JP2000081201A - 貫流ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バーナとしてＮＯｘの低減と小型化が可能な
平面燃焼バーナを用い、しかもより小型で設置面積が小
さく、且つ高い伝熱効率を得ることができる貫流ボイラ
を提供する。 【解決手段】 バーナ２６を備え、上部管寄１と下部管
寄２との間に複数の水管３を互いに離間させつつほぼ環
状に並設するとともに、この複数の水管３によって構成
される水管列４の周囲を外胴６で囲繞した貫流ボイラに
おいて、水管列４によって水管列４の内側に形成される
内部空間５を仕切板２２で下部空間２３と上部空間２４
とに仕切り、バーナとして、水管列４の側方から上部空
間２４に向けて燃焼ガスを噴出する平面燃焼バーナ２６
を使用するとともに、下部空間２３に連通する煙道３４
を備え、水管下部と排ガスで熱交換するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、環状の上部管寄と
下部管寄を多数本の水管で接続した構造のガス燃焼を用
いた貫流ボイラに係り、特にバーナとしてＮＯｘの低減
等が可能な平面燃焼バーナを用いた貫流ボイラに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】上記環状の上部管寄と下部管寄とを多数
本の水管で接続した構造のガス燃焼を用いた貫流ボイラ
としては、従来、図１２及び図１３に示すようなものが
一般に知られている。

【０００３】即ち、共に環状で上下に配置された上部管
寄１と下部管寄２との間に、上下方向に延びる複数の水
管３が所定のピッチでほぼ環状に並設され、これによっ
て、前記複数の水管３によってほぼ環状の水管列４が構
成されているとともに、この水管列４の内側に、内部空
間５が形成され、更に前記水管列４の周囲は、外胴６に
よって囲繞されている。

【０００４】そして、前記内部空間５は、そのほぼ上端
に配置された仕切板７によって、燃焼室８と煙道室９と
に区画され、この燃焼室８の下方に位置してバーナ１０
が配置されているとともに、頂部には、前記煙道室９に
連通する煙突１１が立設されている。

【０００５】これによって、燃焼室８内でバーナ１０に
よる燃焼が行われ、この燃焼後の燃焼ガスは、前記各水
管３，３間の隙間を通った後、水管列４と外胴６との間
を流れ、更に各水管３，３間の隙間を通って煙道室９に
達し、煙突１１から外部に排気されるようになってい
る。

【０００６】更に、前記各水管３には、互いに隣接する
水管３，３間の隙間を流れて水管列４と外胴６との間に
達する燃焼ガスによって加熱されるフィン１２がその長
さ方向のほぼ全長に亘って設けられている。

【０００７】しかしながら、この種の貫流ボイラにおい
ては、以下の問題点があった。 バーナ１０による燃焼部分が燃焼室８の下端部中央
の１ヵ所に集中して設けられているので、燃焼面負荷が
高くなり、燃焼火炎が大きく且つ長くなってしまう。こ
のため大きな空間を有する燃焼室８が必要になり、貫流
ボイラ全体の容積並びに設置スペースが大きくなってし
まう。

【０００８】 バーナ１０による燃焼部分が燃焼室８
の下端部中央の１ヵ所に集中しているので、バーナ１０
の最適な燃焼状態を得るためには、水管３をほぼ環状に
並設する必要があり、このため、熱伝達に適した水管３
の配列構造を自由に決定することができない。

【０００９】 バーナ１０の燃焼ガスが燃焼室８の下
端部中央の１ヵ所から上方向に向かって大なる速度をも
って燃焼室８内に流入するため、互いに隣接する３，３
間の隙間を通過する燃焼ガスは、水管３の上部では多量
に流れ、下部では余り流れなくなる。即ち、燃焼ガス
は、水管３と直交するような流れではなくなり、また水
管３，３間の隙間を通過する燃焼ガスの流速は、水管３
の高さ方向に均等でなくなる。このことから全体的な伝
熱効率が低下し、甚だしい場合には水管３上部に過熱部
を生じる恐れがある。

【００１０】ここに、近年、省スペースの立場からボイ
ラの小型化が、環境改善の立場から排ガス中のＮＯｘ
（及びＣＯ）の濃度の更なる低減がそれぞれ求められて
いる。この要求に答えるために、バーナとして平面燃焼
バーナを使用して、この平面燃焼バーナを外胴の周囲に
配置するとともに、バーナ直近に火炎冷却水管を、その
下流に断熱空間をそれぞれ設け、更に平面燃焼バーナの
対向方向に煙道出口を設けたものが提案されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記平
面燃焼バーナを使用した従来例にあっては、平面燃焼バ
ーナの対向方向に煙道出口を設けているため、ボイラと
しての奥行き寸法が長くなり、その分、設置寸法が大き
くなって、省スペース化が達成できないといった問題が
あった。

【００１２】本発明は上述の事情に鑑みて為されたもの
で、バーナとしてＮＯｘの低減と小型化が可能な平面燃
焼バーナを用い、しかもより小型で設置面積が小さく、
且つ高い伝熱効率を得ることができるようにした貫流ボ
イラを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の貫流ボイラは、
バーナを備え、上部管寄と下部管寄との間に複数の水管
を互いに離間させつつほぼ環状に並設するとともに、こ
の複数の水管によって構成される水管列の周囲を外胴で
囲繞した貫流ボイラにおいて、前記水管列によって該水
管列の内側に形成される内部空間を仕切板で下部空間と
上部空間とに仕切り、前記バーナとして、前記水管列の
側方から前記上部空間に向けて燃焼ガスを噴出する平面
燃焼バーナを使用するとともに、前記下部空間に連通す
る煙道を備えたことを特徴とする。

【００１４】上記のように構成した本発明によれば、平
面燃焼バーナを使用することによって、ＮＯｘの低減と
小型コンパクト化を図り、しかも燃焼バーナの燃焼ガス
が上部空間内に噴出し、仕切板上部の水管列と熱交換し
た後、水管列と外胴との間を流れて下部空間に達し、仕
切板下部の水管列と熱交換した後、煙道より排出するよ
うにして、伝熱効率の向上とより小型化を図ることがで
きる。

【００１５】ここに、前記水管列と外胴との間に略円筒
状のバッフルを配置して、該水管列とバッフルとの間に
外部ガス通路を形成することができ、これにより、この
伝熱面の有効利用を図るとともに、外部ガス流路の断面
積を調整することができる。また、前記水管列の互いに
隣接する水管間の隙間の外側に、横断面Ｖ字形の伝熱促
進体を配設することができ、これにより、水管と伝熱促
進体との間を流れる燃焼ガスの通過速度を高めて、伝熱
効率を高めることができる。

【００１６】更に、前記水管列と外胴との間の隙間を前
記仕切板とほぼ同一高さに配置した外側仕切板で塞ぐと
ともに、この外側仕切板の所定位置に上下に連通する開
口部を設けることができ、これにより、水管と外胴との
間を流れる燃焼ガスを外部仕切板で一旦堰き止めた後、
開口部から下方に流れるようにして、伝熱効率を高める
ことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１乃至図３は、本発明の
貫流ボイラの第１の実施の形態を示すもので、図１は、
縦断正面図、図２は、図１のＩ−Ｉ線断面図、図３は、
図１のII−II線断面図である。

【００１８】同図において、共に環状で上下に配置され
た上部管寄１と下部管寄２とは、環状の水管列４を構成
する複数の水管３で連結されているのであるが、この水
管列４の一部には、やや幅広の火炎開口部２０が設けら
れ、また他の互いに隣接する各水管３，３間には、間隔
ａの隙間２１が設けられている。

【００１９】そして、前記水管列４の周囲は、外胴６で
囲繞されているとともに、該水管列４の内側に形成され
る内部空間５は、仕切板２２によって上下に仕切られ
て、下部空間２３と上部空間２４とが形成されている。
ここに、前記仕切板２２は、高温の燃焼ガスに晒される
ため、耐火材料などで製作されている。

【００２０】前記仕切板２２の上方位置の外胴６の一部
には、平面燃焼バーナ２６が配置され、水管３，３間の
火炎開口部２０から燃焼ガスを上部空間２４内に噴出す
る。この平面燃焼バーナ２６は、下方に位置する断熱材
２７を介して前記外胴６に取付けられている。更に上部
空間２４の上端部は、断熱材２８で閉塞され、その上部
に各水管３の上端に接続した上部管寄１が配置されてい
る。

【００２１】この平面燃焼バーナ２６は、平面上に極め
て燃焼長の短い小火炎を多数分割して生ずるように構成
したバーナであって、ガスと空気を予混合して燃焼させ
るようになっている。このため、バーナ先端部でガスと
空気を乱流混合する必要がなく、比較的低騒音で、しか
も小火炎であるため火炎の冷却効果が高く、かつ低ＮＯ
ｘ性に優れている。更に、安定した燃焼を得るために
は、一般的に火床面積（火炎が生成される面積）を平面
上に大きくすることが効果的であるが、平面燃焼バーナ
２６は、火床面積も大きく安定性の高いバーナである。

【００２２】即ち、燃焼用の空気は、ファン３０によっ
てダクト３１内に送風され、このダクト３１内で燃料供
給管（図示せず）から供給される燃料ガスと混合され、
この混合された予混合ガスが、矩形平板状の平面燃焼バ
ーナ２６のほぼ全面に亘って設けられた多数の小孔から
前方に噴出して、ここで燃焼が行われるようになってい
る。

【００２３】ここに、水管３，３間の隙間である前記火
炎開口部２０の幅Ｗ_１ は、平面燃焼バーナ２６の幅寸
法Ｗ_２ 以下（Ｗ_１ ＜Ｗ_２ ）に設定され、平面燃焼
バーナ２６の燃焼ガスが、この火炎開口部２０から該火
炎開口部２０の側方に位置する水管３によって直接冷却
されつつ上部空間２４内に噴出するように構成されてい
る。

【００２４】更に、前記水管列４と、該水管列の周囲を
囲繞する外胴６との間には、略円筒状で前記断熱材２７
の側方に達するバッフル３２がその全高に亘って配置さ
れ、前記水管列４とバッフル３２との間に外部ガス通路
３３が形成されている。

【００２５】このようにバッフル３２を配置することに
より、燃焼ガスが各水管３，３間の隙間２１を通過した
後の出口側の乱流効果で伝熱効果を高めることができ、
また上部空間２４からこの各水管３，３間の隙間２１を
通過した燃焼ガスは、外部ガス通路３３内を下降し、し
かる後、各水管３，３間の隙間２１から下部空間２３内
に流入するようになっている。

【００２６】前記下部空間２３は下方に開口され、この
開口部に煙道３４を構成する管体３５が気密的に接続さ
れている。この管体３５は、下部空間２３の内部から下
方に延び、直角に屈曲して外胴６の側方に達している。

【００２７】次に、上記実施の形態の貫流ボイラの作用
について説明する。ファン３０によって送風された空気
と燃料供給管（図示せず）から供給された燃料ガスは、
ダクト３１内で混合され、予混合気となって平面燃焼バ
ーナ２６に供給される。この状態で着火されると、平面
燃焼バーナ２６は、その面全体で高さ方向に均等に小火
炎を発生し、その燃焼ガスは、燃焼バーナ２６の幅寸法
Ｗ_２ より狭い幅Ｗ_１ の火炎開口部２０を通過する際に
冷却されてその火炎温度が低く抑えられる。

【００２８】そして、燃焼ガスは、火炎開口部２０から
上部空間２４に至り、周囲の水管３に放射伝熱しながら
その温度を均一化した後、各水管３，３間の隙間２１を
通り、水管３と対流伝熱しながら外部ガス通路３３に達
する。

【００２９】この時、燃焼ガスは、高さ方向に沿った全
ての地点でほぼ均等な流速で、かつ水管３と直交する方
向に隙間２１を通過する。このため、伝熱面になる水管
３の表面で偏流がないので、局部的な過熱を生じること
なく、その全面積にわたり有効に伝熱が行われて伝熱効
率が上昇する。

【００３０】そして、外部ガス通路３３に達した燃焼ガ
スは、そのまま下方に移動するが、この外部ガス通路３
３は、前記隙間２１に比べてかなり大きな断面積を有す
るので、燃焼ガスの流速は急速に低下して、その静圧を
十分に回復でき、再度高さ方向に沿った全ての地点でほ
ぼ均等な流速をもって仕切板２２の下部に至る。そして
下部管寄２に突き当たり、流れの方向を変えて、各水管
３，３間の隙間２１を通って下部空間２３に達し、ここ
でも伝熱効率の高い熱交換が行われる。この時、下部空
間２３における缶水の温度は上部空間２４における缶水
の温度よりも低く、このため、排ガスの低温部を缶水の
低温部と熱交換させることで、伝熱効率を向上させるこ
とができる。ここで水管３の下部空間における部分は、
図示するように縮径にしてもよい。

【００３１】ここで、平面燃焼バーナ２６の下方の外部
ガス通路３３と火炎開口部２０は、断熱材２７によって
遮断されているので、燃焼ガスの全量が水管３の表面と
十分な伝熱を行った後、外部通路３３を通って下方に降
り、水管３の下部と熱交換を行った後に、下部空間２３
から煙道３４を経由して外部に排出される。

【００３２】なお、この実施の形態においては、仕切板
２２の外径の方が上部管寄１の内径よりも大きいが、所
定の位置に予め仕切板２２を固定しておいた状態で、水
管３を組み立てることによって、作業効率よくこのボイ
ラを製作することができる。

【００３３】なお、図４及び図５に示すように、バッフ
ル３２に変えて、前記水管列４の互いに隣接する水管
３，３間の隙間２１の外側に、横断面Ｖ字形の伝熱促進
体４０をその開口部を放射状外方に向けて水管３の高さ
方向の全長に亘って配設しても良い。このように構成す
ることにより、水管３と伝熱促進体４０との間を流れる
燃焼ガスの通過速度を高めて、伝熱効率を高めることが
できる。

【００３４】図６乃至図８は、本発明の第２の実施の形
態の貫流ボイラを示すもので、この実施の形態の前記第
１の実施の形態と異なる点は、前記水管列４の内側で、
かつ互いに隣接する各水管３，３間の隙間２１に面する
位置に、上部管寄１と下部管寄２とを繋ぐ多数の第２の
水管５０を環状に所定間隔離間させて並設し、これによ
って、水管列４の内側に多数の第２の水管５０から構成
される内部水管列５１を配置した点にある。

【００３５】このように構成することにより、燃焼ガス
が先ず内部水管列５１の互いに隣接する第２の水管５
０，５０間の隙間を該第２の水管５０の外周面に沿って
流れた後、第１の水管３，３間の隙間２１内を流れるよ
うにして、燃焼ガスの伝熱効率を更に高めることができ
る。

【００３６】図９乃至図１１は、本発明の第３の実施の
形態の貫流ボイラを示すもので、この実施の形態の前記
第１の実施の形態と異なる点は、バッフルを設けること
なく、前記水管列４と外胴６との間の隙間を前記仕切板
２２とほぼ同一高さに配置した外側仕切板６０で塞ぐと
ともに、この外側仕切板６０の側方の該外側仕切板６０
と前記断熱材２７との間に、上下に連通する開口部６１
を設けた点にある。

【００３７】なお、この実施例において、前記外部仕切
板６０は、略リング状の板体６２と、該板体６２と前記
仕切板２２とを結んで水管隙間を埋める断熱材６３とか
ら構成されている。

【００３８】このように構成することにより、上部空間
２４内において、水管３と外胴６との間を流れる燃焼ガ
スを外部仕切板６０で一旦堰き止め、集合した状態で開
口部６１を通過して下部空間２３内を流れるようにし
て、伝熱効率を高めることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、以下のような優れた効果を奏する。 環状に配列した多数の水管によって形成される水管
列の一部に平面燃焼バーナを取付けることによって、火
床面積を平面状に大きくするとともに、十分安定した燃
焼が可能となり、しかも騒音の低減を図ることができ
る。 平面燃焼バーナの火炎を水管により冷却して火炎温
度を低く抑えることができ、これによって、ＮＯｘの低
減を図ることができる。 バーナ火炎は短く、しかも環状の水管列の壁面に生
成されるので、燃焼室となる環状水管列の内部空間の容
積を極めて小さくして、設置面積の小さなコンパクトな
貫流ボイラを安価に製作することができる。 燃焼ガスは、互いに隣接する水管間の隙間を水管の
高さ方向の全体にほぼ均一に流れるので、水管相互の隙
間を流れる燃焼ガスは均等な速度で且つ水管と直交する
ような流れになり、これによって、ドラフトロスを上昇
させずに伝熱効率を著しく向上させることができる。 煙道をボイラ下部に設置することにより、従来に比
べて奥行き寸法を小さくして設置面積を小さくすること
ができ、しかも排ガスの低温部を缶水の低温部と熱交換
させることで、更に伝熱効率を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の貫流ボイラの縦断
正面図である。

【図２】図１のＩ−Ｉ線断面図である。

【図３】図２のII−II線断面図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態の貫流ボイラの変形
例を示す図２相当図である。

【図５】同じく、図３相当図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態の貫流ボイラの縦断
正面図である。

【図７】図６のIII−III線断面図である。

【図８】図６のIV−IV線断面図である。

【図９】本発明の第３の実施の形態の貫流ボイラの縦断
正面図である。

【図１０】図９のＶ−Ｖ線断面図である。

【図１１】図９のVI−VI線断面図である。

【図１２】従来例の貫流ボイラを示す縦断正面図であ
る。

【図１３】図１２のVII−VII線断面図である。

【符号の説明】

１ 上部管寄 ２ 下部管寄 ３ 水管 ４ 水管列 ５ 内部空間 ２０ 火炎開口部 ２１ 隙間 ２２ 仕切板 ２３ 下部空間 ２４ 上部空間 ２６ 平面燃焼バーナ ３２ バッフル ３３ 外部ガス通路 ３４ 煙道 ４０ 伝熱促進体 ５０ 第２の水管 ５１ 内部水管列 ６０ 外部仕切板 ６１ 開口部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バーナを備え、上部管寄と下部管寄との
   間に複数の水管を互いに離間させつつほぼ環状に並設す
   るとともに、この複数の水管によって構成される水管列
   の周囲を外胴で囲繞した貫流ボイラにおいて、 前記水管列によって該水管列の内側に形成される内部空
   間を仕切板で下部空間と上部空間とに仕切り、 前記バーナとして、前記水管列の側方から前記上部空間
   に向けて燃焼ガスを噴出する平面燃焼バーナを使用する
   とともに、 前記下部空間に連通する煙道を備えたことを特徴とする
   貫流ボイラ。
2. 【請求項２】 前記水管列と外胴との間に略円筒状のバ
   ッフルを配置して、該水管列とバッフルとの間に外部ガ
   ス通路を形成したことを特徴とする請求項１記載の貫流
   ボイラ。
3. 【請求項３】 前記水管列の互いに隣接する水管間の隙
   間の外側に、横断面Ｖ字形の伝熱促進体を配設したこと
   を特徴とする請求項１記載の貫流ボイラ。
4. 【請求項４】 前記水管列と外胴との間の隙間を前記仕
   切板とほぼ同一高さに配置した外側仕切板で塞ぐととも
   に、この外側仕切板の所定位置に上下に連通する開口部
   を設けたことを特徴とする請求項１記載の貫流ボイラ。