JPH09303701A - 排ガスボイラ蒸発器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の蒸発器は、排ガス通路に配置した複数
のフィンチューブのフィン巻数が、排ガス上流側から下
流側まで全て同一のものを用いているため、夫々のフィ
ンチューブにおいて蒸発状態が異なり、熱吸収アンバラ
ンスが生じ、極端な場合には空焚きチューブが発生する
等の不具合がある。本発明はこのような不具合を解消
し、全チューブに亘って均一な熱交換を行い操作の安定
したものを提供することを課題とする。 【解決手段】 排ガス通路に設けた複数のフィンチュー
ブにおいて、夫々のフィンチューブのフィン巻数を、上
流側のものは下流側のものより少なくなるように夫々の
チューブで異らせ、夫々のチューブにおける熱交換の均
一化を図り、異常チューブの発生をなくして操作の安定
化を達成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複数のフィンチュー
ブを配置してなる排ガスボイラ蒸発器等の熱交換器に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来のものについて図３及び図４に基づ
いて説明する。図３は排ガスボイラの全貌と流体の概略
系統を示し、図４はその要部を示すものである。

【０００３】１は水ドラムで、同水ドラム1 から下降管
２を通って入口ヘッダ３へ導びかれた水は、同入口ヘッ
ダ３で複数本のフィンチューブ７に分かれる。

【０００４】同フィンチューブ７は、図では明示してい
ない排ガス通路に配置されて、蒸発器４を構成し、同排
ガス通路を流れる排ガス流れ９により前記各フィンチュ
ーブ７に分かれた水は熱交換（加熱）され、蒸気化す
る。

【０００５】各フィンチューブ７内で蒸気化した蒸気及
び蒸気化に至らなかった水分は出口ヘッダ５で合流し、
上昇管６で水ドラム１へ戻り、蒸気分は図示しない蒸気
タービン等の他系統へ送られ、水分は上記系路を再度循
環して順次熱交換を繰り返して蒸気化される。

【０００６】このように蒸気作成の基本動作を行う蒸発
器４を構成するフィンチューブ７についてみると、同フ
ィンチューブ７は周面にフィン８をスパイラル状に取り
付けて構成されている。

【０００７】そして、図４（ａ）に示すＡ点，Ｂ点、及
びＣ点のいずれの点を取ってみても図４（ｂ）に示すよ
うに各フィンチューブ７におけるフィン８の山数は全て
のものが同一に構成されている。

【０００８】即ち、排ガス流れ９に対する上流側（高
温）のＣ点、途中（中温）のＢ点、及び下流側（低温）
のＡ点のどこであってもフィンチューブ７の全てが同じ
巻数のフィン８を備えた構造になっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】排ガスボイラ設計にあ
たり、従来から最も困難であり、注意を払っている事項
の一つは、蒸発器内の流体を安定して流動させる事であ
るが、従来のものでは、前記したように蒸発器管のフィ
ン巻数が、排ガス上流側から下流側まで同一であった
為、排ガス上流側（高温ガス側）のチューブで熱交換量
が大きく、下流側へ行くにつれて熱交換量が小さくなる
というものである。

【００１０】従って、排ガスの熱量が過大であった場合
には、熱交換が大であるチューブの内部では流体の気化
が急速に進み、管内部蒸気体積率が過大となり、流体の
循環力が妨げられる事となる。

【００１１】この現象により、チューブ管群内での熱吸
収アンバランスが生じ、蒸発器全体の計画熱吸収量がず
れる為、蒸発量及び蒸気温度が計画値からずれるという
問題や、更に供給熱量が多くなるとチューブ内が空焚き
状態となり、焼損する問題も起こり得る。

【００１２】本発明は従来のものにおけるこのような不
具合点を解消し、排ガス流れの上流から下流にかけ全て
のチューブに於て均一に熱交換を行なわせ、蒸発器の操
作を安定させるようにしたものを提供することを課題と
するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するべくなされたもので、排ガス通路に複数のフィンチ
ューブを配置して構成した排ガスボイラ蒸発器におい
て、それぞれのフィンチューブのフィン巻数を上流側の
ものは下流側のものより少なくした排ガスボイラ蒸発器
を提供し、排ガス上流側チューブについてフィン巻数を
少なくし、下流側に向かうにつれて順次多くする様な構
造として各チューブの熱吸収量が均一となる様にして、
過大な熱量を持つ排ガスに対しても、蒸発器内の内部流
体流量アンバランス、熱吸収量アンバランス及びチュー
ブの破損を生じない、コンパクトな蒸発器の計画が可能
となるようにしたものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を図１及び
図２に基づいて説明する。なお前記した従来のものと同
一の部材等については、図中同一の符号を付して示し、
重複する説明は省略する。

【００１５】本実施の形態では、図１に示すように排ガ
ス流れ９の上流側にあるフィンチューブ７におけるフィ
ン８の巻数を、下流側にあるそれより少なくしたこと、
換言すれば、排ガス流れ９の下流側にあるフィンチュー
ブ７におけるフィン８の巻数を上流側にあるそれより多
く構成したものである。

【００１６】即ち同図１（ａ）に示す排ガス流れ９の最
下流点Ａ、中間点Ｂ、及び最上流点Ｃに於けるフィンチ
ューブ７とフィン８の関係を同図１（ｂ），（ｃ），
（ｄ）に夫々を示すように最下流点Ａでは図１（ｂ）の
ようにフィン８の巻数が最も多く、中間点Ｂでは図１
（ｃ）のように中位であり、最上流点Ｃでは図１（ｄ）
のように最も少なく構成している。

【００１７】これは、Ａ，Ｂ，Ｃ点の夫々の間について
の記載は省略しているが、要するにＡ点からＢを経てＣ
点に至るに従ってフィン８の巻数を順次少なくしている
ことを示すものである。

【００１８】なお、フィン８の巻数を決定するに際して
は、フィンチューブ７内部の水の質量流量に対し、流体
の気化が過大とならないだけの吸収熱量を得られる巻数
を選定しなければならないが、この作業は、排ガス流れ
上流側のフィンチューブ７から順次行ない、全体として
必要吸収熱量を確保するように配慮しなければならな
い。

【００１９】この作業を行う場合には図２に示す、流体
の層分離判定の基準グラフを用いて行う。図２において
は、横軸を管内面熱流束とし縦軸を管内質量速度をとっ
ており、蒸発器内の運転圧力により層分離の判定を行な
うのであるが、グラフ上判定線よりもプロット点が上方
である場合には、蒸発管内の循環水は安定した流れを確
保出来る事となり、下方にプロット点が来る場合には、
蒸発管内循環水の、管内質量流量が十分でなく、流体気
泡体積率が過大となり、管内で流体がスティックをおこ
す等、循環不良を起こす事となる。

【００２０】いま、或る蒸発器について安定した循環を
得られるフィン山数（巻数）の選定例を示すと次の表の
ようになる。

【００２１】

【表１】

【００２２】上記計算による結果の管内質量速度とＨｅ
ａｔ Ｆｌｕｘの関係を図２にプロットし、基準判定線
よりも上方である場合は問題ないのであるが、下方とな
った場合は、フィン山数ｍ枚／ｉｎｃｈを減らし、管内
面熱流束（Ｈｅａｔ Ｆｌｕｘ）を小さくする事によ
り、判定線上方とする。この作業を排ガス上流側の列よ
り順次行い、計画の蒸発器全体の吸収熱量が得られるよ
うに後流側のフィン枚数により、調整を行なうようにす
ればよい。

【００２３】以上、本発明を図示の実施の形態について
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
よいことはいうまでもない。

【００２４】

【発明の効果】以上本発明によれば、チューブ内の流体
が安定して流れるようになり、管内流体のアンバラン
ス、帯流、等が防がれるものである。そして自然循環型
の水ドラム付蒸発器に本発明を採用した場合には、各チ
ューブ内の吸収熱量が均一化される事により、安定した
水の循環力が得られると共に、管内流量アンバランスが
是正され、チューブ破損等の事故を回避することができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る蒸発器の概略構造
を示し、（ａ）は全貌、（ｂ）は（ａ）のＡ部詳細、
（ｃ）は（ａ）のＢ部詳細、（ｄ）は（ａ）のＣ部詳細
の説明図。

【図２】図１のものにおける各フィンチューブでの流体
の層分離判定基準を示すグラフ。

【図３】従来の排ガスボイラ蒸発器の概略系統図。

【図４】図３のものの要部を示し、（ａ）は蒸発器全
貌、（ｂ）は（ａ）のＡ，Ｂ，Ｃ部詳細の説明図。

【符号の説明】

１ 水ドラム ２ 下降管 ３ 入口ヘッダ ４ 蒸発器 ５ 出口ヘッダ ６ 上昇管 ７ フィンチューブ ８ フィン ９ 排ガス流れ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排ガス通路に複数のフィンチューブを配
   置して構成した排ガスボイラ蒸発器において、それぞれ
   のフィンチューブのフィン巻数を上流側のものは下流側
   のものより少なくしたことを特徴とする排ガスボイラ蒸
   発器。