JP4485253B2 - 鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータ - Google Patents

Description

本発明は、鋳鉄製の一方の端セクションと鋳鉄製の他方の端セクションとの間に複数の鋳鉄製中セクションが順次水平方向に連結されて成る缶体の上部に缶水の膨張を吸収するための開放タンクが設置されている鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータに関するものである。

缶体の上部に缶水の膨張を吸収するための開放タンクが設置されている鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータは、外部に開放された開放タンクによって缶水の膨張が吸収できるから、缶体内が高圧になることがないので、安全性が高くまた公的（労働安全衛生法「ボイラー及び圧力容器安全規則」）な届け出や検査だけでなく取扱資格も不要で簡単に操作ができ、更に鋳鉄製中セクションの数を変えることによって様々な仕様に対応できるため広く使用されている。

またこのような鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータでは、温められた缶体内の缶水を熱交換器に送ることによって二次水が間接加熱されて供給されるから清潔な温水が供給でき、また熱交換器内では伝熱管内を流れる二次水が缶水（一次水）によって間接加熱されるので二次水は自由に圧力を変えられるから高圧の温水を供給することもでき、更に缶水の温度を下げることなく熱交換器に送り込む缶水の流量を減らすだけで低温水を供給することもできるから缶体の低温腐食の心配がないなどの利点がある。

しかしながら、このような鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータでは、缶体内部が鋳鉄製セクションによって狭く仕切られていて内部構造が複雑なため、熱交換器やそれに伴う長い配管を缶体外部に取り付ける必要があり、配管作業に多くの時間とコストを要すると共に長い配管に起因して設置スペースも大きくなるという問題があった。

このような配管等の問題に対して、一方の端セクションより上部ニップルの貫通穴内を貫通して他方の端セクションの上部缶水内に端部が開口している缶水吸込管が挿入されており、この缶水吸込管の貫通挿入側の一方の端セクションの近傍に、缶水吸込管から吸引された温度の高い缶水を熱交換して温度の下った缶水を缶体内に戻す戻りパイプを接続された熱交換器が設置されている鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水温水ヒータがある（例えば、特許文献１参照。）。この鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータでは、それまで熱交換器に缶水を供給するために缶体外部に取り付けられていた配管を缶体内部に設けると共に熱交換器の缶水取入口の位置を変更することによって、缶体外部に取り付けられる配管を減らしているが、熱交換器については配管に比べて寸法形状が大きため、内部構造が複雑な缶体内部に設置することはできなかったのである。

実公平２−４８７７６号公報

本発明は前記の問題に鑑み、これまで缶体外部にしか取り付けることができなかった熱交換器を缶体内部に設置することができ、配管作業に要する多くの時間とコストとを減らすことができ、また設置スペースが小さく熱効率の高い鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータを提供することを課題とする。

本発明者は前記課題を解決すべく鋭意研究の結果、鋳鉄製の一方の端セクションと鋳鉄製の他方の端セクションとの間に複数の鋳鉄製中セクションが順次水平方向に連結されて成る鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータにおいて、一端に缶水が流入する開口部が設けられており流入した缶水で二次水が加熱される熱交換器が缶体の鋳鉄製の一方の端セクションの外面側から各鋳鉄製中セクション間の上部ニップルの貫通穴内を貫通させて開口部を缶体の鋳鉄製の他方の端セクション内に位置させた状態で設置すれば、前記従来の鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータにおいて二次水が加熱される熱交換器へ缶水を供給する配管（缶水吸込管）が設置されていた缶体内の位置に熱交換器を設置し且つ一端に缶水が流入する開口部が設けられている熱交換器を使用して缶水を供給する前記配管（缶水吸込管）の役割を熱交換器本体にさせることによって、複雑な内部構造を有する缶体内部に熱交換器を設置することが可能となり、また熱交換器を缶体外部に設置するために必要であった配管や取り付け部材が不要となるから、配管作業に要していた多くの時間とコストとを減らすことができ、更に缶体外部に熱交換器やそれに伴う配管が無いから、配置スペースを小さくすることができると共に缶体外部で缶水が無駄に冷やされることがないので熱効率を向上させることができ、また外観を見栄え良くすることができることを究明して本発明に係る鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータを完成したのである。

即ち本発明は、鋳鉄製の一方の端セクションと鋳鉄製の他方の端セクションとの間に複数の鋳鉄製中セクションが順次水平方向に連結されて成る缶体の上部に缶水の膨張を吸収するための開放タンクが設置されており且つ各隣接する鋳鉄製セクションの缶水部分が上部ニップル及び下部ニップルで連通されている鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータにおいて、一端に缶水が流入する開口部が設けられており流入した缶水で二次水が加熱される熱交換器が缶体の鋳鉄製の一方の端セクションの外面側から各セクション間の上部ニップルの貫通穴内を貫通して開口部を缶体の鋳鉄製の他方の端セクション内に位置させた状態で設置されており、缶体の鋳鉄製の一方の端セクションの外面側に位置する熱交換器の他端近傍に設けられた排出口から熱交換された缶水を缶体内に戻す循環パイプが循環ポンプを介して缶体の鋳鉄製の一方の端セクションの外面下方側に接続されていることを特徴とする鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータに関するものである。

そしてこの鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータにおいて、熱交換器が、排出口側の端部に二次水用の往きヘッダーと還りヘッダーとが設けられており往きヘッダーと還りヘッダーとに複数本の細いＵ字管の両端がそれぞれ連結されている共に熱交換器本体の長手方向に略等間隔で熱交換器本体の横断面の略半分を遮断するじゃま板が熱交換器本体の内面の相対する位置に交互に設けられている熱交換器であれば、複数本の細いＵ字管を設けることで熱交換器内の缶水とＵ字管との接触面積が増加すると共にじゃま板によって熱交換器内の缶水が蛇行して撹拌されるから缶水の熱がＵ字管内の二次水に伝わり易く熱効率を向上させることができて好ましく、また前記熱交換器において複数本の細いＵ字管がそれぞれ螺旋管であれば、缶水とＵ字管との接触面積が更に増加するから缶水の熱をＵ字管内の二次水により伝え易くすることができて好ましく、缶体内の缶水の温度を測定してバーナーの制御器にその情報を送る缶水温度センサが鋳鉄製の他方の端セクション内の熱交換器の開口部と対向する位置に設けられていれば、熱交換器に送られる直前の缶水の温度を測定して制御することができるから、熱交換器に略一定の温度の缶水を供給することができて好ましいことも究明したのである。

本発明に係る鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータは、鋳鉄製の一方の端セクションと鋳鉄製の他方の端セクションとの間に複数の鋳鉄製中セクションが順次水平方向に連結されて成る缶体の上部に缶水の膨張を吸収するための開放タンクが設置されており且つ各隣接する鋳鉄製セクションの缶水部分が上部ニップル及び下部ニップルで連通されている鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータにおいて、一端に缶水が流入する開口部が設けられており流入した缶水で二次水が加熱される熱交換器が缶体の鋳鉄製の一方の端セクションの外面側から各セクション間の上部ニップルの貫通穴内を貫通して開口部を缶体の鋳鉄製の他方の端セクション内に位置させた状態で設置されており、缶体の鋳鉄製の一方の端セクションの外面側に位置する熱交換器の他端近傍に設けられた排出口から熱交換された缶水を該缶体内に戻す循環パイプが循環ポンプを介して缶体の鋳鉄製の一方の端セクションの外面下方側に接続されているから、缶体を大きくして各セクションに新たなニップルを設けたり熱交換器の設置できる空間を新たに確保したりしなくとも、複雑な内部構造を有する缶体内部に熱交換器を設置することが可能となり、また熱交換器を缶体外部に設置するために必要であった配管や取り付け部材も不要となるから、配管作業に要していた多くの時間とコストとを減らすことができ、また缶体外部に熱交換器やそれに伴う配管及び取り付け部材等が無いから、配置スペースを小さくすることができ、更にこれまで缶体外部で熱交換器やそれに伴う配管を通ってから缶体内部に戻されていた缶水がこれらを介することなく直接缶体内部に戻されるから、缶水が缶体外部で無駄に冷やされることがないので熱効率を向上させることができるのである。

またこの鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータにおいて、熱交換器が排出口側の端部に二次水用の往きヘッダーと還りヘッダーとが設けられており往きヘッダーと還りヘッダーとに複数本の細いＵ字管の両端がそれぞれ連結されている共に熱交換器本体の長手方向に略等間隔で熱交換器本体の横断面の略半分を遮断するじゃま板が熱交換器本体の内面の相対する位置に交互に設けられている熱交換器である場合には、複数本の細いＵ字管が使用されているので同じ流量の二次水を太いＵ字管で加熱する場合に比べて熱交換器内の缶水とＵ字管との接触面積が大きくなるから、缶水の熱をＵ字管内の二次水に伝え易く二次水を効率良く加熱することができ、また熱交換器本体の横断面の略半分を遮断するじゃま板が熱交換器本体の内面の相対する位置に交互に設けられているから、熱交換器内で缶水が直進してＵ字管と全く接触しないまま排出されるなどの問題が生じることが無いので缶水の熱をＵ字管内の二次水に十分に伝えることができ、熱効率が向上して結果的に熱交換器を小型化することができるので各セクションに大きな上部ニップルの貫通穴を設けることなく熱交換器を缶体内部に設置することができて好ましいのである。更に前記熱交換器において複数本の細いＵ字管がそれぞれ螺旋管である場合には、缶水とＵ字管との接触面積が更に大きくなると共にこの螺旋形状によって缶水の流れに乱れが生じ缶水の熱をＵ字管内の二次水により伝え易くすることができて好ましいのである。また缶体内の缶水の温度を測定してバーナーの制御器にその情報を送る缶水温度センサが鋳鉄製の他方の端セクション内の熱交換器の開口部と対向する位置に設けられていれば、熱交換器に送られる直前の缶水の温度を測定して制御することができるから、熱交換器に略一定の温度の缶水を供給することができて好ましいのである。

以下、図面を用いて本発明に係る鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータについて詳細に説明する。
図１は本発明に係る鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータの１実施例の概略構造を示す説明図、図２は本発明に係る鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータに設置される熱交換器の１実施例を示す拡大断面説明図、図３は本発明に係る鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータの他の実施例の概略構造を示す説明図、図４は本発明に係る鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータに設置される熱交換器の他の実施例を示す拡大断面説明図、図５は従来の鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータの概略構造を示す説明図である。

図面中、１は鋳鉄製の一方の端セクション1aと鋳鉄製の他方の端セクション1bとの間に複数の鋳鉄製中セクション1cが順次水平方向に連結されて成る缶体であり、各隣接する鋳鉄製セクションの缶水部分は上部ニップル1d及び下部ニップル1eで連通されている。この缶体１を構成する各セクション1a，1b，1cは鋳鉄製で耐腐食性に優れており、また鋳鉄製の一方の端セクション1aと鋳鉄製の他方の端セクション1bとの間に連結される鋳鉄製中セクション1cの数を変えるだけで、缶水の容量の異なる缶体を容易に作ることができるので、各仕様に合わせて缶体を個別に設計・製造する必要がないので、安価且つ容易に製造できるのである。

２は缶体１の上部に設置されていて缶水の膨張を吸収するための開放タンクであり、図１及び図３の如く外部に開放されており缶水の膨張が吸収できるから、缶体１内が高圧になることがないので、安全性が高くまた公的（労働安全衛生法「ボイラー及び圧力容器安全規則」）な届け出や検査だけでなく取扱資格も不要で簡単に操作ができる。

３は一端に缶水が流入する開口部3aが設けられていて鋳鉄製の一方の端セクション1aの外面側に位置する他端近傍に排出口3bが設けられており流入した缶水で二次水が加熱される熱交換器であり、この熱交換器３は鋳鉄製の一方の端セクション1aの外面側から各セクション間の上部ニップル1dの貫通穴1da内を貫通して開口部3aを鋳鉄製の他方の端セクション1b内に位置させた状態で設置されている。図５に示す前記従来の鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータでは、缶体外部の二次水が加熱される熱交換器へ缶水を供給する配管が鋳鉄製の一方の端セクションの外面側から各セクション間の上部ニップルの貫通穴内を貫通して一端を鋳鉄製の他方の端セクション内に位置させた状態で設置されていたが、本発明ではこの配管が設置されていた位置に一端に缶水が流入する開口部3aが設けられており流入した缶水で二次水が加熱される熱交換器３を設置させ、前記従来の鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータの前記配管の役割を熱交換器本体3g（外管）にさせている。このような構造を有する熱交換器３を利用することで、複雑な内部構造を有する缶体１内部に熱交換器３を設置することが可能となるのである。

また図５に示すように前記従来の鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータでは、重い熱交換器を缶体外部に固定するために補強部材等や熱交換器を缶体の外部に設置するための配管が必要であったが、本発明に係る鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータではこれらが不要となるから、配管作業に要していた多くの時間とコストとを減らすことができると共に缶体１外部に熱交換器３やそれに伴う配管及び補強部材等が無いから、配置スペースを小さくすることができ、またこれまで缶体１外部で熱交換器３やそれに伴う配管を通ってから缶体内部に戻されていた缶水がこれらを介することなく直接缶体１内部に戻されるから、缶体内部に戻される缶水が缶体１外部で無駄に冷やされることがないので熱効率を向上させることができるのである。

更にこのような鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータに設置される熱交換器３が、排出口3b側の端部に二次水用の往きヘッダー3cと還りヘッダー3dとが設けられており往きヘッダー3cと還りヘッダー3dとに複数本の細いＵ字管3eの両端がそれぞれ連結されている共に、熱交換器本体3gの長手方向に略等間隔で熱交換器本体3gの横断面の略半分を遮断するじゃま板3fが熱交換器本体3gの内面の相対する位置に交互に設けられている熱交換器３である場合には、複数本の細いＵ字管3eが使用されているので同じ流量の二次水を太いＵ字管で加熱する場合に比べて、熱交換器３内の缶水とＵ字管3eとの接触面積が大きくなるから、缶水の熱をＵ字管3e内の二次水に伝え易く二次水を効率良く温めることができ、また熱交換器本体3gの横断面の略半分を遮断するじゃま板3fが熱交換器本体3gの内面の相対する位置に交互に設けられているから熱交換器３内の缶水が蛇行して缶水の熱をＵ字管3e内の二次水に伝え易くすることができ、結果的に熱効率が向上して熱交換器３を小型化することができるので各セクションに大きな上部ニップル1dの貫通穴1daを設けることなく熱交換器３を缶体１内部に設置することができて好ましいのである。

また前記熱交換器３において複数本の細いＵ字管3eがそれぞれ螺旋管3eaである場合には、缶水とＵ字管3eとの接触面積が更に大きくなると共にこの螺旋形状によって缶水の流れに乱れが生じ缶水は直進し難くなるので伝熱性能が上昇して、缶水の熱をＵ字管3e内の二次水により伝え易くすることができて好ましいのである。

４は缶体１の鋳鉄製の一方の端セクション1aの外面側に位置する熱交換器３の他端近傍に設けられた排出口3bから二次水の加熱により熱交換された缶水を缶体１内に戻す循環パイプであり、この循環パイプ４は循環ポンプ4aを介して鋳鉄製の一方の端セクション1aの外面下方側に接続されている。この循環パイプ４は鋳鉄製の一方の端セクション1aの外面上方側に位置する熱交換器３の排出口3bから外面下方側に接続されているパイプであり、図１及び図３の如く略真直ぐな配管を使用することができるから、配置スペースを小さくすることができ、更に缶水が缶体１外部で無駄に冷やされることがないので熱効率を向上させることができるのである。

5aは缶体１内の缶水の温度を測定してバーナーの制御器5bにその情報を送る缶水温度センサであり、この缶水温度センサ5aは缶体１内の缶水と接する上部であればどこに設けられていれていてもよいが、鋳鉄製の他方の端セクション1b内の熱交換器３の開口部3aと対向する位置に設けられていれば、熱交換器３に送られる直前の缶水の温度を測定して制御することができるから、熱交換器３に略一定の温度の缶水を供給することができて好ましいのである。

このような構成を有する本発明に係る鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータでは、図１及び図３に示す如くバーナーによって加熱された缶水を熱交換器３の開口部3aから流入させて二次水を間接加熱しており、熱交換後の冷めた缶水は循環パイプ４を通して鋳鉄製の一方の端セクション1aの外面下方側から缶体１内に戻される構造となっている。即ち、鋳鉄製の一方の端セクション1a内のバーナーによって十分に加熱された缶水は上部ニップル1dの貫通穴1daと熱交換器３との間の隙間を通って鋳鉄製の他方の端セクション1bへと移動する。一方、温度の低い缶水は比重が大きいため下部ニップル1eの貫通穴を通して缶体１の下部で連通してバーナーによって加熱されるのである。

また熱交換器３が図２に示すように、内部に複数本の細いＵ字管3eが設けられており、水道管等により還りヘッダー3dに送られた二次水が還りヘッダー3dに連結された一端から各細いＵ字管3eに流入し、往きヘッダー3cに接続された他端に到るまで缶水によって間接加熱される構造となっていると、この間接加熱された二次水は往きヘッダー3cに集まってから送り出されるので、各セクションから溶出した不純物等で汚れた缶水と全く接することがなく清潔なまま送り出されるのである。

更に図２に示すように、熱交換器３に熱交換器本体3gの長手方向に略等間隔で熱交換器本体3gの横断面の略半分を遮断するじゃま板3fが設けられていると、このじゃま板3fによって缶水は熱交換器３内を蛇行するから、一部の缶水のみがＵ字管3eに接し大部分の缶水が直進してＵ字管3eと全く接することなく排出口3bから排出されるなどの問題が生じないので、Ｕ字管3e内の二次水を十分に加熱することができるのである。なお、図２及び図４に示す熱交換器３は、じゃま板3fが熱交換器本体3gの内面の上下にそれぞれ設けられているが、相対する位置であれば上下に限らず、例えば左右に設けられていたり、上下と左右を組み合わせたものであったりしてもよい。

また図４の如く、Ｕ字管3eが螺旋管3eaであれば、缶水との接触面積がより増えるばかりでなく、この螺旋形状によって缶水の流れに乱れが生じ缶水はより直進し難くなるので伝熱性能が上昇して、缶水の熱をＵ字管3e内の二次水に更に伝え易くすることができるのである。

本発明に係る鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータの１実施例の概略構造を示す説明図である。 本発明に係る鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータに設置される熱交換器の１実施例を示す拡大断面説明図である。 本発明に係る鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータの他の実施例の概略構造を示す説明図である。 本発明に係る鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータに設置される熱交換器の他の実施例を示す拡大断面説明図である。 従来の鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータの概略構造を示す説明図である。

１ 缶体
1a 鋳鉄製の一方の端セクション
1b 鋳鉄製の他方の端セクション
1c 鋳鉄製中セクション
1d 上部ニップル
1da 貫通穴
1e 下部ニップル
２ 開放タンク
３ 熱交換器
3a 開口部
3b 排出口
3c 往きヘッダー
3d 還りヘッダー
3e 細いＵ字管
3ea 螺旋管
3f じゃま板
3g 熱交換器本体
４ 循環パイプ
4a 循環ポンプ
5a 缶水温度センサ
5b バーナーの制御器

Claims (4)

1. 鋳鉄製の一方の端セクション(1a)と鋳鉄製の他方の端セクション(1b)との間に複数の鋳鉄製中セクション(1c)が順次水平方向に連結されて成る缶体(１)の上部に缶水の膨張を吸収するための開放タンク(２)が設置されており且つ各隣接する鋳鉄製セクションの缶水部分が上部ニップル(1d)及び下部ニップル(1e)で連通されている鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータにおいて、一端に缶水が流入する開口部(3a)が設けられており流入した缶水で二次水が加熱される熱交換器(３)が該缶体(１)の鋳鉄製の一方の端セクション(1a)の外面側から各セクション間の上部ニップルの貫通穴(1da)内を貫通して該開口部(3a)を該缶体(１)の鋳鉄製の他方の端セクション(1b)内に位置させた状態で設置されており、該缶体(１)の鋳鉄製の一方の端セクション(1a)の外面側に位置する該熱交換器(３)の他端近傍に設けられた排出口(3b)から熱交換された缶水を該缶体(１)内に戻す循環パイプ(４)が循環ポンプ(4a)を介して該缶体(１)の鋳鉄製の一方の端セクション(1a)の外面下方側に接続されていることを特徴とする鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータ。
2. 熱交換器(３)が、排出口(3b)側の端部に二次水用の往きヘッダー(3c)と還りヘッダー(3d)とが設けられており、該往きヘッダー(3c)と該還りヘッダー(3d)とに複数本の細いＵ字管(3e)の両端がそれぞれ連結されている共に、熱交換器本体(3g)の長手方向に略等間隔で該熱交換器本体(3g)の横断面の略半分を遮断するじゃま板(3f)が該熱交換器本体(3g)の内面の相対する位置に交互に設けられている熱交換器である請求項１に記載の鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータ。
3. 熱交換器(３)の複数本の細いＵ字管(3e)がそれぞれ螺旋管(3ea)である請求項２に記載の鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータ。
4. 缶体(１)内の缶水の温度を測定してバーナーの制御器(5b)にその情報を送る缶水温度センサ(5a)が鋳鉄製の他方の端セクション(1b)内の熱交換器(３)の開口部(3a)と対向する位置に設けられている請求項１から３までの何れか１項に記載の鋳鉄製セクショナル無圧開放式温水ヒータ。
   

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