JP4674152B2 - Boiler equipment - Google Patents
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Description
本発明は、バーナの燃焼ガスが流通する燃焼ガス流路に、当該燃焼ガス流路の中心軸を旋回する形態で伝熱管が配置され、前記伝熱管内に供給した水を前記燃焼ガス流路に流通する燃焼ガスにより加熱して蒸気を発生するボイラ装置に関し、特に、家庭用若しくは小規模業務用用途において、調理に利用される高温の過熱蒸気等のように、少量の蒸気需要を満たすボイラ装置に関する。 In the present invention, a heat transfer pipe is disposed in a combustion gas flow path through which combustion gas of a burner circulates so as to swivel a central axis of the combustion gas flow path, and water supplied into the heat transfer pipe is supplied to the combustion gas flow path. In particular, boilers that generate steam by heating with combustion gas that circulates in the boiler satisfy the demand for a small amount of steam, such as high-temperature superheated steam used for cooking in home or small-scale business applications Relates to the device.
上記のように、水をバーナの燃焼ガスにより加熱して蒸気を発生する所謂バーナ加熱式のボイラ装置としては、最も小容量の小型貫流ボイラが知られている(例えば、非特許文献1を参照。)。かかる非特許文献1に記載の小型貫流ボイラは、供給された水を蒸発させる蒸発管としての伝熱管が、燃焼ガス流路においてコイル状(ヘリカル状)に旋回する形態で配置され、例えば数百Kg/h〜数千kg/hの飽和蒸気を発生するように構成されている。 As described above, as a so-called burner heating type boiler apparatus that generates steam by heating water with burner combustion gas, a small-sized small once-through boiler is known (see, for example, Non-Patent Document 1). .) Such a small once-through boiler described in Non-Patent Document 1 is arranged such that a heat transfer tube as an evaporation tube for evaporating supplied water is swirled in a coil shape (helical shape) in a combustion gas flow path. It is configured to generate saturated steam of Kg / h to several thousand kg / h.
最近、水を電気ヒータで加熱して蒸気を発生する所謂電気加熱式のボイラ装置を備え、そのボイラ装置で発生した過熱蒸気を利用して、蒸し物だけではなく、焼物等の調理を行うことができる調理器具が市販されている。 Recently, it has been equipped with a so-called electric heating boiler device that generates steam by heating water with an electric heater, and using superheated steam generated by the boiler device, cooking not only steamed products but also pottery products etc. Cooking utensils that can be made are commercially available.
しかしながら、調理器具で利用される電気加熱式のボイラ装置では、電気容量の制限から、運転開始から過熱蒸気が発生されるまでにかかる準備時間が10分程度と比較的長いという問題があった。
そこで、このような調理器具において、バーナ加熱式のボイラ装置を使用すれば、上記準備時間の短縮を実現すると共に、例えば、洗浄や殺菌等の他の用途で、必要なときに直ぐ蒸気を発生させるように構成することもできると考えられる。しかし、従来の小型貫流ボイラは、調理器具が設置される家庭用や小規模業務用(レストラン等)で使用するには能力が過大であり、しかも、その多くは過熱蒸気の得られる構造にはなっていない。
即ち、上記小型貫流ボイラにおいて、調理に利用される高温の過熱蒸気等のような少量の蒸気需要を満たすために、伝熱管の口径を小さくした場合には、蒸気発生の脈動により蒸気供給が不安定になるという問題が発生し、更には、伝熱管内における水(若しくは蒸気)の偏流による伝熱管の焼損や、燃焼ガス流路における燃焼ガスの不均一な流れによる性能安定性の低下等の問題が懸念される。
However, the electric heating boiler device used in cooking utensils has a problem that the preparation time required from the start of operation to the generation of superheated steam is relatively long, about 10 minutes, due to the limitation of electric capacity.
Therefore, in such a cooking utensil, if a burner heating type boiler device is used, the preparation time can be shortened, and steam is generated immediately when necessary in other applications such as cleaning and sterilization. It is thought that it can also be comprised. However, conventional small once-through boilers have an excessive capacity for use in homes or small-scale businesses (restaurants, etc.) where cooking utensils are installed, and many of them have a structure where superheated steam can be obtained. is not.
That is, in the small once-through boiler, in order to satisfy a small amount of steam demand such as high-temperature superheated steam used for cooking, when the diameter of the heat transfer tube is reduced, steam supply is not possible due to the pulsation of steam generation. The problem of stabilization occurs, and further, the heat transfer tube burns out due to the drift of water (or steam) in the heat transfer tube, and the performance stability decreases due to the non-uniform flow of combustion gas in the combustion gas flow path. The problem is concerned.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、少量の蒸気、特に過熱蒸気を、安定的且つ熱効率良く供給することができ、しかも伝熱管内における水(若しくは蒸気)の偏流や燃焼ガス流路における燃焼ガスの不均一な流れを抑制することができるバーナ加熱式のボイラ装置を、小型且つ合理的な構成で実現する点にある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to supply a small amount of steam, particularly superheated steam, stably and efficiently, and water (or steam) in the heat transfer tube. This is to realize a burner heating type boiler apparatus capable of suppressing the uneven flow and the non-uniform flow of the combustion gas in the combustion gas flow path with a small and rational configuration.
上記目的を達成するための本発明に係るボイラ装置は、バーナの燃焼ガスが流通する燃焼ガス流路に、当該燃焼ガス流路の中心軸を旋回する形態で伝熱管が配置され、前記伝熱管内に供給した水を前記燃焼ガス流路に流通する燃焼ガスにより加熱して蒸気を発生し、
前記燃焼ガス流路を、前記バーナを軸心上に設けた上流部通路と、前記上流部通路に連通する下流部通路に区画するとともに、
前記上流部通路及び前記下流部通路よりも小径で、前記上流部通路の外壁に沿って流入する燃焼ガスが、前記中心軸に沿って前記下流部通路に流通する軸部通路を、前記上流部通路内に、バーナに向かって突出して設け、
前記下流部通路に、供給された水を蒸発させる蒸発管が前記伝熱管として配置され、
前記軸部通路に、前記蒸発管から供給された蒸気を過熱する過熱管が前記伝熱管として配置され、
前記蒸発管は、前記過熱管とは前記中心軸からの距離が異なる部位に前記過熱管と同軸状に配置されている点にある。
In order to achieve the above object, a boiler apparatus according to the present invention includes a heat transfer tube disposed in a combustion gas flow path through which a combustion gas of a burner circulates so as to swivel a central axis of the combustion gas flow path. The water supplied in the pipe is heated by the combustion gas flowing through the combustion gas flow path to generate steam,
The combustion gas flow path is divided into an upstream passage provided with the burner on an axial center, and a downstream passage communicating with the upstream passage,
A shaft passage that is smaller in diameter than the upstream passage and the downstream passage and flows along the outer wall of the upstream passage flows into the downstream passage along the central axis. Protruding toward the burner in the passage,
In the downstream passage, an evaporation pipe for evaporating the supplied water is arranged as the heat transfer pipe,
In the shaft passage, a superheat pipe that superheats the steam supplied from the evaporation pipe is arranged as the heat transfer pipe,
The evaporator tube is in a point that is coaxially arranged with the superheater tube at a location different from the superheater tube from the central axis.
上記ボイラ装置によれば、伝熱管が燃焼ガス流路の中心軸をスパイラル状(渦巻線状とも呼ぶ。)若しくはヘリカル状(弦巻線状又はコイル状とも呼ぶ。)又はそれらを組み合わせた状態で旋回する形態で当該燃焼ガス流路に配置されている。よって、少ない蒸気需要(例えば3kg/h)を満たすために伝熱管の口径を小さく(例えば4mm程度)しても、伝熱面積を充分に確保して熱効率を良好なものとしながら、伝熱管の接合を極力少なくした合理的な構成を実現し、更には、伝熱管内における水(若しくは蒸気)の偏流による伝熱管の焼損を抑制することができる。 According to the boiler apparatus, the heat transfer tube swirls in a state where the central axis of the combustion gas flow path is spiral (also referred to as a spiral), helical (also referred to as a string or coil), or a combination thereof. Is arranged in the combustion gas flow path. Therefore, even if the diameter of the heat transfer tube is reduced (for example, about 4 mm) in order to satisfy a small steam demand (for example, 3 kg / h), the heat transfer area of the heat transfer tube is sufficiently secured while ensuring a sufficient heat transfer area. It is possible to realize a rational configuration with as few junctions as possible, and further to suppress the heat transfer tube from burning due to the drift of water (or steam) in the heat transfer tube.
そして、上記第1特徴構成によれば、前記燃焼ガス流路を、前記バーナを軸心上に設けた上流部通路と、前記上流部通路に連通する下流部通路に区画するとともに、前記上流部通路及び前記下流部通路よりも小径で、前記上流部通路の外壁に沿って流入する燃焼ガスが、前記中心軸に沿って前記下流部通路に流通する軸部通路を、前記上流部通路内に、バーナに向かって突出して設けることにより、上流部通路に流入した燃焼ガスは、旋回しながら主に中心軸に沿って流通するが、上流部通路の外壁に沿って流通した燃焼ガスの一部が、軸部通路への区画された部分に衝突して中心軸側に引き寄せられる形態で流通する。
更には、その燃焼ガスの一部は、燃焼ガスの旋回により中心軸X付近に生じる負圧や筒状突出部により、中心軸側に引き寄せられる形態で良好に循環するものとなり、中心軸に沿って流通する未燃混合気が、そのように循環する既燃の燃焼ガスの混合により、緩慢燃焼してNOxの発生が抑制される。
また、前記下流部通路に、供給された水を蒸発させる蒸発管が前記伝熱管として配置され、前記軸部通路に、前記蒸発管から供給された蒸気を過熱する過熱管が前記伝熱管として配置されることで、燃焼ガス流路における燃焼ガスの圧損を均等にして、燃焼ガス流路における燃焼ガスの流れを均一なものとし、安定的な性能を確保することができる。更には、比較的小さい燃焼ガス流路に比較的長い伝熱管を、例えば複数の部位に配置された夫々の伝熱管を入れ子状態に納めるというように配置することができるので、小型化を実現することができる。
And according to said 1st characteristic structure, while dividing said combustion gas flow path into the upstream part channel | path which provided the said burner on the axial center, and the downstream part channel | path connected to the said upstream part channel | path, the said upstream part A shaft passage having a smaller diameter than the passage and the downstream passage and flowing along the outer wall of the upstream passage flows into the downstream passage along the central axis into the upstream passage. The combustion gas that has flowed into the upstream passage flows mainly along the central axis while turning, but a part of the combustion gas that flows along the outer wall of the upstream passage. However, it circulates in a form in which it collides with a section of the shaft passage and is drawn toward the central shaft.
Furthermore, a part of the combustion gas circulates well in a form attracted to the central axis side by the negative pressure generated near the central axis X by the swirling of the combustion gas and the cylindrical protrusion, and along the central axis The unburned air-fuel mixture that circulates in this way is slowly burned by the mixing of the burned combustion gas that circulates in this manner, and the generation of NOx is suppressed.
Also, an evaporation pipe for evaporating the supplied water is arranged as the heat transfer pipe in the downstream passage, and an overheat pipe for heating the steam supplied from the evaporation pipe is arranged as the heat transfer pipe in the shaft passage. in Rukoto is, by equalizing the pressure loss of the combustion gas in the combustion gas flow passage, the flow of combustion gas in the combustion gas passage and made uniform, it is possible to secure stable performance. Furthermore, since a relatively long heat transfer tube can be disposed in a relatively small combustion gas flow path, for example, each heat transfer tube disposed at a plurality of sites can be nested, so that downsizing is realized. be able to.
本発明に係るボイラ装置の第2特徴構成は、上記特徴構成に加えて、
前記蒸発管から供給された蒸気から水を分離し当該蒸気を前記過熱管に供給する環状の蒸気ドラムが前記燃焼ガス流路に配置されている点にある。
In addition to the above characteristic configuration , the second characteristic configuration of the boiler device according to the present invention is :
An annular steam drum that separates water from the steam supplied from the evaporation pipe and supplies the steam to the superheat pipe is disposed in the combustion gas flow path.
上記第1特徴構成によれば、バーナで生成され軸部通路に流入した高温の燃焼ガスは、中心軸に沿って比較的高速で軸部通路に流通することになるので、その軸部通路に配置された伝熱管である過熱管に対して、蒸気を高温に過熱するのに好適な高温の熱を良好に伝達することができる。更に、その軸部通路から下流部通路に流入した温度が若干低下した後の燃焼ガスは、比較的低速で下流部通路に流通することになるので、その下流部通路に配置された伝熱管である蒸発管に対して、水を蒸発させるのに充分な熱量の熱を良好に伝達することができる。
上記構成に加えて第2特徴構成によれば、燃焼ガス流路を軸部通路から下流部通路に向けて拡径するように構成する場合には、蒸発管から過熱管に供給される蒸気から水を分離するための環状の蒸気ドラムを、燃焼ガス流路に配置することにより、その蒸気ドラムの外壁も燃焼ガスからの受熱面として寄与させて熱効率の向上を図ることができ、更に、蒸気ドラムの設置による大型化を抑制することができる。
According to the first characteristic configuration, the high-temperature combustion gas generated by the burner and flowing into the shaft passage passes through the shaft passage at a relatively high speed along the central axis. High-temperature heat suitable for superheating steam to a high temperature can be satisfactorily transmitted to the superheated tube that is the arranged heat transfer tube. Furthermore, since the combustion gas after the temperature flowing into the downstream passage from the shaft passage is slightly lowered flows through the downstream passage at a relatively low speed, the heat transfer tube disposed in the downstream passage is used. A certain amount of heat sufficient to evaporate water can be satisfactorily transmitted to a certain evaporation pipe.
According to the second characteristic configuration in addition to the above configuration, when the combustion gas flow path is configured to expand from the shaft section passage toward the downstream section passage, the steam supplied from the evaporation pipe to the superheat pipe is used. By disposing an annular steam drum for separating water in the combustion gas flow path, the outer wall of the steam drum can also contribute as a heat receiving surface from the combustion gas to improve thermal efficiency. The increase in size due to the installation of the drum can be suppressed.
また、燃焼ガス流路を上流部通路から軸部通路に向けて縮径するように構成することで、その上流部通路の上流側端部の中心軸上に配置されたバーナで生成された燃焼ガスの一部が、その上流部通路の外壁に沿って流通した後に軸部通路への段部に衝突して中心軸側に引き寄せられる形態で流通するものとなる。よって、中心軸に沿って流通する未燃混合気は、上記のように中心軸側に引き寄せられた既燃の燃焼ガスが混合されることにより、低酸素濃度状態(窒素と二酸化炭素による不活性ガス濃度の高い状態)で緩慢に局所高温部を形成することなく燃焼し、これにより、NOxの発生を抑制することができる。 Further, by composing the combustion gas flow path so as to reduce the diameter from the upstream passage toward the shaft passage, the combustion generated by the burner disposed on the central axis at the upstream end of the upstream passage. A part of the gas flows along the outer wall of the upstream passage, and then flows in a form in which it collides with the stepped portion to the shaft passage and is drawn toward the central axis. Therefore, the unburned gas mixture flowing along the central axis is mixed with the burned combustion gas drawn toward the central axis as described above, so that the low oxygen concentration state (inactive by nitrogen and carbon dioxide) Combusting slowly without forming a local high temperature portion in a high gas concentration state), thereby suppressing the generation of NOx.
本発明に係るボイラ装置の第3特徴構成は、上記特徴構成に加えて、前記軸部通路の外壁側から前記上流部通路側に突出する筒状突出部が形成されている点にある。 A third characteristic configuration of the boiler device according to the present invention is that, in addition to the above-described characteristic configuration, a cylindrical projecting portion that projects from the outer wall side of the shaft passage to the upstream passage side is formed.
上記第3特徴構成によれば、上流部通路の外壁に沿って流通した後に軸部通路への段部に衝突して中心軸側に引き寄せられた燃焼ガスが、更に筒状突出部の外面に沿ってバーナが配置された上流側に引き寄せられる形態で良好に循環するものとなるので、未燃混合気に対する既燃燃焼ガスの混合を充分に行って、NOxの発生を一層抑制することができる。 According to the third characteristic configuration, the combustion gas that has flowed along the outer wall of the upstream passage and then collided with the stepped portion to the shaft passage and has been drawn to the central axis side further flows to the outer surface of the cylindrical protrusion. Therefore, the burner is well circulated in the form of being drawn toward the upstream side where the burner is disposed, so that the burned combustion gas can be sufficiently mixed with the unburned mixture to further suppress the generation of NOx. .
本発明に係るボイラ装置の第4特徴構成は、上記特徴構成に加えて、前記バーナが、前記中心軸を中心に燃焼ガスを旋回させるように構成されている点にある。 A fourth characteristic configuration of the boiler apparatus according to the present invention is that, in addition to the above-described characteristic configuration, the burner is configured to swirl the combustion gas around the central axis.
上記第4特徴構成によれば、バーナを、上記中心軸を中心に燃焼ガスを旋回させるように構成することで、中心軸上のバーナ付近で燃焼ガスの旋回により負圧が生じ、既燃の燃焼ガスの一部が、その負圧により中心軸側に引き寄せられる形態で循環するものとなる。よって、中心軸に沿って流通する未燃混合気は、上記のように中心軸側に引き寄せられた既燃の燃焼ガスが混合されることにより、低酸素濃度状態で緩慢に局所高温部を形成することなく燃焼し、これにより、NOxの発生を抑制することができる。 According to the fourth feature, the burner is configured to swirl the combustion gas around the central axis, so that a negative pressure is generated by the swirling of the combustion gas near the burner on the central axis, A part of the combustion gas circulates in a form attracted to the central axis side by the negative pressure. Therefore, the unburned gas mixture flowing along the central axis slowly forms a local high-temperature part in a low oxygen concentration state by mixing the burned combustion gas drawn toward the central axis as described above. It burns without doing, and it can control generation of NOx by this.
本発明に係るボイラ装置の第5特徴構成は、上記特徴構成に加えて、前記過熱管を構成する伝熱管が、前記中心軸に沿った方向において互いに密着しながらヘリカル状に旋回するように形成されている点にある。 A fifth characteristic configuration of the boiler apparatus according to the present invention is formed such that, in addition to the above-described characteristic configuration, the heat transfer tubes constituting the superheater tube rotate in a helical shape while being in close contact with each other in the direction along the central axis. It is in the point.
上記第5特徴構成によれば、燃焼ガス流路の中心軸を中心に上記のように旋回する伝熱管により、燃焼ガス流路の外壁に沿った円筒状の面を形成することができるので、特に高温の燃焼ガスが流通する上流側において、燃焼ガス流路の外壁が過剰高温となることを抑制することができる。よって、搬送に不適な脆性且つ高重量のセラミック製の耐火材料や、高価で加工が困難であるニッケル基合金等の金属製の耐熱材料を用いることなく、ステンレス鋼等の一般的な金属材料を用いて、上記燃焼ガス流路の外壁を構成することができ、一方、伝熱管についても、内部に流通する水や蒸気で冷却されているため、特に高級な耐熱材料を用いなくても焼損等を抑制することができる。
当然ながら、この伝熱管は、燃焼ガスから受熱する伝熱管としても作用するため、中心軸に沿った方向において互いに密着するように旋回するように形成することで、有効に伝熱面積を確保することができる。
According to the fifth characteristic configuration, a cylindrical surface along the outer wall of the combustion gas flow path can be formed by the heat transfer tube swirling as described above around the central axis of the combustion gas flow path. In particular, it is possible to prevent the outer wall of the combustion gas flow path from becoming excessively high on the upstream side where the high-temperature combustion gas flows. Therefore, a general metal material such as stainless steel can be used without using a brittle and high-weight ceramic refractory material unsuitable for conveyance or a metal heat-resistant material such as a nickel-based alloy that is expensive and difficult to process. Can be used to configure the outer wall of the combustion gas flow path, while the heat transfer tube is also cooled by water or steam flowing through it, so that it is not burned out without using a particularly high-grade heat-resistant material. Can be suppressed.
Naturally, since this heat transfer tube also acts as a heat transfer tube that receives heat from the combustion gas, the heat transfer area is effectively secured by forming the heat transfer tubes so as to be in close contact with each other in the direction along the central axis. be able to.
本発明に係るボイラ装置の第6特徴構成は、上記特徴構成に加えて、前記燃焼ガス流路の外壁を空冷構造とし、当該外壁を冷却後の空気を前記バーナの燃焼用空気として供給するように構成されている点にある。 The sixth characteristic configuration of the boiler apparatus according to the present invention is such that, in addition to the above-described characteristic configuration, the outer wall of the combustion gas passage has an air cooling structure, and air after cooling the outer wall is supplied as combustion air for the burner. It is in the point which is comprised.
上記第6特徴構成によれば、燃焼ガス流路の外壁を、大型化及び高重量化の原因となる断熱構造とするのではなく、空冷構造とすることで、小型軽量化を図ると共に、ステンレス鋼等の一般的な金属材料を用いて、上記燃焼ガス流路の外壁を構成することができる。
更に、燃焼ガス流路の外壁の冷却に用いた空気は、バーナの燃焼用空気として使用することができ、燃焼ガス流路の外壁を介して放出された熱を無駄なく回収・循環することができる。更には、バーナにおいては、燃料を予熱された燃焼用空気で燃焼させることとなり、燃料の燃焼性を向上させ、希薄燃焼による低NOx化も図ることができる。
According to the sixth characteristic configuration, the outer wall of the combustion gas passage is not a heat insulating structure that causes an increase in size and weight, but an air cooling structure, thereby achieving a reduction in size and weight, as well as stainless steel. The outer wall of the combustion gas flow path can be configured using a general metal material such as steel.
Furthermore, the air used for cooling the outer wall of the combustion gas channel can be used as combustion air for the burner, and the heat released through the outer wall of the combustion gas channel can be recovered and circulated without waste. it can. Further, in the burner, the fuel is burned with preheated combustion air, which can improve the combustibility of the fuel and reduce NOx by lean combustion.
本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図1〜3に示すボイラ装置50は、バーナ2の燃焼ガスGが流通する燃焼ガス流路10に、当該燃焼ガス流路10の中心軸Xを旋回する形態で伝熱管11が配置され、その伝熱管11内に供給した水Wを燃焼ガス流路10に流通する燃焼ガスGにより加熱して蒸気Sを発生するバーナ加熱式のボイラ装置として構成されている。
更に、ボイラ装置50は、中心軸Xからの距離が互いに異なる複数の部位に渡って、伝熱管11が同じ中心軸Xを旋回する状態、即ち同軸状で配置されている点を特徴とし、少量の蒸気、特に過熱蒸気Sを、安定的且つ熱効率良く供給し、しかも伝熱管11内における水W(若しくは蒸気S)の偏流や燃焼ガス流路10における燃焼ガスGの不均一な流れを抑制することができるように構成されている。
以下、上記ボイラ装置50として構成された第一乃至第三実施形態のボイラ装置51,52,53の詳細構成について説明する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The
Further, the
Hereinafter, the detailed structure of the
〔第一実施形態〕
図1に示す第一実施形態のボイラ装置51は、両端部が封鎖された円筒状体からなる本体ケーシング1を備え、その内部に上述したバーナ2、燃焼ガス流路10及び伝熱管11等が配置されている。
上記燃焼ガス流路10は、本体ケーシング1の内部において、当該円筒軸である上記中心軸Xを中心とする円形の流路断面形状を有する流路として形成されている。
[First embodiment]
A
The combustion
更に、この燃焼ガス流路10は、中心軸Xに沿って燃焼ガスGが流通する軸部通路10bを有すると共に、その軸部通路10bの下流側に位置し当該軸部通路10bよりも大径の下流部通路10cと、その軸部通路10bの上流側に位置し当該軸部通路10bよりも大径の上流部通路10aとを有する。
Further, the
具体的には、本体ケーシング1内の上流側には、中心軸Xを中心とする筒状で下流側に向けて縮径するように形成された炉壁部材5が設けられており、上流部通路10aは、この炉壁部材5の内側の空間として形成されている。
そして、その炉壁部材5の外面と本体ケーシング1の内面との間には、空気ファン20から本体ケーシング1の外壁に形成された燃焼用空気口22を通じて流入した燃焼用空気Aを、炉壁5の上流側の開口部5aに導く空気流路23が形成されており、詳細については後述するが、バーナ2は、この燃焼用空気23に流通する燃焼用空気Aを利用して燃料Fを燃焼させ、その燃焼ガスGが上記開口部5aを通じて上流部通路10aに流入する。
また、燃焼用空気Aは、開口部5aから空気流路23に中心軸Xを旋回する方向に流入して、炉壁部材5の外周面に沿って旋回しながら、バーナ2側に供給される。よって、炉壁部材5は、燃焼用空気Aにより冷却される所謂空冷構造とされ、この炉壁部材5を冷却することで予熱された燃焼用空気Aがバーナ2に供給されることになる。
そして、このバーナ2は、空気流路23において炉壁部材5を冷却することで予熱された燃焼用空気Aを利用して燃料FをNOxの発生が少ない希薄燃焼させるように構成されており、更に、炉壁部材5の上流側の開口部5aにスワラ4を配置して、当該開口部5aを通じて上流部通路10aに流入する燃焼ガスGを、そのスワラ4により中心軸Xを中心に旋回させるように構成されている。
Specifically, a
Then, between the outer surface of the
Further, the combustion air A flows from the
And this
また、本体ケーシング1内の略中央部には、炉壁部材5の下流側端部に接合された円盤状の区画部材7が設けられており、下流部通路10cは、この区画部材7の上流側の空間として形成されている。この下流部通路10cの外側には、下流部通路10cに流通した後の燃焼ガスGが排ガスとして流出する排気口15が形成されている。
そして、排気口15から流出した燃焼ガスGは、排ガスとしてダクト17により形成された煙道16を通じて換気部などの所定箇所に導かれ排出される。
Further, a disc-shaped partition member 7 joined to the downstream end of the
And the combustion gas G which flowed out from the
また、本体ケーシング1内の略中央部には、区画部材7の内側開口の縁部から上流部通路10a側に突出する筒状突出部6が設けられており、軸部通路10bは、この筒状突出部6の内部の空間として形成されている。
Further, a substantially cylindrical portion 6 in the main body casing 1 is provided with a cylindrical protrusion 6 that protrudes from the edge of the inner opening of the partition member 7 toward the
バーナ2は、燃焼ガス流路10の上流側、即ち上流部通路10aの上流側の中心軸上Xに配置されており、詳しくは、空気流路23において、炉壁部材5の上流側に形成された開口部5aの回りを取り囲む環状に形成された管部材からなり、その内部に供給された天然ガス系都市ガス等の燃料Fを、内面側に周方向等間隔で形成された複数の噴孔2aから径内方向に吹出し、空気流路23を通じて供給された燃焼用空気Aを利用して燃焼させるように構成されている。
The
以上のような構成により、開口部5aから上流部通路10aに流入した燃焼ガスGは、旋回しながら主に中心軸Xに沿って流通するが、上流部通路10aの外壁に沿って流通した燃焼ガスGの一部が、軸部通路10bへの段部である区画部材7に衝突して中心軸X側に引き寄せられる形態で流通する。
更には、その燃焼ガスGの一部は、燃焼ガスGの旋回により中心軸X付近に生じる負圧や筒状突出部6により、中心軸X側に引き寄せられる形態で良好に循環するものとなり、中心軸Xに沿って流通する未燃混合気が、そのように循環する既燃の燃焼ガスGの混合により、緩慢燃焼してNOxの発生が抑制される。
With the configuration as described above, the combustion gas G that has flowed into the
Furthermore, a part of the combustion gas G circulates well in a form that is attracted to the central axis X side by the negative pressure generated in the vicinity of the central axis X by the swirling of the combustion gas G and the cylindrical protrusion 6, The unburned mixture flowing along the central axis X is slowly burned by the mixing of the burned combustion gas G that circulates in this way, and the generation of NOx is suppressed.
一方、炉壁部材5の開口部5aには、上流側に向けて延出する形態で二次燃料ノズル3が配置されており、この二次燃料ノズル3は、その内部に供給された燃料Fを、外側面に周方向等間隔で形成された複数の噴孔3aから径外方向に吹出し、開口部5aから上流部通路10aに流入した燃焼用空気Aを利用して燃焼させるように構成されている。
そして、燃焼ガス流路10における総括空気比を省エネルギ運転可能な適切な範囲(例えば、1.1〜1.6程度)に維持するように、この二次燃料ノズル3への燃料Fの供給量が制御されている。
尚、この二次燃料ノズル3は、運転開始時にも燃料Fを燃焼させて、バーナ2の燃焼を保炎するパイロットバーナや、暖機を迅速に行うためのバーナとして機能するように構成することができる。
On the other hand, the
And supply of the fuel F to this
The
また、上流部通路10aから当該上流部通路10aよりも小径の軸部通路10bに流入した燃焼ガスGは、旋回しながら比較的高速で中心軸Xに沿って軸部通路10bに流通し、その軸部通路10bから軸部通路10bよりも大径の下流部通路10cに流入した燃焼ガスGは、旋回しながら比較的低速で径外方向に下流部通路10cに流通した後に、その下流部通路10cの外側に形成された排気口15から流出する。
Further, the combustion gas G that has flowed from the
中心軸Xからの距離が互いに異なる複数の部位に渡って同軸状に配置された伝熱管11としては、下流部通路10cの軸部通路10bの外形よりも外側の領域をヘリカル状に中心軸Xを旋回する形態で配置された伝熱管からなる蒸発管11aと、軸部通路10bをヘリカル状に中心軸Xを旋回する形態で配置された伝熱管からなる過熱管11bとが設けられている。尚、この過熱管11bは、軸部通路10bを構成する筒状突出部6の内側から下流部通路10cに渡って配置されている。
尚、ヘリカル状に中心軸Xを旋回するとは、中心軸Xに沿って一方向に移動しながら中心軸Xを中心に立体的に旋回することをいう。
As for the
Note that turning the central axis X helically means turning three-dimensionally around the central axis X while moving in one direction along the central axis X.
尚、上記伝熱管11は、中心軸Xに沿った方向において互いに密着せずに離間した状態でヘリカル状に旋回するように形成されており、中心軸Xに沿った方向において互いに隣接する伝熱管11の間に形成された隙間に、燃焼ガスGが良好に流通することができる。
The
そして、蒸発管11aは、供給された水Wを、下方から上方に向けて伝熱管11内に流通させるように配置されている。そして、下流部通路10cを比較的低速で流通する燃焼ガスGから充分な熱量の熱が良好に伝達されて、水Wを加熱して蒸発させ、飽和蒸気S’を生成するように構成されている。
And the evaporation pipe |
一方、過熱管11bは、この蒸発管11aから供給された飽和蒸気S’を、上方から下方に向けて伝熱管11内に流通させるように配置されている。そして、下流部通路10cの比較的上流側に流通する高温の燃焼ガスG、更には、軸部通路10bを比較的高速で流通する高温の燃焼ガスGから、飽和蒸気S’を高温に過熱するのに好適な高温の熱が良好に伝達されて、飽和蒸気S’を高温に過熱して、高温の過熱蒸気Sを生成するように構成されている。
On the other hand, the
上流部通路10a下流部通路10bを区画する区画部材7には、蒸発管11aと過熱管11bとの間で環状に配置され円形断面を有する管部材からなる蒸気ドラム8が一体形成されている。この蒸気ドラム8は、蒸発管11aから供給された飽和蒸気S’から蒸発していない水Wを分離して当該飽和蒸気S’を過熱管11bに供給するように構成されている。
そして、この蒸気ドラム8の外壁は、燃焼ガス流路10に流通する燃焼ガスGから熱を受ける受熱面としても寄与し、その分離した水Wを加熱して蒸発させることができる。
また、この蒸気ドラム8で分離された水Wの一部は、必要により、不純物の濃縮を防止するために部分的に排出される。
The partition member 7 that partitions the
The outer wall of the
Further, a part of the water W separated by the
〔第二実施形態〕
図2に示す第二実施形態のボイラ装置52は、上述した第一実施形態と同様の構成については説明を割愛するが、過熱管11bを構成する伝熱管11が、中心軸Xに沿った方向において互いに密着しながらヘリカル状に旋回するように配置されている。
[Second Embodiment]
The
即ち、過熱管11bは、蒸気ドラム8付近から下端部までの伝熱管11が、中心軸Xに沿った方向において互いに密着する状態でヘリカル状に旋回する密着部25として構成されている。
In other words, the
よって、この密着部25は、上述した第一実施形態で説明したように、燃焼ガスGの循環を促進するための筒状突出部6(図1参照)としても機能することになるので、当該筒状突出部6を省略することができる。
また、この密着部25は、燃焼ガスGから受熱する伝熱管11としても作用して有効に伝熱面積が確保されている。
Therefore, as described in the first embodiment, the
Further, the
また、上記第1及び第2実施形態では、下流部通路10cにおいて本体ケーシング1の内面に沿って配置された蒸発管11aを構成する伝熱管11を、中心軸Xに沿った方向において離間した状態でヘリカル状に旋回するように形成したが、当該伝熱管11を、中心軸Xに沿った方向において密着する状態で、本体ケーシング1の内面に沿ってヘリカル状に旋回するように形成すれば、燃焼ガスGが本体ケーシング1の内面側に到達することが抑制されるので、その本体ケーシング1の過剰高温が抑制される。
Moreover, in the said 1st and 2nd embodiment, the state which separated the
〔第三実施形態〕
図3に示す第二実施形態のボイラ装置53は、上述した第一又は第二実施形態と同様の構成については説明を割愛するが、蒸発管11aを構成する伝熱管11が、ヘリカル状ではなくスパイラル状に中心軸Xを旋回するように構成されている。
尚、スパイラル状に中心軸Xを旋回するとは、中心軸Xに沿って移動せずに中心軸Xを中心に回転半径を徐々に回転半径を縮小又は拡大しながら平面的に回転することをいう。
また、本実施形態では、スパイラル状に中心軸Xを旋回する伝熱管11が中心軸Xに沿って2重で配置されており、有効に伝熱面積が確保されている。
また、蒸気ドラム8が四角断面形状を有するように構成され、更に、この蒸気ドラム8内には、飽和蒸気S’からの水Wの分離を良好に行うために、上下を仕切る形態で配置され多数の孔が穿設された板状の分離壁8aが設けられている。そして、この分離壁8aの下方側に、蒸発管11aから飽和蒸気S’が供給され、その分離壁8aに形成された孔を通じて上方側に飽和蒸気S’が流出し、その飽和蒸気S’が過熱管11bに供給されることになる。
[Third embodiment]
The
Note that turning the central axis X in a spiral shape means that the central axis X does not move along the central axis X, but rotates around the central axis X while rotating in a plane while gradually reducing or increasing the rotational radius. .
Further, in the present embodiment, the
Further, the
また、過熱管11bを構成する伝熱管11は、上述した第一乃至第2実施形態と同様に、ヘリカル状に中心軸Xを旋回するものであるが、燃焼ガスGの流通状態を適切なものとするべく、上方側の旋回半径が下方側の旋回半径よりも小さく形成されている。
Further, the
尚、上記夫々の実施形態では、ボイラ装置50を、過熱管11bを設けて過熱蒸気Sを取り出すように構成したが、別に、蒸気発生部11aのみを設けた飽和蒸気S’を取り出すように構成しても構わない。
In each of the above-described embodiments, the
本発明に係るボイラ装置は、特に家庭用若しくは小規模業務用用途において、少量の蒸気、特に過熱蒸気を、安定的且つ熱効率良く供給することができ、しかも伝熱管内における水(若しくは蒸気)の偏流や燃焼ガス流路における燃焼ガスの不均一な流れを抑制することができるバーナ加熱式のボイラ装置として有効に利用可能である。 The boiler apparatus according to the present invention can supply a small amount of steam, particularly superheated steam, in a stable and heat efficient manner, particularly for household use or small-scale business use, and water (or steam) in a heat transfer tube. The present invention can be effectively used as a burner heating type boiler apparatus capable of suppressing uneven flow and non-uniform flow of combustion gas in the combustion gas flow path.
2:バーナ
6:筒状突出部
8:蒸気ドラム
10:燃焼ガス流路
10b:軸部通路
10c:下流部通路
10a:上流部通路
11:伝熱管
11a:蒸発管
11b:過熱管
50,51,52,53:ボイラ装置
A:燃焼用空気
F:燃料
G:燃焼ガス
S:過熱蒸気
S’:飽和蒸気
W:水
X:中心軸
2: Burner 6: Cylindrical protrusion 8: Steam drum 10:
Claims (6)
前記燃焼ガス流路を、前記バーナを軸心上に設けた上流部通路と、前記上流部通路に連通する下流部通路に区画するとともに
前記上流部通路及び前記下流部通路よりも小径で、前記上流部通路の外壁に沿って流入する燃焼ガスが、前記中心軸に沿って前記下流部通路に流通する軸部通路を、前記上流部通路内に、バーナに向かって突出して設け、
前記下流部通路に、供給された水を蒸発させる蒸発管が前記伝熱管として配置され、
前記軸部通路に、前記蒸発管から供給された蒸気を過熱する過熱管が前記伝熱管として配置され、
前記蒸発管は、前記過熱管とは前記中心軸からの距離が異なる部位に前記過熱管と同軸状に配置されているボイラ装置。 Combustion in which a heat transfer tube is disposed in a combustion gas flow path in which the combustion gas of the burner circulates so as to swivel the central axis of the combustion gas flow path, and the water supplied into the heat transfer pipe flows through the combustion gas flow path A boiler device that generates steam by heating with gas,
The combustion gas flow path is divided into an upstream portion passage having the burner on an axis thereof and a downstream portion passage communicating with the upstream portion passage, and has a smaller diameter than the upstream portion passage and the downstream portion passage, A shaft passage through which the combustion gas flowing along the outer wall of the upstream passage flows to the downstream passage along the central axis is provided in the upstream passage so as to protrude toward the burner.
In the downstream passage, an evaporation pipe for evaporating the supplied water is arranged as the heat transfer pipe,
In the shaft passage, a superheat pipe that superheats the steam supplied from the evaporation pipe is arranged as the heat transfer pipe,
The said evaporation pipe is a boiler apparatus arrange | positioned coaxially with the said superheat pipe in the site | part from which the distance from the said central axis differs from the said superheat pipe.
置。 The boiler device according to any one of claims 1 to 5, wherein an outer wall of the combustion gas passage has an air cooling structure, and air after cooling the outer wall is supplied as combustion air for the burner. .
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