(57)【要約】【課題】より簡便な構造で伝熱管を確実に支持することで伝熱管の自励振動を防止する伝熱管組立体およびこれを備えた熱回収装置を提供することを目的とする。【解決手段】所定間隔を有して略平行に配置され、それぞれが略鉛直方向に延在するとともに、内部に熱媒体が流通する複数の伝熱管と、各伝熱管の外周部に設けられた複数のフィン３と、フィン３を備えた伝熱管を挿通させる貫通部６が形成されるとともに、略水平方向に配置された複数の多孔板１と、を備え、多孔板１の貫通部６とフィン３との間の隙間を規定する公差が、伝熱管及びフィン３に対して接触する流体の流速が小さい部分よりも流速が大きい部分を小さくされていることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔を有して略平行に配置され、それぞれが略鉛直方向に延在するとともに、内部に熱媒体が流通する複数の伝熱管と、
各前記伝熱管の外周部に設けられた複数のフィンと、
前記フィンを備えた前記伝熱管を挿通させる貫通部が形成されるとともに、略水平方向に配置された複数の多孔板と、を備え、
前記多孔板の前記貫通部と前記フィンとの間の隙間を規定する公差が、前記伝熱管及び前記フィンに対して接触する流体の流速が小さい部分よりも該流速が大きい部分を小さくされていることを特徴とする伝熱管組立体。
【請求項２】
請求項１に記載の伝熱管組立体と、
該伝熱管組立体を収容するとともに前記熱媒体と熱交換する流体が流れる流路と、
を備えていることを特徴とする熱回収装置。
【請求項３】
前記公差は、前記流路の壁部側が大きくされ、前記流路の中央側が小さくされていることを特徴とする請求項２に記載の熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば排ガスボイラの排熱回収装置に用いられて好適な伝熱管組立体およびこれを備えた熱回収装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ガスタービンやディーゼルエンジン等の原動機から排出される高温の排ガスの熱回収を目的として、原動機と排熱回収ボイラとを組み合わせた複合プラントが知られている。この種の複合プラントの中で、近年、数多く計画・建造されているのが、ＬＮＧ等を燃料とするガスタービン、排熱回収ボイラ、及び、蒸気タービンを組み合わせた排熱回収コンバインドサイクルプラントである。このような複合プラントでは、ガスタービン等から排出される高温の排ガスが排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ：ｈｅａｔ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｓｔｅａｍ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）に導かれる。
【０００３】
近年では、コンバインドサイクルプラントでのガスタービンの高効率化に伴う排ガス量の増大、排ガス温度の上昇は、排熱回収ボイラの大容量化が必要とされている。ガスタービンの大型化に伴い、ＨＲＳＧも大型となるため、従来の竪型ＨＲＳＧでは高さ方向に限界があるため、横型ＨＲＳＧが主流となってきている。
【０００４】
横型ＨＲＳＧは、横方向に排ガスが流れるダクトに対して伝熱管を上方から吊り下げる吊り下げ式となっているため、所定値よりも速いガス流速を受けた場合に伝熱管が振動するというおそれがあった。このような対策について開示された文献として、下記特許文献１がある。
【０００５】
特許文献１には、扁平状態のチューブ状の支持部材を熱交換器シェル内部に間隔を空けて配列された伝熱管の相互間隙に挿入し、該支持部材を膨張させることによって、支持部材の膨張表面を伝熱管に圧接させて、伝熱管の振動を拘束する熱交換器伝熱管の支持構造が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平５−９６７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に開示された熱交換器伝熱管の支持構造では、支持構造と複数の伝熱管の間に弾性体を取り付けることで振動を抑制していることから、構造が複雑となるという問題があった。
【０００８】
また、竪型ＨＲＳＧでは伝熱管を側壁から片持ち梁のように横方向に挿入するので、伝熱管の自重によって下方へ変形することを利用して支持点に当接させて保持することが可能となっていた。しかし、横型ＨＲＳＧでは、伝熱管が上方から下方に向けて吊り下げられているため、伝熱管の自重による変形を支持点に当接させるように利用することができない。このため、横型ＨＲＳＧでは、伝熱管と伝熱管を支持する多孔板との接触が不安定となるという問題があった。
【０００９】
図５に示されるように、伝熱管１０１が多孔板１０４に支持されない場合、伝熱管１０１と、伝熱管１０１が挿通する多孔板１０４に設けられた貫通部１０３との間に隙間１０５が形成される。この隙間１０５が形成されている場合に、伝熱管１０１が多孔板１０４との接触不良により振動（自励振動）するという問題があった。また、伝熱管１０１が挿通する多孔板１０４の貫通部１０３と振動時に接触することで、伝熱管１０１に設けられたフィン１０２が摩耗箇所１０２ａのように摩耗するという問題があった。
【００１０】
伝熱管の自励振動を防止するためには、所定の間隔で伝熱管を支持する支持点を設ける必要があるが、支持点として機能させるには所定値よりも高い荷重でフィンと多孔板が接触し続けなければならないという問題があった。
【００１１】
多孔板が伝熱管の支持点として機能しない場合、伝熱管の固有振動が変化するおそれがあった。また、伝熱管の固有振動数を計算する際に振動数が変化することから、振動の周期が変化してしまう。これにより、固有振動数が小さくなるため、排気ガスの低い流速であっても伝熱管の自励振動が発生しやすくなるという問題があった。
【００１２】
図６に示されているように、多孔板１０４の貫通部１０３を挿通する伝熱管１０１（図５参照）に設けられたフィン１０２が多孔板１０３と接触することで支持されている。しかし、ガスタービンから排出される排気ガスの流速が速い状態で伝熱管４に接触する箇所では、伝熱管１０１に設けられたフィン１０２と貫通部１０４が接触不良を起こし、フィン１０２ｂのように貫通部１０３と接触しない箇所が生じるという問題があった。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、より簡便な構造で伝熱管を確実に支持することで伝熱管の自励振動を防止する伝熱管組立体およびこれを備えた熱回収装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の伝熱管組立体およびこれを備えた熱回収装置は以下の手段を採用する。
本発明の伝熱管組立体は、所定間隔を有して略平行に配置され、それぞれが略鉛直方向に延在するとともに、内部に熱媒体が流通する複数の伝熱管と、各前記伝熱管の外周部に設けられた複数のフィンと、前記フィンを備えた前記伝熱管を挿通させる貫通部が形成されるとともに、略水平方向に配置された複数の多孔板と、を備え、前記多孔板の前記貫通部と前記フィンとの間の隙間を規定する公差が、前記伝熱管及び前記フィンに対して接触する流体の流速が小さい部分よりも該流速が大きい部分を小さくされていることを特徴とする。
【００１５】
所定間隔を有して略平行に配置され、それぞれが略鉛直方向に延在するとともに、内部に熱媒体（例えば蒸気）が流通する複数の伝熱管が設けられている。各伝熱管の外周部に伝熱管を支持するための複数のフィンが設けられている。ボイラ等から排出される排気ガスが各伝熱管と接触する。各伝熱管に接触する箇所の排気ガスの流速に応じて多孔板に設けられた貫通部の公差を調整することで、伝熱管と多孔板を確実に接触させることができる。また、流体（例えば排気ガス）の流速が速い状態で接触する箇所の貫通部は、伝熱管の自励振動が発生しやすいため、貫通部の公差が小さくされる。これにより、流速が大きい部分ほど優先的にフィンと貫通部とを接触させて、多孔板に設けられた貫通部により伝熱管を支持することができる。したがって、伝熱管の自励振動の発生を防ぐことができる。
【００１６】
本発明にかかる熱回収装置は、上記の伝熱管組立体と、該伝熱管組立体を収容するとともに前記熱媒体と熱交換する流体が流れる流路と、を備えていることを特徴とする。
【００１７】
伝熱管組立体を熱回収装置（例えばガスタービンの排熱を回収して蒸気を生成する排熱回収装置（ＨＲＳＧ））に設けることで、伝熱管と多孔板との接触不良を防ぐことができる。したがって、伝熱管の自励振動を防ぐことができる熱回収装置とすることができる。
【００１８】
さらに、本発明にかかる熱回収装置は、前記公差は、前記流路の壁部側が大きくされ、前記流路の中央側が小さくされていることを特徴とする。
【００１９】
排熱回収装置内を流れる流体（例えば排気ガス）の流速は、流路の中央側に流れる流速よりも流路の壁部側に遅い流速が流れる。また、流路の中央側は、壁部側の流速よりも速い流速とされている。したがって、伝熱管の自励振動が発生しやすい中央側の公差を小さく設定することで、伝熱管に設けられたフィンと確実に多孔板を接触させて支持することができる。これにより、伝熱管の自励振動を防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、各伝熱管に接触する箇所の排気ガスの流速に応じて多孔板に設けられた貫通部の公差を調整することで、伝熱管と多孔板を確実に接触させることができる。また、流体（例えば排気ガス）の流速が速い状態で接触する箇所の貫通部は、伝熱管の自励振動が発生しやすいため、貫通部の公差が小さくされる。これにより、流速が大きい部分ほど優先的にフィンと貫通部とを接触させて、多孔板に設けられた貫通部により伝熱管を支持することができる。したがって、伝熱管の自励振動の発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の伝熱管組立体が適用される熱回収装置を示した側面図である。
【図２】本発明の伝熱管組立体を示した部分詳細図である。
【図３】本発明に係る伝熱管組立体の実施形態を示した正面図である。
【図４】本発明に係る伝熱管組立体の実施形態を示した正面図である。
【図５】本発明の伝熱管組立体の参考例を示した部分詳細図である。
【図６】本発明の伝熱管組立体の参考例を示した正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明に係る伝熱管組立体およびこれを備えた熱回収装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示されているように、本発明の熱回収装置１０は図示しない横型ＨＲＳＧ（以下、単に「ＨＲＳＧ」という。）に適用される。ＨＲＳＧは、図示しないガスタービンから排出された排気ガスをダクト内（図示せず）に水平方向に流し、垂直に配置した伝熱管４（図１参照）により蒸気を発生させる。コンバインドサイクル発電プラント（図示せず）を構成するＨＲＳＧは、ガスタービンの排熱を利用して蒸気を発生し、蒸気タービン（図示せず）へ供給する設備である。
【００２３】
ＨＲＳＧは、鉄鋼構造の支持体に支持されたケーシング（図示せず）の内部に複数の伝熱管４が金属バンド等で束ねた群とされて配置されている。伝熱管４の群からヘッダー５を介して図示しない蒸気ドラム又は蒸気タービン等の間で蒸気又は熱水を導通させている。また、ケーシングの内部に複数の伝熱管４が宙吊りとなって設けられている。
【００２４】
図１に示されているように、複数の伝熱管４は、ケーシング（図示せず）内で略鉛直方向に延在するとともに、所定間隔を有して略平行に配置されている。また、伝熱管４の内部には熱媒体（例えば蒸気）が流通され、伝熱管４の外周部には複数のフィン３（図２参照）が溶接により接合されて設けられている。
【００２５】
また、同様にケーシング内には、ケーシングと水平方向に延在する複数の多孔板１が設けられる。図２に示されているように、多孔板１（図示省略）は、フィン３を備えた伝熱管４を挿通させる貫通部６が形成される。伝熱管４の外周部に設けられたフィン３は、伝熱管４の伝熱を促進させるためのものである。また、フィン３は、多孔板１の貫通部６と接触することで伝熱管４が支持されている。
【００２６】
図３に示されているように、多孔板１に設けられた複数の貫通部６を挿通する伝熱管４（図１参照）に設けられたフィン３と貫通部６が接触することで、伝熱管４が支持されて設けられている。貫通部６は、例えば、所定の公差とされて設けられている。ここで公差とは、基準値と許容される範囲の最大値および最小値との差を許容差、その最大値と最小値の差を意味する。例えば、多孔板１に設けられる貫通部６の基準寸法を２６ｍｍとした場合の±２ｍｍを公差という。
【００２７】
また、図４に示されているように、多孔板１ａに設けられた複数の貫通部６ａを挿通する伝熱管４（図１参照）に設けられたフィン３と貫通部６ａが接触することで、伝熱管４が支持されて設けられている。貫通部６ａは、貫通部６よりも小さい公差とされて設けられている。言い換えると、伝熱管４に設けられているフィン３と貫通部６ａの隙間が小さくなるように設けられている。
【００２８】
図１に示されているように、熱回収装置１０内の中央側には、図４に示した多孔板１ａが設けられている。また、熱回収装置１０内の中央側よりも壁部側（中央側よりも外周側）には、図３に示した多孔板１が設けられている。
【００２９】
次に上記構成の伝熱管組立体の動作について説明する。
図示しないガスタービンから排出された排気ガスが、図３に示される伝熱管４の郡と接触する。伝熱管４は、排気ガスからの排熱を利用することで蒸気を生成する。伝熱管４の郡と排気ガスが接触する熱回収装置１０（図１参照）の中央側は、排気ガスの流速が速い流速が流れる。排気ガスの流速が速い状態で伝熱管４と接触する箇所には、図４に示される多孔板１ａが設けられ、フィン３と貫通部６ａが接触する。
【００３０】
一方、熱回収装置１０（図１参照）の壁部側は、中央側に比べて排気ガスの流速が低い状態で流れる。排気ガスが低速で流れる箇所には、図３に示される多孔板１が設けられ、フィン３と貫通部６が接触する。
【００３１】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
各伝熱管４に接触する箇所の排気ガスの流速に応じて多孔板１に設けられた貫通部６の公差を調整することで、伝熱管４に設けられたフィン３と多孔板１ａに設けられた貫通部６ａを確実に接触させることができる。
【００３２】
また、排気ガスの流速が速い状態で接触する箇所の貫通部６ａは、伝熱管４の自励振動が発生しやすいため、貫通部６ａの公差が小さくされる。これにより、流速が大きい部分ほど優先的にフィン３と貫通部６ａとを接触させて、多孔板１ａに設けられた貫通部６ａにより伝熱管４を支持することができる。したがって、伝熱管４の自励振動の発生を防ぐことができる。
【００３３】
また、図１に示されているように、熱回収装置１０には、多孔板１と多孔板１ａのように公差を異ならせた多孔板１，１ａが配置されている。熱回収装置１０に設ける多孔板１を全て１ａとして制作する場合に比べ、公差の大きい箇所を設けることで、熱回収装置１０の制作を容易とすることができる。
【００３４】
伝熱管組立体を熱回収装置１０に設けることで、伝熱管４と多孔板１との接触不良を防ぐことができる。したがって、伝熱管４の自励振動を防ぐことができる熱回収装置１０とすることができる。
【００３５】
排熱回収装置１０内を流れる排気ガスの流速は、流路の中央側に流れる流速よりも流路の壁部側に遅い流速が流れる。また、流路の中央側は、壁部側の流速よりも速い流速とされている。したがって、伝熱管４の自励振動が発生しやすい中央側の公差を小さく設定することで、伝熱管４に設けられたフィン３と確実に多孔板１ａを接触させて支持することができる。これにより、伝熱管４の自励振動を防止することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  多孔板
１ａ  多孔板
３  フィン
４  伝熱管
５  ヘッダー
６  貫通部
６ａ  貫通部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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