(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石灰石、砂等を含んだ高温の流動層内に配置される伝熱管の外周面を円筒状部材で覆い、前記円筒状部材は前記伝熱管外周面との間に隙間を有するとともに、両端部の複数個所に前記伝熱管外周面に向かって絞り込まれ先端が伝熱管外周面に接触する絞り部が形成されている流動層ボイラの伝熱管カバー構造。
【請求項２】
石灰石、砂等を含んだ高温の流動層内に配置される伝熱管の外周面を円筒状部材で覆い、前記円筒状部材は前記伝熱管外周面との間に隙間を有するとともに、前記伝熱管外周面に向かって絞り込まれ先端が伝熱管外表面に接触する絞り部が該円筒状部材の全長にわたって形成され、且つその形成個所が該円筒状部材の円周方向に沿って複数個である流動層ボイラの伝熱管カバー構造。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の伝熱管カバー構造において、
前記絞り部はその曲がり部分が丸く成形されていることを特徴とする流動層ボイラの伝熱管カバー構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は伝熱管カバー構造に係り、特に、流動層ボイラにおいて伝熱量の調整用および伝熱管の摩耗防止用に設けられる伝熱管カバーの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流動層ボイラにおいては、石灰石、砂等の流動媒体中にボイラ底部の分散板から空気を均一に吹き込み、流動媒体を浮遊流動化させ、ここに小粒径に粉砕した固体燃料もしくは液体燃料を投入することにより、流動状態での効率良い燃焼を実現している。流動層ボイラの内部には複数の伝熱管が配置されており、ボイラ内で発生した熱は伝熱管により蒸気として回収される。
【０００３】
上記伝熱管には、一般にカバーが設置される。このカバーを設置する第１の理由は伝熱管での伝熱量を抑制するためである。すなわち、伝熱管での伝熱量が過剰にある場合には、この伝熱量を抑制しなけばならないので、伝熱管の近傍に例えばオーステナイト系ステンレス鋼等のカバーが設置される。このようなカバーを設置すると、流動層と伝熱管との間に流動化しない固定層が形成され、カバーのある箇所での伝熱は、流動化しているカバー外部に比べて熱抵抗が大きくなり、これによって、伝熱管での伝熱量を抑制することができる。特許第１６９９１７７号には、伝熱管に着脱自在なカバーを設置して、伝熱量を抑制することが提案されている。
【０００４】
また、伝熱管にカバーを設置する第２の理由は、伝熱管の摩耗を防ぐためである。すなわち、伝熱管にカバーを設置すれば、流動媒体が伝熱管に直接触れることがないので、流動媒体による伝熱管の摩耗を防ぐことができる。特許第１６０８６９７号には、伝熱管の下半分にカバーを設置して、伝熱管の摩耗防止を図ることが提案されている。
【０００５】
上記のように伝熱管にカバーを設置する際に、カバーを伝熱管の外表面から僅かに離して設置し、伝熱管とカバーとの間に隙間を形成することが提案されている（例えば、特開平１−２９６００１号公報や特公平６−３２８１号公報）。そして、このような隙間を形成する場合、従来は、図７に示すように円筒形状のカバー１の内面に所定厚さの当板２を溶接等によって予め取り付けておき、このカバー１内に伝熱管３を挿通するようしている。図７は初期据付時の様子を示しており、当板２は伝熱管３の外表面に接触している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように当板によって隙間を確保する構成では、カバーと伝熱管との間に大きなメタル温度差が生じる。すなわち、伝熱管の内部には水又は蒸気等の流体が流れているので伝熱管は冷却されているが、カバーは流動層温度とほぼ同じメタル温度となり、カバーと伝熱管との間に隙間を設けた部分は勿論、当板（この当板は非冷却のため流動層温度とほぼ同じメタル温度となる）が伝熱管に接触した隙間の無い部分でも、伝熱管との間に大きなメタル温度差が生じる。例えば、流動層の運転中はカバーの温度は約８００℃となるが、伝熱管は４００〜６００℃程度である。
【０００７】
そのために、伝熱管よりもメタル温度の高いカバーの方が、伝熱管に比べて熱膨張量が多くなって直径が大きくなる。そうすると、図８に示すようにカバー１と伝熱管３との間に隙間を設けた部分（図７(ａ)のａ部）は更に隙間が拡大し、当板２が設けられた隙間の無い部分（図７(ａ)のｂ部）でも隙間が生じ、流動層の運転中は流動媒体４がこれらの隙間に侵入することとなる。そして流動層を停止させたとき、カバー１と伝熱管３との隙間に侵入した流動媒体４は排出されないで、そのままこの隙間に残留する。これは、カバー１と伝熱管３との間は流動空気が流れないため固定層となっており、隙間に侵入した流動媒体４が流動していないため、および構造的にも流動媒体の機械的な排出装置を設置できないためである。
【０００８】
しかし、流動層の運転を停止すると、流動層温度が低下するため、これに伴ってカバー１は元の寸法まで縮もうとする。このとき、カバー１と伝熱管３との隙間（特に当板２と伝熱管３との隙間）には流動媒体４が残留しているので、カバー１の縮みが阻害されて、カバー１は元の寸法まで縮むことができず、カバー１には縮み時の熱応力が歪みとして残ることになる。これを熱ラチェット現象と言うが、この現象は流動層の運転停止により繰り返され、カバー１に永久歪みが蓄積してカバー１が破断する恐れがある。また、当板２が溶接等で取り付けられているので、カバー１が大きく歪むと応力集中により溶接部が割れてしまう恐れもある。
【０００９】
本発明の目的は、熱ラチェット現象によるカバーの歪みを抑制し、カバーの信頼性を向上させることのできる流動層ボイラの伝熱管カバー構造を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の伝熱管カバー構造は、石灰石、砂等を含んだ高温の流動層内に配置される伝熱管の外周面を円筒状部材で覆い、前記円筒状部材は前記伝熱管外周面との間に隙間を有するとともに、両端部の複数個所に前記伝熱管外周面に向かって絞り込まれ先端が伝熱管外周面に接触する絞り部が形成されていることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の伝熱管カバー構造は、石灰石、砂等を含んだ高温の流動層内に配置される伝熱管の外周面を円筒状部材で覆い、前記円筒状部材は前記伝熱管外周面との間に隙間を有するとともに、前記伝熱管外周面に向かって絞り込まれ先端が伝熱管外表面に接触する絞り部が該円筒状部材の全長にわたって形成され、且つその形成個所が該円筒状部材の円周方向に沿って複数個であることを特徴としている。
【００１２】
上記各構成によれば、流動層の運転中にはカバーは熱膨張してその直径が大きくなり、カバーと伝熱管との間の隙間に流動媒体が侵入し、流動層の停止時には流動媒体は前記隙間に残留することになるが、カバーに形成された絞り部は一種のバネ効果として作用し、そのため、カバーはその円周方向に対してフレキシビリティーとなり、カバーが温度低下により縮もうとした場合には、前記絞り部がバネとなって収縮し、カバーはほぼ元の寸法まで縮むことができる。これによって、熱ラチェット現象によるカバーの歪みを抑制でき、カバーの信頼性向上を図ることができる。
【００１３】
また、上記各構成によれば、伝熱管がカバーで覆われているので、伝熱管での伝熱量を減少させることができるが、この伝熱量を更に減少させるにはカバーの絞り部の深さを調整することにより、所望の伝熱量に設定することができる。
【００１４】
絞り部でのバネ効果をより一層大きくするには、絞り部の曲がり部分を丸く成形するとよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る伝熱管カバー構造を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った矢視図である。また、図２は図１（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。図に示すように、円筒形状のカバー１０内には伝熱管１１が挿通されている。カバー１０の内径は伝熱管１１の外径より僅かに大きく、そのカバー１０の両端部には、伝熱管１１の外周面に向かって絞り込まれた絞り部１２がカバー１０の円周方向に沿って４箇所に形成されている。各絞り部１２の絞り込みの深さは同等であり、これによって、伝熱管１１はカバー１０のほぼ中心軸上に配置されている。また、絞り部１２があることにより、カバー１０と伝熱管１１との間には隙間１３が形成されている。なお、絞り部１２はプレス等で加工され、その曲がり部分１２Ａは丸く成形されている。
【００１６】
図１および図２は初期据付時における様子で、絞り部１２の先端は伝熱管１１の外周面に接触している。なお、絞り部１２は４箇所に限らず、２箇所、３箇所、または５箇所以上でも良い。
【００１７】
上記構成の伝熱管カバー構造によれば、カバー１０の両端部に絞り部１２が形成されているので、カバー１０はその円周方向に対してフレキシビリティーとなり、例えば、一旦膨張して、その後縮んだときに、カバー１０と伝熱管１１との間の隙間１３に流動媒体が残留していても、カバー１０はほぼ元の状態に戻ることができる。以下、この点について図３〜図５を詳しく用いて説明する。
【００１８】
図３は初期据付時の状態であり、絞り部１２の先端は伝熱管１１の外周面に接触している。また、絞り部１２が形成された以外の箇所では、カバー１０と伝熱管１１との間には隙間１３が形成されている。
【００１９】
図４は運転時の状態であり、カバー１０周囲の周囲には、石灰石、砂等を含んだ高温の流動媒体が存在している。このとき、カバー１０自体の温度が上昇し、カバー１０は熱膨張して径が大きくなる。一方、伝熱管１１の内部には水又は蒸気が流れているが、流動媒体に比べればかなり温度が低いので、伝熱管１１の径はさほど大きくならない。その結果、カバー１０と伝熱管１１との間の隙間１３が更に大きくなり、この隙間１３に流動媒体１４が侵入してくる。
【００２０】
そして、図４の状態で運転を停止すると、カバー１０周囲の流動媒体の温度が低くなるので、カバー１０は縮んで元の径まで戻ろうとする。しかし、隙間１３に流動媒体１４が残留しているために簡単には元の径まで戻ることはできないが、絞り部１２がカバー１０の円周方向に対してバネの作用となって収縮するため（特に、絞り部１２の曲がり部分１２Ａが丸く成形されているので、一層収縮しやすくなっている）、図５に示すように、カバー１０自体は元の状態近くまで戻ることができる。絞り部１２の先端付近では、カバー１０が縮むときに流動媒体１４は圧縮力を受け、図５のように圧密された流動媒体１５が残留する。
【００２１】
上記のように、絞り部１２と伝熱管１１との間には圧密された流動媒体１５が残留し、長期的には熱ラチェット現象により絞り部１２での直径も広がることになるが、図７に示した従来例のように当板を溶接で取り付けた場合と比べて、熱ラチェットに対する耐用年数を大幅に向上させることができる。すなわち、溶接部があると、絞り部１２での直径が拡がったときに、応力集中により溶接部が割れることがあるが、本実施の形態では絞り部１２はプレス加工されているので、溶接による熱影響を受けておらず材料として安定しており、また形状的にも絞り部１２の曲がり部分１２Ａが丸く成形されているので、熱による伸縮が拘束され難く、熱ラチェットに対する耐用年数の大幅な向上を図ることができる。
【００２２】
また、本実施の形態によれば、絞り部１２の深さを調整してカバー１０と伝熱管１１との間に隙間１３を任意に設定することができ、これにより伝熱管１１の伝熱量を所望の調整することができる。
【００２３】
さらに、本実施の形態よれば、絞り部１２はプレス加工等で簡単に成形できるため、従来例のような当板が不要となり、部品点数の低減および溶接等の加工費の低減を実現できる。
【００２４】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２を示しており、（ａ）は伝熱管カバー構造の正面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線に沿った矢視図である。本実施の形態では、絞り部１７がカバー１０の全長にわたって形成されている。また、絞り部１７はカバー１０の円周方向に沿って４箇所に形成されている。各絞り部１７の絞り込みの深さは同等であり、これによって、伝熱管１１はカバー１０のほぼ中心軸上に配置されている。また、絞り部１７があることにより、カバー１０と伝熱管１１との間には隙間１３が形成されている。なお、絞り部１７はプレス等で加工され、その曲がり部分１７Ａは丸く成形されている。
【００２５】
図６は初期据付時における様子で、絞り部１７の先端は伝熱管１１の外周面に接触している。なお、絞り部１７は４箇所に限らず、２箇所、３箇所、または５箇所以上でも良い。
【００２６】
上記構成の伝熱管カバー構造によれば、カバー１０の全長にわたって絞り部１７が形成されているので、実施の形態１と同様に、カバー１０はその円周方向に対してフレキシビリティーとなり、一旦膨張して、その後縮んだときに、カバー１０と伝熱管１１との間の隙間１３に流動媒体が残留していても、カバー１０はほぼ元の状態に戻ることができる。
【００２７】
本実施の形態は、カバー１０が長尺の場合に効果的である。すなわち、カバー１０が長尺の場合には、両端部のみに絞り部を設けた構成ではカバー１０の中央部が支持されていないので、中央部が変形しやすくなるが、本実施の形態のようにカバー１０の全長にわたって絞り部１７が形成されていれば、カバー１０の中央部での変形を抑えることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱ラチェット現象によるカバーの歪みを抑制することができ、カバーの信頼性向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による伝熱管カバー構造を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った矢視図である。
【図２】図１（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図３】初期据付時のカバーと伝熱管の様子を示した図である。
【図４】運転時のカバーと伝熱管の様子を示した図である。
【図５】停止時のカバーと伝熱管の様子を示した図である。
【図６】本発明の実施の形態２による伝熱管カバー構造を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線に沿った矢視図である。
【図７】従来技術による伝熱管カバー構造を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った矢視図である。
【図８】従来技術による運転時のカバーと伝熱管の様子を示した図である。
【符号の説明】
１０  カバー
１１  伝熱管
１２  絞り部
１２Ａ  曲がり部分
１３  隙間
１４  流動媒体
１５  圧密された流動媒体
１７  絞り部
１７Ａ  曲がり部分
【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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