(57)【要約】【課題】より簡便な構造で伝熱管を支持することで、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４と、各伝熱管４の外周部に設けられた複数のフィンと、フィンを備えた伝熱管４を挿通させる貫通部が形成されるとともに、鉛直方向に所定間隔を有して配置された複数の多孔板１と、を備え、各多孔板１は、貫通部とフィンとが接触する程度に水平方向に対して傾斜して設置されていることを特徴とする。【選択図】図１
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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、鉛直方向に所定間隔を有して配置された複数の多孔板と、を備え、
各前記多孔板は、前記貫通部と前記フィンとが接触する程度に水平方向に対して傾斜して設置されていることを特徴とする伝熱管組立体。
【請求項２】
一の前記多孔板の傾斜方向が、水平面に対して、隣り合う他の前記多孔板の傾斜方向と反対方向とされていることを特徴とする請求項１に記載の伝熱管組立体。
【請求項３】
前記多孔板には、重りが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の伝熱管組立体。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の伝熱管組立体を備えていることを特徴とする熱回収装置。
【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６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】
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】
【００１３】
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、鉛直方向に所定間隔を有して配置された複数の多孔板と、を備え、各前記多孔板は、前記貫通部と前記フィンとが接触する程度に水平方向に対して傾斜して設置されていることを特徴とする。
【００１４】
内部に熱媒体（例えば、蒸気）が流通する複数の伝熱管が所定間隔を有して平行に配置されている。伝熱管の外周部には、伝熱管を支持する複数のフィンが設けられている。伝熱管は多孔板の貫通部に挿通して設けられている。多孔板は、貫通部とフィンが接触する程度に水平方向に対して傾斜させている。これにより、多孔板の自重を利用して貫通部とフィンを接触させることができる。したがって、多孔板により伝熱管が支持されるので、伝熱管の自励振動の発生を防ぐことができる。
【００１５】
さらに、本発明にかかる伝熱管組立体は、一の前記多孔板の傾斜方向が、水平面に対して、隣り合う他の前記多孔板の傾斜方向と反対方向とされていることを特徴とする。
【００１６】
一の多孔板の傾斜方向が、水平面に対して、隣り合う他の多孔板の傾斜方向と反対方向とされている。これにより、多孔板の貫通部と伝熱管に設けられたフィンを強制的に接触させることができる。したがって、多孔板により伝熱管を安定して支持することができる。
【００１７】
さらに、本発明にかかる伝熱管組立体は、前記多孔板には、重りが設けられていることを特徴とする。
【００１８】
多孔板に重りを設けることにより、多孔板の自重にさらに重りの重量を加えることができる。これにより、多孔板に設けられた貫通部とフィンとの接触をより安定させることができる。
【００１９】
本発明の熱回収装置は、上記のいずれかに記載の伝熱管組立体を備えていることを特徴とする。
【００２０】
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。
【発明の効果】
【００２１】
伝熱管が挿通する貫通部を有する多孔板は、貫通部とフィンが接触する程度に水平方向に対して傾斜させている。これにより、伝熱管の加熱時にフィンと多孔板の貫通部を強制的に接触させることで、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】
【００２２】
【図１】本発明の伝熱管組立体が適用される熱回収装置の第１実施形態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】本発明の伝熱管組立体が適用される熱回収装置の第２実施形態を示した側面図である。
【図４】本発明の伝熱管組立体が適用される熱回収装置の第３実施形態を示した側面図である。
【図５】本発明の伝熱管組立体が適用される熱回収装置の第４実施形態を示した側面図である。
【図６】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。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
［第１実施形態］
図１は、各実施形態で共通するものである。また、第１実施形態として取り込み、他の実施形態は同様である。本発明の第１実施形態に係る熱回収装置は、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。
【００２５】
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（図１参照）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の群をヘッダー５（図１参照）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。
【００２６】
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の外周部には伝熱管４を支持するための複数のフィン３（図２参照）が溶接により接合されて設けられている。
【００２７】
また、同様にケーシング内には、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が形成されるとともに、鉛直方向に所定の間隔を有して設けられている。また、フィン３と貫通部６の間隔は、例えば、４ｍｍとされている。
【００２８】
また、図１に示されているように、多孔板１は、貫通部６（図２参照）とフィン３（図２参照）とが接触する程度に水平方向に対して傾斜して設けられている。多孔板１は、上端部または下端部が伝熱管４に固定される。言い換えると、伝熱管４に多孔板１の上端部または下端部を引っ掛けるようにして固定される。多孔板１が水平状態では、フィン３との間に隙間があることから、このような傾斜状態とさせることで、固定されていない側が、多孔板１の自重によって鉛直方向に下がるように設けられている。
【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１に示すように、多孔板１は、貫通部６（図２参照）とフィン３（図２参照）とが接触する程度に水平方向に対して傾斜して設けられている。多孔板１の片側の端部を固定することで、固定されていない端部に多孔板１の自重が働いて鉛直方向に下がる。多孔板１を傾斜させて設けることで、例えば、矢印ａの方向に多孔板１の自重がかかる。
【００３０】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
多孔板１は、貫通部６とフィン３が接触する程度に水平方向に対して傾斜させている。これにより、図２に示されるように、多孔板１に設けられた貫通部６が、多孔板１の自重を利用して矢印ｃの方向に引っ張られることで、貫通部６とフィン３を強制的に接触させることができる。したがって、多孔板１を伝熱管４の支持点として機能させることができるので、伝熱管４の自励振動の発生を防ぐことができる。
【００３１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図３を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態に示した一の多孔板１の傾斜方向を他の多孔板１ａでは反対となるように傾斜させて設けたものである。したがって、第１実施形態と同様の構成には同一符号を付しその説明を省略する。
図３に示されているように、多孔板１は、一の多孔板１の傾斜方向が、水平面に対して、隣り合う他の多孔板１の傾斜方向と反対方向とされて設けられている。言い換えると、多孔板１が傾斜する方向が互い違いとされて設けられている。一の多孔板１は矢印ａの方向（図において左側）に自重が働くことにより、多孔板１が矢印ａの方向に引っ張られる。これにより、伝熱管４に設けられたフィン３と多孔板１に設けられた貫通部６（図２参照）が接触する。また、他の多孔板１ａは、一の多孔板１の傾斜方向とは反対とされる矢印ｂの方向に自重が働く。これにより、多孔板１が矢印ｂの方向にずれることで、伝熱管４に設けられたフィン３と多孔板１に設けられた貫通部６（図２参照）が強制的に接触する。
【００３２】
本実施形態によれば、一の多孔板１の傾斜方向が、水平面に対して、隣り合う他の多孔板１ａの傾斜方向と反対方向とされている。これにより、多孔板１の貫通部６（図２参照）と伝熱管４に設けられたフィン３を強制的に接触させることができる。したがって、多孔板１により伝熱管４を安定して支持することができる。
【００３３】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図４を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態に示した多孔板１の一端に重りが設けられるようになっている。したがって、第１実施形態と同様の構成には同一符号を付しその説明を省略する。
図４に示されているように、多孔板１にワイヤ８を介して重り７が接続されている。これにより、多孔板１に重り７の重量が加わるため、矢印ａ（図において左側）にかかる重量が増加する。重り７は、例えば、多孔板１の重量やフィン３（図２参照）の形状によって調整される。
【００３４】
本実施形態によれば、多孔板１に重り７を設けることにより、多孔板１の自重にさらに重り７の重量を加えることができる。これにより、多孔板１に設けられた貫通部６とフィン３との接触をより安定させることができる。例えば、フィン３の形状によっては、多孔板１の重量が足りない場合でも、重り７を用いることで足りない重量を補うことができる。
【００３５】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について、図５を用いて説明する。
本実施形態は、第２実施形態に示した多孔板１，１ａの一端に重り７，７ａが設けられるようになっている。したがって、第２実施形態と同様の構成には同一符号を付しその説明を省略する。
図５に示されているように、一の多孔板１の一端には、ワイヤ８を介して重り７が設けられている。また、他の多孔板１ａの一端には、ワイヤ８ａを介して重り７ａが設けられている。一の多孔板１に重り７の重量が加わるため、矢印ａ（図において左側）にかかる重量が増加する。また、他の多孔板１ａに重り７ａの重量が加わるため、矢印ｂ（図において右側）にかかる重量が増加する。
【００３６】
本実施形態によれば、一の多孔板１に重り７、他の多孔板１ａに重り７ａを設けることにより、多孔板１の自重にさらに重り７，７ａの重量を加えることができる。これにより、多孔板１に設けられた貫通部６（図２参照）とフィン３（図２参照）との接触を促進させることができる。
【符号の説明】
【００３７】
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
７  重り
７ａ  重り
８  ワイヤ
８ａ  ワイヤ
【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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