JP2003232502A

JP2003232502A - 蒸気過熱器

Info

Publication number: JP2003232502A
Application number: JP2002029534A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Kuwabara; 英明桑原; Toshiya Miyake; 俊也三宅; Masahiko Mitsuda; 正彦満田; Kazuto Okada; 和人岡田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2002-02-06
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2003-08-22
Anticipated expiration: 2022-02-06
Also published as: JP3924175B2

Abstract

(57)【要約】【課題】加熱ガスとして高温ガスを用いても、熱効率
が高く、かつ蒸気の圧力損失が小さい、優れたエネルギ
ー効率を有するとともに、蒸気チューブの寿命を延長し
うる蒸気過熱器を提供する。【解決手段】加熱用高温ガスの流路４を有する高温ガ
スチューブ２内に、被加熱蒸気を通す蒸気チューブ３を
設置した蒸気過熱器１であって、高温ガスチューブ２の
両端部にリジェネバーナ６を備えるとともに、高温ガス
の流路４内にフィン５を設置して流路４を螺旋状とす
る。さらに、フィン６の高さを流路４の両端側より中央
側の方を高くし、かつ、フィン６のピッチを流路の両端
側より中央側の方を小さくする。これにより、高温ガス
から蒸気チューブ３への熱伝達が均一化されて熱効率が
改善され、蒸気の圧力損失が減少するとともに、蒸気チ
ューブ３の局所加熱が防止され、寿命が延長される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種ボイラからの
蒸気を加熱して過熱蒸気を生成する蒸気過熱器の構造に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃焼ボイラ、廃熱ボイラ、ごみ焼却ボイ
ラ等各種ボイラの廃熱を利用して蒸気を生成し、この蒸
気でタービンを駆動して発電することによって、利用価
値の低い熱エネルギーを高付加価値の電気エネルギーに
変換して回収する発電システムが注目されている。

【０００３】この種の発電システムにおいては、エネル
ギー効率を改善するためにボイラからの蒸気をさらに加
熱して過熱蒸気とし、この過熱蒸気でタービンを駆動す
ることが望ましい。一般的には、当該過熱器の蒸気管内
を通る蒸気を高温の燃焼ガスで間接加熱する構成を採用
している。そして、従来の蒸気過熱器では、燃焼ガスが
通過する燃焼室の周りに蒸気が通過する蒸気管（蒸気チ
ューブ）がメンブレン状に配置された構成や、蒸気が通
過するモノチューブ（単管）がコイル状に巻かれた構成
が採用されていた。また、特開平１０−３０６９０２号
公報には、複数本のチューブエレメントを有する過熱器
内に、加熱したＮａ、Ｋ等の溶融金属を熱媒として循環
させ、チューブエレメント内を通過する蒸気を加熱して
加熱蒸気を生成させる方法が開示されている。

【０００４】また、特公昭５３―３９５２１号公報（図
８参照）には、蒸気管１０３の外側に筒状の枠体１０２
を設け、蒸気管１０３と枠体１０２との隙間に螺旋状の
フィン１０５で螺旋状の流路１０４を形成し、この流路
１０４に加熱ガスを流通させることにより、蒸気管１０
３内の蒸気を間接的に加熱する蒸気過熱器が提案されて
いる（以下、「従来器」という。）。蒸気管１０３内側
は、環状構造とするとともに蒸気流れ方向に平行に縦フ
ィンが取り付けられている。また、加熱ガスの入口部と
出口部には放熱部と称する比較的広い空間部１０９、１
１９が設けられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、メンブレン
方式の過熱器では全体の熱効率を最適なものとするため
各蒸気管に均等に蒸気を分配すべく複雑な流路となって
いた。また、モノチューブ方式の過熱器では伝熱面積を
確保するため、その蒸気配管が非常に長いものとなって
いた。このような複雑な流路ないしは非常に長い配管内
を通常、流速２０〜３０ｍ／ｓという高速で蒸気が流れ
るために多大な圧力損失が生じ、蒸気の圧力が大幅に低
下してしまう。蒸気の圧力エネルギーはタービンを駆動
する際に動力エネルギーに効率良く変換される高品位の
エネルギーであるため、蒸気の圧力の大幅な低下は大き
なエネルギーロスとなる問題があった。また、特開平１
０−３０６９０２号公報に開示された方法は、燃焼ガス
の替わりに溶融金属を熱媒として用いて熱効率の改善を
図るものであるが、Ｎａ、Ｋ等腐食性の強い溶融金属を
取り扱うため安全面や高コストが障害となり原子炉内の
冷却等の特別な用途以外には、実用化されていないのが
現状である。

【０００６】一方、上記特公昭５３―３９５２１号公報
に開示された提案（図８参照）は、螺旋状のフィン１０
５により伝熱面積を増加させるとともに螺旋状の流路に
より加熱ガスの流速を上昇させて伝熱を促進すること、
蒸気管１０３内の縦フィンにより蒸気の流速を速めて周
方向の伝熱の不均一を防止すること、放熱部１０９、１
１９により加熱ガスから蒸気管１０３への輻射伝熱を利
用すること等により、熱効率の高い低廉な過熱器を提供
できるとするものである。この過熱器は、加熱ガス温度
が比較的低い場合、すなわち、輻射による熱伝達の寄与
が小さい場合に適合するものである。ところが、加熱ガ
スを生成させる燃焼バーナにおける燃料炊き量が多く、
または空気比がそれほど高くない運転条件下では、加熱
ガス温度は断熱火炎温度近くになり、輻射による熱伝達
が支配的になる。このような運転条件下に上記の過熱器
を適用すると、放熱部１０９や螺旋状流路の入口近傍お
よびそのすぐ下流では加熱ガスから蒸気管１０３への輻
射による熱伝達が過大となり、蒸気管１０３の外表面温
度が加熱ガス温度に近づき高温酸化等による寿命短縮が
懸念される。一方、さらに螺旋状流路の下流側にいくと
熱を奪われた加熱ガスの温度は低下し、それに伴い輻射
による熱伝達も急激に減少するため、下流域での蒸気管
１０３の受熱量は逆に過小となる。その結果、過熱器全
体の熱効率も低下してしまう問題があった。

【０００７】そこで本発明の目的は、加熱ガスとして高
温ガスを用いても、熱効率が高く、かつ蒸気の圧力損失
が小さい、優れたエネルギー効率を有するとともに、蒸
気管（蒸気チューブ）の寿命を延長しうる蒸気過熱器を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、過大なコスト
増を招くことがない、簡易な設備構成により上記の目的
を達成するものであり、その要旨は以下の通りである。

【０００９】請求項１の発明は、加熱用高温ガスの流路
を有する高温ガスチューブと、この高温ガスチューブ内
に設けられた被加熱蒸気を通す蒸気チューブとを備えた
蒸気過熱器であって、前記高温ガスの流路が、前記蒸気
チューブの周りにフィンを螺旋状に設けることにより形
成されたものであり、前記フィンの高さが、前記高温ガ
スの上流側より下流側の方が高く、かつ、前記フィンの
ピッチが、前記高温ガスの上流側より下流側の方が小さ
いことを特徴とする蒸気過熱器である。

【００１０】請求項２の発明は、加熱用高温ガスの流路
を有する高温ガスチューブと、この高温ガスチューブ内
に設けられた被加熱蒸気を通す蒸気チューブとを備えた
蒸気過熱器であって、前記高温ガスチューブの両端部
に、燃料を燃焼して加熱用高温ガスを発生させる一対の
リジェネバーナを備え、この加熱用高温ガスが流通する
前記加熱用高温ガスの流路が、前記蒸気チューブの周り
にフィンを螺旋状に設けることにより形成されたもので
あり、前記フィンの高さが、前記流路の両端側より中央
側の方が高く、かつ、前記フィンのピッチが、前記流路
の両端側より中央側の方が小さいことを特徴とする蒸気
過熱器である。

【００１１】請求項３の発明は、前記高温ガスチューブ
内であって、前記リジェネバーナと前記加熱用高温ガス
の流路との間に燃料の燃焼を進行させる燃焼予備室を備
えたことを特徴とする蒸気過熱器である。

【００１２】請求項４の発明は、前記蒸気チューブの、
前記燃焼予備室内を貫通する部分の外表面が、耐熱性材
料で覆われていることを特徴とする請求項３に記載の蒸
気過熱器である。

【００１３】請求項５の発明は、前記加熱用高温ガス
が、前記螺旋状の流路に沿う方向に、前記高温ガスチュ
ーブの側壁に沿って導入されることを特徴とする請求項
１〜４のいずれか１項に記載の蒸気過熱器である。

【００１４】請求項６の発明は、さらに、前記蒸気チュ
ーブ内長手方向に沿って中実棒又は中空管を配置し、前
記被加熱蒸気が、前記蒸気チューブ内面と前記中実棒又
は中空管の外面との間を通るようにしたことを特徴とす
る請求項１〜５のいずれか１項に記載の蒸気過熱器であ
る。

【００１５】（作用）本発明によれば、高温ガスの流路
を蒸気チューブの周りにフィンを螺旋状に設けたことに
より、高温ガスの通過する流路の断面積が減少して、流
路内における高温ガス流速が上昇する。これにより蒸気
チューブ外表面側の対流熱伝達が増加する。すなわち、
螺旋状フィンにより蒸気チューブの実質上の伝熱面積が
増大し、対流熱伝達の上昇と実質上の伝熱面積の増大と
の複合効果により、蒸気管を介しての高温ガスから蒸気
への伝熱速度が格段に上昇する。したがって、所要の伝
熱量を確保するための蒸気チューブの実際の伝熱面積
（フィンを除く）を大幅に縮小できる。したがって、蒸
気チューブの長さを大幅に短縮でき、その結果、蒸気の
圧力損失を著しく低減できるのである。

【００１６】さらに、フィンの高さを高温ガスの上流側
より下流側の方を高くしたことにより、上流側ではフィ
ンの面積を小さくして対流伝熱量を減少させ、高温ガス
から蒸気チューブへの過大な伝熱を抑制する一方、下流
側ではフィンの面積を大きくして、対流伝熱量を積極的
に増加させることにより、上流から下流にかけての伝熱
量が均一化される。その結果、過熱器の熱効率が大幅に
改善されるとともに、蒸気チューブの局所加熱が緩和さ
れて寿命が延長される。

【００１７】また、上記フィン高さの変更に加えて、フ
ィンのピッチを高温ガスの上流側より下流側の方を小さ
くしたことにより、螺旋状の流路の断面積が上流側と下
流側とで大きく異なることがなく、過大な圧力損失が生
じない。なお、フィン高さとフィンピッチの組み合わせ
を適宜調節して流路断面積を上流側で過大としないこと
が好ましい。さらに、上流側では１ターン当たりの長手
方向進行距離が大きく、上流側の滞留時間は下流側に比
して短くできるため、下流側により多くの熱量を輸送で
きる。

【００１８】高温ガスとしては、各種燃料を燃焼した燃
焼ガスを用いることができる。燃焼ガスの生成は、例え
ば別途設けた燃焼炉内で燃料を燃焼して燃焼ガスを生成
し、これを配管で高温ガスチューブに導入するようにし
てもよいが、高温ガスチューブの一端部に燃焼バーナを
設置し、高温ガスチューブ内で燃焼を完了させるように
することがさらに好ましい。燃焼が完了した後の燃焼ガ
スから単にガス輻射で伝熱するよりも、未燃物を含む放
射率が高い輝炎で伝熱する方が伝熱量が増加するからで
ある。しかも燃焼室内を螺旋構造としたことにより、燃
焼ガスの滞留時間が確保されて緩慢な燃焼が実現できる
ため、確実に輝炎を発生させることができる。

【００１９】あるいは、高温ガスチューブの両端部に高
温ガスを発生させるために一対のリジェネバーナを設置
した構造としてもよい。リジェネバーナは燃焼空気を加
熱する蓄熱体がバーナタイル内に設けられたものであ
り、一対のリジェネバーナのうち片方のバーナだけを燃
焼しつつ、他方のバーナは燃焼せず専ら蓄熱体で燃焼ガ
スの熱を回収するという操作を交互に入れ替えて行うも
のである。なお、リジェネバーナを用いる場合には、蒸
気チューブ周りの螺旋状のフィンは、フィン高さを流路
の両端側より中央側の方を高くし、かつ、フィンピッチ
を流路の両端側より中央側の方を小さくするとよい。す
なわち、一対のリジェネバーナの燃焼が交互に切り替わ
ることにより流路の入口と出口が常時入れ替わるため、
流路の両端部で高温ガスによる輻射伝熱が交互に支配的
となるのに対し、流路の中央部は、常に対流伝熱が支配
的であるためである。つまり、一対のリジェネバーナの
うち一方が燃焼状態にある場合、螺旋状流路の上流側と
なる一端側においてガス温度が高いため輻射伝熱が促進
されるが、フィン高さが小さくフィンピッチが大きいた
め、対流伝熱が抑制される。これに対し、螺旋状流路の
中央側では、熱交換によりガス温度が低下して輻射伝熱
が抑制されるが、フィン高さが大きくフィンピッチが小
さいため、対流伝熱が促進される。さらに螺旋状流路の
下流側となる他端側では、熱交換により一層ガス温度が
低下し、ガスからの輻射伝熱はさらに抑制されるととも
に、再度フィン高さが小さく、かつフィンピッチが大き
くなるため、対流伝熱も抑制される。しかし、高温ガス
の流通方向が常時入れ替わることにより現在は下流側で
あっても高温ガスチューブの内壁耐火物は十分加熱され
て高温になっているため、時間平均でみればこの内壁面
からの輻射伝熱が十分大きくなる。したがって、螺旋状
流路の全長にわたって輻射＋対流からなる全熱伝達量が
さらに均一化される。その結果、過熱器の熱効率がさら
に向上するとともに、蒸気チューブの局所加熱がより確
実に防止されて寿命がさらに延長される。

【００２０】また、高温ガスチューブ内であって、リジ
ェネバーナと螺旋状流路との間に燃料の燃焼を進行させ
る燃焼予備室を設けることが好ましい。燃料の燃焼空間
を蒸気過熱器内に一体に設けることにより、この燃焼空
間を蒸気過熱器と別に設ける必要がなく、設備がコンパ
クトになる。

【００２１】また、燃焼予備室を設ける場合、蒸気チュ
ーブの、燃焼予備室内を貫通する部分は単管であるため
チューブ径によっては蒸気流速が低くなるので、その外
表面を耐熱性材料で覆うことが好ましい。これにより、
燃焼予備室において、蒸気チューブ外表面が高温のガス
に直接曝されることがなく、蒸気チューブ外表面の昇温
が抑制されて高温酸化が防止されるとともに、螺旋状流
路へ無駄なく高温ガスの顕熱が輸送される。

【００２２】また、加熱用高温ガスを、螺旋状流路に沿
う方向に、高温ガスチューブの側壁に沿って導入するこ
とが好ましい。これにより、高温ガスチューブ内（ある
いは燃焼予備室内）にて、蒸気チューブを取り巻くよう
な高温ガスの旋回流が形成され、高温ガスが螺旋状流路
へ速やかに導入される。これにより、螺旋を形成するフ
ィンと高温ガスチューブとの間に多少の隙間が存在して
も、この隙間を介しての高温ガスのショートパスが生じ
がたく、高温ガスの顕熱が熱交換に有効に利用される。

【００２３】また、高温ガスの流路を螺旋状にして流路
の断面積を小さくし、高温ガスの流速を上昇させたこと
により、蒸気チューブ外表面側の対流熱伝達が増加す
る。これにより高温ガスから被加熱蒸気への対流熱伝達
が増加する効果がある。しかし、蒸気チューブ外表面温
度が高温ガス温度に近づくため蒸気チューブが高温にな
り、使用可能な蒸気チューブ材料が制限されたり、蒸気
チューブの寿命が短くなる問題がある。

【００２４】この問題は、蒸気チューブ内に中実棒又は
中空管を挿入して蒸気が通過する断面積を減少させて蒸
気流速を上昇させることにより解決できる。蒸気流速の
上昇により蒸気チューブ内表面側の対流熱伝達が上昇
し、蒸気チューブ内表面温度が蒸気温度に近づくため蒸
気チューブの温度が低下するからである。なお、蒸気の
通過する断面積は圧力損失が過大にならない範囲で選択
すればよい。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る蒸気過熱器の
実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明す
る。

【００２６】（実施形態１）図１は、本発明（請求項
５）に係る蒸気過熱器の一形態を示し、（ａ）は水平断
面図、（ｂ）は垂直部分断面図（断熱材、耐火物、枠体
のみ断面を示す）である。なお、（ａ）は、（ｂ）のＡ
―Ａ線断面を示す図である。

【００２７】図１（ａ）に示すように、本発明に係る蒸
気過熱器１は、加熱用の高温ガスの流路（燃焼室）４を
有する高温ガスチューブ２と、この高温ガスチューブ２
内を貫通させるように設けた、蒸気を通す蒸気チューブ
３とを備えている。

【００２８】そして、流路（燃焼室）４内であって、蒸
気チューブ３の周りにフィン５を螺旋状に設けて流路
（燃焼室）４を螺旋状としている。図１（ｂ）に示すよ
うに、フィン５の高さは、耐火物２ａおよび／または断
熱材２ｂの厚さを高温ガスチューブ２の高さ方向で変更
することにより、流路４の両端側１１より中央側１２の
方を高くしている。また、フィン５のピッチは両端側１
１で広く、中央側１２で狭くする。図示するように、流
路４の中央部に近づくほどフィン５のピッチを狭くして
ガス流速を上昇させることにより対流熱伝達を促進する
ようにしてもよい。

【００２９】高温ガスチューブ２の両端部には一対のリ
ジェネバーナ６を設けている。

【００３０】また、高温ガスチューブ２内であって、リ
ジェネバーナ６と流路（燃焼室）４との間に燃焼予備室
９を設けている。

【００３１】そして、燃焼予備室９内を貫通する、蒸気
チューブ３の外表面は耐熱性材料である耐火物１０で被
覆している。

【００３２】さらに、図１（ａ）に示すように、リジェ
ネバーナ６の取り付け方向を高温ガスチューブ２の中心
軸から側壁側にずらし、高温ガスが側壁に沿って螺旋状
流路４にスムーズに導入されるようにする。

【００３３】高温ガスチューブ２は、従来器（図８参
照）と同様、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、例えば
鉄製の枠体２ｃに断熱材２ｂを介して耐火物２ａを内張
りした炉とすればよい。炉の形状は特に限定されない
が、フィン５の設置の容易さや高温ガスチューブ２外壁
（枠体２ｃ）からの熱損失の最小化等を考慮して、図１
（ａ）に示すように円筒形とすることが好ましい。

【００３４】また、高温ガスチューブ２の炉内寸法は、
蒸気チューブ３の長さおよび径との関係、後述の燃焼ガ
ス（高温ガス）の必要滞留時間、フィン５の設置の容易
さ等を総合的に考慮して決定すればよい。

【００３５】蒸気チューブ３は、熱伝導率が良好でかつ
耐熱強度に優れた材料である高合金鋼あるいはステンレ
ス鋼などから高温ガスの温度、組成などの加熱条件に応
じて適宜選択すればよい。

【００３６】また、蒸気チューブ３の外表面温度は耐熱
強度の関係からできる限り低下させることが望ましい。
そのため蒸気チューブ３の管壁の厚さは可能な範囲で薄
く形成する。

【００３７】蒸気チューブ３の径と長さは、以下のよう
に決定すればよい。先ず、初期の蒸気温度から所要の過
熱蒸気温度まで加熱するのに必要な熱量と、蒸気チュー
ブ３の総括熱伝達係数とから蒸気チューブ３の必要伝熱
面積を求める。次に、蒸気流速が、蒸気チューブ３内表
面側の対流熱伝達率を十分高く維持しつつ、蒸気の圧力
損失が過剰とならない流速範囲となるように蒸気チュー
ブ３の断面積すなわち径を定める。このとき、二重管構
造としてもよい。そして、この径と上記で求めた必要伝
熱面積とから蒸気チューブ３の長さを決定する。

【００３８】フィン５の高さおよびピッチを調整して螺
旋状の流路４の断面積を所定値に設定することにより、
当該流路４内における高温ガス流速を所定流速範囲とす
ることが望ましい。

【００３９】フィン５の材質は、フィンとしての機能を
有効に発揮させるため、蒸気チューブ３と同様、熱伝導
率が高くかつ耐熱性に優れた材料である高合金鋼あるい
はステンレス鋼などから高温ガスの温度、組成など加熱
条件に応じて適宜選択すればよい。

【００４０】リジェネバーナの燃料は、ガス状、液状、
固体状いずれであってもよい。

【００４１】（実施形態２）図２は、本発明（請求項
６）に係る蒸気過熱器を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）
は蒸気チューブの部分断面図である。

【００４２】図２に示すように、蒸気チューブ３内に中
実棒７を挿入した構造としてもよい。中実棒７の挿入は
蒸気流速を速めて蒸気チューブ３内表面側の対流熱伝達
を増加させるためであるから、中実棒６の挿入範囲は、
少なくとも蒸気チューブ３が高温チューブ２炉内を貫通
する部分とすることが好ましい。また、上記対流熱伝達
を蒸気チューブ３の円周方向でできるだけ均一にするた
め、中実棒７は蒸気チューブ３と同心の位置に挿入する
ことが望ましい。なお、中実棒７の替わりに中空管を用
いても同様の作用効果が得られる。中実棒（中実管）７
の材質はある程度の耐熱性や強度を有するものであれば
特に限定されるものではないが、中実棒（中空管）７と
蒸気チューブ３との接合のしやすさを考慮して金属製に
することが推奨される。そして、中実棒（中空管）７と
蒸気チューブ３との材質や温度の相違による伸びの差を
吸収するため、例えば図２（ｂ）に示すように、中実棒
（中空管）７の一部をスライド構造８とすることやエク
スパンジョン構造（図示せず）とすることが望ましい。（実施形態３）図３は、本発明（請求項５）に係る蒸気
過熱器の別形態を示す垂直部分断面図である。なお、本
発明の蒸気過熱器はほぼ上下対称であるので、図３では
蒸気過熱器の上半分のみを示す。

【００４３】上記実施形態１（図１参照）においては、
燃焼予備室９内を貫通する、蒸気チューブ３の外表面を
耐火物１０で被覆した例を示したが、本実施形態２にお
いては、耐火物で被覆するかわりに、図３に示すよう
に、高合金鋼やステンレス鋼などの耐熱性材料で形成し
た輻射シールド１０’で蒸気チューブ３を覆っている。
これにより、耐火物で被覆した場合と同様、蒸気チュー
ブ３表面を高温ガスの輻射熱から防御することができ
る。

【００４４】（実施形態４）図４は、本発明（請求項
５）に係る蒸気過熱器の別形態を示す垂直部分断面図で
ある。本図においても蒸気過熱器の上半分のみを示す。

【００４５】図４は、上記実施形態１（図１参照）にお
いて、流路４の中央側１２内に流路４の幅（高温ガスチ
ューブ２内表面と蒸気チューブ３外表面の隙間）の半分
程度のフィン高さのフィンを設置する。これにより、中
央側１２の流路４内におけるガス流速を過大とすること
なく（すなわち、圧力損失を過大とすることなく）対流
熱伝達を増加させることができる。

【００４６】上記実施形態１〜４においては、燃焼予備
室９を高温ガスチューブ２内に設けた例のみについて説
明したが、本発明はこれに限られるものではない。例え
ば、燃焼予備室９を高温チューブ２外（過熱器１外）に
別途設け、この燃焼予備室で生成した燃焼ガスを配管で
過熱器に導入するようにしてもよい。

【００４７】また、上記実施形態１〜４においては、一
対のリジェネバーナ６を高温ガスチューブ２の両端部に
設置し、フィン５の高さおよびピッチを流路４の両端側
１１と中央側１２とで変更する例のみについて説明した
が、本発明はこれに限られるものではない。例えば、リ
ジェネバーナ６の替わりに、通常の単一のバーナを高温
ガスチューブ２の一端部のみに設置し、フィン５の高さ
を流路４の上流側で低く、下流側で高くし、かつ、フィ
ン５のピッチを上流側で広く、下流側で狭くする構造と
してもよい。

【００４８】

【実施例】（１）本発明例上記実施形態１（図１参照）において、フィン４の高さ
およびピッチを図５および表１に示すように過熱器長手
方向で変化させて設定し、一対のリジェネバーナ６によ
る燃焼時における過熱器長手方向の交換熱量（蒸気チュ
ーブ単位断面積当たりの、高温ガスから蒸気チューブへ
の熱伝達量）を伝熱計算により求めた。図６に計算結果
を模式的に示す。なお、図６の熱交換量は、一対のリジ
ェネバーナ６による燃焼と熱回収とからなる１サイクル
分の時間平均値とした。

【００４９】

【表１】

【００５０】（２）比較例従来器（図８参照）において、フィン４の高さおよびピ
ッチを過熱器長手方向で一定とし、リジェネバーナでな
く通常の単一のバーナを過熱器頂部側のみに設置した場
合について、燃焼時における過熱器長手方向の交換熱量
（蒸気チューブ単位断面積当たりの、高温ガスから蒸気
チューブへの熱伝達量）を伝熱計算により求めた。図７
に計算結果を模式的に示す。

【００５１】（３）本発明例と比較例との熱交換量の分
布の比較比較例（従来器）においては、図７に示すように、輻射
による熱伝達量は、過熱器底部近傍（上流側）で非常に
多いが、頂部（下流側）にいくにしたがい急速に減少し
ている。一方、対流熱伝達量は、底部から頂部にいくに
したがい徐々に低下している。その結果、輻射＋対流に
よる全熱伝達量は、底部側（上流側）で非常に多く、頂
部側（下流側）で非常に少なくなり、過熱器全体として
熱効率が劣る。

【００５２】これに対し、本発明例においては、図８に
示すように、輻射による熱伝達量は、過熱器頂部および
底部近傍で多く、中央部近傍で少ないものの、その差は
従来器ほど大きくない。これとは逆に、対流熱伝達量
は、過熱器頂部および底部近傍で少なく、中央部近傍で
多くなっている。その結果、輻射＋対流による全熱伝達
量は、頂部および底部側と、中央部側とで、従来器に比
べ格段に差が小さくなっており、過熱器全体として熱効
率が改善されている。

【００５３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、加
熱ガスとして高温ガスを用いても、熱効率を高く維持で
き、かつ蒸気の圧力損失を小さくできる、エネルギー効
率に優れた蒸気過熱器が得られる。また、蒸気チューブ
の局所加熱を防止して寿命を延長できる。

【００５４】また、簡易な設備構成としたので、過大な
コスト増を招くことがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明（請求項５）に係る蒸気過熱器を示し、
（ａ）水平断面図、（ｂ）は垂直部分断面図である。

【図２】本発明（請求項６）に係る蒸気過熱器を示し、
（ａ）は水平断面図、（ｂ）は蒸気チューブの部分断面
図である。

【図３】本発明（請求項５）に係る蒸気過熱器の別形態
を示す垂直部分断面図である。

【図４】本発明（請求項５）に係る蒸気過熱器の別形態
を示す垂直部分断面図である。

【図５】本発明（請求項５）に係る蒸気過熱器のフィン
の設置状況の一例を示す垂直部分断面図である。

【図６】本発明例における、過熱器長手方向と交換熱量
との関係を模式的に示すグラフ図である。

【図７】比較例における、過熱器長手方向と交換熱量と
の関係を模式的に示すグラフ図である。

【図８】従来器の蒸気過熱器を示す部分断面図である。

【符号の説明】

１…蒸気過熱器、２…高温ガスチューブ、２ａ…
耐火物、２ｂ…断熱材、２ｃ…枠体、３…蒸気チ
ューブ、４…流路（燃焼室）、５…フィン、６…リ
ジェネバーナ、７…中実棒（中空管）、８…スライ
ド構造、９…燃焼予備室、１０…耐熱性材料（耐火
物）、１０’…耐熱性材料（輻射シールド）、１１
…端部側、１２…中央側

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者満田正彦兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者岡田和人兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内Ｆターム(参考） 3L103 AA12 AA17 AA27 AA35 BB05 CC18 CC27 DD03 DD09 DD14 DD17 DD33 DD38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱用高温ガスの流路を有する高温ガス
チューブと、この高温ガスチューブ内に設けられた被加
熱蒸気を通す蒸気チューブとを備えた蒸気過熱器であっ
て、前記高温ガスの流路が、前記蒸気チューブの周りに
フィンを螺旋状に設けることにより形成されたものであ
り、前記フィンの高さが、前記高温ガスの上流側より下
流側の方が高く、かつ、前記フィンのピッチが、前記高
温ガスの上流側より下流側の方が小さいことを特徴とす
る蒸気過熱器。
【請求項２】加熱用高温ガスの流路を有する高温ガス
チューブと、この高温ガスチューブ内に設けられた被加
熱蒸気を通す蒸気チューブとを備えた蒸気過熱器であっ
て、前記高温ガスチューブの両端部に、燃料を燃焼して
加熱用高温ガスを発生させる一対のリジェネバーナを備
え、この加熱用高温ガスが流通する前記加熱用高温ガス
の流路が、前記蒸気チューブの周りにフィンを螺旋状に
設けることにより形成されたものであり、前記フィンの
高さが、前記流路の両端側より中央側の方が高く、か
つ、前記フィンのピッチが、前記流路の両端側より中央
側の方が小さいことを特徴とする蒸気過熱器。
【請求項３】前記高温ガスチューブ内であって、前記
リジェネバーナと前記加熱用高温ガスの流路との間に燃
料の燃焼を進行させる燃焼予備室を備えたことを特徴と
する請求項２に記載の蒸気過熱器。
【請求項４】前記蒸気チューブの、前記燃焼予備室内
を貫通する部分の外表面が、耐熱性材料で覆われている
ことを特徴とする請求項３に記載の蒸気過熱器。
【請求項５】前記加熱用高温ガスが、前記螺旋状の流
路に沿う方向に、前記高温ガスチューブの側壁に沿って
導入されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１
項に記載の蒸気過熱器。
【請求項６】さらに、前記蒸気チューブ内長手方向に
沿って中実棒又は中空管を配置し、前記被加熱蒸気が、
前記蒸気チューブ内面と前記中実棒又は中空管の外面と
の間を通るようにしたことを特徴とする請求項１〜５の
いずれか１項に記載の蒸気過熱器。