JP6407518B2 - 伝熱管支持構造物および排熱回収ボイラ - Google Patents

Description

本発明は、伝熱管支持構造物および排熱回収ボイラに関し、特に、排熱を回収するときに利用される伝熱管支持構造物および排熱回収ボイラに関する。

高温の排ガスから排熱を回収する排熱回収ボイラが知られている。このような排熱回収ボイラは、煙道に複数の伝熱管が設けられている。そして、排熱回収ボイラは、煙道に高温の排ガスを流し、複数の伝熱管に水を流すことにより、排ガスの熱を水に伝熱させる。複数の伝熱管は、伝熱管支持板に形成される複数の貫通孔に挿入されることにより、煙道に支持されている（特許文献１参照。）。

特開２００２−２９５９８９号公報

複数の伝熱管は、煙道を流れる排ガスの流速が大きいときに、振動することがある。複数の伝熱管は、振動することにより、伝熱管支持板に接触している部分が摩耗することがある。複数の伝熱管を適切に支持することが望まれ、複数の伝熱管の摩耗を低減することが望まれている。

本発明の課題は、伝熱管を適切に支持する伝熱管支持構造物および排熱回収ボイラを提供することにある。
本発明の他の課題は、伝熱管の摩耗を低減する伝熱管支持構造物および排熱回収ボイラを提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、伝熱管の振動を抑制する伝熱管支持構造物および排熱回収ボイラを提供することにある。

本発明による伝熱管支持構造物は、貫通孔が形成される伝熱管支持板と、前記貫通孔に挿入される伝熱管と、帯状に形成され、前記伝熱管を下方から支持する防振支持板と、を備えている。前記防振支持板は、その接触面の面方向が前記伝熱管支持板の面方向に対して交差するように、且つ前記接触面が前記伝熱管の下部外側面に接触して、前記貫通孔の縁と前記接触面との間に前記伝熱管が挟まれるように、前記防振支持板の縁が前記伝熱管支持板の表面に接合されている。

このような伝熱管支持構造物は、貫通孔の縁と防振支持板との間に伝熱管が挟まれることにより、貫通孔の縁と伝熱管との間のクリアランスが低減され、伝熱管が振動することを低減することができる。伝熱管は、振動が低減されることにより、貫通孔の縁との摺動が低減され、摺動の低減に伴い磨耗が低減される。

前記防振支持板は、前記防振支持板のうちの前記伝熱管に接触する前記接触面の曲率が、前記伝熱管の外側面の曲率に等しくなるように、形成されている。

このような伝熱管支持構造物は、防振支持板の接触面の曲率が伝熱管の外側面の曲率に等しいことにより、防振支持板が伝熱管を押さえる接触面圧を低減することができ、伝熱管が貫通孔の縁と摺動することを適切に低減することができる。さらに防振支持板に曲率を与えることにより、熱伸び等により貫通孔の縁と防振支持板の距離が伸びた際に、平板に比べ伝熱管と貫通孔とのクリアランスの増加量を低減することができる。

前記伝熱管は、管と、前記管の外側に接合されたフィンとを備えている。前記防振支持板は、前記フィンに接触することにより、前記伝熱管を支持している。

このような伝熱管支持構造物は、防振支持板がフィンに接触することにより伝熱管を支持することにより、フィンが貫通孔の縁と摺動することが低減されることができ、フィンの摩耗を低減することができる。すなわち、このような伝熱管支持構造物は、フィン付きの伝熱管を適切に支持することができる。

本発明による伝熱管支持構造物は、他の伝熱管をさらに備えている。前記伝熱管支持板は、他の貫通孔がさらに形成されている。前記防振支持板は、さらに、前記他の貫通孔の縁と前記防振支持板との間に前記他の伝熱管が挟まれるように、配置されている。

すなわち、防振支持板は、複数の伝熱管の振動を低減するように、設けられている。このような伝熱管支持構造物は、複数の伝熱管ごとに複数の防振支持板が設けられる他の伝熱管支持構造物に比較して、より容易に作製されることができる。

本発明による排熱回収ボイラは、本発明による伝熱管支持構造物と、排ガスが流れる流路を形成する煙道とを備え、前記伝熱管は、前記流路に配置されている。

このような排熱回収ボイラは、伝熱管支持構造物が伝熱管を適切に支持することにより、排ガスの流れによる伝熱管の振動を防止しつつ、排ガスから排熱を適切に回収することができる。

本発明による伝熱管支持構造物および排熱回収ボイラは、貫通孔の縁と防振支持板との間に伝熱管を挟むことにより、伝熱管の摩耗が低減されるように、伝熱管を適切に支持することができる。

排熱回収ボイラが備える伝熱管支持構造物を示す図である。 防振支持板を示す斜視図である。 伝熱管支持構造物を示す拡大図である。 伝熱管支持構造物を示す断面図である。

図面を参照して、伝熱管支持構造物の実施の形態が以下に記載される。伝熱管支持構造物１は、図１に示されているように、伝熱管支持板２と複数の伝熱管３−（１，１）〜３−（ｍ，ｎ）（ｍ＝２，３，４，…、ｎ＝２，３，４，…）と複数の防振支持板５−１〜５−ｎとを備えている。伝熱管支持板２は、板状に形成されている。伝熱管支持板２は、鉛直方向に概ね平行である平面に沿って配置されるように、煙道に支持されている。

伝熱管支持板２は、複数の貫通孔６−（１，１）〜６−（ｍ，ｎ）が形成されている。複数の貫通孔６−（１，１）〜６−（ｍ，ｎ）は、格子状に並んで配置されている。すなわち、複数の貫通孔６−（１，１）〜６−（ｍ，ｎ）は、複数の平行線のいずれかに重なり、複数の平行線の任意の直線は、複数の貫通孔６−（１，１）〜６−（ｍ，ｎ）のうちの複数の貫通孔６−（１，ｊ）〜６−（ｍ，ｊ）に重なっている。さらに、複数の貫通孔６−（１，１）〜６−（ｍ，ｎ）は、複数の伝熱管３−（１，１）〜３−（ｍ，ｎ）に対応している。

複数の伝熱管３−（１，１）〜３−（ｍ，ｎ）は、それぞれ、円柱状に形成されている。複数の伝熱管３−（１，１）〜３−（ｍ，ｎ）は、それぞれ、伝熱管支持板２の法線方向に平行である直線に沿って配置され、すなわち、水平方向に平行である直線に沿って配置されている。複数の伝熱管３−（１，１）〜３−（ｍ，ｎ）のうちの任意の伝熱管３−（ｉ，ｊ）は、複数の貫通孔６−（１，１）〜６−（ｍ，ｎ）のうちの伝熱管３−（ｉ，ｊ）に対応する貫通孔６−（ｉ，ｊ）に挿入されることにより、伝熱管支持板２に支持されている。

複数の防振支持板５−１〜５−ｎのうちの任意の防振支持板５−ｊ（ｊ＝１，２，３，…，ｎ）は、図２に示されているように、帯状に形成されている。防振支持板５−ｊは、屈曲され、複数の接触面７−１〜７−ｍが形成されている。複数の接触面７−１〜７−ｍのうちの任意の接触面７−ｉ（ｉ＝１，２，３，…，ｍ）は、円柱の側面に沿う凹面に形成されている。

防振支持板５−ｊは、図３に示されているように、接触面７−ｉが伝熱管３−（ｉ，ｊ）の外側面に接触するように配置され、溶接により伝熱管支持板２の一方の面に接合されている。

伝熱管３−（ｉ，ｊ）は、図４に示されているように、管１１とフィン１２とを備えている。管１１は、金属から形成され、管状に形成されている。管１１は、内部に流路１４を形成している。フィン１２は、帯状に形成されている金属板で形成されている。フィン１２は、管１１の外壁から外側に張り出すように、帯の一方の縁が管１１の外壁上の螺旋に沿って管１１に接合されている。伝熱管３−（ｉ，ｊ）は、フィン１２の管１１に接合されていない側の縁が円柱の側面に沿うように、形成されている。

このとき、防振支持板５−ｊは、伝熱管３−（ｉ，ｊ）に対応する接触面７−ｉの曲率が伝熱管３−（ｉ，ｊ）のフィン１２の外側の縁が沿う面の曲率に等しくなるように、形成されている。防振支持板５−ｊは、複数の接触面７−１〜７−ｍが複数の伝熱管３−（１，ｊ）〜３−（ｍ，ｊ）のフィン１２の外側の縁にそれぞれ接触するように配置され、伝熱管支持板２に接合されている。

伝熱管支持構造物１は、排熱回収ボイラに適用されている。排熱回収ボイラは、煙道を形成するダクトを備え、煙道に伝熱管支持構造物１が複数配置されている。排熱回収ボイラは、ボイラに例示される燃焼装置から排気される高温の排ガスを煙道に流し、複数の伝熱管３−（１，１）〜３−（ｍ，ｎ）の流路１４に水を流す。排ガスは、煙道を流れるときに、複数の伝熱管３−（１，１）〜３−（ｍ，ｎ）の近傍を流れる。

排ガスは、複数の伝熱管３−（１，１）〜３−（ｍ，ｎ）の近傍を流れるときに、複数の伝熱管３−（１，１）〜３−（ｍ，ｎ）に接触することにより、複数の伝熱管３−（１，１）〜３−（ｍ，ｎ）を加熱し、複数の伝熱管３−（１，１）〜３−（ｍ，ｎ）により冷却される。このとき、排ガスから複数の伝熱管３−（１，１）〜３−（ｍ，ｎ）に伝熱された熱は、流路１４に流れる水に伝熱される。すなわち、複数の伝熱管３−（１，１）〜３−（ｍ，ｎ）は、排ガスに接触しているときに、排ガスの熱を流路１４に流れる水に伝熱することにより、水を加熱する。

伝熱管支持構造物１は、伝熱管３−（ｉ，ｊ）を防振支持板５−ｊと貫通孔６−（ｉ，ｊ）の縁との間に挟んで支持することにより、貫通孔６−（ｉ，ｊ）の縁と伝熱管３−（ｉ，ｊ）との間のクリアランスを低減することができる。複数の伝熱管３−（１，１）〜３−（ｍ，ｎ）は、特に排ガスが煙道を流れる流速が十分に速いときに、排ガスから力を受け、振動する。複数の伝熱管３−（１，１）〜３−（ｍ，ｎ）は、貫通孔６−（ｉ，ｊ）の縁と伝熱管３−（ｉ，ｊ）との間のクリアランスが低減されることにより、振動が低減される。すなわち、伝熱管支持構造物１は、複数の防振支持板５−１〜５−ｎを備えることにより、貫通孔６−（ｉ，ｊ）の縁と伝熱管３−（ｉ，ｊ）との間のクリアランスを低減し、伝熱管３−（ｉ，ｊ）の振動を低減することができる。伝熱管支持構造物１は、伝熱管３−（ｉ，ｊ）の振動を低減することにより、伝熱管３−（ｉ，ｊ）のフィン１２の外側が貫通孔６−（ｉ，ｊ）の縁と摺動することを低減し、伝熱管３−（ｉ，ｊ）のフィン１２が摩耗することを防止することができる。

このとき、防振支持板５−ｊは、接触面７−ｉの曲率が伝熱管３−（ｉ，ｊ）の外側が沿う面の曲率に等しくなるように形成されていることにより、接触面７−ｉが伝熱管３−（ｉ，ｊ）の外側に密着することができる。伝熱管支持構造物１は、接触面７−ｉが伝熱管３−（ｉ，ｊ）の外側に密着することにより、伝熱管３−（ｉ，ｊ）の接触面７−ｉに接触する部分が受ける接触面圧を低減することができる。伝熱管支持構造物１は、接触面７−ｉが伝熱管３−（ｉ，ｊ）の外側に密着することにより、さらに、防振支持板５−ｊの長手方向に伝熱管３−（ｉ，ｊ）が振動しないように、伝熱管３−（ｉ，ｊ）を適切に支持することができる。

また、防振支持板５−ｊの接触面７−ｉが伝熱管３−（ｉ，ｊ）の外側の面の曲率と等しい曲率を持つことにより、熱伸び等により微小に貫通孔６−（ｉ，ｊ）の縁と防振支持板５−ｊの距離が伸びた際に、防振支持板５−ｊの代わりに平板を用いて伝熱管３−（ｉ，ｊ）を支持することに比べ、伝熱管３−（ｉ，ｊ）と貫通孔６−（ｉ，ｊ）とのクリアランスの増加量を抑制することができ、伝熱管３−（ｉ，ｊ）の摺動を低減し、フィン１２の磨耗を低減することができる。

複数の伝熱管３−（１，１）〜３−（ｍ，ｎ）は、格子状と異なる形状に配置されている他の複数の伝熱管に置換されることができる。複数の伝熱管としては、千鳥状に配置された複数の伝熱管が例示される。この場合も、複数の防振支持板５−１〜５−ｎは、貫通孔の縁と複数の伝熱管とのクリアランスを低減するように配置され、伝熱管支持板２に接合される。このような複数の伝熱管が適用された伝熱管支持構造物も、既述の実施の形態における伝熱管支持構造物１と同様にして、複数の伝熱管の振動を低減し、複数の伝熱管の摩耗を低減することができる。

伝熱管支持構造物１は、伝熱管支持板２の複数の防振支持板５−１〜５−ｎが接合されている面の裏側の面に他の複数の防振支持板がさらに接合されることもできる。複数の防振支持板は、複数の防振支持板５−１〜５−ｎと同様にして、複数の貫通孔６−（１，１）〜６−（ｍ，ｎ）の縁と複数の伝熱管３−（１，１）〜３−（ｍ，ｎ）とのクリアランスを低減するように配置されている。このような複数の防振支持板をさらに備える伝熱管支持構造物も、既述の実施の形態における伝熱管支持構造物１と同様にして、複数の伝熱管３−（１，１）〜３−（ｍ，ｎ）の摩耗を低減することができる。さらに、このような複数の防振支持板をさらに備える伝熱管支持構造物は、既述の伝熱管支持構造物１に比較して、複数の伝熱管３−（１，１）〜３−（ｍ，ｎ）をより強固に支持することができ、複数の伝熱管３−（１，１）〜３−（ｍ，ｎ）の摩耗をより確実に低減することができる。

なお、防振支持板５−ｊは、複数の伝熱管３−（１，ｊ）〜３−（ｍ，ｊ）に対応する他の複数の防振支持板に置換されることもできる。複数の防振支持板の伝熱管３−（ｉ，ｊ）に対応する防振支持板は、貫通孔６−（ｉ，ｊ）の縁と伝熱管３−（ｉ，ｊ）との間のクリアランスを低減するように、伝熱管支持板２に接合されている。このときも、伝熱管支持構造物は、複数の伝熱管３−（１，ｊ）〜３−（ｍ，ｊ）の振動を低減し、複数の伝熱管３−（１，ｊ）〜３−（ｍ，ｊ）の摩耗を低減することができる。

しかしながら、このような伝熱管支持構造物は、複数の伝熱管３−（１，ｊ）〜３−（ｍ，ｊ）と同数の複数の防振支持板を伝熱管支持板２に接合する必要がある。対して、既述の実施の形態における伝熱管支持構造物１は、伝熱管支持板２に接合される複数の防振支持板５−１〜５−ｎが複数の伝熱管３−（１，ｊ）〜３−（ｍ，ｊ）より少ないことにより、このような複数の防振支持板を備える伝熱管支持構造物に比較して、容易に作成されることができる。

伝熱管３−（ｉ，ｊ）は、フィン１２が形成されていない他の伝熱管に置換されることもできる。このときも、伝熱管支持構造物は、伝熱管が貫通孔６−（ｉ，ｊ）の縁と摺動することを低減し、伝熱管が摩耗することを防止することができる。

１ ：伝熱管支持構造物
２ ：伝熱管支持板
３−（１，１）〜３−（ｍ，ｎ）：複数の伝熱管
５−１〜５−ｎ：複数の防振支持板
６−（１，１）〜６−（ｍ，ｎ）：複数の貫通孔
７−１〜７−ｍ：複数の接触面

Claims (5)

1. 貫通孔が形成される伝熱管支持板と、
   前記貫通孔に挿入される伝熱管と、
   帯状に形成され、前記伝熱管を下方から支持する防振支持板と、を備え、
   前記防振支持板の接触面の面方向が前記伝熱管支持板の面方向に対して交差するように、且つ前記接触面が前記伝熱管の下部外側面に接触して、前記貫通孔の縁と前記接触面との間に前記伝熱管が挟まれるように、前記防振支持板の縁が前記伝熱管支持板の表面に接合される伝熱管支持構造物。
2. 前記防振支持板は、前記防振支持板のうちの前記伝熱管に接触する前記接触面の曲率が、前記伝熱管の外側面の曲率に等しくなるように、形成されている請求項１に記載される伝熱管支持構造物。
3. 前記伝熱管は、
   管と、
   前記管の外側に接合されたフィンとを備え、
   前記防振支持板は、前記フィンに接触することにより、前記伝熱管を支持する請求項１または請求項２に記載される伝熱管支持構造物。
4. 他の伝熱管をさらに備え、
   前記伝熱管支持板は、他の貫通孔がさらに形成され、
   前記防振支持板は、さらに、前記他の貫通孔の縁と前記防振支持板との間に前記他の伝熱管が挟まれるように、配置される請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載される伝熱管支持構造物。
5. 請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項に記載される伝熱管支持構造物と、
   排ガスが流れる流路を形成する煙道とを備え、
   前記伝熱管は、前記流路に配置される排熱回収ボイラ。

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