(57)【要約】【課題】整流器の落下を抑制することができる高温排気筒を提供する。【解決手段】高温排気筒１は、高温排気ガスを流通させる筒部３の先端側に縮径部４を形成し後端側に拡径部５を形成した排気筒２と、排気筒２内に設置されていて高温排気ガスと外気を層流として流通させる整流器７とを備え、一の排気筒２の拡径部５に他の排気筒２の縮径部４を隙間８を開けて設置することで複数の排気筒２を配列してなり、先端側に配列された排気筒２の整流器７が後端側に移動することを規制する移動規制部４ａを備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温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た排気筒と、
前記排気筒内に設置されていて前記高温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、
一の前記排気筒の拡径部の内側に他の前記排気筒の縮径部を設置することで複数の前記排気筒を上下方向に配列してなり、
前記一の前記排気筒の前記整流器が前記後端側に移動することを規制する移動規制部を備えることを特徴とする高温排気筒。
【請求項２】
前記一の排気筒の前記移動規制部は、前記一の排気筒の前記後端側に配列された他の前記排気筒の前記縮径部であることを特徴とする請求項１に記載の高温排気筒。
【請求項３】
前記一の前記排気筒の拡径部の内側に他の前記排気筒の縮径部を隙間を空けて設置し、
前記隙間を通して前記外気を導入して前記排気筒内で高温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請求項１または２に記載の高温排気筒。
【請求項４】
前記整流器は、前記筒部の前記後端部側に設置されていることを特徴とする請求項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、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、それぞれに対応する排気筒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ことが主流となりつつあるため、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、一例では排気ガス温度が６００℃、排気ガス風速が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を縦方向に積層した排気筒ユニットが知られている。断熱材は例えば無機系材料による繊維状または発泡状材料からなっている。この高温排気筒では、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排気筒ユニットを形成していた。
【０００４】
また、煙突として、焼却炉本体に設けられた筒状の燃焼排気排出部と、円筒状に形成された煙突とを備え、煙突の下端部が燃焼排気排出部の上端部の外側に重ねて配置されたものも提案されている（下記特許文献１参照）。
【０００５】
また、排気ガスを乱流を防止して流通させるように、高温排気筒の内部に整流器を設けたものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３２５５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の整流器を設けた高温排気筒では、万が一、整流器が高速排気筒から外れてしまった場合には、高速排気筒の最下端部まで落下してしまうため、これを防止する構成が望まれていた。
【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、整流器の落下を抑制することができる高温排気筒を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による高温排気筒は、高温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た排気筒と、前記排気筒内に設置されていて前記高温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、一の前記排気筒の拡径部の内側に他の前記排気筒の縮径部を設置することで複数の前記排気筒を上下方向に配列してなり、前記一の前記排気筒の前記整流器が前記後端側に移動することを規制する移動規制部を備えることを特徴とする。
【００１０】
このように構成された高温排気筒では、直列に配列した複数の排気筒内を、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、下側の排気筒の縮径部を通って上側の排気筒の拡径部を排気ガスが流れると縮径部で絞られて高速になる。万が一、整流器が排気筒から外れてしまったとしても、移動規制部により、整流器の排気筒の後端側（下方側）への移動が規制され、整流器の落下が抑制される。
【００１１】
また、本発明による高温排気筒では、前記一の排気筒の前記移動規制部は、前記一の排気筒の前記後端側に配列された他の前記排気筒の前記縮径部であることが好ましい。
【００１２】
このように構成された高温排気筒では、縮径部により、排気ガスの速度を高速にできるとともに、整流器の下方への移動を規制することができる。
【００１３】
また、本発明による高温排気筒は、前記一の前記排気筒の拡径部の内側に他の前記排気筒の縮径部を隙間を空けて設置し、前記隙間を通して前記外気を導入して前記排気筒内高温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てもよい。
【００１４】
このように構成された高温排気筒では、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、排気筒内の排気ガス流と外気流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。そのため、排気筒の内面が高温の排気ガスに接触せず低温の外気流に接触しているため、排気筒が高温になることを抑制して高強度を維持できる。
しかも、雨水等は排気筒に浸入したとしても排気筒の内面を伝わって拡径部から外部に排出できる。
【００１５】
また、本発明による高温排気筒では、前記整流器は、前記筒部の前記後端部側に設置されていてもよい。
【００１６】
このように構成された高温排気筒では、整流器が筒部の後端部側に設置されているため、排気筒に導入された外気が整流され易い。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る高温排気筒によれば、整流器の落下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態による高温排気筒ユニットの一部破断斜視図である。
【図２】図１に示す高温排気筒ユニットにおける単体の排気筒を示す一部破断斜視図である。
【図３】図１における高温排気筒ユニットのＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図１における排気筒と整流器を示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】本発明の一実施形態の変形例１による高温排気筒ユニットの一部破断斜視図である。
【図６】図５に示す高温排気筒ユニットにおける単体の排気筒を示す一部破断斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態の変形例２による高温排気筒ユニットの一部破断斜視図である。
【図８】図７に示す高温排気筒ユニットにおける単体の排気筒を示す一部破断斜視図である。
【図９】本発明の一実施形態の変形例３による高温排気筒ユニットにおける単体の排気筒を示す一部破断斜視図である。
【図１０】本発明の一実施形態の変形例４による高温排気筒ユニットにおける単体の排気筒を示す一部破断斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態による高温排気筒ユニット（高温排気筒）について図１から図１０に基づいて説明する。
まず、本発明の一実施形態による高温排気筒ユニット１について図１から図４により説明する。図１に示す高温排気筒ユニット１は図２に示す排気筒２を複数個（図では３個）上下方向に直列に配置したものである。
この高温排気筒ユニット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例えば６５０℃〜６００℃程度の高温となって、図示しない水平排気筒から高温排気筒ユニット１に連結されてなる略Ｌ字状の筒体を高速で流通して大気に放出される。
【００２０】
図２に示す単体の排気筒２は、略円筒状の筒部本体３と、その上部に形成されていて先端側に向けて次第に縮径して小径の開口４ａを備えた筒状の円錐台形状のテーパ部４と、筒部本体３の下部に形成されていて基端側(下方側)に向けて次第に拡径して大径の開口５ａを備えた筒状の円錐台形状のスカート部５とが一体形成されている。
テーパ部４は先端側の開口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、排気筒２内を高温の排気ガスが流通するとテーパ部４での流速が高くなる。なお、スカート部５も後端側の開口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、後端側に設けたスカート部５を流通する排気ガスも流速が向上する。
【００２１】
そして、排気筒２の筒部本体３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７が設置されている。この整流器７は、図２及び図３に示すように、長板状の板部７ａが格子状に組み込まれており、上下面に略四角形状の開口部７ｂ、７ｃが多数形成されている。そのため、下方から整流器７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７で整流されて層状となって上方に流出する。整流器７の上下の開口部７ｂ、７ｃは同一面積にするか、板厚を変化させて上側の開口部７ｂの面積を下側より小さくして圧力損失を小さくしている。
なお、排気筒２と整流器７は例えば鋼製等の金属製である。
【００２２】
また、整流器７は筒部本体３の内面に溶接等で固定されている。排気筒２内における整流器７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７の外側側面が円筒状の筒部本体３の内側面に当接するように形成することが好ましい。本実施形態では、排気筒２内に導入された外気が整流され易いように筒部本体３の下部に設置されている。
【００２３】
次に、上述した構成を備えた排気筒２を複数個上下方向に組み立てた高温排気筒ユニット１の組立構造について図１と図４により説明する。図１に示す例では３個の排気筒２を直列に連結しており、これらの排気筒２を便宜的に下側から上側に排気筒２Ａ，２Ｂ，２Ｃというものとする。
高温排気筒ユニット１では、下側に設置した第一の排気筒２Ａのテーパ部４の上に第二の排気筒２Ｂのスカート部５を設置する。しかも、第一の排気筒２Ａと第二の排気筒２Ｂは図４に示すように非接触であり、テーパ部４とスカート部５が全周に亘って所定距離ａの隙間８を開けて配置されている。そのため、図４の断面視でテーパ部４とスカート部５は略平行に設置されており、後述するように、テーパ部４とスカート部５の隙間８を通って外気が排気筒２内に流入する。
なお、隙間８を形成するテーパ部４とスカート部５は互いに略平行である必要はなく、例えばテーパ部４とスカート部５の距離ａは上端側を下方側より小さくしてもよいし、或いは逆にしてもよい。
【００２４】
そして、第二の排気筒２Ｂの上部に第三の排気筒２Ｃを設置する。上記と同様に、上側の第三の排気筒２Ｃのスカート部５と第二の排気筒２Ｂのテーパ部４との間に全周に亘って距離ａの隙間８が形成されている。
各排気筒２Ａ，２Ｂ、２Ｃは互いに非接触であり、これらの各排気筒２Ａ，２Ｂ、２Ｃは図示を省略した外部の躯体や壁面または支柱等に個々に連結されて支持してもよい。或いは、上側の排気筒２のスカート部５と下側の排気筒２のテーパ部４とを隙間８を介してアーム等で周方向に所定間隔に連結してもよい。
なお、第一の排気筒２Ａのスカート部５の下方側には全周に隙間８を開けてガスタービンの水平排気筒の排気出口６が設置され、高温排気筒ユニット１への排気ガスの排出時に外気が流入するようになっている。
【００２５】
また、図４に示すように、テーパ部４の開口４ａの寸法（直径）ｃは、整流器７の幅寸法ｂよりも小さい。これにより、万が一、整流器７が筒部本体３から外れて落下した際には、整流器７の下端がテーパ部４の開口４ａに支持されて、これ以上下方に落下することが防止される。このように、本実施形態では、テーパ部４の先端部である開口（先端部）４ａが、先端側に配列された排気筒２の整流器７が後端側に移動することを規制する移動規制部を構成している。
【００２６】
本実施形態による高温排気筒ユニット１は上述した構成を備えており、次に高温の排気ガスの排出方法について説明する。
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が図示しない水平排気筒の排気出口６から高温排気筒ユニット１の第一の排気筒２Ａに流入する。すると、第一の排気筒２Ａでは高温の排気ガスが上方に向けて縮径するスカート部５を流れるため流速を増して集合して筒部本体３内に流入する。
しかも、スカート部５で排気ガスの流速を増すことで排気出口６との隙間８から外気が第一の排気筒２Ａ内に流入してその内面に沿って上方に流れる。筒部本体３内では整流器７が設置されているために、外気は筒部本体３の内面に沿って流れ、排気ガスは中央に集中した状態で整流化される。
【００２７】
そして、筒部本体３から次第に縮径するテーパ部４を通過することで外気と排気ガスは流速を増して第二の排気筒２Ｂに流入する。このとき、外気と排気ガスがテーパ部４で高速となるためベンチュリー効果によって負圧になり、第一の排気筒２Ａのテーパ部４と第二の排気筒２Ｂのスカート部５の隙間８の内側も負圧になるため、外気が全周に亘って隙間８を通って第二の排気筒２Ｂ内に流入する。
しかも、流入する外気は排気ガスと比較して低温であり、第二の排気筒２Ｂの内面に沿って流入するため、高温の排気ガスは中央に寄せられる。そして、これらの外気流と排気ガス流は第二の排気筒２Ｂの整流器７を通過することで更に整流化され、リング状の外気流と中央の排気ガス流とで二層の層流となってテーパ部４に流入する。
【００２８】
そして、第二の排気筒２Ｂの縮径されたテーパ部４で更に外気流と排気ガス流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り、第三の排気筒２Ｃのスカート部５との隙間８から外気が流入して整流器７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４を通って外気に排出される。
【００２９】
このように、高温排気筒ユニット１内を下方から上方に流通する高温の排気ガス流はその外側に常温に近い比較的低温の外気流の層が流れるため、各排気筒２との接触が抑えられて各排気筒２が高温になることを抑制できる。
また、高温排気筒ユニット１内に雨水等が浸入したり結露したりしたとしても、雨水等の水滴は第一、第二、第三の排気筒２Ａ，２Ｂ，２Ｃの内面を伝わってそれぞれ降下し、各スカート部５の内面から外部に排出される。また、各排気筒２に隙間８を覆うスカート部５を設けたため、雨水等が隙間８から内部に侵入することを防止できる。
【００３０】
上述のように本実施形態による高温排気筒ユニット１によれば、万が一、整流器７が排気筒２から外れてしまったとしても、整流器７の下方に配置された排気筒２のテーパ部４の開口４ａの寸法（直径）ｃが整流器７の幅寸法ｂよりも小さいため、整流器７がテーパ部４の開口（先端部）４ａに当接して、整流器７の排気筒２の後端側（下方側）への移動が規制され、整流器７の落下が抑制される。
【００３１】
また、第一、第二、第三の排気筒２Ａ，２Ｂ，２Ｃ内を高温の排気ガスが各排気筒２のテーパ部４を通過することで高速化されると共に隙間８から外気を流入できるため、外気流と排気ガス流が層流になり、高温の排気ガス流が各排気筒２の内面に接触しないので、断熱材を用いなくても、各排気筒２の熱による悪影響を低減させて強度が低下することを抑制できる。
しかも、本実施形態による高温排気筒ユニット１は、断熱材や二重管等を使用しないでよいので製造コストを低減できる。
また、高温排気筒ユニット１内に雨水が浸入したり結露したりしたとしても、水分は各排気筒２の内面を伝わってスカート部５から外部環境に排出されるため、高温排気筒ユニット１が間欠使用される場合でも雨水等による悪影響を考慮しなくてもよい。
【００３２】
また、整流器７が筒部本体３の下部に設置されているため、排気筒２に導入された外気が整流され易い。
【００３３】
なお、本発明は上述した実施形態による高温排気筒ユニット１に限定されることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜の変更や置換等が可能であり、これらはいずれも本発明に含まれる。以下に、本発明の他の実施形態や変形例等について説明するが、上述した実施形態と同一または同様な部分や部材には同一の符号を用いて説明を省略する。
【００３４】
次に上記に示す実施形態の変形例１による高温排気筒ユニット１Ａについて、主に図５及び図６により説明する。
本変形例１による高温排気筒ユニット１Ａは、各排気筒２の構成と組み合わせは上記に示す実施形態と共通にする。本変形例１では、各排気筒２内に設置固定する整流器７Ａの位置が上記に示す実施形態の整流器７と相違する。
図５及び図６に示すように、本実施形態の整流器７Ａは、筒部本体３の上部に固定されている。
【００３５】
このように構成された高温排気筒ユニット１Ａでも、万が一、整流器７Ａが排気筒２から外れてしまったとしても、下方に配置された排気筒２のテーパ部４の開口（先端部）４ａにより、整流器７の排気筒２の後端側（下方側）への移動が規制され、整流器７の落下が抑制される。
【００３６】
次に上記に示す実施形態の変形例２による高温排気筒ユニット１Ｂについて、主に図７及び図８により説明する。
本変形例２による高温排気筒ユニット１Ｂでは、整流器７Ｂが、テーパ部４に固定されている。整流器７Ｂは、テーパ部４の内面に沿って、つまり整流器７Ｂは先端側の開口４ａに向けて幅寸法を次第に絞り込んで縮径するように形成されている。このため、整流器７Ｂの下部の幅寸法は、テーパ部４の開口４ａの幅寸法（直径）よりも大きい。
【００３７】
このように構成された高温排気筒ユニット１Ｂでも、万が一、整流器７Ｂが排気筒２から外れてしまったとしても、下方に配置された排気筒２のテーパ部４の開口（先端部）４ａにより、整流器７の排気筒２の後端側（下方側）への移動が規制され、整流器７の落下が抑制される。
【００３８】
また、整流器７Ｂがテーパ部４に設けられているため、高温の排気ガスが上方で渦を巻くことが抑制される。
【００３９】
次に上記に示す実施形態の変形例３による排気筒２Ｘについて、主に図９により説明する。
本変形例３による排気筒２Ｘでは、筒部本体３において、整流器７の下方に、整流器７とわずかに間隔を空けて、移動規制部材（移動規制部）１０が設けられている。移動規制部材１０は、一対のバー１０ａが平面視Ｘ状をなすように組み付けられている。
【００４０】
このように構成された排気筒２Ｘでは、万が一、整流器７が排気筒２から外れてしまったとしても、整流器７は下方に配置された移動規制部材１０に当接して、整流器７の排気筒２の後端側（下方側）への移動が規制され、整流器７の落下が抑制される。
【００４１】
次に上記に示す実施形態の変形例４による排気筒２Ｙについて、主に図１０により説明する。
本変形例４による排気筒２Ｙでは、筒部本体３において、整流器７の下方に、整流器７とわずかに間隔を空けて設けられた移動規制部材（移動規制部）１１は、筒部本体３の内面から径方向内側に突出するように環状をなしている。
【００４２】
このように構成された排気筒２Ｙでは、万が一、整流器７が排気筒２から外れてしまったとしても、整流器７は下方に配置された移動規制部材１１に当接して、整流器７の排気筒２の後端側（下方側）への移動が規制され、整流器７の落下が抑制される。
【００４３】
なお、上記に示す変形例３，４の移動規制部材は、筒部本体３の下部に設けられているが本発明はこれに限られず、変形例１のように整流器７Ａが筒部本体３の上部に設けられている場合には、移動規制部材は筒部本体３の上部且つ整流器７Ａの直下に設けられることが好ましい。また、変形例２のように整流器７Ｂがテーパ部４に設けられている場合には、移動規制部材はテーパ部４の下部且つ整流器７Ｂの直下に設けられることが好ましい。
【００４４】
また、移動規制部材の形状は変形例３，４に示すものに限定される適宜設定可能である。例えば、平面視において整流器７と重なる部分を有する構成であることが好ましく、筒部本体３の内面から径方向内側に突出する突起（不図示）が周方向に離間して複数設けられていてもよい。
【００４５】
また、本発明における上述した各実施形態において、テーパ部４は縮径部に含まれ、スカート部５は拡径部に含まれるものとする。また、筒部本体３は筒部に含まれる。
【００４６】
また、上述した各実施形態では、テーパ部４とスカート部５との間の隙間８はそれぞれ全周に亘って形成されていて外気を流入可能であるが、全周から外気を流入させなくてもよい。例えば、テーパ部４とスカート部５と間の隙間８にアーム部を設けて遮蔽したりして、部分的に隙間８を遮蔽していてもよい。
【００４７】
また、上述した各実施形態による高温排気筒ユニット１、１Ａ、１Ｂは本発明による高温排気筒に含まれるものとする。しかも、本発明による高温排気筒は高温の排気ガスを排出するための煙突も含むものとする。
【符号の説明】
【００４８】
１、１Ａ、１Ｂ  高温排気筒ユニット（高温排気筒）
２、２Ｘ、２Ｙ  排気筒
２Ａ  第一の排気筒
２Ｂ  第二の排気筒
２Ｃ  第三の排気筒
３  筒部本体
４  テーパ部
４ａ  開口（移動規制部）
５  スカート部
７、７Ａ、７Ｂ  整流器
７ｂ、７ｃ  開口部
８  隙間
【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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【図１０】
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