(57)【要約】【課題】断熱材を用いることなく高温の排気ガスの接触を抑えて高強度で長寿命にする。【解決手段】排気筒１は、高温排気ガスを下側開口から上側開口を通して排出させる。排気筒１は、下側開口から先端側に縮径させるスカート部５と、スカート部５の上端に連結されていて略筒形状をなす筒部本体３と、筒部本体３の上端に連結して先端側に縮径させるテーパ部４とを備えた。筒部本体３内の下端部または上端部に、高温排気ガスと外気を層流として流通させる整流器７とを備えた。排気筒１を複数個上下方向に配置した高温排気筒ユニットは、下側の排気筒１のテーパ部４と上側の排気筒１のスカート部５との間に全周に隙間を形成し、排気ガス流がテーパ部４を通過する際に高速化して隙間が負圧になるため外気が流入し、その直後に筒部本体３の下端部に設置した整流器７を通すことで排気ガス流と外気流が層流として流れ、排気ガス流が排気筒１の内面に接触しない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温排気ガスを下側開口から流入させて上側開口を通して排出させる排気筒であって、
下側開口から先端側に縮径させる拡径部と、
前記拡径部の上端に連結されていて略筒形状をなす筒部と、
前記筒部の上端に連結されていて上側開口に向けて縮径させる縮径部と、
前記筒部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たことを特徴とする排気筒。
【請求項２】
前記整流器は前記筒部の下端部と上端部の少なくとも一方に固定されている請求項１に記載された排気筒。
【請求項３】
前記整流器は前記排気筒の長手方向に沿って格子状または同心円状に板部を配列してなる請求項１または２に記載された排気筒。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載された排気筒を上下方向に複数配列させて、
一の前記排気筒の縮径部に他の前記排気筒の拡径部を隙間を開けて設置することで複数の前記排気筒を配列してなり、
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高温排気筒ユニット。
【請求項５】
高温排気ガスを下側開口から流入させて上側開口を通して排出させる排気筒であって、
下側開口から先端側に設けた筒状の拡径部と、
前記拡径部の上端に連結されている段差部と、
前記段差部の上端に連結されていて前記拡径部より内径が小さい筒状の縮径部と、
前記縮径部内に固定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、
を備えたことを特徴とする排気筒。
【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排気筒とこれら排気筒を複数連結した高温排気筒ユニットに関する。
【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高温排気筒ユニットを形成していた。
【０００４】
また、他の高温排気ガス用煙突では、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に記載の高温排気ガス用煙突では、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、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て空間空気流通路に連通させていた。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や高温排気ガス用煙突では、ジョイント部や煙突の上端開口を通して雨水等が浸入し易く、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や煙突の内部や断熱材に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や煙突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排気ガスが二重管の高温排気筒や煙突内を通過した場合、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爆発的な破損をもたらす可能性があった。
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、排気筒や煙突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とで、例えば鋼製等の金属を使用すれば強度が半分程度に落ちてしまい寿命が低下したり、或いは強度低下により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て高強度で長寿命の排気筒とこれらの排気筒を連結してなる高温排気筒ユニット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】
本発明による排気筒は、高温排気ガスを下側開口から流入させて上側開口を通して排出させる排気筒であって、下側開口から先端側に縮径させる拡径部と、拡径部の上端に連結されていて略筒形状をなす筒部と、筒部の上端に連結されていて上側開口に向けて縮径させる縮径部と、筒部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とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、排気筒を上下方向に複数配設した場合、上側の排気筒の拡径部と下側の排気筒の縮径部との間を、例えば発動発電機の発電機等で燃焼した高温排気ガスが下方から上方に流通する際に縮径部内を高温排気ガスが高速になって流通することで、縮径部と拡径部の隙間が負圧になり外気が流入され、外周側を流れる外気流が高温排気ガス流を中央側に寄せ、上側の排気筒の筒部内の整流器を流れることで高温排気ガスと外気を層流として流通させることができるため、排気筒の内面には比較的低温の外気流が接触することで、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。
【００１０】
また、整流器は筒部の下端部と上端部の少なくとも一方に固定されていることが好ましい。
整流器が排気筒の筒部の下端部に設置された場合には、流入した外気が層流となって筒部の内面を流れるため、高温排気ガス流を中央側に流通させて排気筒の内面に接触することを抑制して排気筒が高温になることを防止する。
また、整流器が排気筒の筒部の上端部に設置された場合には、テーパ部等の縮径部を外気流と高温排気ガス流が流れる際に渦流ができることを整流器で防いで層流として流すことができる。
なお、整流器が筒部の下端部と上端部の両方にかかる場合には上述し両方の利点が得られる。
【００１１】
また、整流器は排気筒の長手方向に沿って格子状または同心円状に板部を配列していてもよい。
整流器が格子状や同心円状に形成される場合には、流入する外気流と高温排気ガス流が整流器を通過する際に層流として整えて上方に流通させることができるため、乱流になることを防止できる。
【００１２】
本発明による高温排気筒ユニットは、上述したいずれかの排気筒を上下方向に複数配列させて、一の排気筒の縮径部に他の排気筒の拡径部を隙間を開けて設置することで複数の排気筒を配列してなり、隙間を通して外気を導入して排気筒内で高温排気ガスとその外側の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。
本発明によれば、直列に配列した複数の排気筒内を、例えば発動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へ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、排気筒内の高温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、高温排気ガスは中央領域をそれぞれ層流として流れる。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。
【００１３】
本発明による排気筒は、高温排気ガスを下側開口から流入させて上側開口を通して排出させる排気筒であって、下側開口から先端側に設けた筒状の拡径部と、拡径部の上端に連結されている段差部と、段差部の上端に連結されていて拡径部より内径が小さい筒状の縮径部と、縮径部内に固定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と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、隙間を開けて排気筒を上下方向に複数配設した場合、上側の排気筒の拡径部と下側の排気筒の縮径部との間を、例えば発動発電機等で燃焼した高温排気ガスが下方から上方に高速で流通する際に、縮径部と拡径部の隙間が負圧になり外気が流入され、外周側を流れる外気流が高温排気ガス流を中央側に寄せ、上側の排気筒の縮径部内の整流器を流れることで外気と高温排気ガスを層流として流通させることができるため、排気筒の内面には比較的低温の外気流が接触することで、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。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による排気筒及び高温排気筒ユニットによれば、排気筒を上下方向に複数配設した場合、上側の排気筒の拡径部と下側の排気筒の縮径部との間を高温排気ガスが流通して縮径部内を高速で流通することで、縮径部と拡径部の隙間が負圧になり外気が流入され、整流器を流れることで高温排気ガスと外気を層流として流通させることができる。そのため、排気筒の内面には比較的低温の外気流が接触するため、排気筒が高温になることを抑制して、高温の排気ガスが接触することによる排気筒の強度低下を抑制して長寿命化できる。
しかも、雨水や結露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。
そのため、従来の高温排気筒のように断熱材や二重管を使用しないので製造コストを低減できると共に、雨水が浸入しても排気筒の内面に沿って排出されるため、雨水による悪影響を生じないので屋外にも設置できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第一実施形態による排気筒の一部破断斜視図である。
【図２】図１に示す排気筒のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示す排気筒を積み重ねた高温排気筒ユニットの一部破断斜視図である。
【図４】図３における排気筒の接続部を示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】第二実施形態による排気筒の一部破断斜視図である。
【図６】第三実施形態による排気筒の一部破断斜視図である。
【図７】図６に示す排気筒を積み重ねた高温排気筒ユニットの一部破断斜視図である。
【図８】第四実施形態による排気筒の一部破断斜視図である。
【図９】図８に示す排気筒を積み重ねた高温排気筒ユニットの一部破断斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態による排気筒と高温排気筒ユニットについて図１から図７に基づいて説明する。
まず、本発明の第一実施形態による排気筒１と高温排気筒ユニット２について図１から図４により説明する。図１に示す排気筒１は、この排気筒１を複数個（図では３個）上下方向に積み重ねて直列に接続することで、図４に示す高温排気筒ユニット２を構成する。
この高温排気筒ユニット２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℃程度の高温高圧となって、図示しない水平排気筒から高温排気筒ユニット２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。
【００１７】
図１に示す本発明の第一実施形態による単体の排気筒１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(上側開口)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(下側開口)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１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。
【００１８】
そして、排気筒１の筒部本体３の内部には内部を流通する排気ガス流や外気流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１及び図２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流や外気流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１と整流器７は例えば鋼製等の金属製である。
【００１９】
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。或いは、下側に設置される他の排気筒１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。排気筒１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く、筒部本体３の内面の長手方向のいずれかの面に設置すればよい。
本実施形態では、高速で下方から上方に流通する高温排気ガス流によってスカート部５から排気筒１内に流入する外気が整流され易いように、整流器７は図１に示すように筒部本体３の下端部、即ちスカート部５のすぐ上部に設置して固定している。
【００２０】
次に、上述した構成を備えた第一実施形態による排気筒１を、複数個上下方向に組み立てた高温排気筒ユニット２の組立構造について図３を中心に説明する。図３に示す例では、高温排気筒ユニット２は３個の排気筒１を直列に連結しており、これらの排気筒１を便宜的に下側から上側に第一の排気筒１Ａ，第二の排気筒１Ｂ，第三の排気筒１Ｃというものとする。
高温排気筒ユニット２では、下側に設置した第一の排気筒１Ａのテーパ部４の上に第二の排気筒１Ｂのスカート部５を設置する。しかも、第一の排気筒１Ａと第二の排気筒１Ｂ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１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。
【００２１】
そして、第二の排気筒１Ｂの上部に第三の排気筒１Ｃを設置する。上記と同様に、上側の第三の排気筒１Ｃのスカート部５と第二の排気筒１Ｂ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１Ａ，１Ｂ、１Ｃは互いに非接触であり、これらの各排気筒１Ａ，１Ｂ、１Ｃ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１のスカート部５と下側の排気筒１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１Ａ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から上方に起立する排気出口６が設置され、高温排気筒ユニット２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。
【００２２】
本第一実施形態による排気筒１と高温排気筒ユニット２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を通して垂直に起立する排気出口６から排出され、高温排気筒ユニット２の第一の排気筒１Ａにスカート部５の下側開口５ａから流入する。すると、第一の排気筒１Ａ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１Ａ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内ではスカート部５の直ぐ上に整流器７が設置されているために、外気は筒部本体３内に入った直後にその内面に沿って流れ、排気ガスは外気によって中央に寄せられて集中した状態で整流化される。
【００２３】
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１Ｂ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１Ａのテーパ部４と第二の排気筒１Ｂのスカート部５との隙間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１Ｂ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１Ｂ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。これらの外気流と排気ガス流は外気が筒部本体３内に入った直後に整流器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からなる二層の層流となってテーパ部４に流入する。
【００２４】
そして、第二の排気筒１Ｂ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、テーパ部４と第三の排気筒１Ｃのスカート部５との隙間８から外気が流入して直ぐ整流器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を通って開口４ａ（上側開口）から外気に排出される。
【００２５】
このように、高温排気筒ユニット２内を下方から上方に流通する高温高速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１との接触が抑えられて各排気筒１が高温になることを抑制できる。
また、上端の開口４ａから高温排気筒ユニット２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１Ａ，１Ｂ，１Ｃ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１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。
【００２６】
上述のように本実施形態による排気筒１と高温排気筒ユニット２によれば、第一、第二、第三の排気筒１Ａ，１Ｂ，１Ｃ内で高温の排気ガスが各排気筒１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と共に、外気流入直後に整流器７によって外側の外気流と中央側の排気ガス流とを層流にすることができる。しかも、各排気筒１Ａ，１Ｂ，１Ｃの内面に沿った外気流によって高温の排気ガス流が各排気筒１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１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２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２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１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２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。
【００２７】
なお、本発明は上述した第一実施形態による排気筒１と高温排気筒ユニット２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。
【００２８】
次に本発明の第二実施形態による排気筒１３について図５により説明する。
本第二実施形態による排気筒１３の構成とその組み合わせからなる高温排気筒ユニット２は第一実施形態と共通にする。本実施形態では、排気筒１内に設置固定する整流器７の設置位置が第一実施形態の整流器７と相違する。
図５において、本第二実施形態における排気筒１３の整流器７は板部７ａを格子状に配列させてなるものであり、筒部本体３の上端であるテーパ部４との境界に溶接等で固定して設置した。
【００２９】
本実施形態による排気筒１３において、筒部本体３から縮径したテーパ部４では内径寸法が次第に小さくなる形状を有しており、外気流と排気ガス流がテーパ部４に至ると渦ができ易いが、その直前の筒部本体３の上端部に整流器７を設置することで、外気流と排気ガス流が渦巻くことを防いで整流化させることができる。
本第二実施形態による排気筒１３では、テーパ部４の直前位置に整流器７を設置したことで、テーパ部４を外気流と排気ガス流が流れる際にテーパ部４で渦巻流が発生することを防止できる。
【００３０】
次に本発明の第三実施形態による排気筒１５とこれを用いた高温排気筒ユニット２Ａについて図６及び図７により説明する。
本第三実施形態による排気筒１５の形状は、第一実施形態によるものと共通する。本実施形態では、各排気筒１５内に設置固定する整流器１６が第一実施形態の整流器７と相違する。
図６において、本実施形態による排気筒１５内に設けた整流器１６は各排気筒１５における筒部本体３の円筒状の内面に沿って円筒形状の整流筒部１７を同心円状に複数枚（図に示す例では４枚）径方向に略等間隔または不等間隔に設置している。なお、中央の整流筒部１７は排気ガス流だけが流れるため比較的内径寸法を大きくしてもよい。
しかも、複数の同心円状の整流筒部１７に対して径方向に延びる連結板１８を所定間隔、例えば略９０度間隔で設置して交差させ、連結板１８と筒部本体３の内面との当接部と各整流筒部１７との交差部を溶接等で固定している。図６及び図７では、本実施形態における整流器１６は排気筒１５における筒部本体３の下端部に設置しているが、第二実施形態のように筒部本体３の上端部に設置してもよい。
【００３１】
本第三実施形態による排気筒１５は上述の構成を備えており、この排気筒１５を上下方向に複数個(例えば３個)、隙間８を介して配設したものを図７に示す高温排気筒ユニット２Ａとする。この高温排気筒ユニット２Ａについて、ガスタービンが燃焼した後の排気ガスの排出方法について図７により説明する。
図７において、ガスタービンで燃料を燃焼した後の高温の排気ガスが排気出口６を経由して高温排気筒ユニット２Ａの第一の排気筒１５Ａに流入すると、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す。排気ガス流は高速であるため、スカート部５と排気出口６との隙間８からは外気が流入し、排気ガスは中央よりに集合して外気はスカート部５の内面に沿って筒部本体３内に流入する。
筒部本体３内では整流器１６によって外気と排気ガスが同心円状の層流となって整流化されて上方に流れ、更にテーパ部４を高速走行することで排気ガス流速が向上する。
【００３２】
第一の排気筒１５Ａのテーパ部４から第二の排気筒１５Ｂのスカート部５を通過する際、縮径化したテーパ部４を通過することで外気と排気ガスは流速を増すため、テーパ部４とスカート部５の隙間８の領域は負圧になり、外気が隙間８を通って第二の排気筒１５Ｂの筒部本体３内に流入し、その内面に沿って走行する。
【００３３】
しかも、筒部本体３の下端部内面に設置された整流器１６は同心円状の複数の整流筒部１７で形成されているために、外気は筒部本体３の内面と最も外側、またはその内側の整流筒部１７に沿ってリング状の層流として流れる。そのため、排気ガス流は筒部本体３内の中央側に寄せられて複数の中央側の整流筒部１７内を上方に流れる。
こうして二層の層流となった外気と排気ガスの流れは第二の排気筒１５Ｂのテーパ部４で流速が高速化され、第三の排気筒１５Ｃのスカート部５との隙間８から外気が流入して整流器１６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。
【００３４】
このように、本第三実施形態による排気筒１５と高温排気筒ユニット２Ａでは、各排気筒１５の連結部の隙間８とその直近上部の整流器１６によって、下方から上方に流通する高温の排気ガス流とその外側を流れる比較的低温の外気流との二層の層流として流れるため、高温の排気ガス流と各排気筒１５の内面との接触が抑えられて各排気筒１５が高温になることを抑制できる。
【００３５】
なお、上述した各実施形態による排気筒１、１３、１５では、筒部本体３の内面と整流器７、１６の外周面は円筒状に形成したが、本発明はこのような形状に限定されない。例えば、排気筒１，１３、１５は略四角形筒状や略五角形筒状等の多角形筒状に形成してもよい。この場合、筒部本体３の内面も多角形筒状とされ、その内面に固定する整流器７，１６も略多角形筒状の外観形状をなす格子状や同心円状等に形成してもよい。
【００３６】
次に本発明の第四実施形態による高温排気筒ユニット２Ｂについて図８及び図９により説明する。
本第四実施形態による排気筒２０では、図８に示すように、各排気筒２０は略四角形の筒状とされているが、段付き形状であってテーパ部４とスカート部５を有していない点で相違する。
即ち、本第四実施形態による各排気筒２０は、それぞれ略四角形筒状の拡径部をなす筒状拡径部２１と、段差部２２と、筒状拡径部２１より縮径された略四角形筒状の筒状縮径部２３とを備えている。筒状拡径部２１は下側開口を備え、筒状縮径部２３は上側開口を備えている。そして筒状縮径部２３内には外面が略四角形筒状をなす格子状の整流器２４が下端部または上端部に溶接等で設置されている。
【００３７】
本第四実施形態による高温排気筒ユニット２Ｂは、図９に示すように、第一の排気筒２０Ａにおける上部の筒状縮径部２３の上に第二の排気筒２０Ｂの筒状拡径部２１を設置し、第一の排気筒２０Ａの段差部２２と筒状縮径部２３の上側に所定距離ａの隙間８を開けて第二の排気筒２０Ｂの筒状拡径部２１を設置している。第二の排気筒２０Ｂの段差部２２と筒状縮径部２３の上側にも所定距離ａの隙間８を開けて第三の排気筒２０Ｃの筒状拡径部２１を設置している。
そして、各排気筒２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの各筒状縮径部２３内にはその下端部または上端部に格子状の整流器２４が溶接等で固定されている。
【００３８】
本実施形態においても、高温排気筒ユニット２Ｂは、上下間に隙間８を開けて複数（図に示す例では３つ）の排気筒２０が連結されている。下方の排気出口６から第一の排気筒２０Ａの筒状拡径部２１を通って高速で流入する排気ガス流と排気出口６との隙間８から流入する外気流は流入後に筒状縮径部２３の整流器２４で整流化される。第一の排気筒２０Ａの段差部２２付近で流速を上げなくても、当初の排気ガスの流速が高ければ縮径しなくても気圧が下がり、第一の排気筒２０Ａの筒状縮径部２３と第二の排気筒２０Ｂの筒状拡径部２１及び段差部２２との隙間８から外気を吸引できる。
隙間８を通して流入する外気は第二の排気筒２０Ｂの筒状縮径部２３の内面に沿って流れ、高温の排気ガス流は中央側に寄せられて、整流器２４を通過することで外側の外気流と中央側の排気ガス流との二層の層流として整流化される。
【００３９】
そして、第二の排気筒２０Ｂの筒状縮径部２３を高速で流れる二層の層流に対して排気ガス流が高速であるため、第二の排気筒２０Ｂの筒状縮径部２３と第三の排気筒２０Ｃの筒状拡径部２１及び段差部２２との隙間８の領域からも外気が流入する。
隙間８を通して流入する外気は第三の排気筒２０Ｃの筒状縮径部２３の内面に沿って流れ、高温の排気ガス流は中央側に寄せられて、整流器２４を通過することで外側の外気流と中央側の排気ガス流との二層の層流として整流化され、第三の排気筒２０Ｃから上側開口を通して外気に放出される。
【００４０】
従って、本第四実施形態による高温排気筒ユニット２Ｂにおいても、各排気筒２０の内面に高温の排気ガスが接触するのを抑えて、外気の層流によって各排気筒２０が排気ガスの高温にさらされるのを阻止して保護できる。
しかも、本第四実施形態による高温排気筒ユニット２Ｂでは、各排気筒２０が段差部２２を介して筒状拡径部２１と筒状縮径部２３を連結した簡略化した形状で構成したため、排気ガス流や外気流の絞り込み構成をより簡略化できて製造コストを低廉にできる。
【００４１】
なお、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、筒状縮径部２３は縮径部に含まれ、スカート部５、筒状拡径部２１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。
また、第一から第三実施形態において、排気筒１、１５について略円筒状のものを用いて説明したが、略四角筒状や略五角筒状等の略多角筒形状のものを用いてもよく、この場合、筒部本体３とその上下のテーパ部４、スカート部５も同様な略多角筒形状のものを用いることができる。また、第四実施形態においても略四角筒形状に代えて他の多角筒形状や略円筒形状等の排気筒を採用することができる。
【００４２】
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、筒状縮径部２３と筒状拡径部２１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の間や筒状縮径部２３と筒状拡径部２１との間の隙間８にアーム部を設けて連結したりして、部分的に隙間８を遮蔽していてもよい。
【００４３】
なお、整流器７、１６は筒部本体３の下端部から上端部まで延びていてもよい。また、整流器２４は筒状縮径部２３の下端部から上端部まで延びていてもよい。これらの場合には、上述した第一実施形態と第二実施形態の両方の効果を得られる。
また、上述した各実施形態による高温排気筒ユニット２、２Ａ、２Ｂ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ユニット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】
【００４４】
１，１３、１５、２０  排気筒、
１Ａ、１５Ａ，２０Ａ  第一の排気筒
１Ｂ、１５Ｂ，２０Ｂ  第二の排気筒
１Ｃ、１５Ｃ，２０Ｃ  第三の排気筒
２、２Ａ、２Ｂ  高温排気筒ユニット
３  筒部本体
４  テーパ部
５  スカート部
７、１６、２４  整流器
８  隙間
２１  筒状拡径部
２２  段差部
２３  筒状縮径部
【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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