JP3533461B2

JP3533461B2 - 水管ボイラ

Info

Publication number: JP3533461B2
Application number: JP15241395A
Authority: JP
Inventors: 忠明阿部; 健一小谷; 興亜小原
Original assignee: 荏原ボイラ株式会社
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 2004-05-31
Anticipated expiration: 2019-05-31
Also published as: JPH08327004A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は水管ボイラに係り、詳し
くは水管を略垂直に配列した立型水管ボイラに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図２０及び図２１は従来の立型水管ボイ
ラを示す図であり、図２０は水管ボイラの横断面図であ
り、図２１は縦断面図である。図２０及び図２１に示す
ように、従来の立型水管ボイラは、多数本の水管８１を
円筒状に二重に配列してその中央に燃焼室８２を形成
し、該水管８１の上下端に接続される上部管寄せ８３と
下部管寄せ８４とを設け、また燃焼室８２の上部にバー
ナ８５を設けて構成されている。ここで、水管８１によ
って形成される内側の円筒中には隙間８６が設けられて
おり、また水管８５によって形成される内側と外側の円
筒の間にはガス通過通路８７が形成されている。そし
て、バーナ８５によって燃焼室８２内に火炎８８を形成
し、その燃焼ガスを隙間８６からガス通過通路８７に導
入し、煙道８９から排気するが、その間に水管８１は、
燃焼室８２での輻射と燃焼ガスの対流による伝熱を受け
る。

【０００３】しかしながらこの種の従来例にあっては、
バーナ８５の火炎８８が水管８１に対して平行に吹き出
されるので、多くの場合、各水管８１で形成する燃焼室
８２及びガス通路８７を通過する燃焼ガスの縦方向の各
部の温度分布が均一でなくなり、有効に伝熱を受ける水
管８１は少なく、伝熱効率という点では無駄な空間が多
かった。

【０００４】また、近年、図２２に示すように火炎８８
の存在する領域に水管８１を配して燃焼域とし、火炎８
８を水管８１により冷却して低ＮＯｘ化を図る方式のボ
イラが提案されている。この方式は低ＮＯｘ化には有効
であるが、火炎８８を冷却するため一酸化炭素（ＣＯ）
が発生し易く、この残存ＣＯを酸化させるため、新たな
燃焼空間（断熱空間）９０を備える従来とは異なった特
殊形状になっている。この場合、従来の円筒形の燃焼室
を内蔵する環状の缶体構造とは異なるため、製造効率及
び生産性に劣り、又、耐久性、メンテナンス性において
必ずしも充分なものではなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の事情
に鑑みて為されたもので、製作が容易な従来の環状構造
を採用しつつボイラの中央部に燃焼室を設けなくとも合
理的な燃焼空間を確保した水管配列構造により、高効率
で低ＮＯｘ、低ＣＯが可能な省スペースの水管ボイラを
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】本発明の第１の態様は、
上部管寄せと下部管寄せを内列、外列２列の略環状に配
列した水管群で連結して缶体を構成し、水管に対して交
差方向に燃焼ガスを流す水管ボイラにおいて、内側水管
列と外側水管列のピッチ差（Ｄ１−Ｄ２）を大きくしそ
の間の空間が広くなるように配置し、外側水管列の所定
の場所に開口部を設け、この開口部の外側に燃焼ガスを
概略水平方向に噴出するバーナを配置し、バーナの下流
側の内側水管列と外側水管列の空間の外側水管列側に外
側水管列を含む１列以上のある距離をもって配置した複
数本の水管で構成するバーナ部水管群を配置し、バーナ
部水管群の反対側の外側水管列に１個所以上の隙間を設
けて煙道に接続し、燃焼ガスがバーナからバーナ部水管
群を経て左右に分岐して内側水管列と外側水管列の空間
を通り、さらに分岐した燃焼ガスが合流して煙道を通過
するように構成したものである。

【０００７】前記のようにピッチ差（Ｄ１−Ｄ２）を大
きくすることにより、バーナ部水管群の下流側の水管間
の空間に多数の水管壁により構成される後部水管群を設
けることが可能となり、燃焼ガスがバーナ→バーナ部水
管群→左右に分岐して→内側水管列と外側水管列の空間
→後部水管群→煙道と流れることも可能である。水管を
伝熱促進用のひれ付き水管、又は伝熱促進板付き水管で
構成することも可能である。また、前記のように内側水
管列、外側水管列を同心円上に配置しなくても、内側水
管列と外側水管列を偏心させて、その隙間が煙道側にな
るほど狭くなるように配置することも可能である。

【０００８】また本発明の第２の態様は、略垂直上下方
向に配列された多数本の水管と、略水平方向に燃焼ガス
を噴出するバーナを具備し、前記燃焼ガスを前記水管に
対して交差する方向に流す構造の水管ボイラにおいて、
前記多数本の水管は、概略水平に所定の間隔を設けて複
数本の水管を連結して内側水管列と外側水管列で燃焼空
間を形成し、この外側水管列の所定の場所に開口部を設
け、この開口部に燃焼ガスを概略水平方向に噴出するバ
ーナを配置し、この開口部の片側の端部の水管と内側水
管列を複数本の水管を連結して水管列（Ｄ）を配置し、
更に、外側水管列または内側水管列の端部には燃焼ガス
出口を設け、燃焼ガスが外側水管列と内側水管列の間を
通過して燃焼ガス出口に案内された後に、外側水管列の
背面を流れて煙道に案内されるように構成されている。

【０００９】前記多数本の水管の内の一部によって水管
群（Ａ）を形成してもよい。この水管群（Ａ）は、バー
ナの下流であって該バーナの火炎が当たる位置に複数本
の水管を所定距離ずつ離して１列以上配置することによ
って構成される。また前記水管群（Ａ）を形成する複数
本の水管を、他の燃焼ガス通過通路を形成する水管と比
べて異径の水管で形成してもよい。

【００１０】また前記バーナの下流側に所定の距離を有
する燃焼空間を設けて、前記多数本の水管の一部を内側
水管列と外側水管列の間にそれぞれ所定のガス通過通路
を設けて複数本の水管で構成する水管群（Ｂ）を配置
し、燃焼ガスを前記ガス通過通路を通して燃焼ガス出口
へと通過させる構成とする。なお前記燃焼空間は、燃焼
が完了するのに必要なだけの広さがあればよい。言い替
えれば燃焼完了後のガスが下流側のガス通過通路を通過
していくのであれば、該燃焼空間の広さの大小は問題で
はない。

【００１１】さらに前記水管群（Ｂ）を複数本の水管で
所定のガス通過通路を設けて水管列を形成し、燃焼ガス
が前記ガス通過通路をジグザグに蛇行してＯｎｅ−Ｔｈ
ｒｏｕｇｈで通過した後に燃焼ガス出口を通過する構成
とする。そして更に前記内側水管列、外側水管列、及び
水管群（Ｂ）を、伝熱促進用のひれ付き水管、又は伝熱
促進板付き水管で構成してもよい。また前記バーナを偏
心させて配置して、或いは内側水管列と外側水管列の間
にバーナを配置して、前記空間に燃焼ガスを噴出するよ
うに構成してもよい。なお前記の水管配列は、同心円、
弧状には限らず偏心させたり、或いは直線で多角形に構
成してもよい。

【００１２】

【作用】本発明の第１の態様によれば、燃焼ガスを水管
に対して常に略垂直に流し伝熱面の有効利用を促進する
ボイラにおいて、従来のように中央部に燃焼室を設けな
くとも、先ずバーナ近傍に複数本のバーナ部水管群を配
置することにより伝熱効率を高め、同時に火炎温度を低
下させ低ＮＯｘ化を図ることができる。また、逆に過度
の火炎冷却はＣＯを発生させるが、ピッチ差（Ｄ１−Ｄ
２）を大きくした内側水管列と外側水管列の間の広い空
間でＣＯをＣＯ₂ に酸化することができるので、低ＣＯ
化が可能となる。更に複数の水管壁により構成される水
管群を配置することにより、伝熱面を多くでき、低圧損
で伝熱効果を高くすることができる。また、ひれ付き水
管や伝熱促進用板付き水管で構成すれば、より伝熱効果
が上がることは当然である。さらに、内側水管列と外側
水管列を偏心させ、煙道部に近いほど隙間が狭くなるよ
うに水管配列を構成すれば同様に伝熱効率を高めること
ができる。

【００１３】以上の如く、従来のようにボイラの中央部
に燃焼室を設ける必要がないので、外形を小さくするこ
とができ、製作が容易な従来の環状構造でいながら、高
効率、低ＮＯｘ、低ＣＯの水管ボイラを提供できる。

【００１４】本発明の第２の態様によれば、巾が狭く縦
に長い長方形のバーナを用いて、燃焼ガスを水管に対し
て常に略垂直に流すことができるので、燃焼ガスの縦方
向の各部の温度分布が均一となり各水管の伝熱面を有効
に利用できる。またバーナ近傍に複数本の水管群（Ａ）
を配置することで熱の伝達効率が高められると同時に、
火炎温度を低下させ、低ＮＯｘ化を図ることができる。
火炎温度を約１３００℃以下に低下させると、ＣＯが発
生するが、水管群（Ａ）の下流側において水管壁で構成
された燃焼空間内でＣＯをＣＯ₂ に酸化することができ
る。つまり低ＮＯｘ化と低ＣＯ化が可能となる。

【００１５】そして、水管群（Ｂ）を配置すれば、伝熱
面を多くできて伝熱効果が上がり、また水管群（Ｂ）を
燃焼ガスがＯｎｅ−Ｔｈｒｏｕｇｈで通過するように構
成すれば、燃焼ガス流速を高く維持したまま伝熱面を有
効に利用でき、伝熱効率を高めることができる。更にひ
れ付き水管や伝熱促進用板付き水管を用いたりすれば、
より伝熱効果が上がることは当然である。また水管の配
列を偏心させたり、直線で多角形に構成することも可能
である。そしてバーナを偏心させて配置したり、或いは
内側水管列と外側水管列の間にバーナを配置すれば、バ
ーナの下流側の空間への燃焼ガスの噴出角度が自由に設
定可能となり、バーナの選択肢が広げられる。

【００１６】即ち、本発明は、製作が容易な従来の環状
構造でありながら、水管配列構造の変更によって、中央
に燃焼室をもたない構造としたので、省スペース化が図
れ、且つ高性能で低ＮＯｘ化、低ＣＯ化の図れる水管ボ
イラを提供できる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明に係る水管ボイラの各実施例に
ついて添付図面を参照して説明する。まず、図１乃至図
１０を参照して本発明の第１の態様の実施例を説明す
る。図１は本発明の第１の態様の第１実施例に係る水管
ボイラの横断面図であり、図２はその縦断面図である。
図３は本発明の第１の態様の第２実施例に係る水管ボイ
ラの横断面図である。

【００１８】図１及び図２に示す第１実施例の水管ボイ
ラは、立設した水管に対して交差方向に燃焼ガスを流す
立型水管ボイラである。水管ボイラは上部管寄せ１と下
部管寄せ２を内列、外列２列の同心円上の略環状に配列
した水管７で連結して缶体を構成している。内側水管列
３と外側水管列４のピッチ径の差（Ｄ１−Ｄ２）は出来
るだけ大きく設定されており、また外側水管列４の所定
の場所に開口部１３が設けられている。そして、この開
口部１３に、外側水管列４を含む１列以上のある距離を
もって配置した複数本の水管７で構成されるバーナ部水
管群８が配置されている。また水管群８の外側に燃焼ガ
スを概略水平方向に噴出するバーナ５が配置されてい
る。

【００１９】前記内側水管列３と外側水管列４の間の空
間９Ａ、９Ｂの下流側には、複数の水管から構成される
後部水管群１２Ａ、１２Ｂが配置されている。また反バ
ーナ側の外側水管列４に開口部１４が設けられ、この開
口部１４には煙道１１が接続されている。符号１０はケ
ーシングである。燃焼ガスは、バーナ５からバーナ部水
管群８を通過した後左右に分岐し、水管間の空間９Ａ、
９Ｂを経由し、後部水管群１２Ａ、１２Ｂを通り、外側
水管列の開口部１４を通過した後合流して煙道１１より
排出される。

【００２０】図１及び図２に示す水管ボイラの動作は次
の通りである。燃料ガスは送風機（図示しない）により
押し込まれた空気と混合してバーナ５で燃焼し火炎６が
生じる。バーナ５は短炎を形成する、例えば表面燃焼バ
ーナであることが好ましいが、これに限定されるもので
はなく、他の予混合バーナや先混合バーナであっても良
い。図１及び図２に示す実施例ではバーナ５を平面で構
成しているが、外側水管列のピッチ径以上の半径の曲面
で構成することも可能である。火炎６はバーナ部水管群
８に衝突して熱交換され、火炎６の温度が低下する。過
度の火炎温度の低下は、ＮＯｘを低減させるが逆にＣＯ
を発生しやすくする。高濃度のＣＯが発生した場合で
も、燃焼ガスは左右２方向に分岐して水管間の広い空間
９Ａ、９Ｂに流入し、ここで残存ＣＯを酸化してＣＯ₂
ガスとし燃焼反応が完了するので、ＣＯは無くなる。そ
の後、燃焼ガスは、後部水管群１２Ａ、１２Ｂ内を高速
で流れて、後部水管群１２Ａ、１２Ｂに熱伝達を行い煙
道１１より排出される。

【００２１】このように図１及び図２に示す実施例にお
いては、バーナ部水管群８によって高い伝熱効果と低Ｎ
Ｏｘ化を達成し、水管間の空間９Ａ、９Ｂでの燃焼によ
り低ＣＯ化を達成し、燃焼ガスを水管７に対して略垂直
に高速で通過させる後部水管群１２Ａ、１２Ｂの水管配
列構造により高効率化を達成している。この結果、従来
のように、中央部に燃焼室を設けない構造でも伝熱効率
が高く、低ＮＯｘ、低ＣＯで省スペースの水管ボイラと
することができる。

【００２２】図１の実施例では、バーナ部水管群８の水
管７を内側水管列３や外側水管列４と同径で構成してい
るが、水管７を小径で構成しバーナ部水管群８と内側水
管列３までの距離（Ｌ）を長くすることも可能である。
さらに燃焼ガスの流れを水管間の空間９Ａ、９Ｂに完全
に２分割させるために、図４に示すようにバーナ部水管
群８と内側水管列３を水管７により密接し２分割するこ
とも可能である。

【００２３】図５は、図１における後部水管群１２Ａ、
１２Ｂの水管配列の１例を示す図である。前記のよう
に、中央部に燃焼室を設けない構成及び内側水管列３、
外側水管列４のピッチ差（Ｄ１−Ｄ２）を大きくするこ
とにより、多数の水管壁による後部水管群１２の構成が
可能となる。このため図５に示すように、内側水管列
３、外側水管列４及びその間に設ける水管壁１５Ａ、１
５Ｂの傾斜角α及びピッチＬを同一にして後部水管群１
２Ａ、１２Ｂの配列を定め、内側水管列３及び外側水管
列４をヒレ付き水管２０で構成し、水管壁１５Ａ、１５
Ｂを水管７で構成すれば、水管間が密着せず一定の隙間
を持たせて配置できる。これによって、水管壁１５Ａ、
１５Ｂの全周に燃焼ガスを流すことが可能となり、死水
域が無くなり、伝熱面が有効に利用できるとともに、ガ
ス流れは一方向なので圧損が少なく伝熱特性の良好な配
列が可能となる。なお水管壁１５Ａ、１５Ｂは密着させ
たり、ヒレ付き水管２０を用いたり、あるいはフィン付
き水管を用いて構成することも可能である。

【００２４】図５に示す例においては、後部水管群１２
Ａ、１２Ｂを４列で構成しているが、４列に限定するも
のでなく、３列以上の構成が可能である。図６に示す例
のようにヒレ付き水管２０を使用し任意なガス流れにす
ることも可能である。

【００２５】図１及び図２に示す第１実施例において
は、後部水管群１２Ａ、１２Ｂを設けた構造としている
が、図３に示す第２実施例のように後部水管群１２Ａ、
１２Ｂを除いた構造にすることも可能である。

【００２６】図７は、本発明の第１の態様の第３実施例
の横断面図である。本実施例においては、内側水管列３
と外側水管列４は同心円上ではなく、水管間の空間９
Ａ、９Ｂが煙道側になるほど狭くなるように距離Ｌだけ
偏心させて構成したものである。本実施例によれば、燃
焼ガスの低温側ほど通過流速を早くして熱効率の向上を
図るとともに水管間の空間９Ａ、９Ｂを広くし、バーナ
の選択範囲を広く出来る。

【００２７】図８は本発明の第１の態様の第４実施例の
横断面図であり、図９はその縦断面図である。本実施例
においては、反バーナ側の外側水管列４は密着させ、代
わりに反バーナ側の内側水管列３に隙間１６を設けて、
燃焼ガスを内側水管列３の内側から上部管寄せ１を経由
し上部の煙道１７から排出するように構成されている。
この構成により、外形寸法を小さくすることが可能にな
る。

【００２８】前記実施例において、バーナ部水管群８を
配置しない水管配列で構成することも可能である（図示
せず）。この場合、水管間の空間９Ａ、９Ｂが大きくな
り、燃焼を完結させるに必要な空間を有しているのでバ
ーナの選択範囲が広がる。

【００２９】図１０は、本発明の第１の態様の第５実施
例の横断面図である。本実施例は、図２に示す実施例に
比較してボイラ外形寸法、特に全長を短くコンパクトに
配置できるものである。即ち、外側水管列４の所定の個
所に、バーナ５を内部に取り付けることができる広さを
有する開口部を設け、内側水管列３と外側水管列４の空
間部に、空間に対して略垂直にバーナ５を設けている。
そして、バーナ５の下流側には、バーナ部水管群８を設
けている。なお内側水管列３を図７に示す実施例のよう
に外側水管列４に対して偏心させて設け、また図８に示
す実施例のように燃焼ガスを上部管寄せ１を経由して上
部から排出することもできる。図１０に示す実施例で
は、後部水管群を設けていないが、設けることも可能で
ある。

【００３０】次に、本発明の第２の態様の実施例を図１
１乃至図１９を参照して説明する。図１１は本発明の第
２の態様の第１実施例に係る水管ボイラの構造を示す横
断面図であり、図１２はその縦断面図である。図１３は
変形例を示す横断面図である。図１１及び図１２に示す
とおり、本発明の第２の態様の水管ボイラは、その上下
を上部管寄せ３１と下部管寄せ３２に接続されてケーシ
ング４２内に略垂直上下方向に立設して配列された多数
本の水管３５と、該ケーシング４２の外周側面の所定の
位置に略水平方向に燃焼ガスを噴出するように取り付け
られたバーナ３３と、該ケーシング４２のバーナ３３と
反対側の位置に設けられた排気用の煙道４３とを具備し
ている。

【００３１】本実施例においては、煙道４３はバーナ３
３と反対側の位置に設けているが、この位置に限ること
はなく、例えば図１３に示すように偏心させたり（図中
４３Ａ）、バーナ３３側（図中４３Ｂ）に設けてもよ
い。以下の実施例においても同様に煙道を偏心させて配
置できる。図１１及び図１２に示す水管ボイラは、立設
した水管３５に対して交差する方向に燃焼ガスを流す立
型水管ボイラである。以下各構成部分について詳細に説
明する。多数本の水管３５は、外側水管列３７と、内側
水管列３９と、水管群（Ａ）３６と、水管群（Ｂ）４１
と、水管列（Ｄ）４０とを構成するように配列されてい
る。

【００３２】外側水管列３７は、複数本の水管３５を環
状に密接して連結して構成されており、所定の場所に開
口部３６ａと、端部に燃焼ガス出口４５とが設けられて
いる。前記開口部３６ａには、水管群（Ａ）３６が２列
配置されており、各列の水管３５は、その間を燃焼ガス
が通過できるように所定の距離づつ離間している。バー
ナ３３は、前記水管群（Ａ）３６の上流側直前に配置さ
れている。バーナ３３はその幅が狭く縦に長い長方形状
のバーナである。このバーナ３３は、短炎を形成する、
例えば表面燃焼バーナであることが好ましいが、これに
限定するものではなく、他の予混合バーナや先混合バー
ナであっても良い。

【００３３】内側水管列３９は、外側水管列３７と所定
の間隔をもって複数本の水管３５を環状に密接して連結
して構成されている。水管列（Ｄ）４０は、前記水管群
（Ａ）３６の一方の端部と内側水管列３９とを接続する
ように複数本の水管３５を密接して構成されている。

【００３４】水管群（Ｂ）４１は、前記バーナ３３の下
流側に所定の距離を有する燃焼空間３８をおいて、内側
水管列３９と外側水管列３７の間に所定のガス通過通路
４１ａを設けて複数本の水管３５を連接して２列配置し
てある。そして、ケーシング４２と外側水管列３７の間
には、所定の隙間４２ａが設けてあり、該隙間４２ａに
はバッフル６０が設けてある。

【００３５】図１１及び図１２に示す水管ボイラの動作
は次の通りである。燃料ガスは送風機（図示しない）に
より押し込まれた空気と混合してバーナ３３で燃焼し火
炎３４が生じる。火炎３４は水管群（Ａ）３６に衝突し
て熱交換され、火炎３４の温度が低下する。これにより
ＮＯｘの発生は低減するが、同時にＣＯが発生する。高
濃度のＣＯを含む燃焼ガスは、燃焼空間３８に流入し、
ここで残存ＣＯを酸化してＣＯ₂ ガスとし燃焼反応が完
了する。燃焼完了後の燃焼ガスは、ガス通過通路４１ａ
へ流入し水管３５の表面を高速で流れて水管３５に熱伝
達を行う。そして、燃焼ガス出口４５から隙間４２ａに
流入し外側水管列３７の背面を流れて外側水管列３７へ
熱伝達を行い、煙道４３より排出される。前記隙間４２
ａには、燃焼ガスがスムーズに煙道４３より排出される
ようにバッフル６０を設けてある。この間、下部管寄せ
３２から各水管３５へ供給された水は、各水管３５内で
加熱され、温水又は蒸気となって上部管寄せ３１から取
り出される。

【００３６】以上のように本実施例においては、燃焼ガ
スを各水管３５に対して常に略垂直に交差する方向に流
すので、燃焼ガスの縦方向の各部が略均一な温度分布と
なり、水管３５全体の伝熱面を有効に利用できる。しか
も、この水管ボイラは、従来の缶体構造とほぼ同一で、
水管の配列構造を変更することによって製造できるの
で、その製作が容易であり、また中央に燃焼室をもたな
い構造なので、省スペース化が可能になる。

【００３７】特に本実施例においては、バーナ３３近傍
に複数本の水管群（Ａ）３６を配置することで、効率よ
く伝熱されると同時に低ＮＯｘ化が図れ、また燃焼空間
３８によって低ＣＯ化が図れ、且つ外側ケーシング４
２、外側水管列３７、内側水管列３９と水管群（Ｂ）４
１とで構成したガス通過通路４１ａ、４２ａを燃焼ガス
が各水管３５に対して略垂直に高速で通過する構造とし
たので、さらに伝熱効率を高くできる。また本実施例に
おいては、所定のガス通過通路を設けて複数本の水管３
５を密接して配置して水管群（Ｂ）４１を構成したが、
前記水管３５を所定の隙間を設けて配置すればより伝熱
面が有効に利用でき、伝熱効率が高められる。

【００３８】ところでこの第１実施例においては、水管
群（Ａ）３６を配置したが、その理由は前述のように燃
焼ガスの低ＮＯｘ化を図るためであり、その効果が必要
なければ配置する必要はない。この場合、火炎３４の冷
却による燃焼方式での低ＮＯｘ化は図れないが、より安
定した燃焼が行えるので、いろいろな形式のバーナの選
択が容易に可能となる。また、この場合であっても、低
ＮＯｘ化以外の前記第１実施例の効果は全て発揮する。
つまり水管３５全体の伝熱面を有効に利用でき、且つ燃
焼ガスがガス通過通路４１ａ、４２ａを各水管３５に対
して略垂直に高速で通過するので、その伝熱効率を高く
でき、またその製作が容易であり、省スペース化が可能
になるという効果を生じる。

【００３９】図１４は本発明の第２の態様の第２実施例
に係る水管ボイラを示す横断面図である。尚、前記第１
実施例と同一または相当部分には同一符号を附してその
詳細な説明は省略する。本実施例において前記第１実施
例と相違する点は、第１実施例において設けた２列の水
管群（Ｂ）４１を、ガス通過通路４１ａ、４１ｂを設け
て複数本の水管３５を密接して形成する水管群（Ｂ）５
１を１列配置して、片方のガス通過通路５１ｂの上流側
をフィン状部材４７で閉鎖してある。そして、内側水管
列３９には所定の場所に隙間３９ａ、３９ｂを設け、更
に水管群（Ｂ）５１の下流に水管間の隙間４６ｃを設け
て、且つガス通過通路４５ａを形成するように内側水管
列３９と外側水管列３７の間を密接して水管３５を配置
している。また内側水管列３９の内側にガス通過通路４
８ａを設けて内側ケーシング４８を設けてある。

【００４０】従って燃焼空間３８で燃焼した燃焼ガス
は、ガス通過通路５１ａへ流入し、水管間の隙間４６ｃ
でターンして、次にガス通過通路５１ｂを通って隙間３
９ａからガス通過通路４８ａ、隙間３９ｂ、ガス通過通
路４５ａを通って燃焼ガス出口４５から水管３５とケー
シング間の隙間４２ａと蛇行してジグザグにＯｎｅ−Ｔ
ｈｒｏｕｇｈで流れて煙道４３より排出される。

【００４１】本実施例においては、燃焼ガスが、ケーシ
ング４２、外側水管列３７、水管群（Ｂ）５１、内側水
管列３９、内側ケーシング４８で構成するガス通過通路
をＯｎｅ−Ｔｈｒｏｕｇｈで通過させることで、伝熱面
を無駄なく、高い流速を維持したまま流れて高い伝熱効
果が得られる。

【００４２】図１５は本発明の第２の態様の第３実施例
に係る水管ボイラを示す横断面図である。本実施例にお
いては、図１４に示す実施例に係る水管ボイラの水管群
（Ａ）３６を、他の水管と比べて小径の異径水管３５Ａ
で本数を増やして構成してある。このように小径の異径
水管３５Ａとすることで前述の火炎冷却の燃焼方法によ
り発生するＣＯを酸化させるための燃焼空間３８を広く
でき、そして水管本数を増やすことで伝熱面を広くで
き、伝熱効果を高められる。

【００４３】図１６は本発明の第２の態様の第４実施例
に係る水管ボイラを示す横断面図である。本実施例は、
図１１に示す第１実施例に係る水管ボイラの水管群
（Ｂ）４１を取り外した構造としている。この実施例
は、例えば法規上、伝熱面に制約等ある場合に、該伝熱
面を制限するのに利用できる。なお所定の燃焼空間３８
の下流側の内側水管列３９と外側水管列３７の間の燃焼
ガス通路を狭くして（図示せず）、燃焼ガスを高速で通
過させれば、伝熱効果が高められる。

【００４４】図１７は本発明の第２の態様の第５実施例
に係る水管ボイラを示す横断面図である。本実施例は、
図１１に示す第１実施例に係る水管ボイラの水管群
（Ｂ）４１を、燃焼ガスの流れと略平行に伝熱促進用の
ひれを取り付けたひれ付き水管５０をガス通過通路４１
ａを設けてジグザグに配置して構成し、更に内側水管列
３９と外側水管列３７をひれ付き水管４９で構成して熱
伝達をさらに向上させるようにしたものである。

【００４５】図１８は本発明の第２の態様の第６実施例
に係る水管を示す横断面図である。本実施例は、図１１
に示す第１実施例に係る水管ボイラの水管群（Ａ）３６
を、外側水管列３７に所定の開口部３６ａを設けて、こ
の端部と内側水管列３９を結ぶ線上に前述の第３実施例
に示すように小径の異径水管３５Ａを複数本配置して形
成してある。そして該水管群（Ａ）３６の上流側直前に
バーナ３３を取り付けてある。このように構成すること
で、バーナ３３と燃焼空間３８がより直線的に位置する
ことになり、バーナ３３から噴出された燃焼ガスはスム
ーズに燃焼空間３８へ流入して燃焼完了することができ
る。よってバーナの選択が容易になる。

【００４６】図１９は本発明の第２の態様の第７実施例
に係る水管ボイラを示す横断面図である。本実施例は、
図１４に示す実施例に係る水管ボイラに取り付けた火炎
３４の冷却のための水管群（Ａ）３６を配置していない
構造としている。図１１に示す第１実施例においても説
明したが、この実施例によれば、火炎３４の冷却による
燃焼方式での低ＮＯｘ化は図れないが、それ以外の第２
実施例の効果は全て発揮する。なお水管群（Ａ）３６を
配置しない構造は、前記全ての実施例にも適用できる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の第１の態様
によれば、以下に列挙する優れた効果を奏する。従来のように、ボイラの中央部に燃焼室を設けなくと
も高効率、低ＮＯｘ、低ＣＯで省スペースの水管ボイラ
が可能である。内側水管列、外側水管列のピッチ差（Ｄ１−Ｄ２）を
大きくしたことにより、多数の水管壁による水管群の配
列が可能となるので、圧損が低くかつ高効率の水管ボイ
ラが可能となる。燃焼ガスを水管に対して交差方向に流す缶体構造なの
で、伝熱面が有効に利用でき、伝熱効率がよい。従来の缶体製作技術で製作可能であり、製造効率及び
生産性が高く、低コストで製造できる。

【００４８】また本発明の第２の態様によれば、以下に
列挙する優れた効果を奏する。燃焼ガスを各水管に対して交差する方向に噴出するバ
ーナで、燃焼ガスを一方向に流す缶体構造なので、燃焼
ガスの流速を高く維持して各水管の伝熱面が有効に利用
でき、伝熱効率がよい。従来の缶体製作技術で製作可能であり、製造効率及び
生産性が高く、低コストで製造できる。従来のように中央に燃焼室をもたない構造なので省ス
ペース化が図れる。バーナの下流側直前に水管群（Ａ）を設けた場合は、
低ＮＯｘ化と低ＣＯ化が同時に図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の態様の第１実施例に係る水管ボ
イラの横断面図である。

【図２】本発明の第１の態様の第１実施例に係る水管ボ
イラの縦断面図である。

【図３】本発明の第１の態様の第２実施例の水管ボイラ
の横断面図である。

【図４】本発明の第１の態様の第１実施例に係る水管ボ
イラにおけるバーナ部水管群の詳細を示す横断面図であ
る。

【図５】本発明の第１の態様の第１実施例に係る水管ボ
イラにおける後部水管群の詳細を示す横断面図である。

【図６】本発明の第１の態様の第１実施例に係る水管ボ
イラにおける後部水管群の詳細を示す横断面図である。

【図７】本発明の第１の態様の第３実施例に係る水管ボ
イラの横断面図である。

【図８】本発明の第１の態様の第４実施例に係る水管ボ
イラの横断面図である。

【図９】本発明の第１の態様の第４実施例に係る水管ボ
イラの縦断面図である。

【図１０】本発明の第１の態様の第５実施例に係る水管
ボイラの横断面図である。

【図１１】本発明の第２の態様の第１実施例に係る水管
ボイラの横断面図である。

【図１２】本発明の第２の態様の第１実施例に係る水管
ボイラの縦断面図である。

【図１３】本発明の第２の態様の第１実施例の変形例に
係る水管ボイラの横断面図である。

【図１４】本発明の第２の態様の第２実施例に係る水管
ボイラの横断面図である。

【図１５】本発明の第２の態様の第３実施例に係る水管
ボイラの横断面図である。

【図１６】本発明の第２の態様の第４実施例に係る水管
ボイラの横断面図である。

【図１７】本発明の第２の態様の第５実施例に係る水管
ボイラの横断面図である。

【図１８】本発明の第２の態様の第６実施例に係る水管
ボイラの横断面図である。

【図１９】本発明の第２の態様の第７実施例に係る水管
ボイラの横断面図である。

【図２０】従来例の水管ボイラの横断面図である。

【図２１】従来例の水管ボイラの縦断面図である。

【図２２】従来例の水管ボイラの横断面図である。

【符号の説明】

１上部管寄せ２下部管寄せ３内側水管列４外側水管列５バーナ６火炎７水管８バーナ部水管群９Ａ水管間の空間９Ｂ水管間の空間１０ケーシング１１煙道１２Ａ後部水管群１２Ｂ後部水管群１５Ａ後部水管壁１５Ｂ後部水管壁１７煙道２０ヒレ付き水管３１上部管寄せ３２下部管寄せ３３バーナ３４火炎３５水管３５Ａ異径水管３６水管群（Ａ）３６ａ開口部３７外側水管列３８燃焼空間３９内側水管列４０水管列（Ｄ）４１水管群（Ｂ）４１ａガス通過通路４１ｂガス通過通路４２ケーシング４３煙道４３Ａ煙道４３Ｂ煙道４４点検口４５燃焼ガス出口４５ａガス通過通路４７フィン状部材４８内側ケーシング４９ひれ付き水管５０ひれ付き水管５１水管群（Ｂ）６０バッフル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−208301（ＪＰ，Ａ) 特開平４−222303（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−29502（ＪＰ，Ａ) 実開平７−22203（ＪＰ，Ｕ) 実開昭47−33401（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F22B 21/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】上部管寄せと下部管寄せを内列、外列２
列の略環状に配列した水管群で連結して缶体を構成し、
水管に対して交差方向に燃焼ガスを流す水管ボイラにお
いて、内側水管列と外側水管列のピッチ差を大きくしそ
の間の空間が広くなるように配置し、外側水管列の所定
の場所に開口部を設け、この開口部の外側に燃焼ガスを
概略水平方向に噴出するバーナを配置し、バーナの下流
側の内側水管列と外側水管列の空間の外側水管列側に外
側水管列を含む１列以上のある距離をもって配置した複
数本の水管で構成するバーナ部水管群を配置し、バーナ
部水管群の反対側の外側水管列に１個所以上の隙間を設
けて煙道に接続し、燃焼ガスがバーナからバーナ部水管
群を経て左右に分岐して内側水管列と外側水管列の空間
を通り、さらに分岐した燃焼ガスが合流して煙道を通過
するように構成したことを特徴とする水管ボイラ。
【請求項２】前記バーナ部水管群の下流側煙道部近傍
の内側水管列、外側水管列の間に後部水管群を配置し、
燃焼ガスがバーナからバーナ部水管群を経て左右に分岐
して内側水管列と外側水管列の空間を通り、さらに後部
水管群を経て分岐した燃焼ガスが合流して煙道を通過す
るように構成したことを特徴とする請求項１記載の水管
ボイラ。
【請求項３】前記バーナの反対側の外側水管列の隙間
を無くして密着させ、バーナの反対側の内側水管列に１
個所以上の隙間を設けて、燃焼ガスを内側水管列、外側
水管列の空間から内側水管列の内側に導入し、上部管寄
せ開口部より外部に排出するように構成したことを特徴
とする請求項１又は２に記載の水管ボイラ。
【請求項４】前記バーナ部水管群を配置しないことを
特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の水管
ボイラ。
【請求項５】略垂直上下方向に配列された多数本の水
管と、略水平方向に燃焼ガスを噴出するバーナを具備
し、前記燃焼ガスを前記水管に対して交差する方向に流
す構造の水管ボイラにおいて、前記多数本の水管は、概
略水平に所定の間隔を設けて複数本の水管を連結して内
側水管列と外側水管列で燃焼空間を形成し、この外側水
管列の所定の場所に開口部を設け、この開口部に燃焼ガ
スを概略水平方向に噴出するバーナを配置し、この開口
部の片側の端部の水管と内側水管列を複数本の水管を連
結して水管列（Ｄ）を配置し、更に、外側水管列または
内側水管列の端部には燃焼ガス出口を設け、燃焼ガスが
外側水管列と内側水管列の間を通過して燃焼ガス出口に
案内された後に、外側水管列の背面を流れて煙道に案内
されるように構成したことを特徴とする水管ボイラ。