(57)【要約】【課題】簡素で製造が容易な構成により、フィンチューブが中間保持部材の挿通孔の中で異常摩耗を起こすことを防止する。【解決手段】伝熱管の外周面に複数の鍔状フィンが軸方向に連装された複数のフィンチューブ３と、このフィンチューブ３が挿通される複数の挿通孔１２が形成された中間保持部材１１とを備え、中間保持部材１１に複数のフィンチューブ３が挿通されて纏められた複数の熱交換モジュールが互いに連結されるものにおいて、中間保持部材１１の、熱交換モジュールの連結部に臨む連結端部１１ａの形状が、千鳥状に配置されている挿通孔１２の輪郭に沿い、且つ、最も外端に位置する挿通孔１２の全周を囲むとともに、隣接する中間保持部材１１と噛み合う波形に形成されていることを特徴とする。また、中間保持部材１１の両側の連結端部１１ａの輪郭線形状が合致している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱管の外周面に複数の鍔状フィンが軸方向に連装されて表面積を増大された複数のフィンチューブと、前記フィンチューブが挿通される複数の挿通孔がハニカム状に形成された中間保持部材とを備え、
前記中間保持部材に複数の前記フィンチューブが挿通されて纏められた複数の熱交換モジュールが互いに連結されるフィンチューブ式熱交換器であって、
前記中間保持部材の、前記熱交換モジュールの連結部に臨む連結端部の形状が、千鳥状に配置されている前記挿通孔の輪郭に沿い、且つ、最も外端側に位置する前記挿通孔の全周を囲むとともに、隣接する前記中間保持部材と噛み合う波形に形成されていることを特徴とするフィンチューブ式熱交換器。
【請求項２】
前記中間保持部材は、その両側の前記連結端部の輪郭線形状が合致していることを特徴とする請求項１に記載のフィンチューブ式熱交換器。
【請求項３】
前記中間保持部材の前記連結端部の波形形状は、正六角形を半分にした半六角形の形状が正逆互い違いに続く形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のフィンチューブ式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排熱回収ボイラ（Heat  Recovery  Steam  Generator：HRSG）等に備わるフィンチューブ式熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排熱回収ボイラ等に使用される熱交換器（過熱器、再熱器等も含む）は、従来のボイラに比べて排ガス温度が低く、排ガスからの熱回収は接触伝熱に期待せざるを得ないため、熱伝導効率の良いフィンチューブ型熱交換器が多く使用されている。
【０００３】
フィンチューブ型熱交換器は、伝熱管の外周面に複数の鍔状フィンを軸方向に連装して表面積を増大させたフィンチューブが複数本、それぞれ平行且つ水平となるように、Ｕ字管を介して直列に接続され、鉛直方向に多段に配列させることにより構成される。そして、伝熱管の内部を流通する水等の伝熱媒体と、鍔状フィンの間を流れる排ガスとの間で熱交換が行われ、排ガスの熱エネルギーが伝熱媒体に吸収されて他部署で有効利用される。
【０００４】
火力発電所等で用いられる大型の熱交換器では、その内部に配設されるフィンチューブの直線部の長さが約２０メートルにも及ぶため、フィンチューブの中間部が下方に撓むことを防止するために、フィンチューブの中間部が所定の間隔で保持される。具体的には、特許文献１に記載されているように、フィンチューブの外径と略同じ内径の挿通孔が多数形成された多孔板状の中間保持部材にフィンチューブが挿通され、この中間保持部材が熱交換器の容器の上部から吊り下げられることによってフィンチューブの撓みが防止される。
【０００５】
図８に示すように、伝熱管５の外周面に鍔状フィン６が連装された複数のフィンチューブ３が中間保持部材１１の挿通孔１２に挿通されて纏められたものが熱交換モジュールＡ，Ｂとされ、これらの熱交換モジュールＡ，Ｂが連結金具１６とボルト１７により横並びに連結されたユニットが、熱交換器の内部において上下に複数段設置される。
【０００６】
多孔板状の中間保持部材１１は、フィンチューブ３が挿通される挿通孔１２が千鳥状（ハニカム状）に穿設されており、中間保持部材１１に挿通されるフィンチューブ３の配置密度が高くなるようになっている。これにより、限られた容量の熱交換器の内部により多くのフィンチューブ３を配設して熱交換効率を高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６０−１５９５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような熱交換器の内部において、各フィンチューブ３は排ガスの流動を受けて振動するため、中間保持部材１１の挿通孔１２に対して細かく衝突する運動を繰り返す。中間保持部材１１の挿通孔１２が円形であれば、上記のようにフィンチューブ３が挿通孔１２の内部で振動しても特に問題無いが、前述のように挿通孔１２は千鳥状に配列されているため、中間保持部材１１の端部においては挿通孔１２の一部が切断され、Ｃ字状に開放された形状となる。
【０００９】
このようにＣ字状に開放された形状の挿通孔１２にフィンチューブ３が挿通されると、挿通孔１２の下顎状の先端部分１２ａ（エッジ）がフィンチューブ３の鍔状フィン６の外周部に小さい面積で接触（角当たり）し、鍔状フィン６を異常摩耗させるという問題があった。このような異常摩耗は、ひいては伝熱管５の破損および伝熱媒体の漏洩を招くため、確実に防止しなければならない。
【００１０】
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、簡素で製造が容易な構成により、フィンチューブが中間保持部材の挿通孔の中で異常摩耗を起こすことを防止することのできるフィンチューブ式熱交換器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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
【００１２】
本発明に係るフィンチューブ式熱交換器は、伝熱管の外周面に複数の鍔状フィンが軸方向に連装されて表面積を増大された複数のフィンチューブと、前記フィンチューブが挿通される複数の挿通孔がハニカム状に形成された中間保持部材とを備え、前記中間保持部材に複数の前記フィンチューブが挿通されて纏められた複数の熱交換モジュールが互いに連結されるフィンチューブ式熱交換器であって、前記中間保持部材の、前記熱交換モジュールの連結部に臨む連結端部の形状が、千鳥状に配置されている前記挿通孔の輪郭に沿い、且つ、最も外端側に位置する前記挿通孔の全周を囲むとともに、隣接する前記中間保持部材と噛み合う波形に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
上記構成のフィンチューブ式熱交換器によれば、中間保持部材の外側端部（連結部）に位置する挿通孔がＣ字状に開放された形状に切断されずに円形状に保たれ、その中でフィンチューブが安定的に保持される。このため、従来のようにＣ字状に切断された挿通孔の下顎状の先端部分（エッジ）がフィンチューブの鍔状フィンの外周部に小さい面積で接触することが防止され、鍔状フィンが異常摩耗することを確実に防止することができる。
【００１４】
しかも、中間保持部材の端部が、隣接する中間保持部材の端部と噛み合う波形であるため、連結される両側の熱交換モジュールの各々のフィンチューブが互いに噛み合って密に配列される。このため、熱交換モジュールの連結部においてフィンチューブの配置間隔が広がることが防止され、フィンチューブの配置密度を高めて熱交換器の効率を高めることができる。
【００１５】
上記構成において、前記中間保持部材は、その両側の前記連結端部の輪郭線形状が合致していることが好ましい。
【００１６】
このように中間保持部材の両側の連結端部の輪郭線形状が合致していることにより、中間保持部材（熱交換モジュール）が複数連結される構成においても、中間保持部材を同一形状とすることができる。このため、中間保持部材の形状を単一化して構造を簡素化し、フィンチューブ式熱交換器の製造を容易にすることができる。
【００１７】
上記構成において、前記中間保持部材の前記連結端部の波形形状は、正六角形を半分にした半六角形の形状が正逆互い違いに続く形状とするのが好ましい。
こうすることにより、中間保持部材の連結端部の波形形状が直線を基調としたものとなるため、その設計や切断等が容易になり、フィンチューブ式熱交換器の製造を容易にすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明に係るフィンチューブ式熱交換器によれば、簡素で製造が容易な構成により、フィンチューブが中間保持部材の挿通孔の中で異常摩耗を起こすことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を適用可能フィンチューブ式熱交換器の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】フィンチューブの構造例を示す斜視図である。
【図３】図１のIII-III線に沿う縦断面図である。
【図４】本発明の一実施形態を示す中間保持部材の拡大図である。
【図５】図３のＶ部拡大図である。
【図６】本発明の別な実施形態を示す中間保持部材の拡大図である。
【図７】本発明の変形例を示す図である。
【図８】従来の技術を示すフィンチューブと中間保持部材の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明を適用可能フィンチューブ式熱交換器の概略構成を示す縦断面図である。このフィンチューブ式熱交換器１は、排熱回収ボイラ（HRSG）等のボイラに設けられ、その熱交換容器２の内部に、水平な複数のフィンチューブ３がＵ字管４を介して接続されて、複数列、多数段に配列された構成となっている。
【００２１】
図２にも示すように、フィンチューブ３は、ステンレス鋼等で形成された伝熱管５の外周面に多数の鍔状フィン６が軸方向に短い間隔を開けて直立するように固定された構造である。伝熱管５の内部には、例えばボイラに供給される水が流される。なお、ここでの鍔状フィン６は、その外周縁部に歯車状の凹凸が形成されたセレートフィンとなっているが、凹凸が無い円板状のものとしてもよい。
【００２２】
熱交換容器２の底部と頂部には、それぞれ排ガス流入ダクト８と排ガス流出ダクト９とが設けられ、図示しない燃焼器で燃焼を終えた燃料の高温な排ガスが排ガス流入ダクト８から流入して熱交換容器２の内部を下方から上方に通過し、排ガス流出ダクト９から流出する。そして、鍔状フィン６により表面積を増大されたフィンチューブ３の周囲を高温な排ガスが流れることにより、伝熱管５の内部を流れる水が排ガスと熱交換して加熱される。こうして排気ガスの熱が効率良く回収されて有効に利用される。
【００２３】
フィンチューブ３の直線部の長さは２０メートルにも達するため、重量のあるフィンチューブ３の中間部が下方に撓むことを防止するべく、所定の間隔で設置された複数の中間保持部材１１によってフィンチューブ３の中間部が保持される。中間保持部材１１は所定の厚みを備えた平板状の部材であり、フィンチューブ３が挿通される多数の挿通孔１２が穿設され、熱交換容器２の天井構造材１３等から吊持具１４によって吊り下げられ、これによりフィンチューブ３中間部の撓みが防止される。
【００２４】
図３は図１のIII-III線に沿う縦断面図である。
中間保持部材１１に形成されている多数の挿通孔１２は千鳥状（ハニカム状）に穿設されており、これにより中間保持部材１１に挿通されるフィンチューブ３の配置密度が高められて熱交換効率の向上が図られている。
【００２５】
中間保持部材１１に複数のフィンチューブ３が挿通されて纏められたものが熱交換モジュールＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとされ、これらの熱交換モジュールＡ〜Ｄが互いに連結金具１６とボルト１７により横並びに連結されたユニットＵが、熱交換容器２の内部において上下多段に設置される。さらに、複数のユニットＵが連結部材１８を介して横並びにも連結される。
【００２６】
図４は中間保持部材１１の拡大図である。ここに示すように、中間保持部材１１は、その熱交換モジュールＡ〜Ｄの連結部に臨む連結端部１１ａの形状が、千鳥状に配置された挿通孔１２の輪郭に沿い、且つ、最も外端側に位置する挿通孔１２の全周を囲む波形に形成されている。この中間保持部材１１の切り出しは放電加工等によって行われる。
【００２７】
また、連結端部１１ａの波形の形状は、正六角形を半分にした半六角形の形状が上下方向に正逆互い違いに続く形状となっており、しかも、隣接する中間保持部材１１の連結端部１１ａと密に噛み合うようになっている。さらに、１つの中間保持部材１１の両側の連結端部１１ａの輪郭線形状が合致する形状となっている。
【００２８】
このように、中間保持部材１１の連結端部１１ａの形状が、千鳥状に配置されている挿通孔１２の輪郭に沿い、且つ、最も外端側に位置する挿通孔１２の全周を囲むようになっているため、図５に示すように、中間保持部材１１の外側端部（連結部）に位置する挿通孔１２がＣ字状に開放された形状に切断されずに円形状に保たれ、その中でフィンチューブ３が安定的に保持される。
【００２９】
このため、図８に示す従来のように、Ｃ字状に切断された挿通孔１２が存在せず、このようなＣ字状の挿通孔１２の下顎状の先端部分（エッジ）１２ａがフィンチューブ３の鍔状フィン６の外周部に小さい面積で接触することが防止され、鍔状フィン６が異常摩耗することを確実に防止することができる。
【００３０】
しかも、中間保持部材１１の端部（連結端部１１ａ）が、隣接する中間保持部材１１の端部と密に噛み合う波形であるため、連結される熱交換モジュールＡ〜Ｄの各々のフィンチューブ３が互いに噛み合って密に配列される。
このため、熱交換モジュールＡからＤに向かって一定の間隔（パターン）でフィンチューブ３を配列することができ、各熱交換モジュールＡ〜Ｄの連結部においてフィンチューブ３の配置間隔が広がることが防止される。
したがって、フィンチューブ３の配置密度を高めてフィンチューブ式熱交換器１の効率を高めることができる。
【００３１】
さらに、中間保持部材１１の両側の連結端部１１ａの輪郭線形状が合致しているため、図３のように中間保持部材１１（熱交換モジュールＡ〜Ｄ）が複数連結される構成においても、中間保持部材１１を同一形状とすることができる。このため、中間保持部材１１の形状を単一化して構造を簡素化し、フィンチューブ式熱交換器１の製造を容易にすることができる。
【００３２】
また、中間保持部材１１の連結端部１１ａの波形形状が、正六角形を半分にした半六角形の形状が正逆互い違いに続く、直線を基調とした波形形状となっているため、中間保持部材１１の設計や切断等が容易になり、この点でもフィンチューブ式熱交換器１の製造を容易にすることができる。
【００３３】
なお、中間保持部材１１の連結端部１１ａの波形形状は、必ずしも上記の形状でなくてもよく、例えば図６に示すように、挿通孔１２の輪郭に沿う曲線のスラローム状としてもよい。この場合も、中間保持部材１１の一方と他方の連結端部１１ａの波形形状が合致するようにして、単一形状の中間保持部材１１を複数連結できるようにすることが望ましい。
【００３４】
図７は本発明の変形例を示している。
ここに示すように、従来形状の中間保持部材１１、即ち図８にも示すように端部に位置する挿通孔１２がＣ字状に開放された形状に切断されている２枚の中間保持部材１１の連結部に跨るように、もう１枚の補助中間保持部材１１Ａが重ねられている。この補助中間保持部材１１Ａには、中間保持部材１１の挿通孔１２の配列パターンと同じパターンで、横２〜３列程度の挿通孔１２Ａが穿設されている。
【００３５】
このような補助中間保持部材１１Ａを従来形状の中間保持部材１１の連結部に重ねることにより、中間保持部材１１のＣ字形状に切断された挿通孔１２に、補助中間保持部材１１Ａの円形の挿通孔１２Ａが重ねられる。このため、Ｃ字形状に切断された挿通孔１２に挿通されたフィンチューブ３が円形の挿通孔１２Ａにも挿通され、その中でフィンチューブ３が安定的に保持される。したがって、Ｃ字状の挿通孔１２の下顎状の先端部分（エッジ）１２ａがフィンチューブ３の鍔状フィン６の外周部に小さい面積で接触することが防止され、鍔状フィン６が異常摩耗することを確実に防止することができる。なお、補助中間保持部材１１Ａは中間保持部材１１に対して溶接やボルト止め等によって固定してもよい。
【００３６】
以上説明したように、前記各実施形態に係るフィンチューブ式熱交換器１によれば、簡素で製造が容易な構成により、フィンチューブ３が中間保持部材１１の挿通孔１２の中で異常摩耗を起こすことを効果的に防止することができる。
【００３７】
なお、本発明は、上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００３８】
１  フィンチューブ式熱交換器
３  フィンチューブ
５  伝熱管
６  鍔状フィン
１１  中間保持部材
１１ａ  連結端部
１２  挿通孔
Ａ〜Ｄ  熱交換モジュール
【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】
2015094480.tif 000009
【図８】
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