JPH04108105U - 貫流ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 貫流ボイラにおいて立型蒸発管の管径を大径
ならしめ、単位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ようならしめる。 【構成】 立型蒸発管からなる貫流ボイラにおいて、立
型蒸発管を大径管となし、かつ単数又は複数の上昇流安
定板を備え、立型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上昇流安定板を挿入配設して
立型蒸発管の大径管の構成要素となし、最下部のＪ型曲
管部及び蒸発室の最上部には上昇流安定板が除かれた貫
流ボイラ。 【効果】 従来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−ルの析出等がな
く、安定した上昇流が得られオ−バ−ヒ−ト等の危険性
が皆無であり、全体として小型、省スペ−スが達成さ
れ、かつ低コスト、安全性が大で、長寿命が達成される
貫流ボイラ。

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−フインチユ−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×（４×100²×４） 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 大阪市北区大淀北１丁目９番36号 株式会 社平川鉄工所内

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。