【誤訳訂正書】
【提出日】令和2年12月16日(2020.12.16)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】排熱回収ボイラにおける熱損失を最小限に抑えるためのシステム、方法及び装置
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に発電に関し、特に、停止期間中における排熱回収ボイラの排気筒を通じた熱損失を軽減するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、通常はユーティリティ産業における所要ピーク電力及び所要貯蔵電力の両方のための予備として、電力を供給するために幅広く使用されてきた。ガスタービンは、それらの急速始動能力と低い資本コストとに起因して好ましい。しかしながら、従来のガスタービンは、排ガス流の高い出口温度とそれに伴う熱損失とに起因して低い熱効率で動作する。したがって、ガスタービンは、しばしば、全体のシステム効率を向上させるために排熱回収ボイラと併用される。
【０００３】
当技術分野で周知の通り、排熱回収ボイラは、例えばコンバインドサイクル発電プラントでの電力出力用蒸気タービンを駆動させるために、或いはコジェネレーションサイクルでプロセス流を供給するために使用し得る。例えば、ガスタービンから排出される燃焼排ガスは、蒸気発生のために排熱回収ボイラを通して導かれ、その後、排気筒を通して大気へと排出される場合がある。
【０００４】
例えば夜間停止又は週末停止などの発電プラントの停止期間中、熱は、自然通風に起因して排気筒を通して排熱回収ボイラから失われる場合がある。また、このような排気筒を通じた熱損失は、その後の始動中に回収されなければならない排熱回収ボイラのボイラドラム内の圧力の減少ももたらし、そのため、燃料コストが増大するとともに、プラントをオンラインに戻してフル稼働で動作させるために必要な時間が増大する。
【０００５】
停止後に燃料コストが増大するとともにプラントを元のフル稼働へ移行させるために必要な時間が増大することに加え、頻繁な停止及び始動は、排熱回収ボイラの構成部品における周期的応力に寄与し得る。特に、周期的応力は、プラントが停止されて再始動される際の構成部品の温度の変化によってもたらされる場合がある。高いストリーム圧の関与により、構成部品の多くの壁が厚く、そのため、温度変化が構成部品にわたって均一に生じない。これは、構成部品全体で異なる熱膨張率及び収縮率をもたらすとともに、高い材料応力をもたらす。
【０００６】
停止中及びその後の再始動中における熱応力を減少させるための既存の方策は、停止中に選択的に閉じられ得る排気筒内の金属ダンパの使用を含む。そのようなダンパは、停止期間中の排気筒を通じた排熱回収ボイラからの熱損失を防止するのに役立ち、それにより、温度変化の大きさ、したがって、排熱回収ボイラの構成部品内の熱応力を減少させるとともに、プラントをフル稼働に戻すために必要な時間及び燃料の必要量を減らす。しかしながら、多くの建築基準法及び安全規定は、そのようなダンパの非常に大きな重量に起因して、そのような金属排気筒ダンパが既存の排熱回収ボイラ排気筒に後付けされることを阻む。確かに、そのようなダンパの後付けは、しばしば、排気筒ダンパ重量を受け入れるために排気筒及び／又は基盤の完全な再設計を要する場合がある。
【０００７】
以上に鑑みて、発電プラントの停止期間中の自然通風を回避すべく排熱回収ボイラの排気筒を急速に且つ容易にシールするためのシステム、方法及び装置であって、該システム及び装置を、排気筒又は基盤に対する大きな変更を要することなく既存の排熱回収ボイラ排気筒に後付けすることのできるものが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４６３７５８８号明細書
【発明の概要】
【０００９】
一実施形態では、排気筒を通じた熱損失を最小限に抑えるためのダンパアセンブリが提供される。ダンパアセンブリは、排気筒内に装着可能なハウジングと、ハウジング内に収容されるブラダとを含む。ブラダは、ブラダが収縮してハウジング内に収容される第１の位置と、ブラダがハウジングの外側に配置されるとともに膨張してブラダの外周面が排気筒の内側壁と接触してガスシールを形成する第２の位置との間で選択的に移動できる。
【００１０】
別の実施形態では、排熱回収ボイラの排気筒を通じた熱損失を最小限に抑えるためのダンパアセンブリが提供される。ダンパアセンブリは、排気筒内に同心的に配置されるハウジングと、膨張可能なブラダであって、ブラダがハウジング内に収容される第１の位置とブラダがハウジングから伸張する第２の位置との間で移動できるブラダとを備える。
【００１１】
更に別の実施形態では、排気筒を通じた熱損失を最小限に抑えるための方法が提供される。本方法は、ハウジングとハウジング内のブラダとを有するダンパアセンブリを排気筒内に装着するステップと、停止モードに入るときに、ブラダと排気筒の内側壁との間にガスシールを確立するようにブラダを膨張させるステップと、再始動モードに入るときに、排ガスが排気筒内でダンパアセンブリの脇を通過して排気筒から排出されるようにブラダを収縮させるステップとを含む。
【００１２】
非限定的な実施形態に関する以下の説明を添付図面と併せて参照することによって、本発明の理解を深めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気筒ダンパを有する排熱回収ボイラの概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る排気筒ダンパの斜視図である。
【図３】図２の排気筒ダンパの側面図である。
【図４】図２の排気筒ダンパの底面図である。
【図５】図２の排気筒ダンパの装着ブラケットの斜視図である。
【図６】図５の装着ブラケットの側面図である。
【図７】図５の装着ブラケットの平面図である。
【図８】図５の装着ブラケットの背面図である。
【図９】支持脚を取り除いた状態を示す図２の排気筒ダンパの側面図である。
【図１０】図９の領域Ａの拡大図である。
【図１１】排気筒ダンパの底部の拡大詳細図である。
【図１２】図１１の領域Ｂの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の典型的な実施形態について詳しく説明するが、実施形態の具体例を添付図面に示す。図面を通して、同一又は同様の部材にはできるだけ同じ符号を付した。本発明の実施形態は、コンバインドサイクル又はコジェネレーション発電プラントの排熱回収ボイラの排気筒での使用に適しているが、本発明の実施形態は、かかる発電プラントにおける他のタイプのダクト、例えば排熱回収ボイラバイパスダクトでの使用にも適用できるし、ダクト全般での使用にも適用できる。例えば、本発明の実施形態は、気体又は液体の流体の流通を抑制する又は促進するためにダクトの選択的な閉鎖及び開放が望まれる任意のダクトでの使用に適していることがある。
【００１５】
本明細書で用いる「電気的通信」又は「電気的に結合」という用語は、直接的な又は間接的な電気的接続による直接的な又は間接的な信号伝達を通して特定の構成部品が互いに通信するように構成されることを意味する。本明細書で用いる「動作可能に結合」という用語は接続をいい、接続は直接的又は間接的であってもよい。接続は、必ずしも機械的な取り付けでなくてもよい。本明細書で用いる「通信」という用語は、限定されるものではないが、例えば配線／ケーブル、光ファイバ及び無線送信器／受信器等を介して２つ以上の構成部品間で信号の伝搬が可能となるように構成部品が接続されることを意味する。
【００１６】
本発明の実施形態は、停止期間中に排熱回収ボイラからの熱損失を最小限に抑えるためのシステム、方法及び装置に関する。図１は、本発明のシステム及び装置が配設し得る典型的な排熱回収ボイラ（「ＨＲＳＧ」）１０を示す。ＨＲＳＧ１０は入口プレナム１２を有しており、入口プレナム１２には、発電機（図示せず）を駆動するガスタービン（図示せず）の排気ダクトからの燃焼ガスが供給される。ＨＲＳＧ１０は、公知の設計のものであり、例えば、高圧ドラム１４、低圧ドラム１６並びにそれらにそれぞれ付属する高圧及び低圧蒸発器１８、２０表面を含む熱交換器表面と、過熱器２２表面と、エコノマイザ２４表面とを従来の方式で含む。当技術分野で公知の通り、排ガスは、熱交換器を通過した後、トランジションピース２６に送られ、排気筒２８を介して大気へ放出される。ＨＲＳＧの他の形態も想定し得る。
【００１７】
図１に更に示すように、本発明の一実施形態によれば、ダンパアセンブリ１００が排気筒２８内に装着され、このダンパアセンブリ１００は、以下で詳しく説明するように、停止期間中にＨＲＳＧ１０からの熱損失を最小限に抑えるために排気筒２８を選択的に閉鎖するように動作し得る。ここで、図２〜図４を参照すると、ダンパアセンブリ１００は、膨張可能なブラダ又はバルーン１０４を収容するように構成される略円筒形の導管又はハウジング１０２を含む。導管１０２は、排気筒２８内に略同心的に配置されるとともに、三脚状の装着アセンブリ１０６によって排気筒内に支持される。図２〜図４に示すように、装着アセンブリ１０６は複数の支持脚１０８を含み、これらの支持脚１０８は、導管１０２を取り囲む略円筒形のフレーム１１０を介して一端が導管１０２に回動可能に接続され、それらの反対側の端部が装着ブラケット１１２を介して排気筒２８の内壁に接続される。また、アセンブリ１０６は、各脚１０８に付随する複数の支柱１１４も含む。支柱１１４は、支柱１１４の長さを調整できるようにする調整機構を含む。
【００１８】
図５〜図８は、後述するように、排気筒２８の内側壁に対するダンパアセンブリ１００の装着を可能にする装着ブラケット１１２の典型的な形態を示す。これらの図に示すように、装着ブラケット１１２は略平坦なベースプレート１１６を含み、ベースプレート１１６から一対の対向爪１１８が延在する。これらの爪１１８はロッド１２０によって連結される。ロッド１２０は、脚１０８をそれぞれの装着ブラケット１１２に結合できるようにするため、脚１０８の端部に形成されるフック部に受け止められるように設計される。ベースプレート１１６の反対側には、装着ブラケット１１２を排気筒２８に固定できるようにする締め付けネジ１２２が設けられる。
【００１９】
ダンパアセンブリ１００は、ブラダ１０４がその収縮状態にあるときに、装着アセンブリ１０６を利用して排気筒２８内に配設することができる。特に、ダンパアセンブリ１００は、排気筒２８内を下降させて、装着ブラケット１１２を利用して排気筒の側壁に固定してもよい。脚１０８の回動形態は、調整可能な支柱１１４と組み合わせて、各装着ブラケット１１２のベースプレート１１６が排気筒２８の内側壁と接触するまで脚１０８を上方又は下方へ回動できるようにし、接触ポイントで、装着ブラケット１１２を側壁に固定するために締め付けネジ１２２を利用してもよい。これは、導管１０２と排気筒２８の側壁との間に強固な接続をもたらし、一方、支柱１１４は、脚１０８のための補強支持を行なって、アセンブリ１００の重量を支えるのに役立つ。
【００２０】
図１〜図４を更に参照すると、ブラダ１０４のサイズ及び形状は、膨張時に、ＨＲＳＧ１０の排気筒２８の内壁によって画定される通路のサイズ及び形状に対応する。一実施形態では、ブラダ１０４は、図２及び図３に最も明確に示してあるように、膨張時に略円板形である。別の実施形態では、ブラダ１０４が膨張時に略円錐形であるが、本発明のより広い態様から逸脱することなく他の形状も想定し得る。いずれにしても、ブラダ１０４の膨張時の直径は、ダンパアセンブリ１００が内部に配備される排気筒２８又は他の通路の内径に厳密に一致する。一実施形態では、ブラダ１０４は、約２５０℃を超える温度に耐えることができるとともに１日当たり少なくとも１回の使用を可能にするのに十分高い耐摩耗性を呈する材料から製造される（耐摩耗性は、排気筒２８の内側壁との度重なる接触に耐えるために必要である）。一実施形態では、ブラダ１０４は、実質的な劣化を伴うことなく１日２回の使用（すなわち、膨張及び収縮）に耐えることができる耐摩耗性を有する材料から製造される。例えば、一実施形態では、ブラダ１０４は、シリコンの二重保護層（すなわち、その内面上及び外面上に保護層）を有するガラス繊維とＫｅｖｌａｒ（登録商標）ステッチとから形成してもよい。
【００２１】
ここで、図９〜図１２を参照すると、ダンパアセンブリ１００の追加の図が示してある。図１０に最も明確に示してあるように、導管１０２は、選択的にブラダ１０４をシリンダから伸張させかつ引き込むように動作し得る空気圧シリンダアセンブリを収容する。空気圧シリンダアセンブリは、空気圧シリンダ１２４と、ピストンガイド１２６と、磁気結合部１２８とを含み、これらは導管１０２内に収容される。空気圧シリンダ１２４は、ブラダ１０４に動作可能に接続されるとともに、導管ハウジング１０２にブラダを選択的に引き込みかつ伸張させるように動作し得る。これらの図にも示すように、空気圧シリンダアセンブリは円錐バルブ１３０及び付属の保持スプリング１３２も含み、昇降アイボルト１３６を有する昇降ロッド１３４が保持スプリング１３２を貫通して設けられる。ブラダ１０４の内側中央部には、円錐バルブ１３０に対して着座するシールリング１３８が設けられる。
【００２２】
図１１及び図１２に最も明確に示してあるように、導管１０２はガイドブシュ１４０も収容し、ガイドブシュ１４０はそれを通して空気供給チューブ１４２を受ける。一実施形態では空気供給チューブ１４２は、発電プラントで利用できる加圧空気の供給源（例えば空気圧縮機）に結合され、ブラダ１０４は、圧縮機を利用して膨張させることができる。別の実施形態では、ブラダ１０４は、小型プラットフォームの排気筒２８の外側に配置される専用のファンによって膨張させてもよい。
【００２３】
動作に際して、停止操作が開始された後、ブラダ１０４を導管ハウジング１０２から選択的に伸張させるために空気圧シリンダを作動させてもよい。その後、ブラダ１０４が前述の空気圧接続によって（又は専用のファンによって）膨張させてもよい。特に、一実施形態では、空気圧シリンダ１２４は、円錐スプリング１３６の付勢に抗してロッド１３４を引き寄せるように作動可能であり、それにより、空気がバルブ１３０を通してブラダ１０４に入ることができる。空気がブラダ１０４に入るにつれて、ブラダは、ブラダ１０４の外周面が排気筒２８の内側壁と接触するまで径方向に拡張して、排気筒２８との略流体密のシールが形成される。このシールは、ボイラ停止中の自然通風に起因する排気筒２８を通じたＨＲＳＧからの熱損失を実質的に防止する。したがって、再始動時に、ＨＲＳＧの内部構成部品は正常な動作温度又はその近くにあり、そのため、フル稼働で動作する前にＨＲＳＧをゆっくりと予熱する必要がなくなる。加えて、ＨＲＳＧ内の温度がほぼ維持されるため、停止中であっても、ＨＲＳＧの構成部品における熱応力を最小限に抑えることができる。
【００２４】
以上に関連して、再始動時に、ブラダ１０４を収縮させることができ、また空気圧シリンダを作動させてブラダ１０４をシリンダ１０２内に引き込むことができるので、排気筒２８が開放されて、排ガスを再び大気へと排出させることができる。その後、ＨＲＳＧの動作を含めて発電を通常通りに再開することができる。
【００２５】
既存の金属ダンパとは対照的に、本発明のダンパアセンブリ１００は、軽量であり、排気筒又は基盤の変更或いは再設計を必要とすることなく既存のＨＲＳＧ排気筒に容易に後付けできる。更に、いったん設置すれば、ダンパアセンブリ１００は、その後の組立て、分解又はメンテナンスを必要とせず、プラント動作モード（すなわち、停止／停止動作及び通常動作）に応じて所望通りに膨縮させるだけで済む。これは、停止又はメンテナンス期間毎に事前の設置と、その後のすべての再始動前に排気筒からの取外しとが必要とされる一部の既存の機器とは対照的である。更に、ブラダ１０４は最大２５０℃までの及び／又は２５０℃を超える温度に耐えることができるため、ダンパは、温度が２５０℃に近づく場合があるボイラの通常のサイクリングモード内で配備することができる。これは、そのような温度で配備できない既存の機器とは対照的であり、このような既存の機器は、かかる機器の周囲の環境がかなりの程度（例えば１００℃未満）まで冷却された場所又は状況でしか使用できず、例えば停止事象（例えば、メンテナンスのために）の後も十分経過してからでないと使用できない。
【００２６】
一実施形態では、ブラダ１０４の収縮を容易にするために１つ又は複数のテザーをブラダ１０４に動作可能に取り付けてもよい。一実施形態では、ブラダ１０４は、雨水等を排気筒の内側に排出するための或いは専用の開口を用いて収集して排気筒から除去するためのドレンポイント又はポートを有してもよい。一実施形態では、空気圧シリンダ及び加圧空気の供給源を制御ユニットに電気的に接続して、ユーザ又は技術者による命令によって自動的にブラダを選択的に伸張させて膨張させかつ収縮させて引き込むようにしてもよい。例えば、システムは、技術者がボタン等を押した時にそれを伸張又は引き込むように構成してもよい。別の実施形態では、制御ユニットは、技術者による特定の入力を伴うことなく、停止モードが開始されたときにブラダを自動的に伸張させて膨張させ、かつ再始動モードが開始されたときにブラダを自動的に収縮させて導管ハウジング内へ引き込むように構成してもよい。
【００２７】
以上の通り、本発明は、既存のダンパを構造負荷の理由のため設置できない或いはサイクリング動作のため常時利用できない場合に、排気筒を通じた熱損失を防止する。したがって、本発明のダンパアセンブリは、ＨＲＳＧを元の温度に戻すためにかなりの量の燃料を燃やす必要性がなく、そのため、動作コストを低減するとともに、プラントを夜間停止又は週末停止などの停止後にフル稼働に戻すのに要する時間を短縮し、発電の効率を全体として向上させる。
【００２８】
一実施形態では、排気筒を通じた熱損失を最小限に抑えるためのダンパアセンブリが提供される。ダンパアセンブリは、排気筒内に装着可能なハウジングと、ハウジング内に収容されるブラダとを含む。ブラダは、ブラダが収縮してハウジング内に収容される第１の位置と、ブラダがハウジングの外側に配置されるとともに膨張してブラダの外周面が排気筒の内側壁と接触してガスシールを形成する第２の位置との間で選択的に移動できる。一実施形態では、ブラダが膨張時に円板形である。一実施形態では、ブラダが膨張時に円錐形である。一実施形態では、ブラダは空気圧接続によって膨張するように構成される。一実施形態では、ダンパアセンブリは、ブラダに動作可能に接続される空気圧シリンダをハウジング内に含み、空気圧シリンダは、ブラダを第１の位置と第２の位置との間で移動させるように選択的に作動できる。一実施形態では、ハウジングは排気筒内に同心的に装着される。一実施形態では、ダンパアセンブリは、排気筒内にハウジングを装着するための装着アセンブリを含んでもよい。装着アセンブリは複数の支持脚を含んでもよく、これらの支持脚は、一端がハウジングに回動可能に接続され、それぞれの反対側の端部が装着ブラケットを介して排気筒の内側壁に接続される。また、調整可能な支柱がハウジングから各支持脚まで延在する。一実施形態では、排気筒が排熱回収ボイラの一部を形成する。一実施形態では、ブラダは、最大で約２５０℃の温度に耐えるように構成される材料から形成される。
【００２９】
別の実施形態では、排熱回収ボイラの排気筒を通じた熱損失を最小限に抑えるためのダンパアセンブリが提供される。ダンパアセンブリは、排気筒内に同心的に配置されるハウジングと、膨張可能なブラダであって、ブラダがハウジング内に収容される第１の位置とブラダがハウジングから伸張する第２の位置との間で移動できるブラダとを備える。一実施形態では、ブラダは、第２の位置にあるときに、ブラダの外周面が排気筒の内側壁と接触して排気筒からの空気流を最小限に抑えるガスシールを形成するように膨張し、また、ブラダは、第１の位置にあるときに、空気流がハウジングを通して流れて排気筒から排出されるように収縮する。一実施形態では、ブラダは膨張時に円板形である。一実施形態では、ブラダは収縮時に円錐形である。一実施形態では、排気筒は、排熱回収ボイラの出口端で排気筒である。一実施形態では、排気筒は、排熱回収ボイラの入口端のバイパス排気筒である。一実施形態では、ブラダは空気圧接続によって膨張するように構成される。一実施形態では、ダンパアセンブリは、ブラダに動作可能に接続される空気圧シリンダをハウジング内に含む。空気圧シリンダは、ブラダを第１の位置と第２の位置との間で移動させるように選択的に作動できる。
【００３０】
更に別の実施形態では、排気筒を通じた熱損失を最小限に抑えるための方法が提供される。本方法は、ハウジングとハウジング内のブラダとを有するダンパアセンブリを排気筒内に装着するステップと、停止モードに入るときに、ブラダと排気筒の内側壁との間にガスシールを確立するようにブラダを膨張させるステップと、再始動モードに入るときに、排ガスが排気筒内でダンパアセンブリの脇を通過して排気筒から排出されるようにブラダを収縮させるステップとを含む。一実施形態では、ダンパアセンブリは、停止モード及び再始動モードのいずれにおいても排気筒内の所定位置にとどまるように構成される。一実施形態では、ブラダを膨張させるステップは空気圧接続によって達成される。
【００３１】
なお、以上の説明は例示を目的としたものであり、限定的なものではない。例えば、前述の実施形態（及び／又はその態様）を互いに組み合わされて用いてもよい。更に、本発明の技術的範囲から逸脱することなく特定の状況又は材料を本発明の教示内容に適合させるために多くの変更をなすことができる。本明細書に記載した材料の寸法及び種類は、本発明のパラメータを規定するためのものであるが、それらは決して限定的なものではなく例示的な実施形態である。上述の説明を参酌すると、当業者にはその他数多くの実施形態が明らかであろう。したがって、本発明の技術的範囲は、添付の特許請求の範囲に基づいて、特許請求の範囲と均等と認められる全範囲と共に決定されるべきである。
【００３２】
本明細書では、最良の形態を含めて、本発明の幾つかの実施形態を開示するとともに、装置又はシステムの製造・使用並びに方法の実施を含めて、本発明を当業者が実施できるようにするため、例を用いて説明してきた。本発明の特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者に自明な他の例も包含する。かかる他の例は、特許請求の範囲と文言上の差のない構成要素を有しているか、或いは特許請求の範囲の文言と実質的な差のない均等な構成要素を有していれば、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に属する。
【００３３】
本明細書では、単数形で記載された構成要素又はステップであっても、明示的に記載されている場合を除いて、複数の構成要素又はステップを排除するものではないと解すべきである。また、本発明の「一実施形態」との記載は、記載された特徴が取り込まれた追加の実施形態の存在を排除するものではない。更に、別途明示されていない限り、特定の特性を有する１つの要素又は複数の要素を「備える」、「含む」又は「有する」実施形態は、その特性をもたない追加の構成要素を含んでもよい。
【００３４】
本発明の技術的思想及び技術的範囲から逸脱することなく前述のシステム、方法及び装置に幾つかの変更をなすことができるので、上述の説明又は添付の図面に記載された事項はすべて本発明の発明概念を例示するための例にすぎず、本発明を限定するものと解釈すべきではない。
【符号の説明】
【００３５】
１０  排熱回収ボイラ「ＨＲＳＧ」
１２  入口プレナム
１４  高圧ドラム
１６  低圧ドラム
１８  高圧蒸発器
２０  低圧蒸発器
２２  過熱器
２４  エコノマイザ
２６  トランジションピース
２８  排気筒
１００  ダンパアセンブリ
１０２  導管又はハウジング
１０４  ブラダ
１０６  装着アセンブリ
１０８  支持脚
１１０  フレーム
１１２  装着ブラケット
１１４  支柱
１１６  ベースプレート
１１８  爪
１２０  ロッド
１２２  締め付けネジ
１２４  空気圧シリンダ
１２６  ピストンガイド
１２８  磁気結合部
１３０  円錐バルブ
１３２  保持スプリング
１３４  昇降ロッド
１３６  昇降アイボルト
１３８  シールリング
１４０  ガイドブシュ
１４２  空気供給チューブ