JP2009198126A - 多管式ボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】 燃焼ガス通路内を流れる燃焼ガス流に片寄りが生じることを防止し、燃焼ガス通路７での熱吸収量を増大する。
【解決手段】 環状の上部管寄せ１と下部管寄せ２の間を多数の水管３で連結して水管で囲まれた部分を燃焼室９とし、水管列の外側は円筒状の炉筒４で囲むことで水管３と炉筒４の間を燃焼ガス通路７としておき、各隣り合う水管３の隙間は水管間の上部に設ける燃焼ガス通路入口５以外の部分を閉塞し、炉筒４の下部には燃焼排ガスを排出する燃焼ガス通路出口６を設けている多管式ボイラにおいて、燃焼ガス通路７内には、下部に流路断面積を大きくした燃焼ガス流動用空間部１２を設け、燃焼ガス流動用空間部１２より上方では水管３の燃焼ガス通路７に面した部分に多数段の熱吸収用フィン１１を設けておき、燃焼ガス通路内では、上部の熱吸収用フィン設置部よりも下部の燃焼ガス流動用空間部の流路断面積を大きくする。
【選択図】図１

Description

本発明は環状に配置した水管列の内側を燃焼室とし、水管列外側の炉筒との間を燃焼ガス通路としておき、燃焼室内で発生させた燃焼ガスは、燃焼ガス通路を通した後でボイラ外へ排出する構成の多管式ボイラに関するものである。

環状の上部管寄せと下部管寄せの間を多数の水管で連結して水管で囲まれた部分を燃焼室とし、各隣り合う水管の隙間は水管間の上部又は下部に設ける開口部以外の部分を閉塞し、水管列の外側は円筒状の炉筒で囲むことで水管と炉筒の間を燃焼ガス通路としておき、燃焼室で燃焼を行うことで発生させた燃焼ガスは、燃焼室と燃焼ガス通路をつないでいる燃焼ガス通路入口を通して燃焼ガス通路に送り、炉筒の一部を開口した燃焼ガス通路出口を通してボイラ外部へ燃焼排ガスを排出するようにしている多管式ボイラがある。

このボイラでは、燃焼ガス通路出口の開口部は燃焼ガス通路入口の開口部とは上下方向で逆側に設けることで、燃焼ガス通路では燃焼ガスが上下方向へ流れるように設計される。燃焼ガスは、まず燃焼室内で水管の燃焼室に面している部分を加熱し、次に燃焼ガス通路入口の開口部を通して燃焼ガス通路内へ送り、燃焼ガス通路内を流れながら燃焼ガス通路に面している水管を加熱する。燃焼ガスの温度は水管を加熱することで低下し、温度の低下した燃焼排ガスは燃焼ガス通路出口の開口部を通してボイラ外へ排出される。

このとき、特許２９８７３１５号公報に記載している発明のように、水管と炉筒の間を途中から狭くし、燃焼ガスが水管表面に沿って流れるようにしておくと、燃焼ガスから水管への熱伝達量を多くすることができる。ただし、燃焼ガス通路の流路断面積を小さくすると、燃焼ガス通路内での燃焼ガス流に片寄りが生じ、燃焼ガスがあまり流れない部分ができることがある。そこで特許２９８７３１５号公報では、ボイラの真下に燃焼ガスの集合部を設けておき、燃焼排ガスをボイラ下部へ一旦集合させてから排出するようにしている。ボイラの真下に燃焼排ガスの集合部を設け、燃焼ガスは周囲の燃焼ガス通路から中心に向かって流れるようにしておくと、燃焼室から放射状に広がって燃焼ガス通路内に入った燃焼ガスは、それぞれ下向きに流れるため、燃焼ガス通路内での燃焼ガス流は片寄ることなく流れていく。

しかし、燃焼排ガスをボイラ下部へ集合させた後に排出する場合、構造的に複雑となり、ボイラの設置高さが高くなる。そのため、ボイラでは図４に記載しているように、燃焼ガス通路出口を炉筒に設けるということも行われている。燃焼ガス通路出口を炉筒に設けた構成の場合、燃焼ガス通路内に入った燃焼ガス流は、燃焼ガス通路出口へ向けて最短経路をとろうとするために、燃焼ガスの流れに片寄りが生じることになる。燃焼ガス通路での燃焼ガス流に片寄りが生じ、燃焼ガスの流量が少なくなる部分が発生すると、燃焼ガス通路での熱吸収量は低下するという問題があった。
特許２９８７３１５号公報

本発明が解決しようとする課題は、燃焼ガス通路内を流れる燃焼ガス流に片寄りが生じることを防止し、燃焼ガス通路での熱吸収量を増大することのできる多管式ボイラを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、環状の上部管寄せと下部管寄せの間を多数の水管で連結して水管で囲まれた部分を燃焼室とし、水管列の外側は円筒状の炉筒で囲むことで水管と炉筒の間を燃焼ガス通路としておき、各隣り合う水管の隙間は水管間の上部に設ける燃焼ガス通路入口以外の部分を閉塞し、炉筒の下部には燃焼排ガスを排出する燃焼ガス通路出口を設けている多管式ボイラにおいて、燃焼ガス通路内には、下部に流路断面積を大きくした燃焼ガス流動用空間部を設け、燃焼ガス流動用空間部より上方では水管の燃焼ガス通路に面した部分に多数段の熱吸収用フィンを設けておき、燃焼ガス通路内では、上部の熱吸収用フィン設置部よりも下部の燃焼ガス流動用空間部の流路断面積を大きくしたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記の多管式ボイラにおいて、燃焼ガス通路入口と燃焼ガス通路出口の上下方向を入れ替えており、水管間の下部に燃焼ガス通路入口を設け、炉筒の上部に燃焼ガス通路出口を設けたものであることを特徴としする。

請求項３に記載の発明は、前記の多管式ボイラにおいて、燃焼ガス通路の下流側（燃焼ガス通路出口側）に当たる炉筒の径を、燃焼ガス通路の上流側（燃焼ガス通路入口側）に当たる炉筒の径よりも大きくしたことを特徴とする。

流路断面積の大きな燃焼ガス流動用空間部では、燃焼ガス流にかかる抵抗は少なくなる。燃焼ガス通路内に流路断面積の大きな燃焼ガス流動用空間部があると、燃焼ガス通路内の燃焼ガスは、まず燃焼ガス流動用空間部を目指して流れることになる。そのため燃焼ガス通路内に分散して入った燃焼ガス流は、最も近い燃焼ガス流動用空間部を目指すことになり、各燃焼ガス流は燃焼ガス通路を垂直方向に流れる。そのため、燃焼ガス通路内での燃焼ガス流に片寄りは発生せず、燃焼ガス通路に面している水管の全体で均等に熱を吸収することができるため、水管に移動する熱量を多くすることができる。

本発明を実施することで、燃焼ガス通路内での燃焼ガス流は、それぞれ垂直方向に流れるために燃焼ガス通路内での燃焼ガス流に片寄りが発生することはなくなり、水管が吸収する熱の量を増加でき、ボイラの効率を向上させることができる。

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明の第一の実施例におけるボイラ概要図、図２は図１の縦断面図、図３は本発明の第二の実施例におけるボイラ概要図である。まず第一の実施例に基づいて説明する。ボイラは缶体の上部に環状の上部管寄せ１、下部にも環状の下部管寄せ２を設けており、上下の管寄せの間を多数の水管３で連結する。環状に並べた水管３は、それぞれの隣接する水管との間を水管の軸方向に平行な閉塞用フィン８で閉塞している。水管列の周囲は円筒状の炉筒４で覆い、水管３と炉筒４の間の空間を燃焼ガス通路７としておく。水管３で囲まれた部分は燃焼室９であり、燃焼室９上部にバーナ１０を設ける。水管の上部の隙間部分には、閉塞用フィン８を設けていない開口部を設けることで、燃焼室９と燃焼ガス通路７の間をつないでおり、開口部を燃焼ガス通路入口５とする。

水管３の燃焼ガス通路７に面している部分には、熱吸収用フィン１１を設ける。熱吸収用フィン１１は水管３の表面から垂直に突出させたものであり、多数段の熱吸収用フィン１１を燃焼ガス流に対して交差するように設ける。熱吸収用フィン１１を設置するのは、水管の中段部分とし、水管３の下部には熱吸収用フィン１１を設けていない。燃焼ガス通路７の下流側となる燃焼ガス通路下部は、熱吸収用フィン１１を設けていないため、燃焼ガス通路７の下部では燃焼ガス通路の断面積は、熱吸収用フィン１１を設けている燃焼ガス通路の中段部よりも大きくなる。燃焼ガス通路下部の流路断面積が広くなっている空間を燃焼ガス流動用空間部１２としておく。

バーナ１０を燃焼させると、燃焼室９内で高温の燃焼ガスが発生し、最初に水管３の燃焼室９側の面を加熱する。次に燃焼ガスは、燃焼室９の上部から放射状に分散して燃焼ガス通路入口５を通り、燃焼ガス通路７内に入る。燃焼ガス通路７内に入った燃焼ガスは、燃焼ガス通路７に面している水管を加熱しながら燃焼ガス通路出口６へ向い、その後に燃焼ガス通路出口６を通してボイラ外へ排出されるが、燃焼ガス通路７の下部に燃焼ガス流動用空間部１２を設けているため、燃焼ガスはまず燃焼ガス流動用空間部１２を目指すことになる。

燃焼ガス通路では、中段域の熱吸収用フィン１１を設けている部分では流路の断面積が小さくなり、下方の熱吸収用フィン１１を設けていない燃焼ガス流動用空間部１２の部分で流路の断面積が大きくなる。流路断面積の小さな部分では、燃焼ガス流に掛かる抵抗が大きい。断面積が大きくなると、燃焼ガス流に掛かる抵抗は小さくなり、燃焼ガスは流れやすくなる。そのため燃焼ガス流は流路断面積が小さく流れにくい部分から、流路断面積が大きく流れやすい部分へと向かうことになる。燃焼ガス通路７内に入った燃焼ガスは、まず燃焼ガス流動用空間部１２を目指して流れるため、燃焼ガス通路７内に入った燃焼ガス流は、最も近い燃焼ガス流動用空間部を目指す。そのため、燃焼ガス流は燃焼ガス通路を垂直方向に流れる。各燃焼ガス通路入口５から燃焼ガス通路内に入った燃焼ガスは、それぞれ垂直方向に流れて燃焼ガス流動用空間部１２に入り、その後に燃焼ガス通路出口６を目指すことになるため、燃焼ガス流が片寄ることはなくなり、燃焼ガス通路７の全体で熱を吸収することができ、燃焼ガス通路７で吸収する熱量を最大限とすることができる。燃焼ガスは燃焼室９内で燃焼室に面している水管を加熱し、さらに燃焼ガス通路７内で燃焼ガス通路７に面している水管を加熱することで温度が低下しており、温度の低下した燃焼排ガスは燃焼ガス通路出口６から排出する。

図３に記載の第二実施例は、前記の構成に加えて炉筒４の径を下部で大きくしているものである。炉筒４には途中に波形の伸縮継ぎ手１３を設け、伸縮継ぎ手１３の上下で炉筒４の径を変えている。燃焼ガス通路７の下流側に当たる伸縮継ぎ手１３よりも下方の炉筒４は、燃焼ガス通路７の上流側に当たる伸縮継ぎ手１３より上方の炉筒４よりも径を大きくしている。燃焼ガス通路７は、水管３と炉筒４で挟まれている空間であるため、炉筒４の径が大きくなると燃焼ガス通路７の断面積は大きくなる。本実施例では、燃焼ガス通路７の下部にある燃焼ガス流動用空間部１２に当たる部分の炉筒４の径を、上部の径よりも大きくすることで、燃焼ガス流動用空間部１２の断面積を大きくし、燃焼ガス流が燃焼ガス流動用空間部１２内に入りやすくなるようにしている。

また、燃焼ガス通路７は燃焼ガスを垂直方向に流すものであるため、燃焼ガス通路入口５と燃焼ガス通路出口６が上下方向で逆になっておればよく、燃焼ガス通路入口５を下方に設け、燃焼ガス通路出口６を上方に設けてもよい。この場合、燃焼ガス流動用空間部１２は燃焼ガス通路７の上部に設けることになる。燃焼ガス通路７内における燃焼ガスの流動方向が下向きから上向きに変わっても、燃焼ガス流動用空間部１２を設けることで燃焼ガス流の片寄りをなくす作用が得られることは同じであり、燃焼ガス通路７の水管全体で熱の吸収を行うことで熱吸収量を多くすることができる。

本発明の第一の実施例におけるボイラ概要図 図１の縦断面図 本発明の第二の実施例におけるボイラ概要図 従来例におけるボイラ概要図

符号の説明

１ 上部管寄せ
２ 下部管寄せ
３ 水管
４ 炉筒
５ 燃焼ガス通路入口
６ 燃焼ガス通路出口
７ 燃焼ガス通路
８ 閉塞用フィン
９ 燃焼室
１０ バーナ
１１ 熱吸収用フィン
１２ 燃焼ガス流動用空間部
１３ 伸縮継ぎ手

Claims (3)

1. 環状の上部管寄せと下部管寄せの間を多数の水管で連結して水管で囲まれた部分を燃焼室とし、水管列の外側は円筒状の炉筒で囲むことで水管と炉筒の間を燃焼ガス通路としておき、各隣り合う水管の隙間は水管間の上部に設ける燃焼ガス通路入口以外の部分を閉塞し、炉筒の下部には燃焼排ガスを排出する燃焼ガス通路出口を設けている多管式ボイラにおいて、燃焼ガス通路内には、下部に流路断面積を大きくした燃焼ガス流動用空間部を設け、燃焼ガス流動用空間部より上方では水管の燃焼ガス通路に面した部分に多数段の熱吸収用フィンを設けておき、燃焼ガス通路内では、上部の熱吸収用フィン設置部よりも下部の燃焼ガス流動用空間部の流路断面積を大きくしたことを特徴とする多管式ボイラ。
2. 請求項１に記載の多管式ボイラにおいて、燃焼ガス通路入口と燃焼ガス通路出口の上下方向を入れ替えており、水管間の下部に燃焼ガス通路入口を設け、炉筒の上部に燃焼ガス通路出口を設けたものであることを特徴とする多管式ボイラ。
3. 請求項１又は２に記載の多管式ボイラにおいて、燃焼ガス通路の下流側（燃焼ガス通路出口側）に当たる炉筒の径を、燃焼ガス通路の上流側（燃焼ガス通路入口側）に当たる炉筒の径よりも大きくしたことを特徴とする多管式ボイラ。

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