JPH0220775A - 可撓性排気塔 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、工場等から排出される煙や汚染空気等を上空
に導く排気塔に関するものである。

（従来の技術） 工場等において発生する排気には、煙のように一酸化炭
素や亜硫酸ガス等を含んだもの・や微量の化学物質を含
んだものがある。そのような排気は、上空高く導いて、
大気中に拡散させることが求められる。そこで、そのよ
うな排気を地表付近から上空に導くために、煙突等の排
気塔が設けられている。

そのような排気塔は、十分な高さを有するものとしなけ
ればならない。したがって、地震や横風に対する対策が
必要となる。

従来は、そのような排気塔は、鉄筋コンクリートや鋼板
等を用いて構築される恒久的な構造物とされていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、排気塔には、高さが地上数十メートルに
も達する巨大なものも多く、そのような排気塔を鉄筋コ
ンクリートや鋼板等によって構築しようとすると、巨額
の費用と長い工期を必要とするばかりでなく、地盤が軟
弱な場合には基礎工事にも多大な労力を必要とするとい
う問題がある。

また、−時的に必要となる排気塔であっても、上述のよ
うに大掛かりな工事によって構築しなければならず、不
要となったときには、それを移転するということができ
ないので、単に破壊する以外に方法がない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、地盤の良否にかかわらず、低コストで
短期間に構築することができ、しかも再利用することの
できる排気塔を得ることである。

（課題を解決するための手段） この目的を達成するために、本発明では、気体の透過し
にくい可撓性シートによって筒体を形成し、その筒体が
直立姿勢に保持されるようにすることによって、その筒
体を排気塔として使用するようにしている。

可撓性の筒体が直立姿勢に保持されるようにするために
は、その筒体の上端に小径の排気出口を設け、その筒体
の下端から排気を導入するようにすればよい。また、筒
体の上端に気球を連結するようにしてもよい。その場合
には、その気球の形状を、横風によって揚力が生じるよ
うな形状とすることが望ましい。更に、筒体を内筒と外
筒とからなる二重壁構造とし、その内筒と外筒との間に
密閉空間を形成して、その空間内に高圧ガスを封入する
ようにしても、筒体な直立姿勢に保持することができる
。

（作用） このように、可撓性シートからなる筒体によって排気塔
を構成することにより、その排気塔は極めて軽量なもの
となり、軟弱な地盤上にもそれを立設することができる
ようになる。

そして、筒体の上端に設けられる排気出口をその筒体の
内径よりも小径のものとしておけば、筒体の下端から上
昇する排気がその排気出口から流出するとき、その排気
出口部分で抵抗を受けるので、筒体の内部から上向きの
圧力が加えられることになり、その圧力によって筒体の
重量が支持される。したがって、可撓性の筒体が直立姿
勢となり、その姿勢で保持されることになる。

また、筒体の上端に気球を連結すれば、その気球の浮力
によって筒体が引き上げられ、直立姿勢に保持される。

この場合、気球が横風を受けて揚力を発生する形状に形
成されていると、その浮力のみならず揚力によっても筒
体に上向きの力が加えられるようになるので、横風を受
けて筒体が倒れることが防止されるようになる。

更に、筒体を二重壁構造とし、その二重壁間の空間内に
高圧ガスを封入するようにすれば、その内部圧力によっ
て筒体の形状が保持され、直立姿勢に保たれるようにな
る。

（実施例） 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

図中、第１図は本発明による可撓性排気塔の第１実施例
を示すものである。

この図から明らかなように、排気を上空に導く筒体１は
、ゴム引き布等のような気体の透過しにくい可撓性シー
トの両端を接着して円筒状に形成し、それを複数個つな
ぎ合わせることによって、所定の高さの円筒体として構
成されている。この筒体１は、その下端１ａから上端１
ｂまでほぼ一定の内径を有するものとされ、その下端１
ａは排気発生源２に連結されて固定されている。また、
その上端１ｂには、排気出口を構成する開口３を備えた
頂板４が取り付けられている。その頂板４も、筒体１と
同様な可撓性シートによって形成されている。図示の例
では頂板４は水平な円板状のものとされているが、上方
あるいは下方に突出する円錐状とされていてもよい。

筒体１の下方には、排気発生源２から発生し上昇する排
気の流れを加速するブロワ５が設けられている。更に、
筒体１の上端１ｂと地上の基礎６との間には、ワイヤあ
るいはロープのような引張強度の大きい線材７が斜めに
張設されている。

次に、このように構成された排気塔の作用について説明
する。

排気発生源２において発生した排気は、ブロワ５によっ
て筒体１の下端１ａからその内部に導入され、その筒体
１の内部を下方から上方へと流れて、上空に導かれる。

そして、筒体１の上端の開口３から大気中に排出される
。

いま、筒体１の内部断面積を５ＥＮ（ｍ２）　％開口３
の断面積を５Ｅｘ（ｍ２）　、筒体ｌ内部における排気
の流速なり　ｏ（ｍ／５ｅｃ）　、開口３における排気
の流速をｖ　（ｍ／５ｅｃ）とすると、頂板４を境界と
する筒体１の内外の圧力差ＰＡは、ｋρ（Ｖ”−Ｖｏ２
） ｐＡ＝　　　　　　　　　　　　　　　　（１）で与え
られる。ここで、ｋはＳＥＮとＳＥＸとの比によって定
まる定数であり、ρは空気の密度である。

したがって、頂板４には、上方に向けてＷＡ　＝　Ｐ　
Ａ（Ｓ　ＩＮ　　Ｓ　ｔｘ）　　　　　　　　（２）の
力が働くことになり、筒体１はその力Ｗ＾によって上方
に持ち上げられることになる。

例えば、筒体１が比重１．４、厚さ０．１ｍｍの材料に
よって形成されており、その直径が２ｍ、高さカ月００
ｍであったとすると、その筒体１の重量は約８８ｋｇと
なる。一方、開口３の断面積Ｓ■を筒体１の断面積ＳＥ
Ｘの４分の１に設定すると、（１）式における定数にの
値は０．４２となり、また、筒体１内の排気の流速Ｖ０
をｌｏｍ／ｓｅｃとすると、開口３における流速Ｖは４
０ｍ／ｓｅｃとなる。したがって、（１）式より、頂板
４に作用する圧力差ＰＡが４０ｋｇ／ｍ”と求められ、
これを（２）式に代入すると、力ＷＡの値として９４ｋ
ｇが得られる。

この計算結果から、開口３、すなわち排気出口の断面積
を適切に設定すれば、筒体１内に生ずる圧力によって筒
体ｌの重量が十分に支持されるようになり、その筒体１
が直立姿勢に保持されることがわかる。

そして、筒体１内の圧力によって、横風を受けたときに
おける筒体１の断面形状の変形が防止され、゛筒体ｌの
上端１ｂと基礎６との間に張設された線材７によって、
横風を受けて筒体１が倒れることが防止される。

なお、排気発生源２から排出される排気の流速が十分な
値に達していれば、ブロワ５は必ずしも必要でなく、ま
た、筒体１内の圧力によってその筒体１の剛性が十分に
高く保持されれば、線材７も必ずしも必要でないことは
明らかであろう。ただし、筒体１内の圧力を過度に高く
すると、筒体１の下端１ａに大きな引張力が加わるよう
になるので、その圧力は適度に抑えることが望ましい。

第２．３図は、本発明による可撓性排気塔の第２実施例
を示すものである。

第２図から明らかなように、この実施例における筒体１
１は、第１図の実施例における筒体１と同様のものとさ
れ、その下端１１ａは排気発生源１２に連結固定されて
いる。しかしながら、その上端１１ｂは頂板を設けるこ
となく開放され、その上端間口１３によって排気出口が
形成されている。

そして、その筒体１１の上端１１ｂには、複数本のワイ
ヤ１４を介して気球１５が連結されている。その気球１
５は、可撓性シートからなる袋体の内部に水素あるいは
ヘリウムを満たしたもので、その断面は全体として翼形
ななす形状どされ、その尾部には、気球１５を常に風上
に正対させるための方向安定板１６が取り付けられてい
る。また、その翼形をなす気球１５には、横風を受けた
とき揚力が生じるように、水平面に対して所定の迎え角
が与えられている。

このように構成された排気塔においては、気球１５の浮
力によって筒体１が引き上げられる。例えば気球１５の
内部に水素あるいはヘリウムを充填した場合には、気球
１５の体積１ｍ’につき約１ｋｇの浮力を得ることがで
きる。したがって、気球１５の体積をＶＢ、自重をｍ８
とすると、その気球１５によって支持することのできる
重量Ｗｐ（ｋｇ）は、 ＷＦ　＝　Ｉ　Ｘ　ＶＢ　　ｍｅ　　　　　　　　　（
３）となる。

ここで、ｍｓ　”Ｖ１９／２と仮定すると、８８ｋｇの
筒体１１を支持するために必要な気球１５の体積ｖ６は
、１７６ｍ３という実現性の高い値どなる。すなわち、
比較的小形の気球１５によって、高さ１００ｍもの筒体
１１を直立状態に保持することができる。

横風を受けたときには、気球１５は方向安定板１６の作
用によって常に風上に正対し、揚力を発生する。いま、
第３図に示されているように、風速Ｖｗ　　（ｍ　／ｓ
ｅｃ　）の横風を受けたとすると、その横風によって気
球１５に生じる揚力Ｆ　ＬＩＳ　（ｋｇ）は、気球１５
の投影面積をＳＢ（ｍ２）、空気抵抗係数なＣｄ　ａ　
、揚抗比をγとするとき、 ρＳＢ　　Ｃｄ　Ｂ　γＶ　ｗ ＦＬ８＝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　（４）ど表される。また、気球１５の抗力ＦＤＰｌ（
ｋｇ）は、 ρＳＢ　　ＣｄＩ、Ｖｗ” ＦＤ３＝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（５）で与えらねる。

一方、横風によって筒体１１に加えられる抗力Ｆｗ（ｋ
ｇ）は、筒体１１の空気抵抗係数をＣｄｓ、側面積をＳ
Ｗ（ｍ２）とすると、０３ｗ　Ｃｄｓ　Ｖｙ”、　ｓｉ
ｎ　ｏ、　　（６）■？ｗ： で！ｊ、λられる。ここで、θ、は、横風によって傾斜
した筒体１１と水平面とのなす角である。

筒体１１には、これらの力Ｆ＋、ａ、ＦｏＢ、Ｆｗが外
力として第３図のように作用することになる。したがっ
て、筒体１１の下端１１ａのまわりの力のつり合いから
、 が求められる。

この（７）式において、θ５を４５°　　Ｃｄ　ｓを０
．５、ＣｄＢを０．３とすると、 Ｓ、、（γ−１）の値は１１７ｍ”となる。したがって
、Ｓ、が例えば２０ｍ２であれば、γ二６．８５となり
、実現性の高い値を得ることができる。

すなわち、横風を受けたときには、筒体】１に気球１５
の浮力と揚力とが作用するようになるので、筒体１１の
傾きが抑制され、直立姿勢に保持される。

第４図は、本発明による可撓性排気塔の第３実施例を示
すものである。

この実施例においては、筒体２１は、内筒２　］、　ｃ
と外筒２１ｄとからなる二重壁構造とされている。それ
ら内筒２１ｃ及び外筒２１ｄは、いずれも可撓性シート
によって形成されている。また、内筒２１ｃ及び外筒２
１ｄの下端２１ａ及び上端２１ｂは同様な可撓性シート
によって密閉されており、その間に密封空間２４が形成
されている。そしで、その空間２４内には、バルブ２５
を介して高圧ガスが充填され封入されている。内筒２１
ｃの下端開口は排気発生源２２に連結され、上端開口２
３が排気出口とされている。

このように構成された排気塔においては、筒体２１の形
状は二重壁間の空間２４内の圧力によって保持される。

いま、筒体２１の直径、高さ、材質を前記第１及び第２
実施例のものと同じとすると、その筒体２１の重量は、
二重壁構造のために約２倍の１７６ｋｇとなる。ところ
で、１気圧の圧力差は１　ｃｍ２につき約１ｋｇの力を
及ぼすので、筒体２１の空間２４内の圧力と大気圧との
差（ゲージ圧）をＰＰ　　（気圧）とし、内筒ＩＣ及び
外筒１ｄの断面積をそれぞれＳｌ（ｃｍ２）、Ｓ、　（
ｃｍ２）とすると、その圧力差Ｐ。

によって支えることのできる重量Ｗｐ　（ｋｇ）は、Ｗ
ｐ　＝Ｐｐ　　（Ｓｏ　　Ｓｌ　）　　　　　　　（８
）となる。

したがって、この（８）式においてＰｐを０．１気圧と
すると、１７６ｋｇの筒体２１を支えるために必要な外
筒１ｄと内筒１ｃとの断面積差ＳｏＳ＋は１７６０ｃｍ
２となり、内筒１ｃと外筒ｌｄとの間隔はわずか２．８
ｃｍでよいことになる。

すなわち、内筒ＩＣと外筒１ｄとの間の空間２４内の圧
力がその空間２４の上端と下端とに作用することにより
、筒体２１が直立姿勢に保持され、その空間２４内の圧
力によって、筒体２１の断面形状の横風による変形が防
止される。

なお、この実施例において、空間２４内に封入するガス
として水素あるいはヘリウムを用いるようにすれば、筒
体２１の直立保持力を更に増大させることができる。

以上、三つの実施例についてそれぞれ説明したが、実際
には、それらの複数が併用される。

筒体１，１１，２．１としては、円筒に限らず、角筒等
とすることもできる。また、以上の実施例においては、
筒体１，１１．２１全体を可撓性シートによって形成す
るものとしているが、部分的に剛性材を用いることも可
能である。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、排気
塔の本体を、軽量で安価な可撓性シートからなる筒体と
して形成し、その筒体を、その内部を流れる排気の圧力
、その上端に連結される気球の浮力、あるいはその壁面
内に封入される気体の圧力によって直立姿勢に保持する
ようにしているので、構造が簡単で容易に大形の排気塔
を形成することができるばかりでなく、設置地盤の質に
制約を受けることがなくなり、しかも、低コスト、短時
間で排気塔を構築することが可能となる。

更に、この排気塔は、不要となったときには容易に撤去
することができ、しかも、撤去した排気塔は折り畳んで
運搬、保管することができるので、これを他所で再利用
することもできる。したがって、この排気塔は、−時的
な目的のために使用するものとして、特に好適となる。

また、上述の実施例のように、排気塔を吊り上げる気球
を横風によって揚力が生じる形状としたり、排気塔の上
端部近傍と地表との間に引張線材を斜めに張設したりす
ることにより、強風に対する安全性も確実なものとする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による可撓性排気塔の第１実施例を示
す縦断面図、 第２図は、本発明による排気塔の第２実施例を示す縦断
面図、 第３図は、その第２実施例において、横風によって生じ
る力の状態を示す説明図、 第４図は、本発明による排気塔の第３実施例を示す縦断
面図である。 １・・・筒体　　　１ａ・・・下端　　　１ｂ・・・上
端２・・・排気発生源 ３・・・開口（排気出口） ６・・・基礎（地表）　　　　７・・・線材１・・・筒
体　　１１ａ・・・下端　　１１ｂ・・・上端２・・・
排気発生源 ３・・・開口（排気出口）　　　　１５・・・気球６・
・・方向安定板 １・・・筒体　　２１ａ・・・下端　　２１ｂ・・・上
端ＩＣ・・・内筒　　２１ｄ・・・外筒 ２・・・排気発生源 ３・・・開口（排気出口）　　　　２４・・・空間特許
出願人　　国立公害研究所長 江上信雄

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）気体の透過しにくい可撓性シートによって形成さ
   れた筒体の上端に、その筒体の内径より小径の排気出口
   を設けるとともに、 その筒体の下端を排気発生源に連結してな る、 可撓性排気塔。
2. （２）気体の透過しにくい可撓性シートによって形成さ
   れた筒体の上端に気球を連結するとともに、 その筒体の下端を排気発生源に連結してな る、 可撓性排気塔。
3. （３）前記気球が、横風を受けて揚力を発生する形状と
   されている、 請求項２記載の可撓性排気塔。
4. （４）気体の透過しにくい可撓性シートによって、内筒
   及び外筒からなる二重壁構造の筒体を形成し、 それら内筒と外筒との間に形成される空間の上下端をそ
   れぞれ密閉するとともに、 その空間内に高圧ガスを封入し、 前記内筒の下端を排気発生源に連結してな る、 可撓性排気塔。
5. （５）前記筒体の上端部近傍と地表との間に、引張強度
   の大きい線材を斜めに張設してなる、 請求項１ないし４のいずれか記載の排気塔。