JP3306072B2 - 可変出力部を備えた廃熱ボイラ - Google Patents

可変出力部を備えた廃熱ボイラ

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JP3306072B2 JP50454798A JP50454798A JP3306072B2 JP 3306072 B2 JP3306072 B2 JP 3306072B2 JP 50454798 A JP50454798 A JP 50454798A JP 50454798 A JP50454798 A JP 50454798A JP 3306072 B2 JP3306072 B2 JP 3306072B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特に蒸気ボイラ等のボイラと、前記ボイラ
の出力の調節に関するものであり、ディーゼルエンジン
または同様のエンジンによって発生される排気ガスから
の熱エネルギーを回収する。排気ガスボイラは、蒸気／
水シリンダ及び、多くは配水管を構成する対流部分から
形成され、それによって熱エネルギーを回収する。管は
滑らかであるか、またはうねがあり、管は通常、水平ま
たは垂直に配置され得る。水／蒸気シリンダは、対流部
分に供給される液体と、その内部で発生する蒸気を収容
するコンテナとして働く。加えて、排気ガスボイラは、
フレーム、耐熱ハウジング、排気ガス用の入口及び出
口、必要な弁、管、すなわち収集管、ポンプ、制御装
置、安全装置及び、制御パネルを備える。水はボイラに
供給される前に、ボイラ水処理装置と科学薬品とを用い
て処理される。
排気ガスボイラは大体一般的に、船上及びディーゼル
発電機に使用されており、そこでは動作に関する信頼性
が非常に重要であった。このため、使用されているシス
テムが幾分か簡単で、その技術的に旧式であると考えら
れている。更に、船舶については特に、そのシステムに
似た選別処理制御（classification institutions cont
rol）が利用され、なおも海上の安全という理由のた
め、高価で綿密なテスト運転が新しい構造で行われてい
る厄介で、不充分且つ、過酷な動作状況では、調節と機
能の両方に対する最も簡単な解決手段は、動作の信頼性
を最高にするということは明らかである。蒸気発生ディ
ーゼルエンジンなどの排気ガスボイラにおいて、出力の
調整は、バイバス調整と称されるような排気ガスの一部
をボイラを迂回させる方法かまたは、凝縮調整（conden
sation regulation）と称される、水、空気などの冷却
物質で、どの様に過剰な蒸気も凝縮する方法によって、
通常行われる。ボイラは従来、それらの動作モードを基
に、循環が重力及び温度差の影響を受ける自然循環型ボ
イラと、循環がポンプまたはそれに対応する装置により
影響を受ける強制循環型ボイラとに分類される。強制循
環型ボイラにおいて最も一般的には、ポンプの圧力側に
設けられるスロットル弁が、スロットル調整と称される
出力調節に利用されている。
バイパス調整のため、一構造体として働くのが困難
で、高価な、バイパスが排気ガスボイラに必要としてい
た。装置が更に調整ダンパーを必要としており、それに
よって、排気ガスの流れを排気ガスボイラの方向と、ボ
イラを迂回する方向を向かせているからである。調整特
性を良好にするため、調整ダンパーが複動式であり、す
なわちボイラとバイパスの両方の流量が調整し得る。二
つのダンパーの使用を選択すると高価である。実際にし
ばしば、単独調整ダンパーが選択的に、特性及び流抵抗
を調整することを犠牲にしていた。調整ダンパーは、加
熱されて汚れた状態になると、作動上の信頼性に影響が
ある。ボイラの迂回流が増加すると、対流部分における
排気ガスの流速が増す。これにより、排気ガスの煤煙、
オイル及び別の固形物が、対流部分の表面に付着して、
熱交換が弱められ、最悪の場合、火災が起こる。
凝縮調整システムには、排気ガスバイパスまたは調整
ダンパーが必要ない。代わりに、排気ガスボイラから出
る過剰な蒸気を冷やすため、凝縮器と、水及び蒸気管
と、ポンプ及び／または送風機と、制御弁と調整装置が
必要である。調整機は、水冷却式または空冷却式であ
る。
投資コストに加えて、凝縮調整システムでは、ポンプ
及び／または送風機の使用により動作コストを負うこと
になり、更に状況よっては冷却水が高価になり得る。ま
たは温暖な気候では、空冷装置の熱交換面及び送風効果
を増やすことが必要なり得る。その上、一定の出力で運
転するには、送水処理のコスト及び装置の寸法を増やす
ことになる。凝縮調整システムの有効な特徴は、排気ガ
スが対流部分の流速を最も速くでき、それによって汚れ
が減ることであると考えられる。
強制循環型排気ガスボイラでは、管が大抵は水平面状
であり、異なる水平面状の管は、曲がった管の部分によ
って相互接続されており、循環は一方の平面から他方へ
と発生する。それによって、充分な長さの管は、強制循
環の速度を速め、気化を行う時間を得る。また、強制循
環型排気ガスボイラは、全く同一の水平レベルの管が、
互いに接続されて、つなげることができる。排気ガスボ
イラのスロット調整機では、流速が充分に増すと、水は
水平に配置された管の底面に残るので、沸騰して水がな
くなるように、ボイラ寸法を画定する。場合によって、
放出時にボイラを損傷させ得る蒸気ポケットを個々に形
成する。乾燥させられた強制循環型排気ガスボイラが始
動するとき、高い熱応力が生じ、ボイラを変形させる強
力な熱衝撃が起こる。
フィンランド国特許出願公告明細書第64978号は排気
ガスボイラを開示しており、対流部分の熱交換面が、滑
らかな管から成る管コイルで形成されている。ボイラは
円筒状で、冷却部分の噴煙ダクトは上視及び下視すると
円形である。最も内側のコイルの内側にある空間が、バ
イパスダクトとして利用されており、更に消音装置が設
けられている。調整ダンパーはバイパスの頂部にあっ
て、ダンパーが閉められると全ての排気ガスが対流部分
に流入する。調整ダンパーが開けられると、排気ガスの
流れの一部が対流部分を介して移動する。汚れは滑らか
な管構造によって、少なくなる。フィンランド国の特許
による構造では、０〜100％の範囲で調整が行われるこ
とはない。滑らかな管により、熱面が小さなままで、ボ
イラは高出力の部類において重い。これは高温の排気ガ
ス、すなわち高速ディーゼルエンジンに最高に適してい
る。
本願による発明の目的は、構造が簡単で、動作に信頼
性があり且つ、移動部分を含まない自己調整型排気ガス
ボイラを提供することである。調整ダンパーを備えた排
気ガスバイパスダクトは、本願による自己調整型排気ガ
スボイラには必要ない。本発明による自己調整型排気ガ
スボイラは、消費量を超える多量の蒸気を発生せず、補
助装置を備えた凝縮器は、過剰な蒸気を冷やすのに必要
としない。本発明による自己調整型排気ガスボイラは、
自由すなわち自然循環により作動し、この場合は個別の
循環ポンプを必要としない。全体のガスの流れは常に対
流部分を介して移動し、従って最高な自己清掃を確実に
できる。
本発明による自己調整型排気ガスボイラは、冷却部分
における水のレベルを調整することによって、蒸気の発
生を調整することを基礎としている。これは、液体状態
及び蒸気状態の異なった熱伝導特性により可能となる。
鉄製のボイラ構造は、排気ガスの最高温度が約350゜で
あるので、乾燥していると排気ガスボイラの働きを妨げ
る。
本発明による自己調整型排気ガスボイラは、下記の請
求の範囲の特徴を示す記述によって、より正確に特徴付
けられている。
自己調整型排気ガスボイラにおいて、好ましくは垂直
に配置された管の水レベルは、降水管または蒸気／水シ
リンダの降水管に関する少なくとも一つの調整可能な弁
によって調整される。自己調整型排気ガスボイラでは、
対流部分から生じ得るいかなる過熱蒸気も、蒸気案内バ
ッファを使用した供給水及び／または、水面または水面
下に蒸気を送ることによって冷却される。供給水は、孔
があき且つ／またはうねりのある管によって、バッファ
内部の領域に向けられる。自己調整型排気ガスボイラの
蒸気／水シリンダーにおける水レベルは、一定のレベル
に調節されるか、上限と下限との間で変化させられる。
水レベルの調整は、個々の独立制御回路によって、行う
ことができる。対流部分において水レベルを調整する弁
は、主蒸気管または蒸気／水シリンダの圧力、温度、及
び／または流量、あるいは対応した数値によって制御さ
れる。対流部分は、滑らかなまたはうねりのある管によ
り形成され得、また上記の組合せまたはシート構造が可
能である。複数の排気ガスボイラは、共通の蒸気／水シ
リンダに接続されることができ、それによって給水ポン
プの数が最小で、水レベルを調整できる。蒸気／水シリ
ンダーをより高いレベルに上げると、静的圧力を改善
し、調整の速さを速める。自己調整型排気ガスボイラを
介する排気ガスは、全体的に対流部分を介して移動す
る。
従って本発明は、効果の高い利点を提供する。
自己調整型排気ガスボイラの調整は、実際きわめて簡
単であり、また海洋及びジャングルに適している。圧力
調節器及びサーモスタットのような必要な予備部品は、
世界中で利用されている。また自己調整型排気ガスボイ
ラは、手動で運転するのが簡単である。凝縮器またはバ
イパスダクトを必要としないので、発明コスト及び作動
コストは、下げられる。また、自己調整型排気ガスボイ
ラの有用性は、最高流速の排気ガスボイラを設計するこ
とができることで改善され、その場合、流速がほぼ一定
のままである間は、対流面に自己清掃を最高の水準で行
うことができる。垂直に管を構成することによって、必
要なボイラの形成寸法を小さくすることができ、ほぼ完
全に慎重な運転と複雑な操作を、不要にすることができ
る。下部シリンダと自由循環型ボイラの表面に送風する
と、それによって、自己調整型排気ガスボイラの実用期
間及び有用性を改善することができる。
本発明を添付図面を参照して、下記でより詳しく説明
する。
第一図は、自己調整型排気ガスボイラの一実施例の正
面を図示している。
第二図は、第一図の自己調整型排気ガスボイラの部分
的に断面を示した側面図である。
第三図は、複数の排気ガスボイラが、共通の蒸気／水
シリンダに接続されている接続状態を図示している。
第一図及び第二図において、自己調整型排気ガスの水
及び蒸気を供給する収容コンテナは、蒸気／水シリンダ
２である。水処理装置から入る供給水の流れ３は、弁４
によって調整される。管５は、供給水を蒸気／水シリン
ダ２の内部で分配管６に案内する。分配管６は、蒸気７
と供給水８との間の熱交換をできるだけ有利にすること
目的として設計されている。蒸気／水シリンダ２におけ
る供給水のレベル９は、調整機10によって調整され、そ
れによって例えば、電気信号が電線22を介して弁４、ま
たは例えば供給水管に伝達される。調整は連続的または
下限／上限調整である。水のレベル９は、監視ガラス瓶
11によって視覚的に監視することができる。蒸気の流れ
12は、自己調整型排気ガスボイラ１が、主蒸気弁13によ
って調整されることによって作られ、主蒸気弁13は、蒸
気／水シリンダ２に接続される主蒸気管14に装着されて
いる。自己調整型排気ガスボイラ１の安全装置は、過剰
な圧力をボイラから解放する安全弁15と、冷却時にボイ
ラの圧力が不足するのを防止するガード16と、ボイラに
かかる圧力を示す圧力ゲージ17とを備えている。
蒸気／シリンダ２のマントル18の下部に、降水管19が
接続されており、降水管には調整弁20が装着されてい
る。例えば電線23を介する電気信号によって、蒸気／水
シリンダ２の圧力を測る圧力調整機21が弁を制御する
が、あるいは、弁20が蒸気７、圧力、温度などによって
直接制御される自己作動型でもよい。
降水管19は、下部シリンダー40に接続されており、供
給水８を対流部分41に、垂直管43が取り付けられた下部
分配管42を介して分配する。熱交換は、滑らかであるか
またはうね44を有する垂直管43を間に配置することによ
って、熱交換特性を改善している。また対流部分41の管
は、シート構造に替えてもよい。垂直管43の上端部が、
上部収集管45に接続されている。収集管は、蒸気７を蒸
気／水シリンダ２に案内し、マントル18に対して別の端
部に取り付けられている。開口部46を介して蒸気／水シ
リンダに入る蒸気７は、供給管６における分配管６にお
ける供給水８を熱するため、バッフル47によって案内さ
れそして／その上、供給水８が、過熱蒸気７を冷やす。
対流部分41の水面レベル48によって、自己調整型排気蓮
ボイラ１の出力が確定される。
自己調整型排気ガスボイラ１は、その上部をフレーム
50に吊ることができ、蒸気／水シリンダー２は、例えば
支持部51を間に配置して、フレーム50に取り付けること
ができる。排気ガスの流れ52は全体的に、入口53から出
口54へ対流部分41を介して移動する。フランジ55及びフ
ランジ56によって、自己調整型排気ガスボイラ１は、例
えばディーゼルエンジンの排気ガスダクトに接続され
る。フランジ55及び56に接続されているシリンダ57及び
58等は、円錐部分59及び60を間に配置して、フレーム50
に接続されている。自己調整型排気ガスボイラの外面
（50、57、58、60）は通常、エネルギーの節約と業務上
の安全を理由に表面温度を下げるため、断熱構造であ
る。
第三図は一実施例を示しており、個々に三つの自己調
整型排気ガスボイラ１が、共通の蒸気／水シリンダー２
に接続されている。矢印24は、蒸気７の流れを示してい
る。個々の排気ガスボイラ１から突出した上部収集管45
または、蒸気管25が、蒸気／水シリンダー２に通じる接
続蒸気管26に接続されている。また当然、蒸気７を収集
する管システムを別の型式にするのは可能であり、もし
くは自己調整型排気ガスボイラ１を蒸気／水シリンダ２
に、蒸気収集管45を間に配置して接合するかまたは、直
接接合することができる。第三図の実施例では、接続蒸
気管26が、マントル18を介して上方から蒸気／水シリン
ダ２に入って、孔のあいた蒸気分配管27に接続されてお
り、蒸気分配管27が、部分的または全体的に供給水８の
水面９の下になるように設けられる。それによって、供
給水８が熱せられ、過熱された蒸気７が飽和される。孔
28を介して放出する蒸気噴射29は、供給水８と効果的に
混合される。水面レベル調整装置10は電線30を介して、
供給水管５のポンプ31を制御する。この実施例では、管
５が直接、蒸気／水シリンダ２につながっている。降水
管32の上端部は、蒸気／水シリンダ２におけるマントル
18の下部に取り付けられている。降水管の下端部は、多
岐管33につながっており、降水管32は個別の排気ガスボ
イラ１の降水管19に接合されている。対流部分41及び、
別個のボイラ１の水面レベルは、弁20によって調整され
る。自己調整型排気ガスボイラの供給水８の流れは、矢
印34で示されている。
本発明による自己調整型排気ガスボイラ１は、以下の
ように作動する。ディーゼルエンジンなどからの排気ガ
スの流れ52は、どのようにも調整されず、流れは、全体
的に対流部分41を介して移動し、高速の流れにより熱交
換面を清潔に保っている。対流部分41の垂直管43におい
て、内部に気化される液体があって、排気ガスがその外
部にある。熱交換を増すため、管は通常、ガスが流れる
側にうねりがある。主蒸気管14の弁13が、手動あるいは
使用する対象により制御されて開けられると、蒸気／水
シリンダ２の圧力と温度が下がり、弁20が圧力調節器2
1、サーモスタットを制御するかまたは、蒸気７、圧
力、温度などの制御により直接開けられ、供給水８が重
力により、降水管19を介して対流部分41へ流れ、水面レ
ベル48を上げる。水と水蒸気を混合することによる熱伝
導が、蒸気による熱伝導よりかなり良好なので、蒸気７
の発生が増加される。低出力で水面レベル48が下がっ
て、過熱面が増すので、水面48の上の蒸気が、さらに低
い出力で過熱され、その際排気ガスボイラが働く。弁20
は、連続動作型またはオン／オフ型であり、調整の正確
性及び速さを確定する蒸気を使用した対象に応じて調整
される。調整の速さは、降水管の寸法及び／または数を
増やすことによって、速めることができる。また、蒸気
／水シリンダ２を第三図に示したように、より高いレベ
ルに上げることによって、供給水８の静的圧力を増加さ
せることができ、それによって出力調整の速さを改善す
ることができる。また蒸気／水シリンダ２における供給
水８のレベルを、連続調整によって調整するかまたは、
上限と下限との間に制御することができる。また水面レ
ベル９の調整を、ポンプ31及び／または弁４の動作を制
御することによって、完全に独立して行うことができ
る。自己調整型排気ガスボイラ１を安定して動作するた
め、過熱蒸気の過熱した熱を供給水に伝導できるという
ことは、重要である。給水８の水面９は、熱交換面とし
て或る程度作用するが、充分ではない。ゆえに、孔が開
いて、うねりのある種々の管システムまたは、蒸気７を
水面９まであるいはその下へ送ると、熱交換を高めるの
に効果的である。また熱交換は種々の蒸気または水噴射
によって高めることができる。
蒸気／水シリンダにおける水面レベル９の調整は、溢
れるのを防止ている。自己調整型排気ガスボイラは、出
力零で働く時、供給水８が単に下部シリンダ40の底部に
移動され、底部に出口である通気孔が配置され得る。ま
た蒸気／水シリンダー２の表面通気孔は、水面９の調整
に応じて簡単に配置することができる。
本出願の発明は、上記に示された実施例及び構造にの
み限定されるのではない。従って、例えば対流部分41の
構造は、管により利用可能なように変形してもよい。う
ねりは、らせん状かまたは縦に延び得る。上部収集管と
下部分配管とは種々に組合せて使用することができ、ま
たはそれらは全体として取り除いてもよい。蒸気／水シ
リンダ２は、別の形状でもよく、その配置が異なってい
てもよい。また、部分的に過熱された蒸気７によって、
供給水８の加熱を多くの異なった方法で行うことができ
る。また多数の制御装置を使用することと、発明の考案
の中での動作は、この技術に精通した者にとって明らか
である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−188904（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−111906（ＪＰ，Ｕ) 実開 平６−30601（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−139704（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F22D 5/34 F22B 1/18 F22D 5/00 F22D 5/36

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】水及び蒸気の空間として利用する蒸気／水
    シリンダ（２）と、 気化装置として作用し、蒸気／水シリンダ（２）と下部
    シリンダ（40）との間などに垂直に配置して取り付けら
    れ、且つ接続された対流部分（41）と、 蒸気／水シリンダ（２）及び下部シリンダ（40）などを
    相互接続する少なくとも一つの降水管（19）とを備える ディーゼルエンジンなどの排気ガスによる熱エネルギー
    を回収することを目的とした自己調整型排気ガスボイラ
    において、 少なくとも一つの弁（20）または、それに対応して水
    （８）の量及び対流部分（41）における水レベル（48）
    を調整する装置が、蒸気／水シリンダ（２）と下部シリ
    ンダ（40）との間または、好ましくは降水管（19）の下
    部に装着され、 冷却部分（41）において、好ましくは垂直に配置された
    管（43）が部分的に水（８）で満たされ、排気ガスボイ
    ラの出力が、水、水と蒸気の混合物、蒸気の異なった熱
    伝導特性を基に、弁（20）により冷却部分（41）の水レ
    ベル（48）を調節することによって調整されることを特
    徴とする 自己調整型排気ガスボイラ。
  2. 【請求項２】弁（20）が、連続的に開／閉して調整する
    型式であることを特徴とする請求の範囲１に記載の自己
    調整型排気ガスボイラ
  3. 【請求項３】対流部分（41）を蒸気／水シリンダ（２）
    に接続する管（26）または複数の管（45）が、蒸気／水
    シリンダ（２）における水レベル（９）の最高点より上
    の位置で、蒸気／水シリンダ（２）のマントル（18）を
    貫通することを特徴とする請求の範囲１または２に記載
    の自己調整型排気ガスボイラ。
  4. 【請求項４】蒸気／水シリンダ（２）の内部には、表面
    が滑らかな或いは表面にうねがあり、且つ孔のあいた分
    配管（６）があり、その分配管が対流部分（41）で過熱
    された蒸気（７）を凝縮し、供給水（８）を熱するた
    め、蒸気／水シリンダ（２）のマントル（18）における
    蒸気開口（46）の前方且つ、ダンパー（47）の後方に装
    着されることを特徴とする請求の範囲１〜３のいずれか
    一つに記載の自己調整型排気ガスボイラ。
  5. 【請求項５】蒸気（７）を分配する孔のあいた管（27）
    が、蒸気／水シリンダ（２）に備えられ、対流部分（4
    1）で過熱された蒸気を凝縮し且つ、供給水（８）を熱
    するため、部分的または全体的に水レベル（９）の下に
    配置されることを特徴とする請求の範囲１〜３のいずれ
    か一つに記載の自己調整型排気ガスボイラ。
  6. 【請求項６】蒸気／水シリンダ（２）の水レベル（９）
    を、連続調節または上限／下限調整することによって調
    整する個々の独立した制御回路であることを特徴とする
    請求の範囲１〜５のいずれか一つに記載の自己調整型排
    気ガスボイラ。
  7. 【請求項７】弁（20）が、主蒸気管または蒸気／水シリ
    ンダーの蒸気（７）の圧力、温度及び／または流量、或
    いは対応した測定できる量によって制御され、対流部分
    （41）における水レベル（48）を調整するのに適してい
    ることを特徴とする請求の範囲１〜６のいずれか一つに
    記載の自己調整型排気ガスボイラ。
  8. 【請求項８】対流部分（41）の管（43）が、表面にうね
    がありまたは表面が滑らかな管であるか、またはその管
    がシート構造に代えられることを特徴とする請求の範囲
    １〜７のいずれか一つに記載の自己調整型排気ガスボイ
    ラ。
  9. 【請求項９】自己調整型排気ガスボイラ（１）を介して
    移動する排気ガスの流れが、全体的に対流部分（41）を
    通って移動することを特徴とする請求の範囲１〜８のい
    ずれか一つに記載の自己調整型排気ガスボイラ。
  10. 【請求項１０】複数の調整可能な排気ガスボイラ（１）
    が、共通の蒸気／水シリンダ（２）に接続されており、
    その制御下で個々の調整可能な排気ガスボイラ（１）が
    動作することを特徴とする請求の範囲１〜９のいずれか
    一つに記載の自己調整型排気ガスボイラ。
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