导热管、锅炉以及蒸汽涡轮设备的制造方法
【专利摘要】火炉壁管(35)设置于锅炉中，内部达到超临界压力，且热媒在该火炉壁管(35)的内部流通，其中，具备：形成于内周面且为朝向管轴方向的螺旋形状的槽部(36)；以及利用螺旋形状的所述槽部(36)而以朝向径向的内侧突出的方式形成的肋部(37)，在沿所述管轴方向剖切而成的剖面中，若将所述槽部(36)的在所述管轴方向上的宽度[mm]设为Wg，将所述肋部(37)的在所述径向上的高度[mm]设为Hr，将管外径[mm]设为D，则所述槽部(36)的宽度Wg[mm]、所述肋部(37)的高度Hr[mm]以及所述管外径D[mm]满足Wg/(Hr·D)＞0.40。
【专利说明】
导热管、锅炉以及蒸汽涡轮设备
技术领域
[0001]本发明涉及水等热媒在内部流通的导热管、锅炉以及蒸汽涡轮设备。
【背景技术】
[0002]以往，作为供水等热媒流通的导热管，公知在内表面上具备形成多重螺纹的翅片的内表面带翅片的管(例如，参照专利文献I)。该内表面带翅片的管的内部形成为亚临界压力。在达到亚临界压力的内表面带翅片的管的内部流通的水存在通过导热管被加热而进行膜沸腾的情况。若产生膜沸腾，则因形成在管的内表面的蒸汽膜而使得热传递降低，故而管的温度上升。因此，对于内表面带翅片的管，为了抑制膜沸腾所导致的管的温度上升而将翅片的形状设为规定形状。具体而言，内表面带翅片的管构成为，翅片的导程最大为平均管内径的平方根的0.9倍，或翅片的半径方向高度最小为平均管内径的0.04倍。
[0003]另外，作为在超临界压力变压运转方式的贯流形蒸汽产生装置中使用的导热管，公知水冷管壁组的水冷壁管(来复线管)(例如，参照专利文献2)。该来复线管在其内表面设置有螺旋状突起。贯流形蒸汽产生装置在部分负荷运转下进行亚临界压力运转，通过在来复线管的内表面设置螺旋状突起，从而在亚临界压力运转时将来复线管的管壁温度维持在允许温度以下。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开平5-118507号公报
[0007]专利文献2:日本特开平6-137501号公报发明概要
[0008]发明要解决的课题
[0009]这样，在专利文献I所记载的内表面带翅片的管等导热管中，为了在所述导热管的内部为亚临界压力的状态下抑制膜沸腾所导致的管的温度上升，将翅片的形状设为规定形状。相同地，专利文献2所记载的来复线管在内表面设置有螺旋状突起，以便在亚临界压力运转时将来复线管的管壁温度维持在允许温度以下。
[0010]另一方面，对于导热管，有时在其内部处于超临界压力的状态下使作为热媒的水流通。在超临界压力下流通的水即便被加热也不会沸腾(不会形成气液二相状态)，而是以单相的状态在导热管的内部流通。在此，在达到超临界压力的导热管的内部流通的水在导热管加热时处于低质量速度(流速低)或被赋予高热流量时，存在产生热传导率降低的导热恶化现象的情况。若产生导热恶化现象，则从导热管朝向水的热传递降低，因此导热管的温度容易上升。
[0011]另外，对于内部达到超临界压力的导热管，在热传导率低的情况下，从导热管朝向水的热传递降低，因此导热管的温度容易上升。在此，在专利文献I中，形成为以导热管的内部达到亚临界压力的状态的情况、即导热管的内部成为气液二相状态的情况为条件的翅片的形状。因此，由于导热管的内部未形成为以成为单相的状态的情况为条件的翅片的形状，因此即便应用专利文献I的发明，也难以抑制导热管的温度上升。
【发明内容】
[0012]
[0013]因此，本发明的课题在于提供能够通过抑制超临界压力时的导热恶化现象的产生来抑制管温度的上升的导热管、锅炉以及蒸汽涡轮设备。
[0014]另外，本发明的课题在于提供能够抑制超临界压力时的导热恶化现象的产生并且能够通过提高热传导率来抑制管温度的上升的导热管、锅炉以及蒸汽涡轮设备。
[0015]用于解决课题的手段
[0016]本发明的导热管设置于锅炉，内部达到超临界压力，且热媒在该导热管的内部流通，其特征在于，具备:形成于内周面且为朝向管轴方向的螺旋形状的槽部；以及利用螺旋形状的所述槽部而以朝向径向的内侧突出的方式形成的肋部，在沿所述管轴方向剖切而成的剖面中，若将所述槽部的在所述管轴方向上的宽度[mm]设为Wg，将所述肋部的在所述径向上的高度[mm]设为Hr，将管外径[mm]设为D，则所述槽部的宽度Wg[mm]、所述肋部的高度Hr[mm]以及所述管外径D[mm]满足“Wg/(Hr.D)>0.40”。
[0017]根据该结构，在内部达到超临界压力的情况下，通过满足Wg/(Hr.D) >0.40，能够抑制导热恶化现象的产生。因此，能够在超临界压力时抑制导热恶化现象的产生，故而能够抑制管温度的上升。
[0018]另外，优选的是，在以额定输出使锅炉运转时，在构成火炉壁的导热管的内部流通的所述热媒的平均质量速度是1000?2000kg/m2s。
[0019]根据该结构，即便在导热管的内部流通的水等热媒处于低质量速度或被赋予高热流量的情况下，也能够抑制导热恶化现象的产生。
[0020]另外，优选的是，若将所述肋部的在所述管轴方向上的间隔[mm]设为Pr，将位于与所述管轴方向垂直地剖切的剖面内的所述肋部的数量设为Nr，将与所述管轴方向垂直地剖切的剖面的湿周长度[mm]设为L，则所述肋部的高度Hr[mm]、所述肋部的间隔Pr[mm]、所述肋部的数量Nr以及湿周长度L[mm]满足“(Pr.Nr)/Hr> 1.25L+55”。
[0021]根据该结构，在内部达到超临界压力的情况下，通过满足(Pr.ΝΓ)/ΗΓ>1.25Ι>55，能够抑制导热恶化现象的产生。因此，能够在超临界压力时抑制导热恶化现象的产生，故而能够抑制管温度的上升。
[0022]另外，优选的是，在以额定输出使锅炉运转时，在构成火炉壁的导热管的内部流通的所述热媒的平均质量速度是1500kg/m2s以下。
[0023]根据该结构，即便降低在导热管的内部流通的热媒的质量速度，也能够抑制导热恶化现象的产生。
[0024]另外，优选的是，所述管外径D[mm]形成为“25mm < D < 40mm”。
[0025]根据该结构，若管外径是25mm?40mm，则效果更显著。
[0026]本发明的另一导热管设置于锅炉，内部达到超临界压力，且热媒在该导热管的内部流通，其特征在于，具备:形成于内周面且为朝向管轴方向的螺旋形状的槽部；以及利用螺旋形状的所述槽部而以朝向径向的内侧突出的方式形成的肋部，若将所述肋部的在所述径向上的高度[mm]设为Hr，将所述肋部的在所述管轴方向上的间隔[mm]设为Pr，将位于与所述管轴方向垂直地剖切的剖面内的所述肋部的数量设为Nr，将与所述管轴方向垂直地剖切的剖面的湿周长度[mm]设为L，则所述肋部的高度Hr[mm]、所述肋部的间隔Pr[mm]、所述肋部的数量Nr以及湿周长度L[mm]满足“(Pr.Nr)/Hr> 1.25L+55”。
[0027]根据该结构，在内部达到超临界压力的情况下，通过满足(Pr.Nr)/Hr>1.25L+55，能够抑制导热恶化现象的产生。因此，能够在超临界压力时抑制导热恶化现象的产生，故而能够抑制管温度的上升。
[0028]另外，优选的是，在以额定输出使锅炉运转时，在构成火炉壁的导热管的内部流通的所述热媒的平均质量速度是1500kg/m2s以下。
[0029]根据该结构，即便降低在导热管的内部流通的热媒的质量速度，也能够抑制导热恶化现象的产生。
[0030]另外，优选的是，在沿所述管轴方向剖切的剖面中，若将所述槽部的在所述管轴方向上的宽度[mm]设为Wg，将管外径[mm]设为D，则所述槽部的宽度Wg[mm]、所述肋部的高度Hr[mm]以及所述管外径D[mm]满足“Wg/(Hr.D)>0.40”。
[0031]根据该结构，在内部达到超临界压力的情况下，通过满足Wg/(Hr.D)>0.40，能够抑制导热恶化现象的产生。因此，能够在超临界压力时抑制导热恶化现象的产生，故而能够抑制管温度的上升。
[0032]另外，优选的是，在以额定输出使锅炉运转时，在构成火炉壁的导热管的内部流通的所述热媒的平均质量速度是1000?2000kg/m2s。
[0033]根据该结构，即便在导热管的内部流通的水等热媒处于低质量速度或被赋予高热流量的情况下，也能够抑制导热恶化现象的产生。
[0034]另外，优选的是，所述管外径D[mm]形成为“25_ < D < 40mm”。
[0035]根据该结构，若管外径是25mm?40mm，则效果更显著。
[0036]本发明的另一导热管设置于锅炉，内部达到超临界压力，且热媒在该导热管的内部流通，其特征在于，具备:形成于内周面且为朝向管轴方向的螺旋形状的槽部；以及利用螺旋形状的所述槽部而以朝向径向的内侧突出的方式形成的肋部，若将所述肋部的在所述径向上的高度[mm]设为Hr，将所述肋部的在所述管轴方向上的间隔[mm]设为Pr，将所述肋部的在所述内周面的周向上的宽度[mm]设为Wr，将位于与所述管轴方向垂直地剖切而成的剖面内的所述肋部的数量设为Nr，将与所述管轴方向垂直地剖切而成的剖面的湿周长度[mm]设为L，将沿所述管轴方向剖切而成的剖面内的所述管轴方向上的所述槽部的宽度[mm]设为Wg，将管外径[mm]设为D，则所述槽部的宽度Wg[mm]、所述肋部的高度Hr[mm]以及所述管外径D[mm]满足“Wg/(Hr.D)>0.40”，并且所述肋部的高度Hr[mm]、所述肋部的间隔Pr[mm]、所述肋部的宽度fclimm]、所述肋部的数量Nr以及湿周长度L[mm]满足“(Pr.Nr)/(Hr.Wr)>0.40L+9.0”。
[0037]根据该结构，在内部达到超临界压力的情况下，能够抑制导热恶化现象的产生，并提高热传导率。因此，通过在超临界压力时抑制导热恶化现象的产生并提高热传导率，能够抑制管温度的上升。
[0038]另外，优选的是，在以额定输出使锅炉运转时，在构成火炉壁的导热管的内部流通的所述热媒的平均质量速度是1000?2000kg/m2s。
[0039]根据该结构，即便在导热管的内部流通的水等热媒处于低质量速度或被赋予高热流量的情况下，也能够抑制导热恶化现象的产生并提高热传导率。
[0040]另外，优选的是，在以额定输出使锅炉运转时，在构成火炉壁的导热管的内部流通的所述热媒的平均质量速度是1500kg/m2s以下。
[0041]根据该结构，即便在降低在导热管的内部流通的热媒的质量速度的情况下，也能够抑制导热恶化现象的产生并提高热传导率。
[0042]另外，优选的是，所述管外径D[mm]形成为“25_ < D < 35mm”。
[0043]根据该结构，若管外径是25mm?35mm，则能够将热媒的质量流速设为至少所述的任一范围，能够使热媒的质量流速成为适当的质量流速。在此，在将导热管应用于锅炉的情况下，在内部流通的热媒的质量流速为预先确定的质量流速。在该情况下，相对于已经确定的质量流速，若管外径变小则质量流速增大，另一方面，若管外径增大则质量流速变小。因此，若要形成与满足上式的导热管的形状相适的质量流速，通过将管外径设为25mm?35mm的范围，能够形成已经确定的质量流速，能够使热传导率的性能最佳。
[0044]另外，优选的是，所述肋部的高度Hr[mm]、所述肋部的间隔Pr[mm]、所述肋部的宽度Wr[mm]、所述肋部的数量Nr以及湿周长度L[mm]满足“(Pr.Nr)/(Hr.Wr) <0.40L+80”。
[0045]根据该结构，在“(Pr.Nr)/(Hr.ffr) >0.40L+9.0”的式子中，若左边的式子极端增大，则表示肋部的间隔Pr扩大，肋部的数量Nr增多，肋部的高度Hr变为零，肋部的周向上的宽度Wr变为零，故而不容易维持导热管的形状。因此，通过满足“(Pr.Nr)/(Hr.Wr)<0.40L+80”这一式子，能够容易地将导热管维持为适当形状。
[0046]本发明的锅炉的特征在于，具备作为火炉壁管而使用的所述导热管，所述火炉壁管构成所述锅炉的火炉壁且在以额定输出运转时在超临界压力下运转。
[0047]根据该结构，能够将所述的导热管用作构成锅炉的火炉壁的火炉壁管。需要说明的是，这样的火炉壁管也被称作来复线管。
[0048]本发明的另一锅炉的特征在于，通过利用火焰的辐射或者高温气体加热所述的导热管，由此加热在所述导热管的内部流通的所述热媒。
[0049]根据该结构，在超临界压力时，能够抑制导热管的导热恶化现象的产生，或在抑制导热管的导热恶化现象产生的同时提高热传导率。因此，能够适当地维持从导热管朝向作为热媒的水的热传递，能够稳定地从水生成蒸汽。需要说明的是，作为高温气体，例如，可以是使燃料燃烧而产生的燃烧气体，也可以从气体涡轮等设备排出的废气。换句话说，作为使用了内部达到超临界压力的导热管的锅炉，例如，也可以应用利用火焰的辐射或者燃烧气体对导热管进行加热的超临界压力变压运转锅炉、或者超临界压力定压运转锅炉等。在该情况下，通过导热管在径向上排列多个而构成设置于锅炉内的火炉的火炉壁。另外，作为使用了内部达到超临界压力的导热管的其他锅炉，例如也可以应用利用废气加热导热管的废热回收锅炉等。在该情况下，导热管作为沿径向排列多个而成的导热管组而构成，收容在供废气流通的容器的内部。这样，只要导热管是内部达到超临界压力的锅炉，则可以应用于任一锅炉。
[0050]本发明的蒸汽涡轮设备的特征在于，具备:所述的锅炉；以及蒸汽涡轮，其利用作为所述热媒的水被加热而生成的蒸汽进行工作，所述水在设置于所述锅炉中的所述导热管的内部流通。[0051 ]根据该结构，在超临界压力时，能够抑制导热管的导热恶化现象的产生，或在抑制导热管的导热恶化现象的产生的同时提高热传导率。因此，能够适当地维持从导热管朝向水的热传递，能够稳定地生成蒸汽。因此，能够稳定地朝向蒸汽涡轮供给蒸汽，故而蒸汽涡轮的工作也变稳定。
【附图说明】
[0052]图1是示出实施例1所涉及的火力发电设备的概略结构图。
[0053]图2是沿火炉壁管的管轴方向剖切时的火炉壁管的剖视图。
[0054]图3是以与火炉壁管的管轴方向正交的面剖切时的火炉壁管的剖视图。
[0055]图4是与焓相应地变化的火炉壁的管壁面温度的一个例子的图表。
[0056]图5是与焓相应地变化的火炉壁的管壁面温度的一个例子的图表。
[0057]图6是示出火炉壁管的肋部的形状的一个例子的沿管轴方向剖切时的局部剖视图。
[0058]图7是示出火炉壁管的肋部的形状的一个例子的沿管轴方向剖切时的局部剖视图。
[0059]图8是示出火炉壁管的肋部的形状的一个例子的沿管轴方向剖切时的局部剖视图。
[0060]图9是示出火炉壁管的肋部的形状的一个例子的以与管轴方向正交的面剖切时的局部剖视图。
[0061]图10是示出越过阶梯差时的流动(后退流)与热传导率的关系的说明图。
[0062]图11是与焓相应地变化的火炉壁的管壁面温度的一个例子的图表。
[0063 ]图12是与焓相应地变化的火炉壁的管壁面温度的一个例子的图表。
[0064]图13涉及实施例2的火炉壁管，是示出与湿周长度L相应地变化的、肋高度Hr、肋间隔Pr、肋宽度Wr以及肋数量Nr的关系的图表。
[0065]图14涉及实施例3的火炉壁管，是示出与湿周长度L相应地变化的、肋高度Hr、肋间隔Pr、肋宽度Wr以及肋数量Nr的关系的图表。
[0066]图15涉及实施例4的火炉壁管，是示出与湿周长度L相应地变化的、肋高度Hr、肋间隔Pr、肋宽度Wr以及肋数量Nr的关系的图表。
【具体实施方式】
[0067]以下，根据附图详细说明本发明所涉及的实施例。需要说明的是，并不通过该实施例限定本发明。另外，下述实施例中的结构要素包括本领域技术人员能够容易地置换或者实际相同的结构要素。此外，以下记载的结构要素能够适当地组合，另外，在存在多个实施例的情况下，也能够组合各实施例。
[0068][实施例1]
[0069]图1是示出实施例1所涉及的火力发电设备的概略结构图。图2是沿火炉壁管的管轴方向剖切时的火炉壁管的剖视图。图3是以火炉壁管的与管轴方向正交的面剖切时的火炉壁管的剖视图。
[0070]实施例1的火力发电设备使用将煤炭(烟煤、次烟煤等)粉碎而成的微粉煤作为微粉燃料(固体燃料)。该火力发电设备使微粉煤燃烧，利用通过燃烧而产生的热量生成蒸汽，利用生成的蒸汽使蒸汽涡轮旋转，由此驱动与蒸汽涡轮连接的发电机，产生电力。
[0071]如图1所示那样，火力发电设备I具备锅炉10、蒸汽涡轮11、冷凝器12、高压供水加热器13以及低压供水加热器14、脱气器15、供水栗16以及发电机17。该火力发电设备I成为具备蒸汽涡轮11的蒸汽涡轮设备的一个方式。
[0072]将锅炉10作为传统锅炉使用，形成为利用燃烧器41使微粉煤燃烧、并能够使用作为导热管发挥功能的火炉壁管35回收因该燃烧而产生的热量的微粉煤焚烧锅炉。另外，该锅炉10为使火炉壁管35的内部成为超临界压力或者亚临界压力的超临界压力变压运转锅炉。锅炉10具备火炉21、燃烧装置22、汽水分离器23、过热器24以及再热器25。
[0073]火炉21具有包围四周的火炉壁31，通过四周的火炉壁31形成为四方筒形状。并且，四方筒形状的火炉21的延伸的长边方向为铅垂方向，相对于锅炉10的设置面垂直。火炉壁31使用多个火炉壁管35构成，多个火炉壁管35沿径向排列配置，以形成火炉壁31的壁面。
[0074]各火炉壁管35形成为圆筒形状，其管轴方向是铅垂方向，相对于锅炉10的设置面垂直。另外，该火炉壁管35是内部形成有螺旋状的槽的所谓的来复线管。作为热媒的水在火炉壁管35的内部流通。该火炉壁管35的内压根据锅炉10的运转而相应地成为超临界压力或亚临界压力。火炉壁管35的铅垂方向的下方侧是流入侧，铅垂方向的上方侧是流出侧。这样，本实施例的锅炉10的火炉21形成为火炉壁管35垂直的垂直管形火炉方式。需要说明的是，火炉壁管35的详细内容后述。
[0075]燃烧装置22具有装配于火炉壁31的多个燃烧器41。需要说明的是，在图1中，仅图示了一个燃烧器41。多个燃烧器41使作为燃料的微粉煤燃烧，在火炉21内形成火焰。此时，多个燃烧器41以使所形成的火焰变成回转流的方式使微粉煤燃烧。于是，多个燃烧器41利用使燃料燃烧而产生的高温的燃烧气体(高温气体)加热火炉壁管35。对于多个燃烧器41，例如将沿火炉21的周围隔开规定间隔地配设的多个燃烧器作为一组，将一组燃烧器41在铅垂方向(火炉21的长边方向)上隔开规定间隔地配置多层。
[0076]过热器(superheater)24设置在火炉21内，使从火炉21的火炉壁管35经由汽水分离器23供给的蒸汽过热。利用过热器24进行过热后的蒸汽经由主蒸汽配管46向蒸汽涡轮11供给。
[0077]再热器25设置在火炉21内，加热蒸汽涡轮11(的高压涡轮51)中利用的蒸汽。从蒸汽涡轮11(的高压涡轮51)经由低温再热蒸汽配管47流入再热器25的蒸汽通过再热器25被加热，加热后的蒸汽从再热器25经由高温再热蒸汽配管48再次流入蒸汽涡轮11(的中压涡轮 52)。
[0078]蒸汽涡轮11具有高压涡轮51、中压涡轮52以及低压涡轮53，所述的涡轮51、52、53通过成为旋转轴的转子54连结为能够一体旋转。在高压涡轮51的流入侧连接有主蒸汽配管46，在其流出侧连接有低温再热蒸汽配管47。高压涡轮51借助从主蒸汽配管46供给的蒸汽而旋转，并将使用后的蒸汽从低温再热蒸汽配管47排出。在中压涡轮52的流入侧连接有高温再热蒸汽配管48，在其流出侧连接有低压涡轮53。中压涡轮52借助从高温再热蒸汽配管48供给的再热后的蒸汽而旋转，并将使用后的蒸汽朝向低压涡轮53排出。在低压涡轮53的流入侧连接有中压涡轮52，在其流出侧连接有冷凝器12。低压涡轮53借助从中压涡轮52供给的蒸汽而旋转，并将使用后的蒸汽朝向冷凝器12排出。转子54与发电机17连接，通过高压涡轮51、中压涡轮52以及低压涡轮53的旋转使发电机17旋转驱动。
[0079]冷凝器12利用设置于内部的冷却翅片56使从低压涡轮53排出的蒸汽凝结而恢复(冷凝)成水。凝结后的水从冷凝器12朝向低压供水加热器14供给。低压供水加热器14将通过冷凝器12凝结后的水在低压的状态下加热。加热后的水从低压供水加热器14朝向脱气器15供给。脱气器15对从低压供水加热器14供给的水进行脱气。脱气后的水从脱气器15朝向高压供水加热器13供给。高压供水加热器13将通过脱气器15脱气后的水在高压的状态下进行加热。加热后的水从高压供水加热器13朝向锅炉10的火炉壁管35供给。需要说明的是，在脱气器15与高压供水加热器13之间设置有供水栗16，从脱气器15朝向高压供水加热器13供给水。
[0080]发电机17与蒸汽涡轮11的转子54连接，通过利用转子54被旋转驱动而产生电力。
[0081]需要说明的是，虽未图示，但火力发电设备I设置有脱硝装置、电集尘机、引风机、脱硫装置，在下游端部设置有烟囱。
[0082]在这样构成的火力发电设备I中，在锅炉10的火炉壁管35内流通的水被锅炉10的燃烧装置22加热。被燃烧装置22加热后的水在通过汽水分离器23而流入过热器24之前的期间形成为蒸汽，蒸汽依次通过过热器24以及主蒸汽配管46而供给至蒸汽涡轮11。供给至蒸汽涡轮11的蒸汽依次通过高压涡轮51、低温再热蒸汽配管47、再热器25、高温再热蒸汽配管48、中压涡轮52以及低压涡轮53，流入冷凝器12。此时，蒸汽涡轮11借助流通的蒸汽进行旋转，由此经由转子54对发电机17进行旋转驱动，在发电机17中产生电力。流入冷凝器12的蒸汽通过冷却翅片56被凝结而恢复成水。利用冷凝器12凝结后的水依次通过低压供水加热器14、脱气器15、供水栗16以及高压供水加热器13，再次向火炉壁管35内供给。这样，本实施例的锅炉10成为贯流锅炉。
[0083]接下来，参照图2以及图3说明火炉壁管35。如图2以及图3所示那样，火炉壁管35形成为以中心线I作为中心的圆筒形状。火炉壁管35如上述那样设置成其管轴方向为铅垂方向，在内部，水从铅垂方向的下方侧朝向上方侧流通。另外，作为来复线管构成的火炉壁管35在其内周面Pl形成有朝向管轴方向成为螺旋形状的槽部36。另外，在火炉壁管35中，通过螺旋形状的槽部36，朝向径向的内侧突出的肋部37以呈朝向管轴方向的螺旋形状的方式形成。在此，将火炉壁管35的管外径、换句话说将在外周面P3中穿过中心线I的直径设为管外径D。需要说明的是，管外径D形成为几十毫米级别的长度。因此，管外径D的单位是[mm]。
[0084]在以与管轴方向正交的面剖切而成的图3所示的剖面中，槽部36在内周面Pl的周向上以隔开规定间隔的方式形成有多个。在实施例1中，槽部36在图3所示的剖面中形成有六条。因此，肋部37在图3所示的剖面中也形成有六条。需要说明的是，在实施例1中，虽将形成于火炉壁管35的槽部36的数量设为六条，但槽部36只要形成有多个即可，不特别限定。
[0085]另外，由于各槽部36形成为向径向的外侧没入，因此各槽部36的底面(换句话说，槽部36的径向外侧的面)成为比内周面Pl靠径向外侧的内周面P2。该内周面P2在图3所示的剖面中形成为以中心线I作为中心的圆形。换句话说，内周面Pl与内周面P2形成在同心圆上，内周面Pl位于径向内侧，内周面P2位于径向外侧。在此，将火炉壁管35的内侧的内周面Pl的直径设为小内径dl，将火炉壁管35的外侧的内周面P2的直径设为大内径d2。
[0086]另外，由于各槽部36朝向管轴方向形成为螺旋形状，因此在沿管轴方向剖切的图2所示的剖面中，在内周面Pl的管轴方向上以隔开规定间隔的方式形成有多个。
[0087]在以与管轴方向正交的面剖切而成的图3所示的剖面中，肋部37在内周面Pl的周向上以隔开规定间隔的方式形成有多个。在实施例1中，由于槽部36形成有六条，因此形成在槽部36之间的肋部37形成有六条。需要说明的是，在实施例1中，虽将形成于火炉壁管35的肋部37的数量设为六条，但与槽部36相同，肋部37只要形成多个即可，不特别限定。
[0088]另外，各肋部37从各槽部36的底面(换句话说内周面P2)朝向径向内侧突出形成。另外，由于肋部37朝向管轴方向形成为螺旋形状，因此在沿管轴方向剖切而成的图2所示的剖面中，肋部37在管轴方向上以隔开规定间隔的方式在内周面P2形成有多个。
[0089]在此，如图2所示那样，将肋部37的径向上的高度设为肋高度Hr。具体而言，肋高度Hr是从内周面P2到肋部37位于径向的最内侧的部位(即顶部)的高度。另外，在图3所示的剖面中，将肋部37的周向上的宽度设为肋宽度Wr。具体而言，肋宽度ffr是肋部37的周向的一侧的与内周面P2的交界和肋部37的周向的另一侧的与内周面P2的交界之间的宽度。
[0090]另外，在图2所示的剖面中，将槽部36的管轴方向上的宽度设为槽宽度Wg，将管轴方向上相邻的肋部37的间隔设为肋间隔Pr。具体而言，槽宽度Wg是槽部36的管轴方向的一侧的内周面P2与肋部37的交界和槽部36的管轴方向的另一侧的内周面P2与肋部37的交界之间的宽度。另外，间隔Pr是肋部37的管轴方向上的中心彼此间的距离。
[0091]此外，在图3所示的剖面中，将火炉壁管35与在内部流通的水接触的长度设为湿周长度L，将肋部37的数量设为肋数量Nr。需要说明的是，在图3中，湿周长度L为了方便图示而采用类似于圆周这样的记载，但如前所述，湿周长度L是流路剖面中与流体接触的壁面的总长度。此时，管外径D是几十毫米级别的长度。因此，肋高度Hr是毫米级别的高度。同样地，肋宽度ffr、槽宽度Wg、肋间隔Pr以及湿周长度L也是毫米级别的长度。因此，肋高度Hr、肋宽度Wr、槽宽度Wg、肋间隔Pr以及湿周长度L的单位是[mm]。
[0092]接下来，对火炉壁管35的形状进行说明。如上所述，水在火炉壁管35的内部达到超临界压力的状态下流通。在该情况下，在被燃烧装置22加热的火炉壁管35中，存在产生热传导率降低的导热恶化现象。因此，火炉壁管35形成为所述的小内径dl、大内径d2、管外径D、槽宽度Wg、肋宽度Wr、间隔Pr、肋数量Nr以及肋高度Hr、湿周长度L满足下述关系式的形状。
[0093]在火炉壁管35中，槽宽度Wg、肋高度Hr以及管外径D满足“Wg/(Hr.D)>0.40”的关系式。在此，若设“Wg/(Hr.D)=r，则“F>0.40”。此时，肋高度Hr是“Hr>0”，肋部37形成为朝径向内侧突出的结构。另外，肋高度Hr、肋间隔Pr、肋数量Nr以及湿周长度L满足“(Pr.Nr)/Hr>1.25L+55”的关系式。详细内容后述，通过将火炉壁管35的形状设为满足所述关系式的形状，能够抑制导热恶化现象的产生。此时，若管外径D为“25mm< D < 40mm”，则效果更显著。
[0094]形成螺旋形状的肋部37的导程角是满足所述关系式的角度。需要说明的是，导程角是相对于管轴方向的角度，若肋部37的导程角为0°，则成为沿着管轴方向的方向，若肋部37的导程角为90°，则成为沿着周向的方向。在此，肋部37的导程角也根据肋部37的数量相应地适当变更。换句话说，若肋部37的数量多，则肋部37的导程角形成为平缓的角度(接近0°)，另一方面，若肋部37的数量少，则肋部37的导程角形成为急剧的角度(接近90°)。
[0095]接下来，参照图4以及图5，说明根据焓相应地变化的火炉壁的管壁面温度的变化。图4以及图5是与焓相应地变化的火炉壁的管壁面温度的一个例子的图表。在此，图4以及图5的横轴是赋予火炉壁31(火炉壁管35)的焓，其纵轴是管壁面温度(火炉壁管35的温度)。
[0096]如图4以及图5所示那样，F1是示出“F= 0.35”时的管壁面温度的变化的图表，为不满足本实施例的关系式的以往的火炉壁管35的形状。另外，F2是示出“F>0.40”时的管壁面温度的变化的图表，为满足本实施例的关系式的火炉壁管35的形状。此外，F3是示出满足“(Pr.Nr)/Hr>1.25L+55”的关系式时的管壁面温度的变化的图表，为满足本实施例的关系式的另一火炉壁管35的形状。需要说明的是，Tw是示出在火炉壁管35的内部流通的水的温度(流体温度)的变化的图表，Tmax是火炉壁管35能够允许的极限管温度。
[0097]在此，在图4中，在火炉壁管35的内部流通的水的质量速度为能够确保火炉壁管35的内部的水的流动稳定性的低质量速度，火炉壁管35的内部成为超临界压力。具体而言，低质量速度虽因管外径D、小内径dl以及大内径d2的大小而有所不同，但例如在以额定输出使锅炉10运转时，为火炉壁管35的平均质量速度在1000(kg/m2s)以上且2000(kg/Vs)以下的范围。需要说明的是，只要是能够确保火炉壁管35的内部的水的流动稳定性的质量速度，则不限于所述范围。另外，在本实施例中，额定输出是火力发电设备I的发电机的额定电输出。
[0098]如图4所示那样，在情况下，若焓增大，换句话说，若赋予火炉壁管35的热量增多，则认为管壁面温度瞬态上升。换句话说，在^的情况下，若赋予火炉壁管35的热量增多，则确认到在超临界压力时产生热传导率降低的导热恶化现象。
[0099]另一方面，如图4所示那样，在F2以及F3的情况下，若焓增大，换句话说，若赋予火炉壁管35的热量增多，与F1的情况比较，可以认为管壁面温度缓慢上升。换句话说，在F2以及F3的情况下，即便赋予火炉壁管35的热量增多，超临界压力时的热传导率的降低也得到抑制，确认到能够抑制火炉壁管35的导热恶化现象的产生。
[0100]接着，在图5中，在火炉壁管35的内部流通的水的质量速度与图4相比减缓，为能够使锅炉10运转的最低限度(下限)的质量速度。需要说明的是，火炉壁管35的内部与图4相同地成为超临界压力。具体而言，最低限度的质量速度虽因管外径D、小内径dl以及大内径d2的大小而有所不同，但例如在以额定输出使锅炉10运转时，为火炉壁管35的平均质量速度在1500(kg/m2s)以下的范围。需要说明的是，只要是锅炉10能够运转的最低限度的质量速度，则不限于所述的范围，一般下限为700kg/m2s左右。
[0101]如图5所示那样，在情况下，若焓增大，换句话说，若赋予火炉壁管35的热量增多，则可以认为管壁面温度瞬态上升。换句话说，在情况下，热媒在火炉壁管35的内部以达到最低限度的质量速度流通，若赋予火炉壁管35的热量增多，则确认到在超临界压力时产生热传导率降低的导热恶化现象。
[0102]另一方面，如图5所示那样，在^的情况下，若焓增大，换句话说，若赋予火炉壁管35的热量增多，与F1的情况比较，虽然管壁面温度缓慢上升，但可以认为会超过极限管温度Tmax。与此相对，在F3的情况下，若焓增大，换句话说，若赋予火炉壁管35的热量增多，则与F2的情况比较，管壁面温度缓慢上升。换句话说，在F3的情况下，换言之在火炉壁管35的形状满足“(Pr.Nr)/Hr>1.25L+55”的关系式的情况下，即便热媒在火炉壁管35的内部以达到最低限度的质量速度流通，且赋予火炉壁管35的热量增多，超临界压力时的热传导率的降低也得到抑制，确认到能够抑制火炉壁管35的导热恶化现象的产生。
[0103]如上，根据实施例1的结构，即便在内部达到超临界压力的火炉壁管35中，在火炉壁管35的内部流通的水处于低质量速度或被赋予高热流量的情况下，通过满足Wg/(Hr.D)>0.40，如图4所示那样，也能够抑制导热恶化现象的产生。因此，由于能够在超临界压力时抑制导热恶化现象的产生，因此能够抑制火炉壁管35的管温度(火炉壁31的管壁面温度)的上升。
[0104]另外，根据实施例1的结构，即便在火炉壁管35的内部流通的水是达到下限的质量速度，通过满足(Pr.Nr)/Hr>1.25L+55，如图5所示那样，能够抑制导热恶化现象的产生。因此，即便在超临界压力时，水在火炉壁管35的内部以达到下限的质量速度流通，也能够抑制导热恶化现象的产生，故而能够抑制火炉壁管35的管温度(火炉壁31的管壁面温度)的上升。
[0105]另外，根据实施例1的结构，能够将满足所述关系式的火炉壁管35应用于垂直管形火炉式的超临界压力变压运转锅炉。因此，能够在超临界压力时抑制火炉壁管35的导热恶化现象的产生，故而能够适当维持从火炉壁管35朝向水的热传递，能够稳定地生成蒸汽。
[0106]另外，根据实施例1的结构，能够将具有火炉壁管35的锅炉10应用于使用蒸汽涡轮11的火力发电设备I。因此，在锅炉10中，能够稳定地生成蒸汽，故而能够稳定地朝向蒸汽涡轮11供给蒸汽，所以也能够使蒸汽涡轮11的工作稳定。
[0107]需要说明的是，在实施例1中，将作为导热管而发挥功能的火炉壁管35应用于传统锅炉，将传统锅炉应用于火力发电设备I，但不限于该结构。例如，也可以将满足所述关系式的导热管应用于废热回收锅炉，将废热回收锅炉应用于煤炭气化复合发电(IGCC)设备。换句话说，只要是导热管的内部达到超临界压力的贯流锅炉，可以应用于任一锅炉。
[0108]另外，在实施例1中，在F2时，形成满足“F>0.40”的关系式的火炉壁管35的形状，在F3时，形成满足“(Pr.Nr)/Hr>1.25L+55”的关系式的火炉壁管35的形状，但火炉壁管35的形状不限于F2或者F3的形状。即，火炉壁管35的形状也可以设为组合内的形状与F3的形状而成的形状。
[0109]另外，在实施例1中，不特别限定火炉壁管35的肋部37的形状，例如也可以设为图6所示的形状。图6是示出火炉壁管的肋部的形状的一个例子的沿管轴方向剖切时的局部剖视图。
[0110]如图6所示那样，火炉壁管35的肋部37的沿管轴方向剖切时的剖面形状形成为将内周面P2作为底面(下底)且将内周面Pl作为上表面(上底)的梯形状。需要说明的是，在该情况下，肋部37的肋高度Hr与实施例1相同地为从内周面P2到肋部37位于径向的最内侧的部位(即内周面Pl)的高度。另外，槽宽度Wg是槽部36的管轴方向的一侧的成为内周面P2与肋部37的交界的弯曲的部位和槽部36的管轴方向的另一侧的成为内周面P2与肋部37的交界的弯曲的部位之间的宽度。
[0111]以上，如图6所示那样，火炉壁管35的肋部37也可以是具有相对于内周面Pl以及内周面P2形成为规定角度的弯曲部的形状。需要说明的是，在图6中，肋部37形成为梯形状，但也可以是矩形状或者三角形状，不特别限定。
[0112]另外，火炉壁管35的肋部37的形状也可以设为图7所示的形状。图7是示出火炉壁管的肋部的形状的一个例子的沿管轴方向剖切时的局部剖视图。
[0113]如图7所示那样，火炉壁管35的肋部37的沿管轴方向剖切时的剖面形状形成为与内周面P2连续并且向径向内侧凸的弯曲的形状。需要说明的是，在该情况下，肋部37的肋高度Hr与实施例1相同地，是从内周面P2到肋部37位于径向的最内侧的部位(即顶部)的高度。另外，槽宽度Wg是槽部36的管轴方向的一侧的平坦的内周面P2与弯曲的肋部37的交界和槽部36的管轴方向的另一侧的平坦的内周面P2与弯曲的肋部37的交界之间的宽度。
[0114]以上，如图7所示那样，火炉壁管35的肋部37也可以设为具有相对于内周面Pl以及内周面P2形成为规定的曲率半径的连续的曲面的形状。需要说明的是，在图7中，肋部37设为向径向内侧凸的弯曲形状，但肋部37的径向内侧的顶部也可以形成为平坦面，只要是与内周面Pl以及内周面P2连续的曲面，则不特别限定。
[0115]另外，火炉壁管35的肋部37的形状也可以设为图8以及图9所示的形状。图8是示出火炉壁管的肋部的形状的一个例子的沿管轴方向剖切时的局部剖视图，图9是示出火炉壁管的肋部的形状的一个例子的以与管轴方向正交的面剖切时的局部剖视图。
[0116]如图8所示那样，火炉壁管35的肋部37的沿管轴方向剖切时的剖面形状形成为以内周面P2作为底面的三角形状。此时，肋部37与内周面P2形成的角度在水的流通方向的上游侧与下游侧不同。换句话说，肋部37在流通方向的上游侧与内周面P2形成的角度比在流通方向的下游侧与内周面P2形成的角度小。换句话说，对于肋部37，相对于水的流通方向，上游侧的部位的斜度急剧，另一方面，下游侧的部位的斜度平缓。
[0117]另外，如图9所示那样，火炉壁管35的肋部37的以与管轴方向正交的面剖切时的剖面形状形成为以内周面P2作为底面的三角形状。此时，肋部37与内周面P2形成的角度在水的回转方向的上游侧与下游侧不同。换句话说，肋部37在回转方向的上游侧与内周面P2形成的角度比在回转方向的下游侧与内周面P2形成的角度小。换句话说，对于肋部37，相对于水的回转方向，上游侧的部位的斜度急剧，另一方面，下游侧的部位的斜度平缓。
[0118][实施例2]
[0119]接下来，参照图10?图13说明实施例2所涉及的火炉壁管35。图10是示出越过阶梯差时的流动(后退流)与热传导率的关系的说明图。图11是示出与焓相应地变化的火炉壁的管壁面温度的一个例子的图表。图12是与焓相应地变化的火炉壁的管壁面温度的一个例子的图表。图13涉及实施例2的火炉壁管，且是示出根据湿周长度L相应地变化的、肋高度Hr、肋间隔Pr、肋宽度ffr以及肋数量Nr的关系的图表。需要说明的是，在实施例2中，为了避免重复记载，说明与实施例1不同的部分，并且对与实施例1相同结构的部分标注相同的附图标记。以下，说明实施例2所涉及的火炉壁管35的形状。
[0120]火炉壁管35的内部成为超临界压力的状态，在该状态下使水流通。此时，被燃烧装置22加热的实施例2的火炉壁管35形成为抑制导热恶化现象并且热传导率高的形状。
[0121]在此，由于火炉壁管35的内部处于超临界压力，因此水以单相的状态流通。另外，由于水在管轴方向上流动，因此一边通过肋部37施加回转力一边越过肋部37而流动。此时，越过肋部37的流动形成为所谓的后退流。以下，参照图10对后退流与热传导率的关系进行说明。
[0122]图10是示出越过阶梯差时的流动(后退流)与热传导率的关系的说明图。图10所示的供流体流动的流路100形成为台阶部101从底面P4突出的流路。另外，形成底面P4的部位是槽部102。在此，流路100相当于火炉壁管35的内部流路。并且，台阶部101相当于火炉壁管35的肋部37。另外，槽部102相当于火炉壁管35的槽部36。此外，在流路100中流动的流体相当于作为热媒的水。需要说明的是，流体流动的规定的流动方向相当于水进行流通的管轴方向。
[0123]在此，在流路100中，当流体沿规定的流动方向流动时，流体在台阶部1I上流过之后，在台阶部101的角部剥离。剥离后的流体在附着点O附着于槽部102的底面P4。之后，附着于槽部102的底面P4的水沿着底面P4流向下游侧。
[0124]此时，在规定的流动方向上，底面P4的热传导率如图10所示，在附着点O处，热传导率最高，随着从附着点O朝向上游侧以及下游侧远离而热传导率降低。因此，为了提高火炉壁管35的热传导率，需要适当地调整附着点O的位置。
[0125]在此，附着点O的位置能够通过改变肋高度Hr与肋宽度ffr而调整。换句话说，通过将肋高度Hr与肋宽度Wr设为最佳形状，能够将附着点O的位置设在火炉壁管35的热传导率尚的位置。
[0126]因此，火炉壁管35形成为所述的小内径dl、大内径d2、管外径D、槽宽度Wg、肋宽度Wr、间隔Pr、肋数量Nr以及肋高度Hr、湿周长度L满足下述关系式的形状。
[0127]在火炉壁管35中，槽宽度Wg、肋高度Hr以及管外径D满足“Wg/(Hr.D)>0.40”的关系式(以下，称作(I)式)。在此，若“Wg/(Hr.D) = F”，则“F>0.40”。此时，肋高度Hr是“Hr>O”，肋部37形成为朝径向的内侧突出的结构。另外，肋高度Hr、肋间隔Pr、肋宽度Wr、肋数量Nr以及湿周长度L满足“(Pr.Νγ)/(Ηγ.ΤΓ)>0.40?+9.0”的关系式(以下，称作⑵式)。详细内容后述，通过将火炉壁管35的形状设为满足所述两个关系式的形状，能够抑制导热恶化现象的产生并提高热传导率。
[0128]形成螺旋形状的肋部37的导程角是满足所述关系式的角度。需要说明的是，导程角是相对于管轴方向的角度，若肋部37的导程角是0°，则是沿管轴方向的方向，若肋部37的导程角是90°，则是沿周向的方向。在此，肋部37的导程角也根据肋部37的数量适当地变更。换句话说，若肋部37的数量多，则肋部37的导程角形成为平缓的角度(接近0°)，另一方面，若肋部37的数量少，则肋部37的导程角形成为急剧的角度(接近90°)。
[0129]接下来，参照图11以及图12说明与焓相应地变化的火炉壁的管壁面温度的变化。图11以及图12是与焓相应地变化的火炉壁的管壁面温度的一个例子的图表。在此，图11以及图12的横轴是赋予火炉壁31 (火炉壁管35)的焓，纵轴是管壁面温度(火炉壁管35的温度)。
[0130]如图11以及图12所示那样，F1是示出“F= 0.35”时的管壁面温度的变化的图表，为不满足实施例1的关系式的以往的火炉壁管35的形状。另外，F2是示出“F>0.40”时的管壁面温度的变化的图表，为满足实施例2的(I)式的火炉壁管35的形状。此外，F4是示出满足“F>0.40”以及“(Pr.Nr)/(Hr.Wr)>0.40L+9.0”这两个关系式时的管壁面温度的变化的图表，为满足实施例2的两个关系式的火炉壁管35的形状。需要说明的是，Tw是示出在火炉壁管35的内部流通的水的温度(流体温度)的变化的图表，Tmax是火炉壁管35能够允许的极限管温度。
[0131 ]在此，在图11中，在火炉壁管35的内部流通的水的质量速度是能够确保火炉壁管35的内部的水的流动稳定性的低质量速度，火炉壁管35的内部达到超临界压力。具体而言，低质量速度因管外径D、小内径dl以及大内径d2的大小而不同，但例如在以额定输出使锅炉10运转时，为火炉壁管35的平均质量速度在1000(kg/m2s)以上且2000(kg/Vs)以下的范围。需要说明的是，只要是能够确保火炉壁管35的内部的水的流动稳定性的质量速度，则不限于所述的范围。另外，在实施例2中，额定输出是火力发电设备I的发电机的额定电输出。
[0132]如图11所示那样，在情况下，若焓增大，换句话说，若赋予火炉壁管35的热量增多，则可以认为管壁面温度瞬态上升。换句话说，在情况下，若赋予火炉壁管35的热量增多，则确认到在超临界压力时产生热传导率降低的导热恶化现象。
[0133]另一方面，如图11所示那样，在^的情况下，若焓增大，换句话说，若赋予火炉壁管35的热量增多，可以认为与F1的情况比较，管壁面温度缓慢地上升。换句话说，确认到在F2的情况下，即便赋予火炉壁管35的热量增多，超临界压力时的热传导率的降低也得到抑制，能够抑制火炉壁管35的导热恶化现象的产生。换句话说，确认到满足(I)式的火炉壁管35的形状能够抑制导热恶化现象的产生。
[0134]此外，如图11所示那样，在F4的情况下，可以认为在从小焓到大焓的范围内，与F2的情况比较管壁面温度较低。换句话说，在F4的情况下，与赋予火炉壁管35的热量的大小无关地，与F2的情况相比火炉壁管35的热传导率提高，另外，确认到即便在赋予火炉壁管35的热量增多的情况下，超临界压力时的热传导率的降低也得到抑制，能够抑制火炉壁管35的导热恶化现象的产生。换句话说，确认到满足(I)式以及(2)式的火炉壁管35的形状能够抑制导热恶化现象的产生，并且能够提高热传导率。
[0135]接着，在图12中，在火炉壁管35的内部流通的水的质量速度与图11相比较慢，是使锅炉10能够运转的最低限度(下限)的质量速度。需要说明的是，火炉壁管35的内部与图11相同地为超临界压力。具体而言，虽然最低限度的质量速度因管外径D、小内径dl以及大内径d2的大小而不同，但例如在以额定输出使锅炉10运转时，为火炉壁管35的平均质量速度在1500(kg/m2s)以下的范围。需要说明的是，只要是锅炉10能够运转的最低限度的质量速度，则不限于所述的范围，但一般来说下限为700kg/m2s左右。
[0136]如图12所示那样，在情况下，若焓增大，换句话说，若赋予火炉壁管35的热量增多，则可以认为管壁面温度瞬态上升。换句话说，在情况下，热媒在火炉壁管35的内部以最低限度的质量速度流通，若赋予火炉壁管35的热量增多，则确认到在超临界压力时产生热传导率降低的导热恶化现象。
[0137]另一方面，如图12所示那样，在^的情况下，若焓增大，换句话说，若赋予火炉壁管35的热量增多，可以认为与F1的情况相比，虽然管壁面温度缓慢上升，但会超过极限管温度
Tmax ο
[0138]与此相对，如图12所示那样，在F4的情况下，可以认为在从小焓到大焓的范围内，与^的情况相比管壁面温度较低。换句话说，确认到在F4的情况下，与赋予火炉壁管35的热量的大小无关地，与F2的情况相比火炉壁管35的热传导率提高。另外，确认到即便热媒在火炉壁管35的内部以最低限度的质量速度流通，且赋予火炉壁管35的热量增多，超临界压力时的热传导率的降低也得到抑制，能够抑制火炉壁管35的导热恶化现象的产生。换句话说，确认到满足(I)式以及(2)式的火炉壁管35的形状能够抑制导热恶化现象的产生并提高热传导率。
[0139]接下来，参照图13，说明示出根据湿周长度L变化的、肋高度Hr、肋间隔Pr、肋宽度Wr以及肋数量Nr的关系的图表与所述的F4所涉及的区域的关系。图13涉及实施例2的火炉壁管，是示出根据湿周长度L相应地变化的、肋高度Hr、肋间隔Pr、肋宽度ffr以及肋数量Nr的关系的图表。需要说明的是，在图13的图表中，横轴是湿周长度L，纵轴是“(Pr.Nr)/(Hr.Wr)” ο
[0140]图13所示的SI是“(Pr.Nr)/(Hr.ffr) =0.40L+9.0”的线，所述的F4所涉及的区域是(Pr.Nr)/(Hr.ffr)的值为大于SI的值的区域。换句话说，实施例2的火炉壁管35通过将肋高度Hr、肋间隔Pr、肋宽度ffr、肋数量Nr、湿周长度L设为包含在F4的区域内的形状，从而能够形成为可抑制导热恶化现象的产生且提高热传导率的形状。
[0141]如上，根据实施例2的结构，在内部处于超临界压力的火炉壁管35中，通过满足uWg/(Hr.D) >0.40” 并且满足 “(Pr.Nr)/(Hr.Wr) >0.40L+9.0”，能够抑制导热恶化现象的产生并提高热传导率。因此，在超临界压力时，通过抑制导热恶化现象的产生并提高热传导率，无论焓大小都能够抑制管温度(火炉壁31的管壁面温度)的上升。
[0142]另外，根据实施例2的结构，即便在火炉壁管35的内部流通的水处于低质量速度(平均质量速度为1000?2000kg/m2s)或被赋予高热流量，降低在火炉壁管35的内部流通的水的质量速度(平均质量速度为1500kg/m2s以下)的情况下，在超临界压力时也能够抑制导热恶化现象的产生并提高热传导率。
[0143]另外，根据实施例2的结构，能够将满足所述关系式的火炉壁管35应用于垂直管形火炉式的超临界压力变压运转锅炉。因此，在超临界压力时，由于能够抑制火炉壁管35的导热恶化现象的产生，因此能够适当地维持从火炉壁管35朝向水的热传递，能够稳定地生成蒸汽。
[0144]另外，根据实施例2的结构，能够将具有火炉壁管35的锅炉10应用于使用蒸汽涡轮11的火力发电设备I。因此，在锅炉10中，能够稳定地生成蒸汽，故而能够稳定地朝向蒸汽涡轮11供给蒸汽，因此蒸汽涡轮11的工作也能够变稳定。
[0145]需要说明的是，在实施例2中，将作为导热管而发挥功能的火炉壁管35应用于传统锅炉，将传统锅炉应用于火力发电设备I，但不限于该结构。例如，也可以将满足所述关系式的导热管应用于废热回收锅炉，将废热回收锅炉应用于煤炭气化复合发电(IGCC)设备。换句话说，只要是导热管的内部达到超临界压力的贯流锅炉，可以应用于任一锅炉。
[0146]另外，在实施例2中，不特别限定火炉壁管35的肋部37的形状，例如也可以与实施例I相同地设为图6?图9所示的形状。
[0147][实施例3]
[0148]接下来，参照图14说明实施例3所涉及的火炉壁管35。图14涉及实施例3的火炉壁管，是示出根据湿周长度L相应地变化的、肋高度Hr、肋间隔Pr、肋宽度ffr以及肋数量Nr的关系的图表。需要说明的是，在实施例3中同样地，为了避免重复记载，说明与实施例1、2不同的部分，并对与实施例1、2相同结构的部分标注相同的附图标记。在实施例2中，关于管外径D未特别言及，但在实施例3中，将火炉壁管35的管外径D形成为满足“25mm< D < 35mm”。以下，说明实施例3所涉及的火炉壁管35。
[0149]如实施例2记载地，在火炉壁管35的内部流通的水的平均质量速度成为1000(kg/m2s)以上且2000(kg/Vs)以下的范围，或者成为1500(kg/Vs)以下且锅炉10能够运转的最低限度的质量速度以上。这样，在火炉壁管35的内部流通的水的质量速度成为预先确定的质量速度。其原因在于，为了使满足(I)式以及(2)式的火炉壁管35的热传导率最佳，通过设在所述的质量速度的范围内，从而使图10所示的附着点O的位置成为最佳位置。此时，若火炉壁管35的管外径D变小则质量流速增大，另一方面，若管外径D增大则质量流速变小。在此，若火炉壁管35的管外径D的大小过大或者过小，则脱离所述的质量流速的范围，由此，存在图10所示的附着点O的位置从最佳位置变化的可能性。因此，为了成为与满足(I)式以及(2)式的火炉壁管35的形状相适的质量流速，火炉壁管35的管外径D成为下述的范围。
[0150]在实施例3中，将火炉壁管35的管外径D形成为“25mm <D< 35mm”。在此，如图14所示那样，由成为“25mm< DS 35mm”的范围的管外径D规定的区域是被两条线S2夹着的区域。换句话说，湿周长度L利用以管外径D作为因数的函数定义，若管外径D增大，则湿周长度L增大，若管外径D变小，则湿周长度L变小。并且，两条线S2中的图14的左侧的线S2是管外径“D= 25mm”的线，图14的右侧的线S2是管外径“D = 35mm”的线。并且，实施例3的火炉壁管35形成为使肋高度Hr、肋间隔Pr、肋宽度Wr、肋数量Nr、湿周长度L包含在由线SI规定的F4的区域与被两条线S2夹着的区域重复的重复区域内的形状。
[0151]如上，根据实施例3的结构，通过将管外径D设为“25mm<D < 35mm”，能够使水的质量流速成为所述的范围，能够使水的质量流速成为适当的质量流速。因此，能够形成与满足
(I)式以及(2)式的火炉壁管35的形状相适的质量流速，故而能够使附着点O的位置成为最佳位置，使热传导率的性能达到最佳。
[0152][实施例4]
[0153]接下来，参照图15说明实施例4所涉及的火炉壁管35。图15涉及实施例4的火炉壁管，是示出根据湿周长度L相应地变化的肋高度Hr、肋间隔Pr、肋宽度ffr以及肋数量Nr的关系的图表。需要说明的是，在实施例4中同样地，为了避免重复记载，说明与实施例1?3不同的部分，并对与实施例1?3相同结构的部分标注相同的附图标记。在实施例4中，对(2)式设置上限值。以下，说明实施例4所涉及的火炉壁管35。
[0154]在实施例4的火炉壁管35中，肋高度Hr、肋间隔Pr、肋宽度ffr、肋数量Nr以及湿周长度L在满足(I)式以及(2)式的基础上还满足“(Pr.Nr)/(Hr.Wr)<0.40L+80”的关系式(以下，称作(3)式)。换句话说，组合(2)式与(3)式，实施例3的火炉壁管35形成为“0.40L+9.0<(Pr.Nr)/(Hr.Wr) <0.40L+80” 白勺范围。
[0155]在此，在(2)式、S卩“(Pr.Nr)/(Hr.Wr) >0.40L+9.0”的式子中，由于未设定“(Pr.Nr)/(Hr.ffr)”的上限值，因此若左边的式子极端增大，则形成肋间隔Pr变宽，肋数量Nr增多，肋高度Hr变为零，肋宽度ffr变为零的方向。在该情况下，不容易维持火炉壁管35的形状。
[0156]因此，在实施例4中，对(3)式设置有上限值。在此，如图15所示那样，线S3是“(Pr.Nr)/(Hr.Wr)=0.40L+80”。并且，实施例4的火炉壁管35形成为使肋高度处、肋间隔作、肋宽度ffr、肋数量Nr、湿周长度L处于由线SI规定的F4的区域、被两条线S2夹着的区域以及比线S3小的区域重复的重复区域内的形状。换句话说，实施例4的火炉壁管35形成为被线S1、两条线S2以及线S3包围的区域内的、肋高度Hr、肋间隔Pr、肋宽度Wr、肋数量Nr、湿周长度L。
[0157]如上，根据实施例4的结构，通过利用(3)式规定上限值，肋高度Hr、肋间隔Pr、肋宽度Wr、肋数量Nr、湿周长度L不会发散，能够容易地将火炉壁管35维持为适当形状。
[0158]需要说明的是，在实施例1?4中，未特别限定螺旋形状的槽部36以及肋部37的回转方向，回转方向可以是顺时针方向也可以是逆时针方向，不特别限定。
[0159][附图标记]
[0160]I火力发电设备
[0161]10 锅炉
[0162]11蒸汽涡轮
[0163]21 火炉
[0164]22燃烧装置
[0165]31火炉壁
[0166]35火炉壁管
[0167]36 槽部
[0168]37 肋部
[0169]100 流路
[0170]101台阶部
[0171]102 槽部
[0172]D管外径
[0173]dl小内径
[0174]d2大内径
[0175]Wg槽宽度
[0176]Wr肋宽度
[0177]Hr肋高度
[0178]Pl内周面
[0179]P2内周面
[0180]P3外周面
[0181]P4 底面
[0182]L湿周长度
[0183]O附着点
【主权项】
1.一种导热管，其设置于锅炉中，内部达到超临界压力，且热媒在该导热管的内部流通，其特征在于，具备: 形成于内周面且为朝向管轴方向的螺旋形状的槽部；以及 利用螺旋形状的所述槽部而以朝向径向的内侧突出的方式形成的肋部， 在沿所述管轴方向剖切而成的剖面中，在将所述槽部的在所述管轴方向上的宽度[mm]设为Wg，将所述肋部的在所述径向上的高度[mm]设为Hr，将管外径[mm]设为D时， 所述槽部的宽度Wg[mm]、所述肋部的高度Hr[mm]以及所述管外径D[mm]满足:Wg/(Hr.D)>0.40o2.根据权利要求1所述的导热管，其特征在于， 在以额定输出使锅炉运转时，在构成火炉壁的导热管的内部流通的所述热媒的平均质量速度为1000?2000kg/m2s。3.根据权利要求1或2所述的导热管，其特征在于， 在将所述肋部的在所述管轴方向上的间隔[mm]设为Pr，将位于与所述管轴方向垂直地剖切而成的剖面内的所述肋部的数量设为Nr，将与所述管轴方向垂直地剖切而成的剖面的湿周长度[mm]设为L时， 所述肋部的高度Hr[mm]、所述肋部的间隔Pr[mm]、所述肋部的数量Nr以及湿周长度L[mm]满足:(Pr.Nr)/Hr>1.25L+55。4.根据权利要求3所述的导热管，其特征在于， 在以额定输出使锅炉运转时，在构成火炉壁的导热管的内部流通的所述热媒的平均质量速度为1500kg/m2s以下。5.根据权利要求1至4中任一项所述的导热管，其特征在于， 所述管外径D[mm]形成为25mm < D < 40mm。6.—种导热管，其设置于锅炉中，内部达到超临界压力，且热媒在该导热管的内部流通，其特征在于，具备: 形成于内周面且为朝向管轴方向的螺旋形状的槽部；以及 利用螺旋形状的所述槽部而以朝向径向的内侧突出的方式形成的肋部， 在将所述肋部的在所述径向上的高度[mm]设为Hr，将所述肋部的在所述管轴方向上的间隔[mm]设为Pr，将位于与所述管轴方向垂直地剖切而成的剖面内的所述肋部的数量设为Nr，将与所述管轴方向垂直地剖切而成的剖面的湿周长度[mm]设为L时， 所述肋部的高度Hr[mm]、所述肋部的间隔Pr[mm]、所述肋部的数量Nr以及湿周长度L[mm]满足:(Pr.Nr)/Hr>1.25L+55。7.根据权利要求6所述的导热管，其特征在于， 在以额定输出使锅炉运转时，在构成火炉壁的导热管的内部流通的所述热媒的平均质量速度为1500kg/m2s以下。8.根据权利要求6或7所述的导热管，其特征在于， 在沿所述管轴方向剖切而成的剖面中，在将所述槽部的在所述管轴方向上的宽度[mm]设为Wg，将管外径[mm]设为D时， 所述槽部的宽度Wg[mm]、所述肋部的高度Hr[mm]以及所述管外径D[mm]满足:Wg/(Hr.D)>0.40o9.根据权利要求8所述的导热管，其特征在于， 在以额定输出使锅炉运转时，在构成火炉壁的导热管的内部流通的所述热媒的平均质量速度为1000?2000kg/m2s。10.根据权利要求8或9所述的导热管，其特征在于， 所述管外径D[mm]形成为25mm < D < 40mm。11.一种导热管，其设置于锅炉中，内部达到超临界压力，且热媒在该导热管的内部流通，其特征在于，具备: 形成于内周面且为朝向管轴方向的螺旋形状的槽部；以及 利用螺旋形状的所述槽部而以朝向径向的内侧突出的方式形成的肋部， 在将所述肋部的在所述径向上的高度[mm]设为Hr，将所述肋部的在所述管轴方向上的间隔[mm]设为Pr，将所述肋部的在所述内周面的周向上的宽度[mm]设为ffr，将位于与所述管轴方向垂直地剖切而成的剖面内的所述肋部的数量设为Nr，将与所述管轴方向垂直地剖切而成的剖面的湿周长度[_]设为L，将沿所述管轴方向剖切而成的剖面内的所述槽部的在所述管轴方向上的宽度[mm]设为Wg，将管外径[mm]设为D时， 所述槽部的宽度Wg[mm]、所述肋部的高度Hr[mm]以及所述管外径D[mm]满足:Wg/(Hr.D)>0.40， 并且所述肋部的高度Hr[mm]、所述肋部的间隔Pr[mm]、所述肋部的宽度ffr[mm]、所述肋部的数量Nr以及湿周长度L[mm]满足:(Pr.Nr)/(Hr.Wr) >0.40L+9.0。12.根据权利要求11所述的导热管，其特征在于， 在以额定输出使锅炉运转时，在构成火炉壁的导热管的内部流通的所述热媒的平均质量速度为1000?2000kg/m2s。13.根据权利要求11或12所述的导热管，其特征在于， 在以额定输出使锅炉运转时，在构成火炉壁的导热管的内部流通的所述热媒的平均质量速度为1500kg/m2s以下。14.根据权利要求12或13所述的导热管，其特征在于， 所述管外径D[mm]形成为25_ < D < 35_。15.根据权利要求11至14中任一项所述的导热管，其特征在于， 所述肋部的高度Hr [mm]、所述肋部的间隔Pr [mm]、所述肋部的宽度^.[mm]、所述肋部的数量Nr以及湿周长度L[mm]满足:(Pr.Nr)/(Hr.Wr)<0.40L+80。16.—种锅炉，其特征在于， 具有作为火炉壁管使用的权利要求1至15中任一项所述的导热管，所述火炉壁管构成所述锅炉的火炉壁且在以额定输出运转时在超临界压力下运转。17.—种锅炉，其特征在于， 通过利用火焰的辐射或者高温气体对权利要求1至15中任一项所述的导热管进行加热，由此将在所述导热管的内部流通的所述热媒加热。18.一种蒸汽涡轮设备，其特征在于，具备: 权利要求16或17所述的锅炉；以及 蒸汽涡轮，其利用作为所述热媒的水被加热而生成的蒸汽进行工作，所述水在设置于所述锅炉中的所述导热管的内部流通。
【文档编号】F22B37/12GK105849463SQ201480070419
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2014年12月25日
【发明人】中拂博之, 金卷裕, 金卷裕一, 堂本和宏, 山崎义伦
【申请人】三菱日立电力系统株式会社