内側の端部における幅よりも広く、
前記隙間を通して前記外気を導入して前記排気筒ユニット内で前記排気ガスとその外側の前記外気とが層流として流通するようにしたことを特徴とする高温排気筒。
【請求項２】
前記平面による断面において、前記隙間の幅は前記径方向の内側に向かうにしたがって狭くなる請求項１に記載の高温排気筒。
【請求項３】
前記平面による断面において、
前記隙間の前記径方向の外側の端部における幅、及び、前記隙間の前記径方向の内側の端部における幅よりも、前記隙間の前記径方向の中間部における幅の方が広い請求項１に記載の高温排気筒。
【請求項４】
前記平面による断面において、
前記第一の排気筒ユニットの前記縮径部の前記第二の排気筒ユニットの前記拡径部側の表面は平坦であり、
前記第二の排気筒ユニットの前記拡径部の前記第一の排気筒ユニットの前記縮径部側の表面は、前記第二の排気筒ユニットの前記拡径部から離間する方向に向かって凹み、
前記径方向の中間部における前記第二の排気筒ユニットの前記拡径部における後端側の表面の少なくとも一部は、前記径方向の外側に向かうにしたがって後端側に向かうように傾斜している請求項３に記載の高温排気筒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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を一般的に煙突等を含む高温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、高温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動発電機の種類によって異なり、高温排気筒をそれぞれに対応する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、一例では排気ガスの温度が６００℃、排気ガスの風速が４０ｍ／ｓに達する。
【０００３】
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、従来は例えば金属製の二重管の間に断熱材を装填した排気筒ユニットを縦方向に積層したものが知られている。断熱材は、例えば無機系材料による繊維状又は発泡状材料からなっている。この高温排気筒は、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形成されている。
【０００４】
また、他の高温排気筒では、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た。しかも、炭素鋼の煙突筒身の外面温度を６０℃〜７０℃以下に抑える必要から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に記載の高温排気筒では、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間空気流通路を形成している。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、この導入用空間を空間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間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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５１１２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した従来の高温排気筒では、ジョイント部や上端に形成された開口を通して雨水等が高温排気筒内に浸入し易く、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、二重管の内部や断熱材に水が滞留することはない。
【０００７】
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内に浸入した水が断熱材に含浸され易かった。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の排気ガスが二重管の高温排気筒内を通過した場合、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高温排気筒が損傷する可能性があった。
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、高温排気筒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。この場合、例えば鋼製等の金属を使用すれば、高温排気筒の強度が半分程度に落ちて、高温排気筒の寿命が低下したり、強度低下により高温排気筒が破壊するという欠点が生じる。
【０００８】
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の排気ガスの接触を抑え、内部に浸入した水を容易に外部に排出する高温排気筒を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の高温排気筒は、高温の排気ガスを流通させる筒部の先端側に縮径部を形成し後端側に拡径部を形成してなる排気筒ユニットと、前記排気筒ユニット内に設置されていて前記排気ガスと外気を層流として流通させる整流器とを備え、一の前記排気筒ユニットである第一の排気筒ユニットの前記縮径部と、他の一の前記排気筒ユニットである第二の排気筒ユニットの前記拡径部との間に隙間を開けるとともに、前記第一の排気筒ユニットと前記第二の排気筒ユニットとを同一の軸線上に配列してなり、前記第二の排気筒ユニットの前記筒部の後端側の端は、前記第一の排気筒ユニットの前記縮径部の先端側の端よりも、前記筒部の径方向の外側に配置され、前記軸線を含む平面による断面において、前記隙間の前記筒部の径方向の外側の端部における幅は前記隙間の前記径方向の内側の端部における幅よりも広く、前記隙間を通して前記外気を導入して前記排気筒ユニット内で前記排気ガスとその外側の前記外気とが層流として流通するようにしたことを特徴としている。
【００１０】
この発明によれば、高温排気筒を先端側が上方となるように設置する。軸線上に配列した第一、第二の排気筒ユニット内を、例えば発動発電機の発電機等で燃焼した高温の排気ガスが流通し、整流器を通って乱流や拡散流となることなく層流として上方に流れる。その際に、下方に設置された第一の排気筒ユニットの縮径部内を通って上方に設置された第二の排気筒ユニットの拡径部内を排気ガスが流れると、縮径部で絞られて高速になり、ベンチュリー効果によって負圧となった隙間から外気が流入することになる。そして、排気筒ユニット内の排気ガスの流れと外気の流れとが整流器によって層流として上方に流れるが、外気は排気筒ユニットの内面に沿って外周領域を、排気ガスは中央領域をそれぞれ層状として流れる。排気筒ユニットの内面が、流入した低温の外気に接触することで、高温の排気ガスに接触するのを抑えることができる。
【００１１】
この際に、軸線を含む平面による断面において、隙間の径方向の外側の端部における幅は隙間の径方向の内側の端部における幅よりも広い。外気の流速は隙間の径方向の外側の端部よりも径方向の内側の端部の方が速くなり、第二の排気筒ユニットの外周領域に流速がより高くなった外気が流れる。それゆえに、排気ガスが第二の排気筒ユニットに接触するのをより確実に抑えることができる。
第二の排気筒ユニットの内部に浸入し第二の排気筒ユニットの筒部の内面に沿って下方に流れる水は、筒部の下方の端から下方に落ちたときに第一の排気筒ユニットの縮径部の外面に落ちる。この水は、縮径部の外面から筒部の外面、拡径部の外面に沿って流れ、下方に落ちる。したがって、第二の排気筒ユニットの内部に浸入した水を容易に外部に排出することができる。
【００１２】
また、上記の高温排気筒では、前記平面による断面において、前記隙間の幅は前記径方向の内側に向かうにしたがって狭くなってもよい。
この発明によれば、縮径部と拡径部との間の隙間を流れる外気の流速が、径方向の内側に向かうにしたがって緩やかに高くなる。したがって、隙間を流れる外気の流速を効率的に高くすることができる。
【００１３】
また、上記の高温排気筒では、前記平面による断面において、前記隙間の前記径方向の外側の端部における幅、及び、前記隙間の前記径方向の内側の端部における幅よりも、前記隙間の前記径方向の中間部における幅の方が広くてもよい。
この発明によれば、隙間の径方向の外側及び内側の端部に比べて隙間の径方向の中間部において外気の流速が低くなる。外気に含まれていた水蒸気が水滴となってこの径方向の中間部の表面に付着しやすくなり、外気を介して第二の排気筒ユニットの内部に水が浸入するのが抑えることができる。
【００１４】
また、上記の高温排気筒では、前記平面による断面において、前記第一の排気筒ユニットの前記縮径部の前記第二の排気筒ユニットの前記拡径部側の表面は平坦であり、前記第二の排気筒ユニットの前記拡径部の前記第一の排気筒ユニットの前記縮径部側の表面は、前記第二の排気筒ユニットの前記拡径部から離間する方向に向かって凹み、前記径方向の中間部における前記第二の排気筒ユニットの前記拡径部における後端側の表面の少なくとも一部は、前記径方向の外側に向かうにしたがって後端側に向かうように傾斜していてもよい。
この発明によれば、拡径部の表面が凹んだ部分で外気の流速が低くなり、この部分に外気に含まれていた水蒸気が水滴となって付着しやすくなる。表面の一部に付着した水滴は、重力の作用により、表面の一部に沿って径方向の外側に流れる。したがって、外気により生じた水滴が第一の排気筒ユニットの内部に浸入するのを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の高温排気筒によれば、断熱材を用いることなく高温の排気ガスの接触を抑え、内部に浸入した水を容易に外部に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態の高温排気筒の一部を破断した斜視図である。
【図２】同高温排気筒の第一の排気筒ユニットの一部を破断した斜視図である。
【図３】図１における高温排気筒のＡ１−Ａ１線断面図である。
【図４】図１における高温排気筒のＡ２−Ａ２線断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態の変形例の高温排気筒の要部の断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態の変形例の高温排気筒の要部の断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態の高温排気筒の一部を破断した斜視図である。
【図８】図７における高温排気筒のＡ４−Ａ４断面図である。
【図９】本発明の第９実施形態の変形例の高温排気筒の要部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る高温排気筒の第１実施形態を、図１から図６を参照しながら説明する。
図１に示す本高温排気筒１は、図２に示す排気筒ユニット２を複数個（図では３個）同一の軸線Ｃ上に配列したものである。３個の排気筒ユニット２は、上下方向Ｚに直列に配列されている。すなわち、軸線Ｃに沿う方向が上下方向Ｚに一致する。
以下では、３個の排気筒ユニット２を、下方Ｚ１のものから順に第一の排気筒ユニット２Ａ、第二の排気筒ユニット２Ｂ、第三の排気筒ユニット２Ｃと区別して称する場合がある。後述する筒部本体３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、区別しないで筒部本体３と称する場合がある。テーパ部４Ａ、４Ｂ、４Ｃ等についても同様である。
この高温排気筒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を放出するための煙突である。ガスタービンで燃焼した後の排気ガスは、外気よりも高温の例えば６５０℃〜６００℃程度の高温高圧となって、図示しない水平排気筒から高温排気筒１に連結されてなる略Ｌ字状の筒体Ｐを高速で流通し、高温排気筒１を通して外気に放出される。
【００１８】
図２では第一の排気筒ユニット２Ａの構成について説明するが、排気筒ユニット２Ｂ、２Ｃの構成は第一の排気筒ユニット２Ａの後述する筒部本体３Ａ、テーパ部４Ａ、及びスカート部５Ａの外径以外同一である。以下では、第一の排気筒ユニット２Ａの構成については数字や英小文字に英大文字「Ａ」を付加し、排気筒ユニット２Ｂ、２Ｃの対応する構成については同一の数字や英小文字に英大文字「Ｂ」、「Ｃ」を付加することで示す。これにより、重複する説明を省略する。
第一の排気筒ユニット２Ａは、円筒状の筒部本体（筒部）３Ａと、筒部本体３Ａの先端側に形成されたテーパ部（縮径部）４Ａと、筒部本体３Ａの後端側に形成されたスカート部（拡径部）５Ａとを有している。
筒部本体３Ａの外径は、筒部本体３Ａの軸線方向の位置によらず一定である。
テーパ部４Ａは、先端側に向かうにしたがって外径が小さくなる円筒状に形成されている。テーパ部４Ａの後端側の外径は、筒部本体３Ａの外径に等しい。テーパ部４Ａの先端側の外径は、筒部本体３Ａの外径よりも小さい。テーパ部４Ａの先端側には、比較的小径の開口４ａＡが形成されている。
【００１９】
スカート部５Ａは、後端側に向かうにしたがって外径が大きくなる円筒状に形成されている。スカート部５Ａの先端側の外径は、筒部本体３Ａの外径に等しい。スカート部５Ａの後端側の外径は、筒部本体３Ａの外径よりも大きい。スカート部５Ａの後端側には、比較的大径の開口５ａＡが形成されている。
筒部本体３Ａ、テーパ部４Ａ、及びスカート部５Ａは、厚さが一定の鋼板を折り曲げて溶接すること等により形成することができる。
テーパ部４Ａは先端側の開口４ａＡに向けて内径寸法を次第に絞り込んで縮径しているため、第一の排気筒ユニット２Ａ内を高温の排気ガスが流通するとテーパ部４Ａでの流速が高くなる。なお、スカート部５Ａも後端側の開口５ａＡから先端側に向けて次第に内径寸法を絞り込んでいるため、スカート部５Ａを流通する排気ガスも流速が高くなる。
【００２０】
第一の排気筒ユニット２Ａの筒部本体３Ａの内部には、内部を流通する排気ガス等の気体を整流させる整流器７Ａが設置されている。この整流器７Ａは、図２及び図３に示すように、長板状の板部７ａＡが格子状に組み込まれており、先端側の面及び後端側の面に略四角形状の開口部７ｂＡ、７ｃＡがそれぞれ多数形成されている。そのため、後端側から整流器７Ａに流入する排気ガス等の気体は、複数の角筒が並んだ整流器７Ａで整流されて層状となって先端側に流出する。
板部７ａＡの板厚を一定にして、整流器７Ａの開口部７ｂＡ、７ｃＡを同一面積にしてもよい。板部７ａＡの板厚を先端側に向かうにしたがって厚くして、先端側の開口部７ｂＡの面積を後端側の開口部７ｃＡの面積よりも小さくすることで、整流器７Ａの圧力損失を小さくしてもよい。
整流器７Ａは、鋼板やセラミックス製の板材等で形成することができる。
なお、これら排気筒ユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、先端側が上方Ｚ２（図１参照）、後端側が下方Ｚ１となるように配置される。
【００２１】
整流器７Ａは、筒部本体３Ａの内面に溶接等で固定されている。整流器７Ａは、下方Ｚ１に設置される排気筒ユニット２のテーパ部４の先端の開口４ａに着座させて係止させてもよい。第一の排気筒ユニット２Ａ内における整流器７Ａの設置位置は任意の位置に設置できる。
製造コストを考慮すると、整流器７Ａの外側側面が円筒状の筒部本体３Ａの内面に当接するように形成することが好ましく、筒部本体３Ａの内面の長手方向のいずれかの部分に整流器７Ａを設置すればよい。本実施形態では、第一の排気筒ユニット２Ａ内に流入した外気が整流され易いように筒部本体３Ａの後端側に整流器７Ａを設置して固定している。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態では、第一の排気筒ユニット２Ａの筒部本体３Ａの外径よりも、第二の排気筒ユニット２Ｂの筒部本体３Ｂの外径の方が小さい。第二の排気筒ユニット２Ｂの筒部本体３Ｂの外径よりも、第三の排気筒ユニット２Ｃの筒部本体３Ｃの外径の方が小さい。
【００２３】
図４に示すように、高温排気筒１では、下方Ｚ１に設置した第一の排気筒ユニット２Ａのテーパ部４Ａの径方向の外側に第二の排気筒ユニット２Ｂのスカート部５Ｂが設置されている。テーパ部４Ａとスカート部５Ｂとは、接触していなく、テーパ部４Ａとスカート部５Ｂとの間には、全周にわたり隙間Ｓ１が開けられている。
軸線Ｃを含む平面Ｔによる断面において、隙間Ｓ１の筒部本体３の径方向の外側の端部における幅Ｌ１は隙間Ｓ１の径方向の内側の端部における幅Ｌ２よりも広い。ここで言う隙間Ｓ１の幅とは、後述するように隙間Ｓ１を流れる外気Ｆ１の流線に直交する方向の隙間Ｓ１の長さを意味する。
テーパ部４Ａのスカート部５Ｂ側の表面４ｃＡは平坦である。スカート部５Ｂのテーパ部４Ａ側の表面５ａＢは平坦である。隙間Ｓ１の幅は、径方向の内側に向かうにしたがって狭くなる。
筒部本体３Ｂの下方Ｚ１の端３ａＢは、テーパ部４Ａの上方Ｚ２の端４ｂＡよりも、径方向の外側に配置されている。筒部本体３Ｂの端３ａＢは、上下方向Ｚにおいてテーパ部４Ａの端４ｂＡに等しい位置に配置されている。
後述するように、テーパ部４Ａとスカート部５Ｂとの隙間Ｓ１を通って外気Ｆ１が第二の排気筒ユニット２Ｂ内に流入する。
【００２４】
同様に、図１に示すように、下方Ｚ１に設置した第二の排気筒ユニット２Ｂのテーパ部４Ｂの径方向の外側に第三の排気筒ユニット２Ｃのスカート部５Ｃが設置されている。テーパ部４Ｂとスカート部５Ｃとは、接触していなく、テーパ部４Ｂとスカート部５Ｃとの間には、全周にわたり隙間Ｓ２が開けられている。隙間Ｓ２の幅は、径方向の内側に向かうにしたがって狭くなる。
排気筒ユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃは互いに非接触であり、これらの排気筒ユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃは図示を省略した外部の躯体や壁面又は支柱等に個々に連結されて支持してもよい。あるいは、上方Ｚ２の排気筒ユニット２のスカート部５と下方Ｚ１の排気筒ユニット２のテーパ部４とをアーム等で周方向に所定間隔をおいて連結してもよい。
本高温排気筒１では、従来の高温排気筒とは異なり、断熱材が用いられない。
なお、第一の排気筒ユニット２Ａのスカート部５Ａの下方Ｚ１には全周に隙間Ｓ０を開けて筒体Ｐの排気出口Ｐ１が設置されている。高温排気筒１への排気ガスの排出時に、隙間Ｓ０から外気Ｆ１が流入するようになっている。
【００２５】
次に、以上のように構成された本高温排気筒１が排気ガスを排出しないときと排気ガスを排出するときの作用について説明する。
本高温排気筒１が排気ガスを排出しないときには、図１に示すように雨水等の水滴（水）Ｗ１が開口４ａＣから第三の排気筒ユニット２Ｃ内に浸入する。この水滴Ｗ１の一部は図４に示すように第二の排気筒ユニット２Ｂの筒部本体３Ｂの内面に沿って下方Ｚ１に流れる。この水滴Ｗ１は、重力の作用により筒部本体３Ｂの端３ａＢから下方Ｚ１に落ちることがある。このとき、筒部本体３Ｂの端３ａＢはテーパ部４Ａの端４ｂＡよりも径方向の外側に配置されているため、水滴Ｗ１はテーパ部４Ａの外面上に落ちて水滴Ｗ２となる。筒部本体３Ｂの端３ａＢは上下方向Ｚにおいてテーパ部４Ａの端４ｂＡに等しい位置に配置されているため、筒部本体３Ｂの端３ａＢから下方Ｚ１に落ちた水滴Ｗ１が第一の排気筒ユニット２Ａのテーパ部４Ａの内部に浸入するのがより確実に抑制される。
水滴Ｗ２は、隙間Ｓ１におけるテーパ部４Ａの外面、筒部本体３Ａの外面、及びスカート部５Ａの外面に沿って流れ、下方Ｚ１に落ちる。
【００２６】
高温排気筒１内で結露した場合でも、水滴は同様に流れて外部に排出される。
なお、隙間Ｓ１を覆うようにスカート部５Ｂが配置されるため、隙間Ｓ１を通して排気筒ユニット２Ａ、２Ｂ内に水滴Ｗ１が浸入するのが抑えられる。
【００２７】
一方で、本高温排気筒１が排気ガスを排出するときには、以下のようになる。
まず、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高温の排気ガスＦ２（図１参照）が図示しない水平排気筒から筒体Ｐの排気出口Ｐ１を通して高温排気筒１の第一の排気筒ユニット２Ａ内に流入する。すると、第一の排気筒ユニット２Ａでは高温の排気ガスＦ２が上方Ｚ２に向けて縮径するスカート部５Ａを流れるため流速を増して集合して筒部本体３Ａ内に流入する。
しかも、スカート部５Ａで排気ガスＦ２の流速を増すことで、排気出口Ｐ１との隙間Ｓ０を通して外気Ｆ１を第一の排気筒ユニット２Ａ内に導入（流入）する。外気Ｆ１は、筒部本体３Ａの内面に沿って上方Ｚ２に流れる。筒部本体３Ａ内では整流器７Ａが設置されているために、外気Ｆ１は筒部本体３Ａの内面に沿って外周領域を層流として流通し、排気ガスＦ２は筒部本体３Ａの中央領域を層流として流通する。このため、高温の排気ガスＦ２が第一の排気筒ユニット２Ａに接触するのが抑えられる。
【００２８】
そして、筒部本体３Ａから次第に縮径するテーパ部４Ａを通過することで、外気Ｆ１と排気ガスＦ２は流速を増して第二の排気筒ユニット２Ｂ内に流入する。このとき、外気Ｆ１と排気ガスＦ２とがテーパ部４Ａで高速となるためベンチュリー効果によって負圧になる。第一の排気筒ユニット２Ａのテーパ部４Ａと第二の排気筒ユニット２Ｂのスカート部５Ｂの隙間Ｓ１の内側も負圧になるため、外気Ｆ１が全周にわたって隙間Ｓ１を通して第二の排気筒ユニット２Ｂ内に流入する。
【００２９】
隙間Ｓ１の径方向の外側の端部における幅Ｌ１は隙間Ｓ１の径方向の内側の端部における幅Ｌ１よりも広い。外気Ｆ１の流速は隙間Ｓ１の径方向の外側の端部よりも径方向の内側の端部の方が速くなり、第二の排気筒ユニット２Ｂの外周領域に流速がより高くなった外気Ｆ１が流れる。それゆえに、排気ガスＦ２が第二の排気筒ユニット２Ｂに接触するのをより確実に抑えられる。
隙間Ｓ１の幅は径方向の内側に向かうにしたがって狭くなるため、テーパ部４Ａとスカート部５Ｂとの間の隙間Ｓ１を流れる外気Ｆ１の流速が、径方向の内側に向かうにしたがって緩やかに高くなる。
【００３０】
流入する外気Ｆ１は排気ガスＦ２と比較して低温であり、外気Ｆ１は筒部本体３Ｂの内面に沿って流入するため、高温の排気ガスＦ２は筒部本体３Ｂの中央に寄せられる。そして、これらの外気Ｆ１の流れと排気ガスＦ２の流れは、第二の排気筒ユニット２Ｂの整流器７Ｂを通過することで更に整流化される。筒部本体３Ｂ内で、中央の排気ガスＦ２の流れと排気ガスＦ２の外側のリング状の外気Ｆ１の流れとが二層の層流として流通し、テーパ部４Ｂに流入する。
【００３１】
そして、第二の排気筒ユニット２Ｂの縮径されたテーパ部４Ｂで更に外気Ｆ１と排気ガスＦ２の層流が高速化するため、ベンチュリー効果によって負圧になる。第二の排気筒ユニット２Ｂのテーパ部４Ｂと第三の排気筒ユニット２Ｃのスカート部５Ｃとの隙間Ｓ２から外気Ｆ１が流入して整流器７Ｃを通過することで二層の層流が更に整流化されてテーパ部４Ｃを通って外部に排出される。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態の高温排気筒１によれば、高温排気筒１を先端側が上方Ｚ２となるように設置する。軸線Ｃ上に配列した排気筒ユニット２Ａ、２Ｂ内を、例えば発動発電機の発電機等で燃焼した高温の排気ガスＦ２が流通し、整流器７Ａ、７Ｂを通って乱流や拡散流となることなく層流として上方Ｚ２に流れる。その際に、下方Ｚ１に設置された第一の排気筒ユニット２Ａのテーパ部４Ａ内を通って上方Ｚ２に設置された第二の排気筒ユニット２Ｂのスカート部５Ｂ内を排気ガスＦ２が流れると、テーパ部４Ａで絞られて高速になり、ベンチュリー効果によって負圧となった隙間Ｓ１から外気Ｆ１が流入することになる。そして、第二の排気筒ユニット２Ｂ内の排気ガスＦ２流と外気Ｆ１流とが整流器７Ｂによって層流として上方Ｚ２に流れるが、外気Ｆ１は第二の排気筒ユニット２Ｂの内面に沿って外周領域を、排気ガスＦ２は中央領域をそれぞれ層状として流れる。第二の排気筒ユニット２Ｂの内面が、流入した低温の外気Ｆ１に接触することで、高温の排気ガスＦ２に接触するのを抑えることができる。
【００３３】
隙間Ｓ１の径方向の外側の端部における幅Ｌ１は隙間Ｓ１の径方向の内側の端部における幅Ｌ１よりも広い。外気Ｆ１の流速は隙間Ｓ１の径方向の外側の端部よりも径方向の内側の端部の方が速くなり、第二の排気筒ユニット２Ｂの外周領域に流速がより高くなった外気Ｆ１が流れる。それゆえに、排気ガスＦ２が第二の排気筒ユニット２Ｂに接触するのをより確実に抑えることができる。
【００３４】
第二の排気筒ユニット２Ｂの内部に浸入し第二の排気筒ユニット２Ｂの筒部本体３Ｂの内面に沿って下方Ｚ１に流れる水滴Ｗ１は、筒部本体３Ｂの端３ａＢがテーパ部４Ａの端４ｂＡよりも径方向の外側に配置されているため、筒部本体３Ｂの端３ａＢから下方Ｚ１に落ちたときに第一の排気筒ユニット２Ａのテーパ部４Ａの外面上に落ちる。この水滴Ｗ１は、テーパ部４Ａの外面から筒部本体３Ａの外面、スカート部５Ａの外面に沿って流れ、下方Ｚ１に落ちる。したがって、第二の排気筒ユニット２Ｂの内部に浸入した水滴Ｗ１を容易に外部に排出することができる。
【００３５】
本高温排気筒１では、断熱材を用いることなく、高温の排気ガスＦ２が高温排気筒１に接触するのを抑えることができる。
隙間Ｓ１の幅は径方向の内側に向かうにしたがって狭くなるため、テーパ部４Ａとスカート部５Ｂとの間の隙間Ｓ１を流れる外気Ｆ１の流速が、径方向の内側に向かうにしたがって緩やかに高くなる。したがって、隙間Ｓ１を流れる外気Ｆ１の流速を効率的に高くすることができる。
筒部本体３Ｂの端３ａＢは上下方向Ｚにおいてテーパ部４Ａの端４ｂＡに等しい位置に配置されているため、筒部本体３Ｂの端３ａＢから下方Ｚ１に落ちた水滴Ｗ１が第一の排気筒ユニット２Ａのテーパ部４Ａの内部に浸入するのをより確実に抑制することができる。
【００３６】
なお、本実施形態では、筒部本体３Ｂの端３ａＢは上下方向Ｚにおいてテーパ部４Ａの端４ｂＡに等しい位置に配置されているとしたが、筒部本体３Ｂの端３ａＢはテーパ部４Ａの端４ｂＡよりも下方Ｚ１に配置されているとしてもよい。また、図５に示す高温排気筒１１のように、筒部本体３Ｂの端３ａＢがテーパ部４Ａの端４ｂＡよりも上方Ｚ２に配置されてもよい。
これらのように構成しても、水滴Ｗ２は、筒部本体３Ｂの端３ａＢからテーパ部４Ａの外面上に落ちるため、本実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００３７】
また、図６に示す高温排気筒１２のように、第二の排気筒ユニット２Ｂにおいて、筒部本体３Ｂの内面とスカート部５Ｂの内面とは、軸線Ｃに沿う方向において、角部が無いように、滑らかに接続されていてもよい。ここで言う滑らかとは、例えば内面の接線の傾きが連続していることを意味する。
このように構成することで、筒部本体３Ｂの端３ａＢから水滴Ｗ１が落ちにくくなり、筒部本体３Ｂの端３ａＢの水滴Ｗ１は、スカート部５Ｂの内面に沿って径方向の外側に流れる。したがって、水滴Ｗ１をより容易に外部に排出することができる。
また、筒部本体３Ｂの内面とスカート部５Ｂの内面には、平面Ｔ上で延び互いに連通する溝部３ｂＢ、５ｂＢが形成されてもよい。筒部本体３Ｂの溝部３ｂＢ内を流れる水滴Ｗ２は、溝部３ｂＢ、５ｂＢに案内されて筒部本体３Ｂの端３ａＢから落ちにくくなる。
【００３８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図７から図９を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図７に示す本高温排気筒２１は、第１実施形態の高温排気筒１の排気筒ユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃに代えて、第一の排気筒ユニット２２Ａ、第二の排気筒ユニット２２Ｂ、第三の排気筒ユニット２２Ｃを備えている。以下では、第一の排気筒ユニット２２Ａの構成について説明するが、排気筒ユニット２２Ｂ、２２Ｃの構成は第一の排気筒ユニット２２Ａの後述する筒部本体２３Ａ、テーパ部２４Ａ、及びスカート部２５Ａの外径以外同一である。
【００３９】
第一の排気筒ユニット２２Ａは、角筒状の筒部本体２３Ａと、筒部本体２３Ａの先端側に形成されたテーパ部２４Ａと、筒部本体２３Ａの後端側に形成されたスカート部２５Ａとを有している。
本実施形態では、筒部本体２３Ａの断面は正方形の縁状である。筒部本体２３Ａの外径は、筒部本体２３Ａの軸線方向の位置によらず一定である。
テーパ部２４Ａは、先端側に向かうにしたがって外径が小さくなる角筒状に形成されている。テーパ部２４Ａの後端側の外径は、筒部本体２３Ａの外径に等しい。テーパ部２４Ａの先端側の外径は、筒部本体２３Ａの外径よりも小さい。
スカート部２５Ａは、先端が径方向外側に広がるように段付けされている。スカート部２５Ａの先端よりも後端側の外径は、スカート部２５Ａの軸線方向の位置によらず一定である。スカート部２５Ａの後端側の断面は、正方形の縁状である。
本実施形態では、第一の排気筒ユニット２２Ａの筒部本体２３Ａの外径よりも、第二の排気筒ユニット２２Ｂの筒部本体２３Ｂの外径の方が小さい。第二の排気筒ユニット２２Ｂの筒部本体２３Ｂの外径よりも、第三の排気筒ユニット２２Ｃの筒部本体２３Ｃの外径の方が小さい。
【００４０】
テーパ部２４Ａとスカート部２５Ｂとの間には、全周にわたり隙間Ｓ１１が開けられている。図８に示すように、軸線Ｃを含む平面Ｔによる断面において、隙間Ｓ１１の径方向の外側の端部における幅Ｌ３は隙間Ｓ１１の径方向の内側の端部における幅Ｌ４よりも広い。隙間Ｓ１１の径方向の外側の端部における幅Ｌ３、及び、隙間Ｓ１１の径方向の内側の端部における幅Ｌ４よりも、隙間Ｓ１１の径方向の中間部における幅Ｌ５の方が広い。
テーパ部２４Ａのスカート部２５Ｂ側の表面２４ｃＡは平坦である。
スカート部２５Ｂのテーパ部２４Ａ側の表面２５ａＢは、テーパ部２４Ａから離間する方向に向かって凹んでいる。本実施形態では、スカート部２５Ｂの段付け部分の下方Ｚ１の表面２５ｂＢは、水平面にほぼ平行である。
筒部本体２３Ｂの下方Ｚ１の端２３ａＢは、テーパ部２４Ａの上方Ｚ２の端２４ｂＡよりも、径方向の外側に配置されている。筒部本体２３Ｂの端２３ａＢは、上下方向Ｚにおいてテーパ部２４Ａの端２４ｂＡに等しい位置に配置されている。
テーパ部２４Ｂとスカート部２５Ｃとの間には、全周にわたり隙間Ｓ１２が開けられている（図７参照）。
【００４１】
このように構成された本高温排気筒２１が排気ガスを排出しないときには、水滴の流れは前述のようである。
一方で、本高温排気筒２１が排気ガスを排出するときには、高温の排気ガスは前述のように流れる。隙間Ｓ１１を通る外気Ｆ１は、以下のように流れる。
幅Ｌ３である隙間Ｓ１１の径方向の外側の端部を通った外気Ｆ１は、幅Ｌ５である隙間Ｓ１１の径方向の中間部を通るときに流速が低くなる。スカート部２５Ｂの表面２５ａＢが凹んだ部分で外気Ｆ１の流速が低くなり、この部分に外気Ｆ１に含まれていた水蒸気が水滴Ｗ４となって付着しやすくなる。
隙間Ｓ１１のうち径方向の中間部を通った外気Ｆ１は、幅Ｌ４である径方向の内側の端部を通るときに流速が最も高くなり、第二の排気筒ユニット２２Ｂ内に流入する。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態の高温排気筒２１によれば、断熱材を用いることなく高温の排気ガスＦ２の接触を抑え、内部に浸入した水滴を容易に外部に排出することができる。
また、隙間Ｓ１１の径方向の外側の端部における幅Ｌ３、及び、隙間Ｓ１１の径方向の内側の端部における幅Ｌ４よりも、隙間Ｓ１１の径方向の中間部における幅Ｌ５の方が広い。それゆえに、外気Ｆ１に含まれていた水蒸気を除去し、隙間Ｓ１１を通って第二の排気筒ユニット２２Ｂ内に流入する外気Ｆ１により高温排気筒２１内に水滴が浸入するのを抑えることができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、図９に示す高温排気筒３１のように、径方向の中間部におけるスカート部２５Ｂにおける下方Ｚ１の表面の少なくとも一部である表面２５ｃＢは、径方向の外側に向かうにしたがって下方Ｚ１に向かうように傾斜していてもよい。
このように構成することで、表面２５ｃＢに付着した水滴Ｗ４が、重力の作用により、表面２５ｃＢに沿って径方向の外側に流れる。したがって、外気Ｆ１により生じた水滴Ｗ４が第一の排気筒ユニット２２Ａの内部に浸入するのを抑制することができる。
筒部本体３Ｂ及びこの表面２５ｃＢに、前述の溝部３ｂＢ、５ｂＢのような溝部が形成されてもよい。水滴Ｗ４がこの溝部に案内されて、径方向の外側に流れやすくなる。
【００４４】
以上、本発明の第１実施形態及び第２実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。さらに、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。
例えば、前記第１実施形態及び第２実施形態では、隙間はそれぞれ全周にわたって形成されていていなくてもよい。例えば、テーパ部とスカート部との間にアーム部を設けて連結したりして、部分的に隙間を遮蔽していてもよい。
高温排気筒が３つの排気筒ユニットで構成されているとした。しかし、高温排気筒を構成する排気筒ユニット２の数はこの限りではなく、２つでもよいし、４つ以上でもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１、１１、１２、２１、３１  高温排気筒
２    排気筒ユニット
２Ａ、２２Ａ  第一の排気筒ユニット（排気筒ユニット）
２Ｂ、２２Ｂ  第二の排気筒ユニット（排気筒ユニット）
２Ｃ、２２Ｃ  第三の排気筒ユニット（排気筒ユニット）
３ａＢ、４ｂＢ、２３ａＢ、２４ｂＢ  端
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ  筒部本体（筒部）
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ  テーパ部（縮径部）
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ  スカート部（拡径部）
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ  整流器
２４ｃＡ、２５ｂＢ  表面
Ｃ    軸線
Ｆ１  外気
Ｆ２  排気ガス
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５  幅
Ｓ１、Ｓ１１  隙間
Ｔ    平面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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