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技術 管群構造ボイラ

出願人 株式会社サムソン
発明者 安藤則俊高島博史黒木茂池上毅菊池太希
出願日 2013年7月1日 (6年10ヶ月経過) 出願番号 2013-137695
公開日 2015年1月19日 (5年3ヶ月経過) 公開番号 2015-010791
状態 未査定
技術分野 蒸気発生一般 蒸気ボイラの細部
主要キーワード 流動空間内 熱膨張度 流動空間 ガス流上流 ガス流下流 単位空間 ボイラ壁 膨張度
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この項目の情報は公開日時点(2015年1月19日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

ボイラ壁に対する加熱量の差によって熱膨張度に差が生じ、ひずみによる金属疲労によってボイラ壁の耐久性が低下するということを防止する。

解決手段

向かい合った2枚のボイラ壁1と、ボイラ壁1によって挟まれた空間である加熱用ガス流動空間7内に設けている伝熱管2群からなり、加熱用ガス流動空間7に加熱用ガスを流すことで伝熱管2を加熱する構成としている管群構造ボイラにおいて、前記ボイラ壁の加熱用ガス流動空間7側に断熱材3を設けており、前記断熱材3は比較的高温の加熱用ガスが流れる部分では断熱材を比較的厚く施工することで断熱材による遮熱量を多くし、比較的低温の加熱用ガスが流れる部分では断熱材を比較的薄く施工することで断熱材による遮熱量を少なくする。

概要

背景

特許第2824619号公報に記載があるように、一対の向かい合ったボイラ壁を間隔を開けて設置することで、その間を加熱用ガス流動空間としておき、左右をボイラ壁で挟まれた直方体の加熱用ガス流動空間内に多数の垂直な伝熱管を設置した構成の管群構造ボイラが知られている。このボイラでは、加熱用ガス流動空間の一端側から他端側に向けて加熱用ガスを流すと、加熱用ガスはガス流に対して交差方向に延びる伝熱管を加熱し、さらに伝熱管内ボイラ水を加熱することになる。この形状のボイラは、加熱用ガス流動空間内に伝熱管を詰め込む構成であるため、単位空間当たりの伝熱面積を大きくすることができ、ボイラの設置面積は小さくすることができるという利点がある。そのため、ボイラ自身では燃焼装置を持たず、ほかから供給される高温排ガスによって加熱を行う排熱回収ボイラでは、管群構造ボイラとすることが広く行われている。

しかし上記のような管群構造のボイラでは、伝熱管による熱交換を行う前の上流側での加熱用ガスは高温であって、伝熱管との熱交換を行うことでガス温度は徐々に低下していくものであるため、加熱用ガス流動空間内を流れる加熱用ガスの温度は場所によって異なることになる。排ガスの供給を受けて加熱を行っている排熱回収ボイラでは、燃焼装置を持ったボイラに比べるとガス流の上流側と下流側での温度差は小さくなる。しかしそれでも、ガス流上流側では500℃の加熱用ガスが供給されているものが、熱交換の進んだ下流側では200℃まで低下しているというように、大きな温度差が発生することになっていた。

加熱用ガス流動空間内の位置によって、加熱用ガスの温度が異なるということになると、加熱用ガスによる加熱量が異なる。加熱用ガス流動空間の上流域では、比較的高温である加熱用ガスから加熱を受けるために伝熱管やボイラ壁は強く加熱されるが、加熱用ガス流動空間の下流域では加熱用ガス温度が低下してるために、上流域に比べると加熱量は少なくなる。この場合、伝熱管は内部を通るボイラ水が熱を吸収することで冷却されるが、金属製の板材によってボイラ壁を構成していると、ボイラ壁の温度が場所によって異なることになる。そして、金属製のボイラ壁は、加熱されると膨張し、膨張度は温度に比例するため、ボイラ壁では場所によって膨張量が異なるということになり、膨張量が異なればそこにひずみが生じることになる。

ボイラ壁には、加熱用ガス流動空間側の面に断熱材を施工することによってボイラ壁への伝熱を低減することも行われているが、断熱材を設置しておいても熱を完全に遮断することは不可能である。そして断熱材を設置した場合でも、加熱用ガスの温度が高いほど、ボイラ壁に対する加熱量が多くなることに変わりない。そのため、加熱用ガスの温度が高い部分でのボイラ壁温度は、ほかの部分よりも高くなり、ボイラ壁温度が場所によって異なることになることで、ひずみが発生することになっていた。ボイラ壁に熱膨張の差によるひずみが繰り返し掛かると、ボイラ壁はひずみによる金属疲労蓄積することで、耐久性が低下することになる。

概要

ボイラ壁に対する加熱量の差によって熱膨張度に差が生じ、ひずみによる金属疲労によってボイラ壁の耐久性が低下するということを防止する。向かい合った2枚のボイラ壁1と、ボイラ壁1によって挟まれた空間である加熱用ガス流動空間7内に設けている伝熱管2群からなり、加熱用ガス流動空間7に加熱用ガスを流すことで伝熱管2を加熱する構成としている管群構造ボイラにおいて、前記ボイラ壁の加熱用ガス流動空間7側に断熱材3を設けており、前記断熱材3は比較的高温の加熱用ガスが流れる部分では断熱材を比較的厚く施工することで断熱材による遮熱量を多くし、比較的低温の加熱用ガスが流れる部分では断熱材を比較的薄く施工することで断熱材による遮熱量を少なくする。

目的

本発明が解決しようとする課題は、一対の向かい合った壁面を間隔を開けて設置し、その間に多数の伝熱管を設けておき、伝熱管群の一方端から他方端へ向けて加熱用ガスを流すことによって、伝熱管と加熱用ガスで熱交換を行う構成とした管群構造ボイラにおいて、ガス流上流側のボイラ壁が強く加熱される部分とガス流下流側のボイラ壁に対する加熱量が小さくなる部分で、ボイラ壁に対する加熱量の差によって熱膨張度に差が生じ、ひずみによる金属疲労によってボイラ壁の耐久性が低下するということを防止できる管群構造ボイラを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

向かい合った2枚のボイラ壁と、ボイラ壁によって挟まれた空間である加熱用ガス流動空間内に設けている伝熱管群からなり、加熱用ガス流動空間に加熱用ガスを流すことで伝熱管を加熱する構成としている管群構造ボイラにおいて、前記ボイラ壁の加熱用ガス流動空間側に断熱材を設けており、前記断熱材は比較的高温の加熱用ガスが流れる部分では断熱材を比較的厚く施工することで断熱材による遮熱量を多くし、比較的低温の加熱用ガスが流れる部分では断熱材を比較的薄く施工することで断熱材による遮熱量を少なくしていることを特徴とする管群構造ボイラ。

請求項2

請求項1に記載の管群構造ボイラにおいて、加熱用ガス流動空間は、上流域・中流域下流域の3段階以上で区画しておき、ボイラ壁に設ける断熱材の厚さは、上流域断熱材>中流域断熱材>下流域断熱材としていることを特徴とする管群構造ボイラ。

技術分野

0001

本発明は、一対の向かい合った壁面を間隔を開けて設置してその間をガス通路とし、ガス通路に多数の伝熱管を設置しておき、伝熱管群に対して交差方向に加熱用ガスを流すことで、伝熱管内ボイラ水を加熱する管群構造ボイラに関するものである。

背景技術

0002

特許第2824619号公報に記載があるように、一対の向かい合ったボイラ壁を間隔を開けて設置することで、その間を加熱用ガス流動空間としておき、左右をボイラ壁で挟まれた直方体の加熱用ガス流動空間内に多数の垂直な伝熱管を設置した構成の管群構造ボイラが知られている。このボイラでは、加熱用ガス流動空間の一端側から他端側に向けて加熱用ガスを流すと、加熱用ガスはガス流に対して交差方向に延びる伝熱管を加熱し、さらに伝熱管内のボイラ水を加熱することになる。この形状のボイラは、加熱用ガス流動空間内に伝熱管を詰め込む構成であるため、単位空間当たりの伝熱面積を大きくすることができ、ボイラの設置面積は小さくすることができるという利点がある。そのため、ボイラ自身では燃焼装置を持たず、ほかから供給される高温排ガスによって加熱を行う排熱回収ボイラでは、管群構造ボイラとすることが広く行われている。

0003

しかし上記のような管群構造のボイラでは、伝熱管による熱交換を行う前の上流側での加熱用ガスは高温であって、伝熱管との熱交換を行うことでガス温度は徐々に低下していくものであるため、加熱用ガス流動空間内を流れる加熱用ガスの温度は場所によって異なることになる。排ガスの供給を受けて加熱を行っている排熱回収ボイラでは、燃焼装置を持ったボイラに比べるとガス流の上流側と下流側での温度差は小さくなる。しかしそれでも、ガス流上流側では500℃の加熱用ガスが供給されているものが、熱交換の進んだ下流側では200℃まで低下しているというように、大きな温度差が発生することになっていた。

0004

加熱用ガス流動空間内の位置によって、加熱用ガスの温度が異なるということになると、加熱用ガスによる加熱量が異なる。加熱用ガス流動空間の上流域では、比較的高温である加熱用ガスから加熱を受けるために伝熱管やボイラ壁は強く加熱されるが、加熱用ガス流動空間の下流域では加熱用ガス温度が低下してるために、上流域に比べると加熱量は少なくなる。この場合、伝熱管は内部を通るボイラ水が熱を吸収することで冷却されるが、金属製の板材によってボイラ壁を構成していると、ボイラ壁の温度が場所によって異なることになる。そして、金属製のボイラ壁は、加熱されると膨張し、膨張度は温度に比例するため、ボイラ壁では場所によって膨張量が異なるということになり、膨張量が異なればそこにひずみが生じることになる。

0005

ボイラ壁には、加熱用ガス流動空間側の面に断熱材を施工することによってボイラ壁への伝熱を低減することも行われているが、断熱材を設置しておいても熱を完全に遮断することは不可能である。そして断熱材を設置した場合でも、加熱用ガスの温度が高いほど、ボイラ壁に対する加熱量が多くなることに変わりない。そのため、加熱用ガスの温度が高い部分でのボイラ壁温度は、ほかの部分よりも高くなり、ボイラ壁温度が場所によって異なることになることで、ひずみが発生することになっていた。ボイラ壁に熱膨張の差によるひずみが繰り返し掛かると、ボイラ壁はひずみによる金属疲労蓄積することで、耐久性が低下することになる。

先行技術

0006

特許2824619号公報

発明が解決しようとする課題

0007

本発明が解決しようとする課題は、一対の向かい合った壁面を間隔を開けて設置し、その間に多数の伝熱管を設けておき、伝熱管群の一方端から他方端へ向けて加熱用ガスを流すことによって、伝熱管と加熱用ガスで熱交換を行う構成とした管群構造ボイラにおいて、ガス流上流側のボイラ壁が強く加熱される部分とガス流下流側のボイラ壁に対する加熱量が小さくなる部分で、ボイラ壁に対する加熱量の差によって熱膨張度に差が生じ、ひずみによる金属疲労によってボイラ壁の耐久性が低下するということを防止できる管群構造ボイラを提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

本発明の請求項1に記載の発明は、向かい合った2枚のボイラ壁と、ボイラ壁によって挟まれた空間である加熱用ガス流動空間内に設けている伝熱管群からなり、加熱用ガス流動空間に加熱用ガスを流すことで伝熱管を加熱する構成としている管群構造ボイラにおいて、前記ボイラ壁の加熱用ガス流動空間側に断熱材を設けており、前記断熱材は比較的高温の加熱用ガスが流れる部分では断熱材を比較的厚く施工することで断熱材による遮熱量を多くし、比較的低温の加熱用ガスが流れる部分では断熱材を比較的薄く施工することで断熱材による遮熱量を少なくしていることを特徴とする。

0009

請求項2に記載の発明は、前記の管群構造ボイラにおいて、加熱用ガス流動空間は、上流域・中流域・下流域の3段階以上で区画しておき、ボイラ壁に設ける断熱材の厚さは、上流域断熱材>中流域断熱材>下流域断熱材としていることを特徴とする。

発明の効果

0010

ガス流上流域の比較的高温のガスによって加熱を行う部分では、ボイラ壁への伝熱を遮る断熱材量を多くし、逆にガス流下流域の比較的低温のガスによって加熱を行う部分では、ボイラ壁への伝熱を遮る断熱材量を少なくすることで、ボイラ壁に対する加熱量を調節すると、ボイラ壁の場所による温度差を小さくすることができる。ボイラ壁への加熱量が位置によって大きく異なるということをなくし、熱膨張量の差を小さくすると、熱膨張量の差によるひずみは低減されるため、ボイラ壁の耐久性を向上させることができる。

図面の簡単な説明

0011

本発明を実施しているボイラの加熱用ガス流動空間部分を横方向に切断した断面図
ボイラ壁に対する加熱量が異なる場合に発生する熱膨張量の差を説明するための説明図

実施例

0012

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図1は本発明を実施しているボイラの加熱用ガス流動空間部分を横方向に切断した断面図である。ボイラの缶体は、側面に設けた2枚のボイラ壁1と、ボイラ壁1によって挟まれた空間である加熱用ガス流動空間7に設けている多数の伝熱管2などからなる多管式貫流ボイラとしている。ボイラは、缶体上部に設けている上部管寄せ(図示せず)と、缶体下部に設けている下部管寄せ(図示せず)の間を多数の垂直な伝熱管2でつなぐようにしておく。ボイラへの給水は下部管寄せへ行い、下部から供給したボイラ水は伝熱管内を上昇させる。このときに伝熱管を加熱することで、伝熱管内のボイラ水を加熱して蒸気を発生し、発生した蒸気は、上部管寄せに集合させてから取り出す。ボイラ壁1の加熱用ガス流動空間7側には、断熱材3を設置しており、加熱用ガス流動空間7内を流れる加熱用ガスの熱がボイラ壁1へ直接伝わることがないようにしている。

0013

加熱用ガス流動空間7は図の左側から右側へ向けて加熱用ガスが流れるものであり、加熱用ガス流動空間7の両端部に開口部を開けており、図の左側を加熱用ガス入口5、図の右側を排ガス出口6としている。伝熱管2には熱吸収用フィン4を多数枚設けることで、伝熱面積を大きくするようにしており、加熱用ガスは図左側の上流側伝熱管から順に加熱しながら右方向に流れ、加熱用ガス出口6から排気筒へと排出される。

0014

加熱用ガス流動空間7は、加熱用ガスの流動方向に沿って、上流域・中流域・下流域に区分しておく。ボイラ壁1の加熱用ガス流動空間7側を覆う断熱材3の厚さは、上流域・中流域・下流域で異なる値としている。各場所での断熱材3は、上流域、中流域、下流域の順に厚さを薄くしていっており、断熱材の厚さは上流域断熱材>中流域断熱材>下流域断熱材となる。

0015

断熱材3の厚さが異なると、加熱用ガスからボイラ壁1へ伝わる熱量を遮る量が異なる。
上流域での加熱用ガス温度はほかの中流域や下流域部分よりも高くなるが、上流域での断熱材3は中流域及び下流域部分での断熱材3よりも厚くしているため、断熱材3によって遮られる熱量は大きくなる。逆に、下流域での加熱用ガス温度はほかの上流域や中流域部分よりも低くなるが、下流域での断熱材3は上流域及び中流域部分での断熱材3よりも薄くしているため、断熱材3によって遮られる熱量は小さくなる。そして中間である中流域では、加熱用ガスの温度は中間の温度であって、中流域での断熱材3は厚さも中間のものとしている。そのため、各流域での断熱材3の厚さを適切に調節することで、各流域におけるボイラ壁1に対する加熱量の差を小さくすることができる。

0016

加熱用ガス流動空間7の上流側から下流側までの各流域において、断熱材3の厚さが同じであった場合、比較的高温のガスが流れる上流域ではボイラ壁1に対する加熱量が多くなり、比較的低温のガスが流れる下流域ではボイラ壁1に対する加熱量が少なくなる。そして、金属製のボイラ壁1は加熱されると膨張するが、加熱量が少ない下流域での膨張度は、加熱量の大きな上流域での膨張度に比べると小さなものとなる。そのため図2に記載しているように、上流域ではボイラ壁1の膨張度が大きくなり、下流域でのボイラ壁の膨張度は上流域ほどは大きくならないことで、膨張度に差が生じることがあった。そしてボイラ壁の場所によって膨張度が異なると、ひずみが発生することになってしまう。前記実施例のようにボイラ壁に対する加熱量の差を小さくすると、膨張度の差によるひずみを低減することができるため、ボイラ壁の耐久性を向上させることができる。

0017

なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

0018

1ボイラ壁
2伝熱管
3断熱材
4熱吸収用フィン
5加熱用ガス入口
6排ガス出口
7 加熱用ガス流動空間

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