JP2013178038A

JP2013178038A - ボイラ

Info

Publication number: JP2013178038A
Application number: JP2012042319A
Authority: JP
Inventors: Taisuke Akiyama; 泰輔秋山; Kazuhiro Hanefuji; 和洋羽藤
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2013-09-09

Abstract

【課題】水管が受ける熱応力をより低減できるボイラを提供すること。
【解決手段】複数の水管１１と、複数の水管１１の下方に配置され複数の水管１１の下部に接続される下部管寄せ１２と、複数の水管１１の上方に配置され複数の水管１１の上部に接続される上部管寄せ１３と、複数の水管１１の周囲を覆う缶体カバー１４と、缶体カバー１４の側面に形成され、缶体カバー１４の内部において発生した燃焼ガスが排出されるガス出口３０と、複数の水管１１のうち、ガス出口３０が設けられた缶体カバー１４の側面に最も近接して配置される近接水管１１０における缶体カバー１４との最接近点１１１よりもガス出口３０側で近接水管１１０と缶体カバー１４とを接続する第１接続壁４１と、最接近点１１１よりもガス出口３０側と反対側で近接水管１１０と缶体カバー１４とを接続する第２接続壁４２と、を備えるボイラ１。
【選択図】図２

Description

本発明は、ボイラに関する。詳細には、複数の水管を有する缶体の周囲を缶体カバーで覆って形成される多管式のボイラに関する。

従来、水等の流体が流通する複数の水管を用いるボイラにおいて、複数の水管の周囲を覆うように設けられる缶体カバーと、缶体カバーの側面に形成されるガス出口と、を備えるボイラが知られている。このボイラでは、燃焼ガスが缶体カバーの内部を通ってガス出口から排出される。そして、複数の水管の内部を流通する流体は、燃焼ガスにより加熱される。

ところで、缶体カバーの内面は、燃焼ガスにより加熱され、高温状態となる。一方、水管の内部には、燃焼ガスに比して低温の水が流通するため、水管の表面温度は、缶体カバーの内面の温度よりも低く保たれる。そのため、缶体カバーに近接して配置される水管は、缶体カバーの熱の影響を大きく受けて熱応力が増大し、これにより缶体カバーに近接して配置される水管には、ひずみが生じやすくなる。特に、ガス出口の近傍においては、缶体カバーが燃焼ガスにより直接加熱される部位が生じるため、ガス出口の近傍に配置される水管にひずみが生じやすい。

このようなボイラにおいて、ガス出口の近傍に配置される水管と、ガス出口の近傍の缶体カバーの側面とを一枚の板で接続したボイラが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１で提案されたボイラでは、一枚の板により水管と缶体カバーが接続されることで、水管の冷熱が缶体カバーに伝達される。これにより、缶体カバーと、水管との間の温度差が大きくなることを抑制している。

特開２００９−１８０４２２号公報

しかしながら、特許文献１で提案されたボイラでは、ガス出口の近傍に配置される水管と、ガス出口の近傍の缶体カバーとを接続する板が、ガス出口の近傍に配置される水管に対して一箇所のみで接続されている。そのため、水管から缶体カバーに対して熱伝導を十分行えず、水管が受ける熱応力を十分に低減できない。

従って、本発明は、水管が受ける熱応力をより低減できるボイラを提供することを目的とする。

本発明は、互いに所定の間隔をあけ、上下方向に延びて配置される複数の水管と、前記複数の水管の下方に配置され該複数の水管の下部に接続される下部管寄せと、前記複数の水管の上方に配置され該複数の水管の上部に接続される上部管寄せと、前記複数の水管の周囲を覆う缶体カバーと、前記缶体カバーの側面に形成され、前記缶体カバーの内部において発生した燃焼ガスが排出されるガス出口と、前記複数の水管のうち、前記ガス出口が設けられた前記缶体カバーの側面に最も近接して配置される近接水管における前記缶体カバーとの最接近点よりも前記ガス出口側で前記近接水管と前記缶体カバーとを接続する第１接続壁と、前記最接近点よりも前記ガス出口側と反対側で前記近接水管と前記缶体カバーとを接続する第２接続壁と、を備えるボイラに関する。

また、前記第１接続壁と前記第２接続壁とを連結する第３接続壁を更に備え、前記第２接続壁及び前記第３接続壁は、前記缶体カバーの一部を構成することが好ましい。

また、前記缶体カバーは、前記ガス出口が形成された出口側側面、該出口側側面に対向して配置され前記缶体カバーの内部に燃料ガスを供給するガス供給口が形成される入口側側面、及び前記出口側側面及び前記入口側側面をつなぐと共に該出口側側面及び該入口側側面よりも長さの長い一対の長側面を備える角型形状に形成され、前記複数の水管のうち、前記一対の長側面に近接すると共に該一対の長側面に沿って配置される水管をつなぐ複数の連結壁を更に備え、前記長側面から前記第１接続壁までの距離は、前記長側面から前記連結壁までの距離よりも長いことが好ましい。

また、前記複数の連結壁は、前記長側面と略平行に配置されると共に、前記出口側側面側に配置される前記連結壁から前記長側面までの距離が、前記入口側側面側に配置される前記連結壁から前記長側面までの距離よりも短くなるように配置されることが好ましい。

本発明によれば、ガス出口の周辺に配置される水管にかかる応力を抑制することのできるボイラを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るボイラを示す概略図である。図１のＸ−Ｘ線断面の概略図である。

以下、本発明のボイラの好ましい一実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態のボイラは、複数の水管を並べて配置した角型の缶体の内部に燃焼ガスを流通させることで、水管の内部を流通する水等の流体が熱交換を行うように構成された角型多管式のボイラである。

図１を参照して、本実施形態のボイラ１の全体構成について説明する。
本実施形態のボイラ１は、缶体１０と、バーナ２０と、送風機２１と、排気筒３１と、を備える。

缶体１０は、平面視で長方形状を有する直方体状に形成され、複数の水管１１と、下部管寄せ１２と、上部管寄せ１３と、缶体カバー１４と、接続壁４０と、連結壁４４と、を備える。

複数の水管１１は、所定の間隔をあけ、上下方向に延びて複数配置される。複数の水管１１の内部には水が供給される。
複数の水管１１は、図２に示すように、缶体１０の平面視における長手方向に沿って複数の列を形成するように配置されている。具体的には、複数の水管１１は、缶体１０の長手方向に沿って４本配置される列と、この４本とずれるように３本配置される列とを有し、隣り合う列の水管１１同士が行方向に重なり合わないように千鳥状に配置されている。複数の水管１１は、缶体１０の平面視における幅方向に３列並んで配置されており、４本で形成される列が両側に、３本で形成される列が中央に配置されている。

複数の水管１１のうち、中央の列における後述のガス出口３０側の水管１１は、熱伝達の効率を高めるため、その外周に沿ってらせん状に設けられるフィン１１ａを備えている。また、複数の水管１１のうち、両側の列におけるガス出口３０側の水管は、缶体１０のガス出口３０側に最も近接して配置される近接水管１１０である。

近接水管１１０は、缶体カバー１４のうちのガス出口３０側の側面である出口側側面３０ａに最も近接して配置される。本実施形態では、近接水管１１０は、缶体１０を平面視した場合における幅方向の両側に一本ずつ配置されている。

下部管寄せ１２は、複数の水管１１の下方に配置され、複数の水管１１の下部に接続されている。下部管寄せ１２は、複数の水管１１を缶体１０の下部で一体的に支持する。下部管寄せ１２には、給水配管（図示せず）から水が供給され、この下部管寄せ１２から複数の水管１１に水が供給される。

上部管寄せ１３は、複数の水管１１の上方に配置され、複数の水管１１の上部に接続されている。上部管寄せ１３は、複数の水管１１を缶体１０の上部で一体的に支持する。上部管寄せ１３は、複数の水管１１で生じた蒸気を他の設備に送るための出口となる蒸気出口部１３ａ、１３ｂを有する。

缶体カバー１４は、複数の水管１１の周囲を覆い、缶体１０の外形を形成する。缶体カバー１４は、平面視において長方形の角型形状に形成されている。缶体カバー１４は、入口側側面１５ａと、出口側側面３０ａと、入口側側面１５ａ及び出口側側面３０ａをつなぐと共に、入口側側面１５ａ及び出口側側面３０ａよりも長さの長い一対の長側面１７ａと、入口側側面１５ａに形成され缶体カバー１４の内部に燃料ガスを供給するガス供給口１５と、出口側側面３０ａに形成され燃焼ガスの出口となるガス出口３０と、を備える。

接続壁４０は、図２に示すように、平面視においてコの字型に形成され、第１接続壁４１と、第２接続壁４２と、第３接続壁４３と、を備える。
第１接続壁４１及び第２接続壁４２は、近接水管１１０と、缶体カバー１４の出口側側面３０ａと、を接続する。

より具体的には、第１接続壁４１は、近接水管１１０における出口側側面３０ａとの最接近点１１１よりもガス出口３０側で、近接水管１１０と缶体カバー１４とを接続する。
第２接続壁４２は、最接近点１１１よりもガス出口３０と反対側で近接水管１１０と缶体カバー１４とを接続する。
第３接続壁４３は、第１接続壁４１と第２接続壁４２とを接続する。

本実施形態では、第１接続壁４１、第２接続壁４２及び第３接続壁４３は、熱伝導性を有する金属部材により一体的に形成される。また、図２に示すように、本実施形態では、第２接続壁４２及び第３接続壁４３は、缶体カバー１４の出口側側面３０ａの一部を構成している。

連結壁４４は、複数の水管１１のうち、缶体カバー１４の長側面１７ａに近接し、この長側面１７ａに沿って配置される水管１１をつないでいる。連結壁４４は、長側面１７ａから第１接続壁４１までの距離Ｌ１の方が、長側面１７ａから連結壁４４までの距離Ｌ２よりも長くなるように形成されている。
また、連結壁４４は、長側面１７ａと略平行に配置されているが、缶体カバー１４の出口側側面３０ａ側に配置される連結壁４４ａから長側面１７ａまでの距離Ｌ２１が、入口側側面１５ａ側に配置される連結壁４４ｃから長側面１７ａまでの距離Ｌ２３よりも短くなるように配置されている。

送風機２１は、缶体１０の外側に配置され、ガス供給口１５に接続される。この送風機２１は、ガス供給管２２から供給される燃料ガスと空気を混合した混合気体を缶体カバー１４の内部に供給する。

バーナ２０は、ガス供給口１５に設けられる。バーナ２０は、送風機２１により供給される燃料ガスと空気との混合気体を複数の水管１１の延びる方向に対して直交する方向に噴出させると共に、混合気体中の燃料ガスを燃焼させる。

排気筒３１は、ガス出口３０に接続される。排気筒３１は、缶体１０の内部において発生し、複数の水管１１を加熱した燃焼ガスを外部に排出する。

次に、本実施形態のボイラ１の具体的な動作について説明する。
本実施形態のボイラ１では、送風機２１から送られる空気とガス供給管２２から供給する燃料ガスとが混合され、燃料ガスと空気との混合気体がバーナ２０から缶体カバー１４の内部へ供給されて燃焼される。缶体カバー１４の内部では、燃料ガスが燃焼して生じた高温の火炎（燃焼ガス）がガス供給口１５からガス出口３０へ向かって噴出される。

複数の水管１１には、下部管寄せ１２から水が供給されており、複数の水管１１の内部に供給された水は、燃焼ガスにより加熱されて蒸気となる。複数の水管１１の内部で生じた蒸気は、上部管寄せ１３に集合し、その後、蒸気出口部１３ａ，１３ｂから蒸気を使用する設備に送られる。

缶体カバー１４の内部で発生し、複数の水管１１を加熱した燃焼ガスは、ガス出口３０から排気筒３１を通って外部に排出される。

ここで、缶体カバー１４の内部における一対の長側面１７ａ側には、複数の連結壁４４が配置され、これら複数の連結壁４４は、缶体１０の長手方向に隣り合って配置される水管１１を連結している。これにより、一対の長側面１７ａは、燃焼ガスにより直接加熱されないので、一対の長側面１７ａの温度は大きくは上昇しない。また、複数の連結壁４４は、水管１１に連結されているので、連結壁４４と水管１１の温度差はあまり大きくならない。

一方、缶体カバー１４の内部における出口側側面３０ａ側は、直接燃焼ガスに加熱されるため、温度が大きく上昇する。ここで、本実施形態では、第１接続壁４１及び第２接続壁４２により、出口側側面３０ａと、この出口側側面３０ａに近接して配置される近接水管１１０とが接続されている。これにより、近接水管１１０の冷熱が第１接続壁４１及び第２接続壁４２を介して出口側側面３０ａに伝達されるので、出口側側面３０ａの温度上昇が抑制される。また、出口側側面３０ａ（缶体カバー１４）と近接水管１１０との間の温度差が大きくなりにくい。

以上説明した本実施形態のボイラ１によれば、以下のような効果を奏する。

（１）缶体カバー１４の出口側側面３０ａは、缶体カバー１４の内部で発生する燃焼ガスにより直接加熱されることで、温度が大きく上昇する。そこで、ボイラ１を、出口側側面３０ａと近接水管１１０とを接続する第１接続壁４１及び第２接続壁４２を含んで構成した。これにより、近接水管１１０の冷熱を第１接続壁４１及び第２接続壁４２を介して出口側側面３０ａに伝達できるので、出口側側面３０ａの温度上昇を抑制でき、出口側側面３０ａ（缶体カバー１４）と近接水管１１０との間の温度差を大きくなりにくくできる。よって、出口側側面３０ａ（缶体カバー１４）と近接水管１１０との間の温度差を小さくできるので、近接水管１１０が受ける熱応力を低減できる。
また、出口側側面３０ａ（缶体カバー１４）と近接水管１１０との間の温度差を小さくできるので、近接水管１１０と出口側側面３０ａとの距離を短くでき、ボイラ１をコンパクト化できる。

（２）第１接続壁４１と第２接続壁４２とを連結する第３接続壁４３を設け、第２接続壁４２及び第３接続壁４３により缶体カバー１４の一部を構成した。近接水管１１０は、第２接続壁４２及び第３接続壁４３を介して缶体カバー１４全体に接続されているため、これにより、近接水管１１０から缶体カバー１４への熱伝達の効率をより向上させられる。

（３）ボイラ１を、長側面１７ａに沿って配置される水管１１をつなぐ複数の連結壁４４を含んで構成した。また、長側面１７ａから第１接続壁４１までの距離Ｌ１を、長側面１７ａから連結壁４４までの距離Ｌ２よりも長く構成した。これにより、高温の出口側側面３０ａから熱伝達を受ける近接水管１１０が燃焼ガスにより加熱される面積を、他の水管１１よりも小さくできる。よって、複数の水管１１をより均等に加熱できるので、ボイラ１の熱効率を向上させられる。

（４）出口側側面３０ａ側に配置される連結壁４４から長側面１７ａまでの距離を、入口側側面１５ａ側に配置される連結壁４４から長側面１７ａまでの距離よりも短くなるように構成した。缶体カバー１４の内部は、全体としてはガス供給口１５側からガス出口３０側に向かって温度が低くなっている。そのため、連結壁４４の位置を徐々に長側面１７ａ側に配置することにより、ガス供給口１５から離れた位置に配置される水管１１に対しても熱を効率よく伝えることができる。

以上、本発明のボイラの好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態では、ボイラ１を蒸気ボイラとして説明したが、温水ボイラ等いずれのボイラであってもよい。

また、本実施形態では、水管１１を１１本有する小型の簡易ボイラとして説明したが、水管１１の数や規模は特に限定されない。

１ボイラ
１１複数の水管
１２下部管寄せ
１３上部管寄せ
１４缶体カバー
３０ガス出口
４１第１接続壁
４２第２接続壁
４３第３接続壁
１１０近接水管
１１１最接近点

Claims

互いに所定の間隔をあけ、上下方向に延びて配置される複数の水管と、
前記複数の水管の下方に配置され該複数の水管の下部に接続される下部管寄せと、
前記複数の水管の上方に配置され該複数の水管の上部に接続される上部管寄せと、
前記複数の水管の周囲を覆う缶体カバーと、
前記缶体カバーの側面に形成され、前記缶体カバーの内部において発生した燃焼ガスが排出されるガス出口と、
前記複数の水管のうち、前記ガス出口が設けられた前記缶体カバーの側面に最も近接して配置される近接水管における前記缶体カバーとの最接近点よりも前記ガス出口側で前記近接水管と前記缶体カバーとを接続する第１接続壁と、
前記最接近点よりも前記ガス出口側と反対側で前記近接水管と前記缶体カバーとを接続する第２接続壁と、を備えるボイラ。
前記第１接続壁と前記第２接続壁とを連結する第３接続壁を更に備え、
前記第２接続壁及び前記第３接続壁は、前記缶体カバーの一部を構成する請求項１に記載のボイラ。
前記缶体カバーは、前記ガス出口が形成された出口側側面、該出口側側面に対向して配置され前記缶体カバーの内部に燃料ガスを供給するガス供給口が形成される入口側側面、及び前記出口側側面及び前記入口側側面をつなぐと共に該出口側側面及び該入口側側面よりも長さの長い一対の長側面を備える角型形状に形成され、
前記複数の水管のうち、前記一対の長側面に近接すると共に該一対の長側面に沿って配置される水管をつなぐ複数の連結壁を更に備え、
前記長側面から前記第１接続壁までの距離は、前記長側面から前記連結壁までの距離よりも長い請求項１又は２に記載のボイラ。
前記複数の連結壁は、前記長側面と略平行に配置されると共に、
前記出口側側面側に配置される前記連結壁から前記長側面までの距離が、前記入口側側面側に配置される前記連結壁から前記長側面までの距離よりも短くなるように配置される請求項３に記載のボイラ。