JPS6237284B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ボイラーに於て発生する湿り飽和
蒸気の性質を改質する高温エヤー混合蒸気発生装
置に関する。

蒸気加熱器を装着しない通常の小型の標準ボイ
ラーから発生する蒸気は乾き度の悪い湿り飽和蒸
気である。近時の蒸気ボイラーは小型化され、缶
体の保有水量が少く、最も熱を必要とする高負荷
時にキヤリーオーバー現象が発生しやすく、使用
中の加熱機器入口では蒸気の乾き度は一般的に
0.9〜0.7％となつており、ドレン分（水分）を多
く保有し、熱交換時に必要な潜熱量の少い湿り蒸
気を使用する結果として大きな熱損失となる。

このような湿り飽和蒸気の保有熱量はその乾き
度（ｘ）によつて左右される。ここに乾き度
（ｘ）とは湿り蒸気中の蒸気（気体）の占める重
量割合を示すものである。例えばヒーター又はス
チームアイロンの如き加熱材器の熱交換伝熱面体
は、限定された供給蒸気を保有する容積と伝熱面
積によつて形成されるものであるから、このよう
な加熱機器に水分の多い湿り飽和蒸気を供給する
と、加熱機器内で蒸気は潜熱をうばわれて凝結を
開始した状態での機器内の乾き度（ｘ）は0.9〜
0.7となつている。

すなわち、同量の一定の蒸気量を供給する時一
定の機器内容積中で蒸気の占める割合が小さくな
り蒸気のみが保有することのできる潜熱が小さく
なつて、熱吸収利用効率が大幅にダウンする。こ
れを補うためには、より多くの湿り蒸気量を供給
するしかなく、ボイラーの蒸気使用量が多くなり
燃料のロスに直結する欠点がある。

以上のように、一定の容積しか有さない伝熱面
体では蒸気の占める容積割合（ボイド率）が加熱
機器の熱消費量及び熱吸収有効率に決定的な影響
を与えるものである。

又一方、湿り飽和蒸気の発生水分は加熱機器の
熱交換伝熱面に厚いドレン層を形成させる。

このドレン層は熱伝導率が極度に悪いため、機
器の熱吸収利用効率をいちぢるしく低下させる欠
点がある。

この発明は、上記の欠点を解決するもので、そ
の目的とするところは、ボイラーの排熱を利用す
べくボイラー排気筒に取付けた加熱函内で、ボイ
ラーの使用蒸気と別途に供給する圧力エヤーとを
同時的に加熱し、それによつて得たる200゜程度
に加熱された過熱蒸気と高温の加熱エヤーとを混
合器内で混合することによつて湿り飽和蒸気の性
質を改質せしめ、より高カロリーの乾燥エヤー混
合過熱蒸気として各加熱機器に供給することが出
来、しかも、あらゆる種類の蒸気ボイラーにもそ
れを改造することなく適用し得る高温エヤー混合
蒸気発生装置を提供することである。

以下、この発明を添付図面に示す実施例図に従
つて説明する。

図において、蒸気ボイラー機体ａは、断熱性外
装体１と、その内部火室２及び火室２の上部に配
設された上部ドラム３，３とから主として構成さ
れている。

火室２の内部には上方部に於て上部ドラム３の
下部に連結された複数の水管４が配設されてい
る。上部ドラム３下部と機外に設置されたホツト
ウエルタンク５とはボイラー給水ポンプ６を介し
て給水管７で連結し、ボイラー給水ポンプ６によ
つてホツトウエルタンク５内の温水を上部ドラム
３内の所定水位まで給水し貯水するようにしてあ
る。外装体１の下部１端にオイルバーナー８を臨
ませ、該オイルバーナー８の燃焼によつて火室内
を約1200℃に燃焼加熱される。

高温の燃焼ガスは火室２内に適当に設けられた
火室内邪魔板９によつて矢印方向に流れる過程
で、水管４内の水及び上部ドラム３内の缶水は高
温に加熱され、連続的に循環し、上部ドラム３内
の缶水は加熱され、蒸発し、その上部の蒸気室１
０内で所定の選定圧力（６〜７Kg／m²）となる。
この場合の飽和蒸気温度は169.6℃である。

蒸気室１０の上部は主蒸気管１１に連結し、主
蒸気管１１は蒸気供給回路１２に連結している。

蒸気ボイラーａの外装体１の上部より延出した
排気筒１３の口部１４には断熱材によりなる加熱
函１５の排気ガス供給口１６を合致させて配置さ
れる。加熱函１５の上方には排気ガス排出口１７
が開口されると共に、適宜に邪魔板１８が配置さ
れた加熱函内部にその受熱面積を大きくするよう
に蒸気加熱細管１９と、エヤー加熱細管２０とが
それぞれ複数本蛇行させてある。この蒸気加熱管
１９の一端は前記蒸気供給回路１２の端部に連結
されている。上部ドラムの蒸気室１０内に発生し
た湿り蒸気の圧力、蒸気量を調整すべく、主蒸気
管１１及び蒸気供給回路１２には蒸気流れ方向順
に主蒸気弁２１、蒸気圧力調整弁２２、蒸気圧力
計２３、及び入口逆止弁２４が適所に装着されて
いる。

一方、エヤー加熱管２０の一端はエヤー圧送回
路２５に連結し、更にこのエヤー圧送回路２５の
他端はコンプレツサーのようなエヤー圧送装置４
３が装着される。エヤー圧送回路にはエヤーの流
れ方向順に空気圧力調整弁２６、圧送空気入口圧
力計２７及び圧送空気入口逆止弁２８を配置して
供給すべきエヤーの流量及び圧力を調整する。コ
ンプレツサー４３の作動圧力範囲６〜７Kg／m²の
エヤー元圧力を空気圧力調整弁２６によつて常に
4.2Kg／m²の一定圧力でエヤーを圧送するように
配慮してある。蒸気加熱管１９及びエヤー加熱管
２０の出口側は、それぞれ加熱蒸気圧送回路２９
及び加熱エヤー圧送回路３０を介して吸引混合器
３１に通じている。

加熱蒸気圧送回路２９は図示のように出来る限
り短く構成し蒸気流れ方向に入口逆止弁３２、圧
力計３３及び温度計３４を装着し、吸引混合器３
１に供給する蒸気量、蒸気圧力及び蒸気温度を調
整し得るようにしてあり、又、加熱エヤー圧送回
路３０には、エヤー流れ方向順に加熱エヤー出口
圧力計３５、加熱エヤー出口温度計３６、加熱エ
ヤー出口逆止弁３７、補助加熱エヤー放出調整弁
３８、入口圧力計３９、入口温度計４０、入口逆
止弁４１を夫々設置し、加熱エヤーの円滑な供
給、及びエヤーの温度と圧力を適宜に調整し得
る。

上記の補助加熱エヤー放出調整弁３８は蒸気を
あまり使用しない場合、加熱エヤー圧送回路３０
内のエヤーの流速の低下に起因するエヤー温度の
低下を防ぐために設けられるもので、エヤー放出
調整弁３８を開弁して微量ながら加熱空気を大気
に放出して加熱エヤー圧送回路３０内のエヤー流
れを良好にすることによつて、該所の圧送加熱エ
ヤーの温度を低下させることなく常に200℃に保
持することが出来るものである。

混合器３１内で、高温加熱エヤーと過熱蒸気が
混合され、この混合過熱蒸気は供給配管４２によ
り各所に配置されたスチームアイロン又はヒータ
ーの如き加熱機器（図示しない）に送られる。

蒸気圧力調整弁２２を径て５Kg／m²の一定圧力
で158℃の過熱蒸気を給気させながら、それより
低い4.2Kg／m²の圧力で170〜200℃の高温加熱エ
ヤーを吸引混合器３１に吸引させ、過熱蒸気と高
温加熱エヤーとを混合させる。エヤー圧力を過熱
蒸気圧力より低下にするのは、蒸気供給圧力より
混合入口空気圧力が高い場合加熱エヤーは蒸気に
勝つて必要以上余分の高温加熱空気を混合し、所
要の効果が発揮されないからである。

上記の支障を回避するため、混合入口エヤー圧
力を供給蒸気圧力より低圧とすれば、スチームア
イロン又はヒーターの如き使用加熱機器に最適な
るボイド率を有した混合蒸気を得ることは容易と
なり、排出ドレン温度を出来るだけ低圧になるよ
うにドレン温度を管理しながら調整し得る。この
時加熱エヤーの圧力は、加熱エヤー出口逆止弁３
７までは4.2Kg／m²である。

吸引混合器３１内に於て、２種の気体即ち、過
熱蒸気と高温加熱エヤーの圧力と温度が同温、同
圧となつて混合されるため両気体のもつ運動エネ
ルギー（ｅ＝ｍ₀ ²／2g）は常に等しく、又それ
ぞれの気体は膨脹の際外部仕事と熱の出入をしな
いのでその運動エネルギーを保存し、且つ異種の
気体の混合でも相互に衝突し合うことによつて運
動エネルギーを均等に分配するので、例え、分子
の重さが異つても上記運動エネルギーｅ＝ｍ
₀ ²／2gの値はどの種類についても保存されること
になる（ダルトンの法則）。即ち、本発明に即し
て云えば、スチームアイロンの如き加熱機器にけ
る混合蒸気の使用温度は混合時の温度に等しいと
いうことになる。

又吸引混合器３１によつて過熱蒸気圧力（５
Kg／m²）とそれより低い加熱エヤー圧力（4.2
Kg／m²）とが吸引混合されると、エヤー圧送回路
３０における吸引混合器３１側のエヤー圧力は過
熱蒸気の圧力（５Kg／m²）と同圧となることが入
口圧力計３９により実験的にも確認出来たもので
ある。従つて、加熱機器内で熱交換中において混
合蒸気の蒸気分は潜熱を奪われ、飽和水（ドレン
水）の保有熱量（顕熱）が残る。

高温の加熱空気はそれが高温であればあるほど
それが有する保有温度と熱量よつてより多くの凝
縮中の水分を気泡状に吸着する特性を有し飽和水
の保有熱量（顕熱）をその加熱機器の熱吸収利用
範囲まで有効に熱吸収を促進させることになる。
混合蒸気を給気したとき、加熱機器内で熱交換が
効率よく達成されていることは、例えば、スチー
ムドレンの排出状態からも明らかである。即ち、 供給圧力 Pw＝５Kg／m² 供給蒸気量（１時間あたり）1100Kg／Ｈ 上記の条件で、スーパーマイザーの出口温度で
200℃の過熱蒸気のみを供給配管４２に給気した
時スチームドレン圧力計４４にて2.5Kg／m²の背
圧が発生し、排出されるスチームドレンの温度は
スチームドレン温度計により138℃であり、この
スチームドレンを未処理のまゝホツトウエルタン
ク５に供給した時タンク内の温度は98℃に上昇
し、自己蒸気現象が生じた。一方本発明の混合蒸
気を上記と同一条件のもとで供給配管４２に給気
したとき、スチームドレン圧力は０Kg／ｍであ
り、スチームドレンの温度は94℃であつた。

この排出スチームドレンを前記と同様に未処理
のまゝホツトウエルタンク５に放出したとき、ホ
ツトウエルタンク内の温度は85℃であつた。

以上のように混合過熱蒸気を給気した時は、加
熱機器内での熱交換が充分達成され、混合蒸気自
体によつて加熱機器の吸収有効利用効率を高水準
に維持できることが判明する。又スチームドレン
が100℃以下で回収されるため、ドレン回収時の
熱損失を最小限にすることが出来る。

又加熱エヤーのみを供給配管に送気した場合、
加熱機器に到着するまでに急速にその温度が低下
傾向を示すが、湿り飽和蒸気と加熱エヤーとの混
合気体の状態で加熱機器に供給することによつて
高温空気の温度はほとんど低下させることはな
い。

この発明は上述のように、１側に排気ガス供給
口を、他端に排気ガス排出口を開設してなる断熱
性加熱函を蒸気ボイラーの排出口上部に設置し、
この断熱性加熱函の内部に設けたエヤー加熱室内
に、受熱面積を大きくした蒸気加熱径路とエヤー
加熱径路とを各別に配設し、前記蒸気加熱径路の
入口側の１端をボイラーの主蒸気管に通じると共
に、エヤー加熱径路の入口側の１端をエヤー圧送
装置に通じるようになし、前記蒸気加熱径路の出
口側端部に接続された加熱蒸気圧送管の他端と前
記加熱径路の出口側端部に接続された加熱エヤー
圧送管の他端とを混合器内に取付け、該混合器内
で高温蒸気と高温エヤーとを混合するように構成
してあるのでボイラーにおいて発生する湿り飽和
蒸気を改質せしめてより高カロリー乾燥混合蒸気
にして各加熱機器にその混合蒸気を供給し得るこ
と、そしてこの混合蒸気は、湿り飽和蒸気の湿り
度に比例した量だけ高温加熱空気を補給され、発
生蒸気中に気体が占める割合を高めること、即ち
ボイラー機体外でボイラー機能に関係なく発生蒸
気の乾き度を高めるのと同効結果を得ると同時に
蒸気流速を大幅に加速され蒸気供給配管中のドレ
ンの発生量も減少させること、更には、この混合
蒸気は加熱機器の伝熱面体での気体（蒸気と高温
空気）の占める容積割合（ボイド率）を高めて加
熱機器内での飽和水分（ドレン分）を大幅に減少
させ、より多くの供給熱量を加熱機器の伝熱面体
に与えることが出来る。その際、伝熱面体のドレ
ン層の形成も最小とすることが出来るため加熱機
器の熱吸収有効利用効率を大幅に向上させ、より
少い消費熱量で足り従つて熱料費を大幅に節減で
き、しかも、混合蒸気にて供給を受けて熱交換し
た加熱機器から100℃以下のスチームドレンを排
出すること、又ボイラーの排気口の上部に設置し
得るため既存の蒸気ボイラーを改造することな
く、機種を問わずいかなる蒸気ボイラーにも安価
に使用出来ること、しかも蒸気ボイラー機外エヤ
ー加熱装置を取付けるため、外函内のエヤー加熱
径路の受熱面積を場合により任意に大きく出来る
こと、しかも炉内より低温の排熱利用であるた
め、エヤー加熱径路が熱による損傷を少くでき、
従つて高温エヤー混合蒸気発生装置自体の耐久性
をも高めることが出来る。

しかも排熱利用であるため高温混合蒸気を得る
ための別段の費用は全く不用である。又運転初動
時に混合蒸気を給気する前に、配管中及び加熱機
器内の残留ドレン分を排出するために高温加熱エ
ヤーのみを供給配管に圧送することによつて蒸気
始動供給時の熱ロスを減少又はウオーターハンマ
等の原因を完全に除去できる等の優れた効果を有
している。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明の実施例を示すもので、第１
図は、使用状態断面図である。 ａ……蒸気ボイラー、１１……主蒸気管、１５
……断熱性加熱函、１６……排ガス供給口、１７
……排気ガス排出口、１９……蒸気加熱管、２０
……エヤー加熱管、２９……加熱蒸気圧送管、３
０……加熱エヤー圧送管、３１……吸引混合器、
３８……補助加熱エヤー放出調整弁、４３……エ
ヤー圧送装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １側に排気ガス供給口１６を、他側に排気ガ
   ス排出口１７を開設してなる断熱性加熱函１５を
   蒸気ボイラーａの排出口１３上部に設置し、この
   断熱性加熱函１５の内部に設けたエヤー加熱室内
   に、受熱面積を大きくした蒸気加熱径路１９とエ
   ヤー加熱径路２０とを各別に配設し、前記蒸気加
   熱径路１９の入口側の１端をボイラーの主蒸気管
   １１に通じると共に、エヤー加熱径路２０の入口
   側の１端をエヤー圧送装置４３に通じるようにな
   し、前記蒸気加熱径路１９の出口側に接続された
   加熱蒸気圧送管２９の他端と前記加熱径路の出口
   側に接続された加熱エヤー圧送管３０の他端とを
   混合器３１内に取付け、該混合器３１内で高温蒸
   気と高温エヤーとを混合するようにしたことを特
   徴とする高温エヤー混合蒸気発生装置。 ２ 蒸気加熱径路１９とエヤー加熱径路２０は、
   複数本の蛇行細管であることを特徴とする上記特
   許請求の範囲第１項記載の高温エヤー混合蒸気発
   生装置。 ３ 加熱エヤー圧送管３０には、適宜に開閉自在
   とした補助加熱エヤー放出調整弁３８を設けた上
   記特許請求の範囲第１項記載の高温エヤー混合蒸
   気発生装置。