(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼塔から排出される燃焼ガスをガスクーラに導くための排ガス管であって、熱膨張率の異なる２種類の金属によって内管と外管を形成し、前記内管と前記外管の隙間に冷却液を通流させる二重管からなる排ガス管における管端部の構造において、
前記二重管の軸方向に突出し、管軸方向の断面形状において湾曲する湾曲部を有する環状端部材を介して前記内管と前記外管の端部を接合したものであり、
前記外管が鋼管で、前記内管がステンレス管であり、前記環状端部材がステンレスであり、かつその断面形状が円弧の両側に同じ長さの直線部を有するＵ字形状であることを特徴とする二重管からなる排ガス管端部の構造。
【請求項２】
前記環状端部材は、周方向に分割することなく一体的に成形されたものであることを特徴とする請求項１記載の二重管からなる排ガス管端部の構造。
【請求項３】
前記環状端部材は、周方向に複数に分割したものを接合して形成されていることを特徴とする請求項１記載の二重管からなる排ガス管端部の構造。
【請求項４】
前記二重管が所定長さを有し、その両端又は片側の端部において請求項１乃至３のいずれかに記載の二重管からなる排ガス管端部の構造を有することを特徴とする排ガス管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば燃焼塔から排出される燃焼ガスをガスクーラに導くための排ガス管に関し、詳しくは内管と外管からなる二重管からなり管の隙間に冷却水を流す二重管の管端部の構造、該構造を備えた二重管に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼塔から排出される燃焼ガスをガスクーラに導くための排ガス管は、腐食性のガスが通流することがあるため、内管を耐食性のあるステンレスで、外管を安価な鋼管でそれぞれ作製し、管の隙間に冷却水を通流するようにしている。
このような二重管としては、例えば特許文献１に開示がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−１３０７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、二重管の端部にフランジを設け、内管と外管にフランジを溶接することで内管と外管の端部の隙間を閉鎖している。
しかしながら、特許文献１の二重管の管端部の構造を上記の排ガス管に適用した場合には、以下のような問題が生ずる。
【０００５】
排ガス管の内管には高温の排ガスが通流し、高温環境になるため排ガスに接する内管には大きな熱膨張が生ずる。他方、外管は冷却水が介在しているため、内管よりも温度は低い。また、内管は耐食性がある材料であり、外管はその必要がないことから、材料の違いから熱膨張率が異なる。
このように、外管と内管では、温度環境と材料の違いから熱膨張率が違い、その端部での伸びに違いが生ずる。
そのため、特許文献１のように、フランジを溶接で接合する管端部の構造では、熱応力によって接合部分に亀裂が生じ、冷却水の漏洩に繋がるという問題がある。
【０００６】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、内管と外管での素材の違いや、温度環境の違いがあっても亀裂の発生することのない二重管端部の構造、該構造を備えた二重管を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明に係る二重管からなる排ガス管端部の構造は、燃焼塔から排出される燃焼ガスをガスクーラに導くための排ガス管であって、熱膨張率の異なる２種類の金属によって内管と外管を形成し、前記内管と前記外管の隙間に冷却液を通流させる二重管からなる排ガス管における管端部の構造において、
前記二重管の軸方向に突出し、管軸方向の断面形状において湾曲する湾曲部を有する環状端部材を介して前記内管と前記外管の端部を接合したものであり、
前記外管が鋼管で、前記内管がステンレス管であり、前記環状端部材がステンレスであり、かつその断面形状が円弧の両側に同じ長さの直線部を有するＵ字形状であることを特徴とするものである。
【００１１】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記環状端部材は、周方向に分割することなく一体的に成形されたものであることを特徴とするものである。
【００１２】
（３）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記環状端部材は、周方向に複数に分割したものを接合して形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
（４）本発明に係る排ガス管は、その両端又は片側の端部において上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の二重管からなる排ガス管端部の構造を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、熱膨張率の異なる２種類の金属によって内管と外管を形成し、前記内管と前記外管の隙間に冷却液を通流させる二重管における管端部の構造であって、前記二重管の軸方向に突出し、管軸方向の断面形状において湾曲する湾曲部を有する環状端部材を介して前記内管と前記外管の端部を接合したことにより、内管に高温ガスが通流して内管が熱膨張した際に、その伸びが湾曲部の変形によって吸収されるので、内管及び外管と環状端部材との接合部に過大な応力が作用せず、接合部に亀裂等が発生することがない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る二重管の斜視図である。
【図２】図１に示した二重管の一部を分解して示す斜視図である。
【図３】図１に示した二重管の一部を分解すると共に外管を除いた状態を示す斜視図である。
【図４】図１に示した二重管の環状端部材の斜視図である。
【図５】図１の矢視Ａ−Ａ線に沿う断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る二重管の斜視図であり、図１と反対側の端部を前面とした図である。
【図７】図６に示した二重管の一部を分解して示す斜視図である。
【図８】解析モデルの説明図である。
【図９】解析結果を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本実施の形態に係る二重管１は、図１〜図５に示すように、熱膨張率の異なる２種類の金属によって内管３と外管５を形成し、内管３と外管５の隙間に冷却液を通流させるものであって、内管３と外管５の管端部を、環状端部材７を介して接合したものである。
以下、構成を詳細に説明する。
【００１７】
＜内管＞
内管３は、図３、図５に示すように、例えば円筒状に形成され、例えばステンレスのような耐腐食性に優れた材料で形成されている。
内管３の外周面には、図３に示すように、冷却水が通流するための流路１１（図５参照）を形成するための流路壁９が螺旋状に設けられている。
内管３に外管５が被さることでジャケット構造となり、流路壁９と外管５及び内管３によって冷却水の流路１１が形成される（図５参照）。
【００１８】
＜外管＞
外管５は、内管３よりも径が大きい円筒状に形成され、例えば鋼管のような安価な材料で形成されている。
外管５の両端部には、冷却水配管との接続口１３が設けられたヘッダ部１５が設けられている。
また、外管５の端部には、隣接する他の二重管１と接続するためのフランジ１７が取り付けられている。フランジ１７を外管に取り付けることで、環状端部材が変形してもその影響を受けることがない。
【００１９】
＜環状端部材＞
環状端部材７は、二重管１の軸方向に突出し、管軸方向の断面形状において湾曲する湾曲部を有する部材であって、内管３と外管５の管端部を溶接によって接合している。
図４は、環状端部材７の斜視図であり、図４（ａ）が主として表面側を示し、図４（ｂ）が主として裏面側を示している。
本実施の形態の環状端部材７は、図５の断面図に示すように、管軸方向の断面形状が半円状をしている。
なお、環状端部材７の断面形状は、半円状に限られるものではなく、湾曲部を有しておればよく、例えばＵ字状であってもよい。より好ましい形状については後述する。
また、環状端部材７は、周方向に分割することなく一体的に成形されたものであってもよいし、あるいは周方向に複数に分割したものを接合して形成されたものでもよい。
【００２０】
本実施の形態の二重管１は、図１〜５に示す端部においては、フランジ１７を外管５に取り付けているが、反対側の端部においては、図６、図７に示すように、フランジ１７を環状端部材７に取り付けている。
【００２１】
以上のように構成された二重管１の使用状態においては、内管３内に高温の排ガスが通流し、流路１１には冷却水が通流する。
このため、内管３は高温になり外管５は比較的低温となり、外管５と内管３で熱膨張率に差異が生ずる。しかし、本実施の形態の二重管１は、内管３と外管５の管端部を、環状端部材７を介して接合しているので、内管３が熱膨張した際に、その伸びを湾曲部の変形によって吸収する。そのため、内管３及び外管５と環状端部材７との接合部に過大な応力が作用せず、接合部に亀裂等が発生することがない。
【００２２】
次に、環状端部材７の形状及び材質と溶接部に作用する応力との関係を調査するシミュレーション実験を行ったので、これについて以下説明する。
実験は、図８に示すような、内外管の片端部を固定し先端部を剛体で接続するモデルによって温度差に起因して内管に発生する軸力を、環状端部材７の材料・形状を種々変更して計算し、これによって溶接部に作用する応力を求めるというものである。
実験条件は以下の通りである。
a)計算条件
・内管：SUS316L  φ1924×ｔ9.0
・外管：SS400    φ2047×ｔ6.0
・温度：  内管平均温度  77.5℃
内管内面      110℃
内管外面      45℃
外管平均温度  45℃
【００２３】
計算の結果、内管に作用する作用推定軸力は132tonであり、この結果溶接部に作用する応力を図９に示す。
解析の結果を図９に示す。
図９においては、図９（ａ）は材料がSUS316L、板厚9mm、断面形状が半円、図９（ｂ）は材料がSS400、板厚11.1mm、断面形状が半円、図９（Ｃ）は材料がSUS316L、板厚9mm、断面形状が半円+直線部を有するＵ字形状（直線部の長さ：100mm）、図９（ｄ）は材料がSUS316L、板厚9mm、断面形状が半円+直線部を有するＵ字形状（直線部の長さ：50mm）の結果を示している。
また、図９には、溶接部に作用する応力、最大応力、及び環状端部材７をSS400で作製し、断面形状を半円状にした場合（図９（ｂ））に溶接部に作用する応力を基準（＝１）とした溶接部に作用する応力の比率を示している。
【００２４】
図９（ａ）と、図９（ｃ）及び図９（ｄ）を比較すると明らかなように、断面形状が半円の場合よりもＵ字形状の方が溶接部に作用する応力が大幅に緩和されている。また、図９（ｃ）と図９（ｄ）を比較すると、Ｕ字形状の場合には直線部が長い方が、応力が緩和されていることが分かる。
以上から環状端部材７の断面形状は、半円よりもＵ字形状が好ましい。また、Ｕ字形状の場合には直線部が長い方が好ましいが、製作容易性の観点からは直線部をあまり長くできないことから、図４（ｄ）に示すように、半円の半径と同等程度が好ましい。
なお、Ｕ字形状にした場合には、内管３と接続する部位に直線部が存在し、この部位が内管３を通流する排ガスと接触するので、内管３と同じ材料で製作するのが好ましい。
【００２５】
上記の説明は所定長さを有する二重管１について、その両端に本発明の管端部の構造を有する場合について説明したが、本発明の二重管の管端部の構造は、二重管のいずれか一方の端部のみに用いてもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１  二重管
３  内管
５  外管
７  環状端部材
９  流路壁
１１  流路
１３  接続口
１５  ヘッダ部
１７  フランジ
【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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