(57)【要約】      （修正有）【課題】加熱によって膨張する加熱膨張断熱層を隙間に充填させ、インナーケーシングと保温材層との間への排ガスの流入を防止した、排熱回収設備の壁構造を提供する。【解決手段】内壁部は、排ガスの通路側に配置されるインナーライナー２４と、保温材層２３と、内壁部外面側に配置されるインナーケーシング２２と、保温材層２３を挟持するようにインナーライナー２４とインナーケーシング２２とを連結するボルト部材２５を具備する。加熱によって膨張する加熱膨張断熱層３０を隙間に充填させ、インナーケーシング２２と保温材層２３との間への排ガスの流入を防止する。加熱膨張断熱層３０としては、発泡性耐火塗料が好適である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスを通過させてなる通路側の内壁部と、該内壁部と間隔を隔てて配置した外壁部と、を有する排熱回収設備の壁構造であって、
前記内壁部は前記外壁部側に配設される保温材層と、
該保温材層に積層される加熱膨張断熱層と、
を含む、ことを特徴とする排熱回収設備の壁構造。
【請求項２】
前記内壁部は、排ガスの通路側に配置されるインナーライナーと、前記保温材層と、内壁部外面側に配置されるインナーケーシングと、前記保温材層を挟持するように前記インナーライナーと前記インナーケーシングとを連結する締結手段とを具備し、
前記加熱膨張断熱層は、前記保温材層と前記インナーケーシング間に設けられる、ことを特徴とする請求項１記載の排熱回収設備の壁構造。
【請求項３】
前記加熱膨張断熱層は発泡性耐火塗料である、ことを特徴とする請求項１または２記載の排熱回収設備の壁構造。
【請求項４】
前記排熱回収設備は、排熱回収ボイラであり、前記加熱膨張断熱層が前記排熱回収ボイラの入口ダクトの天井部を形成する天井壁に設けられる、ことを特徴とする請求項２または３記載の排熱回収設備の壁構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排熱回収設備の壁構造に関し、特に、排熱回収ボイラおよび排ガスダクトの壁構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ケーシング内に配設された複数の伝熱管の間に熱ガスを流して排熱を回収する排熱回収設備の壁構造としては、例えば、特許文献１が知られている。
かかる特許文献１においては、排ガス流路をケーシングの上下方向に延ばして形成し、これに交差して横方向に延びる伝熱管群を同ケーシング内に複数配置した竪型排熱回収ボイラにおいて、それぞれの伝熱管群は、ケーシングの一部に設けたスキンケーシングを介してそれぞれのヘッダーに連通して竪型排熱回収ボイラを構成している。
【０００３】
さて、上述のような竪型排熱回収ボイラのダクト内には、ガスタービンから排出された高温の排ガスが導入されるようになっている。特に、竪型排熱回収ボイラの下端部において排ガス入口管に向かって長さ方向に突出すると共に、その上流端（入口端）が排ガス入口管の下流端（出口端）と接続されるガス入口ダクト内には、節炭器、蒸発器、加熱器等の熱交換部を構成する伝熱管群と熱交換される前の、温度の高い排ガスが導入され、この温度の高い排ガスが、ガス入口ダクト内を通過していくことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１０１０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このために、ガス入口ダクトの天井面（上面）を構成するインナーケーシングの下面（内面）全体には、保温材が取り付けられている。しかしながら、据え付けから何年か経つと、保温材の自重により保温材が据え付け時の位置から下方に下がり、インナーケーシングと保温材との間に隙間ができて、この隙間に温度の高い排ガスが入り込み、隙間に入り込んだ温度の高い排ガスによりインナーケーシングが熱せられて、高温化するおそれがある。
本発明は、上記課題を改善するために提案されたものであって、ガス入口ダクトの天井面を構成するインナーケーシングと保温材層との間の隙間をなくすために、加熱によって膨張する加熱膨張断熱層を隙間に充填させ、インナーケーシングと保温材層との間への排ガスの流入をなくすことができるようにした、排熱回収設備の壁構造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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、排ガスを通過させてなる通路側の内壁部と、内壁部と間隔を隔てて配置した外壁部と、を有する排熱回収設備の壁構造であって、内壁部は外壁部側に配設される保温材層と、保温材層に積層される加熱膨張断熱層と、を含む、ことを特徴とする。
【０００７】
内壁部の通路を通過する排ガスが、外壁部と対向する内壁部の保温材層に流入すると、加熱膨張断熱層が排ガスの高温によって容積が増大して、保温材層を容積的に補間することができ、保温材層への排ガスの流入を遮断して、内壁部の異常過熱を阻止することができる。
【０００８】
また、本発明における一実施形態では、内壁部は、排ガスの通路側に配置されるインナーライナーと、保温材層と、内壁部外面側に配置されるインナーケーシングと、保温材層を挟持するようにインナーライナーとインナーケーシングとを連結する締結手段とを具備し、加熱膨張断熱層は、保温材層とインナーケーシング間に設けられる、ことを特徴とする。
【０００９】
内壁部の通路を通過する排ガスが、保温材層と、内壁部外面側に配置されるインナーケーシング間に流入すると、加熱膨張断熱層が排ガスの高温によって容積が増大して、加熱膨張断熱層によって保温材層が容積的に補間される。
これにより、保温材層とインナーケーシング間が加熱膨張断熱層により隙間なく満たされ、保温材層とインナーケーシング間への排ガスのショートパス（排ガス通路からの漏れガス）を防止することができる。
【００１０】
また、本発明における一実施形態では、加熱膨張断熱層は発泡性耐火塗料である、ことを特徴とする。
【００１１】
内壁部の通路を通過する排ガスが、保温材層と、内壁部外面側に配置されるインナーケーシング間に流入すると、発泡性耐火塗料が排ガスの高温によって発泡し灰化層を経て、容積が増大した断熱層が形成されて、保温材層が容積的に補間される。
これにより、保温材層とインナーケーシング間が発泡性耐火塗料の断熱層により隙間なく満たされ、保温材層とインナーケーシング間への排ガスのショートパスを防止することができる。
【００１２】
さらに、本発明にかかる一実施形態では、排熱回収設備は、排熱回収ボイラであり、加熱膨張断熱層が排熱回収ボイラの入口ダクトの天井部を形成する天井壁に設けられる、ことを特徴とする。
【００１３】
これにより、排熱回収ボイラの入口ダクトの天井部において、排ガスのショートパスを防止し、天井部が過熱による損傷をなくした排熱回収ボイラを提供することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、内壁部の通路を通過する排ガスが、外壁部と対向する内壁部の保温材層に流入すると、加熱膨張断熱層が排ガスの高温によって容積が増大して、保温材層を容積的に補間することができ、排ガスのショートパスを防止して、内壁部の異常過熱を阻止することができる。これにより、異常過熱による損傷をなくした、排熱回収設備の壁構造を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る排熱回収ボイラのダクトの模式的な概略説明図である。
【図２】図１に示す排熱回収ボイラのダクトにおける排ガス導入通路の模式的な拡大断面図である。
【図３】（ａ）発泡性耐火塗料の構成の一例を示す模式図、（ｂ）加熱による発泡性耐火塗料の発泡機能を説明する模式図、（ｃ）発泡性耐火塗料の発泡が進行する状態を示す模式図、（ｄ）発泡性耐火塗料の発泡が完結した状態を示す模式図である。
【図４】図２に示す排ガス導入通路において、排ガスからの高温により、保温材層とインナーケーシング間が発泡性耐火塗料により隙間なく満たされた状態を示した、模式的な説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１７】
本発明に係る排熱回収設備の壁構造について、一実施形態として排熱回収ボイラのダクト１を図１に示し、以下、説明する。
ダクト１は、ガス入口ダクト２と、ダクト本体３と、ガス出口ダクト４と、ヘッダーハウジング５、６とを備えている。
【００１８】
ガス入口ダクト２は、ダクト１の下端部において排ガス出口管（図示省略）に向かって、図中、左方向に突出していると共に、その上流端７（入口端）が排ガス出口管と接続される、断面矩形状の排ガス通路を備えている。かかる排ガス通路には、例えばタービンから排出された高温の排ガス８を通過させるようにしている。
【００１９】
ダクト本体３は、図中、上下方向に指向しており、その上流端９がガス入口ダクト２の出口端１０と接続され、その下流端１１がガス出口ダクト４の出口端１２と接続される断面矩形状の箱体である。この場合、ダクト本体３は、ガス入口ダクト２の通路面積に比較して逆漏斗状に拡開した通路面積を有している。そして、ダクト本体３は、ダクト本体３上部において、漏斗状に通路面積が狭まるガス出口ダクト４につながっている。
【００２０】
また、かかるダクト本体３の内部には、節炭器、蒸発器、過熱器等の熱交換部が配設され、長さ方向に沿って延びる伝熱管群１３が、高さ方向に沿って３本、配設されている。また、本実施形態では、最も下に配置された伝熱管群１３と、中央に配置された伝熱管群１３との間に、脱硝装置１４が配設されている。
【００２１】
次に、ガス出口ダクト４は、ダクトの上端部において排ガス出口管に向かって、長さ方向に突出するとともに、かかるガス出口ダクト４の下流端１５からは、伝熱管群１３にて熱交換され、脱硝装置１４にて脱硝された排ガス８が排出されるようになっている。
【００２２】
ヘッダーハウジング５、６は、それぞれ伝熱管群１３のヘッダー１６を収容する断面矩形状のハウジングであり、ヘッダーハウジング５は、ガス入口ダクト２の天井面２ａ、およびダクト本体３の前面３ａに接するようにして配設されており、ヘッダーハウジング６は、ダクト本体３の背面３ｂに接するように配設されている。
【００２３】
次に、図２に示すように、ガス入口ダクト２の天井面２ａは、外気側、すなわち天井面２ａに面するアウターケーシング２１と、インナーケーシング２２と、保温材層（断熱材）２３と、高温排ガスが通過する通路側に面するインナーライナー２４を備えている。
アウターケーシング２１は、インナーケーシング２２の上方に間隔Ｇを開けてインナーケーシング２２全体を覆うようにして配置された波板状部材で、インナーケーシング２２は、平板状部材である。
そして、インナーライナー２４からインナーケーシング２２には、挿通ボルト２５が適宜間隔ごとに設けられ、ボルト頭２５ａをインナーライナー２４に、ねじが螺刻された軸部２５ｂがインナーケーシング２２に設けためねじ穴（図示省略）に螺合して、保温材層２３を挟んで、インナーライナー２４からインナーケーシング２２を一体的に固定保持している。
【００２４】
保温材層２３は、例えば、生体溶解性繊維で構成することができる。生体溶解性繊維は、人造鉱物繊維の代替となる繊維で、体内に入った場合でも蓄積されない、耐火断熱効果を有する繊維である。
なお、図２において、インナーケーシング２２に対向する保温材層２３には、凹所空間２３ｓが存在し、後述する発泡性耐火塗料３０ｂが発熱によって発泡して、凹所空間２３ｓが隙間なく充填されるようになっている。
【００２５】
そして、保温材層２３とインナーケーシング２２間には、発泡性耐火塗料３０が塗布されている。発泡性耐火塗料３０は、建築基準法において、耐火建築物としなければならない鋼構造建築物の主要構造物の主要構造部に対する耐火被覆として用いられる耐火塗料に基づいている。
【００２６】
参考までに、発泡性耐火塗料３０について説明する。発泡性耐火塗料３０の仕様は、下塗塗料３０ａ、耐火塗料３０ｂ、中途塗料（省略）、上塗塗料３０ｃとで構成される（図３（ａ）参照）。すなわち、発泡性耐火塗料３０は、通常時は、一般の塗料と同様の意匠性をもち、火災時に加熱されることにより、数倍から数十倍に発泡し、灰化層３０ｄを形成することで、火災から鋼材を保護する耐火被覆材である。
【００２７】
発泡性耐火塗料３０に使用される主な原材料は以下のとおりである。
発泡性耐火塗料３０は、発泡剤と、灰化剤と、樹脂と、顔料と、溶媒からなる。
発泡剤は、例えばポリりん酸アンモニウム、りん酸アンモニウム、りん酸メラミン、メラミン、尿素等が用いられる。
灰化剤としては、多価アルコール、デキストリン、糖類等が挙げられる。
樹脂としては、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂等が挙げられる。
顔料としては、着色顔料（酸化チタン等）、体質顔料等が挙げられる。
溶媒としては、キシレン、アルコール等の有機溶剤、又は水が挙げられる。
【００２８】
かかる発泡性耐火塗料３０では、塗膜温度が２５０℃〜３００℃になった時点で、主成分であるポリりん酸アンモニウムが分解し、りん酸によって多価アルコール類が分解し、脱水作用によって灰化層３０ｄを形成する（図３（ｃ）参照）。一方、樹脂の溶融と同時に発泡剤は分解を起こし、二酸化炭素、アンモニア、水蒸気等のガスを発生し、樹脂をフォーム状にして炭化層３０ｄを膨らませて、元の被覆厚の数十倍にもなる断熱層３０ｅを形成する（図３（ｄ）参照）。（大日本塗料、技術解説参照）。
【００２９】
本実施形態にかかる排熱回収ボイラのダクト１は、以上のとおり、構成されるものであり、次にその作用、機能について説明する。
排熱回収ボイラのダクト１において、タービンから排出された高温の排ガス８は、ガス入口ダクト２を介して、ダクト本体３内に流入し、ガス出口ダクト４へと排出される。
ダクト本体３内を通過する高温の排ガス８は、節炭器、蒸発器、過熱器等の熱交換部を通過し、伝熱管群１３にて熱交換され、脱硝装置１４にて脱硝された排ガスが排出される。
【００３０】
ガス入口ダクト２を、高温の排ガス８を通過させる際、断面矩形状の排ガス通路を形成するインナーライナー２４に接触しながら通過する。この際、インナーライナー２４からインナーケーシング２２は、保温材層２３を挟んで、挿通ボルト２５により、一体的に固定保持されているので、通常は、インナーライナー２４に接触しながら通過する高温の排ガス８は、保温材層２３により断熱され、インナーケーシング２２外面に伝熱されるのを抑制することができる。
【００３１】
ところが、インナーケーシング２２に対向する保温材層２３は、自重により凹所空間２３ｓが出現することがあり、インナーライナー２４からインナーケーシング２２が、例えば挿通ボルト２５の緩みにより、インナーケーシング２２に対向する保温材層２３の凹所空間２３ｓに高温排ガスが流入すると、凹所空間２３ｓが高温化し、保温材層２３とインナーケーシング２２間の発泡性耐火塗料３０、インナーケーシング２２が加熱される。
【００３２】
インナーケーシング２２が温度上昇して２００℃〜３００℃となり、発泡性耐火塗料３０の塗膜温度が２５０℃〜３００℃になった時点で発泡を開始する（図３（ｂ）参照）。
すると、主成分であるポリりん酸アンモニウムが分解し、りん酸によって多価アルコール類が分解し、脱水作用によって灰化層３０ｄを形成する（図３（ｃ）参照）。
一方、樹脂の溶融と同時に発泡剤は分解を起こし、二酸化炭素、アンモニア、水蒸気等のガスを発生し、樹脂をフォーム状にして炭化層３０ｄを膨らませて、元の被覆厚の数十倍にもなる断熱層３０ｅを形成する（図３（ｄ）参照）。
【００３３】
これにより、断熱層３０ｅは保温材層２３を容積的に補間する機能を発揮することができ、インナーケーシング２２に対向する保温材層２３の凹所空間２３ｓが、発泡性耐火塗料３０の発泡した断熱層３０ｅで満たされ、保温材層２３とインナーケーシング２２間への排ガスのショートパスを防止することができ、インナーケーシング２２への加熱を遮断することができる。これにより、インナーケーシング２２の異常過熱を防止することができる。
【００３４】
以上、本発明について、排熱回収ボイラのダクトの一実施形態を挙げ、貼付図面に基づいて説明した。
発泡性耐火塗料３０は一例にすぎない。発泡性耐火塗料３０の他に、加熱によってその容積を増大させて隙間を充填させ、断熱効果を持たせた、例えば加熱膨張断熱層も可能である。
また、保温材層として生体溶解性繊維を挙げたが、他の断熱性繊維も可能である。
さらに本発明では、排熱回収ボイラの入口ダクトの天井部を形成する天井壁への適用について説明したが、本発明の壁構造は、側壁面についても適用可能であり、保温材層が据え付け時より保持位置がずれることによる隙間発生にも対応可能である。特に、高温排ガスに晒されるガス入口ダクト周辺の側壁部位への適用も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、排熱回収ボイラのダクトに限らず、高温流体を通過させる通路を備えたあらゆる排熱回収設備の壁構造に適用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１      ダクト
２      ガス入口ダクト
２ａ    天井面
２１    アウターケーシング
２２    インナーケーシング
２３    保温材層
２３ｓ  凹所空間
２４    インナーライナー
２５    挿通ボルト
２５ａ  ボルト頭
２５ｂ  軸部
３      ダクト本体
４      ガス出口ダクト
５、６  ヘッダーハウジング
７      上流端
１３    伝熱管群
１４    脱硝装置
３０    発泡性耐火塗料
３０ａ  下塗塗料
３０ｂ  耐火塗料
３０ｃ  上塗塗料
３０ｄ  灰化層
３０ｅ  断熱層
Ｇ      間隔
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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