JP2013076496A - 熱媒ボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】 熱媒ボイラから排出される排ガスの熱を一層有効に利用し、バーナに送り込まれる燃焼用空気を効率良く予熱することができる熱媒ボイラを得る。
【解決手段】 熱媒ボイラから排出される排ガスと送風機７からバーナ１に送り込まれる燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱するレキュペレータ１０を備えた熱媒ボイラであって、高温気体が流通するダクト１６の表面に沿って低温の燃焼用空気が流れるように吸引空気路Ｂを形成し、高温気体が流通するダクト１６の外表面の熱を低温側である燃焼用空気側に伝達して低温の燃焼用空気を加熱するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱媒ボイラから排出される排ガスと送風機からバーナに送り込まれる燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱するレキュペレータを備えた熱媒ボイラに関する。

熱媒ボイラは、油等の熱媒油を高温（２５０℃〜３００℃）に加熱し、この熱媒油を熱源として間接的に熱を使用するものとして広く利用されている。熱媒油の温度は、利用される温度が高いこともあり、加熱される熱媒油の温度は３００℃近傍となるため、熱媒ボイラで加熱したあとの排ガス温度が３５０℃程度と高く、持ち去られるエネルギーが大きく、例えば、小型貫流型の蒸気ボイラ効率が９２％程度であるのに対して、熱媒ボイラではボイラ効率が８０％程度と熱効率が低い。熱媒ボイラの効率を上げるためには、ボイラ排ガスと燃焼用空気との熱交換による排ガス温度の低減方法が用いられている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。

特許文献１では、燃焼用バーナが設置されているウインドボックス内に排ガスと燃焼用空気を熱交換して燃焼用空気を加熱する技術や、ウインドボックス内に輻射体を設けて、その内部に燃焼用空気を流入させて予熱した空気をバーナに供給する方法が記載されている。しかしながら、この方法では、燃焼用バーナを含むウインドボックスの構造が複雑となり、また、より効率を向上させるために熱交換量を増加させようとするとウインドボックスが大型化してしまうといった問題がある。

熱交換量を増加させながらウインドボックスの大型化を避けるため、排ガス煙道にレキュペレータと呼ばれる熱交換器を配置して、燃料用空気と熱交換する方法がある（特許文献２参照。）。レュペレータを出た燃料用空気は空気配管を十手バーナに送気されるが、この配管の中を通る高温の空気からの放熱を防止するため、この配管の外部には断熱材を用いた断熱構造を取るのが一般的である。

特開平７−２４３６０５号公報 特開平８−３１２９４４号公報

上記熱媒ボイラでは、レキュペレータで予熱された燃焼用空気を断熱された空気配管に通して燃焼バーナに送気するだけであるので、断熱材表面から大気への放熱が避けられず、効率向上の障害となっていた。
本発明者は、排ガスの熱を一層有効に利用し、燃焼用空気を効率良く予熱することについて試験研究を続け、本発明を完成するに至った。

本発明の目的は、熱媒ボイラから排出される排ガスの熱を一層有効に利用し、バーナに送り込まれる燃焼用空気を効率良く予熱することができる熱媒ボイラを提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、熱媒ボイラから排出される排ガスと送風機からバーナに送り込まれる燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱するレキュペレータを備えた熱媒ボイラであって、高温気体が流通するダクトの表面に沿って低温の燃焼用空気が流れるように吸引空気路を形成したことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、高温気体が流通するダクトの表面に沿って低温の燃焼用空気が流れるように吸引空気路を形成したので、熱媒ボイラから排出される高温気体である排ガス、または熱媒ボイラから排出される排ガスと熱交換して高温気体となった燃焼用空気が流通するダクトの外表面の熱を低温側である燃焼用空気側に伝達して燃焼用空気を加熱し、ここで加熱され昇温した燃焼用空気がさらにレキュペレータに送り込まれて高温の排ガスと熱交換するので、熱交換された燃焼用空気は従来の熱媒ボイラにおけるレキュペレータで熱交換された燃焼用空気に比べ高温となるとともに、低温の燃焼用空気が高温気体が流通するダクトの表面に沿って流れるように構成したので、大気との温度差が小さくなり放熱をより小さくすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の、前記レキュペレータとバーナとの間に配置される燃焼用空気供給ダクトを二重構造とし、内側流路をバーナと接続される供給空気路とするとともに、外側流路を吸引空気路とし、前記外側流路の一端側に空気吸引口を開口し、他端側を前記送風機の吸い込み側と接続したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、前記レキュペレータとバーナとの間に配置される燃焼用空気供給ダクトを二重構造とし、内側流路をバーナと接続される供給空気路とするとともに、外側流路を吸引空気路とし、前記外側流路の一端側に空気吸引口を開口し、他端側を前記送風機の吸い込み側と接続したので、前記空気吸引口から前記外側流路へ吸い込まれた低温の燃焼用空気は、前記内側流路の前記外側流路側表面から放出される内側流路を流通する高温気体となった燃焼用空気の熱を吸収し、さらに、ここで加熱され昇温した燃焼用空気が前記送風機に吸い込まれ、レキュペレータに送り込まれて高温の排ガスと熱交換するので、熱交換された燃焼用空気は従来の熱媒ボイラにおけるレキュペレータで熱交換された燃焼用空気より高温となってバーナに送り込まれる。
また、前記内側流路を流通する燃焼用空気は前記外側流路を流通する低温の燃焼用空気により断熱され、前記外側流路を流通する燃焼用空気は外部の大気との温度差が小さくなるため、放熱をより小さくすることができる。

本発明によれば、高温気体が流通するダクトの表面に沿って低温の燃焼用空気が流れるように吸引空気路を形成したので、高温気体が流通するダクトから放出される熱により吸引空気路を流れる低温の燃焼用空気を加熱することができ、ここで加熱され昇温した燃焼用空気がレキュペレータに送り込まれ、高温の排ガスと熱交換するので、熱交換された燃焼用空気は従来の熱媒ボイラにおけるレキュペレータで熱交換された燃焼用空気より高温となってバーナに送り込まれることから、燃焼効率が向上し燃料消費量の一層の低減を図ることができるとともに、大気への放熱量が減少するので熱損失を低減し、断熱材の密度も下げることができる。

本発明に係る熱媒ボイラの実施の形態の第１例を示す概略構成図である。 二重構造に構成した燃焼用空気供給ダクトの一例を示す概略構成図である。 二重構造に構成した燃焼用空気供給ダクトの他例を示す概略構成図である。 二重構造に構成した燃焼用空気供給ダクトの他例を示す概略構成図である。 二重構造に構成した燃焼用空気供給ダクトの他例を示す概略構成図である。 本発明に係る熱媒ボイラの実施の形態の第２例を示す概略構成図である。 本発明に係る熱媒ボイラの実施の形態の第３例を示す概略構成図である。

以下、本発明に係る熱媒ボイラを実施するための形態を、図面に示す実施例を参照して詳細に説明する。
図１乃至図５は本発明に係る熱媒ボイラの実施の形態の第１例を示すものであり、図１は本例の熱媒ボイラを示す概略構成図、図２は二重構造に構成した燃焼用空気供給ダクトの一例を示す概略構成図、図３、図４、図５はそれぞれ二重構造に構成した燃焼用空気供給ダクトの他例を示す概略構成図である。

本例の熱媒ボイラは、上部にバーナ１が配置され、熱媒油加熱管４をコイル状に形成した缶体５の内側に燃焼室２を形成している。バーナ１はウインドボックス９に取り付けられており、ウインドボックス９に燃焼用空気供給ダクト６を介して燃焼用空気を送り込む送風機７を備えている。燃焼室２で発生した排ガスは、コイル状の熱媒油加熱管４の隙間を通過して排ガスダクト８に集合するように流れ、大気へ放出される。熱媒油加熱管４は熱媒液の循環ライン３に接続されている。

また、排ガスダクト８と燃焼用空気供給ダクト６とに接続し、排ガスダクト８を流通する排ガスと燃焼用空気供給ダクト６を流通する燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱するレキュペレータ１０を備えている。
本例では、レキュペレータ１０とバーナ１に併設されたウインドボックス９との間に配置される燃焼用空気供給ダクト６における、レキュペレータ１０の下流側に位置する下流側燃焼用空気供給ダクト６ａを二重構造に構成しており、内側流路１１をバーナ１と接続される供給空気路Ａとするとともに、外側流路１２を吸引空気路Ｂとし、外側流路１２の一端側に空気吸引口１３を開口し、他端側を吸引空気ダクト１４を介して送風機７の吸い込み側と接続している。この吸引空気ダクト１４にあっては、内側流路１１と外側流路１２を仕切る仕切壁１５から放出される高温の燃焼用空気の熱で加熱された外側流路１２を流れる燃焼用空気の放熱を防ぐため可能な限り短くすることが好ましい。

下流側燃焼用空気供給ダクト６ａにあっては、内部が仕切壁１５によって仕切られ、内側流路１１と外側流路１２が形成されていればよい。図２に示す下流側燃焼用空気供給ダクト６ａは、仕切壁１５で構成される内側ダクト１６と、内側ダクト１６の外周に配置された外側ダクト１７による二重筒状となっている。
図３に示す下流側燃焼用空気供給ダクト６ａは、内側ダクト１６の外周囲にパイプ１８を螺旋状に密に巻き付けて外側ダクト１７とし、パイプ１８内を外側流路１２としている。
図４に示す下流側燃焼用空気供給ダクト６ａは、内側ダクト１６の外周囲に断面コ字状の樋状体１９を、開口側が内側ダクト１６の外周囲でシールされるようにして螺旋状に密に巻き付けて外側ダクト１７とし、樋状体１９内を外側流路１２としている。なお、樋状体１９にあっては、断面コ字状に限られるものではなく、断面略半円形状であってもよい。
図５に示す下流側燃焼用空気供給ダクト６ａは、パイプ１８をコイル状にして筒状体を形成し、筒状体を外側ダクト１７とし、パイプ１８内を外側流路１２としている。なお、図示したパイプ１８は断面四角形となっているが、断面円形であってもよい。
また、図２乃至図５に示す下流側燃焼用空気供給ダクト６ａは、いずれも四角筒となっているが、円筒であってもよい。

また、排ガスダクト８にあっては、排ガスの熱をより有効に利用するために、ボイラ管体５とレキュペレータ１０の間に配置される上流側排ガスダクト８ａを断熱材等で断熱しておくことが好ましい。なお、図中２０はバーナ１に燃料ガスを供給する燃料供給ラインである。

このように構成した本例の熱媒ボイラによれば、レキュペレータ１０で排ガスと熱交換して高温気体となった燃焼用空気が下流側燃焼用空気供給ダクト６ａの内側流路１１を流れ、内側流路１１と外側流路１２の仕切壁１５、すなわち内側ダクト１６の外表面の熱により空気吸引口１３から外側流路１２へ吸い込まれた低温の燃焼用空気側に伝達して低温の燃焼用空気が加熱される。そして、ここで加熱され昇温した燃焼用空気は、外側流路１２の他端側から吸引空気ダクト１４を介して送風機７の吸い込み側へと流れて送風機７に吸い込まれ、送風機７からレキュペレータ１０の上流側に位置する上流側燃焼用空気供給ダクト６ｂに送り込まれ、上流側燃焼用空気供給ダクト６ｂからレキュペレータ１０に送り込まれて排ガスと熱交換し、熱交換された燃焼用空気は従来の熱媒ボイラにおけるレキュペレータで熱交換された燃焼用空気より高温となってバーナ１に併設されているウインドボックス９に送り込まれる。

図６は本発明に係る熱媒ボイラの実施の形態の第２例を示す概略構成図である。
本例の熱媒ボイラについて、前記第１例と同一の構成については同一の符号を付しその説明を省略し、第１例と異なる構成についてのみ説明する。
本例の熱媒ボイラは、排ガスダクト８における、ボイラ缶体５とレキュペレータ１０との間に配置される上流側排ガスダクト８ａを二重構造に構成しており、内側流路１１を排ガス流路とするとともに、外側流路１２を吸引空気流路とし、外側流路１２の一端側に空気吸引口１３を開口し、他端側を吸引空気ダクト１４を介して送風機７の吸い込み側と接続している。二重構造に構成の上流側排ガスダクト８ａにあっては、第１例で説明した図２乃至５に示す構成と同様の構成にすることができる。
その他の構成は前記第１例と同様なので、第１例の説明を援用し、その説明を省略する。

このように構成した本例の熱媒ボイラによれば、上流側排ガスダクト８ａの内側流路１１を流れる高温気体である排ガスの熱で、空気吸引口１３から外側流路１２へ吸い込まれ外側流路１２を流れる低温の燃焼用空気が加熱される。
このようにして、外側流路１２を流通する過程で加熱され昇温した燃焼用空気は、外側流路１２の他端側から吸引空気ダクト１４を介して送風機７の吸い込み側へと流れて送風機７に吸い込まれ、送風機７からレキュペレータ１０の上流側に位置する上流側燃焼用空気供給ダクト６ｂに送り込まれ、上流側燃焼用空気供給ダクト６ｂからレキュペレータ１０に送り込まれて排ガスと熱交換し、熱交換された燃焼用空気は従来の熱媒ボイラにおけるレキュペレータで熱交換された燃焼用空気より高温となってバーナ１に併設されているウインドボックス９に送り込まれる。

図７は本発明に係る熱媒ボイラの実施の形態の第３例を示す概略構成図である。
本例の熱媒ボイラについて、前記第１例と同一の構成については同一の符号を付しその説明を省略し、第１例と異なる構成についてのみ説明する。
本例の熱媒ボイラは、送風機７の吸い込み側に接続する吸引空気ダクト１４と排ガスダクト８とにレキュペレータ１０が接続している。そして、吸引空気ダクト１４における、送風機７とレキュペレータ１０との間に配置される下流側吸引空気ダクト１４ａを二重構造に構成しており、内側流路１１を下流側吸引空気ダクト１４ａの流路とするとともに、外側流路１２を吸引空気流路とし、外側流路１２の一端側に空気吸引口１３を開口し、他端側を上流側吸引空気ダクト１４ｂと接続している。二重構造に構成の上流側排ガスダクト８ａにあっては、第１例で説明した図２乃至５に示す構成と同様の構成にすることができる。
その他の構成は前記第１例と同様なので、第１例の説明を援用し、その説明を省略する。

このように構成した本例の熱媒ボイラによれば、レキュペレータ１０で排ガスと熱交換して高温気体となった燃焼用空気が下流側吸引空気ダクト１４ａの内側流路１１を流れ、内側流路１１を流れる高温気体となった燃焼用空気の熱で、空気吸引口１３から外側流路１２へ吸い込まれ外側流路１２を流れる低温の燃焼用空気が加熱される。
このようにして、外側流路１２を流通する過程で加熱され昇温した燃焼用空気は、外側流路１２の他端側に接続している上流側吸引空気ダクト１４ｂを通り、レキュペレータ１０に送り込まれて排ガスと熱交換し、熱交換された燃焼用空気は従来の熱媒ボイラにおけるレキュペレータで熱交換された燃焼用空気より高温となる。この高温となった燃焼用空気は送風機７の吸い込み側へと流れて送風機７に吸い込まれ、送風機７から燃焼用空気供給ダクト６を通ってバーナ１に併設されているウインドボックス９に送り込まれる。

１ バーナ
２ 燃焼室
３ 循環ライン
４ 熱媒油加熱管
５ ボイラ缶体
６ 燃焼用空気供給ダクト
６ａ 下流側燃焼用空気供給ダクト
６ｂ 上流側燃焼用空気供給ダクト
７ 送風機
８ 排ガスダクト
８ａ 上流側排ガスダクト
８ｂ 下流側排ガスダクト
９ ウインドボックス
１０ レキュペレータ
１１ 内側流路
１２ 外側流路
１３ 空気吸引口
１４ 吸引空気ダクト
１４ａ 下流側吸引空気ダクト
１４ｂ 上流側吸引空気ダクト
１５ 仕切壁
１６ 内側ダクト
１７ 外側ダクト
１８ パイプ
１９ 樋状体
２０ 燃料供給ライン
Ａ 供給空気路
Ｂ 吸引空気路

Claims (2)

1. 熱媒ボイラから排出される排ガスと送風機からバーナに送り込まれる燃焼用空気とを熱交換して燃焼用空気を予熱するレキュペレータを備えた熱媒ボイラであって、
   高温気体が流通するダクトの表面に沿って低温の燃焼用空気が流れるように吸引空気路を形成したことを特徴とする熱媒ボイラ。
2. 前記レキュペレータとバーナとの間に配置される燃焼用空気供給ダクトを二重構造とし、内側流路をバーナと接続される供給空気路とするとともに、外側流路を前記吸引空気路とし、前記外側流路の一端側に空気吸引口を開口し、他端側を前記送風機の吸い込み側と接続したことを特徴とする請求項１に記載の熱媒ボイラ。

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