JPH0253682B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタービン排ガスボイラー、各種排
ガス熱交換器に用いられる排ガス熱交換器に関す
るものである。

最近、燃料資源の節約から高効率な発電プラン
ト及び熱交換器が要求されるようになり、ガスタ
ービンの排ガス及び溶鋼炉排ガス等を再利用する
大型排ガスボイラー及び熱交換器が開発されつつ
ある。

排ガス熱交換器としては、加熱管を略水平方向
に配置し、ガスを垂直方向に流すガス縦流れ方式
と加熱管を略垂直に配置し、ガスを水平方向に流
すガス横流れ方式に区分される。

従来公知の排ガス熱交換器としては、ガス縦流
れ方式が多く、ガス横流れ方式の例は少ない。ま
た、上記の如く開発途上のものであり、比較的小
型の熱交換器が多く、この場合は、ガスダクト内
に加熱管が装備された程度で、地震等による水平
力も小さいことから、本格的な耐震設計となつて
いない。また、比較的大型においては、第１図に
示される如く、ガス通路の外部に熱交換器を支持
する支持鉄骨が装備され、その水平力を支持する
装置となつている。

この場合、該鉄骨の中間部に熱交換器が装備さ
れているため、該鉄骨は該熱交換器用の排ガスダ
クトの外部だけでその水平力に耐える機構とする
必要があり、鉄骨部材が複雑かつ大きな部材とな
り、不経済な設計となつて省資源の面からも逆行
することになり好ましくない。さらには、熱交換
器外部に大きな鉄骨があるため、敷地面積として
も広い土地が必要になるなどの欠点を有してい
た。

本発明は、これらの欠点を解消するもので、構
造簡単にして信頼性が高く、かつ、安価な排ガス
熱交換器を提供することを目的とするもので、排
ガス通路内に加熱管および加熱管支持部材が配置
された排ガス熱交換器であつて、上部周壁、底部
周壁および対向する側部周壁によつて断面方形に
形成され、支持脚上に底部周壁支持バツクステイ
を介して水平に載置された排ガス通路周壁と、同
排ガス通路周壁内の下部両隅部と上部周壁との間
に加熱管部の熱膨張による伸びを拘束することな
く配置された斜材と、前記側部周壁および上部周
壁外面に間隔支持金物を介して装着された側部周
壁支持バツクステイおよび上部周壁支持バツクス
テイと、前記側部周壁支持バツクステイの上下端
部および上部周壁支持バツクステイ両端部と排ガ
ス通路周壁の各隅部外面とをそれぞれ連結金物を
介して連結する連結リンクと、前記斜材と上部周
壁との間、加熱管支持部材と上・下部周壁との間
および上・下部周壁と上・下部周壁支持バツクス
テイとの間にそれぞれ固着された水平伝達金物と
を具え、前記側部周壁支持バツクステイの下端は
前記底部周壁支持バツクステイに摺動自在に載置
されていることを特徴とする。

以下、本発明の排ガス熱交換器の一実施例につ
いて、従来の公知技術と共に添付図面を参照して
詳細に説明する。

第１図は、従来公知の排ガス熱交換器の斜視
図、第２図より第７図は本発明のガス横流れ方式
の排ガス熱交換器の一実施例を示し、第２図は熱
交換器の側断面図、第３図は第２図の−線矢
視の正面断面図で斜材機構図、第４図は第２図の
−線矢視の正面断面図で熱交換器加熱管機構
図、第５図は本発明の斜材及びガス流路周壁板の
水平力伝達支持作用の説明透視図、第６図は排ガ
ス圧支持バツクステイの正断面機構図、第７図は
第６図の排ガス圧支持の力伝達作用及び運転時の
熱膨張による移動作用図を示す。

各図において、符号１から８は従来の公知部材
の符号で、１は熱交換器の加熱管群、２は排ガス
通路周壁、３は同排ガス通路周壁２の補強支持部
材、４は加熱管群１を固定する支持枠、５は排ガ
ス熱交換器の水平力及び荷重を支持する支持鉄
骨、６，７はそれぞれ該熱交換器の水平力を支持
鉄骨５に伝達支持するための伝達金物、８は排ガ
ス通路を示す。符号９からは本発明装置の部材符
号を示し、９は熱交換器の加熱管、１０，１１は
加熱管９の下部及び上部管寄せ、１２，１３，１
４は下部管寄せ１０の重量支持及び水平力支持金
物、１５は該下部管寄せ１０を支持する支持台、
１６は支持台１５の支持脚、１７，１８は排ガス
流れ巾方向の水平力を底部の排ガス通路周壁３５
−４に伝達するための水平力伝達金物、１９，２
０は同じく排ガス流れ方向の水平力を底部の排ガ
ス通路周壁３５−４に伝達するための水平力伝達
金物、２１は上部管寄せ１１に取付けられた支持
ラグ、２２，２３は上部管寄せ１１の巾方向の水
平力を伝達する伝達金物、２４は支持ラグ２１間
を連結する連結リンク、２５は上部管寄せ１１の
排ガス流れ方向の水平力を伝達するための伝達金
物、２６は上部の水平力伝達支持装置、２７，２
８は支持装置２６に伝達された排ガス流れ方向の
水平力を上部の排ガス通路周壁３５−１、上部の
補助金物３６−１へ伝達するための伝達金物、２
９，３０は支持装置２６の支持金物、３１，３２
は支持装置２６に伝達された排ガス流れ巾方向の
水平力を上部排ガス通路周壁３５−１及び上部の
補強金物３６−１へ伝達するための伝達金物、３
３，３４は上部排ガス通路周壁３５−１、上部の
補強金物３６−１へ伝達された巾方向の水平力を
上部バツクステイ３７−１へ伝達するための伝達
金物、３５−１，３５−２と３５−１，３５−４
はそれぞれ上部、側部、底部の排ガス通路周壁を
示す。

３６−１，３６−２と３６−３，３６−４はそ
れぞれ上部、側部、底部の補強金物を示す。３７
−１，３７−２と３７−３，３７−４はそれぞれ
補強金物３６−１，３６−２，３６−３，３６−
４の外部に設けられた上部、側部、底部の周壁支
持バツクステイ、３８は周壁支持バツクステイ３
７−１〜３７−４の端部の反力を補強金物３６−
１〜３６−４及び排ガス通路周壁３５−１〜３６
−４に伝達するために補強金物３６−１〜３６−
４角部に設けられた連結金物、３９は同じく周壁
支持バツクステイ３７−１〜３７−４の端部の反
力を補強金物３６−１〜３６−４、排ガス通路周
壁３５−１〜３５−４へ伝達するための連結リン
ク、４０は底部の周壁支持バツクステイ３７−４
に設けられた支持脚、４１はそれぞれの補強金物
３６−１〜３６−４と周壁支持バツクステイ３７
−１〜３７−４との間に設けられた間隔支持金
物、４２は排ガス通路内に設けられた巾方向水平
力支持用の斜板装置、４３，４４は該巾方向水平
力の上部伝達金物、４５，４６は同じく巾方向水
平力の伝達金物で、上部の周壁支持バツクステイ
３７−１と上部の補強金物３６−１間に装備され
たもの、４７，４８は同じく巾方向水平力伝達金
物で下部用を示す。

４９は側部の周壁支持バツクステイ３７−２，
３７−３の外部に水平方向に取付けられた床用小
梁、５０は同じく底部の周壁支持バツクステイ３
７−４から延長された床用小梁、５１，５２はそ
れぞれ床面を示す。符号Ｆ−１−１からＦ１５は
それぞれ熱交換器に発生した水平力の伝達作用を
示す。符号Ｐ−１−１からＰ−４−２は排ガス圧
の力の伝達作用を示す。

次に本発明になるガス横流れ方式の熱交換器の
作用及び効果について説明する。

従来公知手段としては、前述の如く、熱交換器
の水平荷重支持として、該熱交換器ガス通路周壁
の外部に、支持鉄骨を装備されているため、鉄骨
部材構造が複雑、かつ大きな部材が必要となり、
更にはこのため広い敷地面積が必要となるなどの
欠点を有していた。

本発明においては、排ガス通路内に巾方向水平
力を支持するための斜材装置４２を装備し、ガス
流れ方向の水平力を側部の排ガス通路周壁３５−
２の面内剛性で支持する構造としたことにより、
支持鉄骨を別途装備することなく、実用上無制限
な大型熱交換器においても、全く安全に支持する
とともに、狭い敷地に安価に提供することができ
る。

いま、第２図、第３図において、加熱管９及び
上下の管寄せ１０，１１に発生する水平力の伝達
作用を先ず上部及び底部の排ガス通路周壁３５−
１，３５−４へ伝達されるまでについて説明す
る。

最初にガス流れ方向の水平力について説明する
ならば、加熱管９に発生した水平力は下部におい
ては、管寄せ１０を通つて該管寄せ１０に設けら
れた支持金物１２を介し、下部支持台１５へ伝達
される。下部支持台１５には、それぞれ複数個の
支持脚１６が設けられ、垂直力は該支持脚１６に
より支持される。また水平力は該支持台１５に設
けられた水平力伝達金物１９を介し、底部の排ガ
ス通路周壁３５−４に溶接にて取付けられた水平
力伝達金物２０へ伝達され、該排ガス通路周壁３
５−４に伝達される。

一方、上方の水平力は、上部管寄せ１１に設け
られた支持ラグ２１に伝達されるが、該支持ラグ
２１はガス流れ方向に配置されるそれぞれの管寄
せ１１に設けてあり、相隣なる支持ラグ２１間
は、連結リング２４により連結され一体となつて
いる。この場合、それぞれの管寄せ１１の上下方
向の熱伸び差による変位は、該連結方式がリンク
となつており回転することにより、実用上自由に
上下移動を逃がすことができ、無理をしないよう
になつている。

上述の如く一体化されていることから、ガス流
れ方向の水平力は、一個所で支持することが可能
となる。従つて水平力は伝達金物２５を介し、上
部水平力伝達装置２６へ伝達される。該伝達装置
２６へ伝達された水平力は、伝達金物２７を介
し、上部の排ガス通路周壁３５−１に溶接にて取
付けられた伝達金物に伝達され、該排ガス通路周
壁３５−１に伝達される。

次に巾方向の水平力について説明するならば、
下部においては、管寄せ１０に取付けられた支持
金物１２を介し、支持金物１３を通つて下部支持
台１５に伝達される。該支持台１５に伝達された
水平力は該支持台１５に設けられた伝達金物１７
を介し、底部の排ガス通路周壁３５−４に溶着さ
れた伝達金物１８に伝達され、上記排ガス通路周
壁３５−４に伝達される。

一方、上方においては、管寄せ１１に取付けら
れた伝達金物２２を介し、伝達金物２３を通つて
上部水平支持装置２６に伝達される。該支持装置
２６に伝達された水平力は、伝達金物３１，３２
を介し、上部の排ガス通路周壁３５−１へ伝達さ
れる。

排ガス通路周壁３５−１〜３５−４において
は、板面で形成されるため、面内剛性は極めて大
きいが、面外剛性は小さいことから、排ガス通路
周壁３５−１〜３５−４の面外方向の剛性力を補
強するための補強金物３６−１〜３６−４が適宜
な間隔で排ガス通路周壁３５−１〜３５−４に溶
接一体化されている。

次に、上述の如く、排ガス通路周壁３５−１〜
３５−４に伝達された水平力が最終的に支持脚４
０を介し、地上に伝達支持される作用について第
５図により説明する。

まず、巾方向の水平力について説明するなら
ば、上述の如き作用により上部の排ガス通路周壁
３５−１に伝達された複数個所の巾方向水平力を
それぞれ、Ｆ−１−１，Ｆ−１−２及びＦ−２−
１，Ｆ−２−２とする。Ｆ−１−１，Ｆ−１−２
は上部の排ガス通路周壁３５−１の面内を通つて
前方の伝達金物４４を介し、伝達金物４３に伝達
される。この水平力をＦ−２とすると、該Ｆ−４
は斜材装置４２へ軸力Ｆ−５，Ｆ−６として伝達
される。Ｆ−５は下部の排ガス通路周壁３５−４
にＦ−７、側面部の排ガス通路周壁３５−２にＦ
−９の力となつて伝達される。Ｆ−７は伝達金物
４７，４８を介し、底部の周壁支持バツクステイ
３７−４に水平力Ｆ−１１として伝達し、支持脚
４０を介し、Ｆ−１２として地上５４へ伝達支持
される。

また、垂直力に変換された力Ｆ−９は、間隔金
物４１の最端部金物を介し、支持脚４０にＦ−１
４として伝達され、地上に圧縮力として伝達支持
される。一方、Ｆ−６についても同様に水平力Ｆ
−８及び垂直力Ｆ−１０に分離伝達され、水平力
Ｆ−８は伝達金物４７，４８を介し、底部の周壁
支持バツクステイ３７−４を通つて支持脚４０か
ら地上５４に伝達支持される。また、垂直力Ｆ−
１０においては、上述と同様、間隔金物４１を介
し、支持脚４０に伝達され、Ｆ−１５の引抜力と
して地上５４に伝達される。

力Ｆ−２−１，Ｆ−２−２においては、力Ｆ−
１−１，Ｆ−１−２が前方の斜材を介して、地上
に伝達されたと同作用により、中間部の斜材４２
を介し、伝達支持される。

次にガス流れ方向の水平力Ｆ−３−１〜４につ
いて説明するならば、該Ｆ−３−１〜４はそれぞ
れ上部の排ガス通路周壁３５−１の内面力であ
り、該周壁３５−１の内部を通つて側部の排ガス
通路周壁３５−２，３５−３へ伝達される。該周
壁３５−２，３５−３へ伝達された水平力Ｆ−１
５は、前方と中間部において、それぞれ垂直力Ｆ
−１７，Ｆ−１７′及び水平力Ｆ−１６に変換さ
れ、水平力Ｆ−１６は伝達金物５３を介し、支持
脚４０へ伝達されＦ−１９として地上５４へ伝達
支持され、垂直力Ｆ−１７は同じく伝達金物５３
を介し、支持脚４０へ伝達され、引抜力Ｆ−１８
として地上５４へ伝達支持される。更に後方に作
用した水平力も上記と同様の作用を有することか
ら説明は省略する。

次に第６図、第７図において、排ガス圧の支持
作用及び熱交換器の運転時の変位した場合の伝達
作用について説明する。

ガス圧中、上面部をＰ−１とし、側面部をＰ−
２，Ｐ−３、底面部をＰ−４とする。

先ず、ガス圧上面部Ｐ−１について説明する
と、Ｐ−１の力は上部の排ガス通路周壁３５−１
から間隔金物４１を介し、上部の周壁支持バツク
ステイ３７−１に伝達される。該バツクステイ３
７−１に伝達された力は、両端に設けられた支持
リンク３９−１を介し、側部の排ガス通路周壁３
５−２，３へＰ−１−１及びＰ−１−２として伝
達支持される。

側面部Ｐ−２，Ｆ−３においては、それぞれ側
部の周壁支持バツクステイ３７−２，３７−３へ
伝達され、上方部においては、支持リンク３９を
介し、上部の排ガス通路周壁３５−１へ水平力Ｐ
−２−２，Ｐ−２−３として伝達されるが、Ｐ−
２−２とＰ−２−３は力の大きさは同じで、方向
が逆向きであり、該周壁３５−１内で相互に引合
う作用となり、バランスする。

下方端においても同様に底部の排ガス通路周壁
３５−４内において相互に引合う作用となり、バ
ランスする。また、Ｐ−４においては、底部の周
壁支持バツクステイ３７−４に伝達され、Ｐ−４
−１，Ｐ−４−２として支持脚にて支持される。

次に第７図において運転時と停止時の作用状況
について説明する。

底部の周壁支持バツクステイ３７−４及び支持
脚４０は運転中においても熱膨張しないことか
ら、固定構造となつている。また、他の周壁のバ
ツクステイ３７−１〜３７−３も熱膨張しない構
造となつているが、第７図に示されるが如く、側
面部のバツクステイ３７−２，３７−３は巾方向
の伸びについては、ガス通路周壁の移動に伴つて
滑べる構造となつており、バツクステイ３７−２
はバツクステイ３７−２′の如く△δ₂だけ外側へ
滑べる。また、上下方向へ変位はしないように支
持ボルトで支持される。

上面部においては、角部の伝達金物が支持リン
クとなつており、熱膨張による変位δ₁があつて
も、リンクが回転機構となつており、回転するこ
とにより、反力は伝達しながら自由に伸び差が逃
がされる機構となつており、運転時においても、
全く無理なく安全に支持することが出来る。

このように、本発明によれば、従来の如き、支
持鉄骨を設けることなく、排ガス熱交換器の重量
支持及び水平荷重を安全に支持することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の排ガス熱交換器の斜視図、第２
図より第７図は本発明の一実施例を示し、第２図
は排ガス熱交換器の側断面図、第３図は第２図の
−線矢視の正面断面図で斜材機構図、第４図
は第２図の−線矢視の正面断面図で加熱管機
構図、第５図は本発明の斜材及びガス流路周壁板
の水平力伝達支持作用の説明透視図、第６図は排
ガス圧支持バツクステイの正断面機構図、第７図
は第６図の排ガス圧支持の力伝達作用及び運転時
の熱膨張による移動作用図である。 １……加熱管群、２……排ガス通路周壁、３…
…排ガス通路周壁の補強支持部材、４……支持
枠、５……支持鉄骨、６，７……伝達金物、８…
…排ガス通路、９……加熱管、１０，１１……下
部及び上部管寄せ、１２，１３，１４……重量支
持及び水平力支持金物、１５……支持台、１６…
…支持脚、１７，１８……水平力伝達金物、１
９，２０……水平力伝達金物、２１……支持ラ
グ、２２，２３……伝達金物、２４……連結リン
ク、２５……伝達金物、２６……支持装置、２
７，２８……伝達金物、２９，３０……支持金
物、３１，３２，３３，３４……伝達金物、３５
−１……上部排ガス通路周壁、３５−２，３５−
３……側部排ガス通路周壁、３５−４……底部排
ガス通路周壁、３６−１……上部補強金物、３６
−２，３６−３……側部補強金物、３６−４……
底部補強金物。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 排ガス通路内に加熱管および加熱管支持部材
   が配置された排ガス熱交換器であつて、上部周
   壁、底部周壁および対向する側部周壁によつて断
   面方形に形成され、支持脚上に底部周壁支持バツ
   クステイを介して水平に載置された排ガス通路周
   壁と、同排ガス通路周壁内の下部両隅部と上部周
   壁との間に加熱管部の熱膨張による伸びを拘束す
   ることなく配置された斜材と、前記側部周壁およ
   び上部周壁外面に間隔支持金物を介して装着され
   た側部周壁支持バツクステイおよび上部周壁支持
   バツクステイと、前記側部周壁支持バツクステイ
   の上下端部および上部周壁支持バツクステイ両端
   部と排ガス通路周壁の各隅部外面とをそれぞれ連
   結金物を介して連結する連結リンクと、前記斜材
   と上部周壁との間、加熱管支持部材と上・下部周
   壁との間および上・下部周壁と上・下部周壁バツ
   クステイとの間にそれぞれ固着された水平力伝達
   金物とを具え、前記側壁部周壁支持バツクステイ
   の下端は前記底部周壁支持バツクステイに摺動自
   在に載置されていることを特徴とする排ガス熱交
   換器。