伝熱装置及び該伝熱装置を備えるプラント設備
【課題】停止中は流路内の圧力損失を低減させることができる、流路内に設置され流路内を流通する流体を加熱又は冷却する伝熱装置を提供する。
【解決手段】ダクト５１内を流通する燃焼用空気を蒸気で加熱する伝熱装置１であり、多数の蒸気管１３を有する伝熱体１１と、伝熱体１１の設置方向を転換させる回転軸３１を有する設置方向転換手段とを備える。伝熱体１１は、一端を蒸気ヘッダー１５、他端をドレンヘッダー１７に接続する複数の蒸気管（伝熱管）１３を有し、伝熱体１１の中心部に回転軸３１が取付けられている。空気を加熱するときは、蒸気管１３が空気の流れに対して平行になるように設置され、空気を加熱する必要がないときは、ダクト５１内の通気抵抗を低減させるため回転軸３１を介して伝熱体１１を、空気を加熱する状態と比較して９０°方向転換させる。
【解決手段】ダクト５１内を流通する燃焼用空気を蒸気で加熱する伝熱装置１であり、多数の蒸気管１３を有する伝熱体１１と、伝熱体１１の設置方向を転換させる回転軸３１を有する設置方向転換手段とを備える。伝熱体１１は、一端を蒸気ヘッダー１５、他端をドレンヘッダー１７に接続する複数の蒸気管（伝熱管）１３を有し、伝熱体１１の中心部に回転軸３１が取付けられている。空気を加熱するときは、蒸気管１３が空気の流れに対して平行になるように設置され、空気を加熱する必要がないときは、ダクト５１内の通気抵抗を低減させるため回転軸３１を介して伝熱体１１を、空気を加熱する状態と比較して９０°方向転換させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風道に設置されボイラの燃焼用空気を予熱する蒸気式空気予熱器など、流路内に設置され流路内を流通する流体を加熱又は冷却する伝熱装置及び該伝熱装置を備えるプラント設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、製鉄所から発生する副生ガスである高炉ガス、転炉ガス、コークス炉ガス、これらガスを混合したミックスガスを燃料ガスとするガス専焼、高炉ガス、転炉ガス、コークス炉ガス、これらガスを混合したミックスガス及び重油が燃焼可能な混焼、及び重油専焼が可能な火力発電プラントでは、燃料費が安価なガス専焼で燃料に見合った発電出力とするガス成り運転が経済的な理由から主な運用となっている。製鉄所の操業変動によるコークス炉ガス不足時、高炉ガスの熱量不足等による最低出力維持及び給電要請による焚き増し時には重油混焼が、さらに製鉄所からの副生ガスの供給が停止した場合には重油専焼が行われるが、重油混焼と重油専焼とを合わせてもその運転の割合は、全体の１０％程度である。
【０００３】
一般に火力発電プラントで使用するボイラの燃焼用空気は、熱効率を高めるために燃焼ガスと熱交換し、予熱した状態でボイラに送られる。燃焼ガスと燃焼用空気との熱交換には、回転再生式空気予熱器が多く用いられる（例えば特許文献１参照）。副生ガスを燃料とする火力発電プラントにおいては、重油混焼、重油専焼時には、燃焼ガスに酸性ガスが含まれる。このような燃焼ガスと燃焼用空気とを回転再生式空気予熱器で熱交換させるとき、酸性ガスの露点以下の温度で熱交換させると回転再生式空気予熱器の伝熱エレメントが腐食してしまう。このため副生ガスを燃料とする火力発電プラントでは、回転再生式空気予熱器の上流側に蒸気式空気予熱器を設置し、燃焼用空気を蒸気式空気予熱器で予熱した後に回転再生式空気予熱器に送っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−６５９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
蒸気式空気予熱器は、風道に設置され、押込通風機から送られる燃焼用空気を予熱する一方で、通気抵抗となるため押込通風機の所要動力を押し上げる。これは蒸気式空気予熱器が停止している状態であっても同じであり、蒸気式空気予熱器が停止しているときは、蒸気式空気予熱器は、障害物となっている。副生ガスを燃料とする火力発電プラントにおいて、ガス成り運転時には、燃焼ガスに酸性ガスが含まれないため蒸気式空気予熱器を運転する必要はないが、少ない割合ながら重油混焼、重油専焼運転が行われる以上、蒸気式空気予熱器を設置しないわけにはいかない。運転の約９０％を占めるガス成り運転時に風道の圧力損失を低下させることができれば、押込通風機の所要動力、運転費を大幅に低減させることができるが、これまでこのような課題は認識されておらず、解決手段も提示されていない。
【０００６】
本発明の目的は、停止中は流路内の圧力損失を低減させることができる、流路内に設置され流路内を流通する流体を加熱又は冷却する伝熱装置及び該伝熱装置を備えるプラント設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、流路内に設置され流路内を流通する流体を加熱又は冷却する伝熱体と、流路内に設置された前記伝熱体の設置方向を前記流路内の圧力損失が減少する方向に９０°方向転換させる設置方向転換手段と、を含むことを特徴とする伝熱装置である。
【０００８】
また本発明は、前記伝熱装置において、前記設置方向転換手段は、前記伝熱体の中心に取付けられた回転軸を有し、該回転軸を中心に前記伝熱体を９０°回転させ設置方向を転換させることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、前記伝熱装置において、前記設置方向転換手段は、前記伝熱体の一端部に取付けられた回転軸を有し、該回転軸を中心に前記伝熱体を９０°回転させ設置方向を転換させることを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、前記伝熱装置において、前記流路が、副生ガス及び化石燃料を燃料としガス成り運転を行う火力発電プラントのボイラに燃焼用空気を送る風道であり、前記伝熱装置が、燃焼用空気を予熱する蒸気式空気予熱器であることを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、熱交換器を備えるプラント設備であって、該プラント設備を運転している最中に熱交換器を運転及び／又は停止させるプラント設備において、前記熱交換器が請求項１から３のいずれか１に記載の伝熱装置であることを特徴とするプラント設備である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の伝熱装置は、流路内に設置され流路内を流通する流体を加熱又は冷却する伝熱体の設置方向を流路内の圧力損失が減少する方向に９０°方向転換させる設置方向転換手段を備えるので、流路内を流通する流体を加熱又は冷却する必要がないときは、伝熱体を圧力損失が減少する方向に９０°方向転換させることで、流路内の圧力損失を低減させることができる。
【００１３】
また本発明によれば、設置方向転換手段は、伝熱体の中心に回転軸を有し、回転軸を中心に伝熱体を９０°回転させ設置方向を転換させることができるので、容易に流路内の圧力損失を低減させることができる。伝熱体が立体的形状を有していても伝熱体の中心に回転軸を設けることで、安定的に伝熱体を９０°方向転換させることができる。
【００１４】
また本発明によれば、設置方向転換手段は、伝熱体の一端部に回転軸を有し、回転軸を中心に伝熱体を９０°回転させ設置方向を転換させることができるので、容易に流路内の圧力損失を低減させることができる。伝熱体が平面的形状の場合、伝熱体の一端部に回転軸を設けることで、ダクトなど流路を形成する壁面に伝熱体が接するように方向転換させることもできるので、流路内の圧力損失を確実に低減させることができる。
【００１５】
本発明の伝熱装置は、流路内を流通する流体を加熱又は冷却する必要がないときは、伝熱体の設置方向を流路内の圧力損失が減少する方向に９０°方向転換させることができるので、本発明の伝熱装置を、副生ガス及び重油、ＬＮＧなどの化石燃料を燃料としガス成り運転を行う火力発電プラントのボイラの燃焼用空気を予熱する蒸気式空気予熱器として好適に使用することができる。
【００１６】
また本発明の伝熱装置は、流路内を流通する流体を加熱又は冷却する必要がないときは、伝熱体の設置方向を流路内の圧力損失が減少する方向に９０°方向転換させることができるので、本発明の伝熱装置を、プラント設備を運転している最中に運転及び／又は停止する熱交換器を備えるプラント設備の熱交換器として好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態としての矩形のダクトに設置された伝熱装置１の斜視図である。
【図２】図１の伝熱装置１の使用時の設置状態を示す平面図である。
【図３】図１の伝熱装置１の停止時の設置状態を示す平面図である。
【図４】本発明の第２実施形態としての伝熱装置２の構造及び設置方向転換要領を説明するための模式図であり、（ａ）が使用時、（ｂ）が停止時を示す。
【図５】本発明の第３実施形態としての伝熱装置３の構造及び設置方向転換要領を説明するための模式図であり、（ａ）が使用時、（ｂ）が停止時を示す。
【図６】本発明の第４実施形態としての伝熱装置４の構造及び設置方向転換要領を説明するための模式図であり、（ａ）が使用時、（ｂ）が停止時を示す。
【図７】本発明の第５実施形態としての伝熱装置５の構造及び設置方向転換要領を説明するための模式図であり、（ａ）が使用時、（ｂ）が停止時を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の第１実施形態としての矩形のダクト５１に設置された伝熱装置１の斜視図である。図２は、伝熱装置１の使用時の設置状態を示す平面図、図３は、伝熱装置１の停止時の設置状態を示す平面図である。
【００１９】
伝熱装置１は、ダクト５１内を流通する燃焼用空気を蒸気で加熱する加熱器であり、多数の蒸気管を有する伝熱体１１と、伝熱体１１の設置方向を方向転換させる回転軸３１を有する設置方向転換手段とを備える。
【００２０】
伝熱体１１は、蒸気管（伝熱管）１３、蒸気ヘッダー１５、ドレンヘッダー１７、補強用の連結板１９及び連結棒２１を含む。蒸気管１３は、Ｖ字形状を有し、長さはダクト５１とほぼ同じであり、９本の蒸気管１３がダクト５１の横幅方向に等間隔に蒸気ヘッダー１５の長さいっぱいに設けられている。また蒸気管１３は、補強用の連結板１９及び連結棒２１で互いが連結されている。各蒸気管１３は、一端を蒸気ヘッダー１５、他端をドレンヘッダー１７に接続し、内部を蒸気が流れ、ダクト５１内を流通する空気を加熱する。
【００２１】
蒸気ヘッダー１５は、ダクト５１に設けられた２つの蒸気供給管５３とフレキシブル管５５を介して接続し、図示を省略した蒸気供給管から加熱用蒸気が供給される。ドレンヘッダー１７も蒸気ヘッダー１５と同様に、ダクト５１に設けられた２つのドレン排出管５７とフレキシブル管５９を介して接続し、蒸気管１３で発生したドレンを系外に排出する。蒸気ヘッダー１５とドレンヘッダー１７とは上下に平行に配置され、連結板２３で互いに連結されている。これにより、蒸気管１３、蒸気ヘッダー１５及びドレンヘッダー１７は、一体的に連結される。蒸気供給管５３に接続するフレキシブル管５５、ドレン排出管５７と接続するフレキシブル管５９は、自由に動ける十分な長さを有している。
【００２２】
設置方向転換手段は、伝熱体１１の中心に取付けられた回転軸３１、回転軸３１を回転自在に支持する外部軸受３３、内部軸受３５を含み、伝熱体１１の設置方向を、回転軸３１を中心に９０°方向転換させる。回転軸３１は、蒸気ヘッダー１５とドレンヘッダー１７とを連結する連結板２３及び蒸気管１３を互いに連結する先端部の連結板１９に取付けられており、伝熱体１１の中心に位置する。回転軸３１の一端は、ダクト５１を貫通し、ダクト５１の外壁面に取付けられた、グランドパッキン３７が装着された外部軸受３３で回転自在に支持され、回転軸３１の他端部は、ダクト５１の内壁面に取付けられた内部軸受３５で回転自在に支持されている。内部軸受３５は、回転軸３１が回転自在に嵌り込む凹部３９を有し、該凹部３９で回転軸３１を支持する。また回転軸３１の一端は、ダクトを貫通し、回転軸駆動装置（図示を省略）に連結する。これにより伝熱体１１は回転軸３１を中心に左右どちらかに９０°回転することができる。
【００２３】
外部軸受３３は、使用時・不使用時の熱による、伸びを吸収可能なスライド方式であり、内部軸受３５は、固定式である。外部軸受３３、内部軸受３５は、図示を省略した架台に固定支持され、架台と一体となって、ダクト５１の壁面に取付けられている。軸受には、回転軸３１のほか伝熱体１１の重量がかかるため、軸受及び軸受取付部は、この重量に耐え得る強度が必要である。本実施形態では、ダクト５１の厚さが薄く、十分な強度を有していないので、回転軸３１のほか伝熱体１１の重量を架台で受けるようにしている。軸受を取付けるダクト５１部分を補強材で補強して、ダクト５１に直接、軸受を取付けてもよく、ダクト５１を取り付けている架構がある場合は、それを利用して軸受を取付けてもよい。
【００２４】
回転軸３１を支持する軸受は、回転軸３１を回転自在に支持できれば、特定の軸受に限定されるものではない。よって内部軸受３５に代え、ダクト５１の外壁面に外部軸受を設け、回転軸３１をダクト５１を貫通させ外部軸受で回転自在に支持させるようにしてもよい。本実施形態のようにダクト５１内を外気温とほぼ同じ温度の燃焼用空気が大気圧よりわずかに高い圧力で流通するような場合には、回転軸３１のシール機能は比較的簡単なシール機構でもよく、グランドパッキン３７に代え、オイルリングなどを使用することができる。また、回転軸３１を回転駆動させる回転駆動装置も特定の装置に限定されるものではない。例えば回転軸３１にギアを取付け、このギアをギア機構を介して正転、逆転可能な電動モータと接続させ、これにより回転軸３１を回転させるようにしてもよい。
【００２５】
回転軸３１を中心に伝熱体１１を回転させる場合の最大直径は、蒸気ヘッダー１５の一端とドレンヘッダー１７の一端を対角に結ぶ距離となる。このため本実施形態では、蒸気ヘッダー１５の一端とドレンヘッダー１７の一端を対角に結ぶ距離が、ダクト５１の幅Ｌよりもわずかに短くなるように伝熱体１１の大きさが設定されている。このような伝熱体１１を使用して燃焼用空気を加熱する場合には、図２のように蒸気ヘッダー１５は、燃焼用空気の流れに対して直交するように配置されるが、両端部の伝熱管１３とダクト５１の内壁面との間に隙間が生じてしまう。この隙間の大きさは、蒸気ヘッダー１５の一端とドレンヘッダー１７の一端を対角に結んだ距離から蒸気ヘッダー１５の長さを差し引いた長さの半分である。
【００２６】
このため本実施形態では、端部の伝熱管１３とダクト５１の内壁面との間の隙間を覆う可動式ダンパ４１が両サイドに設けられている。この可動式ダンパ４１は、板状の部材であり、ヒンジ（図示を省略）を介してダクト５１の内壁面に取付けられており、図示を省略した駆動装置によりダクト５１の外から駆動することが可能であり、ダクト５１の内壁面に対して直交させることの他、ダクト５１の内壁面に接触するように折り畳むことができる。可動式ダンパ４１の可動方法は、特定の方法に限定されず、ヒンジに代え、例えば可動式ダンパ４１の端部に回転軸を設け、回転軸を中心に回転させる方法であってもよい。
【００２７】
伝熱装置１を用いて燃焼用空気を加熱する場合には、伝熱体１１は、図２に示すように燃焼用空気が効率的に蒸気管１３に接触するように燃焼用空気の流れに対して蒸気管１３が平行になるように設置される。よって燃焼用空気の流れに対して正面から見ると一の蒸気管１３は、直管に見える。同時に可動式ダンパ４１は、端部の蒸気管１３とダクト５１の内壁面との間の隙間を塞ぐように位置する。図１の場合では、図の下方から上方に向かって燃焼用空気が流れ、加熱用蒸気は、上方に位置する蒸気ヘッダー１５から蒸気管１３に流れ込み、燃焼用空気と熱交換し、ドレンとなり下方のドレンヘッダー１７、フレキシブル管５９を通って系外に排出される。なお、伝熱装置１を火力発電プラントのボイラの燃焼用空気を予熱する予熱器として使用するような場合には、ドレンは復水器に回収するのが望ましい。
【００２８】
一方、燃焼用空気を加熱する必要がない場合には、図３に示すようにダクト５１内の通気抵抗を低減させるべく伝熱体１１を、燃焼用空気を加熱する状態と比較して９０°回転させる。この設置方向は、燃焼用空気の流れに対して蒸気管１３が重なるような設置方向であり、燃焼用空気の流れに対して正面から見ると、複数の蒸気管１３は、一つのＶ字管に見える。なお伝熱体１１を回転させるに先立ち、可動式ダンパ４１は折り畳まれ、その後も抵抗とならないように折り畳まれたままである。燃焼用空気を加熱する必要がない場合には、蒸気管１３には蒸気は供給されない。
【００２９】
上記のように伝熱装置１の伝熱体１１は立体的形状からなるが、回転軸３１を伝熱体１１の中心に設けることで、バランスよく伝熱体１１を支持することが可能であり、伝熱体１１の方向転換も安定的に行うことができる。さらに立体的形状からなる伝熱体１１であっても、可動式ダンパ４１を併用することで伝熱性能を高く維持することができる。
【００３０】
図４は、本発明の第２実施形態としての伝熱装置２の構造及び設置方向転換要領を説明するための模式図である。図１〜図３に示す第１実施形態の伝熱装置１に対応する部分には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３１】
伝熱装置２も図１〜図３に示す伝熱装置１と同様に、ダクト５１内を流通する燃焼用空気を蒸気で加熱する加熱器であり、多数の蒸気管（伝熱管）１４を有する伝熱体１２と、伝熱体１２の設置方向を方向転換させるための回転軸３２とを備える。この伝熱体１２は、直管の蒸気管１４を備えるが、蒸気管１４の形状を除けば基本的構成は、図１〜図３に示す伝熱体１１と同じである。蒸気ヘッダー１５及びドレンヘッダー１７の両端部には、十分な長さを有するフレキシブル管５５、５９が接続され、フレキシブル管５５、５９は、ダクト５１を貫通する。フレキシブル管５５、５９が貫通するダクト５１の壁面には、ダクト５１内の空気が外部に漏れ出さないようにシール機構（図示省略）が設けられている。
【００３２】
回転軸３２は、上下に分かれており、上部回転軸３２ａが蒸気ヘッダー１５の中央部に、下部回転軸３２ｂがドレンヘッダー１７の中央部に各ヘッダーに直交するように取付けられている。２本の回転軸３２ａ、３２ｂは、一直線上に配置されている。回転軸３２ａの上端は、ダクト５１を貫通し、ダクト５１の外壁面に取付けられた、グランドパッキンが装着された外部軸受（図示省略）で回転自在に支持され、回転軸３２ｂの端部は、ダクト５１の内壁面に取付けられた内部軸受（図示省略）で回転自在に支持されている。また回転軸３２ａの上端は、外部軸受を貫通し、回転軸駆動装置（図示を省略）に連結する。これにより伝熱体１２は回転軸３２を中心に左右に９０°回転することができる。軸受、回転軸駆動装置は、図１〜図３に示す軸受、回転軸駆動装置と基本的に同じであるが、本実施形態の伝熱装置２では下方の軸受に全重量が加わるため、下方の軸受はこの点が考慮された軸受、軸受取付構造となっている。本実施形態では、伝熱体１２が平面的形状であるため第１実施形態の伝熱装置１と異なり、可動式ダンパ４１は不要である。
【００３３】
伝熱装置２を用いて燃焼用空気を加熱する場合には、伝熱体１２は、燃焼用空気が効率的に蒸気管１４に接触するように燃焼用空気の流れに対して複数の蒸気管１４が正対するように設置される（図４（Ａ））。一方、燃焼用空気を加熱する必要がない場合には、ダクト５１内の通気抵抗を低減させるため伝熱体１２を、燃焼用空気を加熱する状態と比較して９０°回転させる。この設置方向は、燃焼用空気の流れに対して蒸気管１４が重なるような設置方向であり、燃焼用空気の流れに対して正面から見る複数の蒸気管１４は、一つの直管に見える（図４（Ｂ））。
【００３４】
図５は、本発明の第３実施形態としての伝熱装置３の構造及び設置方向転換要領を説明するための模式図である。図４に示す第２実施形態の伝熱装置２に対応する部分には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３５】
伝熱装置３は、伝熱装置２と比較し、回転軸３２の取付け位置及び取付け要領が異なる点を除けば他の部分は同一である。伝熱体１２は、蒸気ヘッダー１５及びドレンヘッダー１７の両端部が連結棒２２（２２ａ、２２ｂ）で連結されており、回転軸３２（３２ａ、３２ｂ）は、この連結棒２２の中心部に連結棒２２に直交するように設けられている。２本の回転軸３２ａ、３２ｂは、一直線上に配置されている。
【００３６】
伝熱装置３を用いて燃焼用空気を加熱する場合には、伝熱体１２は、燃焼用空気が効率的に蒸気管１４に接触するように燃焼用空気の流れに対して複数の蒸気管１４が正対するように設置される（図５（Ａ））。一方、燃焼用空気を加熱する必要がない場合には、ダクト５１内の通気抵抗を低減させるため伝熱体１２を、燃焼用空気を加熱する状態と比較して９０°回転させる。この設置方向は、燃焼用空気の流れに対して蒸気管１４が蒸気ヘッダー１５の後に隠れるような設置方向である（図５（Ｂ））。なお、回転方向を逆にして、燃焼用空気を加熱する必要がない場合に、燃焼用空気の流れに対して蒸気管１４がドレンヘッダー１７の後に隠れるように方向転換させてもよい。
【００３７】
図６は、本発明の第４実施形態としての伝熱装置４の構造及び設置方向転換要領を説明するための模式図である。図４に示す第２実施形態の伝熱装置２に対応する部分には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３８】
伝熱装置４は、ドレンヘッダー１７の両端部に、ドレンヘッダー１７と同一直線上に回転軸３２が設けられている。回転軸３２及びフレキシブル管５９の取付け位置及び取付け要領が異なる点を除けば他の部分は、第２実施形態の伝熱装置２と同一である。伝熱装置４を用いて燃焼用空気を加熱する場合には、伝熱体１２は、燃焼用空気が効率的に蒸気管１４に接触するように燃焼用空気の流れに対して複数の伝熱管１４が正対するように設置される（図６（Ａ））。一方、燃焼用空気を加熱する必要がない場合には、ダクト５１内の通気抵抗を低減させるため伝熱体１２を、燃焼用空気を加熱する状態と比較して９０°回転させる。この場合、伝熱体１２は、ダクト５１の底面に接触するように設置される（図６（Ｂ））。なお、ドレンヘッダー１７の両端部を軸受で回転自在に支持し、ドレンヘッダー１７自体を回転軸としてもよい。またドレンヘッダー１７に代わり、蒸気ヘッダー１５を回転軸として機能させ、燃焼用空気を加熱する必要がない場合に、伝熱体１２をダクト５１の天井面に接触させるようにしてもよい。
【００３９】
図７は、本発明の第５実施形態としての伝熱装置５の構造及び設置方向転換要領を説明するための模式図である。図５に示す第３実施形態の伝熱装置３に対応する部分には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４０】
伝熱装置５は、伝熱装置３と同様に蒸気ヘッダー１５及びドレンヘッダー１７の両端部が連結棒２２（２２ａ、２２ｂ）で連結されている。回転軸３２（３２ａ、３２ｂ）は、蒸気ヘッダー１５及びドレンヘッダー１７の一端部に蒸気ヘッダー１５及びドレンヘッダー１７に直交するように設けられている。２本の回転軸３２ａ、３２ｂは、一直線上に配置されている。なお、連結棒２２ａ（２２ｂ）を延長し、連結棒２２ａ（２２ｂ）の両端部を軸受で回転自在に支持し、連結棒２２ａ（２２ｂ）自体を回転軸としてもよい。
【００４１】
伝熱装置５を用いて燃焼用空気を加熱する場合には、伝熱体１２は、燃焼用空気が効率的に蒸気管１４に接触するように燃焼用空気の流れに対して複数の蒸気管１４が正対するように設置される（図７（Ａ））。一方、燃焼用空気を加熱する必要がない場合には、ダクト５１内の通気抵抗を低減させるため伝熱体１２を、燃焼用空気を加熱する状態と比較して９０°回転させる。この場合、伝熱体１２は、回転軸３２を中心に回転し、ダクト５１の側壁面に接触するように設置される（図７（Ｂ））。
【００４２】
第１〜第５実施形態に示すように本発明の伝熱装置は、伝熱装置を使用しないときに伝熱体の向きを、ダクト内を流通する空気の抵抗にならない向きに方向転換させることができる可動式伝熱装置又は移動式伝熱装置と言うことができる。本発明の伝熱装置は、伝熱装置を使用しないとき通風機の動力を低減させることができるので、副生ガス及び原油、重油、石炭、ＬＮＧなどの化石燃料を燃料としガス成り運転を行う火力発電プラントのボイラの燃焼用空気を予熱する蒸気式空気予熱器として好適に使用することができる。背景技術の欄に記載したように副生ガスを燃料としガス成り運転を行う火力発電プラントの場合、風道に設置される蒸気式空気予熱器の稼動率は１０％程度である。この蒸気式空気予熱器を従来の固定式蒸気式空気予熱器から本発明の伝熱装置に変更することで、実プラントでは、通風機一台当たりの年間のランニングコストを数百万円削減可能であり、発電所全体では年間数千万円のランニングコストを削減することができる。
【００４３】
また第１〜第５実施形態に示すように本発明の伝熱装置は、構造が簡単であり、既設の固定式の伝熱装置に適用する場合においても、大略的には伝熱体はそのままで回転軸、軸受などを設ければよいので容易に適用することができる。設置方向転換手段の構造も非常に単純であり、また伝熱体を方向転換させた後は、その状態で固定し保持すればよいので、故障し難い。
【００４４】
第１実施形態では、９本の蒸気管１３、第２〜第５実施形態では、１４本の蒸気管１４を示したが、本発明の伝熱装置において、蒸気管の本数は、特定の本数に限定されるものではない。また上記実施形態で示したダクト５１内を流通する空気を蒸気で加熱する加熱器の場合、蒸気管１３、１４として、伝熱面積を大きくするため、アルミフィン付鋼管、ローフィンチューブが使用されることが多いが、蒸気管の形状も特に限定されるのではない。また本発明の伝熱装置の伝熱体の構造、形状も上記実施形態に限定されるものではなく、設置方向により投影面積が異なる伝熱体であれば本発明を適用することができる。特に蒸気管の本数が多い及び／又は伝熱管にフィン付鋼管を使用する場合のように伝熱体を流体に正対させたときの圧力損失が大きく、９０°方向転換させたとき伝熱管が一直線上に並ぶような伝熱体は、９０°方向転換の前後で圧力損失が大きく異なるので、このような伝熱体を有する伝熱装置に本発明を好適に適用することができる。
【００４５】
また設置方向転換手段も上記実施形態に限定されるものではなく、他の手段であってもよい。また、重量（蒸気量・ドレン量等）等に制限を受ける場合は、どの伝熱形態でも伝熱装置を並列に並べて熱交換器本体内部を回転軸を貫通させ、１台の方向転換手段で作動させる利点も持ち合わせている。また上記実施形態では、蒸気を使用した伝熱装置を示したけれども、加熱媒体は、蒸気に限定されるものではなく、加熱油、温水などであってもよい。また本発明の伝熱装置は、予熱器あるいは加熱器に限定されるものではなく、例えば伝熱管内に水を流しダクト内を流通する空気、ガスを冷却する冷却器であってもよい。さらに本発明の伝熱装置は、ダクト内に設置されるものに限定されず、配管内に設置し配管内を流れる水、液体などを加熱又は冷却する装置にも適用することができる。さらに伝熱体が電熱ヒータであるような場合にも本発明を適用することができる。化学プラントなどプラント設備によっては熱交換器を備え、プラント運転中に熱交換器を運転、停止させる、あるいは所定の時間のみ熱交換器を運転するプラント設備がある。このようなプラント設備の熱交換器に本発明の伝熱装置を使用すれば、ランニングコストを低減させることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１ 伝熱装置
２ 伝熱装置
３ 伝熱装置
４ 伝熱装置
５ 伝熱装置
１１ 伝熱体
１２ 伝熱体
１３ 蒸気管（伝熱管）
１４ 蒸気管（伝熱管）
１５ 蒸気ヘッダー
１７ ドレンヘッダー
１９ 連結板
２１ 連結棒
２２、２２ａ、２２ｂ 連結棒
２３ 連結板
３１ 回転軸
３２、３２ａ、３２ｂ 回転軸
３３ 外部軸受
３５ 内部軸受
３７ グランドパッキン
３９ 凹部
４１ 可動式ダンパ
５１ ダクト
５３ 蒸気供給管
５５ フレキシブル管
５７ ドレン排出管
５９ フレキシブル管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風道に設置されボイラの燃焼用空気を予熱する蒸気式空気予熱器など、流路内に設置され流路内を流通する流体を加熱又は冷却する伝熱装置及び該伝熱装置を備えるプラント設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、製鉄所から発生する副生ガスである高炉ガス、転炉ガス、コークス炉ガス、これらガスを混合したミックスガスを燃料ガスとするガス専焼、高炉ガス、転炉ガス、コークス炉ガス、これらガスを混合したミックスガス及び重油が燃焼可能な混焼、及び重油専焼が可能な火力発電プラントでは、燃料費が安価なガス専焼で燃料に見合った発電出力とするガス成り運転が経済的な理由から主な運用となっている。製鉄所の操業変動によるコークス炉ガス不足時、高炉ガスの熱量不足等による最低出力維持及び給電要請による焚き増し時には重油混焼が、さらに製鉄所からの副生ガスの供給が停止した場合には重油専焼が行われるが、重油混焼と重油専焼とを合わせてもその運転の割合は、全体の１０％程度である。
【０００３】
一般に火力発電プラントで使用するボイラの燃焼用空気は、熱効率を高めるために燃焼ガスと熱交換し、予熱した状態でボイラに送られる。燃焼ガスと燃焼用空気との熱交換には、回転再生式空気予熱器が多く用いられる（例えば特許文献１参照）。副生ガスを燃料とする火力発電プラントにおいては、重油混焼、重油専焼時には、燃焼ガスに酸性ガスが含まれる。このような燃焼ガスと燃焼用空気とを回転再生式空気予熱器で熱交換させるとき、酸性ガスの露点以下の温度で熱交換させると回転再生式空気予熱器の伝熱エレメントが腐食してしまう。このため副生ガスを燃料とする火力発電プラントでは、回転再生式空気予熱器の上流側に蒸気式空気予熱器を設置し、燃焼用空気を蒸気式空気予熱器で予熱した後に回転再生式空気予熱器に送っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−６５９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
蒸気式空気予熱器は、風道に設置され、押込通風機から送られる燃焼用空気を予熱する一方で、通気抵抗となるため押込通風機の所要動力を押し上げる。これは蒸気式空気予熱器が停止している状態であっても同じであり、蒸気式空気予熱器が停止しているときは、蒸気式空気予熱器は、障害物となっている。副生ガスを燃料とする火力発電プラントにおいて、ガス成り運転時には、燃焼ガスに酸性ガスが含まれないため蒸気式空気予熱器を運転する必要はないが、少ない割合ながら重油混焼、重油専焼運転が行われる以上、蒸気式空気予熱器を設置しないわけにはいかない。運転の約９０％を占めるガス成り運転時に風道の圧力損失を低下させることができれば、押込通風機の所要動力、運転費を大幅に低減させることができるが、これまでこのような課題は認識されておらず、解決手段も提示されていない。
【０００６】
本発明の目的は、停止中は流路内の圧力損失を低減させることができる、流路内に設置され流路内を流通する流体を加熱又は冷却する伝熱装置及び該伝熱装置を備えるプラント設備を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、流路内に設置され流路内を流通する流体を加熱又は冷却する伝熱体と、流路内に設置された前記伝熱体の設置方向を前記流路内の圧力損失が減少する方向に９０°方向転換させる設置方向転換手段と、を含むことを特徴とする伝熱装置である。
【０００８】
また本発明は、前記伝熱装置において、前記設置方向転換手段は、前記伝熱体の中心に取付けられた回転軸を有し、該回転軸を中心に前記伝熱体を９０°回転させ設置方向を転換させることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、前記伝熱装置において、前記設置方向転換手段は、前記伝熱体の一端部に取付けられた回転軸を有し、該回転軸を中心に前記伝熱体を９０°回転させ設置方向を転換させることを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、前記伝熱装置において、前記流路が、副生ガス及び化石燃料を燃料としガス成り運転を行う火力発電プラントのボイラに燃焼用空気を送る風道であり、前記伝熱装置が、燃焼用空気を予熱する蒸気式空気予熱器であることを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、熱交換器を備えるプラント設備であって、該プラント設備を運転している最中に熱交換器を運転及び／又は停止させるプラント設備において、前記熱交換器が請求項１から３のいずれか１に記載の伝熱装置であることを特徴とするプラント設備である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の伝熱装置は、流路内に設置され流路内を流通する流体を加熱又は冷却する伝熱体の設置方向を流路内の圧力損失が減少する方向に９０°方向転換させる設置方向転換手段を備えるので、流路内を流通する流体を加熱又は冷却する必要がないときは、伝熱体を圧力損失が減少する方向に９０°方向転換させることで、流路内の圧力損失を低減させることができる。
【００１３】
また本発明によれば、設置方向転換手段は、伝熱体の中心に回転軸を有し、回転軸を中心に伝熱体を９０°回転させ設置方向を転換させることができるので、容易に流路内の圧力損失を低減させることができる。伝熱体が立体的形状を有していても伝熱体の中心に回転軸を設けることで、安定的に伝熱体を９０°方向転換させることができる。
【００１４】
また本発明によれば、設置方向転換手段は、伝熱体の一端部に回転軸を有し、回転軸を中心に伝熱体を９０°回転させ設置方向を転換させることができるので、容易に流路内の圧力損失を低減させることができる。伝熱体が平面的形状の場合、伝熱体の一端部に回転軸を設けることで、ダクトなど流路を形成する壁面に伝熱体が接するように方向転換させることもできるので、流路内の圧力損失を確実に低減させることができる。
【００１５】
本発明の伝熱装置は、流路内を流通する流体を加熱又は冷却する必要がないときは、伝熱体の設置方向を流路内の圧力損失が減少する方向に９０°方向転換させることができるので、本発明の伝熱装置を、副生ガス及び重油、ＬＮＧなどの化石燃料を燃料としガス成り運転を行う火力発電プラントのボイラの燃焼用空気を予熱する蒸気式空気予熱器として好適に使用することができる。
【００１６】
また本発明の伝熱装置は、流路内を流通する流体を加熱又は冷却する必要がないときは、伝熱体の設置方向を流路内の圧力損失が減少する方向に９０°方向転換させることができるので、本発明の伝熱装置を、プラント設備を運転している最中に運転及び／又は停止する熱交換器を備えるプラント設備の熱交換器として好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態としての矩形のダクトに設置された伝熱装置１の斜視図である。
【図２】図１の伝熱装置１の使用時の設置状態を示す平面図である。
【図３】図１の伝熱装置１の停止時の設置状態を示す平面図である。
【図４】本発明の第２実施形態としての伝熱装置２の構造及び設置方向転換要領を説明するための模式図であり、（ａ）が使用時、（ｂ）が停止時を示す。
【図５】本発明の第３実施形態としての伝熱装置３の構造及び設置方向転換要領を説明するための模式図であり、（ａ）が使用時、（ｂ）が停止時を示す。
【図６】本発明の第４実施形態としての伝熱装置４の構造及び設置方向転換要領を説明するための模式図であり、（ａ）が使用時、（ｂ）が停止時を示す。
【図７】本発明の第５実施形態としての伝熱装置５の構造及び設置方向転換要領を説明するための模式図であり、（ａ）が使用時、（ｂ）が停止時を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の第１実施形態としての矩形のダクト５１に設置された伝熱装置１の斜視図である。図２は、伝熱装置１の使用時の設置状態を示す平面図、図３は、伝熱装置１の停止時の設置状態を示す平面図である。
【００１９】
伝熱装置１は、ダクト５１内を流通する燃焼用空気を蒸気で加熱する加熱器であり、多数の蒸気管を有する伝熱体１１と、伝熱体１１の設置方向を方向転換させる回転軸３１を有する設置方向転換手段とを備える。
【００２０】
伝熱体１１は、蒸気管（伝熱管）１３、蒸気ヘッダー１５、ドレンヘッダー１７、補強用の連結板１９及び連結棒２１を含む。蒸気管１３は、Ｖ字形状を有し、長さはダクト５１とほぼ同じであり、９本の蒸気管１３がダクト５１の横幅方向に等間隔に蒸気ヘッダー１５の長さいっぱいに設けられている。また蒸気管１３は、補強用の連結板１９及び連結棒２１で互いが連結されている。各蒸気管１３は、一端を蒸気ヘッダー１５、他端をドレンヘッダー１７に接続し、内部を蒸気が流れ、ダクト５１内を流通する空気を加熱する。
【００２１】
蒸気ヘッダー１５は、ダクト５１に設けられた２つの蒸気供給管５３とフレキシブル管５５を介して接続し、図示を省略した蒸気供給管から加熱用蒸気が供給される。ドレンヘッダー１７も蒸気ヘッダー１５と同様に、ダクト５１に設けられた２つのドレン排出管５７とフレキシブル管５９を介して接続し、蒸気管１３で発生したドレンを系外に排出する。蒸気ヘッダー１５とドレンヘッダー１７とは上下に平行に配置され、連結板２３で互いに連結されている。これにより、蒸気管１３、蒸気ヘッダー１５及びドレンヘッダー１７は、一体的に連結される。蒸気供給管５３に接続するフレキシブル管５５、ドレン排出管５７と接続するフレキシブル管５９は、自由に動ける十分な長さを有している。
【００２２】
設置方向転換手段は、伝熱体１１の中心に取付けられた回転軸３１、回転軸３１を回転自在に支持する外部軸受３３、内部軸受３５を含み、伝熱体１１の設置方向を、回転軸３１を中心に９０°方向転換させる。回転軸３１は、蒸気ヘッダー１５とドレンヘッダー１７とを連結する連結板２３及び蒸気管１３を互いに連結する先端部の連結板１９に取付けられており、伝熱体１１の中心に位置する。回転軸３１の一端は、ダクト５１を貫通し、ダクト５１の外壁面に取付けられた、グランドパッキン３７が装着された外部軸受３３で回転自在に支持され、回転軸３１の他端部は、ダクト５１の内壁面に取付けられた内部軸受３５で回転自在に支持されている。内部軸受３５は、回転軸３１が回転自在に嵌り込む凹部３９を有し、該凹部３９で回転軸３１を支持する。また回転軸３１の一端は、ダクトを貫通し、回転軸駆動装置（図示を省略）に連結する。これにより伝熱体１１は回転軸３１を中心に左右どちらかに９０°回転することができる。
【００２３】
外部軸受３３は、使用時・不使用時の熱による、伸びを吸収可能なスライド方式であり、内部軸受３５は、固定式である。外部軸受３３、内部軸受３５は、図示を省略した架台に固定支持され、架台と一体となって、ダクト５１の壁面に取付けられている。軸受には、回転軸３１のほか伝熱体１１の重量がかかるため、軸受及び軸受取付部は、この重量に耐え得る強度が必要である。本実施形態では、ダクト５１の厚さが薄く、十分な強度を有していないので、回転軸３１のほか伝熱体１１の重量を架台で受けるようにしている。軸受を取付けるダクト５１部分を補強材で補強して、ダクト５１に直接、軸受を取付けてもよく、ダクト５１を取り付けている架構がある場合は、それを利用して軸受を取付けてもよい。
【００２４】
回転軸３１を支持する軸受は、回転軸３１を回転自在に支持できれば、特定の軸受に限定されるものではない。よって内部軸受３５に代え、ダクト５１の外壁面に外部軸受を設け、回転軸３１をダクト５１を貫通させ外部軸受で回転自在に支持させるようにしてもよい。本実施形態のようにダクト５１内を外気温とほぼ同じ温度の燃焼用空気が大気圧よりわずかに高い圧力で流通するような場合には、回転軸３１のシール機能は比較的簡単なシール機構でもよく、グランドパッキン３７に代え、オイルリングなどを使用することができる。また、回転軸３１を回転駆動させる回転駆動装置も特定の装置に限定されるものではない。例えば回転軸３１にギアを取付け、このギアをギア機構を介して正転、逆転可能な電動モータと接続させ、これにより回転軸３１を回転させるようにしてもよい。
【００２５】
回転軸３１を中心に伝熱体１１を回転させる場合の最大直径は、蒸気ヘッダー１５の一端とドレンヘッダー１７の一端を対角に結ぶ距離となる。このため本実施形態では、蒸気ヘッダー１５の一端とドレンヘッダー１７の一端を対角に結ぶ距離が、ダクト５１の幅Ｌよりもわずかに短くなるように伝熱体１１の大きさが設定されている。このような伝熱体１１を使用して燃焼用空気を加熱する場合には、図２のように蒸気ヘッダー１５は、燃焼用空気の流れに対して直交するように配置されるが、両端部の伝熱管１３とダクト５１の内壁面との間に隙間が生じてしまう。この隙間の大きさは、蒸気ヘッダー１５の一端とドレンヘッダー１７の一端を対角に結んだ距離から蒸気ヘッダー１５の長さを差し引いた長さの半分である。
【００２６】
このため本実施形態では、端部の伝熱管１３とダクト５１の内壁面との間の隙間を覆う可動式ダンパ４１が両サイドに設けられている。この可動式ダンパ４１は、板状の部材であり、ヒンジ（図示を省略）を介してダクト５１の内壁面に取付けられており、図示を省略した駆動装置によりダクト５１の外から駆動することが可能であり、ダクト５１の内壁面に対して直交させることの他、ダクト５１の内壁面に接触するように折り畳むことができる。可動式ダンパ４１の可動方法は、特定の方法に限定されず、ヒンジに代え、例えば可動式ダンパ４１の端部に回転軸を設け、回転軸を中心に回転させる方法であってもよい。
【００２７】
伝熱装置１を用いて燃焼用空気を加熱する場合には、伝熱体１１は、図２に示すように燃焼用空気が効率的に蒸気管１３に接触するように燃焼用空気の流れに対して蒸気管１３が平行になるように設置される。よって燃焼用空気の流れに対して正面から見ると一の蒸気管１３は、直管に見える。同時に可動式ダンパ４１は、端部の蒸気管１３とダクト５１の内壁面との間の隙間を塞ぐように位置する。図１の場合では、図の下方から上方に向かって燃焼用空気が流れ、加熱用蒸気は、上方に位置する蒸気ヘッダー１５から蒸気管１３に流れ込み、燃焼用空気と熱交換し、ドレンとなり下方のドレンヘッダー１７、フレキシブル管５９を通って系外に排出される。なお、伝熱装置１を火力発電プラントのボイラの燃焼用空気を予熱する予熱器として使用するような場合には、ドレンは復水器に回収するのが望ましい。
【００２８】
一方、燃焼用空気を加熱する必要がない場合には、図３に示すようにダクト５１内の通気抵抗を低減させるべく伝熱体１１を、燃焼用空気を加熱する状態と比較して９０°回転させる。この設置方向は、燃焼用空気の流れに対して蒸気管１３が重なるような設置方向であり、燃焼用空気の流れに対して正面から見ると、複数の蒸気管１３は、一つのＶ字管に見える。なお伝熱体１１を回転させるに先立ち、可動式ダンパ４１は折り畳まれ、その後も抵抗とならないように折り畳まれたままである。燃焼用空気を加熱する必要がない場合には、蒸気管１３には蒸気は供給されない。
【００２９】
上記のように伝熱装置１の伝熱体１１は立体的形状からなるが、回転軸３１を伝熱体１１の中心に設けることで、バランスよく伝熱体１１を支持することが可能であり、伝熱体１１の方向転換も安定的に行うことができる。さらに立体的形状からなる伝熱体１１であっても、可動式ダンパ４１を併用することで伝熱性能を高く維持することができる。
【００３０】
図４は、本発明の第２実施形態としての伝熱装置２の構造及び設置方向転換要領を説明するための模式図である。図１〜図３に示す第１実施形態の伝熱装置１に対応する部分には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３１】
伝熱装置２も図１〜図３に示す伝熱装置１と同様に、ダクト５１内を流通する燃焼用空気を蒸気で加熱する加熱器であり、多数の蒸気管（伝熱管）１４を有する伝熱体１２と、伝熱体１２の設置方向を方向転換させるための回転軸３２とを備える。この伝熱体１２は、直管の蒸気管１４を備えるが、蒸気管１４の形状を除けば基本的構成は、図１〜図３に示す伝熱体１１と同じである。蒸気ヘッダー１５及びドレンヘッダー１７の両端部には、十分な長さを有するフレキシブル管５５、５９が接続され、フレキシブル管５５、５９は、ダクト５１を貫通する。フレキシブル管５５、５９が貫通するダクト５１の壁面には、ダクト５１内の空気が外部に漏れ出さないようにシール機構（図示省略）が設けられている。
【００３２】
回転軸３２は、上下に分かれており、上部回転軸３２ａが蒸気ヘッダー１５の中央部に、下部回転軸３２ｂがドレンヘッダー１７の中央部に各ヘッダーに直交するように取付けられている。２本の回転軸３２ａ、３２ｂは、一直線上に配置されている。回転軸３２ａの上端は、ダクト５１を貫通し、ダクト５１の外壁面に取付けられた、グランドパッキンが装着された外部軸受（図示省略）で回転自在に支持され、回転軸３２ｂの端部は、ダクト５１の内壁面に取付けられた内部軸受（図示省略）で回転自在に支持されている。また回転軸３２ａの上端は、外部軸受を貫通し、回転軸駆動装置（図示を省略）に連結する。これにより伝熱体１２は回転軸３２を中心に左右に９０°回転することができる。軸受、回転軸駆動装置は、図１〜図３に示す軸受、回転軸駆動装置と基本的に同じであるが、本実施形態の伝熱装置２では下方の軸受に全重量が加わるため、下方の軸受はこの点が考慮された軸受、軸受取付構造となっている。本実施形態では、伝熱体１２が平面的形状であるため第１実施形態の伝熱装置１と異なり、可動式ダンパ４１は不要である。
【００３３】
伝熱装置２を用いて燃焼用空気を加熱する場合には、伝熱体１２は、燃焼用空気が効率的に蒸気管１４に接触するように燃焼用空気の流れに対して複数の蒸気管１４が正対するように設置される（図４（Ａ））。一方、燃焼用空気を加熱する必要がない場合には、ダクト５１内の通気抵抗を低減させるため伝熱体１２を、燃焼用空気を加熱する状態と比較して９０°回転させる。この設置方向は、燃焼用空気の流れに対して蒸気管１４が重なるような設置方向であり、燃焼用空気の流れに対して正面から見る複数の蒸気管１４は、一つの直管に見える（図４（Ｂ））。
【００３４】
図５は、本発明の第３実施形態としての伝熱装置３の構造及び設置方向転換要領を説明するための模式図である。図４に示す第２実施形態の伝熱装置２に対応する部分には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３５】
伝熱装置３は、伝熱装置２と比較し、回転軸３２の取付け位置及び取付け要領が異なる点を除けば他の部分は同一である。伝熱体１２は、蒸気ヘッダー１５及びドレンヘッダー１７の両端部が連結棒２２（２２ａ、２２ｂ）で連結されており、回転軸３２（３２ａ、３２ｂ）は、この連結棒２２の中心部に連結棒２２に直交するように設けられている。２本の回転軸３２ａ、３２ｂは、一直線上に配置されている。
【００３６】
伝熱装置３を用いて燃焼用空気を加熱する場合には、伝熱体１２は、燃焼用空気が効率的に蒸気管１４に接触するように燃焼用空気の流れに対して複数の蒸気管１４が正対するように設置される（図５（Ａ））。一方、燃焼用空気を加熱する必要がない場合には、ダクト５１内の通気抵抗を低減させるため伝熱体１２を、燃焼用空気を加熱する状態と比較して９０°回転させる。この設置方向は、燃焼用空気の流れに対して蒸気管１４が蒸気ヘッダー１５の後に隠れるような設置方向である（図５（Ｂ））。なお、回転方向を逆にして、燃焼用空気を加熱する必要がない場合に、燃焼用空気の流れに対して蒸気管１４がドレンヘッダー１７の後に隠れるように方向転換させてもよい。
【００３７】
図６は、本発明の第４実施形態としての伝熱装置４の構造及び設置方向転換要領を説明するための模式図である。図４に示す第２実施形態の伝熱装置２に対応する部分には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３８】
伝熱装置４は、ドレンヘッダー１７の両端部に、ドレンヘッダー１７と同一直線上に回転軸３２が設けられている。回転軸３２及びフレキシブル管５９の取付け位置及び取付け要領が異なる点を除けば他の部分は、第２実施形態の伝熱装置２と同一である。伝熱装置４を用いて燃焼用空気を加熱する場合には、伝熱体１２は、燃焼用空気が効率的に蒸気管１４に接触するように燃焼用空気の流れに対して複数の伝熱管１４が正対するように設置される（図６（Ａ））。一方、燃焼用空気を加熱する必要がない場合には、ダクト５１内の通気抵抗を低減させるため伝熱体１２を、燃焼用空気を加熱する状態と比較して９０°回転させる。この場合、伝熱体１２は、ダクト５１の底面に接触するように設置される（図６（Ｂ））。なお、ドレンヘッダー１７の両端部を軸受で回転自在に支持し、ドレンヘッダー１７自体を回転軸としてもよい。またドレンヘッダー１７に代わり、蒸気ヘッダー１５を回転軸として機能させ、燃焼用空気を加熱する必要がない場合に、伝熱体１２をダクト５１の天井面に接触させるようにしてもよい。
【００３９】
図７は、本発明の第５実施形態としての伝熱装置５の構造及び設置方向転換要領を説明するための模式図である。図５に示す第３実施形態の伝熱装置３に対応する部分には、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４０】
伝熱装置５は、伝熱装置３と同様に蒸気ヘッダー１５及びドレンヘッダー１７の両端部が連結棒２２（２２ａ、２２ｂ）で連結されている。回転軸３２（３２ａ、３２ｂ）は、蒸気ヘッダー１５及びドレンヘッダー１７の一端部に蒸気ヘッダー１５及びドレンヘッダー１７に直交するように設けられている。２本の回転軸３２ａ、３２ｂは、一直線上に配置されている。なお、連結棒２２ａ（２２ｂ）を延長し、連結棒２２ａ（２２ｂ）の両端部を軸受で回転自在に支持し、連結棒２２ａ（２２ｂ）自体を回転軸としてもよい。
【００４１】
伝熱装置５を用いて燃焼用空気を加熱する場合には、伝熱体１２は、燃焼用空気が効率的に蒸気管１４に接触するように燃焼用空気の流れに対して複数の蒸気管１４が正対するように設置される（図７（Ａ））。一方、燃焼用空気を加熱する必要がない場合には、ダクト５１内の通気抵抗を低減させるため伝熱体１２を、燃焼用空気を加熱する状態と比較して９０°回転させる。この場合、伝熱体１２は、回転軸３２を中心に回転し、ダクト５１の側壁面に接触するように設置される（図７（Ｂ））。
【００４２】
第１〜第５実施形態に示すように本発明の伝熱装置は、伝熱装置を使用しないときに伝熱体の向きを、ダクト内を流通する空気の抵抗にならない向きに方向転換させることができる可動式伝熱装置又は移動式伝熱装置と言うことができる。本発明の伝熱装置は、伝熱装置を使用しないとき通風機の動力を低減させることができるので、副生ガス及び原油、重油、石炭、ＬＮＧなどの化石燃料を燃料としガス成り運転を行う火力発電プラントのボイラの燃焼用空気を予熱する蒸気式空気予熱器として好適に使用することができる。背景技術の欄に記載したように副生ガスを燃料としガス成り運転を行う火力発電プラントの場合、風道に設置される蒸気式空気予熱器の稼動率は１０％程度である。この蒸気式空気予熱器を従来の固定式蒸気式空気予熱器から本発明の伝熱装置に変更することで、実プラントでは、通風機一台当たりの年間のランニングコストを数百万円削減可能であり、発電所全体では年間数千万円のランニングコストを削減することができる。
【００４３】
また第１〜第５実施形態に示すように本発明の伝熱装置は、構造が簡単であり、既設の固定式の伝熱装置に適用する場合においても、大略的には伝熱体はそのままで回転軸、軸受などを設ければよいので容易に適用することができる。設置方向転換手段の構造も非常に単純であり、また伝熱体を方向転換させた後は、その状態で固定し保持すればよいので、故障し難い。
【００４４】
第１実施形態では、９本の蒸気管１３、第２〜第５実施形態では、１４本の蒸気管１４を示したが、本発明の伝熱装置において、蒸気管の本数は、特定の本数に限定されるものではない。また上記実施形態で示したダクト５１内を流通する空気を蒸気で加熱する加熱器の場合、蒸気管１３、１４として、伝熱面積を大きくするため、アルミフィン付鋼管、ローフィンチューブが使用されることが多いが、蒸気管の形状も特に限定されるのではない。また本発明の伝熱装置の伝熱体の構造、形状も上記実施形態に限定されるものではなく、設置方向により投影面積が異なる伝熱体であれば本発明を適用することができる。特に蒸気管の本数が多い及び／又は伝熱管にフィン付鋼管を使用する場合のように伝熱体を流体に正対させたときの圧力損失が大きく、９０°方向転換させたとき伝熱管が一直線上に並ぶような伝熱体は、９０°方向転換の前後で圧力損失が大きく異なるので、このような伝熱体を有する伝熱装置に本発明を好適に適用することができる。
【００４５】
また設置方向転換手段も上記実施形態に限定されるものではなく、他の手段であってもよい。また、重量（蒸気量・ドレン量等）等に制限を受ける場合は、どの伝熱形態でも伝熱装置を並列に並べて熱交換器本体内部を回転軸を貫通させ、１台の方向転換手段で作動させる利点も持ち合わせている。また上記実施形態では、蒸気を使用した伝熱装置を示したけれども、加熱媒体は、蒸気に限定されるものではなく、加熱油、温水などであってもよい。また本発明の伝熱装置は、予熱器あるいは加熱器に限定されるものではなく、例えば伝熱管内に水を流しダクト内を流通する空気、ガスを冷却する冷却器であってもよい。さらに本発明の伝熱装置は、ダクト内に設置されるものに限定されず、配管内に設置し配管内を流れる水、液体などを加熱又は冷却する装置にも適用することができる。さらに伝熱体が電熱ヒータであるような場合にも本発明を適用することができる。化学プラントなどプラント設備によっては熱交換器を備え、プラント運転中に熱交換器を運転、停止させる、あるいは所定の時間のみ熱交換器を運転するプラント設備がある。このようなプラント設備の熱交換器に本発明の伝熱装置を使用すれば、ランニングコストを低減させることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１ 伝熱装置
２ 伝熱装置
３ 伝熱装置
４ 伝熱装置
５ 伝熱装置
１１ 伝熱体
１２ 伝熱体
１３ 蒸気管（伝熱管）
１４ 蒸気管（伝熱管）
１５ 蒸気ヘッダー
１７ ドレンヘッダー
１９ 連結板
２１ 連結棒
２２、２２ａ、２２ｂ 連結棒
２３ 連結板
３１ 回転軸
３２、３２ａ、３２ｂ 回転軸
３３ 外部軸受
３５ 内部軸受
３７ グランドパッキン
３９ 凹部
４１ 可動式ダンパ
５１ ダクト
５３ 蒸気供給管
５５ フレキシブル管
５７ ドレン排出管
５９ フレキシブル管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路内に設置され流路内を流通する流体を加熱又は冷却する伝熱体と、
流路内に設置された前記伝熱体の設置方向を前記流路内の圧力損失が減少する方向に９０°方向転換させる設置方向転換手段と、
を含むことを特徴とする伝熱装置。
【請求項２】
前記設置方向転換手段は、前記伝熱体の中心に取付けられた回転軸を有し、該回転軸を中心に前記伝熱体を９０°回転させ設置方向を転換させることを特徴とする請求項１に記載の伝熱装置。
【請求項３】
前記設置方向転換手段は、前記伝熱体の一端部に取付けられた回転軸を有し、該回転軸を中心に前記伝熱体を９０°回転させ設置方向を転換させることを特徴とする請求項１に記載の伝熱装置。
【請求項４】
前記流路が、副生ガス及び化石燃料を燃料としガス成り運転を行う火力発電プラントのボイラに燃焼用空気を送る風道であり、
前記伝熱装置が、燃焼用空気を予熱する蒸気式空気予熱器であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の伝熱装置。
【請求項５】
熱交換器を備えるプラント設備であって、該プラント設備を運転している最中に熱交換器を運転及び／又は停止させるプラント設備において、
前記熱交換器が請求項１から３のいずれか１に記載の伝熱装置であることを特徴とするプラント設備。
【請求項１】
流路内に設置され流路内を流通する流体を加熱又は冷却する伝熱体と、
流路内に設置された前記伝熱体の設置方向を前記流路内の圧力損失が減少する方向に９０°方向転換させる設置方向転換手段と、
を含むことを特徴とする伝熱装置。
【請求項２】
前記設置方向転換手段は、前記伝熱体の中心に取付けられた回転軸を有し、該回転軸を中心に前記伝熱体を９０°回転させ設置方向を転換させることを特徴とする請求項１に記載の伝熱装置。
【請求項３】
前記設置方向転換手段は、前記伝熱体の一端部に取付けられた回転軸を有し、該回転軸を中心に前記伝熱体を９０°回転させ設置方向を転換させることを特徴とする請求項１に記載の伝熱装置。
【請求項４】
前記流路が、副生ガス及び化石燃料を燃料としガス成り運転を行う火力発電プラントのボイラに燃焼用空気を送る風道であり、
前記伝熱装置が、燃焼用空気を予熱する蒸気式空気予熱器であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の伝熱装置。
【請求項５】
熱交換器を備えるプラント設備であって、該プラント設備を運転している最中に熱交換器を運転及び／又は停止させるプラント設備において、
前記熱交換器が請求項１から３のいずれか１に記載の伝熱装置であることを特徴とするプラント設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−８８０９５（Ｐ２０１３−８８０９５Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３１６１４（Ｐ２０１１−２３１６１４）
【出願日】平成２３年１０月２１日（２０１１．１０．２１）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２１日（２０１１．１０．２１）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]