JPS5934278B2 - 熱交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は大形の熱交換器に関するもので、更に詳しく言
えば、非接触型の蒸気発生器に関する。

本発明の目的に適する非接触型蒸気発生器は、密閉され
たダクト内に高温ガスを通すことにより、そのダクトを
横断して配置された流体移送管束中の水および（または
）蒸気を加熱して蒸気を発生する装置として定義するこ
とができる。

高温ガスを得るためには、蒸気発生器の基部においてバ
ーナを燃焼させてもよいし、あるいは複合サイクル発電
所として知られる発電設備において見られるごとくガス
タービンの高温排ガスを利用してもよい。

かかる蒸気発生器の実例は熱回収蒸気発生器であって、
これはモジュール形式に構成された幾つかの装置から成
り得る。

それらの装置は、当業界においては、予熱器（低圧節約
装置）、節約装置（高圧節約装置）、蒸発器および過熱
器のいずれもが、高温排ガス流路の外部に位置する蒸気
ドラムと流通関係にある場合がある。

このような構成方式の実例は、フリーマン（Ｆｒｅｅｍ
ａｎ）等の米国特許第３９３４５５３号明細書中に記載
されている。

蒸気発生器の内部に組込む方法について述べれば、上記
の装置は上から下へ向かう順序で配置されるのが通例で
ある。

蒸気発生器内の流路を高温ガスが上昇するに従い、ガス
の温度は低下する。

他方、蒸気発生器内の管を通って降下するに従い、水−
蒸気混合物の温度は上昇する。

このように、２種の熱交換媒体が互いに反対方向に向か
って流れるのである。

従来、かかる熱交換用の管は固定された管支持板に取付
けられていたのであって、管は管支持板に設けられた穴
の中で滑動することにより熱膨張が可能であった。

後で説明する通り、このような構造は管の熱膨張が厳密
に軸方向に於て均等なものでない場合には最良の結果を
もたらさない。

そのため、管束に永久的なゆがみが生じ、従って性能の
低下および更には管束の早期破損さえ起こることがある
。

本発明は、高温ガス流路の内部に旋回可能に取付けられ
た枢着された複数の管支持板を提供することにより、従
来技術に対する改良をもたらすものである。

前述の通り、管中の流体は降下するに従って加熱される
から、管束中の下方の管は上方の管より高い温度を示す
のが通例である。

その結果、管束は不均等な熱膨張を受けるわけで、下方
の管はど上方の管より水平方向の膨張が大きいことにな
る。

そこで、非拘束性の支持機構を得るため、管の膨張方向
に僅かな回転および並進が可能となるよう管支持板は高
温ガスダクトの骨組に対して旋回可能に連結される。

同様に、互いに独立した上方および下方の管束が存在す
る場合には、２つの部材から成る管支持板が使用される
。

その場合、下方の部材は上方の部材に対してヒンジで連
結され、しかも管支持板全体は高温ガスダクトの内部に
旋回可能に支持されるのである。

このように本発明の目的の一つは、非接触型熱交換器の
管束用の関節式管支持体を提供することにある。

また、熱膨張条件下で管支持体と管束との間に生じる拘
束を排除することも本発明の目的の一つである。

本発明に固有のものと信じられる新規な特徴は前記特許
請求の範囲中に示されている。

とは言え、本発明それ自体並びにそれの目的および利点
は添付の図面を参照しながら以下の説明を読めば最も良
く理解されよう。

第１図は熱交換装置１１の中間部分を削除して示す部分
切欠き立面図である。

かかる熱交換装置１１はダクト１２によって規定された
高温ガス流路を有している。

熱交換装置１１の下部に見られる矢印は、この熱交換装
置を通って流れかつ拡開する高温ガスを示している。

かかる熱交換装置１１が蒸気発生器内のただ１個のモジ
ュールであると考えれば、第１図に示された管束の上下
にその他のモジュールを構成する管束が配置されること
もあり得る。

更にまた、第１図に示された熱交換装置を煙突様構造物
の一部と見なすことも可能である。

ここでは、本発明の好適な実施例の用途を例示する目的
から、熱交換装置１１をいわゆる熱回収蒸気発生器の一
部と見なすことにする。

フリーマン等の米国特許第３９３４５５３号明細書中に
記載の通り、熱回収蒸気発生器はガスタービンからの高
温排ガスを導入し、そして煙突の内部に配置された管束
中の流体との間で熱交換を行わせる。

従って、図示された熱交換装置１１はいわゆる低圧節約
装置および高圧節約装量に類似すると言ってよい。

その場合、低圧節約装置（または予熱器）は上方の管束
１３から成るのに対し、高圧節約装置は下方の管束１５
から成る。

低圧節約装置は入口管寄せ１７および出口管寄せ１９を
有していて、前者から後者へ向かって管中を流れる流体
はＵ字形彎曲部２１によって方向を逆転する。

同様に、高圧節約装置は熱交換装置の一方の側に入口管
寄せ２３および出口管寄せ２５を有し、そして流体は熱
交換装置の両側にＵ字形彎曲部２７を含む蛇行管を通っ
て流れる。

このような構成方式は例示的なものに過ぎないのであっ
て、本発明はそれにより限定されることはない。

さて、本発明は管束を支持する装置として具体化される
。

第３，４．４ａおよび４ｂ図を見ればわかる通り、熱交
換装置１１は側壁２９によって包囲されている。

かかる側壁２９には、それを通して周囲の大気中へ熱が
逃げるのを防止するために断熱材３１が含まれることが
ある。

熱交換装置１１の長軸方向に沿って互いに離隔した複数
の管支持板３３が配置されている。

第４図には、かかる管支持板３３が分離して示されてい
る。

管支持板３３は上方管支持板部材３５および下方管支持
板部材３７を含み、そして各々の管支持板部材には管を
受入れる貫通孔３９が規則正しく整夕１ルだ状態で設け
られている。

管支持板にはまた、すす吹き孔４１や保守点検用孔４３
のようなその他の開口も存在している。

各々の管支持板は熱交換装置内において実質的に垂直な
状態で支持される。

管支持板３３０両側の上部ピボット支持体４５は、第４
ａ図に示されるようなピン連結部により、熱交換装置の
相対する側壁に取付けられる。

細部の構造までは図示されていないが、かかるピン連結
部は第１のピン４７を含んでいる。

かかるピン４Ｔはたとえばボルトにより夫々の壁面に固
定されるのであって、その場合にはボルトを受入れるた
めの孔（図示せず）が各端に設けられる。

ピン４７は懸垂リンク４９を支持し、かつリンク４９は
管支持板３３の上部各端から水平に突き出た第２のピン
を支持している。

その結果、リンク４９は第１のピン４７０回りで自由に
旋回し、そのため管支持板３３は第１のピンに対して並
進すると同時に第２のピンの回りで回転し得る。

それ故、管支持板３３は第２図に示されるととくにして
管の熱膨張に順応し得るものである。

管支持板３３はまた上方へ突き出た山形部材５１を有し
ていて、この部材５１はピン４Ｔ上のブロック５５に設
けられた切込み５３とかみ合うことによって運搬時にお
ける管支持板３゛３の横方向運動を防止する。

次に第４ｂ図を見ればわかる通り、下方管支持板部材３
７は上方管支持板部材３５に対しヒンジで取付けられて
いる。

すなわち、Ｈ形のヒンジ６１がローラピン６３によって
上方および下方管支持部材上の取付は具に保持されてい
る。

その結果、下方管支持板部材３７は上方管支持板部材３
５に対して並進および回転を行い、それにより２種の管
束間における熱膨張の差および相対的な寸法変化に順応
することができる。

Ｈ形ヒンジの代りに、ヒンジ運動を可能にするその他の
同等な連結機構を使用してもよい。

以下、管支持板３３の側面図である第２図を参照しなが
ら本発明の詳細な説明しよう。

水−蒸気混合物の入った管が高温排ガスに暴露されると
、管はそれに加わる温度（高温排ガスの温度および水−
蒸気混合物の温度）に応じて膨張する。

再び第１図を見れば明らかな通り、高温排ガスが上昇し
ながら管中の水−蒸気混合物に熱を与えるに従い、蒸気
発生器の内部におけるガスの温度は低下する。

同様に、水−蒸気混合物が管を通って降下するに従い、
混合物の温度は上昇する。

従って、ここに述べた通りの現象が起こるものと仮定す
れば、管は軸方向に沿って膨張するばかりでなく上方へ
向かって引張られることにもなる。

いずれにしても本発明においては、並進および回転によ
って熱的な変化および応力に順応することが可能である
ため、管と管支持板との間の拘束および管のゆがみが排
除されるのである。

ここでピボット支持体４５を再考察すれば、ピンＡはダ
クトの側壁に固定されており、そしてリンク４９はピン
Ａの回りで回転可能である。

なお、ピンＡは第４ａ図中のピン４７に対応するもので
ある。

ピンＢは円弧に沿って回転し、そして実質的には軸方向
に並進する。

その結果、上方管支持板部材３５は軸方向に並進すると
同時にピンＢの回りで回転することができる。

同様に、ヒンジ継手６１は上方管支持板部材３５と共に
運動しながら、下方管支持板部材が並進（点Ｃ）および
回転（点Ｄ）を行うことを可能にする。

本発明は図示のごとき実施例において使用するのが有利
であるとは言え、かかる用途のみに限定されると考える
べきではない。

本発明はまた、上記のごとき種類の流体や空間配置のみ
に限定されるとも考えるべきでない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の手段を所定の位置に設置したところを
示す蒸気発生器ダクトの部分切欠き立面図、第２図は並
進および回転による関節運動を点線で示す上方および下
方管支持板部材の略図、第３図は蒸気発生器の部分を一
層詳細に示す斜視図、第４図は管支持板を分離して示す
斜視図、第４ａ図は管支持板用の上部ピボット支持体の
拡大図、そして第４ｂ図は下方管支持板部材用のヒンジ
手段の拡大図である。 図中、１１は熱交換装置、１２はダクト、１３および１
５は管束、１７および２３は入口管寄せ、１９および２
５は出口管寄せ、２９は側壁、３３は管支持板、３５は
上方管支持板部材、３Ｔは下方管支持板部材、３９は貫
通孔、４５は上部ピボット支持体、４７は第１のピン、
４９はリンク、そして６１はヒンジを表わす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガス流路を画成する少なくとも１つのダクトと前記
   ガス流路を横切って配置された複数の流体移送管を持つ
   熱交換装置に於て、前記流体移送管を支持する手段を設
   け、該手段が、（ａ）前記流体移送管を受入れる複数の
   貫通孔を持つ少なくとも１つの管支持板と、（ｂ）前記
   熱交換装置に固定された第１のピン支持部、一端におい
   て前記第１のピン支持部に取付けられていて前記第１の
   ピン支持部の回りに回転し得るリンク、および前記リン
   クの他端に取付けられた第２のピン支持部で構成された
   前記管支持板用ピボット支持体とを有し、前記管支持板
   が上方管支持板部材および下方管支持板部材からなり、
   前記上方管支持板部材が一端で前記第２のピン支持部に
   回転可能に取付けられ、前記両方の管支持板部材が、該
   両方の管支持板部材に対して回転し得る支持ヒンジによ
   って、互いに連結されている、熱交換装置。 ２ 前記ガス流路が高温ガス流路であり、前記流体移送
   管が前記高温ガスと非接触型の熱交換を行わせるように
   管中に流体を流すために前記ダクトを横切って配置され
   た複数の熱交換管であり、前記管支持板が前記ダクトを
   横切って配置された、特許請求の範囲第１項記載の熱交
   換装置。 ３ 前記管支持板が前記ダクトを横切って配置された少
   なくとも１枚の垂直な管支持板から成り、かつ前記ピボ
   ット支持体が前記管支持板用の少なくとも２つのピボッ
   ト支持体から成る結果、前記管の熱膨張が起こる際に前
   記管支持板は熱膨張の方向に回転および並進を行うこと
   ができる、特許請求の範囲第１項記載の熱交換装置。 ４ 前記複数の流体移送管が前記ダクト内のガスと非接
   触型かつ逆流型の熱交換を行わせるように管中に流体を
   移送するために前記ダクトを横切って実質的に水平に配
   置され、前記管支持板が前記ダクトを横切って配置され
   た少なくとも１枚の実質的に垂直な管支持板から成り、
   かつ前記ピボット支持体が前記管支持板の上端に配置さ
   れる結果、前記管支持板は前記管の熱膨張特性によって
   定まる態様で回転および並進を行うことができる、特許
   請求の範囲第１項記載の熱交換装置。