JP2007024441A - ボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】 熱交換効率に優れるとともに、大出力でありながら全体としての小型化を図ることができるボイラを提供する。
【解決手段】 ケーシング１内に上下方向に配置された燃焼室４と、燃焼室４の天板４ｃに取り付けられて下方に炎を噴出させるバーナ５と、燃焼室４の胴部４ａに開口して交差する方向に延在し燃焼ガス流路となる筒状の煙道７と、燃焼室４および煙道７の外周壁とケーシング１の内壁との間に形成された貯水室２と、煙道７を上下方向に貫通して貯水室２の煙道上方と下方とを連通させる複数本の水管８ａ、８ｂとを備えてなり、かつ燃焼室４に臨む位置にフィンが取り付けられていない複数本の裸水管８ａが煙道７の燃焼ガス流れ方向と交差する方向に列設されるとともに、これら裸水管８ａの燃焼ガス流れ方向後方側に、複数本のフィン付き水管８ｂが配設されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、給湯や空調機等の熱源として用いられるボイラに関するものである。

一般に、比較的大規模な集合住宅やオフィスビルあるいはホテル等の宿泊施設には、給湯用や空調用の温水や蒸気等を発生させるためのボイラが設置されている。
このようなボイラとしては、通常内部に缶水が蓄えられた缶体の下部に、炉壁によって覆われた燃焼室を設け、この燃焼室内に火炎を噴出するバーナを取り付けるとともに、当該バーナの熱を効果的に吸収するための複数本の水管を設け、これら水管内に上記缶水を缶体内で循環流通させたものが用いられている。

ここで、上記バーナを水平方向に配設した場合には、上記水管がバーナの火炎の先端側に位置することになるため、上記水管に伝熱効率を向上させるフィン等の薄肉板部材が取り付けられている場合には、熱歪みや熱疲労によって早期に損傷を受けるおそれがある。このため、下記特許文献１に見られるように、水管が直接バーナの火炎に曝されないように、これらの間に火堰を介在させて、燃焼ガスの迂回路を形成し、当該迂回路に上記水管を配置する等の工夫がなされている。

ところで、上記従来のボイラにあっては、バーナが缶体側方に突出するために、広い設置面積を要するという欠点がある。また、火堰等により燃焼ガス流路が変則的となって、圧力損失が大きくなるとともに、構造が複雑化して清掃等のメンテナンス性に劣るという問題点がある。さらに、バーナの火炎が火堰によって遮られるために、安定的な火炎の形成が妨げられるという問題点もある。

これに対して、下記特許文献２に開示されたボイラのように、貯湯室が形成された缶体の内部に円筒状の燃焼室を上下方向に設け、この燃焼室の上端にバーナを設けるとともに、上記燃焼室の下端に水平方向に配設した燃焼ガス通路の一端を接続し、この燃焼ガス通路の他端に、上下方向に複数本の煙管を設けて、これら煙管の上端を煙突に連通させたものが知られている。

上記構成からなる従来のボイラによれば、バーナの火炎形成を妨げるものがなく、しかも直接バーナ火炎に曝される水管等を有していないための、燃焼ガスの流路を単純化することができるという利点がある。
特開平１１−３３７００１号公報 特開平１０−３２５６０３号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載のボイラにあっては、高温の燃焼ガスが流れる燃焼ガス通路における表面流速が小さいために十分な缶水の加熱が行われず、しかも当該燃焼ガス通路を流れることにより温度が低くなった燃焼ガスが複数本の煙管を流れるために、総じて熱交換効率が悪いという問題点がある。

また、垂直方向に延在する燃焼室と複数本の煙管とが水平方向に並列的に配置され、これらの間に水平方向に燃焼ガス通路が設けられているために、全体として装置が大型化するという問題点もある。また、燃焼成分中の灰分や未燃焼生成物が燃焼ガス流路に付着堆積した場合、掃除がし難いという問題がある。

この発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、熱交換効率に優れるとともに、大出力でありながら全体としての小型化を図ることができるボイラを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、上下端部が天板および底板により塞がれてケーシング内に上下方向に配置された筒状の胴部を有する燃焼室と、この燃焼室の天板または底板に取り付けられて上下方向に炎を噴出させるバーナと、上記燃焼室の胴部に開口して当該胴部の軸線と交差する方向に延在し燃焼ガス流路となる筒状の煙道と、上記燃焼室および煙道の外周壁と上記ケーシングの内壁との間に形成された貯水室と、上記煙道を上下方向に貫通して上記貯水室の煙道上方と下方とを連通させる複数本の水管とを備えてなり、かつ上記水管は、上記燃焼室に臨む位置にフィンが取り付けられていない複数本の裸水管が上記煙道の燃焼ガス流れ方向と交差する方向に列設されるとともに、これら裸水管の上記燃焼ガス流れ方向後方側に、複数本のフィン付き水管が配設されていることを特徴とするものである。

ここで、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の煙道を、上記燃焼ガス流れ方向の下流側における燃焼ガス流路断面積が、上流側の上記燃焼ガス流路断面積よりも小さくなるように形成されていることを特徴とするものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記煙道が、上記燃焼ガス流れ方向の下流側に耐熱性を有する吸音材が着脱自在に設けられて上記燃焼ガス流路が複数に分割されることにより、上記燃焼ガス流れ方向の下流側における燃焼ガス流路断面積が、上流側よりも小さくなるように形成されるとともに、上記分割された各々の上記燃焼ガス流路に、上記フィン付き水管が配設されていることを特徴とするものである。

さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３に記載の発明において、上記煙道の下流側には、上記燃焼ガス流路からの燃焼ガスが流入するボイド状の煙室箱が一体に設けられるとともに、この煙室箱の側板および天板に、それぞれ選択的に排気管を接続可能な接続口が設けられ、かつ当該側板および天板の少なくとも一部が着脱自在に設けられていることを特徴とするものである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、上記燃焼室の胴部が円筒状に形成され、かつ上記煙道の上記燃焼ガス流れ方向と直交する方向の内法寸法が上記胴部の直径の１／２以下に形成されるとともに、上記燃焼室の底板は、上記煙道の下端よりも２５ｍｍ以上下方に設けられていることを特徴とするものである。

請求項１〜５のいずれかに記載の発明によれば、燃焼室を上下方向に配置するとともに、燃焼ガスの流路となる煙道を、上記燃焼室の胴部に開口するように設けているために、上記燃焼室の上下方向に噴出するバーナの火炎形成が妨げられることが無く、よって安定した燃焼火炎を形成させることができる。加えて、燃焼室から煙道に流入した高温の燃焼ガスによって複数本のフィン付き水管が加熱されるために、高い熱交換効率を得ることができる。

この際に、上記燃焼室に臨む位置に、フィンが取り付けられていない複数本の裸水管を、その下流側に配設されたフィン付き水管を保護するように上記煙道の燃焼ガス流れ方向と交差する方向に列設しているので、上記フィン付き水管のフィンが直接火炎に曝されることがない。

また、燃焼室と煙道とが、全体して略Ｌ字状に形成されているために、燃焼ガスの流路構成が単純であり、よってガス質量流速一様の合理的な設計が可能となる。この結果、高出力であっても大型化することが無く、コンパクトで小さな設置面積に据え付けることが可能となる。

さらに、請求項２に記載の発明によれば、煙道における燃焼ガス流路の断面積を、上記燃焼ガス流れ方向の上流側よりも下流側が小さくなるように形成しているので、高温の燃焼ガスによって加熱される上流側の水管においては遅い流速で熱交換を行わせ、かつ温度の低下した下流側では速い流速によって水管との熱交換を行わせることにより、一層熱交換交換効率を高めることができる。また、このように下流側における燃焼ガスの流路が狭まることにより、低騒音化を図ることもできる。

この際に、請求項３に記載の発明のように、煙道の燃焼ガス流れ方向下流側に、耐熱性を有する吸音材を着脱自在に設ければ、より一段と低騒音化を図ることができて好適である。しかも、上記吸音材によって当該燃焼ガス流路を複数に分割し、各燃焼ガス流路に上記フィン付き水管を配設すれば、さらに下流側での燃焼ガスの流速を高めて高効率化を図ることもできる。また、上記吸音材を着脱自在に設けているために、これを取り外すことにより全てのフィン付き水管の掃除を容易に行うことが可能になる。

また、請求項４に記載の発明によれば、新たな設置場所における配管条件や既存のボイラと交換する際の既存の排気管による配管条件等に応じて、適宜煙道の下流側の煙室箱の側板および天板に設けた接続口に、選択的に上記排気管を接続することができる。加えて、上記側板および天板の少なくとも一部を着脱自在にしているために、清掃等のメンテナンスも容易に行うことができる。

さらにまた、請求項５に記載の発明においては、上記燃焼室の胴部が円筒状に形成されている場合に、煙道の断面における内法寸法を上記胴部の直径の１／２以下に形成すれば、煙道に導入される燃焼ガスの流速が高くなるために、複数本の水管を互いの間隔を狭めて配置した場合においても、これら水管間に所望の燃焼ガスの流れを確保することができるために好ましい。

また、上記燃焼室の底板を、上記煙道の下端よりも２５ｍｍ以上下方に設ければ、燃焼室内を水洗した後の汚水処理が容易になるとともに、当該ドレンが煙道側に流入することを防止することができる。

（第１の実施形態）
図１〜図３は、本発明に係るボイラを無圧式温水ボイラに適用した第１の実施形態を示すもので、図中符号１が外観略直方体状に形成された箱状ケーシングである。
このケーシング１は、内部に缶水を貯留する貯水室２が形成されるもので、長手方向の一端１ａ側は高さがより高く形成されるとともに、上端部に溢水孔３が形成されている。

また、ケーシング１の他端１ｂ側には、上下方向に配置された略円筒状の燃焼室４が設けられている。この燃焼室４は、円筒状の胴部４ａの上下端部が底板４ｂおよび天板４ｃによって塞がれたもので、天板４ｃに下方に向けて火炎を噴出させるバーナ５が取り付けられている。他方、底板４ｂは、下方に向けて緩やかに縮径された皿状に形成されるとともに、中央部には下方に延出してケーシング１の底板を貫通する排出管６が設けられている。

一方、燃焼室４とケーシング１の一端１ａ側の側板１ｃとの間に、上下が長手方向となる略角筒状の煙道７がほぼ水平に設けられている。この煙道７は、一端が燃焼室４の胴部４ａに開口するとともに、他端が側板１ｃに開口するように配置されている。ここで、煙道７は、燃焼室４の胴部４ａへの開口部における水平方向の幅寸法が、胴部４ａの直径の１／２以下に形成されている。また、燃焼室４の底板４ｂは、煙道７の下面よりも２５ｍｍ以上下方に設けられている。

そして、この煙道７内には、当該煙道７を上下方向に貫通して貯水室２の煙道上方と下方とを連通させる複数本のフィンが取り付けられていない裸水管８ａおよびフィン付き水管８ｂが設けられている。
これら水管８ａ、８ｂの配置について詳細に説明すると、先ず燃焼室４に臨む位置に、複数本（図では４本）の裸水管８ａが、煙道７の燃焼ガス流れ方向と交差する方向に略円弧線状に一列配置されている。そして、煙道７は、この裸水管８ａの燃焼ガス流れ方向下流側が幾分幅広に形成されており、この幅広部分に、幅方向に４本、燃焼ガス流れ方向に２列の合計８本のフィン付き水管８ｂが配置されている。

さらに、その下流側には、煙道７の幅方向中央部にロックウール等からなる吸音材９が燃焼ガス流れ方向に沿って設けられており、これにより煙道７内の燃焼ガス流路は、２流路に分割される。そして、分割された各々の燃焼ガス流路に、フィン付き水管８ｂが下流側に向けて３本ずつ配設されている。この結果、煙道７は、燃焼ガス流れ方向の下流側における燃焼ガス流路断面積が、上流側の燃焼ガス流路断面積よりも小さくなるように形成されている。

そして、この煙道７の下流側には、上記燃焼ガス流路からの燃焼ガスが流入するボイド状の煙室箱１０がケーシング１の側面１ｃに一体に設けられている。この煙室箱１０は、その一側板１０ａおよび天板１０ｂに、それぞれ選択的に排気管を接続可能な排ガスの接続口１１ａ、１１ｂが設けられている。

さらに、これら接続口１１ａ、１１ｂが設けられた側板１０ａおよび天板１０ｂは、それぞれボルト１２によって、その全体が煙室箱１０に対して着脱自在に設けられている。
他方、この煙室箱１０に隣接して、プレート式の熱交換器１３が設置されている。そして、この熱交換器１３の熱源供給側１３ａに、熱源ポンプ１４を介して貯水室２内の上部に開口する缶水の供給ライン１５が接続されている。

また、熱交換器１３の熱源排出側１３ｂには、内部の缶水をケーシング１の貯水室２の下部に戻す戻りライン１６が接続されている。そして、上記熱源ポンプ１４、供給ライン１５、熱交換器１３および戻りライン１６によって、缶水の循環ラインが構成されている。

さらに、熱交換器１３の被加熱側の入口１３ｃには、熱交換器１３内に水を供給する給水ライン１７が接続されており、出口側１３ｄには、熱交換器１３で発生した温水を排出する給湯ライン１８が接続されている。

（第２の実施の形態）
また、図４および図５は、本発明のボイラを貯湯式ボイラに適用した第２の実施形態を示すものであり、ケーシングの構成が異なること、および熱交換器および缶水の循環ラインを有していないことを除いて、第１の実施形態に示したものと同一であるために、同一符号を付してその説明を簡略化する。

このボイラにおいては、ケーシング２０が外観略円筒状に形成されており、燃焼室４、煙道７および水管８ａ、８ｂによって直接所望の給湯温度まで加熱されるとともに、大気圧＋１気圧以下に加圧された貯湯室２１が形成されている。そして、ケーシング２０の天板２０ａには、それぞれ給水管２２および給湯管（図４中給水管２２の奥に位置するために図示されない。）が設けられている。

以上の構成からなるボイラによれば、いずれも燃焼室４を上下方向に配置するとともに、燃焼ガスの流路となる煙道７を、燃焼室４の胴部４ａに開口するように設けているために、燃焼室４の上下方向に噴出するバーナ５の火炎形成が妨げられることが無く、よって安定した燃焼火炎を形成させることができる。加えて、燃焼室４から煙道７に流入した高温の燃焼ガスによって４本の裸水管８ａおよび１４本のフィン付き水管８ｂが加熱されるために、高い熱交換効率を得ることができる。

この際に、燃焼室４に臨む位置に、４本の裸水管８ａを、その下流側に配設されたフィン付き水管８ｂを保護するように煙道７の燃焼ガス流れ方向と交差する方向に、略円弧線状に一列配置しているので、フィン付き水管８ｂのフィンが直接火炎に曝されることがない。また、燃焼室４と煙道７とが、全体して略Ｌ字状に形成されているために、燃焼ガスの流路構成が単純であり、よってガス質量流速一様の合理的な設計が可能となる。この結果、高出力であっても大型化することが無く、コンパクトで小さな設置面積に据え付けることが可能となる。

さらに、煙道４における燃焼ガス流路の断面積を、燃焼ガス流れ方向の上流側よりも下流側が小さくなるように形成しているので、高温の燃焼ガスによって加熱される上流側の裸水管８ａやフィン付き水管８ｂにおいては遅い流速で熱交換を行わせ、かつ温度の低下した吸音材９両側においては速い流速によってフィン付き水管８ｂとの熱交換を行わせることにより、一層熱交換交換効率を高めることができる。加えて、煙道７の燃焼ガス流れ方向下流側に、耐熱性を有する吸音材９を設けているので、低騒音化を図ることができる。また、吸音材９を取り外すことにより、全てのフィン付き水管８ｂの掃除を容易に行うことができる。

さらに、煙室箱１０の側板１０ａおよび天板１０ｂに、それぞれ排気管の接続口１１ａ、１１ｂを設けているので、設置場所における配管条件や既存のボイラと交換する際の既存の排気管による配管条件等に応じて、適宜、選択的に上記接続口１１ａ、１１ｂに排気管を接続することができる。しかも、側板１０ａおよび天板１０ｂの全体を、ボルト１２によって着脱自在に取り付けているために、これらのうちの排気管が接続されていない側を取り外すことにより、容易に清掃等のメンテナンスも行うことができる。

この際に、燃焼室４の底板４ｂについても、下方に向けて緩やかに縮径された皿状に形成するとともに、中央部に下方に延出する排出管６を設け、かつ煙道７の下端よりも２５ｍｍ以上下方に設けているために、燃焼室４内を水洗した後の汚水処理が容易になるとともに、当該ドレンが煙道７側に流入することを確実に防止することができる。

また、煙道７の断面における幅寸法を燃焼室４の胴部４ａの直径の１／２以下に形成しているために、煙道７に導入される燃焼ガスの流速を高くすることができ、よって図２および図５に示すように、煙道７内に複数本（図では合計１７本）の水管８ａ、８ｂを互いに近接させて配置した場合においても、これら水管８ａ、８ｂ間に所望の燃焼ガスの流れを確保することができる。

（第３の実施の形態）
図６および図７は、本発明のボイラを第１の実施形態と同様の無圧式温水ボイラに適用した第３の実施形態を示すもので、同様に図１〜図３に示したものと、同一構成部分については、同一符号を付してある。
このボイラにおいては、燃焼室３０の胴部３０ａが半円筒状に形成されており、この胴部３０ａのほぼ直径寸法を有する開口とケーシング１の側壁１ｃとの間に、煙道３１が設けられている。

ここで、煙道３１の側壁３１ａは、燃焼室３０側からケーシング１の側壁１ｃ側に向けて漸次幅寸法が小さくなるように形成されており、この結果煙道３１は、燃焼ガス流れ方向の下流側における燃焼ガス流路断面積が、上流側の燃焼ガス流路断面積よりも小さくなるように形成されている。

そして、煙道３１の燃焼室３０側に臨む位置には、複数本（図では５本）の裸水管８ａが、煙道３１の燃焼ガス流れ方向と直交する方向に略線状に一列配置されている。そして、これら裸水管８ａの下流側には、漸次狭となる煙道３１の幅寸法に併せて、燃焼ガスの流れ方向に向けて次第に１本ずつ本数が少なくなる５列、合計２０本のフィン付き水管８ｂが配置されている。

以上の構成からなる第３の実施形態のボイラによっても、第１および第２の実施形態に示したものと同様の作用効果を得ることができる。
なお、上記第１〜第３の実施形態においては、本発明に係るボイラを無圧式温水ボイラあるいは貯湯式ボイラに適用した場合についてのみ説明したが、これに限るものではなく、本発明は、加圧式ボイラを含めた各種形式のボイラにも同様に適用することが可能である。

本発明の第１の実施形態を示す縦断面図である。 図１の横断面図である。 図１の右側面図である。 本発明の第２の実施形態を示す縦断面図である。 図４の横断面図である。 本発明の第３の実施形態を示す縦断面図である。 図６の横断面図である。

符号の説明

１、２０ ケーシング
２ 貯水室
４、３０ 燃焼室
４ａ、３０ａ 胴部
４ｂ 底板
４ｃ 天板
５ バーナ
７、３１ 煙道
８ａ 裸水管
８ｂ フィン付き水管
９ 吸音材
１０ 煙室箱
１０ａ 側板
１０ｂ 天板
１１ａ、１１ｂ 接続口
１２ ボルト

Claims (5)

1. 上下端部が天板および底板により塞がれてケーシング内に上下方向に配置された筒状の胴部を有する燃焼室と、この燃焼室の天板または底板に取り付けられて上下方向に炎を噴出させるバーナと、上記燃焼室の胴部に開口して当該胴部の軸線と交差する方向に延在し燃焼ガス流路となる筒状の煙道と、上記燃焼室および煙道の外周壁と上記ケーシングの内壁との間に形成された貯水室と、上記煙道を上下方向に貫通して上記貯水室の煙道上方と下方とを連通させる複数本の水管とを備えてなり、
   かつ上記水管は、上記燃焼室に臨む位置にフィンが取り付けられていない複数本の裸水管が上記煙道の燃焼ガス流れ方向と交差する方向に列設されるとともに、これら裸水管の上記燃焼ガス流れ方向後方側に、複数本のフィン付き水管が配設されていることを特徴とするボイラ。
2. 上記煙道は、上記燃焼ガス流れ方向の下流側における燃焼ガス流路断面積が、上流側の上記燃焼ガス流路断面積よりも小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のボイラ。
3. 上記煙道は、上記燃焼ガス流れ方向の下流側に耐熱性を有する吸音材が着脱自在に設けられて上記燃焼ガス流路が複数に分割されることにより、上記燃焼ガス流れ方向の下流側における燃焼ガス流路断面積が、上流側よりも小さくなるように形成されるとともに、上記分割された各々の上記燃焼ガス流路に、上記フィン付き水管が配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載のボイラ。
4. 上記煙道の下流側には、上記燃焼ガス流路からの燃焼ガスが流入するボイド状の煙室箱が一体に設けられるとともに、この煙室箱の側板および天板に、それぞれ選択的に排気管を接続可能な接続口が設けられ、かつ当該側板および天板の少なくとも一部が着脱自在に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のボイラ。
5. 上記燃焼室の胴部が円筒状に形成され、かつ上記煙道の上記燃焼ガス流れ方向と直交する方向の内法寸法が上記胴部の直径の１／２以下に形成されるとともに、上記燃焼室の底板は、上記煙道の下端よりも２５ｍｍ以上下方に設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のボイラ。

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