JP2663933B2 - ボイラー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】この発明は、表面燃焼バーナ等の
平面状のバーナを用いたボイラーに係り、とくに燃焼室
内に垂直伝熱管を複数本配置し、バーナの燃焼ガスによ
るワン・パス加熱方式によるボイラーに関するものであ
る。 【０００２】 【従来の技術】従来、ガス燃料を使用した蒸気ボイラー
あるいは温水ボイラー等においては、伝熱管で包囲して
形成される空間を燃焼室となし、この燃焼室からの輻射
伝熱と燃焼ガス接触伝熱により、伝熱管内の被加熱物を
加熱すると云った構成が採られていた。 【０００３】たとえば、図８は従来のボイラーの実施例
における一態様を示した縦断面図であり、また図９は図
８の中央部の横断面図である。ここに図示したボイラー
は、環状の上部管寄せ１，環状の下部管寄せ２，これら
の上下両管寄せを連結している一定の間隔を保持して環
状に一列に配列された複数本の垂直水管１７，ガスバー
ナ１８，外壁１９，煙道２０および節炭器２１を含んで
なる上焚き構造のボイラーである。図示したように、環
状の垂直水管１７群の内側には燃焼室２２が形成されて
いる。さらに、各垂直水管１７には、その軸方向のほぼ
全長にわたって１個のフィン２３が取り付けられてお
り、隣接する各垂直水管１７とともに燃焼ガス流路２４
を形成している。ここで、フィン２３の先端は、図９か
ら明らかなように、隣接する垂直水管１７の管壁とほぼ
平行になるように、隣接する垂直水管１７の管壁に接近
せしめられている。そして、煙道２０に連通して節炭器
２１が設けられている。 【０００４】このような構造において、ガスバーナ１８
で燃焼した燃焼ガスは、まず最初に燃焼室２２に達し、
一部はここで垂直水管１７群を加熱する。そして、燃焼
ガス流路２４内を強制的に流動せしめられ、垂直水管１
７群の外側に流出し、垂直水管１７群の外側通路を通過
し、煙道２０から節炭器２１に導かれ、外部に排出され
るように構成されている。 【０００５】したがって、従来のガス燃料を使用したボ
イラーにおいては、つぎのような問題があった。 燃焼部が１ヶ所に集中して設けられるので、燃焼面
の負荷が大きく、少ない調節量で大きな変化が生じる
等、燃焼性の調節が困難である。 燃焼炎が大きくかつ長くなるため、大きな空間の燃
焼室が必要となり、ボイラー全体としても、その容積並
びに設置スペースが大きくなる。 燃焼部が集中しているので、燃焼ガスのもつ運動エ
ネルギーにより、燃焼ガスと伝熱水管との接触伝熱に片
寄りを生じ、伝熱水管全体にわたっての均等な伝熱が困
難であり、伝熱効率の向上に限界がある。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の点
に鑑み、燃焼，伝熱の向上を図るとともに、低コストで
省スペースのボイラーを提供しようとするものである。 【０００７】 【課題を解決するための手段】この発明は、前記課題を
解決するためになされたもので、ボイラーケーシングで
包囲した燃焼室を形成し、該燃焼室の一側壁にバーナを
配置して当該バーナの燃焼ガスを前記燃焼室の対向する
他側壁へ向けて流動させる構成とし、前記燃焼室内に前
記燃焼ガスの流動方向と交差し、かつ互いに適宜な隙間
を保持した垂直伝熱管を複数本配置し、該各垂直伝熱管
の上端を上部管寄せにそれぞれ連通させるとともに、そ
の下端を下部管寄せにそれぞれ連通させ、前記バーナの
燃焼表面が前記垂直伝熱管群の最前列におけるバーナ側
伝熱面を覆う構成としたことを特徴としているものであ
る。 【０００８】 【作用】この発明によれば、燃焼室内において、バーナ
を作動させると、バーナの燃焼ガスは、ほぼ直線状に燃
焼室内を流動し、各垂直伝熱管の隙間を通過する。この
通過の際に接触伝熱により各垂直伝熱管内の被加熱物を
加熱する。その後、燃焼ガスは、出口から排出される。 【０００９】 【実施例】以下、この発明の具体的実施例を図面に基づ
いて詳細に説明する。図１は、この発明の第一実施例の
断面説明図で、図２は図１のII−II線断面図である。 【００１０】図１および図２において、ボイラーの基本
的形状はほぼ直方体状で、ボイラーケーシング４で包囲
したほぼ直方体状の燃焼室１２が形成されている。この
燃焼室１２内において、その一側壁には表面燃焼バーナ
等として実現されている平面状のバーナ５が配置されて
おり、このバーナ５の燃焼ガスが燃焼室１２の対向する
他側壁へ向かってほぼ直線的に流動する構成となってい
る。そして、燃焼室１２内には、バーナ５の燃焼ガスの
流動方向に対してほぼ直角に交差する垂直伝熱管３が複
数本配置されている。各垂直伝熱管３は、互いにわずか
の隙間（イ）を保持して平行に複数列平板状に配置され
ており、燃焼ガスの流動方向の上流側，すなわちバーナ
５側の各垂直伝熱管３の管列と、燃焼ガスの流動方向の
下流側の各垂直伝熱管３の管列とが互いに千鳥状に配置
されている。 【００１１】各垂直伝熱管３は、平板状に配列され，か
つ千鳥状に配列されているので、各垂直伝熱管３相互の
隙間（イ）の設定が容易であり、また燃焼ガスとの接触
伝熱が効果的に行われる。そして、各垂直伝熱管３の上
端は、その断面形状が蒲鉾形，円あるいは矩形状で真直
ぐな上部管寄せ１にそれぞれ連通しており、またその下
端は、上部管寄せ１とほぼ同形状で，かつ平行な下部管
寄せ２にそれぞれ連通している。 【００１２】なお、図１および図２の実施例において、
各垂直伝熱管３の管列の配置として２列の場合について
図示して説明したが、この管列は、実施に応じて、単列
あるいは３列以上の複数列とすることも好適である。 【００１３】そして、燃焼室１２内には、燃焼ガスの流
動方向の下流側において、各垂直伝熱管３の管列に可及
的に近接した位置に節炭器６が配置されている。この節
炭器６は、たとえばヘッダー（符号省略）を結ぶ多数の
伝熱管（符号省略）を平板状に配列した多管式のもの
で、前記各垂直伝熱管３の管列への連接が容易で、かつ
全体としてコンパクトに組み合わせることができる構成
となっている。そして、節炭器６は、下部管寄せ２と連
絡管７により連結されており、節炭器６で予熱された水
等の被加熱流体が下部管寄せ２内へ流入するように構成
されている。この節炭器６の下流側のボイラーケーシン
グ４には、燃焼ガス出口１５が設けられている。 【００１４】なお、この節炭器６は、図５に示すごと
く、伝熱管をヘアピン形状としたヘアピン式節炭器とす
ることも好適である。また、節炭器６は、実施に応じて
燃焼室１２の外部に配置する構成も好適である。 【００１５】さて、前記バーナ５は、ボイラーケーシン
グ４に設けた燃料入口１３に通じる燃料分配室１４を介
して燃焼室１２の一側壁に配置されており、さらに各垂
直伝熱管３の最上流側の管列との間に適宜な間隔を保持
して配置されている。この間隔は、たとえば１００mm程
度が好適であるが、実施に応じて適宜選択するものであ
る。 【００１６】ここで、前記バーナ５の具体的な一例を説
明する。前記バーナ５は、平面状の表面燃焼バーナとし
て実現されたものとして説明すると、ここにおいて説明
する具体例としての表面燃焼バーナは、好ましくは不規
則多角形状の砂質粒子をアルミナゾル，水ガラス等の無
機質結合剤で平板状に形成した助燃体（符号省略）であ
ることが望ましい。そして、この助燃体は、図３に示す
ごとく、成形並びに運搬，組立てに適した適度の大きさ
のブロック部材８に分割し、互いに隣接する端面にミゾ
９をそれぞれ設け、組立ての際、このミゾ９で形成され
る空洞部に無機質結合剤１０を充填することにより、ブ
ロック部材８を相互に固着して一体的なものとすること
が好ましく、また図４に示すごとく、ブロック部材８の
一端面にミゾ９を設けるとともに、他端面にサネ１１を
設け、このミゾ９とサネ１１とを嵌合することにより、
ブロック部材８を相互に連結して一体的なものとするこ
とも好ましい。このように、表面燃焼バーナを構成する
助燃体をブロック部材８に分割することにより、助燃体
の製作，取扱いが容易となり、かつ均等，良質な助燃体
とすることができる。 【００１７】さらに、助燃体は、その上部が垂直軸に対
して燃料入口１３側へわずかに傾斜するごとく、傾斜角
θをもって燃焼室１２内に設けることが好ましい。すな
わち、燃焼室１２内において、各垂直伝熱管３の管列側
は、この管列の配列によって規制され、自由に形状を構
成することができないのに対し、燃料分配室１４側のボ
イラーケーシング４は、燃料入口１３に向かって絞り形
状等に自由に構成することができるので、燃料分配室１
４側に対しては、助燃体は確実に保持される。したがっ
て、助燃体を垂直面に対して燃料分配室１４側にθの角
度をもって傾斜して設けることにより、助燃体の燃焼室
１２内における各垂直伝熱管３側への崩壊を防止するこ
とができる。 【００１８】ここにおいて、上記構成における作用につ
いて説明する。まず、ボイラーを稼動すると、水等の被
加熱流体は、流体供給手段（図示省略）により節炭器６
に供給され、連絡管７および下部管寄せ２を介して各垂
直伝熱管３に至り、各垂直伝熱管３にて所定の温度に加
熱され、蒸気となって系外に移送される。一方、燃料に
ついては、燃料供給手段（図示省略）により燃料ガスと
空気が所定の比率に混合され、適正な混合燃料ガスとな
って、燃料入口１３から燃料分配室１４に供給される。
燃料分配室１４に至った混合燃料ガスは、燃料分配室１
４の働きにより均等に分配されて、バーナ５を構成して
いる助燃体（符号省略）の砂質粒子層に入り、砂質粒子
を冷却しながら砂質粒子間を通過して砂質粒子層の燃焼
表面に至る。この砂質粒子層において、混合燃料ガス
は、種々変化する砂質粒子間の隙間流路の働きにより、
さらに均質な混合燃料ガスとなり、かつ均一なガス流れ
を形成する。ここで、ボイラーケーシング４を貫通し、
前記燃焼表面に近接して設けられた着火手段（図示省
略）により着火すると、バーナ５の燃焼が開始し、以後
良好な燃焼が行われる。そして、その燃焼により生成し
た燃焼ガスは、各垂直伝熱管３の隙間（イ）を通過し、
各垂直伝熱管３との熱交換により温度を低下して節炭器
６に至る。節炭器６においても接触伝熱を行い、燃焼ガ
ス温度をさらに低下した後、燃焼ガス出口１５から系外
へ排出される。このとき、バーナ５は、平板状に配列さ
れた垂直伝熱管３群と対面した状態で設けられるため、
その燃焼表面が従来に比べて格段に広くなり、単位当り
の燃焼負荷が小さい。したがって、砂質粒子を用いた助
燃体よりなるバーナ５の特性としての均質な混合燃料ガ
ス並びに均一な燃料流れを得ることができると云った効
果と相俟って、燃焼性の調整が非常に容易で、燃焼表面
に良好な青火を簡単に得ることができる。しかも、燃焼
炎が短いので、バーナ５の燃焼表面と各垂直伝熱管３群
との間隔を小さくすることができ、全体としての燃焼室
１２を小さくすることができる。また、各垂直伝熱管３
群は平板状に配列するものであるから、平板状に形成さ
れた節炭器６を可及的に近接して設けることができ、全
体として、従来のボイラーに比べて大幅にコンパクトに
することができる。さらに、垂直伝熱管３群は平板状に
構成されているので、ボイラーの容量あるいは垂直伝熱
管３群の負荷容量の大小にかかわらず、最適な垂直伝熱
管３群の隙間（イ）の設定が容易であり、また燃焼表面
が垂直伝熱管３群を覆う構成であるので、垂直伝熱管３
群の隙間（イ）における燃焼ガスの流れが均等となり、
良好な熱伝達が得られ、伝熱面単位当りの平均伝熱量を
倍加することができるとともに、垂直伝熱管３の局部的
な過熱の発生を防止することができる。 【００１９】そして、図６は、この発明の第二実施例の
断面説明図で、図７は図６のVII −VII 線断面図であ
る。この実施例においては、垂直伝熱管３群と節炭器６
間に仕切壁１６を設け、垂直伝熱管３群を通過した燃焼
ガスを節炭器６の下部に導き、節炭器６を下部から上部
に向かって流れる燃焼ガスの流れを形成するようにした
ものである。このように構成することにより、節炭器６
を通過した燃焼ガスを系外に導く煙道（図示省略）との
取合いが容易で、図１および図２に示す第一実施例に比
べてコンパクトにまとめることができ、より省スペース
化を図ることができる。なお、他の構成並びに作用，効
果については、図１および図２で示した第一実施例と同
様であるので、その詳細な説明は省略する。 【００２０】 【発明の効果】以上のように、この発明によれば、つぎ
のような顕著な効果が得られる。 垂直伝熱管群をバーナと対面した状態で配置する構
成であるので、熱伝達と圧力損失から決定される最適な
垂直伝熱管の隙間の設定が容易であり、低コストで伝熱
効率の優れた缶体構造とすることができる。 燃焼表面が垂直伝熱管群を覆う構成であるので、垂
直伝熱管群の隙間における燃焼ガスの流れが均等とな
り、良好な熱伝達が得られ、伝熱面単位当りの平均伝熱
量が倍加するとともに、垂直伝熱管の局部的な過熱の発
生を防止することができる。 以上の各効果が相俟って、ボイラの伝熱効率は、従
来に比べて大幅に増加する。

【図面の簡単な説明】 【図１】この発明の第一実施例の断面説明図である。 【図２】図１のII−II線断面図である。 【図３】第一実施例におけるバーナを構成する助燃体の
斜視説明図である。 【図４】助燃体の他の実施例の斜視説明図である。 【図５】節炭器の実施例の説明図である。 【図６】この発明の第二実施例の断面説明図である。 【図７】図６のVII −VII 線断面図である。 【図８】従来のボイラの実施例における一態様を示した
縦断面図である。 【図９】図８の中央部の横断面図である。 【符号の説明】 １ 上部管寄せ ２ 下部管寄せ ３ 垂直伝熱管 ４ ボイラーケーシング ５ バーナ ６ 節炭器 １２ 燃焼室 １３ 燃料入口 １５ 燃焼ガス出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実公 昭39−1002（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．ボイラーケーシング４で包囲した燃焼室１２を形成
   し、該燃焼室１２の一側壁にバーナ５を配置して当該バ
   ーナ５の燃焼ガスを前記燃焼室１２の対向する他側壁へ
   向けて流動させる構成とし、前記燃焼室１２内に前記燃
   焼ガスの流動方向と交差し、かつ互いに適宜な隙間を保
   持した垂直伝熱管３を複数本配置し、該各垂直伝熱管３
   の上端を上部管寄せ１にそれぞれ連通させるとともに、
   その下端を下部管寄せ２にそれぞれ連通させ、前記バー
   ナ５の燃焼表面が前記垂直伝熱管３群の最前列における
   バーナ側伝熱面を覆う構成としたことを特徴とするボイ
   ラー。