JP3805897B2 - 多管式貫流ボイラ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多管式貫流ボイラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の多管式貫流ボイラとしては、図７に示す如く、ボイラ本体４２内に同心環状をなす第１及び第２加熱管群４５，４６を配置して、横断面円形の燃焼室４３を内側の第１加熱管群４５により囲繞形成すると共に、第１加熱管群４５と第２加熱管群４６との間に形成される環状空間を燃焼ガス通路４４となし、燃焼室４３における燃焼火炎による輻射伝熱と燃焼ガス通路４４を流動する燃焼ガスＧによる接触伝熱（対流伝熱）とによって、加熱管群４５，４６を構成する各加熱管４５ａ，４６ａ内のボイラ水（缶水）への熱吸収が行なわれるように構成したもの（以下「従来ボイラ」という）が周知である。
【０００３】
すなわち、従来ボイラにあって、各加熱管群４５，４６は、図７に示す如く、外周面に上下方向に延びる帯板状の縦ヒレ４５ｂ，４６ｂを突設した複数の加熱管４５ａ…，４６ａ…を環状に配置すると共に隣接する加熱管間を縦ヒレ４５ｂ，４６ｂで連結してなる気密構造壁に構成されている。そして、第１加熱管群４５で構成される燃焼室４３の周壁の所定箇所には、そこに位置する縦ヒレ４５ｂ…を切欠することにより燃焼ガス出口４３ａ…が設けられていて、この燃焼ガス出口４３ａ…から燃焼室４３で発生する燃焼ガスＧが燃焼ガス通路４４へと流出されるように工夫されている。また、燃焼ガス通路４４の両側壁は第１及び第２加熱管群４５，４６で構成されるが、第２加熱管群４６で構成される燃焼ガス通路４４の外側壁は、燃焼ガス出口４３ａ…と径方向に対向する部位で開口され煙道４０に連通されていて、燃焼ガス出口４３ａ…から流出された燃焼ガスＧが第１及び第２加熱管４５ａ…，４６ａ…に接触しつつ燃焼ガス通路４４を流動して、煙道４０へと排出されるようになっている。
【０００４】
したがって、ボイラ水への熱吸収は、第１加熱管４５ａ…においては、燃焼室４３における燃焼火炎による輻射伝熱と燃焼ガス通路４４を流動する燃焼ガスＧによる接触伝熱とによって行なわれ、第２加熱管４６ａ…においては燃焼ガスＧによる接触伝熱のみによって行なわれる。
【０００５】
ところで、一般に、ボイラの高効率化，小形化，省エネルギ化を図るには伝熱面での熱伝達率を向上させることが必要であり、特に、輻射伝熱による熱吸収量が燃焼室４３に設けられる燃焼器による燃焼方法によって必然的に定まることから、接触伝熱面（対流伝熱面）での熱伝達率を向上させることが極めて重要なポイントとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来ボイラにあっては、第１加熱管４５ａ…については、その全面が伝熱面として機能する（縦ヒレ４５ｂが突設された箇所より内側の部分は燃焼火炎による輻射伝熱面として機能し、当該箇所より外側の部分は燃焼ガスＧと接触する接触伝熱面として機能する）が、第２加熱管４６ａ…については、その一部が接触伝熱面として機能するにすぎない。すなわち、各第２加熱管４６ａにおいて、縦ヒレ４６ｂが突設された箇所より内側の部分４６ｃは燃焼ガスＧと接触するが、当該箇所より外側の部分４６ｄは燃焼ガスＧと接触せず、接触伝熱面として機能しない。
【０００７】
このように、従来ボイラは、加熱管群の一部（第２加熱管４６ａの一部４６ｄ）が伝熱面として有効に機能しない構造となっているため、ボイラの高効率化，小形化，省エネルギ化の要請に応えることができないものであった。なお、加熱管４５ａ…，４６ａ…には、一般に、給水予熱器により予熱されたボイラ水が供給されるが、従来ボイラにあっては、かかる給水予熱器がボイラ本体４２外に設置されているため、このことによってもボイラの小型化が妨げられていた。
【０００８】
また、第２加熱管４６ａについては、燃焼ガスＧに接触する部分４６ｃと接触しない部分４６ｄとの間に大きな温度差（管壁温度差）が生じ、これによる熱応力によって変形，破損する虞れがあり、ボイラ構造が安定しないといった問題もあった。
【０００９】
本発明は、このような問題を生じることなく、ボイラの高効率化，小形化，省エネルギ化を図ることができ、構造的にも安定したボイラ機能を発揮しうる多管式貫流ボイラを提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、燃焼室と、燃焼室にその周壁に形成された燃焼ガス出口を介して連通する燃焼ガス通路と、燃焼室の周壁を構成する第１加熱管群と、各第２加熱管の全面に燃焼ガスが接触する状態で燃焼ガス通路に配置された第２加熱管群と、第1及び第２加熱管群の上下端部を連通接続する共通の上部ヘッダ及び下部ヘッダと、前記燃焼ガス通路の周壁を形成する中空構造体から成り、燃焼ガス通路を流動する燃焼ガスとの熱交換により中空構造体内を流通して下部ヘッダへ流入するボイラ水を予熱する給水予熱器とを具備する多管式貫流ボイラにおいて、前記給水予熱器を形成する中空構造体内にボイラ水の流動方向に所定間隔を隔てて並列する複数の仕切壁を設け、隣接する仕切壁に上下に齟齬するボイラ水通過口を形成すると共に、仕切壁の側端部を燃焼ガスとの接触伝熱面から燃焼ガス通路側へ突出させた構成としたことを発明の基本構成とするものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、燃焼室が横断面円形をなすものであり、燃焼ガス通路が燃焼室を囲繞する環状空間であり、燃焼ガス通路の内側壁が燃焼室の周壁たる第１加熱管群で構成されており、燃焼ガス通路の外側壁が給水予熱器に構成されていることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１の発明において、燃焼室と燃焼ガス通路とが、夫々横断面方形をなして縦列しており、燃焼ガス通路の両側壁が給水予熱器に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載する多管式貫流ボイラ。
更に、請求項４の発明は、請求項１、請求項２又は請求項３の発明において、給水予熱器の内部をボイラ水が、燃焼ガス通路における燃焼ガス流動方向と同一方向又は逆方向に流動するようにしたものであり、請求項５の発明は、請求項１、請求項２又は請求項３の発明において、中空壁構造体の上端部が、これと第１及び第２加熱管との上下方向における熱収縮差を吸収すべく変形しうる屈曲板を介して、上部ヘッダに取り付けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて具体的に説明する。
【００１３】
図１及び図２は第１の実施の形態を示したものである。この実施の形態における多管式貫流ボイラ（以下「第１ボイラ」という）１1 は、図１及び図２に示す如く、ボイラ本体２が横断面円形をなすものであり、ボイラ本体２には、上部に燃焼器（図示せず）を配置した燃焼室３と、燃焼室３に連通する燃焼ガス通路４と、上下方向に延びる複数の第１及び第２加熱管５ａ…，６ａ…と、これら加熱管５ａ…，６ａ…の上下端部を連通接続する共通の上部ヘッダ７及び下部ヘッダ８と、下部ヘッダ８に供給するボイラ水（缶水）Ｗを予熱する給水予熱器９とが設けられている。
【００１４】
燃焼室３は、図１に示す如く、ボイラ本体２の中心部に第１加熱管群５で囲繞形成された横断面円形のものである。すなわち、燃焼室３の周壁は、円形状に並列配置された複数の第１加熱管５ａ…からなる第１加熱管群５によって構成されている。各第１加熱管５ａは、その外周面に上下方向に延びる帯板状の縦ヒレ５ｂを突設してなるものであり、隣接する第１加熱管５ａ，５ａは、その間に隙間を生じないように、縦ヒレ５ｂにより連結されている。第１加熱管群５で構成される周壁の適所には、縦ヒレ５ｂ…を切欠することによって形成された燃焼ガス出口３ａ…が設けられている。
【００１５】
燃焼ガス通路４は、図１に示す如く、燃焼室３を囲繞する環状空間であり、ボイラ本体２の径方向対向部位において、燃焼ガス出口３ａ…を介して燃焼室２に連通されると共にボイラ本体２に設けた煙道２０に接続されている。したがって、燃焼室３で発生した燃焼ガスＧは、燃焼ガス出口３ａ…から燃焼ガス通路４に流入し、燃焼ガス通路４内を流動して煙道２０へと流出する。燃焼ガス通路４の両側壁（周壁）の一方である内側壁は、燃焼ガス通路４と燃焼室３とを仕切る気密構造壁であり、燃焼室３の周壁つまり第１加熱管群５によって兼用構成されている。また、燃焼ガス通路４の両側壁の他方である外側壁は、後述する中空壁構造体９ａ，９ｂからなる給水予熱器９によって構成されている。
【００１６】
第２加熱管群６は、複数の第２加熱管６ａ…で構成されており、これらの第２加熱管６ａ…は、相互に連結されておらず全周面に燃焼ガスＧが接触する分散形態をなして、燃焼ガス通路４内に配置されている。すなわち、図１に示す如く、複数の第２加熱管６ａ…を、適当ピッチで第１加熱管群５と同心又は略同心（若干の偏心）をなす一条の円形列形態で、燃焼ガス通路４の幅方向中央部に配置してある。また、煙道２０側（燃焼ガス流動経路の下流側）に位置する適当数の第２加熱管６ａ…には、外周面に環状フィン６ｂ…を突設したフィン付き管が使用されている。
【００１７】
上部ヘッダ７及び下部ヘッダ８は、図２に示す如く、ボイラ本体２の上下部に設けられた中空構造体であり、第１及び第２加熱管５ａ…，６ａ…の上下端部を連通接続している。各加熱管５ａ，６ａの上下端部は、上部ヘッダ７の下面部を構成する上部管寄せ板７ａ及び下部ヘッダ８の上面部を構成する下部管寄せ板８ａに固着されている。上部ヘッダ７には気水分離器等を備えた蒸気路２１が接続されており、下部ヘッダ８には後述の給水路２２が接続されている。
【００１８】
給水予熱器９は、図１及び図２に示す如く、分解可能な構造をなすものであり、燃焼ガス通路４に沿って円弧状に延びる一対の中空壁構造体９ａ，９ｂからなり、両中空壁構造体９ａ，９ｂの一端部を煙道２０の周壁部（フランジ部）に連結すると共に当該両中空壁構造体９ａ，９ｂの他端部同士を連結することによって、燃焼ガス通路４の外側壁（ボイラ本体２の周壁（ケーシング）としても機能する）を構成している。両中空壁構造体９ａ，９ｂの一端部（煙道２０側の端部）に、夫々、ボイラ水供給源（図示せず）から導いた送水路２３及び下部ヘッダ８に導いた給水路２２を接続すると共に、両中空壁構造体９ａ，９ｂの他端部を連通路２４により連通接続してあって、送水路２３から一方の中空壁構造体９ａに導入されたボイラ水Ｗが連通路２４を介して両中空壁構造体９ａ，９ｂ内を順次通過した上、給水路２２から下部ヘッダ８に供給されるようになっている。各中空壁構造体９ａ，９ｂは、図２に示す如く、横幅の狭い（例えば、１０ｍｍ程度）縦断面矩形状をなす金属箱体であり、燃焼ガス通路４に面する側壁を伝熱面９ｃに構成して、中空壁構造体９ａ，９ｂ内を流動するボイラ水Ｗが燃焼ガス通路４を流動する燃焼ガスＧとの熱交換により加熱されるようになっている。
【００１９】
各中空壁構造体９ａ，９ｂの上下端部は、図２に示す如く、ヘッダ７，８の管寄せ板７ａ，８ａに取り付けられているが、特に、上端部は、中空壁構造体９ａ，９ｂと加熱管５ａ…，６ａ…との上下方向における熱収縮差（熱歪量差）を吸収すべく変形しうる屈曲板９ｄを介して、上部ヘッダ７に取り付けられている。すなわち、各中空壁構造体９ａ，９ｂの上端部は、これに突設した屈曲板９ｄを介して、図２に示す如く、上部管寄せ板７ａにこれとの間に若干の隙間２５を有した状態で取り付けられている。各屈曲板９ｄは中間部９ｅを屈曲させたものであり、上下端部を管寄せ板７ａ，８ａに固着された中空壁構造体９ａ，９ｂと加熱管５ａ…，６ａ…との間の熱収縮差を屈曲部９ｅの変形により吸収する。なお、各屈曲板９ｄは中空壁構造体９ａ，９ｂの全長に亘って延びる断面一様の帯状板である。
【００２０】
以上のように構成された第１ボイラ１1 にあっては、給水路２３から下部ヘッダ８に供給されたボイラ水Ｗは、各加熱管５ａ，６ａ内を上昇する間において、燃焼室３における燃焼火炎による輻射伝熱と燃焼ガス通路４を流動する燃焼ガスＧによる接触伝熱（対流伝熱）とにより加熱されて蒸発を開始し、爾後、気液混合体となって上部ヘッダ７へと上昇していき、蒸気路２１へと取り出される。
【００２１】
このとき、各第１加熱管５ａについては、従来ボイラにおけると同様に、その全面が輻射伝熱面及び接触伝熱面として機能する。一方、各第２加熱管６ａについては、その全面が燃焼ガスＧと接触して、接触伝熱面として機能することから、第２加熱管６ａ…による熱伝達率が従来ボイラにおける第２加熱管４６ａ…に比して大幅に向上する。
【００２２】
また、加熱管５ａ…，６ａ…に供給されるボイラ水Ｗは給水予熱器９によって予熱されるが、その予熱は燃焼ガス通路４を流動する燃焼ガスＧによる接触伝熱（対流伝熱）により行なわれる。すなわち、燃焼ガス通路４の外側壁は給水予熱器９を構成する中空壁構造体９ａ，９ｂで構成されていて、その伝熱面９ｃ，９ｃが燃焼ガスＧに接触することから、ボイラ水Ｗは中空壁構造体９ａ，９ｂを通過する間において、燃焼ガスＧとの熱交換により加熱（予熱）されることになる。
【００２３】
このように、第１ボイラ１1 によれば、燃焼室３及び燃焼ガス通路４における伝熱面を最大限有効に活用することができ、ボイラの高効率化，省エネルギ化を図ることができる。
【００２４】
また、第１加熱管５ａについては勿論、第２加熱管６ａについても、上記した如く全面が伝熱面として機能することから、管壁温度が大きく異なる部分が生じず、温度差による熱応力が生じない。ところで、給水予熱器９を構成する中空壁構造体９ａ，９ｂと加熱管５ａ…，６ａ…とは、構造上、熱収縮量が異なり、それらの間には顕著な熱収縮差が生じることになる。したがって、これらの上下端部が共通のヘッダ８，９つまり管寄せ板８ａ，９ａに連結されていることから、かかる熱収縮差によって、当該連結構造が破損する虞れが生じる。しかし、各中空壁構造体９ａ，９ｂの上端部は、上記した如く、上下方向に変形可能な屈曲板９ｄを介して、上部管寄せ板７ａにこれとの間に若干の隙間２５を有した状態で取り付けられていることから、上記熱収縮差は屈曲板９ｄの変形により吸収され、当該連結構造に悪影響を及ぼすことがない。しかも、ボイラ本体２の周壁（ケーシング）は燃焼ガスＧに直接触れるものであるが、ボイラ水Ｗが流動する中空壁構造体９ａ，９ｂからなる水冷構造壁に構成されていることから、熱損，焼損するようなことがない。これらのことから、第１ボイラ１1 にあっては、熱的要因により構造が不安定となることがなく、構造的にも安定したボイラ機能を発揮することができる。
【００２５】
また、加熱管５ａ…，６ａ…の全面を伝熱面として機能させることができることから、要求されるボイラ効率が同一であれば、従来ボイラに比して、加熱管の設置数を減少させることができる。しかも、燃焼ガス通路４の周壁（ボイラ本体２の周壁）を給水予熱器９に構成したから、従来ボイラのように給水予熱器をボイラ本体４２外に設置する場合に比して、ボイラ全体を大幅に小型化することができる。これらのことから、第１ボイラ１1 にあっては、従来ボイラに比して大幅な小型化を実現することができる。
【００２６】
また、ボイラ本体２の周壁（ケーシング）でもある給水予熱器９を分解可能な一対の中空壁構造体９ａ，９ｂで構成するようにしたから、ボイラの保守，管理も極めて容易となる。しかも、第２加熱管５ａとして縦ヒレ付きのもの使用する必要がないことから、伝熱面製作が容易となり、縦ヒレ溶接等による熱変形対策に要する煩わしさもない。
【００２７】
また、図３〜図５は第２の実施の形態を示すものであり、この実施の形態における本発明に係る多管式貫流ボイラ（以下「第２ボイラ」という）１2 は、図３及び図４に示す如く、ボイラ本体１２が前後方向（図３における上下方向）に長尺な横断面矩形をなすものであり、ボイラ本体１２には、前後方向に連通状態に縦列する燃焼室１３及び燃焼ガス通路１４と、上下方向に延びる複数の第１及び第２加熱管１５ａ…，１６ａ…と、これら加熱管１５ａ…，１６ａ…の上下端部を連通接続する共通の上部ヘッダ１７及び下部ヘッダ１８と、下部ヘッダ１８に供給するボイラ水Ｗを予熱する給水予熱器１９とが設けられている。
【００２８】
燃焼室１３は、図３に示す如く、ボイラ本体１２の前部に配して、第１加熱管群１５で囲繞形成された横断面矩形のものであり、前端に設けた耐火壁部１３ｂには適宜の燃焼器（図示せず）が配置されている。燃焼室１３の周壁は、耐火壁部１３ｂに連なってコ字状に並列配置された複数の第１加熱管１５ａ…によって構成されている。燃焼室１３の左右（図３における左右）に位置する第１加熱管１５ａ…は、気密壁構造をなすために、相互に密接した状態で配置されている。なお、かかる気密壁構造は、これらの第１加熱管１５ａ…を、第１ボイラ１1 における第１加熱管５ａと同様の縦ヒレ付きのものに構成して、その縦ヒレにより相互連結することによっても得ることが可能である。また、燃焼室１３の後壁を構成すべく左右に並列する第１加熱管１５´ａ…は、これらを密接させず、左右方向に所定間隔を隔てて配置されており、これらの加熱管１５´ａ…間の隙間を燃焼ガス出口１３ａ…としてある。
【００２９】
燃焼ガス通路１４は、図１に示す如く、ボイラ本体１２の後部側に配して形成された横断面矩形状の空間であり、前端部が燃焼ガス出口１３ａ…を介して燃焼室１３に連通されると共に後端部がボイラ本体１２に設けた煙道３０に接続されている。燃焼ガス通路１４の両側壁は、ボイラ本体１２の左右側壁（ケーシング）に兼用構成されており、後述する中空壁構造の給水予熱器１９によって構成されている。
【００３０】
第２加熱管群１６は、第１ボイラ１1 におけると同様に、これを構成する複数の第２加熱管１６ａ…が相互に連結されておらず且つ燃焼ガス通路１４の両側壁に接触しない分散形態（全面が燃焼ガスＧに接触しうる形態）をなして、燃焼ガス通路１４内に配置されている。すなわち、図３に示す如く、複数の第２加熱管１６ａ…を、適当ピッチで前後方向及び左右方向に並列する形態で、燃焼ガス通路１４の全域に配置してある。また、煙道３０側（燃焼ガス流動経路の下流側）に位置する適当数の第２加熱管１６ａ…には、外周面に環状フィン１６ｂ…を突設したフィン付き管が使用されている。
【００３１】
上部ヘッダ１７及び下部ヘッダ１８は、図４に示す如く、ボイラ本体１２の上下部に設けられた中空構造をなすものであり、第１加熱管１５ａ…，１５´ａ…及び第２加熱管１６ａ…の上下端部を連通接続している。各加熱管１５ａ，１５´ａ，１６ａの上下端部は、上部ヘッダ１７の下面部を構成する上部管寄せ板１７ａ及び下部ヘッダ１８の上面部を構成する下部管寄せ板１８ａに固着されている。上部ヘッダ１７には気水分離器等を備えた蒸気路３１が接続されており、下部ヘッダ１８には後述の給水路３２が接続されている。
【００３２】
給水予熱器１９は、図３及び図４に示す如く、燃焼ガス通路１４に沿って前後方向に直線状に延びる左右一対の中空壁構造体１９ａ，１９ｂからなり、両中空壁構造体１９ａ，１９ｂの前端部をボイラ本体１２の前壁１２ａに連結すると共に後端部を煙道３０の周壁部（フランジ部）に連結することによって、燃焼ガス通路１４の両側壁を含むボイラ本体１２の両側壁（ケーシング）を構成している。両中空壁構造体１９ａ，１９ｂの前端部に、夫々、下部ヘッダ１８に導いた給水路３２及びボイラ水供給源（図示せず）から導いた送水路３３を接続すると共に、両中空壁構造体１９ａ，１９ｂの後端部を連通路３４により連通接続してあって、送水路３３から導入された一方の中空壁構造体１９ｂに導入されたボイラ水Ｗが、当該中空壁構造体１９ｂ内を燃焼ガスＧの流動方向と同一方向に流動し、更に連通路３４を経て、他方の中空壁構造体１９ａ内を当該燃焼ガスＧの流動方向と逆方向に流動した上、給水路３２から下部ヘッダ１８に供給されるようになっている。
【００３３】
各中空壁構造体１９ａ，１９ｂは、図３及び図４に示す如く、横幅の狭い（例えば、１０ｍｍ程度）縦断面矩形状をなす金属箱であり、燃焼ガス通路１４に面する側壁を接触伝熱面（対流伝熱面）１９ｃに構成して、中空壁構造体１９ａ，１９ｂ内を流動するボイラ水Ｗが、燃焼ガス通路４を流動する燃焼ガスＧとの熱交換により加熱されるようになっている。
【００３４】
ところで、小型の多管式貫流ボイラにあっては、一般に、上限機種が蒸発量換算２０００ｋｇ／ｈであり、実際の蒸発量は給水温度２０℃，蒸気圧７ｋｇ／ｃｍ2 の条件下で約１６８４ｋｇ／ｈであり、その２倍程度をレベルコントロールで給水していることから、給水予熱器１９内でのボイラ水Ｗの流速を気泡が滞留しないように１ｍ／ｓ以上となるように工夫しておくことが好ましい。そこで、第２ボイラ１2 にあっては、図５に示す如く、各中空壁構造体１９ａ，１９ｂ内に、ボイラ水Ｗの流動方向に所定間隔を隔てて並列する複数の仕切壁１９ｆ…を設けると共に、隣接する仕切壁１９ｆ，１９ｆに上下に齟齬するボイラ水通過口１９ｇ，１９ｇを形成して、ボイラ水Ｗが上下に蛇行しつつ１ｍ／ｓ以上の流速で流動するように工夫してある。なお、１ｍ／ｓ以上の流速を確保するために、各中空壁構造体１９ａ，１９ｂの横幅は極めて小さくなる（一般に、１０ｍｍ程度となる）。
【００３５】
また、各中空壁構造体１９ａ，１９ｂの上下端部は、図４に示す如く、第１ボイラ１1 における中空壁構造体９ａ，９ｂと同様構造をなしてヘッダ１７，１８の管寄せ板１７ａ，１８ａに取り付けられている。すなわち、各中空壁構造体１９ａ，１９ｂの上端部を、上部管寄せ板１７ａとの間に若干の隙間３５を有した状態で、屈曲部１９ｅを有する屈曲板１９ｄを介して上部管寄せ板１７ａに取り付けてある。
【００３６】
以上のように構成された第２ボイラ１2 にあっては、第１ボイラ１1 と同様の作用効果が奏せられ、ボイラの高効率化，小型化，省エネルギ化を図ることができ、構造上も安定したボイラ機能を発揮することができる。
【００３７】
すなわち、各第２加熱管１６ａの全面が燃焼ガスＧと接触して、接触伝熱面として機能することから、第２加熱管１６ａ…による熱伝達率が大幅に向上する。また、ボイラ水Ｗの予熱は、燃焼ガス通路１４の両側壁を構成する中空壁構造体１９ａ，１９ｂと燃焼ガスＧとの接触により効果的に行なわれる。したがって、第２ボイラ１2 によれば、燃焼室１３及び燃焼ガス通路１４における伝熱面を最大限有効に活用することができ、ボイラの高効率化，省エネルギ化を図ることができる。
【００３８】
また、各加熱管１５ａ，１６ａの全面が伝熱面として機能することから、管壁温度差による熱応力が生じない。また、中空壁構造体１９ａ，１９ｂと加熱管５ａ…，６ａ…との間の熱収縮差は、屈曲板１９ｄの変形により吸収されて、ヘッダ１７，１８との連結構造に悪影響を及ぼすことがない。したがって、第２ボイラ１2 にあっては、熱的要因により構造が不安定となることがなく、構造的にも安定したボイラ機能を発揮することができる。
【００３９】
また、燃焼ガス通路１４の両側壁（ボイラ本体１２の両側壁（ケーシング））を給水予熱器１９に構成したから、給水予熱器をボイラ本体外に設置する場合に比して、ボイラ全体を大幅に小型化することができる。また、ボイラ本体１２の周壁でもある給水予熱器１９を分解可能な一対の中空壁構造体１９ａ，１９ｂで構成するようにしたから、ボイラの保守，管理も極めて容易となる。
【００４０】
なお、本発明は、上記した各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において、適宜に改良，変更することができる。
【００４１】
例えば、第２加熱管６ａ…，１６ａ…の設置数，配置は、要求されるボイラ条件に応じて任意に設定することができる。すなわち、従来ボイラでは、第２加熱管４６ａ…が燃焼ガス通路４４の周壁（外側壁）を構成しており、気密壁構造であることが要求されることから、その設置数，配置には一定の制限がある。しかし、本発明に係るボイラ１1 ，１2 にあっては、第２加熱管６ａ…，１６ａ…が燃焼ガス通路４，１４内に配置されるものであり、相互に連結しておく必要がないものであることから、このような設置数，配置に関する制限はない。したがって、要求されるボイラ条件に応じて、第２加熱管６ａ…，１６ａ…を千鳥状等の任意の配置形態としておくことができ、その形状（フィンの有無等）も任意に設定することができ、ボイラ条件の異なる広範な用途に供することができる。例えば、温水ボイラ等としても使用することができる。
【００４２】
また、第１ボイラ１1 の中空壁構造体９ａ，９ｂにあっても、第２ボイラ１2 における仕切壁１９ｆ…と同様の仕切壁を設けることができる。また、仕切壁１９ｆ…を設ける場合にあっては、図６に示す如く、各仕切壁１９ｆの側端部を、接触伝熱面１９ｃから燃焼ガス通路１４側へと突出させて、接触伝熱面１９ｃとこれに隣接する第２加熱管１６ａ…との間における燃焼ガスＧの流動を攪拌させることにより、燃焼ガスＧとの接触伝熱効率をより向上させることができる。この場合、図６に示す如く、燃焼ガスＧの流動方向における第２加熱管１６ａ…と仕切壁１９ｆ…とのピッチを齟齬させておく（例えば、半ピッチ齟齬させておく）ことが好ましい。
【００４３】
また、屈曲板９ｄ，１９ｄは、加熱管５ａ…，６ａ…，１５ａ…，１６ａ…と中空壁構造体９ａ，９ｂ，１９ａ，１９ｂとの上下方向における熱収縮差を吸収すべく変形できるものであれば、その形状は任意である。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明から容易に理解されるように、本発明の多管式貫流ボイラによれば、第１加熱管については勿論、第２加熱管についてもその全面を伝熱面（接触伝熱面）として機能させることができると共に、燃焼ガス通路の周壁を形成する中空構造体から成る給水予熱器の前記中空構造体の内部に、ボイラ水の流動方向に所定の間隔を隔てて並列する複数の仕切壁を設け、当該仕切壁の側端部を燃焼ガスとの接触伝熱面から燃焼ガス通路側へ突出させて、接触伝熱面とこれに隣接する第２加熱管との間における燃焼ガスの流動を攪拌させることにより、燃焼ガスとの接触伝熱効率をより向上させることが可能となる。その結果、中空構造体から成る給水予熱器でもってボイラ水を燃焼ガスにより予熱できることとも相俟って、冒頭で述べた如き問題を生じることなく、ボイラの大幅な高効率化、小型化、省エネルギ化等を容易に図ることができる。
【００４５】
また、本発明の多管式貫流ボイラは、第２加熱管の設置数，配置等をボイラ条件に応じて任意に設定することができ、その自由度が高いことから、極めて広範な用途に供しうるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１ボイラを示す横断平面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う縦断正面図である。
【図３】第２ボイラを示す横断平面図である。
【図４】図３のIV−IV線に沿う縦断正面図である。
【図５】第２ボイラの要部（給水予熱器）を示す一部切欠の斜視図である。
【図６】給水予熱器の変形例を示す要部の横断平面図である。
【図７】従来ボイラを示す横断平面図である。
【符号の説明】
１1 …第１ボイラ（多管式貫流ボイラ）、１2 …第２ボイラ（多管式貫流ボイラ）、３，１３…燃焼室、３ａ，１３ａ…燃焼ガス出口、４，１４…燃焼ガス通路、５，１５…第１加熱管群、５ａ，１５ａ，１５´ａ…第１加熱管、６，１６…第２加熱管群、６ａ，１６ａ…第２加熱管、７，１７…上部ヘッダ、８，１８…下部ヘッダ、９，１９…給水予熱器、９ａ，９ｂ，１９ａ，１９ｂ…中空壁構造体、９ｃ，１９ｃ…接触伝熱面（対流伝熱面）、９ｄ，１９ｄ…屈曲板、９ｅ，１９ｅ…屈曲部、１９ｆ…仕切壁、１９ｇ…ボイラ通過口、Ｇ…燃焼ガス、Ｗ…ボイラ水（缶水）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、多管式貫流ボイラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の多管式貫流ボイラとしては、図７に示す如く、ボイラ本体４２内に同心環状をなす第１及び第２加熱管群４５，４６を配置して、横断面円形の燃焼室４３を内側の第１加熱管群４５により囲繞形成すると共に、第１加熱管群４５と第２加熱管群４６との間に形成される環状空間を燃焼ガス通路４４となし、燃焼室４３における燃焼火炎による輻射伝熱と燃焼ガス通路４４を流動する燃焼ガスＧによる接触伝熱（対流伝熱）とによって、加熱管群４５，４６を構成する各加熱管４５ａ，４６ａ内のボイラ水（缶水）への熱吸収が行なわれるように構成したもの（以下「従来ボイラ」という）が周知である。
【０００３】
すなわち、従来ボイラにあって、各加熱管群４５，４６は、図７に示す如く、外周面に上下方向に延びる帯板状の縦ヒレ４５ｂ，４６ｂを突設した複数の加熱管４５ａ…，４６ａ…を環状に配置すると共に隣接する加熱管間を縦ヒレ４５ｂ，４６ｂで連結してなる気密構造壁に構成されている。そして、第１加熱管群４５で構成される燃焼室４３の周壁の所定箇所には、そこに位置する縦ヒレ４５ｂ…を切欠することにより燃焼ガス出口４３ａ…が設けられていて、この燃焼ガス出口４３ａ…から燃焼室４３で発生する燃焼ガスＧが燃焼ガス通路４４へと流出されるように工夫されている。また、燃焼ガス通路４４の両側壁は第１及び第２加熱管群４５，４６で構成されるが、第２加熱管群４６で構成される燃焼ガス通路４４の外側壁は、燃焼ガス出口４３ａ…と径方向に対向する部位で開口され煙道４０に連通されていて、燃焼ガス出口４３ａ…から流出された燃焼ガスＧが第１及び第２加熱管４５ａ…，４６ａ…に接触しつつ燃焼ガス通路４４を流動して、煙道４０へと排出されるようになっている。
【０００４】
したがって、ボイラ水への熱吸収は、第１加熱管４５ａ…においては、燃焼室４３における燃焼火炎による輻射伝熱と燃焼ガス通路４４を流動する燃焼ガスＧによる接触伝熱とによって行なわれ、第２加熱管４６ａ…においては燃焼ガスＧによる接触伝熱のみによって行なわれる。
【０００５】
ところで、一般に、ボイラの高効率化，小形化，省エネルギ化を図るには伝熱面での熱伝達率を向上させることが必要であり、特に、輻射伝熱による熱吸収量が燃焼室４３に設けられる燃焼器による燃焼方法によって必然的に定まることから、接触伝熱面（対流伝熱面）での熱伝達率を向上させることが極めて重要なポイントとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来ボイラにあっては、第１加熱管４５ａ…については、その全面が伝熱面として機能する（縦ヒレ４５ｂが突設された箇所より内側の部分は燃焼火炎による輻射伝熱面として機能し、当該箇所より外側の部分は燃焼ガスＧと接触する接触伝熱面として機能する）が、第２加熱管４６ａ…については、その一部が接触伝熱面として機能するにすぎない。すなわち、各第２加熱管４６ａにおいて、縦ヒレ４６ｂが突設された箇所より内側の部分４６ｃは燃焼ガスＧと接触するが、当該箇所より外側の部分４６ｄは燃焼ガスＧと接触せず、接触伝熱面として機能しない。
【０００７】
このように、従来ボイラは、加熱管群の一部（第２加熱管４６ａの一部４６ｄ）が伝熱面として有効に機能しない構造となっているため、ボイラの高効率化，小形化，省エネルギ化の要請に応えることができないものであった。なお、加熱管４５ａ…，４６ａ…には、一般に、給水予熱器により予熱されたボイラ水が供給されるが、従来ボイラにあっては、かかる給水予熱器がボイラ本体４２外に設置されているため、このことによってもボイラの小型化が妨げられていた。
【０００８】
また、第２加熱管４６ａについては、燃焼ガスＧに接触する部分４６ｃと接触しない部分４６ｄとの間に大きな温度差（管壁温度差）が生じ、これによる熱応力によって変形，破損する虞れがあり、ボイラ構造が安定しないといった問題もあった。
【０００９】
本発明は、このような問題を生じることなく、ボイラの高効率化，小形化，省エネルギ化を図ることができ、構造的にも安定したボイラ機能を発揮しうる多管式貫流ボイラを提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、燃焼室と、燃焼室にその周壁に形成された燃焼ガス出口を介して連通する燃焼ガス通路と、燃焼室の周壁を構成する第１加熱管群と、各第２加熱管の全面に燃焼ガスが接触する状態で燃焼ガス通路に配置された第２加熱管群と、第1及び第２加熱管群の上下端部を連通接続する共通の上部ヘッダ及び下部ヘッダと、前記燃焼ガス通路の周壁を形成する中空構造体から成り、燃焼ガス通路を流動する燃焼ガスとの熱交換により中空構造体内を流通して下部ヘッダへ流入するボイラ水を予熱する給水予熱器とを具備する多管式貫流ボイラにおいて、前記給水予熱器を形成する中空構造体内にボイラ水の流動方向に所定間隔を隔てて並列する複数の仕切壁を設け、隣接する仕切壁に上下に齟齬するボイラ水通過口を形成すると共に、仕切壁の側端部を燃焼ガスとの接触伝熱面から燃焼ガス通路側へ突出させた構成としたことを発明の基本構成とするものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、燃焼室が横断面円形をなすものであり、燃焼ガス通路が燃焼室を囲繞する環状空間であり、燃焼ガス通路の内側壁が燃焼室の周壁たる第１加熱管群で構成されており、燃焼ガス通路の外側壁が給水予熱器に構成されていることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１の発明において、燃焼室と燃焼ガス通路とが、夫々横断面方形をなして縦列しており、燃焼ガス通路の両側壁が給水予熱器に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載する多管式貫流ボイラ。
更に、請求項４の発明は、請求項１、請求項２又は請求項３の発明において、給水予熱器の内部をボイラ水が、燃焼ガス通路における燃焼ガス流動方向と同一方向又は逆方向に流動するようにしたものであり、請求項５の発明は、請求項１、請求項２又は請求項３の発明において、中空壁構造体の上端部が、これと第１及び第２加熱管との上下方向における熱収縮差を吸収すべく変形しうる屈曲板を介して、上部ヘッダに取り付けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて具体的に説明する。
【００１３】
図１及び図２は第１の実施の形態を示したものである。この実施の形態における多管式貫流ボイラ（以下「第１ボイラ」という）１1 は、図１及び図２に示す如く、ボイラ本体２が横断面円形をなすものであり、ボイラ本体２には、上部に燃焼器（図示せず）を配置した燃焼室３と、燃焼室３に連通する燃焼ガス通路４と、上下方向に延びる複数の第１及び第２加熱管５ａ…，６ａ…と、これら加熱管５ａ…，６ａ…の上下端部を連通接続する共通の上部ヘッダ７及び下部ヘッダ８と、下部ヘッダ８に供給するボイラ水（缶水）Ｗを予熱する給水予熱器９とが設けられている。
【００１４】
燃焼室３は、図１に示す如く、ボイラ本体２の中心部に第１加熱管群５で囲繞形成された横断面円形のものである。すなわち、燃焼室３の周壁は、円形状に並列配置された複数の第１加熱管５ａ…からなる第１加熱管群５によって構成されている。各第１加熱管５ａは、その外周面に上下方向に延びる帯板状の縦ヒレ５ｂを突設してなるものであり、隣接する第１加熱管５ａ，５ａは、その間に隙間を生じないように、縦ヒレ５ｂにより連結されている。第１加熱管群５で構成される周壁の適所には、縦ヒレ５ｂ…を切欠することによって形成された燃焼ガス出口３ａ…が設けられている。
【００１５】
燃焼ガス通路４は、図１に示す如く、燃焼室３を囲繞する環状空間であり、ボイラ本体２の径方向対向部位において、燃焼ガス出口３ａ…を介して燃焼室２に連通されると共にボイラ本体２に設けた煙道２０に接続されている。したがって、燃焼室３で発生した燃焼ガスＧは、燃焼ガス出口３ａ…から燃焼ガス通路４に流入し、燃焼ガス通路４内を流動して煙道２０へと流出する。燃焼ガス通路４の両側壁（周壁）の一方である内側壁は、燃焼ガス通路４と燃焼室３とを仕切る気密構造壁であり、燃焼室３の周壁つまり第１加熱管群５によって兼用構成されている。また、燃焼ガス通路４の両側壁の他方である外側壁は、後述する中空壁構造体９ａ，９ｂからなる給水予熱器９によって構成されている。
【００１６】
第２加熱管群６は、複数の第２加熱管６ａ…で構成されており、これらの第２加熱管６ａ…は、相互に連結されておらず全周面に燃焼ガスＧが接触する分散形態をなして、燃焼ガス通路４内に配置されている。すなわち、図１に示す如く、複数の第２加熱管６ａ…を、適当ピッチで第１加熱管群５と同心又は略同心（若干の偏心）をなす一条の円形列形態で、燃焼ガス通路４の幅方向中央部に配置してある。また、煙道２０側（燃焼ガス流動経路の下流側）に位置する適当数の第２加熱管６ａ…には、外周面に環状フィン６ｂ…を突設したフィン付き管が使用されている。
【００１７】
上部ヘッダ７及び下部ヘッダ８は、図２に示す如く、ボイラ本体２の上下部に設けられた中空構造体であり、第１及び第２加熱管５ａ…，６ａ…の上下端部を連通接続している。各加熱管５ａ，６ａの上下端部は、上部ヘッダ７の下面部を構成する上部管寄せ板７ａ及び下部ヘッダ８の上面部を構成する下部管寄せ板８ａに固着されている。上部ヘッダ７には気水分離器等を備えた蒸気路２１が接続されており、下部ヘッダ８には後述の給水路２２が接続されている。
【００１８】
給水予熱器９は、図１及び図２に示す如く、分解可能な構造をなすものであり、燃焼ガス通路４に沿って円弧状に延びる一対の中空壁構造体９ａ，９ｂからなり、両中空壁構造体９ａ，９ｂの一端部を煙道２０の周壁部（フランジ部）に連結すると共に当該両中空壁構造体９ａ，９ｂの他端部同士を連結することによって、燃焼ガス通路４の外側壁（ボイラ本体２の周壁（ケーシング）としても機能する）を構成している。両中空壁構造体９ａ，９ｂの一端部（煙道２０側の端部）に、夫々、ボイラ水供給源（図示せず）から導いた送水路２３及び下部ヘッダ８に導いた給水路２２を接続すると共に、両中空壁構造体９ａ，９ｂの他端部を連通路２４により連通接続してあって、送水路２３から一方の中空壁構造体９ａに導入されたボイラ水Ｗが連通路２４を介して両中空壁構造体９ａ，９ｂ内を順次通過した上、給水路２２から下部ヘッダ８に供給されるようになっている。各中空壁構造体９ａ，９ｂは、図２に示す如く、横幅の狭い（例えば、１０ｍｍ程度）縦断面矩形状をなす金属箱体であり、燃焼ガス通路４に面する側壁を伝熱面９ｃに構成して、中空壁構造体９ａ，９ｂ内を流動するボイラ水Ｗが燃焼ガス通路４を流動する燃焼ガスＧとの熱交換により加熱されるようになっている。
【００１９】
各中空壁構造体９ａ，９ｂの上下端部は、図２に示す如く、ヘッダ７，８の管寄せ板７ａ，８ａに取り付けられているが、特に、上端部は、中空壁構造体９ａ，９ｂと加熱管５ａ…，６ａ…との上下方向における熱収縮差（熱歪量差）を吸収すべく変形しうる屈曲板９ｄを介して、上部ヘッダ７に取り付けられている。すなわち、各中空壁構造体９ａ，９ｂの上端部は、これに突設した屈曲板９ｄを介して、図２に示す如く、上部管寄せ板７ａにこれとの間に若干の隙間２５を有した状態で取り付けられている。各屈曲板９ｄは中間部９ｅを屈曲させたものであり、上下端部を管寄せ板７ａ，８ａに固着された中空壁構造体９ａ，９ｂと加熱管５ａ…，６ａ…との間の熱収縮差を屈曲部９ｅの変形により吸収する。なお、各屈曲板９ｄは中空壁構造体９ａ，９ｂの全長に亘って延びる断面一様の帯状板である。
【００２０】
以上のように構成された第１ボイラ１1 にあっては、給水路２３から下部ヘッダ８に供給されたボイラ水Ｗは、各加熱管５ａ，６ａ内を上昇する間において、燃焼室３における燃焼火炎による輻射伝熱と燃焼ガス通路４を流動する燃焼ガスＧによる接触伝熱（対流伝熱）とにより加熱されて蒸発を開始し、爾後、気液混合体となって上部ヘッダ７へと上昇していき、蒸気路２１へと取り出される。
【００２１】
このとき、各第１加熱管５ａについては、従来ボイラにおけると同様に、その全面が輻射伝熱面及び接触伝熱面として機能する。一方、各第２加熱管６ａについては、その全面が燃焼ガスＧと接触して、接触伝熱面として機能することから、第２加熱管６ａ…による熱伝達率が従来ボイラにおける第２加熱管４６ａ…に比して大幅に向上する。
【００２２】
また、加熱管５ａ…，６ａ…に供給されるボイラ水Ｗは給水予熱器９によって予熱されるが、その予熱は燃焼ガス通路４を流動する燃焼ガスＧによる接触伝熱（対流伝熱）により行なわれる。すなわち、燃焼ガス通路４の外側壁は給水予熱器９を構成する中空壁構造体９ａ，９ｂで構成されていて、その伝熱面９ｃ，９ｃが燃焼ガスＧに接触することから、ボイラ水Ｗは中空壁構造体９ａ，９ｂを通過する間において、燃焼ガスＧとの熱交換により加熱（予熱）されることになる。
【００２３】
このように、第１ボイラ１1 によれば、燃焼室３及び燃焼ガス通路４における伝熱面を最大限有効に活用することができ、ボイラの高効率化，省エネルギ化を図ることができる。
【００２４】
また、第１加熱管５ａについては勿論、第２加熱管６ａについても、上記した如く全面が伝熱面として機能することから、管壁温度が大きく異なる部分が生じず、温度差による熱応力が生じない。ところで、給水予熱器９を構成する中空壁構造体９ａ，９ｂと加熱管５ａ…，６ａ…とは、構造上、熱収縮量が異なり、それらの間には顕著な熱収縮差が生じることになる。したがって、これらの上下端部が共通のヘッダ８，９つまり管寄せ板８ａ，９ａに連結されていることから、かかる熱収縮差によって、当該連結構造が破損する虞れが生じる。しかし、各中空壁構造体９ａ，９ｂの上端部は、上記した如く、上下方向に変形可能な屈曲板９ｄを介して、上部管寄せ板７ａにこれとの間に若干の隙間２５を有した状態で取り付けられていることから、上記熱収縮差は屈曲板９ｄの変形により吸収され、当該連結構造に悪影響を及ぼすことがない。しかも、ボイラ本体２の周壁（ケーシング）は燃焼ガスＧに直接触れるものであるが、ボイラ水Ｗが流動する中空壁構造体９ａ，９ｂからなる水冷構造壁に構成されていることから、熱損，焼損するようなことがない。これらのことから、第１ボイラ１1 にあっては、熱的要因により構造が不安定となることがなく、構造的にも安定したボイラ機能を発揮することができる。
【００２５】
また、加熱管５ａ…，６ａ…の全面を伝熱面として機能させることができることから、要求されるボイラ効率が同一であれば、従来ボイラに比して、加熱管の設置数を減少させることができる。しかも、燃焼ガス通路４の周壁（ボイラ本体２の周壁）を給水予熱器９に構成したから、従来ボイラのように給水予熱器をボイラ本体４２外に設置する場合に比して、ボイラ全体を大幅に小型化することができる。これらのことから、第１ボイラ１1 にあっては、従来ボイラに比して大幅な小型化を実現することができる。
【００２６】
また、ボイラ本体２の周壁（ケーシング）でもある給水予熱器９を分解可能な一対の中空壁構造体９ａ，９ｂで構成するようにしたから、ボイラの保守，管理も極めて容易となる。しかも、第２加熱管５ａとして縦ヒレ付きのもの使用する必要がないことから、伝熱面製作が容易となり、縦ヒレ溶接等による熱変形対策に要する煩わしさもない。
【００２７】
また、図３〜図５は第２の実施の形態を示すものであり、この実施の形態における本発明に係る多管式貫流ボイラ（以下「第２ボイラ」という）１2 は、図３及び図４に示す如く、ボイラ本体１２が前後方向（図３における上下方向）に長尺な横断面矩形をなすものであり、ボイラ本体１２には、前後方向に連通状態に縦列する燃焼室１３及び燃焼ガス通路１４と、上下方向に延びる複数の第１及び第２加熱管１５ａ…，１６ａ…と、これら加熱管１５ａ…，１６ａ…の上下端部を連通接続する共通の上部ヘッダ１７及び下部ヘッダ１８と、下部ヘッダ１８に供給するボイラ水Ｗを予熱する給水予熱器１９とが設けられている。
【００２８】
燃焼室１３は、図３に示す如く、ボイラ本体１２の前部に配して、第１加熱管群１５で囲繞形成された横断面矩形のものであり、前端に設けた耐火壁部１３ｂには適宜の燃焼器（図示せず）が配置されている。燃焼室１３の周壁は、耐火壁部１３ｂに連なってコ字状に並列配置された複数の第１加熱管１５ａ…によって構成されている。燃焼室１３の左右（図３における左右）に位置する第１加熱管１５ａ…は、気密壁構造をなすために、相互に密接した状態で配置されている。なお、かかる気密壁構造は、これらの第１加熱管１５ａ…を、第１ボイラ１1 における第１加熱管５ａと同様の縦ヒレ付きのものに構成して、その縦ヒレにより相互連結することによっても得ることが可能である。また、燃焼室１３の後壁を構成すべく左右に並列する第１加熱管１５´ａ…は、これらを密接させず、左右方向に所定間隔を隔てて配置されており、これらの加熱管１５´ａ…間の隙間を燃焼ガス出口１３ａ…としてある。
【００２９】
燃焼ガス通路１４は、図１に示す如く、ボイラ本体１２の後部側に配して形成された横断面矩形状の空間であり、前端部が燃焼ガス出口１３ａ…を介して燃焼室１３に連通されると共に後端部がボイラ本体１２に設けた煙道３０に接続されている。燃焼ガス通路１４の両側壁は、ボイラ本体１２の左右側壁（ケーシング）に兼用構成されており、後述する中空壁構造の給水予熱器１９によって構成されている。
【００３０】
第２加熱管群１６は、第１ボイラ１1 におけると同様に、これを構成する複数の第２加熱管１６ａ…が相互に連結されておらず且つ燃焼ガス通路１４の両側壁に接触しない分散形態（全面が燃焼ガスＧに接触しうる形態）をなして、燃焼ガス通路１４内に配置されている。すなわち、図３に示す如く、複数の第２加熱管１６ａ…を、適当ピッチで前後方向及び左右方向に並列する形態で、燃焼ガス通路１４の全域に配置してある。また、煙道３０側（燃焼ガス流動経路の下流側）に位置する適当数の第２加熱管１６ａ…には、外周面に環状フィン１６ｂ…を突設したフィン付き管が使用されている。
【００３１】
上部ヘッダ１７及び下部ヘッダ１８は、図４に示す如く、ボイラ本体１２の上下部に設けられた中空構造をなすものであり、第１加熱管１５ａ…，１５´ａ…及び第２加熱管１６ａ…の上下端部を連通接続している。各加熱管１５ａ，１５´ａ，１６ａの上下端部は、上部ヘッダ１７の下面部を構成する上部管寄せ板１７ａ及び下部ヘッダ１８の上面部を構成する下部管寄せ板１８ａに固着されている。上部ヘッダ１７には気水分離器等を備えた蒸気路３１が接続されており、下部ヘッダ１８には後述の給水路３２が接続されている。
【００３２】
給水予熱器１９は、図３及び図４に示す如く、燃焼ガス通路１４に沿って前後方向に直線状に延びる左右一対の中空壁構造体１９ａ，１９ｂからなり、両中空壁構造体１９ａ，１９ｂの前端部をボイラ本体１２の前壁１２ａに連結すると共に後端部を煙道３０の周壁部（フランジ部）に連結することによって、燃焼ガス通路１４の両側壁を含むボイラ本体１２の両側壁（ケーシング）を構成している。両中空壁構造体１９ａ，１９ｂの前端部に、夫々、下部ヘッダ１８に導いた給水路３２及びボイラ水供給源（図示せず）から導いた送水路３３を接続すると共に、両中空壁構造体１９ａ，１９ｂの後端部を連通路３４により連通接続してあって、送水路３３から導入された一方の中空壁構造体１９ｂに導入されたボイラ水Ｗが、当該中空壁構造体１９ｂ内を燃焼ガスＧの流動方向と同一方向に流動し、更に連通路３４を経て、他方の中空壁構造体１９ａ内を当該燃焼ガスＧの流動方向と逆方向に流動した上、給水路３２から下部ヘッダ１８に供給されるようになっている。
【００３３】
各中空壁構造体１９ａ，１９ｂは、図３及び図４に示す如く、横幅の狭い（例えば、１０ｍｍ程度）縦断面矩形状をなす金属箱であり、燃焼ガス通路１４に面する側壁を接触伝熱面（対流伝熱面）１９ｃに構成して、中空壁構造体１９ａ，１９ｂ内を流動するボイラ水Ｗが、燃焼ガス通路４を流動する燃焼ガスＧとの熱交換により加熱されるようになっている。
【００３４】
ところで、小型の多管式貫流ボイラにあっては、一般に、上限機種が蒸発量換算２０００ｋｇ／ｈであり、実際の蒸発量は給水温度２０℃，蒸気圧７ｋｇ／ｃｍ2 の条件下で約１６８４ｋｇ／ｈであり、その２倍程度をレベルコントロールで給水していることから、給水予熱器１９内でのボイラ水Ｗの流速を気泡が滞留しないように１ｍ／ｓ以上となるように工夫しておくことが好ましい。そこで、第２ボイラ１2 にあっては、図５に示す如く、各中空壁構造体１９ａ，１９ｂ内に、ボイラ水Ｗの流動方向に所定間隔を隔てて並列する複数の仕切壁１９ｆ…を設けると共に、隣接する仕切壁１９ｆ，１９ｆに上下に齟齬するボイラ水通過口１９ｇ，１９ｇを形成して、ボイラ水Ｗが上下に蛇行しつつ１ｍ／ｓ以上の流速で流動するように工夫してある。なお、１ｍ／ｓ以上の流速を確保するために、各中空壁構造体１９ａ，１９ｂの横幅は極めて小さくなる（一般に、１０ｍｍ程度となる）。
【００３５】
また、各中空壁構造体１９ａ，１９ｂの上下端部は、図４に示す如く、第１ボイラ１1 における中空壁構造体９ａ，９ｂと同様構造をなしてヘッダ１７，１８の管寄せ板１７ａ，１８ａに取り付けられている。すなわち、各中空壁構造体１９ａ，１９ｂの上端部を、上部管寄せ板１７ａとの間に若干の隙間３５を有した状態で、屈曲部１９ｅを有する屈曲板１９ｄを介して上部管寄せ板１７ａに取り付けてある。
【００３６】
以上のように構成された第２ボイラ１2 にあっては、第１ボイラ１1 と同様の作用効果が奏せられ、ボイラの高効率化，小型化，省エネルギ化を図ることができ、構造上も安定したボイラ機能を発揮することができる。
【００３７】
すなわち、各第２加熱管１６ａの全面が燃焼ガスＧと接触して、接触伝熱面として機能することから、第２加熱管１６ａ…による熱伝達率が大幅に向上する。また、ボイラ水Ｗの予熱は、燃焼ガス通路１４の両側壁を構成する中空壁構造体１９ａ，１９ｂと燃焼ガスＧとの接触により効果的に行なわれる。したがって、第２ボイラ１2 によれば、燃焼室１３及び燃焼ガス通路１４における伝熱面を最大限有効に活用することができ、ボイラの高効率化，省エネルギ化を図ることができる。
【００３８】
また、各加熱管１５ａ，１６ａの全面が伝熱面として機能することから、管壁温度差による熱応力が生じない。また、中空壁構造体１９ａ，１９ｂと加熱管５ａ…，６ａ…との間の熱収縮差は、屈曲板１９ｄの変形により吸収されて、ヘッダ１７，１８との連結構造に悪影響を及ぼすことがない。したがって、第２ボイラ１2 にあっては、熱的要因により構造が不安定となることがなく、構造的にも安定したボイラ機能を発揮することができる。
【００３９】
また、燃焼ガス通路１４の両側壁（ボイラ本体１２の両側壁（ケーシング））を給水予熱器１９に構成したから、給水予熱器をボイラ本体外に設置する場合に比して、ボイラ全体を大幅に小型化することができる。また、ボイラ本体１２の周壁でもある給水予熱器１９を分解可能な一対の中空壁構造体１９ａ，１９ｂで構成するようにしたから、ボイラの保守，管理も極めて容易となる。
【００４０】
なお、本発明は、上記した各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において、適宜に改良，変更することができる。
【００４１】
例えば、第２加熱管６ａ…，１６ａ…の設置数，配置は、要求されるボイラ条件に応じて任意に設定することができる。すなわち、従来ボイラでは、第２加熱管４６ａ…が燃焼ガス通路４４の周壁（外側壁）を構成しており、気密壁構造であることが要求されることから、その設置数，配置には一定の制限がある。しかし、本発明に係るボイラ１1 ，１2 にあっては、第２加熱管６ａ…，１６ａ…が燃焼ガス通路４，１４内に配置されるものであり、相互に連結しておく必要がないものであることから、このような設置数，配置に関する制限はない。したがって、要求されるボイラ条件に応じて、第２加熱管６ａ…，１６ａ…を千鳥状等の任意の配置形態としておくことができ、その形状（フィンの有無等）も任意に設定することができ、ボイラ条件の異なる広範な用途に供することができる。例えば、温水ボイラ等としても使用することができる。
【００４２】
また、第１ボイラ１1 の中空壁構造体９ａ，９ｂにあっても、第２ボイラ１2 における仕切壁１９ｆ…と同様の仕切壁を設けることができる。また、仕切壁１９ｆ…を設ける場合にあっては、図６に示す如く、各仕切壁１９ｆの側端部を、接触伝熱面１９ｃから燃焼ガス通路１４側へと突出させて、接触伝熱面１９ｃとこれに隣接する第２加熱管１６ａ…との間における燃焼ガスＧの流動を攪拌させることにより、燃焼ガスＧとの接触伝熱効率をより向上させることができる。この場合、図６に示す如く、燃焼ガスＧの流動方向における第２加熱管１６ａ…と仕切壁１９ｆ…とのピッチを齟齬させておく（例えば、半ピッチ齟齬させておく）ことが好ましい。
【００４３】
また、屈曲板９ｄ，１９ｄは、加熱管５ａ…，６ａ…，１５ａ…，１６ａ…と中空壁構造体９ａ，９ｂ，１９ａ，１９ｂとの上下方向における熱収縮差を吸収すべく変形できるものであれば、その形状は任意である。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明から容易に理解されるように、本発明の多管式貫流ボイラによれば、第１加熱管については勿論、第２加熱管についてもその全面を伝熱面（接触伝熱面）として機能させることができると共に、燃焼ガス通路の周壁を形成する中空構造体から成る給水予熱器の前記中空構造体の内部に、ボイラ水の流動方向に所定の間隔を隔てて並列する複数の仕切壁を設け、当該仕切壁の側端部を燃焼ガスとの接触伝熱面から燃焼ガス通路側へ突出させて、接触伝熱面とこれに隣接する第２加熱管との間における燃焼ガスの流動を攪拌させることにより、燃焼ガスとの接触伝熱効率をより向上させることが可能となる。その結果、中空構造体から成る給水予熱器でもってボイラ水を燃焼ガスにより予熱できることとも相俟って、冒頭で述べた如き問題を生じることなく、ボイラの大幅な高効率化、小型化、省エネルギ化等を容易に図ることができる。
【００４５】
また、本発明の多管式貫流ボイラは、第２加熱管の設置数，配置等をボイラ条件に応じて任意に設定することができ、その自由度が高いことから、極めて広範な用途に供しうるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１ボイラを示す横断平面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う縦断正面図である。
【図３】第２ボイラを示す横断平面図である。
【図４】図３のIV−IV線に沿う縦断正面図である。
【図５】第２ボイラの要部（給水予熱器）を示す一部切欠の斜視図である。
【図６】給水予熱器の変形例を示す要部の横断平面図である。
【図７】従来ボイラを示す横断平面図である。
【符号の説明】
１1 …第１ボイラ（多管式貫流ボイラ）、１2 …第２ボイラ（多管式貫流ボイラ）、３，１３…燃焼室、３ａ，１３ａ…燃焼ガス出口、４，１４…燃焼ガス通路、５，１５…第１加熱管群、５ａ，１５ａ，１５´ａ…第１加熱管、６，１６…第２加熱管群、６ａ，１６ａ…第２加熱管、７，１７…上部ヘッダ、８，１８…下部ヘッダ、９，１９…給水予熱器、９ａ，９ｂ，１９ａ，１９ｂ…中空壁構造体、９ｃ，１９ｃ…接触伝熱面（対流伝熱面）、９ｄ，１９ｄ…屈曲板、９ｅ，１９ｅ…屈曲部、１９ｆ…仕切壁、１９ｇ…ボイラ通過口、Ｇ…燃焼ガス、Ｗ…ボイラ水（缶水）。
Claims (5)
- 燃焼室と、燃焼室にその周壁に形成された燃焼ガス出口を介して連通する燃焼ガス通路と、燃焼室の周壁を構成する第１加熱管群と、各第２加熱管の全面に燃焼ガスが接触する状態で燃焼ガス通路に配置された第２加熱管群と、第1及び第２加熱管群の上下端部を連通接続する共通の上部ヘッダ及び下部ヘッダと、前記燃焼ガス通路の周壁を形成する中空構造体から成り、燃焼ガス通路を流動する燃焼ガスとの熱交換により中空構造体内を流通して下部ヘッダへ流入するボイラ水を予熱する給水予熱器とを具備する多管式貫流ボイラにおいて、前記給水予熱器を形成する中空構造体内にボイラ水の流動方向に所定間隔を隔てて並列する複数の仕切壁を設け、隣接する仕切壁に上下に齟齬するボイラ水通過口を形成すると共に、仕切壁の側端部を燃焼ガスとの接触伝熱面から燃焼ガス通路側へ突出させた構成としたことを特徴とする多管式貫流ボイラ。
- 燃焼室が横断面円形をなすものであり、燃焼ガス通路が燃焼室を囲繞する環状空間であり、燃焼ガス通路の内側壁が燃焼室の周壁たる第１加熱管群で構成されており、燃焼ガス通路の外側壁が給水予熱器に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載する多管式貫流ボイラ。
- 燃焼室と燃焼ガス通路とが、夫々横断面方形をなして縦列しており、燃焼ガス通路の両側壁が給水予熱器に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載する多管式貫流ボイラ。
- 給水予熱器の内部をボイラ水が燃焼ガス通路における燃焼ガス流動方向と同一方向又は逆方向に流動する構成とした請求項１、請求項２又は請求項３に記載の多管式貫流ボイラ。
- 中空壁構造体の上端部が、これと第１及び第２加熱管との上下方向における熱収縮差を吸収すべく変形しうる屈曲板を介して、上部ヘッダに取り付けられている請求項１、請求項２又は請求項３に記載の多管式貫流ボイラ。
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