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[Technisches Gebiet]
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr, das in einer Anlage wie beispielsweise einer Wärmekraftanlage, einem Kernkraftwerk und einer Chemieanlage verwendet wird.
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[Technischer Hintergrund]
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Beispielsweise sind in einer Wärmekraftanlage eine hohe Anzahl von Rohren zum Befördern von Dampf, der durch einen Boiler erhitzt wird, zu einer Dampfturbine angeordnet. Diese Rohre sind Metallrohre und lassen Hochtemperatur- und Hochdruckdampf darin strömen. Deshalb befinden sie sich unter Umgebung eines Hochtemperaturzustandes, der durch diesen Dampf erhitzt wird. Wenn solche Metallerohre eine lange Zeit unter obiger Umgebung verwendet werden, schreitet eine Kriechschädigung fort, sodass sich Kriechfehlstellen bilden, und sich diese Kriechfehlstellen dann verbinden, sodass ein Riss gebildet wird, welcher dazu neigt, in einem Bruch zu resultieren.
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Um solch einen Bruch der Rohre zu verhindern, werden die wachsenden Ausmaße der Kriechfehlstellen durch regelmäßige zerstörungsfreie Überprüfung analysiert, um das Ausmaß der Kriechschädigung abzuleiten, und eine Bewertung der verbleibenden Lebensdauer der Metallrohre wird ausgeführt. In diesem Fall haben die Metallrohre im Vergleich mit einem Grundmaterialteil in geschweißten Teilen allgemein höhere Kriechschädigungsrisiken, und deshalb wird dieses geschweißte Teil hauptsächlich ein Ort eines Überprüfungsgegenstandes. Als Ergebnis der zerstörungsfreien Überprüfung wird in einem Fall, bei dem ein Kriechschädigungsrisiko in einer Periode bis zur nächsten periodischen Überprüfung nicht ignoriert werden kann, die Betriebstemperatur der gesamten Anlage verringert, um die Metalltemperaturen der Metallrohre zu verringern, sodass das Kriechschädigungsrisiko reduziert wird. Jedoch entsteht, wenn die Betriebstemperatur der gesamten Anlage verringert wird, der Nachteil, dass die Betriebseffizienz der Anlage verringert wird.
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In einem Fall, bei dem das Kriechschädigungsrisiko in der Periode bis zur nächsten periodischen Überprüfung nicht ignoriert werden kann, wird ein Verfahren zum Reduzieren des Kriechschädigungsrisikos durch Kühlen der Metallrohre vorgesehen, um die Metalltemperaturen zu verringern. Solch eine Technologie ist beispielsweise in einem Verfahren vorgesehen, das im Folgenden als PTL 1 beschrieben wird.
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[Zitierliste]
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[Patentliteratur]
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[PTL 1]
Die Veröffentlichung eines japanischen Patents mit der Nummer 5701349 (japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2015-45619)
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[Zusammenfassung der Erfindung]
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[Technisches Problem]
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In der obigen PTL 1, ist ein wärmeisolierendes Material, das ein Außenumfangsteil eines Hochtemperaturmetallrohres bedeckt, entfernt und eine Kühlvorrichtung wie beispielsweise eine Strahlungsrippe, ein Kühlrohr und ein Zufuhrrohr in dem freiliegenden Außenumfangsteil des Hochtemperaturmetallrohres angebracht ist, um das Hochtemperaturmetallrohr zu kühlen. Jedoch wird, wenn die Kühlvorrichtung wie beispielsweise die Strahlungsrippe, das Kühlrohr, das Zufuhrrohr in dem Außenumfangsteil des freiliegenden Hochtemperaturmetallrohres angeordnet ist, wird Wärmeabgabe durch Strahlung von dem Hochtemperaturmetallrohr zu einem umgebenden Niedertemperaturteil abgeschirmt, sodass eine Kühleffizienz verringert wird.
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Die vorliegende Erfindung löst das obige Problem und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Kühlvorrichtung vorzusehen, die eine Verbesserung einer Kühlleistung eines Hochtemperaturmetallrohres erreicht.
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[Lösung des Problems]
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Eine Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr der vorliegenden Erfindung zum Erreichen der obigen Aufgabe ist eine Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr, die an einer Peripherie einer zu kühlenden Oberfläche installiert ist, um eine Lebensdauer eines Hochtemperaturrohres zu verlängern, wobei die Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr umfasst: einen Kühlmediumzufuhrverteiler, der an einer solchen Position angeordnet ist, dass Wärmeabgabe durch Strahlung von der zu kühlenden Oberfläche der Peripherie nicht abgeschirmt wird, und der ein Kühlmedium zu der zu kühlenden Oberfläche ausströmen lässt, und eine Kühlmediumzufuhrvorrichtung, die das Kühlmedium zu dem Kühlmediumzufuhrverteiler zuführt.
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Deshalb wird, wenn die Kühlmediumzufuhrvorrichtung das Kühlmedium zu dem Kühlmediumzufuhrverteiler zuführt, das Kühlmedium zu diesem Kühlmediumzufuhrverteiler zugeführt, wobei das Kühlmedium des Kühlmediumzufuhrverteilers zu der zu kühlenden Oberfläche ausströmt, und das Hochtemperaturrohr gekühlt wird. Der Kühlmediumzufuhrverteiler ist an dem Umfangsteil der zu kühlenden Oberfläche außer einem Bereich, welcher der zu kühlenden Oberfläche zugewandt ist, angeordnet und deshalb wird der Bereich, welcher der zu kühlenden Oberfläche zugewandt ist, ein offener Bereich. Deshalb wird Wärme des Hochtemperaturrohres durch Strahlung von der zu kühlenden Oberfläche, ohne abgeschirmt zu werden, abgegeben und das Hochtemperaturrohr kann effizient gekühlt werden.
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In der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr der vorliegenden Erfindung ist die zu kühlende Oberfläche eine freiliegende Oberfläche des Hochtemperaturrohres, das von einem unbedeckten Teil eines wärmeisolierenden Materials freiliegt, welches das Hochtemperaturrohr bedeckt, und der Kühlmediumzufuhrverteiler außerhalb der zu kühlenden Oberfläche angeordnet ist.
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Da die zu kühlende Oberfläche die freiliegende Oberfläche ist, die von dem unbedeckten Teil des wärmeisolierenden Material freigelegt ist, welches das Hochtemperaturrohr bedeckt, und der Kühlmediumzufuhrverteiler außerhalb der zu kühlenden Oberfläche angeordnet ist, schirmt der Kühlmediumzufuhrverteiler Wärmeabgabe durch Strahlung von der zu kühlenden Oberfläche nicht ab, und die zu kühlende Oberfläche kann effektiv gekühlt werden. Das wärmeisolierende Material ist zwischen dem Kühlmediumzufuhrverteiler und dem Hochtemperaturrohr vorgesehen und kann eine Temperaturerhöhung des Kühlmediumzufuhrverteilers verringern. Deshalb kann die Temperaturerhöhung, wenn das Kühlmedium den Kühlmediumzufuhrverteiler durchläuft, verringert werden und die zu kühlenden Oberfläche kann effektiv gekühlt werden.
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In der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr der vorliegenden Erfindung ist der Kühlmediumzufuhrverteiler an einer Außenoberfläche des wärmeisolierenden Materials getragen.
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Da der Kühlmediumzufuhrverteiler an der Außenoberfläche des wärmeisolierenden Materials getragen ist, ist ein separates Element zum Tragen des Kühlmediumzufuhrverteilers unnötig und die Struktur kann vereinfacht werden.
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In der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr der vorliegenden Erfindung ist der Kühlmediumzufuhrverteiler an dem Hochtemperaturrohr und an einer Außenoberfläche des wärmeisolierenden Materials durch ein Tragelement getragen.
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Die obige Struktur hindert den Kühlmediumzufuhrverteiler am Fallen in die Axialrichtung des Rohres oder die Umfangsrichtung von dem Hochtemperaturrohr und deshalb ändert sich die Ausstromrichtung des Kühlmediums von der zu kühlenden Oberfläche nicht und eine anfängliche Kühlkapazität wird beibehalten, sodass eine Zuverlässigkeit der Kühlvorrichtung verbessert werden kann.
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Die Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr der vorliegenden Erfindung ist mit einer Kühlmediumausströmdüse, die das Kühlmedium des Kühlmediumzufuhrverteilers zu der zu kühlenden Oberfläche ausströmen lässt, vorgesehen.
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Da das Kühlmedium des Kühlmediumzufuhrverteilers von der Kühlmediumauströmdüse zu der zu kühlenden Oberfläche ausströmt, wird das Hochtemperaturrohr gekühlt. Deshalb wird Wärme des Hochtemperaturrohres durch Strahlung von der zu kühlenden Oberfläche, ohne abgeschirmt zu werden, abgegeben und das Hochtemperaturrohr kann effizient gekühlt werden.
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In der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr der vorliegenden Erfindung lässt die Kühlmediumausströmdüse das Kühlmedium entlang der zu kühlenden Oberfläche ausströmen.
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Da das Kühlmedium entlang der zu kühlenden Oberfläche von der Kühlmediumausströmdüse ausströmen kann, strömt das Kühlmedium entlang der zu kühlenden Oberfläche. Deshalb wird das Kühlmedium effizient zu der zu kühlenden Oberfläche zugeführt und die Kühlleistung kann verbessert werden.
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In der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr der vorliegenden Erfindung umfasst die zu kühlende Oberfläche ein Schweißteil und die Kühlmediumauströmdüse lässt das Kühlmedium zu dem Schweißteil ausströmen.
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Da das Kühlmedium zu dem geschweißten Teil von der Kühlmediumausströmdüse ausströmen kann, wird das Kühlmedium direkt zu dem geschweißten Teil zugeführt, bei welchem ein Kriechschädigungsrisiko nicht ignoriert werden kann, und die zu kühlende Oberfläche kann effizient gekühlt werden.
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In der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr der vorliegenden Erfindung ist der Kühlmediumzufuhrverteiler mit einem Kühlmediumauslass vorgesehen, der das Kühlmedium des Kühlmediumzufuhrverteilers zu der zu kühlenden Oberfläche ausströmen lässt, wobei der Kühlmediumzufuhrverteiler ein Plattenmaterial aufweist, welches entlang eines unbedeckten Teils eines wärmeisolierenden Materials, welches das Hochtemperaturrohr bedeckt, vorgesehen ist, und der Kühlmediumauslass von sowohl einem Ende des Plattenmaterials an einer Seite nahe dem Hochtemperaturrohr als auch einer Oberfläche des Hochtemperaturrohres, ausgebildet ist.
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Deshalb wird die Geschwindigkeitsverteilung und die Temperaturverteilung des Kühlmediums, das von dem Kühlmediumauslass ausströmt, auf der Oberflächenumgebungsseite der zu kühlenden Oberfläche im Vergleich zu einem Mittenabschnitt in der Höhenrichtung des Kühlmediumauslasses maximal und ein Geschwindigkeitsgradient und ein Temperaturgradient wird auf der Umgebung der Oberfläche des Hochtemperaturrohres groß. Als Ergebnis wird im Vergleich zu einem Fall, indem die Kühlmediumausströmdüse vorgesehen ist, eine Scherkraft auf der Umgebung der Oberfläche des Hochtemperaturrohres groß, und ein Wärmeübergangskoeffizient wird verbessert. Deshalb kann die kühlende Oberfläche effektiv gekühlt werden.
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In der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr der vorliegenden Erfindung weist der Kühlmediumzufuhrverteiler ein Plattenmaterial auf, das entlang eines unbedeckten Teils des wärmeisolierenden Materials vorgesehen ist, welches das Hochtemperaturrohr bedeckt, und das Plattenmaterial einen Schlitz aufweist, der darin ausgebildet ist und sich von einer Seite nahe dem Hochtemperaturrohr nach außen erstreckt.
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Der Schlitz, der in dem Plattenmaterial vorgesehen ist, funktioniert als ein Wärmeverformungsspielraum, wodurch sich die Verformung des Kühlmediumauslasses verringert, welche durch Wärmeverformung gebildet wird. Als Ergebnis kann eine Reduzierung einer Kühlkapazität verringert werden und eine Zuverlässigkeit der Kühlvorrichtung verbessert werden.
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In der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr der vorliegenden Erfindung weist der Kühlmediumzufuhrverteiler ein Plattenmaterial auf, das entlang eines unbedeckten Teils eines wärmeisolierenden Materials vorgesehen ist, welches das Hochtemperaturrohr bedeckt, und das Plattenmaterial ist aus einer Baugruppe einer Vielzahl von Teilungselementen, die entlang einer Umfangsrichtung des Hochtemperaturrohres geteilt sind, zusammengesetzt.
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Deshalb sind an einem Ort, an dem das Hochtemperaturrohr installiert ist, die Teilungselemente des Kühlmediumzufuhrverteilers einfach so kombiniert, dass der Kühlmediumzufuhrverteiler, der eine Ringform bildet, einfach kombiniert werden kann. Deshalb können Einrichtungskosten reduziert werden.
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In der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr der vorliegenden Erfindung weist der Kühlmediumzufuhrverteiler ein Plattenmaterial auf, das entlang eines unbedeckten Teils eines wärmeisolierenden Materials vorgesehen ist, welches das Hochtemperaturrohr bedeckt, und das Plattenmaterial ist aus einer Baugruppe einer Vielzahl von Teilungselementen zusammengesetzt, welche entlang des Hochtemperaturrohres geteilt sind, und in einer Position eines Endes des Plattenmaterials an einer Seite nahe des Hochtemperaturrohres verstellbar ist.
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Deshalb muss, selbst in einem Fall, bei dem sich der Rohrdurchmesser des Hochtemperaturrohres unterscheidet, nur eine Verbindungsposition des Teilungselements verändert werden und das Plattenmaterial, das eine geteilte Struktur aufweist, ohne Ersetzen aller Plattenmaterialien verlängert und verengt werden, sodass der Kühlmediumzufuhrverteiler einfach installiert werden kann. Als Ergebnis können die Einrichtungskosten reduziert werden.
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In der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr der vorliegenden Erfindung weist der Kühlmediumzufuhrverteiler auf: eine Vielzahl von Verteilereinheiten, die das Kühlmedium zu der zu kühlenden Oberfläche ausströmen lassen, während das Kühlmedium zirkuliert, und erweiterbare Teile, die zwischen jeweils zwei der Verteilereinheiten vorgesehen sind, und die Verteilereinheiten und die erweiterbaren Teile sind alternierend gekoppelt.
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Die Anzahl von Kombinationen der Vielzahl von Verteilereinheiten und der Vielzahl von erweiterbaren Teilen wird in Übereinstimmung mit der Länge entlang des Hochtemperaturrohres bestimmt und die Länge kann frei angepasst werden. Deshalb kann in einem Fall, indem eine Situation auftritt, in welcher das Hochtemperaturrohr plötzlich gekühlt werden muss, der Kühlmediumzufuhrverteiler schnell installiert werden.
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Die Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Temperatursensor, der eine Temperatur des Kühlmediums misst, welches zu dem Kühlmediumzufuhrverteiler durch die Kühlmediumzufuhrvorrichtung zugeführt wird, und eine Steuervorrichtung, die in Übereinstimmung mit der Temperatur des Kühlmediums, die durch den Temperatursensor gemessen wird, eine Ausstrommenge des Kühlmediums steuert, welches zu der zu kühlenden Oberfläche von der Kühlmediumausströmdüse oder dem Kühlmediumauslass ausströmen kann.
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Da die Ausstrommenge des Kühlmediums, das zu der zu kühlenden Oberfläche von der Kühlmediumauströmdüse oder dem Kühlmediumauslass ausströmen kann, in Übereinstimmung mit der Temperatur des Kühlmediums, welches zu dem Kühlmediumzufuhrverteiler zugeführt wird, gesteuert wird, wird die zu kühlende Oberfläche immer auf eine Temperatur, die zum Erreichen einer benötigten Lebensdauer benötigt wird, gekühlt, welche beibehalten werden kann, selbst wenn die Umgebungstemperatur der Peripherie geändert wird.
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Die Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Temperatursensor, der eine Temperatur der zu kühlenden Oberfläche misst, und eine Steuervorrichtung, die in Überstimmung mit der Temperatur der zu kühlenden Oberfläche, die durch den Temperatursensor gemessen wird, eine Ausstrommenge des Kühlmediums steuert, welche zu der zu kühlenden Oberfläche von der Kühlmediumausströmdüse oder dem Kühlmediumauslass ausströmen kann.
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Da die Ausstrommenge des Kühlmediums, das zu der zu kühlenden Oberfläche von der Kühlmediumausströmdüse oder dem Kühlmediumauslass ausströmen kann, in Übereinstimmung mit der Temperatur der zu kühlenden Oberfläche gesteuert wird, wird die zu kühlende Oberfläche immer auf eine Temperatur gekühlt, die zum Erfüllen einer benötigten Lebensdauer benötigt wird, welche beibehalten werden kann, selbst wenn sich das Ausmaß einer Kriechschädigung der zu kühlenden Oberfläche ändert oder die Umgebungstemperatur der Peripherie geändert wird.
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[Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
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Gemäß der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr der vorliegenden Erfindung ist der Kühlmediumzufuhrverteiler, der die Kühlmediumausströmdüse aufweist, an dem Umfangsteil der zu kühlenden Oberfläche angeordnet und deshalb kann kein Element zum Abschirmen einer Wärmeabgabe durch Strahlung von der zu kühlenden Oberfläche an der Peripherie angeordnet sein. Somit wird Wärmeabgabe von der zu kühlenden Oberfläche effektiv ausgeführt, sodass eine Kühlleistung des Hochtemperaturrohres verbessert werden kann. Zusätzlich ist das wärmeisolierende Material zwischen dem Hochtemperaturrohr und dem Kühlmediumzufuhrverteiler vorgesehen und die Temperaturerhöhung des Kühlmediumzufuhrverteilers kann verringert werden. Deshalb kann die Temperaturerhöhung, wenn das Kühlmedium den Kühlmediumzufuhrverteiler durchläuft, verringert werden und die zu kühlende Oberfläche effektiv gekühlt werden.
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Figurenliste
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- [1] 1 ist eine schematische Darstellung, die eine Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
- [2] 2 ist eine Schnittansicht entlang II-II aus 1, welche die Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr darstellt.
- [3] 3 eine Schnittansicht, die ein Hochtemperaturrohr darstellt.
- [4] 4 ist eine Schnittansicht des Rohres, welches ein teilweise entferntes wärmeisolierendes Material aufweist.
- [5] 5 ist eine schematische Darstellung, die eine erste Modifikation der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
- [6] 6 ist eine Schnittansicht entlang VI-VI aus 5, welche die Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr darstellt.
- [7] 7 ist eine Schnittansicht, die ein Hochtemperaturrohr darstellt.
- [8] 8 ist eine Schnittansicht des Rohres, welches ein teilweise entferntes wärmeisolierendes Material aufweist.
- [9] 9 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, welche die erste Modifikation der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
- [10] 10 ist eine Vorderansicht, die eine zweite Modifikation der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
- [11] 11 ist eine teilweise vergrößerte Vorderansicht, welche die zweite Modifikation der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
- [12] 12 ist eine Schnittansicht in einer Axialrichtung des Rohres, welche die zweite Modifikation der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
- [13] 13 ist eine teilweise vergrößerte Längsschnittansicht, welche die zweite Modifikation der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
- [14] 14 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Wärmeübergangsverhältnis und einer Führungslänge darstellt.
- [15] 15 ist eine Vorderansicht, die eine Modifikation eines Plattenmaterials der zweiten Modifikation der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
- [16] ist eine Schnittansicht in der Axialrichtung des Rohres, welche die Modifikation des Plattenmaterials der zweiten Modifikation der Kühlvorrichtung für ein Temperaturrohr gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
- [17] 17 ist eine Vorderansicht, welche die Modifikation des Plattenmaterials der zweiten Modifikation der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
- [18] 18 ist eine Vorderansicht, die eine dritte Modifikation der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
- [19] 19 ist eine perspektivische Ansicht, welche die dritte Modifikation der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
- [20] 20 ist eine schematische Darstellung, die eine Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr einer zweiten Ausführungsform darstellt.
- [21] 21 ist eine schematische Darstellung, die eine erste Modifikation der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr der zweiten Ausführungsform darstellt.
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[Beschreibung der Ausführungsformen]
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Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen einer Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail bezüglich der angehängten Abbildungen beschrieben werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen begrenzt und umfasst eine Kombination der Ausführungsformen, wenn es eine Vielzahl von Ausführungsformen gibt.
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[Erste Ausführungsform]
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3 ist eine Schnittansicht, die ein Hochtemperaturrohr darstellt und 4 ist eine Schnittansicht des Rohres, das ein teilweise entferntes wärmeisolierendes Material aufweist.
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In der ersten Ausführungsform ist das Hochtemperaturrohr ein Metalldampfrohr, das Dampf, welcher durch einen Boiler erhitzt wird, zu einer Dampfturbine beispielsweise in einer Wärmekraftanlage befördert und ist ein Hochtemperaturmetallrohr, das durch Hochtemperatur- und Hochdruckdampf, der darin strömt, erhitzt wird. Zerstörungsfreie Überprüfung für dieses Metallrohr wird regelmäßig durchgeführt, die wachsenden Ausmaße von Kriechfehlstellen des Rohres werden analysiert, um das Ausmaß eines Kriechschädigung abzuleiten, und eine Bewertung einer verbleibenden Lebensdauer des Rohres wird durchgeführt. In einem Fall, indem das Kriechschädigungsrisiko in einer Periode bis zu einer nächsten periodischen Überprüfung nicht ignoriert werden kann, wird das Hochtemperaturmetallrohr gekühlt, um die Temperatur zu senken, sodass das Kriechschädigungsrisiko reduziert wird.
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In einer Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr dieser Ausführungsform ist eine freiliegende Oberfläche des Rohres, die zu der Außenseite von einem unbedeckten Teil eines wärmeisolierenden Materials freigelegt wird, welches das Hochtemperaturrohr bedeckt, ist eine zu kühlende Oberfläche und kühlt diese zu kühlende Oberfläche. Ein geschweißtes Teil des Metallrohres hat ein höheres Kriechschädigungsrisiko als ein Grundmaterialteil und deshalb ist die Peripherie dieses geschweißten Teils hauptsächlich als ein zu kühlender Gegenstand gesetzt.
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Zunächst wird ein Anordnungszustand dieses Hochtemperaturrohres beschrieben werden. Wie in 3 dargestellt ist ein Hochtemperaturmetallrohr 100 beispielsweise ein Dampfrohr, das in einer Anlage wie beispielsweise einer Wärmekraftanlage, einem Kernkraftwerk und einer Chemieanlage verwendet wird. Dieses Metallrohr 100 lässt ein Hochtemperatur- und Hochdruckfluid (z.B. Dampf) darin strömen, sodass das Metallrohr sich ständig unter Hochtemperatur- und Hochdruckumgebung befindet. Dieses Metallrohr 100 ist ein widerstandsgeschweißtes Rohr, das mit einem geschweißten Teil 101 entlang der Axialrichtung vorgesehen ist und eine Außenoberfläche des Metallrohres 100 ist mit einem wärmeisolierenden Material 102 zum Verringern einer Fluidtemperaturreduktion eines Hochtemperatur- und Hochdruckfluids bedeckt.
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Wenn das Metallrohr 100 unter der Hochtemperaturumgebung für eine lange Zeit verwendet wird, schreitet die Kriechschädigung voran, sodass sich Kriechfehlstellen bilden und diese Kriechfehlstellen sich verbinden, sodass sich Risse bilden, welche dazu neigen, in einem Bruch zu resultieren. Um diesen Bruch zu verhindern, werden die wachsenden Ausmaße der Kriechfehlstellen durch regelmäßige zerstörungsfreie Überprüfung analysiert, um das Ausmaß der Kriechschädigung eines jeden Teils abzuleiten, und eine Bewertung einer verbleibenden Lebensdauer des Rohres 100 wird durchgeführt. Insbesondere wie in 4 dargestellt, wird das wärmeisolierende Material 102, welches die Umgebung des geschweißten Teils 101 bedeckt, in welchem das Kriechschädigungsrisiko nicht ignoriert werden kann, entfernt, um ein unbedecktes Teil 103 auszubilden, welches eine zu kühlende Oberfläche 104 freilegt, die das geschweißte Teil 101 umfasst, welches durch die Kühlvorrichtung dieser Ausführungsform gekühlt wird.
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1 ist eine schematische Darstellung, welche die Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr gemäß der ersten Ausführungsform darstellt und 2 ist eine Schnittansicht entlang II-II aus 1, welche die Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr darstellt.
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In der ersten Ausführungsform ist wie in 1 und 2 dargestellt eine Kühlvorrichtung 10 für ein Hochtemperaturrohr eine Vorrichtung, welche die zu kühlende Oberfläche 104 des Metallrohres (Hochtemperaturrohres) 100 kühlt, und umfasst Kühlmediumzufuhrverteiler 11, eine Kühlmediumzufuhrvorrichtung 12, Kühlmediumausströmdüsen 13 und eine Regenschutzhaube 200. In 1 wird die Haube 200 durch eine gebrochene Linie dargestellt und die Haube 200 ist so installiert, dass sie die Kühlvorrichtung 10 und das Rohr 100 bedeckt.
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Die Kühlmediumzufuhrverteiler 11 sind außerhalb des wärmeisolierenden Material 102 an beiden Seiten entlang der zu kühlenden Oberfläche 104 angeordnet, d.h. an beiden Seiten versetzt in der Umfangsrichtung des Rohres 100 bezüglich der zu kühlenden Oberfläche 104, sodass Wärmeabgabe durch Strahlung von der zu kühlenden Oberfläche 104 des Rohres 100 nicht abgeschirmt wird. Die Kühlmediumzufuhrverteiler 11 sind nicht auf den Fall begrenzt, in dem die Kühlmediumzufuhrverteiler außerhalb des wärmeisolierenden Materials 102 angeordnet sind, sondern müssen nur außerhalb der zu kühlenden Oberfläche 104 angeordnet werden. Zum Beispiel kann das wärmeisolierende Material 102 ausgeschnitten werden und die Kühlmediumzufuhrverteiler 11 können in dem wärmeisolierenden Material 102 angeordnet werden.
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Die jeweiligen Kühlmediumzufuhrverteiler 11 umfassen die Kühlmediumausströmdüsen 13 auf zugewandten Seiten, sodass die Kühlmediumausströmdüsen 13 zueinander zugewandt sind. Die Kühlmediumausströmdüsen 13 erstrecken sich zu einer Außenumfangsoberfläche des Rohres 100 entlang der Endoberflächen des wärmeisolierenden Materials 102, das von diesem unbedeckten Teil 103 auf Seiten nahe des unbedeckten Teils 103 der Kühlmediumzufuhrverteiler 11 ausgebildet ist, und haben Außenendteile, die entlang der zu kühlenden Oberfläche 104 gebogen sind, welches die Außenumfangsoberfläche des Rohres 100 ist. Deshalb sind die jeweiligen Kühlmediumausströmdüsen 13 so angeordnet, dass Auslässe zueinander zugewandt sind, und lassen Kühlmedien entlang der zu kühlenden Oberfläche 104 ausströmen. Die Kühlmediumausströmdüsen 13 sind entlang der Axialrichtung des Rohres 100 in dem unbedeckten Teil 103 vorgesehen.
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Die Kühlmediumzufuhrvorrichtung 12 ist ein Lüfter oder ein Gebläse und führt das Kühlmedium jedem Kühlmediumzufuhrverteiler 11 zu. Die Kühlmediumzufuhrvorrichtung 12 ist mit dem Einlassrohr 21 gekoppelt und ist mit den Kühlmediumzufuhrverteilern 11 durch ein Zufuhrrohr 22 gekoppelt. Deshalb führt die Kühlmediumzufuhrvorrichtung 12 das Kühlmedium, welches von dem Einlassrohr 21 entnommen ist, den Kühlmediumzufuhrverteilern 11 durch das Zufuhrrohr 22 zu.
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Das Einlassrohr 21 ist mit einem ersten Temperatursensor 23 vorgesehen, der die Temperatur des Kühlmediums, das darin strömt, misst. Zusätzlich ist ein zweiter Temperatursensor 24 vorgesehen, der die Temperatur der zu kühlenden Oberfläche 104 des Rohres 100 misst. In einem Fall, indem ein Metallrohr durch einen Temperatursensor gemessen wird, welcher direkt ein Thermoelement oder dergleichen misst, ist der Temperatursensor an dem Metallrohr durch Schweißen befestigt. Es besteht die Möglichkeit, dass eine Verunreinigung, welche ein Faktor einer Bildung von Fehlstellen wird, in dem Metallrohr beigemischt wird. Um dies zu verringern, ist ein berührungsloser Sensor wie beispielsweise ein Strahlungsthermometer, welcher kein Schweißen benötigt, als der zweite Temperatursensor 24 bevorzugt. Die Kühlmediumtemperatur, die durch den ersten Temperatursensor 23 gemessen ist, wird zu der Steuervorrichtung 25 eingegeben und die Temperatur der zu kühlenden Oberfläche 104, welche durch den zweiten Temperatursensor 24 gemessen wird, wird zu der Steuervorrichtung 25 eingegeben. Die Steuervorrichtung 25 steuert eine Kühlmediumzufuhrmenge, die zu den Kühlmediumzufuhrverteilern 11 durch die Kühlmediumzufuhrvorrichtung 12 in Übereinstimmung mit der Kühlmediumtemperatur, welche durch den ersten Temperatursensor 23 gemessen wird, zugeführt wird, und steuert die Kühlmediumzufuhrmenge, die zu den Kühlmediumzufuhrverteilern 11 durch die Kühlmediumzufuhrvorrichtung 12 in Übereinstimmung mit der Temperatur der zu kühlenden Oberfläche 104, welche durch den zweiten Temperatursensor 24 gemessen wird, zugeführt wird. Wenn die Kühlmediumzufuhrmenge, die durch die Kühlmediumzufuhrverteiler 11 durch die Kühlmediumzufuhrvorrichtung 12 zugeführt wird, gesteuert wird, wird die Kühlmediumzufuhrmenge, die der zu kühlenden Oberfläche 104 von jedem der Kühlmediumausströmdüsen 13 zuzuführen ist, gesteuert.
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Das heißt, die Umgebung des installierten Metallrohres 100 ändert sich periodisch pro Tag in einem Saisonrhythmus. Es besteht eine Möglichkeit, dass die Metalltemperaturen der zu kühlenden Oberfläche 104 und des geschweißten Teil 101 des zu kühlenden Metallrohres 100 aufgrund dieser Lufttemperaturänderung geändert werden und die benötigte Lebensdauerverlängerung des Rohres 100 nicht erhalten wird. Als eine Gegenmaßnahme wird, selbst mit der Temperaturänderung, die Kühlmediumzufuhrmenge, die der zu kühlenden Oberfläche 104 zuzuführen ist, so gesteuert, dass die Metalltemperatur des geschweißten Teils 101 des Rohres 100 konstant gehalten wird.
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Wenn die Kühlmediumzufuhrvorrichtung 12 auf diese Weise betrieben wird, wird das Kühlmedium durch das Einlassrohr 21 aufgenommen, wobei das Kühlmedium zu den jeweiligen Kühlmediumzufuhrverteilern durch das Zufuhrrohr 22 zugeführt wird. Jeder Kühlmediumzufuhrverteiler 11 lässt das Kühlmedium von jeder Kühlmediumausströmdüse 13 entlang der zu kühlenden Oberfläche 104 ausströmen. Als Ergebnis wird das geschweißte Teil 101 durch das Kühlmedium, welches entlang der zu kühlenden Oberfläche 104 strömt, gekühlt. Die Steuervorrichtung 25 steuert die Kühlmediumzufuhrmenge, die zu den Kühlmediumzufuhrverteilern 11 zuzuführen ist, durch die Kühlmediumzufuhrvorrichtung 12 in Übereinstimmung mit der Kühlmediumtemperatur und der Temperatur der zu kühlenden Oberfläche 104 und steuert die Kühlmediumzufuhrmenge, die von dem Kühlmediumausströmdüsen 13 zu der zu kühlenden Oberfläche 104 zuzuführen ist.
Als Ergebnis kann, selbst wenn die Umgebungslufttemperatur des Metallrohres 100 sich ändert, das geschweißte Teil 101 des Rohres 100 zu der Metalltemperatur, welche die benötigte Lebensdauer erfüllt, gesteuert werden.
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Das Metallrohr 100 ist die widerstandgeschweißte Röhre, die das geschweißte Teil 101 entlang der Axialrichtung des Metallrohres 100 in der obigen Ausführungsform aufweist, aber ist nicht auf diese Konfiguration begrenzt. Das heißt, in einem Fall, indem das geschweißte Teil 101 in der Umfangsrichtung des Metallrohres 100 vorgesehen ist, ist eine schematische Darstellung, die eine erste Modifikation der Kühlungsvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr gemäß der ersten Ausführungsform darstellt, in 5 dargestellt, eine Schnittansicht entlang VI-VI aus 5, welche die Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr darstellt, in 6 dargestellt, eine Schnittansicht eines Hochtemperaturrohres ist in 7 dargestellt und eine Schnittansicht des Rohres, welches ein teilweise entferntes wärmeisolierendes Material aufweist, in 8 dargestellt.
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In der ersten Modifikation ist wie in 7 dargestellt ein Hochtemperaturmetallrohr 110 ein Verbindungsrohr, welches mit einem geschweißten Teil 111 entlang der Umfangsrichtung vorgesehen ist, und die Peripherie ist mit einem wärmeisolierenden Material 112 bedeckt, um die Reduktion der Anlageeffizienz zu verringern.
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Wenn das Metallrohr 110 unter Hochtemperaturumgebung für eine lange Zeit verwendet wird, schreitet Kriechschädigung fort, sodass sich Kriechfehlstellen bilden und sich diese Kriechfehlstellen dann verbinden, sodass sich ein Riss bildet, welcher dazu neigt, in einem Bruch zu resultieren. Um diesen Bruch zu verhindern, werden die wachsenden Ausmaße der Kriechfehlstellen durch regelmäßige zerstörungsfreie Überprüfung analysiert, um das Ausmaß einer Kriechschädigung eines jeden Teils abzuleiten, und eine Bewertung einer verbleibenden Lebensdauer des Rohres 110 wird durchgeführt. Insbesondere wie in 8 dargestellt wird das wärmeisolierende Material 112, welches die Umgebung des geschweißten Teils 111 bedeckt, in welcher das Kriechschädigungsrisiko hoch ist, entfernt, um ein unbedecktes Teil 113 auszubilden, welches eine zu kühlende Oberfläche 114 umfassend das geschweißte Teil 111 freilegt, und die zu kühlende Oberfläche 114 wird durch die Kühlvorrichtung dieser Ausführungsform gekühlt.
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Wie in 5 und 6 dargestellt ist eine Kühlvorrichtung 30 für ein Hochtemperaturrohr eine Vorrichtung, welche die zu kühlende Oberfläche 114 des Metallrohres (Hochtemperaturrohres) 110 kühlt und umfasst Kühlmediumzufuhrverteiler 31, eine Kühlmediumzufuhrvorrichtung 32, Kühlmediumausströmdüsen 33 und eine Haube 200.
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Die Kühlmediumzufuhrverteiler 31 sind außerhalb des wärmeisolierenden Material 112 an beiden Seiten entlang der Axialrichtung des Rohres der zu kühlenden Oberfläche 114 angeordnet, d.h. an beiden Seiten versetzt in der Axialrichtung des Rohres 110 bezüglich der zu kühlenden Oberfläche 114, sodass Wärmeabfuhr durch Strahlung von der kühlenden Oberfläche 114 des Rohres 110 nicht abgeschirmt wird. Die Kühlmediumzufuhrverteiler 31 sind nicht auf diesen Fall begrenzt, indem die Kühlmediumzufuhrverteiler außerhalb des wärmeisolierenden Materials 112 angeordnet sind, und müssen nur außerhalb der zu kühlenden Oberfläche 114 angeordnet werden. Das wärmeisolierende Material 112 kann ausgeschnitten werden und die Kühlmediumzufuhrverteiler 31 können in dem wärmeisolierenden Material 112 angeordnet werden.
Die Kühlmediumzufuhrverteiler 31 bilden ähnliche hohle Kastenformen und sind an beiden Seiten des unbedeckten Teils 113 auf der Außenumfangsoberfläche des wärmeisolierenden Materials 112 angeordnet, sodass sie entlang der Umfangsrichtung Ringformen bilden.
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Wie in 10 dargestellt kann jeder der Kühlmediumzufuhrverteiler 31 eine Konfiguration aufweisen, die eine Teilung in eine Vielzahl von Stücken in der Umfangsrichtung ermöglicht. In 10 ist jeder Kühlmediumzufuhrverteiler 31 in drei Elemente geteilt und wird aus Teilungselementen 31A, 31B, 31C gebildet. Die Teilungselemente 31A, 31B, 31C sind beispielsweise durch Bolzen miteinander verbunden. Folglich sind an einer Seite, an der das Rohr 110 installiert ist, die Teilungselemente 31A,31B,31C von jedem Kühlmediumzufuhrverteiler 31 einfach kombiniert, sodass die Kühlmediumzufuhrverteiler 31, welche die Ringformen bilden, einfach installiert werden können. Deshalb können die Einrichtungskosten einfach reduziert werden.
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Wie in 5 dargestellt sind in den Kühlmediumzufuhrverteiler 31 die Kühlmediumausströmdüsen 33 so vorgesehen, dass sie zueinander zugewandt sind. Die Kühlmediumausströmdüsen 33 erstrecken sich zu einer Außenumfangsoberfläche des Rohres 110 entlang Endoberflächen des wärmeisolierenden Materials 112, welches dieses unbedeckte Teil 113 an Seiten nahe des unbedeckten Teils 113 der Kühlmediumzufuhrverteiler 31 ausbildet, und hat Außenendteile, die entlang der zu kühlenden Oberfläche 104 gebogen sind, welches die Außenumfangsoberfläche des Rohres 100 ist. Deshalb sind die jeweiligen Kühlmediumausströmdüsen 33 so angeordnet, dass Auslässe zueinander zugewandt sind, und lassen Kühlmedien entlang der zu kühlenden Oberfläche 114 ausströmen. Die Kühlmediumausströmdüsen 33 sind entlang der gesamten Fläche in der Umfangsrichtung des Rohres 110 in dem unbedeckten Teil 113 vorgesehen.
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Die Kühlmediumzufuhrverteiler 31 haben Plattenmaterialien 34, die sich zu der Außenumfangsoberfläche des Rohres 110 entlang den Endoberflächen des wärmeisolierenden Materials 112 erstrecken, welches dieses unbedeckte Teil 113 des Kühlmediumzufuhrverteiler 31 auf den Seiten nahe des unbedeckten Teils 113 ausbildet. Plattenoberflächen der Plattenmaterialien 34 sind in der Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Axialrichtung des Rohres 110 ist, angeordnet. Wie in 10 dargestellt können die Plattenmaterialien 34 Schlitze 35 ausbilden, welche sich darin von der Umgebung der Oberfläche des Rohres 110 nach außen erstrecken.
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Außenenden an Seiten nahe des Rohres 110 der Kühlmediumzufuhrverteiler 31 sind in Kontakt mit einem Hochtemperaturabschnitt und deshalb steigt die Temperatur jedes Außenendes zu der Außenoberflächentemperatur (ungefähr 500°C bis 550°C) des Rohres 110. Jedoch ist eine Kühlmediumzufuhrquellenseite eines jeden Kühlmediumzufuhrverteilers 31 beinahe Raumtemperatur und deshalb wird die Temperaturdifferenz von ungefähr 500°C in der Höhenrichtung jedes Plattenmaterials 34 gebildet. Als Ergebnis bildet sich Wärmeverformung von mehreren Millimetern in den Außenenden an den Seiten nahe des Rohres 110 des Kühlmediumzufuhrverteiler 31. Wegen dieser Wärmeverformung wird die Ausstromgeschwindigkeit des Kühlmediums lokal verringert und deshalb wird die Temperatur der zu kühlenden Oberfläche 114 ungleichmäßig. Als Ergebnis wird die verbleibende Lebensdauer des geschweißten Teils 111 ungleichmäßig und deshalb wird die Zuverlässigkeit der Anlage verringert.
Auf der anderen Seite sind die Schlitze 35 in den Plattenmaterialien 34 vorgesehen, sodass jeder der Schlitze 35 als ein Wärmeverformungsspielraum funktioniert, welcher in dem Außenende nahe des Rohres 110 jedes Kühlmediumzufuhrverteilers 31 gebildet ist. Deshalb kann die Wärmeverformung der Außenenden verringert werden. Als Ergebnis kann die Ungleichmäßigkeit der Ausstromgeschwindigkeit jedes Kühlmediums verringert werden und die Zuverlässigkeit der Anlage verbessert werden. Die Schlitze 35 sind an einer Vielzahl von Abschnitten in einem vorbestimmten Intervall angeordnet.
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Um das Kühlmedium vom Lecken von den Schlitzen 35 zu hindern, sind Dichtmaterialien wie beispielsweise eine Metallfolie 36 bevorzugt wie in 11 dargestellt entlang den Schlitzen 35 vorgesehen. Die Metallfolie 36 ist an einer Innenoberflächenseite eines jeden Kühlmediumzufuhrverteilers 31 installiert, in welchem das Kühlmedium zirkuliert. Zum Beispiel wird nur eine Seite eines jeden Schlitz 35 an jedem Plattenmaterial 34 entlang des Schlitz 35 durch Punktschweißen fixiert, sodass das Plattenmaterial 34 nicht durch die Metallfolie 36 eingeschränkt wird. In 11 sind geschweißte Abschnitte durch das Bezugszeichen W dargestellt. Wenn das Kühlmedium zu den Kühlmediumzufuhrverteilern 31 zugeführt wird, steigt ein Innendruck und deshalb sind die Metallfolie 36 und die Plattenmaterialien 34 dicht angeheftet und eine Leckage des Kühlmediums wird verringert.
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Die Kühlmediumzufuhrvorrichtung 32, die in 5 dargestellt ist, ist ein Lüfter oder ein Gebläse und führt das Kühlmedium zu jedem Kühlmediumzufuhrverteiler 31 zu. Die Kühlmediumzufuhrvorrichtung 32 ist mit dem Einlassrohr 41 gekoppelt und ist mit den jeweiligen Kühlmediumzufuhrverteilern 31 durch ein Zufuhrrohr 42 gekoppelt. Deshalb führt die Kühlmediumzufuhrvorrichtung das Kühlmedium, welches von dem Einlassrohr 41 entnommen wird, zu den jeweiligen Kühlmediumzufuhrverteilern 31 durch das Zufuhrrohr 42 zu.
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Obwohl nicht gezeigt, können in dieser ersten Modifikation ähnlich zu der ersten Ausführungsform der erste Temperatursensor 23, der zweite Temperatursensor 24 und die Steuervorrichtung 25 vorgesehen werden und die Kühlmediumzufuhrvorrichtung 32 kann die Kühlmediumzufuhrmenge steuern, die zu den Kühlmediumzufuhrverteilern 31 in Übereinstimmung mit der Kühlmediumtemperatur oder der Temperatur der zu kühlenden Oberfläche 114 zuzuführen ist.
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Deshalb wird, wenn die Kühlmediumzufuhrvorrichtung 32 betrieben wird, das Kühlmedium durch das Einlassrohr 41 aufgenommen, wobei das Kühlmedium zu den jeweiligen Kühlmediumzufuhrverteilern 31 durch das Zufuhrrohr 42 zugeführt wird. Jeder Kühlmediumzufuhrverteiler 31 lässt das Kühlmedium von der Kühlmediumausströmdüse 33 entlang der zu kühlenden Oberfläche 114 ausströmen.
Als Ergebnis kann ein Strom des Kühlmediums entlang der zu kühlenden Oberfläche 114 gebildet werden, um das geschweißte Teil 111 effektiv zu kühlen.
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Gemäß der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr der ersten Ausführungsform sind die Kühlvorrichtungen für die Rohre, die auf den Peripherien der zu kühlenden Oberflächen 104, 114 installiert sind, vorgesehen, um die zu kühlenden Oberflächen 104, 114 der Rohre 100, 110 als die Hochtemperaturrohre zu kühlen, sodass die Lebensdauer der Rohre 100, 110 verlängert wird. Die Kühlvorrichtungen umfassen die Kühlmediumzufuhrverteiler 11, 31, die an solchen Positionen angeordnet sind, dass Wärmeabgabe durch Strahlung von den zu kühlenden Oberflächen 104, 114 nicht abgeschirmt wird, und lassen das Kühlmedium zu den zu kühlenden Oberflächen 104, 114, ausströmen, die Kühlmediumzufuhrvorrichtungen 12, 32, die das Kühlmedium zu den Kühlmediumzufuhrverteilern 11, 31 zuführen, und die Kühlmediumausströmdüsen 13, 33, die das Kühlmedium der Kühlmediumzufuhrverteilern 11, 31 zu den zu kühlenden Oberflächen 104, 114 ausströmen lassen.
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Wenn die Kühlmediumzufuhrvorrichtungen 12, 32 die Kühlmedien zu den Kühlmediumzufuhrverteilern 11, 31 zuführt, werden die Kühlmedien zu diesen Kühlmediumzufuhrverteilern 11, 31 zugeführt und die jeweiligen Kühlmedien der Kühlmediumzufuhrverteilern 11, 31 strömen von den Kühlmediumausströmdüsen 13, 33 zu den zu kühlenden Oberflächen 104, 114 aus. Dann werden die zu kühlenden Oberflächen 104, 114 der Rohre 100, 110 effektiv gekühlt.
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Die Kühlmediumzufuhrverteiler 11, 31 sind so angeordnet, dass sie Wärmeabgabe durch Strahlung von den zu kühlenden Oberflächen 104, 114 nicht abschirmen und deshalb haben die Außenseiten der zu kühlenden Oberflächen 104, 114 offene Räume bezüglich der Peripherien. Wärmeabgabemengen durch Strahlung werden somit maximiert und deshalb können die Kühlmediummengen verringert werden und die Rohre 100, 110 effektiv gekühlt werden, um eine Kühlleistung zu verbessern.
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In den Kühlvorrichtungen für ein Hochtemperaturrohr der ersten Ausführungsform sind die Kühlmediumzufuhrverteiler 11, 31 außerhalb der wärmeisolierenden Materialien 102, 112 angeordnet. Als Ergebnis kann eine Temperaturerhöhung verringert werden, wenn das jeweilige Kühlmedium die Kühlmediumzufuhrverteiler 11, 31 durchläuft, und die zu kühlenden Oberflächen 104, 114 können effektiv gekühlt werden.
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In den Kühlvorrichtungen für ein Hochtemperaturrohr der ersten Ausführungsform sind die Kühlmediumzufuhrverteiler 11, 31 an Außenoberflächen der wärmeisolierenden Materialien 102, 112 getragen. Deshalb sind separate Elemente zum Tragen der Kühlmediumzufuhrverteiler 11, 31 unnötig und es kann eine Vereinfachung der Strukturen erreicht werden.
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In einem Fall, indem die Kühlmediumzufuhrverteiler 11, 31 an nur einen Seiten installiert sind, können die Tragmaterialien installiert sein, um ein Fallen zu verhindern. Als ein Beispiel des Falles der Kühlmediumzufuhrverteiler 31, hat ein Tragmaterial 37 ein erstes Element 37a parallel mit der Axialrichtung des Rohres, ein zweites Element 37b, das in die Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Axialrichtung des Rohres ist, installiert, und ein Kabelmaterial 37c, welches das zweite Element 37b und das wärmeisolierende Material 112 wie in 12 dargestellt verbindet. Das erste Element 37a hat ein erstes Ende, welches zu einem Flanschteil 31a der Kühlmediumzufuhrverteiler 31 verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit dem Kabelmaterial 37c verbunden ist. Das zweite Element 37b hat ein erstes Ende, das mit dem Rohr 110 verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit dem ersten Element 37a verbunden ist. In einem Fall der Kühlmediumzufuhrverteiler 31 kann Fallen in der Axialrichtung des Rohres des Rohres 110 durch das erste Element 37a und das zweite Element 37b verhindert werden und Fallen in die Umfangsrichtung des Rohres 110 kann durch Kabelmaterial 37c verhindert werden. Da das Fallen der Kühlmediumzufuhrverteiler verhindert wird, ändert sich die Ausstromrichtung des Kühlmedium von der zu kühlenden Oberfläche nicht und eine anfängliche Kühlkapazität wird beibehalten, sodass die Zuverlässigkeit der Kühlvorrichtung verbessert wird.
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In den Kühlvorrichtungen für ein Hochtemperatur der ersten Ausführungsform lassen die Kühlmediumausströmdüsen 13, 33 die jeweiligen Kühlmedien entlang der zu kühlenden Oberflächen 104, 114 ausströmen. Deshalb können die gesamten Mengen der jeweiligen Kühlmedien verwendet werden, um die zu kühlenden Oberflächen 104, 114 zu kühlen und eine Kühleffizienz der zu kühlenden Oberflächen 104, 114 kann verbessert werden.
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In den Kühlvorrichtungen für ein Hochtemperaturrohr der ersten Ausführungsform sind die Kühlmediumzufuhrverteiler 11, 31 an beiden Seiten entlang der zu kühlenden Oberflächen 104, 114 angeordnet und die Kühlmediumausströmdüsen 13, 33 sind so angeordnet, dass sie einander zugewandt sind. Deshalb werden die jeweiligen Kühlmedien von beiden Seiten bezüglich den zu kühlenden Oberflächen 104, 114 zugeführt und die Oberflächen kühlt, und die Kühlmediumzufuhrmengen können erhöht werden, um die Kühleffizienz zu verbessern. In den Kühlvorrichtungen für ein Hochtemperaturrohr der ersten Ausführungsform sind die Kühlmediumzufuhrverteiler 11, 31 auf beiden Seiten entlang den zu kühlenden Oberflächen 104, 114 angeordnet. Jedoch können in einem Fall, indem die Hochtemperaturrohre Rohre mit kleinem Durchmesser sind, die Kühlmediumzufuhrverteiler 11, 31 auf nur einer der ersten Seiten angeordnet sein.
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Die Kühlvorrichtungen für ein Hochtemperaturrohr der ersten Ausführungsform umfassen die jeweiligen ersten Temperatursensoren 23, welche die Kühlmediumtemperaturen messen, welche zu den Kühlmediumzufuhrverteilern 31 durch die Kühlmediumzufuhrvorrichtungen 12, 32 zugeführt werden, und die jeweiligen Steuervorrichtungen 25, welche die Ausstrommengen der Kühlmedien steuern, welche zu den zu kühlenden Oberflächen 104, 114 von den Kühlmediumausströmdüsen 13, 33 in Übereinstimmung mit den Kühlmedientemperaturen, die durch die ersten Temperatursensoren 23 gemessen werden, ausströmen können. Da die Ausstrommengen der Kühlmedien, welche zu den zu kühlenden Oberflächen 104, 114 von den Kühlmediumausströmdüsen 13, 33 ausströmen können, in Übereinstimmung mit den Kühlmediumtemperaturen gesteuert werden, können benötigte lebensdauerverlängernde Effekte erhalten werden, um die Zuverlässigkeit der Anlage, ohne durch eine Außenlufttemperatur beeinflusst zu werden, zu verbessern.
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Die Kühlvorrichtungen für ein Hochtemperaturrohr der ersten Ausführung umfassen die jeweiligen zweiten Temperatursensoren 24, welche die Temperaturen der zu kühlenden Oberflächen 104, 114 messen, und die jeweiligen Steuervorrichtungen 25, welche die Ausstrommengen der Kühlmedien steuern, die zu den zu kühlenden Oberflächen 104, 114 von den Kühlmediumausströmdüsen 13, 33 in Übereinstimmung mit den Temperaturen der zu kühlenden Oberflächen 104, 114 ausströmen können, wobei die Temperaturen durch die zweiten Temperatursensoren 24 gemessen werden. Da die Ausstrommengen der Kühlmedien, die zu den zu kühlenden Oberflächen 104, 114 von den Kühlmediumausströmdüsen 13, 33 ausströmen können, in Übereinstimmung mit den Temperaturen der zu kühlenden Oberflächen 104, 114 gesteuert werden, können der Fortschritt der Kriechschädigung der zu kühlenden Oberflächen 104, 114 oder die Umgebungslufttemperaturen betrachtet werden, und benötigte Lebensdauerverlängerungseffekte können erhalten werden, um eine Zuverlässigkeit der Anlage zu verbessern.
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In der Beschreibung der Kühlmediumzufuhrverteiler 11, 31 wurde der Fall ausgeführt, indem die Kühlmediumausströmdüsen 13, 33 vorgesehen sind. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele begrenzt. In der obigen ersten Ausführungsform und ersten Modifikation sind die Außenendteile der Kühlmediumausströmdüsen 13, 33 entlang den zu kühlenden Oberflächen 104, 114 gebogen, welches die Außenumfangsoberflächen der Rohre 101, 110 sind. Deshalb sind wie in 9 dargestellt eine Geschwindigkeitsverteilung und eine Temperaturverteilung der Kühlmedien, welche von den Außenendteilen ausströmen, parabellförmig, Schwerkräfte nahe jeder der zu kühlenden Oberflächen 104, 114 relativ klein und ein Wärmeübergangskoeffizient zwischen der Oberfläche eines jeden der Rohre 100, 110 und des Kühlmediums ist klein.
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Auf der anderen Seite sind in der zweiten Modifikation jeweils Ausströmteile in den Kühlmediumzufuhrverteilern 11, 31 anstatt der Kühlmediumausströmdüsen 13, 33 vorgesehen.
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In dem Kühlmediumzufuhrverteiler 31 ist ein Ausströmteil 14 wie in 12 und 13 dargestellt vorgesehen. Das Ausströmteil 14 hat ein Plattenmaterial 34, das sich zu der Außenumfangsoberfläche des Rohres 110 entlang der Endoberflächen des wärmeisolierenden Materials 112 erstreckt, welches mit dem unbedeckten Teil 113 des Kühlmediumzufuhrverteilers 31 auf der Seite nahe des unbedeckten Teils 113 vorgesehen ist. Ein Auslass des Ausströmteils 14 ist von einem Ende 34A, das dem Rohr 110 des Plattenmaterials 34 zugewandt ist, und der Oberfläche des Rohres 110 ausgebildet. Der Auslass des Ausströmteils 14 ist entlang der Umfangsrichtung des Rohres 110 in dem unbedeckten Teil 113 vorgesehen und das Kühlmedium strömt entlang der zu kühlenden Oberfläche aus.
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Folglich wird die Geschwindigkeitsverteilung und die Temperaturverteilung des Kühlmediums, das von dem Auslass des Ausströmteils 14 ausströmt, an der Oberflächenumgebungsseite der zu kühlenden Oberfläche 114 im Vergleich mit einem Mittenabschnitt in der Höhenrichtung des Auslasses wie in 13 dargestellt maximal und ein Geschwindigkeitsgradient und ein Temperaturgradient wird in der Umgebung der Oberfläche des Rohres 110 groß. Als Ergebnis wird, im Vergleich mit einem Fall, indem die Kühlmediumausströmdüse 13 vorgesehen ist, eine Scherkraft an der Umgebung der Oberfläche des Rohres 110 groß und der Wärmeübergangskoeffizient wird erhöht. Deshalb kann eine zu kühlende Oberfläche 114 effektiv gekühlt werden.
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Das Ausströmteil 14 kann mit einem gekrümmten Teil 38 vorgesehen werden, welches einen umlaufenden bogenförmigen Querschnitt innerhalb des Auslasses aufweist, d.h. in der Umgebung eines Schnitts der Endoberfläche des wärmeisolierenden Materials 112 und der Oberfläche des Rohres 110. Das gekrümmte Teil 38 ragt von der Endoberfläche des wärmeisolierenden Materials 102 zu dem Auslass des Ausströmteils 14 hervor, wenn es sich dem Rohr 110 nähert. Da das gekrümmte Teil 38 vorgesehen ist, können der Geschwindigkeitsgradient und der Temperaturgradient des Kühlmediums, das von dem Auslass des Ausströmteils 14 ausströmt, in der Umgebung der Oberfläche des Rohres 110 weiter erhöht werden, und die zu kühlende Oberfläche 114 kann effektiver gekühlt werden.
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Wie in 13 dargestellt ist eine Beziehung zwischen der Höhe des Auslasses H und der Kühllänge L, welches eine Distanz von dem Auslass zu dem geschweißtem Teil 111 des zu kühlenden Gegenstandes ist, L/H ≈ 10 bis 20. In einem Fall dieses Bereichs wird die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums beibehalten und deshalb kann ein hoher Wärmeübertragungskoeffizient in dem geschweißtem Teil 111 erhalten werden.
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Im obenstehenden hat die Beschreibung den Fall ausgeführt, indem der Ausströmteil 14 anstatt der Kühlmediumausströmdüse 33 der ersten Modifikation vorgesehen ist. Jedoch kann eine Konfiguration ähnlich zu dem Ausströmteil 14 anstatt der Kühlmediumausströmdüse 13 gemäß der ersten Ausführungsform vorgesehen werden.
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Zum Beispiel stellt 14 eine Differenz in einem Wärmeübertragungskoeffizienten zwischen einem Fall, indem die Kühlmediumausströmdüsen 13, 33 vorgesehen sind und hervorstehende Führungen entlang der Rohre 100, 110 ausgebildet sind, und einem Fall, indem keine Führung vorgesehen ist wie das Ausströmteil 14, dar.
In 14 ist ein Wärmeübertragungskoeffizient in einem Fall, indem die Führungslängen der Kühlmediumausströmdüsen 13, 33 in einem Bereich um 25mm bis 75mm sind, mit einem Wärmeübertragungskoeffizienten in einem Fall, indem das Ausströmteil 14 ohne Führung vorgesehen ist, verglichen. Wie in 14 dargestellt erniedrigt sich in den Kühlmediumausströmdüsen 13, 33, welche mit den Führungen vorgesehen sind, der Wärmeübertragungskoeffizient bis auf ungefähr 70% im Vergleich zu dem Ausströmteil 14 ohne Führung und es wird beobachtet, dass der Wärmeübertragungskoeffizient des Ausströmteils 14 ohne Führung weiter verbessert wird.
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Wie in 10 dargestellt ist das Plattenmaterial 34, welches in jedem Kühlmediumzufuhrverteiler 31 vorgesehen ist, in eine Vielzahl von Elementen entlang der Umfangsrichtung geteilt und kann in eine Vielzahl von Elementen entlang der Radialrichtung des Rohres 110 wie in 15 und 16 dargestellt geteilt werden. Das Plattenmaterial 34 ist in ein Teilungselement 34a, welches an der Kühlmediumzufuhrquellenseite angeordnet ist, und Teilungselemente 34b, die an der Rohr-110-seite entlang der Radialrichtung angeordnet sind, geteilt. Die Teilungselemente 34a, 34b sind beispielsweise durch Bolzen 39 und Muttern 40 miteinander verbunden. Verbindungspositionen der Teilungselemente 34b bezüglich des Teilungselements 34a sind so verändert, dass selbst in einem Fall, in dem der Rohrdurchmesser des Rohres 110 sich unterscheidet, der Kühlmediumzufuhrverteiler 31 durch einfaches Verlängern und Verengen des Plattenmaterials 34, welches eine geteilte Struktur aufweist, ohne Ersetzen jedes der Plattenmaterialien 34 installiert werden kann. Wie in 15 dargestellt haben die Teilungselemente 34b beispielsweise jeweils eine Fächerform, welche eine längere Länge in der Umfangsrichtung auf der Kühlmediumzufuhrquellenseite und eine kürzere Länge in der Umfangsrichtung auf der Rohrseite aufweist.
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Das Teilungselement 34a auf der Kühlmediumzufuhrquellenseite und Teilungselemente 34b auf der Rohr-110-seite sind durch Bolzen befestigt und deshalb können das Teilungselement 34a oder jedes Teilungselement 34b mit einem langen Loch vorgesehen sein, welches in der Radialrichtung des Rohres 110 lang ist, und das andere Teilungselement 34a und jedes Teilungselement 34b kann mit einem kreisförmigen Loch vorgesehen werden. Folglich können Installationspositionen der Teilungselemente 34b, das heißt, die Verlängerungs- und Verengungslänge des Plattenmaterials 34 auf einer Seite fein angepasst werden.
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In einem Verbindungsverfahren des Teilungselements 34a und der Teilungselemente 34b können wie in 17 dargestellt, Öffnungen 44, die ein Einsetzen einer Vielzahl von Arten von vorher vorbereiteten Abstandshalter 43, in einem der Teilungselemente 34a und den Teilungselementen 34b ausgebildet sein. 17 (B) stellt einen Fall dar, indem die Öffnungen 44 in dem Teilungselement 34b ausgebildet sind. Die Abstandshalter 43 sind so ausgebildet, dass Positionen von Bolzenlöchern 45 sich entlang der Radialrichtung des Rohres 110 für jeweilige Arten wie in 17 (A) dargestellt unterscheiden. Die in die Öffnungen 44 einzusetzende Abstandshalter 43 sind so ausgewählt, dass sich die Bolzenlöcher 45 an geeigneten Positionen in der Radialrichtung des Rohres 110 befinden. Folglich können die Verlängerungs- und Verengerungslänge der Plattenmaterialien 34 durch einfaches Ersetzen der Abstandshalter 43 geändert werden und die Teilungselemente 34a, 34b können zuverlässig befestigt werden.
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Während die Temperatur des Plattenmaterials 34 auf der Kühlmediumzufuhrquellenseite niedrig ist, wird das Rohr 110 durch Zulassen eines Fließens des Hochtemperaturfluids darin wärmeausgedehnt, und deshalb wird der Radius einer Krümmung des Rohres 110 größer als ein Ende 34A des Plattenmaterials 34. Während die Wärmeausdehnung des Rohres 110 vorher betrachtet wird, kann das Plattenmaterial 34 so hergestellt werden, dass der Radius einer Krümmung des Endes 34A des Plattenmaterials 34 größer ist als der Radius einer Krümmung des Rohres 110 zu einem Zeitpunkt einer niedrigen Temperatur. Folglich kann, wenn sich die Temperatur des Rohres 110 erhöht, sodass sich das Rohr wärmeausdehnt und sich der Radius einer Krümmung des Rohres 110 erhöht, eine Lücke, die zwischen dem Ende 34A des Plattenmaterials 34 und des Rohres 110 ausgebildet ist, reduziert werden.
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Das Teilungselement des Plattenmaterials 34, das die geteilte Struktur aufweist, kann eine Konfiguration aufweisen, in der eine stetig zu dem Rohr 110 in der Radialrichtung des Rohres 110 gedrängt ist. Folglich kann, selbst wenn das Rohr 110 sich durch Zulassen eines Strömens des Hochtemperaturfluids wärmeverformt und der Radius einer Krümmung des Rohres 110 groß wird, das Ende 34A des Plattenmaterials 34 durch Folgen der Außenumfangsoberfläche des Rohres 110 bewegen. In diesem Fall ist wie in 16 dargestellt ein Abstandshalter 46 zwischen dem Ende 34A des Plattenmaterials 34 und der Außenumfangsoberfläche des Rohres 110 so vorgesehen, dass eine Öffnungsfläche des Auslasses der Kühlmediumausströmdüse 33 beibehalten wird. Die Abstandshalter 46 sind an einer Vielzahl von Abschnitten an Intervallen entlang der Umfangsrichtung installiert.
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Beispiele eines Mittels zum Drängen des Teilungselements 34b des Plattenmaterials 34 zu der Rohr-110-Seite umfassen ein Federelement zum Drücken des Teilungselements 34b zu dem Rohr 110 und ein Bindungselement, das eine ringförmige elastische Befestigung an einem Außenumfangsseitenende 34b1 (siehe 16) des Teilungselements 34b aufweist. Das Teilungselement 34b kann zu dem Rohr 110 durch vorsehen eines Magneten in dem Abstandshalter 46 gedrängt werden, welcher in dem Ende 34A des Teilungselements 34b, das in 16 dargestellt ist, installiert ist.
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In der obigen Ausführungsform und der Modifikation haben der Kühlmediumzufuhrverteiler 31 und das Plattenmaterial 34 jeweils eine Ringform und sind ein integriertes Element, das fortlaufend in der Umfangsrichtung des Rohres 110 wie in 6 dargestellt, ausgebildet ist, oder ein Element, das in eine Vielzahl von zu kombinierenden Stücken wie in 10 dargestellt geteilt ist. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele begrenzt. Zum Beispiel kann wie in 18 und 19 dargestellt der Kühlmediumzufuhrverteiler 31 aus einer Vielzahl von Verteilereinheiten 47 und einer Vielzahl von Balgkanälen 48, welche die Verteilereinheiten 47 koppeln, gebildet werden. Die Balgkanäle 48 sind jeweils ein Beispiel eines erweiterbaren Teils. Die Verteilereinheiten 47 und die Balgkanäle 48 sind alternierend gekoppelt.
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Die Vielzahl von Verteilereinheiten 47 und die Vielzahl von Balgkanälen 48 können in der Liniearrichtung gekoppelt sein. Die Anzahl von Kombinationen der Vielzahl von Verteilereinheiten 47 und der Vielzahl von Balgkanälen 48 werden in Übereinstimmung mit der Außenumfangslänge des Rohres 110 bestimmt und die Länge wird angepasst. Die gekoppelten Verteilereinheiten 47 und Balgkanäle 48 sind entlang des Außenumfangs des Rohres 110 gewunden und danach sind erste Enden und zweite Enden gekoppelt, um eine Ringform zu bilden.
Die jeweiligen Anzahlen der Verteilereinheiten 47 und der Balgkanäle 48 sind bevorzugt in Übereinstimmung mit dem Rohr 110, welches einen geschätzten Maximaldurchmesser aufweist, vorher vorbereitet.
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Demgemäß ist, selbst in einem Fall, in dem ein geschädigter Abschnitt eine schnelle Kühling benötigt, beispielsweise wenn ein Abschnitt, der ein hohes Rohrbeschädigungsrisiko aufweist, durch einen zerstörungsfreien Test in einer Periode einer hohen Leistungsanforderung erkannt wird, der Kühlmediumzufuhrverteiler 31 schnell hergestellt, um den Abschnitt schnell zu kühlen, dadurch eine Lebensdauer des beschädigten Rohrs 110 zu verlängern, um eine Zuverlässigkeit des Anlage zu verbessern.
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Wie in 19 hat jede Verteilereinheit 47 ein Verteilerteil 49 und ein Ausströmteil 14. Die Ausströmteil-14-seite, welche in Kontakt mit dem Rohr 110 ist, ist von einem hitzebeständigen Element z.B. Edelstahl ausgebildet, und die Verteilerteil-49-seite, dessen Temperatur nahe einer Normaltemperatur ist, ist von einem leichtgewichtigen Element z.B. einer Aluminiumlegierung ausgebildet. Folglich kann das Gewicht des gesamten Kühlmediumzufuhrverteilers 31 reduziert werden. Der Verteilerteil 49 und die Ausströmteil-14-seite sind verschiedene Arten von Materialien, und deshalb sind beispielsweise durch Verstemmen oder eine Niete gekoppelt.
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Der Ausströmteil 14 einer jeden Verteilereinheit 47 hat durch Seitenendoberflächen 14a in den Verteilereinheiten 47 eine geschlossene Struktur und beispielsweise ist die Verteilerteil-49-seite durch die Balgkanäle 48 gekoppelt. Alternativ kann das Ausströmteil 14 einer jeden Verteilereinheit 47 eine Struktur einer durch den Balgkanal gekoppelten Struktur aufweisen, um eine Zirkulation eines Kühlmediums zuzulassen. Jeder Balgkanal 48, der an der Verteilerteil-49-seite gekoppelt ist, ist unter einer Bedingung einer beinahen Raumtemperatur angeordnet, und kann deshalb nicht durch Metall hergestellt werden, sondern durch flächenförmiges Kunstharz, das eine hitzebeständige Eigenschaft aufweist.
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Der Kühlmediumzufuhrverteiler 31 und das Plattenmaterial 34 sind aus der Vielzahl von Verteilereinheiten 47 und der Vielzahl von Balgkanälen 48, welche die Verteilereinheiten 47 koppeln, gebildet, sodass selbst in einem Fall, indem das Hochtemperaturrohr 110 einen unterschiedlichen Außendurchmesser aufweist, der Kühlmediumzufuhrverteiler 31 an dem Rohr 110 ohne Ändern einer Struktur des Kühlmediumzufuhrverteilers 31 einfach angebracht werden kann. Aufgrund eines Koppelns durch die Balgkanäle 48 wird ein Folgen einer Wärmeverformung des Rohres 110 ermöglicht. Außerdem ist diese Konfiguration nicht nur bei dem Kühlmediumzufuhrverteiler 31 anwendbar, der in einer Ringform entlang der Umfangsrichtung des Rohres 110 angeordnet ist, sondern ebenso bei dem Kühlmediumzufuhrverteiler 11, der entlang der Axialrichtung des Rohres 110 angeordnet, wenn es linear angeordnet ist.
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In dieser Modifikation hat die Beschreibung einen Fall ausgeführt, indem die Balgkanäle 48 vorgesehen sind. Jedoch ist nicht immer eine Balgstruktur vorgesehen und Intervalle zwischen den Verteilereinheiten 47 benötigen nur anpassbare Elemente, durch welche sie gekoppelt werden. Beispielsweise können Plattenelemente hergestellt aus Gewebe, hergestellt aus Metall oder hergestellt aus Gummi anstelle der Balgkanäle 48 vorgesehen werden.
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[Zweite Ausführungsform]
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20 ist eine schematische Darstellung, die eine Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr einer zweiten Ausführungsform darstellt, und 21 ist eine schematische Darstellung, die eine erste Modifikation der Kühlvorrichtung für ein Hochtemperaturrohr der zweiten Ausführungsform darstellt. Elemente, welche ähnliche Funktionen wie die Elemente der obigen ersten Ausführungsform aufweisen, sind durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und eine detaillierte Beschreibung ist weggelassen.
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In der zweiten Ausführungsform kühlt wie in 20 gezeigt, eine Kühlvorrichtung 50 für ein Hochtemperaturrohr eine zu kühlende Oberfläche 104 eines Metallrohres 100 und umfasst Kühlmediumzufuhrverteiler 51, eine Kühlmediumzufuhrvorrichtung 52, Kühlmediumausströmdüsen 53 und eine Haube 200.
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Die Kühlmediumzufuhrverteiler 51 sind so angeordnet, dass Wärmeabgabe durch Strahlung von der zu kühlenden Oberfläche 104 des Rohres 100 nicht abgeschirmt wird. Die jeweiligen Kühlmediumzufuhrverteiler 51 sind an beiden Seiten in der Umfangsrichtung in einem unbedeckten Teil 103 eines wärmeisolierenden Materials 102 angeordnet und sind so getragen, dass sie auf einer Außenumfangsoberfläche dieses wärmeisolierenden Materials 102 platziert sind.
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Die jeweiligen Kühlmediumzufuhrverteiler 51 sind an beiden Seiten in der Umfangsrichtung in dem unbedeckten Teil 103 des wärmeisolierenden Materials 102 so vorgesehen, dass die Kühlmediumausströmdüsen 53 einander zugewandt sind. Die Kühlmediumausströmdüsen 53 erstrecken sich zu einer Umfangsaußenoberfläche des Rohres 100 entlang Endoberflächen des wärmeisolierenden Materials 102, welches dieses unbedeckte Teil 103 auf Seiten nahe des unbedeckten Teils 113 der Kühlmediumzufuhrverteiler 51 ausbildet, und hat Außenendteile, die zu der Außenumfangsoberfläche des Rohres 100 geneigt sind, um zu einem geschweißten Teil 101 gerichtet zu sein. Deshalb sind die jeweiligen Kühlmediumausströmdüsen 53 so angeordnet, dass Auslässe zueinander zugewandt sind und Kühlmedien zu dem geschweißten Teil 101 in der zu kühlenden Oberfläche 104 ausströmen kann.
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Die Kühlmediumzufuhrvorrichtung 52 ist ein Lüfter oder ein Gebläse und führt das Kühlmedium zu jedem Kühlmediumzufuhrverteiler 51 zu. Die Kühlmediumzufuhrvorrichtung 52 ist mit einem Einlassrohr 61 gekoppelt und ist mit den jeweiligen Kühlmediumzufuhrverteilern 51 durch ein Verteilerrohr 62 gekoppelt. Deshalb führt die Kühlmediumzufuhrvorrichtung 52 das Kühlmedium, welches von dem Einlassrohr 61 entnommen wird, zu dem Kühlmediumzufuhrverteilern 51 durch das Zufuhrrohr 62 zu.
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Deshalb wird, wenn die Kühlmediumzufuhrvorrichtung 52 betrieben wird, das Kühlmedium durch das Einlassrohr 61 aufgenommen und das Kühlmedium zu den jeweiligen Kühlmediumzufuhrverteilern 51 durch das Zufuhrrohr 62 zugeführt. Jeder Kühlmediumzufuhrverteiler 51 lässt das Kühlmedium von jeder Kühlmediumausströmdüse 53 zu dem geschweißten Teil 101 in der zu kühlenden Oberfläche 104 ausströmen. Als Ergebnis wird das geschweißte Teil 101 mit einem hohen Wärmeübertragungskoeffizienten durch das Kühlmedium, welches ausströmt, gekühlt und deshalb kann die Kühleffizienz verbessert werden.
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In einer ersten Modifikation kühlt wie in 21 dargestellt eine Kühlvorrichtung 70 eine zu kühlende Oberfläche 114 eines Metallrohres 110 und umfasst Kühlmediumzufuhrverteiler 71, eine Kühlmediumzufuhrvorrichtung 72, Kühlmediumausströmdüsen 73 und ein Haube 200.
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Die Kühlmediumzufuhrverteiler 71 sind so angeordnet, dass Wärmeabgabe durch Strahlung von der zu kühlenden Oberfläche 114 des Rohres 110 nicht abgeschirmt wird. Die jeweiligen Kühlmediumzufuhrverteiler 71 sind so getragen, dass sie auf einer Außenumfangsoberfläche eines wärmeisolierenden Materials 112 platziert sind.
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In den jeweiligen Kühlmediumzufuhrverteilern 71 sind die Kühlmediumausströmdüsen 73 an zugewandten Seiten so vorgesehen, dass sie einander zugewandt sind. Die Kühlmediumausströmdüsen 73 erstrecken sich zu einer Außenumfangsoberfläche des Rohres 110 entlang Endoberflächen des wärmeisolierenden Materials 112, welches ein unbedecktes Teil 113 auf Seiten nahe des unbedeckten Teils 113 des Kühlmediumzufuhrverteilers 71 ausbildet, und hat Außenendteile, welche zu der Außenumfangsoberfläche des Rohres 110 geneigt sind, sodass sie zu einem geschweißten Teil 111 gerichtet sind. Deshalb sind die jeweiligen Kühlmediumausströmdüsen 73 so angeordnet, dass Auslässe zueinander zugewandt sind, und lassen Kühlmedien zu dem geschweißten Teil 111 in der zu kühlenden Oberfläche 104 ausströmen.
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Die Kühlmediumzufuhrvorrichtung 72 ist ein Lüfter oder ein Gebläse und führt das Kühlmedium zu jedem Kühlmediumzufuhrverteiler 71 zu. Die Kühlmediumzufuhrvorrichtung 72 ist mit einem Einlassrohr 81 gekoppelt und ist mit den jeweiligen Kühlmediumzufuhrverteilern 71 durch ein Zufuhrrohr 82 gekoppelt. Deshalb führt die Kühlmediumzufuhrvorrichtung 72 das Kühlmedium, welches von dem Einlassrohr 81 entnommen wird, zu den jeweiligen Kühlmediumzufuhrverteilern 71 durch das Zufuhrrohr 82 zu.
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Deshalb wird, wenn die Kühlmediumzufuhrvorrichtung 72 betrieben wird, das Kühlmedium durch das Einlassrohr 81 aufgenommen, wobei das Kühlmedium zu den jeweiligen Kühlmediumzufuhrverteilern 71 durch das Zufuhrrohr 82 zugeführt wird. Jeder Kühlmediumzufuhrverteiler 71 lässt das Kühlmedium von jeder Kühlmediumausströmdüse 73 zu dem geschweißten Teil 111 der zu kühlenden Oberfläche 114 ausströmen und das geschweißte Teil 111 wird mit einem hohen Wärmeübertragungskoeffizienten durch das ausströmende Kühlmedium gekühlt.
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Damit umfassen in den Kühlvorrichtungen für ein Hochtemperaturrohr der zweiten Ausführungsform, Kühlvorrichtungen 50, 70 für ein Hochtemperaturrohr, welches die zu kühlenden Oberflächen 104, 114 der Rohre 100, 110 kühlt, die Kühlmediumzufuhrverteiler 51, 71, welche so angeordnet sind, dass eine Wärmeabgabe durch Strahlung von der zu kühlenden Oberflächen 104, 114, nicht abgeschirmt wird, die Kühlmediumzufuhrvorrichtung 52, 72, welche die jeweiligen Kühlmedien zu den Kühlmediumzufuhrverteilern 51, 71 zuführt, und die Kühlmediumausströmdüsen 53, 73, welche die jeweiligen Kühlmedien der Kühlmediumzufuhrverteilern 51, 71 zu den zu kühlenden Oberflächen 104, 114 lässt. In den Kühlvorrichtungen für ein Hochtemperaturrohr der zweiten Ausführungsform sind die Kühlmediumzufuhrverteiler 51, 71 an beiden Seiten entlang den zu kühlenden Oberflächen 104, 114 angeordnet. Jedoch kann in einem Fall, indem die Hochtemperaturrohre Rohre mit kleinem Durchmesser sind, die Kühlmediumzufuhrverteiler 51, 71 an nur einen Seiten angeordnet sein.
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Deshalb sind, wenn die Kühlmediumzufuhrvorrichtung 52, 72 die jeweiligen Kühlmedien zu den Kühlmediumzufuhrverteilern 51, 71 zuführt, die jeweiligen Kühlmedien zu diesen Kühlmediumzufuhrverteilern 51, 71 zugeführt, die jeweiligen Kühlmedien der Kühlmediumzufuhrverteilern 51, 71 strömen von den Kühlmediumausströmdüsen 53, 73 zu den zu kühlenden Oberflächen 104, 114 aus, und kühlen die zu kühlenden Oberflächen 104, 114 der Rohre 100, 110 mit einem hohen Wärmeübertragungskoeffizienten. Die Kühlmediumzufuhrverteiler 51, 71 sind so angeordnet, dass Wärmeabgabe durch Strahlung von den zu kühlenden Oberflächen 104, 114 nicht abgeschirmt wird, und deshalb die Außenseiten der zu kühlenden Oberflächen 104, 114 offene Räume aufweisen. Wärmeabgabemengen durch Strahlung sind dadurch maximiert und deshalb können die Kühlmediummengen verringert werden und die Rohre 100, 110 effektiv gekühlt werden.
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In den Kühlvorrichtungen für ein Hochtemperaturrohr der zweiten Ausführungsform lassen die Kühlmediumausströmdüsen 53, 73 die jeweiligen Kühlmedien zu dem geschweißten Teil 101, 111 ausströmen. Demgemäß kühlen die jeweiligen Kühlmedien das geschweißte Teil 101, 111, welches ein hohes Kriechschädigungsrisiko aufweist, mit einem hohen Wärmeübertragungskoeffizienten, und dadurch können die zu kühlenden Oberflächen 104, 114 effizient gekühlt werden.
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In den obigen Ausführungsformen lassen die Kühlmediumausströmdüsen 13, 33 die jeweiligen Kühlmedien entlang den zu kühlenden Oberflächen 104, 114 ausströmen oder die Kühlmediumausströmdüsen 53, 73 lassen die jeweiligen Kühlmedien zu dem geschweißten Teil 101, 111 ausströmen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Konfigurationen begrenzt. Zum Beispiel können die Kühlmediumausströmdüsen die Kühlmedien zu den zu kühlenden Oberflächen 104, 114 ausströmen lassen und die Kühlmedien entlang des geschweißten Teils 101, 111 zu führen.
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In den obigen Ausführungsformen wird die Kühlmediummenge zu dem Kühlmediumzufuhrverteiler in Übereinstimmung mit einer Umgebungslufttemperatur oder der Temperatur der zu kühlenden Oberfläche gesteuert. Jedoch kann die Kühlmediummenge zu dem Kühlmediumzufuhrverteiler durch Betrachten einer Windgeschwindigkeit oder Wetter wie beispielsweise Regen gesteuert werden.
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Das Kühlmedium ist in den obigen Ausführungsformen Luft, aber kann Inertgas wie beispielsweise Stickstoffgas sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kühlvorrichtung
- 11
- Kühlmediumzufuhrverteiler
- 12
- Kühlmediumzufuhrvorrichtung
- 13
- Kühlmediumausströmdüse
- 14
- Ausströmteil
- 14a
- Seitenendoberfläche
- 21
- Einlassrohr
- 22
- Zufuhrrohr
- 23
- erster Temperatursensor
- 24
- zweiter Temperatursensor
- 25
- Steuervorrichtung
- 30
- Kühlvorrichtung
- 31
- Kühlmediumzufuhrverteiler
- 31A
- Teilungselement
- 31B
- Teilungselement
- 31C
- Teilungselement
- 31a
- Flanschteil
- 32
- Kühlmediumzufuhrvorrichtung
- 33
- Kühlmediumausströmdüse
- 34
- Plattenmaterial
- 34A
- Ende
- 34a
- Teilungselement
- 34b
- Teilungselement
- 34b1
- Außenumfangsseitenende
- 35
- Schlitz
- 36
- Metallfolie
- 37
- Tragmaterial
- 37a
- erstes Element
- 37b
- zweites Element
- 37c
- Kabelmaterial
- 38
- gekrümmtes Teil
- 39
- Bolzen
- 40
- Mutter
- 41
- Einlassrohr
- 42
- Zufuhrrohr
- 43
- Abstandshalter
- 44
- Öffnung
- 45
- Bolzenloch
- 46
- Abstandshalter
- 47
- Verteilereinheit
- 48
- Balgkanal
- 49
- Verteilerteil
- 50
- Kühlvorrichtung
- 51
- Kühlmediumzufuhrverteiler
- 52
- Kühlmediumzufuhrvorrichtung
- 53
- Kühlmediumausströmdüse
- 61
- Einlassrohr
- 62
- Zufuhrrohr
- 70
- Kühlvorrichtung
- 71
- Kühlmediumzufuhrverteiler
- 72
- Kühlmediumzufuhrvorrichtung
- 73
- Kühlmediumausströmdüse
- 81
- Einlassrohr
- 82
- Zufuhrrohr
- 100
- Rohr
- 101
- geschweißtes Teil
- 102
- wärmeisolierendes Material
- 103
- unbedecktes Teil
- 104
- zu kühlende Oberfläche
- 110
- Rohr
- 111
- geschweißtes Teil
- 112
- wärmeisolierendes Material
- 113
- unbedecktes Teil
- 114
- zu kühlende Oberfläche
- 200
- Haube
- H
- Höhe des Auslasses
- L
- Kühllänge
- W
- geschweißter Abschnitt
