TWI485320B - 高溫氣體之保溫導管 - Google Patents

Description

高溫氣體之保溫導管

本發明係關於一種高溫氣體用之保溫導管，其係配置於如氣渦輪機及廢熱鍋爐間。

氣渦輪機之排氣因係為500℃以上之高溫且為旋轉流，故氣渦輪機之排氣管以不鏽鋼板或鉬鋼鋼板(SB材)所構成，使用將隔熱材鋪設於板材外側之所謂外部保溫者。外部保溫之情形時，必須於現場(設置場所)進行隔熱材之施工。具體而言，為了進行排氣管凸緣之加強扣接，於未裝隔熱材之狀態放置至試運轉時為止，而於試運轉時於加熱延伸狀態下進行加強扣接，其後才進行隔熱材之施工。

因此，使得在現場之工期變長，且因於試運轉前之放置期間，排氣管、螺栓孔等有生鏽之虞，故必須採取抑制生鏽之對策，而較費工。又，而關於靜音技術方面，則有將纖維吸音材料安裝於靜音殼體，而以多孔板或金屬絲網包覆於吸音材表面(例如，日本專利文獻1)。 【先行技術文獻】 【日本專利文獻】

日本專利文獻1：日本專利第3073420號公報

又，若為如氣電共生設備時，排氣因廢熱鍋爐之壓力損失等使得內壓亦高達0.25KpaG，且為高溫之旋轉流，故可能於廢熱鍋爐之入口側之排氣管之焊接部上產生龜裂。再者，在運用上，於「每日進行啟動停止之運轉」或「每隔一週進行啟動停止之運轉」等之情形時，特別是因熱所造成之伸縮負重或殘留應力之重複負重，而使得排氣管材料本身劣化，除焊接部以外亦產生高溫破裂。因此，藉由於排氣管內部施加可鑄性耐火泥(耐火材)或陶瓷隔熱材，以避免如此之焊接破裂、高溫破裂等。

【發明所欲解決之課題】

然而，可鑄性耐火泥因不耐震又容易破裂損，故若應用於氣渦輪機之排氣管恐有脫落之虞。又，使用陶瓷隔熱材之內部隔熱構造雖適用於已整流之排氣所流通之導管、有充分内部面積且低流速之排氣所流通之導管等，但當如氣渦輪機出口一般流速為100m/s左右之旋轉流時，排氣恐會進入於利用推壓重疊陶瓷隔熱材而成瓦狀板(構成為考慮熱伸長而可滑動之板)之空隙。結果，恐會造成如板變形剝落，或隔熱材被吸走而飛散等。

有鑑於上述課題，本發明之目的在於提供一種高溫氣體之保溫導管，其可避免於現場進行隔熱材之施工，同時可抑制焊接破裂、高溫破裂、剝落等。 【解決課題之手段】

為了達到上述目的，本發明之高溫氣體之保溫導管中，其形成高溫氣體通路之殼體具有:露出至該高溫氣體通路之金屬板製之內層構件、金屬板製之外層構件、及插設於其間之可撓性之隔熱材，該內層構件卡扣於該隔熱材，藉由該隔熱材以可相對移動方式連結至該外層構件，於該內層構件之端部，設置往外側凸出並卡扣於該隔熱材之端面之卡扣片。

依據此構成，因為形成高溫氣體通路之殼體係以所謂內部保溫方式(即，具有:露出至該高溫氣體通路之金屬板製之內層構件、露出至外部空氣金屬板製之外層構件、及插設於其間之可撓性之隔熱材)所構成，故隔熱材之施工可於工廠進行，而不需於現場進行隔熱材之施工及防鏽工程。又，因為不必於殼體內部施加耐火材或隔熱材，故不會有此等脫落或剝落之狀況。再者，因為構成保溫導管之外圍之外層構件不暴露於高溫氣體，故可抑制設置於外層構件之凸緣部、密封部等之劣化或產生高溫破裂。

而且，因外層構件不暴露於高溫氣體，故不必使用如不鏽鋼板、鉬鋼鋼板之高價耐熱性金屬，整體而言可低價製造保溫導管。再者，內層構件卡扣於隔熱材，並藉由隔熱材以可相對移動方式連結至外層構件，故除了可抑制內層構件所產生之熱應力外，還可抑制於接觸高溫氣體處，發生因焊接部逸失而導致焊接破裂。又，於內層構件之端部設置往外側凸出並卡扣於隔熱材之端面之卡扣片，故可以簡單構造，不須設置焊接部，而可將內層構件以可相對移動方式連結至外層構件。

本發明中，該內層構件之該卡扣片之內側部分，具有彎折重疊而成之重疊部，該卡扣片之外側部分最好固定於該外層構件。依據此構成，利用重疊部之變形，可吸收內層構件之熱伸長。

本發明中，該殼體係由平板狀之上壁、下壁及一對側壁連結，而形成橫剖面為矩形之該高溫氣體通路，該各壁中該內層構件最好藉由該隔熱材以可相對移動方式連結至該外層構件。依據此構成，因該各壁為平板狀，故製造更容易。

於該殼體形成橫剖面為矩形之高溫氣體通路之情形時時，該內層構件之該卡扣片之內側部分最好具有彎折重疊而成之重疊部，並於相鄰壁間之空隙，配置該重疊部及位於其外側之隔熱緩衝材。依據此構成，除了可利用重疊部吸收內層構件之變形，並可利用隔熱緩衝材，吸收壁間之熱伸長與阻絕熱傳遞。

於具備隔熱緩衝材之情形時，最好具備推壓構件，其係於該隔熱緩衝材之內側，可彈性地嵌入該空隙，並可阻絕高溫氣體且限定該隔熱緩衝材之位置。依據此構成，利用推壓構件，除了可防止高溫氣體直接碰觸隔熱緩衝材而使其損傷，且可使隔熱緩衝材保持於適當位置。

本發明中，該內層構件最好於相對向之端部間之中間部扣接於該外層構件。依據此構成，因於中間部扣接，故可有效地抑制因熱膨脹所造成之往內層構件之內側之膨脹。又，藉由將扣接處作為中間部之1處，亦可將經由扣接構件而傳至外層構件之熱傳遞降為最低限度。再者，利用此扣接，亦可防止因成為頂面之上壁之隔熱材之厚度而導致內層構件往內側大幅變形、或因隔熱材偏移而往下方移動。

請求範圍及/或說明書及/或圖式中所揭露之至少2個構成之任意組合，亦包含於本發明。特別是，請求範圍之各申請專利範圍之2個以上之任意組合，亦包含於本發明本發明。

以下，參考圖式，說明本發明之較佳實施形態。圖1係顯示使用氣渦輪機之氣電共生系統之概略構成圖。此系統係利用氣渦輪機GT之驅動力經由減速機R/G使發電機G之轉子旋轉而得到發電電能。氣渦輪機GT具備壓縮機2、燃燒器4及渦輪6，從此氣渦輪機GT所排出之排氣E係通過作為排氣通路之高溫氣體通路8而排出至外部。

詳言之，於氣渦輪機GT之排氣出口，連接構成高溫氣體通路8之一部分之高溫氣體之保溫導管10;於保溫導管10之下游側，連接廢熱鍋爐12;於廢熱鍋爐12之下游側，連結節熱器14。供應至節熱器14之水先以排氣E加以預熱，再供應至廢熱鍋爐12並蒸氣化。來自廢熱鍋爐12之蒸氣則由如吸收式冷凍機或溫水產生用之熱源等所利用。通過廢熱鍋爐12及節熱器14而被熱回收之排氣E則通過排氣管16而釋出至空氣中。

如圖2所示，高溫用之保溫導管10具有形成高溫氣體通路8之一部分之殼體18。如圖4所示，殼體18係由平板狀之上壁20、下壁22及一對側壁24、24相連結，而形成橫剖面為矩形之高溫氣體通路8。

如圖3所示，殼體18內之高溫氣體通路8越往下游方向通路面積增大。於殼體18之上游端，利用焊接連結著圓筒狀之入口管26，於入口管26之上游端部，以焊接固接著凸緣狀之第1凸緣28。於第1凸緣28，複數之螺栓插穿孔(未圖示)排列形成於圓周方向。

於殼體18之下游端部，以焊接固接著凸緣狀之第2凸緣30。於第2凸緣30，複數之螺栓插穿孔(未圖示)排列形成於圓周方向。利用未圖示之螺栓，第1凸緣28連結至圖2之氣渦輪機GT之排氣出口，而第2凸緣30連結至鍋爐14之入口。

如圖4所示，於各壁20﹑22﹑24中，殼體18具有:露出至高溫氣體通路8之金屬板製之內層構件32;露出至外部空氣之金屬板製之外層構件34;及插設其間之可撓性之隔熱材36。

內層構件32由不鏽鋼板﹑鉬鋼板等高耐熱性之金屬所製成，於本實施形態中，為厚2ｍｍ之SUS304製。外層構件34由低價之一般構造用之鋼材所製成，於本實施形態中，為厚6ｍｍ之SS400製。於外層構件34之外表面塗上防鏽塗料。

如圖5所示，隔熱材36包含:最內側之第1隔熱層38;其外側之第2隔熱層40；於其外側中最外側之第3隔熱層42。於本實施形態中，第1隔熱層38使用高隔熱性之陶瓷纖維，第2隔熱層40及第3隔熱層42則使用廉價之岩綿。如此，藉由使隔熱材36為多層構造，可於變成高溫之內側配置高隔熱性之隔熱材，而於較低溫之外側配置廉價之隔熱材，可有效隔熱，且整體而言可降低隔熱材之費用。隔熱材36可為2層或4層以上，亦可為單層。

於分別形成內層構件32之四邊之端部32a，形成往外側凸出之卡扣片44，藉由將此卡扣片44卡扣於隔熱材36之端面36a，內層構件32藉由隔熱材36連結為可對外層構件34於平行方向相對移動。卡扣片44之外側端部44a利用焊接固定於外層構件34。

卡扣片44具有由鋼板彎折重疊而成之重疊部50。詳言之，內層構件32之端部32a先往外側彎折後再往內側反折，又再往外側彎折而形成三層之重疊部50，此重疊部50之前端延出至外側而形成卡扣片44。藉此，如二點虛線所示，即使於內層構件32熱伸長時，重疊部50會變形張開，可吸收熱伸長。

如圖4所示，內層構件32於相對向之端部32a、32a間之中間部32b，藉由扣接構件52扣接於外層構件34。詳言之，如圖6所示，於內層構件32之中間部32b形成開口54，於此開口54插穿無頭部之全螺紋螺栓58，此全螺紋螺栓58之外側端利用焊接W固定於外層構件34。將襯墊板56、56抵接於內層構件32之內側與外側，使能包覆全螺紋螺栓58之內側端部。於此狀態下貫穿全螺紋螺栓58之內側端部，從內側及外側將螺帽60、60螺合至此內側端部，藉由螺帽60、60之扣接力，利用襯墊板56、56夾持內層構件32。

藉此，內層構件32經由全螺紋螺栓58、螺帽60、60扣接至外層構件34。亦即，全螺紋螺栓58及2個螺帽60、60構成該扣接構件52。

圖7係顯示下壁22與側壁24之連結部。下壁22之上面22a及側壁24之下端面24a隔著第1空隙S1相對。又，於側壁24之外層構件34，形成往下方延長之延長部64。延長部64使下壁22之外側端面22b之外側往下方延伸，並利用焊接連結至下壁22之外層構件34。此連結部利用補強板66之焊接而補強。於延長部64與下壁22之外側端面22b之間，形成第2空隙S2，第2空隙S2與第1空隙S1相連通。

於第1空隙S1，配置側壁24之重疊部50;於第2空隙S2，配置下壁22之重疊部50。又，於第2空隙S2全部，及第1空隙S1中側壁24之重疊部50外側(圖7右側)，配置隔熱緩衝材68。隔熱緩衝材68如為陶瓷覆蓋層。

於第1空隙S1中側壁24之重疊部50之外側且於隔熱緩衝材68內側，配置推壓構件70。推壓構件70係將彈簧鋼板彎折成Ｖ字形而構成。推壓構件70彈性地嵌入於第1空隙S1中之隔熱緩衝材68之內側，可阻絕高溫氣體直接碰觸隔熱緩衝材68，同時執行隔熱緩衝材68之位置限定。藉由側壁24之重疊部50，可防止推壓構件70鬆脫至高溫氣體通路8。

圖7係顯示下壁22與側壁24之連結部，而其他相鄰壁間之連結部亦為相同構造。如此，殼體18成為內層構件32與外層構件34不會有大面積接觸之構造。結果，於高溫氣體通路8內，排氣E溫度雖超過550℃，但露出至外部空氣之外層構件34之表面溫度可保持為未達70℃。

圖8係顯示殼體18之下壁22與入口管26之連結部。入口管26亦與殼體18相同，具有內層構件72;外層構件74；及3層構造之隔熱材76。於內層構件72之兩端，連結著環狀卡扣構件69、69。於入口管26之外層構件74之上游側端部74a，以焊接固接著該第1凸緣28。第1凸緣28與卡扣構件69並未接觸。於外層構件74之外周面中較中間部約為上游側，以焊接固定著凸緣狀突部78。

殼體18之下壁22之上游側端面22c與入口管26之下游側端面26a，隔著第3空隙S3相對。又，於下壁22之外層構件34，形成往上游側延長之延長部80，此延長部80利用焊接固定於入口管26之外層構件74之突部7。

於第3空隙S3，配置下壁22之重疊部50，更於其外側，配置前述之隔熱緩衝材68。又，於第3空隙S3中下壁22之重疊部50之外側且於隔熱緩衝材68內側，配置前述之推壓構件70。於下壁22之外層構件34之外周面中對應第3空隙S3之位置，以焊接固接著補強構件82。圖8係顯示下壁22與入口管26之連結部，而其他壁20、24與入口管26間之連結部亦為相同構造。

圖9係顯示殼體18之上壁20與廢熱鍋爐12入口之連結部。於上壁20之外層構件34之下游側端部，以焊接固接著該第2凸緣30，其外面利用補強構件84而補強。第2凸緣30與內層構件32並未接觸。

上壁20之下游側端面20a與廢熱鍋爐12入口之上游側端面12a，隔著第4空隙S4相對。於此第4空隙S4，配置上壁20之重疊部50，更於其外側配置前述之隔熱緩衝材68。又，於第4空隙S4中上壁20之重疊部50之外側且於隔熱緩衝材68之內側，配置前述之推壓構件70。

圖9係顯示上壁20與廢熱鍋爐12入口之連結部，而其他壁22、24與廢熱鍋爐12入口之間之連結部亦為相同構造。如此，第1及第2凸緣28、30焊接於低溫之外層構件74、34，於第1及第2凸緣28、30與成為高溫之內層構件72、32及高溫氣體通路8之間，隔有隔熱材76、36及隔熱緩衝材68。又，成為高溫之內層構件72、32並無焊接部。亦即，內層構件32、72為特別用於對高溫氣體之耐熱構件;外層構件34、74為用以確保導管強度之構件。

於上述構成中，圖4所示之形成高溫氣體通路8之殼體18具有：內層構件32;外層構件34;及插設於其間之隔熱材36，即以所謂內部保溫而構成，因此可於工廠進行隔熱材36之施工，而不需於現場進行隔熱材36之施工。結果，不會產生因現場作業員技能差異而導致之施工品質差異，可確保保溫導管10之品質。又，因於試運轉前不會置放置於現場，故可抑制螺栓孔等生鏽。此外，於殼體18內部不需施用耐火材或隔熱材，故不會有此等之脫落或剝落。

再者，外層構件34不會碰觸高溫氣體，故可抑制第1及第2凸緣部28、30或密封構件之劣化。而且，外層構件34不會碰觸高溫氣體，故外層構件34不需使用如不鏽鋼板、鉬鋼鋼板之高價耐熱性金屬，整體而言，可低價製造保溫導管10。又，內層構件32卡扣於隔熱材36，並藉由隔熱材36以可相對移動方式連結至外層構件34，故除了可抑制內層構件32所產生之熱應力外，還可抑制於接觸高溫氣體處，發生因焊接部逸失而導致焊接破裂。

於圖5之內層構件32之端部32a，設置卡扣片44，此卡扣片44具有彎折重疊而成之重疊部50，卡扣片44之外側部分固定於外層構件34。藉此，利用簡單構造，不需設置焊接部，藉由隔熱材36將內層構件32以可相對移動方式連結於外層構件34。而且，藉由設置重疊部50，可吸收內層構件32之熱伸長。又，因殼體18之各壁20﹑22﹑24為平板狀，故製造變容易。

再者，因卡扣片44之外側部分固定於外層構件34，故可防止高溫之排氣E從保溫導管10與氣渦輪機GT或廢熱鍋爐12之連結處之空隙流入隔熱材36。藉此，可防止因流入隔熱材36之排氣E所導致外層構件34之溫度上升，故可提升隔熱效果。

如圖7所示，於殼體18中相鄰之壁20﹑22﹑24間之第1空隙S1，配置重疊部50及位於其外側之隔熱緩衝材68，故利用重疊部50可吸收內層構件32之變形，且利用隔熱緩衝材68，可吸收壁間20﹑22﹑24之熱伸長及阻絕熱傳遞。

再者，因於第1空隙S1中重疊部50之外側且於隔熱緩衝材68之內側，嵌入推壓構件70，故可達成高溫氣體之阻絕與隔熱緩衝材68之位置限定。

圖4之內層構件32於相對向之端部32a、32a間之中間部32b扣接於外層構件34，故可有效抑制內層構件32因熱膨脹而往內側膨脹。又，藉由將扣接處作為中間部32b之1處，亦可將經由扣接構件52傳至外層構件34之熱傳遞抑制為最低限度。再者，藉由此扣接，可防止因成為頂面之上壁20之隔熱材36之厚度而使內層構件32變大而往內側變形，也可防止隔熱材36偏移往斜下方(圖2之右側)移動。

本發明不限於以上實施形態，於不超出本發明要旨之範圍內，可做各種追加、改變或刪除。例如，於上述實施形態中，各壁20、22、24中，內層構件32係藉由隔熱材36以可相對移動方式連結於外層構件34，但只要各壁20、22、24之至少其一中，內層構件32係藉由隔熱材36以可相對移動方式連結於外層構件34即可。因此，如此之設計亦包含於本發明之範圍內。

2‧‧‧壓縮機
4‧‧‧燃燒器
6‧‧‧渦輪
7‧‧‧突部
8‧‧‧高溫氣體通路
10‧‧‧保溫導管
12‧‧‧廢熱鍋爐
12a‧‧‧上游側端面
14‧‧‧節熱器
16‧‧‧排氣管
18‧‧‧殼體
20‧‧‧上壁
20a‧‧‧下游側端面
22‧‧‧下壁
22a‧‧‧上面
22b‧‧‧外側端面
22c‧‧‧上游側端面
24‧‧‧側壁
24a‧‧‧下端面
26‧‧‧入口管
26a‧‧‧下游側端面
28‧‧‧第1凸緣
30‧‧‧第2凸緣
32‧‧‧內層構件
32a‧‧‧端部
32b‧‧‧中間部
34‧‧‧外層構件
36‧‧‧隔熱材
36a‧‧‧端面
38‧‧‧第1隔熱層
40‧‧‧第2隔熱層
42‧‧‧第3隔熱層
44‧‧‧卡扣片
44a‧‧‧外側端部
50‧‧‧重疊部
52‧‧‧扣接構件
54‧‧‧開口
56‧‧‧襯墊板
58‧‧‧全螺紋螺栓
60‧‧‧螺帽
64‧‧‧延長部
66‧‧‧補強板
68‧‧‧隔熱緩衝材
69‧‧‧卡扣構件
70‧‧‧推壓構件
72‧‧‧內層構件
74‧‧‧外層構件
74a‧‧‧上游側端部
76‧‧‧隔熱材
78‧‧‧突部
80‧‧‧延長部
82‧‧‧補強構件
84‧‧‧補強構件
E‧‧‧排氣
G‧‧‧發電機
GT‧‧‧氣渦輪機
R/G‧‧‧減速機
S1‧‧‧第1空隙
S2‧‧‧第2空隙
S3‧‧‧第3空隙
S4‧‧‧第4空隙
W‧‧‧焊接

從參考添附圖式之以下較佳實施形態之說明，應可清楚理解本發明。然而，實施形態及圖式僅用為圖示及說明，而非用以限定本發明之範圍。本發明之範圍係由所添附之請求範圍加以限定。添附圖式中，複數之圖式中之相同元件號碼係顯示相同或相當部分。 【圖1】本發明之第1實施形態中，具備高溫氣體之保溫導管之氣渦輪機系統之概略構成圖。 【圖2】同保溫導管之側視圖。 【圖3】同保溫導管之縱剖面圖。 【圖4】圖2之IV－IV線剖面圖。 【圖5】圖4之殼體之上壁之端部附近之擴大剖面圖。 【圖6】圖4之VI部之擴大剖面圖。 【圖7】圖2之VII－VII線剖面圖。 【圖8】圖3之VIII部之擴大剖面圖。 【圖9】圖3之IX部之擴大剖面圖。

18‧‧‧殼體

20‧‧‧上壁

32‧‧‧內層構件

32a‧‧‧端部

34‧‧‧外層構件

36‧‧‧隔熱材

36a‧‧‧端面

38‧‧‧第1隔熱層

40‧‧‧第2隔熱層

42‧‧‧第3隔熱層

44‧‧‧卡扣片

44a‧‧‧外側端部

50‧‧‧重疊部

Claims (5)

1. 一種高溫氣體之保溫導管，其形成高溫氣體通路之殼體具有：露出至該高溫氣體通路之金屬板製之內層構件、金屬板製之外層構件、及插設於該內層構件與該外層構件間之可撓性之隔熱材；該內層構件卡扣於該隔熱材，藉由該隔熱材以可相對移動方式連結至該外層構件；於該內層構件之端部，設置往外側凸出並卡扣於該隔熱材之端面的卡扣片；該內層構件之該卡扣片之內側部分，具有彎折重疊而成之重疊部，該卡扣片之外側部分固定於該外層構件，藉由該重疊部變形張開而吸收熱伸長。
2. 如申請專利範圍第1項之高溫氣體之保溫導管，其中，該殼體係由平板狀之上壁、下壁及一對側壁連結，而形成橫剖面為矩形之該高溫氣體通路；該各壁中該內層構件藉由該隔熱材以可相對移動方式連結至該外層構件。
3. 如申請專利範圍第2項之高溫氣體之保溫導管，其中，於相鄰壁間之空隙，配置該重疊部及位於其外側之隔熱緩衝材。
4. 如申請專利範圍第3項之高溫氣體之保溫導管，其中，更具備推壓構件，其係於該隔熱緩衝材之內側，彈性地嵌入該空隙，並阻絕高溫氣體且限定該隔熱緩衝材之位置。
5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之高溫氣體之保溫導管，其中，該內層構件於相對向之端部間之中間部扣接於該外層構件。