JPH01184302A - 蒸気発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はボイラ、ガスタービン、ディーゼルエンジン等
の各種の排ガスを利用して蒸気を発生させたり、排ガス
がさらに低温の場合には水成外のフロン系その他の液体
を蒸発させる蒸気発生器に関する。

〈従来技術〉 一般に比較的温度の低い排ガスを利用して蒸気を発生さ
せる場合に、排ガスの流量が大きいこともあり、コンパ
クトで伝熱面積が大きくとれるプレートフィン型熱交換
器が適している。

かかるプレートフィン熱交換器を利用した蒸気発生器と
して第３図および第４図に示すものがある（特願昭６０
−２１０４７９号）。

第３図、第４図はかかる蒸気発生器の全体を概略的に示
すものであり、ａは熱交換器すとダウンカマ一部Ｃとを
備えた装置本体である。

熱交換器すは高温側である１次側ｄと、蒸発側である２
次側ｅとを有しており、ダウンカマー部Ｃは熱交換器す
の上部に形成した２次側出口部ｆと下部に形成した２次
側入口部ｑとを連通ずるよう一体的に設けである。

熱交換器すの上部には排ガスの入口である１次側入口り
を設け、下部には熱交換後の排ガスの出口である１次側
出口ｉが設けられている。

尚、熱交換器すの１次側、２次側にはそれぞれフィンが
配設されている。ダウンカマ一部Ｃの上部には、熱交換
器すの２次側ｅ内を流通する２次側流体を供給するため
の２次側人口ｊと、２次側ｅを通って沸騰発生した蒸気
を取り出す蒸気取出出口である２次側出口にとが設けら
れている。

尚、ｍは本体ａ内の２次側流体の液位を検出するレベル
検出器である。

斯かる構成において、１次側人口りより熱交換器すの１
次側ｄに高温の排ガスを導入し、２次側人口Ｊよりダウ
ンカマ一部Ｃ内に低温の２次側流体を供給すると、２次
側流体は２次側入口部ｇから２次側ｅを流れ２次側出口
部ｆへと導かれ、この際に１次側ｄと２次側ｅとの間で
熱交換が行われて２次側流体の一部が蒸気となり、２次
側出口部ｆ、２次側出口ｋを通って外部に流出する。

〈発明が解決しようとする問題点〉 以上述べた従来の蒸気発生器には以下の問題がある。

〈１）２次側出口部ｆと２次側入口部ｇには熱交換器フ
ィン部の１次側の部分が侵入していて、特に気水混合流
から気水の分離が行われる出口部［の流体流路が狭く、
かつ２次側流体の流れが直角に方向転換するため流動抵
抗が大きく、また気水の分離が十分に行われにくい。

（２）２次側出口部ｆと２次側入口部ｇには、熱交換器
のフィン部の２次側の部分がなく、１次側の部分しかな
いので、１次側と２次側フィンの両方で耐圧強度が得ら
れるプレートフィン熱交換器独特の強度上のメリットが
なく、出ロ部ｆ１人ロ部ｇの部分の耐圧強度が低い。

〈３）向流型を採用しているので１次側と２次側の流体
の流路長さが等しくなり、設計上の自由度が小さく、必
ずしも最適設計にならない場合がある。

以上の問題の内〈１）および（２）の問題は熱交換器と
して１次流体の流路が横向きで、２次流体の流路が竪向
きの直交流プレートフィン熱交換器を採用すれば解決す
る（特願昭６１−２８３９９５号）。しかし、この発明
では熱交換器内の１次側流体の流路がワンバスであるた
め２次流体の入口側と出口側では１次流体と２次流体の
温度差が大きく異り、２次流体出口側では温度差が小さ
く十分に熱交換が行なわないで１次流体が高温のまま流
出してしまい熱損失が大きい。

〈発明の目的〉 本発明は従来技術のかかる問題点に鑑み案出されたもの
で、２次側の流動抵抗が小さく、耐圧強度が大きくかつ
流路の長さの設計自由度の大きい蒸気発生器を提供する
ことを目的とする。

く問題点を解決する為の手段〉 上記目的を達成するため本発明の上記発生器は２次流体
の流路が竪方向になっている直交流プレートフィン熱交
換器と、該熱交換器上端に連接されたライザ部と、該熱
交換器と略平行に配設されたダウンカマーと、上記ライ
ザ部とダウンカマー上部とを連通し、内部に蒸発液面を
有し、かつ上部に蒸気出口を有する上部ヘッダと、ダウ
ンカマー下部と上記熱交換器下部とを連通する下部連通
部とを備えてなり上記熱交換器の両側の内少くとも一方
の側には１次側ヘッダが設けられてあり熱交換器の１次
側流体の流路は、上部の１次流体入口から熱交換器内を
横切って１次側ヘッダをＬ降し、再び熱交換器内を横切
り、これをくりかえして、下部の１時流体出口に至る羊
腸式流路となっていることを特徴とするものである。

〈実　施　例〉 以下本発明の一実施例について図面を参照しつつ説明す
る第１図は本発明の蒸気発生器の側面図で一部断面が示
しである。第２図は第１図の■−■矢視矢視一部断面が
示しである。第１図および第２図において１は直交流プ
レートフィン熱交換器で、２次側フィン１１は竪向きに
配設されており、２次流体である熱水は竪方向に流れる
ようになっている。１次側フィン１０は横向きに配設さ
れており１次流体は横向きに流れるようになっている。

さらに本例では１次流体の流路は上下方向へ３流路に区
画されている。

熱交換器１の上端にはダクト状のライザ部２が連設され
ている。３はダウンカマーで熱交換器１と略平行に配設
され２次流体が上から下に流れるようになっている。４
は上部ヘッダでライザ部２上端の開口とダウンカマー３
上端の開口とを連通ずるようにそれらの開口を囲繞して
設けられている。

上部ヘッダ４内のほぼ中間の高さに２次流体の液面１３
があり、蒸気と未蒸発の液体との境界となっている。上
部ヘッダ４の頂部には蒸気出口６が設けられている。５
は下部連通部で、ダウンカマー３下端の開口と熱交換器
１の２次側流路下端とを連通するようになっている。９
ａ、９ｂは１次側ヘッダで熱交換器１の両側に設けられ
ており、熱交換器１の１次側流路と連通している。１次
側ヘッダ９の内片方のヘッダ９ａの上部には１次流体人
ロアが、他方のヘッダ９ｂ下部には１次流体出口８がそ
れぞれ設けられており各ヘッダ９の流体人ロアの下方お
よび流体出口８の上方にはそれぞれ仕切板１４．１４が
設けられていて、１次流体流路が羊腸式流路となるよう
にしている。１２は液面計で、図示しないコントローラ
に接続されている。

１５は給水入口で上部ヘッダのダウンカマー開口の上方
に取り付けられている。

尚、フィンの形状は波型、矩型等どのようなものでもよ
く、１次側にねじり板を挿入したり、２次側フィン表面
を梨地加工するなど、熱貫流率向上のための種々の工夫
をとり入れてもよい。

次に作用を説明する。

高温の排ガス等の１次流体は熱交換器１の側面の１次側
ヘッダ９ａの上部に設けられた１次流体入ロアより流入
し、熱交換器１の１次側フィン１０が形成する上段１次
側流体流路１０ａを水平方向に流れ、他方の１次側ヘッ
ダ９ｂに流入する。

１次流体は１次側ヘッダ９ｂ内を下降して上記の上段１
次側流体流路１０ａの直下の中段流体流路１０ｂを上記
の逆向きの水平方向に流れ再び１次側ヘッダ９ａに流入
する。同様にヘッダ内を下降し下段１次側流体流路１０
ｃを通り１次側ヘッダ９ｂ下部の１次流体出口８より外
部に流出するが、この間に２次流体と熱交換が行われる
。このように１次流体の流路は上方から下方に流れる羊
腸式流路となっており、高温の１次流体と高温の２次流
体、中温の１次側流体と中温の２次側流体、低温の１次
流体と低温の２次流体がそれぞれ互いに熱交換を行うよ
うになっているので向流式熱交換器の長所も備えている
。一方２次流体は熱交換器の２次側フィン１１を有する
２次側流路１１ａ内で熱せられ一部が蒸発し蒸気発生に
よる浮力効果と温度上昇による比重の低下により、２次
流体は上記２次側流路１１ａ内を上昇し、ライザ部２を
通って上部ヘッダ４に流入する自然循環が起る。上部ヘ
ッダ４内で蒸気と液に分離し、蒸気は蒸気出口６より外
部に流出し、液はダウンカマー３内を下降し、下部連通
部５を通って再び熱交換器１に流入する。上部ヘッダ４
内の液面１３は液面計１２によって検出し、給水人口１
５から流入する２次流体の流量を調節するようになって
いる。

〈変　形　例〉 本発明は上記実施例に限られるものではなく特許請求の
範囲に含まれる以下のような変形例が可能である。

第５図および第６図は第１変形例を示す。尚、６図は第
５図のＶｌ　−Ｖｌ矢視図である。第５図および第６図
に示すように、本例では全体として角型に一体に構成さ
れている。第７図は第２変。

形例であり、第５図のものの変形である。即ち第５図の
第１変形例の蒸発器をダウンカマー３を共通にして２個
対向してならべた配置となっている。

第８図、第９図は第３変形例である。尚、第９図は第８
図のＩＸ−ｒＸ矢視図である。゛本例は第１図の実施例
の蒸気発生器を３個並べて配設したもので上部ヘッダ４
および下部連通部５を共通とし、ダウンカマ３は熱交換
器１が３個であるのに対し２個となっている。

第１０図は第４変形例で共通のダウンカマ３のまわりに
放射状に熱交換器１を並べて配置しである。

尚、本発明は上記実施例や変形例に限られるものではな
く、１次流体の水平流路は２段以上であればよく、１次
側ヘッダは片側だけでもよいなど特許請求の範囲内で種
々の変形が可能である。

〈発明の効果〉 以上述べたような構成となっているので本発明の蒸気発
生器は以下の効果がある。

（１）直交流プレートフィン熱交換器を採用し、１次流
体の流路は羊腸式流路となっているので、従来例として
説明した蒸気発生器（特願昭６０−２１０４７９号）の
２次側出口部ｆに相当する部分がなく、２次流体の流れ
が滑らかで気水の分離も十分に行われる。

（２）上記と同様の理由で熱交換器内で１次側フィンと
２次側フィンの存在する領域が同じで、１次側のみが存
在する従来の熱交換器の２次側入ロ部ｇ１２次側出ロ部
ｆに相当する部分がないので、プレートフィン熱交換器
の強度上のメリットが十分得られる。

（３）１次側流体の羊腸式流路のパスの段数と熱交換器
の巾を変えることにより１次側流体の流路長さを自由に
選択でき、従って１次側流路と２次側流路の長さの比を
自由に変えられるので与えられた温度・流量条件に対し
最適の熱交換器の設計が容易となる。

（４）１次側流体は上から下に羊腸式流路に沿って流れ
、２次側流体は下から上に向って略垂直方向に流れるの
で、向流型熱交換器のメリットをほぼ享受でき、単段の
直交流熱交換器に比して熱損失が少い。

（５）熱交換器直上にライザ部を有しているので、２次
流体の気水混合状態での流路長さが大きくなるので、発
生蒸気による浮力効果がより大きくなり、自然環境が活
発に行われ、従って熱交換器の単位体積当りの熱負荷が
大きくなっても熱交換器内でペーパーロックに似た現象
（この現象が起ると急激に蒸発量が減少する）が起きに
くくなり、従って熱交換器のコンパクト化が可能である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の蒸気発生器の側面図で一部断面しであ
る。第２図は第１図のＩ−ＩＩ矢視図、第３図は従来の
蒸気発生器の側面図で一部断面しである。第４図は第３
図の蒸気発生器の斜視図である。第５図・第６図は本発
明の蒸気発生器の第１変形例を示す図面で第５図は正面
図、第６図は第５図のＶＩ　−ＶＩ矢視図である。第７
図は本発明の蒸気発生器の第２変形例の斜視図である。 第８図、第９図は本発明の蒸気発生器の第３変形例を示
す図面で第８図は正面図、第９図は第８図のｒＸ−ｒＸ
矢視図である。第１０図は本発明の第４変形例の斜視図
である。 １・・・・・・熱交換器　　　　７・・・・・・１次流
体人口２・・・・・・ライザ部　　　　８・・・・・・
１次流体出口３・・・・・・ダウンカマー　　９・・・
・・・１次側ヘッダ４・・・・・・上部ヘッダ ５・・・・・・下部連通部 ６・・・・・・蒸気出口 第１０　　　　　第２図 第３図　　　　　第４図 第５図　　　　第６図 第８図　　　　　第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　２次流体の流路が竪方向になつている直交流プレート
   フィン熱交換器と、該熱交換器上端に連設されたライザ
   部と、該熱交換器と略平行に配設されたダウンカマーと
   、上記ライザ部とダウンカマー上部とを連通し、内部に
   蒸発液面を有し、かつ上部に蒸気出口を有する上部ヘッ
   ダと、ダウンカマー下部と上記熱交換器下部とを連通す
   る下部連通部とを備えてなり、上記熱交換器の両側の内
   少くとも一方の側には一次側ヘッダが設けられており、
   熱交換器の１次側流体の流路は、上部の１次流体入口か
   ら熱交換器内を横切り、１次側ヘッダを下降し、再び、
   熱交換器内を横切り、これをくりかえして、下部の１次
   流体出口に至る羊腸式流路となっていることを特徴とす
   る蒸気発生器。