JP3723097B2 - 貫流型排熱ボイラ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン等から排出される排気ガスの排熱を利用して過熱蒸気を生成する貫流型排熱ボイラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の貫流型排熱ボイラの一例を、図１９を参照しながら以下に説明する。同図に示す従来の貫流型排熱ボイラは、下方から上方に向かって排気ガスＧを導くケーシング１と、該ケーシング１内に上から下に向かって順番に配置された節炭器２及び蒸発器３及び過熱器４と、ケーシング１の外部に配置されて節炭器１に給水Ｗを供給する給水ポンプ５及び管寄せ６と、ケーシング１の外部に配置されて過熱器４からの過熱蒸気ＳＳを取り入れる管寄せ７とを備えて構成されている。
【０００３】
節炭器２及び蒸発器３及び過熱器４は、お互いの接続部を介して、管寄せ６から管寄せ７にかけて連続した流路をなすように構成されている。節炭器２は、管寄せ６からの給水Ｗをその内部に通して予熱する役目をなし、また、蒸発器３は、節炭器２からの給水Ｗを加熱して蒸気Ｓ蒸発させる役目をなし、過熱器４は、蒸発器３からの蒸気Ｓを更に加熱して過熱蒸気ＳＳを生成する役目をなす。
【０００４】
そして、この従来の貫流型排熱ボイラによれば、給水ポンプ５を起動して給水Ｗを管寄せ６に送り込むことにより、節炭器２への給水が開始される。節炭器２では、ケーシング１内を流れる排気ガスＧからの排熱が管壁面を介して熱交換され、蒸発器３に行く前の予熱が行われる。このようにして予熱されて昇温した給水Ｗは、下方の蒸発器３へと送り込まれ、排気ガスＧとの熱交換で更に昇温して蒸発することにより蒸気Ｓとなる。続いて、蒸発器３から下方の過熱器４に向かって送り込まれる蒸気Ｓは、排気ガスＧとの熱交換で更なる加熱を受けて過熱蒸気ＳＳとなる。
このようにして生成された過熱蒸気ＳＳは、管寄せ７を介してケーシング１の外部へと取り出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記説明の従来の貫流型排熱ボイラでは、装置起動時や負荷変動時などの運用条件が変化する際に、蒸発器３内で完全に給水Ｗが蒸発せずに水と蒸気とが混在した気液混合状態となり、例えば、蒸発器３から下方の過熱器４に向かう蒸気Ｓと共に水が勢いよく流れ落ちることがあり、このような場合、過熱器４内での蒸気の流動安定性が不安定になる恐れがあった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、給水から過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動安定性が不安定になるのを防止できる貫流型排熱ボイラの提供を目的とする。
【０００８】
請求項２に記載の貫流型排熱ボイラは、請求項１に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、前記蒸発器が、該蒸発器内部の前記蒸気を前記並流方向に流す並流型であることを特徴とする。
上記請求項２に記載の貫流型排熱ボイラによれば、蒸発器から第１流動安定部に向かう蒸気中に水が含まれていても、蒸発器の蒸気出口である上端側に向かって蒸気を一旦上昇させてヘッドを稼いでから下方に導くので、第１流動安定部に蒸気と共に水が勢いよく流れ込むのを防止することができるようになる。
【０００９】
請求項３に記載の貫流型排熱ボイラは、請求項１又は２に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、前記蒸発器と前記第１流動安定部との間には、該蒸発器からの前記蒸気の流れを少なくとも一回、上方に導いてから下方の前記第１流動安定部に導く第２流動安定部が設けられていることを特徴とする。
上記請求項３に記載の貫流型排熱ボイラによれば、蒸発器から第１流動安定部に向かう蒸気中に水が含まれていても、第１流動安定部を通過する際に、少なくとも一旦上方に導かれてヘッドを稼いでから、下方の第１流動安定部に導くので、第１流動安定部に蒸気と共に水が勢いよく流れ込むのを防止することができるようになる。
【００１０】
請求項４に記載の貫流型排熱ボイラは、請求項３に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、前記第２流動安定部が、前記ケーシング内の排ガス流路中に配置されていることを特徴とする。
上記請求項４に記載の貫流型排熱ボイラによれば、第２流動安定部内を流れる際の蒸気または気液混合流体は、排気ガスからの排熱を受け取り続けることができるので、冷えるのを防止することができるようになる。
【００１２】
請求項６に記載の貫流型排熱ボイラは、請求項５に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、前記第３流動安定部が、前記ケーシング内の排ガス流路中に配置されていることを特徴とする。
上記請求項６に記載の貫流型排熱ボイラによれば、第３流動安定部内を流れる際の蒸気または気液混合流体は、排気ガスからの排熱を受け取り続けることができるので、冷えるのを防止することができるようになる。
【００１４】
請求項８に記載の貫流型排熱ボイラは、請求項７に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、前記第４流動安定部が、前記ケーシング内の排ガス流路中に配置されていることを特徴とする。
上記請求項８に記載の貫流型排熱ボイラによれば、第４流動安定部内を流れる際の給水は、排気ガスからの排熱を受け取り続けることができるので、冷えるのを防止することができるようになる。
【００１５】
請求項９に記載の貫流型排熱ボイラは、請求項５〜８の何れかに記載の貫流型排熱ボイラにおいて、前記節炭器が、該節炭器内の前記給水を前記排気ガスの流れに対向する向流方向に流す向流型であり、前記蒸発器が、該蒸発器内の前記蒸気を前記向流方向に流す向流型であり、前記過熱器が、該過熱器内の前記過熱蒸気を前記向流方向に流す向流型であることを特徴とする。
上記請求項９に記載の貫流型排熱ボイラによれば、節炭器及び蒸発器及び過熱器内を流れながら、外部の排気ガスとの間で熱交換を行う各流体を考えた場合、向流型を採用した方が、高い熱交換率を得ることができる。すなわち、排気ガスの流れ方向の上流側及び下流側それぞれを流れる際の前記各流体を比較した場合、各流体は前記下流側から前記上流側に向かって流れることとなる。このとき、前記下流側の位置では、排気ガスは前記上流側での熱交換により温度が下がっているが、各流体は前記上流側の位置よりも低温であるため、排気ガスと各流体との間の温度差が大きくなるようにすることができる。同様に、前記上流側の位置では、既に各流体は昇温されているが、これを加熱する排気ガスはまだ熱交換前なので高温状態を保っており、やはり、排気ガスと各流体との間の温度差が大きくなるようにすることができる。したがって、熱交換は温度差に比例して行われるので、向流型を採用した方が、高い熱交換率を得ることができるものとなる。
【００１６】
請求項１０に記載の貫流型排熱ボイラは、請求項５〜８の何れかに記載の貫流型排熱ボイラにおいて、前記節炭器が、前記蒸発器の上方に配置されてかつ、該節炭器内の前記給水を前記排気ガスの流れに並行な並流方向に流す並流型であり、前記蒸発器が、該蒸発器内の前記蒸気を前記向流方向に流す向流型であり、前記過熱器が、該過熱器内の前記過熱蒸気を前記向流方向に流す向流型であることを特徴とする。
上記請求項１０に記載の貫流型排熱ボイラによれば、節炭器内を流れる給水は、節炭器の下端から上端に向かって上昇する方向に流れ、ヘッドを稼いでから、下方の蒸発器に導かれるので、給水が勢いよく蒸発器に流れ込むのを防止することができるようになる。さらに、節炭器及び過熱器においては、これらの内部をそれぞれ流れる蒸気及び過熱蒸気と、外部を流れる排気ガスとの温度差を大きく確保することができるので、温度差に比例する熱交換効率の向上をも達成できるようになる。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。すなわち、請求項１に記載の貫流型排熱ボイラは、給水を通して予熱する節炭器と、該節炭器からの前記給水を加熱して蒸気を生成する蒸発器と、該蒸発器からの前記蒸気を更に加熱して過熱蒸気を生成する過熱器と、これら節炭器及び蒸発器及び過熱器を収容するケーシングとを備え、前記ケーシングが、排気ガスを取り込んで下方から上方に導く第１流路と、該第１流路の上端からの前記排気ガスを取り込んで上方から下方に導く第２流路と、該第２流路の下端からの前記排気ガスを取り込んで下方から上方に導く第３流路とを備え、前記第１流路内に前記過熱器が配置され、前記第２流路内に前記蒸発器が配置され、前記第３流路内に前記節炭器が配置されるとともに、前記節炭器は、前記給水を上方から下方に向かって流し、前記蒸発器は、前記給水を下方から上方に向かって流し、前記過熱器は、前記給水を上方から下方に向かって流すことを特徴とする。
上記請求項１に記載の貫流型排熱ボイラによれば、過熱器，蒸発器，節炭器の各熱交換部間における流体の受け渡しは、重力の影響を受けやすい上下方向ではなく、水平方向に向かって行われるので、水が勢いよく隣の熱交換部に流れ出す恐れがない。したがって、過熱器，蒸発器，節炭器の全てを、内部の流体が外部の排気ガスの流れ方向に対向する向流型にすることができるようになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の貫流型排熱ボイラは、ガスタービン等から排出される排気ガスの排熱を利用して過熱蒸気を生成する貫流型排熱ボイラに関するものであり、その第１実施形態〜第１０実施形態の各説明を、図面を参照しながら以下に行うが、本発明がこれらのみに限定解釈されるものでないことはもちろんである。
【００２４】
［第１実施形態］
まず、図１の縦断面図を参照しながら、本発明の貫流型排熱ボイラの第１実施形態についての説明を以下に行う。
同図に示すように、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、下方から上方に向かって排気ガスＧを導くケーシング１０内に、給水Ｗを通して予熱する節炭器１１と、該節炭器１１からの給水Ｗを加熱して蒸気Ｓを生成する蒸発器１２と、該蒸発器１２からの蒸気Ｓを更に加熱して過熱蒸気ＳＳを生成する過熱器１３とを有し、更に、ケーシング１０の外部に配置されて節炭器１１に給水Ｗを供給する給水ポンプ１４及び管寄せ１５と、ケーシング１０の外部に配置されて過熱器１３からの過熱蒸気ＳＳを取り入れる管寄せ１６とを備えて概ね構成されている。
なお、同図では、説明を簡略化するために、配管系路中に装備される弁類を省略している。
【００２５】
節炭器１１及び蒸発器１２及び過熱器１３は、お互いの接続部を介して、管寄せ１５から管寄せ１６にかけて連続した流路をなすように構成されている。これら節炭器１１及び蒸発器１２及び過熱器１３間の前記接続部を明示するため、同図に接続部ａ，ｂを示す。すなわち、管寄せ１５から接続部ａまでの配管経路が節炭器１１であり、ケーシング１０内の流路を複数回にわたって繰り返し横断するように折曲形成されている。同様に、接続部ａから接続部ｂまでの配管経路が蒸発器であり、節炭器１１の下方においてケーシング１０内の流路を複数回にわたって繰り返し横断するように折曲形成されている。同様に、接続部ｂから管寄せ１６までの配管経路が過熱器であり、蒸発器１２の下方においてケーシング１０内の流路を複数回にわたって繰り返し横断するように折曲形成されている。
【００２６】
節炭器１１は、管寄せ１５からの給水Ｗをその内部に通しながら、外部を流れる排気ガスＧからの排熱と熱交換させることで予熱する役目をなしている。そして、本実施形態の節炭器１１は、上方から下方に向かって給水Ｗを流すので、排気ガスＧの流れ方向に対向する向流型を採用している。
【００２７】
蒸発器１２は、節炭器１１からの給水Ｗをその内部に通しながら、外部を流れる排気ガスＧからの排熱と熱交換させることで給水Ｗを蒸発させ、蒸気Ｓを生成する役目をなしている。そして、本実施形態の蒸発器１２は、該蒸発器１２の内部の給水Ｗ／蒸気Ｓを下方から上方に向かって流すので、排気ガスＧの流れ方向に並行方向に流す並行型を採用しており、この点が本実施形態の特徴点の一つとなっている。
すなわち、この蒸発器１２は、節炭器１１からの給水Ｗを一旦、該蒸発器１２の最下端に導いた後、蛇行させながら徐々に上昇させ、この蛇行の過程で給水Ｗを加熱して蒸気Ｓを生成し、ついには蒸発器１２の最上端へと導いていく。
これにより、蒸発器１２から過熱器１３に向かう蒸気Ｓ中に液化した水が含まれていても、蒸発器１２の蒸気出口である前記最上端に向かって蒸気Ｓを一旦上昇させてヘッドを稼いでから下方の過熱器１３へと導くので、過熱器１３に蒸気Ｓと共に水が勢いよく流れ込むのを防止することができるようになっている。
【００２８】
過熱器１３は、蒸発器１２からの蒸気Ｓをその内部に通しながら、外部を流れる排気ガスＧからの排熱と熱交換させることで蒸気Ｓを更に加熱し、過熱蒸気ＳＳを生成する役目をなしている。そして、本実施形態では、この過熱器１３の構成がもう一つの特徴点となっている。
すなわち、本実施形態の過熱器１３は、該過熱器１３上方の蒸発器１２から蒸気Ｓを受け入れて、排気ガスＧの流れに並行な並流方向に流しながら蒸発させる第１流動安定部１３Ａと、該第１流動安定部１３Ａの下流側に連続する過熱器主部１３Ｂとの２分割構造で構成されている。
【００２９】
第１流動安定部１３Ａは、接続部ｂにおいて蒸発器１２の下流端部に接続され、また接続部ｃにおいて過熱器主部１３Ｂの入口である上流端部に接続されている。そして、この第１流動安定部１３Ａは、蒸発器１２からの蒸気Ｓを一旦、該第１流動安定部１３Ａの最下端に導いた後、蛇行させながら徐々に上昇させ、この蛇行の過程で蒸気Ｓを加熱して過熱蒸気ＳＳを生成し、ついには第１流動安定部１３Ａの最上端へと導いていく。
【００３０】
これにより、蒸発器１２から過熱器１３に向かう蒸気Ｓ中に液化した水が含まれていても、第１流動安定部１３Ａに予め通して排熱で加熱することにより、完全に蒸発させることができるので、過熱器主部１３Ｂに蒸気Ｓと共に水が流れ込むのを防止できるようになっている。しかも、この蒸発過程は、第１流動安定部１３Ａ内を下方から上方に向かう並流方向に流れながら行われるので、重力によって蒸発完了前に水が過熱器主部１３Ｂに流れ込んでしまうことも防止できるようになっている。
【００３１】
以上説明の構成を有する本実施形態の貫流型排熱ボイラの動作について以下に説明を行う。
まず、給水ポンプ１４を起動して給水Ｗを管寄せ１５に送り込むことにより、節炭器１１への給水が開始される。節炭器１１では、ケーシング１０内を流れる排気ガスＧからの排熱が管壁を介して熱交換され、蒸発器１２に行く前の予熱が行われる。このようにして予熱されて昇温した給水Ｗは、下方の蒸発器１２へと送り込まれ、排気ガスＧとの熱交換で更に昇温して蒸発することにより、蒸気Ｓとなる。
続いて、蒸発器１２から下方の過熱器１３に向かって送り込まれる蒸気Ｓは、排気ガスＧとの熱交換で更なる加熱を受けて過熱蒸気ＳＳとなる。この時、第１流動安定部１３Ａを設けたことによって過熱器主部１３Ｂに液化した水が流れ込まないようになっている点は、前述の通りである。
生成された過熱蒸気ＳＳは、管寄せ１６を介してケーシング１０の外部へと取り出される。
【００３２】
本実施形態の貫流型排熱ボイラは、過熱器１３上方の蒸発器１２から蒸気Ｓを受け入れて、排気ガスＧの流れに並行な並流方向に流しながら蒸発させる第１流動安定部１３Ａを、蒸発器１２と過熱器主部１３Ｂとの間に設ける構成を採用した。この構成によれば、例え、蒸発器１２から過熱器１３に向かう蒸気Ｓ中に液化した水が含まれていたとしても、過熱器１３の主部である過熱器主部１３Ｂに向かう前に通る第１流動安定部１３Ａで完全に蒸発されるようになっているので、水を含んだ気液混合状態のまま過熱器主部１３Ｂに向かうのを防止することができる。したがって、給水Ｗから過熱蒸気ＳＳを生成する加熱経路上での流動安定性が不安定になるのを防止することが可能となる。
さらに、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、蒸発器１２が並流型である構成を採用した。この構成によれば、第１流動安定部１３Ａに蒸気Ｓと共に水が勢いよく流れ込むのを防止することができるので、より流動安定性を向上させることが可能となっている。
【００３３】
［第２実施形態］
次に、図２の縦断面図を参照しながら、本発明の貫流型排熱ボイラの第２実施形態についての説明を以下に行う。なお、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、上記第１実施形態の変形例にあたるので、その特徴点を中心に説明を行うものとし、その他の上記第１実施形態と同一構成要素には、同一符号を付し、説明を省略する。なお、同図においても、上記第１実施形態と同様に、説明を簡略化するために、配管系路中に装備される弁類を省略している。
【００３４】
同図に示すように、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、前記蒸発器１２と前記第１流動安定部１３Ａとの間に、該蒸発器１２からの蒸気Ｓの流れを１回、上方に導いてから下方の第１流動安定部１３Ａに導く第２流動安定部１３Ｃを設けたことが特徴点の一つとなっている。
【００３５】
この第２流動安定部１３Ｃは、蒸発器１２の下端出口である接続部ｂと、第１流動安定部１３Ａの下端入口である接続部ｄとの間を、ケーシング１０外で接続する逆Ｕ字配管であり、接続部ｂよりも高い頂部を有している。
そして、この第２流動安定部１３Ｃによれば、蒸発器１２から第１流動安定部１３Ａに向かう蒸気Ｓ中に水が含まれていても、第２流動安定部１３Ｃを通過する際に、一旦上方に導かれてヘッドを稼いでから、下方の第１流動安定部１３Ａに導くので、第１流動安定部１３Ａに蒸気Ｓと共に水が勢いよく流れ込むのを防止することができるようになる。
したがって、本実施形態の貫流型排熱ボイラによれば、第１流動安定部１３Ａに蒸気Ｓと共に水が勢いよく流れ込むのを防止することができるので、より流動安定性を向上させることが可能となる。
【００３６】
なお、本実施形態の第２流動安定部１３Ｃは、ケーシング１０の外部に配置するものとしたが、これに限らず、ケーシング１０内の排ガス流路中に配置する構成（図示略）も採用可能である。
この場合、第２流動安定部１３Ｃ内を流れる際の蒸気Ｓまたは気液混合流体（蒸気Ｓに液化した水が含まれている流体）は、排気ガスＧからの排熱を受け取り続けることができるので、冷えるのを防止することができるようになる。
したがって、本実施形態の貫流型排熱ボイラによれば、第２流動安定部内１３Ｃを流れる蒸気Ｓまたは気液混合流体が冷えるのを防止することができるので、第２流動安定部１３Ｃから第１流動安定部１３Ａに向かう流体内に混在する液化水分量の増加を防止することが可能となる。
【００３７】
［第３実施形態］
次に、図３の縦断面図を参照しながら、本発明の貫流型排熱ボイラの第３実施形態についての説明を以下に行う。なお、以下の説明において上記第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
同図に示すように、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、下方から上方に向かって排気ガスＧを導くケーシング１０内に、給水Ｗを通して予熱する前記節炭器１１と、該節炭器１１からの給水Ｗを加熱して蒸気Ｓを生成する前記蒸発器１２と、該蒸発器１２からの蒸気Ｓを更に加熱して過熱蒸気ＳＳを生成する過熱器２０と、ケーシング１０の外部に配置されて節炭器１１に給水Ｗを供給する前記給水ポンプ１４及び管寄せ１５と、ケーシング１０の外部に配置されて過熱器２０からの過熱蒸気ＳＳを取り入れる前記管寄せ１６とを備えて概ね構成されている。なお、同図においても、上記第１実施形態と同様に、説明を簡略化するために、配管系路中に装備される弁類を省略している。
【００３８】
節炭器１１及び蒸発器１２及び過熱器２０は、お互いの接続部を介して、管寄せ１５から管寄せ１６にかけて連続した流路をなすように構成されている。なお、接続部ｅから管寄せ１６までの配管経路が過熱器２０であり、蒸発器１２の下方においてケーシング１０内の流路を複数回にわたって繰り返し横断するように折曲形成されている。
本実施形態の貫流型排熱ボイラは、節炭器１１が、該節炭器１１内の給水Ｗを排気ガスＧの流れに対向する向流方向に流す向流型であり、蒸発器１２も、該蒸発器１２内の蒸気Ｓを前記向流方向に流す向流型であり、過熱器２０も、該過熱器２０内の過熱蒸気ＳＳを前記向流方向に流す向流型を採用している。
【００３９】
そして、本実施形態の貫流型排熱ボイラでは、蒸発器１２と過熱器２０との間に、該蒸発器１２からの蒸気Ｓの流れを一回、上方に導いてから下方の過熱器２０に導く第３流動安定部２１を設けた点が特に特徴的となっている。
この第３流動安定部２１は、蒸発器１２の下端出口である接続部ｂと、過熱器２０上端入口である接続部ｅとの間を、ケーシング１０外で接続する逆Ｕ字配管であり、接続部ｂよりも高い頂部を有している。
【００４０】
この第３流動安定部２１によれば、蒸発器１２から過熱器２０に向かう蒸気Ｓ中に水が含まれていても、第３流動安定部２１を通過する際に、一旦上方に導かれてヘッドを稼いでから、下方の過熱器２０に導くので、過熱器２０に蒸気Ｓと共に水が勢いよく流れ込むのを防止することができるようになる。
したがって、本実施形態の貫流型排熱ボイラによれば、過熱器２０に蒸気Ｓと共に水が勢いよく流れ込むのを防止することができるので、より流動安定性を向上させることが可能となる。
さらには、本実施形態では、節炭器１１及び蒸発器１２及び過熱器２０の全てが向流型である構成を採用した。この構成によれば、節炭器１１及び蒸発器１２及び過熱器２０それぞれの内部を流れる流体と、排気ガスＧとの間の熱交換効率を向上させることができるので、極めて高い蒸気生成能力を得ることも可能としている。
【００４１】
なお、本実施形態の第３流動安定部２１は、ケーシング１０の外部に配置するものとしたが、これに限らず、例えば図４に示すように、ケーシング１０内の排ガス流路中に配置する構成も採用可能である。
この場合、第３流動安定部２１内を流れる際の蒸気Ｓまたは気液混合流体（蒸気Ｓに液化した水が含まれている流体）は、排気ガスＧからの排熱を受け取り続けることができるので、冷えるのを防止することができるようになる。
したがって、本変形例の貫流型排熱ボイラによれば、第３流動安定部２１内を流れる蒸気Ｓまたは気液混合流体が冷えるのを防止することができるので、第３流動安定部２１から過熱器２０に向かう流体内に混在する液化水分量の増加を防止することが可能となる。
【００４２】
［第４実施形態］
次に、図５の縦断面図を参照しながら、本発明の貫流型排熱ボイラの第４実施形態についての説明を以下に行う。なお、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、上記第３実施形態の変形例にあたるので、その特徴点を中心に説明を行うものとし、その他の上記第３実施形態と同一構成要素には、同一符号を付し、説明を省略する。なお、同図においても、上記第３実施形態と同様に、説明を簡略化するために、配管系路中に装備される弁類を省略している。
【００４３】
同図に示すように、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、節炭器１１と蒸発器１２との間に、節炭器１１からの給水Ｗの流れを一回、上方に導いてから下方の蒸発器１２に導く第４流動安定部２２を更に設けた点が特徴的となっている。
この第４流動安定部２２は、節炭器１１の下端出口である接続部ｆと、蒸発器１２の上端入口である接続部ｇとの間を、ケーシング１０外で接続する逆Ｕ字配管であり、接続部ｆよりも高い頂部を有している。
【００４４】
この第４流動安定部２２によれば、節炭器１１から蒸発器１２に向かう給水Ｗは、第４流動安定部２２を通過する際に、一旦上方に導かれてヘッドを稼いでから、下方の蒸発器１２に導かれるので、蒸発器１２に給水Ｗが勢いよく流れ込むのを防止することができるようになる。
したがって、本実施形態の貫流型排熱ボイラによれば、蒸発器１２に水が勢いよく流れ込むのを防止することができるので、より流動安定性を向上させることが可能となる。
【００４５】
なお、本実施形態の第３流動安定部２１及び第４流動安定部２２は、ケーシング１０の外部に配置するものとしたが、これに限らず、例えば図６に示すように、ケーシング１０内の排ガス流路中に配置する構成も採用可能である。なお、同図における符号ｈは、節炭器１１の下端出口と蒸発器１２の上端入口との間の接続部を示し、また、符号ｉは、蒸発器１２の下端出口と過熱器２０の上端入口との間の接続部を示している。
【００４６】
本変形例の第４流動安定部２２においては、その内部を流れる給水Ｗが、排気ガスＧからの排熱を受け取り続けることができるので、冷えるのを防止できるようになる。同様に、第３流動安定部２１においても、その内部を流れる蒸気Ｓまたは気液混合流体（蒸気Ｓに液化した水が含まれている流体）が、排気ガスＧからの排熱を受け取り続けることができるので、冷えるのを防止できるようになる。
【００４７】
したがって、本変形例の貫流型排熱ボイラによれば、第３流動安定部２１及び第４流動安定部２２内を流れる流体が冷えるのを防止することができるので、熱交換効率の向上を得ることが可能なる上に、第３流動安定部２１から過熱器２０に向かう流体内に混在する液化水分量の増加を防止することが可能となる。
なお、本変形例では、第３流動安定部２１及び第４流動安定部２２の双方を排ガス流路中に配置するものとしたが、これに限らず、何れか一方を排ガス流路中に配置し、他方をケーシング１０の外部に配置するものとしても良い。しかしながら、本変形例のように双方を排ガス流路中に配置した方が、排熱回収等の観点からより好ましいと言える。
【００４８】
［第５実施形態］
次に、図７の縦断面図を参照しながら、本発明の貫流型排熱ボイラの第５実施形態についての説明を以下に行う。なお、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、上記第３実施形態の変形例にあたるので、その特徴点を中心に説明を行うものとし、その他の上記第３実施形態と同一構成要素には、同一符号を付し、説明を省略する。なお、同図においても、上記第３実施形態と同様に、説明を簡略化するために、配管系路中に装備される弁類を省略している。
【００４９】
本実施形態では、蒸発器１２が、該蒸発器１２内の蒸気Ｓを前記向流方向に流す向流型であることと、過熱器２０が、該過熱器２０内の過熱蒸気ＳＳを前記向流方向に流す向流型であることは、上記第３実施形態と同様であるが、節炭器３０においては、該節炭器３０内の給水Ｗを排気ガスＧの流れに並行な並流方向に流す並流型を採用している点が特徴的となっている。
本実施形態の貫流型排熱ボイラによれば、節炭器３０内を流れる給水Ｗは、節炭器３０の下端から上端に向かって上昇する方向に流れ、ヘッドを稼いでから、下方の蒸発器１２に導かれるので、給水Ｗが勢いよく蒸発器１２に流れ込むのを防止可能となっている。しかも、上記第３実施形態と同様に、節炭器３０及び過熱器２０は共に向流型を採用しているため、これらの内部をそれぞれ流れる蒸気Ｓ及び過熱蒸気ＳＳと、外部を流れる排気ガスＧとの温度差を大きく確保することができるので、温度差に比例する熱交換効率の向上をも達成可能としている。
【００５０】
なお、本実施形態の第３流動安定部２１は、ケーシング１０の外部に配置するものとしたが、これに限らず、例えば図８に示すように、ケーシング１０内の排ガス流路中に配置する構成も採用可能である。なお、同図における符号ｊは、蒸発器１２と過熱器２０との間の接続部を示している。
本変形例の第３流動安定部２１においては、その内部を流れる蒸気Ｓまたは気液混合流体（蒸気Ｓに液化した水が含まれている流体）が、排気ガスＧからの排熱を受け取り続けることができるので、冷えるのを防止できるようになる。
したがって、本変形例の貫流型排熱ボイラによれば、第３流動安定部２１内を流れる流体が冷えるのを防止することができるので、熱交換効率の向上を得ることが可能なる上に、この第３流動安定部２１から過熱器２０に向かう流体内に混在する液化水分量の増加を防止することが可能となる。
【００５１】
［第６実施形態］
次に、図９の縦断面図を参照しながら、本発明の貫流型排熱ボイラの第６実施形態についての説明を以下に行う。なお、以下の説明において上記第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
同図に示すように、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、下方から上方に向かって排気ガスＧを導くケーシング１０内に、給水Ｗを通して予熱す記節炭器４０と、該節炭器４０からの給水Ｗを加熱して蒸気Ｓを生成する蒸発器４１と、該蒸発器４１からの蒸気Ｓを更に加熱して過熱蒸気ＳＳを生成する過熱器４２と、ケーシング１０の外部に配置されて節炭器１１に給水Ｗを供給する前記給水ポンプ１４及び管寄せ１５と、ケーシング１０の外部に配置されて過熱器４２からの過熱蒸気ＳＳを取り入れる前記管寄せ１６とを備えて概ね構成されている。なお、同図においても、上記第１実施形態と同様に、説明を簡略化するために、配管系路中に装備される弁類を省略している。
【００５２】
節炭器４０及び蒸発器４１及び過熱器４２は、お互いの接続部を介して、管寄せ１５から管寄せ１６にかけて、ケーシング１０内の流路を複数回にわたって繰り返し横断する、連続した流路をなすように構成されている。なお、管寄せ１５から接続部ｌまでが節炭器４０であり、接続部ｌから接続部ｋまでが蒸発器４１であり、接続部ｋから管寄せ１６までが過熱器４２である。
【００５３】
本実施形態の貫流型排熱ボイラは、節炭器４０が、該節炭器４０内の給水Ｗを排気ガスＧの流れに並行な並流方向に流す並流型であり、蒸発器４１が、節炭器４０の上方に配置されるとともに、該蒸発器４１内の蒸気Ｓを前記並流方向に流す並流型であり、過熱器４２が、蒸発器４１の上方に配置されるとともに、該過熱器４２内の過熱蒸気ＳＳを前記並流方向に流す並流型を採用している。すなわち、上記第１実施形態とは逆に、上から過熱器４２，蒸発器４１，節炭器４０の順番に配置するとともに、これらの全てを平流型とする構成を採用している点が、特に特徴的となっている。
【００５４】
本実施形態の貫流型排熱ボイラによれば、節炭器４０内では給水Ｗが上昇する方向に流れ、蒸発器４１内では蒸気Ｓが上昇する方向に流れ、過熱器４２内では過熱蒸気ＳＳが上昇する方向に流れる。すなわち、管寄せ１５から節炭器４０内に流れ込んだ給水Ｗは、排気ガスＧからの排熱により予熱されて昇温しながら管路に沿って上昇し、接続部ｌを介して上方の蒸発器４１内に流れ込む。蒸発器４１内においても同様に、給水Ｗは、排気ガスＧからの排熱により加熱されて蒸発し、蒸気Ｓとなって接続部ｋを介して過熱器４２内に流れ込む。さらに、蒸気Ｓは、排気ガスＧからの排熱により更なる加熱を受けて過熱蒸気ＳＳとなり、ケーシング１０外の管寄せ１６へと導出されていく。
【００５５】
したがって、本実施形態の構成によれば、流体（給水Ｗ，蒸気Ｓ，過熱蒸気ＳＳが下方に向かう流れを生じず、水が下方に向かって勢いよく流れ落ちることがない。したがって、給水から過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動安定性が不安定になるのを防止することが可能となる。
なお、本実施形態の節炭器４０及び蒸発器４１及び過熱器４２の配管としてフィン付き配管を採用し、熱交換効率の更なる向上を得る構成も、勿論採用可能である。
【００５６】
［第７実施形態］
次に、図１０の縦断面図を参照しながら、本発明の貫流型排熱ボイラの第７実施形態についての説明を以下に行う。なお、以下の説明において上記第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
同図に示すように、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、下方から上方に向かって排気ガスＧを導くケーシング１０内に、給水Ｗを通して予熱する節炭器５０と、該節炭器５０からの給水Ｗを加熱して蒸気Ｓを生成する蒸発器５１と、該蒸発器５１からの蒸気Ｓを更に加熱して過熱蒸気ＳＳを生成する過熱器５２と、ケーシング１０の外部に配置されて節炭器５０に給水Ｗを供給する前記給水ポンプ１４及び管寄せ１５と、ケーシング１０の外部に配置されて過熱器からの過熱蒸気ＳＳを取り入れる前記管寄せ１６とを備えて概ね構成されている。なお、同図においても、上記第１実施形態と同様に、説明を簡略化するために、配管系路中に装備される弁類を省略している。
【００５７】
節炭器５０及び蒸発器５１及び過熱器５２は、お互いの接続部を介して、管寄せ１５から管寄せ１６にかけて、ケーシング１０内の流路を複数回にわたって繰り返し横断する、連続した流路をなすように構成されている。なお、管寄せ１５から接続部ａまでが節炭器５０であり、接続部ａから接続部ｂまでが蒸発器５１であり、接続部ｂから管寄せ１６までが過熱器５２である。
【００５８】
本実施形態の貫流型排熱ボイラは、節炭器５０が、該節炭器５０内の給水Ｗを排気ガスＧの流れに並行な並流方向に流す並流型であり、蒸発器５１が、節炭器５０の下方に配置されるとともに、該蒸発器５１内の蒸気Ｓを前記並流方向に流す並流型であり、過熱器５２が、蒸発器５１の下方に配置されるとともに、該過熱器５２内の過熱蒸気ＳＳを排気ガスＧの流れに対向する向流方向に流す向流型を採用している。すなわち、液体が主に流れる節炭器５０及び蒸発器５１を並流型とし、蒸発した気体が主に流れる過熱器５２を向流型とした点が、特徴的となっている。
【００５９】
本実施形態の貫流型排熱ボイラによれば、節炭器５０内では給水Ｗが上昇してヘッドを稼ぐ方向に流れ、蒸発器５１内でも、蒸気Ｓが上昇してヘッドを稼ぐ方向に流れる。すなわち、管寄せ１５から節炭器５０内に流れ込んだ給水Ｗは、排気ガスＧからの排熱により予熱されて昇温しながら管路に沿って上昇し、このようにヘッドを稼いでから接続部ａを介して下方の蒸発器５１内に流れ込む。蒸発器５１内においても同様に、給水Ｗは、排気ガスＧからの排熱により加熱されて蒸発しながら管路に沿って上昇し、このようにヘッドを稼いでから接続部ｂを介して下方の過熱器５２内に流れ込む。さらに、蒸気Ｓは、排気ガスＧからの排熱により更なる加熱を受けて過熱蒸気ＳＳとなり、ケーシング１０外の管寄せ１６へと導出されていく。
【００６０】
したがって、本実施形態の構成によれば、節炭器５０からの給水Ｗが下方の蒸発器５１に勢いよく流れ落ちたり、蒸発器５１からの蒸気Ｓに含まれる水が下方の過熱器５２に勢いよく流れ落ちたりすることがないので、過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動安定性が不安定になるのを防止することが可能となる。しかも、過熱器５２は向流型を採用しているため、内部を流れる過熱蒸気ＳＳと外部の排気ガスＧとの温度差を大きく確保して熱交換効率の向上を得ることも可能となっている。
【００６１】
［第８実施形態］
次に、図１１の縦断面図を参照しながら、本発明の貫流型排熱ボイラの第８実施形態についての説明を以下に行う。なお、以下の説明において上記第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
同図に示すように、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、上方から下方に向かって排気ガスＧを導くケーシング６０内に、給水Ｗを通して予熱する節炭器６１と、該節炭器６１からの給水Ｗを加熱して蒸気Ｓを生成する蒸発器６２と、該蒸発器６２からの蒸気Ｓを更に加熱して過熱蒸気ＳＳを生成する過熱器６３とを、上から下に向かって過熱器６３，蒸発器６２，節炭器６１の順番に配置し、ケーシング６０の上端に、該上端に向かって排気ガスＧを導くガスダクト６４を設ける構成を採用した。なお、同図においても、上記第１実施形態と同様に、説明を簡略化するために、配管系路中に装備される弁類を省略している。
【００６２】
節炭器６１及び蒸発器６２及び過熱器６３は、お互いの接続部を介して、管寄せ１５から管寄せ１６にかけて、ケーシング６０内の流路を複数回にわたって繰り返し横断する、連続した流路をなすように構成されている。なお、管寄せ１５から接続部ａまでが節炭器６１であり、接続部ａから接続部ｂまでが蒸発器６２であり、接続部ｂから管寄せ１６までが過熱器６３である。
【００６３】
節炭器６１は、管寄せ１５からの給水Ｗをその内部に通しながら、外部を流れる排気ガスＧからの排熱と熱交換させることで予熱する役目をなしている。そして、本実施形態の節炭器６１は、下方から上方に向かって給水Ｗを流すので、排気ガスＧの流れに並行方向の並流型を採用している。
蒸発器６２は、節炭器６１からの給水Ｗをその内部に通しながら、外部を流れる排気ガスＧからの排熱と熱交換させることで給水Ｗを蒸発させ、蒸気Ｓを生成する役目をなしている。そして、本実施形態の蒸発器６２は、該蒸発器６２の内部の給水Ｗ／蒸気Ｓを下方から上方に向かって流すので、排気ガスＧの流れに並行方な並行型を採用している。
過熱器６３は、蒸発器６２からの蒸気Ｓをその内部に通しながら、外部を流れる排気ガスＧからの排熱と熱交換させることで蒸気Ｓを更に加熱し、過熱蒸気ＳＳを生成する役目をなしている。そして、本実施形態の過熱器６３は、該過熱器６３の内部の過熱蒸気ＳＳを下方から上方に向かって流すので、排気ガスＧの流れに並行方な並行型を採用している。
【００６４】
ガスダクト６４は、地上に据え付けられた排ガス導出用の配管６５からの排気ガスＧを、ガスダクト６０の上端まで導く配管であり、その鉛直配管部分６４Ａ内には、過熱器６３に向かう排気ガスＧを攪拌する攪拌器６６が設けられている。この攪拌器６６としては、例えば複数の螺旋羽を、一定間隔で逆向きとなるように直線配置したスタティックミキサなどが使用できるが、排気ガスＧを攪拌させてその温度分布を均一化できればよく、その他のタイプの攪拌器を採用しても良い。
この攪拌器６６を備えたことにより、本実施形態では、ケーシング６０上端の入口に向かう排気ガスＧに温度分布があったとしても、この温度分布は、攪拌器６６が排気ガスＧを攪拌することで均一化される。したがって、これから熱交換に利用される排気ガスＧの温度分布を均一化させることができ、過熱器６０においてより高い熱交換効率を得ることが可能となっている。
【００６５】
本実施形態の貫流型排熱ボイラによれば、節炭器６１内では給水Ｗが上昇する方向に流れ、蒸発器６２内では蒸気Ｓが上昇する方向に流れ、過熱器６３内では過熱蒸気ＳＳが上昇する方向に流れる。すなわち、管寄せ１５から節炭器６１内に流れ込んだ給水Ｗは、排気ガスＧからの排熱により予熱されて昇温しながら管路に沿って上昇し、接続部ａを介して上方の蒸発器６２内に流れ込む。蒸発器６２内においても同様に、給水Ｗは、排気ガスＧからの排熱により加熱されて蒸発し、蒸気Ｓとなって接続部ｂを介して過熱器６３内に流れ込む。さらに、蒸気Ｓは、排気ガスＧからの排熱により更なる加熱を受けて過熱蒸気ＳＳとなり、ケーシング６０外の管寄せ１６へと導出されていく。
【００６６】
したがって、本実施形態の構成によれば、流体（給水Ｗ，蒸気Ｓ，過熱蒸気ＳＳ）が下方に向かう流れを生じず、水が下方に向かって勢いよく流れ落ちることがない。したがって、給水から過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動安定性が不安定になるのを防止することが可能となる。
しかも、過熱器６１，蒸発器６２，節炭器６３の全てが向流型であるため、これらの内部を流れる流体と外部の排気ガスＧとの温度差を大きく確保することもできるようになっており、熱交換効率の向上を得ることも可能となっている。
【００６７】
［第９実施形態］
次に、図１２の縦断面図を参照しながら、本発明の貫流型排熱ボイラの第９実施形態についての説明を以下に行う。なお、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、上記第８実施形態の変形例にあたるので、その特徴点を中心に説明を行うものとし、その他の上記第８実施形態と同一構成要素には、同一符号を付し、説明を省略する。なお、同図においても、上記第８実施形態と同様に、説明を簡略化するために、配管系路中に装備される弁類を省略している。
【００６８】
同図に示すように、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、そのケーシング６０を、地下ピット７０内に設置した点が特徴的となっている。すなわち、ケーシング６０を、地上の前記配管６５よりもケーシング６０の入口が低くなるような深さの地下ピット７０内に設置し、これら配管６５及びケーシング６０間をガスダクト７１で接続している。
この構成によれば、ケーシング６０の上端高さが低くなるので、上記第８実施形態のようにガスダクト７１を上昇させる形に配管せずとも、排気ガス送風可能に接続することができるようになる。したがって、高価なガスダクト７１の長さが短くて済むので、装置の低コスト化を図ることが可能となる。
【００６９】
［第１０実施形態］
次に、図１３〜図１６を参照しながら、本発明の貫流型排熱ボイラの第１０実施形態についての説明を以下に行う。なお、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、上記第１実施形態の変形例にあたるので、その特徴点を中心に説明を行うものとし、その他の上記第１実施形態と同一構成要素には、同一符号を付し、説明を省略する。
なお、図１３は、本実施形態の貫流型排熱ボイラの縦断面図である。また、図１４は図１３のＡ−Ａ断面図である。また、図１５は、同貫流型排熱ボイラの要部を示す図であって、節炭器及び蒸発器及び過熱器の斜視図である。また、図１６は図１３のＢ−Ｂ断面図である。
【００７０】
図１３〜図１６に示すように、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、給水Ｗを通して予熱する節炭器８０と、該節炭器８０からの給水Ｗを加熱して蒸気Ｓを生成する蒸発器８１と、該蒸発器８１からの蒸気Ｓを更に加熱して過熱蒸気ＳＳを生成する過熱器８２と、これら節炭器８０及び蒸発器８１及び過熱器８２を収容するケーシング８３と、該ケーシング８３の外部に配置されて節炭器８０に給水Ｗを供給する前記給水ポンプ１４及び管寄せ１５と、ケーシング８０の外部に配置されて過熱器８２からの過熱蒸気ＳＳを取り入れる管寄せ１６とを備えて概ね構成されている。なお、同図においても、上記第１実施形態と同様に、説明を簡略化するために、配管系路中に装備される弁類を省略している。
【００７１】
ケーシング８３は、排気ガスＧを取り込んで下方から上方に導く第１流路８３Ａと、該第１流路８３Ａの上端からの排気ガスＧを取り込んで上方から下方に導く第２流路８３Ｂと、該第２流路８３Ｂの下端からの排気ガスＧを取り込んで下方から上方に導く第３流路８３Ｃとを有し、概ね、横に倒れたＳ字状の流路をなしている。そして、第１流路内８３Ａには過熱器８２が配置され、第２流路８３Ｂ内には蒸発器８１が配置され、第３流路８３Ｃ内には節炭器８０が配置されている。
【００７２】
したがって、排気ガスＧは、まず第１流路８３Ａの下端から入り込んで上昇し、この際に、過熱器８２を通ってその内部を流れる蒸気Ｓを加熱して過熱蒸気ＳＳを生成する。過熱器８２を通過した後の排気ガスＧは、今度は第２流路８３Ｂをその上端から下端に向かって流れ込んでいく。そして、この際に蒸発器８１を通ってその内部を流れる給水Ｗを加熱して蒸気Ｓを生成する。蒸発器８１を通過した後の排気ガスは、今度は第３流路８３Ｃをその下端から上端に向かって流れ出ていく。そして、この際に節炭器８０を通ってその内部を流れる給水Ｗを予熱する。
【００７３】
節炭器８０及び蒸発器８１及び過熱器８２は、お互いの接続部を介して、管寄せ１５から管寄せ１６にかけて連続した流路をなすように構成されている。
節炭器８０は、管寄せ１５からの給水Ｗをその内部に通しながら、外部を流れる排気ガスＧからの排熱と熱交換させることで予熱する役目をなしている。そして、本実施形態の節炭器８０は、上方から下方に向かって給水Ｗを流すので、排気ガスＧの流れ方向に対向する向流型を採用している。
【００７４】
蒸発器８１は、節炭器８０からの給水Ｗをその内部に通しながら、外部を流れる排気ガスＧからの排熱と熱交換させることで給水Ｗを蒸発させ、蒸気Ｓを生成する役目をなしている。そして、本実施形態の蒸発器８１は、該蒸発器８１の内部の給水Ｗ／蒸気Ｓを下方から上方に向かって流すので、排気ガスＧの流れ方向に対向する向流型を採用している。
過熱器８２は、蒸発器８１からの蒸気Ｓをその内部に通しながら、外部を流れる排気ガスＧからの排熱と熱交換させることで蒸気Ｓを更に加熱し、過熱蒸気ＳＳを生成する役目をなしている。そして、本実施形態の過熱器８２は、上方から下方に向かって給水Ｗを流すので、排気ガスＧの流れ方向に対向する向流型を採用している。
【００７５】
以上説明の構成を有する本実施形態の貫流型排熱ボイラの動作について以下に説明を行う。
まず、給水ポンプ１４を起動して給水Ｗを管寄せ１５に送り込むことにより、節炭器８０への給水が開始される。節炭器８０では、第３流路８３Ｃ内を流れる排気ガスＧからの排熱が管壁を介して熱交換され、蒸発器８１に行く前の予熱が行われる。このようにして予熱されて昇温した給水Ｗは、第２流路８３Ｂ内の蒸発器８１へと送り込まれ、第２流路８３Ｂ内の排気ガスＧとの熱交換で更に昇温して蒸発することにより、蒸気Ｓとなる。
続いて、蒸発器８１から第１流路８３Ａ内の過熱器８２に向かって送り込まれる蒸気Ｓは、第１流路８３Ａ内の排気ガスＧとの熱交換で更なる加熱を受けて過熱蒸気ＳＳとなる。
生成された過熱蒸気ＳＳは、管寄せ１６を介してケーシング８３の外部へと取り出されていく。
【００７６】
本実施形態の貫流型排熱ボイラによれば、過熱器８２，蒸発器８１，節炭器８０の各熱交換部間における流体の受け渡しは、重力の影響を受けやすい上下方向ではなく、水平方向に向かって行われるので、水が勢いよく隣の熱交換部に流れ出す恐れがない。したがって、給水から過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動安定性が不安定になるのを防止することが可能となる。
また、過熱器８２，蒸発器８１，節炭器８０の全てに向流型を採用しているため、これらの内部を流れる流体と外部の排気ガスＧとの温度差を大きく確保して熱交換効率の向上を得ることも可能となっている。
【００７７】
なお、本実施形態では、図１６でに示したように、一対の管寄せ１５，１６間に、過熱器８２，蒸発器８１，節炭器８０の各配管が交差すること無く互いに平行状態を保ったまま配管されるように構成したが、これに限らず、例えば図１７に示すように、節炭器８０及び蒸発器８１間を接続する管寄せ９０と、蒸発器８１及び過熱器８２間を接続する管寄せ９１とを新たに設けるなど、その他の配管構成を採用することも可能である。
さらには、図１８に示すように、第１流路８３Ａ〜第３流路８３Ｃの各流路内における各配管位置が等しくなる（すなわち、各流路内における各配管の紙面上下方向位置が互いに等しくなる）ように配管するものとしても良い。
【００７９】
また、請求項３に記載の貫流型排熱ボイラは、請求項１又は２に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、蒸発器と第１流動安定部との間に第２流動安定部を設ける構成を採用した。この構成によれば、第１流動安定部に蒸気と共に水が勢いよく流れ込むのを防止することができるので、より流動安定性を向上させることが可能となる。
また、請求項４に記載の貫流型排熱ボイラは、請求項３に記載の第２流動安定部を、ケーシング内の排ガス流路中に配置する構成を採用した。この構成によれば、第２流動安定部内を流れる蒸気または気液混合流体が冷えるのを防止することができるので、第２流動安定部の下流側に向かう流体内に混在する液化水分量の増加を防止することが可能となる。
【００８２】
また、請求項９に記載の貫流型排熱ボイラは、請求項５〜８の何れかに記載の貫流型排熱ボイラにおいて、節炭器及び蒸発器及び過熱器の全てが向流型である構成を採用した。この構成によれば、節炭器及び蒸発器及び過熱器それぞれの内部を流れる流体と、排気ガスとの間の熱交換効率を向上させることができるので、極めて高い蒸気生成能力を得ることが可能となる。
また、請求項１０に記載の貫流型排熱ボイラは、請求項５〜８の何れかに記載の貫流型排熱ボイラにおいて、節炭器を並流型とし、蒸発器及び過熱器を向流型とする構成を採用した。この構成によれば、節炭器からの給水が下方の蒸発器に勢いよく流れ落ちて流動安定性を損なうことが防止できると同時に、向流型の採用により蒸発器及び過熱器における熱交換効率の向上を達成することも可能となる。
【００８７】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の貫流型排熱ボイラは、ケーシングが第１流路〜第３流路を備え、第１流路内に過熱器を配置し、第２流路内に蒸発器が配置し、第３流路内に節炭器を配置するとともに、節炭器が給水を上方から下方に向かって流し、蒸発器が給水を下方から上方に向かって流し、過熱器が給水を上方から下方に向かって流す構成を採用した。この構成によれば、節炭器，蒸発器，過熱器の各熱交換部間での流体受け渡しにおいて、水が勢いよく流れ落ちることがない。したがって、給水から過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動安定性が不安定になるのを防止することが可能となる。しかも、過熱器，蒸発器，節炭器の全てを向流型にすることができるため、この場合、これらの内部を流れる流体と外部の排気ガスとの温度差を大きく確保して熱交換効率の向上を得ることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の貫流型排熱ボイラの第１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】 本発明の貫流型排熱ボイラの第２実施形態を示す縦断面図である。
【図３】 本発明の貫流型排熱ボイラの第３実施形態を示す縦断面図である。
【図４】 同貫流型排熱ボイラの変形例を示す縦断面図である。
【図５】 本発明の貫流型排熱ボイラの第４実施形態を示す縦断面図である。
【図６】 同貫流型排熱ボイラの変形例を示す縦断面図である。
【図７】 本発明の貫流型排熱ボイラの第５実施形態を示す縦断面図である。
【図８】 同貫流型排熱ボイラの変形例を示す縦断面図である。
【図９】 本発明の貫流型排熱ボイラの第６実施形態を示す縦断面図である。
【図１０】 本発明の貫流型排熱ボイラの第７実施形態を示す縦断面図である。
【図１１】 本発明の貫流型排熱ボイラの第８実施形態を示す縦断面図である。
【図１２】 本発明の貫流型排熱ボイラの第９実施形態を示す縦断面図である。
【図１３】 本発明の貫流型排熱ボイラの第１０実施形態を示す縦断面図である。
【図１４】 同貫流型排熱ボイラを示す図であって、図１３のＡ−Ａ断面図である。
【図１５】 同貫流型排熱ボイラの要部を示す図であって、節炭器及び蒸発器及び過熱器の斜視図である。
【図１６】 同貫流型排熱ボイラを示す図であって、図１３のＢ−Ｂ断面図である。
【図１７】 同貫流型排熱ボイラの変形例を示す図であって、図１６に相当する平断面図である。
【図１８】 同貫流型排熱ボイラの他の変形例を示す図であって、図１６に相当する平断面図である。
【図１９】 従来の貫流型排熱ボイラを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０・・・ケーシング
１１，３０，４０，５０，６１，８０・・・節炭器
１２，５１，６２，８１・・・蒸発器
１３，２０，４２，５２，６３，８２・・・過熱器
１３Ａ・・・第１流動安定部
１３Ｃ・・・第２流動安定部
２１・・・第３流動安定部
２２・・・第４流動安定部
６４，７１・・・ガスダクト
６６・・・攪拌器
７０・・・地下ピット
８３Ａ・・・第１流路
８３Ｂ・・・第２流路
８３Ｃ・・・第３流路
Ｇ・・・排気ガス
Ｓ・・・蒸気
ＳＳ・・・過熱蒸気
Ｗ・・・給水
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン等から排出される排気ガスの排熱を利用して過熱蒸気を生成する貫流型排熱ボイラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の貫流型排熱ボイラの一例を、図１９を参照しながら以下に説明する。同図に示す従来の貫流型排熱ボイラは、下方から上方に向かって排気ガスＧを導くケーシング１と、該ケーシング１内に上から下に向かって順番に配置された節炭器２及び蒸発器３及び過熱器４と、ケーシング１の外部に配置されて節炭器１に給水Ｗを供給する給水ポンプ５及び管寄せ６と、ケーシング１の外部に配置されて過熱器４からの過熱蒸気ＳＳを取り入れる管寄せ７とを備えて構成されている。
【０００３】
節炭器２及び蒸発器３及び過熱器４は、お互いの接続部を介して、管寄せ６から管寄せ７にかけて連続した流路をなすように構成されている。節炭器２は、管寄せ６からの給水Ｗをその内部に通して予熱する役目をなし、また、蒸発器３は、節炭器２からの給水Ｗを加熱して蒸気Ｓ蒸発させる役目をなし、過熱器４は、蒸発器３からの蒸気Ｓを更に加熱して過熱蒸気ＳＳを生成する役目をなす。
【０００４】
そして、この従来の貫流型排熱ボイラによれば、給水ポンプ５を起動して給水Ｗを管寄せ６に送り込むことにより、節炭器２への給水が開始される。節炭器２では、ケーシング１内を流れる排気ガスＧからの排熱が管壁面を介して熱交換され、蒸発器３に行く前の予熱が行われる。このようにして予熱されて昇温した給水Ｗは、下方の蒸発器３へと送り込まれ、排気ガスＧとの熱交換で更に昇温して蒸発することにより蒸気Ｓとなる。続いて、蒸発器３から下方の過熱器４に向かって送り込まれる蒸気Ｓは、排気ガスＧとの熱交換で更なる加熱を受けて過熱蒸気ＳＳとなる。
このようにして生成された過熱蒸気ＳＳは、管寄せ７を介してケーシング１の外部へと取り出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記説明の従来の貫流型排熱ボイラでは、装置起動時や負荷変動時などの運用条件が変化する際に、蒸発器３内で完全に給水Ｗが蒸発せずに水と蒸気とが混在した気液混合状態となり、例えば、蒸発器３から下方の過熱器４に向かう蒸気Ｓと共に水が勢いよく流れ落ちることがあり、このような場合、過熱器４内での蒸気の流動安定性が不安定になる恐れがあった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、給水から過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動安定性が不安定になるのを防止できる貫流型排熱ボイラの提供を目的とする。
【０００８】
請求項２に記載の貫流型排熱ボイラは、請求項１に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、前記蒸発器が、該蒸発器内部の前記蒸気を前記並流方向に流す並流型であることを特徴とする。
上記請求項２に記載の貫流型排熱ボイラによれば、蒸発器から第１流動安定部に向かう蒸気中に水が含まれていても、蒸発器の蒸気出口である上端側に向かって蒸気を一旦上昇させてヘッドを稼いでから下方に導くので、第１流動安定部に蒸気と共に水が勢いよく流れ込むのを防止することができるようになる。
【０００９】
請求項３に記載の貫流型排熱ボイラは、請求項１又は２に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、前記蒸発器と前記第１流動安定部との間には、該蒸発器からの前記蒸気の流れを少なくとも一回、上方に導いてから下方の前記第１流動安定部に導く第２流動安定部が設けられていることを特徴とする。
上記請求項３に記載の貫流型排熱ボイラによれば、蒸発器から第１流動安定部に向かう蒸気中に水が含まれていても、第１流動安定部を通過する際に、少なくとも一旦上方に導かれてヘッドを稼いでから、下方の第１流動安定部に導くので、第１流動安定部に蒸気と共に水が勢いよく流れ込むのを防止することができるようになる。
【００１０】
請求項４に記載の貫流型排熱ボイラは、請求項３に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、前記第２流動安定部が、前記ケーシング内の排ガス流路中に配置されていることを特徴とする。
上記請求項４に記載の貫流型排熱ボイラによれば、第２流動安定部内を流れる際の蒸気または気液混合流体は、排気ガスからの排熱を受け取り続けることができるので、冷えるのを防止することができるようになる。
【００１２】
請求項６に記載の貫流型排熱ボイラは、請求項５に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、前記第３流動安定部が、前記ケーシング内の排ガス流路中に配置されていることを特徴とする。
上記請求項６に記載の貫流型排熱ボイラによれば、第３流動安定部内を流れる際の蒸気または気液混合流体は、排気ガスからの排熱を受け取り続けることができるので、冷えるのを防止することができるようになる。
【００１４】
請求項８に記載の貫流型排熱ボイラは、請求項７に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、前記第４流動安定部が、前記ケーシング内の排ガス流路中に配置されていることを特徴とする。
上記請求項８に記載の貫流型排熱ボイラによれば、第４流動安定部内を流れる際の給水は、排気ガスからの排熱を受け取り続けることができるので、冷えるのを防止することができるようになる。
【００１５】
請求項９に記載の貫流型排熱ボイラは、請求項５〜８の何れかに記載の貫流型排熱ボイラにおいて、前記節炭器が、該節炭器内の前記給水を前記排気ガスの流れに対向する向流方向に流す向流型であり、前記蒸発器が、該蒸発器内の前記蒸気を前記向流方向に流す向流型であり、前記過熱器が、該過熱器内の前記過熱蒸気を前記向流方向に流す向流型であることを特徴とする。
上記請求項９に記載の貫流型排熱ボイラによれば、節炭器及び蒸発器及び過熱器内を流れながら、外部の排気ガスとの間で熱交換を行う各流体を考えた場合、向流型を採用した方が、高い熱交換率を得ることができる。すなわち、排気ガスの流れ方向の上流側及び下流側それぞれを流れる際の前記各流体を比較した場合、各流体は前記下流側から前記上流側に向かって流れることとなる。このとき、前記下流側の位置では、排気ガスは前記上流側での熱交換により温度が下がっているが、各流体は前記上流側の位置よりも低温であるため、排気ガスと各流体との間の温度差が大きくなるようにすることができる。同様に、前記上流側の位置では、既に各流体は昇温されているが、これを加熱する排気ガスはまだ熱交換前なので高温状態を保っており、やはり、排気ガスと各流体との間の温度差が大きくなるようにすることができる。したがって、熱交換は温度差に比例して行われるので、向流型を採用した方が、高い熱交換率を得ることができるものとなる。
【００１６】
請求項１０に記載の貫流型排熱ボイラは、請求項５〜８の何れかに記載の貫流型排熱ボイラにおいて、前記節炭器が、前記蒸発器の上方に配置されてかつ、該節炭器内の前記給水を前記排気ガスの流れに並行な並流方向に流す並流型であり、前記蒸発器が、該蒸発器内の前記蒸気を前記向流方向に流す向流型であり、前記過熱器が、該過熱器内の前記過熱蒸気を前記向流方向に流す向流型であることを特徴とする。
上記請求項１０に記載の貫流型排熱ボイラによれば、節炭器内を流れる給水は、節炭器の下端から上端に向かって上昇する方向に流れ、ヘッドを稼いでから、下方の蒸発器に導かれるので、給水が勢いよく蒸発器に流れ込むのを防止することができるようになる。さらに、節炭器及び過熱器においては、これらの内部をそれぞれ流れる蒸気及び過熱蒸気と、外部を流れる排気ガスとの温度差を大きく確保することができるので、温度差に比例する熱交換効率の向上をも達成できるようになる。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。すなわち、請求項１に記載の貫流型排熱ボイラは、給水を通して予熱する節炭器と、該節炭器からの前記給水を加熱して蒸気を生成する蒸発器と、該蒸発器からの前記蒸気を更に加熱して過熱蒸気を生成する過熱器と、これら節炭器及び蒸発器及び過熱器を収容するケーシングとを備え、前記ケーシングが、排気ガスを取り込んで下方から上方に導く第１流路と、該第１流路の上端からの前記排気ガスを取り込んで上方から下方に導く第２流路と、該第２流路の下端からの前記排気ガスを取り込んで下方から上方に導く第３流路とを備え、前記第１流路内に前記過熱器が配置され、前記第２流路内に前記蒸発器が配置され、前記第３流路内に前記節炭器が配置されるとともに、前記節炭器は、前記給水を上方から下方に向かって流し、前記蒸発器は、前記給水を下方から上方に向かって流し、前記過熱器は、前記給水を上方から下方に向かって流すことを特徴とする。
上記請求項１に記載の貫流型排熱ボイラによれば、過熱器，蒸発器，節炭器の各熱交換部間における流体の受け渡しは、重力の影響を受けやすい上下方向ではなく、水平方向に向かって行われるので、水が勢いよく隣の熱交換部に流れ出す恐れがない。したがって、過熱器，蒸発器，節炭器の全てを、内部の流体が外部の排気ガスの流れ方向に対向する向流型にすることができるようになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の貫流型排熱ボイラは、ガスタービン等から排出される排気ガスの排熱を利用して過熱蒸気を生成する貫流型排熱ボイラに関するものであり、その第１実施形態〜第１０実施形態の各説明を、図面を参照しながら以下に行うが、本発明がこれらのみに限定解釈されるものでないことはもちろんである。
【００２４】
［第１実施形態］
まず、図１の縦断面図を参照しながら、本発明の貫流型排熱ボイラの第１実施形態についての説明を以下に行う。
同図に示すように、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、下方から上方に向かって排気ガスＧを導くケーシング１０内に、給水Ｗを通して予熱する節炭器１１と、該節炭器１１からの給水Ｗを加熱して蒸気Ｓを生成する蒸発器１２と、該蒸発器１２からの蒸気Ｓを更に加熱して過熱蒸気ＳＳを生成する過熱器１３とを有し、更に、ケーシング１０の外部に配置されて節炭器１１に給水Ｗを供給する給水ポンプ１４及び管寄せ１５と、ケーシング１０の外部に配置されて過熱器１３からの過熱蒸気ＳＳを取り入れる管寄せ１６とを備えて概ね構成されている。
なお、同図では、説明を簡略化するために、配管系路中に装備される弁類を省略している。
【００２５】
節炭器１１及び蒸発器１２及び過熱器１３は、お互いの接続部を介して、管寄せ１５から管寄せ１６にかけて連続した流路をなすように構成されている。これら節炭器１１及び蒸発器１２及び過熱器１３間の前記接続部を明示するため、同図に接続部ａ，ｂを示す。すなわち、管寄せ１５から接続部ａまでの配管経路が節炭器１１であり、ケーシング１０内の流路を複数回にわたって繰り返し横断するように折曲形成されている。同様に、接続部ａから接続部ｂまでの配管経路が蒸発器であり、節炭器１１の下方においてケーシング１０内の流路を複数回にわたって繰り返し横断するように折曲形成されている。同様に、接続部ｂから管寄せ１６までの配管経路が過熱器であり、蒸発器１２の下方においてケーシング１０内の流路を複数回にわたって繰り返し横断するように折曲形成されている。
【００２６】
節炭器１１は、管寄せ１５からの給水Ｗをその内部に通しながら、外部を流れる排気ガスＧからの排熱と熱交換させることで予熱する役目をなしている。そして、本実施形態の節炭器１１は、上方から下方に向かって給水Ｗを流すので、排気ガスＧの流れ方向に対向する向流型を採用している。
【００２７】
蒸発器１２は、節炭器１１からの給水Ｗをその内部に通しながら、外部を流れる排気ガスＧからの排熱と熱交換させることで給水Ｗを蒸発させ、蒸気Ｓを生成する役目をなしている。そして、本実施形態の蒸発器１２は、該蒸発器１２の内部の給水Ｗ／蒸気Ｓを下方から上方に向かって流すので、排気ガスＧの流れ方向に並行方向に流す並行型を採用しており、この点が本実施形態の特徴点の一つとなっている。
すなわち、この蒸発器１２は、節炭器１１からの給水Ｗを一旦、該蒸発器１２の最下端に導いた後、蛇行させながら徐々に上昇させ、この蛇行の過程で給水Ｗを加熱して蒸気Ｓを生成し、ついには蒸発器１２の最上端へと導いていく。
これにより、蒸発器１２から過熱器１３に向かう蒸気Ｓ中に液化した水が含まれていても、蒸発器１２の蒸気出口である前記最上端に向かって蒸気Ｓを一旦上昇させてヘッドを稼いでから下方の過熱器１３へと導くので、過熱器１３に蒸気Ｓと共に水が勢いよく流れ込むのを防止することができるようになっている。
【００２８】
過熱器１３は、蒸発器１２からの蒸気Ｓをその内部に通しながら、外部を流れる排気ガスＧからの排熱と熱交換させることで蒸気Ｓを更に加熱し、過熱蒸気ＳＳを生成する役目をなしている。そして、本実施形態では、この過熱器１３の構成がもう一つの特徴点となっている。
すなわち、本実施形態の過熱器１３は、該過熱器１３上方の蒸発器１２から蒸気Ｓを受け入れて、排気ガスＧの流れに並行な並流方向に流しながら蒸発させる第１流動安定部１３Ａと、該第１流動安定部１３Ａの下流側に連続する過熱器主部１３Ｂとの２分割構造で構成されている。
【００２９】
第１流動安定部１３Ａは、接続部ｂにおいて蒸発器１２の下流端部に接続され、また接続部ｃにおいて過熱器主部１３Ｂの入口である上流端部に接続されている。そして、この第１流動安定部１３Ａは、蒸発器１２からの蒸気Ｓを一旦、該第１流動安定部１３Ａの最下端に導いた後、蛇行させながら徐々に上昇させ、この蛇行の過程で蒸気Ｓを加熱して過熱蒸気ＳＳを生成し、ついには第１流動安定部１３Ａの最上端へと導いていく。
【００３０】
これにより、蒸発器１２から過熱器１３に向かう蒸気Ｓ中に液化した水が含まれていても、第１流動安定部１３Ａに予め通して排熱で加熱することにより、完全に蒸発させることができるので、過熱器主部１３Ｂに蒸気Ｓと共に水が流れ込むのを防止できるようになっている。しかも、この蒸発過程は、第１流動安定部１３Ａ内を下方から上方に向かう並流方向に流れながら行われるので、重力によって蒸発完了前に水が過熱器主部１３Ｂに流れ込んでしまうことも防止できるようになっている。
【００３１】
以上説明の構成を有する本実施形態の貫流型排熱ボイラの動作について以下に説明を行う。
まず、給水ポンプ１４を起動して給水Ｗを管寄せ１５に送り込むことにより、節炭器１１への給水が開始される。節炭器１１では、ケーシング１０内を流れる排気ガスＧからの排熱が管壁を介して熱交換され、蒸発器１２に行く前の予熱が行われる。このようにして予熱されて昇温した給水Ｗは、下方の蒸発器１２へと送り込まれ、排気ガスＧとの熱交換で更に昇温して蒸発することにより、蒸気Ｓとなる。
続いて、蒸発器１２から下方の過熱器１３に向かって送り込まれる蒸気Ｓは、排気ガスＧとの熱交換で更なる加熱を受けて過熱蒸気ＳＳとなる。この時、第１流動安定部１３Ａを設けたことによって過熱器主部１３Ｂに液化した水が流れ込まないようになっている点は、前述の通りである。
生成された過熱蒸気ＳＳは、管寄せ１６を介してケーシング１０の外部へと取り出される。
【００３２】
本実施形態の貫流型排熱ボイラは、過熱器１３上方の蒸発器１２から蒸気Ｓを受け入れて、排気ガスＧの流れに並行な並流方向に流しながら蒸発させる第１流動安定部１３Ａを、蒸発器１２と過熱器主部１３Ｂとの間に設ける構成を採用した。この構成によれば、例え、蒸発器１２から過熱器１３に向かう蒸気Ｓ中に液化した水が含まれていたとしても、過熱器１３の主部である過熱器主部１３Ｂに向かう前に通る第１流動安定部１３Ａで完全に蒸発されるようになっているので、水を含んだ気液混合状態のまま過熱器主部１３Ｂに向かうのを防止することができる。したがって、給水Ｗから過熱蒸気ＳＳを生成する加熱経路上での流動安定性が不安定になるのを防止することが可能となる。
さらに、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、蒸発器１２が並流型である構成を採用した。この構成によれば、第１流動安定部１３Ａに蒸気Ｓと共に水が勢いよく流れ込むのを防止することができるので、より流動安定性を向上させることが可能となっている。
【００３３】
［第２実施形態］
次に、図２の縦断面図を参照しながら、本発明の貫流型排熱ボイラの第２実施形態についての説明を以下に行う。なお、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、上記第１実施形態の変形例にあたるので、その特徴点を中心に説明を行うものとし、その他の上記第１実施形態と同一構成要素には、同一符号を付し、説明を省略する。なお、同図においても、上記第１実施形態と同様に、説明を簡略化するために、配管系路中に装備される弁類を省略している。
【００３４】
同図に示すように、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、前記蒸発器１２と前記第１流動安定部１３Ａとの間に、該蒸発器１２からの蒸気Ｓの流れを１回、上方に導いてから下方の第１流動安定部１３Ａに導く第２流動安定部１３Ｃを設けたことが特徴点の一つとなっている。
【００３５】
この第２流動安定部１３Ｃは、蒸発器１２の下端出口である接続部ｂと、第１流動安定部１３Ａの下端入口である接続部ｄとの間を、ケーシング１０外で接続する逆Ｕ字配管であり、接続部ｂよりも高い頂部を有している。
そして、この第２流動安定部１３Ｃによれば、蒸発器１２から第１流動安定部１３Ａに向かう蒸気Ｓ中に水が含まれていても、第２流動安定部１３Ｃを通過する際に、一旦上方に導かれてヘッドを稼いでから、下方の第１流動安定部１３Ａに導くので、第１流動安定部１３Ａに蒸気Ｓと共に水が勢いよく流れ込むのを防止することができるようになる。
したがって、本実施形態の貫流型排熱ボイラによれば、第１流動安定部１３Ａに蒸気Ｓと共に水が勢いよく流れ込むのを防止することができるので、より流動安定性を向上させることが可能となる。
【００３６】
なお、本実施形態の第２流動安定部１３Ｃは、ケーシング１０の外部に配置するものとしたが、これに限らず、ケーシング１０内の排ガス流路中に配置する構成（図示略）も採用可能である。
この場合、第２流動安定部１３Ｃ内を流れる際の蒸気Ｓまたは気液混合流体（蒸気Ｓに液化した水が含まれている流体）は、排気ガスＧからの排熱を受け取り続けることができるので、冷えるのを防止することができるようになる。
したがって、本実施形態の貫流型排熱ボイラによれば、第２流動安定部内１３Ｃを流れる蒸気Ｓまたは気液混合流体が冷えるのを防止することができるので、第２流動安定部１３Ｃから第１流動安定部１３Ａに向かう流体内に混在する液化水分量の増加を防止することが可能となる。
【００３７】
［第３実施形態］
次に、図３の縦断面図を参照しながら、本発明の貫流型排熱ボイラの第３実施形態についての説明を以下に行う。なお、以下の説明において上記第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
同図に示すように、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、下方から上方に向かって排気ガスＧを導くケーシング１０内に、給水Ｗを通して予熱する前記節炭器１１と、該節炭器１１からの給水Ｗを加熱して蒸気Ｓを生成する前記蒸発器１２と、該蒸発器１２からの蒸気Ｓを更に加熱して過熱蒸気ＳＳを生成する過熱器２０と、ケーシング１０の外部に配置されて節炭器１１に給水Ｗを供給する前記給水ポンプ１４及び管寄せ１５と、ケーシング１０の外部に配置されて過熱器２０からの過熱蒸気ＳＳを取り入れる前記管寄せ１６とを備えて概ね構成されている。なお、同図においても、上記第１実施形態と同様に、説明を簡略化するために、配管系路中に装備される弁類を省略している。
【００３８】
節炭器１１及び蒸発器１２及び過熱器２０は、お互いの接続部を介して、管寄せ１５から管寄せ１６にかけて連続した流路をなすように構成されている。なお、接続部ｅから管寄せ１６までの配管経路が過熱器２０であり、蒸発器１２の下方においてケーシング１０内の流路を複数回にわたって繰り返し横断するように折曲形成されている。
本実施形態の貫流型排熱ボイラは、節炭器１１が、該節炭器１１内の給水Ｗを排気ガスＧの流れに対向する向流方向に流す向流型であり、蒸発器１２も、該蒸発器１２内の蒸気Ｓを前記向流方向に流す向流型であり、過熱器２０も、該過熱器２０内の過熱蒸気ＳＳを前記向流方向に流す向流型を採用している。
【００３９】
そして、本実施形態の貫流型排熱ボイラでは、蒸発器１２と過熱器２０との間に、該蒸発器１２からの蒸気Ｓの流れを一回、上方に導いてから下方の過熱器２０に導く第３流動安定部２１を設けた点が特に特徴的となっている。
この第３流動安定部２１は、蒸発器１２の下端出口である接続部ｂと、過熱器２０上端入口である接続部ｅとの間を、ケーシング１０外で接続する逆Ｕ字配管であり、接続部ｂよりも高い頂部を有している。
【００４０】
この第３流動安定部２１によれば、蒸発器１２から過熱器２０に向かう蒸気Ｓ中に水が含まれていても、第３流動安定部２１を通過する際に、一旦上方に導かれてヘッドを稼いでから、下方の過熱器２０に導くので、過熱器２０に蒸気Ｓと共に水が勢いよく流れ込むのを防止することができるようになる。
したがって、本実施形態の貫流型排熱ボイラによれば、過熱器２０に蒸気Ｓと共に水が勢いよく流れ込むのを防止することができるので、より流動安定性を向上させることが可能となる。
さらには、本実施形態では、節炭器１１及び蒸発器１２及び過熱器２０の全てが向流型である構成を採用した。この構成によれば、節炭器１１及び蒸発器１２及び過熱器２０それぞれの内部を流れる流体と、排気ガスＧとの間の熱交換効率を向上させることができるので、極めて高い蒸気生成能力を得ることも可能としている。
【００４１】
なお、本実施形態の第３流動安定部２１は、ケーシング１０の外部に配置するものとしたが、これに限らず、例えば図４に示すように、ケーシング１０内の排ガス流路中に配置する構成も採用可能である。
この場合、第３流動安定部２１内を流れる際の蒸気Ｓまたは気液混合流体（蒸気Ｓに液化した水が含まれている流体）は、排気ガスＧからの排熱を受け取り続けることができるので、冷えるのを防止することができるようになる。
したがって、本変形例の貫流型排熱ボイラによれば、第３流動安定部２１内を流れる蒸気Ｓまたは気液混合流体が冷えるのを防止することができるので、第３流動安定部２１から過熱器２０に向かう流体内に混在する液化水分量の増加を防止することが可能となる。
【００４２】
［第４実施形態］
次に、図５の縦断面図を参照しながら、本発明の貫流型排熱ボイラの第４実施形態についての説明を以下に行う。なお、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、上記第３実施形態の変形例にあたるので、その特徴点を中心に説明を行うものとし、その他の上記第３実施形態と同一構成要素には、同一符号を付し、説明を省略する。なお、同図においても、上記第３実施形態と同様に、説明を簡略化するために、配管系路中に装備される弁類を省略している。
【００４３】
同図に示すように、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、節炭器１１と蒸発器１２との間に、節炭器１１からの給水Ｗの流れを一回、上方に導いてから下方の蒸発器１２に導く第４流動安定部２２を更に設けた点が特徴的となっている。
この第４流動安定部２２は、節炭器１１の下端出口である接続部ｆと、蒸発器１２の上端入口である接続部ｇとの間を、ケーシング１０外で接続する逆Ｕ字配管であり、接続部ｆよりも高い頂部を有している。
【００４４】
この第４流動安定部２２によれば、節炭器１１から蒸発器１２に向かう給水Ｗは、第４流動安定部２２を通過する際に、一旦上方に導かれてヘッドを稼いでから、下方の蒸発器１２に導かれるので、蒸発器１２に給水Ｗが勢いよく流れ込むのを防止することができるようになる。
したがって、本実施形態の貫流型排熱ボイラによれば、蒸発器１２に水が勢いよく流れ込むのを防止することができるので、より流動安定性を向上させることが可能となる。
【００４５】
なお、本実施形態の第３流動安定部２１及び第４流動安定部２２は、ケーシング１０の外部に配置するものとしたが、これに限らず、例えば図６に示すように、ケーシング１０内の排ガス流路中に配置する構成も採用可能である。なお、同図における符号ｈは、節炭器１１の下端出口と蒸発器１２の上端入口との間の接続部を示し、また、符号ｉは、蒸発器１２の下端出口と過熱器２０の上端入口との間の接続部を示している。
【００４６】
本変形例の第４流動安定部２２においては、その内部を流れる給水Ｗが、排気ガスＧからの排熱を受け取り続けることができるので、冷えるのを防止できるようになる。同様に、第３流動安定部２１においても、その内部を流れる蒸気Ｓまたは気液混合流体（蒸気Ｓに液化した水が含まれている流体）が、排気ガスＧからの排熱を受け取り続けることができるので、冷えるのを防止できるようになる。
【００４７】
したがって、本変形例の貫流型排熱ボイラによれば、第３流動安定部２１及び第４流動安定部２２内を流れる流体が冷えるのを防止することができるので、熱交換効率の向上を得ることが可能なる上に、第３流動安定部２１から過熱器２０に向かう流体内に混在する液化水分量の増加を防止することが可能となる。
なお、本変形例では、第３流動安定部２１及び第４流動安定部２２の双方を排ガス流路中に配置するものとしたが、これに限らず、何れか一方を排ガス流路中に配置し、他方をケーシング１０の外部に配置するものとしても良い。しかしながら、本変形例のように双方を排ガス流路中に配置した方が、排熱回収等の観点からより好ましいと言える。
【００４８】
［第５実施形態］
次に、図７の縦断面図を参照しながら、本発明の貫流型排熱ボイラの第５実施形態についての説明を以下に行う。なお、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、上記第３実施形態の変形例にあたるので、その特徴点を中心に説明を行うものとし、その他の上記第３実施形態と同一構成要素には、同一符号を付し、説明を省略する。なお、同図においても、上記第３実施形態と同様に、説明を簡略化するために、配管系路中に装備される弁類を省略している。
【００４９】
本実施形態では、蒸発器１２が、該蒸発器１２内の蒸気Ｓを前記向流方向に流す向流型であることと、過熱器２０が、該過熱器２０内の過熱蒸気ＳＳを前記向流方向に流す向流型であることは、上記第３実施形態と同様であるが、節炭器３０においては、該節炭器３０内の給水Ｗを排気ガスＧの流れに並行な並流方向に流す並流型を採用している点が特徴的となっている。
本実施形態の貫流型排熱ボイラによれば、節炭器３０内を流れる給水Ｗは、節炭器３０の下端から上端に向かって上昇する方向に流れ、ヘッドを稼いでから、下方の蒸発器１２に導かれるので、給水Ｗが勢いよく蒸発器１２に流れ込むのを防止可能となっている。しかも、上記第３実施形態と同様に、節炭器３０及び過熱器２０は共に向流型を採用しているため、これらの内部をそれぞれ流れる蒸気Ｓ及び過熱蒸気ＳＳと、外部を流れる排気ガスＧとの温度差を大きく確保することができるので、温度差に比例する熱交換効率の向上をも達成可能としている。
【００５０】
なお、本実施形態の第３流動安定部２１は、ケーシング１０の外部に配置するものとしたが、これに限らず、例えば図８に示すように、ケーシング１０内の排ガス流路中に配置する構成も採用可能である。なお、同図における符号ｊは、蒸発器１２と過熱器２０との間の接続部を示している。
本変形例の第３流動安定部２１においては、その内部を流れる蒸気Ｓまたは気液混合流体（蒸気Ｓに液化した水が含まれている流体）が、排気ガスＧからの排熱を受け取り続けることができるので、冷えるのを防止できるようになる。
したがって、本変形例の貫流型排熱ボイラによれば、第３流動安定部２１内を流れる流体が冷えるのを防止することができるので、熱交換効率の向上を得ることが可能なる上に、この第３流動安定部２１から過熱器２０に向かう流体内に混在する液化水分量の増加を防止することが可能となる。
【００５１】
［第６実施形態］
次に、図９の縦断面図を参照しながら、本発明の貫流型排熱ボイラの第６実施形態についての説明を以下に行う。なお、以下の説明において上記第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
同図に示すように、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、下方から上方に向かって排気ガスＧを導くケーシング１０内に、給水Ｗを通して予熱す記節炭器４０と、該節炭器４０からの給水Ｗを加熱して蒸気Ｓを生成する蒸発器４１と、該蒸発器４１からの蒸気Ｓを更に加熱して過熱蒸気ＳＳを生成する過熱器４２と、ケーシング１０の外部に配置されて節炭器１１に給水Ｗを供給する前記給水ポンプ１４及び管寄せ１５と、ケーシング１０の外部に配置されて過熱器４２からの過熱蒸気ＳＳを取り入れる前記管寄せ１６とを備えて概ね構成されている。なお、同図においても、上記第１実施形態と同様に、説明を簡略化するために、配管系路中に装備される弁類を省略している。
【００５２】
節炭器４０及び蒸発器４１及び過熱器４２は、お互いの接続部を介して、管寄せ１５から管寄せ１６にかけて、ケーシング１０内の流路を複数回にわたって繰り返し横断する、連続した流路をなすように構成されている。なお、管寄せ１５から接続部ｌまでが節炭器４０であり、接続部ｌから接続部ｋまでが蒸発器４１であり、接続部ｋから管寄せ１６までが過熱器４２である。
【００５３】
本実施形態の貫流型排熱ボイラは、節炭器４０が、該節炭器４０内の給水Ｗを排気ガスＧの流れに並行な並流方向に流す並流型であり、蒸発器４１が、節炭器４０の上方に配置されるとともに、該蒸発器４１内の蒸気Ｓを前記並流方向に流す並流型であり、過熱器４２が、蒸発器４１の上方に配置されるとともに、該過熱器４２内の過熱蒸気ＳＳを前記並流方向に流す並流型を採用している。すなわち、上記第１実施形態とは逆に、上から過熱器４２，蒸発器４１，節炭器４０の順番に配置するとともに、これらの全てを平流型とする構成を採用している点が、特に特徴的となっている。
【００５４】
本実施形態の貫流型排熱ボイラによれば、節炭器４０内では給水Ｗが上昇する方向に流れ、蒸発器４１内では蒸気Ｓが上昇する方向に流れ、過熱器４２内では過熱蒸気ＳＳが上昇する方向に流れる。すなわち、管寄せ１５から節炭器４０内に流れ込んだ給水Ｗは、排気ガスＧからの排熱により予熱されて昇温しながら管路に沿って上昇し、接続部ｌを介して上方の蒸発器４１内に流れ込む。蒸発器４１内においても同様に、給水Ｗは、排気ガスＧからの排熱により加熱されて蒸発し、蒸気Ｓとなって接続部ｋを介して過熱器４２内に流れ込む。さらに、蒸気Ｓは、排気ガスＧからの排熱により更なる加熱を受けて過熱蒸気ＳＳとなり、ケーシング１０外の管寄せ１６へと導出されていく。
【００５５】
したがって、本実施形態の構成によれば、流体（給水Ｗ，蒸気Ｓ，過熱蒸気ＳＳが下方に向かう流れを生じず、水が下方に向かって勢いよく流れ落ちることがない。したがって、給水から過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動安定性が不安定になるのを防止することが可能となる。
なお、本実施形態の節炭器４０及び蒸発器４１及び過熱器４２の配管としてフィン付き配管を採用し、熱交換効率の更なる向上を得る構成も、勿論採用可能である。
【００５６】
［第７実施形態］
次に、図１０の縦断面図を参照しながら、本発明の貫流型排熱ボイラの第７実施形態についての説明を以下に行う。なお、以下の説明において上記第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
同図に示すように、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、下方から上方に向かって排気ガスＧを導くケーシング１０内に、給水Ｗを通して予熱する節炭器５０と、該節炭器５０からの給水Ｗを加熱して蒸気Ｓを生成する蒸発器５１と、該蒸発器５１からの蒸気Ｓを更に加熱して過熱蒸気ＳＳを生成する過熱器５２と、ケーシング１０の外部に配置されて節炭器５０に給水Ｗを供給する前記給水ポンプ１４及び管寄せ１５と、ケーシング１０の外部に配置されて過熱器からの過熱蒸気ＳＳを取り入れる前記管寄せ１６とを備えて概ね構成されている。なお、同図においても、上記第１実施形態と同様に、説明を簡略化するために、配管系路中に装備される弁類を省略している。
【００５７】
節炭器５０及び蒸発器５１及び過熱器５２は、お互いの接続部を介して、管寄せ１５から管寄せ１６にかけて、ケーシング１０内の流路を複数回にわたって繰り返し横断する、連続した流路をなすように構成されている。なお、管寄せ１５から接続部ａまでが節炭器５０であり、接続部ａから接続部ｂまでが蒸発器５１であり、接続部ｂから管寄せ１６までが過熱器５２である。
【００５８】
本実施形態の貫流型排熱ボイラは、節炭器５０が、該節炭器５０内の給水Ｗを排気ガスＧの流れに並行な並流方向に流す並流型であり、蒸発器５１が、節炭器５０の下方に配置されるとともに、該蒸発器５１内の蒸気Ｓを前記並流方向に流す並流型であり、過熱器５２が、蒸発器５１の下方に配置されるとともに、該過熱器５２内の過熱蒸気ＳＳを排気ガスＧの流れに対向する向流方向に流す向流型を採用している。すなわち、液体が主に流れる節炭器５０及び蒸発器５１を並流型とし、蒸発した気体が主に流れる過熱器５２を向流型とした点が、特徴的となっている。
【００５９】
本実施形態の貫流型排熱ボイラによれば、節炭器５０内では給水Ｗが上昇してヘッドを稼ぐ方向に流れ、蒸発器５１内でも、蒸気Ｓが上昇してヘッドを稼ぐ方向に流れる。すなわち、管寄せ１５から節炭器５０内に流れ込んだ給水Ｗは、排気ガスＧからの排熱により予熱されて昇温しながら管路に沿って上昇し、このようにヘッドを稼いでから接続部ａを介して下方の蒸発器５１内に流れ込む。蒸発器５１内においても同様に、給水Ｗは、排気ガスＧからの排熱により加熱されて蒸発しながら管路に沿って上昇し、このようにヘッドを稼いでから接続部ｂを介して下方の過熱器５２内に流れ込む。さらに、蒸気Ｓは、排気ガスＧからの排熱により更なる加熱を受けて過熱蒸気ＳＳとなり、ケーシング１０外の管寄せ１６へと導出されていく。
【００６０】
したがって、本実施形態の構成によれば、節炭器５０からの給水Ｗが下方の蒸発器５１に勢いよく流れ落ちたり、蒸発器５１からの蒸気Ｓに含まれる水が下方の過熱器５２に勢いよく流れ落ちたりすることがないので、過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動安定性が不安定になるのを防止することが可能となる。しかも、過熱器５２は向流型を採用しているため、内部を流れる過熱蒸気ＳＳと外部の排気ガスＧとの温度差を大きく確保して熱交換効率の向上を得ることも可能となっている。
【００６１】
［第８実施形態］
次に、図１１の縦断面図を参照しながら、本発明の貫流型排熱ボイラの第８実施形態についての説明を以下に行う。なお、以下の説明において上記第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
同図に示すように、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、上方から下方に向かって排気ガスＧを導くケーシング６０内に、給水Ｗを通して予熱する節炭器６１と、該節炭器６１からの給水Ｗを加熱して蒸気Ｓを生成する蒸発器６２と、該蒸発器６２からの蒸気Ｓを更に加熱して過熱蒸気ＳＳを生成する過熱器６３とを、上から下に向かって過熱器６３，蒸発器６２，節炭器６１の順番に配置し、ケーシング６０の上端に、該上端に向かって排気ガスＧを導くガスダクト６４を設ける構成を採用した。なお、同図においても、上記第１実施形態と同様に、説明を簡略化するために、配管系路中に装備される弁類を省略している。
【００６２】
節炭器６１及び蒸発器６２及び過熱器６３は、お互いの接続部を介して、管寄せ１５から管寄せ１６にかけて、ケーシング６０内の流路を複数回にわたって繰り返し横断する、連続した流路をなすように構成されている。なお、管寄せ１５から接続部ａまでが節炭器６１であり、接続部ａから接続部ｂまでが蒸発器６２であり、接続部ｂから管寄せ１６までが過熱器６３である。
【００６３】
節炭器６１は、管寄せ１５からの給水Ｗをその内部に通しながら、外部を流れる排気ガスＧからの排熱と熱交換させることで予熱する役目をなしている。そして、本実施形態の節炭器６１は、下方から上方に向かって給水Ｗを流すので、排気ガスＧの流れに並行方向の並流型を採用している。
蒸発器６２は、節炭器６１からの給水Ｗをその内部に通しながら、外部を流れる排気ガスＧからの排熱と熱交換させることで給水Ｗを蒸発させ、蒸気Ｓを生成する役目をなしている。そして、本実施形態の蒸発器６２は、該蒸発器６２の内部の給水Ｗ／蒸気Ｓを下方から上方に向かって流すので、排気ガスＧの流れに並行方な並行型を採用している。
過熱器６３は、蒸発器６２からの蒸気Ｓをその内部に通しながら、外部を流れる排気ガスＧからの排熱と熱交換させることで蒸気Ｓを更に加熱し、過熱蒸気ＳＳを生成する役目をなしている。そして、本実施形態の過熱器６３は、該過熱器６３の内部の過熱蒸気ＳＳを下方から上方に向かって流すので、排気ガスＧの流れに並行方な並行型を採用している。
【００６４】
ガスダクト６４は、地上に据え付けられた排ガス導出用の配管６５からの排気ガスＧを、ガスダクト６０の上端まで導く配管であり、その鉛直配管部分６４Ａ内には、過熱器６３に向かう排気ガスＧを攪拌する攪拌器６６が設けられている。この攪拌器６６としては、例えば複数の螺旋羽を、一定間隔で逆向きとなるように直線配置したスタティックミキサなどが使用できるが、排気ガスＧを攪拌させてその温度分布を均一化できればよく、その他のタイプの攪拌器を採用しても良い。
この攪拌器６６を備えたことにより、本実施形態では、ケーシング６０上端の入口に向かう排気ガスＧに温度分布があったとしても、この温度分布は、攪拌器６６が排気ガスＧを攪拌することで均一化される。したがって、これから熱交換に利用される排気ガスＧの温度分布を均一化させることができ、過熱器６０においてより高い熱交換効率を得ることが可能となっている。
【００６５】
本実施形態の貫流型排熱ボイラによれば、節炭器６１内では給水Ｗが上昇する方向に流れ、蒸発器６２内では蒸気Ｓが上昇する方向に流れ、過熱器６３内では過熱蒸気ＳＳが上昇する方向に流れる。すなわち、管寄せ１５から節炭器６１内に流れ込んだ給水Ｗは、排気ガスＧからの排熱により予熱されて昇温しながら管路に沿って上昇し、接続部ａを介して上方の蒸発器６２内に流れ込む。蒸発器６２内においても同様に、給水Ｗは、排気ガスＧからの排熱により加熱されて蒸発し、蒸気Ｓとなって接続部ｂを介して過熱器６３内に流れ込む。さらに、蒸気Ｓは、排気ガスＧからの排熱により更なる加熱を受けて過熱蒸気ＳＳとなり、ケーシング６０外の管寄せ１６へと導出されていく。
【００６６】
したがって、本実施形態の構成によれば、流体（給水Ｗ，蒸気Ｓ，過熱蒸気ＳＳ）が下方に向かう流れを生じず、水が下方に向かって勢いよく流れ落ちることがない。したがって、給水から過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動安定性が不安定になるのを防止することが可能となる。
しかも、過熱器６１，蒸発器６２，節炭器６３の全てが向流型であるため、これらの内部を流れる流体と外部の排気ガスＧとの温度差を大きく確保することもできるようになっており、熱交換効率の向上を得ることも可能となっている。
【００６７】
［第９実施形態］
次に、図１２の縦断面図を参照しながら、本発明の貫流型排熱ボイラの第９実施形態についての説明を以下に行う。なお、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、上記第８実施形態の変形例にあたるので、その特徴点を中心に説明を行うものとし、その他の上記第８実施形態と同一構成要素には、同一符号を付し、説明を省略する。なお、同図においても、上記第８実施形態と同様に、説明を簡略化するために、配管系路中に装備される弁類を省略している。
【００６８】
同図に示すように、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、そのケーシング６０を、地下ピット７０内に設置した点が特徴的となっている。すなわち、ケーシング６０を、地上の前記配管６５よりもケーシング６０の入口が低くなるような深さの地下ピット７０内に設置し、これら配管６５及びケーシング６０間をガスダクト７１で接続している。
この構成によれば、ケーシング６０の上端高さが低くなるので、上記第８実施形態のようにガスダクト７１を上昇させる形に配管せずとも、排気ガス送風可能に接続することができるようになる。したがって、高価なガスダクト７１の長さが短くて済むので、装置の低コスト化を図ることが可能となる。
【００６９】
［第１０実施形態］
次に、図１３〜図１６を参照しながら、本発明の貫流型排熱ボイラの第１０実施形態についての説明を以下に行う。なお、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、上記第１実施形態の変形例にあたるので、その特徴点を中心に説明を行うものとし、その他の上記第１実施形態と同一構成要素には、同一符号を付し、説明を省略する。
なお、図１３は、本実施形態の貫流型排熱ボイラの縦断面図である。また、図１４は図１３のＡ−Ａ断面図である。また、図１５は、同貫流型排熱ボイラの要部を示す図であって、節炭器及び蒸発器及び過熱器の斜視図である。また、図１６は図１３のＢ−Ｂ断面図である。
【００７０】
図１３〜図１６に示すように、本実施形態の貫流型排熱ボイラは、給水Ｗを通して予熱する節炭器８０と、該節炭器８０からの給水Ｗを加熱して蒸気Ｓを生成する蒸発器８１と、該蒸発器８１からの蒸気Ｓを更に加熱して過熱蒸気ＳＳを生成する過熱器８２と、これら節炭器８０及び蒸発器８１及び過熱器８２を収容するケーシング８３と、該ケーシング８３の外部に配置されて節炭器８０に給水Ｗを供給する前記給水ポンプ１４及び管寄せ１５と、ケーシング８０の外部に配置されて過熱器８２からの過熱蒸気ＳＳを取り入れる管寄せ１６とを備えて概ね構成されている。なお、同図においても、上記第１実施形態と同様に、説明を簡略化するために、配管系路中に装備される弁類を省略している。
【００７１】
ケーシング８３は、排気ガスＧを取り込んで下方から上方に導く第１流路８３Ａと、該第１流路８３Ａの上端からの排気ガスＧを取り込んで上方から下方に導く第２流路８３Ｂと、該第２流路８３Ｂの下端からの排気ガスＧを取り込んで下方から上方に導く第３流路８３Ｃとを有し、概ね、横に倒れたＳ字状の流路をなしている。そして、第１流路内８３Ａには過熱器８２が配置され、第２流路８３Ｂ内には蒸発器８１が配置され、第３流路８３Ｃ内には節炭器８０が配置されている。
【００７２】
したがって、排気ガスＧは、まず第１流路８３Ａの下端から入り込んで上昇し、この際に、過熱器８２を通ってその内部を流れる蒸気Ｓを加熱して過熱蒸気ＳＳを生成する。過熱器８２を通過した後の排気ガスＧは、今度は第２流路８３Ｂをその上端から下端に向かって流れ込んでいく。そして、この際に蒸発器８１を通ってその内部を流れる給水Ｗを加熱して蒸気Ｓを生成する。蒸発器８１を通過した後の排気ガスは、今度は第３流路８３Ｃをその下端から上端に向かって流れ出ていく。そして、この際に節炭器８０を通ってその内部を流れる給水Ｗを予熱する。
【００７３】
節炭器８０及び蒸発器８１及び過熱器８２は、お互いの接続部を介して、管寄せ１５から管寄せ１６にかけて連続した流路をなすように構成されている。
節炭器８０は、管寄せ１５からの給水Ｗをその内部に通しながら、外部を流れる排気ガスＧからの排熱と熱交換させることで予熱する役目をなしている。そして、本実施形態の節炭器８０は、上方から下方に向かって給水Ｗを流すので、排気ガスＧの流れ方向に対向する向流型を採用している。
【００７４】
蒸発器８１は、節炭器８０からの給水Ｗをその内部に通しながら、外部を流れる排気ガスＧからの排熱と熱交換させることで給水Ｗを蒸発させ、蒸気Ｓを生成する役目をなしている。そして、本実施形態の蒸発器８１は、該蒸発器８１の内部の給水Ｗ／蒸気Ｓを下方から上方に向かって流すので、排気ガスＧの流れ方向に対向する向流型を採用している。
過熱器８２は、蒸発器８１からの蒸気Ｓをその内部に通しながら、外部を流れる排気ガスＧからの排熱と熱交換させることで蒸気Ｓを更に加熱し、過熱蒸気ＳＳを生成する役目をなしている。そして、本実施形態の過熱器８２は、上方から下方に向かって給水Ｗを流すので、排気ガスＧの流れ方向に対向する向流型を採用している。
【００７５】
以上説明の構成を有する本実施形態の貫流型排熱ボイラの動作について以下に説明を行う。
まず、給水ポンプ１４を起動して給水Ｗを管寄せ１５に送り込むことにより、節炭器８０への給水が開始される。節炭器８０では、第３流路８３Ｃ内を流れる排気ガスＧからの排熱が管壁を介して熱交換され、蒸発器８１に行く前の予熱が行われる。このようにして予熱されて昇温した給水Ｗは、第２流路８３Ｂ内の蒸発器８１へと送り込まれ、第２流路８３Ｂ内の排気ガスＧとの熱交換で更に昇温して蒸発することにより、蒸気Ｓとなる。
続いて、蒸発器８１から第１流路８３Ａ内の過熱器８２に向かって送り込まれる蒸気Ｓは、第１流路８３Ａ内の排気ガスＧとの熱交換で更なる加熱を受けて過熱蒸気ＳＳとなる。
生成された過熱蒸気ＳＳは、管寄せ１６を介してケーシング８３の外部へと取り出されていく。
【００７６】
本実施形態の貫流型排熱ボイラによれば、過熱器８２，蒸発器８１，節炭器８０の各熱交換部間における流体の受け渡しは、重力の影響を受けやすい上下方向ではなく、水平方向に向かって行われるので、水が勢いよく隣の熱交換部に流れ出す恐れがない。したがって、給水から過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動安定性が不安定になるのを防止することが可能となる。
また、過熱器８２，蒸発器８１，節炭器８０の全てに向流型を採用しているため、これらの内部を流れる流体と外部の排気ガスＧとの温度差を大きく確保して熱交換効率の向上を得ることも可能となっている。
【００７７】
なお、本実施形態では、図１６でに示したように、一対の管寄せ１５，１６間に、過熱器８２，蒸発器８１，節炭器８０の各配管が交差すること無く互いに平行状態を保ったまま配管されるように構成したが、これに限らず、例えば図１７に示すように、節炭器８０及び蒸発器８１間を接続する管寄せ９０と、蒸発器８１及び過熱器８２間を接続する管寄せ９１とを新たに設けるなど、その他の配管構成を採用することも可能である。
さらには、図１８に示すように、第１流路８３Ａ〜第３流路８３Ｃの各流路内における各配管位置が等しくなる（すなわち、各流路内における各配管の紙面上下方向位置が互いに等しくなる）ように配管するものとしても良い。
【００７９】
また、請求項３に記載の貫流型排熱ボイラは、請求項１又は２に記載の貫流型排熱ボイラにおいて、蒸発器と第１流動安定部との間に第２流動安定部を設ける構成を採用した。この構成によれば、第１流動安定部に蒸気と共に水が勢いよく流れ込むのを防止することができるので、より流動安定性を向上させることが可能となる。
また、請求項４に記載の貫流型排熱ボイラは、請求項３に記載の第２流動安定部を、ケーシング内の排ガス流路中に配置する構成を採用した。この構成によれば、第２流動安定部内を流れる蒸気または気液混合流体が冷えるのを防止することができるので、第２流動安定部の下流側に向かう流体内に混在する液化水分量の増加を防止することが可能となる。
【００８２】
また、請求項９に記載の貫流型排熱ボイラは、請求項５〜８の何れかに記載の貫流型排熱ボイラにおいて、節炭器及び蒸発器及び過熱器の全てが向流型である構成を採用した。この構成によれば、節炭器及び蒸発器及び過熱器それぞれの内部を流れる流体と、排気ガスとの間の熱交換効率を向上させることができるので、極めて高い蒸気生成能力を得ることが可能となる。
また、請求項１０に記載の貫流型排熱ボイラは、請求項５〜８の何れかに記載の貫流型排熱ボイラにおいて、節炭器を並流型とし、蒸発器及び過熱器を向流型とする構成を採用した。この構成によれば、節炭器からの給水が下方の蒸発器に勢いよく流れ落ちて流動安定性を損なうことが防止できると同時に、向流型の採用により蒸発器及び過熱器における熱交換効率の向上を達成することも可能となる。
【００８７】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の貫流型排熱ボイラは、ケーシングが第１流路〜第３流路を備え、第１流路内に過熱器を配置し、第２流路内に蒸発器が配置し、第３流路内に節炭器を配置するとともに、節炭器が給水を上方から下方に向かって流し、蒸発器が給水を下方から上方に向かって流し、過熱器が給水を上方から下方に向かって流す構成を採用した。この構成によれば、節炭器，蒸発器，過熱器の各熱交換部間での流体受け渡しにおいて、水が勢いよく流れ落ちることがない。したがって、給水から過熱蒸気生成に至る加熱経路上での流動安定性が不安定になるのを防止することが可能となる。しかも、過熱器，蒸発器，節炭器の全てを向流型にすることができるため、この場合、これらの内部を流れる流体と外部の排気ガスとの温度差を大きく確保して熱交換効率の向上を得ることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の貫流型排熱ボイラの第１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】 本発明の貫流型排熱ボイラの第２実施形態を示す縦断面図である。
【図３】 本発明の貫流型排熱ボイラの第３実施形態を示す縦断面図である。
【図４】 同貫流型排熱ボイラの変形例を示す縦断面図である。
【図５】 本発明の貫流型排熱ボイラの第４実施形態を示す縦断面図である。
【図６】 同貫流型排熱ボイラの変形例を示す縦断面図である。
【図７】 本発明の貫流型排熱ボイラの第５実施形態を示す縦断面図である。
【図８】 同貫流型排熱ボイラの変形例を示す縦断面図である。
【図９】 本発明の貫流型排熱ボイラの第６実施形態を示す縦断面図である。
【図１０】 本発明の貫流型排熱ボイラの第７実施形態を示す縦断面図である。
【図１１】 本発明の貫流型排熱ボイラの第８実施形態を示す縦断面図である。
【図１２】 本発明の貫流型排熱ボイラの第９実施形態を示す縦断面図である。
【図１３】 本発明の貫流型排熱ボイラの第１０実施形態を示す縦断面図である。
【図１４】 同貫流型排熱ボイラを示す図であって、図１３のＡ−Ａ断面図である。
【図１５】 同貫流型排熱ボイラの要部を示す図であって、節炭器及び蒸発器及び過熱器の斜視図である。
【図１６】 同貫流型排熱ボイラを示す図であって、図１３のＢ−Ｂ断面図である。
【図１７】 同貫流型排熱ボイラの変形例を示す図であって、図１６に相当する平断面図である。
【図１８】 同貫流型排熱ボイラの他の変形例を示す図であって、図１６に相当する平断面図である。
【図１９】 従来の貫流型排熱ボイラを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０・・・ケーシング
１１，３０，４０，５０，６１，８０・・・節炭器
１２，５１，６２，８１・・・蒸発器
１３，２０，４２，５２，６３，８２・・・過熱器
１３Ａ・・・第１流動安定部
１３Ｃ・・・第２流動安定部
２１・・・第３流動安定部
２２・・・第４流動安定部
６４，７１・・・ガスダクト
６６・・・攪拌器
７０・・・地下ピット
８３Ａ・・・第１流路
８３Ｂ・・・第２流路
８３Ｃ・・・第３流路
Ｇ・・・排気ガス
Ｓ・・・蒸気
ＳＳ・・・過熱蒸気
Ｗ・・・給水
Claims (1)
- 給水を通して予熱する節炭器と、該節炭器からの前記給水を加熱して蒸気を生成する蒸発器と、該蒸発器からの前記蒸気を更に加熱して過熱蒸気を生成する過熱器と、これら節炭器及び蒸発器及び過熱器を収容するケーシングとを備え、
前記ケーシングは、排気ガスを取り込んで下方から上方に導く第１流路と、該第１流路の上端からの前記排気ガスを取り込んで上方から下方に導く第２流路と、該第２流路の下端からの前記排気ガスを取り込んで下方から上方に導く第３流路とを備え、
前記第１流路内に前記過熱器が配置され、前記第２流路内に前記蒸発器が配置され、前記第３流路内に前記節炭器が配置されるとともに、
前記節炭器は、前記給水を上方から下方に向かって流し、
前記蒸発器は、前記給水を下方から上方に向かって流し、
前記過熱器は、前記給水を上方から下方に向かって流すことを特徴とする貫流型排熱ボイラ。
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