JP6261533B2 - 熱交換器及びボイラ - Google Patents

Description

本開示は、共鳴防止用のバッフル板を備え、該バッフル板の振動を抑制するようにした熱交換器及び該熱交換器を備えたボイラに関する。

排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）などの熱交換器には、ボイラ内に熱伝達媒体となるガスの流路が形成され、ガス流路に伝熱管群が配置されている。このガス流が伝熱管の間を流れるとき、伝熱管の後流にカルマン渦と呼ばれる渦が周期的に発生する。
一方、ガス流の流れ方向及び伝熱管の軸方向と直交する方向のボイラ側壁間には、ボイラ側壁間の幅やガス流の温度で周波数が決まる気柱振動モードがある。そして、カルマン渦の周波数と気柱振動モードの周波数とが一致したとき、「缶鳴り」と呼ばれる過大な低周波音を伴う騒音現象（共鳴）が生じる。

従来、熱交換器では、前記の騒音現象を回避するために、ボイラ側壁間のガス流路にバッフル板を配置して気柱振動モードの周波数を変え、カルマン渦周波数と一致させないようにしている。
例えば、特許文献１には、ボイラ側壁間のガス流路にバッフル板を配置した熱交換器が開示されている。

特開平０５−１４１８９１号公報

排熱回収ボイラの伝熱管は、例えば、複数のブロックに分かれ、各ブロックは、上方から吊り下げられた多孔板で構成されている。多孔板の孔に伝熱管が挿入され、伝熱管は多孔板に支持されている。隣り合うブロック間には、選択的にバッフル板が配置され、バッフル板は両側のブロックの伝熱管に載置され支持されている。
各多孔板は吊り下げられているだけなので、各多孔板に対して非対称にバッフル板が取り付けられると、バッフル板の重量で生じるモーメントによって傾きやすい。多孔板が傾くと多孔板の下部領域が離れてブロック間の隙間が広がり、広がった隙間からガスが流れやすくなる。広がった隙間にガスが流れ込むと、バッフル板が振動するおそれがある。
この場合、バッフル板の振動に伴い、バッフル板に隣接する伝熱管が揺れて、伝熱管と多孔板との接触部において伝熱管又は多孔板の摩耗が進行したり、バッフル板自体が損傷してしまう可能性がある。

特に、排熱回収ボイラにはガスタービンの排ガスが流れ込み、近年、ガスタービンの高性能化に伴い、ガス流の流速が増加しかつ乱れ成分が増加する傾向にあるので、バッフル板が振動しやすくなる。よって、バッフル板及びバッフル板に隣接する伝熱管の損傷が問題となりやすい。

本発明の少なくとも一実施形態は、かかる従来技術の課題に鑑み、バッフル板の振動を抑制することで、バッフル板及びバッフル板に隣接する伝熱管の損傷を抑制することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る熱交換器は、
複数の伝熱管ブロックが幅方向に配列された熱交換器であって、各々の前記伝熱管ブロックを構成する複数本の伝熱管と、
前記複数の伝熱管ブロックにそれぞれ設けられ、前記複数本の伝熱管が挿通される複数の孔を有する複数枚の多孔板と、
各々の前記多孔板の上端部に設けられ、前記複数の多孔板をそれぞれ上方から吊り下げて支持する複数の多孔板支持部と、
前記伝熱管の長手方向に沿って延在するように、前記複数の伝熱管ブロックのうち前記幅方向に隣り合う２つの伝熱管ブロック間に設けられ、前記２つの伝熱管ブロックを前記幅方向に仕切るとともに、前記２つの伝熱管ブロックによって支持されるバッフル板と、
前記２つの伝熱管ブロックの各々に属する前記伝熱管が前記バッフル板に押し付けられるように、前記２つの伝熱管ブロックの前記多孔板の下端部において該多孔板同士を連結する連結部と、を備えている。

前記構成（１）によれば、前記バッフル板両側の伝熱管ブロックを構成する伝熱管を常にバッフル板を押し付ける位置に保持できるので、バッフル板の振動を常に抑制できる。そのため、バッフル板に隣接する伝熱管及びバッフル板自体の損傷を抑制できる。
また、多孔板の側辺によってではなく、伝熱管がその長手方向に亘る広い領域でバッフル板に押し付けられるので、バッフル板の振動抑制効果を向上できる。
また、前記連結部を備えたことで、各伝熱管ブロックの搖動を抑制でき、伝熱管ブロック間の隙間の広がりを防止でき、これによって、該隙間へ流れ込むガスによるバッフル板の振動を抑制できる。
そのため、バッフル板の振動に起因した伝熱管、多孔板及びバッフル板自体の摩耗や損傷を抑制できる。

（２）幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、
前記２つの伝熱管ブロックの各々に属する前記伝熱管が前記バッフル板に押し付けられた状態で、前記２つの伝熱管ブロックの前記多孔板間には前記幅方向において隙間が形成されている。
前記構成（２）によれば、前記隙間の存在により多孔板間の直接接触を無くすことができ、これによって、多孔板間の直接接触による振動伝達や多孔板の摩耗、損傷を防止できる。
また、前記隙間を調整することで、伝熱管のバッフル板への押付け力を調整できる。

（３）幾つかの実施形態では、前記構成（１）又は（２）において、
前記バッフル板の下端部の高さＺは、前記伝熱管の外径をＤとし、前記バッフル板に押し付けられた前記伝熱管のうち最も下方に位置する伝熱管の下面の高さをＺｔとしたとき、Ｚ≧Ｚｔ−０．５Ｄを満たしている。
前記構成（３）によれば、最下方伝熱管の下端より下方に突出するバッフル板を伝熱管の半径以下に抑えることで、ガス流の乱れ成分によって加圧されるバッフル板下端部の面積を低減できる。これによって、バッフル板の振動をさらに抑制できる。

（４）幾つかの実施形態では、前記構成（３）において、
前記バッフル板の下端部の高さＺは、Ｚｔ≦Ｚ＜Ｚｔ＋０．５Ｄを満たす。
前記構成（４）によれば、バッフル板の下端部が最下方伝熱管の下端よりも下方に突出しないので、ガス流の乱れ成分によって加圧されるバッフル板下端部の面積を無くすことができ、これによって、バッフル板の振動をさらに抑制できる。
また、バッフル板下端部が伝熱管の中心位置の高さよりも下方に位置するようにしたので、伝熱管とバッフル板の接触面積を確保できる。これによって、伝熱管によるバッフル板への押付け力を高く保持でき、バッフル板の振動をさらに抑制できる。

（５）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（４）のいずれかにおいて、
前記２つの伝熱管ブロックの各々に属する前記伝熱管のうち最も上方に位置する伝熱管に固定され、前記バッフル板の上端部に係合し、前記バッフル板を上方から吊り下げて支持するバッフル板支持部をさらに備えている。
前記構成（５）によれば、前記バッフル板支持部でバッフル板を上方から吊り下げ支持するようにしたので、バッフル板を支持しながらバッフル板の熱伸びを許容できる。
また、バッフル板を伝熱管で支持するようにしたので、別に特別な支持部を設ける必要がなく、バッフル板の支持構造を簡易かつ低コスト化できる。

（６）幾つかの実施形態では、前記構成（５）において、
前記バッフル板支持部は、前記幅方向に沿って前記隙間を越えて前記２つの伝熱管ブロック間に架け渡され、前記２つの伝熱管ブロックの各々に属する前記伝熱管のうち最も上方に位置する伝熱管に固定された支持棒を含み、前記バッフル板の上端部には、前記支持棒が貫通する開口が設けられている。
前記構成（６）によれば、バッフル板に形成された開口に前記支持棒を通してバッフル板を支持するようにしたので、バッフル板の熱伸びを許容しながら、バッフル板の支持構造を簡易かつ低コスト化できる。

（７）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（６）のいずれかにおいて、
前記複数の多孔板は、前記幅方向に前記多孔板が連なった多孔板列を前記伝熱管の長手方向に複数列形成しており、
前記バッフル板が、隣り合う前記多孔板列間において前記伝熱管の長手方向に沿って延在している。
前記構成（７）によれば、気柱振動モードの周波数を変えるために配置されるバッフル板を多孔板列間に配置するので、ガス流路幅方向の所望の位置に容易に配置できる。

（８）幾つかの実施形態では、前記構成(１)〜（７）において、
前記隣り合う２つの伝熱管ブロックの前記多孔板に夫々固定され、前記バッフル板を両側から挟持する押え部材をさらに備えている。
前記構成（８）によれば、前記押え部材でバッフル板を両側から挟持するので、バッフル板の振動をより一層抑制できる。また、該一対の押え部材とバッフル板間の相対移動を許容するようにすれば、熱交換器を構成する材料の熱伸びによる変形があっても、バッフル板の破損を防止できる。

（９）幾つかの実施形態では、前記構成（８）において、
前記押え部材は、前記多孔板に固定される第１板部と、前記第１板部に直交するように前記バッフル板の表面に沿って延在する第２板部とを含み、
前記バッフル板は、各々の前記押え部材の前記第２板部によって挟持される。
前記構成（９）によれば、前記第２板部でバッフル板を挟持するので、バッフル板に対する押え部材の接触面積を拡大でき、単位接触面積当りの押え力を低減できるので、バッフル板に過度の押付け力が付加されず、バッフル板の損傷を抑制できる。

（１０）幾つかの実施形態では、前記構成（９）において、
前記第２板部の長手方向長さａは、前記第１板部及び前記第２板部の幅ｂに対して、ａ＞ｂの関係にある。
前記構成（１０）によれば、前記押え部材の上下方向の寸法を低減でき、前記多孔板に対する取付け位置の自由度を広げることができると共に、バッフル板に対する前記第２板部の接触面積を増大でき、単位接触面積当りの押え力を低減できるので、バッフル板に過度の押付け力が付加されず、バッフル板の損傷を抑制できる。

（１１）幾つかの実施形態では、前記構成（９）又は（１０）において、
前記バッフル板と前記押え部材の前記第２板部との間に設けられ、前記第２板部より表面積が大きい板部材をさらに備えている。
前記構成（１１）によれば、バッフル板に対する押え部材の接触面積をさらに拡大できるので、単位接触面積当りの押え荷重をさらに低減できるので、過度の押付け力によるバッフル板の損傷を抑制できる。

（１２）幾つかの実施形態では、前記構成（８）において、
前記押え部材は、前記バッフル板に対して接近又は離隔する方向に移動可能に前記多孔板に固定される。
前記構成（１）によれば、バッフル板に対する押え部材の押付け力を調整できる。従って、熱交換器の組立時又は定期点検時に、押え部材の位置決め及びバッフル板に対する押付け力の調整が容易になる。

（１３）幾つかの実施形態では、前記構成（１２）において、
前記押え部材は、
メネジ孔が形成され前記多孔板に固定される基部と、
前記メネジ孔に螺合し、前記バッフル板に接近及び離隔可能なオネジ部と、
前記オネジ部の先端に形成され、前記バッフル板に当接する面を有する当接部と、を含む。
前記構成（１３）によれば、簡易かつ低コストな手段で、前記一対の押え部材を、前記バッフル板に対して接近又は離隔する方向に移動可能な構成とすることができる。

（１４）幾つかの実施形態では、前記構成（８）において、
前記押え部材は、先端部が基部側に曲折された板状体で構成され、
前記基部が前記多孔板に固定され、前記先端部の外側表面で前記バッフル板を挟持するように構成されている。
前記構成（１４）によれば、前記板状体のバネ力によってバッフル板を挟持するので、該バネ力を調整することで、バッフル板に最適な押付け力を付与できる。

（１５）幾つかの実施形態では、前記構成（８）〜（１４）において、
少なくとも、前記押え部材のうち前記多孔板への固定位置から前記バッフル板に最も近い位置までの範囲内の部分は、前記多孔板の線膨張係数より大きい。
前記構成（１５）によれば、熱交換器を構成する材料の熱伸びによる変形があっても、押え部材のバッフル板に対する押付け力を高く維持でき、これによって、バッフル板の防振効果を保持できる。

（１６）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（１５）において、
前記バッフル板の下端部に曲げ加工により上下方向に形成された複数の補強用リブが、前記バッフル板の下辺に沿って間隔を有して配置されている。
前記構成（１６）によれば、バッフル板下端部の曲げ剛性を高めることができ、これによって、ガス流の乱れに起因してバッフル板に発生する振動を抑制できる。

（１７）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（１６）において、
前記バッフル板は、重ね合された複数の板材で構成され、該複数の板材は結合具で部分的に結合されている。
前記構成（１７）によれば、バッフル板を複数の板材で構成することで、バッフル板の剛性を増大できると共に、ガス流の乱れに起因してバッフル板に発生する振動を、バッフル板間の摩擦による減衰効果によって効果的に抑制できる。

（１８）本発明の少なくとも一実施形態に係る熱交換器は、
複数の伝熱管ブロックが幅方向に配列された熱交換器であって、
各々の前記伝熱管ブロックを構成する複数本の伝熱管と、
前記複数の伝熱管ブロックにそれぞれ設けられ、前記複数本の伝熱管が挿通される複数の孔を有する複数枚の多孔板と、
各々の前記多孔板の上端部に設けられ、前記複数の多孔板をそれぞれ上方から吊り下げて支持する複数の多孔板支持部と、
前記伝熱管の長手方向に沿って延在するように、前記複数の伝熱管ブロックのうち前記幅方向に隣り合う２つの伝熱管ブロック間に設けられ、前記２つの伝熱管ブロックを前記幅方向に仕切るとともに、前記２つの伝熱管ブロックによって支持されるバッフル板と、
前記隣り合う２つの伝熱管ブロックの前記多孔板に夫々固定され、前記バッフル板を両側から挟持する一対の押え部材と、を備えている。

前記構成（１８）によれば、前記一対の押え部材でバッフル板を両側から挟持することで、バッフル板の振動を常に抑制できる。そのため、バッフル板に隣接する伝熱管、多孔板及びバッフル板自体の摩耗や損傷を抑制できる。
また、該一対の押え部材とバッフル板間の相対移動を許容できるので、熱交換器を構成する材料の熱伸びによる変形があっても、バッフル板の破損を防止できる。

（１９）本発明の少なくとも一実施形態に係るボイラは、
高温ガスが上方に向かって流れるガス流路と、
前記伝熱管が水平方向に沿って延在するように前記ガス流路内に設けられた前記構成（１）〜（１８）のいずれかの熱交換器と、を備えるボイラを構成する。
前記構成（１９）によれば、ガス流の流れ方向に沿って多孔板及びバッフル板を配置できるので、高温ガスの流れを妨げず乱流の発生を抑制できる。そのため、乱流による多孔板やバッフル板の振動を抑制でき、これによって、バッフル板に隣接する伝熱管及びバッフル板自体の損傷を抑制できる。また、乱流を抑制することで、高温ガスと伝熱管内を流れる熱交換媒体との熱交換効率を高く維持できる。
そのため、例えば、排熱回収ボイラに適したボイラを実現できる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、常にバッフル板の振動を効果的に抑制できるため、バッフル板の振動に起因した伝熱管、多孔板及びバッフル板自体の摩耗や損傷を抑制できる。

一実施形態に係る熱交換器の正面図である。 一実施形態に係る多孔板の正面図である。 図１の一部拡大図である。 一実施形態に係る連結部の斜視図である。 一実施形態に係るバッフル板支持部の正面図である。 図５の一部拡大図である。 図６中のＡ方向から視た側面図である。 一実施形態に係るバッフル板の正面図である。 一実施形態に係るバッフル板の正面図である。 一実施形態に係る排熱回収ボイラの側面図である。 図１０のＸ部の拡大図である。 一実施形態に係る熱交換器の正面図である。 図１２のＹ部の平面視断面図である。 図１２のＹ部の拡大図である。 一実施形態に係る押え部材の正面図である。 一実施形態に係る押え部材の正面図である。 一実施形態に係る押え部材の正面図である。 バッフル板の一実施形態に係り、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は平面図であり、（Ｃ）は側面図である。 一実施形態に係るバッフル板の側面図である。 連結部を設けない比較例の多孔板の挙動を示す説明図である。 図１２の一部拡大図である。 前記比較例で、（Ａ）はバッフル板の左方向への揺れを示し、（Ｂ）はバッフル板の右方向への揺れを示す説明図である。 前記比較例で、伝熱管の放熱フィンの摩耗の進行を示す説明図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載され又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１〜図３は、一実施形態に係る熱交換器の概略構成を示す図である。
図１において、熱交換器１０は、ボイラ１２の内部に熱交換媒体であるガスの流れＧが形成され、ボイラ１２の内部で複数の伝熱管ブロック１４ａ〜１４ｄが熱交換器１０の幅方向（矢印Ｗの方向）に配列されている。
また、伝熱管ブロック１４ａ〜１４ｄの各々は、複数本の伝熱管１６と、これら複数本の伝熱管１６が挿通される複数の貫通孔が形成された複数枚の多孔板１８ａ〜１８ｄとによって構成される。各多孔板１８ａ〜１８ｄの上端部には、多孔板支持部２０ａ〜２０ｄが設けられており、多孔板支持部２０ａ〜２０ｄによって各多孔板１８ａ〜１８ｄが上方から吊り下げられるようになっている。これによって、多孔板１８ａ〜１８ｄ及び伝熱管１６を含む伝熱管ブロック１４ａ〜１４ｄが、多孔板支持部２０ａ〜２０ｄによって吊り下げ支持されるようになっている。

また、伝熱管ブロック１４ａ〜１４ｄのうち幅方向に隣り合う２つの伝熱管ブロック１４ｂ及び１４ｃの間には、バッフル板２２が設けられる。バッフル板２２は伝熱管１６の長手方向に沿って延在しており、隣り合う２つの伝熱管ブロック１４ｂ及び１４ｃを幅方向に仕切っている。
さらに、伝熱管ブロック１４ａ〜１４ｄの多孔板１８ｂ及び１８ｃの下端部には連結部２４が設けられており、隣り合う多孔板同士が連結部２４によって連結されている。連結部２４によって隣り合う伝熱管ブロック１４ｂ及び１４ｃが連結されたとき、多孔板１８ｂ及び１８ｃの隣り合う側辺間には隙間Ｃが形成され、バッフル板２２には多孔板１８ｂ及び１８ｃの側辺ではなく、バッフル板２２の両側に位置する伝熱管１６が押し付けられる状態となる。

前述のように、図１に示す熱交換器１０では、バッフル板２２は共鳴防止可能な位置、例えば、伝熱管ブロック１４ｂと１４ｃの間に配置されている。
また、図２に例示的に示すように、多孔板１８ａ〜１８ｄは、全面に伝熱管１６が挿通される円形の孔１９が設けられ、孔１９のすべてに伝熱管１６が挿通される。
図１では多孔板１８ａ〜１８ｄの周辺に配置された伝熱管１６のみ図示され、これら多孔板の内側に配置された孔１９及び伝熱管１６の図示は省略されている。
さらに、図３に示す本実施形態の例示的な構成では、多孔板１８ａ〜１８ｄの互いに隣り合う側辺は、該側辺付近で伝熱管１６を密に配置できるように波状に形成され、多孔板１８ｂ及び１８ｃ間に配置されるバッフル板２２も波状の該側辺に合わせて波状に曲折されている。

各多孔板１８ａ〜１８ｄは多孔板支持部２０ａ〜２０ｄによってバランスしながら吊り下げられているため、バッフル板２２の重量が一方の側辺だけに加わると傾きやすい。
これに対し、熱交換器１０では連結部２４を設けたことにより、バッフル板２２のすぐ両側に配置された伝熱管１６が常にバッフル板２２を押し付ける位置に保持されるので、バッフル板２２の振動を常に抑制できる。従って、バッフル板２２の振動に起因して発生するバッフル板２２及びバッフル板２２に隣接する伝熱管１６の損傷を抑制できる。

図２０は、多孔板１８ｂ及び１８ｃの下端部同士を連結する連結部２４を設けない比較例を示している。多孔板１８ｂ及び１８ｃは、一方の側辺のみにバッフル板２２の重量が加わると、バッフル板２２が設けられた側辺の下部領域が離れて多孔板間の隙間Ｃが広がりやすい。
図２１に示すように、広がった隙間Ｃにガスが流入しやすくなり、広がった隙間Ｃにガスが流れ込むことでバッフル板２２が振動するおそれがある。
図２２に示すように、バッフル板２２が振動すると、バッフル板２２が隣接する伝熱管１６を揺らし、バッフル板２２及び伝熱管１６の振動による衝撃でバッフル板２２及び伝熱管１６が損傷するおそれがある。
また、図２３に示すように、伝熱管１６の外周面に螺旋状の放熱フィン１６ａが固着されている場合、バッフル板２２及び伝熱管１６の振動により、放熱フィン１６ａが多孔板１８ｂ及び１８ｃの側辺に当たり、放熱フィン１６ａの摩耗が進行するおそれがある。

本実施形態では、２つの伝熱管ブロック１４ｂ及び１４ｃの各々に属する伝熱管１６がバッフル板２２に押し付けられた状態で、２つの伝熱管ブロック１４ｂ及び１４ｃの多孔板１８ｂ及び１８ｃ間には、幅方向において隙間Ｃが形成されている。
このように、多孔板１８ｂ及び１８ｃ間の隙間Ｃを調整することで、伝熱管１６がバッフル板２２に押し付けられた状態を容易に作り出すことができる。これによって、バッフル板２２の振動や揺れを抑制できる。
また、多孔板１８ｂ及び１８ｃの隣り合う側辺には隙間Ｃを形成し、熱交換器１０の幅方向に延在した伝熱管１６で両側からバッフル板２２を押し付けるようにしているので、バッフル板２２を安定して固定できる。

本実施形態では、連結部２４を介して連結される多孔板１８ｂ及び１８ｃの下端部の相対位置を調整することで、隙間Ｃを調整できる。
図３に示す例示的な構成では、連結部２４はＵ字形のプレートで構成されており、両側上部部位にボルト挿入用の孔２４ａが形成されている。孔２４ａを介して多孔板１８ｂ及び１８ｃと連結部２４とをボルト結合する。あるいは、さらに、多孔板１８ｂ及び１８ｃと連結部２４とを溶接する。
これによって、ボルト結合後、多孔板１８ｂ及び１８ｃの熱伸びを許容した後、連結部２４を多孔板１８ｂ及び１８ｃに固着できる。

図４に示す実施形態では、Ｕ字形のプレートからなる２個の連結部２４で多孔板１８ｂ及び１８ｃの下端部を挟み、孔２４ａにボルト２６を挿入し、前記と同様の手順で多孔板１８ｂ及び１８ｃと連結部２４とを結合するようにしてもよい。
これによって、隙間Ｃを安定保持できる。

図５に示す例示的な実施形態では、バッフル板２２を支持するバッフル板支持部３０を備えている。バッフル板支持部３０は、２つの伝熱管ブロック１４ｂ及び１４ｃの各々に属する伝熱管１６のうち最も上方に位置する伝熱管に固定され、バッフル板２２の上端部に係合し、バッフル板２２を上方から吊り下げて支持している。
これによって、バッフル板２２は最も上方に位置する伝熱管１６に固定され、該伝熱管から吊り下げ支持されるので、バッフル板２２を支持しながらバッフル板２２の熱伸びを許容できる。しかも、バッフル板支持部３０は前記伝熱管１６に固定されるので、バッフル板支持部３０を支持するための特別な支持部を設ける必要がない。そのため、バッフル板２２の支持構造を簡易かつ低コスト化できる。

図６及び図７に示す例示的な実施形態では、バッフル板支持部３０は、幅方向に沿って隙間Ｃを越えて２つの伝熱管ブロック１４ｂ及び１４ｃ間に架け渡され、伝熱管ブロック１４ｂ及び１４ｃの各々に属する伝熱管１６のうち最も上方に位置する伝熱管に固定された支持棒３２を有している。バッフル板２２の上端部には、支持棒３２が貫通する開口２３が設けられている。
前記構成において、幾つかの実施形態では、さらに、円弧状に曲折された覆い３４が支持棒３２の下面に固着されている。そして、覆い３４が伝熱管１６又は伝熱管１６の外周面に固着された放熱フィン１６ａを覆うように伝熱管１６に載置される。
なお、覆い３４の円弧面は伝熱管１６又は放熱フィン１６ａと同等の曲率半径を有するようにするとよい。

かかる構成によれば、バッフル板２２の支持構造を簡易かつ低コスト化できると共に、バッフル板２２の熱伸びを許容できる。

図８は幾つかの実施形態に係るバッフル板２２の構成を示している。
図８において、バッフル板２２ａの下端部の高さＺは、伝熱管１６の外径をＤとし、バッフル板２２ａに押し付けられた伝熱管１６のうち最も下方に位置する伝熱管の下面の高さをＺｔとしたとき、Ｚ≧Ｚｔ−０．５Ｄを満たしている。
これによって、最下方伝熱管の下端より下方に突出するバッフル板２２ａを伝熱管１６の半径の寸法以下に抑えることができる。そのため、ガス流の乱れ成分によって加圧されるバッフル板下端部の面積を低減できるため、バッフル板２２ａの振動を抑制できる。

図９は、別な実施形態に係るバッフル板２２ｂの構成を示している。
図９において、バッフル板２２ｂの下端部の高さＺは、Ｚｔ≦Ｚ＜Ｚｔ＋０．５Ｄを満たしている。
前記構成では、バッフル板２２ｂの下端部が最下方伝熱管１６ｂの下面よりも下方に突出しておらず、且つ、最下方伝熱管１６ｂの中心位置の高さよりも上方に引っ込んでいない。
そのため、ガス流の乱れ成分によって加圧されるバッフル板下端部の面積を無くすことができ、これによって、バッフル板２２ｂの振動を抑制できる。
また、Ｚ＜Ｚｔ＋０．５Ｄとし、バッフル板下端部が伝熱管１６の中心位置の高さよりも下方に位置するようにしたので、伝熱管１６とバッフル板２２ｂの接触面積を確保できる。そのため、伝熱管１６によって挟み込む力をバッフル板２２ｂに確実に伝えることができるため、バッフル板２２ｂの振動を確実に抑制できる。

図１０及び図１１は一実施形態に係る排熱回収ボイラの全体構成を示す側面図である。
図１０に示す排熱回収ボイラ４０は、中間ハウジング４４と、中間ハウジング４４の下部に設けられた入口ケーシング４２と、中間ハウジング４４の上部に設けられた出口ケーシング４６とを有している。入口ケーシング４２はボイラ前方（図中Ｆ方向）に開口する入口開口４２ａを有し、出口ケーシング４６は上方に開口する出口開口４６ａを有している。

図１０に例示的に示すように、中間ハウジング４４の内部に、複数の伝熱管集合部４８，５０，５３及び５４が上下に設けられ、各伝熱管集合部を構成する伝熱管は水平方向にかつボイラ前後方向に沿って延在している。
図１１に示すように、中間ハウジング４４の幅方向（紙面と直角方向）に、複数の多孔板１８が連なった多孔板列が伝熱管１６の長手方向（ボイラ前後方向）に複数列形成されている。そして、特定の隣り合う多孔板間において、バッフル板２２が伝熱管１６の長手方向に沿って延在している。これは、図１に示す複数の多孔板１８ａ〜１８ｄが連なって多孔板列を形成し、多孔板１８ｂ及び１８ｃ間にバッフル板２２が配置されているのと同様である。

中間ハウジング４４の内部に、ガスタービン（不図示）から排出される高温排ガスが上方に向かって流れるガス流路が形成される。即ち、ガス流Ｇは入口開口４２ａから入口ケーシング４２の内部に入り、中間ハウジング４４の内部で上昇流を形成し、出口ケーシング４４を通って出口開口４４ａから排出される。
また、伝熱管１６は、水平方向に沿って延在するように前記ガス流路内に設けられている。

幾つかの実施形態では、中間ハウジング４４の内部に、複数の伝熱管集合部４８，５０，５３及び５４が上下に設けられ、各伝熱管集合部を構成する伝熱管は水平方向にかつボイラ前後方向に沿って延在している。
また、図１０及び図１１に示すように、ハウジング４６の外側には、伝熱管１６が接続され、伝熱管１６を流れる熱交換媒体が合流するヘッダ５６が設けられている。

前記構成によれば、気柱振動モードの周波数を変えるために配置されるバッフル板２２を多孔板列の間で幅方向の所望の位置に容易に配置できる。
また、高温ガスと伝熱管１６を流れる水又は蒸気等の熱交換媒体との熱交換効率を高く維持できると共に、高温ガスの流れを妨げることなく、多孔板１８及びバッフル板２２を所望の位置に配置できる。
また、バッフル板２２の振動を抑制できるため、バッフル板２２に隣接する伝熱管１６及びバッフル板２２自体の損傷を抑制できる。

図１２〜図１４は本発明の一実施形態を示している。押え部材６０は、隣り合う多孔板１８ｂ及び１８ｃの下端部であって、多孔板１８ｂ及び１８ｃの互いに対面する側辺近傍（図１２中Ｚ部）に固定され、バッフル板２２を両側から挟持する。
図１３に示すように、押え部材６０は、多孔板１８ｂ及び１８ｃの両面に例えば溶接などの手段で固定された４個の押え片６０ａ〜６０ｄで構成され、多孔板１８ｂ、１８ｃ、バッフル板２２及び押え片６０ａ〜６０ｄでかこまれた領域に空間ｇが形成されている。
各押え片は、多孔板１８ｂ又は１８ｃに固定される第１板部６２と、第１板部６２に直交するようにバッフル板２２の表面に沿って延在する第２板部６４と、第１板部６２及び第２板部６４に架け渡された補強部６６とが一体に構成されている。バッフル板２２は各押え片の第２板部６４によって挟持される。

本実施形態の例示的な構成として、４個の押え片６０ａ〜６０ｄとバッフル板２２とは、両者の相対移動が許容されている。
また、各押え片の第２板部６４の長手方向長さａは、第１板部６２及び第２板部６４の幅ｂに対して、ａ＞ｂの関係にある。

前記構成によれば、４個の押え片６０ａ〜６０ｄでバッフル板２２を両側から挟持しているので、バッフル板２２の振動を抑制できる。また、４個の押え片６０ａ〜６０ｄとバッフル板２２とは、両者の相対移動が許容されているので、熱交換器１０を構成する材料の熱伸びによる変形があっても、バッフル板２２に過大な力が加わらず、バッフル板２２の破損を防止できる。
また、第２板部６４でバッフル板２２を挟持するので、バッフル板２２に対する押え部材６０の接触面積を拡大でき、単位接触面積当りの押え力を低減できるので、バッフル板２２に過度の押付け力が付加されず、バッフル板２２の損傷を抑制できる。

また、各押え片の第２板部６４の長手方向長さａは、第１板部６２及び第２板部６４の幅ｂに対して、ａ＞ｂの関係にあるので、多孔板１８ｂ及び１８ｃの上下方向の寸法を低減でき、多孔板１８ｂ及び１８ｃに対する取付け位置の自由度を広げることができる。また、長さａを増加させることで、バッフル板２２に対する第２板部６４の接触面積を増大でき、単位接触面積当りの押え力を低減できるので、バッフル板２２に過度の押付け力が付加されず、バッフル板２２の損傷を抑制できる。

図１５は、さらに別な実施形態を示している。本実施形態は、図１２〜図１４に示す押え部材６０において、バッフル板２２と第２板部６４との間に、第２板部６４より表面積が大きい板部材６８が介装されている。
この実施形態によれば、バッフル板２２に対する第２板部６４の接触面積をさらに拡大できるので、単位接触面積当りの押え荷重をさらに低減でき、これによって、過度の押付け力によるバッフル板２２の損傷を抑制できる。
なお、図１２〜図１５に示す実施形態は、図１〜図７に示す実施形態と組み合わせて実施することができる。例えば、図１２〜図１５に示す押え部材６０と、図１，３及び４に示す連結部２４とを、バッフル板２２を挟んで隣り合う多孔板の下端部に同時に設けることができる。これによって、バッフル板２２の振動をより一層抑制できる。

図１６は押え部材のさらに別な実施形態を示している。押え部材７０は、バッフル板２２に対して接近又は離隔する方向に移動可能に多孔板１８ｂ及び１８ｃに固定される。押え部材７０は、多孔板１８ｂ及び１８ｃに対し、図１２〜図１５に示す押え部材６０と同じ位置に固定される。
例示的な構成として、押え部材７０は、多孔板１８ｂ及び１８ｃの両面に固定された４個の押え片で構成されている。図１６では、４個の押え片のうち多孔板１８ｂ及び１８ｃの一方の面に固定された押え片７０ａ及び７０ｂのみ図示されている。

押え片７０ａ及び７０ｂは、メネジ孔７２ａが形成され多孔板１８ｂ及び１８ｃに固定される基部７２と、メネジ孔７２ａに螺合し、バッフル板２２に接近及び離隔可能な円筒形のオネジ部７４と、オネジ部７４の先端に形成され、バッフル板２２に当接する面７６ａを有する当接部７６とを含んでいる。
なお、基部７２は例えば六角形を有するナットで構成できる。また、図１６に示すように、当接部７６は広い面積の当接面７６ａを有する板部を備えることもできる。

本実施形態によれば、当接部７６がバッフル板２２に対して接近又は離隔する方向に移動可能であるので、バッフル板２２に対する押え部材７０の押付け力を調整できる。従って、熱交換器１０の組立時又は定期点検時に、押え片７０ａ及び７０ｂの位置決め及びバッフル板２２に対する押付け力の調整が容易になる。
但し、熱交換器１０の運転中に、振動などでバッフル板２２に対する押付け力が低下するおそれがあるので、仮溶接などの手段でオネジ部７４の回動を防ぐことが望ましい。
なお、本実施形態は図１〜図７に示す実施形態と組み合わせて実施することができる。例えば、押え部材７０と、図１，３及び４に示す連結部２４とを、バッフル板２２を挟んで隣り合う多孔板の下端部に同時に設けることができる。これによって、バッフル板２２の振動をより一層抑制できる。

図１７はさらに別の実施形態を示している。本実施形態において、押え部材８０は、先端部８２ｂが基部８２ａ側に曲折された板状体８２を有する押え片で構成されている。板状体８２は、基部８２ａが多孔板１８ｂ又は１８ｃに固定され、先端部８２ｂの外側表面でバッフル板２２を挟持するように構成されている。
例示的な構成として、押え部材８０は、多孔板１８ｂ及び１８ｃの両面に固定された４個の押え片で構成されている。図１７では、４個の押え片のうち多孔板１８ｂ及び１８ｃの一方の面に固定された押え片８０ａ及び８０ｂのみ図示されている。

本実施形態によれば、板状体８２のバネ力をバッフル板２２に付与してバッフル板２２を両側から挟持する。そのため、バッフル板２２に付与する板状体８２のバネ力を調整することで、バッフル板２２に最適な押付け力を付与できる。
なお、板状体８２を多孔板１８ｂ又は１８ｃに固定する手段として、図１７に示すように、板状体８２に長辺が上下方向に沿う長孔８４を形成し、この長孔８４に挿入されるボルト８６で板状体８２を多孔板１８ｂ又は１８ｃに固定すれば、板状体８２の固定位置を多孔板１８ｂ又は１８ｃの上下方向に調整可能となる。
本実施形態は、図１〜図７に示す実施形態と組み合わせて実施することができる。例えば、押え部材８０と、図１，３及び４に示す連結部２４とを、バッフル板２２を挟んで隣り合う多孔板の下端部に一緒に設けることができる。これによって、バッフル板の振動をより一層抑制できる。

押え部材のさらに別な実施形態では、少なくとも、前記押え部材のうち多孔板１８ｂ及び１８ｃへの固定位置からバッフル板２２に最も近い位置までの範囲内の部分は、多孔板１８ａ〜１８ｄの線膨張係数より大きくする。
例えば、押え部材６０では押え片６０ａ〜６０ｄの線膨張係数を多孔板１８ａ〜１８ｄの線膨張係数より大きくする。また、押え部材７０では主としてオネジ部７４の線膨張係数を多孔板１８ａ〜１８ｄの線膨張係数より大きくする。また、押え部材８０では、板状体８２の線膨張係数を多孔板１８ａ〜１８ｄの線膨張係数より大きくする。
本実施形態によれば、熱交換器１０を構成する材料の熱伸びによる変形があっても、押え部材のバッフル板２２に対する押付け力を高く維持でき、これによって、バッフル板２２の防振効果を高く保持できる。

図１８はバッフル板２２のさらに別の実施形態を示している。本実施形態では、バッフル板２２の平坦な下端部２２ａに曲げ加工により上下方向に形成された複数の補強用リブ９０が、バッフル板２２の下辺に沿って間隔を有して配置されている。補強用リブ９０は、例えば図示のように矩形であってもよく、あるいは半円形、円弧など他の形状であってもよい。
本実施形態によれば、バッフル板下端部の曲げ剛性を高めることができ、これによって、ガス流の乱れに起因してバッフル板２２に発生する振動を抑制できる。

図１９はバッフル板２２のさらに別の実施形態を示している。本実施形態において、バッフル板は、重ね合された複数（例えば２枚）の板材９２ａ及び９２ｂで構成され、該複数の板材は結合具（例えばリベットなど）９４で部分的に結合されている。
本実施形態によれば、バッフル板２２を複数の板材で構成することで、バッフル板の剛性を増大できると共に、ガス流の乱れに起因してバッフル板に発生する振動を、バッフル板間の摩擦による減衰効果によって効果的に抑制できる。

なお、上述した実施形態の構成を適宜組み合わせてもよいことは言うまでもない。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、共鳴防止用のバッフル板を備えた熱交換器及び該熱交換器を備えたボイラにおいて、バッフル板の振動を抑制し、バッフル板に隣接する伝熱管及びバッフル板自体の損傷を抑制できる。

１０ 熱交換器
１２ ボイラ
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ 伝熱管ブロック
１６ 伝熱管
１６ａ 放熱フィン
１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ 多孔板
１９ 孔
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 多孔板支持部
２２、２２ａ、２２ｂ バッフル板
２３ 開口
２４ 連結部
２６ ボルト
３０ バッフル板支持部
３２ 支持棒
３４ 覆い
４０ 排熱回収ボイラ
４２ 入口ケーシング
４２ａ 入口開口
４４ 中間ハウジング
４６ 出口ケーシング
４６ａ 出口開口
４８，５０，５２，５４ 伝熱管集合部
５６ へッダ
６０，７０，８０ 押え部材
６０ａ〜６０ｄ、７０ａ、７０ｂ、８０ａ、８０ｂ 押え片
６２ 第１板部
６４ 第２板部
６６ 補強部
６８ 板部材
７２ 基部
７２ａ メネジ孔
７４ オネジ部
７６ 当接部
７６ａ 当接面
８２ 板状体
８２ａ 基部
８２ｂ 先端部基部
９０ 補強用リブ
９２ａ、９２ｂ 板材
９４ 結合具
Ｃ 隙間
Ｇ ガス流
Ｗ 幅方向

Claims (19)

1. 複数の伝熱管ブロックが幅方向に配列された熱交換器であって、
   各々の前記伝熱管ブロックを構成する複数本の伝熱管と、
   前記複数の伝熱管ブロックにそれぞれ設けられ、前記複数本の伝熱管が挿通される複数の孔を有する複数枚の多孔板と、
   各々の前記多孔板の上端部に設けられ、前記複数の多孔板をそれぞれ上方から吊り下げて支持する複数の多孔板支持部と、
   前記伝熱管の長手方向に沿って延在するように、前記複数の伝熱管ブロックのうち前記幅方向に隣り合う２つの伝熱管ブロック間に設けられ、前記２つの伝熱管ブロックを前記幅方向に仕切るとともに、前記２つの伝熱管ブロックによって支持されるバッフル板と、
   前記２つの伝熱管ブロックの各々に属する前記伝熱管が前記バッフル板に押し付けられるように、前記２つの伝熱管ブロックの前記多孔板の下端部において該多孔板同士を連結する連結部と、を備えることを特徴とする熱交換器。
2. 前記２つの伝熱管ブロックの各々に属する前記伝熱管が前記バッフル板に押し付けられた状態で、前記２つの伝熱管ブロックの前記多孔板間には前記幅方向において隙間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記バッフル板の下端部の高さＺは、前記伝熱管の外径をＤとし、前記バッフル板に押し付けられた前記伝熱管のうち最も下方に位置する伝熱管の下面の高さをＺｔとしたとき、Ｚ≧Ｚｔ−０．５Ｄを満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 前記バッフル板の下端部の高さＺは、Ｚｔ≦Ｚ＜Ｚｔ＋０．５Ｄを満たすことを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
5. 前記２つの伝熱管ブロックの各々に属する前記伝熱管のうち最も上方に位置する伝熱管に固定され、前記バッフル板の上端部に係合し、前記バッフル板を上方から吊り下げて支持するバッフル板支持部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の熱交換器。
6. 前記バッフル板支持部は、前記幅方向に沿って前記隙間を越えて前記２つの伝熱管ブロック間に架け渡され、前記２つの伝熱管ブロックの各々に属する前記伝熱管のうち最も上方に位置する伝熱管に固定された支持棒を含み、
   前記バッフル板の前記上端部には、前記支持棒が貫通する開口が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
7. 前記複数の多孔板は、前記幅方向に前記多孔板が連なった多孔板列を前記伝熱管の長手方向に複数列形成しており、
   前記バッフル板が、隣り合う前記多孔板列間において前記伝熱管の長手方向に沿って延在していることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の熱交換器。
8. 前記隣り合う２つの伝熱管ブロックの前記多孔板に夫々固定され、前記バッフル板を両側から挟持する押え部材をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の熱交換器。
9. 前記押え部材は、前記多孔板に固定される第１板部と、前記第１板部に直交するように前記バッフル板の表面に沿って延在する第２板部とを含み、
   前記バッフル板は、各々の前記押え部材の前記第２板部によって挟持されることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
10. 前記第２板部の長手方向長さａは、前記第１板部及び前記第２板部の幅ｂに対して、ａ＞ｂの関係にあることを特徴とする請求項９に記載の熱交換器。
11. 前記バッフル板と前記押え部材の前記第２板部との間に設けられ、前記第２板部より表面積が大きい板部材をさらに備えていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の熱交換器。
12. 前記押え部材は、前記バッフル板に対して接近又は離隔する方向に移動可能に前記多孔板に固定されることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
13. 前記押え部材は、
    メネジ孔が形成され前記多孔板に固定される基部と、
    前記メネジ孔に螺合し、前記バッフル板に接近及び離隔可能なオネジ部と、
    前記オネジ部の先端に形成され、前記バッフル板に当接する面を有する当接部と、を含むことを特徴とする請求項１２に記載の熱交換器。
14. 前記押え部材は、先端部が基部側に曲折された板状体で構成され、
    前記基部が前記多孔板に固定され、前記先端部の外側表面で前記バッフル板を挟持するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
15. 少なくとも、前記押え部材のうち前記多孔板への固定位置から前記バッフル板に最も近い位置までの範囲内の部分は、前記多孔板の線膨張係数より大きいことを特徴とする請求項８乃至１４の何れか一項に記載の熱交換器。
16. 前記バッフル板の下端部に曲げ加工により上下方向に形成された複数の補強用リブが、前記バッフル板の下辺に沿って間隔を有して配置されていることを特徴とする請求項１乃至１５の何れか一項に記載の熱交換器。
17. 前記バッフル板は、重ね合された複数の板材で構成され、該複数の板材は結合具で部分的に結合されていることを特徴とする請求項１乃至１６に記載の熱交換器。
18. 複数の伝熱管ブロックが幅方向に配列された熱交換器であって、
    各々の前記伝熱管ブロックを構成する複数本の伝熱管と、
    前記複数の伝熱管ブロックにそれぞれ設けられ、前記複数本の伝熱管が挿通される複数の孔を有する複数枚の多孔板と、
    各々の前記多孔板の上端部に設けられ、前記複数の多孔板をそれぞれ上方から吊り下げて支持する複数の多孔板支持部と、
    前記伝熱管の長手方向に沿って延在するように、前記複数の伝熱管ブロックのうち前記幅方向に隣り合う２つの伝熱管ブロック間に設けられ、前記２つの伝熱管ブロックを前記幅方向に仕切るとともに、前記２つの伝熱管ブロックによって支持されるバッフル板と、
    前記隣り合う２つの伝熱管ブロックの前記多孔板に夫々固定され、前記バッフル板を両側から挟持する押え部材と、を備えることを特徴とする熱交換器。
19. 高温ガスが上方に向かって流れるガス流路と、
    前記伝熱管が水平方向に沿って延在するように前記ガス流路内に設けられた請求項１乃至１８の何れか一項に記載の熱交換器と、を備えることを特徴とするボイラ。

Images