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【発明の名称】 吊下型熱交換装置
【発明者】 【氏名】真鍋 幸聖

【氏名】時吉 巧

【氏名】田中 保幸

【氏名】大坪 浩一朗

【氏名】藤田 正昭
【要約】 【課題】吊下型熱交換装置において、支持枠に加わる曲げ応力の緩和、スキンケーシングの良好なスライド、パッキン間のガス漏れ防止を可能にすること。

【解決手段】伝熱管の上端が天井管よりも上方に配された管寄せ１３に固着され、該管寄せに取り付けられた吊棒により吊り下げられた発電用ボイラの吊下型熱交換装置であって、伝熱管の天井管よりも上方に突出した部分の周囲に配設された支持枠１５と、突出した部分全体を囲んで支持枠に対してスライド可能に設けられたスキンケーシングとを備え、支持枠は、管寄せに沿った方向に配設された平行支持枠１５ａと、管寄せに交差する方向に配設され平行支持枠および管寄せに接続された複数の交差支持枠１５ｂとを備え、複数の交差支持枠のうち少なくとも一部は、平行支持枠および管寄せとの接続部分を中心に回動可能に取り付けられた応力緩和支持枠である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 伝熱管の上端が天井管よりも上方に配された管寄せに固着され、該管寄せに取り付けられた吊棒により吊り下げられた発電用ボイラの吊下型熱交換装置であって、前記伝熱管の前記天井管よりも上方に突出した部分の周囲に配設された支持枠と、前記突出した部分全体を囲んで前記支持枠に対してスライド可能に設けられたスキンケーシングとを備え、前記支持枠は、前記管寄せに沿った方向に配設された平行支持枠と、前記管寄せに交差する方向に配設され前記平行支持枠および前記管寄せに接続された複数の交差支持枠とを備え、前記複数の交差支持枠のうち少なくとも一部は、前記平行支持枠および前記管寄せとの接続部分を中心に回動可能に取り付けられた応力緩和支持枠であることを特徴とする吊下型熱交換装置。
【請求項２】 請求項１記載の吊下型熱交換装置において、前記複数の交差支持枠のうち少なくとも前記管寄せの端部近傍に接続されたものが、前記応力緩和支持枠であることを特徴とする吊下型熱交換装置。
【請求項３】 請求項１または２記載の吊下型熱交換装置において、前記応力緩和支持枠は、ボルト止めによって接続されていることを特徴とする吊下型熱交換装置。
【請求項４】 伝熱管の上端が天井管よりも上方に配された管寄せに固着され、該管寄せに取り付けられた吊棒により吊り下げられた発電用ボイラの吊下型熱交換装置であって、前記伝熱管の前記天井管よりも上方に突出した部分の周囲に配設された支持枠と、前記突出した部分全体を囲んで前記支持枠に対してスライド可能に設けられたスキンケーシングとを備え、前記スキンケーシングは、押え板と前記支持枠との間に挟持され、前記スキンケーシングと前記押え板および前記支持枠との間には、スキンケーシングに対する摩擦係数が押え板および支持枠よりも低い低摩擦部材がそれぞれ介在されていることを特徴とする吊下型熱交換装置。
【請求項５】 請求項４記載の吊下型熱交換装置において、少なくとも前記スキンケーシングと前記支持枠との間に介在させた前記低摩擦部材は、スキンケーシングと支持枠との隙間を塞ぐパッキンであることを特徴とする吊下型熱交換装置。
【請求項６】 伝熱管の上端が天井管よりも上方に配された管寄せに固着され、該管寄せに取り付けられた吊棒により吊り下げられた発電用ボイラの吊下型熱交換装置であって、前記伝熱管の前記天井管よりも上方に突出した部分の周囲に配設された支持枠と、前記突出した部分全体を囲んで前記支持枠に対してスライド可能に設けられたスキンケーシングとを備え、前記スキンケーシングは、押え板と前記支持枠との間にパッキンを介して挟持され、該パッキンは、少なくとも前記管寄せに沿って前記スキンケーシングの一端から他端まで一体に形成されていることを特徴とする吊下型熱交換装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばボイラの吊下型過熱器・再熱器管のような吊下型熱交換装置であって、天井管よりも上方に突出配置された非加熱部に適用される支持およびシール構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】石炭焚きボイラ等の発電用ボイラには、吊下型の過熱器・再熱器等の吊下型熱交換装置が採用されている。従来の吊下型熱交換装置としては、例えば特開平１−３００１０２号公報に、伝熱管の天井管よりも上方に突出した部分全体を囲んだ支持枠にスキンケーシングが設けられ、該スキンケーシングが支持枠に対してスライド可能に取り付けられたものが提案されている。
【０００３】この吊下型熱交換装置は、天井管と伝熱管との間にそれぞれの熱膨張差を吸収するのに必要な隙間が確保されているとともに、ガスシールのためにスキンケーシングを設けたものであり、図９に示すように、スキンケーシング１を支持枠２と押え板３との間に挟んでボルトＢ１で締め付けるとともに、ボルトＢ１を挿通させるスキンケーシング１の穴をバカ穴１ａにしている。
【０００４】すなわち、バカ穴１ａによってスキンケーシング１が熱膨張時にスライド可能であるので、管寄せに近い部分と遠い部分とで温度差が生じるために熱膨張差でスキンケーシングが歪んでしまうことを防ぐことができるものである。なお、スキンケーシング１と支持枠２との間には、ガス漏れ防止のためにパッキン４が介在されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来の吊下型熱交換装置では、以下の課題が残されている。すなわち、図１０に示すように、スキンケーシングを取り付ける支持枠２は、互いに溶接によって固定されており、支持枠２にも管寄せ５との熱膨張差によって大きな曲げ応力が発生し、支持枠２が歪むおそれがあった。また、スキンケーシング１は、熱膨張に伴ってスライドするように取り付けされているが、金属の押え板３との摩擦によってスライドし難いという不都合があった。さらに、図１１に示すように、複数のパッキン４を並べて設置しており、このようにパッキン４が管寄せ５の軸方向に複数分割して並べられた場合、スキンケーシングがスライドした際に、パッキン４がスキンケーシングとともに滑り、パッキン４とパッキン４との間に隙間４ａが生じてガスや灰が漏れ易くなるおそれがあった。
【０００６】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、熱膨張時に生じる不具合の解消、すなわち支持枠に加わる曲げ応力の緩和、スキンケーシングの良好なスライド、そしてパッキン間のガス漏れ防止が可能な吊下型熱交換装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、請求項１記載の吊下型熱交換装置では、伝熱管の上端が天井管よりも上方に配された管寄せに固着され、該管寄せに取り付けられた吊棒により吊り下げられた発電用ボイラの吊下型熱交換装置であって、前記伝熱管の前記天井管よりも上方に突出した部分の周囲に配設された支持枠と、前記突出した部分全体を囲んで前記支持枠に対してスライド可能に設けられたスキンケーシングとを備え、前記支持枠は、前記管寄せに沿った方向に配設された平行支持枠と、前記管寄せに交差する方向に配設され前記平行支持枠および前記管寄せに接続された複数の交差支持枠とを備え、前記複数の交差支持枠のうち少なくとも一部は、前記平行支持枠および前記管寄せとの接続部分を中心に回動可能に取り付けられた応力緩和支持枠である技術が採用される。
【０００８】この吊下型熱交換装置では、複数の交差支持枠のうち少なくとも一部が、平行支持枠および管寄せとの接続部分を中心に回動可能に取り付けられた応力緩和支持枠であるので、熱膨張が生じても応力緩和支持枠が熱膨張差に応じて回動して曲げ応力の発生を緩和することができる。
【０００９】請求項２記載の吊下型熱交換装置では、請求項１記載の吊下型熱交換装置において、前記複数の交差支持枠のうち少なくとも前記管寄せの端部近傍に接続されたものが、前記応力緩和支持枠である技術が採用される。
【００１０】この吊下型熱交換装置では、複数の交差支持枠のうち少なくとも管寄せの端部近傍に接続されたものが応力緩和支持枠であるので、熱膨張差が顕著に生じる管寄せの端部近傍において曲げ応力を効果的に緩和させることができる。
【００１１】請求項３記載の吊下型熱交換装置では、請求項１または２記載の吊下型熱交換装置において、前記応力緩和支持枠は、ボルト止めによって接続されている技術が採用される。
【００１２】この吊下型熱交換装置では、応力緩和支持枠がボルト止めによって接続されているので、回動可能な接続部分を簡易なかつ取り付け容易な構成で得ることができる。
【００１３】請求項４記載の吊下型熱交換装置では、伝熱管の上端が天井管よりも上方に配された管寄せに固着され、該管寄せに取り付けられた吊棒により吊り下げられた発電用ボイラの吊下型熱交換装置であって、前記伝熱管の前記天井管よりも上方に突出した部分の周囲に配設された支持枠と、前記突出した部分全体を囲んで前記支持枠に対してスライド可能に設けられたスキンケーシングとを備え、前記スキンケーシングは、押え板と前記支持枠との間に挟持され、前記スキンケーシングと前記押え板および前記支持枠との間には、スキンケーシングに対する摩擦係数が押え板および支持枠よりも低い低摩擦部材がそれぞれ介在されている技術が採用される。
【００１４】この吊下型熱交換装置では、スキンケーシングと押え板および支持枠との間に、スキンケーシングに対する摩擦係数が押え板および支持枠よりも低い低摩擦部材がそれぞれ介在されているので、スキンケーシングに直接押え板や支持板が接触している場合に比べて、摩擦による抵抗が低く、スムーズにスキンケーシングがスライドする。
【００１５】請求項５記載の吊下型熱交換装置では、請求項４記載の吊下型熱交換装置において、少なくとも前記スキンケーシングと前記支持枠との間に介在させた前記低摩擦部材は、スキンケーシングと支持枠との隙間を塞ぐパッキンである技術が採用される。
【００１６】この吊下型熱交換装置では、少なくともスキンケーシングと支持枠との間に介在させた低摩擦部材が、スキンケーシングと支持枠との隙間を塞ぐパッキンであるので、スキンケーシングと支持板との隙間からのガスや灰が漏れることも防止することができる。
【００１７】請求項６記載の吊下型熱交換装置では、伝熱管の上端が天井管よりも上方に配された管寄せに固着され、該管寄せに取り付けられた吊棒により吊り下げられた発電用ボイラの吊下型熱交換装置であって、前記伝熱管の前記天井管よりも上方に突出した部分の周囲に配設された支持枠と、前記突出した部分全体を囲んで前記支持枠に対してスライド可能に設けられたスキンケーシングとを備え、前記スキンケーシングは、押え板と前記支持枠との間にパッキンを介して挟持され、該パッキンは、少なくとも前記管寄せに沿って前記スキンケーシングの一端から他端まで一体に形成されている技術が採用される。
【００１８】この吊下型熱交換装置では、スキンケーシングが押え板と支持枠との間にパッキンを介して挟持され、該パッキンが少なくとも管寄せに沿ってスキンケーシングの一端から他端まで一体に形成されているので、スキンケーシングがスライドした際に、スライドする方向（すなわち管寄せに沿った方向）にパッキンの境目が無く、パッキンとパッキンとの間に隙間が生じてガスや灰が漏れ易くなるおそれがない。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る吊下型熱交換装置の第１実施形態を、図１から図６を参照しながら説明する。これらの図にあっては、符号１１は伝熱管、１２は天井管、１３は管寄せ、１４は吊棒、１５は支持枠を示している。
【００２０】本実施形態の吊下型熱交換装置は、発電用ボイラの吊下型過熱器・再熱器であって、図１に示すように、伝熱管１１の上端が天井管１２よりも上方に配された管寄せ１３に溶接で固着され、該管寄せ１３に取り付けられた吊棒１４によりボイラ支持鉄骨（図示略）から吊り下げられて全体が支持されたものである。この吊下熱交換装置は、伝熱管１１の天井管１２よりも上方に突出した部分の周囲に配設された支持枠１５と、前記突出した部分全体を囲んで支持枠１５に対してスライド可能に設けられたスキンケーシング１とを備えている。
【００２１】伝熱管１１が天井管１２を貫通する部位において、その貫通部の隙間を通じて灰が漏れないように、天井管１２の上には受板１６が配設され、その上面にウール状の断熱材１７を敷きつめ、さらにその上面に耐火材１８を載せることにより、断熱材１７の飛散を防いでいる。
【００２２】受板１６は、断熱材１７が天井管１２の隙間から落ちないように設けられており、単に天井管１２の上に乗せているだけで、天井管１２に対して前後左右方向に自由に動くことが可能になっている。
【００２３】前記支持枠１５は、管寄せ１３に沿って平行に配設された複数の平行支持枠１５ａと、管寄せ１３に交差する方向に配設され平行支持枠１５ａおよび管寄せ１３に接続された複数の交差支持枠１５ｂとを備え、スキンケーシング１の１枚の大きさに対応した格子状に構成されている。なお、支持枠１５は、管寄せ１３に大きく傾斜させて取り付けると大きな応力が発生するため、この応力を低減する目的で、支持枠１５をほぼ水平状態にして取り付けている。
【００２４】交差支持枠１５ｂは、図２に示すように、ボルトＢ２およびナット（図示略）によるボルト止めで平行支持枠１５ａおよび管寄せ１３に取り付けられて、平行支持枠１５ａおよび管寄せ１３との接続部分を中心に回動可能になっている。すなわち、支持枠同士の取合をボルト止めにしリンク機構を構成している。なお、スキンケーシング１に形成された取り付け用の穴は、バカ穴１ａとされ、スキンケーシング１枚の熱膨張差を吸収可能に設定されている。
【００２５】前記スキンケーシング１は、図３に示すように、支持枠１５と押え板１９との間に挟持され、スキンケーシング１と押え板１９および支持枠１５との間には、スキンケーシング１に対する摩擦係数が押え板１９および支持枠１５よりも低いパッキン（低摩擦部材）２０がそれぞれ介在されている。このようなパッキン２０としては、例えば、金属線入りガラス織布にゴムを塗布したシート状のガスケット等が採用される。
【００２６】なお、スキンケーシング１をボルトで締め付けた際の締付けトルクに対する摩擦係数を求めた試験結果を、図４に示す。このグラフ図からも分かるように、パッキンを一方のみ、すなわちスキンケーシング１と支持枠１５との間に挟んだ場合（図中のＡ、Ｂ（ＡとＢとは、互いに異なる材質のパッキン））と、スキンケーシング１の両側にパッキン２０を配した本実施形態の場合（図中のＣ（Ａと同じ材質のパッキン使用））とでは、本実施形態の場合が最も摩擦係数が小さくなっている。
【００２７】また、管寄せ１３に沿って配されたパッキン２０は、図５に示すように、スキンケーシング１の一端から他端まで一体（一連）に、すなわち一枚で形成されている。さらに、押え板１９は、図６に示すように、スキンケーシング１１枚の一辺と同じ長さに設定され、面圧を均一化して摩擦係数を低減させ、スキンケーシング１を滑り易くしている。
【００２８】本実施形態の吊下型熱交換装置では、交差支持枠１５ｂが平行支持枠１５ａおよび管寄せ１３との接続部分を中心にボルト止めで回動可能に取り付けられているので、管寄せ１３が熱膨張で延びても交差支持枠１５ｂが応力緩和支持枠として機能し、熱膨張差に応じて回動して曲げ応力の発生を緩和することができる。
【００２９】なお、本実施形態では、交差支持枠１５ｂを全て上記応力緩和支持枠としてボルト止めしているが、管寄せ１３の中央部分では熱膨張差が少ないため、複数の交差支持枠１５ｂのうち少なくとも管寄せ１３の端部近傍に接続されたものを応力緩和支持枠とすることにより、熱膨張差が顕著に生じる管寄せ１３の端部近傍において曲げ応力を効果的に緩和させることができる。
【００３０】また、スキンケーシング１と押え板１９および支持枠１５との間には、スキンケーシング１に対する摩擦係数が押え板１９および支持枠１５よりも低いパッキン２０がそれぞれ介在されているので、スキンケーシング１に直接押え板１９や支持枠１５が接触している場合に比べて、摩擦による抵抗が低く、スムーズにスキンケーシング１がスライドする。
【００３１】さらに、管寄せ１３に沿って配されたパッキン２０がスキンケーシング１の一端から他端まで一体に形成されているので、スキンケーシング１がスライドした際に、スライドする方向にパッキン２０の境目が無く、パッキン間に隙間が生じてガスや灰が漏れ易くなるおそれがない。なお、本実施形態では、管寄せ１３と平行な方向のパッキン２０と直交する方向のパッキン２０との複数でパッキンを構成したが、これらが一体（一連）となった一つのパッキンで構成しても構わない。
【００３２】以下、本発明に係る吊下型熱交換装置の第２実施形態を、図７および図８を参照しながら説明する。
【００３３】第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、管寄せ１３に支持枠１５を介してスキンケーシング１が取り付けられ、バカ穴１ａによってスライド可能になっているのに対して、第２実施形態では、図７に示すように、天井管から管寄せ１３までの全体をスキンケーシング２１で覆う構造としており、図８に示すように、伸縮可能なエキスパンション２２でスキンケーシング２１同士を接続している点である。
【００３４】すなわち、本実施形態では、延性のある材料で断面波状に形成されスキンケーシング２１が熱膨張する方向に伸縮可能にされたエキスパンション２２でスキンケーシング２１同士を接続することにより、スキンケーシング２１の熱膨張時にエキスパンション２２が伸縮して熱伸びを吸収することができる。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、以下の効果を奏する。請求項１記載の吊下型熱交換装置によれば、複数の交差支持枠のうち少なくとも一部が、平行支持枠および管寄せとの接続部分を中心に回動可能に取り付けられた応力緩和支持枠であるので、熱膨張が生じても応力緩和支持枠が熱膨張差に応じて回動して曲げ応力の発生を緩和することができ、信頼性を向上させることができる。
【００３６】請求項２記載の吊下型熱交換装置によれば、複数の交差支持枠のうち少なくとも管寄せの端部近傍に接続されたものが応力緩和支持枠であるので、熱膨張差が顕著に生じる管寄せの端部近傍において曲げ応力を効果的に緩和させることができる。
【００３７】請求項３記載の吊下型熱交換装置によれば、応力緩和支持枠がボルト止めによって接続されているので、回動可能な接続部分を簡易なかつ取り付け容易な構成で得ることができる。
【００３８】請求項４記載の吊下型熱交換装置によれば、スキンケーシングと押え板および支持枠との間には、スキンケーシングに対する摩擦係数が押え板および支持枠よりも低い低摩擦部材がそれぞれ介在されているので、スキンケーシングに直接押え板や支持板が接触している場合に比べて、スムーズにスキンケーシングをスライドさせることができ、熱膨張差を良好に緩和させることができる。
【００３９】請求項５記載の吊下型熱交換装置によれば、少なくともスキンケーシングと支持枠との間に介在させた低摩擦部材が、スキンケーシングと支持枠との隙間を塞ぐパッキンであるので、摩擦低減効果に加えてガス漏れ防止効果を有することができる。
【００４０】請求項６記載の吊下型熱交換装置によれば、スキンケーシングが押え板と支持枠との間にパッキンを介して挟持され、該パッキンが少なくとも管寄せに沿ってスキンケーシングの一端から他端まで一体に形成されているので、スキンケーシングがスライドしても隙間が生じず、ガス漏れを防止することができる。
【出願人】 【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
【出願日】 平成１１年９月２日（１９９９．９．２）
【代理人】 【識別番号】１００１１２７３７
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 考晴 （外３名）
【公開番号】 特開２００１−７４２０１（Ｐ２００１−７４２０１Ａ）
【公開日】 平成１３年３月２３日（２００１．３．２３）
【出願番号】 特願平１１−２４９３２２