WO2016076011A1

WO2016076011A1 - 冷却装置

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Publication number: WO2016076011A1
Application number: PCT/JP2015/076452
Authority: WO
Inventors: 松尾　毅; 坂田　文稔; 渡辺　大剛; 金巻　裕一; 陽喜椋本
Original assignee: 三菱日立パワーシステムズ株式会社
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2016-05-19
Also published as: KR20170038876A; KR101962049B1; RU2651027C1; JP2016090031A; JP6289347B2; CN106605096A; CN106605096B

Abstract

　高温環境下にある金属製筒部材が熱変形する場合であっても、冷却性能を維持する。高温環境下にある金属製筒部材（１００）の表面（１００Ａ）に沿って面で接触して設けられる基台部材（２）と、基台部材（２）の表面に突出して設けられた放熱部材（３）と、金属製筒部材（１００）から基台部材（２）への熱伝達性を保持させる熱伝達保持手段（４）と、を備える。

Description

冷却装置

　本発明は、例えば、火力発電プラントや原子力発電プラントや化学プラントなどのプラントで用いられる配管のように高温となり得る高温部材を冷却する冷却装置に関するものである。

　例えば、火力発電プラントなどで使用される配管は、ボイラで加熱された蒸気を蒸気タービンに運ぶ機能を有することから、高温かつ高圧の環境にある金属製筒部材である。このような金属製筒部材は、上記環境下で長時間使用されるとクリープ損傷が進行してクリープボイドが発生し、このクリープボイドがつながることで亀裂が生じ、最終的には破断に至る。

　こうした破断を防止するために、定期的な非破壊検査によりクリープボイドの成長度合いを分析してクリープ損傷度を導出し、金属製筒部材の余寿命評価を行っている（例えば、特許文献１または特許文献２参照）。なお、一般的に、金属製筒部材は、母材部に比べて溶接部のクリープ損傷リスクが高いため、検査箇所は主に溶接部となっている。

　非破壊検査の結果、クリープ損傷度が高い部材があり、次の定期検査までの間にてクリープ損傷リスクが高い場合、金属製筒部材の取り替えを行うが、次の定期検査までの間にてクリープ損傷リスクが低い場合は、プラント全体の運転温度を下げることで、金属製筒部材のメタル温度を下げ、クリープ損傷リスクを低減する対策を講じることが一般的である。ただし、プラント全体の運転温度を下げることは、プラントの運転効率の低下となるという問題がある。

　なお、例えば、特許文献３には、配管に関し、放熱フィンにより配管の熱を放熱することが示されている。

特開２００４－８５３４７号公報特開２００８－１２２３４５号公報特開２００３－１１３９８９号公報

　特許文献３に示されるように、放熱フィンにより配管を冷却することが可能であるが、配管が熱変形し、この熱変形の影響が放熱フィンに及ぶ場合、冷却性能が低下するおそれがある。

　本発明は、上述した課題を解決するものであり、高温環境下にある金属製筒部材が熱変形する場合であっても、冷却性能を維持することのできる冷却装置を提供することを目的とする。

　上述の目的を達成するために、本発明の冷却装置は、高温環境下にある金属製筒部材の表面に沿って面で接触して設けられる基台部材と、前記基台部材の表面に突出して設けられた放熱部材と、前記金属製筒部材から前記基台部材への熱伝達性を保持させる熱伝達保持手段と、を備えることを特徴とする。

　この冷却装置によれば、高温環境下にある金属製筒部材が熱変形する場合であっても、冷却性能を向上することができる。

　また、本発明の冷却装置では、前記熱伝達保持手段は、前記基台部材を前記金属製筒部材の表面に対して押圧する弾性部材を有することを特徴とする。

　この冷却装置によれば、高温により金属製筒部材が変形した場合に、熱伝達保持手段の弾性部材により金属製筒部材の表面に基台部材の接触した状態が維持されることになる。この結果、金属製筒部材から基台部材への熱伝達性を保持することができ、高温環境下にある金属製筒部材が熱変形する場合であっても、冷却性能を維持することができる。よって、クリープ損傷リスクが高い部分のメタル温度を下げ、クリープ損傷リスクを低減することができる。

　また、本発明の冷却装置では、前記熱伝達保持手段は、前記基台部材と前記金属製筒部材との間に設けられて前記金属製筒部材の温度上昇に伴って軟化する軟化部材を有することを特徴とする。

　この冷却装置によれば、高温により金属製筒部材が変形しても、熱伝達保持手段の軟化部材が温度上昇に伴って軟化することで、金属製筒部材の表面と基台部材の内面との熱的な繋がりを軟化部材が維持することになる。この結果、金属製筒部材から基台部材への熱伝達性を保持することができ、高温環境下にある金属製筒部材が熱変形する場合であっても、冷却性能を維持することができる。よって、クリープ損傷リスクが高い部分のメタル温度を下げ、クリープ損傷リスクを低減することができる。

　また、本発明の冷却装置では、前記熱伝達保持手段は、前記基台部材と前記金属製筒部材との間に設けられて前記金属製筒部材の熱変形に追従して変形する変形部材を有することを特徴とする。

　この冷却装置によれば、高温により金属製筒部材が変形した場合に、熱伝達保持手段の変形部材が変形することで、金属製筒部材の表面と基台部材の内面との熱的な繋がりを変形部材が維持することになる。この結果、金属製筒部材から基台部材への熱伝達性を保持することができ、高温環境下にある金属製筒部材が熱変形する場合であっても、冷却性能を維持することができる。よって、クリープ損傷リスクが高い部分のメタル温度を下げ、クリープ損傷リスクを低減することができる。

　また、本発明の冷却装置では、前記放熱部材は、鉛直方向に延在する板材として形成され、かつ前記板材が水平方向に複数並設されることを特徴とする。

　この冷却装置によれば、放熱部材の板材が鉛直方向に延在し、水平方向に複数並設されることで、自然対流熱伝達を促進するため、冷却性能を向上することができる。

　また、本発明の冷却装置では、前記放熱部材は、前記金属製筒部材の中心軸線に沿って螺旋状に設けられることを特徴とする。

　この冷却装置によれば、放熱部材の板材の間を流れる空気の流速分布が均一化されるため、冷却性能を向上することができる。

　また、本発明の冷却装置では、前記放熱部材は、延在方向に沿ってスリットが複数形成されることを特徴とする。

　この冷却装置によれば、高温環境下にある金属製筒部材が熱変形した場合、スリットにより放熱部材が追従して変形可能であるため、放熱部材がクリープ損傷リスクの高い部分を締め付けて圧縮力をかける事態を防ぐことができる。この結果、クリープ損傷リスクの高い部分が損傷する事態を抑制することができる。

　また、本発明の冷却装置では、前記放熱部材の下方に配置されて中空形状の側方または上方に開口孔が設けられる送風管と、前記送風管に空気を供給する送風機と、を備える送風機構を有することを特徴とする。

　この冷却装置によれば、送風管の開口孔から吐出された空気が、放熱部材の周囲や放熱部材の板材間を上昇することで、基台部材および放熱部材の下側から周囲の空間を換気する。この結果、金属製筒部材から基台部材への熱伝達性を保持することができ、高温環境下にある金属製筒部材が熱変形する場合であっても、冷却性能を維持することができる。よって、クリープ損傷リスクが高い部分のメタル温度を下げ、クリープ損傷リスクを低減することができる。

　また、本発明の冷却装置では、前記送風機構は、前記放熱部材の外側であって前記金属製筒部材の周囲を覆うように設けられたカバーを備え、当該カバーの内部に前記送風管が設けられ、前記カバーの上部に通風孔が形成されていることを特徴とする。

　この冷却装置によれば、送風機構がカバーを備えることで、空気の流れを案内することができ、換気による金属製筒部材から基台部材への熱伝達性を保持する効果を顕著に得ることができる。

　また、本発明の冷却装置では、前記送風機構は、前記カバーの前記通風孔の上方に被さるフードを備えることを特徴とする。

　この冷却装置によれば、送風機構がフードを備えることで、カバーの貫通孔への塵埃の侵入を防ぐことができる。

　また、本発明の冷却装置では、前記金属製筒部材の外側を囲むヘッダ管と、前記金属製筒部材側に吐出口を向けて前記ヘッダ管に配置される吐出ノズルと、前記ヘッダ管に空気を供給する送風機と、を備える空冷機構を有することを特徴とする。

　この冷却装置によれば、吐出ノズルから吐出された空気により金属製筒部材が冷却される。この結果、金属製筒部材を冷却する冷却性能を向上することができる。よって、クリープ損傷リスクが高い部分のメタル温度を下げ、クリープ損傷リスクを低減することができる。

　また、本発明の冷却装置では、前記空冷機構の前記吐出ノズルの吐出口が向く側において、少なくとも前記基台部材が除かれて配置されることを特徴とする。

　この冷却装置によれば、金属製筒部材を冷却する冷却性能をより向上することができる。

　上述の目的を達成するために、本発明の冷却装置は、高温環境下にある金属製筒部材の表面に非接触な状態で当該金属製筒部材の外側を囲むヘッダ管と、前記金属製筒部材の表面に吐出口を向けて前記ヘッダ管に配置される吐出ノズルと、前記ヘッダ管に空気を供給する送風機と、を備えることを特徴とする。

　この冷却装置によれば、空冷機構のヘッダ管の吐出ノズルから吐出された空気が金属製筒部材に衝突することで、金属製筒部材が冷却される。この結果、金属製筒部材を冷却する冷却性能を維持することができる。よって、クリープ損傷リスクが高い部分のメタル温度を下げ、クリープ損傷リスクを低減することができる。しかも、この冷却装置によれば、ヘッダ管が金属製筒部材の表面に非接触な状態で金属製筒部材の外側を囲むことから、高温環境下にある金属製筒部材が熱変形する場合であっても、ヘッダ管が金属製筒部材に接触する事態を防ぐため、金属製筒部材を冷却する冷却性能を維持することができる。

　また、本発明の冷却装置では、前記ヘッダ管と前記金属製筒部材との間であって前記金属製筒部材の表面に突出して設けられた放熱部材を備えることを特徴とする。

　この冷却装置によれば、放熱部材を備えることで、熱伝達性が向上するため、冷却性能を向上することができる。また、熱伝達性が向上するため、空冷機構における空気の流量を抑えて設備コストを低減することができる。

　また、本発明の冷却装置では、前記ヘッダ管と前記送風機とを繋ぐ給気管に設けられた流量調整部と、前記ヘッダ管に供給される空気の流量または前記金属製筒部材の温度を取得して前記流量または前記温度に応じて前記流量調整部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

　この冷却装置によれば、金属製筒部材を冷却する冷却性能を維持することができる。

　本発明によれば、高温環境下にある金属製筒部材が熱変形する場合であっても、冷却性能を維持することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る冷却装置が適用される金属製筒部材の概略構成図である。図２は、本発明の実施形態に係る冷却装置が適用される金属製筒部材の概略構成図である。図３は、本発明の実施形態１に係る冷却装置の概略構成図である。図４は、図３におけるＡ－Ａ断面図である。図５は、本発明の実施形態１に係る冷却装置の概略構成図である。図６は、本発明の実施形態１に係る冷却装置の概略構成図である。図７は、本発明の実施形態２に係る冷却装置の概略構成図である。図８は、図７におけるＢ－Ｂ断面図である。図９は、本発明の実施形態２に係る冷却装置の概略構成図である。図１０は、本発明の実施形態２に係る冷却装置の概略構成図である。図１１は、本発明の実施形態３に係る冷却装置の概略構成図である。図１２は、本発明の実施形態４に係る冷却装置の概略構成図である。図１３は、本発明の実施形態５に係る冷却装置の概略構成図である。図１４は、本発明の実施形態６に係る冷却装置の概略構成図である。図１５は、本発明の実施形態６に係る冷却装置の概略構成図である。図１６は、本発明の実施形態６に係る冷却装置の概略構成図である。図１７は、本発明の実施形態７に係る冷却装置の概略構成図である。図１８は、本発明の実施形態８に係る冷却装置の概略構成図である。図１９は、本発明の実施形態９に係る冷却装置の概略構成図である。

　以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

　図１および図２は、本実施形態に係る冷却装置が適用される金属製筒部材の概略構成図である。

　図１および図２において例示される金属製筒部材１００は、火力発電プラントや原子力発電プラントや化学プラントなどのプラントで用いられる配管として構成されている。この金属製筒部材１００は、その内部に高温高圧の流体（例えば、水蒸気）が送られる。すなわち、金属製筒部材１００は、高温環境下にある。この金属製筒部材１００は、周囲への温度の影響を抑制するために保温材１０１で周囲が覆われている。なお、金属製筒部材１００は、配管の他、内部に高温高圧の流体が貯留される容器であってもよい。

　このように、高温環境下にある金属製筒部材１００は、高温環境下で長時間使用されるとクリープ損傷が進行してクリープボイドが発生し、このクリープボイドがつながることで亀裂が生じ、最終的には破断に至る。こうした破断を防止するため、定期的な非破壊検査によりクリープボイドの成長度合いを分析して金属製筒部材ごとのクリープ損傷度を導出し、金属製筒部材１００の余寿命評価を行っている。具体的には、図２に示すように、クリープ損傷リスクが高い箇所である溶接部１０２の近傍を覆う保温材１０１を除去する。図２では、配管である金属製筒部材１００の周方向に設けられた溶接部１０２の近傍を覆う保温材１０１が、溶接部１０２およびその近傍を表出させるように周方向に連続して除去された状態を示している。

　そして、非破壊検査の結果、次の定期検査までの間にてクリープ損傷リスクが高い場合は、金属製筒部材の取り替えを行うが、次の定期検査までの間にてクリープ損傷リスクが高くなるおそれのある場合は、以下に説明する冷却装置を適用する。

［実施形態１］
　図３は、本実施形態に係る冷却装置の概略構成図である。図４は、図３におけるＡ－Ａ断面図である。図５は、本実施形態に係る冷却装置の概略構成図である。図６は、本実施形態に係る冷却装置の概略構成図である。

　図３から図６に示す冷却装置１は、水平方向Ｈを主方向とする方向に金属製筒部材１００の表面が連続する場合に適用される。水平方向Ｈを主方向とする方向とは、水平方向Ｈ、および水平方向Ｈに対して４５度未満傾斜する方向をいう。図３および図６に示す金属製筒部材１００は、中心軸線Ｓが水平方向Ｈに延在するように配置されている。

　図３および図４に示すように、冷却装置１は、基台部材２と、放熱部材３と、熱伝達保持手段４と、を備える。

　基台部材２は、金属により板状に形成され、熱変形する以前の金属製筒部材１００の表面１００Ａに沿って面で接触するように、金属製筒部材１００の表面１００Ａに接触する内面２Ａが、金属製筒部材１００の表面１００Ａの形状に倣って形成されている。本実施形態では、基台部材２は、図４に示すように、金属製筒部材１００が配管とされており、この配管の表面１００Ａの形状に倣って円筒形状の内面２Ａの径（内径）が配管の表面１００Ａの外径に一致するように形成されている。そして、基台部材２は、円筒形状が径方向で分割（本実施形態では２分割）され、それぞれの各分割端に設けられたフランジ２Ｂ同士が重ねられ、各フランジ２Ｂを貫通するボルト４１、および当該ボルト４１に螺合するナット４２により分割されたそれぞれが結合されている。

　放熱部材３は、基台部材２の表面２Ｃに突出して設けられている。放熱部材３は、金属によりなる板材として構成され、図３に示すように、鉛直方向Ｐに延在（水平方向Ｈに９０度交差）して設けられ、かつ水平方向Ｈに複数並設されている。また、放熱部材３は、金属によりなる板材として構成され、図５に示すように、金属製筒部材１００の中心軸線Ｓに沿って螺旋状に配置されている。また、放熱部材３は、図６に示すように、板材の延在方向に沿ってスリット３Ａが複数形成されている。スリット３Ａは、放熱部材３の突出端から基台部材２の表面２Ｃ側に向かって形成され、基台部材２の表面２Ｃに至っていても至らなくてもよい。

　なお、放熱部材３は、基台部材２と同じ材料により一体または別体に成形されていても、基台部材２と異なる材料により別体に成形されていてもよい。また、放熱部材３は、板材に限らず、図には明示しないが、棒形状であってもよい。さらに、放熱部材３は、図には明示しないが、断面が中空形状であってもよい。

　熱伝達保持手段４は、金属製筒部材１００から基台部材２への熱伝達性を保持させるものである。熱伝達保持手段４は、図４に示したように、基台部材２が、熱変形する以前の金属製筒部材１００である配管の表面１００Ａの形状に倣って円筒形状の内面２Ａの径（内径）が配管の表面１００Ａの外径に一致するように形成されていること、および、基台部材２が、円筒形状を径方向で分割し、それぞれの各分割端に設けられたフランジ２Ｂ同士を重ねて、各フランジ２Ｂを貫通するボルト４１、および当該ボルト４１に螺合するナット４２により分割されたそれぞれを結合していること、により構成されている。即ち、ここでの熱伝達保持手段４は、基台部材２が、熱変形する以前の金属製筒部材１００の表面１００Ａの形状に倣って内面２Ａが形成され、かつ分割端の各フランジ２Ｂがボルト４１およびナット４２により結合されているため、高温により金属製筒部材１００が変形した場合に、実質締まりばめとして金属製筒部材１００の表面１００Ａに接触した状態が維持されることになる。この結果、金属製筒部材１００から基台部材２への熱伝達性を保持することができ、高温環境下にある金属製筒部材１００が熱変形する場合であっても、冷却性能を維持することができる。よって、クリープ損傷リスクが高い部分のメタル温度を下げ、クリープ損傷リスクを低減することができる。

　このように、本実施形態の冷却装置１は、高温環境下にある金属製筒部材１００の表面１００Ａに沿って面で接触して設けられる基台部材２と、基台部材２の表面２Ｃに突出して設けられた放熱部材３と、金属製筒部材１００から基台部材２への熱伝達性を保持させる熱伝達保持手段４と、を備えることで、高温環境下にある金属製筒部材１００が熱変形する場合であっても、冷却性能を向上することができる。

　また、本実施形態の冷却装置１では、放熱部材３は、鉛直方向Ｐに延在する板材として形成され、かつ板材が水平方向Ｈに複数並設される。

　この冷却装置１によれば、放熱部材３の板材が鉛直方向Ｐに延在し、水平方向Ｈに複数並設されることで、自然対流熱伝達を促進するため、冷却性能を向上することができる。

　また、本実施形態の冷却装置１では、放熱部材３は、金属製筒部材１００の中心軸線Ｓに沿って螺旋状に設けられる。

　この冷却装置１によれば、放熱部材３の板材の間を流れる空気の流速分布が均一化されるため、冷却性能を向上することができる。

　また、本実施形態の冷却装置１では、放熱部材３は、板材の延在方向に沿ってスリット３Ａが複数形成される。

　この冷却装置１によれば、高温環境下にある金属製筒部材１００が熱変形した場合、スリット３Ａにより放熱部材３が追従して変形可能であるため、放熱部材３がクリープ損傷リスクの高い部分を締め付けて圧縮力をかける事態を防ぐことができる。この結果、クリープ損傷リスクの高い部分が損傷する事態を抑制することができる。なお、スリット３Ａは切り込みとして形成されていても同様の効果を奏する。

［実施形態２］
　図７は、本実施形態に係る冷却装置の概略構成図である。図８は、図７におけるＢ－Ｂ断面図である。図９は、本実施形態に係る冷却装置の概略構成図である。図１０は、本実施形態に係る冷却装置の概略構成図である。

　図７から図１０に示す冷却装置１は、鉛直方向Ｐを主方向とする方向に金属製筒部材１００の表面が連続する場合に適用される。鉛直方向Ｐを主方向とする方向とは、鉛直方向Ｐ、および鉛直方向Ｐに対して４５度未満傾斜する方向をいう。図７および図１０に示す金属製筒部材１００は、中心軸線Ｓが鉛直方向Ｐに延在するように配置されている。なお、鉛直方向Ｐに対して４５度傾斜する方向は、水平方向Ｈに対して４５度傾斜する方向と同じであり、本実施形態または上述した実施形態１のいずれかの冷却装置１が適用される。

　図７から図９に示すように、冷却装置１は、基台部材２と、放熱部材３と、熱伝達保持手段４（図８参照）と、を備える。

　基台部材２は、金属により板状に形成され、熱変形する以前の金属製筒部材１００の表面１００Ａに沿って面で接触するように、金属製筒部材１００の表面１００Ａに接触する内面２Ａが、金属製筒部材１００の表面１００Ａの形状に倣って形成されている。本実施形態では、基台部材２は、図８に示すように、金属製筒部材１００が配管とされており、この配管の表面１００Ａの形状に倣って円筒形状の内面２Ａの径（内径）が配管の表面１００Ａの外径に一致するように形成されている。そして、基台部材２は、円筒形状が径方向で分割（本実施形態では２分割）され、それぞれの各分割端に設けられたフランジ２Ｂ同士が重ねられ、各フランジ２Ｂを貫通するボルト４１、および当該ボルト４１に螺合するナット４２により分割されたそれぞれが結合されている。

　放熱部材３は、基台部材２の表面２Ｃに突出して設けられている。放熱部材３は、金属によりなる板材として構成され、図７および図９に示すように、鉛直方向Ｐに延在（水平方向Ｈに９０度交差）して設けられ、かつ水平方向Ｈに複数並設されている。また、放熱部材３は、図１０に示すように、板材の延在方向に沿ってスリット３Ａが複数形成されている。スリット３Ａは、放熱部材３の突出端から基台部材２の表面２Ｃ側に向かって形成され、基台部材２の表面２Ｃに至っていても至らなくてもよい。

　熱伝達保持手段４は、金属製筒部材１００から基台部材２への熱伝達性を保持させるものである。熱伝達保持手段４は、図８に示したように、基台部材２が、熱変形する以前の金属製筒部材１００である配管の表面１００Ａの形状に倣って円筒形状の内面２Ａの径（内径）が配管の表面１００Ａの外径に一致するように形成されていること、および、基台部材２が、円筒形状を径方向で分割し、それぞれの各分割端に設けられたフランジ２Ｂ同士を重ねて、各フランジ２Ｂを貫通するボルト４１、および当該ボルト４１に螺合するナット４２により分割されたそれぞれを結合していること、により構成されている。即ち、ここでの熱伝達保持手段４は、基台部材２が、熱変形する以前の金属製筒部材１００の表面１００Ａの形状に倣って内面２Ａが形成され、かつ分割端の各フランジ２Ｂがボルト４１およびナット４２により結合されているため、高温により金属製筒部材１００が変形した場合に、実質締まりばめとして金属製筒部材１００の表面１００Ａに接触した状態が維持されることになる。この結果、金属製筒部材１００から基台部材２への熱伝達性を保持することができ、高温環境下にある金属製筒部材１００が熱変形する場合であっても、冷却性能を維持することができる。よって、クリープ損傷リスクが高い部分のメタル温度を下げ、クリープ損傷リスクを低減することができる。

　この冷却装置１によれば、高温環境下にある金属製筒部材１００が熱変形することにより、基台部材２を介して放熱部材３が変形した場合、スリット３Ａが放熱部材３の変形を抑制する。この結果、高温環境下にある金属製筒部材１００が熱変形する場合であっても、冷却性能を維持することができる。

［実施形態３］
　図１１は、本実施形態に係る冷却装置の概略構成図である。なお、本実施形態は、上述した実施形態に対して熱伝達保持手段４が異なり、その他の構成は同様である。従って、以下では、熱伝達保持手段４について説明し、その他の同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。また、図１１では、図４に示す実施形態の変形例とし示しているが、これに限定されるものではなく、他の図に示す実施形態の変形例としてもよい。

　熱伝達保持手段４は、金属製筒部材１００から基台部材２への熱伝達性を保持させるものである。熱伝達保持手段４は、図１１に示すように、基台部材２が、熱変形する以前の金属製筒部材１００の表面１００Ａに沿って面で接触するように、金属製筒部材１００の表面１００Ａに接触する内面２Ａが、金属製筒部材１００の表面１００Ａの形状に倣って形成されている。本実施形態では、基台部材２は、図８に示すように、金属製筒部材１００が配管とされており、この配管の表面１００Ａの形状に倣って円筒形状の内面２Ａの径（内径）が配管の表面１００Ａの外径に一致するように形成されている。そして、基台部材２は、円筒形状が径方向で分割（本実施形態では２分割）され、それぞれの各分割端に設けられたフランジ２Ｂ同士が重ねられ、各フランジ２Ｂを貫通するボルト４１、および当該ボルト４１に螺合するナット４２により分割されたそれぞれが結合されている。また、本実施形態の熱伝達保持手段４は、ボルト４１の頭部とフランジ２Ｂとの間に弾性手段であるバネ４３が設けられている。バネ４３は、圧縮バネであり、ボルト４１の頭部とナット４２との間で各フランジ２Ｂが互いに近づく方向に押圧し、これにより基台部材２を金属製筒部材１００の表面１００Ａに対して押圧する。なお、バネ４３は、コイルバネや板バネなどがある。

　このような冷却装置１によれば、高温により金属製筒部材１００が変形した場合に、熱伝達保持手段４のバネ４３により金属製筒部材１００の表面１００Ａに基台部材２の接触した状態が維持されることになる。この結果、金属製筒部材１００から基台部材２への熱伝達性を保持することができ、高温環境下にある金属製筒部材１００が熱変形する場合であっても、冷却性能を維持することができる。よって、クリープ損傷リスクが高い部分のメタル温度を下げ、クリープ損傷リスクを低減することができる。

［実施形態４］
　図１２は、本実施形態に係る冷却装置の概略構成図である。なお、本実施形態は、上述した実施形態に対して熱伝達保持手段４が異なり、その他の構成は同様である。従って、以下では、熱伝達保持手段４について説明し、その他の同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。また、図１２では、図３に示す実施形態の変形例とし示しているが、これに限定されるものではなく、他の図に示す実施形態の変形例としてもよい。

　熱伝達保持手段４は、金属製筒部材１００から基台部材２への熱伝達性を保持させるものである。熱伝達保持手段４は、金属製筒部材１００の表面１００Ａと基台部材２の内面２Ａとの間に軟化部材４４が充填されている。軟化部材４４は、金属製筒部材１００の温度上昇に伴って軟化するもので、金属材や溶射層がある。ここで、金属材や溶射層は、例えば、金属製筒部材１００の内部の流体温度に対して１００℃以上２００℃以下程度を加えた融点であることが好ましく、流体温度が５００℃であればアルミニウム合金（融点６６０℃）、流体温度が６５０℃であれば黄銅（融点９００℃）などが挙げられる。

　このような冷却装置１によれば、高温により金属製筒部材１００が変形しても、熱伝達保持手段４の軟化部材４４が温度上昇に伴って軟化することで、金属製筒部材１００の表面１００Ａと基台部材２の内面２Ａとの熱的な繋がりを軟化部材４４が維持することになる。この結果、金属製筒部材１００から基台部材２への熱伝達性を保持することができ、高温環境下にある金属製筒部材１００が熱変形する場合であっても、冷却性能を維持することができる。よって、クリープ損傷リスクが高い部分のメタル温度を下げ、クリープ損傷リスクを低減することができる。

［実施形態５］
　図１３は、本実施形態に係る冷却装置の概略構成図である。なお、本実施形態は、上述した実施形態に対して熱伝達保持手段４が異なり、その他の構成は同様である。従って、以下では、熱伝達保持手段４について説明し、その他の同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。また、図１３では、図３に示す実施形態の変形例とし示しているが、これに限定されるものではなく、他の図に示す実施形態の変形例としてもよい。

　熱伝達保持手段４は、金属製筒部材１００から基台部材２への熱伝達性を保持させるものである。熱伝達保持手段４は、金属製筒部材１００の表面１００Ａと基台部材２の内面２Ａとの間に、金属製筒部材１００の熱変形に追従して変形する変形部材４５が設けられている。変形部材４５は、金属製筒部材１００の表面１００Ａまたは基台部材２の内面２Ａに取り付けられたものでもよく、金属製筒部材１００および基台部材２とは別に金属製筒部材１００の表面１００Ａと基台部材２の内面２Ａとの間に配置されたものでもよい。変形部材４５は、金属製筒部材１００および基台部材２よりも低剛性のものであり、金属製筒部材１００の径方向に変形することのできる板状部材が好ましく、変形がしやすいように金属製筒部材１００の径方向に湾曲や屈曲した形状がより好ましい。また、変形部材４５は、金属製筒部材１００の内部の流体温度に影響を受けにくいように低融点金属が用いられることが好ましい。ここで、低融点金属は、例えば、金属製筒部材１００の内部の流体温度に対して１００℃以上２００℃以下程度を加えた融点であることが好ましく、流体温度が５００℃であればアルミニウム合金（融点６６０℃）、流体温度が６５０℃であれば黄銅（融点９００℃）などが挙げられる。

　このような冷却装置１によれば、高温により金属製筒部材１００が変形した場合に、熱伝達保持手段４の変形部材４５が変形することで、金属製筒部材１００の表面１００Ａと基台部材２の内面２Ａとの熱的な繋がりを変形部材４５が維持することになる。この結果、金属製筒部材１００から基台部材２への熱伝達性を保持することができ、高温環境下にある金属製筒部材１００が熱変形する場合であっても、冷却性能を維持することができる。よって、クリープ損傷リスクが高い部分のメタル温度を下げ、クリープ損傷リスクを低減することができる。

［実施形態６］
　図１４は、本実施形態に係る冷却装置の概略構成図である。図１５は、本実施形態に係る冷却装置の概略構成図である。図１６は、本実施形態に係る冷却装置の概略構成図である。なお、本実施形態は、上述した実施形態に対して送風機構５を有することが異なり、その他の構成は同様である。従って、以下では、送風機構５について説明し、その他の同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。また、図１４、図１５、図１６では、図３、図４、図７に示す実施形態の変形例とし示しているが、これに限定されるものではなく、他の図に示す実施形態の変形例としてもよい。

　送風機構５は、カバー５１と、送風管５２と、送風機５３と、給気管５４と、フード５５と、を有する。

　カバー５１は、放熱部材３の外側であって冷却装置１を含む金属製筒部材１００の周囲を覆うように設けられる。カバー５１は、金属製筒部材１００の周囲を覆う円筒形状に形成され、その上部に通風孔５１Ａが貫通して設けられている。また、カバー５１は、金属製筒部材１００（図１４では保温材１０１）に対して所定の隙間５１Ｂが設けられている。隙間５１Ｂは、高温環境下にある金属製筒部材１００が熱変形した場合に金属製筒部材１００（または保温材１０１）に接触する事態を回避するように設定されている。

　送風管５２は、放熱部材３の外側であって冷却装置１の下方に配置される。送風管５２は、カバー５１の内部下方に配置される。送風管５２は、中空形状に形成されて側方または上方に向けて開口孔５２Ａが貫通して設けられている。

　送風機５３は、送風管５２に空気を供給するもので、給気管５４を介して送風管５２と連結されている。

　フード５５は、カバー５１の上方であって、通風孔５１Ａの上方に被さるようにカバー５１と所定間隔をおいて設けられる。

　この送風機構５は、送風機５３により給気管５４を介して送風管５２の内部に空気が供給され、この空気が開口孔５２Ａから側方または上方に向けて吐出される。送風管５２の開口孔５２Ａから吐出された空気は、カバー５１の内部を上昇し、通風孔５１Ａからカバー５１の外側に排出される。

　なお、カバー５１およびフード５５は、設けなくてもよく、この場合、送風管５２の開口孔５２Ａは、上方に向けて設けられる。

　ところで、図１６では、金属製筒部材１００が鉛直方向Ｐに中心軸線Ｓが延在するように配置されている。この場合、送風管５２は、放熱部材３の外側であって冷却装置１の下方において、金属製筒部材１００の周囲を覆う環状に形成される。

　このような冷却装置１によれば、送風管５２の開口孔５２Ａから吐出された空気が、放熱部材３の周囲や放熱部材３の板材間を上昇することで、基台部材２および放熱部材３の下側から周囲の空間を換気する。この結果、金属製筒部材１００から基台部材２への熱伝達性を保持することができ、高温環境下にある金属製筒部材１００が熱変形する場合であっても、冷却性能を維持することができる。よって、クリープ損傷リスクが高い部分のメタル温度を下げ、クリープ損傷リスクを低減することができる。

　また、この冷却装置１では、送風機構５がカバー５１を備えることで、空気の流れを案内することができ、換気による金属製筒部材１００から基台部材２への熱伝達性を保持する効果を顕著に得ることができる。

　また、この冷却装置１では、送風機構５がフード５５を備えることで、カバー５１の通風孔５１Ａへの塵埃の侵入を防ぐことができる。

　なお、送風機構５は、空気が放熱部材３に沿って下方から上方に適宜流れるように、放熱部材３を鉛直方向Ｐに延在する板材とした冷却装置１に適用することが好ましい。

［実施形態７］
　図１７は、本実施形態に係る冷却装置の概略構成図である。なお、本実施形態は、上述した実施形態に対して空冷機構６を有することが異なり、その他の構成は同様である。従って、以下では、空冷機構６について説明し、その他の同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。また、図１７では、図３に示す実施形態の変形例とし示しているが、これに限定されるものではなく、他の図に示す実施形態の変形例としてもよい。

　空冷機構６は、ヘッダ管６１と、吐出ノズル６２と、送風機６３と、給気管６４と、流量調整部６５と、圧力検出部６６と、ヘッダ管温度検出部６７、金属製筒部材温度検出部６８と、制御部６９と、を有する。

　ヘッダ管６１は、放熱部材３の外側であって冷却装置１を含む金属製筒部材１００の外側を囲むように環状に設けられる。ヘッダ管６１は、中空形状に形成されている。また、ヘッダ管６１は、図には明示しないが、放熱部材３の外側であって冷却装置１を含み金属製筒部材１００に非接触な状態で、金属製筒部材１００やその他の部材に対して支持部材により支持される。

　吐出ノズル６２は、金属製筒部材１００側に吐出口を向けてヘッダ管６１に配置されている。

　送風機６３は、ヘッダ管６１に空気を供給するもので、給気管６４を介してヘッダ管６１と連結されている。

　流量調整部６５は、給気管６４に設けられ、給気管６４を通じてヘッダ管６１に至る空気の流量を調整するものである。流量調整部６５は、流量調整弁により構成される。

　圧力検出部６６は、ヘッダ管６１の内部の圧力を検出する。

　ヘッダ管温度検出部６７は、ヘッダ管６１の内部の温度を検出する。

　金属製筒部材温度検出部６８は、金属製筒部材１００の表面１００Ａの温度を検出する。

　制御部６９は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、ＲＯＭ（Read　0nly　Memory）やＲＡＭ（Random　Access　Memory）などの演算処理機能と、記憶機能と、を備えて構成される。制御部６９は、送風機６３の駆動を制御する。また、制御部６９は、圧力検出部６６により検出されるヘッダ管６１の内部の圧力から外気圧とヘッダ管６１の内部の圧力差を算出する。また、制御部６９は、ヘッダ管温度検出部６７により検出されるヘッダ管６１の内部の温度と、先に算出した圧力差と、に基づいてヘッダ管６１に供給される空気の流量を算出する。そして、制御部６９は、算出した流量に基づいて、ヘッダ管６１に供給される空気の流量が、吐出ノズル６２から吐出されて金属製筒部材１００を冷却するための必要な空気の流量となるように、流量調整部６５を制御することができる。また、制御部６９は、金属製筒部材温度検出部６８により検出される金属製筒部材１００の表面１００Ａの温度に基づいて、吐出ノズル６２から吐出されて金属製筒部材１００を冷却するための必要な空気の流量となるように、流量調整部６５を制御することもできる。

　このような冷却装置１によれば、金属製筒部材１００の外側を囲むヘッダ管６１と、金属製筒部材１００側に吐出口を向けてヘッダ管６１に配置される吐出ノズル６２と、ヘッダ管６１に空気を供給する送風機６３と、を備える空冷機構６を有することで、吐出ノズル６２から吐出された空気により金属製筒部材１００が冷却される。この結果、金属製筒部材１００を冷却する冷却性能を向上することができる。よって、クリープ損傷リスクが高い部分のメタル温度を下げ、クリープ損傷リスクを低減することができる。

　また、本実施形態の冷却装置１では、流量調整部６５と、ヘッダ管６１に供給される空気の流量または金属製筒部材１００の温度を取得して、流量または温度に応じて流量調整部６５を制御する制御部６９と、を備えることが好ましい。

　この冷却装置１によれば、金属製筒部材１００を冷却する冷却性能を維持することができる。

　また、本実施形態の冷却装置１では、図１７に示すように、空冷機構６の吐出ノズル６２の吐出口が向く側において、少なくとも基台部材２が除かれて配置されることが好ましい。少なくとも基台部材２とは、基台部材２のみ、または基台部材２および放熱部材３を意味する。すなわち、空冷機構６の吐出ノズル６２の吐出口が向く側に、基台部材２のみ、または基台部材２および放熱部材３が除かれた形態となる。図１７では、基台部材２を貫通部２Ｄが複数設けられた多孔板とすることで実施している。なお、基台部材２のみ、または基台部材２および放熱部材３が除かれた形態は、クリープ損傷リスクが高い部分である溶接部１０２が表出されることが好ましい。

　この冷却装置１によれば、金属製筒部材１００を冷却する冷却性能をより向上することができる。

［実施形態８］
　図１８は、本実施形態に係る冷却装置の概略構成図である。なお、本実施形態は、上述した実施形態７の空冷機構６を有しているが、基台部材２、放熱部材３、および熱伝達保持手段４を有していない。また、図１８では、中心軸線Ｓが水平方向Ｈを主方向として配置された金属製筒部材１００に空冷機構６を備えた形態を示しているが、これに限定されるものではなく、中心軸線Ｓが鉛直方向Ｐを主方向として配置された金属製筒部材１００に空冷機構６を適用してもよい。

　本実施形態の冷却装置１０は、図１８に示すように、高温環境下にある金属製筒部材１００の表面１００Ａに非接触な状態で金属製筒部材１００の外側を囲むヘッダ管６１と、金属製筒部材１００の表面１００Ａに吐出口を向けてヘッダ管６１に配置される吐出ノズル６２と、ヘッダ管６１に空気を供給する送風機６３と、を備える。

　この冷却装置１０によれば、空冷機構６のヘッダ管６１の吐出ノズル６２から吐出された空気が金属製筒部材１００に衝突することで、金属製筒部材１００が冷却される。この結果、金属製筒部材１００を冷却する冷却性能を維持することができる。よって、クリープ損傷リスクが高い部分のメタル温度を下げ、クリープ損傷リスクを低減することができる。しかも、この冷却装置１０によれば、ヘッダ管６１が金属製筒部材１００の表面１００Ａに非接触な状態で金属製筒部材１００の外側を囲むことからも、高温環境下にある金属製筒部材１００が熱変形する場合であっても、ヘッダ管６１が金属製筒部材１００に接触する事態を防ぐため、金属製筒部材１００を冷却する冷却性能を維持することができる。

　また、本実施形態の冷却装置１０では、流量調整部６５と、ヘッダ管６１に供給される空気の流量または金属製筒部材１００の温度を取得して、流量または温度に応じて流量調整部６５を制御する制御部６９と、を備えることが好ましい。

　この冷却装置１０によれば、金属製筒部材１００を冷却する冷却性能を維持することができる。

［実施形態９］
　図１９は、本実施形態に係る冷却装置の概略構成図である。なお、本実施形態は、上述した実施形態８に対して放熱部材７０を有することが異なり、その他の構成は同様である。従って、以下では、放熱部材７０について説明し、その他の同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。また、図１９では、中心軸線Ｓが水平方向Ｈを主方向として配置された金属製筒部材１００に空冷機構６を備えた形態を示しているが、これに限定されるものではなく、中心軸線Ｓが鉛直方向Ｐを主方向として配置された金属製筒部材１００に空冷機構６を適用してもよい。

　本実施形態の冷却装置１０は、図１９に示すように、放熱部材７０が、ヘッダ管６１と金属製筒部材１００との間であって金属製筒部材１００の表面１００Ａに突出して設けられている。

　なお、放熱部材７０は、金属製筒部材１００と同じ材料により一体または別体に成形されていても、金属製筒部材１００と異なる材料により別体に成形されていてもよい。また、放熱部材７０は、板材に限らず、図には明示しないが、棒形状であってもよい。さらに、放熱部材７０は、図には明示しないが、断面が中空形状であってもよい。また、放熱部材７０は、図には明示しないが、中心軸線Ｓに沿って延在して設けられ、かつ金属製筒部材１００の周方向に複数並設されていてもよい。

　このような冷却装置１０によれば、放熱部材７０を備えることで、熱伝達性が向上するため、冷却性能を向上することができる。また、熱伝達性が向上するため、空冷機構６における空気の流量を抑えて設備コストを低減することができる。

　また、本実施形態の冷却装置１０では、放熱部材７０は、金属によりなる板材として構成され、金属製筒部材１００の中心軸線Ｓに沿って螺旋状に配置されてもよい。

　この冷却装置１０によれば、高温により金属製筒部材１００が変形した場合に、螺旋状の放熱部材７０が実質締まりばめとして金属製筒部材１００の表面１００Ａに接触した状態が維持されることになる。この結果、金属製筒部材１００から基台部材２への熱伝達性を保持することができ、高温環境下にある金属製筒部材１００が熱変形する場合であっても、冷却性能を維持することができる。よって、クリープ損傷リスクが高い部分のメタル温度を下げ、クリープ損傷リスクを低減することができる。

　１，１０　冷却装置
　２　基台部材
　２Ａ　内面
　２Ｂ　フランジ
　２Ｃ　表面
　２Ｄ　貫通部
　３　放熱部材
　３Ａ　スリット
　４　熱伝達保持手段
　４１　ボルト
　４２　ナット
　４３　バネ（弾性部材）
　４４　軟化部材
　４５　変形部材
　５　送風機構
　５１　カバー
　５１Ａ　通風孔
　５１Ｂ　隙間
　５２　送風管
　５２Ａ　開口孔
　５３　送風機
　５４　給気管
　５５　フード
　６　空冷機構
　６１　ヘッダ管
　６２　吐出ノズル
　６３　送風機
　６４　給気管
　６５　流量調整部
　６６　圧力検出部
　６７　ヘッダ管温度検出部
　６８　金属製筒部材温度検出部
　６９　制御部
　７０　放熱部材
　１００　金属製筒部材
　１００Ａ　表面
　１０１　保温材
　１０２　溶接部
　Ｈ　水平方向
　Ｐ　鉛直方向
　Ｓ　中心軸線

Claims

　高温環境下にある金属製筒部材の表面に沿って面で接触して設けられる基台部材と、
　前記基台部材の表面に突出して設けられた放熱部材と、
　前記金属製筒部材から前記基台部材への熱伝達性を保持させる熱伝達保持手段と、
　を備えることを特徴とする冷却装置。
　前記熱伝達保持手段は、前記基台部材を前記金属製筒部材の表面に対して押圧する弾性部材を有することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
　前記熱伝達保持手段は、前記基台部材と前記金属製筒部材との間に設けられて前記金属製筒部材の温度上昇に伴って軟化する軟化部材を有することを特徴とする請求項１または２に記載の冷却装置。
　前記熱伝達保持手段は、前記基台部材と前記金属製筒部材との間に設けられて前記金属製筒部材の熱変形に追従して変形する変形部材を有することを特徴とする請求項１または２に記載の冷却装置。
　前記放熱部材は、鉛直方向に延在する板材として形成され、かつ前記板材が水平方向に複数並設されることを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載の冷却装置。
　前記放熱部材は、前記金属製筒部材の中心軸線に沿って螺旋状に設けられることを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載の冷却装置。
　前記放熱部材は、延在方向に沿ってスリットが複数形成されることを特徴とする請求項５または６に記載の冷却装置。
　前記放熱部材の下方に配置されて中空形状の側方または上方に開口孔が設けられる送風管と、前記送風管に空気を供給する送風機と、を備える送風機構を有することを特徴とする請求項１～７のいずれか１つに記載の冷却装置。
　前記送風機構は、前記放熱部材の外側であって前記金属製筒部材の周囲を覆うように設けられたカバーを備え、当該カバーの内部に前記送風管が設けられ、前記カバーの上部に通風孔が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の冷却装置。
　前記送風機構は、前記カバーの前記通風孔の上方に被さるフードを備えることを特徴とする請求項９に記載の冷却装置。
　前記金属製筒部材の外側を囲むヘッダ管と、前記金属製筒部材側に吐出口を向けて前記ヘッダ管に配置される吐出ノズルと、前記ヘッダ管に空気を供給する送風機と、を備える空冷機構を有することを特徴とする請求項１～７のいずれか１つに記載の冷却装置。
　前記空冷機構の前記吐出ノズルの吐出口が向く側において、少なくとも前記基台部材が除かれて配置されることを特徴とする請求項１１に記載の冷却装置。
　高温環境下にある金属製筒部材の表面に非接触な状態で当該金属製筒部材の外側を囲むヘッダ管と、
　前記金属製筒部材の表面に吐出口を向けて前記ヘッダ管に配置される吐出ノズルと、
　前記ヘッダ管に空気を供給する送風機と、
　を備えることを特徴とする冷却装置。
　前記ヘッダ管と前記金属製筒部材との間であって前記金属製筒部材の表面に突出して設けられた放熱部材を備えることを特徴とする請求項１３に記載の冷却装置。
　前記ヘッダ管と前記送風機とを繋ぐ給気管に設けられた流量調整部と、
　前記ヘッダ管に供給される空気の流量または前記金属製筒部材の温度を取得して前記流量または前記温度に応じて前記流量調整部を制御する制御部と、
　を備えることを特徴とする請求項１１～１４のいずれか１つに記載の冷却装置。