JPH01273901A - ボイラ - 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〕 本発明は廃熱ボイラあるいはエコノマイデー等に使用さ
れる水平器ヘアピン型水管ボイラの改良された伝熱管構
造に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の水平器ヘアピン型水管式廃熱ボイラの水管は例え
ば第３図、又は第４図に示されているような構成になっ
ている。

この種従来のボイラでは降水管（９）の配管中に強制循
環ポンプ（ｌ荀を配設して、その容量、揚程、必要動力
などを、当該ボイラの受熱量などの設計条件とボイラの
構成をかえることによって、最小にするように設計され
ている。

（７）は排ガス入口、（１４）は排ガス出口、（８）は
入口ヘッダ、ｉ＋ｏ）は出口ヘッダ、（１１）は気水分
離ドラム、ｆ１２）は蒸気側連絡管、（ｌ購は蒸気出口
である。

第４図は第３図の伝熱水管の列数を２倍、即ち同一伝熱
面積で管内の水の流速を丁にするために伝熱水管を（Ｉ
ａ）、（ｌｂ）としたものである。

しかしながら第４図の場合、（１ａ）と（Ｉｂ）との合
計本数を伝熱面積の変化に応じて変化せしめ、必ずしも
第８図の伝熱水管の本数の整数倍にする必要はなく、設
計流速にあわせて変化せしめることができる。

そのための伝熱水管の配列上において工夫をすることが
必要であることはいうまでもない。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の廃熱ボイラの循環ポン１０句はボイラの運転中常
時故障なく稼動されることを期待して信碩度の高いもの
が要求され、しかも常時動力を必要とすることから、で
きることならこの循環ポンプ（１５）を取シつけないで
すまし得る方式の廃熱ボイラが要求される。

即ち循環ポンプ（１５）が故障し九シ、性能が低下する
とボイラを停止せしめざるを得々いという問題点があっ
た。

何故循環ポンプ０５）が停止するとボイラの運転を停止
せしめねばならないかというと、第３図、第４図におい
ては循環ポンプ（Ｉｌｌｉ）が故障したり、停止し九と
きには伝熱水管ｆｌ）、（ｌａ）ｔ（ｌｂ）が焼損の危
険にさらされるためである。

もしもこの循環ポンプが停止してもボイラが危険にさら
されることなく、安全に運転できればこの循環ポンプθ
荀はなくてもよいことになる。

あるいはたとえ該循環ポンプＣ１５）を設置するとして
も該循環ポンプは上記したように常時稼動しているが故
にその容量、揚程、必要動力などをできるだけ小さくて
すまし得るようにすることが望ましい。

このことは並列水管数を増加して、流速を下げ圧力損失
を減少させることによって達成される。

本発明は上記の要望にこたえて、従来の強制循環型ボイ
ラにおいて、強制循環ポンプを設置することなく、或い
は従来よりも著しく小容量の強制循環ポンプを投置する
のみによって、自然循環又は弱い強制循環によって運転
できるボイラを提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は水平部ヘアピン型水管ボイラにおいて、ヘアピ
ン型水管の曲υ立ち上９部又は水管の途中で少くとも２
本に分岐したヘアピン型水管によって構成されたボイラ
に関し、さらに、該ヘアピン型水管が一度ヘッダに集合
して設けられ、ヘッダ出口のヘアピン型水管数がヘッダ
入口の水管数よりも増加してなる水平部ヘアピン型水管
ボイラに関するものである。

本発明の少くとも２木の分岐したヘアピン型水管は入口
ヘッダ（８）からの−段目で分岐するのがよいのか、又
は２段目か、それともヘアピン型水音の中門での分岐が
よいのかはボイラ伝熱面の熱負荷、水管の配置関係、ボ
イラ全体の循環比、入口流速、さらには水管各点の蒸気
乾き度（クォリティ）から二相流の流動様式をも推定し
て決定することが必要である。

さらに局部の伝熱面熱負荷をかえるため、拡大伝熱面の
形状変更、例えば水管にリングフィンを設ける場合その
ピッチをＩ　１ｎｃｈ当り１枚にするのか、又は２枚に
するかなどの設計的な配慮をすることも必要となるので
ある。

さらに水管の焼損防止のためある一定の蒸気乾き度（ク
ォリティ）までは二相流の流速がある程度以上に必要と
表るので、水管のある列数のところまでは流速を上げて
おいて、そこから本数を増加して流速を下げてもよいと
いうことになるとその点で水管を分岐することになる。

上記の様な分岐の態様としては次のような形態がある。

それらの例をそれぞれ第２図（ａ）＝　（ｂ）、　（ｃ
）に示した。第２図（ａ）は該ヘアピン水管の立ち上り
部において分岐する一実施例で、水平部で分岐するのは
よくないと考えられる。その理由は二相流が一様に分布
して流れない恐れがあり、その念め特別に内部装置など
の工夫を必要とするからである。

第２図（ｂ）は同様に本発明の一実施例で専用の分岐ヘ
ッダ（１匂を設けたものである。この場合入口管数と出
口管数との比は必ずしも整数倍にする必要はない。第２
図陪、　（ｂ）、　（ｃ）のようにヘッダα匂を設ける
場合は必ずしも立ち上り管部に設ける必要がない。第２
図（Ｃ）は伝熱水管の水平部の途中に設けた一実施例で
ある。

〔実施例〕

次に図面によって本発明を説明する。

第１図は本発明の水装置ヘアピン型水管ボイラの一実施
例の概略断面図を示す。

一般に水平置のヘアピン型水管ボイラにおいては、下か
ら加熱ガスが入って来るとき、下に面する第一列目の水
管が最も高いガス温度にさらされ、従って最も高い伝熱
面熱負荷にさらされることになる。

一方この部分の水側（伝熱水管の内側）の状態はドラム
（１１）から降水管（９）を経て降下したばかりである
からその温度はドラム（１１）での圧力に対する飽和温
度のまま、あるいは下方へ下った位置水頭分だけ飽和温
度からサブクールされたものとなる。さらに実際には放
熱される分だけサブクールされたものとなシ、従ってヘ
ッダ（８）から伝熱水管１０に入っても直ちに蒸発して
気泡を発生するに至らない。

このような環境における上記の様な伝熱水管の部分では
設計を誤ると少し進んだところで発生した蒸気泡と水と
が上下に分離して層状流となシ上部の蒸気におおわれた
壁面から水膜が消失する。折部ドライアウトの状情にな
って熱伝達率が著しく悪化したり、又は熱負荷が高いと
主流は飽和温度よシ低温のサブクール状態にありながら
壁面では核沸騰から膜沸騰へと遷移してしまって焼損の
現象を現出するなどの状態になる０ 上記のような焼損やドライアウトに至る要因には水平置
ヘアピン型水管ボイラの設計上は゛ドラム（１りと最下
部の伝熱水管ｆｔ）までの高さや伝熱水管の管径、さら
に伝熱水管（１）が水平か、傾斜か又は垂直か、などの
配置関係、伝熱水管の加熱によって生成する水の蒸発、
即ち気泡の発生によって生じる自然循環力や強制循環力
によって規定される水の循環比や水の入口流速（循環流
速）、そしてガス入口の伝熱水管はど強熱されるなどの
伝熱面熱負荷の分布とそのために管路にそって水が蒸気
泡に変って行く蒸気乾き度（クォリティ）の分布などが
関係する。

学術的研究の結果によると、水管内径３０ｆｌ　　の場
合、伝熱面熱負荷が＋ｏｏ、ｏｏｏ　ｋｃａｌ　／ｍ！
ｈ程度では伝熱水管がドライアウトの状態にならない限
界の入口流速はＯ，ＢｍｌＢ程度以上を必要とする〇そ
して一例として廃熱ガスで加熱するボイラを考えると、
その入口条件を一定のガス量、ガス温度で入り、一定の
蒸発量を確保するためには一定の必要な伝熱面積が計算
される。

この場合、上記の水循環計算を行うと第３図の水平置ヘ
アピン型水管ボイラでは水の循環力が不足して循環不能
、即ちこの管群の途中に水面が現われて実際上蒸発量が
足υなくなるばかりか、水面より上の伝熱水管は過熱焼
損の危険にさらされたシ、ドライアウトして蒸発量が足
９なくなることとなり、ボイラが成り立たないことにな
る。

同様の計算を第４図について行うと、循環比が４．０と
なり水は循環するが入口流速が０．２７　ｍ／Ｂに達せ
ず、充分に安全な水平置ヘアピンボイラを構成しない。

そこで本発明による第１図においては、上記の欠点を無
くしてボイラ伝熱水管の構成をかえることによって、水
管群の水循環の条件を安全な範囲に収めるもので入口ヘ
ッダ（８）から出る伝熱水管＋１）は−列のみとして折
り返して米た後、２本に分岐せしめて水管（Ｉａ）ｔ（
ｌｂ）となし次もので、これによって循環比は３．８と
なるが当該伝熱水管ｆｌ）の入口の流速は０　、４　ｍ
／Ｂ以上となシ、ドライアウトを起さない水平置ヘアピ
ン型水管ボイラとなる。

第２図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は本発明の水平
置ヘアピン型水管ボイラの伝熱水管の種々な分岐の形態
のそれぞれの実施例を示したもので、第２図（ａ）は該
ヘアピン型伝熱水管の立ち上り部において分岐するもの
であり、同（ｂ）は専用の分岐ヘッダを設けたもの、同
（ｃ）は専用のヘッダを設けた場合必ずしも立ち上り管
部に投ける必要がなく、ヘアピン型伝熱水管の中間に設
けた場合の一実施例を示すものである。

〔発明の効果〕

本発明の効果を纒めると下記の通りである。

本発明により、第１には例えば従来の水平置ヘアピン型
水管式廃熱ボイラが、強制循環式ではなく、強制循環ポ
ンプを無くした自然循環式あるいは極めて小容量の強制
循環ポンプを設置するのみで可能になり、第２には従来
の強制循環ポンプの設置された水平置ヘアピン型廃熱ボ
イ２に僅かの改造を加えることによって強制循環ポンプ
を無くすることができ、さらに第３にはもしも強制循環
ポンプが故障したり、性能が低下してもボイ２を停止す
ることの必要がなくなるようにできる著しい効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の水平部ヘアピン型水管式廃熱ボイラの
一実施例の概略断面図、第２図［ａ）、（ｂ）、［ｃ）
は本発明の水平部ヘアピン型水管の種々な分岐の形態を
示したそれぞれの実施例で、同（ａ）はヘアピン型伝熱
水管の立ち上り部で分岐する例、同（ｂ）はヘアピン型
伝熱水管の立ち上り部に分岐ヘッダを設けた一実施例、
同（ｃ）はヘアピン型水管の水平部の中間に分岐ヘッダ
を設けた一実施例を示す０ １、ｌａ、Ｉｔ）、ヘアピン型伝熱水管２、ヘアピン型
伝熱水管の折り返し分岐個所３、ヘアピン型伝熱水管フ
ィン ５、外ケーシング　　　　７．排ガス入口８、入口ヘッ
ダ　　　　　９．降水管 １０、出口へツタ１１　、気水分離ドラム１３、蒸気出
口　　　　　　１４．排ガス出口１５、強制循環ポンプ 手続補正書（方式） 昭和６ａ年８月１２日 −一 １、事件の表示 昭和６８年特許願第１０５０７８号 ２、発明の名称 ポイン ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 ４、代理人　〒５５０ 昭和６３年７月６日（発送臼　６Ｂ、　７．２６日）７
、補正の内容 明細書の１１頁下から４行目〜３行目 「一実施例」の次に「、第３図、第４図は従来の水平置
ヘアピン型水管式廃熱ボイラの水管部の構成」を挿入

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 量、水平置ヘアピン型水管ボイラにおいて、ヘアピン型
   水管の曲りの立ち上り部又は水管の途中で少くとも２本
   に分岐したヘアピン型水管よりなるボイラ。 ２、ヘアピン型水管が一度ヘッダに集合して設けられ、
   ヘッダ出口のヘアピン型水管数がヘッダ入口の水管数よ
   りも増加してなる特許請求の範囲第１項記載のヘアピン
   型水管よりなるボイラ。