JPS60174496A - 蒸気発生管 - 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】 本発明はボイラや熱交換器に用いる蒸気発生管の改良に
関する。

従来のこの種の蒸気発生管は、例えば、第１図乃至第３
図に示すように、督１の内面に１条捷たは複数条の平行
ならせん状溝２を有している。このらせん状溝２を有す
る結果として、相対的に該らせん状溝２の部分より突き
出たらせん状つば３が形成される。該らせん状溝２とら
せん状つば３とは対をなすもので、条数は同じである。

而して、この従来の蒸気発生管がボイラや熱交換器に使
用されるときには、管１の内部を流れる蒸発可能な液体
が管１の外部から加熱され、液体温度が液体の種類及び
圧力によって決捷る飽和温度近く捷で上昇すると、肢管
１の内壁面で液体の蒸発、即ち、いわゆる沸騰が始捷る
。

このよう＼に沸騰が始捷ると、流体中に含捷れている蒸
気の割合が比較的少ない沸騰初期の段階では、管１の内
壁面で発生した蒸気は小さい気泡となって、その壁面に
長時間とど捷ることなく、速に、管１の壁面から離脱し
て、管内を流れる流体に押し流される。

このような沸騰状態は核沸騰と呼ばれており、管１の内
面温度は流体の飽和温度より高々１０’Ｃ程度高いに過
ぎない。

管ｌの外面温度は、管の熱抵抗により肢管１の内面より
高くなるが、通常の蒸気発生管では、流体の流量や管１
の材質を適当に選ぶことにより、管材料に許容される上
限温度よりも十分低く抑えることができる。

そして、管１の長手方向に沿って沸騰が継続すると、管
内の流体中の蒸気の割合が次第に増加する。

液体内の蒸気の割合がある限界点に達すると、管１の内
壁面で発生した蒸気は速かに肢管１の壁面から離脱でき
なくなり、蒸気膜となり、ついには、肢管１の壁面は蒸
気膜で覆われるようになる。

このような沸騰状態は膜沸騰と呼ばれ、前述の限界点は
ＤＮＢ点などと称されている。

このような膜沸騰状態では、管１の壁面を覆っている蒸
気膜の熱抵抗が大きく、熱伝達が阻害されて、管１の温
度は核沸騰の場合より著しく上昇し、加熱条件や流動条
件の如何によっては管材料の許容上限温度を越え、管１
が破れることもある。

流体中に含まれる蒸気の割合が比較的少ない場合でも、
加熱量が多いときには、管１の壁面で発生する蒸気量が
多くなシ、このような膜沸騰状態となりうる。

しかして、前述の第１図乃至第３図に示したような溝付
き管１では、らせん状溝２とらせん状っば３からなる凹
凸によって、流体の流れが乱されるだめ、管１の内壁面
に発生する蒸気が滞留しに＜＜、ＤＮＢ点が溝を有しな
い平滑管よりも蒸気割合の多い側、或いは、加熱量の多
い側にあることが知られている。

しかし、らせん状溝２を有する蒸気発生管は平滑管より
も優れた伝熱特性を有するが、あらゆる条件下で万全と
いうわけではなく、加熱条件や流動条件（流量、圧力な
ど）によって、第４図の破線Ａあるいは実線Ｂで示すよ
うに、管の温度の低減効果が最もよく発揮される適正な
流体のエンタルピ領域があることが実験により見出され
ている。

このために、例えば、火炉入口の過冷却域から火炉出口
の過熱蒸気域近くまで一種類の溝付き管のみで構成され
たボイラでは、管１の温度が著しく上昇するという欠点
があった。

それで、従来のらせん状溝付き蒸発管のあるエンタルピ
領域での第４図のような温度上昇を避けるためには、 ア）、流量を増す、 イ）、単位面積当りの加熱量を減する、という方策があ
るが、ア）の方法では流体の圧力損失が増えるため、流
動のだめの動力（例えば、ポンプ動力）の増大を必要と
し、捷だ１．イ）の方法では所要の蒸発量を得るために
は伝熱面積を広く、すなわち、管１の長さを長くしなけ
ればならないという問題があった。また、膜沸騰が起っ
て管１の温度が上っても、それが管材料の許容上限温度
以下に納まるように、 つ）、許容上限温度が高い材料を用いる、という方法も
あるが、このような材料は一般により高価であり、経済
面で難点があった。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてこれを
解決するためになされたもので、流量を増すことなく、
寸だ、単位面積当りの加熱量を減することなく、沸騰開
始点から沸騰完了点まで管の温度の著しい上昇を起さな
い蒸気発生管を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明の蒸気発生管では、
管内面に刻設されるらせん状溝の条数を、管の長さ方向
に段階的に変化させたことを特徴とする。

以下、本発明の詳細を図示する実施例を参照しながら説
明する。

第５図乃至第７図は本発明に係るらせん状溝を有する管
の実施例を示し、多数の異なるらせん状溝の形成される
二種の管Ａ及びＢが軸芯を揃えて直列状に接続８れて一
本の蒸気発生管に構成されている。

管Ａは、第６図に示すように、管本体１１の内面に６条
の平行ならせん状溝１２、及び該らせん状溝１２の間に
形成される同じく６条の平行ならせん状つば１３を有す
る。これらのらせん゛状溝１２及びらせん状つば１３の
各条数は６条に限定されないが、後述する管Ｂのそれと
異なるある数の条数とする。

管Ｂは、第７図に示すように、管本体２１の内面に４条
の平行ならせん状溝２２及び該らせん状溝２２の間に形
成される同じく４条の平行ならせん状つば２３を有する
。これらのらせん状溝２２及びらせん状つば２３の各条
数は４条に限定されないが、前述した管Ａのそれと異な
る別の数の条数とする。

第５図において、３０は管Ａと管Ｂとの接合部で、該接
合部３０において流体密に且つ必要な強度を保ってそれ
ら管ＡＸＢが接合され、一体の管となっている。

次に、前記蒸気発生管の作用を説明する。

一般に、らせん状溝の本数によりＤＮＢ点におけるエン
タルピが変化し、この変化量は熱流束、流体重量速度、
流体圧力により異なることが実験により見出されている
。

第４図にその一例を示すが、本例では、ある数の条数（
例えば４条）のらせん状溝２２を有する管本体２１は同
図の実線Ｂの特性を、別の数の条数（例えば６条）のら
せん状溝１２を有する管本体１１は同図の破線Ａの特性
を有している。

而して、流体の入口側に管Ａを、出口側に管Ｂを向けて
一本の蒸気発生管を設置しておくと、管内流体は、加熱
を受けて蒸発し、流れ方向に次第にエンタルピを増すが
、その蒸気発生管の入口側は管Ａで構成されているので
、第４図の曲線Ａ、Ｂの交点Ｃのエンタルピになるまで
は管内面温度は破線Ａのようになり、低いレベルの１５
である。

そして、同図Ｃ点のエンタルピになる位置で管Ａと管Ｂ
を接合しておくと、これより高いエンタルピでは管Ｂを
使用することになり、その温度は第４図の実線１３のよ
うになって温度が著しく上昇することがない。

なお、前述実施例では、らせん状溝の条数を１段階に変
化させだのみであるが、２段階以上に変えることも可能
である。また、管の形状は円管、矩形管、直管、曲管等
いずれをも選定可能であり、さらに、溝の形状、深さ、
幅、条数、ピッチ、進み角度など任意に選定できる。

以上述べたように、本発明の蒸気発生管では、管の外部
から加熱され、肢管の内部を蒸発可能な流体が通り、か
つ肢管の内面にらせん状溝の刻設されている蒸気発生管
において、前記らせん状溝の乗数を管軸方向に段階的に
変化させたので、それぞれの条数のらせん状溝付管を、
最も伝熱特性のすぐれたエンタルピ範囲で使用すること
ができ管温度の上昇を抑えることができる。そして、ら
せん状溝の条数を１段階のみならず、２段階以上に変え
ることも可能であるから、従来のように、流量や伝熱面
積を増したり、あるいは、高級な材料を使用したりする
必要がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のらせん状溝を有する蒸気発生管の外観図
、第２図は第１図のＩＩ　−ＩＩ線矢視の縦断面図、第
３図は第２図のト」線矢視の横断面図第４図はらせん状
溝を有する管の内面流度を流体の保有熱量をあられす流
体エンタルピに対して示した図表、第５図は本発明に係
るらせん状溝を有する蒸気発生管の一実施例の縦断面図
、第６図は第５図のＶｌ　−Ｖｌ線矢視の横断面図、第
７図は第５図のＶｌｌ−■線矢視の横断面図である。 Ａ、Ｂ・・管、１１・・管本体、１２・・らぜん状溝、
１３・・らぜん状つげ、２１・・管本体、２２・・らせ
ん状溝、２３・・らせん状っば、３゜・・接合部。 第１図 第２図 ＩＩ１ １ｒ 第３図 第１頁の続き ＠発明者　山水　健次部 東京都千代田区丸の内２丁目５番１号　三菱重工業株式
会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 管の外部から加熱され、肢管の内部を蒸発可能な流体が
   通り、かつ肢管の内面にらせん状溝の刻設されている蒸
   気発生管において、前記らせん状溝の条数を管軸方向に
   段階的に変化させたことを特徴とする蒸気発生管。