JP4820669B2 - 排気装置、排気装置の運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数台の内燃機関（ディーゼルエンジンやガスタービン）を備えた設備の排気装置、及び該排気装置の運転方法に関するものである。

複数台の内燃機関（ディーゼルエンジンやガスタービン）を備えた設備において、排気装置は通常は図１に示すように、各内燃機関１０（１０−１〜１０−３）ごとにそれぞれ排気管１１（１１−１〜１１−３）を設け、各排気管１１に排気消音器１２（１２−１〜１２−３）を設けて構成されている。そのため排気のための配管及び排気消音器等の設備容積が全体として大きくなる。特に複数の内燃機関１０の交互運転などの場合、運転する内燃機関１０は１台であるにもかかわらず排気管１１、及び排気消音器１２は設置された内燃機関１０の台数分だけ必要となる。

上記問題を解決するため、図２に示すように、複数台の内燃機関を１本の合流排気管１３に合流させると共に、合流排気管１３に排気消音器１２を設けることで、排気のための配管や排気消音器等の設備容積の削減が可能となる。しかしながら、その場合、複数の排気管１１が合流しているため、運転停止中の内燃機関、例えば図２では内燃機関１０−１と内燃機関１０−３が停止している場合、矢印１４に示すように、運転中の内燃機関１０−２から排出される排気ガスが、運転停止中の内燃機関１０−１と内燃機関１０−３に流入（逆流）し、悪影響（例えば、機器の損傷、複数台の内燃機関を備えた設備が室内に設置している場合は室内への排気ガスの流出）を及ぼす可能性がある。

上記のように運転停止中の内燃機関１０に排ガスの流入を防止するため従来、合流排気管１３と各排気管１１が合流する部分の配管形状に、逆流方向の流れに対する圧力損失が大きくなるように形状の工夫を行なっているが、構造が複雑になるという欠点がある。

また、図３に示すように、合流排気管１３が内燃機関１０（１０−１〜１０−３）の設置レベル１５より低い場合、上記のように合流部の形状の工夫を行なっても、運転停止後にドラフト効果によって矢印１６に示すように排ガスが個々の内燃機関１０に逆流する可能性がある。そのため合流排気管１３の設置に制約、即ち内燃機関１０の設置レベル１５より合流排気管１３を低くできないという制約があった。

この種の内燃機関を備えた設備の排気装置としては、特許文献１及び特許文献２に記載されたものがある。
実公平３−２６２７５号公報 特許第３２０９８８９号公報

上記特許文献１に記載のものは、ガスタービンのパッケージ換気を排気管に合流させるものであるが、複数台の内燃機関から排出される排気を合流させるものではなく、上記問題は解決できない。また、ガスタービンの運転停止時に関する記載はなく、上記のように運転停止時の逆流の問題は解決できない。

また、特許文献２に記載のものは、主にコージェネレーションとしての複数のガスタービンと単一の排熱ボイラとの逆流防止装置であり、複数台の内燃機関を備えた設備の排気装置ではない。また、ガスタービンの運転停止時に関する記載はなく、上記のような運転停止時の逆流の問題は解決できない。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、排気のための配管や排気消音器等の設置容積を削減し、運転停止中の内燃機関に運転中の内燃機関から排出された排ガスが逆流することなく、排気のための配管設置条件を緩和できる複数台の内燃機関を備えた設備の排気装置、排気装置の運転方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、複数の内燃機関を備えた設備の排気装置であって、前記内燃機関のそれぞれに設けられた排気管を、１本の合流排気管に合流させると共に、前記合流排気管に排気消音器を設け、前記各内燃機関から排出された気流が前記合流排気管及び前記排気消音器を経由して排気口から排出するように構成し、前記各排気管の前記合流排気管との合流点より上流側に枝管又はバイパス管を設け、該枝管又はバイパス管に前記合流点に向かって流れる気流を発生させるファンを設けたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の排気装置の運転方法であって、前記複数の内燃機関の内、任意の内燃機関が停止した場合でも該停止した内燃機関の排気管に設けられた前記ファンを継続して運転し、該排気管内に排ガスの逆流を防止させる静圧を発生させることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１記載の排気装置の運転方法において、前記複数の内燃機関を備えた設備は室内に配置されており、前記枝管又はバイパス管を設けたファンは室内換気用としても運転することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１記載の排気装置において、内燃機関はガスタービンであり、前記枝管又はバイパス管を設けたファンはガスタービンパッケージ換気用のファンも兼用することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１記載の排気装置において、前記各内燃機関に設けられた前記排気管と前記枝管又はバイパス管の合流部の排気圧力が大きい内燃機関側に断面積が該排気管上流側より小さいエゼクタ効果を発生させる絞り部を設けたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、内燃機関のそれぞれに設けられた排気管を、１本の合流排気管に合流させると共に、合流排気管に排気消音器を設け、各内燃機関から排出された気流が前記合流排気管及び前記排気消音器を経由して排気口から排出するように構成し、各排気管の合流排気管との合流点より上流側に枝管又はバイパス管を設け、該枝管又はバイパス管に合流点に向かって流れる気流を発生させるファンを設けたので、排気のための配管設置容積を削減、即ち排気設備の省スペース化とそれに伴う建築構造物を縮小できると共に、運転停止中の内燃機関に運転中の内燃機関から排出された排ガスの逆流を防止することが可能となる。また、排ガスの逆流防止が可能であるため合流排気管の配管設置条件を緩和できる。

請求項２に記載の発明によれば、複数の内燃機関の内、任意の内燃機関が停止した場合でも該停止した内燃機関の排気管に設けられたファンは継続して運転し、該排気管内に排ガスの逆流を防止させる静圧を発生させるので、運転停止中の内燃機関に運転中の内燃機関から排出された排ガスが流入（逆流）することはない。

請求項３に記載の発明によれば、複数の内燃機関を備えた設備は室内に配置されており、枝管又はバイパス管を設けたファンは室内換気用としても運転するので、枝管又はバイパス管に設けたファンで室内換気もでき、室内換気用のファンを省略できる。

請求項４に記載の発明によれば、内燃機関はガスタービンであり、枝管又はバイパス管を設けたファンはガスタービンパッケージ換気用のファンも兼用するので、その分ファンを削減できる。

請求項５に記載の発明によれば、各内燃機関に設けられた排気管と枝管又はバイパス管の合流部の排気圧力が大きい内燃機関側に断面積が該排気管上流側より小さいエゼクタ効果を発生させる絞り部を設けたので、該絞り部のエゼクタ効果により枝管又はバイパス管側の気流（送風）を促進させることができると共に、枝管又はバイパス管に設けたファンの負荷を軽減できる。

以下、本願発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図４は本願発明に係る複数の内燃機関を備えた設備の排気装置を示す図である。本設備は複数台（図では３台）の内燃機関１０（１０−１〜１０−３）を備えたものである。各内燃機関１０には排気管１１（１１−１〜１１−３）が設けられており、各排気管１１は１本の合流排気管１３に合流（接続）している。該合流排気管１３には１台の排気消音器１２が設けられている。各排気管１１にはそれぞれ合流排気管１３との合流点１７（１７−１〜１７−３）より上流側に枝管又はバイパス管１８（１８−１〜１８−３）が設けられている。また、枝管又はバイパス管１８にはそれぞれ発生する気流（送風）が合流点１７に向かって流れるファン１９（１９−１〜１９−３）が設けられている。

上記のように複数台の内燃機関１０の排気管１１を１本の合流排気管１３に合流させることにより、図１に示すように、各内燃機関１０にそれぞれ長い排気管１１を接続するのに比べ、排気のための配管設置容積を削減できる。また、合流排気管１３に１台の排気消音器１２を設置するだけで済むので、排気消音器１２も少なくて済み、その設置容積が削減できる。また、枝管又はバイパス管１８にはそれぞれ発生する気流（風）が合流点１７に向かって流れるファン１９を設けているので、複数台の内燃機関１０の内任意の内燃機関１０が運転停止中であっても、該内燃機関１０の排気管１１に設けた枝管又はバイパス管１８のファン１９を運転することにより、発生した気流（風）は合流点１７に向かって流れるから、合流排気管１３からその排気管１１に流入する排ガスを阻止することが可能となる。

このとき排気管１１に内に排ガスの逆流を防止できる静圧、即ち吸込側と排気管１１の合流点１７との差圧を補う以上の静圧を発生させると、運転停止中の内燃機関１０の排気管１１内に運転中の内燃機関１０から排出された排ガスが流入（逆流）するのを完全に防止できる。

また、複数台の内燃機関１０（１０−１〜１０−３）を備えた設備が、室内に配置されている場合、枝管又はバイパス管１８（１８−１〜１８−３）に設けたファン１９（１９−１〜１９−３）は室内換気用のファンとしても使用できるので、室内換気用のファンを省略できる。

図５は本願発明に係る複数の内燃機関を備えた設備の排気装置を示す図である。本排気装置が設けられる設備は図示するように、複数台（図では３台）のガスタービン２０（２０−１〜２０−３）を備え、該ガスタービン２０のそれぞれに設けられた排気管１１（１１−１〜１１−３）は１本の合流排気管１３に合流している。該合流排気管１３には１台の排気消音器１２が設けられている。各排気管１１にはそれぞれ合流排気管１３との合流点１７（１７−１〜１７−３）から上流側に枝管又はバイパス管１８（１８−１〜１８−３）が設けられている。また、各枝管又はバイパス管１８にはそれぞれガスタービン２０のパッケージ換気出口２１（２１−１〜２１−３）が接続され、各接続部にはそれぞれ換気ファン２２（２２−１〜２２−３）が設けられている。

上記のように複数台のガスタービン２０の排気管１１をそれぞれ１本の合流排気管１３に接続し、各排気管１１にそれぞれ枝管又はバイパス管１８を接続することにより、図４に示す排気装置と同一の作用効果が得られる。また、各枝管又はバイパス管１８にはそれぞれガスタービン２０のパッケージ換気出口２１が接続され、各接続部にはそれぞれ換気ファン２２が設けられているので、この換気ファン２２は図４の排気装置のファン１９とガスタービン２０のパッケージ換気ファンを兼ねることになり、ガスタービン２０のパッケージ換気ファンが省略できる。

図６は本発明に係る排気管１１と枝管又はバイパス管１８の接続（合流）部の構成例を示す図である。図示するように、排気管１１と枝管又はバイパス管１８の接続部Ａの排気圧力が大きい内燃機関１０側に断面積が該排気管１１の上流側より小さいエゼクタ効果を発生させる絞り部２３を設けている。このように排気管１１に絞り部２３を設けることにより、この絞り部２３を出る排ガスの流速は速くなり、エゼクタ効果により枝管又はバイパス管１８側の気流（送風）の流速を促進させることができ、枝管又はバイパス管１８に設けたファン１９の負荷が軽減される。

内燃機関１０がディーゼルエンジンの場合、排気音が低音となるため、低音に効果的な図７に概略構成を示す膨張形の消音器、即ち、消音器本体部１２ａの断面積が、排気流部１２ｂや排気排出部１２ｃの断面積より大きい排気消音器１２が多く用いられている。また、内燃機関１０がガスタービンの場合は、排気音が高音となるため、高音に効果的な図８に概略構成を示す吸音ダクト形やセル形・スプリッタ形の消音器、即ち、排気に接する側壁１２ｄが吸音材からなる排気消音器１２が多く用いられている。

ディーゼルエンジン用として適している膨張形の消音器は、構造的にガスが溜まりやすい（抵抗が大きい）構造である。エンジン起動失敗時、排気消音器１２に未燃焼ガスが溜まり、再起動時に危険であるため、図４に示すように、枝管又はバイパス管１８にファン１９を設けることにより、エンジン起動失敗時にファン１９を運転し続け、排気口に向かって気流（送風）を流し続けることにより、排気消音器１２内のガスを積極的に排出するから、排気消音器１２内に未燃焼が溜まるのを防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載のない何れの形状・構造であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、上記実施形態例では、内燃機関（図５ではガスタービン）を３台備えた設備を例を示したが、設備が備える内燃機関の数は３台に限定されるものではなく、２台或いは４台以上でもよい。

従来の複数台の内燃機関を備えた排気装置の構成例を示す図である。 従来の複数台の内燃機関を備えた排気装置の構成例を示す図である。 従来の複数台の内燃機関を備えた排気装置の構成例を示す図である。 本発明に係る複数台の内燃機関を備えた排気装置の構成例を示す図である。 本発明に係る複数台のガスタービンを備えた排気装置の構成例を示す図である。 本発明に係る排気装置の排気管と枝管又はバイパス管の接続部の構成例を示す図である。 膨張形消音器の概略断面図である。 吸収ダクト形消音器の概略概観図である。

符号の説明

１０ 内燃機関
１１ 排気管
１２ 排気消音器
１３ 合流排気管
１４ 排ガスの流れを示す矢印
１５ 内燃機関の設置レベル
１６ 排ガスの流れを示す矢印
１７ 合流排気管と排気管の合流点
１８ 枝管又はバイパス管
１９ ファン
２０ ガスタービン
２１ パッケージ換気出口
２２ 換気ファン
２３ 絞り部

Claims (5)

1. 複数の内燃機関を備えた設備の排気装置であって、
   前記内燃機関のそれぞれに設けられた排気管を、１本の合流排気管に合流させると共に、前記合流排気管に排気消音器を設け、前記各内燃機関から排出された気流が前記合流排気管及び前記排気消音器を経由して排気口から排出するように構成し、
   前記各排気管の前記合流排気管との合流点より上流側に枝管又はバイパス管を設け、該枝管又はバイパス管に前記合流点に向かって流れる気流を発生させるファンを設けたことを特徴とする排気装置。
2. 請求項１記載の排気装置の運転方法であって、
   前記複数の内燃機関の内、任意の内燃機関が停止した場合でも該停止した内燃機関の排気管に設けられた前記ファンは継続して運転し、該排気管内に排ガスの逆流を防止させる静圧を発生させることを特徴とする排気装置の運転方法。
3. 請求項１記載の排気装置の運転方法において、
   前記複数の内燃機関を備えた設備は室内に配置されており、
   前記枝管又はバイパス管を設けたファンは室内換気用としても運転することを特徴とする排気装置の運転方法。
4. 請求項１記載の排気装置において、
   前記内燃機関はガスタービンであり、前記枝管又はバイパス管を設けたファンはガスタービンパッケージ換気用のファンも兼用することを特徴とする排気装置。
5. 請求項１記載の排気装置において、
   前記各内燃機関に設けられた前記排気管と前記枝管又はバイパス管の合流部の排気圧力が大きい内燃機関側に断面積が該排気管上流側より小さいエゼクタ効果を発生させる絞り部を設けたことを特徴とする排気装置。

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