JP2021018004A - エコノマイザー - Google Patents

Abstract

【課題】効率よく水を加温させ、且つ、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よう横向きに配置された円筒状の水管１１と、水管１１の一方の側端位置に第１側部区画壁１７を介して連結する第１側部連結管４０と、水管１１の他方の側端位置に第２側部区画壁１４を介して連結する第２側部連結管２０と、各側部連結管の空間同士を繋ぐように、第１側部区画壁１７と第２側部区画壁１４との間を貫通して配設された複数のガス管とを備えるとともに、各側部連結管に開口可能な側板２１（４１）を設け、第１側部連結管又は第２側部連結管の下面に燃焼排ガス導入口１５を設け、第１側部連結管又は第２側部連結管の上面に燃焼排ガス排出口１９を設ける。【選択図】図５

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（図２６）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。

そこで本発明者は、効率よく水を加温させることができる構造として、図２３〜図２５に示すエコノマイザー（特願２０１９−０５４５５１）を提案した。
このエコノマイザーは、流入口１２及び流出口１３を側面に形成して水が通過する円筒状の水管１１内の下端位置に燃焼排ガス導入口１５に臨む燃焼排ガス導入室２００と、燃焼排ガス導入室２００に対して区画された下部連結室３００を設け、水管内の上端位置に燃焼排ガス排気口１９に臨む燃焼排ガス排出室４００と、燃焼排ガス排出室４００に対して区画されて燃焼排ガス排出室４００を囲む上部環状連結室５００を設けている。

そして、水管１１内に燃焼排ガスを流通させるため、燃焼排ガス導入室２００と上部環状連結室５００とを連結するように水管１１の内壁周囲に沿って下部区画壁１４０及び上部区画壁１７０を貫通して立設された複数の第１のガス管６１と、上部環状連結室５００と下部連結室３００とを連結するように第１のガス管の内側位置に下部区画壁１４０及び上部区画壁１７０を貫通して立設された複数の第２のガス管６２と、下部連結室３００と燃焼排ガス排出室４００とを連結するように第２のガス管の内側位置に下部区画壁１４０及び上部区画壁１７０を貫通して立設された複数の第３のガス管６３とを備えることで、ボイラーで発生した燃焼排ガスを利用して水を加温する。

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１４０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２００が形成されている。
また、下部区画壁１４０の下面側を円錐蓋部１６で塞ぐことで、燃焼排ガス導入室２００に対して区画された下部連結室３００が形成されている。下部連結室３００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１７０が装着され、上部区画壁１７０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出室４００と、燃焼排ガス排出室４００を囲む上部環状連結室５００が形成されている。

上記構造によれば、複数のガス管６１，６２，６３において、水管１１底面側から導入された燃焼排ガスが水管１１上部で折り返して下方に流れ、更に水管１１下部で折り返して上方に流れて水管１１上面側から流出される際の熱交換で水管１１内の水を加温する。
複数の第１のガス管６１と複数の第２のガス管６２は、本数及び断面積の総和を等しくして水管１１内に環状に一列に配置しているので、配置できるガス管の本数が制限されることがある。例えば、上述の例において、第３のガス管６３を環状区画壁１８の内側に溶接により配置できる本数は、溶接作業を確保するために制限されるので、それにともなって第１のガス管６１及び第２のガス管６２の本数が決まる。第１のガス管６１も一列に配列されるので、第２のガス管６２に比較して配置密度が低くなる。そのため、配置本数を最大限多くして効果的な加温を行うことに支障を来すという課題が存在した。

本発明は、上記実情に鑑みて提案されたものであり、同じ面積におけるガス管の本数を最大限設置して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よう横向きに配置された円筒状の水管（１１）と、
前記水管（１１）の一方の側端位置に第１側部区画壁（１７）を介して連結する第１側部連結管（４０）と、
前記水管（１１）の他方の側端位置に第２側部区画壁（１４）を介して連結する第２側部連結管（２０）と、
各側部連結管の空間同士を繋ぐように、前記第１側部区画壁（１７）と第２側部区画壁（１４）との間を貫通して配設された複数のガス管とを備えるとともに、
前記各側部連結管に開口可能な側板（２１，４１）を設け、
前記第１側部連結管又は第２側部連結管の下面に燃焼排ガス導入口（１５）を設け、前記第１側部連結管又は第２側部連結管の上面に燃焼排ガス排出口（１９）を設けることで、前記燃焼排ガス導入口（１５）から導入された燃焼排ガスが各側部連結管及び複数のガス管を介して前記燃焼排ガス排出口（１９）から排出することを特徴としている。

請求項２は、請求項１のエコノマイザーにおいて、
前記第１側部連結管（４０）の菅内を上下で二分する水平区画壁（４２）を設け、
二分された下方の第１側部連結管内を燃焼排ガス導入室としてその下面に前記ガス導入口（１５）を設け、二分された上方の第１側部連結管内を燃焼排ガス排出室としてその上面に前記ガス排出口（１９）を設けた請求項１に記載のエコノマイザー。

請求項３は、請求項１のエコノマイザーにおいて、
前記第１側部連結管（４０）の菅内を左右で二分する垂直区画壁（４５）を設け、
二分された一方の第１側部連結管内を更に二分する第１水平区画壁（４６）を設け、
前記第１水平区画壁（４６）で更に二分された下方の側部連結管内を燃焼排ガス導入室としてその下面に前記ガス導入口（１５）を設け、
前記第１水平区画壁（４６）で更に二分された上方の側部連結管内を燃焼排ガス排出室としてその上面に前記ガス排出口（１９）を設け、
前記垂直区画壁（４５）に直交する面を含む位置で前記第２側部連結管（２０）の菅内を二分する第２水平区画壁（２５）を設けたことを特徴としている。

請求項４は、請求項１のエコノマイザーにおいて、
前記第１側部連結管（４０）の菅内を三分の一の体積に区画する内角１２０度の第１折曲区画壁（４３）を設けることで、前記三分の一の体積に区画された下方の側部連結管内を燃焼排ガス導入室としてその下面に前記ガス導入口（１５）を設け、
前記第２側部連結管（２０）の菅内を三分の一の体積に区画する内角１２０度の第２折曲区画壁（２２）を設けることで、前記三分の一の体積に区画された下方の側部連結管内を燃焼排ガス排出室としてその上面に前記ガス排出口（１９）を設けたことを特徴としている。

請求項５は、請求項４のエコノマイザーにおいて、
前記第１折曲区画壁（４３）及び第２折曲区画壁（２２）は、前記水管（１１）の中心軸に沿って折曲され、一方の片が水平面に含まれるように配置されたことを特徴としている。

請求項６は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のエコノマイザーにおいて、
前記ガス導入口（１５）と前記ガス排出口（１９）とを繋ぐ排気バイパス管（９０）と、
前記水管（１１）内の水温を検知する温度センサ（９１）と、
前記温度センサ（９１）の温度に応じて前記排気バイパス管（９０）の導通状態を管理する排気バイパス弁（９３）と、
を備えたことを特徴としている。

請求項７は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のエコノマイザーにおいて、
前記第１側部連結管（４０）又は第２側部連結管（２０）の下面に清掃用配管（８５）を設けたことを特徴とする。

請求項８は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載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９は、請求項１乃至請求項４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（１１）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横向きに配置された複数のガス管を水管（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。
また、水管（１１）内でのガス管による燃焼排ガスの流れは、１往復、１．５往復又は２往復として、燃焼排気ガスが下方位置の燃焼排ガス導入口（１５）から上方位置の燃焼排ガス排出口（１９）に流れるようにすることで、燃焼排気ガスを効率良く利用することができる。
側板（２１、４１）の開閉で各ガス管の開口を側方から臨むことができ、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２のエコノマイザーによれば、水平面において水管（１１）を二分割する領域（半円柱部分）に第１のガス管（６１）及び第２のガス管（６２）を互いのガス管の配置位置に制限されることなく配設できるので、半円部分において各ガス管の本数を多く設置することが可能となる。

請求項３のエコノマイザーによれば、水平面において水管（１１）を四分割する領域（９０度の扇形状部分）に第１のガス管（６１）、第２のガス管（６２）、第３のガス管（６３）、第４のガス管（６４）を互いのガス管の配置位置に制限されることなく配設できるので、扇形状部分において各ガス管の本数を多く設置することが可能となる。

請求項４のエコノマイザーによれば、水平面において水管（１１）を三分割する領域（９１２０度の扇形状部分）に第１のガス管（６１）、第２のガス管（６２）、第３のガス管（６３）を互いのガス管の配置位置に制限されることなく配設できるので、扇形状部分において各ガス管の本数を多く設置することが可能となる。

請求項５のエコノマイザーによれば、第１折曲区画壁（４３）及び第２折曲区画壁（２２）の一方の片が水平面に含まれるように配置することで、燃焼排ガス導入口（１５）及び燃焼排ガス排気口（１９）を水管の最上部及び最下部にそれぞれ設置可能とすることができる。

請求項６のエコノマイザーによれば、排気バイパス管（９０）を設けることで、負荷変動に合わせて水管（１１）内への燃焼排ガスの供給制御を行うことが可能となる。

請求項７によれば、側部連結管（２０，４０）の下面に清掃用配管（８５）を連結することで、清掃時にガス管の側端から水を注入した場合に、側部連結管（燃焼排ガス通過室）を介して清掃用配管（８５）から回収して排出することができる。

請求項８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。

本発明の一実施例に係るエコノマイザー（２パス型）の側面説明図である。 図１のエコノマイザーの底面説明図である。 エコノマイザーの水管内における複数のガス管の配置状態（第１側部連結管４０側）を示す正面説明図である。 エコノマイザーの水管内における複数のガス管の配置状態（第２側部連結管２０側）を示す正面説明図である。 エコノマイザーの水管内に設置した複数のガス管内を流れる燃焼排気ガスの流れ方向を説明するためのモデル図である。 エコノマイザーの水管内に設置した複数のガス管（第１側部連結管４０側）を示すモデル図である。 エコノマイザーの水管内に設置した複数のガス管（第２側部連結管２０側）を示すモデル図である。 本発明の一実施例に係るエコノマイザー（３パス型）の側面説明図である。 図１のエコノマイザーの底面説明図である。 エコノマイザーの水管内における複数のガス管の配置状態（第１側部連結管４０側）を示す正面説明図である。 エコノマイザーの水管内における複数のガス管の配置状態（第２側部連結管２０側）を示す正面説明図である。 エコノマイザーの水管内に設置した複数のガス管内を流れる燃焼排気ガスの流れ方向を説明するためのモデル図である。 エコノマイザーの水管内に設置した複数のガス管（第１側部連結管４０側）を示すモデル図である。 エコノマイザーの水管内に設置した複数のガス管（第２側部連結管２０側）を示すモデル図である。 本発明の一実施例に係るエコノマイザー（４パス型）の側面説明図である。 図１のエコノマイザーの底面説明図である。 エコノマイザーの水管内における複数のガス管の配置状態（第１側部連結管４０側）を示す正面説明図である。 エコノマイザーの水管内における複数のガス管の配置状態（第２側部連結管２０側）を示す正面説明図である。 エコノマイザーの水管内に設置した複数のガス管内を流れる燃焼排気ガスの流れ方向を説明するためのモデル図である。 エコノマイザーの水管内に設置した複数のガス管（第１側部連結管４０側）を示すモデル図である。 エコノマイザーの水管内に設置した複数のガス管（第２側部連結管２０側）を示すモデル図である。 図８〜図１４の実施例に係るエコノマイザー（３パス型）をボイラーへ接続した例を示す側面図である。 本発明者が提案したエコノマイザーの縦断面説明図である。 図２３のII−II線断面説明図である。 図２３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７を参照しながら説明する。図１〜図７において、図２３〜図２５と同一の構成を採る部分については、同一符号を付している。
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、横向きに配置された円筒状の水管（水容器）１１に対して、流入口１２及び流出口１３を２個ずつ形成している。流入口１２は水管における下方の最下位置の両端側で形成され、流出口１３は水管側における上方の最上位置に両側に形成され、二か所の流入口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二か所の流出口１３から流出（排水）するように構成されている。

水が通過する円筒状の水管１１内の一方の側端位置（図１における水管の右側位置）には円板状の側部区画壁１４が装着され、この側面区画壁１４を覆うように、水管１１と同径の側部連結管２０がフランジ部同士（フランジ部１１ａとフランジ部２０ａ）を対向して連結固定している。側部連結管２０は側板２１で塞がれている。
水管１１と側部連結管２０との連結は、水管１１に形成されたフランジ部１１ａと、側部連結管２０に形成されたフランジ部２０ａとを対向させ、複数のボルト７１とナット７２で脱着可能に連結固定されている。
側板２１の中央には、側部連結管２０に流れた水を回収するための清掃用配管８５が連結されている。

水管１１内の他方の側位置（図１における水管の左側位置）には円板状の側部区画壁１７が装着され、この側部区画壁１７を覆うように、水管１１と同径の側部連結管４０がフランジ部同士（フランジ部１１ｂとフランジ部４０ａ）を対向して連結固定している。側部連結管４０の側面は、開口可能な側板４１で塞がれている。
水管１１と側部連結管４０との連結は、水管１１に形成されたフランジ部１１ｂと、側部連結管４０に形成されたフランジ部４０ａとを対向させ、複数のボルト７１とナット７２で脱着可能に連結固定されている。

側部連結管４０の下側には燃焼ガス導入口１５が、側部連結管４０の上側には燃焼ガス排出口１９がそれぞれ形成されている（図１、図２、図５）。燃焼ガス導入口１５には導入ガス管８１が、燃焼ガス排出口１９には排気ガス管８２が、それぞれ鉛直方向に連結されている。

側部連結管４０内は、水平区画壁４２により燃焼ガス導入口１５に臨む下方の燃焼排ガス導入室Ａと、燃焼ガス排出口１９に臨む上方の燃焼排ガス排出室Ｂとに区画されている（図５）。水平区画壁４２は、側板４１（側部連結管４０）の直径位置に配置されることで、燃焼排ガス導入室Ａと燃焼排ガス排出室Ｂとをほぼ同一の体積に形成している。
側板４１は、燃焼排ガス導入室Ａ及び燃焼排ガス排出室Ｂに対してそれぞれ密封状態となるシール構造を備えて構成されている。

側部連結管２０内には、燃焼排ガス導入室Ａからガス管に流れ込んだ燃焼廃ガスが水管１１内に多数配置されたガス管を介して燃焼排ガス排出室Ｂへ流れる際の燃焼排ガス通過室Ｃを形成している。

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、図３〜図５に示すように、側部区画壁１４及び側部区画壁１７を貫通して燃焼排ガス導入室Ａと燃焼排ガス通過室Ｃとを連結するように水管１１における水平面の下方側の１／２面積部分（半円形状）に配設された複数の第１のガス管６１と、側部区画壁１４及び側部区画壁１７を貫通して燃焼排ガス通過室Ｃと燃焼排ガス排出室Ｂとを連結するように水管１１における水平面の上方側の１／２面積部分（半円形状）に配設された複数の第２のガス管６２とから構成されている。すなわち、図５〜７の例では、水管１１の各半円形状柱部分（図５において水平区画壁４２の延長面で区画された各領域）にそれぞれ４７本のガス管が配置されている。

第１のガス管６１は、水管１１の半円形状柱部分に４７本が配置され、燃焼排ガス導入室Ａと燃焼排ガス通過室Ｃとを連通するように構成され、燃焼ガス導入口１５から燃焼排ガス導入室Ａに導かれた燃焼排ガスが複数の第１のガス管６１を通って横方向に移動し（図５の通路Ｏから通路Ｐ）、一旦燃焼排ガス通過室Ｃに導かれる。
第２のガス管６２は、水管１１の半円形状柱部分に４７本が配置され、燃焼排ガス通過室Ｃと燃焼排ガス排出室Ｂとを連通するように構成されることで、燃焼排ガス通過室Ｃからの燃焼排ガスが複数の第２のガス管６２を通って横方向に移動し（図５の通路Ｑから通路Ｒ）、燃焼排ガス排出室Ｂに導かれる。

上述した構成によれば、鉛直面で半円形状部分に配置される各ガス管群は、他のガス管の配置位置による制限を受けることなく自由に配置できるので、半円形状の面積部分にできるだけ多くの本数のガス管を設置することが可能となる。
その結果、ガス管を多く配置することで、ガス管の断面積を小さくして（ガス流路を絞って）ガスの流通速度を上げるとともに、本数を増やすことで伝熱面積を減らすことなく水管内における燃焼排ガスと水との間接加熱を行うことが可能となり、水槽内の水を効率良く加温することができる。

また、第１のガス管６１及び第２のガス管６２は、それぞれ同じ数（４７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１１の側部連結管４０の燃焼排ガス導入室Ａ及び燃焼排ガス排出室Ｂに対して側板４１が開口し、側部連結管２０の燃焼排ガス通過室Ｃに対して側板２１が開口することで、側部区画壁１４，１７を貫通する第１のガス管６１及び第２のガス管６２及の各端部が側方から臨めるようなっている。側部連結管２０（４０）に対する側板２１（４１）の取り付けは、例えば蝶番により連結して開口可能に構成することで、各ガス管の内部の点検を容易に行うことができる。
この状態で横方向の開口から燃焼排ガス導入室Ａ及び燃焼排ガス排出室Ｂに高圧洗浄水を注入すれば、洗浄水は各ガス管内を通過して燃焼排ガス通過室Ｃに導かれ、清掃用配管８５を介して外部に排出させることができ、ガス管内部の洗浄を容易に行うことができる。

図８〜図１４は、エコノマイザーの実施形態の他の例を示したもので、図１〜図７に示したエコノマイザーと同一の構成を採る部分については、同一符号を付して詳細な説明を省略するとともに、異なる構成について以下に説明する。
図８〜図１４のエコノマイザーは、図１〜図７のエコノマイザーでは導入ガス管８１及び排気ガス管８２を左右方向の同じ側の水管１１端に形成したのに対して、左右方向で互いに逆位置の水管１１端に形成したものである。
図１〜図７のエコノマイザーでは、導入ガス管８１から導かれた燃焼排ガスが、第１のガス管６１で左から右方向に流れ、第２のガス管６２で右から左方向に流れて排気ガス管８２から排出する２パス構造（水管１１内で一往復）を採用していたが、図１８〜図１４のエコノマイザーは、第１のガス管６１で左から右方向に流れ、第２のガス管６２で右から左方向に流れ、第３のガス管６３で再度左から右方向に流れて排気ガス管８２から排出する３パス構造（水管１１内で１．５往復）を採用している。

側部連結管４０の下側に燃焼ガス導入口１５を設け、側部連結管２０の上側に燃焼ガス排出口１９をそれぞれ設け（図８、図９、図１２）、燃焼ガス導入口１５に導入ガス管８１を、燃焼ガス排出口１９に排気ガス管８２をそれぞれ鉛直方向に連結している。

側部連結管４０内は、第１折曲区画壁４３により燃焼ガス導入口１５に臨む燃焼排ガス導入室Ａと、側部燃焼排ガス通過室Ｃに区画されている（図１２）。第１折曲区画壁４３は、側部連結管４０の中心軸に沿って中央で１２０度の角度（内角１２０度）で折り曲げられた折曲片で形成することで、燃焼排ガス導入室Ａが側部連結管４０に対して三分の一の体積に区画され、その下方の側部連結管内を燃焼排ガス導入室Ａとし、その下面に燃焼ガス導入口１５が設けられている。

側部連結管２０内は、第２折曲区画壁２２により燃焼ガス排出口１９に臨む燃焼排ガス排出室Ｂと、側部燃焼排ガス通過室Ｄとに区画されている（図１２）。第２折曲区画壁２２は、側部連結管２０の中心軸に沿って中央で１２０度の角度（内角１２０度）で折り曲げられた折曲片で形成することで、燃焼排ガス排出室Ｂが側部連結管２０に対して三分の一の体積に区画され、その上方の側部連結管２０内を燃焼排ガス排出室Ｂとし、その上面に燃焼ガス排出口１９が設けられている。

また、第１折曲区画壁４２及び第２折曲区画壁２２は、側部連結管４０及び側部連結管２０の中心軸に沿って折曲され、各区画壁を構成する一方の片が水平面に含まれるように構成することで、連結管２０，４０を三分割した室に対して、最上部に燃焼ガス排出口１９を、最下部に燃焼ガス導入口１５を設けることができる。

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、図１０〜図１２に示すように、側部区画壁１４及び側部区画壁１７を貫通して燃焼排ガス導入室Ａと側部燃焼排ガス通過室Ｄとを連結するように水管１１における水平面の１／３面積部分（扇形状）に配設された複数の第１のガス管６１と、側部区画壁１４及び側部区画壁１７を貫通して燃焼排ガス通過室Ｄと燃焼排ガス通過室Ｃとを連結するように水管１１における水平面の１／３面積部分（扇形状）に配設された複数の第２のガス管６２と、側部区画壁１４及び側部区画壁１７を貫通して燃焼排ガス通過室Ｃと燃焼排ガス排出室Ｂとを連結するように水管１１における水平面の１／３面積部分（扇形状）に配設された複数の第３のガス管６３とから構成されている。すなわち、図１２の例では、水管１１を水平面で断面した各扇形状部分（図１０及び図１１の実線及び点線で区画された各領域）にそれぞれ３１本のガス管が配置されている。

第１のガス管６１は、水管１１の扇形状柱部分に３１本が配置され、燃焼排ガス導入室Ａと燃焼排ガス通過室Ｄ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Ａに導かれた燃焼排ガスが複数の第１のガス管６１を通って移動し（図１２の［Ｏ］から［Ｐ］）、一旦燃焼排ガス通過室Ｄに導かれる。
第２のガス管６２は、水管１１の扇形状柱部分に３１本が配置され、燃焼排ガス通過室Ｄと燃焼排ガス通過室Ｃとを連通するように構成されることで、燃焼排ガス通過室Ｄからの燃焼排ガスが複数の第２のガス管６２を通って移動し（図１２の［Ｑ］から［Ｒ］）、一旦燃焼排ガス通過室Ｃに導かれる。
第３のガス管６３は、水管１１の扇形状柱部分に３１本が配置され、燃焼排ガス通過室Ｃと燃焼排ガス排出室Ｂとを連通するように構成されることで、燃焼排ガス通過室Ｃからの燃焼排ガスが複数の第３のガス管６３を通って移動し（図１２の［Ｓ］から［Ｔ］）、燃焼排ガス排出室Ｂを介してガス排気口１９から排出される。

上述した構成によれば、水平面で扇形状部分に配置される各ガス管群は、他のガス管の配置位置による制限を受けることなく自由に配置できるので、扇形状の面積部分にできるだけ多くの本数のガス管を設置することが可能となる。
その結果、ガス管を多く配置することで、ガス流路を絞ってガス速度を上げるとともに、本数を増やすことで伝熱面積を減らすことなく水管内における燃焼排ガスと水との間接加熱を行うことが可能となり、水槽内の水を効率良く加温することができる。

図１５〜図２１は、エコノマイザーの実施形態の他の例を示したもので、図１〜図７に示したエコノマイザーと同一の構成を採る部分については、同一符号を付して詳細な説明を省略するとともに、異なる構成について以下に説明する。
図１〜図７のエコノマイザーでは、導入ガス管８１から導かれた燃焼排ガスが、第１のガス管６１で左から右方向に流れ、第２のガス管６２で右から左方向に流れて排気ガス管８２から排出する２パス構造（水管１１内で一往復）を採用していたが、図１５〜図２１のエコノマイザーは、第１のガス管６１で左から右方向に流れ、第２のガス管６２で右から左方向に流れ、第３のガス管６３で再度左から右方向に流れ、第４のガス管６４で再度左から右方向に流れて排気ガス管８２から排出する４パス構造（水管１１内で二往復）を採用している。

すなわち、垂直区画壁（第１垂直区画壁）４５により側部連結管４０を二つの室に分け、一方の室を燃焼排ガス通過室Ｃとするとともに、他方の室を垂直区画壁（第１垂直区画壁）４５に直交する位置で水平区画壁（水平区画壁）４６により更に二分し、燃焼ガス導入口１５に臨む燃焼排ガス導入室Ａと、燃焼ガス排出口１９に臨む燃焼排ガス排出室Ｂとに区画する（図１９）。
燃焼排ガス導入室Ａは、導入ガス管８１から燃焼排ガスが導かれる室であり、燃焼排ガス排出室Ｂは、水管１１を通過した排気ガス管８２へ導くための室である。燃焼排ガス通過室Ｃは、導入ガス管８１から導かれた燃焼排ガスが排気ガス管８２へ導かれるまでに通過する室である。

側部連結管２０内は、水平区画壁４６が含まれた面に位置する水平区画壁（第２水平区画壁）２５により下部燃焼排ガス通過室Ｄと上部燃焼排ガス通過室Ｅに区画されている（図１９）。
下部燃焼排ガス通過室Ｄ及び上部燃焼排ガス通過室Ｅは、導入ガス管８１から導かれた燃焼排ガスが排気ガス管８２へ導かれるまでに通過する室である。

また、燃焼排ガス通過室Ｃ及び燃焼排ガス通過室Ｄの下方位置にそれぞれ清掃用配管８５を連結することで、側板４１又は側板２１の開口時に、第１のガス管６１、ガス管６２、第３のガス管６３及び第４のガス管に対して清掃するための水を供給した場合、燃焼排ガス通過室Ｃ及び燃焼排ガス通過室Ｄに流れた水を回収して廃棄することができる。

第１のガス管６１は、水管１１の１／４円形状柱部分に２２本が配置され、燃焼排ガス導入室Ａと燃焼排ガス通過室Ｄ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Ａに導かれた燃焼排ガスが複数の第１のガス管６１を通って左から右方向に移動し（図１９の通路Ｏから通路Ｐ）、一旦下部燃焼排ガス通過室Ｄに導かれる。
第２のガス管６２は、水管１１の１／４円形状柱部分に２２本が配置され、下部燃焼排ガス通過室Ｄと燃焼排ガス通過室Ｃとを連通するように構成されることで、燃焼排ガス通過室Ｄからの燃焼排ガスが複数の第２のガス管６２を通って右から左方向に移動し（図１９の通路Ｑから通路Ｒ）、燃焼排ガス通過室Ｃに導かれる。
第３のガス管６３は、水管１１の１／４円形状柱部分に２２本が配置され、燃焼排ガス通過室Ｃと上部燃焼排ガス通過室Ｅとを連通するように構成されることで、燃焼排ガス通過室Ｃからの燃焼排ガスが複数の第３のガス管６３を通って左から右方向に移動し（図１９の通路Ｓから通路Ｔ）、上部燃焼排ガス通過室Ｅに導かれる。
第４のガス管６４は、水管１１の１／４円形状柱部分に２２本が配置され、上部燃焼排ガス通過室Ｅと燃焼排ガス排出室Ｂとを連通するように構成されることで、上部燃焼排ガス通過室Ｅからの燃焼排ガスが複数の第４のガス管６４を通って右から左方向に移動し（図１９の通路Ｕから通路Ｗ）、燃焼排ガス排出室Ｂを介してガス排気口１９から排出される。

上記構造によれば、側板４１及び側板２１を開口させることで、ガス排気口１９に排気ガス管８２が連結された状態で、側部連結管４０及び側部連結管２０の側面の全てを開口させることができ、第１のガス管６１、第２のガス管６２、第３のガス管６３及び第４の全ての端部が臨めるようになっている。

また、側部連結管２０又は側部連結管４０の下方位置に清掃用配管８５を連結することで、側板４１や側板２１の開口時に、第１〜第４のガス管６１，６２，６３，６４の測端から清掃するための水を供給した場合、燃焼排ガス通過室に流れた水を回収して廃棄することができる。

上述した各エコノマイザーの構造によれば、導入ガス管８１から燃焼排ガス導入口１５を介して導入された高温の燃焼排ガスは、燃焼排ガス棒入館２０から水管１１内のガス管を１往復（ガス管６１，６２）、１．５往復（ガス管６１，６２，６３）、又は２往復（ガス管６１，６２，６３，６４）して燃焼排ガス排出口１９から排気ガス管８２に流れる。
また、水管１１の流入口１２から供給された水は、ガス管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、第４のガス管６４）を水管１１内に水平位置に配設することで、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、水管１１内でガス管を水平位置に配設することで、燃焼排ガスの流れは１往復、１．５往復又は２往復として、燃焼排気ガスが下方位置の燃焼排ガス導入口１５から上方位置の燃焼排ガス排出口１９に流れるようにすることで、燃焼排気ガスを効率良く利用することができる。

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、ガス管の測端から清掃するための水を供給した場合、燃焼排ガス通過室に流れた水を清掃用配管８５から回収して廃棄することができる。

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、ホンプ圧力による給水と、電磁弁制御による水位保持により、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。

続いて、図８〜図１３に示したエコノマイザーをボイラーに接続する使用例について、図２２を参照して説明する。このエコノマイザー１０１の場合、ガス導入口１５とガス排出口１９とを繋ぐ排気バイパス管９０が設けられている。
ボイラー１０２は、エコノマイザー１０１からの供給水に対してブロア１０３から燃焼ガスを送り込むことで、蒸気を排出するとともに、燃焼排ガスをエコノマイザー１０１の導入ガス管８１を介して側部連結管２０から送り込み、上述した構造のエコノマイザー１０１の水管１１に供給される水を加温する。
そして、ガス導入口１５に連結された導入ガス管８１と、ガス排出口１９に連結された排気ガス管８２とを繋ぐ排気バイパス管９０と、水管１１内の水温を検知する温度センサ９１と、温度センサ９１による臨界温度を調節する調節計９２と、温度センサ９１の臨界温度に応じて排気バイパス管９０の導通状態を管理する排気バイパス弁９３を備えて構成されている。

すなわち、調節計９２で設定した温度（例えば８０℃）にエコノマイザー１０１の水温が上昇した場合、排気バイパス弁９３が開状態となり、ボイラー排気の一部が排気バイパス管９０を通って直接ガス排気管８２へ導かれる。水温が下がってきた場合は、排気バイパス弁９３が閉状態となり、ボイラー排気の全てエコノマイザー１０１の水管１１へ導かれる。
温度の監視は調節計９２に接続された温度センサ９１で行われ、排気バイパス弁９３の開閉に応じた水管１１内への燃焼排ガスの供給制御に関する一連の動作は負荷変動に合わせて連続的に行われる。

このエコノマイザーによれば、排気バイパス管９０を設けることで、負荷変動に合わせて水管１１内への燃焼排ガスの供給制御を行うことが可能となる。

また、エコノマイザー１０１では、給水平均温度１５度の水がポンプ（図示せず）を介して加圧されて（例えば、０．９８ＭＰａ，１．５７ＭＰａ，２．９４ＭＰａ）流入口１２から圧力容器（水槽）１１内に供給される。供給水は加圧されているために、水槽１１内で１２０度程度にまで加温され、流出口１３から排出される。
加温水は、ボイラー１０２側に供給されることで、ボイラー内では１２０度の加温水から蒸気を発生させることになる。１２０度の加温水から蒸気を発生させるので、ブロワ１０３から供給される燃焼ガスを効率良く利用することができ、省エネ効果を実現することができる。

１１…水管（圧力水容器）
１１ａ、１１ｂ…フランジ部
１２…流入口
１３…流出口
１４…側部区画壁（第２側部区画壁）
１５…燃焼排ガス導入口
１７…側部区画壁（第１側部区画壁）
１９…燃焼排ガス排気口
２０…側部連結管（第２側部連結管）
２０ａ…フランジ部
２１…側板
２２…折曲区画壁（第２折曲区画壁）
２５…水平区画壁（第２水平区画壁）
４０…側部連結管（第１側部連結管）
４０ａ…フランジ部
４１…側板
４２…水平区画壁
４３…折曲区画壁（第１折曲区画壁）
４５…垂直区画壁
４６…水平区画壁（第１水平区画壁）
６１…第１のガス管
６２…第２のガス管
６３…第３のガス管
６４…第４のガス管
８１…導入ガス管
８２…排気ガス管
８５…清掃用配管
９０…排気バイパス管
９１…温度センサ
９３…排気バイパス弁
１０１…エコノマイザー
１０２…ボイラー
Ａ…燃焼排ガス導入室
Ｂ…燃焼排ガス排気室
Ｃ…燃焼排ガス通過室
Ｄ…燃焼排ガス通過室
Ｅ…燃焼排ガス通過室

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よう横向きに配置された円筒状の水管と、
   前記水管の一方の側端位置に第１側部区画壁を介して連結する第１側部連結管と、
   前記水管の他方の側端位置に第２側部区画壁を介して連結する第２側部連結管と、
   各側部連結管の空間同士を繋ぐように、前記第１側部区画壁と第２側部区画壁との間を貫通して配設された複数のガス管とを備えるとともに、
   前記各側部連結管に開口可能な側板を設け、
   前記第１側部連結管又は第２側部連結管の下面にガス導入口を設け、前記第１側部連結管又は第２側部連結管の上面にガス排出口を設けることで、前記ガス導入口から導入された燃焼排ガスが各側部連結管及び複数のガス管を介して前記ガス排出口から排出することを特徴とするエコノマイザー。
2. 前記第１側部連結管の菅内を上下で二分する水平区画壁を設け、
   二分された下方の第１側部連結管内を燃焼排ガス導入室としてその下面に前記ガス導入口を設け、二分された上方の第１側部連結管内を燃焼排ガス排出室としてその上面に前記ガス排出口を設けた請求項１に記載のエコノマイザー。
3. 前記第１側部連結管の菅内を左右で二分する第１垂直区画壁を設け、
   二分された一方の第１側部連結管内を更に二分する第１水平区画壁を設け、
   前記第１水平区画壁で更に二分された下方の側部連結管内を燃焼排ガス導入室としてその下面に前記ガス導入口を設け、
   前記第１水平区画壁で更に二分された上方の側部連結管内を燃焼排ガス排出室としてその上面に前記ガス排出口を設け、
   前記第１垂直区画壁に直交する面を含む位置で前記第２側部連結管の菅内を二分する第２水平区画壁を設けた請求項１に記載のエコノマイザー。
4. 前記第１側部連結管の菅内を三分の一の体積に区画する内角１２０度の第１折曲区画壁を設けることで、前記三分の一の体積に区画された下方の側部連結管内を燃焼排ガス導入室としてその下面に前記ガス導入口を設け、
   前記第２側部連結管の菅内を三分の一の体積に区画する内角１２０度の第２折曲区画壁を設けることで、前記三分の一の体積に区画された下方の側部連結管内を燃焼排ガス排出室としてその上面に前記ガス排出口を設けた請求項１に記載のエコノマイザー。
5. 前記第１折曲区画壁及び第２折曲区画壁は、前記水管の中心軸に沿って折曲され、一方の片が水平面に含まれるように配置された請求項４に記載のエコノマイザー。
6. （排気バイパス管を設置して負荷変動に合わせて駆動）
   前記ガス導入口と前記ガス排出口とを繋ぐ排気バイパス管と、
   前記水管内の水温を検知する温度センサと、
   前記温度センサの温度に応じて排気バイパス管の導通状態を管理する排気バイパス弁と、
   を備えた請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のエコノマイザー。
7. 前記第１側部連結管又は第２側部連結管の下面に清掃用配管を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のエコノマイザー。
8. 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乃至請求項７のいずれか１項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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