煙突
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煙突は、石材、粘土、または金属で作られた建築換気構造物で、ボイラー、ストーブ、炉、焼却炉、または暖炉から発生する高温の有毒な排気ガスや煙を人間の居住空間から遮断します。煙突は通常、垂直、または可能な限り垂直に近い形状で、ガスがスムーズに流れ、煙突効果または煙突効果と呼ばれる燃焼室に空気を引き込むように設計されています。煙突内の空間は煙道と呼ばれます。煙突は、大規模な工業用製油所、化石燃料燃焼施設、または建物、蒸気機関車、船舶の一部 に隣接しています。
アメリカ合衆国では、 「煙突産業」という用語は、初期の歴史における電力産業を含む工業社会による化石燃料の燃焼による環境への影響を指します。 「煙突」（口語では「スタック」）という用語は、機関車の煙突や船の煙突を指す際にも使用され、「ファンネル」という用語も使用されます。[ 1 ] [ 2 ]
煙突の高さは、煙突効果によって排気ガスを外部環境に排出する能力に影響を与えます。さらに、汚染物質を高所に拡散させることで、周辺環境への影響を軽減できます。汚染物質を広範囲に拡散させることで、濃度を低下させ、規制値の遵守を容易にすることができます。
歴史
産業用の煙突の使用はローマ人にまで遡り、彼らは壁に埋め込んだ管でパン屋の煙を排出していた。しかし、家庭用の煙突が北ヨーロッパの大きな住居に初めて登場したのは12世紀である。現存する最も古いイギリスの煙突の例はヨークシャーのコニスブロー城の天守閣にあり、西暦1185年のものであるが[ 3 ]、住宅に普及したのは16世紀と17世紀になってからである[ 4 ] 。煙突フードは煙を煙突に集める初期の方法であった。これらは一般に現代の煙突よりもはるかに幅が広く、火の上の比較的高い位置から始まっていたため、より多くの熱が部屋に逃げることができた。シャフトを上る空気はより冷たいため、耐火性の低い材料で作ることができた。煙突の発展におけるもう1つのステップは、家庭でパンを焼くことができるようにした組み込みオーブンの使用であった。産業用の煙突は18世紀後半に一般的になった。
一般住宅の煙突は、当初は木材と漆喰、または泥で造られていました。その後、規模の大小を問わず、煙突は伝統的にレンガや石で造られるようになりました。初期の煙突はシンプルなレンガ造りでしたが、後にタイルライナーの周りにレンガを積むことで造られるようになりました。下降気流を制御するため、煙突の上部には様々なデザインの 通気口（チムニーポットと呼ばれることが多い）が取り付けられることがあります。
18世紀と19世紀には、鉱石から鉛を抽出する際に大量の有毒ガスが発生しました。イングランド北部では、長さ3キロメートル（2マイル）を超える長い水平に近い煙突が建設されました。これらの煙突は通常、煙による害が少ない遠隔地にある短い垂直の煙突で終端していました。これらの長い煙突の内側には鉛と銀の堆積物が形成され、定期的に作業員が煙突に沿って派遣され、これらの貴重な堆積物を削り取りました。[ 5 ]
工事
レンガでは横方向の荷重に耐える能力が限られていたため、住宅の煙突はしばしば「煙突」状に建設され、各階の暖炉が1本の煙突を共有し、多くの場合、家の前後にこのような煙突が設置されていました。今日のセントラルヒーティングシステムでは、煙突の配置はそれほど重要ではなくなり、非構造ガス通気管を使用することで、障害物の周囲や壁を貫通して排気ガス導管を設置することが可能になりました。
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現代の高効率暖房器具のほとんどは煙突を必要としません。このような器具は通常、外壁の近くに設置され、不燃性の壁シンブルを使用することで、換気パイプを外壁に直接通すことができます。
傾斜屋根で煙突が屋根を貫通している場合、継ぎ目を密閉するためにフラッシングが使用されます。下り勾配部分はエプロンと呼ばれ、側面にはステップフラッシングが使用され、クリケットはフラッシングの下の煙突上部を迂回するために使用されます。[ 6 ]
産業用煙突は一般的に煙突煙突と呼ばれ、建物の壁に組み込まれる煙突とは異なり、通常は外部構造物です。通常、蒸気発生ボイラーまたは工業炉に隣接して設置され、ガスはダクトによってそれらに送られます。今日では、産業用煙突の建設における構造要素として、レンガはほぼ完全に鉄筋コンクリートに置き換えられています。耐火レンガは、特に燃焼する燃料の種類によって酸を含む排気ガスが発生する場合に、ライニングとして使用されることがよくあります。現代の産業用煙突は、コンクリート製の風防と、その内側に複数の煙道を 備えた構造になっている場合があります。
南アフリカ、セクンダにあるセクンダCTL合成燃料工場の300メートル（980フィート）の高さの蒸気プラント煙突は、直径26メートル（85フィート）の風防と、直径4.6メートルのコンクリート煙道4本で構成されています。煙道は、10メートル間隔で設置されたコーベルリング上に耐火レンガで覆われています。鉄筋コンクリートは、従来の型枠またはスライディング型枠によって打設できます。この高さは、汚染物質がより広い範囲に拡散し、法的またはその他の安全要件を満たすようにするためです。
住宅用煙突ライナー
煙突ライナーは煙突内部の二次的な防壁で、燃焼によって生じる酸性物質から煙突構造を保護し、煙道ガスが家屋内に侵入するのを防ぎ、大きすぎる煙突のサイズを縮小します。1950年代以降、多くの地域の建築基準法では、新築の煙突には煙突ライナーの設置が義務付けられています。ライナーのない煙突には通常、ライナーを追加できますが、使用する機器の種類に合わせてライナーの種類を選択する必要があります。煙突ライナーには、粘土タイル、コンクリートタイル、金属製、あるいは現場打ちコンクリート製のものがあります。
粘土タイル製の煙突ライナーはアメリカ合衆国で非常に一般的ですが、アンダーライターズ・ラボラトリーズ（UL）の1777認証を取得していない唯一のライナーであり、タイルのひび割れや不適切な設置などの問題が頻繁に発生します。[ 7 ]粘土タイルは通常約2フィート（0.61メートル）の長さで、様々なサイズと形状があり、新築時には煙突の建設時に設置されます。タイルとタイルの間には耐火セメントが使用されます。
金属ライナーはステンレス鋼、アルミニウム、亜鉛メッキ鉄でできており、フレキシブル管または硬質管です。ステンレス鋼にはいくつかのタイプと厚さがあります。タイプ 304 は薪、木質ペレット燃料、非凝縮性石油機器に使用され、タイプ 316 と 321 は石炭に使用され、タイプ AL 29-4C は高効率の凝縮性ガス機器に使用されます。ステンレス鋼ライナーは、固形燃料機器に使用する場合はキャップを付けて断熱する必要がありますが、製造元の指示に注意深く従う必要があります。[ 7 ]アルミニウムと亜鉛メッキ鋼の煙突は、クラス A 煙突とクラス B 煙突として知られています。クラス A は、断熱された二重壁ステンレス鋼管または三重壁の空気断熱管で、総称商標 Metalbestos でよく知られています。クラス B は断熱されていない二重壁管で、B ベントと呼ばれることが多く、非凝縮性ガス機器の排気にのみ使用されます
コンクリート煙突ライナーは粘土ライナーに似ていますが、耐火セメントで作られており、粘土ライナーよりも耐久性があります。
現場打ちコンクリートライナーは、既存の煙突に型枠を用いて特殊なコンクリートを流し込むことで作られます。このライナーは耐久性に優れ、あらゆる暖房器具に対応し、脆弱な煙突を補強することができますが、元に戻すことはできません。
煙突ポット、キャップ、トップ
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煙突の上部にチムニーポットを設置することで、煙突の長さを安価に伸ばし、煙突の通風を改善できます。チムニーポットが複数設置されている煙突は、異なる階にある複数の暖炉が煙突を共有していることを意味します。
煙突の上部にはカウルが設置され、鳥やその他の動物が煙突に巣を作るのを防ぎます。また、雨や雪が煙突に流れ込むのを防ぐレインガードが付いている場合も多くあります。燃える破片が煙突から舞い上がり、屋根に落ちるのを防ぐため、金網が火花防止装置としてよく使用されます。煙突内部の石材は大量の水分を吸収し、後に蒸発しますが、雨水は煙突の底部に溜まることがあります。溜まった水を排出するために、煙突の底部にウィープホールが設置されることもあります。
煙突カウルまたは風向キャップは、風に合わせて回転し、煙の下降気流を防ぎ、煙突を下方に流すヘルメット型の煙突キャップです。
H型キャップは、煙突の頂部をH字型の煙突パイプで構成したものです。これは、卓越風や乱流によって下降気流や逆噴射が発生する状況で通風を調節するための古くからの方法です。H型キャップは他のほとんどの下降気流キャップに比べて明確な利点がありますが、そのかさばるデザインのために人気が低迷しました。主に船舶で使用されていますが、省エネ機能により再び人気が高まっています。H型キャップは通風を増加させるのではなく、安定させます。他の下降気流キャップはベンチュリー効果に基づいており、上昇気流を一定量増加させることで下降気流の問題を解決しますが、その結果、燃料消費量が大幅に増加します。
煙突ダンパーは金属板で、使用していないときは煙突を閉めて外気が内部に入らないようにし、火が燃えているときは開いて高温のガスを排出することができます。トップダンパーまたはキャップダンパーは煙突の上部に取り付けられた金属製のバネ式の扉で、長い金属チェーンが付いており、暖炉からダンパーを開閉できます。スロートダンパーは煙突の基部、火室の真上にある金属板で、レバー、ギア、またはチェーンで開閉して暖炉と煙突を密閉します。トップダンパーの利点は、閉じた状態でもしっかりと密閉されるため、外気が煙突を伝って居住空間に流れ込むのを防ぐことができることです。これは、スロートダンパーのような金属同士の密閉ではほとんど得られない特徴です。さらに、スロートダンパーは直下の火災による高熱にさらされるため、時間の経過とともに金属が変形し、スロートダンパーの密閉性が低下することがよくあります。しかし、スロートダンパーの利点は、煙突内の空気塊から居住空間を遮断できることです。煙突は、特に家の外壁に設置されている場合、非常に冷たくなっています。実際には、トップダンパーとスロートダンパーの両方を使用することで、両方の利点を享受することが可能です。現在市販されているトップダンパーには、Lyemance（旋回ドア）とLock Top（移動ドア）の2種類があります。
西ヨーロッパの中世後期には、特に城や大邸宅などの高層建築物で煙突上部へのメンテナンスアクセスを可能にするために、階段状の切妻のデザインが生まれました。
煙突の通風または通風
煙突の煙突効果：ゲージは絶対気圧を表し、風量は薄い灰色の矢印で示されます。ゲージの目盛りは、圧力が上昇するにつれて時計回りに動きます。- ミシガン州フレダの廃墟となった煙突
石炭、石油、天然ガス、木材、その他の燃料がストーブ、オーブン、暖炉、温水ボイラー、工業炉などで燃焼すると、発生する高温の燃焼生成ガスを排気ガスといいます。これらのガスは通常、煙突または工業用排気筒（煙突と呼ばれることもあります）から外気中に排出されます。
煙突や煙突内の燃焼排ガスは周囲の外気よりもはるかに高温であるため、密度は低くなります。そのため、高温の排ガスの垂直柱の底部は、対応する外気の柱の底部よりも圧力が低くなります。煙突外のこの高い圧力が、必要な燃焼空気を燃焼域へ送り込み、同時に排ガスを煙突から上方へ排出する原動力となります。燃焼空気と排ガスのこの動き、つまり流れは「自然通風」「自然換気」「煙突効果」「煙突効果」と呼ばれます。煙突が高ければ高いほど、通風は大きくなります。しかし、収穫逓減の現象が発生する場合があります。煙突から排出される熱量に対して煙突の高さが高すぎる場合、排ガスは煙突の頂部に到達する前に冷却される可能性があります。この状態はドラフト不良につながる可能性があり、木材燃焼器具の場合は、排出前にガスが冷却される際に煙突上部付近でクレオソートが凝縮する可能性があります。クレオソートは排気ガスの排出を妨げ、火災の危険性を高める可能性があります。
適切な量の自然通風が得られるように煙突や排気筒を設計するには、さまざまな設計要素を考慮する必要があり、その多くは反復的な試行錯誤を必要とします。
最初の推測として、排気ガスと外気の 分子量（つまり、分子量）が等しく、摩擦圧力と熱損失が無視できると仮定して、次の式を使用して自然通風/通風流量を推定できます。 ここで、
- Q = 煙突通風量/通風流量、m 3 /s
- A = 煙突の断面積、m 2（断面積は一定であると仮定）
- C = 排出係数（通常は0.65～0.70）
- g =重力加速度、9.807 m/s 2
- H = 煙突の高さ、m
- T i = 煙突内の平均温度、K
- T e = 外気温、K。
煙突への 2 つの流れを組み合わせると、A t + A f < Aとなります。ここで、A t =7.1 インチ2は給湯器タンクからの最小必要流量面積であり、A f =19.6 インチ2 はセントラル ヒーティング システムの炉からの最小流量面積です。
ドラフトフード
ガス燃焼器具には、煙突に入る燃焼生成物を冷却し、上昇気流や下降気流を防ぐためにドラフトフードが必要です。[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
煙突付近を飛行する航空機は、排気ガスや煙によって乱気流、視程低下、酸素欠乏、エンジン汚染、ガス状酸化物への曝露、着氷などを引き起こす可能性があります。これらの影響は、冷たく、穏やかで、安定した空気中で、煙が高温のときに特に顕著になります。パイロットは、影響を最小限に抑えるため、煙突から離れて風上に向かって飛行するよう指示されています。[ 11 ]
メンテナンスと問題
- ニュージーランド、ウェリントンの国会図書館の煙突
煙突特有の問題は、燃料として木材を使用すると、建物の壁にクレオソートの堆積物が発生することです。この物質の堆積物は空気の流れを妨げるだけでなく、さらに重要なことに、可燃性であるため、堆積物が煙突内で発火すると危険な煙突火災を引き起こす可能性があります。
天然ガスを燃焼するヒーターは、天然ガスが従来の固形燃料よりはるかにクリーンかつ効率的に燃焼するため、クレオソートの蓄積量を大幅に減らします。ほとんどの場合、ガス煙突を毎年掃除する必要はありませんが、煙突の他の部分が劣化しないということではありません。経年劣化による腐食で煙突の接続部分が外れたり緩んだりすると、一酸化炭素が家の中に漏れて住人に深刻な危険をもたらす可能性があります。[ 12 ]したがって、これらの問題を防ぐために、煙突を毎年検査し、定期的に掃除することが推奨され、国によっては義務付けられています。この作業を行う労働者は、煙突掃除人または鳶職人と呼ばれます。この仕事はかつて主に児童労働によって行われ、そのためビクトリア朝の文学にも登場します。中世ヨーロッパの一部の地域では、階段状の切妻設計が開発されましたが、これははしごを使わずに煙突にアクセスできるようにするためでもありました。
石造（レンガ造り）の煙突は、地震の際に特に崩壊しやすいことが証明されています。サンフランシスコ、ロサンゼルス、サンディエゴなど、地震の多い都市の住宅当局は、金属製の煙道の周りにスタッドフレームの煙突を備えた新築住宅を建設することを推奨しています。古い石造煙突を補強したり、補強材で固定したりしても、地震による損傷や怪我を防ぐのにあまり効果的ではないことが証明されています。現在では、こうした近代的な煙突構造を覆うために、「フェイクレンガ」のファサードを購入することが可能です。
その他の潜在的な問題としては次のようなものがあります:
- レンガの「剥離」とは、水分がレンガに浸透して凍結し、レンガにひび割れや剥がれが生じ、モルタルのシールが緩むことです。
- 基礎がずれて煙突の石積みの健全性が損なわれる可能性がある
- リス、アライグマ、ハチドリなどの望ましくない動物の巣作りや侵入
- 煙突の漏れ
- ドラフトの問題により、建物内に煙が入り込む可能性がある[ 13 ]
- 暖炉や暖房器具の問題は、望ましくない劣化や煙突の危険を引き起こす可能性があります。
特別な興味を引く煙突
展望台付きの煙突
展望台付きの煙突がいくつか建設されました。以下に、それらの煙突の一覧を示します（不完全な可能性があります）。
電柱として使用される煙突
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いくつかの火力発電所では、少なくとも1本の煙突が送電塔として使用されています。以下に、それらの一覧を示します（不完全な可能性があります）。
これらの構造物のほぼ全ては、かつてソビエト連邦に属していた地域に存在しています。この用途には、排気ガスによって導体ロープが腐食しやすくなるという欠点がありますが、旧ソビエト連邦の影響を受けていない国でも、このような構造物が時折見られます。一例として、ゲルゼンキルヒェンにあるショルヴェン発電所の煙突が挙げられます。この煙突には、220kV送電線の1回線が通っています。
給水塔として使用される煙突
![ドイツ、レンゲリッヒにある貯水タンク付きの煙突。貯水タンク付きの煙突はどれも似たような外観をしている。[要出典]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b0/Wasserbeh%C3%A4lterschornstein_Lengerich(Westfalen).jpg/1280px-Wasserbeh%C3%A4lterschornstein_Lengerich(Westfalen).jpg)
煙突には貯水タンクを載せることもできます。この組み合わせの利点は、煙突を通る温かい煙が貯水タンク内の水の凍結を防ぐことです。第二次世界大戦前、特にドイツの影響を受けた国々では、このような構造は珍しくありませんでした。
ラジオ塔として使用される煙突
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煙突には、ラジオ中継サービス、携帯電話の送信、FMラジオ、テレビ用のアンテナが設置されることがあります。また、中波放送用の長いワイヤーアンテナが煙突に設置されることもあります。いずれの場合も、これらの物体は、特に排気口の近くに設置すると腐食しやすいことを考慮する必要があります。煙突が無線塔に改造され、換気設備として使用できなくなった場合もあります。
広告に使われる煙突
煙突は工場の最も高い部分であることが多いため、煙突の縦穴に所属する会社の名前を書いたり、煙突自体に広告板を設置したりすることで、広告看板として利用することができます。
工業用煙突として使用される冷却塔
二酸化硫黄および窒素酸化物の除去設備を備えた一部の発電所では、冷却塔を煙突として利用することが可能であり、このような冷却塔はドイツのグロスクロッツェンブルク発電所とロストック発電所で見ることができます。二酸化硫黄の除去設備を備えていない発電所では、このような冷却塔の使用は深刻な腐食問題を引き起こす可能性があり、その防止は容易ではありません。
参照
- チメネア
- 煙突（機関車）
- カウル（煙突） - 参照されているHスタイルのキャップ/カウルの画像が含まれています
- 煙突
- ファンネル（船）
- 最も高い煙突のリスト
- サイロと煙突国立遺産地域
- ソーラーチムニー
参考文献
- ^ CFサンダース（1923年）「カリフォルニア南部のシエラネバダ山脈」
- ^ 「ジュール・ヴェルヌ（1872年）『八十日間世界一周』」 。 2006年7月30日閲覧。
- ^ジェームズ・バーク、コネクションズ（リトル・ブラウン・アンド・カンパニー）1978/1995、 ISBN 0-316-11672-6、159ページ
- ^スパロウ、ウォルター・ショー『英国の住宅：その時代と様式を判断する方法』ロンドン：エヴリー・ナッシュ、1908年、85-86ページ。
- ^ 「鉛採掘」。The Northern Echo。Newsquest Media Group 。 2012年4月10日閲覧。
- ^屋根、雨押さえ、防水. ニュータウン、コネチカット州：トーントンプレス、2005年、43-50ページ。
- ^ a bブリス、スティーブン編『住宅建設のトラブルシューティングガイド：一般的な建築問題の診断と予防』リッチモンド、VT：ビルダーバーググループ、1997年、197ページ。印刷。
- ^ 「ドラフトフードの現場設置」（PDF） AO Smith Water Products Company、2009年。 2016年1月6日閲覧。
- ^ 「ガス暖房機器のドラフトフードガイド」 InspectApedia.com、2017年。 2016年1月6日閲覧。
- ^ Reuben Saltzman (2013年9月24日). 「給湯器のバックドラフト、パート1/2：なぜ重要なのか、そして何に注意すべきか」 Structure Tech . 2016年1月6日閲覧。
- ^ 「潜在的な飛行上の危険」。航空情報マニュアル。連邦航空局。p. 7-6-16 。 2025年12月6日閲覧。
- ^煙突の問題と警告サイン
- ^ 「煙突の空気の流れの問題」 2022年6月8日。
外部リンク
ウィキメディア コモンズには、煙突に関連するメディアがあります。
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