JP4237801B2 - 温水ボイラー - Google Patents

Description

本発明は温水ボイラーに関し、特に、バーナーの燃料噴射ノズルの直下に吸気孔を形成して燃焼効率を向上させ、貯水タンクの水を循環させながら、貯水タンクの底部の温水を送湯する構成として小型ボイラーであっても安定的に温水の供給を可能とした温水ボイラーに関する。

一般的に、工場等のプラント施設、商業施設、温浴施設等では、重油、灯油、ガス等を燃焼させて熱水を供給する給湯設備を備え、これら給湯設備のボイラーでは、燃料に空気を混合した混合燃料をバーナーから噴射して燃焼室に送り込み、燃焼室の熱によって水を加熱する構成となっている。
ボイラーによって加熱された温水は貯湯タンクに一旦貯えた後、必要に応じて、温水ポンプによって各所へ送り出される。
このような温水ボイラーに関する技術として、特開２００１−３０４６９５号公報、特開平１１−２４８２５０号公報記載の技術が知られている。
特開２００１−３０４６９５号公報 特開平１１−２４８２５０号公報

しかしながら、従来の温水ボイラーは、燃焼熱によって水を加熱すると共に、燃焼後の排気ガスを利用して熱交換を行う方法が採用されている。
このように排気ガスの排気路を長く確保すると、熱交換面積が増加するため、効率的に熱回収ができるという利点があるが、その反面、排気ガスの排出が困難となり、空気不足によって不完全燃焼を起こすという問題がある。この不完全燃焼の状態では燃料効率が低下し、すす詰まりによる稼働効率の低下にもつながる。
この不完全燃焼を解消するために、排気ブロアー等による強制排気装置を設置することも可能であるが、装置が複雑化するという問題がある。
また、熱量が小さい比較的小型のボイラーでは、貯水タンク全体を加熱するまでに時間を要し、均一温度の温水を安定的に供給することが困難となる。
本発明は係る従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、バーナーの燃料噴射ノズルの直下に吸気孔を形成して燃焼効率を向上させ、貯水タンクの水を循環させながら、貯水タンクの底部の温水を送湯する構成として小型ボイラーであっても安定的に温水の供給を可能とした温水ボイラーを提供することにある。

前記目的を達成するための手段として請求項１記載の温水ボイラーでは、液体燃料と空気を混合し、その混合燃料を噴射するバーナーと、そのバーナーから噴射される燃料を燃焼させる燃焼室及び燃焼室を取り巻くフィンと、燃焼室の燃焼ガスを排出する排気路及び排気路を取り巻くフィンと、前記燃焼室の外周に配置されて燃焼室の熱によって加熱される貯水タンクとを備え、前記燃焼室の一端からバーナーの燃料噴射ノズルを水平方向に挿入し、その挿入した燃料噴射ノズル先端の下方に吸気孔を形成し、その吸気孔から導入される外気によって火炎を下から吹き上げるように燃焼させる構成とした。

請求項２記載の温水ボイラーでは、請求項１記載の温水ボイラーにおいて、前記貯水タンクは、燃焼室上方に配置された上部タンクと、そのタンクの水と連通して燃焼室外周に配置された貯水部から構成され、前記貯水タンク底部の水を循環装置によって貯水タンクの上方へ循環させ、その循環に伴い貯水部を通過して下方に温水を流下させ、その流下した温水を送湯する構成とした。

本発明では、前記構成を採用することにより、以下の効果が得られる。
請求項１記載の温水ボイラーにおいては、燃料噴射ノズル先端である噴射孔の下方に吸気孔を形成したので、燃焼室の噴射気流に引き寄せられて吸気孔から外気が導入され、吸気装置を設置することなく、噴射燃料を完全燃焼する。
また、ノズル先端の下側から気流が導入されるので、ノズルから噴射された噴霧燃料は導入外気により下から吹き上げられるように流れ、噴霧燃料が燃焼室底に落下するのを防止して燃焼する。

請求項２記載の温水ボイラーでは、貯水タンク底部の水を循環装置によって貯水タンクの上方へ循環させ、その循環に伴い貯水帯を通過して下方に温水を流下させ、その流下した温水を送湯する構成としたので、ボイラーが稼働した最初の時点でも貯水部下方に温水が集約され、ボイラー稼働初期であっても送湯を開始することができる。
また、燃焼室外周に貯水部が配置されているので、貯水部によって確実に熱交換が行われる。

また、温度制御部と水量制御部を備えているので、貯水タンクの水の補充と、温度管理が自動的に行われる。

本発明を実施するための最良の形態を説明する。

本発明の温水ボイラーは図１〜図３に示すように、水平方向に載置された円筒形の燃焼室１と、燃焼室１の基端側から挿入されたバーナー２と、そのバーナー２に接続された液体燃料噴射ノズル３と、その液体燃料噴射ノズル３先端の直下に形成された吸気孔４と、燃焼室１の下流側に連結された排気路５と、燃焼室１の上部及び外周に配置された貯水タンク６と、貯水タンク６の水を循環させる循環装置（循環パイプ７、ポンプ８）と、貯水タンク６の温水を各所へ送湯するパイプ１４と、貯水タンク６内の水温を検知して所定温度に維持する温度制御部と、貯水タンク６の水量を検知して所定水位に維持する水量制御部を主要な構成としている。
また、前記燃焼室１及び排気路５の外周にはフィン１９が貯水タンク６内に突起して、熱交換効率を向上させている。

前記燃焼室１は内径６００ｍｍ、長さ１４１０ｍｍの円筒形の耐熱性金属によって構成され、燃焼室の奥部上側には排気路５が連結され、この排気路５は燃焼室上側を１８０°水平に折り返して通過し、その先端は上方に屈曲して煙突９が形成されている。
前記排気路５は内径９０ｍｍ、長さ１０１．６ｍｍの大きさを有し、この排気路５が燃焼室上部に２本配置されている。これらの排気路５により燃焼ガスの通気抵抗は低く抑えられ、燃焼ガスは燃焼気流により自然排気されるようになっている。
また、燃焼室１の奥部にはメンテナンス用の点検口１０が配置されている。

前記貯水タンク６は、燃焼室上部の上部タンク１１と、燃焼室１の外周に形成された貯水部１２から構成され、上部タンク１１は２７５リットルの水を貯留する容積を備え、貯水部１２は９６０リットルの水を貯留する容積を備えている。
前記貯水部１２は燃焼室１の胴部外周及び筒端外周を取り巻いて配置された水の壁であり、内部には多数のフィン１９が配置されて、燃焼室１の熱がフィンを介して熱交換を受ける構成となっている。
また、上部タンク１１と貯水部１２は一連の連続流域として構成され、水が自由に流通する。
本実施例では、貯水部１２は燃焼室の外周に幅６０ｍｍの幅を確保して配置され、この部位に水が貯留すると、燃焼室は外周を幅６０ｍｍの水の壁で囲われた状態となる。
また、排気路５は燃焼室１の上部を通過しているが、燃焼室との間には間隔を有し、この間隔１３にも水が貯留されて、排気路５の外周も水で囲われた状態となっている。

前記燃焼室１の底部の貯水部１２には循環パイプ７が接続され、この循環パイプ７からポンプ８によって三方コック１５を経て、上部タンク１１内に送水されるようになっている。このため、貯水タンクの底の水が上に循環することになり、その循環に伴い、上部タンク１１内の水が流下することになる。
燃焼室１で水が加熱されると、最初に貯水部１２が熱交換を受けて、この貯水部１２の水がその浮力により自然上昇することになるが、本実施例では循環装置が配置されていることにより、下の水が吸い上げられて上に移動し、それに伴い熱交換を受けた温水が貯水部の下方に流下することになる。そのため、ボイラーが稼働した最初の時点では貯水部１２下方に温水が集約され、徐々に貯水タンク６全体が温められることになる。

前記上部タンクの水面１１にはフロートスイッチ１６が配置されて、このフロートスイッチ１６は水量制御部に接続されている。このフロートスイッチ１６が水位低下を検知すると、その信号が水量制御部に伝達され、水量制御部が三方コック１５を作動させて新たな水の補充を行う。
このとき、循環装置の循環路は停止することになるが、この循環路は作動させた状態で新たに水の補充のみを行うことも可能である。

前記上部タンク１１内には温度センサ１７が配置され、この温度センサ１７は温度制御部に接続されている。この温度センサが貯水タンク６の水温が所定温度以上であることを検知すると、その信号が温度制御部に伝達され、温度制御部がバーナー２の稼働を停止させる。
本実施例では、貯水タンク６から送湯された水量は補充が行われて貯水タンク内の水量は一定の範囲内で確保され、貯水タンクの水温はバーナー２の入切により自動的に制御される。

前記燃焼室１の基部にはバーナー２が配置され、このバーナー２の燃料噴射ノズル３が筒端中心の下側から燃焼室に挿入されている。この燃料噴射ノズル３は水平方向に挿入され、燃料噴射ノズルからは燃料と空気を混合した液体燃料が噴射される。
これらの液体燃料は重油、灯油、軽油等の液体化石燃料を使用することができ、液体燃料を、空気と混合して霧状とし、圧力を掛けて噴射する。
また、燃料噴射ノズル３の噴射孔の下方には吸気孔４が形成されている。この吸気孔４は燃焼室１及び貯水部１２を貫通して外部に通じ、燃焼室１内に外気を導入する。
バーナー２が稼働すると、図１に示すように、火炎が噴射されることになる。ここで、燃焼空気の噴流に周囲の気体が吸引され、この吸引流により吸気口から外気が吸入されることになる。この外気の流入は火炎を下から吹き上げるように燃焼空気と合流する。
このように、外気が火炎を下から吹き上げるように燃焼空気と合流するため、噴霧燃料は、下から吹き上げられて燃焼室内に広がる。そのため、燃料が未燃焼のまま落下するのを防止して、噴霧燃料を完全燃焼する。
燃焼ガスは燃焼室奥に接続された２本の排気路を通過して燃焼気流に流されて自然排気される。

前記バーナーの燃焼噴射ノズル３は、燃焼室内径６００ｍｍの４分の１の高さである、１５０ｍｍの位置から挿入され、燃焼室内には十数ｃｍの燃料噴射ノズルを突起している。そして、本実施例では、燃料噴射ノズルの噴射孔の直下に直径２４ｍｍの吸気孔４を１個形成している。
この吸気孔の位置、大きさ・形状はバーナーの出力にも関係するが、噴霧燃料を下から吹き上げられるように作用する部位であれば任意であり、噴射火炎の基部または噴射火炎の中央部分に相当する位置の直下に形成することも可能である。

次に本発明の作用を説明する。
灯油、重油、軽油等の液体燃料を霧化して空気と混合し、圧力を掛けて燃料噴射ノズル３から噴射する。噴射すると同時に、点火装置によって燃焼し、火炎を形成する。
ここで、燃焼室１には吸気孔４が形成されているので、燃焼空気の噴流に周囲の気体が吸引される作用により外気が流入する。
ここで、噴霧燃料は吸気流によって下から吹き上げるように燃焼室内に広がり、未燃焼まま落下することが防止され完全燃焼される。

バーナー２の燃焼に伴って燃焼室外周の貯水部１２が加熱される。貯水部１２には多数のフィン１９が設置されているので、効率的に熱交換が行われる。
加熱された水は浮力により貯水タンク６内を自然上昇する。ここで、循環装置により貯水部底の水が取水されて上部タンク１１へ送出されるため、加熱された水が流下して貯水部１２の下方に集約される。ボイラーが稼働した最初の時点では貯水部下方に温水が集約され、徐々に貯水タンク全体が温められることになる。
貯水タンク底面に形成された送出口１８からは、集約された温水が優先的にパイプ１４を経由して各所へ送湯される。

貯水タンク６ではフロートスイッチ１６が水位低下を検知すると、その信号が水量制御部に伝達され、水量制御部が三方コック１５を作動させて新たな水の補充を行う。
温度センサ１７が貯水タンク６の水温が所定温度以上であることを検知すると、その信号が温度制御部に伝達され、温度制御部がバーナー２の稼働を停止させる。これにより、貯水タンクから送湯された水量は補充が行われて貯水タンク内の水量は一定の範囲内で確保され、貯水タンクの水温はバーナーの入切により自動的に制御される。

つまり、パイプ１４から規定温度７５℃の送湯を開始すると、フロートスイッチ１６が水位の低下を検知して上部タンク１１に水が補充され、貯水タンク６の水位レベルは一定に保たれる。仮にパイプ１４から１時間に５００リットル送湯されると、上部タンクには同量の５００リットルが送水される。
従来のボイラーでは、貯水タンク６に水が補充されると、貯水タンク内の水温は規定温度より大幅に下がり、バーナーの燃焼は開始されて規定温度まで燃焼する。
本発明の小型ボイラーは、バーナー燃焼の輻射熱を最大限に得ることと、小型ボイラーの伝熱面積の限界である８ｍ^２まで広げるために、装置の一番下部に燃焼室１を設置し、バーナーも燃焼室１下部に取り付けている。
この構造によって、貯水タンク６上部より１０℃の水を５００リットル補充しても、送出口１８から出る水温は規定温度より２０〜３０秒間は６５℃位迄下がるが、それ以降は７５℃〜８０℃へと逆に上昇する。
その原因は、燃焼室１周辺の水温が高熱になるが、貯水タンク６内を流下する冷水がその高温水とモミ合って下る間に加熱され、設定温度より上昇すると見られる。従って、大型の瞬間湯沸かし器と似た現象が生じることになる。

以上、実施例を説明したが、本発明の具体的な構成は前記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

温水ボイラーの側面の概略断面図である。 温水ボイラーの正面の概略断面図である。 温水ボイラーの全体構成を示す説明図である。

符号の説明

１ 燃焼室
２ バーナー
３ 燃料噴射ノズル
４ 吸気孔
５ 排気路
６ 貯水タンク
７ 循環パイプ
８ ポンプ
９ 煙突
１０ 点検口
１１ 上部タンク
１２ 貯水部
１４ パイプ
１５ 三方コック
１６ フロートスイッチ
１７ 温度センサ
１８ 送出口
１９ フィン

Claims (2)

1. 液体燃料と空気を混合し、その混合燃料を噴射するバーナーと、
   そのバーナーから噴射される燃料を燃焼させる燃焼室及び燃焼室を取り巻くフィンと、
   燃焼室の燃焼ガスを排出する排気路及び排気路を取り巻くフィンと、
   前記燃焼室の外周に配置されて燃焼室の熱によって加熱される貯水タンクとを備え、
   前記燃焼室の一端からバーナーの燃料噴射ノズルを水平方向に挿入し、その挿入した燃料噴射ノズル先端の下方に吸気孔を形成し、その吸気孔から導入される外気によって火炎を下から吹き上げるように燃焼させる構成とした温水ボイラー。
2. 前記貯水タンクは、燃焼室上方に配置された上部タンクと、そのタンクの水と連通して燃焼室外周に配置された貯水部から構成され、
   前記貯水タンク底部の水を循環装置によって貯水タンクの上方へ循環させ、その循環に伴い貯水部を通過して下方に温水を流下させ、その流下した温水を送湯する構成とした請求項１記載の温水ボイラー。