JPS61235603A - 貫流ボイラにおける上昇流安定装置 - 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） この発明は、単位管当りの伝熱面積を増大させるため立
形垂直管の管径を大径にしたものにおいて、加熱貫流部
の流体の不安定流を防止するようにした立形垂直大径管
からなる貫流ボイラの上昇流安定装置に関する。

（従来の技術） 一般に立形垂直管によって構成される貫流ボイラはその
貫流伝熱面が予熱部と加熱貫流部とから成り、その予熱
部における流体の温度は加熱貫流部に比較して低温のた
め蒸気の発生は全くなく、したがって該予熱部において
は流体の上昇流は安定している。しかしながら、加熱貫
流部においては、それが例え温水ボイラであっても管内
壁近くに気泡が一部発生し、管内に液体流と気水混合体
流とが生ずる。この際、加熱貫流部の管内径が小さい場
合には流体の流速が大きいので安定した上昇流が該管内
に確保されるが、原管の内径が大きいと流体の流速が小
さく管横断面中心部は上昇流となり管内壁に沿った部分
は下降流となり、管内に上昇流と下降流が同時に生じて
不安定流となる。

そのため、ペンソンボイラでは水管径を３２ｍｍまたは
３８１ｍの小径にした多数の管を組合ゼで不安定流を防
止しながら所望の蒸気を得ていた。

また、流体の熱交換装置において、加熱または冷却管内
に流体の流れに影響を与えるような部材を設けたもの、
として実用新案登録第３４０９５８号公報にその技術が
開示されている。この技術についで第３図乃至第５図を
参照して説明する。

図において、１１は加熱または冷却管であり、原管１１
は加熱また＋Ｊ冷却媒体通！１８内に複数本並列に設置
され、該管内には円錐殻部１３に岬旋通路１４を形成す
る翼１５を備えた流体偏流旋回器１２を入［１に具備さ
せ且つ彎曲翼１６を備える翼体１７が設（〕られている
。被増加または冷却流体は流体供給Ｆ二ｌ　２０から管
寄−ｔ！１９を経て容管１１に供給され、この管内で加
熱または冷却されるのであるが、流体は管１１の人（４
において流体偏流旋回器１２によって強制的に撹拌旋回
偏流され次いで彎曲翼１６を備えた翼体１７により前記
旋回偏流状態を管の全長に渉り確保するものである。し
たがって、この公報には管内に流体の流れに影響を」ｊ
える装置を備えたものが示されているが、立形垂直大径
管からなる貫流ボイラにおいて、加熱貫流部における不
安定流を防ぐための一ト４浦安定装置を設けることは何
ら開示さねていない。

（発明が解決し７ようとする問題点） 前述の如く、従来の貫流ボイラにおいては、その立形垂
直管の径が大きくなると管内をＩＪｌｉねる７１７体に
不安定流が発生ずるおそれがあるので、安定した上昇流
を得るにはその管径に自づから制限があった。したがっ
て、管径をより大きくしてｉｉｊ　（＋＞管当りの伝熱
面積を増大さ−Ｕることができない問題点があった。

（問題点を解決するための手段） 前述の問題点を解決するためのこの発明の構成を、実施
例に対応する第１．２図を用いて説明する。

一般に貫流ボイラは貫流伝熱面を備えており、この貫流
伝熱面は予熱部３と加熱貫流部２とに分水ボイラまたは
熱媒体ボイラでは通常加熱器によって構成されている。

第１図において、立形垂直大径管１は少なくとも前記加
熱貫流部２を全て包含するものであり、予熱部３はその
中に包含されてもよく成るいはこの予熱部を曲管等で形
成してもよい。そして、立形垂直大径管ｌの加熱貫流部
２には管１の横断面中心部に安定流動ａＪ！整管４が立
設され、それにより流体の流動断面積を小さくしている
。そして、その外周で下部附近には複数の放射状の整流
板５が設けられ、更に該整流板の下部の前記調整管部分
を予熱部３に向って円錐状の先細６としている。また、
予熱部の入口には流体供給口７が、加熱貫流部の−Ｌ端
部には流体排出口８がそれぞれ設けられている。

（作用） 流体供給ロアから供給される流体は、予熱部３に入り予
熱され加熱貫流部２に圧送される。加熱貫流部２におい
ては先ず円錐状の先細６により流体は円滑に整流板５に
導かれ、該整流板は前述の如く安定流動調整管４の外周
に設けた複数の放射状の板から成っているので、前記予
熱部３から発進した流体はここで整流されることになる
。したがって、整流板５を通過した流体は立形垂直大径
管１の内壁と安定流動調整管４の外周との間隙を偏流す
ることなく均等に層流として上昇流動する。

ごの流動期間中に立形垂直大径管１の外周から火炎成る
いは燃焼ガスによって管】は充分に加熱され、スチーム
ボイラでは給水の一部が蒸気となり気水混合体を形成し
た後、順次蒸気化が進行して飽和蒸気となり遂には過熱
器で過熱されて過熱蒸気となるが、温水成るいは熱媒体
ボイラの場合でも管１の加熱により管１内の内壁に近い
所を流れる流体は一部蒸気化して気液混合体が形成され
ながら流体は上昇する。このように加熱貫流部２におい
ては気液混合体が立形垂直大径管の内壁の近くに形成さ
れる過程を必ず経るものであるが、この際流体の急激な
体積増加があり、それによる流動抵抗の急増により流体
の上昇力は立形垂直大径管の内壁近くで急減しようとす
る。しかしながら、前述の如く加熱貫流部に安定流動調
整管が立設されていることにより、流体の流通断面積が
それだけ小さくなっており、流体の上昇力は予熱部に比
して充分に増大されている。したがって、前記内壁近く
の上昇力が弱められややもすると下降流となろうとする
流体は、前記上昇力が増大した流体によって引き上げら
れ、全体的に不安定流がなく安定した上昇流が気液混合
体発生の過程の所でも確保される。

（実施例） 第１図のものはスチームボイラに適用されたものであっ
て、ｔ’ｌ形垂面垂直大径管１１００＋ｕの管内径のも
のであり、貫流ボイラの貫流伝熱面が蒸発器と過熱器と
からなる力１１熱貫流部２と予熱器を形成する予熱部３
とに分けられた単管式貫流ボイラが示されている。

この立形垂直大径管】の加熱貫流部２には、管１の横断
面中心部に管外径が約７９＋ｕの安定流動調整管４が立
設されている。したがって、加熱貫流部２においては、
管ｌの流体流通断面積は管４の存在によって約５０％減
少させることになる。

この管４を管ｌ内に立設するに当たり、管４の上部を管
１のｍ部の蓋板に固定し、管４の下部は後述する整流板
を管１の内壁に嵌合する等の手段により固定することが
できるものである。安定流動調整管４の外周で下部附近
には４枚の放射状の整流板５が第２図に示すように立形
垂直大径管１の内壁に向かって直線状に延びており、こ
の整流板の先端は管１の内壁にしっくりと合わさるよう
にされているので、この整流板は管１内を流れる流体を
整流させる外に管４の下部固定の役も行なう。

そして、その下部の前記安定流動調整管４の部分を予熱
部３にむかって円錐状の先細６としている。

ポンプ９によって昇圧された給水は、給水供給ロアから
予熱部３を形成する予熱器に入り、成る　　　□程度予
熱された後、加熱貫流部２を形成する蒸発器に圧送され
る。この予熱部においては、水は予熱されるのみで蒸気
を発生させる程には水温の上昇は計られないので上昇流
は安定している。加熱貫流部２の入口には円錐状の先細
６が形成されているので、予熱部３から圧送された流体
は格別の抵抗もなくスムーズに整流板５の各間隙に向か
って送られる。該整流板５は管４から管】に向かって４
枚の板が放射状に直線的に延びているので、予熱部３か
らの圧力水はここで４分割されて整然と層流となり偏流
することなく立形垂直大径管１の内壁と安定流動調整管
４の外周との間隙を上昇流動する。

ところで、前述の如く、管４の断面積は管１の断面積の
ほぼ半分をしめているので、加熱貫流部２における流体
の上昇速度は単純計算で倍加されることになる。ところ
が、この加熱貫流部２を形成する蒸発管はその管径が従
来のものに比して大径となっているので、その伝熱面積
は大きく、燃焼ガスによって加熱される圧力水は高温と
なり一部に蒸発現象が生ずる。そのため管１の内壁近く
の水は急激に気水混合体となり体積は急増するので、管
１の内壁近くには流体の上昇力の低下がもたらされる。

しかしながら、この上昇力の低下は、前記全体的に倍加
された流体の上昇力によって引き上げられ、管１が大径
であるにもかかわらす管ｌの内壁近くと言えども流体の
下降流が生ずることが全くない。したがって、気水混合
体の発生過程でも安定した流体の上昇力が確保される。

一般にボイラの所要容量および圧力によって貫流伝熱面
の水管１本当りの大きさが決定されるので、これにより
該管内の流速は算定できる。ところで、貫流ボイラの蒸
発部における流速が１ｍ／ｓｅｃ以下になると気水混合
体の流れに不安定流が発生するものとされている。した
がって、木管の径をできるだけ大径にして単位管当りの
伝熱面積を増大させようとすると流速がおそくなり、前
記不安定流の発生の恐れが出てくる。そこで、この発明
では加熱貫流部に安定流動調整管を設置して流体の不安
定流の発生を防止している。そして、実施例では、立形
垂直大径管１の大きさに対応して安定流動調整管４の断
面積をその５０％としたが、実験の結果では、大径管１
の径を５Ｑｍｍ以上としその断面積の２０％乃至７０％
に相当する断面積を有する安定流動調整管４を用いると
不安定流が防止されることがわかった。気水混合体の発
生につづいて、水は順次上昇しながら蒸気化が進行し逐
には飽和蒸気となり更には過熱蒸気となって蒸気排出口
８から排出される。そして、この過熱過程においては気
水混合体が存在しないことおよび蒸気排出口から蒸気が
取出されることにより上昇力の低下原因は格別ないので
不安定流を考慮する必要がないが、立形垂直大径管１内
に蒸発器、過熱器と一連に形成している関係ｌ二、安定
流動調整管４をｆｉｉ純に立形垂直大径管の頂部の蓋板
等に固定すると構成が極めて簡単になるので、管４は過
熱器を構成する部分も貫通させたものである。

なお、以上の実施例は単一の立形垂直大径管を用いたス
チ　Ｊ・ボ・イラについて説明したが、立形垂直大径管
の両端に管寄せを用い複数個の立形垂直大径管によって
貫流伝熱面を形成してもよく、成るいはイ１形垂市大径
管を温水ボイラ、熱媒体ボイラに適用してもよい。また
、整流板は４枚のものについて説明したが、その枚数は
これに限定されるものではない。

（発明の効果） 以−１−のように、この発明に係る一Ｌ昇流安定装置を
用いた貫流ボイラは、立形垂直管を従来のものに比して
大径にして伝熱面積を増大させることにより、その管数
をｒｐ管成るいは篠数管と大幅に減少させ得るにもかか
わらず、その加熱貫流部に安定流動ａｌｉｌ整骨、整流
板、円錐状先細を設置したので、流体の流れに格別の抵
抗損失もなく整然と気液混合体の発生が行われ且つその
際不安定流が発生する恐れが全くなく安定したＩ−、’
ｊ：流が確保できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る貫流ボイラにおけるｌ二昇流安
定装置をスチームボイラに適用した実施例の一部断面図
、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は従来の熱交
換管の一部断面図、第４図は第３図のＢ−Ｂ断面図、第
５図は′ｌＡ３図に示す熱交換管を用いた熱交換装置の
一部断面図を示す。 １・・・・・・立形垂直大径管、２・・・・・・加熱貫
流部、３・・・・・・予熱部、 ４・・・・・・安定流動調整管、５・・・・・・整流板
、６・・・・・・円錐状の先細、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 単管または複数管の立形垂直管からなる貫流ボイラにお
   いて、立形垂直管を大径管で構成し、その加熱貫流部横
   断面中心部に安定流動調整管を立設し、該調整管外周で
   下部附近に複数の放射状の整流板を設け、更に該整流板
   の下部の前記調整管部分を円錐状の先細としたことを特
   徴とする貫流ボイラにおける上昇流安定装置。