JP2007032985A - 熱吸収用フィン付き伝熱管を持ったボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】 熱の吸収量をさらに増加することのできる熱吸収用フィン付き伝熱管を持ったボイラを提供する。
【解決手段】 中心部を燃焼室１０とし、燃焼室１０の周囲には上下方向に延びる多数の水管を２重の環状に配置し、内側に配置している内側水管５同士と外側に配置している外側水管６同士を連結することでそれぞれ内側水管列及び外側水管列としておき、まず内側水管列の燃焼室１０に面している部分を燃焼ガスによって加熱し、その後燃焼ガスを前記内側水管列及び外側水管列の間にできるガス通路９内へ送り、ガス通路９内を流動させることで内側水管列及び外側水管列のガス通路９に面している部分を加熱する構成のボイラにおいて、内側水管５は表面にらせん状の溝を設けることで水管表面には凹部域と凸部域を交互に配置したバルジ水管とし、内側水管５のガス通路９に面する部分には水管表面の凸部域に熱吸収用フィン７を設置する。
【選択図】図１

Description

本発明は熱吸収用フィン付き伝熱管を持ったボイラに関するものである。

燃焼室の周囲に２列の水管列を設置し、２列の水管列で挟まれている環状の空間をガス通路としてガス通路に高温の燃焼ガスを流す構成のボイラがある。このようなボイラでは、特開２００５−１６４１１９号公報にあるように、水管に熱吸収用フィンを設置することで、水管が吸収する熱量を増加させている。このように、従来から熱吸収量を増加するための様々な工夫が行われてきたが、ボイラの効率を向上させて燃料消費量を削減するために熱吸収量のさらなる増加が望まれていた。
特開２００５−１６４１１９号公報

本発明が解決しようとする課題は、熱の吸収量をさらに増加することのできる熱吸収用フィン付き伝熱管を持ったボイラを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、中心部を燃焼室とし、燃焼室の周囲には上下方向に延びる多数の水管を２重の環状に配置し、内側に配置している内側水管同士と外側に配置している外側水管同士を連結することでそれぞれ内側水管列及び外側水管列としておき、まず内側水管列の燃焼室に面している部分を燃焼ガスによって加熱し、その後燃焼ガスを前記内側水管列及び外側水管列の間にできるガス通路内へ送り、ガス通路内を流動させることで内側水管列及び外側水管列のガス通路に面している部分を加熱する構成のボイラにおいて、内側水管は表面にらせん状の溝を設けることで水管表面には凹部域と凸部域を交互に配置したバルジ水管とし、内側水管のガス通路に面する部分には水管表面の凸部域に熱吸収用フィンを設置していることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記の熱吸収用フィン付き伝熱管を持ったボイラにおいて、内側水管のガス通路側表面には一つの凸部域に３枚一組の小型熱吸収用フィンを設置するようにしておき、一つの凸部域に設ける３枚の小型熱吸収用フィンは、凸部域の傾斜に合わせて設置高さ位置をずらしていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記の熱吸収用フィン付き伝熱管を持ったボイラにおいて、外側水管は表面に凹凸のない素管を使用し、外側水管のガス通路に面する部分には内側水管に設置した熱吸収用フィンよりも大きな弧を持った大型熱吸収用フィンを設置することを特徴とする。

内側水管は表面にらせん状の溝を付けることで水管表面に凹凸を設けた水管であるバルジ水管とし、水管の凸部域に熱吸収用フィンを設けた場合、ガス通路内を水管の管軸と平行方向に流れる燃焼ガス流は、水管の表面に沿って流れるため、水管表面に凹凸があると燃焼ガス流に乱流を発生することになる。燃焼ガスは乱流となっている状態で凸部域に設けている熱吸収用フィンの表面を流れるため、熱吸収用フィンにおける熱吸収量が増加する。

なお、バルジ水管は水管表面にらせん状の凹凸を形作ることで製作するため、凸部域は傾斜している。水管表面に水平方向へ伸びる熱吸収用フィンを設置する場合、大きな弧を持つ熱吸収用フィンでは凹部域と凸部域をまたがって接続することになり、接地面に凹凸があると熱吸収用フィンの耐久性が低下するという問題が発生する。そのため、内側水管には分割した小型の熱吸収用フィンを用い、小型熱吸収用フィンを設置する高さ位置は、凸部域の傾斜に合わせてずらして設置することで、凸部域に熱吸収用フィンを設置でき、熱吸収用フィンの設置枚数を多くすることで熱吸収用フィンの面積が大きくなるため、熱吸収量を増加することができる。

また、内側水管はフィン付バルジ水管とすることで、燃焼室側の水管表面でもバルジ水管の凹凸によって燃焼ガス流に乱流を発生させることができ、燃焼室側での熱吸収量も増加することができる。ただし、フィン付バルジ水管の場合、熱吸収用フィンは小型のものしか使用できないため、素管に熱吸収用フィンを付ける場合に比べると、熱吸収用フィンによる伝熱面積は小さくなる。そのため内側水管は小型フィン付バルジ水管とし、ガス通路側と燃焼室側の両面での熱吸収量を大きくすることで内側水管全体での熱吸収量を大きくし、外側水管の伝熱面はガス通路に面している部分のみであるため、熱吸収用フィンによる伝熱面積増大を優先して、大型フィン付水管とすることで、ボイラ全体としての熱吸収量を最大化することができる。

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施しているボイラの縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ部分を抜き出して拡大した抜き出し拡大図である。

ボイラの缶体上部には環状の上部管寄せ１、下部にも環状の下部管寄せ２を設ける。上下の管寄せ間には、多数の垂直水管を２列の環状に配置しており、内外２列の水管列で上下の管寄せを連結している。各垂直水管はすきまを開けて配置しており、内側水管５と外側水管６では、それぞれ隣り合う水管の間を閉塞用フィン４で閉塞することで、水管壁としている。水管列内側のボイラ中心部分には燃焼室１０を設け、燃焼室１０の上部に燃焼装置３を配置している。内側水管列と外側水管列の間には環状の空間ができており、環状の空間をガス通路９として燃焼ガスが流れるようにしておく。内側水管５と外側水管６のガス通路９に面している部分には、水管表面から水平方向に延びる熱吸収用フィンを多数設けておく。内側水管５に設ける熱吸収用フィンは、３枚で一組とした小型熱吸収用フィン７であり、外側水管６に設ける熱吸収用フィンは、２枚で一組とした大型熱吸収用フィン８としている。

内側水管間をつなぐ閉塞用フィン４は、水管途中までの設置とし、内側水管の下部には閉塞用フィン４を設けないことで内側水管の間に開口部を設けている。内側水管列下部の開口部は全周に設けており、燃焼室１０の下部に達した燃焼ガスは、放射状に分散して開口部を抜けるようにしている。また、外側水管６に設ける閉塞用フィン４も設置位置は水管途中までとしており、外側水管上部には閉塞用フィンを設けないことで上部の外側水管の間に開口部を設けている。外側水管列上部の開口部も全周に設けているため、ガス通路９の上部に達した燃焼ガスも周方向へ流れる。

内側水管５は、表面にらせん状の溝を設けたバルジ水管を使用する。バルジ水管はらせん状に溝を設けることで、水管表面に凹凸を設けており、溝部分を凹部域１１、それ以外の部分を凸部域１２としている。小型熱吸収用フィン７は内側水管５のガス流路に面している部分の凸部域１２に設け、一つの凸部域１２には小型熱吸収用フィン７を３枚ずつ設置する。内側水管５の表面に設けている溝は凸部域１２はらせん状になっているため、凸部域１２は傾斜している。そのため、凸部域１２に設置する小型熱吸収用フィン７は、同じ段のものであっても凸部域１２の傾斜に合わせて高さ位置を異ならせて設置している。図３では、内側水管表面の凸部域１２と凹部域１１は、向かって右側が高くなるようにらせんを描いている。そのため、内側水管５の一つの凸部域１２に設置する３枚一組の小型熱吸収用フィン７は、図の右側に設置するフィンの方が高い位置になるようにしている。なお、もう一枚のフィンは内側水管５の裏側となるために隠れているが、裏側のフィンは真ん中のフィンよりも低い位置に設置している。

外側水管６は通常の水管（素管）を使用し、水管表面に大型熱吸収用フィン８を設置している。外側水管６の場合は水管表面に凹凸がないため、熱吸収用フィンの設置には制約がなく、長い弧を持った大きなフィンを設置することができる。なお、本実施例では大型熱吸収用フィン８として２枚一組のものを使用しているが、さらに長い弧を持った熱吸収用フィンを使用することもできる。

燃焼装置３で燃焼を行うと、燃焼室１０内で高温の燃焼ガスが発生する。燃焼ガスは燃焼室１０内を下方へ向けて流れ、その際に内側水管５の燃焼室に面している部分を加熱する。内側水管５は表面に凹凸を設けたバルジ水管であり、内側水管５の燃焼室側表面に沿って下向きに流れる燃焼ガスは、内側水管５の表面に設けている凹凸によって乱流を発生しながら流れるため、内側水管５へ効率よく熱を伝えることができる。

燃焼ガスが燃焼室１０の下部に達すると、内側水管列の下部には開口部を設けているため、燃焼ガスは内側水管列下部の開口部を抜けてガス通路９内に入る。ガス通路９の出口は外側水管列の上部であるため、ガス通路９内に入った燃焼ガスは、ガス通路９内を上向きの流れとなって流れる。このとき、内側水管５と外側水管６のガス通路９に面している部分には多数の熱吸収用フィンを設けているため、燃焼ガスと水管の間で盛んに熱交換が行われる。

内側水管５は表面に凹凸を設けたバルジ水管であるため、燃焼ガスが内側水管５の表面に沿って流れると、水管の凹凸部で乱流を発生し、乱流の状態で熱吸収用フィンの表面に沿って流れるため、熱吸収用フィンによる熱吸収量が増加する。燃焼ガスは内側水管５及び外側水管６と熱交換を行いながらガス通路９の上部に向かい、ガス通路９の上部に達するころには燃焼ガスの温度は低くなっている。ガス通路９の上部に達した燃焼ガスは、外側水管列１２の開口部を抜けて最外周部の袋炉筒内へ流れ出る。袋炉筒には排ガス出口ダクト６を接続しているため、温度の低下した燃焼ガスは排ガスとして排ガス出口ダクト６を通して排出される。

内側水管はフィン付バルジ水管とすることで、燃焼室側の水管表面でもバルジ水管の凹凸によって燃焼ガス流に乱流を発生させることができ、燃焼室側での熱吸収量も増加することができる。そして、外側水管の伝熱面はガス通路に面している部分のみであるため、外側水管６のガス通路側表面には大型熱吸収用フィンを付けることで熱吸収用フィンにより伝熱面積を増大し、熱吸収量を増加させている。内側水管５を小型熱吸収用フィン付きバルジ水管、外側水管６を大型熱吸収用フィン付き水管とすることでボイラ全体としての熱吸収量を最大化することができる。

本発明を実施しているボイラの縦断面図 図１のＡ−Ａ断面図 図１のＢ部分を抜き出して拡大した抜き出し拡大図

符号の説明

１ 上部管寄せ
２ 下部管寄せ
３ 燃焼装置
４ 閉塞用フィン
５ 内側水管
６ 外側水管
７ 小型熱吸収用フィン
８ 大型熱吸収用フィン
９ ガス通路
１０ 燃焼室
１１ 凹部域
１２ 凸部域

Claims (3)

1. 中心部を燃焼室とし、燃焼室の周囲には上下方向に延びる多数の水管を２重の環状に配置し、内側に配置している内側水管同士と外側に配置している外側水管同士を連結することでそれぞれ内側水管列及び外側水管列としておき、まず内側水管列の燃焼室に面している部分を燃焼ガスによって加熱し、その後燃焼ガスを前記内側水管列及び外側水管列の間にできるガス通路内へ送り、ガス通路内を流動させることで内側水管列及び外側水管列のガス通路に面している部分を加熱する構成のボイラにおいて、内側水管は表面にらせん状の溝を設けることで水管表面には凹部域と凸部域を交互に配置したバルジ水管とし、内側水管のガス通路に面する部分には水管表面の凸部域に熱吸収用フィンを設置していることを特徴とする熱吸収用フィン付き伝熱管を持ったボイラ。
2. 請求項１に記載の熱吸収用フィン付き伝熱管を持ったボイラにおいて、内側水管のガス通路側表面には一つの凸部域に３枚一組の小型熱吸収用フィンを設置するようにしておき、一つの凸部域に設ける３枚の小型熱吸収用フィンは、凸部域の傾斜に合わせて設置高さ位置をずらしていることを特徴とする熱吸収用フィン付き伝熱管を持ったボイラ。
3. 請求項１又は２に記載の熱吸収用フィン付き伝熱管を持ったボイラにおいて、外側水管は表面に凹凸のない素管を使用し、外側水管のガス通路に面する部分には内側水管に設置した熱吸収用フィンよりも大きな弧を持った大型熱吸収用フィンを設置することを特徴とする熱吸収用フィン付き伝熱管を持ったボイラ。

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