(57)【要約】  水面(２A）を形成する水で満たされた熱交換室(２）と、上記水面上であって、軸（10）が略垂直の筒形の壁（１）と頂板（４）とによって画定された蒸気ヘッドスペース(８）と、上記蒸気ヘッドスペースとつながっている蒸気出口(６）と、上記熱交換室(２)及び上記蒸気ヘッドスペース(８)を通って伸びるガス管と、上記ガス管と上記水との間の熱交換によって上記水面からの蒸気流を生成するために上記ガス管へ加熱ガスを供給するための手段と、上記水面(２A）から上記蒸気出口(６）へ上記蒸気流を導くために上記蒸気ヘッドスペース(８）に配置された蒸気流導路(７’、７”)とを備え、上記蒸気流導路は、上記ガス管(３）の少なくとも１本は、上記蒸気流が上記ガス管(３）に対して横方向に、好ましくは略直交して流れるように、上記蒸気流導路を横切って伸び、上記蒸気流導路の構成は、上記蒸気流における蒸気の半分以上、好ましくは略全てが、水平面に投影された場合に上記壁の第一の点と上記第一の点と水平方向反対側の上記壁の第二の点との間の最小距離と少なくとも等しい長さを有する流路に沿って流れるよう拘束されるようにするものであり、上記最小距離は、上記壁が円筒形である場合には、この円筒形の壁の直径Dであるガス管蒸気ボイラー。
2009541705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス管蒸気ボイラーを提供するステップを備え、
上記ガス管蒸気ボイラーは、
水面を形成する水で満たされた熱交換室と、
上記水面上であって、軸が略垂直の筒形の壁と頂板とによって画定された蒸気ヘッドスペースと、
上記蒸気ヘッドスペースとつながっている蒸気出口と、
上記熱交換室と上記蒸気ヘッドスペースを通って伸びる１本またはそれ以上のガス管と、
を備え、
また、上記ガス管と上記熱交換室の上記水との間の熱交換によって上記水面からの蒸気流を生成するために上記ガス管に加熱ガスを供給するステップを備え、
上記ヘッドスペースでの上記流れにおける蒸気の半分以上、好ましくは略全てが、水平面に投影された場合に上記壁の第一の点と上記第一の点と水平方向反対側の上記壁の第二の点との間の最小距離と少なくとも等しい長さを有する流路に沿って、上記ガス管に対して横方向に、好ましくは略直交して、流れるよう拘束されるように、上記蒸気流が上記蒸気ヘッドスペースを経て上記水面から上記蒸気出口へ流れるようにするステップを備えて、
上記最小距離は、上記壁が円筒形である場合には、この円筒形の壁の直径であり、
上記ガス管における残留熱が上記蒸気流に伝えられるようにしたことを特徴とする蒸気生成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸気生成方法において、
上記ガス管における上記残留熱が、上記蒸気出口を通って上記蒸気スペースから流出する全蒸気が過熱される程度まで上記蒸気流に伝えられるようにしたことを特徴とする蒸気生成方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の蒸気生成方法において、
上記流路の上記水平投影の長さが少なくとも上記最小距離の２倍であることを特徴とする蒸気生成方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の蒸気生成方法において、
上記蒸気出口が、上記壁の上記軸から離れて、好ましくは上記壁近傍または上記壁内に設置されることを特徴とする蒸気生成方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の蒸気生成方法において、
上記流路の上記水平投影が、上記壁の第一の点近傍あるいは第一の点から上記軸を通過し、上記第一の点の反対側の上記壁の第二の点近傍あるいは第二の点へ延長することを特徴とする蒸気生成方法。
【請求項６】
請求項５に記載の蒸気生成方法において、
上記流路の上記水平投影が、上記第二の点または少なくとも途中から折り返して上記第一の点へ戻ることを特徴とする蒸気生成方法。
【請求項７】
請求項６に記載の蒸気生成方法において、
上記蒸気流の流速が、上記第一の点近傍から上記第二の点へ流れる場合よりも、上記第二の点から上記第一の点へ流れる場合の方が低いことを特徴とする蒸気生成方法。
【請求項８】
請求項７に記載の蒸気生成方法において、
上記蒸気流の流速が、上記第二の点から上記第一の点へ流れる場合に約１０〜１５ｍ／ｓ、そして好ましくは、上記第一の点近傍から上記第二の点へ流れる場合に約１５〜３０ｍ／ｓ、さらに好ましくは１５〜２５ｍ／ｓであることを特徴とする蒸気生成方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載の蒸気生成方法において、
上記加熱ガスが、
ａ）燃焼室か、
ｂ）ガスタービンか、
ｃ）内部燃焼モータか、
ｄ）例えば、船の推進や電力生産用、加熱プロセス用、工業及び電力プラント用のガスあるいは油を燃料とするエンジンか、
のいずれかから供給されることを特徴とする蒸気生成方法。
【請求項１０】
水面を形成する水で満たされた熱交換室と、
上記水面上であって、軸が略垂直の円筒壁と頂板とによって画定された蒸気ヘッドスペースと、
上記蒸気ヘッドスペースとつながっている蒸気出口と、
上記熱交換室及び上記蒸気ヘッドスペースに伸びる１本またはそれ以上のガス管と
上記ガス管と上記熱交換室の上記水との間の熱交換によって上記水面からの蒸気流を生成するために上記ガス管に加熱ガスを供給するための手段と、
上記水面から上記蒸気出口へ上記蒸気流を導くために上記蒸気ヘッドスペースに配置された蒸気流導路とを備え、
上記蒸気流導路は、上記ガス管の少なくとも１本は、上記蒸気流が上記ガス管に対して横方向に、好ましくは略直交して流れるように、上記蒸気流導路を横切って伸び、
上記蒸気流導路の構成は、上記蒸気流における蒸気の半分以上、好ましくは略全てが、水平面に投影された場合に上記壁の第一の点と上記第一の点と水平方向反対側の上記壁の第二の点との間の最小距離と少なくとも等しい長さを有する流路に沿って流れるよう拘束されるようにするものであり、
上記最小距離は、上記壁が円筒形である場合には、この円筒形の壁の直径であることを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項１１】
請求項１０に記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記蒸気出口が、上記壁の上記軸から離れて、好ましくは上記壁近傍の上記頂板内に設置されることを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項１２】
請求項１０あるいは１１に記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記蒸気流導路が、略水平の第一の板を備え、上記第一の板は、上記頂板の鉛直下方向ｈ１の距離に配置され、上記第一の板と上記壁との間の第一の蒸気流ギャップを与えるために上記壁から離れて配置された第一のギャップフォーミングエッジを有することを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項１３】
請求項１２に記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記蒸気流導路が、略水平の第二の板を備え、上記第二の板は、上記第一の鉛直下方向ｈ２の距離に配置され、上記第二の板と上記壁との間に第二の蒸気流ギャップを与えるために上記壁から離れて配置された第二のギャップフォーミングエッジを有することを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項１４】
請求項１３に記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記第一のギャップと上記第二のギャップが上記軸に対して相互に反対に設置されていることを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項１５】
請求項１２から１４のいずれか１つに記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記蒸気出口が上記軸に対して上記第一のギャップと反対側の上記壁近傍あるいは上記壁内に設置されていることを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項１６】
請求項１３から１５のいずれか１つに記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記蒸気流の流速が、上記頂板と上記第一の板との間に設置された上記導路の部分における流速が上記第一と第二の板の間に設置された上記導路部分における上記流速よりも低くなるよう距離ｈ１は距離ｈ２よりも大きいことを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項１７】
請求項１６に記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記ガス管の全てが上記第一及び第二の板を通って伸びることを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項１８】
請求項１３から１７のいずれか１つに記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記水が冷却状態にあるときの上記水面が上記頂板の鉛直下方向ｈの距離に設置され、
上記距離ｈ１が上記距離ｈの約１５〜２５％、好ましくは１８〜２２％であって、上記距離ｈ２が上記距離ｈの約７〜１３％、好ましくは８〜１２％であることを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項１９】
請求項１２から１８のいずれか１つに記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記第一及び第二の板が上記蒸気ヘッドスペースの断面積よりも小さい面積を有し、
上記第一及び第二のギャップフォーミングエッジからそれぞれ伸びている上記第一及び第二の板の端部が垂直板によって頂板とそれぞれ相互接続されて、管を形成することを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項２０】
請求項１２から１９のいずれか１つに記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記第一の板が上記蒸気ヘッドスペースの断面積よりも小さい面積を有し、
上記第一のギャップフォーミングエッジからそれぞれ伸びている上記第一の板の端部が垂直板によってそれぞれ相互接続されて、管を形成することを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項２１】
請求項１２から２０のいずれか１つに記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記第一及び第二の板が略長方形であることを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項２２】
水面を形成する水で満たされた熱交換室と、
上記水面上であって、軸が略垂直の円筒形の壁と頂板とによって画定された蒸気ヘッドスペースと、
上記蒸気ヘッドスペースとつながっている蒸気出口と、
上記熱交換室と上記蒸気ヘッドスペースを通って伸びる１本またはそれ以上のガス管と、
上記ガス管と上記熱交換室の上記水との間の熱交換によって上記水面からの蒸気流を生成するために上記ガス管に加熱ガスを供給するための手段と、
上記水面から上記蒸気出口へ上記蒸気流を導くために上記蒸気ヘッドスペースに配置された蒸気流導路とを備え、
上記蒸気流導路は、
上記頂板の鉛直下方向ｈ１の距離に配置されると共に、上記第一の板と上記壁との間の第一の蒸気流ギャップを提供するために、上記壁から離れて配置された第一のギャップフォーミングエッジを有する略水平の第一の板を備えることを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項２３】
請求項２２に記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記蒸気流導路が、略水平の第二の板を備え、上記第二の板は、上記第一の板の鉛直下方向ｈ２の距離に配置され、上記第二の板と上記壁との間の第二の蒸気流ギャップを与えるために上記壁から離れて配置された第二のギャップフォーミングエッジを有することを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項２４】
請求項２３に記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記第一のギャップと上記第二のギャップが、上記軸に対して相互に反対に設置されていることを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項２５】
請求項２２から２４のいずれか１つに記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記蒸気出口が上記軸に対して上記第一のギャップと反対側の上記壁近傍あるいは上記壁内に設置されていることを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項２６】
請求項２３から２５のいずれか１つに記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記蒸気流の流速が、上記第一と第二の板の間における上記導路の部分の上記流速より、上記頂板と上記第一の板との間における上記導路の部分における流速が低くなるよう距離ｈ１は距離ｈ２よりも大きいことを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項２７】
請求項２３から２６のいずれか１つに記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記ガス管の全てが上記第一及び第二の板を通って伸びることを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項２８】
請求項２３から２７のいずれか１つに記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記水が冷却状態にあるときの上記水面が上記頂板の下に鉛直下方向ｈの距離に設置され、
上記距離ｈ１が上記距離ｈの約１５〜２５％、好ましくは１８〜２２％であって、上記距離ｈ２が上記距離ｈの約７〜１３％、好ましくは８〜１２％であることを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項２９】
請求項２２から２８のいずれか１つに記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記第一及び第二の板が上記蒸気ヘッドスペースの断面積よりも小さい面積を有し、
上記第一及び第二のギャップフォーミングエッジからそれぞれ伸びている上記第一及び第二の板の端部が垂直板によってそれぞれ相互接続されて、管を形成することを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項３０】
請求項２２から２９のいずれか１つに記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記第一の板が上記蒸気ヘッドスペースの断面積よりも小さい面積を有し、
上記第一のギャップフォーミングエッジからそれぞれ伸びている上記第一の板の端部が垂直板によってそれぞれ相互接続され、管を形成することを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項３１】
請求項２２から３０のいずれか１つに記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記第一及び第二の板が略長方形であることを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガス管蒸気ボイラーの蒸気生成方法及び上記方法を実施するためのガス管蒸気ボイラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる方法及び装置に関連して、所定のエネルギー出力に対してボイラー全体のサイズを小さくするために、ガス管から水と蒸気へのエネルギー移動を最適化することが重要である。通常、主要な設計パラメータには、入力ガス温度、排出ガス温度、所望の最大エネルギー出力、すなわち、給水温度、蒸気圧力、温度及び質量流量が含まれる。好ましくは、上記蒸気は乾燥しているべきであり、さらに好ましくは過熱されているべきである。
【０００３】
アメリカ特許第１，５４６，６６５号より、ボイラー壁に沿って環状開口部を提供するバッフル板をガス管蒸気ボイラーに設けることが知られており、これによって、水面からの蒸気流が上記水面から上記環状開口部へ及びそこから中央部に位置する蒸気出口へ流れるよう制限される。この構造において、生成された上記蒸気の大部分は、上記ガス管ボイラーの直径の約半分に相当する距離だけガス管を通過するに過ぎず、上記ガス管と上記生成された蒸気との不十分な熱交換を導くこととなるだろう。
【０００４】
特に、しかし、それだけではないが、船舶用ボイラーは、ボイラーの大きさが、利用できるスペースが限られているために大変重要であり、したがって、ボイラーの必要スペースを減らせるような上述の方法及び装置を提供することが本発明の目的である。
【０００５】
本発明によれば、この目的は、以下のステップを備える方法によって達成される。
ガス管蒸気ボイラーを提供するステップを備え、
上記ガス管蒸気ボイラーは、
水面を形成する水で満たされた熱交換室と、
上記水面上であって、軸が略垂直の筒形の壁と頂板とによって画定された蒸気ヘッド  スペースと、
上記蒸気ヘッドスペースとつながっている蒸気出口と、
上記熱交換室と上記蒸気ヘッドスペースを通って伸びる１本またはそれ以上のガス管  と、
を備え、
また、上記ガス管と上記熱交換室の上記水との間の熱交換によって上記水面からの蒸気流を生成するために上記ガス管に加熱ガスを供給するステップを備え、
上記ヘッドスペースでの上記流れにおける蒸気の半分以上、好ましくは略全てが、水平面に投影された場合に上記壁の第一の点と上記第一の点と水平方向反対側の上記壁の第二の点との間の最小距離と少なくとも等しい長さを有する流路に沿って、上記ガス管に対して横方向に、好ましくは略直交して、流れるよう拘束されるように、上記蒸気流が上記蒸気ヘッドスペースを経て上記水面から上記蒸気出口へ流れるようにするステップを備えて、
上記最小距離は、上記壁が円筒形である場合には、この円筒形の壁の直径であり、
上記ガス管における残留熱が上記蒸気流に伝えられる。
【０００６】
これによって、上記蒸気ヘッドスペース内での上記ガス管から蒸気への上記熱移動は大幅に改善され、上記ボイラーの効率は上がり、と同時に、生成された蒸気は、乾燥され、おそらくは過熱されることによりさらに高品質となる。
【０００７】
本発明による上記方法の現在の好適な実施形態において、上記流路の上記水平投影は上記最小距離の少なくとも２倍である。このように、上記ガス管と上記水面から上記蒸気出口への上記蒸気流との接触が増やされ、上記蒸気ヘッドスペースにおける上記熱移動が増加する。
【０００８】
本発明による上記方法の現在の好適な実施形態において、上記蒸気出口は上記壁の軸から離れたところ、好ましくは上記ヘッドスペースの上記壁近傍に配置され、したがって、上記蒸気流が上記蒸気出口から出る前に全てのガス管に沿って横方向に流れるように制限している。
【０００９】
本発明による上記方法の現在の好適な実施形態において、上記流路の上記水平投影は、上記壁の第一の点近傍あるいは第一の点から上記軸を通過し、上記第一の点の反対側の上記壁の第二の点近傍あるいは第二の点へ延長する、好ましくは、上記第二の点および少なくとも途中から折り返して上記第一の点へ戻る。このように、上記蒸気流は、全ての上記ガス管を、好ましくは上記蒸気出口から出る前に少なくとも２回、移動させられる。
【００１０】
本発明による上記方法の現在の好適な実施形態において、上記蒸気流の流速が、上記第一の点近傍から上記第二の点へ流れる場合よりも、上記第二の点から上記第一の点へ流れる場合の方が低く、相対的に高速を提供し、好ましくは約１５〜３０ｍ／ｓ、上記水面と上記蒸気出口との間の部分ではより好ましくは約１５〜２５ｍ／ｓ、そして減速した速度で上記ガス管を通過するため上記水面から上記蒸気出口への経路のその後の部分では好ましくは約１０〜１５ｍ／ｓである。これによって上記高速は上記ガス管周りの乱流を提供して、高効率の熱移動を確保し、蒸気中の水滴が上記管に衝突し、蒸発する可能性を確保する。
【００１１】
本発明による上記方法の現在の好適な実施形態において、上記ガス管のための上記ホットガスは燃焼室から提供され、油や炭粉、天然ガス等を燃焼し、また、ガスタービンや内燃モータからの排出ガス熱等も用いられうる。燃焼室からのホットガスを使用する場合、上記燃焼室は、さらに熱を上記燃焼室から水に直接送るために、上記熱交換室において水と接触して提供されるだろう。
【００１２】
第二の側面において、上記本発明は以下を備えるガス管蒸気ボイラーに関する。
上記ボイラーは、
水面を形成する水で満たされた熱交換室と、
上記水面上であって、軸が略垂直の筒形の壁と頂板とによって画定された蒸気ヘッドスペースと、
上記蒸気ヘッドスペースとつながっている蒸気出口と、
上記熱交換室及び上記蒸気ヘッドスペースに伸びる１本またはそれ以上のガス管と
上記ガス管と上記熱交換室の上記水との間の熱交換によって上記水面からの蒸気流を生成するために上記ガス管に加熱ガスを供給するための手段と、
上記水面から上記蒸気出口へ上記蒸気流を導くために上記蒸気ヘッドスペースに配置された蒸気流導路とを備え、
上記蒸気流導路は、上記ガス管の少なくとも１本は、上記蒸気流が上記ガス管に対して横方向に、好ましくは略直交して流れるように、上記蒸気流導路を横切って伸び、
上記蒸気流導路の構成は、上記蒸気流における蒸気の半分以上、好ましくは略全てが、水平面に投影された場合に上記壁の第一の点と上記第一の点と水平方向反対側の上記壁の第二の点との間の最小距離と少なくとも等しい長さを有する流路に沿って流れるよう拘束されるようにするものであり、
上記最小距離は、上記壁が円筒形である場合には、この円筒形の壁の直径である。
【００１３】
このガス管蒸気ボイラーは特に上記の方法の実施に適している。
【００１４】
第三の側面において、上記本発明は以下を備えるガス管蒸気ボイラーに関する。
上記ボイラーは、
水面を形成する水で満たされた熱交換室と、
上記水面上であって、軸が略垂直の円筒形の壁と頂板とによって画定された蒸気ヘッドスペースと、
上記蒸気ヘッドスペースとつながっている蒸気出口と、
上記熱交換室と上記蒸気ヘッドスペースを通って伸びる１本またはそれ以上のガス管と、
上記ガス管と上記熱交換室の上記水との間の熱交換によって上記水面からの蒸気流を生成するために上記ガス管に加熱ガスを供給するための手段と、
上記水面から上記蒸気出口へ上記蒸気流を導くために上記蒸気ヘッドスペースに配置された蒸気流導路とを備え、
上記蒸気流導路は、
上記頂板の鉛直下方向ｈ１の距離に配置されると共に、上記第一の板と上記壁との間の第一の蒸気流ギャップを提供するために、上記壁から離れて配置された第一のギャップフォーミングエッジを有する略水平の第一の板を備える。
【００１５】
本発明の第二および第三の側面に係る上記ガス管蒸気ボイラーの好適な実施形態（それらの有利な点は以下の詳細な説明から明らかになるだろう）は、従属項１１〜２１及び２３〜３１において明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
以下において、本発明は図面において一例としてのみ示される実施形態を参照してより詳細に説明されるだろう。ここで、
【図１】本発明の好適な実施形態に係るボイラーのＡ−Ａ縦断面図を概略的に示す。
【図１ａ】図１において上から見た上記ボイラーを概略的に示すと共に、図１及び図２の断面図の切断線を示す。
【図２】図１の断面に垂直なＢ−Ｂ縦断面図を概略的に示す。
【図３】バッフル板の構成の斜視図を概略的に示す。
【図４】本発明に係る上記ボイラーの蒸気ヘッドスペースについて可能性のある構成を示す。
【図５】本発明に係る上記ボイラーの蒸気ヘッドスペースについて可能性のある構成を示す。
【図６】本発明に係る上記ボイラーの蒸気ヘッドスペースについて可能性のある構成を示す。
【図７】本発明に係る上記ボイラーの蒸気ヘッドスペースについて可能性のある構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に示されるガス管蒸気ボイラーは、水面２ａを形成する水で満たされている熱交換室２と、水面２ａを形成する上記水と、略垂直の軸１０と、頂板４と、直径Ｄとを有する筒形の壁１によって画定される上記水面上の蒸気ヘッドスペース８とを備える。蒸気出口６は上記蒸気ヘッドスペース８につながり、何本かのガス管３は上記熱交換室２及び上記蒸気ヘッドスペース８を貫通している。加熱されたガスは上記ガス管３と上記熱交換室２との間の熱交換によって上記水面からの蒸気流を生成するために上記ガス管３を流れる。
【００１８】
図１〜３及び図５に示される実施形態において、上記水面からの蒸気流は上記バッフル板７’、７”によって画定される流路に沿って流される。上記蒸気は上記ガス管３を横切る方向に流され、上記蒸気流における全ての蒸気は、上記二枚のバッフル板７’、７”の間を水平方向に流れ、上記上側のバッフル板７”と頂板４との間を水平反対方向に逆流し、上記蒸気出口６から排出するように拘束される。
【００１９】
図２及び図３において示されるように、上記二枚のバッフル板７’、７”はそれぞれ蒸気ヘッドスペース５の横断面積よりも小さい面積をカバーし、上記二枚のバッフル板の端部は、頂板４から下がって下方のバッフル板７’へ垂直方向および水平方向に、上記蒸気ヘッドスペース５の筒形の壁におけるそれぞれの位置の間を伸びている垂直板９に接続される。
【００２０】
上記ガス管３が上記ボイラーの底から、可能であれば図２に示される燃焼室１４から水で満たされた熱交換室２及び上記蒸気ヘッドスペース５を通って伸び、上記ガス管３が上記板７’、７”を通り、上記頂板４の穴を通って伸び、上記ガスはガス排出口１１から排出される。
【００２１】
上記ガス管と上記水との間の熱交換は上記水面で上記蒸気ヘッドスペース５に入る蒸気を生成し、上記板７’は図１に示すようにギャップフォーミングエッジ１２廻りに蒸気を左へ移動させ、二枚の板７’、７”間を図１に示すようにギャップフォーミングエッジ１３廻りに右に移動させ、上記板７’と上記頂板４との間を上記蒸気出口６へ移動させる。これにより、上記蒸気は上記ボイラー１の直径のほぼ２倍の距離を上記ガス管３を横切る方向に移動させられる。上記板７’、７”の開口部と上記ガス管３との間のわずかな蒸気の漏れは、これらの小さなギャップにおける蒸気が管壁に非常に近く、かつ、ここで熱せられるので問題にならないだろう。上記ガス管と上記蒸気流との間の十分な熱交換の提供のため、上記ヘッドスペースでの上記流れにおける全蒸気の半分以上が流路に沿って、上記ガス管を横切る方向に、好ましくは略直交方向に流れるよう拘束される。上記流路は水平面に投影された場合に、上記円筒壁の直径に少なくとも等しい長さを有する。この特徴によって本発明は、上記蒸気の半分未満が上記円筒壁の直径の３／４未満相当の距離で流れる、上述のアメリカ特許第１，５４６，６６５号と区別される。
【００２２】
上記蒸気が水面を離れたとき、通常は小さい水滴を含むが、相対的に高速流速で上記ガス管３を横切る強制的な流れによって、その水滴は上記ガス管３に衝突し蒸発するだろう。さらに、上記蒸気の相対的な高速流速は、上記蒸気ヘッドスペース５における上記蒸気と上記ガス管との間の熱交換を提供するだろう。開放された蒸気ヘッドスペースにおいて、板７’、７”なしで、主に上記ガス管３と平行にゆっくりとした流れの蒸気が単純に水面から蒸気出口へ移動するような従来のボイラー構造に比べて、上記熱交換は増大される。さらに、水位と頂板との間の距離は減らされうるし、通常、上記距離は上記蒸気出口６から出る蒸気中の水滴が高度に集中することを避けるために相対的に大きい。
【００２３】
上記ボイラー１における水が沸騰していない場合、上記ボイラー中の水位は異なる従来装置、例えば二つの既知レベル間の差圧、水位計等によって計測されたレベルと一致する。しかしながら、水領域中の大量の蒸気泡の存在により、上記ボイラー中で見られる実際の水位は上がるだろう。そして上記水位は、熱負荷や蒸気圧によっても多かれ少なかれ変動するだろう。最高水位は上記ガス管３付近であろう。従って上記ガス管は水によってこの水位まで湿らされ、一般に、その水位は計測された水位より約２５０ｍｍ上であり、以下冷却状態での水面という。
【００２４】
上記蒸気ヘッドスペース５の全高さｈは上記頂板４と上記第一の板７”との間の距離ｈ１と、上記第一の板７”と上記第二の板７’との間の距離ｈ２と、最後に上記第二の板７’と冷却状態での水面との間の距離ｈ３に細分される。
【００２５】
好適な実施形態において、上記頂板４と第一の板７”との間の上記蒸気流速が約１０〜１５ｍ／ｓであり、二枚の板７’と７”との間の上記蒸気流速が約２０〜３０ｍ／ｓ、つまり距離ｈ１が距離ｈ２の約２倍である、というような方法で、距離ｈ１及びｈ２は寸法が決まる。あらゆる環境下において距離ｈ３は、全負荷時の沸騰中に実際の水位が上記第二の板７’の下約２００ｍｍであるべきことを確保できるよう十分であるべきである。
【００２６】
上記蒸気ヘッドスペースにおいて、上述したように、上記ガス管３に垂直な上記蒸気流は上記二枚の板７’、７”間で相対的に早く、上記頂板４と上記板７”間で少し遅い。そして水面と上記板７’間でさえ、上記ガス管３に対してある交差する流れが存在するだろう。上記蒸気流速が、上記蒸気ヘッドスペース５が低速で蒸気を送り、実質的には上記管に対し平行である従来の状況と比較して、上記ガス管３から蒸気への高い熱交換効率を与える。実際には、上記熱交換は、水が上記ガス管３と直接接触する水で満たされた熱交換室２に存在する同様の熱交換に近い。
【００２７】
上記生成された蒸気は、上記蒸気出口６から上記ボイラーを出る際に水滴がないだけでなく、実際過熱されている。この過熱が上記ボイラーに塩分を残さず、上記ボイラーからユーザーまでの蒸気管に堆積物がないという結果になる。さらに、蒸気出口以降の利用可能な蒸気出口弁がより高い蒸気流速に寸法が決まりうるし、これは上記弁の大きさが小さくされうること、すなわち上記蒸気出口弁のスペース、重量及びコストを抑えうることを意味する。さらに、全伝熱面が増加した熱移動のために減らされうるし、これは管長さ、管の数、ボイラー高さ及び上記ボイラーの重量およびコストが減らされうることを意味する。
【００２８】
次表に本発明に係るガス管蒸気ボイラーのプロセスデータが示される。
2009541705.tif 000003
【００２９】
次表は、標準として示される従来の寸法が決められたガス管蒸気ボイラーと、新規として示される本発明に係るガス管蒸気ボイラーとを比較する。上記二つのボイラーは同様の蒸気容量、熱効率（つまり同様の燃料ガス出口温度）及び同様の圧力降下を有するよう設計された。
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【００３０】
本発明の使用による直接の結果は、上記標準ボイラーの設計において、上記管の約４０％（約２４０ｋｇ）が節約されうることが分かる。さらに、上記管長及びそれに応じた上記ボイラー高さは５２０ｍｍ短くされ、それに伴い、ボイラー直径は１３００ｍｍ、板厚は１２ｍｍとなって、約２００ｋｇの板重量の差異を提供する。
【００３１】
本発明について、好適な実施形態に関連して上述されたが、多くの改良点が以下の請求項から離れることなく想定されうる。かかる修正点において、第二の板７’の省略がより単純な構造をもたらすが、上記蒸気ヘッドスペース５における上記蒸気流中の蒸気の大部分が上記ボイラー１の直径と同じ長さを有する流路に沿った上記ガス管を横切る方向に流れるよう拘束されるような方法で、上記蒸気ヘッドスペース５を通って水面から上記蒸気出口６への蒸気流を依然として提供する。この可能性は図４において示され、上述した好適な実施形態が概略的に図５に示される。図６や図７において示されるような他の可能性は、蒸気通過用に中央に穴を有する第一の板と上記第一の板の上にある第二の板とによって拘束される、上記水面から上記蒸気出口への蒸気流を提供する。そして上記第二の板は、上記ボイラー壁に沿って環状開口部を提供し、上記蒸気流は初めに外方向に急激に、そして次に中央部に設置された蒸気出口６へ向かって急激に、上記ガス管を横切って流れるよう制限される。
【００３２】
図７の実施形態において、上記蒸気流は、中央の管と上記ボイラーの外壁との間に設置された、らせん形に成形された板によって、らせん形の流路に制限され、上記蒸気流路はまた、少なくとも上記ボイラー１の壁のそれぞれ反対側の２点間距離と一致する長さを有する。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年3月5日(2009.3.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス管蒸気ボイラーを提供するステップを備え、
上記ガス管蒸気ボイラーは、
水面（２ａ）を形成する水で満たされた熱交換室（２）と、
上記水面（２ａ）上であって、軸が略垂直の筒形の壁（１）と頂板（４）とによって  画定された蒸気ヘッドスペース（５）と、
上記蒸気ヘッドスペース（５）とつながっている蒸気出口（６）と、
上記熱交換室（２）と上記蒸気ヘッドスペース（５）を通って伸びる１本またはそれ  以上のガス管（３）と、
蒸気流導路と
を備え、
上記蒸気流導路は、上記頂板（４）の鉛直下方向ｈ１の距離に配置された第一の板（７”）を備え、
上記第一の板（７”）は、上記水面（２ａ）から上記蒸気出口（６）へと蒸気流を導くために上記蒸気ヘッドスペースに配置された第一の蒸気流ギャップを提供するために、上記第一の板（７”）と上記壁（１）との間に、上記壁（１）から離れて配置された第一のギャップフォーミングエッジ（１３）を有し、
上記ガス管（３）の少なくとも１本は、上記蒸気流が上記ガス管（３）に対して横方向に、好ましくは略直交して流れるように、上記蒸気流導路を横切って伸び、
上記蒸気流導路の構成は、上記蒸気流における蒸気の半分以上、好ましくは略全てが、水平面に投影された場合に上記壁（１）の第一の点と上記第一の点と水平方向反対側の上記壁（１）の第二の点との間の最小距離と少なくとも等しい長さを有する流路に沿って流れるように拘束されるようにするものであり、
上記最小距離は、上記壁（１）が円筒形である場合には、この円筒形の壁（１）の直径であり、
上記第一の板（７”）は上記蒸気ヘッドスペース（５）の断面積よりも小さい面積を有し、上記第一のギャップフォーミングエッジ（１３）から伸びている上記第一の板（７”）の端部が垂直板（９）によってそれぞれ相互接続されて、管を形成し、上記垂直板（９）は上記蒸気ヘッドスペース（５）の上記筒形の壁（１）におけるそれぞれの位置の間を水平方向に広がっており、
また、上記ガス管と上記熱交換室の上記水との間の熱交換によって上記水面からの蒸気流を生成するために上記ガス管に加熱ガスを供給するステップを備え、
また、上記ヘッドスペースでの上記流れにおける蒸気の半分以上、好ましくは略全てが、水平面に投影された場合に上記壁（１）の第一の点と上記第一の点と水平方向反対側の上記壁（１）の第二の点との間の最小距離と少なくとも等しい長さを有する流路に沿って、上記ガス管に対して横方向に、好ましくは略直交して、流れるよう拘束されるように、上記蒸気流が上記蒸気ヘッドスペースにおける上記蒸気流導路を経て上記水面から上記蒸気出口へ流れるようにするステップを備えて、
上記最小距離は、上記壁が円筒形である場合には、この円筒形の壁の直径であり、
上記ガス管における残留熱が上記蒸気流に伝えられるようにしたことを特徴とする蒸気生成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸気生成方法において、
上記ガス管における上記残留熱が、上記蒸気出口を通って上記蒸気スペースから流出する全蒸気が過熱される程度まで上記蒸気流に伝えられるようにしたことを特徴とする蒸気生成方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の蒸気生成方法において、
上記流路の上記水平投影の長さが少なくとも上記最小距離の２倍であることを特徴とする蒸気生成方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の蒸気生成方法において、
上記蒸気出口が、上記壁の上記軸から離れて、好ましくは上記壁近傍または上記壁内に設置されることを特徴とする蒸気生成方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の蒸気生成方法において、
上記流路の上記水平投影が、上記壁の第一の点近傍あるいは第一の点から上記軸を通過し、上記第一の点の反対側の上記壁の第二の点近傍あるいは第二の点へ延長することを特徴とする蒸気生成方法。
【請求項６】
請求項５に記載の蒸気生成方法において、
上記流路の上記水平投影が、上記第二の点または少なくとも途中から折り返して上記第一の点へ戻ることを特徴とする蒸気生成方法。
【請求項７】
請求項６に記載の蒸気生成方法において、
上記蒸気流の流速が、上記第一の点近傍から上記第二の点へ流れる場合よりも、上記第二の点から上記第一の点へ流れる場合の方が低いことを特徴とする蒸気生成方法。
【請求項８】
請求項７に記載の蒸気生成方法において、
上記蒸気流の流速が、上記第二の点から上記第一の点へ流れる場合に約１０〜１５ｍ／ｓ、そして好ましくは、上記第一の点近傍から上記第二の点へ流れる場合に約１５〜３０ｍ／ｓ、さらに好ましくは１５〜２５ｍ／ｓであることを特徴とする蒸気生成方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載の蒸気生成方法において、
上記加熱ガスが、
ａ）燃焼室か、
ｂ）ガスタービンか、
ｃ）内部燃焼モータか、
ｄ）例えば、船の推進や電力生産用、加熱プロセス用、工業及び電力プラント用のガスあるいは油を燃料とするエンジンか、
のいずれかから供給されることを特徴とする蒸気生成方法。
【請求項１０】
水面（２ａ）を形成する水で満たされた熱交換室（２）と、
上記水面（２ａ）上であって、軸が略垂直の円筒形の壁（１）と頂板（４）とによって画定された蒸気ヘッドスペース（５）と、
上記蒸気ヘッドスペース（５）とつながっている蒸気出口（６）と、
上記熱交換室（２）と上記蒸気ヘッドスペース（５）を通って伸びる１本またはそれ以上のガス管（３）と、
上記ガス管（３）と上記熱交換室（２）の上記水との間の熱交換によって上記水面（２ａ）からの蒸気流を生成するために上記ガス管（３）へ加熱ガスを供給するための手段と、
上記水面（２ａ）から上記蒸気出口（６）へ上記蒸気流を導くために上記蒸気ヘッドスペース（５）に配置された蒸気流導路とを備え、
上記蒸気流導路は、
上記頂板（４）の鉛直下方向ｈ１の距離に配置されると共に、上記第一の板（７”）と上記壁（１）との間の第一の蒸気流ギャップを提供するために、上記壁（１）から離れて配置された第一のギャップフォーミングエッジ（１３）を有する略水平の第一の板（７”）を備え、
上記第一の板（７”）は上記蒸気ヘッドスペース（５）の断面積よりも小さい面積を有し、上記第一のギャップフォーミングエッジ（１３）から伸びている上記第一の板（７”）の端部が垂直板（９）によって上記頂板（４）とそれぞれ相互接続されて、管を形成し、上記垂直板（９）は上記蒸気ヘッドスペース（５）の上記筒形の壁（１）におけるそれぞれの位置の間を水平方向に広がっていることを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項１１】
請求項１０に記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記蒸気流導路が、略水平の第二の板（７’）を備え、上記第二の板（７’）は、上記第一の板（７”）の鉛直下方向ｈ２の距離に配置され、上記第二の板（７’）と上記壁（１）との間の第二の蒸気流ギャップを与えるために上記壁（１）から離れて配置された第二のギャップフォーミングエッジ（１２）を有することを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項１２】
請求項１１に記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記第一のギャップと上記第二のギャップが、上記軸に対して相互に反対に設置されていることを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項１３】
請求項１０から１２のいずれか１つに記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記蒸気出口（６）が上記軸に対して上記第一のギャップと反対側の上記壁近傍あるいは上記壁内に設置されていることを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項１４】
請求項１０から１３のいずれか１つに記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記蒸気流の流速が、上記第一と第二の板の間における上記導路の部分の上記流速より、上記頂板と上記第一の板との間における上記導路の部分における流速が低くなるよう距離ｈ１は距離ｈ２よりも大きいことを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項１５】
請求項１０から１４のいずれか１つに記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記ガス管（３）の全てが上記第一（７”）及び第二（７’）の板を通って伸びることを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項１６】
請求項１０から１５のいずれか１つに記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記水が冷却状態にあるときの上記水面が上記頂板（４）の鉛直下方向ｈの距離に設置され、
上記距離ｈ１が上記距離ｈの約１５〜２５％、好ましくは１８〜２２％であって、上記距離ｈ２が上記距離ｈの約７〜１３％、好ましくは８〜１２％であることを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【請求項１７】
請求項１０から１６のいずれか１つに記載のガス管蒸気ボイラーにおいて、
上記第一及び第二の板（７”、７’）が上記蒸気ヘッドスペース（５）の断面積よりも小さい面積を有し、
上記第一及び第二のギャップフォーミングエッジ（１３、１２）からそれぞれ伸びている上記第一及び第二の板の端部が垂直板（９）によってそれぞれ相互接続されて、管を形成することを特徴とするガス管蒸気ボイラー。
【国際調査報告】
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2009541705.tif 000014
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