JP2003156201A - ボイラー装置 - Google Patents
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
- Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
- Y02P80/15—On-site combined power, heat or cool generation or distribution, e.g. combined heat and power [CHP] supply
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- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】外観形状の可及的なコンパクト化を達成し得る
ボイラー装置を提供する。 【解決手段】ボイラー装置１は、高温ガス(高温流体)が
流通するダクト３の内部に、高温ガスの流れを横切って
延びる伝熱管４を、高温ガスの流れ方向に沿って多数並
設し、伝熱管４の内部に導入した被加熱流体Ｗを、高温
ガスにより伝熱管４を介して加熱し、被加熱流体Ｗの蒸
気を生成するボイラー装置であって、伝熱管４における
管径を、限界熱流束を越えない条件に則って、ダクト３
における高温ガスの下流側に位置する程、小さく設定し
て成る。
ボイラー装置を提供する。 【解決手段】ボイラー装置１は、高温ガス(高温流体)が
流通するダクト３の内部に、高温ガスの流れを横切って
延びる伝熱管４を、高温ガスの流れ方向に沿って多数並
設し、伝熱管４の内部に導入した被加熱流体Ｗを、高温
ガスにより伝熱管４を介して加熱し、被加熱流体Ｗの蒸
気を生成するボイラー装置であって、伝熱管４における
管径を、限界熱流束を越えない条件に則って、ダクト３
における高温ガスの下流側に位置する程、小さく設定し
て成る。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボイラー装置に関
するものであり、詳しくは高温流体が流通するダクトの
内部に、高温流体の流れを横切って延びる伝熱管を、高
温流体の流れ方向に沿って多数並設し、伝熱管の内部に
導入した被加熱流体を、高温流体により伝熱管を介して
加熱し、被加熱流体の蒸気を生成するボイラー装置に関
する。 【０００２】 【従来の技術】図９〜図１１は、水やフロリナート(登
録商標)等の被加熱流体Ｗを加熱し、該被加熱流体Ｗの
蒸気を生成するボイラー装置を示しており、このボイラ
ー装置Ａは、被加熱流体Ｗを貯留するチャンバＣと、該
チャンバＣを貫通するダクトＤとを備えている。 【０００３】上記ダクトＤには、排ガス等の熱源として
の高温ガス(高温流体)が、矢印Ｉの如く導入ダクトＤｉ
を介して導入され、上記ダクトＤを通過した高温ガス
は、矢印Ｏの如く排出ダクトＤｏを介して排出される。 【０００４】また、上記ダクトＤには、被加熱流体Ｗの
導入される多数の伝熱管Ｐ、Ｐ…が設けられており、こ
れら伝熱管Ｐ、Ｐ…は、高温ガスの流れを横切って上下
方向に延び、かつ高温ガスの流れ方向に沿って並設して
レイアウトされている。 【０００５】上記ボイラー装置Ａは、いわゆる管内沸騰
型(水管型)ボイラーであって、ダクトＤを流れる高温ガ
スによって各伝熱管Ｐ、Ｐ…を炙り、これら各伝熱管
Ｐ、Ｐ…に導入された被加熱流体Ｗを加熱することによ
って、該被加熱流体Ｗの蒸気が生成されることとなる。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のボイラー装置Ａの如く、互いに等しい管径の伝熱管
Ｐ、Ｐ…を、高温ガスの流れ方向に沿って並設した構造
では、図１２から明らかなように、各伝熱管Ｐ、Ｐ…に
おける熱流束（単位時間あたりに単位面積の面を横切っ
て移動する熱量）は、ダクトＤを流通する高温ガスの下
流側に行くに従って減少するため、熱源である高温ガス
からの熱の利用効率は小さいものとなっていた。因み
に、図１２中のｈは伝熱管Ｐの高さ、ｄは伝熱管Ｐの管
径、ＸはダクトＤの全長である。 【０００７】一方、上述した従来のボイラー装置Ａにお
いて、その外観形状をコンパクト化しようとした場合、
全ての伝熱管Ｐ、Ｐ…における管径を小さく設定する構
成が考えられる。 【０００８】しかし、管内沸騰型ボイラーの場合、限界
熱流束、すなわち伝熱管Ｐのバーンアウトを抑え得る限
界の熱流束が存在し、この限界熱流束は図１３に示す如
く管径ｄが小さいほど小さな値となる。因みに、図１３
中のｈは伝熱管Ｐの高さ、ｄは伝熱管Ｐの管径である。 【０００９】このように、管内沸騰型ボイラーにおいて
は、限界熱流束が存在するために、全ての伝熱管Ｐ、Ｐ
…の管径を徒らに小さく設定することはできず、もって
外観形状を大幅にコンパクト化することは極めて困難で
あった。 【００１０】本発明は上記実状に鑑みて、外観形状の可
及的なコンパクト化を達成し得るボイラー装置の提供を
目的とするものである。 【００１１】 【課題を解決するための手段および効果】本発明に関わ
るボイラー装置は、高温流体が流通するダクトの内部に
高温流体の流れを横切って延びる伝熱管を高温流体の流
れ方向に沿って多数並設し、伝熱管の内部に導入した被
加熱流体を高温流体により伝熱管を介して加熱し被加熱
流体の蒸気を生成するボイラー装置であって、伝熱管に
おける管径を、限界熱流束を越えない条件に則って、ダ
クトにおける高温流体の下流側に位置する程、小さく設
定している。 【００１２】上記構成によれば、全ての伝熱管が同一の
管径であった従来のボイラー装置に比較して、バーンア
ウト等の発生を招くことなく、高温流体の流れ方向にお
けるダクトの寸法を短縮することができる。 【００１３】もって、本発明に関わるボイラー装置によ
れば、ダクトの全長を短縮させることにより、外観形状
の可及的なコンパクト化を達成することが可能となる。 【００１４】 【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を、図面
を参照しながら詳細に説明する。図１〜図３は、フロリ
ナート(登録商標)等の被加熱流体を加熱して、該被加熱
流体の蒸気を生成するためのボイラー装置に、本発明を
適用した実施例を示すものであり、このボイラー装置１
は、被加熱流体Ｗを貯留するチャンバ２と、該チャンバ
２を貫通するダクト３とを備えている。 【００１５】上記ダクト３は、四角断面の筒形状を呈し
ており、熱源としての高温ガス（高温流体）が、矢印Ｉ
の如く導入ダクト１０ｉを介して導入され、上記ダクト
３を通過した高温ガスは、矢印Ｏの如く排出ダクト１０
ｏを介して排出される。 【００１６】また、上記ダクト３には、被加熱流体Ｗの
導入される多数の伝熱管４、４…が設けられており、各
々の伝熱管４、４…は、ダクト３の内部を流通する高温
ガスの流れを横切って上下方向に延び、かつ高温ガスの
流れ方向に沿って並設されている。 【００１７】上記ボイラー装置１は、いわゆる管内沸騰
型(水管型)ボイラーであって、ダクト２を流れる高温ガ
スによって各伝熱管４、４…を炙り、これら各伝熱管
４、４…に導入された被加熱流体Ｗを加熱することによ
って、該被加熱流体Ｗの蒸気が生成されることとなる。 【００１８】なお、各々の伝熱管４、４…は、ダクト３
の上下に貫通してチャンバ２の内部に臨んでおり、下端
側の開口から被加熱流体Ｗが導入される一方、上端側の
開口から被加熱流体Ｗの蒸気が放出される。 【００１９】ここで、図３から明らかなように、ダクト
３に設けられた各々の伝熱管４、４…は、後に詳述する
如く、限界熱流束を越えない条件に則って、ダクト３を
流れる高温ガスの下流側に位置するに従って管径を小さ
く設定されている。 【００２０】すなわち、実施例のボイラー装置１におい
ては、ダクト３の入口３ｉに臨んだ領域Ａに設置された
伝熱管４(Ａ)の管径ｄＡが９mm、上記領域Ａに対する下
流側の領域Ｂに設置された伝熱管４(Ｂ)の管径ｄＢが５
mm、上記領域Ｂに対する下流側であってダクト３の出口
３ｏに臨んだ領域Ｃに設置された伝熱管４(Ｃ)の管径ｄ
Ｃが３mmに設定されている。 【００２１】ここで、図４から明らかなように、伝熱管
における限界熱流束は、伝熱管の管径(ｄ)に依存してお
り、伝熱管の高さ(ｈ)が 270mmの場合、管径が９mmで限
界熱流束は５８(KW／ｍ２)、管径が７mmで限界熱流束は
１２(KW／ｍ２)、管径が５mmで限界熱流束は１０(KW／
ｍ２)、管径が３mmで限界熱流束は６(KW／ｍ２)とな
る。 【００２２】また、図５から明らかなように、高温ガス
の流れ方向における熱流束の分布も伝熱管４の管径(ｄ)
に依存し、管径の小さい伝熱管ではダクト長の短い範囲
で極めて大きい熱流束がダクト長とともに急激に減少
し、管径の大きな伝熱管ではダクト長とともに熱流束が
緩やかに減少する傾向が認められる。 【００２３】そこで、実施例のボイラー装置１を設計す
る際には、図６に示す如く、使用される伝熱管４(Ａ)、
伝熱管４(Ｂ)および伝熱管４(Ｃ)のうち、管径が５mmの
伝熱管４(Ｂ)における限界熱流束(１０KW／ｍ２)より
も、安全を見込んで僅かに小さい値、例えば熱流束８KW
／ｍ２における伝熱管４(Ａ)のライン上の点ｊ、および
伝熱管４(Ｂ)のライン上の点ｋを求め、上記伝熱管４
(Ａ)のライン上の点ｊ、言い換えればダクト３の入口３
ｉから距離Ｌａに亘る範囲、すなわち図３に示した領域
Ａに管径ｄＡが９mmの伝熱管４(Ａ)を配設する。 【００２４】また、図６に示す如く、管径が３mmの伝熱
管４(Ｃ)における限界熱流束(６KW/ｍ２)よりも、安全
を見込んで僅かに小さい値、例えば熱流束４．８KW/ｍ
２における伝熱管４(Ｂ)のライン上の点ｌ、および伝熱
管４(Ｃ)のライン上の点ｍを求め、上記伝熱管４(Ｂ)の
ライン上における点ｋと点ｌとの間の距離Ｌｂに亘る範
囲、すなわち図３に示した領域Ａの下流側における領域
Ｂに、管径ｄＢが５mmの伝熱管４(Ｂ)を配設する。 【００２５】さらに、図６に示す如く、管径が３mmの伝
熱管４(Ｃ)において吸熱しようとする最小の熱流束、例
えば熱流束２KW／ｍ２における伝熱管４(Ｃ)のライン上
の点ｎを求め、上記伝熱管４(Ｃ)のライン上における点
ｍと点ｎとの間の距離Ｌｃに亘る範囲、すなわち図３に
示した領域Ｂの下流側における領域Ｃに、管径ｄＣが３
mmの伝熱管４(Ｃ)を配設する。 【００２６】上記構成によれば、ボイラー装置１におけ
るダクト３の全長Ｌは、図３に示す如く、上述した距離
Ｌａと距離Ｌｂと距離Ｌｃとを加算したものとなり、図
７において比較するように、同じ吸熱量を達成している
従来のボイラー装置Ａ（図９、１０参照）におけるダク
トＤの全長Ｌｄと比べて大幅に短縮され、もってボイラ
ー装置１における外観形状の可及的なコンパクト化が達
成される。 【００２７】また、上述した如く、従来のボイラー装置
と同等の吸熱量を獲得しながら、ダクト３の全長を大幅
に短縮することの可能な本実施例の構成では、ダクト３
の全長を従来のボイラー装置ＡにおけるダクトＤと同じ
に設定した場合、ダクト３を流れる高温ガスからより多
くの熱を吸熱することが可能となり、熱源である高温ガ
スからの熱の利用効率が格段に向上することとなる。 【００２８】なお、上記ダクト３の各領域(Ａ、Ｂ、Ｃ)
における、伝熱管４(Ａ)、伝熱管４(Ｂ)および伝熱管４
(Ｃ)の設置本数は、上記ダクト３を流れる高温ガスの流
動抵抗を考慮した上で、できるだけ多くの本数を設置す
ることが、高温ガスの熱を効率よく利用する上において
望ましい。 【００２９】また、上述したボイラー装置１において
は、ダクト３の３つの領域（Ａ、Ｂ、Ｃ）に、管径９mm
の伝熱管４(Ａ)と、管径５mmの伝熱管４(Ｂ)と、管径３
mmの伝熱管４(Ｃ)とを設けているが、ダクト３に設定さ
れる領域の数や、各領域に設置される伝熱管の管径が、
実施例に限定されるものでないことは勿論である。 【００３０】すなわち、ダクトに２つの領域あるいは４
つ以上の領域を設定し、各領域毎に管径の異なる伝熱管
を設置する構成や、高温ガスの流れ方向に隣接する全て
の伝熱管の管径を異ならせて構成することも可能であ
る。 【００３１】また、実施例のボイラー装置１を設計する
際の基準とした図５（高温流体の流れ方向における熱流
束の分布を管径毎に示すグラフ）等は、例えば高温ガス
の温度等、諸条件によって変化することは勿論であり、
よって本発明に関わるボイラー装置の設計に当たって
は、使用する伝熱管の管径やダクトにおける領域の数お
よび長さを、ボイラー装置の稼動条件に基づいて適宜に
設定する必要のあることは言うまでもない。 【００３２】さらに、ボイラー装置における伝熱管の管
径やダクトにおける領域の数および長さは、それらの設
定によってダクトの全長が最短となるよう、設計に当た
って最善の組合せが採用されることは勿論である。 【００３３】図８は、本発明を適用したボイラー装置の
他の実施例であり、ダクト１３には被加熱流体Ｗの導入
される多数の伝熱管１４、１４…が設けられ、ダクト１
３の領域Ａと領域Ｂと領域Ｃとに設けられた、伝熱管１
４(Ａ)と伝熱管１４(Ｂ)と伝熱管１４(Ｃ)とは、限界熱
流束を越えない条件に則って、ダクト１３を流れる高温
ガスの下流側に位置するに従って管径を小さく設定され
ている。 【００３４】さらに、上述した伝熱管１４(Ａ)、１４
(Ｂ)、１４(Ｃ)には、それぞれに伝熱を促進するための
フィン１４ｆが設けられている。なお、フィン１４ｆの
大きさやピッチ等は、ダクト１３を流れる高温ガスの圧
力損失を考慮して設定されている。 【００３５】ここで、上述したボイラー装置は、各々の
伝熱管１４、１４…にフィン１４ｆが設けられている以
外、図１〜３に示したボイラー装置１と基本的に変わる
ところはなく、上記ボイラー装置１と同様の作用効果を
奏することは勿論である。 【００３６】また、上述したボイラー装置によれば、伝
熱管１４、１４…にフィン１４ｆを設けたことにより、
ダクト１３を流れる高温ガスから多くの熱を吸熱するこ
とができ、もって更なる外観形状のコンパクト化を達成
することが可能となり、かつ高温ガスからの熱の利用効
率を大幅に向上させることができる。 【００３７】なお、上述した各実施例においては、被加
熱流体であるフロリナートを加熱して蒸気を生成するボ
イラー装置を示したが、被加熱流体としてはフロリナー
ト以外の水(純水)やフロン等、適宜な液体を採用し得る
ことは勿論である。 【００３８】また、ボイラー装置のダクトに供給される
高温ガス(高温流体)としては、例えばディーゼルエンジ
ンからの排ガスや、各種プラントからの排ガス等、様々
な高温流体を適宜に採用することが可能である。 【００３９】さらに、本発明に関わるボイラー装置は、
例えば沸騰凝縮を利用したサーモサイフォン型熱電発電
装置における蒸気発生手段としてのボイラー装置等、種
々の産業分野において使用されるボイラー装置として
も、有効に適用され得るものであることは言うまでもな
い。
するものであり、詳しくは高温流体が流通するダクトの
内部に、高温流体の流れを横切って延びる伝熱管を、高
温流体の流れ方向に沿って多数並設し、伝熱管の内部に
導入した被加熱流体を、高温流体により伝熱管を介して
加熱し、被加熱流体の蒸気を生成するボイラー装置に関
する。 【０００２】 【従来の技術】図９〜図１１は、水やフロリナート(登
録商標)等の被加熱流体Ｗを加熱し、該被加熱流体Ｗの
蒸気を生成するボイラー装置を示しており、このボイラ
ー装置Ａは、被加熱流体Ｗを貯留するチャンバＣと、該
チャンバＣを貫通するダクトＤとを備えている。 【０００３】上記ダクトＤには、排ガス等の熱源として
の高温ガス(高温流体)が、矢印Ｉの如く導入ダクトＤｉ
を介して導入され、上記ダクトＤを通過した高温ガス
は、矢印Ｏの如く排出ダクトＤｏを介して排出される。 【０００４】また、上記ダクトＤには、被加熱流体Ｗの
導入される多数の伝熱管Ｐ、Ｐ…が設けられており、こ
れら伝熱管Ｐ、Ｐ…は、高温ガスの流れを横切って上下
方向に延び、かつ高温ガスの流れ方向に沿って並設して
レイアウトされている。 【０００５】上記ボイラー装置Ａは、いわゆる管内沸騰
型(水管型)ボイラーであって、ダクトＤを流れる高温ガ
スによって各伝熱管Ｐ、Ｐ…を炙り、これら各伝熱管
Ｐ、Ｐ…に導入された被加熱流体Ｗを加熱することによ
って、該被加熱流体Ｗの蒸気が生成されることとなる。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のボイラー装置Ａの如く、互いに等しい管径の伝熱管
Ｐ、Ｐ…を、高温ガスの流れ方向に沿って並設した構造
では、図１２から明らかなように、各伝熱管Ｐ、Ｐ…に
おける熱流束（単位時間あたりに単位面積の面を横切っ
て移動する熱量）は、ダクトＤを流通する高温ガスの下
流側に行くに従って減少するため、熱源である高温ガス
からの熱の利用効率は小さいものとなっていた。因み
に、図１２中のｈは伝熱管Ｐの高さ、ｄは伝熱管Ｐの管
径、ＸはダクトＤの全長である。 【０００７】一方、上述した従来のボイラー装置Ａにお
いて、その外観形状をコンパクト化しようとした場合、
全ての伝熱管Ｐ、Ｐ…における管径を小さく設定する構
成が考えられる。 【０００８】しかし、管内沸騰型ボイラーの場合、限界
熱流束、すなわち伝熱管Ｐのバーンアウトを抑え得る限
界の熱流束が存在し、この限界熱流束は図１３に示す如
く管径ｄが小さいほど小さな値となる。因みに、図１３
中のｈは伝熱管Ｐの高さ、ｄは伝熱管Ｐの管径である。 【０００９】このように、管内沸騰型ボイラーにおいて
は、限界熱流束が存在するために、全ての伝熱管Ｐ、Ｐ
…の管径を徒らに小さく設定することはできず、もって
外観形状を大幅にコンパクト化することは極めて困難で
あった。 【００１０】本発明は上記実状に鑑みて、外観形状の可
及的なコンパクト化を達成し得るボイラー装置の提供を
目的とするものである。 【００１１】 【課題を解決するための手段および効果】本発明に関わ
るボイラー装置は、高温流体が流通するダクトの内部に
高温流体の流れを横切って延びる伝熱管を高温流体の流
れ方向に沿って多数並設し、伝熱管の内部に導入した被
加熱流体を高温流体により伝熱管を介して加熱し被加熱
流体の蒸気を生成するボイラー装置であって、伝熱管に
おける管径を、限界熱流束を越えない条件に則って、ダ
クトにおける高温流体の下流側に位置する程、小さく設
定している。 【００１２】上記構成によれば、全ての伝熱管が同一の
管径であった従来のボイラー装置に比較して、バーンア
ウト等の発生を招くことなく、高温流体の流れ方向にお
けるダクトの寸法を短縮することができる。 【００１３】もって、本発明に関わるボイラー装置によ
れば、ダクトの全長を短縮させることにより、外観形状
の可及的なコンパクト化を達成することが可能となる。 【００１４】 【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を、図面
を参照しながら詳細に説明する。図１〜図３は、フロリ
ナート(登録商標)等の被加熱流体を加熱して、該被加熱
流体の蒸気を生成するためのボイラー装置に、本発明を
適用した実施例を示すものであり、このボイラー装置１
は、被加熱流体Ｗを貯留するチャンバ２と、該チャンバ
２を貫通するダクト３とを備えている。 【００１５】上記ダクト３は、四角断面の筒形状を呈し
ており、熱源としての高温ガス（高温流体）が、矢印Ｉ
の如く導入ダクト１０ｉを介して導入され、上記ダクト
３を通過した高温ガスは、矢印Ｏの如く排出ダクト１０
ｏを介して排出される。 【００１６】また、上記ダクト３には、被加熱流体Ｗの
導入される多数の伝熱管４、４…が設けられており、各
々の伝熱管４、４…は、ダクト３の内部を流通する高温
ガスの流れを横切って上下方向に延び、かつ高温ガスの
流れ方向に沿って並設されている。 【００１７】上記ボイラー装置１は、いわゆる管内沸騰
型(水管型)ボイラーであって、ダクト２を流れる高温ガ
スによって各伝熱管４、４…を炙り、これら各伝熱管
４、４…に導入された被加熱流体Ｗを加熱することによ
って、該被加熱流体Ｗの蒸気が生成されることとなる。 【００１８】なお、各々の伝熱管４、４…は、ダクト３
の上下に貫通してチャンバ２の内部に臨んでおり、下端
側の開口から被加熱流体Ｗが導入される一方、上端側の
開口から被加熱流体Ｗの蒸気が放出される。 【００１９】ここで、図３から明らかなように、ダクト
３に設けられた各々の伝熱管４、４…は、後に詳述する
如く、限界熱流束を越えない条件に則って、ダクト３を
流れる高温ガスの下流側に位置するに従って管径を小さ
く設定されている。 【００２０】すなわち、実施例のボイラー装置１におい
ては、ダクト３の入口３ｉに臨んだ領域Ａに設置された
伝熱管４(Ａ)の管径ｄＡが９mm、上記領域Ａに対する下
流側の領域Ｂに設置された伝熱管４(Ｂ)の管径ｄＢが５
mm、上記領域Ｂに対する下流側であってダクト３の出口
３ｏに臨んだ領域Ｃに設置された伝熱管４(Ｃ)の管径ｄ
Ｃが３mmに設定されている。 【００２１】ここで、図４から明らかなように、伝熱管
における限界熱流束は、伝熱管の管径(ｄ)に依存してお
り、伝熱管の高さ(ｈ)が 270mmの場合、管径が９mmで限
界熱流束は５８(KW／ｍ２)、管径が７mmで限界熱流束は
１２(KW／ｍ２)、管径が５mmで限界熱流束は１０(KW／
ｍ２)、管径が３mmで限界熱流束は６(KW／ｍ２)とな
る。 【００２２】また、図５から明らかなように、高温ガス
の流れ方向における熱流束の分布も伝熱管４の管径(ｄ)
に依存し、管径の小さい伝熱管ではダクト長の短い範囲
で極めて大きい熱流束がダクト長とともに急激に減少
し、管径の大きな伝熱管ではダクト長とともに熱流束が
緩やかに減少する傾向が認められる。 【００２３】そこで、実施例のボイラー装置１を設計す
る際には、図６に示す如く、使用される伝熱管４(Ａ)、
伝熱管４(Ｂ)および伝熱管４(Ｃ)のうち、管径が５mmの
伝熱管４(Ｂ)における限界熱流束(１０KW／ｍ２)より
も、安全を見込んで僅かに小さい値、例えば熱流束８KW
／ｍ２における伝熱管４(Ａ)のライン上の点ｊ、および
伝熱管４(Ｂ)のライン上の点ｋを求め、上記伝熱管４
(Ａ)のライン上の点ｊ、言い換えればダクト３の入口３
ｉから距離Ｌａに亘る範囲、すなわち図３に示した領域
Ａに管径ｄＡが９mmの伝熱管４(Ａ)を配設する。 【００２４】また、図６に示す如く、管径が３mmの伝熱
管４(Ｃ)における限界熱流束(６KW/ｍ２)よりも、安全
を見込んで僅かに小さい値、例えば熱流束４．８KW/ｍ
２における伝熱管４(Ｂ)のライン上の点ｌ、および伝熱
管４(Ｃ)のライン上の点ｍを求め、上記伝熱管４(Ｂ)の
ライン上における点ｋと点ｌとの間の距離Ｌｂに亘る範
囲、すなわち図３に示した領域Ａの下流側における領域
Ｂに、管径ｄＢが５mmの伝熱管４(Ｂ)を配設する。 【００２５】さらに、図６に示す如く、管径が３mmの伝
熱管４(Ｃ)において吸熱しようとする最小の熱流束、例
えば熱流束２KW／ｍ２における伝熱管４(Ｃ)のライン上
の点ｎを求め、上記伝熱管４(Ｃ)のライン上における点
ｍと点ｎとの間の距離Ｌｃに亘る範囲、すなわち図３に
示した領域Ｂの下流側における領域Ｃに、管径ｄＣが３
mmの伝熱管４(Ｃ)を配設する。 【００２６】上記構成によれば、ボイラー装置１におけ
るダクト３の全長Ｌは、図３に示す如く、上述した距離
Ｌａと距離Ｌｂと距離Ｌｃとを加算したものとなり、図
７において比較するように、同じ吸熱量を達成している
従来のボイラー装置Ａ（図９、１０参照）におけるダク
トＤの全長Ｌｄと比べて大幅に短縮され、もってボイラ
ー装置１における外観形状の可及的なコンパクト化が達
成される。 【００２７】また、上述した如く、従来のボイラー装置
と同等の吸熱量を獲得しながら、ダクト３の全長を大幅
に短縮することの可能な本実施例の構成では、ダクト３
の全長を従来のボイラー装置ＡにおけるダクトＤと同じ
に設定した場合、ダクト３を流れる高温ガスからより多
くの熱を吸熱することが可能となり、熱源である高温ガ
スからの熱の利用効率が格段に向上することとなる。 【００２８】なお、上記ダクト３の各領域(Ａ、Ｂ、Ｃ)
における、伝熱管４(Ａ)、伝熱管４(Ｂ)および伝熱管４
(Ｃ)の設置本数は、上記ダクト３を流れる高温ガスの流
動抵抗を考慮した上で、できるだけ多くの本数を設置す
ることが、高温ガスの熱を効率よく利用する上において
望ましい。 【００２９】また、上述したボイラー装置１において
は、ダクト３の３つの領域（Ａ、Ｂ、Ｃ）に、管径９mm
の伝熱管４(Ａ)と、管径５mmの伝熱管４(Ｂ)と、管径３
mmの伝熱管４(Ｃ)とを設けているが、ダクト３に設定さ
れる領域の数や、各領域に設置される伝熱管の管径が、
実施例に限定されるものでないことは勿論である。 【００３０】すなわち、ダクトに２つの領域あるいは４
つ以上の領域を設定し、各領域毎に管径の異なる伝熱管
を設置する構成や、高温ガスの流れ方向に隣接する全て
の伝熱管の管径を異ならせて構成することも可能であ
る。 【００３１】また、実施例のボイラー装置１を設計する
際の基準とした図５（高温流体の流れ方向における熱流
束の分布を管径毎に示すグラフ）等は、例えば高温ガス
の温度等、諸条件によって変化することは勿論であり、
よって本発明に関わるボイラー装置の設計に当たって
は、使用する伝熱管の管径やダクトにおける領域の数お
よび長さを、ボイラー装置の稼動条件に基づいて適宜に
設定する必要のあることは言うまでもない。 【００３２】さらに、ボイラー装置における伝熱管の管
径やダクトにおける領域の数および長さは、それらの設
定によってダクトの全長が最短となるよう、設計に当た
って最善の組合せが採用されることは勿論である。 【００３３】図８は、本発明を適用したボイラー装置の
他の実施例であり、ダクト１３には被加熱流体Ｗの導入
される多数の伝熱管１４、１４…が設けられ、ダクト１
３の領域Ａと領域Ｂと領域Ｃとに設けられた、伝熱管１
４(Ａ)と伝熱管１４(Ｂ)と伝熱管１４(Ｃ)とは、限界熱
流束を越えない条件に則って、ダクト１３を流れる高温
ガスの下流側に位置するに従って管径を小さく設定され
ている。 【００３４】さらに、上述した伝熱管１４(Ａ)、１４
(Ｂ)、１４(Ｃ)には、それぞれに伝熱を促進するための
フィン１４ｆが設けられている。なお、フィン１４ｆの
大きさやピッチ等は、ダクト１３を流れる高温ガスの圧
力損失を考慮して設定されている。 【００３５】ここで、上述したボイラー装置は、各々の
伝熱管１４、１４…にフィン１４ｆが設けられている以
外、図１〜３に示したボイラー装置１と基本的に変わる
ところはなく、上記ボイラー装置１と同様の作用効果を
奏することは勿論である。 【００３６】また、上述したボイラー装置によれば、伝
熱管１４、１４…にフィン１４ｆを設けたことにより、
ダクト１３を流れる高温ガスから多くの熱を吸熱するこ
とができ、もって更なる外観形状のコンパクト化を達成
することが可能となり、かつ高温ガスからの熱の利用効
率を大幅に向上させることができる。 【００３７】なお、上述した各実施例においては、被加
熱流体であるフロリナートを加熱して蒸気を生成するボ
イラー装置を示したが、被加熱流体としてはフロリナー
ト以外の水(純水)やフロン等、適宜な液体を採用し得る
ことは勿論である。 【００３８】また、ボイラー装置のダクトに供給される
高温ガス(高温流体)としては、例えばディーゼルエンジ
ンからの排ガスや、各種プラントからの排ガス等、様々
な高温流体を適宜に採用することが可能である。 【００３９】さらに、本発明に関わるボイラー装置は、
例えば沸騰凝縮を利用したサーモサイフォン型熱電発電
装置における蒸気発生手段としてのボイラー装置等、種
々の産業分野において使用されるボイラー装置として
も、有効に適用され得るものであることは言うまでもな
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】(ａ)および(ｂ)は、本発明に関わるボイラー装
置の一実施例を示す全体側面図および要部横断面図。 【図２】(ａ)および(ｂ)は、図１に示したボイラー装置
の全体側面断面図および全体平面断面図。 【図３】図１に示したボイラー装置におけるダクトの平
面断面図。 【図４】臨界熱流束の管径に対する依存性を管長毎に示
すグラフ。 【図５】高温流体の流れ方向における熱流束の分布を管
径毎に示すグラフ。 【図６】臨界熱流束の管径に対する依存性を管長毎に示
すグラフ。 【図７】(ａ)および(ｂ)は、図１に示したボイラー装置
におけるダクトの平面断面図および従来のボイラー装置
におけるダクトの平面断面図。 【図８】(ａ)および(ｂ)は、本発明に関わるボイラー装
置の他の実施例を示すダクトの平面断面図および側面断
面図。 【図９】(ａ)および(ｂ)は、従来のボイラー装置を示す
全体側面図および要部横断面図。 【図１０】(ａ)および(ｂ)は、従来のボイラー装置を示
す全体側面断面図および全体平面断面図。 【図１１】従来のボイラー装置におけるダクトの平面断
面図。 【図１２】高温流体の流れ方向における熱流束の分布を
示すグラフ。 【図１３】臨界熱流束の管径に対する依存性を示すグラ
フ。 【符号の説明】 １…ボイラー装置、 ２…チャンバ、 ３、１３…ダクト、 ４、４(Ａ)、４(Ｂ)、４(Ｃ)…伝熱管、 １４、１４(Ａ)、１４(Ｂ)、１４(Ｃ)…伝熱管、 １４ｆ…フィン、 Ｗ…被加熱流体。
置の一実施例を示す全体側面図および要部横断面図。 【図２】(ａ)および(ｂ)は、図１に示したボイラー装置
の全体側面断面図および全体平面断面図。 【図３】図１に示したボイラー装置におけるダクトの平
面断面図。 【図４】臨界熱流束の管径に対する依存性を管長毎に示
すグラフ。 【図５】高温流体の流れ方向における熱流束の分布を管
径毎に示すグラフ。 【図６】臨界熱流束の管径に対する依存性を管長毎に示
すグラフ。 【図７】(ａ)および(ｂ)は、図１に示したボイラー装置
におけるダクトの平面断面図および従来のボイラー装置
におけるダクトの平面断面図。 【図８】(ａ)および(ｂ)は、本発明に関わるボイラー装
置の他の実施例を示すダクトの平面断面図および側面断
面図。 【図９】(ａ)および(ｂ)は、従来のボイラー装置を示す
全体側面図および要部横断面図。 【図１０】(ａ)および(ｂ)は、従来のボイラー装置を示
す全体側面断面図および全体平面断面図。 【図１１】従来のボイラー装置におけるダクトの平面断
面図。 【図１２】高温流体の流れ方向における熱流束の分布を
示すグラフ。 【図１３】臨界熱流束の管径に対する依存性を示すグラ
フ。 【符号の説明】 １…ボイラー装置、 ２…チャンバ、 ３、１３…ダクト、 ４、４(Ａ)、４(Ｂ)、４(Ｃ)…伝熱管、 １４、１４(Ａ)、１４(Ｂ)、１４(Ｃ)…伝熱管、 １４ｆ…フィン、 Ｗ…被加熱流体。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 谷村 利伸
神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製
作所研究所内
Ｆターム(参考） 3L103 AA05 AA35 BB05 CC02 CC27
DD08 DD63 DD68
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 高温流体が流通するダクトの内部に、
前記高温流体の流れを横切って延びる伝熱管を、前記高
温流体の流れ方向に沿って多数並設し、前記伝熱管の内
部に導入した被加熱流体を、前記高温流体により前記伝
熱管を介して加熱し、前記被加熱流体の蒸気を生成する
ボイラー装置であって、 前記伝熱管における管径を、限界熱流束を越えない条件
に則って、前記ダクトにおける前記高温流体の下流側に
位置する程、小さく設定して成ることを特徴とするボイ
ラー装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001351721A JP2003156201A (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | ボイラー装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001351721A JP2003156201A (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | ボイラー装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003156201A true JP2003156201A (ja) | 2003-05-30 |
Family
ID=19163995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001351721A Pending JP2003156201A (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | ボイラー装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003156201A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005116563A1 (ja) * | 2004-05-31 | 2005-12-08 | Nissan Motor Co., Ltd. | マイクロチャネル型蒸発器およびそれを用いたシステム |
| US20090140066A1 (en) * | 2007-12-04 | 2009-06-04 | Hyundai Motor Company | Heating device with Cathode Oxygen depletion function for fuel cell vehicle |
| JP2009150624A (ja) * | 2007-12-21 | 2009-07-09 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 蒸発器 |
| CN110608450A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-12-24 | 福能(贵州)发电有限公司 | 一种降低w型炉水冷壁拉裂爆管的方法 |
-
2001
- 2001-11-16 JP JP2001351721A patent/JP2003156201A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005116563A1 (ja) * | 2004-05-31 | 2005-12-08 | Nissan Motor Co., Ltd. | マイクロチャネル型蒸発器およびそれを用いたシステム |
| US20090140066A1 (en) * | 2007-12-04 | 2009-06-04 | Hyundai Motor Company | Heating device with Cathode Oxygen depletion function for fuel cell vehicle |
| US8807446B2 (en) * | 2007-12-04 | 2014-08-19 | Hyundai Motor Company | Heating device with cathode oxygen depletion function for fuel cell vehicle |
| JP2009150624A (ja) * | 2007-12-21 | 2009-07-09 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 蒸発器 |
| CN110608450A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-12-24 | 福能(贵州)发电有限公司 | 一种降低w型炉水冷壁拉裂爆管的方法 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061121 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070313 |