特開 2022-135617 シールボックス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022135617

(43)【公開日】2022-09-15

(54)【発明の名称】シールボックス

(51)【国際特許分類】

   F22B 37/36 20060101AFI20220908BHJP

【ＦＩ】

F22B37/36 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021035547

(22)【出願日】2021-03-05

(71)【出願人】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】110000442

【氏名又は名称】弁理士法人武和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】橋本 昌光

(72)【発明者】

【氏名】小新田 明憲

(72)【発明者】

【氏名】白石 正人

(72)【発明者】

【氏名】竹内 直樹

(72)【発明者】

【氏名】野ヶ峯 翔

(57)【要約】

【課題】より大きな熱応力を吸収できるシールボックスを提供する。
【解決手段】ボイラ天井壁（６）の上方の空間であるペントハウス（１３）内に設けられ、ボイラ天井壁を貫通する伝熱管群（１５）を囲うシールボックス（２０）であって、シールボックスは、前壁（２１）、後壁（２２）、左側壁（２３）、および右側壁（２４）から成る周壁（２５）と、周壁を上方から覆う天井壁（２６）とを有して箱状に形成され、天井壁は、伝熱管群が接続されたヘッダ（１６）と溶接により固定され、周壁の下端は、ボイラ天井壁に溶接により固定され、周壁には、前壁と天井壁と後壁とに亘って連続する縦スリット（２８）が設けられる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボイラ天井壁の上方の空間であるペントハウス内に設けられ、前記ボイラ天井壁を貫通する伝熱管群を囲うシールボックスであって、
前記シールボックスは、前壁、後壁、左側壁、および右側壁から成る周壁と、前記周壁を上方から覆う天井壁とを有して箱状に形成され、
前記天井壁は、前記伝熱管群が接続されたヘッダと溶接により固定され、
前記周壁の下端は、前記ボイラ天井壁に溶接により固定され、
前記周壁には、前記前壁と前記天井壁と前記後壁とに亘って連続する縦スリットが設けられることを特徴とするシールボックス。

【請求項2】

請求項１に記載のシールボックスにおいて、
前記縦スリットは、前記シールボックスの長手方向に互いに間隔を空けて複数設けられることを特徴とするシールボックス。

【請求項3】

請求項１または２に記載のシールボックスにおいて、
前記縦スリットは、耐熱性を有する第１のシート部材により覆われていることを特徴とするシールボックス。

【請求項4】

請求項３に記載のシールボックスにおいて、
前記第１のシート部材は、押えプレートを介してボルトにより前記周壁に固定されることを特徴とするシールボックス。

【請求項5】

請求項４に記載のシールボックスにおいて、
前記第１のシート部材の下端は前記周壁の下端より高い位置に固定されることを特徴とするシールボックス。

【請求項6】

請求項１～５の何れか１項に記載のシールボックスにおいて、
前記周壁のうち少なくとも前記前壁と前記後壁とには、熱応力を吸収するためのエキスパンションが前記シールボックスの長手方向の全体に亘って設けられていることを特徴とするシールボックス。

【請求項7】

請求項６に記載のシールボックスにおいて、
前記エキスパンションは、断面がコ字状に形成されると共に、前記周壁から外方に突出していることを特徴とするシールボックス。

【請求項8】

請求項１～７の何れか１項に記載のシールボックスにおいて、
前記周壁には、前記前壁と前記左側壁と前記後壁とに亘って連続する第１の横スリットおよび前記前壁と前記右側壁と前記後壁とに亘って連続する第２の横スリットが設けられることを特徴とするシールボックス。

【請求項9】

請求項８に記載のシールボックスにおいて、
前記第１の横スリットおよび前記第２の横スリットは、それぞれ上下方向に互いに間隔を空けて複数設けられることを特徴とするシールボックス。

【請求項10】

請求項８または９に記載のシールボックスにおいて、
前記第１の横スリットおよび前記第２の横スリットは、耐熱性を有する第２のシート部材により覆われていることを特徴とするシールボックス。

【請求項11】

ボイラ天井壁の上方の空間であるペントハウス内に設けられ、前記ボイラ天井壁を貫通する伝熱管群を囲うシールボックスであって、
前記シールボックスは、前壁、後壁、左側壁、および右側壁から成る周壁と、前記周壁を上方から覆う天井壁とを有して箱状に形成され、
前記天井壁は、前記伝熱管群が接続されたヘッダと溶接により固定され、
前記周壁の下端は、前記ボイラ天井壁に溶接により固定され、
前記周壁のうち少なくとも前記前壁と前記後壁とには、熱応力を吸収するためのエキスパンションが前記シールボックスの長手方向の全体に亘って設けられ、
前記エキスパンションは、断面がコ字状に形成されると共に、前記周壁から外方に突出していることを特徴とするシールボックス。

【請求項12】

請求項１１に記載のシールボックスにおいて、
前記エキスパンションは、前記周壁の上下方向に互いに間隔を空けて複数設けられることを特徴とするシールボックス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボイラ天井壁とボイラ天井壁を貫通する伝熱管群との間の隙間を覆って、ペントハウス内に燃焼灰等が侵入するのを防止するためのシールボックスに関する。

【背景技術】

【0002】

ボイラの火炉内には過熱器などの熱交換器を構成する伝熱管群が多数吊り下げられており、これら伝熱管群は、水壁管であるボイラ天井壁を貫通して各ヘッダ（管寄せとも言う）に接続されている。各ヘッダはボイラ建屋のペントハウス内に設置されたマニホールドに接続されており、伝熱管群を流れる流体はヘッダを介してマニホールドに集められる。

【0003】

火炉で生成された燃焼灰はボイラ天井壁とボイラ天井壁を貫通する伝熱管群との間の隙間からペントハウス内に侵入するため、これを防止するためにペントハウス内にはシールボックスが設けられている。

【0004】

この種のシールボックスは、多数の伝熱管群を覆う箱状に形成されており、シールボックスの周壁の下端がボイラ天井壁に溶接により固定され、シールボックスの天井壁がヘッダに溶接により固定されている。ボイラ天井壁とマニホールドとではかなりの温度差があるため、両者の熱伸びの差によって、シールボックスには上下方向に熱応力が作用する。この熱応力を吸収するために、シールボックスには、例えば、Ｗ型のエキスパンションが設けられている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１１－２２３３０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

近年、火炉内の燃焼ガス温度の高温化が進んでおり、ヘッダやマニホールドを流れる流体（蒸気）の温度も高温化されている。そのため、上記した熱伸びの差も大きくなり、シールボックスの上下方向に作用する熱応力も大きくなる。シールボックスが熱応力を吸収できずに亀裂が入ると、燃焼灰がその亀裂を介してペントハウス内に侵入してしまうため、シールボックスにはこれまで以上に熱応力を吸収できる構造が求められる。

【0007】

本発明は、上記した実状に鑑みてなされたもので、その目的は、より大きな熱応力を吸収できるシールボックスを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明の一態様は、ボイラ天井壁の上方の空間であるペントハウス内に設けられ、前記ボイラ天井壁を貫通する伝熱管群を囲うシールボックスであって、前記シールボックスは、前壁、後壁、左側壁、および右側壁から成る周壁と、前記周壁を上方から覆う天井壁とを有して箱状に形成され、前記天井壁は、前記伝熱管群が接続されたヘッダと溶接により固定され、前記周壁の下端は、前記ボイラ天井壁に溶接により固定され、前記周壁には、前記前壁と前記天井壁と前記後壁とに亘って連続する縦スリットが設けられることを特徴とする。

【0009】

また、上記目的を達成するために、本発明の別の態様は、ボイラ天井壁の上方の空間であるペントハウス内に設けられ、前記ボイラ天井壁を貫通する伝熱管群を囲うシールボックスであって、前記シールボックスは、前壁、後壁、左側壁、および右側壁から成る周壁と、前記周壁を上方から覆う天井壁とを有して箱状に形成され、前記天井壁は、前記伝熱管群が接続されたヘッダと溶接により固定され、前記周壁の下端は、前記ボイラ天井壁に溶接により固定され、前記周壁のうち少なくとも前記前壁と前記後壁とには、熱応力を吸収するためのエキスパンションが前記シールボックスの長手方向の全体に亘って設けられ、前記エキスパンションは、断面がコ字状に形成されると共に、前記周壁から外方に突出していることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、より大きな熱応力を吸収できる。なお、上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明が適用されるボイラの全体構造を示す側面図である。

【図2】第１実施形態に係るシールボックスの外観斜視図である。

【図3】シールボックスのスリットを耐熱クロスで覆った状態の外観斜視図である。

【図4】図３に示すシールボックスを仮想平面Ｐで切断してＡ方向から見た縦断面図である。

【図5】耐熱クロスを天井壁に取り付けた状態を示す断面図であって、図３のＢ－Ｂ方向矢視断面図である。

【図6】耐熱クロスを前壁に取り付けた状態を示す断面図であって、図３のＣ－Ｃ方向矢視断面図である。

【図7】第２実施形態に係るシールボックスの外観斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

【0013】

＜第１実施形態＞
図１はボイラの全体構造を示す側面図である。本発明に係るシールボックスは、例えば図１に示すボイラ１に適用される。なお、本明細書において、前後、上下、および左右の方向は、各図に示す通り定義する。

【0014】

図１に示すボイラ１は、例えば発電用設備に設置される。ボイラ１は、微粉炭などの燃料を燃焼するための火炉２と、ケージ部３と、火炉２とケージ部３とを繋ぐ副側壁４と、を備える。火炉２で発生した燃焼ガスは、燃焼ガスの流路である副側壁４およびケージ部３を流れた後、図示しないガス処理装置を経て大気へと排出される。

【0015】

火炉２は、火炉側壁５と火炉天井壁（ボイラ天井壁）６とを備え、鉄骨１０から吊りボルト１１で吊り下げられている。火炉側壁５および火炉天井壁６は、図示しない伝熱管とフィンバーとを交互に溶接することによって壁状に製作され、各伝熱管の内部に水が流れるよう構成されている。

【0016】

火炉２、副側壁４、およびケージ部３の内部には、多数の伝熱管（伝熱管群）１５からなる熱交換器が複数設置されている。なお、これら熱交換器は、例えば、過熱器、再熱器、節炭器などを含む。高温の燃焼ガスは、火炉２、副側壁４、およびケージ部３を流れる過程で伝熱管群１５内の流体と熱交換する。これにより、高温の過熱蒸気が生成される。

【0017】

火炉天井壁６の上方（火炉天井壁６と鉄骨１０との間の空間）にはペントハウス（天井室）１３が設けられている。ペントハウス１３にはヘッダ（管寄せ）１６およびマニホールド１７が吊りボルト１２で吊り下げられている。伝熱管群１５は、ヘッダ１６と接続されており、火炉天井壁６に開口された伝熱管貫通部７（図４参照）を貫通して火炉２内に吊り下げられる。

【0018】

ここで、伝熱管貫通部７と伝熱管群１５との間の隙間からペントハウス１３内に燃焼灰が侵入するのを防止するために、ペントハウス１３内には、伝熱管群１５を囲うようにシールボックス２０が設けられている。以下、本発明の第１実施形態に係るシールボックス２０の構造について説明する。

【0019】

（シールボックスの構造）
図２は第１実施形態に係るシールボックス２０の外観斜視図、図３はシールボックス２０のスリットを耐熱クロスで覆った状態の外観斜視図、図４は図３に示すシールボックスを仮想平面Ｐで切断してＡ方向から見た縦断面図である。

【0020】

これらの図に示すように、シールボックス２０は、前壁２１、後壁２２、左側壁２３、および右側壁２４から成る周壁２５と、この周壁２５を上方から覆う天井壁２６とを有して箱状に形成されている。天井壁２６はヘッダ１６と溶接により固定され、周壁２５の下端部は火炉天井壁６と溶接により固定される。これにより、火炉天井壁６とヘッダ１６との間の空間Ｒ（図４参照）がシールボックス２０により密閉される。

【0021】

さらに、シールボックス２０には、縦スリット２８および複数の横スリット２９（２９ａ，２９ｂ）が設けられている。具体的には、縦スリット２８は、前壁２１と天井壁２６と後壁２２とに亘って、所定の幅で連続して設けられる。そして、縦スリット２８は、その両端部が前壁２１および後壁２２の下端から若干高い位置まで延在している（図６参照）。なお、図２において、縦スリット２８は、長手方向（図２の左右方向）の略中央に１つ設けられているが、その数は１つに限定されない。即ち、複数の縦スリット２８が長手方向に間隔を空けて設けられていても良い。

【0022】

また、左側の横スリット（第１の横スリット）２９ａは、シールボックス２０の左側に上下に間隔を空けて２つ設けられる。各横スリット２９ａは、前壁２１と左側壁２３と後壁２２とに亘って、所定の幅で連続して設けられる。同様に、右側の横スリット（第２の横スリット）２９ｂは、シールボックス２０の右側に上下に間隔を空けて２つ設けられる。各横スリット２９ｂは、前壁２１と右側壁２４と後壁２２とに亘って、所定の幅で連続して設けられる。なお、図２において、横スリット２９ａと横スリット２９ｂとは同じ高さ位置に設けられているが、異なる高さ位置に設けられていても良い。また、横スリット２９の数が２つに限定されない。横スリット２９の数は１つでも良いし、３つ以上であっても良い。

【0023】

さらに、シールボックス２０の周壁２５のうち前壁２１と後壁２２とには、熱応力を吸収するためのエキスパンション２７が長手方向の概ね全体に亘って、かつ、上下方向に間隔を空けて２つ設けられている。このエキスパンション２７は、図４に示すように、断面がコ字状に形成されると共に、周壁２５（前壁２１、後壁２２）から外方に突出している。そして、エキスパンション２７は、横スリット２９と同じ高さ位置にて、横スリット２９と連続するように設けられている。なお、エキスパンション２７の形状は、シールボックス２０の上下方向に作用する熱応力を吸収できれば、断面がコ字形のもの以外であっても良い。

【0024】

そして、図３に示すように、シールボックス２０には、縦スリット２８を全体的に覆うように耐熱クロス（第１のシート部材）３５が設けられており、各横スリット２９を全体的に覆うように複数の耐熱クロス（第２のシート部材）３６が設けられている。これら耐熱クロス３５，３６は、例えば５００℃まで使用可能な耐熱繊維素材（ガラス繊維など）を編んで布状に形成されており、厚さが例えば３０ｍｍ程度であるが、使用環境下に適したものであれば、素材や厚さ等は適宜選択できる。なお、図３において、左側の横スリット２９ａを覆う耐熱クロス３６についての図示は省略している。

【0025】

次に、耐熱クロス３５，３６の取付構造について説明する。なお、耐熱クロス３５と耐熱クロス３６の取付構造は同じであるため、耐熱クロス３５の取付構造を例に挙げて説明する。図５は耐熱クロス３５を天井壁２６に取り付けた状態を示す断面図であって、図３のＢ－Ｂ方向矢視断面図である。また、図６は耐熱クロス３５を前壁２１に取り付けた状態を示す断面図であって、図３のＣ－Ｃ方向矢視断面図である。

【0026】

図５に示すように、耐熱クロス３５は、縦スリット２８を覆うように天井壁２６の上面に配置されており、耐熱クロス３５の両縁部は、押えプレート４０を介してボルト４１およびナット４２により天井壁２６に固定されている。これにより、シールボックス２０内の密閉性は確保されている。即ち、耐熱クロス３５は、天井壁２６との間に隙間が生じないように、天井壁２６に密着するように取り付けられている。なお、押えプレート４０は、例えば金属製の板材から成るが、耐熱性を有していれば材質は問わない。

【0027】

また、図６に示すように、耐熱クロス３５は、縦スリット２８を覆うようにして前壁２１の前面に配置されており、耐熱クロス３５の両縁部は、押えプレート４０を介してボルト４１およびナット４２により前壁２１に固定されている。そして、図６に示す通り、耐熱クロス３５の下端は、縦スリット２８を完全に覆いつつ、前壁２１のうち火炉天井壁６より若干高い位置に固定されている。別言すると、耐熱クロス３５は火炉天井壁６には固定されていない。これは、火炉天井壁６は伝熱管とフィンバーで構成されているため、耐熱クロス３５の取り付けが困難だからである。なお、図示は省略しているが、耐熱クロス３５と後壁２２との固定も図６と同様に行われている。

【0028】

このように構成された第１実施形態に係るシールボックス２０によれば、次のような作用効果を奏することができる。

【0029】

シールボックス２０にはエキスパンション２７が設けられているため、シールボックス２０の上下方向に作用する熱応力を吸収できる。しかも、シールボックス２０には縦スリット２８および横スリット２９が設けられているため、マニホールド１７と火炉天井壁６との熱伸びの差によるシールボックス２０の変形を縦スリット２８および横スリット２９により吸収できる。その結果、シールボックス２０（特に溶接部）に亀裂が入るのを防止でき、その亀裂からペントハウス１３内に燃焼灰が侵入するのを防止できる。そして、ペントハウス１３内に配置された配管類の点検も容易に行うことができる。このように、本実施形態は、縦スリット２８および横スリット２９を備えているため、エキスパンション２７だけではシールボックス２０に作用する熱応力を吸収できないような過酷な使用環境において、より一層効果を発揮する。

【0030】

また、縦スリット２８および横スリット２９は耐熱クロス３５，３６により完全に覆われているため、シールボックス２０の密閉性は確保されている。また、シールボックス２０が熱により変形したとしても、その変形に応じて耐熱クロス３５，３６が撓むことで、縦スリット２８および横スリット２９は常に耐熱クロス３５，３６によって覆われた状態に保たれる。よって、ペントハウス１３内に燃焼灰が入り込むことはない。

【0031】

＜第２実施形態＞
図７は第２実施形態に係るシールボックス１２０の外観斜視図である。第２実施形態に係るシールボックス１２０は、第１実施形態に係るシールボックス２０と比べて、縦スリット２８および横スリット２９が設けられていない点で相違する。そのため、第２実施形態では、耐熱クロス３５，３６も設けられていない。

【0032】

第２実施形態では、コ字状断面のエキスパンション２７が上下方向に２つ設けられているから、シールボックス１２０の上下方向に作用する熱応力は十分に吸収できる。しかも、スリットがないため、構造が簡単であることに加えて、耐熱クロスも設けなくて済むためコスト削減も見込める。なお、第２実施形態に係るシールボックス１２０は、第１実施形態に比べて温度差が比較的小さい使用環境下で用いられるのが効果的である。

【0033】

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

【0034】

例えば、シールボックス２０に作用する熱応力が比較的小さい場合には、横スリット２９ａ，２９ｂを設けなくても良い。即ち、シールボックス２０は、縦スリット３８とエキスパンション２７を備えたボックス形状としても良い。

【0035】

また、使用環境の条件次第では、シールボックス２０に縦スリット２８および横スリット２９のうち少なくとも一方を設け、エキスパンション２７を省略しても良い。即ち、図３に示すシールボックス２０からエキスパンション２７を取り除き、縦スリット２８および横スリット２９を任意に設けたシールボックスをペントハウス１３内に設置しても良い。

【符号の説明】

【0036】

１ ボイラ
２ 火炉
３ ケージ部
４ 副側壁
５ 火炉側壁
６ 火炉天井壁（ボイラ天井壁）
７ 伝熱管貫通部
１０ 鉄骨
１１，１２ 吊りボルト
１３ ペントハウス
１５ 伝熱管群
１６ ヘッダ
１７ マニホールド
２０ シールボックス
２１ 前壁
２２ 後壁
２３ 左側壁
２４ 右側壁
２５ 周壁
２６ 天井壁
２７ エキスパンション
２８ 縦スリット
２９（２９ａ，２９ｂ） 横スリット（第１の横スリット、第２の横スリット）
３５ 耐熱クロス（第１のシート部材）
３６ 耐熱クロス（第２のシート部材）
４０ 押えプレート
４１ ボルト
４２ ナット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】