JP3805892B2 - 温水ボイラ - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば真空式温水機等の温水ボイラの改良に係り、詳しくは温水ボイラに用いられる水管構造の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の温水ボイラとしては、例えば図5乃至図7に示したものが知られている。
当該温水ボイラ50は、上部に蒸気室51が形成されるべく熱媒水52が封入された缶体53と、缶体53の蒸気室51に設けられた温水熱交換器54と、缶体53の熱媒水52に浸漬されて火堰55に依り中心部には燃焼室56がその外周にはガス通路57が形成された火炉58と、上下両端が缶体53の熱媒水52に連通されて火炉58のガス通路57に等間隔毎に配列された多数の水管59と、から構成されている。
而して、水管59は、ガス通路57の入口から出口まで、水管ピッチLとガス通路隙間Sとを夫々一定に保ったまま缶体53及び火炉58と同心状のガス通路57に沿った円周上に一列に配列されている。水管ピッチLは、水管59同士の間隔である。ガス通路隙間Sは、水管59と火炉58の隙間S1 と、水管59と火堰55の隙間S2 との合計(S=S1 +S2 )である。水管59と火炉58の隙間S1 と、水管58と火堰59の隙間S2 とは、等しく(S1 =S2 )してある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この様なものは、水管が円周上に等間隔に一列に配列されていたので、▲1▼乱流促進がない、▲2▼上下偏流が起き易い、▲3▼水管後部に淀みができ易くて次の水管に有効に燃焼ガスが当たらない、▲4▼壁面に沿って流れるガス量が多い、▲5▼排ガス出口付近ではガス流速が低下して伝熱が悪くなる、▲6▼伝熱面が有効に利用できない、という欠点があった。
本発明は、叙上の問題に鑑み、これを解消すべく創案されたもので、その課題とする処は、伝熱面積を増加させる事なくボイラ効率を向上させる様にした温水ボイラを提供するにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明の温水ボイラは、基本的には、上部に蒸気室が形成されるべく熱媒水が封入された缶体と、缶体の蒸気室に設けられた温水熱交換器と、缶体の熱媒水に浸漬されて火堰に依り中心部には燃焼室がその外周にはガス通路が形成された火炉と、上下両端が缶体の熱媒水に連通されて火炉のガス通路に千鳥状に配列された多数の水管と、から構成した事に特徴が存する。
【0005】
火炉の燃焼室で燃料が燃焼されると、燃焼ガスがガス通路を通過して缶体の外部に排出される。そうすると、缶体内の熱媒水が加熱されて蒸発気化され、水蒸気となって上昇されて蒸気室に至り、水蒸気が温水熱交換器に放熱して液化される。温水熱交換器の表面で液化された熱媒水は、下方に流下される。そして、温水熱交換器は、水蒸気の相変化に依る潜熱に依り加熱され、これに依り温水熱交換器内を流れる水が加熱され、給湯や暖房の為に送り出される。
水管は、ガス通路に千鳥状に配列されているので、燃焼ガス側圧損を無闇に増加させる事なく熱伝達率を上げる事ができる。これに依り伝熱面積を増やさずに熱貫流率を向上させると共に、排ガス温度を低下させ、ボイラ効率を向上させる事ができる。又、コンパクトなままで大型機種の開発が可能になる。
【0006】
各水管は、ガス通路を流れる燃焼ガスの温度降下に呼応してガス通路隙間が小さくなる様に設定されているのが好ましい。この様にすれば、水管群全体に亘って熱伝達率を高める事ができ、ボイラ効率をより一層向上させる事ができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の温水ボイラを示す縦断側面図。図2は、図1の横断平面図。図3は、図2のa部分拡大図。図4は、図2のb部分拡大図である。
【0008】
温水ボイラ1は、缶体2、温水熱交換器3、火炉4、水管5とからその主要部が構成されて居り、この例では、真空式温水機にしてある。
【0009】
缶体2は、上部に蒸気室6が形成されるべく熱媒水7が封入されたもので、この例では、竪型の円筒状を呈し、外胴8と、これの上下を閉塞する平板状の外胴天板9及び外胴底板10とを備えて架台11の上に立設されて居り、上部に蒸気室(減圧蒸気室)6が形成されるべく熱媒水7が封入されると共に内部が真空に為されている。
【0010】
温水熱交換器3は、缶体2の蒸気室6に設けられたもので、この例では、缶体2内の蒸気室6に配置されて内部に水が流通される様にしてあり、給湯用熱交換器12と暖房用熱交換器13が設けられている。
【0011】
火炉4は、缶体2の熱媒水7に浸漬されて火堰14に依り中心部には燃焼室15がその外周にはガス通路16が形成されたもので、この例では、竪型の円筒状を呈し、缶体2内の熱媒水7に浸漬された状態で配置されて居り、火炉胴17と、これの上下を閉塞する平板状の火炉胴天板18及び火炉胴底板19と、火炉胴17の内部に同心状に一側部(図2に於て左側)を欠如して設けられてその内側に燃焼室15を形成すると共にその外側に左右一対のガス通路16を形成し且つ内部が中空で上下両端が熱媒水7に連通された火堰14と、火炉胴17の一側部に燃焼室15と缶体2の外部とを連通すべく設けられたバーナ開口20と、バーナ開口20から挿入されてバーナ火炎21が燃焼室15に位置するバーナ22と、火炉胴17の他側部に各ガス通路16と缶体2の外部とを連通すべく設けられたガス出口23とを備えている。
【0012】
水管5は、上下両端が缶体2の熱媒水7に連通されて火炉4のガス通路16に千鳥状に配列された多数のもので、この例では、従来と同様に各ガス通路16に左右同一本数の水管群を備えている。
各水管群は、缶体2及び火炉4と同心状の内外二列のものから成り、内側列の隣接する水管5の間に外側列の水管5が位置すべく所定距離(所定角度)だけずらさせて所謂千鳥形に配列されている。
【0013】
而して、各水管群は、ガス通路16の入口側と出口側との二つの区域A,Bに分けられている。
区域Aは、そのガス通路隙間S' が従来のガス通路隙間Sと略同じ(S' ≒S)にしてあり、圧損の急増を抑えている。
他方、区域Bは、温度降下の為にガス速度が落ちるので、平均ガス速度が略同じになる様に、そのガス通路隙間S" が区域Aのガス通路隙間S' より小さく(S' >S" )してあると共に、従来のガス通路隙間Sより小さく(S>S" )してある。
つまり、区域AとBは、各水管群の入口と出口の平均温度を求めて、その温度を基準にとり、各水管群を流れる燃焼ガスの平均ガス速度が略同じになる様に、区域Aのガス通路隙間S' に比べて区域Bのガス通路隙間S" が小さく(S' >S" )なる様に設定されている。
【0014】
図3、図4に示すようにガス通路隙間S' は、一方の水管5と火炉4の隙間S1 ' と、隣接する水管5同士の隙間S2 ' と、隣接する他方の水管5と火堰14の隙間S3 ' との合計(S' =S1 ' +S2 ' +S3 ' )である。
ガス通路隙間S" は、一方の水管5と火炉4の隙間S1 " と、隣接する水管5同士の隙間S2 " と、隣接する他方の水管5と火堰14の隙間S3 " との合計(S" =S1 " +S2 " +S3 " )である。
又、水管5と火炉4の隙間S1 ' と、水管5と火堰14の隙間S3 ' と、水管5と火炉4の隙間S1 " と、水管5と火堰14の隙間S3 " とは、等しく(S1 ' =S3 ' =S1 " =S3 " )してあると共に、隣接する水管5同士の隙間S2 ' ,S2 " より小さくしてある。
区域AとBの境界温度は、例えば500〜600℃にされる。
【0015】
次に、この様な構成に基づいて作用を述解する。
バーナ22に依り火炉4の燃焼室15で燃料が燃焼されると、燃焼ガスが左右に分流されて各ガス通路16を通過した後、合流されてガス出口23から缶体2の外部に排出される。そうすると、缶体2内の熱媒水7が加熱されて蒸発気化され、水蒸気となって上昇されて蒸気室6に至り、水蒸気が温水熱交換器3に放熱して液化される。温水熱交換器3の表面で液化された熱媒水7は、下方に流下される。そして、温水熱交換器3は、水蒸気の相変化に依る潜熱に依り加熱され、これに依り温水熱交換器3内を流れる水が加熱され、給湯や暖房の為に送り出される。
【0016】
水管5は、ガス通路16に千鳥状に配列されているので、ガス側圧損を無闇に増加させる事なく熱伝達率を上げる事ができる。つまり、区域Aのガス通路隙間S' が従来のガス通路隙間Sと略同じ(S' ≒S)にしてあるので、圧損の急増が抑えられる。又、水管5と火炉4の隙間S1 ' ,S1 " と、水管5と火堰14の隙間S3 ' ,S3 " は、隣接する水管5同士の隙間S2 ' ,S2 " より小さくしてあるので、燃焼ガスを効率良く水管5に当てる事ができる。更に、上下偏流を小さくでき、燃焼ガスのショートパスを防ぐ事ができる。
これらに依り伝熱面積を増やさずに(水管5の本数が従来と同数にして)熱貫流率を向上させると共に、排ガス温度をΔT=70〜80℃低下させ、ボイラ効率を向上させる事ができる。この為、コンパクトなままで大型機種の開発が可能になる。
とりわけ、各水管群は、二つの区域A,Bに分けられ、ガス通路16を流れる燃焼ガスの温度降下に呼応して平均ガス速度が略同じになる様に、区域Aのガス通路隙間S' より区域Bのガス通路隙間S" が小さくなる様に設定されているので、水管全体に亘って熱伝達率を高める事ができ、ボイラ効率をより一層向上させる事ができる。
【0017】
加えて、水管5がガス通路16に千鳥状に配列されているので、ガス通路16の出口部分に水管5がなくなり、熱交換の為の死域がなくなると共に、水洗が行ない易くなる。
【0018】
尚、水管5は、先の例では、二つの区域に分けたが、これに限らず、例えば三つ以上の区域に分けても良い。
水管5は、先の例では、燃焼ガスの温度降下に呼応してガス通路隙間が段階的(二段)に小さくなる様にしたが、これに限らず、例えば指数(対数)に基づいて連続的に小さくなる様にしても良い。
水管5は、先の例では、燃焼ガスの温度降下に呼応してガス通路隙間が小さくなる様にしたが、これに限らず、例えば排ガス温度に呼応してガス通路隙間を調節しても良い。
【0019】
【発明の効果】
以上、既述した如く、本発明に依れば、次の様な優れた効果を奏する事ができる。
(1) 缶体、温水熱交換器、火炉、水管とで構成し、とりわけ上下両端が缶体の熱媒水に連通された多数の水管を、火炉のガス通路に千鳥状に配列したので、伝熱面積を増加させる事なくボイラ効率を向上させる事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の温水ボイラを示す縦断側面図。
【図2】図1の横断平面図。
【図3】図2のa部分拡大図。
【図4】図2のb部分拡大図。
【図5】従来の温水ボイラを示す縦断側面図。
【図6】図5の横断平面図。
【図7】図6のc部分拡大図。
【符号の説明】
1,50…温水ボイラ、2,53…缶体、3,54…温水熱交換器、4,58…火炉、5,59…水管、6,51…蒸発室、7,52…熱媒水、8…外胴、9…外胴天板、10…外胴底板、11…架台、12…給湯用熱交換器、13…暖房用熱交換器、14,55…火堰、15,56…燃焼室、16,57…ガス通路、17…火炉胴、18…火炉胴天板、19…火炉胴底板、20…バーナ開口、21…バーナ火炎、22…バーナ、23…ガス出口、A,B…区域、L…水管ピッチ、S,S' ,S" …ガス通路隙間。

Claims (2)

  1. 上部に蒸気室が形成されるべく熱媒水が封入された缶体と、缶体の蒸気室に設けられた温水熱交換器と、缶体の熱媒水に浸漬されて火堰に依り中心部には燃焼室がその外周にはガス通路が形成された火炉と、上下両端が缶体の熱媒水に連通されて火炉のガス通路に千鳥状に配列された多数の水管と、から構成し、水管は、缶体及び火炉と同心状の内外二列のものから成り、ガス通路隙間は、一方の水管と火炉の隙間と、隣接する水管同士の隙間と、隣接する他方の水管と火堰の隙間との合計であり、水管と火炉の隙間と、水管と火堰の隙間とは、等しくしてあると共に隣接する水管同士の隙間より小さくしてある事を特徴とする温水ボイラ。
  2. 各水管は、ガス通路を流れる燃焼ガスの温度降下に呼応してガス通路隙間が小さくなる様に設定されている請求項1に記載の温水ボイラ。
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