JPS6015844B2 - 蒸気発生方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は蒸気発生方法及び装置に関するものである。

蒸気発生器に於ては、二次側作動流体と一次側流体との
温度差が小さい場合には該二次側作動流体の沸騰熱伝達
が生じ難く、該伝熱面から該二次側作動流体への熱伝達
が阻害されて必ずしも高い熱交換効率が得られない。

第１図は沸騰熱交換器における一次側作動流体温度Ｔ，
、伝熱面温度Ｔｗ、二次側作動流体温度Ｌ、の関係を示
したもので、横座標軸は交換熱量、縦座標軸は温度、で
ある。

また、熱量Ｑ，における一次側作動流体温度Ｔ３と二次
側作動流体温度Ｔ４との差△Ｔｐ（Ｔｐ＝Ｔ３一Ｔ４）
をピンチ温度と称し、温度Ｔ４に於て二次側作動流体は
その沸点Ｔｂ‘こ達している。沸騰熱交換器及び蒸気発
生器に於ては前記のピンチ温度が小さい程、熱の有効利
用度が高くなるが、あまりに小さくすると伝熱面温度Ｔ
ｗと沸点Ｔｈとの差が小さくなりすぎ、二次側流体が沸
騰できなくなる。

従って非常に４・さな温度差でも沸騰または蒸発が可能
な方法および装置が必要となる。第２図は沸騰熱交換器
もしくは蒸気発生器における伝熱状態を示したものであ
る。

第２図に於て、縦座標軸は伝熱面から二次側作動流体に
伝熱される熱量Ｑの対数表示値であり、穣座標軸は伝熱
面温度Ｔｗと二次側作動流体温度Ｔ２との差Ｔの対数表
示値である。また、△Ｔａは二次側作動流体が沸騰を起
し得る温度差を示し、実線の曲線Ｃ．は二次側作動流体
があらかじめ気泡を含まない時の伝熱量変化を示す通常
の沸騰曲線である。第２図は曲線Ｃ，においては、伝熱
面温度Ｔｗと一次側作動流体温度Ｌとの温度差Ｔが△Ｔ
ａに達しなければ二次側作動流体では対流伝熱のみで沸
騰伝熱が生じないため非常に伝熱量は小さく、第１図の
ピンチ温度が小さいときにはピンチ点付近の沸騰（また
は蒸発）伝熱が問題となる。そこで、二次側作動流体が
蒸発器に入る前に、作動流体中にあらかじめ気泡を吹き
込んでおくことを考える。すると、二次側作動流体は気
泡界面で蒸発して気体になるため、作動流体と６毒熱面
との温度差Ｔが△Ｔａよりも小さくとも沸騰（蒸，′発
）伝熱が生じ、より多くの熱量が二次側作動流体に伝え
られる。また、気泡が伝熱面に衝突することにより、温
度境界層を乱し、対流伝熱も促進される。これらのこと
から、気泡を吹き込むことによって第２図の沸騰曲線Ｃ
，は伝熱促進されて曲線Ｃ２となす。換言すれば、二次
側作動流体を二相流状態にすれば単相流状態の場合より
も高い熱伝達率で６毒熱面から二次側作動流体に熱を移
動させることができるのである。

本発明は前記の如き実験結果及び考察の下になされたも
のであり、本発明の目的は二次側作動流体として液体を
用いる熱交換方法に於て二次側作動流体に異種または同
種の気体を吹込むことにより二次側作動流体の沸騰熱伝
達を促進すると同時に二次側作動流体の温度境界層を乱
し、伝熱面に於て高い熱伝熱率を得られる熱交換方法を
提供することである。

第３図は本発明の方法を実施するための蒸発発生器の一
例を示したものである。

第３図に於て、１は蒸発発生器本体であり、該本体１内
は給水加熱部ＩＡ、蒸発部ＩＢ、過熱部ＩＣに分割され
、過熱部！Ｃには熱源たる高温廃ガスを導入する導入管
２が接続され、給水加熱部ＩＡには廃ガスまたは廃水放
出管３が接続されている。また、給水加熱部ＩＡ内のコ
イル４は給水管５及びポンプ６に接続されるとともに気
水分鱗ドラム７に接続されている。気水分雛ドラム７の
底部に接続された配管にはポンプ８が設けられるととも
にポンプ８の吐出側の配管は気体吹込菱鷹９を介して蒸
発部ＩＢ内のコイル１川こ接続されている。コイル１川
ままた、気水分滋ドラム７の上部に接続して該コイル１
０内で蒸発した蒸気を気水分雛ドラム７内に吐出するよ
うになっている。蒸発部ＩＣ内のコイル１１には気水分
離ドラム７の頂部に接続された配管１３を介して該気水
分鰍ドラム７内から蒸気が導入されるようになっており
、その蒸気の一部が分岐配管１２に接続された気体吹込
装置９にも導入されるようになっている。気体吹込装置
９は第５図に示すようにポンプ８の吐出側とコイル１０
とに接続されるベンチュリ型の第一ノズル９Ａを有する
とともに第一ノズル９Ａのスロー卜部に挿入された第二
ノズル９Ｂを有しており、第二ノズル９８は前記分岐配
管１２に接続されている。前記の如き構成の本発明の実
施例では、給水管５からコイル４内に送られた水はコイ
ル４内で加熱された後、一旦、気水分酸ドラム７内に注
入さ０れる。

気水分離ドラム７内からポンプ８で汲み出された水は気
体吹込装置９の第一ノズル船内に送り込まれ、この時、
気水分離ドラム７の頂部から抽出された蒸気（飽和蒸気
）が分岐配管１２を経て第二ノズル９８内へ送り込まれ
る。第一ノズルＳＡのスロー卜部を通過する時、水の圧
力は最も低くなるため、第二ノズル９Ｂから蒸気が第一
ノズル９Ａのスロー卜部へ吸引され、その結果、気体が
混入した状態の給水がコイル１０内に送り込まれる。給
水中に混入された気体は給水とともにコイル１０内を進
行するが、給水中には気体が混入しているのでその流れ
は二相流となり、従ってコイルの内壁面に生じている境
界層内で気泡が成長し、相変化した分の蒸発熱が二次側
作動流体に伝えられる。また、給水中の気泡が境界層に
衝突して境界層を乱すのでコイル１０の内壁面からの対
流熱伝達も促進される。コイル１０内で発生した蒸気は
気水分離ドラム７に導入されてそこで気水分離された後
、コイル１１に導入されて過熱蒸気となり、更に蒸気管
１４を通って使用場所へ送られる。

以上のように本発明によれば、二次側作動流体の蒸発を
促進することができるとともに伝熱面の伝熟効率を高め
ることのできる熱交換方法及び装置が提供される。

なお、前記実施例では二次側作動流体中に蒸気を吹込む
ように構成されているが、吹込み用の気体をどこから得
るかは任意に選択できるものであり、前記実施例に限定
されるものではない。

また、吹込菱贋としては実施例の如きィンジェクタ以外
にも種々の構造の装置を使用できることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は二次側作動流体として液体を用いる熱交換方法
における一般論を説明するための図、第２図は前記熱交
換方法における現象を説明するための図、第３図は本発
明の装置の一実施例を示す概略図、第４図は第３図の一
部の拡大図、である。 １：蒸気発生器本体、ＩＡ：給水加熱部、ＩＢ：蒸発部
、ＩＣ：過熱部、７：気水分離ドラム、９：気体吹込装
置。 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 二次側作動流体の温度が沸騰温度付近となつている
   個所の前記二次側作動流体内に蒸気を吹き込み、沸騰熱
   伝達を促進するとともに流れを乱流として境界層のかく
   乱を促進することを特徴とする蒸気発生方法。 ２ 二次側作動流体の管系と、該管系内を流れる二次側
   作動流体の温度が沸騰温度となる前記管系の付近に設け
   られた蒸気吹き込み装置とからなることを特徴とする蒸
   気発生装置。