特許 6799199 ボイラー管、ボイラー管ユニット、および炉

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6799199

(24)【登録日】2020年11月24日

(45)【発行日】2020年12月9日

(54)【発明の名称】ボイラー管、ボイラー管ユニット、および炉

(51)【国際特許分類】

   F22B 37/10 20060101AFI20201130BHJP

   F22B 37/38 20060101ALI20201130BHJP

   F16L 9/14 20060101ALI20201130BHJP

   G01K 1/14 20060101ALI20201130BHJP

【ＦＩ】

   F22B37/10 L

   F22B37/38 F

   F16L9/14

   G01K1/14

【請求項の数】14

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2020-527755(P2020-527755)

(86)(22)【出願日】2018年11月9日

(86)【国際出願番号】EP2018080793

(87)【国際公開番号】WO2019096697

(87)【国際公開日】20190523

【審査請求日】2020年10月15日

(31)【優先権主張番号】17202312.9

(32)【優先日】2017年11月17日

(33)【優先権主張国】EP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】507226695

【氏名又は名称】サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】フォルスベルイ， ウルバン

(72)【発明者】

【氏名】ヘドブロム， エリカ

【審査官】 藤原 弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−６５２０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実用新案登録第２５４８３９２（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】 実開昭６２−４４２２７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭６０−５４９４０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５３−１２６４０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１２０３８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００６７５４２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０２１７８４１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１０／１００３３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第４５２７９０８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第４９６８１５１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２２Ｂ ３７／１０

Ｆ１６Ｌ ９／１４

Ｆ２２Ｂ ３７／３８

Ｇ０１Ｋ １／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

長手方向延伸部（Ｌ）を有するボイラー管（２）であって、
前記長手方向延伸部（Ｌ）の少なくとも第１の部分（５）に沿って延びた半径方向内側管状部（４）と、
前記長手方向延伸部（Ｌ）の前記第１の部分（５）に沿って延びた半径方向外側管状部（６）であり、前記半径方向内側管状部（４）に対して冶金学的に接合された、半径方向外側管状部（６）と、
前記半径方向内側管状部（４）と前記半径方向外側管状部（６）との間に配置されたセンサ空間（８）であり、前記半径方向外側管状部（６）の物理的特性を検出するように配置されたセンサを収容するように構成された、センサ空間（８）と、
を備え、
ダクト（１０）が前記センサ空間（８）に接続され、前記半径方向外側管状部（６）を通って、前記半径方向外側管状部（６）の表面の出口部（１２）まで延びており、
前記半径方向内側管状部（４）および前記半径方向外側管状部（６）が、化学組成の異なる材料を含み、
前記センサ空間（８）および前記ダクト（１０）が、前記半径方向内側管状部（４）上に部分的に位置決めされ且つ前記半径方向外側管状部（６）を通って延びた管（７）により形成され、前記半径方向外側管状部（６）が、前記管（７）の周りに構築され、
前記半径方向外側管状部（６）が、金属粉の熱間等静圧圧縮成形により形成され、前記半径方向内側管状部（４）に対して冶金学的に接合される、ボイラー管（２）。

【請求項2】

前記センサ空間（８）が、当該ボイラー管（２）の第１の円周方向半分（２２）内に配置され、前記ダクト（１０）が、前記半径方向内側管状部（４）の周りで部分的に延び、前記出口部（１２）が、当該ボイラー管（２）の第２の円周方向半分（２４）内に配置される、請求項１に記載のボイラー管（２）。

【請求項3】

前記半径方向外側管状部（６）が、前記半径方向内側管状部（４）の周りで円周方向に延びるように、前記半径方向内側管状部（４）の周りに形成される、請求項１または２に記載のボイラー管（２）。

【請求項4】

前記センサ空間（８）および前記ダクトが、前記半径方向内側管状部（４）上への前記半径方向外側管状部（６）の積層造形中に形成される、請求項１から３のいれか一項に記載のボイラー管（２）。

【請求項5】

第１の長手方向管部（１４）および第２の長手方向管部（１６）を備え、前記第１の長手方向管部（１４）および前記第２の長手方向管部（１６）が、前記長手方向延伸部（Ｌ）に沿って延び、前記第１の長手方向管部（１４）が、前記第２の長手方向管部（１６）に対して冶金学的に接合され、前記センサ空間（８）を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のボイラー管（２）。

【請求項6】

前記第１の長手方向管部（１４）が、屈曲管部（１８）を備え、前記センサ空間（８）が、前記屈曲管部（１８）内に配置される、請求項５に記載のボイラー管（２）。

【請求項7】

前記半径方向外側管状部（６）から半径方向に延び、前記長手方向延伸部（Ｌ）に沿って少なくとも部分的に延びた少なくとも１つのフィン（２０、２０’）を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のボイラー管（２）。

【請求項8】

前記少なくとも１つのフィン（２０、２０’）が、前記半径方向外側管状部（６）と一体的に形成される、請求項７に記載のボイラー管（２）。

【請求項9】

前記少なくとも１つのフィン（２０、２０’）が、前記半径方向内側管状部（４）と同じ材料から作られた層（７２、７２’、７６）を備える、請求項７または８に記載のボイラー管（２）。

【請求項10】

第１のボイラー管（２）および第２のボイラー管（３）を備えたボイラー管ユニット（７０）であって、
前記第１のボイラー管（２）が、請求項７から９のいずれか一項に記載のボイラー管であり、
前記第１のボイラー管（２）および前記第２のボイラー管（３）が、前記少なくとも１つのフィン（２０、２０’）を介して互いに接続され、
前記ダクト（１０）が、前記少なくとも１つのフィン（２０、２０’）の第１の側（７３）から前記少なくとも１つのフィン（２０、２０’）の反対側の第２の側（７５）まで延びる、ボイラー管ユニット（７０）。

【請求項11】

少なくとも第１の水壁パネル（３４）を備えた炉（３０）であって、前記第１の水壁パネル（３４）が、１以上のボイラー管を備え、前記１以上のボイラー管のうちの少なくとも１つの第１のボイラー管（２）が、請求項１から９のいずれか一項に記載のボイラー管（２）である、炉（３０）。

【請求項12】

請求項１０に記載のボイラー管ユニット（７０）を備え、前記少なくとも１つの第１のボイラー管（２）が、前記ボイラー管ユニット（７０）の前記第１のボイラー管（２）を形成する、請求項１１に記載の炉（３０）。

【請求項13】

第２の水壁パネル（３２）を備え、前記第１の水壁パネル（３４）が当該炉（３０）の側壁の少なくとも一部を形成し、前記第２の水壁パネル（３２）が当該炉（３０）の床の少なくとも一部を形成する、請求項１１または１２に記載の炉（３０）。

【請求項14】

前記第１のボイラー管（２）が、そのセンサ空間（８）が前記第１の水壁パネル（３４）内の開口（３６）に近い状態で配置される、請求項１３に記載の炉（３０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ボイラー管およびボイラー管ユニットに関する。また、本開示は、炉に関する。さらに、本開示は、ボイラー管を製造する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

工業用ボイラーの炉は、いわゆる水壁パネルを備えるが、これらは、互いに溶接された複数の平行管であるボイラー管で形成されている。水壁パネルは、炉の少なくとも一部の周りに配置される。ボイラー管の内側では、炉内の燃焼による高温ガスにより、水が加熱されて蒸気になる。過熱蒸気は、工業プロセスおよび／または蒸気タービンにおける発電に使用可能である。

【0003】

ボイラー管またはボイラー管の一部のうちのいくつかは、炉の内側に向かって配置され、高温の燃焼物質および／または燃焼ガスに曝露されるボイラー管の円周方向半分と炉の外側に向かって配置された他方の円周方向半分との間で、大きな温度差に曝される。さらに、水または蒸気が流れるボイラー管の内側と燃焼物質および／または燃焼ガスに曝露されるボイラー管の側部との間には、かなりの温度差が存在し得る。このため、ボイラー管の少なくとも一部が厳しい動作条件に曝露され、ボイラー管には大きな応力が加わる。

【0004】

動作条件が最も厳しい炉のエリア内に配置されたボイラー管は、遅かれ早かれ破断することになる。これは、炉内に漏れ出した水または蒸気が炉を損傷させ得るため、望ましくない。したがって、炉の内側でボイラー管が曝露される温度を把握することに関心が寄せられている。ボイラー管の材料特性を把握することにより、炉の１つまたは複数のボイラー管の交換が必要となる時期について、予測が可能となる。

【0005】

炉の内側のボイラー管の温度を測定することは、非常に難しい。通常の温度センサおよび配線が炉内で持ちこたえるには、温度が高すぎるためである。

【0006】

ＷＯ２０１０／１００３３５は、フィンプレートを挟んで互いに溶接されることで膜壁を形成する鋼管で形成された熱交換壁にセンサを取り付ける構成を開示している。鋼管の厚壁部において、センサチャンバおよびセンサリードに必要な導体チャネルが炉側に位置付けられている。測定センサチャンバに対して、管壁に取り付けられるセンサ素子が均質な鋼片として形成され、厚壁部が形成された鋼管の少なくとも１つの長さを含む。

【0007】

ＵＳ２００９／１２０３８３は、ボイラーに用いられるパイプアセンブリを開示している。パイプアセンブリは、熱交換に適応された外壁を有するパイプを含む。パイプは、その外側の凹部に位置付けられた熱検知手段を有し、この熱検知手段の領域において、パイプの内部ボアが実質的に一定の断面を有する。

【0008】

ＤＥ１０２４８３１２は、圧力パイプおよび少なくとも１つの熱素子を備えた熱交換器用の測定装置を開示している。上記圧力パイプには、円周の一部エリアを横切って延び、熱素子を収容し、充填材が充填された凹部を包囲するパイプ壁が設けられている。熱素子は、凹部により変形された一部エリア内に偏心配設されている。充填材としては、溶接材料が提案されている。

【0009】

ただし、ボイラー管内に配置されたセンサに対して信頼性の高い接続を提供することは、依然として課題である。

【発明の概要】

【0010】

ボイラーの内側の温度の測定に関連する前述の問題の少なくとも一部を克服または少なくとも軽減できれば都合が良い。これらの懸念事項のうちの１つまたは複数に対してより良く対処するため、独立請求項に規定の特徴を有するボイラー管、ボイラー管ユニット、および炉が提供される。

【0011】

本開示の一態様によれば、長手方向延伸部Ｌを有するボイラー管であって、長手方向延伸部の少なくとも第１の部分に沿って延びた半径方向内側管状部と、長手方向延伸部の第１の部分に沿って延びた半径方向外側管状部であり、半径方向内側管状部に対して冶金学的に接合された、半径方向外側管状部と、半径方向内側管状部と半径方向外側管状部との間に配置されたセンサ空間であり、半径方向外側管状部の物理的特性を検出するように配置されたセンサを収容するように構成された、センサ空間と、を備え、ダクトがセンサ空間に接続され、半径方向外側管状部を通って、半径方向外側管状部の表面の出口部まで延びており、半径方向内側管状部および半径方向外側管状部が、化学組成の異なる材料を含む、ボイラー管が提供される。

【0012】

ボイラー管は、半径方向内側管状部と半径方向外側管状部との間に配置されたセンサ空間を備え、センサ空間は、半径方向外側管状部の物理的特性を検出するように配置されたセンサを収容するように構成されているため、センサ空間の内側でボイラー管の壁内に保護されるように、センサが配置され得る。このため、炉の内側の高温環境への直接的な曝露なく、たとえば炉の内側の温度またはボイラー管の応力を検出するようにセンサを配置可能なボイラー管が提供される。

【0013】

さらに、半径方向内側管状部および半径方向外側管状部が化学組成の異なる材料を含むため、半径方向内側管状部の化学組成は、ボイラー管の内側の媒体および圧力との接触に適応され、半径方向外側管状部の化学組成は、炉内の物質および燃焼ガスとの接触に適応され得る。また、ダクトがセンサ空間に接続され、半径方向外側管状部を通って延びているため、接続部がセンサ空間からダクトを通って、半径方向外側管状部の表面の出口部まで延び得る。半径方向内側管状部と異なる化学組成の半径方向外側管状部に出口部が設けられているため、ダクト全体が半径方向外側管状部の直下に延びている。このため、ダクト全体およびこれを通って延びる導管は、炉内の物質および燃焼ガスからの保護等、半径方向外側管状部が与える特性の恩恵を受ける。

【0014】

より具体的に、半径方向外側管状部の物理的特性は、たとえば半径方向外側管状部の温度であってもよい。センサ空間内の半径方向外側管状部の温度を検出することにより、ボイラー管の外面上の温度を検出可能である。センサ空間の半径方向位置の把握と併せて、ボイラー管の外面からボイラー管の壁を通ってボイラー管の内側に至る温度勾配を把握することにより、センサ空間においてセンサにより検知された温度に基づいて、ボイラー管の外側の温度を計算することができる。

【0015】

同様に、半径方向外側管状部の物理的特性は、たとえば半径方向外側管状部の応力であってもよい。センサ空間内の半径方向外側管状部の応力を検出することにより、ボイラー管の応力を検出可能である。センサ空間の半径方向位置の把握と併せて、たとえばボイラー管の内径および外径等、ボイラー管の寸法を把握することにより、センサ空間においてセンサにより検知された応力に基づいて、ボイラー管の外側または内側の応力を計算することができる。

【0016】

ボイラー管は、炉の一部を形成する。より具体的に、ボイラー管は、炉のいわゆる水壁パネルの一部を形成する。ボイラー管の使用時には、ボイラー管の内側で水が加熱されて蒸気になるが、任意選択として、過熱により過熱蒸気になる場合もある。ボイラー管の使用時には、ボイラー管の第１の円周方向部が炉の周りの周囲温度に曝され、ボイラー管の第２の円周方向部が炉の内側の高温の燃焼物質および／または燃焼ガスに曝される。

【0017】

管状部（ｔｕｂｕｌａｒ ｐｏｒｔｉｏｎ）という用語は、文字通り管状部材を表す。より具体的には、半径方向外側管状部が管状部材を形成し、半径方向内側管状部も管状部材を形成する。上述の通り、半径方向外側管状部は、半径方向内側管状部に対して冶金学的に接合されている。したがって、半径方向外側管状部は、半径方向内側管状部の全体または実質的に全体の周りで円周方向に延びている。

【0018】

冶金学的接合（ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｌｙ ｂｏｎｄｅｄ）という用語は、金属構成要素（この場合は、半径方向内側および外側管状部）の間の界面が遷移ゾーンを構成することを意味する。２つの金属構成要素間には、界面の線がはっきりと検出されない場合もある。このため、ボイラー管の使用中、ボイラー管の内側とボイラー管の外側との間に温度差が存在する場合は、半径方向内側管状部と半径方向外側管状部との間の冶金学的接合によって、ボイラー管の内側からボイラー管の外側まで、ボイラー管内に段差のない連続した半径方向温度分布がもたらされる。これにより、半径方向内側管状部と半径方向外側管状部との間の界面では、熱伝導率が同じである可能性もあるし、少なくとも急激な階段状変化を示さない可能性もある。同様に、冶金学的接合によって、ボイラー管の断面全体に応力を連続して分散可能となる。

【0019】

センサは、たとえばサーミスタ等の温度センサであってもよいし、ひずみゲージ等の応力センサであってもよい。ダクトは、たとえばセンサ空間との間に延びる電気的接続のためのチャネルであってもよい。

【0020】

ダクトがセンサ空間に接続され、半径方向外側管状部を通って、半径方向外側管状部の表面の出口部まで延びているため、センサ空間内に配置されたセンサへの電気コネクタがダクトを通って延伸し得る。このため、センサ空間内に配置されたセンサは、炉の制御装置に接続可能となる。

【0021】

実施形態によれば、センサ空間は、ボイラー管の第１の円周方向半分内に配置されていてもよい。ダクトは、半径方向内側管状部の周りで部分的に延びていてもよく、出口部は、ボイラー管の第２の円周方向半分内に配置されていてもよい。このように、センサ空間は、炉の内側を向くように形成されたボイラー管の円周方向半分内に配置されていてもよく、一方、出口部は、炉の外側の周囲環境を向くように形成されたボイラー管の他方の円周方向半分内に配置されている。このため、センサ空間内に配置されたセンサからの電気コネクタは、炉の内側よりも温度が低い炉の周囲環境に向かってボイラー管から出るようになっていてもよい。

【0022】

実施形態によれば、ボイラー管は、センサ空間内に配置されたセンサと、センサに接続され、ダクトを通って延びた導管とを備えていてもよい。このように、センサは、ボイラー管の１つまたは複数の物理的特性を測定またはモニタリングするとともに、ボイラー管が配置された炉の１つまたは複数の物理的特性を間接的に測定またはモニタリングするようにしてもよい。導管（電線用導管であってもよい）を介して、センサは、炉の制御またはモニタリング装置に接続されていてもよい。

【0023】

実施形態によれば、センサ空間およびダクトは、半径方向内側管状部上に一部が位置決めされ、半径方向外側管状部を通って延びた管により形成されていてもよく、半径方向外側管状部は、管の周りに構築されていてもよい。このように、管は、ボイラー管の製造時にセンサ空間およびダクトが形成されるようにし得る。また、半径方向外側管状部の形成に先立って管が正しい位置に配置され得るため、ボイラー管内のセンサ空間およびダクトの正しい位置が保証され得る。

【0024】

実施形態によれば、半径方向外側管状部は、金属粉の熱間等静圧圧縮成形により形成されることで、半径方向内側管状部に対して冶金学的に接合されていてもよい。このように、冶金学的接合が実現され得る。このため、ボイラー管の使用中、ボイラー管内の半径方向温度分布および／または半径方向応力分布は、段差なく連続し得る。

【0025】

実施形態によれば、センサ空間およびダクトは、半径方向内側管状部上への半径方向外側管状部の積層造形中に形成されるようになっていてもよい。このように、半径方向内側管状部と半径方向外側管状部との間の冶金学的接合が実現され得る。このため、ボイラー管の使用中、ボイラー管内の半径方向温度分布および／または半径方向応力分布は、段差なく連続し得る。

【0026】

実施形態によれば、ボイラー管は、第１の長手方向管部および第２の長手方向管部を備えていてもよく、第１の長手方向管部および第２の長手方向管部が長手方向延伸部Ｌに沿って延び、第１の長手方向管部が第２の長手方向管部に対して冶金学的に接合され、第１の長手方向管部がセンサ空間を含む。このように、ボイラー管は、その長手方向延伸部に沿って、異なる部分を備えていてもよい。このため、とりわけセンサ空間を含む第１の長手方向管部は、第１の製造方法に従って製造されていてもよく、第２の長手方向管部は、第２の製造方法に従って製造されていてもよい。第１の製造方法は、たとえば熱間等静圧圧縮成形または積層造形を含んでいてもよい。第１および第２の長手方向管部は、たとえば溶接によって互いに、冶金学的に接合されていてもよい。

【0027】

実施形態によれば、第１の長手方向管部は、屈曲管部を備えていてもよく、センサ空間が屈曲管部内に配置されている。このように、屈曲管部は、炉の水壁に開口を設ける際に利用され得る。すなわち、屈曲管部は、水壁の開口の周りで少なくとも部分的に延びていてもよい。水壁は、このような開口において、高温および／または高応力に曝されることが多い。したがって、屈曲管部にセンサ空間を設けることにより、炉内で厳しい条件が支配的となる水壁の部分にセンサを位置決め可能となり得る。

【0028】

実施形態によれば、ボイラー管は、半径方向外側管状部から半径方向に延び、長手方向延伸部Ｌに沿って少なくとも部分的に延びた少なくとも１つのフィンを備えていてもよい。このように、ボイラー管には、たとえば水壁中の別のボイラー管に接続するための部材が設けられていてもよい。より具体的に、少なくとも１つのフィンは、水壁の隣り合うボイラー管に対して、当該隣り合うボイラー管の円周方向面に直接溶接されていてもよいし、当該隣り合うボイラー管のフィンに溶接されていてもよい。

【0029】

実施形態によれば、フィンは、半径方向外側管状部と一体的に形成されていてもよい。このように、フィンは、半径方向外側管状部に溶接されている必要がない。このような溶接は、センサ空間と外面部との間のダクトを損傷させてしまう。したがって、このような実施形態においては、フィンの一方の側からフィンの反対側までダクトが延びていてもよい。ダクトは、半径方向内側管状部に沿って好適に延びているため、フィンの直下に延びている。

【0030】

実施形態によれば、少なくとも１つのフィンは、半径方向内側管状部と同じ材料から作られた層を備えていてもよい。このように、フィンは、半径方向内側管状部と同様の物理的特性を与えるように提供されていてもよい。たとえば、半径方向内側管状部の材料の熱伝導率は、半径方向外側管状部の材料の熱伝導率より高くてもよい。このため、半径方向内側管状部と同じ材料から作られたフィンの層により、フィンを介する熱伝導率は、半径方向外側管状部と同じ材料で全体が形成されたフィンよりも高くなり得る。半径方向内側管状部と同じ材料から作られた層は、フィンの主方向すなわち２つのボイラー管の間に延びているのが好適である。

【0031】

また、これらの実施形態において、ダクトは、半径方向内側管状部に沿って好適に延びているため、フィンの直下に延びている。半径方向内側管状部またはその近傍の層中には、ダクトの好適にサイズ規定された開口または凹部が設けられていてもよい。

【0032】

本開示の別の態様によれば、第１のボイラー管および第２のボイラー管を備えたボイラー管ユニットが提供される。第１のボイラー管は、本明細書において論じる態様および／または実施形態のいずれか１つに係るボイラー管であり、少なくとも１つのフィンを備える。第１および第２のボイラー管は、少なくとも１つのフィンを介して互いに接続され、ダクトは、少なくとも１つのフィンの第１の側から少なくとも１つのフィンの第２の側まで延びている。

【0033】

ボイラー管ユニットは、少なくとも１つのフィンを介して互いに接続された第１および第２のボイラー管を備え、ダクトが少なくとも１つのフィンの第１の側から当該フィンの第２の側まで延びていることから、第１のボイラー管を第２のボイラー管に溶接する必要なく、炉内に設置可能である。このため、ダクトおよび当該ダクト内に配置された電気的接続部等の如何なる接続部も、溶接作業において発生し得る熱の影響を受けることも損傷を受けることもない。

【0034】

本開示の別の態様によれば、少なくとも第１の水壁パネルを備えた炉であって、第１の水壁パネルが、１以上のボイラー管を備え、１以上のボイラー管のうちの少なくとも１つの第１のボイラー管が、本明細書において論じる態様および／または実施形態のいずれか１つに係るボイラー管である、炉が提供される。

【0035】

上述の通り、ボイラー管がセンサ空間を備えることから、センサ空間の内側でボイラー管の壁内に保護されるように、センサが配置されていてもよい。このため、炉の内側の高温環境への直接的な曝露なく、炉の内側の温度および／または応力等の物理的特性を検出するようにセンサを配置可能な第１の水壁パネルを備えた炉が提供される。

【0036】

したがって、ボイラー管の物理的特性は、炉の特定曝露位置において、連続的にモニタリングされ得る。センサ空間は、このような曝露位置に配置されるのが好適である。連続的モニタリングによって、炉のオペレータは、炉の動作条件をより把握可能になるとともに、これらを異なる方法で調整することにより、特定の動作条件またはプロセス外乱の負の結果を抑えることが可能となり得る。動作データを常時測定すれば、早期の警報によって、ボイラー管の交換を計画可能となる。炉の重要なエリアにおいて、たとえば温度および／または応力等の物理的特性を規定可能であることは、ボイラー管の過熱および燃焼の原因となり得るボイラー管の一部または全部の閉塞の検出に有用となり得る。

【0037】

第１の水壁パネルは、互いに平行に延びるように配置された複数のボイラー管を備えていてもよい。ボイラー管は、互いに直接または間接的に溶接されていてもよい。炉の少なくとも一部の周りには、１つまたは複数の水壁パネルが配置されていてもよい。

【0038】

実施形態によれば、炉は、本明細書において論じる態様および／または実施形態のいずれか１つに係るボイラー管ユニットを備えていてもよく、少なくとも１つの第１のボイラー管がボイラー管ユニットの第１のボイラー管を形成する。このように、炉内の第１のボイラー管の設置に、ダクト全体の溶接は必要ない。

【0039】

実施形態によれば、炉は、第２の水壁パネルを備えていてもよく、第１の水壁パネルが炉の側壁の少なくとも一部を形成し、第２の水壁パネルが炉の床の少なくとも一部を形成していてもよい。このように、炉の側壁および床の両者に沿って、水、蒸気、および／または過熱蒸気が誘導され得る。

【0040】

第１のボイラー管は、第１および第２の両水壁パネルの一部を形成していてもよい。この代替または追加として、第２の水壁パネルは、本明細書において論じる態様および／または実施形態のいずれか１つに係る少なくとも１つのボイラー管を備えていてもよい。

【0041】

実施形態によれば、第１のボイラー管は、そのセンサ空間が第１の水壁パネル内の開口に近い状態で配置されていてもよい。このように、第１の水壁パネル中の開口（第１の水壁パネルの特定曝露部であってもよい）における物理的特性がモニタリングされ得る。

【0042】

本開示の別の態様によれば、長手方向延伸部Ｌを有し、長手方向延伸部の少なくとも第１の部分に沿って延びた半径方向内側管状部と、長手方向延伸部の第１の部分に沿って延びた半径方向外側管状部とを備えたボイラー管を製造する方法が提供される。この方法は、
半径方向内側管状部を用意するステップと、
半径方向外側管状部を形成すると同時に、当該形成中に、半径方向外側管状部と半径方向内側管状部との間の冶金学的接合を実現するステップと、
半径方向内側管状部と半径方向外側管状部との間にセンサ空間を形成するステップであり、センサ空間が、半径方向外側管状部の物理的特性を検出するように配置されたセンサを収容するように構成された、ステップと、
を含む。

【0043】

添付の特許請求の範囲および以下の詳細な説明を検討すれば、本開示の他の特徴および利点が明らかとなるであろう。

【0044】

本開示の種々態様および／または実施形態については、その特定の特徴および利点を含めて、以下の詳細な説明および添付の図面において論じる例示的な実施形態から容易に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0045】

【図1】実施形態に係る、ボイラー管を示す。

【図2】図２ａ〜図２ｄは、実施形態に係る、ボイラー管を示す。

【図3】図３ａ〜図３ｃは、実施形態に係る、ボイラー管を示す。

【図4】実施形態に係る、ボイラー管を示す。

【図5】ボイラー管を製造する方法の実施形態を示す。

【図6】実施形態に係る、炉を示す。

【図7】図７ａ〜図７ｃは、ボイラー管ユニットの実施形態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0046】

以下、本開示の態様および／または実施形態をより詳細に説明する。全体を通して、同じ番号は、同じ要素を表す。周知の機能または構成については、簡素化および／または明瞭化のため、必ずしも詳しく説明しない。

【0047】

図１は、実施形態に係る、ボイラー管２を示している。ボイラー管２は、炉の一部を形成していてもよい。ボイラー管２は、長手方向延伸部Ｌを有する。ボイラー管２は、第１の長手方向管部１４および第２の長手方向管部１６を備える。第１の長手方向管部１４および第２の長手方向管部１６は、長手方向延伸部Ｌに沿って延びている。第１の長手方向管部１４は、第２の長手方向管部１６に対して冶金学的に接合されている。たとえば、第１および第２の長手方向管部１４、１６は、溶接によって互いに、冶金学的に接合されていてもよい。

【0048】

純粋に一例として述べるが、ボイラー管２の長手方向延伸部Ｌは、６〜１６ｍの範囲内であってもよい。ボイラー管２の外径は約６０ｍｍ、ボイラー管２の内径は約５０ｍｍであってもよい。

【0049】

本明細書において、ボイラー管２の長手方向または長手方向延伸部は、ボイラー管２の軸に沿って延びている。したがって、長手方向／延伸部は、図１のように真っ直ぐであってもよいし、図３ａのように屈曲していてもよい。ボイラー管２の周りには、円周方向が環状に、少なくとも部分的に延びている。また、ボイラー管２の中心を通って半径方向内方または外方に、半径方向が延びている。

【0050】

長手方向延伸部Ｌの少なくとも第１の部分５に沿って、ボイラー管２は、半径方向内側管状部および半径方向外側管状部を備える。第１の部分５には、センサ空間が配置されている（詳細は、図２ａ〜図２ｄに関して下記参照）。

【0051】

第１の部分５は、図１において破線で示すように、第１の長手方向管部１４の一部のみを形成していてもよい。あるいは、第１の部分５は、第１の長手方向管部１４を形成する。前者の場合、第１の部分５は、たとえば溶接により、第１の長手方向管部１４のその他の部分に対して冶金学的に接合される。

【0052】

第２の長手方向管部１６および第１の長手方向管部１４の第１の部分５以外の部分は、半径方向内側部が低合金鋼または炭素鋼から作られ、半径方向外側部が耐食ステンレス鋼または高合金鋼から作られていてもよい。これら２つの材料は、半径方向内側および外側部の２つの材料間に拡散接合が生成された状態で管状に押し出されるようになっていてもよい。

【0053】

ボイラー管２は、第１および第２の長手方向管部１４、１６のほか、１つまたは複数の別の長手方向部を備えていてもよい。

【0054】

図２ａ〜図２ｄは、ボイラー管２の種々実施形態を示している。特に、図２ａ〜図２ｄは、ボイラー管２の第１の部分５の異なる実施形態を示している。図２ａにおいては、第１の部分５の斜視図を示している。図２ｂにおいては、図２ａにおける線Ｂ−Ｂに沿った断面を示している。図２ｃおよび図２ｄにおいては、代替実施形態に係る、第１の部分５の図２ｂに対応する断面を示している。以下の記述においては、図２ａ〜図２ｄのうちの１つまたは複数を具体的に参照しない限り、図２ａ〜図２ｄのすべてを参照する。

【0055】

ボイラー管２の長手方向延伸部の少なくとも第１の部分５に沿って、ボイラー管２は、半径方向内側管状部４および半径方向外側管状部６を備える。半径方向外側管状部６は、半径方向内側管状部４に対して冶金学的に接合されている。図２ａ〜図２ｄにおいて、半径方向内側および外側管状部４、６間の遷移ゾーンは、輪状線で示している。実際、半径方向内側および外側管状部４、６間の冶金学的接合は、半径方向延伸部を有する遷移ゾーンを形成する。すなわち、半径方向内側および外側管状部４、６間の界面は、明確に区別できない。界面は、２つの材料すなわち半径方向内側管状部４の材料および半径方向外側管状部６の材料間の拡散接合によって形成される。

【0056】

半径方向外側管状部６は、金属粉の熱間等静圧圧縮成形ＨＩＰにより形成されていてもよい。また、ＨＩＰにおいて、半径方向外側管状部６は、半径方向内側管状部４に対して冶金学的に接合される。

【0057】

あるいは、半径方向外側管状部６は、積層造形により形成されていてもよい。また、積層造形において、半径方向外側管状部６は、半径方向内側管状部４に対して冶金学的に接合される。

【0058】

ＨＩＰおよび積層造形は、周知の製造方法であるため、本明細書においてさらに詳しく説明することはない。

【0059】

半径方向内側管状部４および半径方向外側管状部６は、化学組成の異なる材料を含む。純粋に一例として述べるが、半径方向内側管状部４は、炭素鋼または低合金鋼を含んでいてもよく、半径方向外側管状部６は、ステンレス鋼または高合金鋼を含んでいてもよい。炭素鋼または低合金鋼の半径方向内側管状部４は、熱間圧延および／または低温延伸により製造されるようになっていてもよい。材料の化学組成（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）という用語は、材料の構成成分の割合に関する。ボイラー管の特定部分の製造方法に応じて、異なる部分の構造は、変化する場合がある。

【0060】

いくつかの実施形態によれば、炭素鋼は、ＡＳＴＭ規格：ＥＮ番号：１．０４２５、ＥＮ名称：Ｐ２６５ＧＨに従い、以下の公称化学組成（重量％）を有する炭素鋼であってもよい。
炭素（Ｃ） 最大０．２
マンガン（Ｍｎ） ０．７〜１．４
シリコン（Ｓｉ） 最大０．４
クロム（Ｃｒ） 最大０．３
ニッケル（Ｎｉ） 最大０．３
銅（Ｃｕ） 最大０．３
モリブデン（Ｍｏ） 最大０．０８０
アルミニウム（Ａｌ） 最大０．０２４
チタン（Ｔｉ） 最大０．０３０
リン（Ｐ） 最大０．０２５
ニオブ（Ｎｂ） 最大０．０２０
バナジウム（Ｖ） 最大０．０２０
残部Ｆｅおよび通常発生する不純物

【0061】

いくつかの実施形態によれば、低合金鋼は、規格ＥＮ番号：１．５４１５に従い、以下の公称化学組成（重量％）を有する低合金鋼であってもよい。
０．１２〜０．２ｗｔ％ Ｃ
最大０．３５ｗｔ％ Ｓｉ
０．４〜０．９ｗｔ％ Ｍｎ
最大０．３ｗｔ％ Ｎｉ
≦０．０３５％ Ｐ
≦０．０３５％ Ｓ
≦０．２０％ Ｃｒ
０．２５〜０．３５ｗｔ％ Ｍｏ
最大０．０１２ｗｔ％ Ｎ
最大０．３ｗｔ％
残部Ｆｅおよび通常発生する不純物

【0062】

実施形態によれば、ステンレス鋼または高合金鋼は、規格ＵＮＳ Ｎ０８８２５、ＵＮＳ Ｎ０８０２８、ＵＮＳ Ｎ０６６９０、またはＵＮＳ Ｎ０６６２５に係る合金等、ニッケル−クロム合金から選択されるようになっていてもよいが、これらに限定されない。これらの合金は、以下の組成を有する。

【0063】

ＵＮＳ Ｎ０８８２５に係る合金は、以下の組成（重量％）を有する。
Ｎｉ ３８．０〜４６．０
Ｃｒ １９．５〜２３．５
Ｍｏ ２．５〜３．５
Ｃｕ １．５〜３．０
Ｔｉ ０．６〜１．２
Ｃ 最大０．０５
Ｓ 最大０．０３
Ｐ 最大０．０３
Ｍｎ 最大１．０
Ｓｉ 最大０．５
Ａｌ 最大０．２
残部Ｆｅおよび通常発生する不純物

【0064】

ＵＮＳ Ｎ０８０２８に係る合金は、以下の組成（重量％）を有する。
Ｎｉ ３０〜３４
Ｃｒ ２６〜２８
Ｍｏ ３．０〜４．０
Ｍｎ 最大２．５
Ｃｕ ０．６〜１．４
Ｓｉ 最大１．０
Ｃ 最大０．０３０
Ｐ 最大０．０３０
Ｓ 最大０．０３０
残部Ｆｅおよび通常発生する不純物

【0065】

ＵＮＳ Ｎ０６６９０に係る合金は、以下の組成（重量％）を有する。
Ｃｒ ２７．０〜３１．０
Ｆｅ ７．０〜１１．０
Ｃ 最大０．０５
Ｓｉ 最大０．５０
Ｍｎ 最大０．５０
Ｓ 最大０．０１５
Ｐ 最大０．０１５
Ｃｕ 最大０．５０
残部Ｎｉおよび通常発生する不純物

【0066】

ＵＮＳ Ｎ０６６２５に係る合金は、以下の組成（重量％）を有する。
Ｃｒ ２０．０〜２３．０
Ｆｅ 最大５．０
Ｍｏ ８．０〜１０．０
Ｎｂ（＋Ｔａ） 最大０．１０
Ｍｎ 最大０．５０
Ｓ 最大０．５０
Ｐ 最大０．０１５
Ｓ 最大０．０１５
Ａｌ 最大０．４０
Ｔｉ 最大０．４０
Ｃｏ 最大１．０
Ｎｉおよび通常発生する不純物のバランス

【0067】

不純物の例は、故意に添加されたものではないが、たとえば関連する鋼または合金の製造に用いられる素材または付加的な合金化元素において不純物として通常発生するために完全には避けられない元素および化合物である。

【0068】

半径方向内側管状部４と半径方向外側管状部６との間には、センサ空間８が配置されている。センサ空間８は、半径方向外側管状部６の物理的特性を検出するように配置されたセンサを収容するように構成されている。ダクト１０がセンサ空間８に接続され、半径方向外側管状部６を通って、半径方向外側管状部６の表面の出口部１２まで延びている。

【0069】

ダクト１０の目的は、２つである。第１に、ダクト１０を通じて、センサ空間８からボイラー管２の外側まで導管が延びていてもよい。第２に、ダクト１０の円周方向の延伸によって、ダクト１０が出る出口部１２は、炉の周囲環境を向くため炉の内側よりも熱に曝されにくいボイラー管２のエリアに位置決め可能となる。

【0070】

ダクト１０は、半径方向内側管状部４の一部の周りで円周方向に延びるとともに、図２ｂおよび図２ｄに示すように半径方向外側管状部６を通って半径方向に延びるか、または、図２ｃに示すように半径方向外側管状部６を通って実質的に接線方向に延びていてもよい。

【0071】

いくつかの実施形態によれば、センサ空間８およびダクト１０は、半径方向内側管状部４上に一部が位置決めされ、半径方向外側管状部６を通って延びた管７により形成されていてもよい（図２ｃ参照）。半径方向外側管状部６は、当該半径方向外側管状部６の製造時に管７の周りに構築されるようになっていてもよい。管７は、半径方向外側管状部６と同じ化学組成を有していてもよい。このため、熱伝導率は、半径方向外側管状部６および管７において同じとなる。したがって、半径方向外側管状部６の外側からセンサ空間８中のセンサへの熱伝達は、半径方向外側管状部６および管７を通る場合に同じとなる。

【0072】

半径方向外側管状部６は、熱間等静圧圧縮成形ＨＩＰによって、半径方向内側管状部４および管７の周りに形成されていてもよい。あるいは、半径方向外側管状部６は、積層造形によって、半径方向内側管状部４および管７の周りに形成されていてもよい。

【0073】

純粋に一例として述べるが、管７は、２〜４ｍｍの範囲内の内径を有していてもよい。管７は、円形、長円形、正方形、または長方形等、任意好適な断面形状を有していてもよい。

【0074】

いくつかの実施形態によれば、センサ空間８およびダクト１０は、半径方向内側管状部４上への半径方向外側管状部６の積層造形中に形成されるようになっていてもよい。すなわち、積層造形中に異なる層が構築されている間に、空隙が形成される。空隙は最終的に、完成した半径方向外側管状部６において、センサ空間８およびダクト１０を形成する。

【0075】

半径方向外側管状部６は、半径方向内側管状部４の周りで円周方向に延びている。表現を変えるなら、半径方向外側管状部６は、半径方向内側管状部４の周りで円周方向に延びるように、半径方向内側管状部４の周りに形成される。

【0076】

図２ｄを参照して、センサ空間８およびダクト１０により、ダクト１０を通って延びる電線用導管等の導管１１を介して、センサ空間８内に配置されたセンサ９が接続されていてもよい。これにより、センサ９は、ボイラー管２が一部を形成する炉の制御またはモニタリング装置に接続されていてもよい。センサ９は、ボイラー管２の１つまたは複数の物理的特性を測定またはモニタリングすることにより、炉の１つまたは複数の物理的特性を間接的に測定またはモニタリングするように構成されている。

【0077】

いくつかの実施形態によれば、ボイラー管２は、センサ９の周りで少なくとも部分的に、センサ空間８内に配置された熱伝導性材料を含んでいてもよい。このように、半径方向外側管状部６からセンサ空間の内側のセンサ９への良好な熱伝達が保証され得る。たとえば、熱伝導性材料は、金属粉を含んでいてもよい。

【0078】

センサ９および任意選択として熱伝導性材料は、ボイラー管２が製造された後に、導管１１を介してセンサ空間８に導入されるようになっていてもよい。たとえば、センサ９は、ボイラー管２が炉の一部を形成し終えた段階で導入されるようになっていてもよい。

【0079】

炉内の燃焼物質および／または燃焼ガスからの熱は、ボイラー管２を通じて、ボイラー管２の内側の水、蒸気、または過熱蒸気へと半径方向に伝達される。ボイラー管２を通じた半径方向の熱伝達は、ボイラー管２の１つまたは複数の材料の熱伝導率によって決まる。半径方向内側および外側管状部４、６間の冶金学的接合により、半径方向内側および外側管状部４、６間の熱伝導率は、半径方向内側および外側管状部４、６が単に隣接する場合と比較して、良好である。このため、半径方向内側および外側管状部４、６の熱伝導率を把握し、センサ空間８の温度すなわちセンサ空間８における半径方向外側管状部６の温度を測定することにより、半径方向外側管状部６およびボイラー管２の外面の温度が規定され得る。

【0080】

同様に、半径方向内側および外側管状部４、６間の冶金学的接合により、半径方向内側および外側管状部４、６の間で、応力がボイラー管２の断面において分散され得る。このため、ボイラー管の形状を把握し、センサ空間８からのボイラー管の応力を測定することにより、半径方向外側管状部６の外面および／または半径方向内側管状部４の内面（すなわち、応力が最大となり得るボイラー管２の部分）における応力が規定され得る。

【0081】

センサ空間８およびダクト１０が半径方向外側管状部６から出る外面の出口部１２の位置を説明するため、ボイラー管２は、図２ｃの真っ直ぐな一点鎖線で示すように、２つの仮想的な円周方向半分に分割可能である。第１の円周方向半分２２は、炉の内側に向かって内方を向くように形成され、第２の円周方向半分２４は、炉の周囲環境に向かって外方を向くように形成される。

【0082】

センサ空間８は、ボイラー管２の第１の円周方向半分２２内に配置されている。ダクト１０は、半径方向内側管状部４の周りで部分的に延びている。出口部１２は、ボイラー管２の第２の円周方向半分２４内に配置されている。このように、センサ空間８は、炉の内側を向くボイラー管２の円周方向半分２２内に配置されており、出口部１２は、炉の外側を向くボイラー管２の他方の円周方向半分２４内に配置されている。

【0083】

純粋に一例として述べるが、図２ｃに示すセンサ空間８と出口部１２との間の円周方向角αは、４５°と小さくてもよいし、図２ｂおよび図２ｄのように約１８０°であってもよいし、図２ｃのように１８０°超であってもよい。

【0084】

図３ａ〜図３ｃは、実施形態に係る、ボイラー管２を示している。図３ａ〜図３ｃにおいては、ボイラー管２の３つの異なる図を示している。この場合も、ボイラー管２は、第１の長手方向管部１４および第２の長手方向管部１６を備えており、第１の長手方向管部１４および第２の長手方向管部１６は、長手方向延伸部Ｌに沿って延びている。第１の長手方向管部１４は、第２の長手方向管部１６に対して冶金学的に接合されている。長手方向延伸部Ｌは、たとえば６〜１６ｍの範囲内であってもよい。

【0085】

この場合も、ボイラー管２の少なくとも一部には、互いに冶金学的に接合された半径方向内側および外側管状部を含み、これら半径方向内側および外側管状部の間には、センサ空間が配置されている。図３ｃにおいては、センサ空間に至ったダクトが出る半径方向外側管状部の表面の出口部１２を示している。

【0086】

これらの実施形態において、ボイラー管２は、９０度の角度をなす。このため、ボイラー管２は、炉の２つ以上の水壁パネル上を延びていてもよい。たとえば、第１の長手方向管部１４は、炉の側壁の一部を形成する水壁パネルの部分を形成していてもよく、第２の長手方向管部１６は、炉の床の一部を形成する水壁パネルの部分を形成していてもよく、その逆もまた同様である。

【0087】

ボイラー管２を他のボイラー管に接続して炉の水壁パネルを形成するため、ボイラー管２は、半径方向外側管状部６から半径方向に延びた少なくとも１つのフィン２０、２０’を備える。少なくとも１つのフィン２０、２０’は、長手方向延伸部Ｌに沿って少なくとも部分的に延びている。

【0088】

図３ａ〜図３ｃの実施形態において、ボイラー管２は、半径方向外側管状部６から半径方向に延び、長手方向延伸部Ｌに沿って少なくとも部分的に延びた２つのフィン２０、２０’を備えるが、これら２つのフィン２０、２０’は、約１８０度の角度だけ円周方向に分離されている。

【0089】

少なくとも１つのフィン２０、２０’は、水壁パネルの隣り合うボイラー管に対して、当該ボイラー管の円周方向面に直接溶接されていてもよいし、当該ボイラー管のフィンに溶接されていてもよい。

【0090】

また、図２ａ〜図２ｃにおいては、フィン２０、２０’を備えたボイラー管２を示している。図２ａおよび図２ｂの実施形態において、ボイラー管２は、２つのフィン２０、２０’を備える。図２ｃの実施形態において、ボイラー管２は、１つのフィン２０を備える。

【0091】

このため、フィン２０、２０’は、ボイラー管２の製造時に、ボイラー管２の円形部に対して冶金学的に接合されるようになっていてもよい。たとえば、フィン２０がボイラー管２の円形部に溶接されるようになっていてもよい。

【0092】

代替実施形態によれば、フィン２０は、図２ｃに示すように、半径方向外側管状部６と一体的に形成されていてもよい。少なくとも第１の部分５に沿って、フィン２０は、半径方向外側管状部６と一体的に形成されていてもよい。したがって、フィン２０は、半径方向外側管状部６の構築時にＨＩＰまたは積層造形によって形成されるようになっていてもよい。

【0093】

図２ｂに示すように、ダクト１０は、フィン２０’の第１の側からフィン２０’の反対側の第２の側まで延びていてもよい。ダクト１０は、半径方向内側管状部４に沿って延びることにより、フィン２０’の直下に延びていてもよい。関連用語「直下（ｕｎｄｅｒｎｅａｔｈ）」は、フィン２０’に沿った方向において、ボイラー管２の中心に向かうボイラー管２の半径方向と見なされる。

【0094】

代替実施形態によれば、少なくとも１つのフィン２０、２０’は、たとえばフィンのコア層等、半径方向内側管状部と同じ材料から作られた層を備えていてもよい（詳細は、図７ｃに関して下記参照）。

【0095】

図４は、実施形態に係る、ボイラー管２を示している。この場合も、ボイラー管２の少なくとも一部には、互いに冶金学的に接合された半径方向内側および外側管状部を含み、これら半径方向内側および外側管状部の間には、センサ空間８が配置されている。図４には、センサ空間に通じるダクトが出る表面の出口部１２を示している。

【0096】

これらの実施形態において、ボイラー管２の第１の長手方向管部１４は、屈曲管部１８を備える。センサ空間は、屈曲管部１８内に配置されている。

【0097】

屈曲管部１８が炉の水壁において、別のボイラー管３に隣り合って配置されている場合は、水壁パネルに開口３６が形成されていてもよい。屈曲管部１８は、開口３６の周りで少なくとも部分的に延びている。センサ空間が屈曲管部１８内に配置されていることから、水壁パネルの開口３６における温度および／または応力は、センサ空間内に配置されたセンサにより評価され得る。

【0098】

屈曲部１８の一部、屈曲部１８の全体、または第１の長手方向部１４の全体に、互いに冶金学的に接合された半径方向内側および外側管状部を含んでいてもよい。

【0099】

図７ａ〜図７ｃは、ボイラー管ユニット７０の種々実施形態を示している。図２ａには、ボイラー管ユニット７０の斜視図を示している。図７ｂには、図７ａにおける線Ｂ−Ｂに沿った断面を示している。図７ｃは、代替実施形態に係る、ボイラー管ユニット７０の対応する断面を示している。以下の記述においては、図７ａ〜図７ｃのうちの１つまたは複数を具体的に参照しない限り、図７ａ〜図７ｃのすべてを参照する。

【0100】

ボイラー管ユニット７０は、第１のボイラー管２および第２のボイラー管３を備える。第１のボイラー管２は、本明細書において論じる少なくとも１つのフィン２０を含む態様および／または実施形態のいずれか１つに係るボイラー管２である。したがって、第１のボイラー管２は、半径方向内側および外側管状部４、６と、センサ空間８と、半径方向外側管状部６の表面の出口部１２まで延びたダクト１０とを備える。また、第２のボイラー管３は、本明細書において論じる種類の半径方向内側および外側管状部４’、６’を備える。

【0101】

第１および第２のボイラー管２、３は、少なくとも１つのフィン２０を介して互いに接続されている。図７ｂおよび図７ｃの断面図に見られるように、ダクト１０は、少なくとも１つのフィン２０の第１の側７３から少なくとも１つのフィン２０の反対側の第２の側７５まで延びている。センサ空間８は、少なくとも１つのフィン２０の第１の側７３に配置されている。半径方向外側管状部６の出口部１２は、少なくとも１つのフィン２０の第２の側７５に配置されている。

【0102】

ボイラー管ユニット７０は、炉内への設置の準備が整ったユニットを形成する。このため、管ユニット７０が炉の水壁に設置される際に、ダクト１０全体の溶接は必要ない。したがって、ダクト１０も、内部に配置される電気的接続部のいずれも、溶接作業による熱の影響を一切受けることがない。

【0103】

少なくとも１つのフィン２０と反対側の第１および第２のボイラー管２、３の側においては、ダクト１０にも、内部に配置される電気的接続部のいずれにも影響を及ぼすことなく、溶接が実行されるようになっていてもよい。この目的のため、第１および第２のボイラー管２、３の一方または両方には、別のフィン２０’が設けられていてもよい（図７ｂおよび図７ｃ参照）。別のフィン２０’は、隣り合うボイラー管に対して、当該隣り合うボイラー管のフィンまたは円形外面に溶接されるように構成されている。

【0104】

図２ａ〜図２ｄを参照して上述するとともに図７ａ〜図７ｃに示すように、ボイラー管ユニット７０のボイラー管２、３には、１つまたは２つのフィン２０、２０’が設けられていてもよい。ボイラー管２、３は、フィン２０を共有すると考えられるため、それぞれにフィン２０が設けられるものと考えられる。

【0105】

図７ｂに示す実施形態において、第１および第２のボイラー管２、３を接続する少なくとも１つのフィン２０は、半径方向外側管状部６、６’と一体的に形成されている。このため、管ユニット７０の製造に際しては、半径方向内側管状部４、４’が設けられるとともに、上述の通り、半径方向外側管状部６、６’がＨＩＰまたは積層造形により形成される。半径方向外側管状部６、６’の形成に関連して、フィン２０も形成される。したがって、これらの実施形態においては、フィン２０の全体が半径方向外側管状部６、６’と同じ材料で形成される。また、半径方向外側管状部６、６’の形成に関連して、別のフィン２０’も同じ材料で形成されるようになっていてもよい。

【0106】

図７ｃに示す実施形態において、第１および第２のボイラー管２、３を接続する少なくとも１つのフィン２０は、第１および第２のボイラー管２、３の半径方向内側管状部４、４’と同じ材料から作られた層７２を備える。このため、たとえば層７２および半径方向内側管状部４、４’の材料が半径方向外側管状部６、６’の材料よりも高い熱伝導率を有する場合は、フィン２０とボイラー管２、３との間の熱伝導率が上昇し得る。

【0107】

管ユニット７０の製造に際しては、層７２が半径方向内側管状部４、４’に溶接されるようになっていてもよい。その後、上述の通り、半径方向外側管状部６、６’がＨＩＰまたは積層造形により形成される。また、半径方向外側管状部６、６’の形成に関連して、フィン２０のコアを形成する層７２には、半径方向外側管状部６、６’と同じ材料の外層７４も設けられる。したがって、これらの実施形態においては、フィン２０が半径方向内側および外側管状部４、４’、６、６’と同じ２つの材料で形成される。

【0108】

図２ａ〜図２ｄを参照して上述した通り、図７ａ〜図７ｃの実施形態においても、ダクト１０は、半径方向内側管状部４に沿って延びていてもよく、これにより、ボイラー管２の中心に向かってフィン２０に沿う当該ボイラー管２の半径方向に沿った方向に見えるフィン２０の直下に延びていてもよい。

【0109】

図７ｃの実施形態においては、半径方向内側管状部４またはその近傍の層７２中に好適なサイズの開口または凹部が設けられていてもよく、この開口または凹部を通って、フィン２０の第１の側７３からフィン２０の第２の側７５までダクト１０が延びる。

【0110】

ボイラー管ユニット７０の第１および第２のボイラー管２、３の一方または両方が別のフィン２０’を備える場合（一方の場合を図７ｃの右側に示す）、この別のフィン２０’もまた、フィン２０と同様に形成されていてもよい。すなわち、半径方向内側管状部４、４’と同じ材料のコア層７２’および半径方向外側管状部６、６’と同じ材料の外層７４’を備えていてもよい。別のフィン２０’の端面は、隣り合う管への溶接を容易化するように、好適な角度が付けられている。

【0111】

図７ｃの左側には、ボイラー管ユニット７０のボイラー管２、３の一方または両方が円形外面を有する（すなわち、別のフィン２０’が一体化されていない）実施形態において、フィン２０’’を第１および／または第２のボイラー管２、３に取り付け可能な方法を示している。隣り合うボイラー管のフィン２０’’または別個のフィン２０’’が半径方向外側管状部６に溶接されるが、図７ｃにおいては、この溶接を省略している。

【0112】

図７ｃの左側に示すフィン２０’’は、第１の層７６および第２の層７８を備える。第１の層７６は、半径方向内側管状部４と同じ材料から作られ、第２の層７８は、半径方向外側管状部６と同じ材料から作られている。第２の層７８は、炉の内側を向く。このため、第２の層中の第２の外側管状部の材料の特性は、炉の内側の条件からフィン２０’’を保護するのに利用される。第１の層７６は、炉の外側を向くため、第２の層７８と同じ侵食環境には曝されない。第１の層７６は、フィン２０’’から第１のボイラー管２および図示しない隣り合うボイラー管への良好な熱伝導率等、他の特性を与える。

【0113】

別の実施形態によれば、左側のフィン２０’’と同様に、フィン２０および／または別のフィン２０’もまた、２つの層のみを備え、半径方向内側管状部４、４’と同じ材料から作られた一方の層が炉の外側を向き、半径方向外側管状部６、６’と同じ材料から作られた一方の層が炉の内側を向いていてもよい。

【0114】

図２ａ〜図２ｄに関連して論じたボイラー管２の第１の部分５と同様に、ボイラー管ユニット７０は、１０〜２０ｃｍ等の短さで設けられていてもよく、たとえば別の長さの管への溶接による冶金学的接合によって、たとえば６〜１６ｍのボイラー管ユニットを形成する。

【0115】

一例として述べるが、図７ｂの実施形態において、第１および第２のボイラー管２、３はそれぞれ、外径が約６４ｍｍ、壁厚が７ｍｍであってもよく、また、それぞれの中心間の距離が約７６ｍｍであってもよい。半径方向外側管状部６と同じ材料のみから作られたフィン２０は、幅が最大約１７ｍｍであってもよい。フィン２０の幅は、第１および第２のボイラー管２、３間の距離である。図７ｃの実施形態において、第１および第２のボイラー管２、３はそれぞれ、外径が約７６ｍｍ、壁厚が７ｍｍであってもよく、また、それぞれの中心間の距離が約１０２ｍｍであってもよい。幅が約１７ｍｍを上回るフィン２０には、半径方向内側管状部４と同じ材料から作られた層が用いられるようになっていてもよい。

【0116】

フィン２０は、厚さが４ｍｍであってもよい。半径方向内側管状部４、４’は、壁厚が５ｍｍであってもよく、また、半径方向外側管状部６、６’は、壁厚が２ｍｍであってもよい。

【0117】

図５は、ボイラー管を製造する方法１００の実施形態を示している。ボイラー管は、本明細書において論じる態様および／または実施形態のいずれか１つに係るボイラー管２であってもよい。したがって、ボイラー管は、長手方向延伸部を有し、長手方向延伸部の少なくとも第１の部分に沿って延びた半径方向内側管状部と、長手方向延伸部の第１の部分に沿って延びた半径方向外側管状部とを備える。方法１００は、
半径方向内側管状部を用意するステップ１０２と、
半径方向外側管状部を形成するステップ１０４と、
半径方向外側管状部を半径方向内側管状部に対して冶金学的に接合するステップ１０６と、
半径方向内側管状部と半径方向外側管状部との間にセンサ空間を形成するステップ１０８であり、センサ空間が、半径方向外側管状部の物理的特性を検出するように配置されたセンサを収容するように構成された、ステップ１０８と、
を含む。

【0118】

半径方向外側管状部を形成するステップ１０４および半径方向外側管状部を半径方向内側管状部に対して冶金学的に接合するステップ１０６は、同時に実行されるようになっていてもよい。さらに、センサ空間を形成するステップ１０８についても、半径方向外側管状部を形成するステップ１０４および半径方向外側管状部を半径方向内側管状部に対して冶金学的に接合するステップ１０６と同時に実行されるようになっていてもよい。

【0119】

方法１００の実施形態によれば、センサ空間を形成するステップ１０８は、
管の一部を半径方向内側管状部上に位置決めするステップ１１０を含んでいてもよく、半径方向外側管状部を形成するステップ１０４は、
半径方向外側管状部を管の周りに構築するステップ１１２を含んでいてもよい。
図２を参照して管７を上述したが、これは、少なくとも部分的に半径方向内側管状部４の周りに配置されている。

【0120】

方法１００の実施形態によれば、半径方向外側管状部を形成するステップ１０４は、
金属粉を熱間等静圧圧縮成形するステップ１１４を含んでいてもよく、これにより、半径方向外側管状部は、半径方向内側管状部に対して冶金学的に接合される。

【0121】

方法１００の代替実施形態によれば、半径方向外側管状部を形成するステップ１０４は、
半径方向外側管状部を半径方向内側管状部上に積層造形するステップ１１６を含んでいてもよく、積層造形ステップ１１６においては、センサ空間を形成するステップ１０８が実行される。

【0122】

方法１００の実施形態によれば、ボイラー管が第１の長手方向管部および第２の長手方向管部を備え、第１の長手方向管部がセンサ空間を含むが、この方法１００は、
第１の長手方向管部を第２の長手方向管部に対して冶金学的に接合するステップ１１８を含んでいてもよい。このように、長手方向延伸部Ｌを有するボイラー管は、第１および第２の長手方向管部から製造されるようになっていてもよい。さらに、ボイラー管には、第１の長手方向管部にセンサ空間が設けられていてもよい。

【0123】

図６は、実施形態に係る、炉３０を示している。炉３０は、少なくとも１つの第１の水壁パネル３４を備える。第１の水壁パネルは、１以上のボイラー管を備え、１以上のボイラー管のうちの少なくとも１つの第１のボイラー管２が、本明細書において論じる態様および／または実施形態のいずれか１つに係るボイラー管２である。

【0124】

実施形態によれば、炉３０は、図７ａ〜図７ｃを参照して上述したボイラー管ユニット７０を備えていてもよい。したがって、少なくとも１つの第１のボイラー管２は、ボイラー管ユニット７０の第１のボイラー管２を形成する。また、ボイラー管ユニット７０は、第２のボイラー管３を備える。

【0125】

炉３０は、たとえば紙パルプ産業において用いられる黒液回収ボイラー等のボイラーまたは火力発電所の一部を形成していてもよい。

【0126】

ボイラー管が半径方向内側管状部と半径方向外側管状部との間に配置されたセンサ空間を備えることから、センサ空間内にはセンサが配置されていてもよく、炉３０の温度および／または応力を測定するセンサが保護環境中に設けられていてもよい。

【0127】

第１の水壁パネル３４は、互いに平行に延びるように配置された複数のボイラー管を備える。ボイラー管は、上述の通り、フィン（図６には示さず）を介して互いに間接的に溶接されている。炉３０の少なくとも一部の周りには、２つ以上の水壁パネルが配置されている。

【0128】

炉３０は、第２の水壁パネル３２を備える。これらの実施形態においては、第１の水壁パネル３４が炉３０の側壁の少なくとも一部を形成し、第２の水壁パネル３２が炉３０の床の少なくとも一部を形成する。

【0129】

第１のボイラー管２は、そのセンサ空間が第１の水壁パネル３４内の開口３６に近い状態で配置されている。このように、第１の水壁パネル３４中の開口（第１の水壁パネル３４の特定曝露部であってもよい）における温度および／または応力がモニタリングされ得る。

【0130】

第１のボイラー管２は、第１および第２の両水壁パネル３２、３４の一部を形成していてもよい。この代替または追加として、第２の水壁パネル３２は、本明細書において論じる態様および／または実施形態のいずれか１つに係る少なくとも１つのボイラー管２’を備えていてもよい。

【0131】

センサ空間内の半径方向外側管状部の温度を測定することにより、炉３０内のボイラー管の外面上の温度を検出可能である。センサ空間内のセンサは、炉３０の制御またはモニタリング装置４０に接続されている。導管１１がセンサを制御装置４０と接続していてもよい。センサ空間の半径方向位置の把握と併せて、ボイラー管の外面からボイラー管の壁を通ってボイラー管の内側に至る温度勾配を把握することにより、制御装置４０は、センサ空間においてセンサにより検知された温度に基づいて、ボイラー管の外側の温度を計算することができる。

【0132】

同様に、センサ空間内からの半径方向外側管状部の応力を測定することにより、炉３０内のボイラー管の外面またはボイラー管の内面における応力を検出可能である。センサ空間内のセンサは、炉３０の制御またはモニタリング装置４０に接続されている。導管１１がセンサを制御装置４０と接続していてもよい。センサ空間の半径方向位置の把握と併せて、ボイラー管の外面からボイラー管の内側までのボイラー管の壁の形状を把握することにより、制御装置４０は、センサ空間においてセンサにより検知された応力に基づいて、ボイラー管の外側および／またはボイラー管の内側における応力を計算することができる。

【0133】

第１のボイラー管２の温度および／または応力がモニタリングされるようになっていてもよい。また、炉３０の床に配置された第２の水壁パネル３２内に配置された別のボイラー管２’等、センサ空間内に配置されたセンサが設けられた１つまたは複数の別のボイラー管２’の温度および／または応力がモニタリングされるようになっていてもよい。

【0134】

第１のボイラー管２および他のボイラー管２’の温度および／または応力は、炉３０の特定曝露部において連続的にモニタリングされるようになっていてもよい。連続的モニタリングによって、炉のオペレータは、炉３０の動作条件をより把握可能になるとともに、これらを異なる方法で調整することにより、特定の動作条件またはプロセス外乱の負の結果を抑えることが可能となる。第１のボイラー管２の温度および／または応力等の動作データの常時測定によれば、早期の警報によって、ボイラー管の交換の計画に関する貴重な入力を提供可能となり得る。

【0135】

制御またはモニタリング装置４０は、実質的に任意好適な種類のプロセッサ回路またはマイクロコンピュータの形態が可能な計算ユニットを備える。制御装置４０は、メモリユニットを備えていてもよい。計算ユニットは、たとえば当該計算ユニットが計算に必要とする格納プログラムコードおよび／または格納データを当該計算ユニットに提供するメモリユニットに接続されている。また、計算ユニットは、１つもしくは複数のセンサにより測定された１つもしくは複数の温度値および／もしくは応力値または炉３０の内側の１つもしくは複数の位置における算出温度および／もしくは応力等、計算の部分的または最終的結果をメモリユニットに格納するようになっていてもよい。

【0136】

以上は種々例示的な実施形態の説明であり、本開示は添付の特許請求の範囲によってのみ規定されることが了解されるものとする。当業者であれば、添付の特許請求の範囲により規定される本開示の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態を改良可能であるとともに、例示的な実施形態の異なる特徴の組み合わせによって、本明細書に記載以外の実施形態を生成可能であることが認識されよう。たとえば、センサ空間には、２つのセンサ（たとえば、１つの温度センサおよび１つの応力センサ）が配置されていてもよい。
また、本発明は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
長手方向延伸部（Ｌ）を有するボイラー管（２）であって、
前記長手方向延伸部（Ｌ）の少なくとも第１の部分（５）に沿って延びた半径方向内側管状部（４）と、
前記長手方向延伸部（Ｌ）の前記第１の部分（５）に沿って延びた半径方向外側管状部（６）であり、前記半径方向内側管状部（４）に対して冶金学的に接合された、半径方向外側管状部（６）と、
前記半径方向内側管状部（４）と前記半径方向外側管状部（６）との間に配置されたセンサ空間（８）であり、前記半径方向外側管状部（６）の物理的特性を検出するように配置されたセンサを収容するように構成された、センサ空間（８）と、
を備え、
ダクト（１０）が前記センサ空間（８）に接続され、前記半径方向外側管状部（６）を通って、前記半径方向外側管状部（６）の表面の出口部（１２）まで延びており、
前記半径方向内側管状部（４）および前記半径方向外側管状部（６）が、化学組成の異なる材料を含む、ボイラー管（２）。
（態様２）
前記センサ空間（８）が、当該ボイラー管（２）の第１の円周方向半分（２２）内に配置され、前記ダクト（１０）が、前記半径方向内側管状部（４）の周りで部分的に延び、前記出口部（１２）が、当該ボイラー管（２）の第２の円周方向半分（２４）内に配置される、態様１に記載のボイラー管（２）。
（態様３）
前記半径方向外側管状部（６）が、前記半径方向内側管状部（４）の周りで円周方向に延びるように、前記半径方向内側管状部（４）の周りに形成される、態様１または２に記載のボイラー管（２）。
（態様４）
前記センサ空間（８）および前記ダクト（１０）が、前記半径方向内側管状部（４）上に部分的に位置決めされ且つ前記半径方向外側管状部（６）を通って延びた管（７）により形成され、前記半径方向外側管状部（６）が、前記管（７）の周りに構築される、態様１から３のいずれか一項に記載のボイラー管（２）。
（態様５）
前記半径方向外側管状部（６）が、金属粉の熱間等静圧圧縮成形により形成され、前記半径方向内側管状部（４）に対して冶金学的に接合される、態様４に記載のボイラー管（２）。
（態様６）
前記センサ空間（８）および前記ダクトが、前記半径方向内側管状部（４）上への前記半径方向外側管状部（６）の積層造形中に形成される、態様１から４のいずれか一項に記載のボイラー管（２）。
（態様７）
第１の長手方向管部（１４）および第２の長手方向管部（１６）を備え、前記第１の長手方向管部（１４）および前記第２の長手方向管部（１６）が、前記長手方向延伸部（Ｌ）に沿って延び、前記第１の長手方向管部（１４）が、前記第２の長手方向管部（１６）に対して冶金学的に接合され、前記センサ空間（８）を含む、態様１から６のいずれか一項に記載のボイラー管（２）。
（態様８）
前記第１の長手方向管部（１４）が、屈曲管部（１８）を備え、前記センサ空間（８）が、前記屈曲管部（１８）内に配置される、態様７に記載のボイラー管（２）。
（態様９）
前記半径方向外側管状部（６）から半径方向に延び、前記長手方向延伸部（Ｌ）に沿って少なくとも部分的に延びた少なくとも１つのフィン（２０、２０’）を備える、態様１から８のいずれか一項に記載のボイラー管（２）。
（態様１０）
前記少なくとも１つのフィン（２０、２０’）が、前記半径方向外側管状部（６）と一体的に形成される、態様９に記載のボイラー管（２）。
（態様１１）
前記少なくとも１つのフィン（２０、２０’）が、前記半径方向内側管状部（４）と同じ材料から作られた層（７２、７２’、７６）を備える、態様９または１０に記載のボイラー管（２）。
（態様１２）
第１のボイラー管（２）および第２のボイラー管（３）を備えたボイラー管ユニット（７０）であって、
前記第１のボイラー管（２）が、態様９から１１のいずれか一項に記載のボイラー管であり、
前記第１のボイラー管（２）および前記第２のボイラー管（３）が、前記少なくとも１つのフィン（２０、２０’）を介して互いに接続され、
前記ダクト（１０）が、前記少なくとも１つのフィン（２０、２０’）の第１の側（７３）から前記少なくとも１つのフィン（２０、２０’）の反対側の第２の側（７５）まで延びる、ボイラー管ユニット（７０）。
（態様１３）
少なくとも第１の水壁パネル（３４）を備えた炉（３０）であって、前記第１の水壁パネル（３４）が、１以上のボイラー管を備え、前記１以上のボイラー管のうちの少なくとも１つの第１のボイラー管（２）が、態様１から１２のいずれか一項に記載のボイラー管（２）である、炉（３０）。
（態様１４）
態様１２に記載のボイラー管ユニット（７０）を備え、前記少なくとも１つの第１のボイラー管（２）が、前記ボイラー管ユニット（７０）の前記第１のボイラー管（２）を形成する、態様１３に記載の炉（３０）。
（態様１５）
第２の水壁パネル（３２）を備え、前記第１の水壁パネル（３４）が当該炉（３０）の側壁の少なくとも一部を形成し、前記第２の水壁パネル（３２）が当該炉（３０）の床の少なくとも一部を形成する、態様１３または１４に記載の炉（３０）。
（態様１６）
前記第１のボイラー管（２）が、そのセンサ空間（８）が前記第１の水壁パネル（３４）内の開口（３６）に近い状態で配置される、態様１５に記載の炉（３０）。

【要約】

本明細書において、ボイラー管（２）は、長手方向延伸部（Ｌ）を有し、長手方向延伸部（Ｌ）の少なくとも第１の部分（５）に沿って延びた半径方向内側および外側管状部（４、６）を備える。半径方向外側管状部（６）は、半径方向内側管状部（４）に対して冶金学的に接合されている。半径方向内側管状部（４）と半径方向外側管状部（６）との間にはセンサ空間（８）が配置され、このセンサ空間（８）は、半径方向外側管状部（６）の物理的特性を検出するように配置されたセンサを収容するように構成されている。ダクト（１０）がセンサ空間（８）に接続され、半径方向外側管状部（６）を通って、半径方向外側管状部（６）の表面の出口部（１２）まで延びている。半径方向内側および外側管状部は、化学組成の異なる材料を含む。本明細書においては、ボイラー管ユニットおよび炉も開示される。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】