JP7089913B2 - Heat exchanger - Google Patents
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Description
本発明は、廃熱回収などに使用される縦型の熱交換装置に関する。 The present invention relates to a vertical heat exchange device used for waste heat recovery and the like.
従来、ガスタービンからの排ガスなどの排熱を利用した縦型熱交換装置(以下、単に「熱交換装置」ともいう)がある。熱交換装置として、例えば、ガスタービンの廃熱回収ボイラなどがある。このような熱交換装置では、例えば、熱交換装置の入口では600℃程度の温度の排ガスが、熱交換装置内で熱回収されて100℃程度の排ガスとして大気放出される。 Conventionally, there is a vertical heat exchange device (hereinafter, also simply referred to as “heat exchange device”) that utilizes waste heat such as exhaust gas from a gas turbine. As a heat exchange device, for example, there is a waste heat recovery boiler of a gas turbine. In such a heat exchange device, for example, at the inlet of the heat exchange device, exhaust gas having a temperature of about 600 ° C. is recovered by heat in the heat exchange device and released to the atmosphere as exhaust gas of about 100 ° C.
図9は、従来の縦型熱交換装置における伝熱部支持構造120を示す縦断面図である。熱交換装置のケーシング111は、外側に設けられた強度部材のフレーム材112によって所定の強度が保たれている。ケーシング111は、内部を高温の排ガスGが通過するため、内面側に断熱材140が施工されている。これによりケーシング111の外面は外気温度に近い。
FIG. 9 is a vertical sectional view showing a heat transfer
一方、ケーシング111の内部で伝熱部150を支持する受梁117は、フレーム材112の位置に設けられた支持台122によって支持されている。受梁117の中央部は、ケーシング111の内部を通過する高温の排ガスに直接触れるため、非常に高温となる。しかし、受梁117の支持台122で支持される両端部は外気温に近い。このため、従来の発想では、受梁117は、熱伸びによる応力をフレーム材112に伝えない構造で支持されている。
On the other hand, the
この構造として、受梁117と支持台122との接合部の一方(図の右端部)は固定し、他方(図の左端部)は固定せずに受梁117の端部を支持台122の上面でスライドさせるスライド構造160がある。受梁117の右端部は、ボルトで支持台122に固定されている。受梁117の左端部におけるスライド構造160は、支持台122から受梁117の両側面をガイドするようにガイド壁161を設け、受梁117に熱伸びを生じても端部が支持台122の上面でガイド壁161に沿ってスライドすることで吸収するようにしている。よって、スライド構造160で両者の熱延び差を吸収して熱応力が支持台122を介してフレーム材112に伝わらない。
In this structure, one end (right end in the figure) of the joint between the
なお、この種の先行技術として、ボイラ設備におけるダクト内のブレース構造として、二つに分割されたブレースを連結するための接続材を、一方のブレースにはピンで固定し、他方のブレースには軸方向に延びる長穴にピンで取り付けたスライド機構としたものがある(例えば、特許文献1参照)。このブレース構造では、熱伸びによってブレースに発生する圧縮力を、長穴に沿ってピンをスライドさせることで緩和している。 As a prior art of this kind, as a brace structure in the duct in the boiler equipment, a connecting material for connecting the brace divided into two is fixed to one brace with a pin, and to the other brace. There is a slide mechanism attached with a pin to an elongated hole extending in the axial direction (see, for example, Patent Document 1). In this brace structure, the compressive force generated in the brace due to thermal elongation is relaxed by sliding the pin along the slotted hole.
ところで、上記したように、伝熱部支持構造120では受梁117と支持台122の接合部をスライド構造160とすれば、熱伸びによる応力を接合部から支持台122に伝えない。このため、図10(A)に示す水平断面の曲げモーメント図に示すように、伝熱部支持構造120では、熱伸びによる曲げモーメントはケーシング111及びフレーム材112に作用しない。
By the way, as described above, in the heat transfer
一方、ケーシング111及びフレーム材112には、熱伸びによる応力とは別に内部を流れる排ガスGの内圧が作用する。上記伝熱部支持構造120では、中間の受梁117がスライド構造となっているため、ケーシング111のフレーム材112の長辺方向は全長の梁として内圧の大きなモーメントを受ける。例えば、長スパンのフレーム材112の場合には、内圧によって外向きに押し出す大きな曲げモーメントが作用する。このため、図10(B)の曲げモーメント図に示すように、伝熱部支持構造120では、内圧による大きな曲げモーメントがケーシング111及びフレーム材112に作用する。この例の場合、ケーシング111の長辺方向の部分に最大の曲げモーメントM1が作用している。
On the other hand, the internal pressure of the exhaust gas G flowing inside acts on the
このため、従来の熱交換装置では、内圧による大きな曲げモーメントM1が作用したとしてもケーシング111におけるフレーム材112の強度を保てるように、大型のフレーム材112を用いた構造となっている。この大型のフレーム材112には、例えば、ビルトアップチャンネル材などが用いられる。図10に示す曲げモーメント図に対応する図9に示す例では、横方向に延びるフレーム材112が大型となっており、縦方向に延びるフレーム材112に比べて2倍の大きさとなっている。しかし、大型のフレーム材112を用いた構造とすると、ケーシング111におけるフレーム材112の鉄骨重量及び溶接量が多くなる。そのため、材料の重量増加及び作業量の増加によって、熱交換装置の製造に多大な労力と費用を要する。
Therefore, the conventional heat exchange device has a structure using a
そこで、本発明者は、上記課題に対して熱力学及び構造力学の両方から熱交換装置の伝熱部支持構造について鋭意検討した。そして、排ガスの内圧による変形量によってフレームに作用する曲げモーメントに比べて受梁の熱伸び量による曲げモーメントが小さいことに着目し、従来の発想を転換し、受梁とフレーム材の接合部をスライド構造からピン支持構造として熱伸びをフレーム材で支持することについて検証し、従来とは異なる伝熱部支持構造を備えた熱交換装置を発明した。 Therefore, the present inventor has diligently studied the heat transfer portion support structure of the heat exchanger from both thermodynamics and structural mechanics in response to the above problems. Focusing on the fact that the bending moment due to the amount of heat elongation of the receiving beam is smaller than the bending moment acting on the frame due to the amount of deformation due to the internal pressure of the exhaust gas, the conventional idea was changed and the joint between the receiving beam and the frame material was changed. We verified that the heat elongation is supported by the frame material as a pin support structure from the slide structure, and invented a heat exchange device having a heat transfer part support structure different from the conventional one.
本発明に係る熱交換装置は、平面視の断面が矩形状に形成されたケーシングと、前記ケーシングの外面に設けられた、前記ケーシングの強度を保つフレーム材と、前記ケーシングの内部に配置された伝熱部と、前記伝熱部を下方から支持するように、前記伝熱部と直交する方向に設けられた複数の受梁と、前記フレーム材の位置から前記ケーシングの内方に突出して前記受梁の端部を支持する支持部と、を備え、前記受梁の端部と前記支持部とは、前記受梁の軸方向移動を拘束した状態で支持する固定部で固定されており、前記ケーシングの内面と前記支持部と前記固定部とは断熱材で断熱されている。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「固定部」は、受梁を下方から支持した状態で受梁の軸方向移動を拘束するものを含む。 The heat transfer device according to the present invention is arranged inside the casing, a casing having a rectangular cross section in a plan view, a frame material provided on the outer surface of the casing to maintain the strength of the casing, and the casing. The heat transfer portion, a plurality of receiving beams provided in a direction orthogonal to the heat transfer portion so as to support the heat transfer portion from below, and the frame material projecting inward of the casing from the position of the frame material. A support portion for supporting the end portion of the receiving beam is provided, and the end portion of the receiving beam and the supporting portion are fixed by a fixing portion that supports the receiving beam in a state of restraining the axial movement of the receiving beam. The inner surface of the casing, the support portion, and the fixing portion are insulated with a heat insulating material. The "fixed portion" in this specification and the documents of the scope of claims includes those that restrain the axial movement of the receiving beam while supporting the receiving beam from below.
この構成により、伝熱部を支持する受梁は、フレーム材の位置から内方に突出する支持部に固定部で固定される。受梁は、固定部によって軸方向移動を拘束した状態で支持されているため、熱伸びによる軸方向の変位は支持部からフレーム材に伝達されて、フレーム材によって支持される。すなわち、排ガスが縦方向に流れるケーシングについて構造力学的に検討した結果、受梁の熱伸びを、支持部を介してフレーム材で受けるように固定することで、排ガスの内圧によるフレーム材の変形が受梁により拘束される。これにより、受梁の熱伸び変形による曲げモーメントに、内圧による曲げモーメントを加えたとしても、フレーム材に作用する曲げモーメントを大幅に低減することができる伝熱部支持構造を発明した。これにより、伝熱部支持構造を小型化して、ケーシングにおけるフレーム材の鉄骨重量、溶接量を減らし、材料の重量減及び作業量を縮小して、熱交換装置を設置するための労力と費用を低減することができる。 With this configuration, the receiving beam that supports the heat transfer portion is fixed to the support portion that projects inward from the position of the frame material by the fixing portion. Since the receiving beam is supported in a state where the axial movement is restrained by the fixed portion, the axial displacement due to thermal elongation is transmitted from the support portion to the frame material and is supported by the frame material. That is, as a result of structurally examining the casing in which the exhaust gas flows in the vertical direction, the deformation of the frame material due to the internal pressure of the exhaust gas is caused by fixing the heat elongation of the receiving beam so as to be received by the frame material via the support portion. It is restrained by the receiving beam. As a result, we have invented a heat transfer section support structure that can significantly reduce the bending moment acting on the frame material even if the bending moment due to internal pressure is added to the bending moment due to thermal elongation deformation of the receiving beam. As a result, the heat transfer part support structure is downsized, the weight of the frame material in the casing and the amount of welding are reduced, the weight of the material is reduced and the amount of work is reduced, and the labor and cost for installing the heat exchange device are reduced. Can be reduced.
また、前記支持部は、前記フレーム材の位置から前記ケーシングの内方に突出する支持部材を有し、前記固定部は、前記受梁の端部が前記支持部材に固定ピンで固定されていてもよい。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「固定ピン」は、固定ボルト、固定ピンなどの締結要素を含む。 Further, the support portion has a support member protruding inward from the position of the frame material, and the fixing portion has an end portion of the receiving beam fixed to the support member by a fixing pin. It is also good. "Fixing pin" in this specification and the documents of claims includes fastening elements such as fixing bolts and fixing pins.
このように構成すれば、受梁の固定部と支持部の支持部材とを固定ピンで結合するため、受梁の熱伸びを、支持部を介してフレーム材で直接的に受けることができる。 With this configuration, since the fixed portion of the receiving beam and the supporting member of the supporting portion are connected by the fixing pin, the heat expansion of the receiving beam can be directly received by the frame material via the supporting portion.
また、前記支持部材と前記受梁の端部との間に断熱材が挟まれていてもよい。 Further, the heat insulating material may be sandwiched between the support member and the end portion of the receiving beam.
このように構成すれば、断熱材によって、受梁の固定部からフレーム材側の支持部材に熱が伝わることをより抑制できる。 With such a configuration, it is possible to further suppress heat transfer from the fixed portion of the receiving beam to the support member on the frame material side by the heat insulating material.
また、前記支持部は、前記フレーム材の位置から前記ケーシングの内方に突出する受部と、前記受部から上方に突出する係合部と、を有し、前記固定部は、前記受梁の端部に設けられた、前記受部に載置する載置部と、前記係合部に係合して前記受梁の軸方向移動を拘束する係止部と、を有し、前記受部と前記載置部との間と、前記係合部と前記係止部との間と、は断熱材で断熱されていてもよい。 Further, the support portion has a receiving portion protruding inward from the position of the frame material and an engaging portion protruding upward from the receiving portion, and the fixing portion is the receiving beam. It has a mounting portion to be mounted on the receiving portion and a locking portion that engages with the engaging portion and restrains the axial movement of the receiving beam, which is provided at the end of the receiving portion. The space between the portion and the above-mentioned resting portion and the space between the engaging portion and the locking portion may be insulated by a heat insulating material.
このように構成すれば、受梁の端部に設けられた係止部を支持部に設けられた係合部に係合させた状態で、受梁の載置部を支持部に設けられた受部に載置することで、受梁の熱伸びによる軸方向移動を支持部で拘束することができる。受梁の端部から支持部への熱伝達は、受部と載置部との間と、係合部と係止部との間に設けられた断熱材によって抑制できる。 With this configuration, the mounting portion of the receiving beam is provided on the supporting portion in a state where the locking portion provided at the end of the receiving beam is engaged with the engaging portion provided on the supporting portion. By placing it on the receiving portion, the axial movement due to the thermal elongation of the receiving beam can be restrained by the supporting portion. Heat transfer from the end of the receiving beam to the supporting portion can be suppressed by a heat insulating material provided between the receiving portion and the mounting portion and between the engaging portion and the locking portion.
また、前記受梁は、前記支持部で支持する縦板と、前記縦板と直交する横板とを有し、前記受梁の端部には、前記横板を前記断熱材から所定距離内側に位置させる逃げ部が設けられていてもよい。 Further, the receiving beam has a vertical plate supported by the supporting portion and a horizontal plate orthogonal to the vertical plate, and the horizontal plate is placed inside the heat insulating material by a predetermined distance at the end of the receiving beam. A relief portion may be provided so as to be located at.
このように構成すれば、受梁に生じる熱伸び量と断熱材に生じる熱変形量とに差が生じても、受梁が断熱材の内側面を押圧しないようにできる。 With this configuration, even if there is a difference between the amount of heat elongation generated in the receiving beam and the amount of heat deformation generated in the heat insulating material, the receiving beam can prevent the receiving beam from pressing the inner surface of the heat insulating material.
また、前記ケーシングは、縦方向に複数の分割モジュールで構成され、複数の前記分割モジュールは、該分割モジュールの上部と下部とを上下方向で連結する第1連結部を有していてもよい。 Further, the casing may be composed of a plurality of divided modules in the vertical direction, and the plurality of divided modules may have a first connecting portion for connecting the upper portion and the lower portion of the divided modules in the vertical direction.
このように構成すれば、フレーム材の位置から内方に突出するように設ける支持部の構成や、支持部に固定部で固定した受梁の端部を含むように設けられる断熱材などの構成を、各分割モジュールの製造時に正確に加工することが容易にできる。各分割モジュールは、設置場所に搬送して上下方向に重ね、上部の分割モジュールと下部の分割モジュールとを第1連結部で連結すれば、上下方向に延びる熱交換装置を容易に設置することができる。よって、縦型熱交換装置の製造及び設置に要する時間と労力を大幅に削減することができる。 With this configuration, a support portion provided so as to project inward from the position of the frame material, and a heat insulating material provided so as to include the end portion of the receiving beam fixed to the support portion by the fixed portion. Can be easily processed accurately at the time of manufacturing each divided module. If each split module is transported to the installation location and stacked in the vertical direction, and the upper split module and the lower split module are connected by the first connecting portion, a heat exchange device extending in the vertical direction can be easily installed. can. Therefore, the time and labor required for manufacturing and installing the vertical heat exchanger can be significantly reduced.
本発明によれば、熱交換装置の伝熱部支持構造を小型化して、ケーシングと伝熱部支持構造の鉄骨重量、溶接量を減らし、材料の重量減及び作業量を縮小して、熱交換装置を設置するための労力と費用を低減することが可能となる。 According to the present invention, the heat transfer portion support structure of the heat exchange device is miniaturized, the weight of the steel frame and the welding amount of the casing and the heat transfer portion support structure are reduced, the weight reduction of the material and the work amount are reduced, and the heat exchange is performed. It is possible to reduce the labor and cost for installing the device.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、ガスタービンからの排ガスGを熱交換する縦型熱交換装置1を例に説明する。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における上下左右方向の概念は、図1に示す縦型熱交換装置1に向かった状態における上下左右方向の概念と一致するものとする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiment, the vertical
(熱交換装置の全体構成)
図1は、一実施形態に係る縦型熱交換装置1の全体正面図である。この実施形態の縦型熱交換装置1は、下方の右側方に排ガスGのガス入口部2が設けられている。ガス入口部2から入った高温の排ガスGは、熱交換装置1の下方から上方に流れる。熱交換装置1によって熱回収された排ガスGは、上方のガス出口部3から大気放出される。
(Overall configuration of heat exchanger)
FIG. 1 is an overall front view of the vertical
この実施形態の熱交換装置1は、縦方向に複数の分割モジュール10が設けられている。各分割モジュール10は、平面視の断面が矩形状である長方形状に形成され、上下方向が開放し、側面の周囲がケーシング11によって囲われている。ケーシング11は板材で形成され、その外面に設けられたフレーム材12によって強度が確保されている。
The
分割モジュール10には、内部に伝熱部たる複数の伝熱管50(水平蛇管55)(図2~4,6)が設けられている。ケーシング11の内部を高温の排ガスGが通過することで、伝熱管50(水平蛇管55)の内部を流れる水または蒸気に熱交換される。伝熱管50(水平蛇管55)の内部を流れる水または蒸気は、熱交換によって熱水または飽和水と飽和蒸気の混合または過熱蒸気となって排出される。飽和蒸気や過熱蒸気は、例えば、蒸気タービンに送られたり、加熱源として使用される。
The
(熱交換ユニットの構成)
図2は、図1に示す熱交換装置1における一つの分割モジュール10を示す拡大正面図である。図3は、図2とは異なる例の分割モジュール10を示す拡大正面図である。図3は、伝熱管50が水平蛇管55で構成された例であり、水平蛇管55以外の構成は図2と同一であるため、同一の構成には同一符号を付し、共通の説明とする。
(Structure of heat exchange unit)
FIG. 2 is an enlarged front view showing one
分割モジュール10は、ケーシング11の外面にフレーム材12を設けることで強度が確保されている。フレーム材12は、縦方向に延びる縦フレーム材13と横方向に延びる横フレーム材14と、ケーシング11の角部に設けられる、角部フレーム材15(例えば、H型鋼材)とを有している。この例では、矩形状のケーシング11の長辺方向(図の左右方向)に所定間隔で4本の縦フレーム材13が設けられている。
The strength of the
各分割モジュール10の内部には、伝熱管50(水平蛇管55)が横方向に配置されている。この例では、左右方向の寸法が長い長方形状のケーシング11を有する分割モジュール10であるため、図の左端から右端まで横方向に延びる長い伝熱管50(水平蛇管55)が複数本設けられている。なお、図示する伝熱管50(水平蛇管55)は一部を示しており、各分割モジュール10の内部には、所定数の伝熱管50(水平蛇管55)が設けられている。図2の伝熱管50は、左下方から右上方に向けて斜めに設けられている。図3の水平蛇管55は、水平に設けられている。
Inside each
伝熱管50(水平蛇管55)は、縦フレーム材13の位置のケーシング11の内方に設けられた受梁17によって支持されている。受梁17は、伝熱管50(水平蛇管55)と直交する方向に設けられている。受梁17は、この例ではケーシング11の長辺方向に所定間隔で設けられた4本の縦フレーム材13の位置に設けられているため、伝熱管50(水平蛇管55)はこれら4本の受梁17によって支持されている。なお、正面視における図示する受梁17の位置は、後述する支持部材22,32の位置と同一である。
The heat transfer tube 50 (horizontal serpentine tube 55) is supported by a receiving
また、熱交換装置1は、縦方向に複数の分割モジュール10を組み合わせる構造となっている(図1)。そのため、分割モジュール10には、上部と下部に配置される分割モジュール10を上下方向で連結する第1連結部16を有している。第1連結部16は、分割モジュール10の上部と下部とを連結する構成であればよい。この実施形態では、第1連結部16を横フレーム材14が兼ねている。横フレーム材14には、上下方向に貫通するボルト穴(図示する垂直線)が設けられ、分割モジュール10を積み重ねた状態でボルトによって連結できるようになっている。図では、ボルト穴に第1連結部16の符号を付している。上部と下部の横フレーム材14は、溶接で連結してもよい。また、この実施形態では、ケーシング11の内部に設けられる伝熱管50(水平蛇管55)は、上部と下部に配置される分割モジュール10の伝熱管50(水平蛇管55)を連結する第2連結部51を有している。第2連結部51は、伝熱管50(水平蛇管55)の端部を連結できる構成であればよく、配管の接続部材を用いることができる(図示略)。なお、伝熱管50(水平蛇管55)は、上下に配置される分割モジュール10で連結しない構成とすることもできる。
Further, the
熱交換装置1を複数の分割モジュール10で構成すれば、各分割モジュール10を工場などで効率良く製造することができる。そして、各分割モジュール10を設置場所に搬送して上下方向に重ねて配置し、下部の分割モジュール10の伝熱管50(水平蛇管55)の上端部と、上部の分割モジュール10の伝熱管50(水平蛇管55)の下端部とが第2連結部51で連結される。また、下部の分割モジュール10と上部の分割モジュール10とが第1連結部16で連結される。これにより、上下方向に延びる熱交換装置1を容易に設置することができる。よって、縦型熱交換装置1を分割モジュール10で構成することで、縦型熱交換装置1の製造及び設置に要する時間と労力を大幅に削減できる。
If the
(第1実施形態に係る伝熱部支持構造)
図4は、図2,3に示すIV-IV断面図で示す第1実施形態に係る第1伝熱部支持構造20の拡大断面図である。図5は、図4に示す第1伝熱部支持構造20の平面図である。受梁17の両端部を支持する構造は同一であるため、以下の説明では一方のみを図示して説明する。
(Heat transfer part support structure according to the first embodiment)
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the first heat transfer
図4に示すように、第1伝熱部支持構造20は、受梁17の端部に設けられた固定部21を、支持部である支持部材22に固定ボルト23で固定することで、受梁17の軸方向移動(図の左右方向移動)を拘束している。受梁17の上部に、伝熱管50(水平蛇管55)が支持されている。
As shown in FIG. 4, the first heat transfer
支持部材22は、ケーシング11の縦フレーム材13が設けられた位置に設けられている。支持部材22は、縦フレーム材13からケーシング11の内方に向けて突出して設けられている。支持部材22は、縦板22aと、その上下位置に設けられた横板22bとを有している。支持部材22は、例えば、H形鋼を用いることができる。縦板22aには、縦方向に所定間隔でボルト穴24(図5)が設けられている。
The
一方、受梁17は、縦板17aと、その上下に設けられた横板17bとを有している。受梁17は、例えば、H形鋼を用いることができる。受梁17の端部における固定部21は、端部縦板21aと、端部縦板21aの片面の上部と下部に設けられた補助横板21bとを有している。端部縦板21aは、受梁17の中間部分における縦板17aから延設されている。端部縦板21aは、例えば、H形鋼の上部と下部の横板17bを除去することで形成できる。端部縦板21aには、支持部材22の縦板22aに設けられたボルト穴24と同一間隔で同径のボルト穴25(図5)が設けられている。補助横板21bは、端部縦板21aの横方向における強度を保つために設けられている。補助横板21bは、端部縦板21aの端部から受梁17の中間部分における横板17bの端部を越える位置まで設けられている。
On the other hand, the receiving
また、端部縦板21aと受梁17の横板17bとの間には、逃げ部27が設けられている。逃げ部27は、横板17bがケーシング11の内面に設けられる断熱材40から所定距離内側となる位置まで設けられている。逃げ部27を設けることで、受梁17に生じる熱伸び量と、断熱材40に生じる熱変形量とに差が生じても、受梁17が断熱材40の内側面を押圧しないようにしている。断熱材40としては、例えば、セラミックファイバとロックウールを用いた板状のものを利用できる。
Further, a
図5に示すように、第1伝熱部支持構造20によれば、支持部材22の縦板22aと受梁17の端部縦板21aの接触面との間に断熱材41を挟み込んだ状態で、縦板22aと端部縦板21aとを合わせる。そして、支持部材22の縦板22aに設けられたボルト穴24と、固定部21の端部縦板21aに設けられたボルト穴25に固定ボルト23を挿入し、縦板22aとナット26の接触面との間に断熱材41を挿入してナット26で固定する。この例では、固定ボルト23とナット26で支持部材22と固定部21とを固定しているが、固定ピン(図示略)で連結するようにしてもよい。このような構造で、受梁17の軸方向移動を拘束している。
As shown in FIG. 5, according to the first heat transfer
そして、支持部材22と受梁17の固定部21とが断熱材40で覆われている。断熱材40は、例えば、内側面に金属板が設けられたものを用いることができる。この場合、断熱材40は、金属板の部分をボルトでケーシング11に取り付けることができる(図の二点鎖線)。断熱材40は、支持部材22と受梁17の固定部21の部分では、これらを覆うように加工して設けられる。この例の場合、断熱材40の内面は、固定部21の端部縦板21aと補助横板21bを挿通する部分にのみスリット状の開口がある。このような断熱材40の施工は、熱交換装置1を複数の分割モジュール10(図2,3)とすることで、工場などで適切に加工して施工することができる。
The
このような第1伝熱部支持構造20を備えた熱交換装置1によれば、高温の排ガスGに接する受梁17に生じた熱伸びは、縦フレーム材13の内方に設けられた支持部材22に固定された固定部21を介して縦フレーム材13によって支持される。また、ケーシング11の内部における排ガスGの内圧も、受梁17の固定部21が支持部材22に固定されているので、ケーシング11及びフレーム材12によって支持される。
According to the
また、受梁17の端部における固定部21と支持部材22は、ケーシング11の内面に設けられた断熱材40によって覆われている。よって、受梁17の固定部21及び支持部材22は高温の排ガスGに接することはなく、内部の排ガスGの温度がケーシング11へ熱伝導されることを抑制できる。しかも、受梁17の固定部21と支持部材22との間に断熱材41を挟んでいるため、この部分から受梁17の熱が支持部材22へ伝わる熱伝導量も抑制できる。
Further, the fixing
このような第1伝熱部支持構造20を備えた縦型熱交換装置1によれば、後述する図8に示すように、ケーシング11及びフレーム材12が支持する全体的な曲げモーメントを大幅に小さくすることができる。
According to the vertical
よって、熱交換装置1のケーシング11の強度を保つフレーム材12のうち特に横フレーム材14を小型化して(図9に示す従来の大型の横フレーム材112を図4に示す小型の横フレーム材14とする)、フレーム材12の鉄骨重量、溶接量を減らすことができる。鉄骨材料の重量を減らし、作業量を縮小することで、熱交換装置1を設置するための労力と費用を低減することが可能となる。例えば、鉄骨材料の重量を40%程度削減することも可能である。また、ケーシング11の外面塗装も常温塗装でよく、この点でも費用削減を図ることができる。
Therefore, among the
(第2実施形態に係る伝熱管支持構造)
図6は、図4に示す断面における第2実施形態に係る第2伝熱部支持構造30を示す拡大断面図である。図7は、図6に示す第2伝熱部支持構造30の平面図である。第2伝熱部支持構造30は、受梁17の端部に設けられた固定部31を、支持部である支持部材32に係止することで、受梁17の軸方向移動を拘束している。受梁17の上部に、伝熱管50(水平蛇管55)が支持されている。
(Heat transfer tube support structure according to the second embodiment)
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing the second heat transfer
図6に示すように、ケーシング11の縦フレーム材13が設けられた位置に、支持部である支持部材32が設けられている。支持部材32は、縦フレーム材13の位置からケーシング11の内方に向けて突出して設けられた受部32aを有している。受部32aには、ケーシング11の内面から内方に所定距離の位置に係合部32bが設けられている。係合部32bは、受部32aから上方に突出する2つのL形状の部材であり、平面視においてL形状が反対向きとなるように設けられている。係合部32bは、受部32aに溶接又はボルトで固定することができる。
As shown in FIG. 6, a
一方、受梁17は、縦板17aと、その上下に設けられた横板17bとを有している。受梁17は、例えば、H形鋼を用いることができる。受梁17の端部に設けられた固定部31は、受部32aに載置する載置部31aと、係合部32bに係合して受梁17の軸方向移動を拘束する係止部31bとを有している。載置部31aは、受梁17の縦板17aが延びる方向に設けられている。係止部31bは、載置部31aの先端部で直交するように設けられている。載置部31aと係止部31bとによって、平面視がT形状に形成されている。載置部31aは、例えば、受梁17の端部における上部と下部の横板17bを除去することで形成できる。そして、載置部31aの先端部に、係止部31bを溶接等で固定することで、平面視がT形状の固定部31が形成できる。
On the other hand, the receiving
また、載置部31aと受梁17の横板17bとの間には、逃げ部37が設けられている。逃げ部37は、横板17bがケーシング11の内面に設けられる断熱材40から所定距離内側となる位置まで設けられている。逃げ部37を設けることで、受梁17に生じる熱伸び量と、断熱材40に生じる熱変形量とに差が生じても、受梁17が断熱材40の内側面を押圧しないようにしている。断熱材40としては、例えば、セラミックファイバとロックウールを用いた板状のものを利用できる。
Further, a
そして、第2伝熱部支持構造30によれば、支持部材32の受部32aの上面に第1断熱材33が設けられる。その後、図7に示すように、第1断熱材33の上面に受梁17の固定部31が上方から落とし込まれる。その後、ケーシング11の内面と係止部31bとの間に第2断熱材34が設けられ、係合部32bと係止部31b及び載置部31aとの間に第3断熱材35が設けられる。第2断熱材34は、ケーシング11の内面と係止部31bとの間にほぼ隙間がない状態で設けられる。第3断熱材35は、係合部32bと係止部31b及び載置部31aとの間にほぼ隙間がない状態で設けられる。なお、受部32aの上面に第1断熱材33と第2断熱材34及び第3断熱材35を設けた後、受梁17のT形状に形成された固定部31を上方から嵌め込むようにしてもよい。このように第2伝熱部支持構造30は、受梁17の端部に設けられた固定部31を、支持部材32の上方から落し込む落し込み方式となっている。このような構造で、受梁17の軸方向移動を拘束している。
Then, according to the second heat transfer
そして、支持部材32と受梁17の固定部31とが断熱材40で覆われている。断熱材40は、例えば、内側面に金属板が設けられたものを用いることができる。この場合、断熱材40は、金属板の部分をボルトでケーシング11に取り付けることができる(図の二点鎖線)。断熱材40は、支持部材32と受梁17の部分では、これらを覆うように加工して設けられる。この例の場合、断熱材40の内面は、受梁17の断面形状の開口がある。このような断熱材40の施工は、熱交換装置1を複数の分割モジュール10(図2,3)とすることで、工場などで適切に加工して施工することができる。
The
このような第2伝熱部支持構造30を備えた熱交換装置1によれば、高温の排ガスGに接する受梁17に生じた熱伸びは、縦フレーム材13の内方に設けられた支持部材32に断熱材33~35を介して支持された固定部31を介して縦フレーム材13によって支持される。また、ケーシング11の内部における排ガスGの内圧は、受梁17の固定部31が縦フレーム材13の内方に設けられた支持部材32に断熱材33~35を介して固定されているので、縦フレーム材13によって支持される。
According to the
また、受梁17の端部における固定部31と支持部材32は、ケーシング11の内面に設けられる断熱材40によって覆われている。よって、受梁17の固定部31及び支持部材32は高温の排ガスGに接することはなく、内部の排ガスGの温度がケーシング11へ熱伝導されることを抑制できる。
Further, the fixing
しかも、支持部材32と受梁17の固定部31との接触面に断熱材33~35を設けて受梁17の軸方向移動を拘束している。このため、受梁17の固定部31と支持部材32との間にボルト等の締結材もなく、金属面同士の接触を無くしている。これにより、高温の排ガスGに接触する受梁17から固定部31を介して外気温側の支持部材32への熱伝導率を下げることができる。
Moreover, heat insulating
このような第2伝熱部支持構造30を備えた縦型熱交換装置1によれば、第1伝熱部支持構造20を備えた縦型熱交換装置1と同様に、後述する図8に示すように、ケーシング11及びフレーム材12が支持する全体的な曲げモーメントを大幅に小さくすることができる。
According to the vertical
よって、熱交換装置1のケーシング11の強度を保つフレーム材12のうち特に横フレーム材14を小型化して(図9に示す従来の大型の横フレーム材112を図6に示す小型の横フレーム材14とする)、フレーム材12の鉄骨重量、溶接量を減らすことができる。鉄骨材料の重量を減らし、作業量を縮小することで、熱交換装置1を設置するための労力と費用を低減することが可能となる。例えば、鉄骨材料の重量を40%程度削減することも可能である。また、ケーシング11の外面塗装も常温塗装でよく、この点でも費用削減を図ることができる。
Therefore, among the
(曲げモーメントの応力図)
図8は、図4に示す第1伝熱部支持構造20及び図6に示す第2伝熱部支持構造30における水平断面(図2,3に示す、矢視VIII-VIIIの断面)の曲げモーメントを示す図面であり、(A)は熱伸びによって生じる曲げモーメント図、(B)は内圧によって生じる曲げモーメント図である。
(Stress diagram of bending moment)
FIG. 8 shows the bending of the horizontal cross section (cross section of arrow VIII-VIII shown in FIGS. 2 and 3) in the first heat transfer
図8(A)に示すように、フレーム材12に作用する熱伸びによる曲げモーメントは、受梁17が支持部材22に固定されているため、ケーシング11におけるフレーム材12の長辺方向では全体的に曲げモーメントを受ける。この曲げモーメントは、受梁17の間隔によって異なるが、十数mm程度の熱伸び量により曲げモーメントを受ける。しかし、熱伸び量による曲げモーメントでフレーム材12が変形する角度は比較的小さい。
As shown in FIG. 8A, the bending moment due to thermal elongation acting on the
図8(B)に示すように、フレーム材12に作用する内圧の曲げモーメントは、受梁17が支持部材22に固定されているため、ケーシング11におけるフレーム材12の長辺方向は各受梁17のピッチで支持される。このため、内圧によって作用する曲げモーメントは、受梁17のフレーム材12との接続部を支点とした短いピッチのモーメントとなる。この例の場合、ケーシング11におけるフレーム材12の受梁17との接続部に最大の曲げモーメントM2が作用している。しかし、図8(B)に示す最大の曲げモーメントM2は、上記した図10(B)に示す従来の曲げモーメントM1に比べて小さく、10%程度に縮小することができる。
As shown in FIG. 8B, the bending moment of the internal pressure acting on the
よって、上記熱交換装置1によれば、フレーム材12に、熱伸び量による曲げモーメントと内圧による曲げモーメントとが作用したとしても、ケーシング11及びフレーム材12が支持する全体的な曲げモーメントを大幅に小さくすることができる。
Therefore, according to the
(総括)
以上のように、上記縦型熱交換装置1によれば、フレーム材12の重量を大幅に低減できる。しかも、受梁17と縦フレーム材13の接合部の構造がシンプルとなる。よって、縦型熱交換装置1の製造に要する製作コスト、据付コストの大幅な削減が可能となる。
(Summary)
As described above, according to the vertical
また、縦型熱交換装置1を複数の分割モジュール10で構成すれば、縦フレーム材13の位置から内方に突出するように設ける支持部材22,32の構成や、支持部材22,32に固定部21,31で固定された受梁17の端部を含むように設けられる断熱材40などの構成を、工場などで効率良く加工及び取り付けることができる。よって、縦型熱交換装置1の製造及び設置に要する労力と時間を削減することが可能となる。
Further, if the vertical
(その他の変形例)
熱交換装置1は、縦型であれば適用でき、平面視の形態は上記した実施形態の横長の形態に限定されるものではない。また、受梁17のピッチなども限定されるものではない。さらに、熱交換装置1は、複数の分割モジュール10で構成されたものに限定されない。
(Other variants)
The
上記した実施形態は一例であり、本発明は縦型熱交換装置1であれば実施可能であり、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の構成を変更してもよく、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。
The above-described embodiment is an example, and the present invention can be carried out as long as it is the vertical
1 縦型熱交換装置
2 ガス入口部
3 ガス出口部
10 分割モジュール
11 ケーシング
12 フレーム材
13 縦フレーム材
14 横フレーム材
15 角部フレーム材
16 第1連結部
17 受梁
17a 縦板
17b 横板
20 第1伝熱部支持構造
21 固定部
21a 端部縦板
21b 補助横板
22 支持部材
22a 縦板
22b 横板
23 固定ボルト
24,25 ボルト穴
26 ナット
27 逃げ部
30 第2伝熱部支持構造
31 固定部
31a 載置部
31b 係止部
32 支持部材
32a 受部
32b 係合部
33 第1断熱材
34 第2断熱材
35 第3断熱材
37 逃げ部
40,41 断熱材
50 伝熱管(伝熱部)
51 第2連結部
55 水平蛇管(伝熱部)
G 排ガス
1 Vertical heat exchanger
2 Gas inlet
3
51
G exhaust gas
Claims (6)
前記ケーシングの外面に設けられた、前記ケーシングの強度を保つフレーム材と、
前記ケーシングの内部に配置された伝熱部と、
前記伝熱部を下方から支持するように、前記伝熱部と直交する方向に設けられた複数の受梁と、
前記フレーム材の位置から前記ケーシングの内方に突出して前記受梁の端部を支持する支持部と、を備え、
前記受梁の端部と前記支持部とは、前記受梁の軸方向移動を拘束した状態で支持する固定部で固定されており、
断熱材が、前記ケーシングの内側において、前記支持部と前記固定部とを覆うように設けられる、ことを特徴とする熱交換装置。 A casing with a rectangular cross section in plan view,
A frame material provided on the outer surface of the casing, which maintains the strength of the casing,
A heat transfer unit arranged inside the casing,
A plurality of receiving beams provided in a direction orthogonal to the heat transfer portion so as to support the heat transfer portion from below,
A support portion that protrudes inward from the position of the frame material and supports the end portion of the receiving beam is provided.
The end portion of the receiving beam and the supporting portion are fixed by a fixing portion that supports the receiving beam in a state of restraining the axial movement of the receiving beam.
A heat exchange device characterized in that a heat insulating material is provided inside the casing so as to cover the support portion and the fixing portion.
前記固定部は、前記受梁の端部が前記支持部材に固定ピンで固定されている、
請求項1に記載の熱交換装置。 The support portion has a support member that projects inward from the position of the frame material to the inside of the casing.
In the fixing portion, the end portion of the receiving beam is fixed to the support member with a fixing pin.
The heat exchange device according to claim 1.
請求項2に記載の熱交換装置。 A heat insulating material is sandwiched between the support member and the end of the receiving beam.
The heat exchange device according to claim 2.
前記固定部は、前記受梁の端部に設けられた、前記受部に載置する載置部と、前記係合部に係合して前記受梁の軸方向移動を拘束する係止部と、を有し、
前記受部と前記載置部との間と、前記係合部と前記係止部との間と、は断熱材で断熱されている、
請求項1に記載の熱交換装置。 The support portion has a receiving portion that protrudes inward from the position of the frame material to the inside of the casing, and an engaging portion that protrudes upward from the receiving portion.
The fixing portion includes a mounting portion provided at the end of the receiving beam and a locking portion that engages with the engaging portion and restrains the axial movement of the receiving beam. And have
The space between the receiving portion and the above-mentioned placing portion and the space between the engaging portion and the locking portion are insulated by a heat insulating material.
The heat exchange device according to claim 1.
前記受梁の端部には、前記横板を前記断熱材から所定距離内側に位置させる逃げ部が設けられている、
請求項1~4のいずれか1項に記載の熱交換装置。 The receiving beam has a vertical plate supported by the support portion and a horizontal plate orthogonal to the vertical plate.
At the end of the receiving beam, a relief portion for locating the horizontal plate within a predetermined distance from the heat insulating material is provided.
The heat exchange device according to any one of claims 1 to 4.
複数の前記分割モジュールは、該分割モジュールの上部と下部とを上下方向で連結する第1連結部を有している、
請求項1~5のいずれか1項に記載の熱交換装置。 The casing is composed of a plurality of division modules in the vertical direction.
The plurality of divided modules have a first connecting portion that connects the upper part and the lower part of the divided module in the vertical direction.
The heat exchange device according to any one of claims 1 to 5.
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