JP3038626B2 - 水管ボイラの水管列 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は上部管寄せ又は上部胴と
下部管寄せ又は下部胴とを多数の内側水管と外側水管で
連通した構造の水管ボイラの水管列に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術】従来のこの種の水管ボイラは、上部管寄せ
又は上部胴と下部管寄せ又は下部胴とを多数の内側水管
と外側水管で連通して内外２重の環状水管壁として配列
して、該内側水管の列からなる水管壁と外側水管の列か
らなる水管壁の間に燃焼ガス通路を形成し、該内側水管
壁の全長にわたる開口部を設けて、内側水管壁内に形成
された燃焼室と燃焼ガス通路とを連通させると共に、外
側水管壁の全長にわたる開口部を設けて、燃焼ガス通路
と煙道を連通させた。更に内側水管と外側水管の燃焼ガ
ス通路に面した側面にアングル形状のヒレを設けた構造
である。図３はこの内外側水管列の一部断面図である。
図示するように内側水管１の列からなる水管壁と外側水
管２の列からなる水管壁の間に燃焼ガス通路１１が形成
され、内側水管１及び外側水管２の燃焼ガス通路に面し
た側面に断面アングル形状のヒレ３及びヒレ４が管長手
方向に取付けられている。

【０００３】上記構造の水管ボイラにおいて、燃焼室を
出た燃焼ガスは内外側水管１，２及び断面アングル形状
のヒレ３，４によって形成された燃焼ガス通路１１、即
ち連続して直角に近い方向に方向変換を繰り返すジグザ
グ通路を流れることにより、内外側水管１，２の表面及
び断面アングル形状のヒレ３，４の一辺に衝突を繰り返
して該水管及びヒレと強制対流伝熱による熱交換を行な
い、ガス温度を下げつつ煙道（図示せず）へ向かう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構造の水管ボイラの水管列においては、断面アングル
形状のヒレ３の一辺の長さが同一であるため、内側水管
１と外側水管２の断面アングル形状のヒレ４の表面との
間の燃焼ガス通路１１の最狭部隙間幅６が外側水管２と
内側水管１の断面アングル形状のヒレ３の表面との間の
燃焼ガス通路１１の最狭部隙間幅５よりも小さくなるこ
とから、燃焼ガスの平均流速が部所により異なり、局部
的に通風抵抗が増大するという問題があった。

【０００５】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、上記問題点を除去し、高い熱効率を維持しつつ局部
的な通風抵抗を増大させず送風動力を有効に活用できる
水管ボイラの水管列を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、断面アングル形状のヒレを取付けた水管ボイ
ラの水管列において、外側水管の断面アングル形状のヒ
レと内側水管の表面との最狭部隙間幅と内側水管の断面
アングル形状のヒレと外側水管の表面との最狭部隙間幅
が等しくなるようにしたことを特徴とする。

【０００７】また、燃焼ガス通路の燃焼ガスの流れに沿
って適当な長さにわたり、最も上流側の外側水管及び内
側水管に一辺の長さが最も短い断面アングル形状のヒレ
を取り付け、燃焼ガス通路の下流側に沿って適当な長さ
にわたり外側水管及び内側水管に順次又は段階的に一辺
の長さがその上流側のものより長い断面アングル形状の
ヒレを取り付け、燃焼ガス通路の幅を燃焼ガスの流れに
沿って順次又は段階的に減少させたことを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明は管列を上記のように構成することによ
り、外側水管の断面アングル形状のヒレと内側水管の表
面で構成される曲がり流路（外曲がり流路部）を燃焼ガ
スが通過する断面積と内側水管の断面アングル形状のヒ
レと外側水管の表面で構成される曲がり流路（内曲がり
流路部）を燃焼ガスが通過する断面積とは等しくなるこ
とから、外曲がり流路部を通過する燃焼ガスの平均流速
と内曲がり流路部を通過する燃焼ガスの平均流速が等し
くなり、燃焼ガスが内外曲がり流路部の断面アングル形
状のヒレ部分を曲がる際の通風抵抗を局部的に大きくす
ることなく、高い熱伝達を維持しつつ送風動力を有効に
活用することが可能となる。

【０００９】また、燃焼ガス通路の流れに沿って下流に
向かうと共に断面アングル形状のヒレの一辺の長さを長
くして、燃焼ガス通路の幅を狭くすることにより、燃焼
ガス通路の上流の高温燃焼ガス領域では燃焼ガス通路の
幅が広く確保され、燃焼ガス流速が低減し通風抵抗が低
下する。また、断面アングル形状の一辺の長さが短いこ
とから、ヒレの表面温度の上昇を小さくでき、ヒレ、水
管及びヒレ取付部に温度差によって発生する熱応力も緩
和され、該熱応力による亀裂発生の危険を回避すること
ができる。また、反対に燃焼ガス通路の下流の低温燃焼
ガス領域では、断面アングル形状のヒレの一辺の長さが
長くなるから、燃焼ガス通路の幅が狭くなり、燃焼ガス
流速は速くなる。従って、燃焼ガス温度が低くてもこの
ガス流速の上昇により、熱伝達量を増大させることがで
き、熱効率の改善が図れる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の一実施例である水管ボイラの水管
列の一部を示す平断面図である。図１に示すように、多
数の内側水管１を互いに密接させて配列すると共に、外
側水管２をヒレ１０によって連結して各々環状の水管壁
として配列している。内側水管１の水管壁と外側水管２
の水管壁との間に燃焼ガス通路１１を形成し、燃焼ガス
通路１１に面した内側水管１及び外側水管２の双方の側
面に断面アングル形状のヒレ３，４を各々管長手方向に
取り付ける。

【００１１】そして、外側水管２の断面アングル形状の
ヒレ４の一辺の長さ８を対向する内側水管１の断面アン
グル形状のヒレ３の一辺の長さ７より短くして、外側水
管２の断面アングル形状のヒレ４と内側水管１の表面と
の最狭部隙間幅６と内側水管１の断面アングル形状のヒ
レ３と外側水管２の表面との最狭部隙間幅５を等しく構
成する。

【００１２】上記のように構成された水管列において、
燃焼ガスは燃焼ガス通路１１を流れるが、この際外側水
管２の断面アングル形状のヒレ４と内側水管１の表面と
で構成される曲がり流路部（最狭部隙間６）を通過する
燃焼ガス流速と内側水管１の断面アングル形状のヒレ３
と外側水管２の表面とで形成される曲がり流路部（最狭
部隙間５）を通過する平均燃焼ガス流速が等しくなる。

【００１３】上記のように水管列を構成することによ
り、外側水管２の列による環状水管壁の断面アングル形
状のヒレ４と内側水管１の水管壁表面で構成される曲が
り流路（以下「外曲がり流路部」と称する）の燃焼ガス
の流れが通過する断面積と内側水管１の列による環状水
管壁の断面アングル形状のヒレ３と外側水管２の列によ
る環状水管壁表面で構成される曲がり流れ流路（以下
「内曲がり流路部」と称する）の燃焼ガスの流れが通過
する断面積とは等しくなることから、外曲がり流路部を
通過する燃焼ガスの平均流速と内曲がり流路部を通過す
る燃焼ガス平均流速が等しくなる。即ち、内外曲がり流
路部を通過する燃焼ガスの平均流速が等しくなる。この
ため、燃焼ガスが内外曲がり流路部の断面アングル形状
のヒレ部分を曲がる際の通風抵抗を局部的に大きくする
ことなく、高い熱伝達を維持しつつ送風動力を有効に活
用することが可能となる。

【００１４】図２は本発明の他の実施例である水管ボイ
ラの水管列の一部を示す平断面図である。本水管列は図
示するように、燃焼ガス通路１１の上流の外側水管２に
一辺の長さが最も短い断面アングル形状のヒレ１２を取
付け、下流の外側水管２に一辺の長さがそれより長い断
面アングル形状のヒレ１３を取付けている。また、上流
の内側水管１に一辺の長さが最も短い断面アングル形状
のヒレ１４を取付け、下流の内側水管１に一辺の長さが
それより長い断面アングル形状のヒレ１５を取付けてい
る。これにより燃焼ガス通路１１の幅が漸減する。な
お、図２では上流と下流の中間にある外側水管２の断面
アングル形状のヒレ４の一辺の長さはヒレ１２と１３の
中間にあり、上流と下流の中間にある内側水管１の断面
アングル形状のヒレ３の一辺の長さはヒレ１４と１５の
中間にある。従って、ここでは燃焼ガス通路１１の幅が
燃焼ガスの流れに沿って段階的に減少している。

【００１５】上記のように水管列を構成することによ
り、燃焼ガスは燃焼ガス通路１１を下流に流れるに従っ
て、内外水管壁と熱交換することによりその温度が低減
していくと共に、体積流量も小さくなる。このことから
燃焼ガス通路１１の下流ほど燃焼ガスと熱交換する断面
ががアングル形状のヒレ１３，１５の表面温度も低下
し、ヒレ、水管及びヒレ取付部に温度差によって発生す
る熱応力もまた緩和されていく。

【００１６】従って、図２に示す水管列のように、燃焼
ガス通路１１の流れに沿って下流に向かうと共に断面ア
ングル形状のヒレ１３，１５の一辺の長さを長くして、
燃焼ガス通路１１の幅を狭くすることにより次のような
作用効果が期待できる。

【００１７】燃焼ガス通路１１の上流を流れる高温燃焼
ガス領域では断面アングル形状のヒレ１２，１４の一辺
の長さが短く、燃焼ガス通路１１の幅が広く確保される
点から、燃焼ガス流速が低減し通風抵抗が低下する。ま
た、断面アングル形状のヒレの一辺の長さが短いことか
ら、ヒレ１２，１４の表面温度の上昇を小さくでき、ヒ
レ、水管及びヒレ取付部の温度差によって発生する熱応
力も緩和され、該熱応力による亀裂発生の危険を回避す
ることができる。

【００１８】また、燃焼ガス通路１１の下流の温度が低
下した低温燃焼ガス領域では、断面アングル形状のヒレ
１３，１５の一辺の長さが長くなるから、この長さを適
当なものにすることにより、燃焼ガス温度が低下してい
ることから、ヒレ１３，１５の表面温度上昇が小さく、
ヒレ、水管及びヒレ取付部の温度差によって発生する熱
応力を緩和でき、該熱応力による亀裂発生の危険を回避
することができる。

【００１９】また、燃焼ガス通路１１の下流は通路幅が
狭くなることから燃焼ガス流速は速くなり、燃焼ガス温
度が低くともこのガス流速の上昇により、熱伝達量を増
大させることができ、熱効率の改善が図れる。

【００２０】図４及び図５は図２に示す水管列を用いた
水管ボイラの構造を示す図で、図４は平断面図、図５は
縦断面図である。上部管寄せ又は上部胴１８と下部管寄
せ又は下部胴１９はともに環状に形成され、これら上部
管寄せ又は上部胴１８と下部管寄せ又は下部胴１９とは
多数の内側水管１と同じく多数の外側水管２で連通され
ている。

【００２１】多数の内側水管１は互いに密接して配列さ
れ、環状の水管壁として構成されている。また、多数の
外側水管２は互いにヒレ２２によって連結され、同じく
環状の水管壁として構成されている。内側水管１の水管
壁と外側水管２の水管壁の間には燃焼ガス通路１１が形
成され、外側水管２の水管壁の外側にはケーシング２０
を設け、ケーシング２０の外側に断熱材２１が設けられ
ている。

【００２２】環状に形成された内側水管１の水管壁内に
は燃焼室１７が形成されている。そして、上部管寄せ又
は上部胴１８の内側に燃焼装置１６が設けられている。
内側水管１の列の所定位置には水管の全長にわたり開口
２３が設けられ、燃焼室１７と燃焼ガス通路１１が連通
されている。また、外側水管２の列の所定位置には水管
全長にわたり開口部２４が設けられ、燃焼ガス通路１１
と煙道２５とを連通させている。

【００２３】燃焼ガス通路１１の最も上流側（開口部２
３に近い部分）の内外側水管１，２には一辺の長さが最
も短い断面アングル形状のヒレ１４，１２を取り付けた
水管を配設し、燃焼ガス通路１１の中流の内外側水管
１，２には一辺の長さが中間の断面アングル形状のヒレ
４，５を取り付けた水管を配設し、最も下流側（開口部
２４に近い部分）の内外側水管１，２には一辺の長さが
最も長い断面アングル形状のヒレ１５，１３を取り付け
た水管を配設している。つまり燃焼ガス通路１１の幅を
燃焼ガスの流れに沿って漸減している。

【００２４】上記構造の水管ボイラにおいて、燃焼室１
７から開口部２３を通って燃焼通路１１に出た燃焼ガス
は図２の水管列と同様な作用を受けて、下流に向かって
流れ、開口部２４から煙道２５に排出される。

【００２５】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば下
記のような優れた効果が得られる。 （１）外側水管の断面アングル形状のヒレと内側水管の
表面で構成される曲がり流路（外曲がり流路部）の燃焼
ガスの流れが通過する断面積と内側水管の断面アングル
形状のヒレと外側水管の表面で構成される曲がり流れ流
路（内曲がり流路部）の燃焼ガスの流れが通過する断面
積とが等しくなり内外曲がり流路部を通過する燃焼ガス
平均流速が等しくなり、燃焼ガスが内外曲がり流路部の
断面アングル形状のヒレ部分を曲がる際の通風抵抗を局
部的に大きくすることなく、高い熱伝達を維持しつつ送
風動力を有効に活用することが可能となる。

【００２６】（２）燃焼ガス通路の下流に向かうに伴い
断面アングル形状のヒレの一辺の長さを長くして、燃焼
ガス通路の幅を狭くすることにより、燃焼ガス通路の上
流を流れる高温燃焼ガス領域では燃焼ガス通路の幅が広
く確保され、燃焼ガス流速が低減し通風抵抗が低下する
と共に、断面アングル形状の一辺の長さが短いことか
ら、ヒレの表面温度の上昇を小さくでき、ヒレ、水管及
びヒレ取付部に温度差によって発生する熱応力も緩和さ
れ、該熱応力による亀裂発生の危険を回避することがで
きる。また、反対に燃焼ガス通路の下流の低温燃焼ガス
領域では、断面アングル形状のヒレの一辺の長さが長く
なるから、燃焼ガス通路の幅が狭くなり、燃焼ガス流速
は速くなり、燃焼ガス温度が低くてもこのガス流速の上
昇により、熱伝達量を増大させることができ、熱効率の
改善が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である水管ボイラの水管列の
一部を示す平断面図である。

【図２】本発明の他の実施例である水管ボイラの水管列
の一部を示す平断面図である。

【図３】従来の水管ボイラの水管列の一部を示す平断面
図である。

【図４】本発明の水管列を用いた水管ボイラの構造を示
す平断面図である。

【図５】本発明の水管列を用いた水管ボイラの構造を示
す縦断面図である。

【符号の説明】

１ 内側水管 ２ 外側水管 ３ 断面がアングル形状のヒレ ４ 断面がアングル形状のヒレ ５ 最狭隙間幅 ６ 最狭隙間幅 ７ ヒレの一辺の長さ ８ ヒレの一辺の長さ ９ 燃焼ガスの流れ １０ ヒレ １１ 燃焼ガス通路 １２ 断面がアングル形状のヒレ １３ 断面がアングル形状のヒレ １４ 断面がアングル形状のヒレ １５ 断面がアングル形状のヒレ １６ 燃焼装置 １７ 燃焼室 １８ 上部管寄せ又は上部胴 １９ 下部管寄せ又は下部胴 ２０ ケーシング ２１ 断熱材 ２２ ヒレ ２３ 開口部 ２４ 開口部 ２５ 煙道

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F22B 21/06 F22B 37/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下管寄せ又は胴に連結された多数の水
   管を環状に２列に配置し、内側水管を互いに密接し又は
   ヒレによって連結すると共に外側水管を互いに密接し又
   はヒレによって連結して各々環状水管壁として配列し、
   前記内側水管壁と前記外側水管壁の間に燃焼ガス通路を
   形成し、該燃焼ガス通路に面して前記内側水管及び外側
   水管に断面がアングル形状のヒレを取付けた水管ボイラ
   の水管列において、 前記外側水管の断面がアングル形状のヒレと前記内側水
   管の表面との最狭部隙間幅と前記内側水管の断面がアン
   グル形状のヒレと前記外側水管の表面との最狭部隙間幅
   が等しくなるようにしたことを特徴とする水管ボイラの
   水管列。
2. 【請求項２】 前記燃焼ガス通路の燃焼ガスの流れに沿
   って適当な長さにわたり、最も上流側の外側水管及び内
   側水管に一辺の長さが最も短い前記断面アングル形状の
   ヒレを取り付け、前記燃焼ガス通路の下流側に沿って適
   当な長さにわたり前記外側水管及び内側水管に順次又は
   段階的に一辺の長さがその上流側のものより長い断面ア
   ングル形状のヒレを取り付け、前記燃焼ガス通路の幅を
   燃焼ガスの流れに沿って順次又は段階的に減少させたこ
   とを特徴とする請求項１記載の水管ボイラの水管列。