JP4165097B2 - 水管ボイラ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、貫流ボイラ，自然循環式水管ボイラ，強制循環式水管ボイラなどの水管ボイラの缶体構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水管ボイラの缶体構造には、複数本の水管を環状に配置して内側水管列を形成し、この内側水管列の内側を燃焼室とし、前記内側水管列の外側にさらに複数本の水管を環状に配置して外側水管列を形成し、両水管列の間にガス通路を形成したものがある。前記燃焼室内では主に輻射による伝熱が行われ、前記ガス通路では主に対流による伝熱が行われる。
【０００３】
前記水管ボイラでは、ボイラ効率の向上を図るために、前記水管に伝熱フィンを設けて伝熱面積を増大させる対策が実施されている。具体的には、前記外側水管列に設けた開口部近傍の所定本数の外側水管に全周フィンを設けて、ボイラ効率の向上を図っているものがある（たとえば、特開平９−１３３３０１号公報参照）。しかし、前記ガス通路に面している伝熱面のうち、前記外側水管列の一部の伝熱面構造しか改善がなされていない。すなわち、前記伝熱面の構造が、前記外側水管列の開口部近傍とそれより上流側の２段階に設定されたものに過ぎない。しかも、前記全周フィンを設けた水管は、前記全周フィンの焼損を防止するために、ガス温度が所定温度以下に低下した領域に設けられるが、この領域は、前記ガス通路全体からすると下流側のごく限られた領域である。したがって、伝熱量の増加が充分に図られたものとはなっていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題は、ガス通路に面する伝熱面を全体的に改善して，すなわち伝熱面構造を３段階とし、ボイラ効率のさらなる向上を図るとともに、缶体全体のスリム化を図ることである。
【０００５】
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、複数の水管により構成され、第一開口部を備えた環状の第一水管列と、複数の水管により構成され、前記第一開口部に対して約１８０度反対側に設けられる第二開口部を備えた環状の第二水管列とからなり、前記第一水管列の外側に前記第二水管列を配置するとともに、前記第一水管列の内側に燃焼室７を設け、前記燃焼室を出たガスが前記第一開口部で分岐して前記第二開口部において合流するように前記両水管列の間に前記第一開口部から前記第二開口部へ至るガス通路を対流伝熱流路として形成した水管ボイラにおいて、前記ガス通路に面する前記両水管列の伝熱面をガスの流れに沿って上流側から高温域伝熱面構造、中温域伝熱面構造および低温域伝熱面構造とし、前記高温域伝熱面構造は、前記両水管列をフィン無し水管による水管壁構造とし、前記中温域伝熱面構造は、前記第一水管列および前記第二水管列を複数の片側フィン付水管による水管壁構造とし、前記低温域伝熱面構造は、前記第一水管列を互いに縦ヒレ部材にて連結した複数のフィン無し水管による水管壁構造とし、前記第二水管列を前記第一水管列の各水管と周方向にほぼ半ピッチずつずらすとともに、内側となる前記第一水管列側が前記フィン無し水管にほぼ接触するように配置した複数の全周フィン付水管から構成し、前記第一水管列と反対側となる前記全周フィン付水管の外側には、ガイド部材がほぼ密着した状態で配置され、このガイド部材は、一端が前記中温域伝熱面構造の第二水管列に連結され他端が前記第二開口部の一端を画成して、前記高温域伝熱面構造の第二水管列および前記中温域伝熱面構造の第二水管列とで前記ガス通路のガス通路壁を構成し、前記高温域伝熱面構造、前記中温域伝熱面構造および前記低温域伝熱面構造におけるガス通路のガス温度をそれぞれ約９００℃〜約１３００℃，約５００℃〜約９００℃，約５００℃以下とし、前記高温域伝熱面構造の第二水管列，前記中温域伝熱面構造の第二水管列および前記ガイド部材の外側に断熱材を設けたことを特徴としている。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、複数の水管３により構成され、第一開口部５を備えた環状の第一水管列４と、複数の水管３により構成され、第二開口部１０を備えた環状の第二水管列９とからなり、前記第一水管列４の外側に前記第二水管列９を配置するとともに、前記第一水管列４の内側に燃焼室７を設け、前記両水管列４，９の間に前記第一開口部５から前記第二開口部１０へ至るガス通路１２を対流伝熱流路として形成し、このガス通路１２に面する前記両水管列４，９の伝熱面をガスの流れに沿って上流側から高温域伝熱面構造，中温域伝熱面構造および低温域伝熱面構造とし、前記高温域伝熱面構造は、前記両水管列４，９をフィン無し水管Ａによる水管壁構造とし、前記中温域伝熱面構造は、少なくとも前記第二水管列９を片側フィン付水管Ｂによる水管壁構造とし、前記低温域伝熱面構造は、前記第一水管列４を片側フィン付水管Ｂによる水管壁構造とするとともに、前記第二水管列９を全周フィン付水管Ｃを互いに所定の間隔をおいて配置した構造としたことを特徴としている。
【０００７】
さらに、請求項３に記載の発明は、前記低温域伝熱面構造を構成する前記片側フィン付水管Ｂが、その軸方向に沿って延在した状態で設けられた第三伝熱フィン２０をもって構成されており、この第三伝熱フィン２０が前記全周フィン付水管Ｃ間へ突出していることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明は、多管式の水管ボイラとして実施され、蒸気ボイラや温水ボイラのほか、熱媒を加熱する熱媒ボイラなどに適用される。
【００１０】
複数の水管により環状の第一水管列が形成され、この第一水管列の内側に燃焼室が設けられている。前記第一水管列の外側に、複数の水管により環状の第二水管列が形成され、この第二水管列と前記第一水管列との間にガス通路が設けられている。前記第一水管列には第一開口部が設けられ、この第一開口部により前記燃焼室と前記ガス通路とが連通している。前記第二水管列には第二開口部が設けられ、この第二開口部により前記ガス通路と煙道とが連通している。
【００１１】
前記ガス通路は、ガスの流れに沿って上流側から順に、ガス温度に応じて高温域，中温域および低温域に区分され、前記ガス通路に面する伝熱面は、前記各温度域に対応して高温域伝熱面構造，中温域伝熱面構造および低温域伝熱面構造がそれぞれ設定されている。これらの各伝熱面構造は、ガス温度に応じて、前記各水管の熱負荷，前記ガス通路の流通抵抗，前記各水管に設けた伝熱フィンの焼損等を考慮した上で最大の伝熱量を得ることができるように、最適の伝熱面構造がそれぞれ設定されている。すなわち、前記高温域伝熱面構造は、前記両水管列が複数のフィン無し水管による水管壁構造に設定され、前記中温域伝熱面構造は、少なくとも前記第二水管列が複数の片側フィン付水管による水管壁構造に設定され、前記低温域伝熱面構造は、前記第一水管列が複数のフィン無し水管による水管壁構造に設定され、前記第二水管列が複数の全周フィン付水管を互いに所定の間隔をおいて配置した構造に設定されている。
【００１２】
まず、前記高温域伝熱面構造について説明する。前記高温域を流れるガスは比較的高温のため、前記高温域伝熱面構造は、前記両水管列とも伝熱フィンを設けないフィン無し水管とし、水管の熱負荷が高くなり過ぎないようにしている。水管の熱負荷が高くなり過ぎないため、スケールが付着しにくく、前記水管の焼損が確実に防止される。
【００１３】
つぎに、前記中温域伝熱面構造について説明する。前記中温域は、前記高温域における伝熱によりガス温度が低下し、それに伴う体積の減少によりガス流速が低下し、その分伝熱量が減少する。そこで、前記中温域伝熱面構造は、前記水管の片側（前記ガス通路側）に伝熱フィンを設けて水管１本当たりの伝熱面積を増大させ、伝熱量を増加させている。前記中温域伝熱面構造は、少なくとも前記第二水管列が前記片側フィン付水管で構成されるが、前記両水管列を前記片側フィン付水管で構成すると、前記中温域における伝熱量がより増加する。
【００１４】
ここにおいて、前記中温域伝熱面構造における前記伝熱フィンは、前記水管の周壁から前記ガス通路へ向けて突出する横ヒレ形状とし、平板状のフィン部材をほぼ水平にかつ前記水管の軸方向に多段状に設けた構成とする。前記伝熱フィンを横ヒレ形状にすると、ガスの流通抵抗が増大せず、圧力損失の少ない缶体構造とすることができる。また、前記伝熱フィンは、前記水管の軸方向に亘って延在する縦ヒレ形状とすることもでき、たとえば平板状，棒状あるいは断面略Ｌ字形状等のフィン部材を前記水管の軸方向に沿って設けた構成とすることもできる。
【００１５】
したがって、前記中温域伝熱面構造が、前記片側フィン付水管で構成されているので、前記中温域におけるガス温度の低下度合いが大きくなる。これにより、前記中温域の下流側におけるガス温度が、前記低温域おける前記全周フィン付水管の伝熱フィンが焼損しない温度まで確実に低下する。また、ガス温度がより上流位置で前記低温域の設定ガス温度まで低下するので、前記中温域における水管本数を減らして、前記中温域における前記ガス通路の長さを短くすることができる。
【００１６】
さらに、前記低温域伝熱面構造について説明する。前記低温域は、前記中温域よりさらにガス温度が低下しているため、前記低温域伝熱面構造は、前記第二水管列を前記全周フィン付水管として、水管１本当たりの伝熱面積をさらに増大させている。また、前記低温域では、前記第二水管列が前記ガス通路内に挿入された構成となり、ガスが前記第二水管列の内外両側を流れ、水管の周壁全体にガスが接触して伝熱が行われることにより、伝熱量が大幅に増加する。
【００１７】
ここにおいて、前記全周フィン付水管の伝熱フィンは、帯状のフィン部材を前記水管の周壁にスパイラル状に巻き付けた構成とする。また、前記伝熱フィンは、複数の円板状のフィン部材をそれぞれ分離させて前記水管の軸方向に多段状に設けた構成とすることもできる。さらに、前記伝熱フィンは、周方向に複数個に分割したフィン部材を前記水管の軸方向に多段状に設けた構成とすることもできる。
【００１８】
また、前記低温域伝熱面構造を構成する前記第一水管列は、前記フィン無し水管による水管壁構造に代えて片側フィン付水管による水管壁構造とすることもできる。この片側フィン付水管の伝熱フィンは、前記縦ヒレ形状とし、たとえば平板状，棒状あるいは断面略Ｌ字形状等のフィン部材を、前記水管の軸方向に沿って延在した状態で設けた構成とする。前記伝熱フィンは、前記第二水管列の前記全周フィン付水管間へ向けて突出して設けられ、前記全周フィン付水管間にガスが滞留するのを防止する乱流促進部材としても作用する。また、前記伝熱フィンは、前記横ヒレ形状とすることもでき、平板状のフィン部材をほぼ水平にかつ前記水管の軸方向に多段状に設けた構成とすることもできる。
【００１９】
以上のように、前記３段階の伝熱面構造によれば、前記ガス通路に面する伝熱面構造を全体的に工夫したものであり、前記ガス通路に面する伝熱面をガス温度に応じて最適の伝熱面構造とすることができ、ボイラ効率を格段に向上させることができる。また、前記中温域伝熱面構造を設けることにより、ガス温度をより上流位置で低下させることができ、伝熱量の増加に対して効果の大きい前記低温域伝熱面構造をより上流位置を始点として設けることができる。さらに、同じ蒸発量の缶体と比較して、水管本数を減らすことができるので、缶体の外径をより小さくしてスリムな缶体とすることができる。
【００２０】
【実施例】
以下、この発明を多管式の貫流ボイラに適用した実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
まず、図１および図２に示す第一実施例について説明する。図１は、この発明の第一実施例における縦断面説明図であり、図２は、図１のII−II線に沿う横断面説明図である。
【００２２】
最初にボイラの缶体構成について説明すると、ボイラの缶体は、所定の距離を離して配置された上部管寄せ１および下部管寄せ２を備えている。これらの上部管寄せ１および下部管寄せ２の間には、複数の水管３，３，…が環状に配置されている。これらの各水管３は、水管壁構造をした環状の第一水管列４を形成し、前記各水管３の上下端部は、前記上部管寄せ１および前記下部管寄せ２にそれぞれ接続されている。前記第一水管列４は、その一部に第一開口部５を備えている。前記各水管３は、前記第一開口部５を除いて、密接された状態または第一縦ヒレ部材６，６，…によりそれぞれ連結されている。
【００２３】
前記第一水管列４の内側には、燃焼室７が設けられている。この燃焼室７の上方には、バーナ８が取り付けられている。このバーナ８は、前記上部管寄せ１の内方中央部から前記燃焼室７へ向けて挿入されている。また、前記バーナ８は、送風機（図示省略）を備えている。
【００２４】
前記第一水管列４の外側には、複数の水管３，３，…が環状に配置されている。これらの各水管３は、環状の第二水管列９を形成し、前記各水管３の上下端部は、前記上部管寄せ１および前記下部管寄せ２にそれぞれ接続されている。前記第二水管列９は、その一部に第二開口部１０を備えている。この第二開口部１０は、前記第一水管列４の前記第一開口部５に対して約１８０度反対側に設けられている。前記各水管３間には、前記第二開口部１０および前記第二開口部１０から所定距離上流側の範囲を除いて、第二縦ヒレ部材１１，１１，…が設けられ、前記各水管３は前記各第二縦ヒレ部材１１でそれぞれ連結されている。前記第一水管列４の各水管３と前記第二水管列９の各水管３とは、周方向にほぼ半ピッチずつずらした状態で配置されている。
【００２５】
前記第一水管列４と前記第二水管列９との間には、前記第一開口部５から前記第二開口部１０へ至るガス通路１２，１２が設けられている。この両ガス通路１２は、前記第一開口部５を介して前記燃焼室７と連通し、前記第二開口部１０を介して煙道１３と連通している。したがって、前記燃焼室７を出たガスは、前記第一開口部５で分岐して前記両ガス通路１２へそれぞれ流入し、前記第二開口部１０において合流して前記煙道１３へ流入するようになっている。
【００２６】
さて、前記缶体構成において、前記ガス通路１２を流れるガスの温度は、前記両水管列４，９への伝熱により下流側へ向かうにしたがって低下していく。そこで、この第一実施例においては、ガス温度の低下の度合いに応じて、前記ガス通路１２に面する前記両水管列４，９によって構成される伝熱面構造を、高温域伝熱面構造，中温域伝熱面構造および低温域伝熱面構造の３段階とし、つぎのように設定している。なお、以下の説明においては、前記両ガス通路１２は、前記第一開口部５から前記第二開口部１０へ至る通路としてほぼ対称となっているので、一方の前記ガス通路１２について説明する。
【００２７】
まず、高温域伝熱面構造について説明する。前記第一開口部５から前記ガス通路１２へ流入したガスの温度は、約１３００℃である。ガス温度が約９００℃〜約１３００℃の高温域においては、前記両水管列４，９は、複数のフィン無し水管Ａ，Ａ，…による水管壁構造となっている。前記フィン無し水管Ａは、伝熱フィンを設けない構成となっており、前記水管３の熱負荷が高くなり過ぎないようになっている。また、伝熱フィンを設けない代わりに、前記ガス通路１２の幅を若干狭めて流路断面積を小さくすることによりガス流速を増加させ、前記水管３の過熱が生じない熱負荷の範囲内で伝熱量の増加を図る構成とすることができる。
【００２８】
つぎに、中温域伝熱面構造について説明する。ガス温度が約５００℃〜約９００℃の中温域においては、前記両水管列４，９は、複数の片側フィン付水管Ｂ，Ｂ，…による水管壁構造となっている。前記片側フィン付水管Ｂは、前記水管３の片側（前記ガス通路１２側）に横ヒレ形状の多数の第一伝熱フィン１４，１４，…が多段状に設けられている。ガス温度が低下すると、体積が減少してガス流速も低下するが、前記片側フィン付水管Ｂとすることにより、水管１本当たりの伝熱面積が増大し伝熱量が増加する。
【００２９】
ここにおいて、前記第一伝熱フィン１４は、前記水管３の周壁から前記ガス通路１２へ向けて突出する横ヒレ形状でかつほぼ水平に設けられているので、ガスの流通抵抗の増大が抑えられる。加えて、前記中温域は、ガス温度が約９００℃以下となっているので、前記第一伝熱フィン１４が焼損することがなく、また前記片側フィン付水管Ｂの熱負荷が高くなり過ぎることもない。
【００３０】
また、前記各第一伝熱フィン１４の取付けピッチは、上流側の水管３ほど大きく下流側の水管３ほど小さくして，すなわち下流側ほどその取付け枚数を多くして、ガスの流れに沿って伝熱面積が順次増加するように設定し、前記各水管３の熱負荷の均等化を図ることもできる。前記伝熱面積を順次増加させる構成は、前記各第一伝熱フィン１４における前記水管３の周壁からの突出高さを下流側ほど高くした構成により実施することもできる。さらに、前記取付けピッチの調節および前記突出高さの調節は、両方組み合わせて実施することもできる。
【００３１】
さらに、低温域伝熱面構造について説明する。ガス温度が約５００℃以下の低温域においては、前記第一水管列４は、複数のフィン無し水管Ａ，Ａ，…による水管壁構造となっており、前記第二水管列９は、複数の全周フィン付水管Ｃ，Ｃ，…を互いに所定の間隔をおいて配置した構造になっている。前記全周フィン付水管Ｃは、第二伝熱フィン１５として、帯状のフィン部材が前記水管３の周壁にスパイラル状に巻き付けられている。前記第二水管列９の内外両側をガスが流れ、前記全周フィン付水管Ｃの外周全体にガスが接触して伝熱が行われるようになっている。
【００３２】
ここにおいて、前記全周フィン付水管Ｃは、その内側となる前記第一水管列４側が前記第一水管列４の前記フィン無し水管Ａにほぼ接触した状態で配置されており、また前記第一水管列４と反対側となる前記全周フィン付水管Ｃの外側には、ガス通路壁として機能する円弧状のガイド部材１６がほぼ密着した状態で配置されている。このガイド部材１６は、前記低温域伝熱面構造を構成する部分の隔壁として配置されるもので、その上流側端部は、前記中温域伝熱面構造を構成する前記第二水管列９の最下流側に位置する水管に連結されており、またその下流側端部は、前記第二開口部１０の一側を画成する端部となっている。また、前記ガイド部材１６は、ガスを前記各全周フィン付水管Ｃに沿うように流すとともに、前記各全周フィン付水管Ｃとの間隔を狭めてガス流速を高めることにより伝熱量を増加させる働きをなす。
【００３３】
前記低温域においては、ガスが前記第二水管列９の内外両側を流れるので、前記全周フィン付水管Ｃの伝熱面を有効に作用させることができるとともに、ガスの流通抵抗を低く抑えることができる。加えて、前記低温域は、ガス温度が約５００℃以下となっているので、前記第二伝熱フィン１５や前記ガイド部材１６の焼損が防止される。すなわち、前記第二伝熱フィン１５は、前記中温域の前記第一伝熱フィン１４より厚みが薄く形成されており、また前記ガイド部材１６は、前記水管３のように冷却媒体となる水との接触がないため、ガス温度が高いと焼損しやすいが、前記低温域のガス温度は、前記中温域における伝熱により約５００℃以下に低下しているので、焼損が確実に防止される。さらに、前記全周フィン付水管Ｃの熱負荷が高くなり過ぎることもない。
【００３４】
また、前記第二伝熱フィン１５の巻付けピッチは、各水管３とも同じにすることもできるし、下流側の水管３ほど小さくして伝熱面積を順次増加させた構成にすることもできる。伝熱面積を順次増加させると、前記各全周フィン付水管Ｃの熱負荷の均等化を図ることができる。
【００３５】
ところで、この第一実施例においては、前記第二開口部１０のほぼ中央部に、ガス案内用水管１７を設けている。このガス案内用水管１７は、ガスを最下流位置，すなわち前記第二開口部１０の両側に位置する２本の前記全周フィン付水管Ｃ，Ｃに沿って案内しながら前記煙道１３へ導く働きをなす。前記ガス案内用水管１７を設けることにより、最下流位置に位置する前記両全周フィン付水管Ｃ，Ｃにおける伝熱を効果的に行うことができるとともに、前記ガス案内用水管１７自体も熱を回収する作用をなし、伝熱量が増加する。この第一実施例においては、前記ガス案内用水管１７に前記第二伝熱フィン１５が設けられている。
【００３６】
前記第二水管列９の外側には、断熱材１８が設けられ、さらにその外側に、缶体カバー１９が設けられている。
【００３７】
以上の構成の貫流ボイラにおいて、その作用を説明する。前記バーナ８を作動させると、前記燃焼室７内で燃焼反応が行われ、燃焼反応がほぼ完了した高温のガスが、前記第一開口部５を通って前記ガス通路１２へ流入する。前記ガス通路１２へ流入したガスは、二方向に分かれて前記ガス通路１２を流れる。ガスが前記ガス通路１２を流れる際、ガスの熱が前記各水管３内の被加熱流体に伝えられ、ガスの温度は下流側へ行くほど低下する。前記第二開口部１０で合流したガスは、前記煙道１３から排ガスとして外部へ排出される。そして、前記各水管３内の被加熱流体は、加熱されながら上昇し、前記上部管寄せ１から蒸気として取り出される。
【００３８】
前記ガス通路１２に面する前記両水管列４，９の伝熱面構造を前記３段階の伝熱面構造とすることにより、伝熱量が増加し、ボイラ効率が格段に向上する。特に、前記中温域および前記低温域の伝熱量が大幅に増加する。しかも、全体的にガスの流通抵抗を増大させることなく、かつ前記水管の熱負荷が高くなり過ぎないようにしつつ、ボイラ効率を向上させることができる。ガスの流通抵抗が増大しないため、能力の比較的小さい送風機を使用することができ、また水管の熱負荷が高くなり過ぎないため、スケールが付着しにくく前記水管の焼損を確実に防止することができる。
【００３９】
ここで、前記中温域伝熱面構造を設けることによる効果について、さらに詳細に説明する。前記中温域伝熱面構造を設けることにより、ガス温度をより上流位置で約５００℃まで低下させることができ、伝熱量の増加に対して効果の大きい前記低温域伝熱面構造をより上流位置を始点として設けることができる。これは、前記中温域伝熱面構造による伝熱量の増加と相俟って、さらなる伝熱量の増加に頗る効果的である。
【００４０】
そして、前記中温域伝熱面構造を設けることにより、前記中温域における前記ガス通路１２の長さを短くすることができ、その分、前記水管３の本数を減らすことができる。したがって、缶体の外径を小さくしてスリムな缶体とすることができ、省スペース化を図ることができる。
【００４１】
ところで、前記伝熱面構造によれば、缶体の外壁の温度を低く抑えることもできる。すなわち、ガス温度が相対的に高い前記高温域および前記中温域では、前記第二水管列９を水管壁構造としているため、前記第二水管列９の外側は比較的低温となっている。また、前記低温域においては、ガス温度が低下しているため、前記ガイド部材１６の外側は比較的低温になっている。したがって、前記伝熱面構造によれば、前記ガイド部材１６および前記断熱材１８として比較的耐熱性の低いものを用いることができるとともに、前記断熱材１８を厚くする必要がなく、缶体の外径を小さくすることができる。
【００４２】
つぎに、図３に示す第二実施例について説明する。ここにおいて、前記第一実施例と同様の構成部材には同一の参照番号を付して、その詳細説明を省略する。さて、この第二実施例においては、ガイド部材１６が、全周フィン付水管Ｃの外周に沿って凹凸状に形成されている。前記ガイド部材１６を凹凸状に形成することにより、ガス流速が増加し、またガスが前記全周フィン付水管Ｃの外周全体とより密に接触して、伝熱量がさらに増加する。
【００４３】
つぎに、図４に示す第三実施例について説明する。ここにおいても、前記各実施例と同様の構成部材には同一の参照番号を付して、その詳細説明を省略する。さて、この第三実施例においては、前記第二実施例の凹凸状のガイド部材１６に加えて、低温域の第一水管列４に第三伝熱フィン２０が設けられている。この第三伝熱フィン２０は、平板状のフィン部材が前記第一水管列４の水管３の周壁にその軸方向に沿って延在した状態で設けられ、その先端部が第二水管列９の全周フィン付水管Ｃ間へ向けて突出している。
【００４４】
前記第三伝熱フィン２０を設けることにより、前記全周フィン付水管Ｃ間にガスが滞留するのを、より効果的に防止することができる。また、前記第三伝熱フィン２０は、ガス通路１２の半径方向の幅を広げることなく、前記第一水管列４の水管３に前記第二水管列９の全周フィン付水管Ｃを接触させた状態で設けることができ、ガス流速の維持および缶体のスリム化の点でも効果的である。
【００４５】
さらに、図５に示す第四実施例について説明する。ここにおいても、前記各実施例と同様の構成部材には同一の参照番号を付して、その詳細説明を省略する。さて、この第四実施例においては、低温域の第一水管列４に第四伝熱フィン２１が設けられている。この第四伝熱フィン２１は、中温域における第一伝熱フィン１４と同様に、横ヒレ形状とし、平板状のフィン部材がほぼ水平にかつ水管３の軸方向に多段状に設けられている。前記第四伝熱フィン２１は、前記第一伝熱フィン１４より前記水管３の周方向に広がり、１枚当たりの伝熱面積が大きくなっている。
【００４６】
以上の前記各実施例は、前記ガス通路１２において、前記第一開口部５から流入したガスが二方向に分かれて流れ、前記第二開口部１０で合流する，いわゆるオメガフローの缶体について説明したが、この発明は、たとえば実開平７−１２７０１号公報に記載されているように、前記第一開口部５から流入したガスが一方向に前記ガス通路１２をほぼ一周するように流れる，いわゆる「の」の字フローの缶体にも適用することができる。また、この発明は、たとえば特開平１０−２６３０３号公報に記載されているように、前記第一開口部５を前記第一水管列４に周方向にほぼ等分に複数個設け、これら各第一開口部５に対応させて前記ガス通路１２を複数のブロックに分割した構成の缶体にも適用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
この発明によれば、ガス通路に面する伝熱面構造を全体的に工夫して、３段階の伝熱面構造とすることにより、ガス温度に応じて最適の伝熱面構造とすることができ、ボイラ効率を格段に向上させることができる。また、高温域伝熱面構造と低温域伝熱面構造との間に中温域伝熱面構造を設けることにより、ガス温度をより上流位置で低下させることができ、伝熱量の増加に対して効果の大きい低温域伝熱面構造をより上流位置を始点として設けることができる。さらに、同じ蒸発量の缶体と比較して、水管本数を減らすことができるので、缶体の外径をより小さくしてスリムな缶体とすることができる。
また、高温域伝熱面構造は、第一水管列および第二水管列をフィン無し水管による水管壁構造とし、中温域伝熱面構造は、第一水管列および第二水管列を複数の片側フィン付水管による水管壁構造とし、低温域伝熱面構造は、第一水管列を互いに縦ヒレ部材にて連結した複数のフィン無し水管による水管壁構造とし、第二水管列を第一水管列の各水管と周方向にほぼ半ピッチずつずらすとともに、内側となる第一水管列側がフィン無し水管にほぼ接触するように配置した複数の全周フィン付水管から構成し、第一水管列と反対側となる全周フィン付水管の外側には、ガイド部材がほぼ密着した状態で配置され、ガイド部材は、一端が中温域伝熱面構造の第二水管列に連結され他端が第二開口部の一端を画成して、高温域伝熱面構造の第二水管列および中温域伝熱面構造の第二水管列とでガス通路のガス通路壁を構成し、高温域伝熱面構造、中温域伝熱面構造および低温域伝熱面構造におけるガス通路のガス温度をそれぞれ約９００℃〜約１３００℃，約５００℃〜約９００℃，約５００℃以下とし、高温域伝熱面構造の第二水管列，中温域伝熱面構造の第二水管列およびガイド部材の外側に断熱材を設けているので、片側フィン，全周フィンおよびガイド部材の焼損を確実に防止することができるとともに、ガイド部材および断熱材として比較的耐熱性の低いものを用いることができ、断熱材を厚くする必要がなく、缶体の外径を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明における第一実施例の縦断面説明図である。
【図２】図１のII−II線に沿う横断面説明図である。
【図３】この発明における第二実施例の横断面説明図である。
【図４】この発明における第三実施例の横断面説明図である。
【図５】この発明における第四実施例の横断面説明図である。
【符号の説明】
３ 水管
４ 第一水管列
５ 第一開口部
７ 燃焼室
９ 第二水管列
１０ 第二開口部
１２ ガス通路
２０ 第三伝熱フィン
Ａ フィン無し水管
Ｂ 片側フィン付水管
Ｃ 全周フィン付水管

Claims (1)

1. 複数の水管３により構成され、第一開口部５を備えた環状の第一水管列４と、複数の水管３により構成され、前記第一開口部５に対して約１８０度反対側に設けられる第二開口部１０を備えた環状の第二水管列９とからなり、前記第一水管列４の外側に前記第二水管列９を配置するとともに、前記第一水管列４の内側に燃焼室７を設け、前記燃焼室７を出たガスが前記第一開口部５で分岐して前記第二開口部１０において合流するように前記両水管列４、９の間に前記第一開口部５から前記第二開口部１０へ至るガス通路１２を対流伝熱流路として形成した水管ボイラにおいて、
   前記ガス通路１２に面する前記両水管列４、９の伝熱面をガスの流れに沿って上流側から高温域伝熱面構造、中温域伝熱面構造および低温域伝熱面構造とし、
   前記高温域伝熱面構造は、前記両水管列４、９をフィン無し水管Ａによる水管壁構造とし、
   前記中温域伝熱面構造は、前記第一水管列４および前記第二水管列９を複数の片側フィン付水管Ｂによる水管壁構造とし、
   前記低温域伝熱面構造は、前記第一水管列４を互いに縦ヒレ部材６にて連結した複数のフィン無し水管Ａによる水管壁構造とし、前記第二水管列９を前記第一水管列４の各水管と周方向にほぼ半ピッチずつずらすとともに、内側となる前記第一水管列４側が前記フィン無し水管Ａにほぼ接触するように配置した複数の全周フィン付水管Ｃから構成し、
   前記第一水管列４と反対側となる前記全周フィン付水管Ｃの外側には、ガイド部材１６がほぼ密着した状態で配置され、このガイド部材１６は、一端が前記中温域伝熱面構造の第二水管列９に連結され他端が前記第二開口部１０の一端を画成して、前記高温域伝熱面構造の第二水管列９および前記中温域伝熱面構造の第二水管列９とで前記ガス通路１２のガス通路壁を構成し、
   前記高温域伝熱面構造、前記中温域伝熱面構造および前記低温域伝熱面構造におけるガス通路１２のガス温度をそれぞれ約９００℃〜約１３００℃，約５００℃〜約９００℃，約５００℃以下とし、
   前記高温域伝熱面構造の第二水管列９，前記中温域伝熱面構造の第二水管列９および前記ガイド部材１６の外側に断熱材１８を設けた
   ことを特徴とする水管ボイラ。

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