(57)【要約】【課題】加熱対象液体の蒸気の熱分解温度よりも高い温度の加熱用気体を用いる場合でも、過熱されることなく、加熱対象液体の蒸気を効率良く生成し得る貫流ボイラ及びその貫流ボイラの使用方法を提供する。【解決手段】伝熱管群１が、伝熱管２の軸心方向を鉛直方向に沿わせた姿勢で、少なくとも上部ヘッダ３をダクト５から上方に突出させた状態で、ダクト５内に設けられた貫流ボイラであって、伝熱管群１内の加熱対象液体Ｌの液面Ｈの高さである液位を検出する液位検出手段７と、伝熱管群１内の加熱対象液体Ｌの液位を調整可能な液位調整手段Ｓと、液位検出手段７にて検出される液位が伝熱管群１におけるダクト５から上方に突出している部分の内部になるように、液位調整手段Ｓの作動を制御する制御手段８とが設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の伝熱管夫々の上端部が上部ヘッダに、下端部が下部ヘッダに夫々連通接続されて構成されて、前記下部ヘッダから加熱対象液体が供給される伝熱管群と、
前記複数の伝熱管を通流する加熱対象液体を加熱する加熱用気体を通流させるダクトとを備え、
前記伝熱管群が、前記伝熱管の軸心方向を鉛直方向に沿わせた姿勢で、少なくとも前記上部ヘッダを前記ダクトから上方に突出させた状態で、前記ダクト内に設けられた貫流ボイラであって、
前記伝熱管群内の加熱対象液体の液面の高さである液位を検出する液位検出手段と、
前記伝熱管群内の加熱対象液体の液位を調整可能な液位調整手段と、
前記液位検出手段にて検出される液位が前記伝熱管群における前記ダクトから上方に突出している部分の内部になるように、前記液位調整手段の作動を制御する制御手段とが設けられている貫流ボイラ。
【請求項２】
前記伝熱管群が、前記複数の伝熱管夫々における上端側の部分を前記ダクトから上方に突出させた状態で、前記ダクト内に設けられ、
前記制御手段が、前記液位検出手段にて検出される液位が前記複数の伝熱管夫々における前記ダクトから上方に突出している部分の内部になるように、前記液位調整手段の作動を制御するように構成されている請求項１に記載の貫流ボイラ。
【請求項３】
前記ダクトが、加熱用気体を水平方向に沿わせて通流させるように設けられ、
前記液位検出手段が、前記伝熱管群の前記複数の伝熱管のうちで、前記ダクト内における加熱用気体通流方向において上流側に位置する前記伝熱管の液位を検出するように設けられている請求項２に記載の貫流ボイラ。
【請求項４】
複数の前記伝熱管群が、平面視において、夫々の伝熱管並び方向を前記加熱用気体通流方向に交差する方向に沿わせた姿勢で、前記加熱用気体通流方向に沿って並べて設けられ、
前記液位検出手段が、前記複数の伝熱管群のうちで、前記加熱用気体通流方向において最上流に位置する前記伝熱管群における一部の前記伝熱管の液位を検出するように設けられている請求項３に記載の貫流ボイラ。
【請求項５】
前記下部ヘッダへの加熱対象液体の供給量を調整可能な給液量調整手段が設けられ、
前記液位調整手段が、前記給液量調整手段にて構成されて、当該給液量調整手段により加熱対象液体の供給量を調整することにより、前記伝熱管群内の加熱対象液体の液位を調整可能に構成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の貫流ボイラ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の貫流ボイラの使用方法であって、
蒸気が熱分解温度以上の加熱により熱分解される液体を加熱対象液体とし、
前記熱分解温度以上の加熱用気体を使用して、前記伝熱管群における前記ダクトから上方に突出している部分の内部の温度を前記熱分解温度よりも低く維持して、加熱対象液体の蒸気を得る貫流ボイラの使用方法。
【請求項７】
前記伝熱管群における前記ダクトから上方に突出している部分の内部の温度を、加熱対象液体における０．１ＭＰａでの沸点以上で且つ前記熱分解温度よりも低く維持して、加熱対象液体の蒸気を得る請求項６に記載の貫流ボイラの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の伝熱管夫々の上端部が上部ヘッダに、下端部が下部ヘッダに夫々連通接続されて構成されて、前記下部ヘッダから加熱対象液体が供給される伝熱管群と、前記複数の伝熱管を通流する加熱対象液体を加熱する加熱用気体を通流させるダクトとを備え、前記伝熱管群が、前記伝熱管の軸心方向を鉛直方向に沿わせた姿勢で、少なくとも前記上部ヘッダを前記ダクトから上方に突出させた状態で、前記ダクト内に設けられた貫流ボイラ、及び、その貫流ボイラの使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる貫流ボイラは、加熱用気体と加熱対象液体とを熱交換させて加熱対象液体を蒸発させることにより、加熱対象液体の蒸気を得るものであり、得られた加熱対象液体の蒸気は、例えば、発電機を駆動するタービンの駆動用として用いられる。
このような貫流ボイラは、複数の伝熱管夫々の上端部が上部ヘッダに、下端部が下部ヘッダに夫々連通接続されて構成されて、下部ヘッダから加熱対象液体が供給される伝熱管群と、複数の伝熱管を通流する加熱対象液体を加熱する加熱用気体を通流させるダクトとを備えて構成されている（例えば、特許文献１参照。）。ちなみに、この特許文献１の貫流ボイラでは、加熱対象液体として水が用いられている。
そして、上記特許文献１には明確に記載されていないが、伝熱管群が、伝熱管の軸心方向を鉛直方向に沿わせた姿勢で、少なくとも上部ヘッダをダクトから上方に突出させた状態で、ダクト内に設けられている。
【０００３】
このような貫流ボイラにおいて、従来では、伝熱管群内の加熱対象液体の液面の高さである液位を所定の高さに調整する制御構成は設けられておらず、伝熱管群内の加熱対象液体の液位は成り行きとなっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３０３７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような貫流ボイラは、蒸気が熱分解温度以上の加熱により熱分解される液体を加熱対象液体として用いて使用される場合がある。このような加熱対象液体の具体例としては、例えば、シリコンオイル類やフロン類の有機液体が挙げられる。ちなみに、シリコンオイル類の有機液体の具体例としては、オクタメチルトリシロキサンやヘキサメチルジシロキサン等が挙げられ、フロン類等の有機液体の具体例としては、ヒドロフルオロカーボン２４５ａやヒドロフルオロエーテル等が挙げられる。
一方、加熱対象液体の蒸気の生成効率を向上するために、加熱用気体としては、より温度が高いものが用いられ、例えば、加熱対象液体の蒸気の熱分解温度よりも高い温度の加熱用気体が用いられる場合もある。
【０００６】
しかしながら、従来の貫流ボイラは、伝熱管群内の加熱対象液体の液位が成り行きとなる状態で使用されるので、加熱対象液体として、蒸気が熱分解温度以上の加熱により熱分解される液体が用いられ、加熱用気体として、加熱対象液体の蒸気の熱分解温度よりも高い温度の気体が用いられると、以下のような問題が起こる虞があった。
即ち、伝熱管群におけるダクト内に位置する部分（例えば、伝熱管）の内部にも加熱対象液体の蒸気が存在する場合があるが、そのような場合は、伝熱管群におけるダクト内に位置する部分の内部に存在する蒸気がダクト内を通流する加熱用気体により熱分解温度以上に過熱されることになるので、その加熱対象液体の蒸気が熱分解して変質するという問題が起こる虞があった。
【０００７】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、加熱対象液体の蒸気の熱分解温度よりも高い温度の加熱用気体を用いる場合でも、過熱されることなく、加熱対象液体の蒸気を効率良く生成し得る貫流ボイラ及びその貫流ボイラの使用方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る貫流ボイラは、複数の伝熱管夫々の上端部が上部ヘッダに、下端部が下部ヘッダに夫々連通接続されて構成されて、前記下部ヘッダから加熱対象液体が供給される伝熱管群と、前記複数の伝熱管を通流する加熱対象液体を加熱する加熱用気体を通流させるダクトとを備え、前記伝熱管群が、前記伝熱管の軸心方向を鉛直方向に沿わせた姿勢で、少なくとも前記上部ヘッダを前記ダクトから上方に突出させた状態で、前記ダクト内に設けられたものであって、
その特徴構成は、前記伝熱管群内の加熱対象液体の液面の高さである液位を検出する液位検出手段と、
前記伝熱管群内の加熱対象液体の液位を調整可能な液位調整手段と、
前記液位検出手段にて検出される液位が前記伝熱管群における前記ダクトから上方に突出している部分の内部になるように、前記液位調整手段の作動を制御する制御手段とが設けられている点にある。
【０００９】
上記特徴構成によれば、液位検出手段にて検出される液位が伝熱管群におけるダクトから上方に突出している部分の内部になるように、液位調整手段の作動が制御される。
このことにより、加熱用気体として、加熱対象液体の蒸気の熱分解温度よりも高い温度の気体を用いた場合でも、伝熱管群におけるダクトから上方に突出している部分の内部の加熱対象液体の蒸気は、加熱用気体により加熱されることがなく、しかも、蒸発潜熱により温度が低下するので、加熱対象液体の蒸気の温度をその熱分解温度よりも低い温度に維持することが可能となる。
従って、加熱対象液体の蒸気の熱分解温度よりも高い温度の加熱用気体を用いる場合でも、過熱されることなく、加熱対象液体の蒸気を効率良く生成し得る貫流ボイラを提供することができるようになった。
【００１０】
本発明に係る貫流ボイラの更なる特徴構成は、前記伝熱管群が、前記複数の伝熱管夫々における上端側の部分を前記ダクトから上方に突出させた状態で、前記ダクト内に設けられ、
前記制御手段が、前記液位検出手段にて検出される液位が前記複数の伝熱管夫々における前記ダクトから上方に突出している部分の内部になるように、前記液位調整手段の作動を制御するように構成されている点にある。
【００１１】
上記特徴構成によれば、伝熱管群を構成する複数の伝熱管夫々における上端側の部分が、ダクトから上方に突出した状態であり、液位検出手段にて検出される液位が複数の伝熱管夫々におけるダクトから上方に突出している部分の内部になるように、液位調整手段の作動が制御される。
つまり、複数の伝熱管夫々におけるダクトから上方に突出している部分の外周部がダクト外部の雰囲気に曝されていて、その部分の内部に存在する加熱対象液体やその加熱対象液体の蒸気が冷却され易いので、加熱対象液体の蒸気の温度を的確にその熱分解温度よりも低く維持することが可能となる。
従って、加熱対象液体の蒸気の熱分解温度よりも高い温度の加熱用気体を用いる場合でも、過熱を十分に防止して、加熱対象液体の蒸気を生成することができる。
【００１２】
本発明に係る貫流ボイラの更なる特徴構成は、前記ダクトが、加熱用気体を水平方向に沿わせて通流させるように設けられ、
前記液位検出手段が、前記伝熱管群の前記複数の伝熱管のうちで、前記ダクト内における加熱用気体通流方向において上流側に位置する前記伝熱管の液位を検出するように設けられている点にある。
【００１３】
上記特徴構成によれば、ダクト内を水平方向に沿って通流する加熱用気体により、ダクト内に並ぶ伝熱管群の複数の伝熱管が加熱用気体通流方向上流側のものから順に加熱され、液位検出手段により、それら複数の伝熱管のうちで、加熱用気体通流方向において上流側に位置する伝熱管の液位が検出される。
つまり、ダクト内に並ぶ伝熱管群の複数の伝熱管のうちで、加熱用気体通流方向において上流側に位置するものほど高温に加熱されて蒸発量が多いので、それら複数の伝熱管のうちで加熱用気体通流方向において上流側に位置するものほど、加熱対象液体の液位が低くなり易い。
そこで、液位検出手段を設けるに、複数の伝熱管のうちで、加熱用気体通流方向において上流側に位置する伝熱管の液位を検出するように設けて、そのように設けた液位検出手段の検出情報に基づいて液位調整手段の作動を制御することにより、ダクト内に設けられた全ての伝熱管について、加熱対象液体の液位が各伝熱管におけるダクトから上方に突出している部分の内部に維持されるようにすることが可能となる。
従って、液位検出手段の設置数を少なくして、貫流ボイラの低廉化を図ることができる。
【００１４】
本発明に係る貫流ボイラの更なる特徴構成は、複数の前記伝熱管群が、平面視において、夫々の伝熱管並び方向を前記加熱用気体通流方向に交差する方向に沿わせた姿勢で、前記加熱用気体通流方向に沿って並べて設けられ、
前記液位検出手段が、前記複数の伝熱管群のうちで、前記加熱用気体通流方向において最上流に位置する前記伝熱管群における一部の前記伝熱管の液位を検出するように設けられている点にある。
【００１５】
上記特徴構成によれば、ダクト内に、多数の伝熱管が加熱用気体通流方向及びその加熱用気体通流方向に交差する両方向に並べて設けられているので、それら多数の伝熱管により、加熱対象液体の蒸気が効率良く生成される。
そして、液位検出手段により、複数の伝熱管群のうちで、加熱用気体通流方向において最上流に位置する伝熱管群における一部の伝熱管の液位が検出される。
【００１６】
つまり、ダクト内に並ぶ複数の伝熱管群のうちで、加熱用気体通流方向において最上流に位置するものが最も高温に加熱されて蒸発量が多いので、それら複数の伝熱管群のうちで加熱用気体通流方向において最上流の伝熱管群の複数の伝熱管夫々の加熱対象液体の液位が最も低くなり易い。尚、各伝熱管群の複数の伝熱管は、加熱用気体通流方向に交差する方向に並んでいるため、各伝熱管群の複数の伝熱管については、加熱用気体による加熱量の差が小さいので、夫々の加熱対象液体の液位は、互いに同等となる。
そこで、液位検出手段を設けるに、複数の伝熱管群のうちで、加熱用気体通流方向において最上流に位置する伝熱管群における一部の伝熱管の液位を検出するように設けて、そのように設けた液位検出手段の検出情報に基づいて液位調整手段の作動を制御することにより、ダクト内に設けられた多数の伝熱管全てについて、加熱対象液体の液位が各伝熱管におけるダクトから上方に突出している部分の内部に維持されるようにすることが可能となる。
従って、伝熱管を多数設けて加熱対象液体の蒸気の生成能力を向上しながらも、液位検出手段の設置数を少なくして、貫流ボイラの低廉化を図ることができる。
【００１７】
本発明に係る貫流ボイラの更なる特徴構成は、前記下部ヘッダへの加熱対象液体の供給量を調整可能な給液量調整手段が設けられ、
前記液位調整手段が、前記給液量調整手段にて構成されて、当該給液量調整手段により加熱対象液体の供給量を調整することにより、前記伝熱管群内の加熱対象液体の液位を調整可能に構成されている点にある。
【００１８】
上記特徴構成によれば、液位検出手段にて検出される液位が伝熱管群におけるダクトから上方に突出している部分の内部になるように、給液量調整手段により、下部ヘッダへの加熱対象液体の供給量が調整される。
つまり、伝熱管群内の加熱対象液体の液位を調整するに当たって、下部ヘッダへの加熱対象液体の供給量を調整するようにすると、液位調整の応答性が良くなるので、加熱対象液体の液位をその加熱対象液体の蒸気の過熱を的確に防止可能な液位に精度良く調整することができる。
従って、加熱対象液体の蒸気の熱分解温度よりも高い温度の加熱用気体を用いる場合でも、的確に過熱を防止して、加熱対象液体の蒸気を生成することができる。
【００１９】
本発明に係る貫流ボイラの使用方法は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の貫流ボイラの使用方法であって、
その特徴構成は、蒸気が熱分解温度以上の加熱により熱分解される液体を加熱対象液体とし、
前記熱分解温度以上の加熱用気体を使用して、前記伝熱管群における前記ダクトから上方に突出している部分の内部の温度を前記熱分解温度よりも低く維持して、加熱対象液体の蒸気を得る点にある。
【００２０】
上記特徴構成によれば、加熱対象液体の蒸気の熱分解温度以上の加熱用気体を使用して、加熱対象液体の液位を伝熱管群におけるダクトから上方に突出している部分の内部に維持しながら、当該部分の内部の温度を熱分解温度よりも低く維持して、加熱対象液体の蒸気を生成するので、その加熱対象液体の蒸気を過熱を防止しながら効率良く得ることができる。
ちなみに、伝熱管群の内部の気相部分の圧力を、加熱対象液体の蒸気の熱分解温度よりも低い温度に対応する加熱対象液体の飽和蒸気圧に維持することにより、伝熱管群におけるダクトから上方に突出している部分の内部の温度を、加熱対象液体の蒸気の熱分解温度よりも低く維持することができる。
従って、加熱対象液体の蒸気の熱分解温度よりも高い温度の加熱用気体を用いる場合でも、過熱されることなく、加熱対象液体の蒸気を効率良く生成し得る貫流ボイラの使用方法を提供することができるようになった。
【００２１】
本発明に係る貫流ボイラの使用方法の更なる特徴構成は、前記伝熱管群における前記ダクトから上方に突出している部分の内部の温度を、加熱対象液体における０．１ＭＰａでの沸点以上で且つ前記熱分解温度よりも低く維持して、加熱対象液体の蒸気を得る点にある。
【００２２】
上記特徴構成によれば、伝熱管群におけるダクトから上方に突出している部分の内部の温度を、加熱対象液体における０．１ＭＰａでの沸点以上で且つ熱分解温度よりも低く維持することにより、伝熱管群におけるダクトから上方に突出している部分の内部での加熱対象液体の蒸発を促進させることができて、加熱対象液体の蒸気を過熱を防止しながら一層効率良く得ることができる。
ちなみに、伝熱管群の内部の気相部分の圧力を、加熱対象液体の沸点（０．１ＭＰａでの沸点）以上で且つ熱分解温度よりも低い範囲内の温度に対応する加熱対象液体の飽和蒸気圧に維持することにより、伝熱管群におけるダクトから上方に突出している部分の内部の温度を、加熱対象液体の沸点（０．１ＭＰａでの沸点）以上で且つ熱分解温度よりも低く維持することができる。
従って、加熱対象液体の蒸気の熱分解温度よりも高い温度の加熱用気体を用いる場合でも、過熱を防止しながら、加熱対象液体の蒸気を効率良く生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】貫流ボイラの縦断正面図
【図２】貫流ボイラの縦断側面図
【図３】貫流ボイラのダクトを省略した状態での斜視図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図３に示すように、貫流ボイラは、複数の伝熱管２夫々の上端部が上部ヘッダ３に、下端部が下部ヘッダ４に夫々連通接続されて構成されて、下部ヘッダ４から加熱対象液体Ｌが供給される伝熱管群１と、複数の伝熱管２を通流する加熱対象液体Ｌを加熱する加熱用気体Ｅを通流させるダクト５と、上部ヘッダ３から加熱対象液体Ｌの蒸気Ｌｂが送出される気液分離器６等を備えて構成されている。
そして、伝熱管群１が、伝熱管２の軸心方向を鉛直方向に沿わせた姿勢で、少なくとも上部ヘッダ３をダクト５から上方に突出させ且つ少なくとも下部ヘッダ４をダクト５から下方に突出させた状態で、ダクト５内に設けられている。
【００２５】
この実施形態では、加熱対象液体Ｌとしてシリコンオイル（有機液体の一例）が用いられ、加熱用気体Ｅとしてガスエンジンやガスタービンから排出される排ガスが用いられ、有機液体と排ガスとを熱交換させて有機液体を蒸発させることにより、有機液体の蒸気を得るように構成されている。
ちなみに、加熱対象液体Ｌとして用いられるシリコンオイルの蒸気の熱分解開始温度は、３５０℃程度であり、加熱用気体Ｅとして用いられる排ガスの温度は、シリコンオイルの蒸気の熱分解開始温度よりも高い温度、例えば、３８０℃程度である。
【００２６】
そして、この貫流ボイラは、有機ランキンサイクルシステムにおいて用いられ、この貫流ボイラにて生成された有機液体の蒸気が、発電機駆動用のタービンを駆動する作動流体として用いられる。尚、有機ランキンサイクルシステムは公知であるので、その説明及び図示を省略する。
【００２７】
図１〜図３に示すように、本発明では、伝熱管群１内の加熱対象液体Ｌの液面Ｈの高さである液位を検出する液位検出手段としての液位センサ７と、伝熱管群１内の加熱対象液体Ｌの液位を調整可能な液位調整手段Ｓと、液位センサ７にて検出される液位が伝熱管群１におけるダクト５から上方に突出している部分の内部になるように、液位調整手段Ｓの作動を制御する制御手段としての制御部８が設けられている。
又、この実施形態では、伝熱管群１内の気相部分の圧力を所望の設定圧力に設定可能な圧力調整手段Ｒが設けられている。
【００２８】
次に、貫流ボイラの各部について説明を加える。
図１〜図３に示すように、伝熱管群１を構成する複数の伝熱管２の夫々は、横断面形状が円形の管体にて構成され、上部ヘッダ３及び下部ヘッダ４夫々は、横断面形状が円形で、両端が閉塞された管体にて構成されている。尚、伝熱管群１を構成する複数の伝熱管２夫々の径、長さは同一である。
そして、伝熱管群１は、図１及び図２に示すように、複数（この実施形態では６本）の伝熱管２を夫々の軸心を鉛直方向に沿わせて直線状に一列に並べた状態で、夫々の上端部が軸心を複数の伝熱管２の並び方向（以下、伝熱管並び方向と記載する場合がある）に沿わせた姿勢の上部ヘッダ３に、下端部が軸心を伝熱管並び方向に沿わせた姿勢の下部ヘッダ４に夫々連通接続されて構成されている。
ダクト５は、横断面形状が矩形状の四角筒状に構成され、その四角筒状のダクト５がその軸心を水平方向に沿わせた姿勢で設けられて、ダクト５内を水平方向に沿わせて加熱用気体Ｅを通流させるように構成されている。
【００２９】
そして、図１及び図２に示すように、複数（この実施形態では６基）の伝熱管群１が、平面視において、夫々の伝熱管並び方向をダクト５内における加熱用気体Ｅの通流方向（以下、加熱用気体通流方向と記載する場合がある）に直交する方向に沿わせた姿勢で、加熱用気体通流方向に沿って並べて設けられている。尚、複数の伝熱管群１の間で、上部ヘッダ３の径及び長さは同一であり、下部ヘッダ４の径及び長さも同一である。従って、この実施形態では、伝熱管２は、加熱用気体通流方向及びその加熱用気体通流方向に直交する方向の夫々に６本配列されて、合計３６本（６本×６本）設けられている。
このように複数の伝熱管群１が設けられるに当たっては、各伝熱管群１の複数の伝熱管２夫々における上端側の部分をダクト５から上方に突出させ、且つ、各伝熱管群１の複数の伝熱管２夫々における下端側の部分をダクト５から下方に突出させた状態で、ダクト５内に設けられている。つまり、複数の伝熱管群１夫々の上部ヘッダ３が、ダクト５の外部上方に設けられ、下部ヘッダ４が、ダクト５の外部下方に設けられている。
【００３０】
図１〜図３に示すように、複数の伝熱管群１夫々の下部ヘッダ４における一端部に給液管９が連通接続され、それら複数の給液管９が、軸心をダクト５内の加熱用気体通流方向に沿わせた姿勢の給液ヘッダ１０の周壁部に連通接続されている。
給液ヘッダ１０において、ダクト５内の加熱用気体通流方向下流側の端部は閉塞され、加熱用気体通流方向上流側の端部に、給液ポンプ１１にて加熱対象液体Ｌが供給される給液路１２が連通接続され、その給液路１２には、加熱対象液体Ｌの供給量を調整する給液量調整弁１３が介装されている。
つまり、給液量調整弁１３が、下部ヘッダ４への加熱対象液体Ｌの供給量を調整可能な給液量調整手段に相当し、この実施形態では、液位調整手段Ｓが、給液量調整弁１３にて構成されて、当該給液量調整弁１３により加熱対象液体Ｌの供給量を調整することにより、伝熱管群１内の加熱対象液体Ｌの液位を調整可能に構成されている。
【００３１】
複数の伝熱管群１夫々の上部ヘッダ３における周壁部に送気管１４が上方に延びる姿勢で連通接続され、それら複数の送気管１４が、軸心をダクト５内の加熱用気体通流方向に沿わせた姿勢の送気ヘッダ１５の周壁部に連通接続されている。
気液分離器６は、横断面形状が円形で、両端が閉塞された円筒状に構成され、その円筒状の気液分離器６が、図示しない支持具により、軸心を鉛直方向に沿わせた立ち姿勢で支持されている。
送気ヘッダ１５において、ダクト５内の加熱用気体通流方向上流側の端部は閉塞され、加熱用気体通流方向下流側の端部が、立ち姿勢の気液分離器６の周壁部における軸心方向の略中央部に連通接続されている。
【００３２】
気液分離器６の上端部には、送気路１６が連通接続され、その送気路１６には、圧力調整弁１７が介装されている。この圧力調整弁１７は、一次側の圧力を設定圧力に調整可能で、しかも、その設定圧力を手動操作で変更設定自在である。ちなみに、この圧力調整弁１７は、設定圧力変更のための弁の開度調整を調整バネの伸縮により行う型式のもの、弁の開度調整を気体の圧力で行う型式のもの等から、公知のものが用いられるので、詳細な説明及び図示を省略する。
そして、この圧力調整弁１７により、気液分離器６、それに一連に連なる送気ヘッダ１５、各送気管１４、上部ヘッダ３及び各伝熱管２の上部の気相部分の圧力を所望の設定圧力に調整可能である。つまり、圧力調整手段Ｒがこの圧力調整弁１７により構成されて、伝熱管群１内の気相部分の圧力を所望の設定圧力に設定可能で、しかも、その設定圧力を人為操作により変更設定自在に構成されていることになる。
【００３３】
又、気液分離器６の下端部が、液戻し路１８を介して給液ヘッダ１０に接続され、気液分離器６にて分離された液分が液戻し路１８を通して給液ヘッダ１０に戻されて、再び、各伝熱管２に供給されるように構成されている。
【００３４】
更に、複数の伝熱管群１夫々の上部ヘッダ３における一端部に連通管１９が連通接続され、それら複数の連通管１９が、軸心をダクト５内の加熱用気体通流方向に沿わせた姿勢の連通ヘッダ２０の周壁部に連通接続されている。
【００３５】
液位センサ７は、電極棒７ｒを備えた電極式に構成されている。電極棒７ｒは、上部ヘッダ３を上方から貫通する状態で伝熱管２内に略同心状に挿通され、伝熱管２と電極棒７ｒとの間の静電容量に基づいて、伝熱管２内の加熱対象液体Ｌの液位を検出する構成となっている。
そして、この電極棒７ｒが、複数の伝熱管群１のうちで、ダクト５内の加熱用気体通流方向において最上流に位置する伝熱管群１における伝熱管並び方向の両端夫々から２本目の伝熱管２夫々に対して設けられて、それら２本の伝熱管２内の加熱対象液体Ｌの液位を検出するように構成されている。
【００３６】
つまり、この実施形態では、液位センサ７が、伝熱管１群の複数の伝熱管２のうちで、ダクト５内における加熱用気体通流方向において上流側に位置する伝熱管２の液位を検出するように設けられていることになる。
更に、複数の伝熱管群１が、平面視において、夫々の伝熱管並び方向を加熱用気体通流方向に交差する方向に沿わせた姿勢で、加熱用気体通流方向に沿って並べて設けられ、液位センサ７が、複数の伝熱管群１のうちで、加熱用気体通流方向において最上流に位置する伝熱管群１における一部の伝熱管２の液位を検出するように設けられている。
【００３７】
次に、上述のように構成された貫流ボイラの作動形態について説明する。
給液ポンプ１１を作動させて複数の伝熱管群１夫々の複数の伝熱管２に加熱対象液体Ｌを供給すると共に、ダクト５内に加熱用気体Ｅを通流させる。すると、各伝熱管２内の加熱対象液体Ｌが加熱用気体Ｅにより加熱されて蒸発し、その加熱対象液体Ｌの蒸気Ｌｂが各伝熱管２の上部に連通接続された送気管１４を通って送気ヘッダ１５に合流して、その送気ヘッダ１５を通流して気液分離器６に流入する。そして、その気液分離器６で液分が分離された加熱対象液体Ｌの蒸気Ｌｂが送気路１６を通して、発電機（図示省略）を駆動するタービン（図示省略）等の蒸気供給先に供給され、気液分離器６で分離された液分は、液戻し路１８を通して給液ヘッダ１０に戻される。
【００３８】
このように貫流ボイラが作動している状態では、気液分離器６、送気ヘッダ１５、各送気管１４、上部ヘッダ３及び各伝熱管２の上部の気相部分にわたって一連に連なる気相部分の圧力は、圧力調整弁１７により設定圧力に調整される。
【００３９】
ところで、ダクト５内には加熱用気体通流方向に沿って複数の伝熱管２が並んでいるため、加熱用気体Ｅは加熱用気体通流方向上流側の伝熱管群１の伝熱管２から順に加熱するので、加熱用気体Ｅの温度は加熱用気体通流方向下流側ほど低くなる。つまり、同じ伝熱管群１の複数の伝熱管２では加熱用気体Ｅによる加熱量は略同じであるが、加熱用気体通流方向下流側の伝熱管群１の伝熱管２ほど加熱用気体Ｅによる加熱量が少なくなる。そのため、同じ伝熱管群１の複数の伝熱管２では、発生する加熱対象液体Ｌの蒸気量は略同じであるが、加熱用気体通流方向下流側の伝熱管群１の伝熱管２ほど発生する加熱対象液体Ｌの蒸気量が少なくなる傾向、換言すれば、加熱用気体通流方向上流側の伝熱管群１の伝熱管２ほど発生する加熱対象液体Ｌの蒸気量が多くなる傾向となる
従って、加熱対象液体Ｌの蒸気Ｌｂが上部ヘッダ３を通って送気管１４を通流する際の圧損により、加熱用気体通流方向上流側の伝熱管群１ほど、上部ヘッダ３の内部の圧力が高くなる傾向となるので、加熱用気体通流方向上流側の伝熱管群１ほど、複数の伝熱管２夫々の内部の圧力が高くなって、加熱対象液体Ｌの液位が低くなる傾向となる。
【００４０】
ここで、加熱用気体通流方向に並ぶ複数の伝熱管群１夫々の上部ヘッダ３は、連通管１９を介して連通ヘッダ２０に連通接続されているので、加熱用気体通流方向に並ぶ複数の上部ヘッダ３の圧力差、及び、加熱用気体通流方向に並ぶ複数の伝熱管２の気相部分の圧力差が低減されることになる。従って、加熱用気体通流方向及びその加熱用気体通流方向に直交する方向の夫々に複数列に並ぶ全ての伝熱管２の間で、加熱対象液体Ｌの液位の高低差を小さくすることができる。
【００４１】
次に、制御部８の制御動作について説明する。
予め、伝熱管２内の加熱対象液体Ｌの液位を調整するための目標液位が、伝熱管２におけるダクト５から上方に突出している部分の内部に位置する条件で、所定の高さに設定されている。
又、圧力調整弁１７により調整する一次側（即ち、気液分離器６、送気ヘッダ１５、各送気管１４、上部ヘッダ３及び各伝熱管２の上部の気相部分にわたって一連に連なる気相部分）の設定圧力は、加熱対象液体Ｌの沸点（０．１ＭＰａでの沸点）より高く且つ加熱対象液体Ｌの蒸気Ｌｂの熱分解温度よりも低い所定の温度に対応する加熱対象液体Ｌの飽和蒸気圧に設定する。例えば、加熱対象液体Ｌとして、シリコンオイルの一例であるオクタメチルトリシロキサンを用いる場合、オクタメチルトリシロキサンの沸点は、１５０〜１５３℃程度であり、オクタメチルトリシロキサンの蒸気の熱分解開始温度は、３５０℃程度であるので、設定圧力としては、３５０℃よりも低く、１５０〜１５３℃よりも高い温度、例えば２５０℃に対応するオクタメチルトリシロキサンの飽和蒸気圧である０．７５〜０．８ＭＰａ程度に設定する。
【００４２】
制御部８は、操作部（図示省略）から運転開始が指令されると、先ず、給液ポンプ１１を作動させて、２個の液位センサ７夫々により検出される液位のうち低い方の液位が目標液位になると、給液ポンプ１１を停止させると共に、ダクト５への加熱用気体Ｅの通流を断続するダンパ（図示省略）を開く。
以降、制御部８は、２個の液位センサ７夫々により検出される液位のうち低い方の液位が目標液位になるように、加熱対象液体Ｌの供給量を調整すべく、給液量調整弁１３の開度を調整する。具体的には、目標液位よりも低い下限液位、及び、目標液位よりも高い上限液位が設定されている。そして、液位センサ７により検出される液位が下限液位以下になると、液位センサ７により検出される液位が目標液位になるように、加熱対象液体Ｌの供給量を増大調整すべく給液量調整弁１３の開度を大きくし、逆に、液位センサ７により検出される液位が上限液位以上になると、液位センサ７により検出される液位が目標液位になるように、加熱対象液体Ｌの供給量を減少調整すべく給液量調整弁１３の開度を小さくする。
【００４３】
つまり、この実施形態では、制御部８が、液位センサ７にて検出される液位が複数の伝熱管２夫々におけるダクト５から上方に突出している部分の内部になるように、給液量調整弁１３の作動を制御するように構成されていることになる。
【００４４】
複数の伝熱管群１のうちで、ダクト５内の加熱用気体通流方向において最上流の伝熱管群１の複数の伝熱管２は、加熱用気体通流方向に直交する方向に並んでいて、それら複数の伝熱管２の間では加熱用気体Ｅによる加熱量は略同じであるので、それら複数の伝熱管２の間で、加熱対象液体Ｌの液位は略同じである。従って、２個の液位センサ７夫々により検出される液位は、略同じである。
又、上述したように、複数の伝熱管群１夫々の上部ヘッダ３は、連通管１９を介して連通ヘッダ２０に連通接続されていることにより、加熱用気体通流方向及びその加熱用気体通流方向に直交する方向の夫々に複数列に並ぶ全ての伝熱管２の間で、加熱対象液体Ｌの液位は略同一となる。
【００４５】
従って、ダクト５内の加熱用気体通流方向に沿って並ぶ複数の伝熱管群１うちで、加熱用気体通流方向最上流の伝熱管群１における一部の伝熱管２の液位を検出して、その検出液位のうちの低い方の液位が目標液位になるように、加熱対象液体Ｌの供給量を調整するだけで、加熱用気体通流方向及びその加熱用気体通流方向に直交する方向の夫々に複数列に並ぶ全ての伝熱管２内における加熱対象液体Ｌの液位を、的確に各伝熱管２におけるダクト５から上方に突出している部分の内部に維持することができる。
このことにより、全ての伝熱管２夫々におけるダクト５から上方に突出している部分の外周部が外部雰囲気に曝されていて、その部分の内部に存在する加熱対象液体Ｌやその加熱対象液体Ｌの蒸気Ｌｂが冷却され易いので、加熱対象液体Ｌの蒸気Ｌｂの熱分解温度よりも高い温度の加熱用気体Ｅを用いる場合でも、加熱対象液体Ｌの蒸気Ｌｂの温度をその熱分解温度よりも十分低い温度に維持することが可能となる。
【００４６】
しかも、加熱用気体Ｅをダクト５に供給し始めて、複数の伝熱管群１夫々の複数の伝熱管２の加熱を開始するときから、各伝熱管２内の加熱対象液体Ｌの液位が、各伝熱管２におけるダクト５から上方に突出している部分の内部に維持されているので、各伝熱管２内の加熱対象液体Ｌが昇温される間に、加熱対象液体Ｌの蒸気Ｌｂが熱分解温度よりも高い温度に過熱されるのを防止することができる。
【００４７】
しかも、本発明では、蒸気Ｌｂが熱分解温度以上の加熱により熱分解される液体を加熱対象液体Ｌとし、熱分解温度以上の加熱用気体Ｅを使用して、伝熱管群１におけるダクト５から上方に突出している部分の内部の温度を熱分解温度よりも低く維持して、加熱対象液体Ｌの蒸気Ｌｂを得る使用方法にて、貫流ボイラを使用する。
又、この実施形態では、伝熱管群１におけるダクト５から上方に突出している部分の内部の温度を、加熱対象液体Ｌの沸点（０．１ＭＰａでの沸点）以上で且つ熱分解温度よりも低く維持して、加熱対象液Ｌの蒸気Ｌｂを得る使用方法にて、貫流ボイラを使用する。
【００４８】
つまり、加熱対象液体Ｌの蒸気Ｌｂの熱分解温度よりも高い温度の加熱用気体Ｅを使用して、加熱対象液体Ｌの液位を、伝熱管群１におけるダクト５から上方に突出している部分の内部に維持すると共に、当該部分の内部の温度を加熱対象液体Ｌの沸点（０．１ＭＰａでの沸点）以上で且つ熱分解温度よりも低く維持して、加熱対象液体Ｌの蒸気Ｌｂを生成することになる。従って、加熱対象液体Ｌの蒸気Ｌｂを、過熱を防止しながら効率良く生成することができる。
【００４９】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ）  ダクト５内に伝熱管群１を設けるに当たって、その配置形態は、上記の実施形態において例示した形態、即ち、伝熱管群１の複数の伝熱管２夫々における上端側の部分をダクト５から上方に突出させた状態で設ける形態に限定されるものではない。
例えば、伝熱管群１の複数の伝熱管２夫々の上端をダクト５の上面に略一致させることにより、伝熱管２夫々はダクト５から上方に突出させずに、上部ヘッダ３の全体をダクト５から上方に突出させる形態でも良い。この場合は、目標液位を上部ヘッダ３における上下方向の中間部（例えば中央部）の位置する条件で設定して、液位センサ７により検出される液位が目標液位になるように、給液量調整弁１３の開度を調整するように構成する。
【００５０】
（ロ）  伝熱管群１における複数の伝熱管２の配置形態は、上記の実施形態において例示した形態、即ち、複数の伝熱管２が直線状に一列に並ぶ形態に限定されるものではない。例えば、平面視で、複数の伝熱管２が互いに交差する２方向（例えば、互いに直交する２方向）の夫々に複数並ぶ形態でも良い。あるいは、平面視で、複数の伝熱管２が同心状の複数の円周上に並ぶ形態でも良い。
これらの場合、上部ヘッダ３及び下部ヘッダ４は、夫々、扁平な箱状に構成して、例えば碁盤目状の如く並ぶ複数の伝熱管２の上端部、下端部を夫々上部ヘッダ３、下部ヘッダ４に連通接続することになる。
【００５１】
（ハ）  液位センサ７の設置形態は、上記の実施形態において例示した形態、即ち、複数の伝熱管群１のうちで、ダクト５内の加熱用気体通流方向において最上流に位置する伝熱管群１における伝熱管並び方向の両端夫々から２本目の伝熱管２夫々に対して設ける形態に限定されるものではない。
例えば、ダクト５内の加熱用気体通流方向において最上流に位置する伝熱管群１における伝熱管並び方向の中央部の１本の伝熱管２に対して設けても良い。
又、複数の伝熱管群１のうちで、ダクト５内の加熱用気体通流方向において最上流の伝熱管群１に加えて、その伝熱管群１よりも加熱用気体通流方向下流側の伝熱管群１の一部の伝熱管２夫々に対しても設けても良い。
【００５２】
（ニ）  液位検出手段の具体構成としては、上記の実施形態において例示した液位センサ７の如き電極式に限定されるものではなく、フロート式等、種々の型式のものを用いることができる。
【００５３】
（ホ）  液位調整手段Ｓの具体構成としては、上記の実施形態において例示した給液量調整弁１３に限定されるものではない。
伝熱管群１内の加熱対象液体Ｌの液位は、加熱用気体Ｅにより伝熱管群１の複数の伝熱管２を加熱する加熱量を変更調整することにより調整可能であり、その加熱量は、例えば、加熱用気体Ｅの通流量や加熱用気体Ｅの温度の変更調整により調整可能である。
そこで、ダクト５に加熱用気体Ｅを誘引する吸引ファンの出力を変更調整可能に構成する。そして、液位調整手段Ｓをその吸引ファンにて構成して、当該吸引ファンにより加熱用気体Ｅの通流量を調整することにより、伝熱管群１内の加熱対象液体Ｌの液位を調整可能に構成しても良い。
あるいは、ダクト５を通流する加熱用気体Ｅの通流量を変更調整可能な加熱用気体通流量調整ダンパを設ける。そして、液位調整手段Ｓをその加熱用気体通流量調整ダンパにて構成して、当該加熱用気体通流量調整ダンパにより加熱用気体Ｅの通流量を調整することにより、伝熱管群１内の加熱対象液体Ｌの液位を調整可能に構成しても良い。
あるいは、ダクト５における伝熱管群１よりも加熱用気体通流方向上流側の箇所で、加熱用気体Ｅに空気を混合可能に構成すると共に、その空気の混合量を調整可能な空気混合量調整ダンパを設ける。そして、液位調整手段Ｓをその空気混合量調整ダンパにて構成して、当該空気混合量調整ダンパにより空気混合量を調整して加熱用気体Ｅの温度を調整することにより、伝熱管群１内の加熱対象液体Ｌの液位を調整可能に構成しても良い。
【００５４】
（ヘ）  伝熱管群１におけるダクト５から上方に突出している部分の内部の温度を検出する温度センサを設け、更に、圧力調整弁１７に、一次側の圧力を調整するための設定圧力を変更設定可能なアクチュエータを備える。
そして、温度センサの検出温度が、加熱対象液体Ｌの沸点（０．１ＭＰａでの沸点）より高く且つ加熱対象液体Ｌの蒸気Ｌｂの熱分解温度よりも低い目標設定温度になるように、制御部８により圧力調整弁１７のアクチュエータを制御するように構成しても良い。
【００５５】
（ト）  上記の実施形態において設けた複数の連通管１９及び連通ヘッダ２０を省略しても良い、
【００５６】
（チ）  本発明に係る貫流ボイラで使用可能な加熱対象液体Ｌは、上記の実施形態において例示したオクタメチルトリシロキサン以外に、種々の液体を用いることができ、特に、蒸気が熱分解温度以上の加熱により熱分解される液体、例えば、シリコンオイル類やフロン類等の有機液体を用いると、蒸気の熱分解を防止することができるので好適である。
例えば、オクタメチルトリシロキサンと同様のシリコンオイル類としては、ヘキサメチルジシロキサン等、種々のシリコンオイルを用いることができる。
又、フロン類としては、ヒドロフルオロカーボン２４５ａやヒドロフルオロエーテル等を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上説明したように、加熱対象液体Ｌの蒸気Ｌｂの熱分解温度よりも高い温度の加熱用気体Ｅを用いる場合でも、過熱されることなく、加熱対象液体Ｌの蒸気Ｌｂを効率良く生成し得る貫流ボイラ及びその貫流ボイラの使用方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１    伝熱管群
２    伝熱管
３    上部ヘッダ
４    下部ヘッダ
５    ダクト
７    液位センサ（液位検出手段）
８    制御部（制御手段）
１３  給液量調整弁（給液量調整手段）
Ｅ    加熱用気体
Ｈ    加熱対象液体の液面
Ｌ    加熱対象液体
Ｓ    液位調整手段
【図１】
2013181698.tif 000003
【図２】
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【図３】
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