JP3774555B2 - 排煙ダクト及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラー等の排煙ダクト及びその製造方法に関し、特に、ボイラーからの高温かつ腐食性の排煙を誘導するに十分実用的な耐熱性および耐食性を有する排煙ダクト及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の排煙ダクトは、炭素綱からなる薄板をリブ補強した構造を骨格とし、排煙と接する内面はフレークライニング処理し、外面は保温用の発泡体からなる層を設けた構造をとっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記構造の排煙ダクトは、長期的には炭素綱の腐食を生ずるため定期的なライニング補修が必要である。また、発電所等の大型のボイラーに用いられる排煙ダクトは断面形状が数メートルの大きさになる。係る大型のダクトに薄板をリブ補強した従来の構造は風荷重でビビリ振動を生ずるため必要以上の補強を施す必要があった。そのため重量も大になりダクトを支持する基礎構造も大になる傾向があった。ボイラー等の排煙には水蒸気、硫化物（ＳＯｘ）、窒化物（ＮＯｘ）および活性なイオン等が多量に含まれるため排煙がダクト壁に露結すると激しく腐食する。この露結を防ぐためダクト壁は排煙と同程度の温度に保温する必要があり、ダクト外周を必要な厚さを有する発泡体でカバーする工事が必要であり、工事に２重の手間が掛かっていた。
【０００４】
本発明は、かかる高温での腐食性および風荷重によるビビリ振動、機械的強度に優れた排煙ダクト及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、発泡体からなる芯材と、該芯材の両面に積層され、繊維強化プラスチックからなる面材とを備えたサンドイッチ板を面材が排煙ダクトの内側及び外側となるように組立ててなる排煙ダクトにある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１、図４は、本発明の排煙ダクトの例を示す図であって、図１は排煙ダクトの組立中の状態を示す。本発明の排煙ダクトは、図１、図４に示すように、発泡体５からなる芯材と、該芯材の両面に積層された、繊維強化プラスチックからなる面材４、４とを備えたサンドイッチ板８ａ、８ｂを面材４、４が排煙ダクトの内側及び外側となるように組立ててなる排煙ダクトである。
【０００７】
サンドイッチ板を構成する芯材は、耐熱性で、高温で耐腐食性で、且つ保温性に優れた材料を用いて構成される。芯材として空気を含み比重が約０．０１〜０．３、好ましくは０．０２〜０．０５の材料を用れば、保温性に優れた排煙ダクトが得られる。芯材として好適な材料は、前記比重を有する熱硬化性樹脂の発泡体である。熱硬化性樹脂として、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。芯材にフェノール樹脂の発泡体を用いれば、排煙ダクトに必要な高温腐蝕雰囲気での実用的な耐久性、難燃性、保温性が得られ易いし、面材４を形成するための熱硬化性樹脂により面材４と容易に接着できる。
【０００８】
芯材の両面に積層される面材４は、繊維強化プラスチックから構成される。繊維強化プラスチックとは、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維を用いて、マトリックスである樹脂を強化したものである。マトリックス用樹脂として、前記の熱硬化性樹脂を用いると高温で耐腐食性の排煙ダクトが得られる。マトリックス用樹脂としてフェノール樹脂が好ましい。
【０００９】
サンドイッチ板は、芯材の両面にフェノール樹脂液等の熱硬化性樹脂が強化繊維に含浸された層を形成し、次いで、該樹脂を硬化させることで製造できる。
【００１０】
面材４を構成する繊維強化プラスチックからなる層は一層でもよいが、二以上の層が形成されている複合層であることが好ましい。サンドイッチ板の好ましい構成は、図３、６に示すように、樹脂をガラス繊維で強化したガラス繊維強化プラスチック層１の上に、樹脂を炭素繊維で強化した炭素繊維強化プラスチック層３が形成され、該炭素繊維強化プラスチック層３の上にガラス繊維強化プラスチック層１が形成された複合層を一方の面に面材４として有し、該面材４の上に発泡体５の層が芯材として形成され、該発泡体５の層の上にガラス繊維強化プラスチック層１が形成され、該ガラス繊維強化プラスチック層１の上に炭素繊維強化プラスチック層３が形成され、該炭素繊維強化プラスチック層３の上にガラス繊維強化プラスチック層１が形成された複合層を他方の面に面材４として有し、これらの層が樹脂により一体化されているものである。このように、炭素繊維強化プラスチック層３の両面にガラス繊維強化プラスチック層１が積層されていれば、比強度、或いは表面材と芯材の接着性に優れた排煙ダクトが得られる。
【００１１】
サンドイッチ板同士を、面材４、４が排煙ダクトの内側及び外側となるように長手方向に連続して接続することで排煙ダクトとされる。排煙ダクトは、発泡体５からなる芯材と、芯材の両面に積層され繊維強化プラスチックからなる面材４、４とを備えたサンドイッチ板を用いたものであるので、衝撃或いは風圧や運転時の負圧に対して実用的な強度と保温性能を有する。
【００１２】
サンドイッチ板同士を長手方向に連続させる方法の例は、図１、４に示すように、熱硬化性樹脂が含浸されたガラス繊維布帛を排煙ダクトの接続部内面を少なくとも被覆するように配置し、次いで該熱硬化性樹脂を硬化して繊維強化プラスチックからなるオーバレイ部１５を形成して、サンドイッチ板同士を接続する方法である。即ち、排煙ダクトの内側に熱硬化性樹脂を含浸したガラス繊維布帛を張り付け、又は排煙ダクトの内側に置かれたガラス繊維布帛の上から熱硬化性樹脂を含浸し、その後熱硬化性樹脂を硬化させることでオーバレイ部１５を形成し、オーバレイ部１５によりサンドイッチ板同士を接着し、その継目を密封する。オーバレイ部１５は、図１、４に示すように、サンドイッチ板の接続部周りに設けてもよいし、接続部周りのみならず排煙ダクトの内面全部に設けてもよい。
【００１３】
図１、図３に示すように、突き合わせることができるフランジ７が面材４と一体的に形成されたサンドイッチ板８ａを用いれば、排煙ダクトの組み立てが容易である。
フランジとして、面材の外側に突設させたフランジが好ましく、フランジは繊維強化プラスチックからなることが好ましい。
排煙ダクトを組み立てる際、フランジ７、７同士を突き合わせ、突き合わせ部は繊維強化プラスチック或いはステンレス製ボルト等の耐食性ボルトを用いて固定し、サンドイッチ板８ａを連続させる。なお、フランジ７は補強効果を有するので、排煙ダクトの変形を防ぐ。
【００１４】
風圧や運転時の負圧に対してより一層大きな強度を持つ排煙ダクトとするために、排煙ダクトに更に補強を施すことが好ましい。補強された排煙ダクトの例は、図２に示すように、ブレース材１４がオーバレイ部１５にブラケット１３を介して固定される排煙ダクトである。このような補強は、排煙ダクト内部にブラケット１３を配置しておき、排煙ダクト内面に熱硬化性樹脂が含浸されたガラス繊維布帛を配置し、次いで該熱硬化性樹脂を硬化してオーバレイ部１５とし、該オーバレイ部１５でブラケット１３を固定することで行える。
なお、ブラケット１３は、排煙ダクトの壁を内側から支えるかすがいとして作用するブレース材１４の先端部に設けられ、ブレース材１４よりも大径である部材である。ブラケット１３、ブレース材１４を繊維強化プラスチックにより構成すると、耐食性に優れる、或いは比剛性に優れる。
前記補強は、図２に示すように、排煙ダクト内部にブラケット１３を配置しておき、熱硬化性樹脂を含浸したガラス繊維布帛をブラケット１３の周りに張り付け、又はブラケット１３の周りに置かれたガラス繊維布帛の上から熱硬化性樹脂を含浸し、その後熱硬化性樹脂を硬化して、ブラケット１３を熱硬化性樹脂の硬化と同時に排煙ダクト内面側に接着固定することで容易に行える。ガラス繊維布帛として、ガラスロービングクロスやガラスチョップトマット等の強化繊維のクロス若しくはマットが挙げられる。
【００１５】
補強の他の例として、図４、図６に示すように、発泡体５と発泡体５との間に、発泡体５よりも剛性、即ち弾性率が大きな層をリブ６として設けたサンドイッチ板８ｂを用いる方法が挙げられる。リブ６は発泡体５の撓み変形を防止するためのものであって、面板４と面板４との間に格子状若しくは蜂の巣状に設けることができる。リブ６は繊維強化プラスチックから構成されることが好ましく、このようなリブ６は発泡体５のブロックの板厚面（側面）を繊維強化プラスチックの層で覆うことで形成できる。
【００１６】
本発明の形態例を以下に示す。
形態例１
本形態例の排煙ダクトは、図３に示すサンドイッチ板８ａを組み立てることにより得られる。該排煙ダクトは、図１に示すように、発泡体５からなる芯材と、繊維強化プラスチックからなり前記芯材の両面に積層された面材４、４とを備えたサンドイッチ板８ａを面材４、４が排煙ダクトの内面及び外面を構成するように組立ててなる排煙ダクトであって、面材４の上面端部に立設する板状のフランジ７が面材４と一体的に形成されたサンドイッチ板８ａがフランジ７とフランジ７とを突き合わされ固定されて長手方向に連続している排煙ダクトであって、サンドイッチ板８ａ同士が排煙ダクトの内側から、繊維強化プラスチックからなるオーバレイ部１５により接着固定され、しかも図２に示すように、排煙ダクトの壁を内側から支えるブレース材１４をオーバレイ部１５にブラケット１３を介して固定することで得られる排煙ダクトである。
【００１７】
形態例２
本形態例の排煙ダクトを図４に示す。該排煙ダクトは、図６に示すサンドイッチ板８ｂを組み立てることにより得られる。該排煙ダクトは、図４に示すように、発泡体５からなる芯材と、繊維強化プラスチックからなり前記芯材の両面に積層された面材４、４とを備えたサンドイッチ板８ｂを面材４、４が排煙ダクトの内側及び外側となるように組立てなる排煙ダクトであって、サンドイッチ板８ｂ、８ｂ同士が排煙ダクトの内側から、繊維強化プラスチックからなるオーバレイ部１５により接着固定され、しかも発泡体５のブロックと発泡体５のブロックとの間に、発泡体５よりも剛性が大きな材料からなるリブ６が発泡体５の撓み防止のために形成されている排煙ダクトである。
なお、本形態例の排煙ダクトに、形態例１と同様に、フランジを設けてもよいし、図２に示すようにブレース材１４、ブラケット１３を設けて更に補強してもよいし、これらの両方を設けてもよい。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明する。
実施例１
次のようにして、図１に示す排煙ダクトを製造した。
強化繊維として炭素繊維クロスと、ガラス繊維マット［三菱レイヨン社製、商品名パイロフィル（登録商標）ＴＲＫ９１０マット］と、ガラス繊維のチョップドストランドマット（＃５００）とを準備した。樹脂として、ハンドレイアップ用フェノール樹脂［昭和高分子社製、商品名ショウノール（登録商標）ＢＲＬ−２４０］を準備した。発泡体として、フェノール樹脂を３０倍に発泡させたフェノール樹脂フォーム（比重は約０．０４で厚み１００ｍｍ）を準備した。
【００１９】
前記の、ガラス繊維マット（Ｍと略記）、炭素繊維クロス（Ｃと略記）、ガラス繊維マット、フェノール樹脂フォーム（Ｆと略記）、ガラス繊維マット、炭素繊維クロス、ガラス繊維マットを、この順に、離型処理した定盤の上に置き、且つ、これらのマット、クロスに前記のフェノール樹脂を含浸させて、Ｍ／Ｃ／Ｍ／Ｆ／Ｍ／Ｃ／Ｍの構成の積層体とした。更に、この積層体の最上層（ガラス繊維マットにフェノール樹脂を含浸させた層）の上に、フランジ７を形成するために、前記のガラス繊維マットを約２０ｍｍの厚さに積み増し、この積み増し部にフェノール樹脂を含浸させた。
【００２０】
この積層体をオーブン内で８０℃で１時間加熱して、マット、クロスに含浸されたフェノール樹脂を硬化させ、定盤から積層体を外すことで、図３に示すように、フランジ７（ダクト長手方向に対して、フランジ部間の間隔は３００ｍｍ）が片面に一体化されてなるサンドイッチ板８ａを得た。
【００２１】
サンドイッチ板８ａを所定寸法等に加工し、現地に輸送後、サンドイッチ板８ａを接続してダクトとし、該ダクト内に補強用のブレース材１４とブラケット１３とを配置し、ガラスロービングクロスにフェノール樹脂を含浸したものを、サンドイッチ板８ａの接続部内側及びブラケット１３の周りに貼り付け、フェノール樹脂を常温で硬化させることでオーバレイ部１５を形成させることで、図１に示す排煙ダクトを組み立てた。
なお、ブレース材１４は、ガラス繊維マットにより不飽和ポリエステル樹脂を強化してなるパイプに、軸方向に繊維を配向したすだれ状のクロスを巻き付けてハンドレイアップで成形することで得た。ブラケット１３として、ガラス繊維マットとガラス繊維クロスにより不飽和ポリエステル樹脂を強化してなるパイプを用いた。該パイプをオーバレイ部１５でダクト内部の角に取り付けた後、サンドイッチ板８ａの組み立て時にブレース材１４を挿入した。
【００２２】
実施例２
次のようにして、図４に示す排煙ダクトを製造した。
強化繊維、樹脂として、実施例１と同じ、炭素繊維クロス、ガラス繊維マット、ガラス繊維のチョップドストランドマット、フェノール樹脂を準備した。発泡体として実施例１と同じフェノール樹脂フォームのブロック（縦、横５００ｍｍで厚み１００ｍｍのサイズ）を準備した。
実施例１と同様にして、ガラス繊維マット、炭素繊維クロス、ガラス繊維マットを、この順に、定盤の上に置き、且つ、これらのマット、クロスにフェノール樹脂を含浸させて、Ｍ／Ｃ／Ｍの構成の積層体とした。この積層体の上に、前記のフェノール樹脂フォームのブロックを置いた。
【００２３】
Ｍ／Ｃ／Ｍの構成の積層体の上にフェノール樹脂フォームを置く際、図５に示すように、フォーム５のブロックの板厚面（側面）に、前記のガラス繊維のチョップトストランドマットを１プライ巻きつけ、巻き付けたチョップトストランドマットにフェノール樹脂を十分に含浸させた含浸層６’を形成しながら、フェノール樹脂フォーム５のプロックの複数を前記積層体の上に、突き合わせながら並べた。含浸層６’は、リブ６を形成するためのものである。
【００２４】
次いで、フェノール樹脂フォーム５及び含浸層６’の上に、実施例１と同様に、ガラス繊維マット、炭素繊維クロス、ガラス繊維マットを、この順に更に置き、これらにフェノール樹脂を含浸させて積層体を得た。
【００２５】
この積層体を、実施例１と同様に加熱し硬化させて、発泡体５と発泡体５との間に格子状にリブ６を有する図６のサンドイッチ板８ｂを得た。
【００２６】
ガラスチョップトマットにフェノール樹脂を含浸したものを用いてオーバレイ部１５を形成させることで、サンドイッチ板８ｂを組み立て、図４に示す構造の排煙ダクトを得た。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の排煙ダクトは、風圧や運転時の負圧に対して実用的な強度と保温性能を有する壁構造を持つ。従って、保温工事が省略され、耐食性に優れ半永久的に補修の必要がないので省力化が達成でき、また、全面に渡り高剛性なため風によるビビリ振動も解消される。更に、炭素綱やステンレス材を用いた薄板をリブで補強した従来のダクト構造に比較して、重量が約１／５と軽量なため設置工事での重機が省略でき、また基礎構造の大幅な簡素化が可能である。本発明の排煙ダクトは、発電所のボイラーと脱硫装置との間の排煙ダクト等として有用で、例えば、断面寸法１０ｍ×１０ｍ、３００ｍ長の大型の排煙ダクトの製造が可能である。本発明の排煙ダクトの製造方法によれば、このような排煙ダクトの製造が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の排煙ダクトの例を説明する概略図である。
【図２】 ブラケットとブレース材とを用いた排煙ダクトの補強構造の例を示す図である。
【図３】 サンドイッチ板の例を示す断面図である。
【図４】 本発明の排煙ダクトの他の例を説明する概略図である。
【図５】 リブを設けたサンドイッチ板の製造法の例を説明する斜視図である。
【図６】 リブを設けたサンドイッチ板の例を説明する断面図である。
【符号の説明】
１・・ガラス繊維強化プラスチック層、３・・炭素繊維強化プラスチック層、４・・面材、５・・発泡体、６・・リブ、６’・・含浸層、７・・フランジ、８ａ、８ｂ・・サンドイッチ板、１３・・ブラケット、１４・・ブレース材、１５・・オーバレイ部

Claims (6)

1. 発泡体からなる芯材と、該芯材の両面に積層され、繊維強化プラスチックからなる面材とを備えたサンドイッチ板を面材が排煙ダクトの内側及び外側となるように組立ててなる排煙ダクトであって、
   前記サンドイッチ板同士が、排煙ダクトの内側から繊維強化プラスチックからなるオーバレイ部により接着され、
   繊維強化プラスチックからなるブレース材が前記オーバレイ部にブラケットを介して固定されている排煙ダクト。
2. 面材にフランジが形成されたサンドイッチ板を組み立ててなる請求項１記載の排煙ダクト。
3. 発泡体と発泡体との間に、発泡体よりも剛性が大きいリブが形成されたサンドイッチ板を組み立ててなる請求項１記載の排煙ダクト。
4. フランジが一体的に形成されたサンドイッチ板が前記フランジ同士を固定することにより長手方向に連続している請求項１記載の排煙ダクト。
5. 発泡体からなる芯材、該芯材の両面に積層され繊維強化プラスチックからなる面材とを備えたサンドイッチ板を前記面材が排煙ダクトの内側及び外側となるように組立て、排煙ダクト内面に熱硬化性樹脂が含浸されたガラス繊維布帛を配置し、次いで該熱硬化性樹脂を硬化してオーバレイ部を形成する排煙ダクトの製造方法。
6. 排煙ダクト内部にブラケットを配置しておき、該ブラケットをオーバレイ部で固定する請求項５記載の排煙ダクトの製造方法。

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