JPS62703A - 蒸発装置 - 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 本発明は、蒸発装置に関するもので、と９わけ、高性能
を期待する流動床ボイラまたはシェルアンドチューブ式
熱交換器などの蒸発装置として利用されるものである。

従来の技術 従来の蒸発装置の−っである流動床ボイラにおける管内
沸騰用の高性能伝熱管には、管内面に旋状の溝を有する
ライフル管ならびに捩シ坂を挿入した管などがある。

、発明が解決しようとする問題点 前述の流動床ボイラの流動層内を通過する伝熱管（層内
伝熱管）ならびに火炉天井炉壁管（天井伝熱管）は、傾
斜角が水平に近い浅い角度で構成されている。このため
に、たとえば第８図および第９図に示すように、伝熱管
２１内を被蒸発液が矢印２２のよう、に流れるとき、蒸
発気相が管流路断面の上部に合体集中して、スラグ気泡
２３を生成し、管内壁面上が完全な気相で覆われること
による冷却限界が伝熱管２１の上部壁側で発生する。伝
熱管２１の設計は、この冷却限界以下の熱流束条件で行
なわれておシ、この熱流束を大きくすることは、全体の
伝熱面積の縮小化が図れるとともに、その他、構造上配
置制約条件の緩和もできる。なお第８図は加熱熱流束が
大きい場合を示し、第９図はそれが小さい場合を示して
いる。

前述の従来のライフル管は、旋状の溝のために伝熱面積
が増加し、高い伝熱性能を有するが、旋状溝による流れ
の旋回効果が小さく、管上部断面に合体集中するスラグ
気泡の流動に与える効果は小さい。このため、スラグ気
泡の成長ならびに増加に伴なう冷却限界の発生する熱流
束条件を大幅に変えることができないという問題点があ
る。また前述の捩シ坂を挿入した管は、管内の流れに犬
さな旋回効果を与えることによる高い伝熱性能を有する
が、流動抵抗が大幅に増加するため、循環流動特性上、
蒸発装置としての性能を悪化するという問題点がある。

本発明は、上記の問題点を解決しようとするものである
。すなわち、本発明は、伝熱管体上部の冷却限界熱流束
値の向上を図ることができるとともに、その向上に伴な
う流動損失の増加を低く押えることができる高性能の蒸
発装置を提供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 蒸発装置の伝熱管体の流路を上下に分割した。

すなわち、本発明の構成は、水平から水平に近い傾斜角
の範囲内で横向きになっていて外部の執源によって内部
の液体が沸騰する伝熱管体の内部流路が、上部流路と下
部流路とに分割されていることを特徴としている。

作用 水平または水平に近い伝熱管体を通過する外部熱源の熱
流束ば１周方向に一様でなく、とくに、流動床式の場合
は、空気の上流側に当る伝熱管体の下部壁側が高く、上
部壁側が低い。このため、伝熱管体の内部で生成する蒸
気気泡は、下部壁面側で多く、上部壁面側で少ない。し
たがって、伝熱管体の内部流路が上下に分割されていな
い場合は、重力効果によって５これらの蒸気気泡が合体
して上部に集中し、大きなスラグ気泡を生成する。

しかし、本発明においては、横向きになっている伝熱管
体の内部流路が、仕切り板などによって、上部流路と下
部流路とに分割されているので、伝熱管体に流入する流
量が上下流路に分配され、かつ、下部流路で発生した蒸
気気泡が上部流路に流入することが防がれて、上部流路
の蒸気気泡に合体することがなく、したがって。

上部流路のスラグ気泡の大きさを小さくすることができ
て、伝熱管体上部の冷却限界熱流束値の向上を図ること
ができる。

実施例 第１図ないし第４図は本発明の第１実施例として流動床
ボイラを示し、第５図は同じく第２実施例を示し、第６
図は同じく第３実施例を示し、第７図は同じく第４実施
例を示している。

第１図において、ｌは水平または水平に近い傾斜角で横
向きに設けられた伝熱管体で、内部に仕切り板２が挿入
されて、伝熱管体ユの内部流路が上部流路３と下部流路
４とに分割されている。そして、伝熱管体１の一端は一
方の垂直管５を介して下部へラダ６に連通しておシ、他
端は他方の垂直管７を介してドラム８に連通している。

またっけ空気の吹込みを示した矢印、ｌＯは流動層、１
１は燃焼ガスを示した矢印である。なお仕切シ板２は伝
熱管体１にのみ挿入□されており、入口出口部の非加熱
部（図示せず）もしくは垂直管５と７には挿入されてい
ない。

第、１図に示すように構成された蒸発装置としての流動
床ボイラにおいては、伝熱管体１が流動層１ｏによって
加熱され、内部の液体が蒸気となることについては、従
来の流動床ボイラと同様であるが、伝熱管体１は仕切シ
板２によって上部流路３と下部流路４とに分割されてい
るため、第３図および第４図に示すように、下部流路４
で発生する蒸気気泡は仕切り板２によって上部流路３に
流入することが防がれ、上部流路３では、上部流路３で
発生する蒸気気泡のみとなる。したがって、下部流路４
にスラグ気泡１２が形成されても、この気泡１２が上部
流路３に流入することがなく、上部流路３のスラグ気泡
１３は、第８図および第９図で説明したスラグ気泡２３
よりも、著しく小さなものとなる。

また一方の垂直管５から伝熱管体１に流入する流量は、
上部流路３と下部流路４に分配されるので、仕切シ板２
の設置位置の違いによる上下流路断面積の比と、伝熱管
体１の土壁側の熱流束Ｑ２と下壁側の熱流束Ｑ、とで異
なること（第４図ではＱ＋　＞　Ｑ２　）を考慮して、
上部流路３に分配する流体の流速Ｕ２と下部流路４に分
配する流体の流速Ｕ１の比（第３図ではＵ＋　＜　Ｕ２
　）　ｔ−選択して設計することができる。

第５図に示した実施例は、仕切シ板２が曲げ板である点
で第２図の場合と異なり、また第６図に示し友実施例は
、支持板１４：全追加している点で第２図の場合と異な
るだけで、その他は同様である。

第７図に示した実施例では、伝熱管体１が２本の伝熱管
１５と１６を近接あるいは接合して製作した並行前方式
のものからなり、かつ、両側に伝熱性のよい連結板１７
と１８を設けである。すなわち、上部の伝熱管１５が上
部流路３を構成し、下部の伝熱管１６が下部流路４を構
成する。この第７図の実施例は、伝熱面積が増加すると
いう利点がある。

なお上記各実施例では、蒸発装置が流動床ボイラである
場合について述べたが、水平または水平て近い傾斜角に
なっている伝熱管体の内部の液体を外部の熱源によって
沸騰させるシェルアンドチューブ式熱交換器などの蒸発
装置にも。

同様にして実施することができる。

発明の効果 本発明の蒸発装置は、水平から水平に近い傾斜角の範囲
内で横向きになっていて外部の熱源によって内部の液体
が沸騰する伝熱管体の内部流路が、上部流路と下部流路
とに分割されているので、下部流路で発生した蒸気気泡
が上部流路に流入することが防がれて、上部流路の蒸気
気泡に合体することがなく、したがって、上部、＃、路
のスラグ気泡の大きさを小さくすることができ、しかも
、伝熱管体に流入する流量が上下流路に分配されるため
、上部流路と下部流路の通路断面積の比を適当に選定し
て、それらの流速比を最適なものにして上部流路のスラ
グ気泡の大きさを−そう小さくすることができるため、
伝熱管体上部の冷却限界熱流束値の向上を図ることがで
き、かつ、流動損失の増加は水力直径の変化だけで、１
、きわめて小さい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示した断面側面図、第２
図は第１図の伝熱管体を拡大して一部を断面で示した斜
視図、第３図は同じく伝熱管体の作用を示す断面側面図
、第４図は第３図の断面正面図、第５図は第２図に対応
させて示した本発明の第２実施例の斜視図、第６図は同
じく第３実施例の斜視図、第７図は同じく第４実施例の
斜視図、第８図は従来の伝熱管の作用の説明図、第９図
は同じくもう１つの作用の説明図である。 １・・・伝熱管体、２・・・仕切シ板、３・・・上部流
路、４・・・下部流路、５・・・垂直管、６・・・下部
ヘッダ、７・・・垂直管、８・・・ドラム、９・・・空
気の流れを示した矢印、１０・・・流動層、１１・・・
燃焼ガスの流れを示した矢印。 第　４　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、水平から水平に近い傾斜角の範囲内で横向きになっ
   ていて外部の熱源によって内部の液体が沸騰する伝熱管
   体の内部流路が、上部流路と下部流路とに分割されてい
   ることを特徴とする、蒸発装置。