特許 6407508 排熱ボイラー、熱交換器、熱交換器に設けられるダスト除去装置、および熱交換器の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6407508

(24)【登録日】2018年9月28日

(45)【発行日】2018年10月17日

(54)【発明の名称】排熱ボイラー、熱交換器、熱交換器に設けられるダスト除去装置、および熱交換器の製造方法

(51)【国際特許分類】

   F28G 7/00 20060101AFI20181004BHJP

   F23J 3/00 20060101ALI20181004BHJP

   F28D 1/047 20060101ALI20181004BHJP

   F28F 9/013 20060101ALI20181004BHJP

【ＦＩ】

   F28G7/00 Z

   F23J3/00 Z

   F28D1/047 B

   F28F9/013 A

【請求項の数】14

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2012-285146(P2012-285146)

(22)【出願日】2012年12月27日

(65)【公開番号】特開2014-126330(P2014-126330A)

(43)【公開日】2014年7月7日

【審査請求日】2015年12月25日

【審判番号】不服2017-9823(P2017-9823/J1)

【審判請求日】2017年7月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100158964

【弁理士】

【氏名又は名称】岡村 和郎

(72)【発明者】

【氏名】白 石 朝 彦

(72)【発明者】

【氏名】安 原 克 樹

(72)【発明者】

【氏名】滝 本 征 司

(72)【発明者】

【氏名】位 田 勝 人

【合議体】

【審判長】 田村 嘉章

【審判官】 莊司 英史

【審判官】 槙原 進

(56)【参考文献】

【文献】 特公昭５９−２８８１３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開昭５９−６６６１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１３９１８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

F28G7/00,F23J3/00,F28D1/047,F28F9/013

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケーシングの内部を流れるダストを含むガスの熱を利用して熱媒体を加熱する熱交換器であって、
ケーシングの内部に配置され、その中に前記熱媒体が通される伝熱管と、
前記伝熱管の複数の部分に連結された連結軸と、
前記伝熱管に付着したダストを除去するダスト除去装置と、を備え、
前記伝熱管は、直管部および折り返し部を有し、前記直管部および前記折り返し部は、前記伝熱管が、ガスの流れ方向に平行な平面内で蛇行状に延在するよう交互に配置されており、
前記連結軸は、前記伝熱管が蛇行状に延在する延在方向に延び、且つ、前記伝熱管の前記折り返し部の最外部分に連結されており、
前記ダスト除去装置は、前記伝熱管の前記延在方向において前記連結軸に打撃力を印加する打撃手段を有している、熱交換器。

【請求項2】

前記伝熱管が蛇行状に配置される平面は、ガスの流れ方向と平行になっており、
前記伝熱管の前記直管部は、鉛直方向に延びるよう配置されている、請求項１に記載の熱交換器。

【請求項3】

前記連結軸および前記打撃手段が、前記ケーシングの内部に配置されている、請求項１または２に記載の熱交換器。

【請求項4】

前記熱交換器は、ガスが水平方向に流れる横型の熱交換器であり、
前記ケーシングは、鉛直方向に延びる複数の支柱によって側方から支持されており、
複数の前記支柱のうち少なくとも一部の支柱は、側方から見て前記伝熱管と重なるよう配置されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱交換器。

【請求項5】

前記伝熱管を含めて、前記伝熱管が蛇行状に形成された平面に直交する配列方向に沿って複数の伝熱管が並べられており、
前記配列方向において隣接する一対の前記伝熱管に、隣接する前記伝熱管の間の間隔を、予め設けられた配列間隔以上に維持するための間隔保持機構が設けられている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱交換器。

【請求項6】

前記間隔保持機構は、前記配列方向において隣接する一対の前記伝熱管の一方に取り付けられた第１スペーサーと、隣接する一対の前記伝熱管の他方に取り付けられた第２スペーサーと、を有し、
前記第１スペーサーおよび前記第２スペーサーは、前記配列方向における一対の前記伝熱管の間の間隔が前記配列間隔である際に互いに接触するよう構成されている、請求項５に記載の熱交換器。

【請求項7】

前記第１スペーサーの端部のうち前記第２スペーサーに接触する端部の長手方向と、前記第２スペーサーの端部のうち前記第１スペーサーに接触する端部の長手方向とが非平行である、請求項６に記載の熱交換器。

【請求項8】

前記熱交換器は、ガスが水平方向に流れる横型の熱交換器であり、
前記伝熱管の前記折り返し部は、隣接する２つの前記直管部の上端に接続された上側折り返し部と、隣接する２つの前記直管部の下端に接続された下側折り返し部と、を含み、
前記伝熱管には、前記伝熱管の延在方向に沿って延び、上下方向において前記伝熱管を支持する支持機構が取り付けられており、
前記支持機構は、前記伝熱管の複数の上側折り返し部の近傍を通るように延びる本体部と、前記本体部に結合され、前記上側折り返し部を下方から支持する下側支持部と、前記上側折り返し部に上方から接触する上側支持部と、を有し、
前記上側支持部は、１本の上側支持部が複数の前記上側折り返し部に接触するよう構成されている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の熱交換器。

【請求項9】

前記支持機構の前記上側支持部の下端には、各々が前記上側折り返し部の輪郭に適合された複数の切欠部が形成されている、請求項８に記載の熱交換器。

【請求項10】

前記伝熱管を含めて、前記伝熱管が蛇行状に形成された平面に直交する配列方向に沿って複数の伝熱管が並べられており、
前記支持機構の前記本体部は、当該本体部の一方の側に位置する一方の前記伝熱管の複数の前記上側折り返し部の近傍を通るとともに、当該本体部の他方の側に位置する他方の前記伝熱管の複数の前記上側折り返し部の近傍を通るよう延びており、
前記下側支持部は、前記本体部に結合され、前記一方の伝熱管の前記上側折り返し部を下方から支持する一方の下側支持部と、前記本体部に結合され、前記他方の伝熱管の前記上側折り返し部を下方から支持する他方の下側支持部と、を含み、
前記上側支持部は、前記本体部に結合され、前記一方の伝熱管の前記上側折り返し部に上方から接触する一方の上側支持部と、前記本体部に結合され、前記他方の伝熱管の前記上側折り返し部に上方から接触する他方の上側支持部と、を含み、
前記一方の上側支持部は、１本の上側支持部が前記一方の伝熱管の複数の前記上側折り返し部に接触するよう構成されており、
前記他方の上側支持部は、１本の上側支持部が前記他方の伝熱管の複数の前記上側折り返し部に接触するよう構成されている、請求項８または９に記載の熱交換器。

【請求項11】

請求項１に記載の熱交換器に設けられ、前記伝熱管に付着したダストを除去する前記ダスト除去装置であって、
前記熱交換器の前記伝熱管の前記延在方向において前記連結軸に打撃力を印加する打撃手段を有する、ダスト除去装置。

【請求項12】

ダストを含む排ガスから熱を回収する排熱ボイラーであって、
ケーシングと、
前記ケーシングの内部に配置され、前記ケーシングの内部を流れる排ガスの熱を利用して熱媒体を加熱する熱交換器と、を備え、
前記熱交換器は、請求項１に記載の熱交換器からなる、排熱ボイラー。

【請求項13】

請求項１に記載の熱交換器の製造方法であって、
前記ケーシングの外部で前記伝熱管に前記連結軸を連結して伝熱管ユニットを形成する伝熱管ユニット形成工程と、
前記伝熱管ユニットを前記ケーシングの内部に配置する配置工程と、を備える、熱交換器の製造方法。

【請求項14】

前記熱交換器においては、前記伝熱管を含めて、前記伝熱管が蛇行状に形成された平面に直交する配列方向に沿って複数の伝熱管が並べられており、
前記伝熱管ユニット形成工程は、複数の前記伝熱管ユニットを組み合わせて伝熱管モジュールを形成する工程を含み、
前記配置工程は、前記伝熱管ユニットを前記伝熱管モジュールの形態で前記ケーシングの内部に配置する工程を含む、請求項１３に記載の熱交換器の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ケーシングの内部を流れるダストを含むガスの熱を利用して伝熱管内の熱媒体を加熱する熱交換器および熱交換器を備えた排熱ボイラーに関する。また本発明は、熱交換器の伝熱管に付着したダストを除去するダスト除去装置に関する。また本発明は、熱交換器の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

セメント焼成プラント、製鉄所、金属精錬所、化学工場、ゴミ焼却炉、地熱発電所など、高温の排ガスが発生する施設では、排ガスの熱を回収するための排熱ボイラーが設けられている。排熱ボイラーは、例えば、排ガスの熱を利用して伝熱管内の熱媒体を加熱する熱交換器を用いて、排ガスの熱を回収する。

【0003】

排ガスにはダストが含まれており、ダストは、排熱ボイラーの運転中に次第に伝熱管の表面に付着して堆積していく。ダストは、排ガスと伝熱管内の熱媒体との間での熱伝導を阻害するため、ダストを伝熱管に付着させたままにすると、排熱ボイラーの効率が低下してしまう。このような課題を解決するため、伝熱管の表面に付着したダストを除去するダスト除去装置を熱交換器に設けることが知られている。例えば特許文献１において、伝熱管の下端に連結された連結軸に打撃力を印加する打撃手段を備えたダスト除去装置が提案されている。このようなダスト除去装置によれば、打撃力を利用して伝熱管を振動させることができ、これによって、伝熱管の表面に付着したダストを振るい落とすことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開昭５９−２８８１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

熱交換器は、複数の伝熱管を備えている。各伝熱管は、通常、直管部と折り返し部とを交互に接続することにより蛇行状に延在しており、このため各伝熱管は、平面的なパネル状の形状を有している。また各伝熱管は、パネル形状の平面に直交する方向に沿って配列されている。また従来のダスト除去装置において、連結軸は、配列方向に並ぶ複数の伝熱管の各々に連結されるよう、配列方向に沿って延びている。この場合、連結軸に印加される打撃力は、伝熱管の表面を振動させるよう作用するよりも、複数の伝熱管を一体的に配列方向に沿って変位させるよう作用すると考えられる。従って、従来のダスト除去装置においては、連結軸に印加される打撃力が、伝熱管の表面を振動させてダストを除去するという目的に対して有効に利用されていないと考えられる。

【0006】

本発明は、このような課題を効果的に解決し得るダスト除去装置を提供することを目的とする。また本発明は、ダスト除去装置を備えた熱交換器、熱交換器を備えた排熱ボイラー、および熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１の本発明は、ケーシングの内部を流れるダストを含むガスの熱を利用して熱媒体を加熱する熱交換器であって、ケーシングの内部に配置され、その中に前記熱媒体が通される伝熱管と、前記伝熱管の複数の部分に連結された連結軸と、前記伝熱管に付着したダストを除去するダスト除去装置と、を備え、前記伝熱管は、直管部および折り返し部を有し、前記直管部および前記折り返し部は、前記伝熱管が平面内で蛇行状に延在するよう交互に配置されており、前記ダスト除去装置は、前記連結軸に打撃力を印加する打撃手段を有している、熱交換器である。

【0008】

本発明による熱交換器において、前記連結軸は、前記伝熱管の前記折り返し部の最外部分に連結されていてもよい。

【0009】

本発明による熱交換器において、前記伝熱管が蛇行状に配置される平面は、ガスの流れ方向と平行になっており、前記伝熱管の前記直管部は、鉛直方向に延びるよう配置されていてもよい。

【0010】

本発明による熱交換器において、前記連結軸および前記打撃手段が、前記ケーシングの内部に配置されていてもよい。

【0011】

本発明による熱交換器において、前記熱交換器は、ガスが水平方向に流れる横型の熱交換器であり、前記ケーシングは、鉛直方向に延びる複数の支柱によって側方から支持されており、複数の前記支柱のうち少なくとも一部の支柱は、側方から見て前記伝熱管と重なるよう配置されていてもよい。

【0012】

本発明による熱交換器において、前記伝熱管を含めて、前記伝熱管が蛇行状に形成された平面に直交する配列方向に沿って複数の伝熱管が並べられており、前記配列方向において隣接する一対の前記伝熱管に、隣接する前記伝熱管の間の間隔を、予め設けられた配列間隔以上に維持するための間隔保持機構が設けられていてもよい。

【0013】

本発明による熱交換器において、前記間隔保持機構は、前記配列方向において隣接する一対の前記伝熱管の一方に取り付けられた第１スペーサーと、隣接する一対の前記伝熱管の他方に取り付けられた第２スペーサーと、を有し、前記第１スペーサーおよび前記第２スペーサーは、前記配列方向における一対の前記伝熱管の間の間隔が前記配列間隔である際に互いに接触するよう構成されていてもよい。

【0014】

本発明による熱交換器において、前記第１スペーサーの端部のうち前記第２スペーサーに接触する端部の長手方向と、前記第２スペーサーの端部のうち前記第１スペーサーに接触する端部の長手方向とが非平行であってもよい。

【0015】

本発明による熱交換器において、前記熱交換器は、ガスが水平方向に流れる横型の熱交換器であり、前記伝熱管の前記折り返し部は、隣接する２つの前記直管部の上端に接続された上側折り返し部と、隣接する２つの前記直管部の下端に接続された下側折り返し部と、を含み、前記伝熱管には、前記伝熱管の延在方向に沿って延び、上下方向において前記伝熱管を支持する支持機構が取り付けられており、前記支持機構は、前記伝熱管の複数の上側折り返し部の近傍を通るように延びる本体部と、前記本体部に結合され、前記上側折り返し部を下方から支持する下側支持部と、前記上側折り返し部に上方から接触する上側支持部と、を有し、前記上側支持部は、１本の上側支持部が複数の前記上側折り返し部に接触するよう構成されていてもよい。

【0016】

本発明による熱交換器において、前記支持機構の前記上側支持部の下端には、各々が前記上側折り返し部の輪郭に適合された複数の切欠部が形成されていてもよい。

【0017】

本発明による熱交換器において、前記伝熱管を含めて、前記伝熱管が蛇行状に形成された平面に直交する配列方向に沿って複数の伝熱管が並べられており、前記支持機構の前記本体部は、当該本体部の一方の側に位置する一方の前記伝熱管の複数の前記上側折り返し部の近傍を通るとともに、当該本体部の他方の側に位置する他方の前記伝熱管の複数の前記上側折り返し部の近傍を通るよう延びており、前記下側支持部は、前記本体部に結合され、前記一方の伝熱管の前記上側折り返し部を下方から支持する一方の下側支持部と、前記本体部に結合され、前記他方の伝熱管の前記上側折り返し部を下方から支持する他方の下側支持部と、を含み、前記上側支持部は、前記本体部に結合され、前記一方の伝熱管の前記上側折り返し部に上方から接触する一方の上側支持部と、前記本体部に結合され、前記他方の伝熱管の前記上側折り返し部に上方から接触する他方の上側支持部と、を含み、前記一方の上側支持部は、１本の上側支持部が前記一方の伝熱管の複数の前記上側折り返し部に接触するよう構成されており、前記他方の上側支持部は、１本の上側支持部が前記他方の伝熱管の複数の前記上側折り返し部に接触するよう構成されていてもよい。

【0018】

第２の本発明は、上記記載の熱交換器に設けられ、前記伝熱管に付着したダストを除去するダスト除去装置であって、前記熱交換器の前記連結軸に打撃力を印加する打撃手段を有する、ダスト除去装置である。

【0019】

第３の本発明は、ダストを含む排ガスから熱を回収する排熱ボイラーであって、ケーシングと、前記ケーシングの内部に配置され、前記ケーシングの内部を流れる排ガスの熱を利用して熱媒体を加熱する熱交換器と、を備え、前記熱交換器は、上記記載の熱交換器からなる、排熱ボイラーである。

【0020】

第４の本発明は、上記記載の熱交換器の製造方法であって、前記ケーシングの外部で前記伝熱管に前記連結軸を連結して伝熱管ユニットを形成する伝熱管ユニット形成工程と、前記伝熱管ユニットを前記ケーシングの内部に配置する配置工程と、を備える、熱交換器の製造方法である。

【0021】

本発明による熱交換器の製造方法において、前記熱交換器においては、前記伝熱管を含めて、前記伝熱管が蛇行状に形成された平面に直交する配列方向に沿って複数の伝熱管が並べられており、前記伝熱管ユニット形成工程は、複数の前記伝熱管ユニットを組み合わせて伝熱管モジュールを形成する工程を含み、前記配置工程は、前記伝熱管ユニットを前記伝熱管モジュールの形態で前記ケーシングの内部に配置する工程を含んでいてもよい。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、熱交換器は、伝熱管の複数の部分に連結された連結軸と、伝熱管に付着したダストを除去するダスト除去装置と、を備えている。伝熱管は、交互に配置された直管部および折り返し部を有し、このため伝熱管は、平面内で蛇行状に形成されている。またダスト除去装置は、連結軸に打撃力を印加する打撃手段を有している。このため、伝熱管の剛性が高い方向においてダスト除去装置が伝熱管に打撃力を印加することができる。従って、伝熱管に印加される打撃力が、伝熱管の振動に効率的に変換される。このことにより、伝熱管に付着したダストを効率的に除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係る複数の熱交換器を備える排熱ボイラーを示す側面図。

【図2】図２は、図１の排熱ボイラーを示す平面図。

【図3】図３は、熱交換器の伝熱管、および、伝熱管に取り付けられたダスト除去装置を示す側面図。

【図4】図４は、図３のダスト除去装置を示す平面図。

【図5】図５は、ダスト除去装置の連結軸を示す斜視図。

【図6】図６は、上下方向において伝熱管を支持する支持機構を、図３のVI−VI方向から見た場合を示す横断面図。

【図7】図７は、一対の伝熱管の間に設けられる間隔保持機構を示す横断面図。

【図8】図８は、図７の間隔保持機構を示す斜視図。

【図9A】図９Ａは、伝熱管パネルを形成するための一工程を示す平面図。

【図9B】図９Ｂは、伝熱管パネルを形成するための一工程を示す平面図。

【図9C】図９Ｃは、伝熱管パネルをケーシングの内部に配置する工程を示す側面図。

【図10A】図１０Ａは、パネルユニットを形成するための一工程を示す平面図。

【図10B】図１０Ｂは、パネルユニットをケーシングの内部に配置する工程を示す側面図。

【図11】図１１は、本発明の実施の形態に係る伝熱管に打撃力が印加される様子を示す図。

【図12】図１２は、比較の実施の形態に係るダスト除去装置の連結軸を示す側面図。

【図13】図１３は、比較の実施の形態に係るダスト除去装置を示す平面図。

【図14A】図１４Ａは、比較の実施の形態に係る伝熱管に打撃力が印加される様子を示す図。

【図14B】図１４Ｂは、比較の実施の形態に係る伝熱管に打撃力が印加される様子を示す図。

【図15】図１５は、ケーシングを支持する支柱の変形例を示す平面図。

【図16】図１６は、ダスト除去装置の連結軸の変形例を示す斜視図。

【図17】図１７は、ダスト除去装置の打撃手段の変形例を示す平面図。

【図18】図１８は、支持機構の変形例を示す側面図。

【図19】図１９は、図１８の支持機構をXVIII−XVIII方向から見た場合を示す縦断面図。

【図20A】図２０Ａは、図１８の支持機構を形成するための一工程を示す側面図。

【図20B】図２０Ｂは、図１８の支持機構を形成するための一工程を示す側面図。

【図21】図２１は、支持機構の変形例を示す縦断面図。

【図22】図２２は、伝熱管が千鳥状に配置される例を示す平面図。

【図23】図２３は、図２２に示す２つの隣接する伝熱管を結合する結合機構を示す斜視図。

【図24】図２４は、支持機構の変形例を示す縦断面図。

【図25】図２５は、ダスト除去装置の連結軸の変形例を示す斜視図。

【図26】図２６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施例に係る伝熱管に打撃力を印加した場合に発生する振動の周波数を、シミュレーションを用いて算出した結果を示す図。

【図27】図２７（ａ）（ｂ）（ｃ）は、比較例に係る伝熱管に打撃力を印加した場合に発生する振動の周波数を、シミュレーションを用いて算出した結果を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本発明の実施の形態
以下、図１乃至図１１を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお図面において、同じ機能を表す要素には同じ参照番号を付して、説明を省略する場合がある。まず図１および図２により、排ガスの熱を回収する排熱ボイラー１０全体について説明する。図１は、セメント焼成プラントに設置される排熱ボイラー１０を示す側面図であり、図２は、排熱ボイラー１０のケーシング１１の上面を便宜的に取り除いて、ケーシング１１の内部に配置されている複数の熱交換器２０の位置関係を模式的に示す平面図である。なお側面図とは、ケーシング１１の側面１２に直交する方向から観察した場合の図を意味している。

【0025】

（排熱ボイラー）
排熱ボイラー１０には、セメント焼成プラントのサスペンションプレヒーターから排出される、ダストを含む高温の排ガスが導入される。図１および２において、符号Ｆが付された矢印は、排熱ボイラー１０に導入される排ガスの流れ方向を表している。本実施の形態においては、水平方向に流れる排ガスから熱を回収する横型の排熱ボイラー１０および熱交換器２０について説明する。しかしながら、これに限られることはなく、本発明の技術的思想は、鉛直方向に流れる排ガスから熱を回収する縦型の排熱ボイラーおよび熱交換器に適用されてもよい。

【0026】

排熱ボイラー１０は、ケーシング１１と、排ガスの流れ方向に沿って並べられ、ケーシング１１の内部を流れる排ガスの熱を利用して熱媒体を加熱する複数の熱交換器２０と、を備えている。ケーシング１１は、ケーシング１１の側面１２に取り付けられ、鉛直方向に延びる複数の支柱１３によって側方から支持されている。各熱交換器２０はそれぞれ、複数の伝熱管２２を有している。また各熱交換器２０の下方には、熱交換器２０に付着していたダストを下方に導くためのホッパー１４が設けられている。

【0027】

複数の熱交換器２０の役割は特には限られないが、例えば、排ガスの流れの最も上流側に配置された熱交換器２０は、過熱器ＳＨとして機能し、過熱器ＳＨの下流側に配置された熱交換器２０は、蒸発器ＧＥＮとして機能し、蒸発器ＧＥＮの下流側に配置された熱交換器２０は、節炭器ＥＣＯとして機能する。本明細書において、特に断らない限り、上流側または下流側とは、排ガスの流れの向きに基づいて位置関係を表現する用語である。なお図１においては、ケーシング１１の内部に配置され、熱交換器２０を構成する伝熱管２２が点線で描かれている。伝熱管２２は、排ガスとの間で熱交換を行う熱媒体を管の内部に通すものである。各伝熱管２２は、効率的な熱交換を実施するため、図１に示すように、排ガスの流れ方向に平行な面内で蛇行状に延在している。また図１においては、後述する連結軸５１および打撃手段５５も点線で示されている。

【0028】

図２に示すように、熱交換器２０の複数の伝熱管２２は、配列方向Ａに並べられている。配列方向Ａは、例えば、伝熱管２２が蛇行状に延在する面に直交する方向になっている。なお伝熱管２２は、上述のように、排ガスの流れ方向Ｆに平行な面内で蛇行状に延在しており、このため伝熱管２２の全体的な形状は、パネル状とも表現され得る。図２においては、伝熱管２２がパネル状に描かれている。以下、蛇行状に延在する伝熱管によって形成される包括的な形状を「伝熱管パネル」と称し、伝熱管パネルによって形成される平面を「伝熱管パネル面」と称することもある。

【0029】

（熱交換器）
次に、図３乃至図８を参照して、本実施の形態に係る熱交換器２０について詳細に説明する。図３は、熱交換器２０の１本の伝熱管２２、および、伝熱管２２に取り付けられたその他の構成要素を示す図である。本実施の形態において、伝熱管２２は、鉛直方向に延び、ガスの流れ方向Ｆに沿って配列された複数の直管部２３と、隣接する２つの直管部２３を連結する複数の折り返し部と、を有している。折り返し部は、隣接する２つの直管部２３の上端に接続され、Ｕ字状の形状からなる上側折り返し部２４と、隣接する２つの直管部２３の下端に接続され、Ｕ字状の形状からなる下側折り返し部２５と、を含んでいる。これら複数の直管部２３及び複数の折り返し部２４，２５を同一平面内で交互に配置することにより、上述の伝熱管パネル面が形成されている。図３における右上の入口部から流入した熱媒体は、矢印ｆで示すように、上側折り返し部２４および下側折り返し部２５において順次折り返しながら伝熱管２２内を蛇行状に流れる。伝熱管２２内を流れる熱媒体は、主として直管部２３において排ガスとの間で熱交換し、その後、図３における左上の出口部から流出する。

【0030】

図３に示すように、熱交換器２０は、伝熱管２２に付着したダストを除去するダスト除去装置５０をさらに備えている。ダスト除去装置５０は、伝熱管パネル面内において伝熱管２２が延在する方向（以下、「伝熱管延在方向」とも称する）で伝熱管２２に打撃力を印加するよう構成されている。例えば熱交換器２０には、伝熱管延在方向に延び、少なくとも１本の伝熱管２２の複数の部分に連結された連結軸５１が設けられており、そしてダスト除去装置５０は、伝熱管延在方向において連結軸５１に打撃力を印加する打撃手段５５を備えている。図３においては、連結軸５１が、伝熱管２２の複数の下側折り返し部２５の最外部分２５ａに当て板５３および連結部５２を介して連結される例が示されている。なお折り返し部の最外部分とは、伝熱管２２の延びる方向が反転する境目となる部分である。下側折り返し部２５において、最外部分２５ａは、伝熱管２２が延びる方向が下方向から上方向に反転する部分であって、最も下方に位置する部分である。上側折り返し部２４において、最外部分２４ａは、伝熱管２２が延びる方向が上方向から下方向に反転する部分であって、最も上方に位置する部分である。打撃手段５５の具体的な構成は特には限られないが、例えば打撃手段５５は、連結軸５１に打撃力を印加するハンマー５５ａを含んでいる。本実施の形態によれば、伝熱管２２の複数の部分が、下側折り返し部２５において当て板５３と連結部５２を介して連結軸５１で連結されている。このため、打撃手段５５により連結軸５１の一端部に打撃力を印加すると、その振動が伝熱管パネル全体に伝わり、これによって、伝熱管２２の表面に付着しているダストを落下させることができる。特に、図３の実施形態の場合には、伝熱管２２の直管部２３が鉛直に配置されているため、直管部２３の表面に付着しているダストを、振動および重力を利用してより容易に除去できる。
なお本明細書において、「延在方向」という用語は、巨視的に見た場合の、対象物が広がる方向を意味している。一方、「延びる方向」という用語は、微視的に見た場合の、対象物が広がる方向を意味している。例えば微視的に見た場合、伝熱管２２は、直管部２３においては上下方向に延び、折り返し部２４，２５においては円周方向に延びている。一方、巨視的に見た場合、伝熱管２２は、ガスの流れ方向Ｆに平行に延びていると言える。

【0031】

なお図３に示すように、伝熱管２２は、伝熱管延在方向に沿って延びる支持機構３０を用いることにより、伝熱管２２の上部において水平方向および上下方向に支持および固定されている。また以下の説明において、連結軸５１に連結された１本又は複数の伝熱管２２を組み合わせ、これによって一体的に取り扱えるようにした単位を、伝熱管ユニット２１と称することもある。図３に示す例においては、連結軸５１に１本の伝熱管２２を組み合わせて伝熱管ユニット２１が構成されている。また、１本の連結軸５１に複数、例えば、２本の伝熱管２２を組み合わせて伝熱管ユニット２１を構成する例についても後述する。

【0032】

図４は、伝熱管２２を便宜的に取り除いてダスト除去装置５０を上方から観察した場合を模式的に示す平面図である。本実施の形態においては、１本の伝熱管２２に対して１本の連結軸５１が連結されるため、図４に示すように、ケーシング１１の内部には、配列方向Ａに沿って並べられた複数の連結軸５１および打撃手段５５が配置されている。なお図４に示すように、各打撃手段５５に結合された駆動軸５７が、ケーシング１１の側面１２を貫通してケーシング１１の外部まで延びていてもよい。また、駆動軸５７を回転駆動する駆動装置５８が、ケーシング１１の外部に配置されていてもよい。

【0033】

図４に示すように、隣り合う打撃手段５５は、異なるタイミングで各連結軸５１を打撃するように、互いに異なる角度で駆動軸５７に結合されていてもよい。各連結軸５１の打撃のタイミングをずらすことにより、駆動装置５８の負荷を低減することができる。また、一度に大量のダストが除去されることを防ぐことができる。これによって、ダストを排出する機構にかかる負荷を低減することができ、かつ、ダストの排出口が詰まってしまうことを防ぐことができる。

【0034】

次に図５を参照して、連結軸５１について詳細に説明する。図５は、連結軸５１および連結軸５１に連結された伝熱管２２を示す斜視図である。連結軸５１の具体的な構造は特には限られないが、例えば連結軸５１は、四角パイプから構成されていてもよい。図５に示す例においては、連結部５２の一端が、連結軸５１を構成する四角パイプの上面に固定され、連結部５２の他端が、当て板５３を介して伝熱管２２の下側折り返し部２５に固定されている。なお、連結軸５１の軸方向に沿った打撃力を適切に伝熱管２２に印加することができる限りにおいて、連結軸５１と伝熱管２２とを連結するための具体的な方法が特に限られることはない。例えば連結軸５１は、図示はしないが、伝熱管２２の直管部２３や上側折り返し部２４に連結されていてもよい。また図５に示すように、連結軸５１にヘッド５４が固定されていてもよい。この場合、ヘッド５４が打撃手段５５によって打たれ、この結果、打撃力が、ヘッド５４、連結軸５１、連結部５２および当て板５３を介して伝熱管２２に伝達される。

【0035】

次に、上述の支持機構３０について、図３および図６を参照して詳細に説明する。図６に示すように、支持機構３０は、伝熱管２２の複数の直管部２３の近傍を通るように延びる本体部３１と、本体部３１に結合され、各々が本体部３１との間で伝熱管２２の直管部２３を把持する複数の把持部３２と、を有している。このような支持機構３０を用いることにより、横型の熱交換器２０において、各伝熱管２２を上方から吊り下げることができる。また支持機構３０は、水平方向における伝熱管２２の位置決めを行うこともできる。

【0036】

複数の伝熱管を伝熱管パネル面に対して直交する方向に沿って連結する従来のタイプのダスト除去装置の場合には、伝熱管パネル面に直交する方向において振動が生じる。この場合、伝熱管の剛性の低い方向において振動を与えることになる。従って、振動による伝熱管の変位や破損等を防止するためには、支持構造を強固にするなどの対応が必要であった。これに対して本実施の形態においては、伝熱管２２の剛性の高い方向（伝熱管パネル面の面内方向）において伝熱管２２に振動を与える。従って、伝熱管パネル面に直交する方向における伝熱管２２の変位等が少ない。このため、比較的簡易な支持構造を用いて、振動による伝熱管２２の変位を防止することや、伝熱管２２の支持を確保することが可能である。支持機構３０は、このような点を考慮して構成されたものである。

【0037】

但し、図３および図６に示す支持機構３０においては、複数の伝熱管２２が上方から吊り下げられ、伝熱管２２の下部は特に支持されていない。従って、打撃力が印加される際の振動などに起因して伝熱管２２の位置が配列方向Ａにおいて変位し、この結果、隣接する２つの伝熱管２２が接触してしまう可能性がないとは言えない。このような接触を防ぐため、好ましくは図７に示すように、配列方向Ａにおいて隣接する一対の伝熱管２２に、隣接する伝熱管２２の間の間隔を、予め設けられた配列間隔Ｓ以上に維持するための間隔保持機構４０が設けられている。これによって、伝熱管２２が配列方向Ａにおいて変位する場合であっても、隣接する２つの伝熱管２２が接触してしまうことを防ぐことができる。なお図７に示すように、本実施の形態における複数の伝熱管２２の配列方法は、格子配列となっている。

【0038】

図８は、間隔保持機構４０の形態の一例を示す斜視図である。図８に示す例において、間隔保持機構４０は、隣接する一対の伝熱管２２の一方に取り付けられた第１スペーサー４１と、隣接する一対の伝熱管２２の他方に取り付けられた第２スペーサー４２と、を有している。第１スペーサー４１および第２スペーサー４２は、配列方向Ａにおける隣接する伝熱管２２の間の間隔が上述の配列間隔Ｓである際に互いに接触するよう構成されている。これによって、隣接する伝熱管２２の間の間隔が配列間隔Ｓよりも小さくなることを防ぐことができる。また、隣接する伝熱管２２を溶接によって互いに固定する必要が無いため、熱交換器２０の製造工程において、伝熱管２２をケーシング１１の内部に配置する作業が容易になる。なお各スペーサー４１，４２は、当て板４３を介して伝熱管２２に取り付けられていてもよい。

【0039】

好ましくは、第１スペーサー４１の端部のうち第２スペーサー４２に接触する端部の長手方向Ｎ_１と、第２スペーサー４２の端部のうち第１スペーサー４１に接触する端部の長手方向Ｎ_２と、が非平行になっている。例えば図８に示すように、第１スペーサー４１の端部の長手方向Ｎ_１は鉛直方向に延びており、一方、第２スペーサー４２の端部の長手方向Ｎ_２は水平方向に延びている。すなわち、第１スペーサー４１の端部が延びる方向と、第２スペーサー４２の端部が延びる方向とが直交している。このように第１スペーサー４１および第２スペーサー４２を構成することにより、第１スペーサー４１と第２スペーサー４２とをより確実に接触させることができる。

【0040】

なお本実施の形態においては、ダスト除去装置５０が伝熱管２２に対して伝熱管パネル面の面内方向において打撃力を印加するため、これによって生じる振動に対して伝熱管２２は十分な剛性を有している。従って、伝熱管２２の全域ではなく伝熱管２２の一部にのみ間隔保持機構４０が設けられていてもよい。例えば図７に示すように、伝熱管２２のうち排ガスの流れ方向Ｆにおける伝熱管パネルの両端部近傍にのみ間隔保持機構４０が設けられていてもよい。

【0041】

（熱交換器の製造方法）
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用および効果について説明する。はじめに、熱交換器２０を製造する方法について、図９Ａ乃至図９Ｃを参照して説明する。ここでは、伝熱管ユニット２１として最も代表的なものである、１本の連結軸５１と１本の伝熱管２２とを組み合わせた伝熱管ユニット２１を用いる場合を中心に、熱交換器２０の製造方法を説明する。

【0042】

まず、ケーシング１１の外部で伝熱管２２に連結軸５１を連結して伝熱管ユニット２１を形成する伝熱管ユニット形成工程を実施する。例えば図９Ａに示すように、工場内の定盤１５上に伝熱管２２を配置する。次に図９Ｂに示すように、伝熱管２２の複数の下側折り返し部２５に、当て板５３および連結部５２を介して連結軸５１を連結する。連結方法としては、例えば溶接が用いられる。このようにして、伝熱管２２と、伝熱管２２に連結された連結軸５１とを含む伝熱管ユニット２１を、工場において形成することができる。なお、上述の間隔保持機構４０の一部の構成要素や上述の支持機構３０を伝熱管２２に取り付ける工程を、工場内においてさらに実施してもよい。

【0043】

次に図９Ｃに示すように、伝熱管ユニット２１をケーシング１１の内部に配置する配置工程を実施する。ここで上述のように、伝熱管ユニット２１の伝熱管２２には既に連結軸５１が連結されている。このため、ケーシング１１の内部において伝熱管２２に連結軸５１を連結する作業を実施する必要がない。一般に、ケーシング１１の内部の空間は狭く、このため、ケーシング１１の内部における作業は、工場における作業に比べて効率が悪い。従って、ケーシング１１の内部における作業を工場における作業に置き換えることにより、熱交換器２０および排熱ボイラー１０の製造に要する工数や工期を低減することができる。

【0044】

なお図９Ａ乃至図９Ｃにおいては、伝熱管ユニット２１を工場において形成し、そして伝熱管ユニット２１を一つずつケーシング１１の内部に配置する例を示したが、これに限られることはない。例えば図１０Ａに示すように、上述の伝熱管ユニット形成工程は、複数の伝熱管ユニット２１、例えば２つの伝熱管ユニット２１を組み合わせて伝熱管モジュール２６を形成する伝熱管モジュール形成工程を含んでいてもよい。また伝熱管ユニット形成工程は、複数の伝熱管２２と複数の連結軸５１とを組み合わせることにより、２つの伝熱管ユニット２１を含む伝熱管モジュール２６を形成するものであってもよい。また上述の配置工程は、伝熱管ユニット２１を伝熱管モジュール２６の形態でケーシング１１の内部に配置する工程を含んでいてもよい。これによって、複数の伝熱管ユニット２１をケーシング１１の内部に迅速に配置することができ、このことにより、熱交換器２０および排熱ボイラー１０の製造に要する工数や工期をさらに低減することができる。

【0045】

（ダストの除去効果）
次に、本実施の形態によるダスト除去装置５０のダスト除去効果について説明する。図１１は、ダスト除去装置５０からの打撃力が伝熱管２２に印加される際の伝熱管２２の様子を示す図である。上述のように、伝熱管２２は上方から吊り下げられている。このため、伝熱管２２の上端はいわゆる固定端となっており、伝熱管２２の下端はいわゆる自由端となっている。また上述のように、伝熱管２２は、伝熱管パネル面の面内で蛇行状に延在しているため、伝熱管パネル面内における伝熱管２２の剛性は、面に直交する方向、すなわち上述の配列方向Ａにおける伝熱管２２の剛性よりも高くなっている。またダスト除去装置５０は、伝熱管パネル面内の伝熱管延在方向で、すなわち伝熱管２２の剛性が高い方向で、伝熱管パネルに打撃力を印加するよう構成されている。この結果、図１１に示すように、伝熱管２２は、自由端である下端が固定端である上端に対して、伝熱管延在方向において変位し振動する。従って、伝熱管２２の上端と下端との間において、伝熱管２２の表面を十分に振動させることができ、これによって、伝熱管２２の表面に付着したダストを十分に除去することができる。なお図１１においては、理解の容易のために、伝熱管２２が変形する様子を誇張して示している。従って、実際に図１１に示すように伝熱管２２が変形するとは限らない。

【0046】

次に、このような打撃力が印加される際に伝熱管２２に生じる振動の周波数について検討する。伝熱管２２に生じる振動の周波数を決定する要因の一つとして、伝熱管２２の剛性が考えられる。一般に、物体の固有振動数は、物体の剛性が高いほど高くなることが知られている。ここで上述のように、伝熱管パネル面内の伝熱管延在方向における伝熱管２２の剛性は、伝熱管パネル面に直交する方向Ａにおける伝熱管２２の剛性よりも高くなっている。従って、本実施の形態によれば、伝熱管延在方向において伝熱管２２に打撃力を印加することにより、伝熱管２２に生じる振動の周波数を高くすることができる。例えば、１ｋＨｚ以上の周波数成分を多く有する振動を伝熱管２２に生じさせることができる。

【0047】

本件発明者が鋭意研究を重ねた結果、伝熱管２２の振動の周波数が１ｋＨｚ近傍の周波数またはより高い周波数になっているときに、伝熱管２２に付着したダストが効率的に除去されることを見出した。ここで本実施の形態によれば、伝熱管２２の剛性が高い方向において伝熱管２２に打撃力を印加することにより、１ｋＨｚ以上の周波数成分を多く有する振動を伝熱管２２に生じさせることができ、これによって、ダストを効率的に除去することができる。

【0048】

また本実施の形態によれば、上述のように、伝熱管２２の直管部２３が鉛直に配置されている。このため、直管部２３の表面に付着しているダストを、振動だけでなく重力を利用して除去することができる。このため、伝熱管の直管部が水平方向に延びるタイプの熱交換器の場合に比べて、ダストを効率的に除去することができる。

【0049】

比較の形態
次に、本実施の形態の効果を、比較の形態と比較して説明する。図１２および図１３は、比較の形態に係るダスト除去装置７０を示す側面図および平面図である。１２および図１３に示す比較の形態において、図１乃至図１１に示す本実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0050】

図１２および図１３に示すように、比較の形態において、ダスト除去装置７０の連結軸７１は、複数の伝熱管２２が並べられる配列方向Ａに沿って延びている。このため図１３に示すように、連結軸７１に打撃力を印加する打撃手段７３は、伝熱管パネル面に直交する方向、すなわち配列方向Ａに平行な方向で連結軸７１に打撃力を印加するよう構成されている。また、排ガスの流れ方向Ｆにおける連結軸７１の変位を制限するため、図１２に示すように、一対の留め金７５が連結軸７１の近傍に設けられている。留め金７５は、連結軸７１の下方において排ガスの流れ方向Ｆに沿って延びる固定軸７４に固定されている。

【0051】

比較の形態においては、ケーシング１１の内部の空間の制約のため、打撃手段７３はケーシング１１の外部に配置されている。またケーシング１１の側面１２には貫通孔７６が形成されており、この貫通孔７６には、打撃手段７３からの打撃力を連結軸７１に伝達するためのロッド７７が設けられている。

【0052】

上述の貫通孔７６は、ロッド７７の数と同一の数だけケーシング１１の側面１２に形成される。このため比較の形態においては、ケーシング１１の外部の空気がケーシング１１の内部に流入してケーシング１１の内部の温度が低下し、この結果、排熱ボイラーの性能が低下してしまうことが考えられる。また、打撃手段７３がケーシング１１の外部に配置されているため、打撃に起因して生じる音が拡散することを防ぐための防音手段が必要になる。

【0053】

これに対して本実施の形態によれば、連結軸５１は、伝熱管パネル面の伝熱管延在方向に沿って延びている。このため、連結軸５１および打撃手段５５をケーシング１１の内部に配置することが可能になる。従って、ケーシング１１の側面１２に形成される貫通孔の数を低減することができ、これによって、排熱ボイラー１０の性能を高めることができる。また、貫通孔の形成に要する工数や工期を低減することができる。また、防音手段が不要になり、このため、工数や工期をさらに低減することができる。

【0054】

また比較の形態においては、空気がケーシング１１の内部に流入することを防ぐため、貫通孔７６の隙間がパッキン７８によって塞がれている。この場合、打撃手段７３からロッド７７に印加される打撃力が、ロッド７７とパッキン７８との間の摩擦力によって減衰される。このため、連結軸７１に伝達される打撃力が小さくなってしまい、この結果、伝熱管２２に付着したダストを十分に除去することができないと考えられる。

【0055】

これに対して本実施の形態によれば、連結軸５１および打撃手段５５がいずれもケーシング１１の内部に配置されており、このため、打撃力が打撃手段５５から連結軸５１に伝達される際の損失を小さくすることができる。このことにより、伝熱管２２に付着したダストを効率的に除去することができる。

【0056】

また比較の形態においては、図１３に示すように、１本の連結軸７１が多数の伝熱管２２に連結されている。このため、多数の伝熱管２２の位置を精密に調整しながら連結軸７１を伝熱管２２に連結する必要がある。例えば、ケーシング１１内に設置されて上方から吊り下げられた状態にある多数の伝熱管２２の下方に存在する狭い領域で、連結軸７１を伝熱管２２に連結する必要がある。一方、比較の形態においては、連結軸７１が多数の伝熱管２２に取り付けられた状態で、すなわち連結軸７１と多数の伝熱管２２とが一体となった状態で、伝熱管２２をケーシング１１の内部に搬入して据え付けることは、工場から現地への移送を含め非常に困難である。従って比較の形態において、連結軸７１を伝熱管２２に連結する作業は、工場ではなく、ケーシング１１の内部で実施される。このため、熱交換器および排熱ボイラーの製造に要する工数や工期が大きくなってしまう。

【0057】

これに対して本実施の形態によれば、連結軸７１は、伝熱管延在方向に沿って延びている。このため、伝熱管２２に連結軸５１を連結して伝熱管ユニット２１を形成する作業をケーシング１１の外部で実施することができる。このことにより、熱交換器２０および排熱ボイラー１０の製造に要する工数や工期を低減することができる。

【0058】

また比較の形態においては、多数の伝熱管２２が連結軸７１によって互いに連結されている。このため、例えば一部の伝熱管２２が損傷した場合に、損傷した伝熱管２２のみをケーシング１１の外部に取り出すことが困難である。従って、連結軸７１によって互いに連結された多数の伝熱管２２の全部を交換することになり、この結果、排熱ボイラー１０の修復に要するコストが大きくなってしまう。

【0059】

これに対して本実施の形態によれば、損傷した伝熱管２２のみ、若しくは損傷した伝熱管モジュール２６のみを容易に取り出すことができる。このため、排熱ボイラー１０の修復に要するコストを低減することができる。

【0060】

次に、比較の形態によるダスト除去装置７０のダスト除去効果について説明する。図１４Ａおよび図１４Ｂは、ダスト除去装置７０からの打撃力が連結軸７１に印加される際の伝熱管２２の様子を示す図である。

【0061】

比較の形態において、連結軸７１は、配列方向Ａに沿って延びており、また打撃手段７３は、配列方向Ａに平行な方向で連結軸７１に打撃力を印加するよう構成されている。ここで上述のように、配列方向Ａ、すなわち伝熱管パネル面に直交する方向における伝熱管２２の剛性は、伝熱管パネル面の面内方向における伝熱管２２の剛性よりも小さくなっている。この場合、連結軸７１に印加される打撃力は、図１４Ｂにおいて矢印Ｂで示すように、複数の伝熱管２２を一体的に変位させるよう作用する。従って比較の形態においては、伝熱管２２の表面を十分に振動させることができず、このため、伝熱管２２の表面に付着したダストを十分に除去することができないと考えられる。

【0062】

これに対して本実施の形態によれば、ダスト除去装置５０は、伝熱管２２の剛性が高い方向で伝熱管パネルに打撃力を印加するよう構成されている。このため、伝熱管２２の表面に付着したダストを十分に除去することができる。

【0063】

本実施の形態の変形例
なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。

【0064】

（支柱の変形例）
図１において、ケーシング１１を側方から支持する支柱１３が、各熱交換器２０の間に配置される例を示した。しかしながら、本実施の形態においては、上述のように連結軸５１および打撃手段５５がケーシング１１の内部に配置されている。従って、ケーシング１１の側面１２に多数の貫通孔を形成する必要がない。このため、上述の比較の形態の場合と比べて、支柱１３の寸法や配置を自由に決定することができる。例えば図１５に示すように、複数の支柱１３のうち少なくとも一部の支柱１３を、側方から見て熱交換器２０の伝熱管２２と重なるよう配置することができる。従って、支柱１３やケーシング１１の寸法を全体的に最適化することができ、このことにより、支柱１３の本数を削減することや、支柱１３やケーシング１１の全体的な重量を削減することができる。このため、排熱ボイラー１０のコストを削減することができる。

【0065】

（連結軸の変形例）
また上述の本実施の形態において、１本の伝熱管２２が１本の連結軸５１に連結される例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、複数の伝熱管２２が１本の連結軸５１に連結されてもよい。例えば図１６に示すように、２本の伝熱管２２が連結軸５１に連結されてもよい。この場合、１本の連結軸５１に連結される複数の伝熱管２２を１つのユニットとして、伝熱管モジュール２６が構成されてもよい。

【0066】

（打撃手段の変形例）
また上述の本実施の形態において、１本の連結軸５１につき１つの打撃手段５５が設けられる例を示したが、これに限られることはない。例えば図１７に示すように、１つの打撃手段５５が複数の連結軸５１、例えば２本の連結軸５１に打撃力を印加するよう、打撃手段５５が構成されていてもよい。

【0067】

（支持機構の変形例）
また上述の本実施の形態において、支持機構３０が、１本の本体部３１と、複数の把持部３２とを含む例を示したが、これに限られることはない。図１８は、支持機構３０の一変形例を示す側面図であり、図１９は、図１８の支持機構３０をXIX−XIX方向から見た場合を示す縦断面図である。図１８および図１９に示す例において、支持機構３０は、伝熱管２２の複数の上側折り返し部２４の近傍を通るように延びる本体部３３と、本体部３３に結合され、上側折り返し部２４を下方から支持する下側支持部３４と、上側折り返し部２４に上方から接触する上側支持部３５と、を有している。上側支持部３５は、１本の上側支持部３５が複数の上側折り返し部２４に接触するよう構成されている。下側支持部３４は、伝熱管２２の上側折り返し部２４の下側部分の輪郭に適合された輪郭を有している。また上側支持部３５の下端には、各々が伝熱管２２の上側折り返し部２４の上側部分の輪郭に適合された輪郭を有する複数の切欠部３５ａが形成されている。このため、伝熱管２２の上側折り返し部２４を安定に上下方向において支持することができる。

【0068】

本変形例による支持機構３０の具体的な形状は特には限られないが、例えば図１９に示すように、本体部３３および上側支持部３５が山形鋼から構成されていてもよい。この場合、上側支持部３５を構成する山形鋼の一端が、上側折り返し部２４に接触しており、山形鋼の他端が、本体部３３を構成する山形鋼の上に配置されている。また図１９に示すように、上側支持部３５を構成する山形鋼の一端は、本体部３３との間で上側折り返し部２４の水平方向位置を固定するよう配置される。

【0069】

次に図２０Ａおよび図２０Ｂを参照して、本変形例に係る支持機構３０を形成する方法の一例について説明する。はじめに本体部３３を準備し、その後、図２０Ａに示すように、本体部３３に複数の下側支持部３４を例えば溶接によって取り付ける。次に、図２０Ｂに示すように、伝熱管２２を準備し、その後、各下側支持部３４に、対応する各上側折り返し部２４を接触させる。次に、各上側折り返し部２４に上側支持部３５を接触させ、その後、上側支持部３５を例えば溶接によって本体部３３に取付ける。このように本変形例によれば、本体部３３に複数の下側支持部３４を取り付ける工程を、伝熱管２２を準備する前に実施することができる。このため、伝熱管２２に対する位置を調整しながら本体部３３に下側支持部３４を取り付ける場合に比べて、取り付け工程に要する工数および工期を低減することができる。また上側支持部３５は、１本の上側支持部３５が複数の上側折り返し部２４に接触するよう構成されている。このため、１つの上側折り返し部２４につき１つの上側支持部が必要になる場合に比べて、上側支持部３５を本体部３３に取付ける工程に要する工数および工期を低減することができる。

【0070】

（支持機構のその他の変形例）
また上述の本実施の形態および変形例において、１つの支持機構３０が１本の伝熱管２２を支持する例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、１つの支持機構３０が複数の伝熱管２２を支持してもよい。以下、図２１を参照して、１つの支持機構３０が２本の伝熱管２２を支持する例について説明する。

【0071】

図２１に示す支持機構３０は、隣接する２つの伝熱管２２を同時に支持する実施例である。において、本体部３３は、本体部３３の一方の側に位置する一方の伝熱管２２の複数の上側折り返し部２４の近傍を通るとともに、本体部３３の他方の側に位置する他方の伝熱管２２の複数の上側折り返し部２４の近傍を通るよう延びている。このような本体部３３は、例えばＴ形鋼から構成されており、左右対称となっている中央部の共通壁の両側でそれぞれ１本の伝熱管２２の上側折り返し部２４を通している。また下側支持部は、一方の側において本体部３３に結合され、一方の伝熱管２２の上側折り返し部２４を下方から支持する一方の下側支持部３４と、他方の側において本体部３３に結合され、他方の伝熱管２２の上側折り返し部２４を下方から支持する他方の下側支持部３４と、を含んでいる。また上側支持部は、一方の側において本体部３３に結合され、一方の伝熱管２２の上側折り返し部２４に上方から接触する一方の上側支持部３５と、他方の側において本体部３３に結合され、他方の伝熱管２２の上側折り返し部２４に上方から接触する他方の上側支持部３５と、を含んでいる。また一方の上側支持部３５は、１本の上側支持部３５が一方の伝熱管２２の複数の上側折り返し部２４に接触するよう構成されており、他方の上側支持部３５は、１本の上側支持部３５が他方の伝熱管２２の複数の上側折り返し部２４に接触するよう構成されている。このように支持機構３０を構成することによって、１つの支持機構３０を用いて２本の伝熱管２２を安定に上下方向において支持することができる。この場合、１つの支持機構３０によって支持される複数の伝熱管２２を１つのユニットとして、伝熱管モジュール２６が構成されてもよい。

【0072】

千鳥配列の場合の例
また上述の本実施の形態および変形例において、複数の伝熱管２２の配列方法が格子配列である場合について説明した。しかしながら、これに限られることはなく、複数の伝熱管２２の配列方法が千鳥配列であってもよい。以下、図２２乃至図２５を参照して、千鳥配列が採用される場合の例について説明する。

【0073】

（間隔保持機構）
はじめに、千鳥配列の場合に用いられる間隔保持機構４０の一例について説明する。図２２および図２３は、間隔保持機構４０の一例を示す横断面図および斜視図を示す図である。

【0074】

千鳥配列が採用される場合、好ましくは図２２に示すように、隣接する２つの伝熱管ユニット２１を組み合わせて伝熱管モジュール２６が形成されている。この場合、伝熱管モジュール２６に含まれる２つの伝熱管ユニット２１は、結合機構４５によって互いに結合されている。従って本変形例において、配列方向Ａにおける２つの伝熱管２２の間の間隔を予め定められた配列間隔Ｓ以上に維持する間隔保持機構４０は、対向する一対の伝熱管モジュール２６の間に配置されていればよい。

【0075】

結合機構４５は、例えば図２３に示すように、当て板４７を介して一対の伝熱管２２に連結された連結棒４６を有している。連結棒４６を当て板４７に結合する方法は特には限られないが、例えば溶接が採用される。これによって、伝熱管モジュール２６に含まれる２本の伝熱管２２を互いに強固に連結することができる。このような連結作業は、連結軸５１を伝熱管２２に連結する作業の場合と同様に、定盤１５の上において実施されてもよい。

【0076】

（支持機構）
千鳥配列が採用される場合にも、図２１に示す格子配列の場合の例と同様に、１つの支持機構３０が２本の伝熱管２２を上下方向において支持するよう、支持機構３０が構成されていてもよい。なお千鳥配列の場合、一方の伝熱管２２の上側折り返し部２４の位置と、他方の伝熱管２２の上側折り返し部２４の位置とが、排ガスの流れ方向Ｆにおいてずれている。従って、図２４において、他方の伝熱管２２の上側折り返し部２４および下側支持部３４を一点鎖線で示している。

【0077】

（連結軸）
また千鳥配列が採用される場合にも、図１６に示す格子配列の場合の例と同様に、２本の伝熱管２２が連結軸５１に連結されてもよい。

【0078】

なお、上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。

【実施例】

【0079】

以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

【0080】

横型の熱交換器２０において、ダスト除去装置からの打撃力によって伝熱管２２に生じる振動の特性をシミュレーションによって評価した。ダスト除去装置５０としては、排ガスの流れ方向Ｆに沿って延び、１本の伝熱管２２の上端近傍に連結された連結軸５１を備えたものを設定した。伝熱管２２に生じる加速度を、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向において算出した。サンプリング間隔は１２ｋＨｚとした。なお座標系として、連結軸５１の軸方向をＹ方向とし、鉛直方向をＺ方向とする右手座標系を設定している。Ｙ方向においては、連結軸５１に打撃を与える向きが正の向きとなっている。またＺ方向においては、上向きが正の向きとなっている。

【0081】

Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向における加速度周波数の算出結果をそれぞれ図２６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図から分かるように、１ｋＨｚを中心とした周波数成分が支配的であった。また、１ｋＨｚを超える高周波成分も多く発生していた。

【0082】

（比較例）
配列方向Ａに沿って延び、鉛直断面内において蛇行状に形成された複数の伝熱管２２の上端近傍に連結された連結軸７１を備えたダスト除去装置７０を設定したこと以外は、上述の実施例と同様にして、ダスト除去装置からの打撃力によって伝熱管２２に生じる振動の特性をシミュレーションによって評価した。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向における加速度周波数の算出結果をそれぞれ図２７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。

【0083】

図２６（ａ）（ｂ）（ｃ）と図２７（ａ）（ｂ）（ｃ）との比較から分かるように、実施例の方が比較例に比べて、１ｋＨｚを超える高周波成分が多く発生していた。このように実施例によれば、伝熱管２２の剛性が高い方向で伝熱管パネルに打撃力を印加することによって、発生する振動の周波数を高くすることができた。

【符号の説明】

【0084】

１０ 排熱ボイラー
１１ ケーシング
１３ 支柱
１４ ホッパー
１５ 定盤
２０ 熱交換器
２１ 伝熱管ユニット
２２ 伝熱管
２３ 直管部
２４ 上側折り返し部
２５ 下側折り返し部
２６ 伝熱管モジュール
３０ 支持機構
３３ 本体部
３４ 下側支持部
３５ 上側支持部
３５ａ 切欠部
４０ 間隔保持機構
４１ 第１スペーサー
４２ 第２スペーサー
５０ ダスト除去装置
５１ 連結軸
５５ 打撃手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20A】

【図20B】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】