JP2017106664A - 水管保護用耐火物 - Google Patents

Abstract

【課題】耐火タイルの中心を薄くするとともに、耐火タイルの製造コストを低減する。
【解決手段】上下方向Ｖに延在する複数の水管１１と、隣り合う水管１１同士を延在方向にわたって連結する補強部材１２と、補強部材１２に上下方向に離間して配置された複数のフック１３であって、補強部材１２の表面に交差する方向に突出する基部１４と、基部１４の端部より上方に突出するフック上部１５と、基部１４の端部より下方に突出するフック下部１６と、を有する複数のフック１３と、を有する水管構造体１０を保護する水管保護用耐火物２であって、隣り合う複数の水管１１の各々の外周面の一部に沿う形状を有する一対の保護部３と、保護部３同士を連結する連結部４と、を備え、連結部４は、けんどん式によって上下方向Ｖに隣り合う一対のフック１３のフック上部１５とフック下部１６との間に取り付けられる水管保護用耐火物２を提供する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ボイラなどの熱交換器の水管を高温ガスの雰囲気から保護するための水管保護用耐火物に関する。

例えば、ごみなどを焼却した際に生じる熱を利用して発電するボイラ付き焼却炉においては、焼却炉の炉壁は、多数の水管を有する水管構造体（ボイラパネル）によって形成されている。焼却炉の炉内は、高温高腐食性環境になるため、水管を保護するために、耐火タイルなどの水管保護用耐火物を用いることが一般的である。耐火タイルとしては、特許文献１に記載されているものが知られている。

特許文献１に記載されている耐火タイルは、水管構造体に形成されているフックにタイルを引っ掛ける方式にて取り付けられている。耐火タイルと水管構造体との間にはモルタルが充填されている。
耐火タイルは、水管の各々の半周部分に沿う形状を有する一対の保護部と、保護部同士を連結する連結部とを有している。保護部は、水管の外周面に沿うアーチ状に形成されている。これにより、耐火タイルの保護部を薄く形成することが可能となり、耐火タイルの表面温度の上昇が抑えられている。耐火タイルの表面温度の上昇が抑えられることによって、ごみの燃焼により発生するクリンカの付着が抑制される。
水管構造物に設けられているフックに係合する受け構造は、連結部の上下方向中央、即ち、タイルの中心部に形成されている。

実用新案登録第３１６３７３６号公報

ところで、特許文献１に記載の耐火タイルは、耐火タイルの中心にフックの受け構造が形成されているため、保護部同士を連結する連結部を厚く形成する必要があった。連結部の厚みが増すことで、水管の冷却効果が連結部の表面（焼却炉の内部空間を向く面）に及びにくくなるという課題があった。
また、耐火タイルの中心にフックの受け構造を形成するためには、耐火タイルの成型方法が複雑となり、耐火タイルの製造コストが増加するという課題があった。

この発明は、耐火タイルの中心を薄くすることができるとともに、耐火タイルの製造コストを低減することができる耐火タイルを提供することを目的とする。

本発明の第一の態様によれば、水管保護用耐火物は、上下方向に延在する複数の水管と、隣り合う前記水管同士を延在方向にわたって連結する補強部材と、前記補強部材に上下方向に離間して配置された複数のフックであって、前記補強部材の表面に交差する方向に突出する基部と、前記基部の端部より上方に突出するフック上部と、前記基部の端部より下方に突出するフック下部と、を有する複数のフックと、を有する水管構造体を保護する水管保護用耐火物であって、隣り合う前記複数の水管の各々の外周面の一部に沿う形状を有する一対の保護部と、前記保護部同士を連結する連結部と、を備え、前記連結部は、連結部本体と、前記連結部本体から上方に突出し、前記補強部材と前記フック下部との間の空間に挿入される第一突起と、前記連結部本体から下方に突出し、前記補強部材と前記フック上部との間の空間に挿入される第二突起と、を有し、前記第一突起の前記連結部本体からの突出長さは前記第二突起の前記連結部本体からの突出長さよりも長く形成され、かつ、前記第一突起の上端から前記第二突起の下端までの長さが、上下方向に隣り合う一対のフックのうち上方の前記フックの前記フック下部の下端から下方の前記フックの前記フック上部の上端の寸法よりも長く形成されている。

このような構成によれば、水管保護用耐火物が上端及び下端にてけんどん式によって支持される構造となるため、水管保護用耐火物の中心にフックの受け構造を形成する必要が無く、水管保護用耐火物の中心部の厚さを薄くすることができる。また、水管保護用耐火物を低コストで製造することが可能となる。

上記水管保護用耐火物において、前記連結部は、前記連結部の前記補強部材を向く面とは反対側において、前記連結部から前記第二突起よりも下方に突出するカバー部を有してよい。

このような構成によれば、水管保護用耐火物によって保護される水管構造体の範囲をより広くすることができる。

本発明の第二の態様によれば、水管保護用耐火物は、上下方向に延在する複数の水管と、隣り合う前記水管同士を延在方向にわたって連結する補強部材と、前記補強部材に上下方向に離間して配置された複数のフックであって、前記補強部材の表面に交差する方向に突出する基部と、前記基部の端部より上方に突出するフック上部と、前記基部の端部より下方に突出するフック下部と、を有する複数のフックと、を有する水管構造体を保護する水管保護用耐火物であって、隣り合う前記複数の水管の各々の外周面の一部に沿う形状を有する一対の保護部と、前記保護部同士を連結する連結部と、を備え、前記連結部は、けんどん式によって上下方向に隣り合う一対の前記フックの前記フック上部と前記フック下部との間に取り付けられる。

上記水管保護用耐火物において、前記連結部は、前記連結部の前記補強部材を向く面とは反対側において、前記連結部から下方に突出するカバー部を有してよい。

上記水管保護用耐火物において、前記連結部は、上下方向中央近傍に凹部を有してよい。

上記水管保護用耐火物において、前記保護部は、前記水管の外周面との間に隙間を有するように形成された保護部本体と、前記保護部本体の内周面に前記隙間と同じ高さに形成されたスペーサと、を有してよい。

このような構成によれば、水管と保護部との間の隙間を一定に保持することができる。

本発明によれば、水管保護用耐火物が上端及び下端にてけんどん式によって支持される構造となるため、水管保護用耐火物の中心部の厚さを薄くすることができる。また、水管保護用耐火物を低コストで製造することが可能となる。

本発明の実施形態の水管保護用耐火物が適用されるストーカ型焼却炉を示す概略図である。 本発明の実施形態の水管保護用構造体が適用された水管構造体の斜視図である。 本発明の実施形態の水管保護用構造体が適用された水管構造体の正面図である。 図３のＩＶ矢視図であって、水管保護用構造体が適用された水管構造体の上面図である。 図３のＶ−Ｖ断面図であって、水管保護用構造体が適用された水管構造体の断面図である。 本発明の実施形態の水管保護用耐火物の保護部の内側から見た正面図である。 図６のＶＩＩ矢視図であって、本発明の実施形態の水管保護用耐火物の下面図である。 図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図であって、本発明の実施形態の水管保護用耐火物の断面図である。 本発明の実施形態の水管保護用耐火物を水管構造物に取り付ける方法を説明する説明図である。

以下、本発明の実施形態の水管保護用耐火物（耐火タイル）、及び水管保護用耐火物を有する水管保護用構造体について図面を参照して詳細に説明する。本実施形態の水管保護用構造体は、例えば、ストーカ型焼却炉のボイラ水管壁などの熱交換器の水管構造体を保護するものである。

図１は、本実施形態の水管保護用耐火物（以下、耐火タイルと呼ぶ）を有する水管保護用構造体１が適用されるストーカ型焼却炉５０を示す概略図である。
ストーカ型焼却炉５０は、投入ホッパ５１と、火格子５２と、内部空間５３と、ボイラ５４と、水管構造体１０と、水管保護用構造体１と、を備えている。

投入ホッパ５１は、ごみなどの焼却対象物を受け入れる部分である。投入ホッパ５１は、内部空間５３に接続されている。火格子５２は、内部空間５３の底面を形成している。水管構造体１０は、内部空間５３の側面（炉壁）に設けられている。
水管構造体１０は複数の水管１１（図２参照）を有している。複数の水管１１は、上下方向に沿って延在している。複数の水管１１は、ボイラ５４に接続されている。

投入ホッパ５１から投入された焼却対象物（ごみ）は、内部空間５３に導かれ、火格子５２上で焼却される。焼却により、内部空間５３内には熱が発生する。複数の水管１１内を流れる水と、内部空間５３との間で熱交換が行われる。複数の水管１１内を流れる水が受け取った熱は、ボイラ５４において熱交換され、有効利用される。

内部空間５３内では、焼却によって高温高腐食性ガスが発生する。水管保護用構造体１は、高温高腐食性ガスから複数の水管１１を保護するために設けられており、複数の水管１１の内部空間５３側を保護している。

図２、図３、図４及び図５に示すように、水管構造体１０は、上下方向Ｖに延在する複数の水管１１と隣り合う水管１１同士を延在方向にわたって連結する補強部材１２（フィン）と、補強部材１２に上下方向Ｖに離間して配置された複数のフック１３と、を有している。複数のフック１３は上下方向Ｖに等間隔で配置されている。本実施形態の耐火タイル２は、上下方向Ｖに隣り合うフック１３同士の間に配置される。
なお、図面には、上下方向Ｖの方向と、上方Ｖ１の向き、及び下方Ｖ２の向きを記している。

複数の水管１１の各々は、円筒状である。複数の水管１１は、同一の直径を有し、同一ピッチで並んでいる。
補強部材１２は平板状をなしている。補強部材１２は、複数の水管１１の軸線を含む平面と、同一平面上に配置されている。

図５に示すように、フック１３は、補強部材１２の内部空間５３側の表面から内部空間５３側に突出する基部１４と、基部１４の端部から上方に突出するフック上部１５と、基部１４の端部から下方に突出するフック下部１６と、を有している。基部１４は、補強部材１２の表面に直交（交差）する方向に突出している。

フック上部１５及びフック下部１６と補強部材１２との間には、空間が形成されている。フック下部１６と補強部材１２との間の第一空間Ｓ１は、後述する、耐火タイル２の第一突起６が挿入される空間である。フック上部１５と補強部材１２との間の第二空間Ｓ２は、後述する、耐火タイル２の第二突起７が挿入される空間である。図３に示すように、フック上部１５及びフック下部１６の水平方向の幅は、補強部材１２の幅よりも小さい。

フック下部１６の基部１４からの突出長さＬ１は、フック上部１５の基部１４からの突出長さＬ２よりも大きい。例えば、フック下部１６の基部１４からの突出長さＬ１は、フック上部１５の基部１４からの突出長さＬ２の１．５倍とすることができる。
換言すれば、フック下部１６によって形成される第一空間Ｓ１のフック下部１６の端部からの深さは、フック上部１５によって形成される第二空間Ｓ２のフック上部１５の端部からの深さよりも深い。

次に、水管構造体１０を保護する水管保護用構造体１の構成について説明する。
水管保護用構造体１は、補強部材１２に設けられているフック１３と、フック１３を介して水管構造体１０に取り付けられている複数の耐火タイル２と、水管構造体１０と耐火タイル２との間に充填されたモルタル１７と、を有している。本実施形態の耐火タイル２は、けんどん式によって水管構造体１０に取り付けることができる。

各々の耐火タイル２は、耐火性を有している。耐火タイル２は、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）製である。各々の耐火タイル２は、隣接する２本の水管１１を保護するように構成されている。耐火タイル２は、モルタル１７を介して水管構造体１０に接着されている。

図３に示すように、耐火タイル２は、水管構造体１０に取り付けた状態において、水管構造体１０と直交する方向から見て矩形状をなしている。耐火タイル２は、水管構造体１０の内部空間５３側を向く面の全体を覆うように、上下方向及び左右方向に規則的に配置されている。

図６、図７、及び図８に示すように、耐火タイル２は、隣り合う複数の水管１１の各々の半周部分に沿う形状を有する第一保護部３Ａ及び第二保護部３Ｂ（保護部３）と、第一保護部３Ａと第二保護部３Ｂとを連結する連結部４と、を有している。保護部３は、水管１１の外周面１１ａの一部を覆っている形状であればよい。
保護部３は保護部本体１８と、保護部本体１８に形成されている複数のスペーサ１９と、を有している。

図４に示すように、保護部本体１８の内周面３１は、水管１１の外周面１１ａと平行となるように形成されている。換言すれば、保護部本体１８は、水管１１と保護部３との間の隙間Ｇ１が略一定となるように形成されている。
保護部本体１８の外周面３２は、保護部本体１８の内周面３１と平行となるように形成されている。換言すれば、保護部本体１８は、厚さが一定となるように形成されている。

図６に示すように、スペーサ１９は、保護部本体１８の内周面３１の周方向の中央近傍に配置されたメインスペーサ１９Ａと、メインスペーサ１９Ａの両側に配置されたサブスペーサ１９Ｂと、を有している。メインスペーサ１９Ａは、上下方向に複数設けられている。メインスペーサ１９Ａの高さ（保護部本体１８の内周面３１からの高さ）は、水管１１と保護部３との間の隙間Ｇ１（図４参照）と略同一である。
サブスペーサ１９Ｂは、上下方向に複数設けられている。サブスペーサ１９Ｂの高さは、メインスペーサ１９Ａよりもやや低い。
なお、メインスペーサ１９Ａは、各々の保護部３に一つ設けられていればよい。

図８に示すように、連結部４は、連結部本体５と、連結部本体５から上方に突出する第一突起６と、連結部本体５から下方に突出する第二突起７と、を有している。連結部本体５は、補強部材１２側を向き補強部材１２と平行をなす連結部平行面２０と、内部空間５３を向く連結部表面２１と、を有している。本実施形態の耐火タイル２は、第一突起６及び第二突起７を、第一空間Ｓ１及び第二空間Ｓ２にけんどん式に取り付けるようになっている。

第一突起６及び第二突起７は、連結部本体５の連結部平行面２０側に設けられている。即ち、第一突起６及び第二突起７は、連結部本体５の補強部材１２側に設けられている。第一突起６は、補強部材１２とフック下部１６との間の第一空間Ｓ１に挿入される。第二突起７は、補強部材１２とフック上部１５との間の第二空間Ｓ２に挿入される。

第一突起６は、連結部４の上面に、有底穴である第一穴部８を形成することによって形成される。第二突起７は、連結部４の下面に、有底穴である第二穴部９を形成することによって形成される。
第一突起６の連結部本体５からの突出長さＰ１は第二突起７の連結部４本体からの突出長さＰ２よりも長い。第一突起６の連結部本体５からの突出長さＰ１は、フック下部１６の基部１４からの突出長さＬ１と略同じである。第二突起７の連結部本体５からの突出長さＰ２は、フック上部１５の基部１４からの突出長さＬ２と略同じである。

第一突起６の上端から第二突起７の下端までの長さＬ４は、上下方向に隣り合う一対のフック１３のうち上方のフック１３のフック下部１６の下端から下方のフック１３のフック上部１５の上端までの長さＬ３（図５参照）よりも長く形成されている。即ち、第一突起６が第一空間Ｓ１に配置されるとともに第二突起７が第二空間Ｓ２に配置され、かつ、耐火タイル２の下部がフック１３によって支持されている状態においては、第一突起６とフック下部１６とが干渉することによって、耐火タイル２が落下することはない。

また、本実施形態のタイルは、第一穴部８の底面と第二突起７の下端との距離Ｌ５が、フック上部１５の下端からフック下部１６の上端の寸法Ｌ３よりも小さい。
上記した構成とすることによって、耐火タイル２をけんどん式によって、水管構造体１０に取り付けることができる。

図８に示すように、連結部４には、連結部４の厚さを低減する凹部２２が形成されている。凹部２２は、連結部４の連結部表面２１（内部空間５３を向く面）に形成されている。凹部２２は、連結部４の上下方向の中央に形成されている。
凹部２２が形成されていることによって、連結部４の上下方向中央近傍において、連結部４の厚さが薄くなる。凹部２２は、凹部中央２３と、凹部中央２３と連結部４の上下方向の端部とを接続する斜面２４とを有している。斜面２４は、凹部中央２３から、連結部４の端部に向かうに従って漸次連結部４の厚さが厚くなるように形成されている。

図８に示すように、連結部４は、連結部本体５の連結部表面２１側において、上方に突出する第一カバー部２５と、連結部本体５の連結部表面２１側において、下方に突出する第二カバー部２６と、を有している。
第一カバー部２５の連結部本体５からの突出長さは、第一突起６の突出長さＰ１と略同一である。第二カバー部２６の連結部本体５からの突出長さは、第二突起７の突出長さＰ２よりも大きい。第二カバー部２６は、複数の耐火タイル２を水管構造体１０に取り付けた際に、下方に隣り合う耐火タイル２との隙間を埋めるような長さを有している。

次に、実施の形態の耐火タイル２を水管構造体１０に取り付ける方法について説明する。
まず、図９（ａ）に示すように、耐火タイル２を傾けて、耐火タイル２の第一突起６を水管構造体１０のフック１３下方（第一空間Ｓ１）に挿入する。
次に、図９（ｂ）に示すように、耐火タイル２の第一突起６をフック１３の基部１４に当接させる。次いで、耐火タイル２の下部を水管構造体１０側に移動させて、耐火タイル２を水管構造体１０と平行にする。

最後に、図９（ｃ）に示すように、耐火タイル２の第二突起７がフック１３の基部１４に支持されるように、耐火タイル２を落とし込む。
このような方法を用いることによって、耐火タイル２を水管構造体１０にけんどん式で取り付けることができる。

上記実施形態によれば、耐火タイル２が上端及び下端にてけんどん式によって支持される構造となるため、耐火タイル２の中心にフックの受け構造を形成する必要が無く、耐火タイル２の中心部の厚さを薄くすることができる。即ち、耐火タイル２の連結部４に凹部２２を形成することができる。これにより、水管１１の冷却効果が連結部４の表面（連結部表面２１、内部空間５３を向く面）に及びやすくなり、連結部４にクリンカが付着するのを抑制することができる。また、耐火タイル２における水管構造体１０側と内部空間５３側との温度差が小さくなるため、耐火タイル２自身に発生する応力を小さくすることができる。
また、耐火タイル２を製造する際の成形方法が単純になるため、耐火タイル２を低コストで製造することが可能となる。例えば、耐火タイル２を型を用いてプレス成形する場合、第一穴部８と第二穴部９を形成するための棒状の治具を型の所定位置にそれぞれ配置した後に炭化ケイ素を型に入れ、プレス成型し、その後、これら治具を引き抜くという単純な方法で、耐火タイル２の形を得ることができる。なお、当該成形後、焼き固められて耐火タイル２となる。

また、連結部本体５の下端から第二カバー部２６が突出していることによって、耐火タイル２によって保護される水管構造体１０の範囲をより広くすることができる。

また、保護部３の内周面３１にスペーサ１９が形成されていることによって、水管１１と保護部３との間の隙間Ｇを一定に保持することができる。これにより、モルタル１７の厚さを均質に確保することができ、施工品質を向上することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、耐火タイル２を有する水管保護用構造体１をストーカ型焼却炉５０のボイラ水管壁に適用したが、これに限ることはない。ストーカ型焼却炉以外の炉のボイラ水管壁にも適用できる。本発明の耐火タイル２は、上記実施形態に記載された水管構造体１０と同形状の水管構造体を有する熱交換器であれば、採用が可能である。

１ 水管保護用構造体
２ 耐火タイル（水管保護用耐火物）
３ 保護部
３Ａ 第一保護部
３Ｂ 第二保護部
４ 連結部
５ 連結部本体
６ 第一突起
７ 第二突起
８ 第一穴部
９ 第二穴部
１０ 水管構造体
１１ 水管
１１ａ 外周面
１２ 補強部材
１３ フック
１４ 基部
１５ フック上部
１６ フック下部
１７ モルタル
１８ 保護部本体
１９ スペーサ
１９Ａ メインスペーサ
１９Ｂ サブスペーサ
２０ 連結部平行面
２１ 連結部表面
２２ 凹部
２３ 凹部中央
２４ 斜面
２５ 第一カバー部
２６ 第二カバー部（カバー部）
３１ 内周面
３２ 外周面
５０ ストーカ型焼却炉
５１ 投入ホッパ
５２ 火格子
５３ 内部空間
５４ ボイラ
Ｓ１ 第一空間
Ｓ２ 第二空間
Ｖ 上下方向

Claims (6)

1. 上下方向に延在する複数の水管と、
   隣り合う前記水管同士を延在方向にわたって連結する補強部材と、
   前記補強部材に上下方向に離間して配置された複数のフックであって、前記補強部材の表面に交差する方向に突出する基部と、前記基部の端部より上方に突出するフック上部と、前記基部の端部より下方に突出するフック下部と、を有する複数のフックと、
   を有する水管構造体を保護する水管保護用耐火物であって、
   隣り合う前記複数の水管の各々の外周面の一部に沿う形状を有する一対の保護部と、
   前記保護部同士を連結する連結部と、を備え、
   前記連結部は、
   連結部本体と、
   前記連結部本体から上方に突出し、前記補強部材と前記フック下部との間の空間に挿入される第一突起と、
   前記連結部本体から下方に突出し、前記補強部材と前記フック上部との間の空間に挿入される第二突起と、
   を有し、
   前記第一突起の前記連結部本体からの突出長さは前記第二突起の前記連結部本体からの突出長さよりも長く形成され、かつ、前記第一突起の上端から前記第二突起の下端までの長さが、上下方向に隣り合う一対の前記フックのうち上方の前記フックの前記フック下部の下端から下方の前記フックの前記フック上部の上端の寸法よりも長く形成されている水管保護用耐火物。
2. 前記連結部は、前記連結部の前記補強部材を向く面とは反対側において、前記連結部から前記第二突起よりも下方に突出するカバー部を有する請求項１に記載の水管保護用耐火物。
3. 上下方向に延在する複数の水管と、
   隣り合う前記水管同士を延在方向にわたって連結する補強部材と、
   前記補強部材に上下方向に離間して配置された複数のフックであって、前記補強部材の表面に交差する方向に突出する基部と、前記基部の端部より上方に突出するフック上部と、前記基部の端部より下方に突出するフック下部と、を有する複数のフックと、
   を有する水管構造体を保護する水管保護用耐火物であって、
   隣り合う前記複数の水管の各々の外周面の一部に沿う形状を有する一対の保護部と、
   前記保護部同士を連結する連結部と、を備え、
   前記連結部は、けんどん式によって上下方向に隣り合う一対の前記フックの前記フック上部と前記フック下部との間に取り付けられる水管保護用耐火物。
4. 前記連結部は、前記連結部の前記補強部材を向く面とは反対側において、前記連結部から下方に突出するカバー部を有する請求項３に記載の水管保護用耐火物。
5. 前記連結部は、上下方向中央近傍に凹部を有する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水管保護用耐火物。
6. 前記保護部は、
   前記水管の外周面との間に隙間を有するように形成された保護部本体と、
   前記保護部本体の内周面に前記隙間と同じ高さに形成されたスペーサと、を有する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の水管保護用耐火物。

Images