JP5357615B2

JP5357615B2 - ボイラ

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Publication number: JP5357615B2
Application number: JP2009102093A
Authority: JP
Inventors: 伸好駒井; 敬之宮澤; 清隆青木; 幸夫岩元; 雅浩小林
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-04-20
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2029-04-20
Also published as: CN102257321A; WO2010122691A1; EP2423586A4; US20110239960A1; KR101367081B1; JP2010249481A; KR20110095316A; EP2423586A1

Description

本発明は、例えば、ボイラの過熱器、再熱器を構成する伝熱管を所定の間隔に保持し、伝熱管列の乱れ防止用として略並行に配列された伝熱管に取り付けられる伝熱管の整管金物を備えたボイラに関するものである。

このような伝熱管の整管金物としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。

特開２００８−１８５３０８号公報

ところで、近年、水蒸気による管内側の表面（管内周面）のスケールの生成を抑制するため、管内側の表面にショットブラスト加工を施したステンレス製の鋼管が多く採用されるようになっている。
しかしながら、ショットブラスト加工を施した加工層は、溶接による入熱によって回復してしまうこと（その効果が低減してしまうこと）や溶接入熱による鋭敏化が懸念されるため、伝熱管（配管）に溶接接合される上記特許文献１に開示された伝熱管の整管金物（スライドスペーサー）は、管内側の表面にショットブラスト加工を施した管には不向きである。

そこで、近年、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すような、溶接部を極力減らした（最小限にした）伝熱管の整管金物６０が提案されている。
伝熱管の整管金物６０は、同じ形状を呈する２枚の板状部材６１を備えている。板状部材６１は、断面視コ字状を呈する、例えば、長さ（縦）９４０ｍｍ、幅（横）７６ｍｍ、板厚６ｍｍの長尺状の薄板部材である。

伝熱管列は、一方の板状部材６１の背面（幅方向における中央部の外側面）６２と他方の板状部材６１の背面６２との間に挟み込まれるようになっている。また、一方の板状部材６１の背面６２と、他方の板状部材６１の背面６２との間には、伝熱管１５と伝熱管１５との間に挿入されるスペーサー６３が、所定の間隔をあけて所々（必要最低限の範囲で）配置されている。そして、一方の板状部材６１の長さ方向における両端部の背面６２と、他方の板状部材６１の長さ方向における両端部の背面６２との間にも、スペーサー６４が配置されている。

図６（ａ）に示すように、スペーサー６３は、断面視コ字状を呈する板状の部材であり、その長さ（図６（ａ）において上下方向の長さ）は、伝熱管１５の直径よりも若干（例えば、１．４ｍｍ〜４ｍｍ）大きくなるように設定され、その幅（図６（ａ）において左右方向の長さ）は、伝熱管１５間の距離よりも若干（例えば、１．４ｍｍ〜４ｍｍ）小さくなるように設定されている。

背面６２同士が対向するようにして配置された板状部材６１と板状部材６１とは、スペーサー６３が配置された箇所で締結部材（例えば、ボルト・ナット）６５を介して連結（結合）されている。
また、板状部材６１の下面６１ａと、伝熱管１５の外表面１５ａとは、所定の間隔をあけて所々（必要最低限の範囲で）溶接接合されている。なお、図６（ａ）および図６（ｂ）中の符号６６は、溶接部を示している。

しかしながら、図６（ａ）および図６（ｂ）に示す伝熱管の整管金物６０では、一方の板状部材６１と他方の板状部材６１との間に温度差があると、長さ方向に熱伸び差が生じ、長さ方向に反り（曲がり）が生じて、伝熱管列に反り（曲がり）が生じてしまうといった問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、伝熱管列を挟み込む２つの板状部材の熱伸び差による長さ方向の反り（曲がり）を低減させることができ、伝熱管列の反り（曲がり）を防止することができる伝熱管の整管金物を備えたボイラを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係るボイラは、略平行に配列された伝熱管を所定の間隔に保持し、伝熱管列の乱れを防止する伝熱管の整管金物を備えたボイラであって、前記伝熱管の整管金物は、幅方向における一側に、その長手方向に沿って複数の切り欠きが設けられた長尺状の板状部材を２枚備え、前記切り欠きはそれぞれ、前記板状部材の長手方向軸線に対して直交する方向に延びる２つの直線部と、これら直線部の一端同士を連結する半円部とのみを有し、前記板状部材の長手方向軸線に沿う前記２つの直線部間の距離、および前記半円部の直径は、当該切り欠きに収容される前記伝熱管の直径よりも大きくなるように設定されており、隣り合う切り欠きと切り欠きとの間、および前記板状部材の長さ方向における両端部に位置する切り欠きと、前記板状部材の長手方向における両側面との間に、舌片部がそれぞれ設けられているとともに、前記舌片部の先端面は、前記２枚の板状部材で前記伝熱管列を挟み込んだ後、対応するもう１枚の板状部材と溶接接合されている。

本発明に係るボイラによれば、２枚の板状部材に形成された切り欠き内に１つの伝熱管列が挟み込まれ、舌片部の先端面が、対応するもう１枚の板状部材と接合（例えば、溶接接合）されることにより、一方の板状部材に形成された舌片部と、他方の板状部材に形成された舌片部とが面接触することになる。
これにより、一方の板状部材が有する熱を、各板状部材に形成された舌片部を介して他方の板状部材に円滑に（効率よく）伝える（熱伝導させる）ことができ、伝熱管列を挟み込む２つの板状部材の熱伸び差による長さ方向の反り（曲がり）を低減させることができて、伝熱管列の反り（曲がり）を防止することができる。

また、本発明に係るボイラによれば、例えば、下方に位置する板状部材の下面と、伝熱管の外表面とが、所定の間隔をあけて所々（必要最低限の範囲で）溶接接合され、伝熱管列に固定されることになる。
これにより、伝熱管の整管金物を伝熱管列に固定するための溶接部を最小限に抑えることができ、管内側の表面に施されたショットブラスト加工層の入熱による回復や鋭敏化を防止することができる。

さらに、本発明に係るボイラによれば、切り欠きの、板状部材の長手方向軸線に沿う２つの直線部間の距離、および半円部の直径が、当該切り欠きに収容される伝熱管の直径よりも大きくなるように設定されているので、伝熱管の半径方向への伸縮および伝熱管の長手方向（軸方向）への伸縮を許容することができ、伝熱管の半径方向への伸縮および伝熱管の長手方向への伸縮による変形を防止することができる。

さらにまた、本発明に係るボイラによれば、伝熱管列の反り（曲がり）が防止されることになるので、ボイラの性能低下を防止することができて、ボイラの信頼性を向上させることができる。

本発明に係るボイラによれば、伝熱管列を挟み込む２つの板状部材の熱伸び差による長さ方向の反り（曲がり）を低減させることができ、伝熱管列の反り（曲がり）を防止することができるという効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係る伝熱管の整管金物が組み合わされた状態を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ矢視断面図である。図１に示す伝熱管の整管金物が組み合わされる前の状態を示す平面図である。本発明の第１実施形態に係る伝熱管の整管金物が伝熱管列に取り付けられた状態を示す側面図である。本発明の第１参考実施形態に係る伝熱管の整管金物が伝熱管列に取り付けられた状態を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の左側方（ボイラ前側）から見た側面図である。本発明の第２参考実施形態に係る伝熱管の整管金物が組み合わされた状態を示す図であって、（ａ）は締結手段が配置されている箇所における断面図、（ｂ）は（ａ）の右側から見た図である。従来の伝熱管の整管金物が組み合わされた状態を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の下方から見た図である。

以下、本発明の第１実施形態に係る伝熱管の整管金物について、図１から図３を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る伝熱管の整管金物が組み合わされた状態を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ矢視断面図、図２は図１に示す伝熱管の整管金物が組み合わされる前の状態を示す平面図、図３は本実施形態に係る伝熱管の整管金物が伝熱管列に取り付けられた状態を示す側面図である。

本発明に係る伝熱管の整管金物は、例えば、ボイラの過熱器、再熱器を構成する伝熱管を所定の間隔に保持し、伝熱管列の乱れ防止用として略並行に配列された伝熱管に取り付けられるものである。
図２に示すように、本実施形態に係る伝熱管の整管金物１０は、同じ形状を呈する２枚の板状部材１１を備えている。

板状部材１１は、例えば、長さ（縦）９４０ｍｍ、幅（横）７６ｍｍ、板厚６ｍｍの長尺状の薄板部材であり、幅方向における一側には、長さ方向に沿って複数の切り欠き１２が設けられている。
切り欠き１２はそれぞれ、板状部材１１の長手方向軸線に対して直交する方向に延びる２つの直線部１３と、これら直線部１３の一端同士を連結する（結ぶ）半円部１４とを有している。板状部材１１の長手方向軸線に沿う直線部１３と直線部１３との間の距離、および半円部１４の直径は、当該切り欠き１２に収容される（保持される）伝熱管１５（図３参照）の直径よりも若干（例えば、１．４ｍｍ〜４ｍｍ）大きくなるように設定されている。すなわち、切り欠き１２はそれぞれ、図１に示すように、２枚の板状部材１１が組み合わされた時に、当該切り欠き１２に収容される伝熱管１５の外周円（伝熱管の外表面がなす円）１５ａよりも若干大きい内周円１６が、幅方向の中心部に形成されるようになっている。

また、図２に示すように、隣り合う切り欠き１２と切り欠き１２との間、および板状部材１１の長さ方向において両端部に位置する切り欠き１２と、板状部材１１の長さ方向における両側面１７との間には、舌片部１８がそれぞれ設けられている。そして、図１に示すように、舌片部１８の先端面は、２枚の板状部材１１で１つの伝熱管列を挟み込んだ後、対応するもう１枚の板状部材１１と溶接接合される。なお、図１中の符号１９は、溶接部を示している。

２枚の板状部材１１で１つの伝熱管列を挟み込み、舌片部１８の先端面を、対応するもう１枚の板状部材１１と溶接接合したら、下方に位置する板状部材１１の下面２０と、伝熱管１５の外表面１５ａとを所定の間隔をあけて所々（必要最低限の範囲で）溶接接合し、伝熱管の整管金物１０を伝熱管列に固定する。なお、図３中の符号２１は、溶接部を示している。

本実施形態に係る伝熱管の整管金物１０によれば、２枚の板状部材１１に形成された切り欠き１２内に１つの伝熱管列が挟み込まれ、舌片部１８の先端面が、対応するもう１枚の板状部材１１と溶接接合されることにより、一方の板状部材１１に形成された舌片部１８と、他方の板状部材１１に形成された舌片部１８とが面接触することになる。
これにより、一方の板状部材１１が有する熱を、各板状部材１１に形成された舌片部１８を介して他方の板状部材１１に円滑に（効率よく）伝える（熱伝導させる）ことができ、伝熱管列を挟み込む２つの板状部材１１の熱伸び差による長さ方向の反り（曲がり）を低減させることができて、伝熱管列の反り（曲がり）を防止することができる。

また、本実施形態に係る伝熱管の整管金物１０によれば、例えば、下方に位置する板状部材１１の下面２０と、伝熱管１５の外表面１５ａとが、所定の間隔をあけて所々（必要最低限の範囲で）溶接接合され、伝熱管列に固定されることになる。
これにより、伝熱管の整管金物１０を伝熱管列に固定するための溶接部２１を最小限に抑えることができ、管内側の表面に施されたショットブラスト加工層の入熱による回復や鋭敏化を防止することができる。

さらに、本実施形態に係る伝熱管の整管金物１０によれば、切り欠き１２の、板状部材１１の長手方向軸線に沿う２つの直線部１３間の距離、および半円部１４の直径が、当該切り欠き１２に収容される伝熱管１５の直径よりも大きくなるように設定されているので、伝熱管１５の半径方向への伸縮および伝熱管１５の長手方向（軸方向）への伸縮を許容することができ、伝熱管１５の半径方向への伸縮および伝熱管１５の長手方向への伸縮による変形を防止することができる。

本発明の第１参考実施形態に係る伝熱管の整管金物について、図４を参照しながら説明する。図４は本実施形態に係る伝熱管の整管金物が伝熱管列に取り付けられた状態を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の左側方（ボイラ前側）から見た側面図である。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、本実施形態に係る伝熱管の整管金物３０は、断面視コ字状を呈する第１の板状部材３１と、第１の板状部材３１よりも若干（例えば、５ｍｍ〜１０ｍｍ）長い、断面視コ字状を呈する第２の板状部材３２とを備えている。
第１の板状部材３１は、例えば、長さ（縦）９４０ｍｍ、幅（横）７６ｍｍ、板厚６ｍｍの長尺状の薄板部材であり、第２の板状部材３２は、例えば、長さ（縦）９４５ｍｍ〜９５０ｍｍ、幅（横）７６ｍｍ、板厚６ｍｍの長尺状の薄板部材である。

本実施形態において、伝熱管列は、第１の板状部材３１の背面（幅方向における中央部の外側面）３３と第２の板状部材３２の背面（幅方向における中央部の外側面）３４との間に挟み込まれるようになっている。また、第１の板状部材３１の背面３３には、伝熱管１５と伝熱管１５との間に挿入されるスペーサー３５の両端部が溶接接合されている。

図４（ａ）に示すように、スペーサー３５は、断面視コ字状を呈する板状の部材であり、その長さ（図４（ａ）において上下方向の長さ）は、伝熱管１５の直径よりも若干（例えば、１．４ｍｍ〜４ｍｍ）大きくなるように設定され、その幅（図４（ａ）において左右方向の長さ）は、伝熱管１５間の距離よりも若干（例えば、１．４ｍｍ〜４ｍｍ）小さくなるように設定されている。なお、図４（ａ）中の符号３６は、スペーサー３５の両端部と第１の板状部材３１の背面３３とを接合する溶接部を示している。

背面３３と背面３４とが対向するようにして配置された第１の板状部材３１と第２の板状部材３２とは、その長さ方向における中央に配置された締結部材（例えば、ボルト・ナット）３７のみを介して連結（結合）されている。

図４（ａ）または図４（ｂ）に示すように、第１の板状部材３１の長さ方向における両端部で、かつ、第１の板状部材３１の両側面（幅方向における両端部の外側面）３８には、第２の板状部材３２を、その長さ方向における伸縮を拘束しない（阻害しない）形態で保持する保持部材３９の両端部が溶接接合されている。
図４（ｂ）に示すように、保持部材３９は、断面視コ字状を呈する板状の部材であり、その長さ（図４（ｂ）において左右方向の長さ）方向における内寸は、保持部材３９の両端部が溶接接合された状態で第２の板状部材３２の両端面４０と若干（例えば、５ｍｍ）の隙間が形成されるように設定され、その幅（図４（ｂ）において上下方向の長さ）における内寸は、第１の板状部材３１の両側面３８間の距離（外寸）よりも若干（例えば、１ｍｍ）大きくなるように設定されている。なお、図４（ｂ）中の符号４１は、保持部材３９の両端部と第１の板状部材３１の両側面３８とを接合する溶接部を示している。また、上述した第１実施形態のものと同様、第１の板状部材３１と、伝熱管１５の外表面１５ａとは、所定の間隔をあけて所々（必要最低限の範囲で）溶接接合されている。

本実施形態に係る伝熱管の整管金物３０によれば、第２の板状部材３２は、第１の板状部材３１に対してその長手方向に自由に伸縮できるようになっているので、伝熱管列を挟み込む２つの板状部材３１，３２の熱伸び差による長さ方向の反り（曲がり）を低減させることができて、伝熱管列の反り（曲がり）を防止することができる。

また、本実施形態に係る伝熱管の整管金物３０によれば、例えば、第１の板状部材３１の下面と、伝熱管１５の外表面１５とが、所定の間隔をあけて所々（必要最低限の範囲で）溶接接合され、伝熱管列に固定されることになる。
これにより、伝熱管の整管金物３０を伝熱管列に固定するための溶接部２１（図３参照）を最小限に抑えることができ、管内側の表面に施されたショットブラスト加工層の入熱による回復や鋭敏化を防止することができる。

さらに、本実施形態に係る伝熱管の整管金物３０によれば、スペーサー３５の、第１の板状部材３１および第２の板状部材３２の長手方向軸線と直交する方向の長さが、伝熱管１５の直径よりも大きくなるように設定され、第１の板状部材３１および第２の板状部材３２の長手方向軸線に沿う長さが、隣り合う伝熱管１５間の距離よりも小さくなるように設定されているので、伝熱管１５の半径方向への伸縮および伝熱管１５の長手方向（軸方向）への伸縮を許容することができ、伝熱管１５の半径方向への伸縮および伝熱管１５の長手方向への伸縮による変形を防止することができる。

さらにまた、本実施形態に係る伝熱管の整管金物３０によれば、締結部材３７が、第１の板状部材３１および第２の板状部材３２の長手方向における中央のみに配置され、第２の板状部材３２の伸縮が、何ら拘束されることなく自由に行われることになるので、伝熱管列を挟み込む２つの板状部材３１，３２の熱伸び差による長さ方向の反り（曲がり）をさらに低減させることができ、伝熱管列の反り（曲がり）をさらに防止することができる。

さらにまた、本実施形態に係る伝熱管の整管金物３０によれば、スペーサー３５が、隣り合う伝熱管１５間のすべてに配置されているので、一方の板状部材３２（または３１）が有する熱を、板状部材３１，３２間に配置されたスペーサー３５を介して他方の板状部材３１（または３２）に円滑に（効率よく）伝える（熱伝導させる）ことができ、伝熱管列を挟み込む２つの板状部材３１，３２の熱伸び差による長さ方向の反り（曲がり）をさらに低減させることができて、伝熱管列の反り（曲がり）をさらに防止することができる。

本発明の第２参考実施形態に係る伝熱管の整管金物について、図５を参照しながら説明する。図５は本実施形態に係る伝熱管の整管金物が組み合わされた状態を示す図であって、（ａ）は締結手段が配置されている箇所における断面図、（ｂ）は（ａ）の右側から見た図である。

本実施形態に係る伝熱管の整管金物５０は、締結手段５１としてボルト５２およびナット５３が採用され、ナット５３の側に配置された板状部材６１には、板状部材６１の長さ方向に沿って長穴５４が設けられているという点で、図６（ａ）および図６（ｂ）を用いて説明した伝熱管の整管金物６０と異なる。その他の構成要素については図６（ａ）および図６（ｂ）を用いて説明した伝熱管の整管金物６０と同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、図５（ａ）および図５（ｂ）中の符号５５はワッシャーである。また、図面の簡略化を図るため、図５（ａ）中にはスペーサー６３を示していない。

本実施形態に係る伝熱管の整管金物５０によれば、一方の板状部材６１が伸縮しても、当該伸縮は、長穴５４によって許容（吸収）されることになるので、伝熱管列を挟み込む２つの板状部材６１の熱伸び差による長さ方向の反り（曲がり）を低減させることができて、伝熱管列の反り（曲がり）を防止することができる。

また、本実施形態に係る伝熱管の整管金物５０によれば、例えば、一方の板状部材６１の下面と、伝熱管１５（図６参照）の外表面１５ａ（図６参照）とが、所定の間隔をあけて所々（必要最低限の範囲で）溶接接合され、伝熱管列に固定されることになる。
これにより、伝熱管の整管金物５０を伝熱管列に固定するための溶接部６６（図６（ｂ）参照）を最小限に抑えることができ、管内側の表面に施されたショットブラスト加工層の入熱による回復や鋭敏化を防止することができる。

さらに、本実施形態に係る伝熱管の整管金物５０によれば、スペーサー６３の、板状部材６１の長手方向軸線と直交する方向の長さが、伝熱管１５の直径よりも大きくなるように設定され、板状部材６１の長手方向軸線に沿う長さが、隣り合う伝熱管１５間の距離よりも小さくなるように設定されているので、伝熱管１５の半径方向への伸縮および伝熱管１５の長手方向（軸方向）への伸縮を許容することができ、伝熱管１５の半径方向への伸縮および伝熱管１５の長手方向への伸縮による変形を防止することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で適宜必要に応じて変形実施および変更実施することができる。

１０伝熱管の整管金物
１１板状部材
１２切り欠き
１３直線部
１４半円部
１５伝熱管
１７側面
１８舌片部
３０伝熱管の整管金物
３１第１の板状部材
３２第２の板状部材
３３背面
３４背面
３５スペーサー
３７締結部材
３８側面（外側面）
３９保持部材
５０伝熱管の整管金物
５２ボルト
５３ナット
５４長穴
６０伝熱管の整管金物
６１板状部材
６２背面
６３スペーサー
６５締結部材

Claims

略平行に配列された伝熱管を所定の間隔に保持し、伝熱管列の乱れを防止する伝熱管の整管金物を備えたボイラであって、
前記伝熱管の整管金物は、幅方向における一側に、その長手方向に沿って複数の切り欠きが設けられた長尺状の板状部材を２枚備え、
前記切り欠きはそれぞれ、前記板状部材の長手方向軸線に対して直交する方向に延びる２つの直線部と、これら直線部の一端同士を連結する半円部とのみを有し、
前記板状部材の長手方向軸線に沿う前記２つの直線部間の距離、および前記半円部の直径は、当該切り欠きに収容される前記伝熱管の直径よりも大きくなるように設定されており、
隣り合う切り欠きと切り欠きとの間、および前記板状部材の長さ方向における両端部に位置する切り欠きと、前記板状部材の長手方向における両側面との間に、舌片部がそれぞれ設けられているとともに、
前記舌片部の先端面は、前記２枚の板状部材で前記伝熱管列を挟み込んだ後、対応するもう１枚の板状部材と溶接接合されていることを特徴とするボイラ。