JP5744672B2 - 蒸気過熱器 - Google Patents
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Description
また、過熱蒸気の温度を所望の温度に調整する際は、誘導加熱手段の誘導電流の強度を調整することとされるが、一般的に熱容量が大きい磁性部材が多量に蒸気流路に設けられていると、誘導電流の強度を調整しても、その熱容量の大きさによって、磁性部材の温度が迅速に変化せずに、過熱蒸気の温度を所望の温度に温度調整することができないという問題があった。
バーナーと、当該バーナーの燃焼ガスによって水蒸気を加熱して過熱蒸気を発生させる熱交換部とを備えた蒸気過熱器であって、その特徴構成は、
前記熱交換部は、外管と、前記外管より小径の内管と、前記外管と内管との中間径である中間径管とから構成され、前記外管と前記中間径管の間に第1環状流路を、前記中間径管と前記内管の間に第2環状流路を、前記内管内に内管内流路を備えた三重管構造に構成され、
前記熱交換部の軸方向の基端側に、前記バーナーが備えられ、
前記第1環状流路は、前記水蒸気が導入される蒸気導入口を前記軸方向の基端側に有するとともに、当該第1環状流路を流通した前記水蒸気を前記内管内流路へ案内流通する流路ヘッダーと前記軸方向の先端側で接続され、
前記内管内流路は、前記軸方向の先端側において前記流路ヘッダーと接続されて、前記水蒸気が案内流通されるとともに、前記水蒸気が加熱された過熱蒸気を排出する排出口を前記軸方向の基端側に有し、
前記第2環状流路は、前記バーナーの燃焼室と前記軸方向の基端側で接続されるとともに、前記燃焼ガスを排気する排気口を前記軸方向の先端側に有し、
前記水蒸気を前記第1環状流路、前記流路ヘッダーおよび前記内管内流路の順に流通させるとともに、前記燃焼ガスを前記第2環状流路の前記軸方向の基端側から先端側に流動させて、前記水蒸気と前記燃焼ガスとの熱交換により過熱蒸気を発生させる点にある。
さらに、第1環状流路、流路ヘッダーおよび内管内流路で構成される蒸気流通路の下流側を内管内流路側とするとともに、内管内流路を流通する過熱蒸気の流れ方向と、第2環状流路を流動する高温の燃焼ガスの流れ方向とが対向流として、蒸気流通路の下流側を熱交換器の内側に位置させて外部への放熱を抑制して過熱蒸気を蒸気流通路の上流側より高温に加熱することが可能にされる。対向流とした熱交換によって効率よく燃焼ガスによって過熱蒸気が加熱されて、より高温の過熱蒸気を得ることができる。このように、燃焼ガスと過熱蒸気との熱交換を効率よく行ないながら、燃焼ガスの温度または流量を変化させることで、迅速に過熱蒸気の温度を所望の温度に調整することができる。
前記バーナーは、円筒状に形成された前記燃焼室の内周面の接線方向に向けて、空気と燃料ガスとの混合気を噴出させて又は空気と燃料ガスとを各別に噴出させて、管状火炎を形成する管状火炎バーナーとされ、
前記管状火炎バーナーと、三重管構造を成す前記熱交換部の軸心が一致している点にある。
三重管構造を成す前記熱交換部に関し、前記中間径管の内周面と前記管状火炎バーナーの円筒状に形成された前記燃焼室の内周面とが略面一に接続され、前記内管は前記軸方向の基端側において、前記管状火炎バーナーの前記燃焼室内を通過するとともに、当該燃焼室を前記軸方向の基端側に貫通させて設けられている点にある。
また、内管は軸方向の基端側において、管状火炎バーナーの燃焼室内を通過するとともに、燃焼室を貫通させて設けられているので、内管内流路を流通する過熱蒸気は、燃焼室内を通過する際にも最も高温の燃焼ガスと熱交換を行うことができる。従って、熱交換部をよりコンパクトに構成することができる。
前記中間径管の一部は前記軸方向に伸縮可能な伸縮部材で構成され、前記内管は前記燃焼室を前記軸方向の基端側に貫通する状態で設けられ、当該内管が前記燃焼室を貫通する貫通部に摺動可能に貫通支持されている点にある。
また、内管は燃焼室を軸方向の基端側に貫通する状態で設けられ、その内管が燃焼室を貫通する貫通部に摺動可能に貫通支持されているので、内管を貫通部によって支持することができるとともに、高温の燃焼ガスにより内管が加熱されて膨張した場合においても、その膨張に応じて内管が貫通部を自在に摺動することができる。したがって、燃焼ガスの流動による内管の温度変化によって内管に発生する熱応力を最小限に抑制して、内管の破損、曲りを防止することができる。
前記流路ヘッダーに、前記第2環状流路を流動する前記燃焼ガスを通過させる燃焼ガス通過口が設けられ、前記燃焼ガスが前記燃焼ガス通過口を通過して前記排気口から排気される点にある。
また、蒸気取入口3cは、例えば、飽和蒸気Vを供給可能な集中蒸気配管(図示せず)と接続されている。また、蒸気取入口3cから取入れた飽和蒸気Vは、外管3の周方向に複数設けられた蒸気導入口3eを覆うように外管3の外周に設けられた環状導入空間3dに導入され、この環状導入空間3dに流入した飽和蒸気Vは、複数の蒸気導入口3eのそれぞれに分散されて第1環状流路R1に導入される。
これにより、蒸気取入口3cから取入された飽和蒸気Vは、外管3の周方向において均等に第1環状流路R1へ導入される。そして、この第1環状流路R1は、先端側端部において流路ヘッダー6に接続されているので、第1環状流路R1へ導入された飽和蒸気Vは、第1環状流路R1の基端側から先端側まで流通して、流路ヘッダー6に流入する。なお、第1環状流路R1に導入された飽和蒸気Vが流路ヘッダー6に流入するときには、すでに第1環状流路R1を流通することで加熱されて過熱蒸気Sとなっている。
ここで、側面貫通孔26aには、環状の耐熱シール部材25が設けられ、この耐熱シール部材25によって、内管5が摺動可能に貫通支持されている。これにより、燃焼ガスEや燃焼室22の燃焼によって内管5が加熱されて内管5に発生する熱膨張を許容することができる。
4本の流通路6aは、第1環状流路R1が延びる方向に直交する状態で、互いに90度の間隔をなすように設けられて、中間径管4と接続された円環接続部材6cの外周側に位置する第1環状流路R1から集合部6bへ向けて、中間径管4と内管5で形成される第2環状流路R2を径方向に横切る状態で設けられている。
集合部6bは、略円筒状の形状とされて、その外周面には4本の流通路6aが接続されており、集合部6bの基端側の側面には、内管内流路R3の先端側端部5aと、その内管内流路R3の軸心と集合部6bの軸心とを一致させた状態で接続されるように構成された接続口が形成されており、この接続口に端部5aが挿入されて係合固定されている。
このように流路ヘッダー6が構成されて、第1環状流路R1から内管内流路R3に過熱蒸気Sを案内流通させることができる。
そして、燃焼ガス通過口6eを通過した燃焼ガスEは排気フランジ8に設けられた排気口8aから排気されるように構成されている。なお、このように過熱蒸気Sが流通する4本の流通路6aと燃焼ガスEが流通する4箇所の燃焼ガス通過口6eが交互に配設されているので、伝熱面積を大きくして、効率よく過熱蒸気Sと燃焼ガスEとの間で熱交換が行なうことができる。
〔別実施形態〕
2 熱交換部
3 外管
3e 蒸気導入口
4 中間径管
4d 伸縮部材
5 内管
6 流路ヘッダー
6e 燃焼ガス通過口
8a 排気口
11 蒸気排出口(排出口)
20 管状火炎バーナー(バーナー)
22 燃焼室
22a 内周面
26a 側面貫通孔(貫通部)
A 空気
E 燃焼ガス
F 燃料ガス
M 混合気
R1 第1環状流路
R2 第2環状流路
R3 内管内流路
S 過熱蒸気
V 飽和蒸気(水蒸気)
Claims (5)
- バーナーと、当該バーナーの燃焼ガスによって水蒸気を加熱して過熱蒸気を発生させる熱交換部とを備えた蒸気過熱器であって、
前記熱交換部は、外管と、前記外管より小径の内管と、前記外管と内管との中間径である中間径管とから構成され、前記外管と前記中間径管の間に第1環状流路を、前記中間径管と前記内管の間に第2環状流路を、前記内管内に内管内流路を備えた三重管構造に構成され、
前記熱交換部の軸方向の基端側に、前記バーナーが備えられ、
前記第1環状流路は、前記水蒸気が導入される蒸気導入口を前記軸方向の基端側に有するとともに、当該第1環状流路を流通した前記水蒸気を前記内管内流路へ案内流通する流路ヘッダーと前記軸方向の先端側で接続され、
前記内管内流路は、前記軸方向の先端側において前記流路ヘッダーと接続されて、前記水蒸気が案内流通されるとともに、前記水蒸気が加熱された過熱蒸気を排出する排出口を前記軸方向の基端側に有し、
前記第2環状流路は、前記バーナーの燃焼室と前記軸方向の基端側で接続されるとともに、前記燃焼ガスの排気口を前記軸方向の先端側に有し、
前記水蒸気を前記第1環状流路、前記流路ヘッダーおよび前記内管内流路の順に流通させるとともに、前記燃焼ガスを前記第2環状流路の前記軸方向の基端側から先端側に流動させて、前記水蒸気と前記燃焼ガスとの熱交換により過熱蒸気を発生させる蒸気過熱器。 - 前記バーナーは、円筒状に形成された前記燃焼室の内周面の接線方向に向けて、空気と燃料ガスとの混合気を噴出させて又は空気と燃料ガスとを各別に噴出させて、管状火炎を形成する管状火炎バーナーとされ、
前記管状火炎バーナーと、三重管構造を成す前記熱交換部の軸心が一致している請求項1に記載の蒸気過熱器。 - 三重管構造を成す前記熱交換部に関し、前記中間径管の内周面と前記管状火炎バーナーの円筒状に形成された前記燃焼室の内周面とが略面一に接続され、前記内管は前記軸方向の基端側において、前記管状火炎バーナーの前記燃焼室内を通過するとともに、当該燃焼室を前記軸方向の基端側に貫通させて設けられている請求項2に記載の蒸気過熱器。
- 前記中間径管の一部は前記軸方向に伸縮可能な伸縮部材で構成され、前記内管は前記燃焼室を前記軸方向の基端側に貫通する状態で設けられ、当該内管が前記燃焼室を貫通する貫通部に摺動可能に貫通支持されている請求項1〜3のいずれか一項に記載の蒸気過熱器。
- 前記流路ヘッダーに、前記第2環状流路を流動する前記燃焼ガスを通過させる燃焼ガス通過口が設けられ、前記燃焼ガスが前記燃焼ガス通過口を通過して前記排気口から排気される請求項1〜4のいずれか一項に記載の蒸気過熱器。
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