特許 7579048 チューブ式熱交換器及びボイラ

(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】

(24)【登録日】2024-10-29

(45)【発行日】2024-11-07

(54)【発明の名称】チューブ式熱交換器及びボイラ

(51)【国際特許分類】

   F22B 37/22 20060101AFI20241030BHJP

【ＦＩ】

F22B37/22 C

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019052494

(22)【出願日】2019-03-20

(65)【公開番号】P2020153588

(43)【公開日】2020-09-24

【審査請求日】2022-03-09

【審判番号】

【審判請求日】2023-05-30

(73)【特許権者】

【識別番号】518131296

【氏名又は名称】三菱重工マリンマシナリ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】森 匡史

(72)【発明者】

【氏名】中村 龍太

(72)【発明者】

【氏名】寺原 貴澄

(72)【発明者】

【氏名】天野 英輝

(72)【発明者】

【氏名】山根 史也

【合議体】

【審判長】水野 治彦

【審判官】竹下 和志

【審判官】鈴木 充

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－３３７６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第４４２２４９９（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

F22B 37/22

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヘッダ管と、
前記ヘッダ管に接続される複数本の熱交換管と、
前記ヘッダ管の内部に設けられ、前記ヘッダ管の内部空間を２以上のパス領域に区画する仕切り板と、
前記ヘッダ管の内壁面に固定され、前記仕切り板を保持するための複数の保持部材と、
を備え、
前記パス領域には、それぞれ前記複数本の熱交換管のうち、上流側熱交換管群、及び前記上流側熱交換管群より下流側の下流側熱交換管群が接続され、
前記仕切り板は、前記ヘッダ管の管軸方向視において前記ヘッダ管の内周面に沿う円盤状部材であり、
前記ヘッダ管は、
前記上流側熱交換管群および前記下流側熱交換管群を含む複数の前記熱交換管の接続位置と前記ヘッダ管の軸中心とを結ぶ線分に直交し、かつ、前記ヘッダ管の半径方向に沿った直線を挟んで前記接続位置側に位置する第１領域と、
前記直線を挟んで前記接続位置とは反対側に位置する第２領域と、
を含み、
前記複数の保持部材は、
前記ヘッダ管の周方向にて前記接続位置を挟んで前記接続位置の両側において、前記ヘッダ管のうち前記第１領域に固定される一対の第１保持部材と、
前記ヘッダ管のうち前記第２領域に固定される第２保持部材と、
を含み、
前記一対の第１保持部材および前記第２保持部材を含む前記複数の保持部材が、前記接続位置を避けた複数の周方向位置にて前記ヘッダ管の周方向に間隔を隔てて配置されている
チューブ式熱交換器。

【請求項2】

前記仕切り板は、前記ヘッダ管の径方向において前記ヘッダ管の前記内壁面との間に隙間が形成されるようにして設けられている
請求項１に記載のチューブ式熱交換器。

【請求項3】

前記仕切り板は、前記ヘッダ管の管軸方向において前記保持部材との間に隙間が形成されるようにして設けられている
請求項１又は２に記載のチューブ式熱交換器。

【請求項4】

前記保持部材は、前記ヘッダ管の管軸方向において前記仕切り板を挟んで両側に設けられている
請求項１～３の何れか一項に記載のチューブ式熱交換器。

【請求項5】

前記保持部材は、溶接により前記ヘッダ管の前記内壁面に固定されている
請求項１～４の何れか一項に記載のチューブ式熱交換器。

【請求項6】

前記保持部材は、前記ヘッダ管の前記内壁面にねじ止め又は加締められて取り付けられている
請求項１～４の何れか一項に記載のチューブ式熱交換器。

【請求項7】

請求項１～６の何れか一項に記載のチューブ式熱交換器と、
燃焼領域の下流側に設けられ、前記燃焼領域における燃焼で生じた排ガスを流通する煙道と、を備え、
前記煙道内に前記チューブ式熱交換器が配置されている
ボイラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、チューブ式熱交換器及びボイラに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、タンカー等の船舶や、浮体式生産貯蔵積出設備（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ ｏｆｆｌｏａｄｉｎｇ：ＦＰＳＯ）、又は浮体式貯蔵積出設備（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ ｏｆｆｌｏａｄｉｎｇ ｕｎｉｔ：ＦＳＯ）等の洋上プラントに搭載される舶用ボイラを含むボイラに適用されるチューブ式熱交換器が知られている。例えば特許文献１には、このようなチューブ式熱交換器の一態様である過熱器（ｓｕｐｅｒ ｈｅａｔｅｒ：ＳＨ）について記載されている。過熱器は、上面視において、複数の伝熱管（熱交換管）を燃焼ガスの流れに直交する方向に複数のパスに分割し、各パス内では燃焼ガスの流れに平行な方向に蒸気を移動させ、かつ、各パス間では燃焼ガスの流れに直交する方向に蒸気を移動させることで蒸気を過熱し、高温の蒸気を生成する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６１１３６３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、近年では、例えば油の採掘に伴って生ずる随伴ガスを環境中に放出することを抑制するためにボイラ燃料と混焼させるなど、ボイラに様々な運転態様が求められている。これに伴い、チューブ式熱交換器にも利便性の向上や信頼性の向上が望まれている。

【0005】

しかし、上記特許文献１のような過熱器においては、概して、各パス間を仕切る仕切り板が、ヘッダ管の内壁面に溶接などで直接的に固定されるため、ボイラシステムの運転中における熱膨張量の差に起因して、仕切り板とヘッダ管の内壁面との間に熱応力が生じて亀裂が生じる可能性がないとは言い切れず、信頼性及び利便性を向上する余地がある。

【0006】

上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、チューブ式熱交換器及びボイラの信頼性及び利便性の向上を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）本発明の少なくとも１つの実施形態に係るチューブ式熱交換器は、
ヘッダ管と、
前記ヘッダ管に接続される複数本の熱交換管と、
前記ヘッダ管の内部に設けられ、前記ヘッダ管の内部空間を２以上のパス領域に区画する仕切り板と、
前記ヘッダ管の内壁面に固定され、前記仕切り板を保持するための保持部材と、
を備えている。

【0008】

上記（１）の構成によれば、ヘッダ管の内部を２以上のパス領域に区画する仕切り板が保持部材によって保持される。つまり、仕切り板とヘッダ管の内壁面とが溶接等によって直接的に固定されることがないから、例えば溶接によって仕切り板をヘッダ管の内壁面に直接固定していた従来のチューブ式熱交換器と比較して、熱膨張によってヘッダ管と仕切り板との間に発生する熱応力を抑制することができる。よって、仕切り板とヘッダ管の内壁面との間で応力による腐食割れ、すなわち亀裂の発生を抑制することができるから、信頼性及び利便性を向上させたチューブ式熱交換器を提供することができる。

【0009】

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記仕切り板は、前記ヘッダ管の径方向において前記ヘッダ管の前記内壁面との間に隙間が形成されるようにして設けられていてもよい。

【0010】

上記（２）の構成によれば、例えばチューブ式熱交換器の運用中における熱膨張に起因して、ヘッダ管の径方向に対して仕切り板が熱伸びを生じた場合であっても、ヘッダ管の内壁面と仕切り板との間の隙間により上記熱膨張を吸収することができる。従って、ヘッダ管の内壁面と仕切り板との間において、熱応力に起因した亀裂の発生を効果的に抑制することができる。

【0011】

（３）いくつかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記仕切り板は、前記ヘッダ管の管軸方向において前記保持部材との間に隙間が形成されるようにして設けられていてもよい。

【0012】

上記（３）の構成によれば、例えばチューブ式熱交換器の運用中における熱膨張に起因して、ヘッダ管の管軸方向に対して仕切り板が熱伸びを生じた場合であっても、保持部材と仕切り板との間の隙間により上記熱膨張を吸収することができるから、保持部材と仕切り板との間において、熱応力に起因した亀裂の発生を効果的に抑制することができる。

【0013】

（４）いくつかの実施形態では、上記（１）～（３）の何れか一つの構成において、
前記保持部材は、前記ヘッダ管の管軸方向において前記仕切り板を挟んで両側に設けられていてもよい。

【0014】

上記（４）の構成によれば、保持部材により、ヘッダ管の管軸方向において仕切り板を挟んで両側から上記仕切り板を保持することができる。これにより、ヘッダ管の管軸方向における仕切り板の移動を安定的に規制することができるから、パス領域間の仕切り位置が運転中に変更されることがない。よって、チューブ式熱交換器の信頼性及び利便性の向上を図ることができる。

【0015】

（５）いくつかの実施形態では、上記（１）～（４）の何れか一つの構成において、
前記保持部材は、前記ヘッダ管の周方向に間隔を隔てて複数箇所に配置されていてもよい。

【0016】

上記（５）の構成によれば、例えばヘッダ管の内壁面と仕切り板とを、ヘッダ管の周方向の全周に亘って連続的に固定したり、或いは保持部材をヘッダ管の周方向の全周に亘って連続的に形成したりする場合と比較して、熱膨張によって保持部材に生じる寸法誤差を抑制することができる。

【0017】

（６）いくつかの実施形態では、上記（１）～（５）の何れか一つの構成において、
前記保持部材は、溶接により前記ヘッダ管の前記内壁面に固定されていてもよい。

【0018】

仕切り板を保持する保持部材自体は、仕切り板に比べて小さく形成することができるから、仮にチューブ式熱交換器の運用中に保持部材に熱伸びが生じても、仕切り板がヘッダ管の内壁面に直接的に固定されている場合に比べて熱膨張量を抑制することができる。つまり、上記（６）の構成によれば、仕切り板を保持する保持部材が、溶接によってヘッダ管の内壁面に固定されることにより、熱伸びに対する仕切り板の自由度を確保しつつ、ヘッダ管の内壁面に対して保持部材がずれたり脱落したりすることを防止して仕切り板を安定的に保持することができる。

【0019】

（７）いくつかの実施形態では、上記（１）～（６）の何れか一つの構成において、
前記保持部材は、前記ヘッダ管の前記内壁面にねじ止め又は加締められて取り付けられていてもよい。

【0020】

上記（７）の構成によれば、例えば定期的な点検時のような、チューブ式熱交換器の運転停止中には、ヘッダ管の内壁面に対して保持部材の位置をずらしたり取り外したりすることができる。よって、運転態様に応じてヘッダ管の管軸方向における仕切り板の位置をずらすことができるから、隣り合うパス領域間の仕切り位置を調整して各々のパス領域の容積を調整することができる。

【0021】

（８）いくつかの実施形態では、上記（１）～（７）の何れか一つの構成において、
前記パス領域には、それぞれ前記複数本の熱交換管のうち、上流側熱交換管群、及び前記上流側熱交換管群より下流側の下流側熱交換管群が接続されていてもよい。

【0022】

上記（８）の構成によれば、上流側熱交換管群からパス領域に流入した流体が、パス領域内を通過して下流側熱交換管群から流出する。例えば、上流側熱交換管群は、一又は複数本の熱交換管で構成することができ、下流側熱交換管群もまた、一又は複数本の熱交換管で構成することができる。つまり、各々の熱交換管群に含まれる熱交換管の本数を任意に設定することで、各熱交換管群の流路断面積を任意に調整することができる。

【0023】

（９）本発明の少なくとも一実施形態に係るボイラは、
上記（１）～（８）の何れか一つに記載のチューブ式熱交換器と、
燃焼領域の下流側に設けられ、前記燃焼領域における燃焼で生じた排ガスを流通する煙道と、を備え、
前記煙道内に前記チューブ式熱交換器が配置されている。

【0024】

上記（９）の構成によれば、上記（１）で述べたように、仕切り板とヘッダ管の内壁面とが溶接等によって直接的に固定されることがないから、例えば溶接によって仕切り板をヘッダ管の内壁面に固定していた従来の方式と比較して、熱膨張によってヘッダ管と仕切り板との間に発生する熱応力を抑制することができるチューブ式熱交換器が実現される。よって、仕切り板とヘッダ管の内壁面との間で応力による腐食割れ、すなわち亀裂の発生を抑制することができるから、信頼性及び利便性を向上させたチューブ式熱交換器を備えたボイラを提供することができる。

【発明の効果】

【0025】

本開示の少なくとも１つの実施形態によれば、チューブ式熱交換器及びボイラの信頼性及び利便性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本開示の一実施形態に係るボイラの構成例を示す概略図である。

【図2】一実施形態に係るチューブ式熱交換器の構成例を示す概略図であり、ヘッダ管の軸方向からみた縦断面図である。

【図3】一実施形態に係るチューブ式熱交換器の構成例を示す側断面図である。

【図4】一実施形態に係るチューブ式熱交換器の構成例を示す概略図であり、ヘッダ管の上方からみた透視図である。

【図5】一実施形態における保持部材の構成例を示す概略図である。

【図6】他の実施形態における保持部材の構成例を示す概略図である。

【図7】他の実施形態における保持部材の構成例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

【0028】

以下の説明では、先ず、本開示の一実施形態に係るボイラの構成について説明し、次いで本開示の一実施形態に係るチューブ式熱交換器の構成について説明する。
図１は本開示の一実施形態に係るボイラの構成例を示す概略図である。
本開示の一実施形態に係るボイラ１は、陸上施設で用いられる陸用ボイラの他、例えばタンカー等の船舶や、浮体式生産貯蔵積出設備（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ ｏｆｆｌｏａｄｉｎｇ：ＦＰＳＯ）、又は浮体式貯蔵積出設備（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ ｏｆｆｌｏａｄｉｎｇ ｕｎｉｔ：ＦＳＯ）等の洋上プラントに搭載される舶用ボイラであってもよい。

【0029】

なお、ボイラ１が舶用ボイラである場合、ボイラ１は、後述するチューブ式熱交換器２０としての過熱器を備え、船舶を推進させる動力として用いられる蒸気を発生させる主ボイラであってもよい。一方、他の実施形態におけるボイラ１は、例えば、船舶の荷役作業の動力として用いられるカーゴオイルポンプ（不図示）の駆動源となる蒸気を発生させる補助ボイラであっても良いし、発電用等の他の用途に用いられるボイラであってもよい。

【0030】

図１に示すように、ボイラ１は、火炉２と、火炉２の炉壁部３に設けられ、燃焼用燃料及び燃焼用空気を火炉２内に噴射するバーナ装置４と、火炉２内に存在する燃焼領域１００の下流側に設けられ、燃焼領域１００での燃焼で生じた燃焼ガス乃至排ガスＧを流通する煙道１０と、燃焼領域１００よりも下流に配置されたチューブ式熱交換器２０と、を備えている。また、ボイラ１は、排ガス流路に配置された蒸発管群６と、蒸発管群６の下方に設けられた水ドラム７と、蒸発管群６の上方に設けられた蒸気ドラム８と、を備えている。

【0031】

火炉２は、燃焼用燃料と燃焼用空気とを反応させて燃焼させるための中空体であり、例えば、円筒形状や箱型等、種々の形態をとり得る。このような火炉２は、外部と内部とを区画する炉壁部３を含む。炉壁部３は、冷媒としての流体が通過可能な複数の炉壁管を含んで構成される。
火炉２の内部は、該火炉２の一端から噴射された燃焼用燃料、燃焼用空気、及び／又はＶＯＣガスの燃焼火炎（火炎８０）が形成される燃焼領域１００、並びに燃焼によって生じた燃焼ガス乃至排ガスＧの流路となっている。燃焼ガスの流れ方向の下流側には上述した蒸発管群６が配置され、さらに下流側である火炉２の上部には煙突に続く燃焼ガス出口９が設けられる。なお、蒸気ドラム８の上部には蒸気出口８Ａが設けられている。

【0032】

バーナ装置４は、火炉２内に主燃料である燃焼用燃料（例えば気体燃料又は液体燃料を含む）と搬送用ガスとの混合気体、及び／又は燃焼用空気を噴射する。幾つかの実施形態では、例えば図１に示すように、バーナ装置４は、火炉２の天井部３Ａに配置され、燃焼用燃料と燃焼用空気とを下方に向けて噴射することで火炎８０を形成するように構成されていてもよい。

【0033】

かかるボイラ１は、例えば火炉２の炉壁部３に設けられ、揮発性有機化合物（ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ：ＶＯＣ）と不活性ガスとを含む揮発性ガス（ＶＯＣガス）を火炉２内に供給する揮発性ガス供給部５をさらに備えていてもよい。揮発性ガス供給部５は、例えば不図示のＶＯＣガスラインを通って搬送されたＶＯＣと不活性ガスとを含む揮発性ガスを火炉２内に供給するように構成される。

【0034】

続いて、本開示の少なくとも一実施形態に係るチューブ式熱交換器２０について詳しく説明する。図２は一実施形態に係るチューブ式熱交換器の構成例を示す概略図であり、ヘッダ管の軸方向からみた縦断面図である。図３は一実施形態に係るチューブ式熱交換器の構成例を示す側断面図である。図４は一実施形態に係るチューブ式熱交換器の構成例を示す概略図であり、ヘッダ管の上方からみた透視図である。

【0035】

まず、図１に非限定的に例示するように、本発明の少なくとも１つの実施形態に係るチューブ式熱交換器２０は、火炉２内又は煙道１０内であって、燃焼領域１００で生じた燃焼ガス乃至排ガスＧの流れにおいて、燃焼領域１００よりも下流の排ガス流路に配置される。チューブ式熱交換器２０は、上記排ガス流路内を流れる排ガスＧとの熱交換によって、該排ガス流路内に配置された配管内を流れる水又は蒸気を加熱する熱交換器であり、例えば水を加熱するエコノマイザ（図示略）、上述した蒸発管群６を含む蒸発器、蒸発器により得られた蒸気をさらに加熱して過熱蒸気を生成する過熱器、又は煙道１０内に配置された再熱器などであってもよい。

【0036】

かかるチューブ式熱交換器２０は、例えば図２～４に非限定的に例示するように、ヘッダ管２２と、ヘッダ管２２に接続される複数本の熱交換管３５と、ヘッダ管２２の内部に設けられ、該ヘッダ管２２の内部空間を２以上のパス領域５０に区画する仕切り板４０と、ヘッダ管２２の内壁面２４に固定され、仕切り板４０を保持するための保持部材６０と、を備えている。

【0037】

ヘッダ管２２は、後述する熱交換管３５が複数本接続された集合管であり、排ガス流路内を流れる排ガスＧの流れと交差（又は直交）するように配置される。このヘッダ管２２は、特に限定されないが、例えば直線状に形成された直管であってもよく、必要に応じて複数本設けられていてもよい。複数本のヘッダ管２２を設ける場合、ヘッダ管２２の内部を流れる流体が、一のヘッダ管２２から他のヘッダ管２２へと流通可能なように、互いの内部空間が後述する熱交換管３５を介して連通するように構成される。一のヘッダ管２２と他のヘッダ管２２とは、例えば平行に配置されていてもよく、互いが隣り合って近くに配置されていてもよい。

【0038】

かかるヘッダ管２２の内部空間は、管軸方向に交差（又は直交）するように配置された仕切り板４０により、複数のパス領域５０に区画されている。各々のパス領域５０は、チューブ式熱交換器２０内を流れる水又は蒸気などの流体が、該流体の流れの上流から下流にかけて、連続する（又は隣り合う）パス領域５０間で段階的に温度が上昇するようにして、夫々異なる温度域の流体（水又は蒸気）が流通するようになっている。

【0039】

熱交換管３５は、その一端が一のヘッダ管２２に接続されるとともに、他端が他のヘッダ管２２に接続されるようにして設けられている。例えば熱交換管３５は、一端から流入した流体が折り返して逆向きに流れるようにして、一端と他端とが同一方向を向くように平行に配置されたＵ字状の配管であってもよい。本開示の一実施形態に係るチューブ式熱交換器２０では、このような熱交換管３５が複数本設けられている。すなわち、一のヘッダ管２２における一のパス領域５０と、他のヘッダ管２２における一のパス領域５０とは、両者の間に接続される一以上の熱交換管３５を含む熱交換管群３０によって連通している。各々の熱交換管群３０は、夫々が同一温度域の流体を流通させるように並設された２以上の熱交換管３５を含んでいてもよい。

【0040】

仕切り板４０は、例えば板状の部材であってもよく、ヘッダ管２２の管軸方向視において該ヘッダ管２２の内周面（内壁面２４）に沿う円盤状の部材であってもよい。
そして上述したように、本開示における仕切り板４０は、保持部材６０を介してヘッダ管２２の内壁面２４に支持されている。

【0041】

保持部材６０は、ヘッダ管２２の内壁面２４に対向する一端の少なくとも一部においてヘッダ管２２の内壁面２４に固定されるとともに、上記一端以外の他の部分において仕切り板４０に接することで仕切り板４０を保持するように構成されている。すなわち、保持部材６０は、仕切り板４０とは固定されずに、ヘッダ管２２の径方向Ｄ又は管軸方向Ｘにおける仕切り板４０の移動を所定の範囲内に規制するようにして設けられている。

【0042】

このように、ヘッダ管２２の内部を２以上のパス領域５０に区画する仕切り板４０が保持部材６０によって保持される構成によれば、仕切り板４０とヘッダ管２２の内壁面２４とが溶接等によって直接的に固定されることがないから、例えば溶接によって仕切り板４０をヘッダ管２２の内壁面２４に直接固定していた従来のチューブ式熱交換器と比較して、熱膨張によってヘッダ管２２と仕切り板４０との間に発生する熱応力を抑制することができる。よって、仕切り板４０とヘッダ管２２の内壁面２４との間で応力による腐食割れ、すなわち亀裂の発生を抑制することができるから、信頼性及び利便性を向上させたチューブ式熱交換器２０を提供することができる。
なお、ヘッダ管２２の肉厚が厚いほど熱膨張による応力腐食割れの可能性が高まることが知られており、肉厚が厚いチューブ式熱交換器２０に上記構成を用いることで本願の利益を最大限に享受することができる。例えばヘッダ管２２の肉厚が厚い高出力のボイラ１に本発明の一実施形態を適用することで、本開示の何れかの実施形態で示す利益を最大限に享受することができるのである。

【0043】

いくつかの実施形態では、上述した構成において、例えば図２に例示するように、保持部材６０は、ヘッダ管２２の周方向Ｒに間隔を隔てて複数箇所に配置されていてもよい。
ヘッダ管２２の周方向Ｒにおける保持部材６０の配置や数は特に限定されず、必要に応じて任意の数又は配置を採用し得る。

【0044】

このように、保持部材６０をヘッダ管２２の周方向Ｒに間隔を隔てて複数箇所に配置した構成によれば、例えばヘッダ管２２の内壁面２４と仕切り板４０とを、ヘッダ管２２の周方向Ｒの全周に亘って連続的に固定したり、或いは保持部材６０をヘッダ管２２の周方向Ｒの全周に亘って連続的に形成したりする場合と比較して、熱膨張によって保持部材６０に生じる寸法誤差を抑制することができる。

【0045】

幾つかの実施形態では、上述した何れかの構成において、例えば図２及び図３に例示するように、仕切り板４０は、ヘッダ管２２の径方向Ｄにおいてヘッダ管２２の内壁面２４との間に隙間７１が形成されるようにして設けられていてもよい。すなわち、仕切り板４０は、ヘッダ管２２の内径よりも小さな直径を有していてもよい。例えば仕切り板４０は、ボイラ１の稼働中における熱伸びにより熱膨張した際にも、ヘッダ管２２の内壁面２４に接することがないように、試運転等により予め設定された寸法未満の直径を有するように構成されていてもよい。

【0046】

このようにヘッダ管２２の内壁面２４と仕切り板４０との間に隙間７１を設けた構成によれば、例えばチューブ式熱交換器２０の運用中における熱膨張に起因して、ヘッダ管２２の径方向Ｄに対して仕切り板４０が熱伸びを生じた場合であっても、ヘッダ管２２の内壁面２４と仕切り板４０との間の隙間により上記熱膨張を吸収することができる。従って、ヘッダ管２２の内壁面２４と仕切り板４０との間において、熱応力に起因した亀裂の発生を効果的に抑制することができる。

【0047】

いくつかの実施形態では、上述した何れかの構成において、例えば図３に例示するように、仕切り板４０は、ヘッダ管２２の管軸方向Ｘにおいて保持部材６０との間に隙間７２が形成されるようにして設けられていてもよい。

【0048】

このように、保持部材６０と仕切り板４０との間に隙間を設けた構成によれば、例えばチューブ式熱交換器２０の運用中における熱膨張に起因して、ヘッダ管２２の管軸方向Ｘに対して仕切り板４０が熱伸びを生じた場合であっても、保持部材６０と仕切り板４０との間の隙間７２により上記熱膨張を吸収することができるから、保持部材６０と仕切り板４０との間において、熱応力に起因した亀裂の発生を効果的に抑制することができる。

【0049】

いくつかの実施形態では、上述した何れか一つの構成において、例えば図３及び図４に例示するように、保持部材６０は、ヘッダ管２２の管軸方向Ｘにおいて仕切り板４０を挟んで両側に設けられていてもよい。
この場合、保持部材６０は、ヘッダ管２２の管軸方向Ｘにおける仕切り板４０の一方側と他方側とで、それぞれヘッダ管２２の周方向Ｒの対応する位置に配置されていてもよい。或いは、保持部材６０は、ヘッダ管２２の管軸方向Ｘにおける仕切り板４０の一方側と他方側とで、それぞれヘッダ管２２の周方向Ｒにおいて異なる位置に配置されていてもよく、上記管軸方向Ｘにおける仕切り板４０の一方側と他方側とで互い違いの（飛び飛びの）位置に交互に配置されていてもよい。さらに、保持部材６０は、仕切り板４０の外周の一部を、ヘッダ管２２の管軸方向Ｘの一端側から他端側に渡ってコ字状に支持することで仕切り板４０を保持するように構成されていてもよい。

【0050】

このように、保持部材６０により、ヘッダ管２２の管軸方向Ｘにおいて仕切り板４０を両側から挟んで上記仕切り板４０を保持する構成によれば、ヘッダ管２２の管軸方向Ｘにおける仕切り板４０の移動を安定的に規制することができるから、パス領域５０間の仕切り位置が運転中に変更されることがない。よって、チューブ式熱交換器２０の信頼性及び利便性の向上を図ることができる。

【0051】

いくつかの実施形態では、上述した何れか一つの構成において、例えば図４に例示するように、パス領域５０には、それぞれ複数本の熱交換管３５のうち、上流側熱交換管群３１、及び該上流側熱交換管群３１より下流側の下流側熱交換管群３２が接続されていてもよい。
すなわち、パス領域５０には、ヘッダ管２２の内部を流れる水又は蒸気等の流体の流れにおいて、上流に位置する上流側熱交換管群３１と、該流体の流れにおいて上流側熱交換管群３１よりも下流に位置する下流側熱交換管群３２とが接続されていてもよい。より詳細には、パス領域５０には、上流側熱交換管群３１における下流側の端部と、下流側熱交換管群３２における上流側の端部とが接続され得る。
なお、図４では、説明の簡略化のため、ヘッダ管２２の管軸方向Ｘにおいて、ある特定の位置に一本の熱交換管３５のみが設けられているように描写しているが、これに限定するものではない。すなわち、幾つかの実施形態では、ヘッダ管２２の管軸方向Ｘにおけるある特定の位置に、複数の熱交換管３５が接続されていてもよい（例えば図２参照）。

【0052】

このように、パス領域５０に上流側熱交換管群３１及び下流側熱交換管群３２を接続した構成によれば、上流側熱交換管群３１からパス領域５０に流入した流体が、パス領域５０内を通過して下流側熱交換管群３２から流出する。例えば、上流側熱交換管群３１は、一又は複数本の熱交換管３５で構成することができ、下流側熱交換管群３２もまた、一又は複数本の熱交換管３５で構成することができる。つまり、各々の熱交換管群３０に含まれる熱交換管３５の本数を任意に設定することで、各熱交換管群３０の流路断面積を任意に調整することができる。

【0053】

いくつかの実施形態では、上述した何れか一つの構成において、例えば図５に例示するように、保持部材６０は、溶接によりヘッダ管２２の内壁面２４に固定されていてもよい。図５には、このようにして保持部材６０をヘッダ管２２の内壁面２４に固定する際の溶接痕６２の一例を示す。かかる溶接痕６２は、ヘッダ管２２の管軸方向Ｘにおいて保持部材６０の一端側と他端側との少なくとも一方に設けてもよいし、上記一端側と他端側との両方に設けてもよい。

【0054】

仕切り板４０を保持する保持部材６０自体は、仕切り板４０に比べて小さく形成することができるから、仮にチューブ式熱交換器２０の運用中に保持部材６０に熱伸びが生じても、仕切り板４０がヘッダ管２２の内壁面２４に直接的に固定されている場合に比べて熱膨張量を抑制することができる。つまり、上記のように、仕切り板４０を保持する保持部材６０を溶接によってヘッダ管２２の内壁面２４に固定した構成によれば、熱伸びに対する仕切り板４０の自由度を確保しつつ、ヘッダ管２２の内壁面２４に対して保持部材６０がずれたり脱落したりすることを防止して仕切り板４０を安定的に保持することができる。

【0055】

続いて、図６及び図７は、それぞれ本開示の他の実施形態における保持部材の構成例を示す概略図である。
いくつかの実施形態では、上述した何れか一つの構成において、例えば図６に例示するように、保持部材６０は、ヘッダ管２２の内壁面２４にねじ止め取り付けられていてもよい。この場合、例えばヘッダ管２２の側断面においてＬ字状を呈するように構成された保持部材６０をボルト６４によってヘッダ管２２の内壁面２４に固定してもよいし、仕切り板４０を保持可能な大きさに形成されたねじ自体を保持部材６０として採用してもよい。
また、いくつかの実施形態では、上述した何れか一つの構成において、例えば図７に例示するように、保持部材６０は、ヘッダ管２２の内壁面２４に加締められて取り付けられていてもよい。

【0056】

このように、ヘッダ管２２の内壁面２４に保持部材６０をねじ止めして又は加締めて取り付けた構成によれば、例えば定期的な点検時のような、チューブ式熱交換器２０の運転停止中には、ヘッダ管２２の内壁面２４に対して保持部材６０の位置をずらしたり取り外したりすることができる。よって、運転態様に応じてヘッダ管２２の管軸方向Ｘにおける仕切り板４０の位置をずらすことができるから、隣り合うパス領域５０間の仕切り位置を調整して各々のパス領域５０の容積を調整することができる。

【0057】

幾つかの実施形態では、上述した何れか一つの実施形態において、仕切り板４０は、一のパス領域５０から流出して他のパス領域５０に流入するまでの間における、熱交換管３５内での流体の吸熱量が均一化されるようにしてヘッダ管２２の内部空間を区画するように設けられていてもよい。

【0058】

流体が流れる際、流路断面積が小さい場合は流速が速くなり、流路断面積が大きい場合は流速が遅くなる。よって、一のパス領域５０に連通する熱交換管３５の本数を適切に調整することで、一のパス領域５０から次のパス領域５０までの間に熱交換管３５内を流通する流体の滞在時間を調整することができる。つまり、上記構成によれば、一のパス領域５０に連通する熱交換管３５の本数を適切に調整することで、一のパス領域５０から次のパス領域５０までの間における熱交換管３５内での流体の吸熱量を均一化することができる。

【0059】

また、以上述べたような構成のチューブ式熱交換器２０を備えたボイラ１によれば、チューブ式熱交換器２０における仕切り板４０とヘッダ管２２の内壁面２４とが溶接等によって直接的に固定されることがないから、例えば溶接によって仕切り板４０をヘッダ管２２の内壁面２４に固定していた従来の方式と比較して、熱膨張によってヘッダ管２２と仕切り板４０との間に発生する熱応力を抑制することができる。よって、仕切り板４０とヘッダ管２２の内壁面２４との間で応力による腐食割れ、すなわち亀裂の発生を抑制することができるから、信頼性及び利便性を向上させたチューブ式熱交換器２０を備えたボイラ１を提供することができる。

【0060】

以上のように、本開示の少なくとも１つの実施形態によれば、チューブ式熱交換器２０及びボイラ１の信頼性及び利便性の向上を図ることができる。

【0061】

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。

【符号の説明】

【0062】

１ ボイラ
２ 火炉
３ 炉壁部
４ バーナ装置
５ 揮発性ガス供給部
６ 蒸発管群
７ 水ドラム
８ 蒸気ドラム
８Ａ 蒸気出口
９ 燃焼ガス出口
１０ 煙道
２０ チューブ式熱交換器（エコノマイザ／蒸発器／過熱器／再熱器）
２２ ヘッダ管
２４ 内壁面
３０ 熱交換管群
３１ 上流側熱交換管群
３２ 下流側熱交換管群
３５ 熱交換管
４０ 仕切り板
５０ パス領域
６０ 保持部材
６２ 溶接痕
６４ ボルト
７１ 隙間（径方向）
７２ 隙間（管軸方向）
８０ 火炎
１００ 燃焼領域
Ｇ 排ガス
Ｄ ヘッダ管の径方向
Ｒ ヘッダ管の周方向
Ｘ ヘッダ管の管軸方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】