JP2016109352A - ボイラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水素ガスを燃料として使用するボイラを用いた屋外設置型のボイラ装置において、製造コストを抑制でき、かつ、安全性を向上させられるボイラ装置を提供すること。【解決手段】屋外に設置されるボイラ１０と、ボイラ１０を覆う屋外用ケーシング２０と、ボイラ１０に水素ガスを供給する水素ガス供給ライン３０と、水素ガス供給ライン３０に配置され、ボイラ１０に供給する水素ガスの流量を調整する水素ガス流量調整部４０と、を備えるボイラ装置１であって、水素ガス供給ライン３０は、先端側がボイラ１０の内部に位置し基端側が屋外用ケーシング２０の外部に位置する内部配管部３１と、屋外用ケーシング２０の外部に配置されると共に先端側が内部配管部３１の基端側に接続される外部配管部３２と、を備え、水素ガス流量調整部４０は、外部配管部３２に配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラ装置に関する。より詳細には、水素ガスを燃料として用いるボイラを含んで構成されるボイラ装置に関する。

従来、天然ガスやプロパンガスのような炭化水素ガスを燃焼させて給水から蒸気を生成するボイラと、このボイラに炭化水素ガスを供給する燃料ガス供給ラインと、を備えるボイラ装置が提案されている。このようなボイラ装置を屋外に設置する場合には、ボイラ及び燃料ガス供給ラインを屋外用ケーシングで覆ってボイラが雨等により劣化することを防いでいる（例えば、特許文献１参照）。
ボイラを屋外用ケーシングで覆わない場合には、ボイラを構成する部品（例えば、制御ボックス、送風機、給水ポンプ等の電気系統）を、耐水性を有する屋外仕様にする必要があり、ボイラの製造コストが上昇してしまう。特に、ボイラとして比較的小型の小型貫流ボイラを用いた場合には、屋外用ケーシングを設置するコストに比してボイラを構成する部品を屋外仕様にするコストが高くなり、また、汎用性に劣る。

実開平６−００８６２１号公報

ところで、近年、蒸気を使用するプラント等において、プラントの運転に伴い副産物として発生する水素ガスを有効利用することが求められる場合がある。このような場合、水素ガスを燃料ガスとしてボイラを燃焼させることが考えられる。
しかしながら、水素ガスは分子量が小さいため、他の燃料ガスに比して配管の接続部等からガス漏れを起こしやすい傾向にある。そのため、ボイラを屋外用ケーシングにより覆って構成したボイラ装置において、水素ガスをボイラの燃料ガスとして使用する場合には、屋外用ケーシングの内部において燃料ガスの供給ラインから水素ガスが漏れ出してしまうおそれがある。

従って、本発明は、水素ガスを燃料として使用するボイラを用いた屋外設置型のボイラ装置において、製造コストを抑制でき、かつ、安全性を向上させられるボイラ装置を提供することを目的とする。

本発明は、屋外に設置されるボイラと、前記ボイラを覆う屋外用ケーシングと、前記ボイラに水素ガスを供給する水素ガス供給ラインと、前記水素ガス供給ラインに配置され、前記ボイラに供給する水素ガスの流量を調整する水素ガス流量調整部と、を備えるボイラ装置であって、前記水素ガス供給ラインは、先端側が前記ボイラの内部に位置し基端側が前記屋外用ケーシングの外部に位置する内部配管部と、前記屋外用ケーシングの外部に配置されると共に先端側が前記内部配管部の基端側に接続される外部配管部と、を備え、前記水素ガス流量調整部は、前記外部配管部に配置されるボイラ装置に関する。

また、ボイラ装置は、先端側が前記内部配管部の基端側に接続され前記ボイラに水素ガスとは異なる第２燃料ガスを供給する第２燃料ガス供給ラインと、前記第２燃料ガス供給ラインに配置され前記ボイラに供給される第２燃料ガスの流量を調整する第２燃料ガス流量調整部と、前記第２燃料ガス供給ライン、前記内部配管部、及び前記外部配管部の接続部分に配置され該第２燃料ガス供給ラインを流通する第２燃料ガスと前記外部配管部を流通する水素ガスとを混合する混合器と、を更に備えることが好ましい。

また、前記第２燃料ガス供給ラインは、前記屋外用ケーシングの内部に配置される第２内部配管部を有し、前記第２燃料ガス流量調整部は前記第２内部配管部に配置されることが好ましい。

本発明によれば、水素ガスを燃料として使用するボイラを用いた屋外設置型のボイラ装置において、製造コストを抑制でき、かつ、安全性を向上させられる。

本発明の第１実施形態に係るボイラ装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の第２実施形態に係るボイラ装置の構成を模式的に示す図である。

以下、本発明のボイラ装置の好ましい各実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明において「ライン」とは、流路、経路、管路等の総称である。
第１実施形態のボイラ装置１は、図１に示すように、ボイラ１０と、屋外用ケーシング２０と、水素ガス供給ライン３０と、この水素ガス供給ライン３０に配置される水素ガス流量調整部４０と、給水ライン５０と、を備える。

ボイラ１０は、燃料ガスとしての水素ガスを燃焼させて給水を加熱し蒸気を生成する。このボイラ１０は、缶体１１と、給気部１２と、排気筒１３と、蒸気供給ライン１４と、を備える。缶体１１は、下部ヘッダ、複数の水管、上部ヘッダ、燃焼室、バーナ等を含んで構成され、（いずれも図示せず）給水から蒸気を生成する。給気部１２は、缶体１１に燃焼用空気を供給する。排気筒１３は、缶体１１において水素ガスが燃焼されて発生した燃焼ガスを排出する。
蒸気供給ライン１４は、缶体１１において生成された蒸気を蒸気使用設備（図示せず）に供給する。
以上のボイラ１０は、屋外に設置される。

屋外用ケーシング２０は、ボイラ１０よりも大きな形状に構成され、ボイラ１０を覆う。屋外用ケーシング２０は、屋外に設置されたボイラ１０が雨等の外部環境にさらされることを防ぐ。本実施形態では、屋外用ケーシング２０は、直方体形状に形成され、骨格を構成するフレームと、このフレームに固定される複数のパネルと、を含んで構成される。
屋外用ケーシング２０の上面には、排気筒１３が接続される排気用開口部２１、蒸気供給ライン１４が接続される蒸気用開口部２２、及び後述する水素ガス供給ライン３０が挿通される燃料用開口部２３が形成される。また、屋外用ケーシング２０の側面の上部には、換気扇２５が取り付けられる。換気扇２５は、屋外用ケーシング２０の内部空間において上部に滞留した温かい空気を外部に排出することで、屋外用ケーシング２０の内部の温度が上昇することを防ぐ。

水素ガス供給ライン３０は、ボイラ１０に水素ガスを供給する。この水素ガス供給ラインは、内部配管部３１と、外部配管部３２と、を備える。
内部配管部３１は、先端側がボイラ１０の内部に位置し基端側が屋外用ケーシング２０の外部に位置する。より詳細には、内部配管部３１は、途中に接続部を有さない一本の配管により構成され、屋外用ケーシング２０の燃料用開口部２３に挿通される。そして、内部配管部３１の先端部は、ボイラ１０の内部においてバーナに接続される。内部配管部３１に基端部には、フランジ３１ａが形成される。
尚、本明細書において、「接続部を有さない」とは、フランジ等を介してボルト等により複数の配管が接続された部分や、配管と弁等とが接続された部分を有さないことを示す。溶接等により複数の配管の接合部分が連続性を持って一体化された場合における接合部分は、「接続部」には含まれない。

外部配管部３２は、屋外用ケーシング２０の外部に配置される。外部配管部３２の先端部にはフランジ３２ａが形成されており、この外部配管部３２の先端部は、屋外用ケーシング２０の外部において内部配管部３１の基端部とフランジ部分をボルト止めすること等により接続される。外部配管部３２の基端側は、水素ガスの供給源（図示せず）に接続される。水素ガスの供給源としては、例えば、ボイラ装置１が設置されたプラントにおいて発生した水素ガスを貯蔵する貯蔵設備が挙げられる。

水素ガス流量調整部４０は、ボイラ１０に供給される水素ガスの流量を調整する。水素ガス流量調整部４０は、遮断弁４１，４２と、圧力調整弁４３と、を含んで構成され、すべて外部配管部３２に配置される。
遮断弁４１，４２は、水素ガス供給ライン３０を開放又は閉止する。遮断弁４１，４２が開放されることで、ボイラ１０に水素ガスが供給され、閉止されることでボイラ１０への水素ガスの供給が停止される。
圧力調整弁４３は、遮断弁４１，４２の上流側に配置され、水素ガス供給ライン３０を流通する水素ガスの圧力を調整する。

給水ライン５０は、ボイラ１０に水を供給する。

以上のボイラ装置１は、ボイラ１０により生成された蒸気を貯留する図示しない蒸気ヘッダの内部の圧力に基づいてボイラ１０の燃焼状態を制御する。即ち、蒸気ヘッダの内部の圧力が所定値よりも低いとより多くの蒸気を発生するようにボイラ１０の燃焼状態を制御し、蒸気ヘッダの内部の圧力が所定値よりも高いとより少ない蒸気を発生するようにボイラ１０の燃焼状態を制御する。

また、ボイラ装置１は、ボイラ１０が燃焼している状態では、遮断弁４１，４２を開放することで、ボイラ１０に水素ガスを供給可能とする。一方、ボイラ装置１は、ボイラ１０の燃焼が停止している状態では、遮断弁４１，４２を閉止することで、ボイラ１０に水素ガスが供給されないようにする。

ここで、本実施形態のボイラ装置１では、水素ガス供給ライン３０を、内部配管部３１と、この内部配管部３１に屋外用ケーシング２０の外部で接続される外部配管部３２とを含んで構成し、水素ガス流量調整部４０（遮断弁４１，４２及び圧力調整弁４３）を外部配管部３２に配置した。これにより、配管と配管との接続部や弁と配管との接続部をすべて屋外用ケーシング２０の外部に配置して、内部配管部３１を、接続部を有さない一本の配管により構成できる。よって、水素ガスを燃料ガスとして用いるボイラ１０を屋外用ケーシング２０の内部に配置してボイラ装置１を構成した場合において、水素ガスを屋外用ケーシング２０の内部に滞留しにくくできるので、屋外に設置されるボイラ装置１を高コスト化することなく、ボイラ装置１の安全性を向上させられる。

次に、第２実施形態のボイラ装置１Ａについて、図２を参照しながら説明する。尚、第２実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。

第２実施形態のボイラ装置１Ａは、ボイラ１０が水素ガスと、水素ガスとは異なる第２燃料ガスとの混合ガスを燃料ガスとして用いる点で、第１実施形態と異なる。
第２実施形態のボイラ装置１Ａは、第１実施形態の構成に加えて、第２燃料ガス供給ライン６０と、この第２燃料ガス供給ライン６０に配置される第２燃料ガス流量調整部７０と、混合器８０と、を備える。

第２燃料ガス供給ライン６０は、水素ガスよりも分子量の大きな燃料ガスである第２燃料ガスをボイラ１０に供給する。第２燃料ガスとしては、天然ガスやプロパンガス等の炭化水素ガスを好適に用いることができる。
第２燃料ガス供給ライン６０は、屋外用ケーシング２０の内部に配置される第２内部配管部６１と、屋外用ケーシング２０の外部に配置される第２外部配管部６２と、を備える。
第２内部配管部６１の基端側は、第２燃料ガスの供給源（図示せず）に接続される。第２外部配管部６２の先端側は、後述の混合器８０を介して水素ガス供給ライン３０の内部配管部３１の基端側に接続される。第２内部配管部６１と第２外部配管部６２とは、図２に示すようにフランジ等により接続されていてもよく、また、溶接により接続されていてもよい。

第２燃料ガス流量調整部７０は、ボイラ１０に供給される第２燃料ガスの流量を調整する。第２燃料ガス流量調整部７０は、遮断弁７１，７２と、圧力調整弁７３と、を含んで構成され、すべて第２内部配管部６１に配置される。
遮断弁７１，７２は、第２燃料ガス供給ライン６０を開放又は閉止する。遮断弁７１，７２が開放されることで、ボイラ１０に第２燃料ガスが供給され、閉止されることでボイラ１０への第２燃料ガスの供給が停止される。
圧力調整弁７３は、遮断弁７１，７２の下流側に配置され、第２燃料ガス供給ライン６０を流通する第２燃料ガスの圧力を調整する。
第２燃料ガスは、水素ガスよりも分子量が大きくガス漏れを生じにくいため、屋外用ケーシング２０の内部に第２燃料ガス流量調整部７０を配置しても、ガス漏れを起こすおそれは低い。

混合器８０は、水素ガスと第２燃料ガスとを混合する。混合器８０は、第２燃料ガス供給ライン６０（第２外部配管部６２）と、内部配管部３１と、外部配管部３２との接続部分に配置され、この混合器８０にこれら３つのラインが接続される。そして、第２燃料ガス供給ライン６０を流通する第２燃料ガスと外部配管部３２を流通する水素ガスとを混合する。
第２実施形態では混合器８０は、エゼクタにより構成される。これにより、混合器８０は、例えば、水素ガスが通過するときに発生する負圧を利用して第２燃料ガス供給ライン６０から第２燃料ガスを吸引することで、水素ガスと第２燃料ガスとを混合できる。

第２実施形態のボイラ装置１Ａによれば、第１実施形態と同様の効果を奏する他、以下のような効果を奏する。

ボイラ装置１Ａを、第２燃料ガスをボイラ１０に供給する第２燃料ガス供給ライン６０と、第２燃料ガスと水素ガスとを混合する混合器８０と、を含んで構成し、この混合器８０を介して第２燃料ガス供給ライン６０と外部配管部３２と内部配管部３１と、を接続した。これにより、水素ガスと第２燃料ガスとを混合する混合器８０を屋外用ケーシング２０の外部に配置できるので、水素ガスと第２燃料ガスとの混合ガスを燃焼させるボイラ１０を含んでボイラ装置１Ａを構成した場合であっても、配管と配管との接続部や弁と配管との接続部をすべて屋外用ケーシング２０の外部に配置できる。よって、水素ガスと第２燃料ガスとの混合ガスを燃焼させるボイラ装置１Ａにおいて、水素ガスを屋外用ケーシング２０の内部に滞留しにくくでき、ボイラ装置１Ａの安全性を向上させられる。

また、第２燃料ガス供給ライン６０を、屋外用ケーシング２０の内部に配置される第２内部配管部６１を含んで構成し、第２燃料ガス流量調整部７０を、第２内部配管部６１に配置した。これにより、第２燃料ガス流量調整部７０が雨等にさらされることを防げる。よって、耐水性に優れた第２燃料ガス流量調整部７０を用いることなくボイラ装置１Ａを構成できるので、ボイラ装置１Ａの製造コストを低減できる。

以上、本発明のボイラ装置の好ましい各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制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、第２実施形態では、混合器８０をエゼクタにより構成したが、これに限らない。即ち、混合器を、複数の弁を含んで構成し、これら複数の弁の開閉を制御して水素ガスと第２燃料ガスとを所定の割合で混合してもよい。

１ ボイラ装置
１０ ボイラ
２０ 屋外用ケーシング
３０ 水素ガス供給ライン
３１ 内部配管部
３２ 外部配管部
４０ 水素ガス流量調整部
６０ 第２燃料ガス供給ライン
６１ 第２内部配管部
６２ 第２外部配管部
７０ 第２燃料ガス流量調整部
８０ 混合器

Claims (3)

1. 屋外に設置されるボイラと、
   前記ボイラを覆う屋外用ケーシングと、
   前記ボイラに水素ガスを供給する水素ガス供給ラインと、
   前記水素ガス供給ラインに配置され、前記ボイラに供給する水素ガスの流量を調整する水素ガス流量調整部と、を備えるボイラ装置であって、
   前記水素ガス供給ラインは、
   先端側が前記ボイラの内部に位置し基端側が前記屋外用ケーシングの外部に位置する内部配管部と、
   前記屋外用ケーシングの外部に配置されると共に先端側が前記内部配管部の基端側に接続される外部配管部と、を備え、
   前記水素ガス流量調整部は、前記外部配管部に配置されるボイラ装置。
2. 先端側が前記内部配管部の基端側に接続され前記ボイラに水素ガスとは異なる第２燃料ガスを供給する第２燃料ガス供給ラインと、
   前記第２燃料ガス供給ラインに配置され前記ボイラに供給される第２燃料ガスの流量を調整する第２燃料ガス流量調整部と、
   前記第２燃料ガス供給ライン、前記内部配管部、及び前記外部配管部の接続部分に配置され該第２燃料ガス供給ラインを流通する第２燃料ガスと前記外部配管部を流通する水素ガスとを混合する混合器と、を更に備える請求項１に記載のボイラ装置。
3. 前記第２燃料ガス供給ラインは、前記屋外用ケーシングの内部に配置される第２内部配管部を有し、
   前記第２燃料ガス流量調整部は前記第２内部配管部に配置される請求項２に記載のボイラ装置。

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