JP2936394B2 - 温水発生機 - Google Patents
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Description
はガスバーナを用いる無圧式または密閉式の温水発生機
のCOと NOxを抑制するように設計した燃焼室構造に関す
る。
発は活発に行われその成果が発表されてきたが、本願発
明者らは特に下記に注目した。 田庄昇・中井哲志:新しい都市型エネルギーシステム
〔日本機械学会講演文集 No. 924-5, 36頁〕 植田芳治・唐景良・山本雅通・小林廣・石谷清幹:管巣
燃焼形ボイラの開発〔日本機械学会論文集 (B編) 59巻
561号 (1993-5), 305頁〕 特許出願公告平2−35884号(発明の名称:COの発
生を抑制しながら高負荷燃焼により熱交換を行う方法及
びその装置, 出願人:東京瓦斯株式会社) 実用新案出願公告平4−29217号(考案の名称:表
面燃焼バーナを用いたボイラー,出願人:三浦工業株式
会社) 特許出願公告平4−70523号(発明の名称:水管式
ボイラとその燃焼方法,出願人:関西電力株式会社、株
式会社平川鉄工所)
特公平2−35884号に開示された断熱空間の理論を
具体化する温水発生機の燃焼室の構造に関する。ここで
同公報に掲げる図面の「第1図」を本願の図面の図12
として複写すると、それは「・・・瞬間ガス湯沸器の要
部側断面」であり、同図に用いた符号と同じ符号を用い
同公報に記載のとおり説明すると、1は・・・ガスバー
ナ,2は内胴,3はフィン群,4はチューブ,5は断熱
空間,6は熱交換器である。特許請求の範囲の第1項に
は、「理論空気量以上の空気を予混合して得られた火焔
(燃焼ガス)の先端近傍に冷物体を置いて該火焔の温度
を約1000℃以上、約1500℃以下の温度に制御し、次にこ
の温度制御された火焔を断熱空間内に通し、次に熱交換
器に導いて熱交換を行なうことによりCOの発生を抑制し
ながら高負荷燃焼により熱交換を行なう方法」と記載さ
れている。本発明は上記方法に示される断熱空間部を採
り入れた燃焼室構造を提供することを目的とする。
垂直面の一方側にガスバーナ11と他方側に燃焼ガス排
出口23を設け、ガスバーナ11の火炎12発生端部1
1aから第1水管14の1〜2本分の間隔をおいた吸熱
部18に缶体10の上下方向に3本以上の第1水管14
を三角配列に配置し、缶体の奥行き方向に見て吸熱部1
8に続けて第1水管14のほぼ2本分の間隔の断熱空間
部19を空け、それに続く熱交換部20の前記燃焼ガス
の入口部分に2本の対向する第1水管14を吸熱部18
の第1水管14に平行に配置し、前記熱交換部20の前
記奥行き方向に第1水管14の外径のほぼ2倍の外径を
有するフィン16a,16bを付けた第1水管14と同
じ長さの3本以上の第2水管15a,15bをフィン1
6a,16bが互いに接触することなく配置し、熱交換
部20の前記奥行き方向に見て最初の第2水管15aの
フィン16aの幅は他の2本の第2水管15bのフィン
16bのほぼ半分の幅よりも小に設定し、フィン16
a,16bの相互間の空間には缶体10の中心線M−M
に向けV字型に突出する整流板17を第2水管15a,
15bに平行に延在させ、缶体10の上面と下面および
ガスバーナ11取付口および燃焼ガス排出口を除く側面
にはそれぞれ水管部に近接した水室13a,13b,1
3で囲み熱交換を高めることを特徴とする温水発生機を
提供することにより解決される。
は実機テストにより最適かつ最小空間の要件を満たすも
のとし、熱交換率を改良するために缶体10は水室13, 13
a, 13bで囲み、熱交換部20に配置する第1と第2水管
14, 15, 15aにはフィン16a, 16bを付けて水管の単位
長さ当たりの伝熱面積を増大し、それによって缶体寸法
を小にし、さらに熱交換を良くするために整流板17を設
けて燃焼ガスの流れを制御し、第1水管14は火炎12に近
接して配置することにより火炎12の温度を下げて低 NOx
化を実現する。
する。図1と図2はそれぞれ本発明第1実施例の一部切
欠平面図と図1の中心線M−Mに沿う側断面図で、図
中、10は缶体で、それは図には直方体形状のものが示さ
れるが、缶体10は図示の形状に限定されず、例えば円筒
状のものであってもよい。11はガスバーナ, 12はガスバ
ーナ11が発生する火炎でそれは吸熱部18からは燃焼ガス
となって缶体10内を図1に見て左方向に進行する。13は
水室 (水冷壁) , 13aと13bはそれぞれ上部水室と下部
水室, 14は例えば外径20mmの第1水管, 15aと15bは燃
焼ガスの流れ方向に見て最初の1本の水管とそれに続く
2本の水管のそれぞれで、これらの各々は第1水管より
大きい例えば外径40mmの第2水管, 16aと16bはそれぞ
れ第2水管15aと15bに取り付けられた例えば幅 (断面
図で見るときは高さ) 10mmと20mmのフィン, 18は吸熱
部, 19は断熱空間部 (特公平2−35884号の「断熱
空間5」に対応する。),20は熱交換部, 21は給水口,
22は出湯口, 23は燃焼ガス排出口, 30は大気開放口であ
る。図1には大気開放口30は省いて図示しない。
方向に供給され下部水室13bを通る水は第1水管14, 第
2水管15を上昇し上部水室13aを経て燃焼ガスとの熱交
換によりほぼ80℃の湯となり出湯口22から矢印w2で示
す如く外部へ供給される。大気開放口30を設けることに
より加熱される水は大気に開放されて無圧に、すなわち
大気圧に等しく保たれるので、図2に示される温水機は
無圧式温水機と呼称する。無圧式温水機は、「労働安全
衛生法施行令」の定める行政的規則が適用されない利点
がある。なお、出湯口には図示しないバルブが取り付け
られ、このバルブの開閉により自動的にガスバーナ11の
点火器がON,OFFし、バルブ開のとき点火器がON
になりバーナの燃焼が開始されて火炎12が形成される
が、かかる機構は知られたものであり、その詳細な説明
と図示は省略する。
の熱交換によりほぼ 260℃以下の温度にまで降温し燃焼
ガス排出口23から矢印gで示されるように外部に排出さ
れる。
ナ11の火炎発生端部11aからほぼ第1水管14の外径の1
〜2倍に等しい20〜40mmの空間を空けて、自然対流条件
下で突沸を生じない程度に細い3本の第1水管14を缶体
10の奥行き方向に垂直に三角配列に、すなわち、2本の
第1水管14は火炎発生端部11aと水室13に近く、他の1
本は2本の水管の中間から火炎発生端部11aを離れる方
向に立てて配置する。その理由は、燃焼ガスの通過断
面積を一定値以上確保しつつ通過抵抗を小さくして(フ
ァン) 動力効率を上げバーナの小型化を図り、方形配
列にすると燃焼室横幅が広くなり、かつ、燃焼ガスの流
れ方向下流の第1水管14表面全体に燃焼ガスが接触しな
い影の部分ができるからである。この第1水管14を配置
した部分はガスバーナ11が作る火炎12の例えば1800℃の
温度を1000℃〜1500℃までに下げる効果があり、吸熱部
18と呼称する。図1から理解できるように、吸熱部の幅
は第1水管14の外径のほぼ2倍の長さである。
に特公平2−35884号に開示された断熱空間部19の
空間を空ける。断熱空間部19の幅はほぼ第1水管14の2
本分の幅としたが状況によりそれより大にしてもよい。
断熱空間部19を設けることにより燃焼ガスに存在する人
体に有害なCO (一酸化炭素) を CO2 (二酸化炭素) に酸
化する作用が促進される。
流の熱交換部20の入口部分の水室13に近いところに2本
の第1水管14を図示の如く対向させて配置した。その目
的は、燃焼ガスの温度をさらに下げて第2水管15a, 15
bのフィン16a, 16bの熱劣化を確実に防止するにあ
る。
16a, 16b付きの第2水管15aと15bを配置し、図示の
実施例でそれらの外径はそれぞれ約40mmに設定した。燃
焼ガスの流れ方向に最初の第2水管15aに付けたフィン
16aの幅は約10mmよりも小に、またそれに続く2本の第
2水管15bのフィン16bの幅は約20mmに設定した。この
ように設計する理由は、図に見て最も右の第2水管15a
のフィン16aは、1000℃〜1500℃の範囲にまで降温され
た高温の燃焼ガスに触れた場合、その縁部分は真っ赤に
焼け熱劣化が激しいからである。それ故に、この最初の
第2水管15aのフィン16aは他のフィン16bよりも幅
(または高さ) を小に設定し、第2水管15aのフィン16
aの先端部分の温度を低下させる。
の伝熱面積を大にし熱効率を高める目的で設けるのであ
り、温水発生機をなるべくコンパクト (小型) なものに
するために水管を数多く設ける代わりにフィンを付けて
水管の伝熱効率を高める。フィンを設けることにより水
管の熱効率はフィンのない場合に比べ約 1.2〜2.0 倍高
められる。フィン16a, 16bの縁部にのこ歯切欠き(セ
レーション, serration ) を形成して燃焼ガスの高温に
よる応力歪を緩和した。
15aと15b, 15bと15bの間に山形鋼 (アングル) の整
流板17を第2水管15aと15bの全長に沿って配置する。
整流板17は、燃焼ガスの流れを第2水管15a, 15b全体
に接触するよう整え、燃焼ガスの直進を妨げて第2水管
15a, 15bをより効率よく加熱する、すなわち熱交換の
効率を向上する。
熱面積をとるために、缶体の上下方向の両側面および上
下面をそれぞれ水室13および上部水室13aと下部水室13
bで囲み、それにより水の加熱効率が高められる構造と
した。
水発生機を示し、図1と図2に示した部分と同じ部分は
同じ符号で示す。この実施例には図2の大気開放口が設
けられていないので、缶体10内の湯の圧力は大気圧より
大になる。
一部切欠平面図に示すように図1の熱交換部20の入口部
分にある2本の第1水管14を吸熱部18に移しそこに方形
配置の4本の第1水管14の中心部分に1本の第1水管14
を配置し、それによって低 NOx化の効果が得られた。な
お、図4において図1に示す部分と同じ部分は同一符号
で表示した。図4に示す構造は無圧式または密閉式温水
機のいずれにも利用可能である。
形できる。この変形例では図1〜図4に示した部分と同
じ部分は同一符号で示し、第2水管15aと15bは第1水
管14よりも長く形成し第1水管14よりも上方に高く延在
させ、他方第1水管14の上方の上部水室13aは下方に拡
大して貯湯室13cを形成し、それにより上部水室全体の
容量を大にし貯湯量を増やす。第1水管14は貯湯室13c
内に延在させ完全に水没させ空焚きを防止する。缶体10
の奥行き寸法は第1実施例のそれと変わらないものの、
第2水管15aを長くした分だけ伝熱面積が増大する効果
が得られる。図5の温水発生機は大気開放式であるが、
大気開放口30を設けないで図6に示す密閉式温水発生機
に変形可能である。
図に示され、図中、図1〜図6に示した部分と同じ部分
は同一符号で表示する。この実施例では、整流板17を配
置する代わりに水室13の第2水管15a,15bに面する側
面から第2水管15a,15b相互間の空間にV字型に突出
する隆起部13dを形成する。熱交換部20の入口の第2水
管15aのガスバーナ11寄りの位置には第1水管14を配置
しない代わりに隆起部13dを設け、第1実施例では図に
見て最も右の第2水管15aの上流に第1水管14を5本配
置したのに対し第1水管14は火炎12近傍に3本だけ図1
の配置と同様に配置した。隆起部13dは伝熱面となり熱
交換効率を向上するとともに、特にガスバーナ11に近い
第2水管15aのフィン16aの熱劣化を防ぐことが確認さ
れた。第2実施例は大気開放式の温水発生機にもまたは
密閉式温水発生機にも利用可能である。
され、同図において図1〜図7に示した部分と同じ部分
は同一符号で表示する。この実施例では、熱交換器25と
循環ポンプ29とを使用する。上部水室13aの出湯口22´
から出される高温湯 (80℃)は矢印w2´方向にパイプ2
4を通って熱交換器25に供給され、そこで送られてきた
高温湯は給水口26から矢印wと破線で示される如く矢印
方向に供給される水と熱交換し、この水は燃焼室内を循
環する湯とは異なる湯となって出湯口27から矢印w3で
示される如く外部に供給され、パイプ24を通ってきた高
温湯は熱交換により低温湯となってパイプ28, 循環ポン
プ29を経て矢印w1´で示す如く給水口21から下部水室
13bへ供給され、以後、符号cを付けた白抜矢印で示す
如く上部水室13aに至る。このような強制循環は循環ポ
ンプ29の働きによる。
開放口30を設けない密閉式温水発生機に変更可能であ
る。なお、図9において図1〜図8に示した部分と同じ
部分は同じ符号で示した。
側断面図に示され、同図中、図1〜図9に示した部分と
同じ部分は同一符号で表示する。この実施例では、第2
水管15a,15bを第1水管14よりはより長く形成する一
方で、図4の貯湯室13cの上方部分を拡大して上部蒸気
室13eとし、さらに大気開放口30は設けない。従ってこ
の実施例の適用においては「労働安全衛生法施行令」の
定める蒸気ボイラに関する規制に服する。ガスバーナ11
に近い3本の第1水管14は空焚き防止のため貯湯室13c
内に延在し、第1水管14の上方部分は完全に水没する。
上部蒸気室13eで作られた蒸気は蒸気出口22aから矢印
v方向に外部へ供給される。
す燃焼排ガス分析の線図であり、左縦軸は NOx濃度を p
pmで、右縦軸はCO濃度を ppmで示し、横軸は燃焼排ガス
中の残存酸素濃度O2 (%) を示す。 NOx濃度は酸素濃度
を0%換算して表すものでそれは下記の数式1で示すよ
うに計算する。
x濃度(ppm)×21/(21−実測酸素濃度(%))
は、残存O2が燃料中のN分および燃焼空気中のN分と反
応し完全にO2=0%となったときの値を意味する。図1
1中、本発明第1実施例と従来機のそれぞれにおける N
Ox値は中空矩形と黒ぬり矩形で、また本発明第1実施例
と従来機のそれぞれにおけるCO値はそれぞれ中空三角と
黒ぬり三角で示した。図から、残留O2が1〜2%のとき
は別として、通常の燃焼状態を表示する残留O2が4〜8
%の範囲内では本発明実施例はCOとNOx を著しく抑制し
たことが理解されよう。
とガスを使用する温水機は従来例に比べ容積が1/3と
小型コンパクトに仕上げられ、軽量ではあるが出力は大
で、それの搬入, 据付け工事が簡単になることに加え、
低 NOxを達成して環境汚染を防止し、また低COであるた
め人体に対する危険が防止される効果を達成した。
部切欠平面図である。
心線M−Mに沿う側断面図である。
る。
る。
である。
図である。
面図である。
側断面図である。
分析の線図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 缶体(10)の垂直面の一方側にガスバ
ーナ(11)と他方側に燃焼ガス排出口(23)を設
け、 ガスバーナ(11)の火炎(12)発生端部(11a)
から第1水管(14)の1〜2本分の間隔をおいた吸熱
部(18)に缶体(10)の上下方向に3本以上の第1
水管(14)を三角配列に配置し、 缶体の奥行き方向に見て吸熱部(18)に続けて第1水
管(14)のほぼ2本分の間隔の断熱空間部(19)を
空け、それに続く熱交換部(20)の前記燃焼ガスの入
口部分に2本の対向する第1水管(14)を吸熱部(1
8)の第1水管(14)に平行に配置し、 前記熱交換部(20)の前記奥行き方向に第1水管(1
4)の外径のほぼ2倍の外径を有するフィン(16a,
16b)を付けた第1水管(14)と同じ長さの3本以
上の第2水管(15a,15b)をフィン(16a,1
6b)が互いに接触することなく配置し、 熱交換部(20)の前記奥行き方向に見て最初の第2水
管(15a)のフィン(16a)の幅は他の2本の第2
水管(15b)のフィン(16b)のほぼ半分の幅より
も小に設定し、 フィン(16a,16b)の相互間の空間には缶体(1
0)の中心線(M−M)に向けV字型に突出する整流板
(17)を第2水管(15a,15b)に平行に延在さ
せ、 缶体(10)の上面と下面およびガスバーナ(11)取
付口および燃焼ガス排出口を除く側面にはそれぞれ水管
部に近接した水室(13a,13b,13)で囲み熱交
換を高めることを特徴とする温水発生機。 - 【請求項2】 吸熱部(18)に4本の第1水管(14)を方形
にまたその中心部分に1本の第1水管(14)を配置して成
る請求項1記載の温水発生機。 - 【請求項3】 第2水管 (15a) を火炎発生端部(11
a)に近い3本の第1水管(14)よりもより長く形成して
該第1水管(14)上方に上部水室 (13a) を拡げて貯湯室
(13c) を設け、第1水管(14)は貯湯室 (13c) 内に延
在して完全に水没させて成ることを特徴とする請求項1
記載の温水発生機。 - 【請求項4】 整流板(17)は設けず、熱交換部(2
0)の燃焼ガス入口部分と第2水管(15a,15b)
の相互間の位置に缶体(10)の中心線(M−M)に向
けV字型に突出する隆起部(13d)を水室(13)に
設けて成る請求項1記載の温水発生機。 - 【請求項5】 上部水室 (13a) の出湯口 (22´) をパ
イプ(24)にて熱交換器(25)の入口端に連結し、熱交換器
(25)の出口端はパイプ(28)にて循環ポンプ(29)に連結
し、循環ポンプ(29)は下部水室 (13b) の給水口(21)に
連結し、熱交換器(25)において出湯口 (22´) から供給
される湯は熱交換器(25)の給水口(26)から供給される水
と熱交換し、この熱交換により作られた湯は熱交換器(2
5)の出湯口(27)から出湯される請求項1記載の温水発生
機。 - 【請求項6】 該温水発生機は無圧式のものである請求
項1,2,3,4および5記載の温水発生機。 - 【請求項7】 該温水発生機は密閉式のものである請求
項1,2,3,4および5記載の温水発生機。 - 【請求項8】 第2水管(15a)を火炎発生端部(1
1a)に近い3本の第1水管(14)よりもより長く形
成し、該第1水管(14)上方に上部水室(13a)を
拡げて貯湯室(13c)を設け、第1水管(14)は貯
湯室(13c)内に延在して完全に水没させて成り、第
1水管(14)よりも長く形成した第2水管(15a)
は貯湯室(13c)の上方に設けた上部蒸気室(13
e)内に延在し、上部蒸気室(13e)内で作られた蒸
気は上部蒸気室の蒸気出口(22a)から外部へ供給さ
れる請求項3記載の密閉式の温水発生機。
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JP4962496A JP2936394B2 (ja) | 1996-02-14 | 1996-02-14 | 温水発生機 |
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JPH09222264A JPH09222264A (ja) | 1997-08-26 |
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JP5635371B2 (ja) * | 2010-11-08 | 2014-12-03 | 株式会社日本サーモエナー | 真空式温水機 |
-
1996
- 1996-02-14 JP JP4962496A patent/JP2936394B2/ja not_active Expired - Fee Related
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