(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側の管内流体１パスおよび下流側の管内流体２パスを順に受け入れる伝熱管を備えてなる自然循環式蒸発器において、
前記伝熱管は前記管内流体１パスと管内流体２パスが同一水平面内において折り返して形成されるとともに、
管外流体が前記伝熱管の下方から上方へ流動し、さらに反転して上方から下方に流動する互いに仕切られた領域が形成され、前記管内流体の各パスが前記管外流体とそれぞれの領域において熱交換し、かつ、
前記管内流体２パスが前記管内流体１パスよりも先に前記管外流体と熱交換するように配置されることを特徴とする自然循環式蒸発器。
【請求項２】
上流側の管内流体１パスおよび下流側の管内流体２パスを順に受け入れる伝熱管を備えてなる自然循環式蒸発器において、
前記伝熱管は前記管内流体１パスと管内流体２パスが同一水平面内において折り返して形成されるとともに、当該管内流体１パスと管内流体２パスがそれぞれ個別に状態量又は流量が異なる管外流体が流動する互いに仕切られた領域にて熱交換するように配置され、かつ、
前記管内流体２パスが前記管内流体１パス側よりも大きい状態量又は流量の前記管内流体と熱交換するように配置されることを特徴とする自然循環式蒸発器。
【請求項３】
ダクト内に請求項１記載の自然循環式蒸発器を備えてなる排熱回収ボイラ。
【請求項４】
ダクト内に請求項２記載の自然循環式蒸発器を備えてなる排熱回収ボイラ。
【請求項５】
ダクト内に水平に並ぶ複数個のゾーンを有し、前記ゾーンにそれぞれ請求項１または２のいずれかに記載の自然循環式蒸発器を備えてなる排熱回収ボイラ。
【請求項６】
上流側の管内流体１パスおよび下流側の管内流体２パスを順に受け入れる伝熱管を備えた自然循環式蒸発器を備えた排熱回収ボイラの起動方法において、前記伝熱管は管内流体１パスと管内流体２パスが同一水平面内において折り返して形成されて前記管内流体の各パスが管外流体と熱交換するように配置し、しかして、該排熱回収ボイラの起動にあたり、前記管内流体２パス側が前記管内流体１パス側と比較して管外流体の流量を大きく保って起動するようにしたことを特徴とする排熱回収ボイラの起動方法。
【請求項７】
前記伝熱管がフィン付き伝熱管からなり、前記管内流体２パスを受け入れる前記伝熱管が前記管内流体１パスを受け入れる前記伝熱管と比較してフィンピッチを高密度に形成されることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の自然循環式蒸発器。
【請求項８】
前記管内流体１パスを受け入れる該伝熱管と前記管内流体２パスを受け入れる該伝熱管とを管内流体を反転させる直線状の中間ヘッダによって連通させるようにしたことを特徴とする請求項１，２または７のいずれかに１項記載の自然循環式蒸発器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンバインドサイクル発電プラントの排熱回収ボイラの起動時間を短縮し、望ましい起動特性を得るようにした自然循環式蒸発器、排熱回収ボイラおよびその起動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排熱回収ボイラはガスタービンの排ガスの保有する熱を回収して蒸気を発生させるコンバインドサイクル発電プラントのキーコンポーネントの１つである。この排熱回収ボイラには伝熱管から構成される幾つかの熱交換器が備えられ、これらは過熱器、蒸発器、節炭器と呼ばれている。
【０００３】
図１６に排熱回収ボイラに使用される水平に配置した伝熱管を有する自然循環式蒸発器の循環回路を示している。これは排熱回収ボイラのダクト１５を縦型構造として管外流体１０を下方から上方へ導く方式に適用される。この自然循環式蒸発器の循環回路は蒸気ドラム１→降水管２→水シール管３→入口ヘッダ４→伝熱管２５→出口ヘッダ８→上昇管９→蒸気ドラム１で構成される。
【０００４】
蒸気ドラム１に導かれた給水は降水管２を下降して逆流を防止するために設置される水シール管３を経由して入口ヘッダ４に流入する。入口ヘッダ４に流入した給水は水平に配置した伝熱管２５に導かれ、管外流体１０と熱交換しながら蒸発して気液二相流となり、出口ヘッダ８に流入する。出口ヘッダ８に流入した気液二相流は上昇管９を上昇して蒸気ドラム１に戻る。
【０００５】
この自然循環式蒸発器の循環力は伝熱管が水平に配置されているため、伝熱管内流体の静水頭は零であるから、次式で表される。
【０００６】
0003865342.tif 000002
すなわち、上昇管内流体が蒸発して気液二相流となると、（式１）の右辺第３項が小さくなり、自然循環力が発生して管内流体の循環が行われる。
【０００７】
この自然循環式蒸発器を有する排熱回収ボイラの起動において、自然循環式蒸発器の管内流体の循環を開始させるには管外流体１０との熱交換により伝熱管内流体が蒸発して気液二相流となり、蒸発による体積膨張を利用して上昇管９に気液二相流が流入し、管内流体の循環が開始する。
【０００８】
図１７は排熱回収ボイラのダクト幅を短くして交換熱量を増大するために伝熱管を鉛直上向きに折り返して管内流体をパス化した並流方式の管内２パス自然循環式蒸発器の循環回路を示している。これは排熱回収ボイラのダクト１５を縦型構造として管外流体１０を下方から上方へ導き、伝熱管５から流入して伝熱管７へ流出させる方式に適用される。
【０００９】
この方式は管外流体１０の高温側が管内流体の低温側から流入して管外流体１０の低温側が管内流体の高温側へ流出するため並流方式と呼ばれている。この自然循環式蒸発器の循環回路は蒸気ドラム１→降水管２→水シール管３→入口ヘッダ４→伝熱管５（管内流体１パス）→ベント管６→伝熱管７（管内流体２パス）→出口ヘッダ８→上昇管９→蒸気ドラム１で構成される。
【００１０】
この自然循環式蒸発器を有する排熱回収ボイラでは起動時、管外流体１０との熱交換により、最初に、管外流体１０の上流側である管内流体１パスが蒸発して気液二相流が生じる。次いで、管外流体１０の下流側である管内流体２パスが蒸発して気液二相流が生じ、蒸発による体積膨張を利用して上昇管９に気液二相流が流入し、自然循環力が発生することで、管内流体の循環が開始する。
【００１１】
すなわち、排熱回収ボイラの起動初期において、管外流体１０の熱量は、まず管外流体１０の上流側の管内流体１パスとの熱交換に多くが費やされるため時間がある程度経過しないと、上昇管９に近い管外流体１０の下流側の管内流体２パスでは蒸発が起こらない。
【００１２】
したがって、上昇管９に気液二相流が流入して自然循環力が発生することで、管内流体の循環が開始するまでの時間が上述した自然循環式蒸発器と比較して長くなる。
【００１３】
自然循環式蒸発器の管内流体の循環が開始して蒸気が発生するまで、排熱回収ボイラは昇圧することができず、管内流体の循環が始まるまでの時間が長くなると、排熱回収ボイラの起動時間も長くなる。
【００１４】
また、長時間循環力が得られない状態で、管内流体１パスが蒸発すると、降水管２側へ気液二相流が逆流したり、流動状態が不安定になることがある。
【００１５】
さらに、長時間循環力が得られない状態で、管内流体１パスが蒸発すると、管内の気液二相流のボイド率が増大してドライアウトするため、伝熱管５が許容温度以上に過熱されて損傷する可能性がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した並流方式自然循環式蒸発器の難点を改善する次の対向流方式自然循環式蒸発器が提案されている。これは図１８に示すように排熱回収ボイラのダクト１５を縦型構造として管外流体１０が下方から伝熱管７にかけて流れ、さらに伝熱管５に流動するように構成したものである。対向流方式と呼ぶのは管外流体１０が管内流体の高温側から流入してより低温側へ流出することによるものである。
【００１７】
この自然循環式蒸発器の循環回路は蒸気ドラム１→降水管２→水シール管３→入口ヘッダ４→伝熱管５（管内流体１パス）→ベント管６→伝熱管７（管内流体２パス）→出口ヘッダ８→上昇管９→蒸気ドラム１で構成される。
【００１８】
この自然循環式蒸発器を有する排熱回収ボイラでは起動時、管外流体１０との熱交換により、最初、管外流体１０の上流側である管内流体２パスが蒸発して上昇管９に気液二相流が流入し、自然循環力が発生することにより管内流体の循環が開始する。すなわち、並流方式自然循環式蒸発器と比較して上昇管９に近い管内流体２パスが管内流体１パスよりも先に蒸発するため、上昇管９に気液二相流が流入する時間が早まり、管内流体の循環が開始するまでの時間が短くなり、排熱回収ボイラの起動時間も短縮することが可能である。
【００１９】
また、短時間で循環力が得られるため、逆流および不安定流動あるいはドライアウトに起因する伝熱管の損傷が並流方式の自然循環式蒸発器と比較して起こりにくいという利点がある。
【００２０】
しかしながら、この対向流方式自然循環式蒸発器には次のような問題がある。すなわち、この自然循環式蒸発器の循環力は次式で表すことができる。
0003865342.tif 000003
ベント管内流体が蒸発して気液二相流となると、循環力は（式２）の右辺第３項が小さくなり、逆流方向の力として働くため、循環力が小さくなってしまう。一般に、循環力が小さくなると、不安定流動およびドライアウトによる伝熱管の損傷が起こりやすい。また、ベント管６内の気液二相流が管内流体の循環を阻害して逆流や不安定流動になることがある。
【００２１】
さらに、配管の引き回しでは上昇管９と伝熱管５、水シール管３および降水管２はお互いが干渉しないようにしなければならないが、現状のままでは構造が複雑になる難点がある。
【００２２】
本発明の目的はベント管内の気液二相流によって循環力が小さくなるのを抑制し、逆流および不安定流動が起こるのを防ぎ、しかも配管の引き回しにおいて構造が複雑化するのを回避することのできる自然循環式蒸発器、排熱回収ボイラおよびその起動方法を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る自然循環式蒸発器は上流側の管内流体１パスおよび下流側の管内流体２パスを順に受け入れる伝熱管を備えてなる自然循環式蒸発器において、伝熱管は管内流体１パスと管内流体２パスをが同一水平面内において折り返して形成されるとともに、
前記管外流体が前記伝熱管の下方から上方へ流動し、さらに反転して上方から下方に流動する互いに仕切られた領域が形成され、かつ、
前記管内流体２パスが前記管内流体１パスよりも先に前記管外流体と熱交換するように配置されることを特徴とするものである。
【００２４】
上記構成からなる自然循環式蒸発器においては管内流体が気液二相流となたときも循環力は小さくならず、管内流体の流動は安定に保たれる。これにより逆流および不安定流動が生じにくくなる。また配管の引き回しでは構造を簡素にすることができる。そして、管内流体２パスが管内流体１パスよりも先に蒸発することから、排熱回収ボイラの起動時間を短縮することができる。
【００２５】
さらに、本発明の請求項２に係る自然循環式蒸発器は、上流側の管内流体１パスおよび下流側の管内流体２パスを順に受け入れる伝熱管を備えてなる自然循環式蒸発器において、前記伝熱管は前記管内流体１パスと管内流体２パスが同一水平面内において折り返して形成されるとともに、当該管内流体１パスと管内流体２パスがそれぞれ個別に状態量又は流量が異なる管外流体が流動する互いに仕切られた領域にて熱交換するように配置され、かつ、管内流体２パスが管内流体１パス側よりも大きい状態量又は流量の前記管内流体と熱交換するように配置されることを特徴とするものである。
【００２６】
上記構成からなる自然循環式蒸発器においてはそれぞれの領域で異なる状態量または流量の管外流体を用いて交換熱量を調節するので、管内流体２パスが管内流体１パスよりも先に蒸発し、排熱回収ボイラの起動時間を短縮することができる。また逆流および不安定流動が生じにくくなる。
【００２７】
また、本発明の請求項３、請求項４に係る排熱回収ボイラはそれぞれ、ダクト内に請求項１、請求項２記載の自然循環式蒸発器を備えてなるものである。
【００２８】
上記構成からなる排熱回収ボイラにおいては、ダクト内に備えられた自然循環式蒸発器において管内流体２パスが管内流体１パスよりも先に蒸発することから、排熱回収ボイラの起動時間を短縮することができる。
【００２９】
さらに、本発明の請求項５に係る排熱回収ボイラは、ダクト内に水平に並ぶ複数個のゾーンを有し、ゾーンにそれぞれ請求項１または２記載の自然循環式蒸発器を備えてなるものである。
【００３０】
上記構成からなる排熱回収ボイラにおいては各ゾーンの蒸発器で管内流体が気液二相流となったときも、循環力が小さくならず、管内流体の流動が安定に保たれる。これにより逆流及び不安定流動が生じにくくなる。また、配管内の引き回しでは構造を簡素にすることができる。
【００３１】
また、本発明の請求項６に係る排熱回収ボイラの起動方法は、上流側の管内流体１パスおよび下流側の管内流体２パスを順に受け入れる伝熱管を備えた自然循環式蒸発器を有する排熱回収ボイラの起動方法において、伝熱管は管内流体１パスと管内流体２パスが同一水平面内において折り返して形成されて管内流体の各パスが管外流体と熱交換するように配置し、しかして、排熱回収ボイラの起動にあたり、管内流体２パス側が管内流体１パス側と比較して管外流体の流量を大きく保って起動するようにしたことを特徴とするものとである。
【００３２】
上記構成からなる排熱回収ボイラの起動方法においては、それぞれの管外流体の流量に差をつけて起動するので、管外流体２パスが管外流体１パスよりも先に蒸発し、排熱回収ボイラの起動時間を短縮することができる。また、逆流及び不安定流動が生じにくくなる。
【００３３】
さらに、本発明の請求項７に係る自然循環式蒸発器は、伝熱管がフィン付き伝熱管からなり、管内流体２パスを受け入れる伝熱管が管内流体１パスを受け入れる伝熱管と比較してフィンピッチを高密度に形成されることを特徴とするものである。
【００３４】
上記構成からなる自然循環式蒸発器においては管内流体２パスを受け入れる伝熱管が管内流体１パスを受け入れる伝熱管よりも大きい伝熱面積をそなえるので、管愛流体２パスが管内流体１パスよりも先に蒸発し、排熱回収ボイラの起動時間を短縮することができる。
【００３５】
また、本発明の請求項８に係る自然循環式蒸発器は管内流体１パスを受け入れる伝熱管と管内流体２パスを受け入れる伝熱管とを管内流体を反転させる直線状の中間ヘッダによってれんつうさせるようにしたことを特徴とするものである。
【００３６】
上記構成からなる自然循環式蒸発器においては直線状の中間ヘッダを用いることにより単純な構造で管内流体のパス化を実現することができる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態−第１の実施の形態−を図面を参照して説明する。図１において、自然循環式蒸発器は蒸気ドラム１、降水管２、水シール管３、入口ヘッダ４、伝熱管５、ベント管６、伝熱管７、出口ヘッダ８、上昇管９から構成されている。この蒸発器においては伝熱管５が上流側の管内流体１パスを受け入れ、伝熱管７が下流側の管内流体２パスを受け入れる。管内流体１パスおよび管内流体２パスは共に同一水平面内に配置され、たとえば鉛直方向に流動する管外流体と同一水平面内において熱交換するように構成されている。
【００５６】
本実施の形態は上記構成からなり、蒸気ドラム１に導かれた給水は降水管２を下降して水シール管３を経由し、入口ヘッダ４に流入する。入口ヘッダ４に流入した給水は水平に配置される伝熱管５に導かれ、ベント管６を経由し、伝熱管５と同一水平面内に置かれる伝熱管７に流入する。この間、伝熱管５、７で管内流体１パスおよび管内流体２パスが管外流体と熱交換して気液二相流となる。この後、気液二相流は出口ヘッダ８に流入し、上昇管９を上昇して蒸気ドラム１に戻る。
【００５７】
この自然循環式蒸発器の循環力は伝熱管５、７およびベント管６が同一水平面内にあるため、この箇所での管内流体の静水頭が零となり、次式で表される。
【００５８】
0003865342.tif 000004
すなわち、上昇管内流体が蒸発して気液二相流になると、（式３）の右辺第３項が小さくなり、自然循環力が発生して管内流体の循環が行われる。
【００５９】
この自然循環式蒸発器においてはベント管６が同一水平面内にあるため、ベント管内流体が蒸発して気液二相流になっても、ベント管６内の静水頭は零のままであり、（式３）の循環力に影響せず、循環力は小さくならない。一般に、循環力が小さくなると、逆流および不安定流動さらにはドライアウトによる伝熱管の損傷が起こり易いが、本実施の形態の自然循環式蒸発器は管内流体の流動が安定に保たれ、逆流および不安定流動が起こりにくく、ドライアウトによる伝熱管の損傷が起こるのを防ぐことができる。
【００６０】
さらに、配管の引き回しでは上昇管９と伝熱管５、水シール管３、降水管２が干渉することがなく、従来の対向流方式の管内２パス自然循環式蒸発器よりも構造を簡素にすることができる。
【００６１】
さらに、本発明の他の実施の形態−第２の実施の形態−を説明する。図２において、自然循環式蒸発器は蒸気ドラム１、降水管２、水シール管３、入口ヘッダ４、伝熱管５、ベント管６、伝熱管７、出口ヘッダ８、上昇管９から構成されている。この蒸発器においては伝熱管５が上流側の管内流体１パスを受け入れ、伝熱管７が下流側の管内流体２パスを受け入れる。管内流体１パスおよび管内流体２パスは共に同一水平面内に配置され、水平方向に流れる管外流体１０と同一水平面内において熱交換するように構成されている。
【００６２】
本実施の形態は上記構成からなり、蒸気ドラム１に導かれた給水は降水管２を下降して水シール管３を経由し、入口ヘッダ４に流入する。入口ヘッダ４に流入した給水は水平に配置される伝熱管５に導かれ、ベント管６を経由し、伝熱管５と同一水平面内に置かれる伝熱管７に流入する。この間、伝熱管５、７で管内流体１パスおよび管内流体２パスが管外流体と熱交換して気液二相流となる。この後、気液二相流は出口ヘッダ８に流入し、上昇管９を上昇して蒸気ドラム１に戻る。
【００６３】
この対向流方式の管内２パス自然循環式蒸発器においては排熱回収ボイラの起動時、上昇管９に近い管内流体２パスが管内流体１パスよりも先に蒸発するので、上昇管９に気液二相流が流入する時間が早まり、管内流体の循環が開始されるまでの時間が短くなり、排熱回収ボイラの起動時間を短縮することができる。
【００６４】
また、上記実施の形態のものと同様に短時間で循環力が得られるため、逆流および不安定流動が起こりにくくなり、ドライアウトに起因する伝熱管の損傷が起こるのを防ぐことが可能になる。
【００６５】
さらに、本発明の他の実施の形態−第３の実施の形態−を説明する。図３において、自然循環式蒸発器は上記実施の形態（図１参照）のものと同様に構成されている。管内流体１パスおよび管内流体２パスは共に同一水平面内に配置され、それぞれパス化されている管外流体と熱交換するようになっている。すなわち、下流側の管内流体２は管外流体１パス１１と熱交換し、上流側の管内流体１は管外流体２パス１２と熱交換する。
【００６６】
本実施の形態は上記構成からなり、排熱回収ボイラの起動時、伝熱管７で管内流体２パスが管外流体１パス１１と熱交換し、また、伝熱管５で管内流体１パスが管外流体２パス１２と熱交換して気液二相流となる。この気液二相流は出口ヘッダ８に流入し、上昇管９を上昇して管内流体の循環が開始される。
【００６７】
この起動過程においては上昇管９に近い管内流体２パスが管内流体１パスよりも先に蒸発するため、上昇管９に気液二相流が流入する時間が早まり、管内流体の環境が開始されるまでの時間が短くなり、排熱回収ボイラの起動時間を短縮することができる。
【００６８】
また、上記実施の形態のものと同様に短時間で循環力が得られるため、逆流および不安定流動が起こりにくくなり、ドライアウトに起因する伝熱管の損傷が起こるのを防ぐことができる。
【００６９】
さらに、本発明の他の実施の形態−第４の実施の形態−を説明する。図４において、自然循環式蒸発器は上記実施の形態（図１参照）のものと同様に構成されている。管内流体１パスおよび管内流体２パスは共に同一水平面内に配置され、それぞれ区分される領域を流動する管外流体と熱交換するように構成されている。すなわち、管内流体１パスは一方の領域を流れる管内流体１３と熱交換し、管内流体２パスは他方の領域を流れる管内流体１４と熱交換する。
【００７０】
本実施の形態は上記構成からなり、排熱回収ボイラの起動時、伝熱管５で管内流体１パスが管外流体１３と熱交換し、また伝熱管７で管内流体２パスが管外流体１４と熱交換して気液二相流となる。この気液二相流は出口ヘッダ８に流入し、上昇管９を上昇して管内流体の循環が開始される。
【００７１】
この起動過程では領域を隔てられた管外流体１３と管外流体１４との間には状態量に幾分かの差があり、状態量がより大きい管外流体１４と熱交換する管内流体２パスが管内流体１パスよりも先に蒸発する。これにより上昇管９に気液二相流が流入する時間が早まり、管内流体の循環が開始されるまでの時間が短くなり、排熱回収ボイラの起動時間を短縮することが可能になる。
【００７２】
また、上記実施の形態のものと同様に短時間で循環力が得られるため、逆流および不安定流動が起こりにくくなり、ドライアウトに起因する伝熱管の損傷が起こるのを防ぐことができる。
【００７３】
さらに、本発明の他の実施の形態−第５の実施の形態−を説明する。図５において、排熱回収ボイラは縦型構造のダクト１５内に同一水平面内に管内流体１パスを受け入れる伝熱管５および管内流体２パスを受け入れる伝熱管７を配置している自然循環式蒸発器（図１参照）を備えている。この管内流体１パスおよび管内流体２パスは鉛直方向に流動する管外流体１０と同一水平面内において熱交換するように構成されている。
【００７４】
本実施の形態は上記構成からなるもので、本発明による自然循環式蒸発器を排熱回収ボイラに組み込むことにより、上述した第１の実施の形態のものと同様な効果を得ることができる。
【００７５】
さらに、本発明の他の実施の形態−第６の実施の形態−を説明する。図６において、排熱回収ボイラに横型構造のダクト１５内に同一水平面内に管内流体１パスを受け入れる伝熱管５および管内流体２パスを受け入れる伝熱管７を配置している自然循環式蒸発器（図２参照）を備えている。この管内流体１パスおよび管内流体２パスは水平方向に流れる管外流体１０と同一水平面内において熱交換するように構成されている。
【００７６】
本実施の形態は上記構成からなるもので、本発明による自然循環式蒸発器を排熱回収ボイラに組み込むことにより上述した第２の実施の形態のものと同様な効果を得ることができる。
【００７７】
さらに、本発明の他の実施の形態−第７の実施の形態−を説明する。図７において、排熱回収ボイラは縦型構造のダクト１５内に同一水平面内に管内流体１パスを受け入れる伝熱管５および管内流体２パスを受け入れる伝熱管７を配置している自然循環式蒸発器（図３参照）を備えている。ダクト１５内は管外流体のパス化のために仕切板１６によって複数個の流路に仕切られている。管内流体１パスおよび管内流体２パスはそれぞれ仕切られた流体流路に置かれ、管外流体１２および管外流体１１と各々熱交換するようになっている。
【００７８】
本実施の形態は上記構成からなるもので、本発明による自然循環式蒸発器を排熱回収ボイラに組み込むことにより上述した第３の実施の形態のものと同様な効果を得ることができる。
【００７９】
さらに、本発明の他の実施の形態−第８の実施の形態−を説明する。図８において、排熱回収ボイラは縦型構造のダクト１５内に同一水平面内に管内流体１パスを受け入れる伝熱管５および管内流体２パスを受け入れる伝熱管７を配置している自然循環式蒸発器（図４参照）を備えている。ダクト１５内は異なる状態量の管外流体を流動させるために仕切板１６によって流路が互いに仕切られている。管内流体１パスおよび管内流体２パスはこの仕切られた流体流路に置かれ、管外流体１３および管外流体１４と各々熱交換するように構成されている。
【００８０】
本実施の形態は上記構成からなるもので、本発明による自然循環式蒸発器を排熱回収ボイラに組み込むことにより上述した第４の実施の形態のものと同様な効果を得ることができる。
【００８１】
さらに、本発明の他の実施の形態−第９の実施の形態−を説明する。図９において、排熱回収ボイラは縦型構造のダクト１５内に同一水平面内に管内流体１パスおよび管内流体２パスを配置している自然循環式蒸発器（図４参照）を備えている。ダクト１５内は管内流体２パス側により多量の管外流体１４が流動するように管外流体流路入口を拡大させている仕切板１６によって複数個の流路に仕切られている。管内流体１パスおよび管内流体２パスはこの仕切られた管外流体流路に置かれ、管外流体１３および管外流体１４と各々熱交換するようになっている。
【００８２】
本実施の形態は上記構成からなり、排熱回収ボイラの起動時、伝熱管５で管内流体１パスが管外流体１３と熱交換し、また伝熱管７で管内流体２パスが熱交換して気液二相流となる。この気液二相流は出口ヘッダ８に流入し、上昇管９を上昇して管内流体の循環が開始される。
【００８３】
この起動過程では入口を拡大させている管外流体１４が管外流体１３よりも多量に流れるために上昇管９に近い管内流体２パスが管内流体１パスよりも先に蒸発する。これにより上昇管９に気液二相流が流入する時間が早まり、管内流体の循環が開始されるまでの時間が短くなり、排熱回収ボイラの起動時間を短縮することができる。
【００８４】
また、短時間のうちに循環力が得られるため、逆流および不安定流動が生じにくくなり、ドライアウトに起因する伝熱管の損傷が起こるのを防ぐことが可能になる。
【００８５】
さらに、本発明の他の実施の形態を説明する。図１０において、排熱回収ボイラは縦型構造のダクト１５内に水平に並ぶ複数個のゾーンを有し、この各ゾーンに同一水平面内に管外流体１パスおよび管外流体２パスを配置している自然循環式蒸発器（図１参照）を備えている。この蒸発器のすべての管内流体１パスおよび管内流体２パスは鉛直方向に流動する管外流体と同一水平面内で熱交換するように構成されている。
【００８６】
本実施の形態は上記構成からなり、排熱回収ボイラの起動時、それぞれの伝熱管５で管内流体１パスが管外流体１０と熱交換し、また伝熱管７で管内流体２パスが熱交換して気液二相流となる。この気液二相流はそれぞれの出口ヘッダ８に流入し、さらにそれぞれの上昇管９を上昇して管内流体の循環が開始される。
【００８７】
各ゾーンのベント管６はいずれも同一水平面内にあり、管内流体が気液二相流になったときも、循環力は小さくならず、管内流体の流動が安定に保たれる。これにより、逆流および不安定流動が生じにくくなり、ドライアウトによる伝熱管の損傷が起こるのを防ぐことが可能になる。
【００８８】
さらに、配管の引き回しではそれぞれのゾーンにおいて上昇管９と伝熱管５、水シール管３、降水管２が干渉することがなく、構造を簡素にすることが可能になる。
【００８９】
また、上記した実施の形態の排熱回収ボイラは次の起動方法によって最も効果的に利用することが可能になる。
【００９０】
第１の起動方法は伝熱面の交換熱量に差をつけて起動する方法であり、これは図１１に示すように、一定時間、管内流体１パス１７側の交換熱量と比較して管内流体２パス１８側の交換熱量が大きく保たれる。
【００９１】
さらに、第２の起動方法は管外流体の流量に差をつけて起動する方法で、これは図１２に示すように、一定時間、管内流体１パス１９側と比較して管内流体２パス２０側の管外流体の流量が大きく保たれる。ちなみに、この起動方法は既に述べた第４の実施の形態の蒸発器を組み込む排熱回収ボイラにおいて容易に実現させることが可能である。
【００９２】
また、第３の起動方法は管外流体の温度に差をつけて起動する方法で、これは図１３に示すように、一定時間、管内流体１パス２１側と比較して管内流体２パス２２側の管外流体の温度が高く保たれる。この起動方法を実現できるのは既に述べた第２および第３の実施の形態の蒸発器を使用するもので、これに代えて、たとえば別に燃料を投入して管外流体を助燃するようにしてもよい。
【００９３】
さらに、本発明の他の実施の形態を説明する。図１４において、伝熱管５、７は管内流体１パスを受け入れる伝熱管５のフィン２３のピッチＬ１と、管内流体２パスを受け入れる伝熱管７のフィン２３のピッチＬ２とは交換熱量に差をつけるために伝熱管７のピッチＬ２が伝熱管５のピッチＬ１と比較して高密度に形成されている。より大きい伝熱面積を有する伝熱管７は伝熱管５よりも優れた伝熱特性を有する。
【００９４】
この伝熱管５、７を用いた自然循環式蒸発器においては上昇管９に近い管内流体２パスが管内流体１パスよりも先に蒸発するため、上昇管９に気液二相流が流入する時間が早まり、管内流量の循環が開始されるまでの時間が短くなり、排熱回収ボイラの起動時間を短縮することができる。また、短時間で循環力が得られるため、逆流および不安定流動が起こりにくくなり、ドライアウトに起因する伝熱管の損傷が起こるのを防ぐことが可能になる。
【００９５】
本実施の形態はフィン２３のピッチを変えるのに代えて、伝熱管同士の間でフィン高さ、フィン形状、フィン材質を変える方法が可能であり、あるいは伝熱管自身の材質を変えるようにしてもよい。
【００９６】
さらに、本発明の他の実施の形態を説明する。図１５（ａ）（ｂ）において、伝熱管５はそれの入口に入口ヘッダ４を備えている。また、伝熱管７はそれの出口に出口ヘッダ８を備えている。この伝熱管５、７は一方から他方に管内流体を反転させる直線状の中間ヘッダ２４を備えている。これは本発明に係る蒸発器に組み込まれたとき、伝熱管５が上流側の管内流体１パスを受け入れ、伝熱管７が下流側の管内流体２パスを受け入れるように使用される。
【００９７】
本実施の形態においてはベント管６に代えて直線状の中間ヘッダ２４を用いることにより単純な構造で管内流体のパス化を実現することが可能になる。
【００９８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は管内流体が気液二相流となったときも、循環力が小さくならないで管内流体の流動が安定に保たれる。したがって、本発明によれば、逆流および不安定流動が起こるのを防ぐことができ、また配管の引き回しにおいて構造が複雑化するのを回避することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による自然循環式蒸発器の実施の形態を示す系統図。
【図２】本発明の他の実施の形態を示す系統図。
【図３】本発明の他の実施の形態を示す系統図。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す系統図。
【図５】本発明による排熱回収ボイラを示す構成図。
【図６】本発明の他の実施の形態を示す構成図。
【図７】本発明の他の実施の形態を示す構成図。
【図８】本発明の他の実施の形態を示す構成図。
【図９】本発明の他の実施の形態を示す構成図。
【図１０】本発明の他の実施の形態を示す構成図。
【図１１】本発明の起動方法における交換熱量の推移を示す特性図、
【図１２】本発明の起動方法における管外流体の流量の推移を示す特性図、
【図１３】本発明の起動方法における管外流体の温度の推移を示す特性図。
【図１４】本発明の他の実施の形態を示す構成図。
【図１５】本発明の他の実施の形態を示す構成図。
【図１６】従来の自然循環式蒸発器を示す系統図。
【図１７】従来の並流方式の管内２パス自然循環式蒸発器を示す系統図。
【図１８】従来の対向流方式の管内２パス自然循環式蒸発器を示す系統図。
【符号の説明】
１  蒸気ドラム
２  降水管
３  水シール管
４  入口ヘッダ
５、７  伝熱管
６  ベント管
８  出口ヘッダ
９  上昇管
１５  ダクト
１６  仕切板
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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