JP2020148446A - エコノマイザー - Google Patents

Abstract

【課題】効率よく水を加温させることができるとともに、点検及び清掃が容易な構造のエコノマイザーを得る。【解決手段】ボイラーで発生した燃焼排ガスにより水を加温するエコノマイザーにおいて、流入口１２及び流出口１３を側面に形成して前記水が通過する円筒状の水管１１に対して、前記燃焼排ガスを流通させるために立設された複数のガス管６１，６２，６３を配設し、前記複数のガス管は、水管底面側から導入された燃焼排ガスが水管上部で折り返して下方に流れ、更に水管下部で折り返して上方に流れて水管上面側から流出されることで水管１１内の水を効率良く加温する。【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラーへ給水される水をボイラーの燃焼排ガスで予熱するエコノマイザーに関する。

ボイラーへ給水される水を、ボイラーから廃棄される燃焼排ガスの熱で予熱を行うエコノマイザーは、熱を有効に利用可能なことから広く一般的に利用されている。
例えば、特許文献１に記載されたエコノマイザーは、ボイラー１で発生した燃焼排ガスが流通する煙道２内に、多数の水管を配設し、各水管内を流れる水が熱交換により加熱される構成となっている。また、煙道外側のＵ字管４及び煙道外側に鏡板５を設けることで、水管の経路を折り返し、再び逆方向に向けて煙道２を貫通させることを繰り返すことによって経路を長くするとともに、煙道２内の水管には熱吸収を良くするために多数のフィン管３が設けられている。

特許文献１に記載のエコノマイザーによれば、ボイラー１に連結する煙道２内において、給水経路を煙道上部および下部で折り返すことで煙道内に縦方向の水管を多数配置し、少なくとも下部の折り返し部（Ｕ字管４）が煙道内部に設けられている。そして、ボイラー１からブロー配管６を介してブロー水を噴射する噴霧ノズル７を煙道内の水管に向けて配置することで、水管に向けてブロー水を噴霧させ、折り返し部が水に浸かるように煙道下部の水槽（水部９）にブロー水が溜められ、水槽からオーバーフローした水が排水管８から排水される。

特許第３５８７８９５号公報

従来のエコノマイザーの構造によれば、煙道２内に配置された給水経路（水管）により、水管内の水を加温するものであるので、水管内を流れる水に対する熱吸収効率が悪く、期待通りの加温を行うことができないという課題があった。また、水管の体積が小さいため、加温された水の保有水量（例えば１０〜２０リットル）に限界があり、時間当たりの給水量が多くなると十分な加温が維持できなくなるという構造上の問題があった。
また、水管の外側に設けた突起物であるフィン管３に燃焼排ガスが接触するので、汚れが付着し易くこれを除去することが困難であるという課題があった。

本発明は、上記実情に鑑みて提案されたものであり、効率よく水を加温させることができるとともに、点検及び清掃が容易な構造のエコノマイザーを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため本発明（請求項１）は、ボイラーで発生した燃焼排ガスにより水を加温するエコノマイザーにおいて、
流入口（１２）及び流出口（１３）を側面に形成して前記水が通過する円筒状の水管（１１）に対して、前記燃焼排ガスを流通させるために立設された複数のガス管（６１，６２，６３）を配設し、前記複数のガス管は、水管底面側から導入された燃焼排ガスが水管上部で折り返して下方に流れ、更に水管下部で折り返して上方に流れて水管上面側から流出されることを特徴としている。

請求項２は、ボイラーで発生した燃焼排ガスにより水を加温するエコノマイザーにおいて、
流入口（１２）及び流出口（１３）を側面に形成して前記水が通過する円筒状の水管（１１）内の下端位置にガス導入口（燃焼排ガス導入口１５）に臨む燃焼排ガス導入室（２０）と、前記燃焼排ガス導入室（２０）に対して区画された下部連結室（３０）を設け、
前記水管内の上端位置にガス排気口（燃焼排ガス排気口１９）に臨む燃焼排ガス排気室（４０）と、前記燃焼排ガス排気室（４０）に対して区画されて前記燃焼排ガス排気室を囲む上部環状連結室（５０）を設け、
前記水管（１１）内に前記燃焼排ガスを流通させるため、前記燃焼排ガス導入室（２０）と前記上部環状連結室（５０）とを連結するように前記水管（１１）の内壁周囲に沿って立設された複数の第１のガス管（６１）と、
前記上部環状連結室（５０）と前記下部連結室（３０）とを連結するように前記第１のガス管の内側位置に立設された複数の第２のガス管（６２）と
前記下部連結室（３０）と前記燃焼排ガス排気室（４０）とを連結するように前記第２のガス管の内側位置に立設された複数の第３のガス管（６３）と、
を備えたことを特徴としている。

請求項３は、請求項２のエコノマイザーにおいて、
複数の第１のガス管（６１）は一列に均等に環状配置され、複数の第２のガス管（６２）は一列に均等に環状配置されたことを特徴としている。

請求項４は、請求項２のエコノマイザーにおいて、
前記下部連結室（３０）は、前記燃焼排ガス導入室（２０）側に凸となる円錐空間で形成されたことを特徴としている。

請求項５は、請求項２のエコノマイザーにおいて、
前記第１のガス管（６１）の断面積の合計と、前記第２のガス管（６２）の断面積の合計と、前記第３のガス管（６３）の断面積の合計とがそれぞれ等しいことを特徴としている。

請求項６は、請求項５のエコノマイザーにおいて、
前記第１のガス管（６１）の本数と、前記第２のガス管（６２）の本数と、前記第３のガス管（６３）の本数とがそれぞれ等しいことを特徴としている。

請求項７は、請求項１又は請求項２のエコノマイザーにおいて、
前記流入口（１２）は水管側面下方位置に、前記流出口（１３）は水管側面上方位置にそれぞれ形成することを特徴としている。

請求項８は、請求項１又は請求項２のエコノマイザーにおいて、
水管（１１）の上端を蓋体で構成することで、前記蓋体の開閉で第１のガス管（６１）、第２のガス管（６２）及び第３のガス管（６３）の各開口が臨めるようにしたことを特徴としている。

請求項９は、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のエコノマイザーにおいて、
前記水管を圧力水容器で構成することを特徴としている。

請求項１及び請求項２のエコノマイザーによれば、燃焼排ガスを流通させるために立設された複数のガス管（６１，６２，６３）を水管（１１）内に配設することで、水管内に供給される水がガス管の周囲で効率良く加温される。

請求項３によれば、燃焼排ガス導入室（２０）に導かれた燃焼排ガスが最も外側に環状配置された複数の第１のガス管（６１）に流れ、続いてその内側に環状配置された複数の第２のガス管（６２）に流れることで、水管（１１）に供給される水を効率良く加温することができる。

請求項４によれば、下部連結室（３０）を燃焼排ガス導入室（２０）側に凸となる円錐空間で形成することで、燃焼排ガス導入室（２０）から第１のガス管（６１）へ燃焼排ガスを流れ易くすることができる。

請求項５によれば、第１のガス管（６１）、第２のガス管（６２）、第３のガス管（６３）の各断面積の合計の総数を等しくすることで、ガス管からガス管へ燃焼排ガスが流れるに際して、抵抗の発生を抑えて流れ易くすることができる。

請求項６によれば、第１のガス管（６１）、第２のガス管（６２）、第３のガス管（６３）の各管の本数を等しくすることで、第１のガス管、第２のガス管、第３のガス管について同一の大きさにすることできる。

請求項７によれば、流入口（１２）を下方位置に、流出口（１３）を上方位置に形成することで、加温された水を流出し易くすることができる。

請求項８によれば、蓋体の開閉で第１のガス管（６１）、第２のガス管（６２）及び第３のガス管（６３）の各開口が臨めるようにすることで、各ガス管の内部の点検や清掃を容易に行うことが可能となる。

請求項９によれば、水管（１１）を圧力水容器で構成することで加温された水を１００℃以上の温度にすることができる。

本発明のエコノマイザーの縦断面説明図である。 図１のII−II線断面説明図である。 図１のIII−III線断面説明図である。 従来のエコノマイザーの構造を示す構成説明図である。

本発明に係るエコノマイザーの実施形態の一例について、図１〜図３を参照しながら説明する。
エコノマイザーは、ボイラーで発生した燃焼排ガスにより水を加温するものであり、図１に示すように、円筒状の水管（水容器）１１に対して、流入口１２及び流出口１３を側面に形成している。流入口１２は水管側面における下方位置に形成され、流出口１３は水管側面の上方位置に形成され、流入口１２から供給された水（給水）が水管内部で温められて上昇し流出口１３から流出（排水）するように構成されている。
また、流入口１２の対向位置に下部連結管２２が、流出口１３の対向位置に上部連結管２３がそれぞれ形成され、各連結管２２，２３には水位計（図示せず）が接続されることで、水管１１内の水位を検知して水管１１内の水容量（保有水量）を制御可能に構成している。

水が通過する円筒状の水管１１内の下方位置には円板状の下部区画壁１４が装着され、水管１１の下端位置に形成されたガス導入口１５に臨む燃焼排ガス導入室２０が形成されている。
また、下部区画壁１４の下面側を円錐蓋部１６で塞ぐことで、燃焼排ガス導入室２０に対して区画された下部連結室３０が形成されている。下部連結室３０は、円錐蓋部１６で塞がれているため、燃焼排ガス導入室側に凸となる円錐空間で構成されている。

水管１１内の上方位置には円板状の上部区画壁１７が装着され、上部区画壁１７と水管１１の天板裏面との間に環状区画壁１８が装着されることで、水管１１の上端位置に形成されたガス排気口１９に臨む燃焼排ガス排気室４０と、燃焼排ガス排気室４０を囲む上部環状連結室５０が形成されている。

水管１１内には、燃焼排ガスを流通させるため、複数のガス管が配設されている。ガス管は、下部区画壁１４及び上部区画壁１７を貫通して燃焼排ガス導入室２０と上部環状連結室５０とを連結するように水管１１の内壁周囲に沿って立設された複数の第１のガス管６１と、下部区画壁１４及び上部区画壁１７を貫通して上部環状連結室５０と下部連結室３０とを連結するように第１のガス管６１の内側位置に立設された複数の第２のガス管６２と、下部区画壁１４及び上部区画壁１７を貫通して下部連結室３０と燃焼排ガス排気室４０とを連結するように第２のガス管６２の内側位置に立設された複数の第３のガス管６３とから構成されている。

次に、第１のガス管６１、第２のガス管６２、第３のガス管６３の立設位置について、図２及び図３を参照しながら説明する。
第１のガス管６１は、水管１１の内壁に沿って一列に環状に１５本が均等に配置され、燃焼排ガス導入室２０と上部環状連結室５０とを連通するように構成され、ガス導入口１５から燃焼排ガス導入室２０に導かれた燃焼排ガスが複数の第１のガス管６１を通って上方に移動し、一旦上部環状連結室５０に導かれる。
第２のガス管６２は、第1のガス管６１の内側位置に一列に環状に１５本が均等に配置され、上部環状連結室５０と下部連結室３０とを連通するように構成されることで、上部環状連結室５０からの燃焼排ガスが複数の第２のガス管６２を通って下方に移動し、一旦下部連結室３０に導かれる。
第３のガス管６３は、水管１１内の中央に１本、その周りに一列に環状に６本が均等に配置され、更にその周りに一列に環状に８本が均等に配置され、下部連結室３０と燃焼排ガス排気室４０とを連通するように構成されることで、下部連結室３０からの燃焼排ガスが複数の第３のガス管６３を通って上方に移動し、燃焼排ガス排気室４０を介してガス排気口１９から排出される。

上述した構成において、第１のガス管６１及び第２のガス管６２及び第３のガス管６３は、それぞれ同じ数（１５本）だけ設けられ、各ガス管の直径も同じにして流通路となる総断面積が同じになるように形成されている。これは、燃焼排ガスが第１のガス管６１から第２のガス管６２へ、第２のガス管６２から第３のガス管６３へ移動するに際して生じる抵抗が少なくなるようにするためである。

また、水管の上端を蓋体で構成することで、蓋体の開閉で第１のガス管、第２のガス管及び第３のガス管の各開口が外側から臨めるようなっている。蓋体は、例えば上側に開く構造や、水管本体に対してスライドして開く構造でもよい。蓋体の開閉で第１のガス管６１、第２のガス管６２及び第３のガス管６３の各開口が臨めるようにすることで、ガス管内の点検を容易するとともに、この部分から高圧洗浄水を使用してガス管の内部の清掃を容易に行うことが可能となる。

上述したエコノマイザーの構造によれば、ガス導入口１５から導入された高温の燃焼排ガスは、第１のガス管６１を通過して上方へ流れて上部環状連結室５０に流れる。ガス導入口１５から導入された燃焼排ガスは、円錐蓋部１６に沿って中心部から外側に流れるため、水管１１の内壁近くに配置された第１のガス管６１へ流れ易くすることができる。
続いて、燃焼排ガスは上部環状連結室５０で跳ね返り第２のガス管６２を通過して下方へ移動し、下部連結室３０に流れて円錐蓋部１６に衝突する。
燃焼排気ガスは衝突で跳ね返り、第３のガス管６３を通過して上方へ移動して燃焼排ガス排気室４０に流れ、燃焼排ガス排気口１９から排出される。
また、水管１１の流入口１２から供給された水は、ガス管６１，６２，６３の周囲に接して加温しながら水管１１内を下から上へ移動し、流出口１３から流出される。

上述したエコノマイザーによれば、燃焼排ガスを流通させるために立設された複数のガス管（第１のガス管６１、第２のガス管６２、第３のガス管６３）を水管１１内に配設することで、水管１１内に供給される水がガス管の周囲で効率良く加温される。
すなわち、水管１１内にガス管が配設されるため、水管１１の体積を十分に大きくすることができるので保有水量（例えば２００〜４００リットル、好ましくは３００リットル以上）を多くでき、時間当たりの給水量が増加してもそれによる水の温度低下を抑えることができ、十分な加温（１００℃程度まで可能）を維持できるという効果がある。

また、燃焼排ガスは水管１１内に直接導かれることが無く、各ガス管内を流通するだけなので、水管１１内に燃焼排ガスによる汚れが付着することがない。
また、水管上部を蓋体に形成することで、第１のガス管６１、第２のガス管６２及び第３のガス管６３の各開口が臨めるようにしてガス管内部の清掃を容易に行うことができる。

上述したエコノマイザーの水管１１は、保有水の水面に大気圧がかかり、水管内部で温められた水が流出口１３から流出（排水）する水容器で構成したが、大気圧と異なる一定の圧力で水が貯留する圧力水容器で構成してもよい。水管１１を圧力水容器とした場合、加温された水を１００℃以上の１５０℃程度まで上昇させることができる。

１１…水管（水容器、圧力水容器）
１２…流入口
１３…流出口
１５…燃焼排ガス導入口
１６…円錐蓋部
１８…環状区画壁
１９…燃焼排ガス排気口
２０…燃焼排ガス導入室
２２…下部連結管
２３…上部連結管
３０…下部連結室（円錐空間）
４０…燃焼排ガス排出室
５０…上部環状連結室
６１…第１のガス管
６２…第２のガス管
６３…第３のガス管

上述したエコノマイザーの水管１１は、保有水の水面に大気圧がかかり、水管内部で温められた水が流出口１３から流出（排水）する水容器で構成したが、大気圧と異なる一定の圧力で水が貯留する圧力水容器で構成してもよい。水管１１を圧力水容器とした場合、加温された水を１００℃以上の１５０℃程度まで上昇させることができる。
また、上述したエコノマイザーの各ガス管（第１のガス管６１、第２のガス管６２、第３のガス管６３）は、壁面がストレートな管を使用したが、その外周において鉛直方向に山及び谷が連続する蛇腹形状で構成してもよい。この場合、蛇腹形状とすることで、水管１１内においてガス管の外周壁を介して水に接する面積を広くし、熱の伝導効率を高めることができる。

請求項８は、請求項２のエコノマイザーにおいて、
水管（１１）の上端を蓋体で構成することで、前記蓋体の開閉で第１のガス管（６１）、第２のガス管（６２）及び第３のガス管（６３）の各開口が臨めるようにしたことを特徴としている。

Claims (9)

1. ボイラーで発生した燃焼排ガスにより水を加温するエコノマイザーにおいて、
   流入口及び流出口を側面に形成して前記水が通過する円筒状の水管に対して、
   前記燃焼排ガスを流通させるために立設された複数のガス管を配設し、
   前記複数のガス管は、水管底面側から導入された燃焼排ガスが水管上部で折り返して下方に流れ、更に水管下部で折り返して上方に流れて水管上面側から流出される
   ことを特徴とするエコノマイザー。
2. ボイラーで発生した燃焼排ガスにより水を加温するエコノマイザーにおいて、
   流入口及び流出口を側面に形成して前記水が通過する円筒状の水管内の下端位置にガス導入口に臨む燃焼排ガス導入室と、前記燃焼排ガス導入室に対して区画された下部連結室を設け、
   前記水管内の上端位置にガス排気口に臨む燃焼排ガス排気室と、前記燃焼排ガス排気室に対して区画されて前記燃焼排ガス排気室を囲む上部環状連結室を設け、
   前記水管内に前記燃焼排ガスを流通させるため、前記燃焼排ガス導入室と前記上部環状連結室とを連結するように前記水管の内壁周囲に沿って立設された複数の第１のガス管と、
   前記上部環状連結室と前記下部連結室とを連結するように前記第１のガス管の内側位置に立設された複数の第２のガス管と
   前記下部連結室と前記燃焼排ガス排気室とを連結するように前記第２のガス管の内側位置に立設された複数の第３のガス管と、
   を備えたことを特徴とするエコノマイザー。
3. 複数の第１のガス管は一列に均等に環状配置され、複数の第２のガス管は一列に均等に環状配置された請求項２に記載のエコノマイザー。
4. 前記下部連結室は、前記燃焼排ガス導入室側に凸となる円錐空間で形成された請求項２に記載のエコノマイザー。
5. 前記第１のガス管の断面積の合計と、前記第２のガス管の断面積の合計と、前記第３のガス管の断面積の合計とがそれぞれ等しい請求項２に記載のエコノマイザー。
6. 前記第１のガス管の本数と、前記第２のガス管の本数と、前記第３のガス管の本数とがそれぞれ等しい請求項５に記載のエコノマイザー。
7. 前記流入口は水管側面下方位置に、前記流出口は水管側面上方位置にそれぞれ形成する請求項１又は請求項２に記載のエコノマイザー。
8. 水管の上端を蓋体で構成することで、前記蓋体の開閉で第１のガス管、第２のガス管及び第３のガス管の各開口が臨めるようにした請求項１又は請求項２に記載のエコノマイザー。
9. 前記水管を圧力水容器で構成する請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のエコノマイザー。

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