JPH08567Y2 - 貫流ボイラ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は立形蒸発管の管径を大径
ならしめ、単位管当りの伝熱面積を増大させ、加熱貫流
部の流体の不安定流を防止し、単一小径管を有する貫流
ボイラと同等以上の安定流が得られる上昇流安定板を設
けた貫流ボイラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の多管式貫流ボイラは管径が数10mm
程度未満、大多数は50mm未満の多数の小径管を垂直に配
し、上下ヘツダ−でそれらを集合させ、下部ヘツダ−に
給水し、上部ヘツダ−から蒸気を取出す多管式貫流構造
のものが一般的である。ところが従来の多管式貫流ボイ
ラは多数の小径管を加熱貫流部としているため、設計上
各水管の吸収熱量を一定にすることが著しく困難で不可
能に近く、吸収熱量が大なる水管では発生気泡が大なる
ため管内水位が激しく盛り上がり、上部にキヤリオ−バ
を惹き起こしたり、吸収熱量が小なる水管では管内水位
が低く水管上部にオ−バ−ヒ−ト(Overheat)、腐食やス
ケ−ルの析出などの多くのトラブルを惹起し、更に水管
の吸収熱量の差が著しいときは総ての水管が加熱上昇管
とならず、下降流を起こす水管が発生するため、蒸気の
質、例えば乾き度や安全の面で種々な不都合を生じてい
た。更に多数の小径管で構成する貫流ボイラは取扱者に
対して極めて注意深い操作と水処理を要求しながらボイ
ラの寿命が短いという基本的な欠点があり、なおかつ耐
圧部が複雑であるため、この点からも安全性に問題があ
つた。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】上記のような多数の小
径管を加熱貫流部として使用する従来の貫流ボイラの種
々な不都合や欠点のために、多数の小径管に代えて加熱
貫流部に少数の又は単数の大径管をそのまま使用する
と、大径管は燃焼ガスとの管外熱伝達率が低いため、そ
の結果必要伝熱面積が大きくなりすぎて、長大になり、
経済性を損うほか管内の沸騰現象が複雑で後記のような
安定上昇流が得られずオ−バ−ヒ−ト等の危険性がある
欠点があつた。

【０００４】また１個の垂直小径管の一様加熱における
沸騰２相流現象については、下部より上部にかけて沸騰
気泡は合体成長して順次気泡流→スラグ流→フロス流と
いうフロ−パタ−ンに移行し全体として安定した上昇流
が形成される。ところが管径が数10mm程度例えば50mmを
越える大径管の場合、気泡含有率が増加しても水管内径
を覆うまでに気泡が合体成長せずして２相流のフロ−パ
タ−ンとしての明確な位置づけがなされない複雑な流動
現象となる。

【０００５】このような現象から大径管になるほど沸騰
は管内というよりはむしろプ−ル沸騰の様相を呈し、１
個の水管内で上昇流と下降流が同時に又は交互に現れる
という不安定流になる心配があり、更にこの現象がひど
くなると気泡塊が停滞し、バ−ナより強烈な加熱を受け
ている水管にあつてはオ−バ−ヒ−ト等の事故につなが
るような問題点がある。

【０００６】

【問題点を解決するための手段】本考案者等は貫流ボイ
ラの大径管におけるフロ−バタ−ンの基礎的研究からそ
の問題点を明らかにし、その対策として本考案は単数又
は複数の立形蒸発管好ましくは立形垂直蒸発管からなる
貫流ボイラにおいて、立形蒸発管を大径管となし、立形
蒸発管の加熱貫流部横断面の少なくとも一面がほぼ同じ
入熱量となる長さの加熱面例えば全周で同じ伝熱面熱負
荷の場合はほぼ同じ長さとなるように上下方向に連続し
て構成する単数又は複数の上昇流安定板を立形蒸発管内
に挿入配設した貫流ボイラを提供するものである。

【０００７】本考案によつて大径管内の各流路は１個の
小径管と同様の上昇安定流が得られることが確認され
た。加熱貫流部横断面の仕切り方は種々あるが各流路断
面の加熱面の長さ当りの断面積、或は断面積当りの蒸気
流量（或は入熱量）、又は各断面の加熱面の長さが同じ
場合は当該断面の水力直径のいずれかがほぼ同じ値にな
るようにするのがよい。尚、この場合の各流路の水力直
径が数10mm程度以下、例えば50mm未満になるのが望まし
い。これは水力直径が同じ値であれば形状が変わつても
流体力学的には相似性であるために如何なる形状でも水
力直径が数10mm程度以下の小径管に相当することになる
ためである。 ４×（流路断面積） ここに水力直径 ＝ 流路のぬれぶち長さ として表わされる。

【０００８】更に本考案においては大径蒸発管は仕切ら
れた各流路を連通するため非加熱最下部の給水口と最上
部の蒸気室とは上昇流安定板を削除すれば従来の小径管
のみの場合のような蒸気集合管や給水分配管が不要とな
る利点がある。なお、この上昇流安定板は相当直径を小
ならしめるものであるが、同一断面形状で垂直方向に捩
りを加えて熱伝達を向上し（図８）たり水管内面と堅固
に固定して伝熱面を増加するようにすれば、乱流促進や
インナーフインチユーブとしての効果を奏し、貫流ボイ
ラの伝熱性能を一段と向上するにいたる。

【０００９】

【実施例】図１は本考案の一実施例の断面図を示すもの
で、内径100mm 程度の１個の大径管(1) が垂直に立設さ
れ、下部はＪ形に曲げられ上部の一端を非加熱となした
ものである。大径管(1) の加熱貫流部(2) は最上部の蒸
気室(3) を除き、垂直部のほぼ全域であり、ここには十
字形の上昇流安定板(4) が立設されている。給水は下部
Ｊ形曲管部で予熱され、上昇流安定板(4) で仕切られた
垂直の４個の流路に分配される。各流路では下部より上
部への上昇流のみが存在し発生気泡量は増大し、合体し
て最上部では蒸気のみが分離される。

【００１０】図１では４個の流路は同一断面形状であ
り、かつ熱吸収量がほぼ同一のため π １ ４×（４×100 ² ×４） 相当直径 ＝ 100 ≒ ４４mm π× 4 ＋ 100 であり、小径管に相当する同様の安定上昇流が得られ
る。この場合上昇流安定板は各流路の気泡の合体を促進
し、曲型的な２相流動様式としての気泡流、スラグ流、
クロス流と順次安定したフロ−パタ−ンを形成するにい
たる。なお図２では上昇流安定板によつて大径管断面は
十字に仕切られ大径管壁に強固に結合せしめた場合であ
る。なお本考案は図３〜図７に示すように一面が加熱面
を有しておれば仕切りの態様は任意で差支えない。

【００１１】図７は図２とは反対に上昇流安定板が大径
管壁に接触していない場合を示したもので、この場合は
工作が著しく容易になる利点がある。

【００１２】

【考案の効果】本考案は従来の多管貫流ボイラのように
多数の小径管で構成するのではなく、少数又は単数の例
えば管径50mm以上の大径管で構成されているため設計上
水管の吸収熱量を極めて容易に一定にすることが可能
で、多数の小径管の貫流ボイラに見られるようなキヤリ
オ−バ、オ−バ−ヒ−ト、腐食やスケ−ルの析出などが
なく、また上昇流安定板を設けた少数又は単数の大径管
で構成されているため１個の大径管のみでは達成できな
かつた管内の沸騰現象が簡単になり、安定した上昇流が
得られオ−バ−ヒ−トなどの危険性が皆無であり、更に
耐圧部が極めてシンプルとなるため、全体としては小型
省スペ−スが達成される。それに加えて従来の小径多管
式貫流ボイラでは得られない低コスト、安全性及び長寿
命が達成され経済性の大なる貫流ボイラである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の一部縦断面図。

【図２】〜

【図７】図１の上昇流安定板のそれぞれ一実施例の横断
面図。

【図８】立形上昇流安定板が同一横断面形状で流れの方
向に捩りを与えた場合の一実施例の立形蒸発管の概略断
面図。

【符号の説明】

１．大径管 ２．ガス貫流部 ３．蒸気室 ４．上昇流安定板 ５．ブロ−管 ６．給水管 ７．給水ポンプ ８．バ−ナ ９．空気押込フアン 10．燃料管 12．燃焼室 13．排ガスダクト 14．気水分離器内部装置 18．煙 室 19．蒸気管 20．溶接部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 上梨 厚見 大阪府大阪市北区大淀北１丁目９番36号 株式会社 平川鉄工所内 (56)参考文献 特公 昭45−36950（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 単数又は複数の立形蒸発管からなる貫流
   ボイラにおいて、立形蒸発管を大径管となし、立形蒸発
   管の加熱貫流部横断面の少なくとも一面がほぼ同一の入
   熱量となる長さの加熱面となるように流れ方向に連続又
   は断続して構成する単数又は複数の上昇流安定板を備
   え、立形蒸発管内の一つの流路の水力直径が数１０ｍｍ
   程度以下になるように該上昇流安定板を挿入配設して立
   形蒸発管の大径管の構成要素となし、立形蒸発管のＪ型
   曲管部を構成する非加熱最下部及び気水分離器を備えた
   蒸発室を構成する最上部には立形蒸発管内の上昇流安定
   板が除かれてなることを特徴とする貫流ボイラ。
2. 【請求項２】 立形上昇流安定板は同一断面形状で流れ
   の方向にねじりを与えられた特許請求の範囲第１項記載
   の貫流ボイラ。