(57)【要約】      （修正有）【課題】内側蒸気管から、高温ガス流路内に配置される外側蒸気管に水蒸気を噴射させ、蒸気の乾燥度を高めるものにおいて、熱交換効率を改善する加熱器を提供する。【解決手段】内側蒸気管５に、前記内側蒸気管の法線方向に対して傾斜するとともに、軸線方向に対しても、上方に向けて鋭角に傾斜するよう噴口１２を穿設し、しかも、外側蒸気管の内壁に、この噴口から噴出される蒸気の旋回方向に沿って延びる旋回バッフルを螺旋状に配設することにより、外側蒸気管の内壁面に粘着する境界層の発生を抑制する。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
湿り蒸気入口管に接続される下部主ヘッダーに複数の下部副ヘッダーを連通するとともに、乾き蒸気出口管に接続される上部主ヘッダーを複数の上部副ヘッダーに連通し、該上部副ヘッダーより高温ガス流路内に先端を閉塞した複数の外側蒸気管を設け、上記下部副ヘッダーに上記外側蒸気管の先端閉塞部を貫通して挿入され且つ先端を閉塞した内側蒸気管を設けて蒸気管を二重構造とし、上記内側蒸気管に外側蒸気管に連通する噴口を穿設した蒸気改質用加熱器において、
前記噴口を、前記内側蒸気管の法線方向に対して傾斜するとともに、軸線方向に対しても、上方に向けて鋭角に傾斜するよう穿設し、しかも、前記外側蒸気管の内壁に、前記噴口から噴出される蒸気の旋回方向に沿って延びる旋回バッフル１１ａを螺旋状に配設した蒸気改質用加熱器。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は湿り飽和蒸気を気水分離並びに加熱して良質の乾き蒸気とする蒸気改質用加熱器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蒸気を産業用熱加工に使用する場合には、蒸気のもつ蒸発の潜熱を有効に活用するため飽和蒸気を使用する場合が多い。
蒸気が凝縮する際に放出する大量の蒸気潜熱を活用しようとする場合は、蒸気中に含まれる水分を極力除いた乾き度の高い蒸気であることが望ましいが、飽和温度をはるかに超える過熱蒸気は潜熱を利用することが困難であるため適当でない。
一方、蒸気ボイラーによって発生する蒸気には水分が含まれており、最近のように高熱燃焼ガスの使用及び熱貫流率の改善等により蒸気発生量を高めたボイラーにあっては、水面のプライミングが激しくなり蒸気と共にキャリオーバーされる水分も多くなる傾向にある。
【０００３】
このため、従来から、蒸気中の水分を除去するために、従来から気水分離器又は減圧弁が使用されてきたが、水分の除去は不充分であった。また、乾き度については、これまで正確な計測が不可能であるところから一般的には９５〜９９％程度と考えられていたが、ボイラーからのキャリオーバー及び配管熱損失による凝縮により実際プロセスにおける使用蒸気の乾き度は調査の結果は配管凝縮を含めてほぼ下記のとおりであった。
炉筒煙管式ボイラー………９３％
水管式ボイラー………９１％
多管式貫流ボイラー………８５％
【０００４】
以上のように、乾き度の低い蒸気を熱加工源として使用した場合には、熱加工源の熱効率が低く生産が上らないトラブル等が生じてくる。このため、既設あるいは新設の飽和蒸気ボイラーの廃ガスを有効利用してボイラーから発生する飽和蒸気中の水分を除去・加熱して乾き度の高い蒸気を発生する装置を提供するため、特許文献１に示されるような蒸気改質用過熱器が提案されている。
【０００５】
この蒸気改質用過熱器、湿り蒸気入口管に接続される下部主ヘッダーに複数の下部副ヘッダーを連通するとともに、乾き蒸気出口管に接続される上部主ヘッダーを複数の上部副ヘッダーに連通し、上部副ヘッダーより高温ガス流路内に先端を閉塞した複数の外側蒸気管を設け、下部副ヘッダーに外側蒸気管の先端閉塞部を貫通して挿入され且つ先端を閉塞した内側蒸気管を設けて蒸気管を二重構造とし、上記内側蒸気管に外側蒸気管に連通する噴口を設けて蒸気改質用加熱器を構成するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実公平６−４１６５号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のものでも、湿り蒸気入口管を経由して下部主ヘッダーに流入した湿り飽和蒸気は複数の下部サブヘッダーに分割され更に複数の内側蒸気管に分割されて内側蒸気管の閉塞された先端に衝突し、キャリオーバーされた水分は落下し、一方、内側蒸気管内の蒸気は管内壁に設けられた噴口を通して外側蒸気管内壁に衝突し外側蒸気管内壁の境界層を除去すると共に加熱されながら上部サブヘッダーに至り主ヘッダーに集約されて乾き蒸気出口管に至るので、噴口を通過する蒸気に含まれて、ごく微量の水分が外側蒸気管に進入したとしても、高温の外側蒸気管に激突することによって熱せられて蒸発し、乾き蒸気出口管に至る蒸気は極めて乾き度が高く、温度は飽和蒸気温度より微かに過熱された温度とすることができる。
しかしながら、考案者は、特に高温ガス流路にさらされる外側蒸気管内壁における蒸気の挙動を詳細に分析した結果、境界層の除去が不十分で、滞留が生じ、熱交換効率を低下させていることが分かった。
そこで、本考案では、外側蒸気管内壁に発生する境界層の除去をさらに高め、内側蒸気管から排出される蒸気が、外側蒸気管内壁に沿って円滑かつ高速に流れ、蒸気改質用加熱器の熱交換効率をさらに向上させること目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本考案では、湿り蒸気入口管に接続される下部主ヘッダーに複数の下部副ヘッダーを連通するとともに、乾き蒸気出口管に接続される上部主ヘッダーを複数の上部副ヘッダーに連通し、該上部副ヘッダーより高温ガス流路内に先端を閉塞した複数の外側蒸気管を設け、上記下部副ヘッダーに上記外側蒸気管の先端閉塞部を貫通して挿入され且つ先端を閉塞した内側蒸気管を設けて蒸気管を二重構造とし、上記内側蒸気管に外側蒸気管に連通する噴口を穿設した蒸気改質用加熱器において、前記噴口を、前記内側蒸気管の法線方向に対して傾斜するとともに、軸線方向に対しても、上方に向けて鋭角に傾斜するよう穿設し、しかも、前記外側蒸気管の内壁に、前記噴口から噴出される蒸気の旋回方向に沿って延びる旋回バッフルを螺旋状に配設した。
【考案の効果】
【０００９】
それにより、内側蒸気管から噴出される蒸気は、斜め上方に向けて旋回するよう変向されて外側蒸気管の内壁に衝突するが、変向された蒸気と同じ方向に螺旋状に延びている旋回バッフルにより整流され、乱流を起こすことなくスムースに流れるので、外側蒸気管の内壁面に粘着する境界層の発生を抑制するとともに、かりに、このような境界層が発生しても、整流された蒸気流によりただちに持ち去られてしまうので、熱交換効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】外側蒸発管及び内側蒸発管の縦断面図
【図２】内側蒸発管の噴口部の断面図（ａ）及噴口部からの上記の流れ示す図（ｂ）
【図３】蒸発管及びヘッダーの正面図
【図４】蒸発管及びヘッダーの側面図
【図５】蒸発管及びヘッダーの平面図
【図６】バッフルプレートの正面図
【図７】蒸気改質用加熱器の外観を示す図
【図８】蒸気改質用加熱器の側面図
【考案を実施するための形態】
【実施例】
【００１１】
本考案の実施例を、図面を参照しつつ説明する。
第３図〜第５図において、湿り蒸気入口管１は下部主ヘッダー２の長手方向の中央部に連通し、下部主ヘッダー２の管内には管内空間を２分するバッフルプレート３が装着され、バッフルプレート３は多数の小孔３ａを有する（第６図参照）。
バッフルプレート３に対して湿り蒸気入口管１の反対側に下部主ヘッダー２に連通する複数の下部副ヘッダー４が連設され、下部副ヘッダー４の上部には複数の内側蒸気管５が配設される。又、乾き蒸気出口管６は上部主ヘッダー７の長手方向の中央部に連通し、中間に安全弁取付用雌ねじ付きの枝管８及び温度取付用の枝管９が設けられる。
【００１２】
上部主ヘッダー７には複数の上部副ヘッダー１０が連設され、上部副ヘッダー１０の下部には複数の外側蒸気管１１が配設され、この外側蒸気管１１は、第１図に示すように、高温燃焼ガスの流路内に突設され、その先端部には先端閉塞部１１ａが設けられている。
一方、下部副ヘッダー４から立設された内側蒸気管５は上記先端閉塞部１１ａを貫通して外側蒸気管１１内に挿入され先端に閉塞部５ａが設けられており、内側蒸気管５の管壁に、後述する複数個の噴口１２が穿設され、内側蒸気管５内部と外側蒸気管１１内とが連通されている。
【００１３】
以上のように構成された蒸気改質用加熱器は複数の副ヘッダー４及び１０によりほぼ四角形の立方体状に形成されるため、第７図及び第８図に示すように、四角形状のケイシング１３にコンパクトにまとめられる。
【００１４】
なお、ボイラーの排ガスは排ガス入口１４より流入し蒸気管５，１１を加熱した後排ガス出口１５より排出される。なお、符号１６は枝管８に螺合される安全弁を示し、符号１７は蒸気改質用加熱器据付用の脚、符号１８は点検、煤掃除用窓の盲蓋である。
【００１５】
次に、以上のように構成された蒸気改質用加熱器の蒸気の流れを説明する。
湿り蒸気入口管１より流入した湿り度の高い蒸気は下部主ヘッダー２内に設けられたバッフルプレート３の小孔３ａを通過するが、このとき蒸気中の水分の大部分はバッフルプレート３に衝突し、第一次の気水分離が行なわれる。
【００１６】
次に、未だ若干の水分を含んだ蒸気は下部主ヘッダー２から複数本の下部副ヘッダー４に分岐して流入し、更に複数の内側蒸気管５に分割されて速度を減速される。
内側蒸気管５内を減速して上昇する蒸気は残存する水分が内側蒸気管５の閉塞部５ａの壁面に激突し壁面に熱せられると共に内側蒸気管５内を落下し気水分離された後、上述の噴口１２から噴出され、外側蒸気管１１の内壁面に衝突して受熱することになる。
【００１７】
ところで、この噴口１２は、図２（ａ）、（ｂ）に示されているように、内側蒸気管５の管体の法線方向に対して傾斜するとともに、軸線方向に対しても、上方に向けて鋭角に傾斜させ、内側蒸気管５から噴出される蒸気を、斜め上方に向けて旋回するよう変向させるとともに、外側蒸気管１１の内壁に、蒸気の旋回方向に延びる旋回バッフル１１ａが螺旋状に設けられている。
【００１８】
したがって、内側蒸気管５から噴出される蒸気は、斜め上方に向けて旋回するよう変向されて外側蒸気管１１の内壁に衝突することになるが、変向された蒸気と同じ方向に螺旋状に延びている旋回バッフル１１ａにより整流され、乱流を起こすことなくスムースに流れ、蒸気管５及び１１の内壁面に粘着する境界層の発生を抑制するとともに、かりにこのような境界層が発生しても、整流された蒸気流により持ち去られてしまうので、熱交換効率を向上させることができる。
【００１９】
なお、噴口１２より噴出する蒸気に微量の水分が混入して外側蒸気管１１の内壁面に叩きつけられた場合、外側蒸気管１１に加熱されて蒸発されたもののみ外側蒸気管１１内を上昇して更に気水分離が行われ上部副ヘッダー１０へ流入する。
【００２０】
このようにして、蒸気中に混在した水分は、減速、衝突、加熱をくり返して受けることにより分離あるいは蒸発が行なわれ、上部主ヘッダー２に集められる蒸気は極めて乾き度の高い蒸気となるので、加熱のみによって乾き度が高くなる過熱蒸気とは異なり、比較的飽和蒸気温度に近いため、高い熱交換率を維持しながら、蒸気潜熱を有効活用する熱エネルギーとして使用することが可能になる。
【符号の説明】
【００２１】
１      湿り蒸気入口管
２      下部主ヘッダー
３      バッフルプレート
４      内側蒸気管
１１    外側蒸気管
１２    噴口
【図１】
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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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【図８】
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