(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、略水平方向に配置された複数の多孔板１と、各多孔板１に対して略水平方向に荷重を与える重り部７と、を備え、一の重り部７は、一の多孔板１の一端側に設けられ、他の重り部７は、一の多孔板１に隣り合う他の多孔板１ａの他端側に設けら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、略水平方向に配置された複数の多孔板と、
各前記多孔板に対して略水平方向に荷重を与える重り部と、を備え、
一の前記重り部は、一の前記多孔板の一端側に設けられ、
他の前記重り部は、前記一の前記多孔板に隣り合う他の前記多孔板の他端側に設けられていることを特徴とする伝熱管組立体。
【請求項２】
一端が前記多孔板に接続されるとともに、他端が前記重り部に接続されたワイヤと、
該ワイヤが掛けられるとともに、前記重り部を垂下するように設けられた滑車と、
を備え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】
前記多孔板を略水平方向に移動するように歯合された歯車と、
該歯車を回転させるように一端が固定された棒状部と、
前記重り部は、前記棒状部の他端から垂下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４】
前記重り部は、前記多孔板を略水平移動する倍力構造に設けら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５】
前記棒状部は、前記歯車の半径と前記棒状部との長さの比が、各前記多穴板の位置に応じて異なる比とされていることを特徴とする請求項３に記載の伝熱管組立体。
【請求項６】
請求項１から５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９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】
図１０に示されているように、伝熱管１０１は、フィン１０２、１０２との間に多孔板１０４から張り出した板１０４ａを差し込むことで伝熱管１０１を支持されている。しかし、フィン１０２と板１０４ａとの接触が所定よりも速いガス流速とされた箇所では、接触が不安定となるという問題があった。
【００１２】
多孔板が伝熱管の支持点として機能しない場合、伝熱管の支持点距離が長くなることで、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。
【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、各前記多孔板に対して略水平方向に荷重を与える重り部と、を備え、一の前記重り部は、一の前記多孔板の一端側に設けられ、他の前記重り部は、前記一の前記多孔板に隣り合う他の前記多孔板の他端側に設けら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。一の重り部は、一の多孔板の一端側に設けられ、他の重り部は、一の多孔板に隣り合う他の多孔板の他端側に設けられている。このように重り部を互い違いとなって各多孔板の両端側に設けることで、一の多孔板に加わる荷重に加えて他の多孔板に加わる荷重を用いることができる。したがって、同じ方向に多孔板を引っ張りフィンと多孔板に設けられた貫通部を接触させる引っ張り力よりも小さな力で接触させることができる。これにより、少ない荷重でフィンと貫通部を強制的に接触させることができる。したがって、多孔板を支持点として機能させることで伝熱管の自励振動の発生を抑制することができる。
【００１６】
さらに、本発明にかかる伝熱管組立体は、一端が前記多孔板に接続されるとともに、他端が前記重り部に接続されたワイヤと、該ワイヤが掛けられるとともに、前記重り部を垂下するように設けられた滑車と、を備えていることを特徴とする。
【００１７】
一端が多孔板に接続されるとともに、他端が重り部に接続されたワイヤと、ワイヤが掛けられるとともに、重り部を垂下するように滑車が設けられている。これにより、重り部の重量を滑車にかけることで、多孔板に重り部の重量をかけることができる。これにより、多孔板を水平方向に引っ張ることができる。
【００１８】
さらに、本発明にかかる伝熱管組立体は、前記多孔板を略水平方向に移動するように歯合された歯車と、該歯車を回転させるように一端が固定された棒状部と、前記重り部は、前記棒状部の他端から垂下されていることを特徴とする。
【００１９】
多孔板を略水平方向に移動するように歯合された歯車が設けられている。棒状部は、歯車を回転させるように一端が固定され、重り部は、棒状部の他端から垂下されて設けられている。これにより、重り部の重量を歯車にかけることで歯車を回転させることができる。多孔板を水平移動するように歯車が歯合されているので、歯車の回転力を水平方向に働く力に変換することができる。
【００２０】
さらに、本発明にかかる伝熱管組立体は、前記重り部は、前記多孔板を略水平移動する倍力構造に設けられていることを特徴とする。
【００２１】
多孔板を水平移動する倍力構造に重り部を設けることにより、所定よりも重量の軽い重り部を設けた場合であっても、多孔板を水平移動する力を得ることができる。
【００２２】
さらに、本発明にかかる伝熱管組立体は、前記棒状部は、前記歯車の半径と前記棒状部との長さの比が、各前記多穴板の位置に応じて異なる比とされていることを特徴とする。
【００２３】
多孔板の設置箇所により加工状況が変わるため、棒状部は、歯車の半径と棒状部との長さの比が各多穴板の位置に応じて異なる比とされている。これにより、多孔板の貫通部の公差の大きさが変化した場合でも必要な引っ張り荷重に調整することができる。
【００２４】
本発明にかかる熱回収装置は、上記の伝熱管組立体を備えていることを特徴とする。
【００２５】
伝熱管支持構造物を熱回収装置（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】
【００２６】
本発明によれば、一の重り部は、一の多孔板の一端側に設けられ、他の重り部は、一の多孔板に隣り合う他の多孔板の他端側に設けられている。このように重り部を互い違いとなって各多孔板の両端側に設けることで、一の多孔板に加わる荷重に加えて他の多孔板に加わる荷重を用いることができる。したがって、同じ方向に多孔板を引っ張りフィンと多孔板に設けられた貫通部を接触させる引っ張り力よりも小さな力でフィンと貫通部を接触させることができる。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】
【００２７】
【図１】本発明の伝熱管組立体が適用される熱回収装置の概略構成を示した斜視図である。
【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第１実施形態を示した上面図である。
【図４】本発明に係る伝熱管組立体の第２実施形態を示した側面図である。
【図５】本発明に係る伝熱管組立体の第３実施形態を示した側面図である。
【図６】本発明に係る伝熱管組立体の第４実施形態を示した側面図である。
【図７】本発明に係る伝熱管組立体の第４実施形態の変形例を示した側面図である。
【図８】本発明に係る伝熱管組立体の第５実施形態を示した側面図である。
【図９】本発明に係る伝熱管組立体の参考例を示した部分詳細図である。
【図１０】本発明に係る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】
【００２８】
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１〜３を参照して説明する。
〔第１実施形態〕
図１に示されているように、本発明の第１実施形態に係る熱回収装置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に水平方向（矢印ａの方向）に流し、垂直に配置した伝熱管４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。
【００２９】
ＨＲＳＧは、鉄鋼構造の支持体に支持されたケーシング２（図３参照）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２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。
【００３０】
また、複数の伝熱管４は、ケーシング２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。
【００３１】
また、同様にケーシング２内には、ケーシング２（図３参照）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。
【００３２】
図１に示されているように、内部に蒸気が流通する複数の伝熱管４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されて設けられている。また、伝熱管４の外周部には、伝熱を促進させるための複数のフィン３が設けられている。ケーシング２（図３参照）に対して水平方向に配置された複数の多孔板１には、伝熱管４を挿通させる貫通部６が設けられている。
【００３３】
多孔板１には、多孔板１に対して水平方向に荷重を与える重り部７が設けられている。また、重り部７は、多孔板１の一端側に設けられ、重り部７ａは、多孔板１に隣り合う多孔板１ａの他端側に設けられている。重り部７，７ａは、一端が多孔板１，１ａに接続されている。また、重り部７，７ａの他端にワイヤ９が接続され、滑車８を介して錐下するように重り部７，７ａが設けられている。滑車８は、例えば、図示しない滑車８の支持棒がケーシング２（図３参照）に固定されて設けられている。
【００３４】
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に示されるように、多孔板１に設けられた重り部７は、滑車８を介してワイヤ９によって多孔板１の一端に接続される。重り部７により、多孔板１に対して水平方向（矢印ａの方向）に荷重を与える。また、多孔板１と鉛直方向に隣り合う多孔板１ａは、滑車８を介してワイヤ９により多孔板１ａの他端に接続される。重り部７ａにより、多孔板１ａに対して水平方向（矢印ｂの方向）に荷重を与える。したがって、多孔板１，１ａが反対の水平方向に荷重がかかる。これにより、図３に示されるように、多孔板１，１ａ（図示省略）に水平方向（矢印ｂの方向）に力がかかり、伝熱管４と多孔板１，１ａに設けられた貫通部が接触する。
【００３５】
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
重り部７は、多孔板１の一端側に設けられ、重り部７ａは、多孔板１に隣り合う多孔板１ａの他端側に設けられている。このように重り部７，７ａを互い違いとなって多孔板１，１ａの両端側に設けることで、多孔板１に加わる荷重に加えて多孔板１ａに加わる荷重を用いることができる。
【００３６】
したがって、同じ方向に多孔板１，１ａを引っ張りフィン３と多孔板１，１ａに設けられた貫通部６を接触させる引っ張り力よりも小さな力で接触させることができる。これにより、少ない荷重でフィン３と貫通部６を接触させることができる。したがって、多孔板１，１ａを支持点として機能させることで伝熱管４の自励振動の発生を抑制することができる。
【００３７】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について、図４を用いて説明する。
図４は、本実施形態に係る伝熱管組立体を示す側面図である。この図に示す伝熱管組立体は、上記第１実施形態で示した伝熱管組立体と全体的な構成の大半は共通しているため、以下においては、上記第１実施形態と異なる構成を中心に説明を行い、上記第１実施形態と共通する構成については、同符号を付して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を略水平方向に移動するように歯合された歯車１１が設けられている。また、棒状部１２が設けられ、一端には、歯車１１を回転させるように一端が固定され、他端からは、重り部７が垂下されて設けられている。多孔板１には、歯車１１と噛み合うラックが形成され、歯車１１が多孔板１と噛み合うことで、ラック・アンド・ピニオンが形成される。これにより、歯車１１の回転力が多孔板１に水平方向に働く力へと変換される。例えば、必要とされる多孔板の水平移動する距離は数ｃｍとされている。また、例えば、ボイラの高さ及び幅が１０ｍとされ、各多孔板１の間隔が１ｍとされている。この各多孔板１の１ｍ間隔に納まるように重り部７が設けられ、必要とされる多孔板１の水平移動距離に応じて棒状部１２の長さＬが変更される。また、歯車１１と棒状部１２は図示されない接続部により一体とされている。
【００３８】
本実施形態によれば、多孔板１を略水平方向（矢印ａの方向）に移動するように歯合された歯車１１が設けられている。棒状部１２は、歯車１１を回転させるように一端が固定され、重り部７は、棒状部の他端から垂下されて設けられている。これにより、重り部７の重量を歯車１１にかけることで歯車１１を回転させることができる。多孔板１を水平移動するように歯車１１が歯合されているので、歯車１１の回転力を水平方向に働く力に変換することができる。
【００３９】
〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態について、図５を用いて説明する。
図５は、本実施形態に係る伝熱管組立体を示す側面図である。この図に示す伝熱管組立体は、上記他の実施形態で示した伝熱管組立体と全体的な構成の大半は共通しているため、以下においては、上記他の実施形態と異なる構成を中心に説明を行い、他の実施形態と共通する構成については、同符号を付してその説明を省略する。
図５に示されているように、多孔板１に、棒状体１３を貫通させる貫通部６ａが設けられている。棒状体１３の一端には図示しない重り部７が接続されて設けられている。棒状体１３の先端が、多孔板１の貫通部６ａを抜けて多孔板１に棒状体１３を引っ掛けて設けられている。図示しない重り部７の重量により、棒状体１３が矢印ａの方向に下がり、棒状体１３に設けられている支点１３ｂを支点とすることで、多孔板１に引っ掛けられた棒状体１３の先端に重り部７の荷重がかかる。これにより、棒状部１３が棒状部１３ａの位置まで移動することで、多孔板１が多孔板１ａの位置へと水平移動される。
【００４０】
本実施形態によれば、棒状体１３を用いて多孔板１を水平移動することができる。したがって、より簡便な倍力構造で重り部７の荷重を多孔板１の水平方向にかけることができる。また、棒状体１３を用いた倍力構造とすることで、重り部７を所定よりも軽量とすることができる。
【００４１】
〔第４実施形態〕
以下、本発明の第４実施形態について、図６及び図７を用いて説明する。
図６及び図７は、本実施形態に係る伝熱管組立体を示す側面図である。この図に示す伝熱管組立体は、上記他の実施形態で示した伝熱管組立体と全体的な構成の大半は共通しているため、以下においては、上記他の実施形態と異なる構成を中心に説明を行い、他の実施形態と共通する構成については、同符号を付してその説明を省略する。
図６に示されているように、多孔板１，１ａにそれぞれ異なる方向で形成されたラックに、歯車１１が噛み合されて設けられている。多孔板１，１ａは、例えば、１ｍの間隔で設けられているため、その間隔と同程度の大きさとされて歯車１１が設けられている。歯車１１が多孔板１，１ａのラックと噛み合されることで、多孔板１が矢印ａ（図において右側）に水平移動する。また、多孔板１ａは、多孔板１が水平移動する方向と反対の矢印ｂの方向（図において左側）へと水平移動する。一対となった多孔板１，１ａに対して一つの歯車１１が設けられ、例えば、鉛直方向に隣り合う一対とされる多孔板１，１ａ（図示省略）には、歯車１１ａが設けられている。
【００４２】
本実施形態によれば、一対とされた多孔板１，１ａに対して一つの歯車１１を設けることで、多孔板１，１ａを水平移動させることができる。これにより、歯車１１の設置数を減らすことができる。したがって、コストを削減することができる。
〔第４実施形態の変形例〕
図７に示されているように、多孔板１，１ａの外側に形成されたラックに、歯車１１を噛み合せて設けることとしてもよい。
【００４３】
本実施形態の変形例によれば、多孔板１，１ａの外側に形成されたラックに歯車１１を設けることで、多孔板１，１ａの内側にはラックを設けるスペースがない場合でも歯車１１を用いてラック・アンド・ピニオンを形成することができる。
【００４４】
〔第５実施形態〕
以下、本発明の第５実施形態について、図８を用いて説明する。
図８は、本実施形態に係る伝熱管組立体を示す側面図である。この図に示す伝熱管組立体は、上記他の実施形態で示した伝熱管組立体と全体的な構成の大半は共通しているため、以下においては、上記他の実施形態と異なる構成を中心に説明を行い、他の実施形態と共通する構成については、同符号を付してその説明を省略する。
図８に示されているように、多孔板１，１ａを略水平方向に移動するように歯合された歯車１１ａが設けられている。歯車１１ａは、歯車１１の半径Ｒよりも小さい半径Ｒ´とされている。歯車の半径Ｒおよび棒状部長さＬを調整することで、歯車１１ａの半径と棒状部１２ａとの長さＬ´の比が、各多孔板１，１ａの位置に応じて異なる比とされて設けられている。また、各多孔板１，１ａの位置を調整することで水平方向の力が調整される。水平方向の力Ｆｈは、Ｆｈ＝Ｌ／Ｒ×Ｆｖで表される。Ｆｖは、棒状部１２，１２ａの先端にかかる垂直の力とされる。歯車１１ａは、歯車１１よりも小さい半径Ｒ´とされて設けられているため、多孔板１，１ａにかかる水平方向の力が歯車１１よりも小さくされている。また、熱回収装置１０（図１参照）を流れる排気ガス流路の中央側位置する多孔板１，１ａには、歯車１１が設けられている。また、中央側よりも外周側に位置する多孔板１，１ａには、歯車１１ａが設けられている。
【００４５】
本実施形態によれば、各多孔板１，１ａの設置箇所により加工状況が変わるため、棒状部１２ａは、歯車１１ａの半径Ｒと棒状部１２ａとの長さの比が各多穴板の位置に応じて異なる比とされている。これにより、多孔板１，１ａの貫通部６の公差の大きさが変化した場合でも必要な引っ張り荷重に調整することができる。また、排気ガス流路の流速に応じて歯車１１，１１ａを設置することで、熱回収装置１０内の各多孔板１，１ａに適した荷重をかけることができる。これにより、各多孔板１，１ａに設けられた貫通部６により伝熱管４に設けられたフィン３と接触させることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  多孔板
１ａ  多孔板
２  ケーシング
３  フィン
４  伝熱管
５  ヘッダー
６  貫通部
６ａ  貫通部
７  重り部
７ａ  重り部
８  滑車
９  ワイヤ
１０  熱回収装置
１１  歯車
１１ａ  歯車
１２  棒状部
１２ａ  棒状部
１３  棒状体
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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