JP5119720B2 - ボイラ - Google Patents

Description

この発明は、蒸気ボイラ、温水ボイラ、熱媒ボイラ、および廃熱ボイラや排ガスボイラを含む各種ボイラに関するものである。また、上部管寄せと下部管寄せとの間を、円筒状に配列した複数の垂直伝熱管にて連結し、少なくとも一部において、周方向に隣接する垂直伝熱管間の隙間に縦ヒレを設けた缶体を備える多管式のボイラに関するものである。

下記各特許文献に開示されるように、環状に形成した上部管寄せと下部管寄せとの間に、多数の内側水管を円筒状に配列して内側水管列を構成すると共に、この内側水管列を取り囲むように多数の外側水管を円筒状に配列して外側水管列を構成し、内側水管間には上部管寄せから下方へ延出する内側縦ヒレを設けると共に、外側水管間には下部管寄せから上方へ延出する外側縦ヒレを設けた缶体が知られている。

このような缶体を備えるボイラは、内側水管列の内側が燃焼室とされ、内側水管列と外側水管列との間が燃焼ガス流路とされる。そして、燃焼室と燃焼ガス流路とは、内側水管列の下部において、内側縦ヒレを設けなかったことで形成された内側水管間の隙間により連通される。また、燃焼ガス流路と煙道とは、外側水管列の上部において、外側縦ヒレを設けなかったことで形成された外側水管間の隙間により連通される。

従って、缶体上部に設置したバーナから燃焼室内へ向けて燃料の燃焼を行うと、燃焼ガスは燃焼室の下部で反転して、内側水管列と外側水管列との間の燃焼ガス流路を上方へ流れ、排ガスとして缶体上部から煙道へ排出される。この間、燃焼ガスは、各水管内の水と熱交換し、各水管内の水の加熱が図られる。

このような缶体においては、従来、内側縦ヒレは、特許文献１に明示されるように、その幅方向両端部が、隣接する各内側水管の外周面に溶接されている。
特開昭６２−１５５４０１号公報 （第３頁左上欄第１９行〜左下欄第１４行、第１図〜第３図） 特開２００４−２２５９４４号公報

特許文献１に開示されるように、縦ヒレの幅方向両端部を隣接する各水管に溶接して、水管同士を縦ヒレにて連結する構成の場合、縦ヒレの両側が拘束されるため、燃焼室での燃焼による熱膨張を逃がすことができない。特に、内側水管列は、燃焼ガス温度が高いために、高い熱応力を生じることになる。

このような熱応力の緩和のために、特許文献２に開示される発明では、隣り合う内側縦ヒレの下端部の高さ位置を異ならせている。ところが、この場合も、内側縦ヒレの幅方向両端部が隣接する各内側水管に溶接されていることに変わりはなく、熱応力緩和のための根本的な解決には至っていない。しかも、内側縦ヒレの大きさが異なるので、部品の共通化を図ることもできない。

さらに、従来の構成はいずれも、内側縦ヒレは、その両端部を内側水管に溶接されるので、溶接工数が多くなりがちである。しかも、各水管列において縦ヒレの両端部を水管に溶接する関係上、上部管寄せと下部管寄せとの間に内側水管および外側水管を設置した後に、内側水管間および外側水管間にそれぞれ縦ヒレを溶接する必要がある。そのため、内側水管列においては、炉外側（水管列の外側）からの溶接が不可能であり、また外側水管列においては、炉内側（水管列の内側）からの溶接が不可能である。従って、水管と縦ヒレとが一体化されないことにより、縦ヒレから水管への伝熱性や、取付強度において、改善の余地があった。

この発明が解決しようとする課題は、水管や縦ヒレに作用する熱応力の緩和を図ることにある。また、好ましくは、内側縦ヒレ部品の共通化、缶体の組立作業性の改善、縦ヒレから水管への伝熱性の改善、水管への縦ヒレの取付強度の改善を図ることにある。

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、上部管寄せと下部管寄せとの間に円筒状に配列されて内側伝熱管列を構成する複数の内側伝熱管と、前記内側伝熱管列を取り囲むように、前記上部管寄せと前記下部管寄せとの間に円筒状に配列されて外側伝熱管列を構成する複数の外側伝熱管と、前記内側伝熱管列の上下方向一端部の設定領域を残して、隣接する前記内側伝熱管間の隙間を閉塞するよう設けられるが、隣接する前記内側伝熱管同士を連結しない複数の内側縦ヒレと、前記外側伝熱管列の上下方向他端部の設定領域を残して、隣接する前記外側伝熱管間の隙間を閉塞するよう設けられる複数の外側縦ヒレとを備え、前記内側縦ヒレを有する内側伝熱管列は、隣接する周方向両側の前記内側伝熱管との隙間を閉塞するよう前記内側縦ヒレを両側に有する両ヒレ伝熱管と、前記内側縦ヒレを有しないヒレ無し伝熱管とが、交互に設けられて構成され、前記内側縦ヒレを有する内側伝熱管列よりも内側の燃焼室と、前記内側縦ヒレを有する内側伝熱管列よりも外側の燃焼ガス流路とは、上下方向一端部において、前記内側縦ヒレが設けられないことで連通されており、前記内側伝熱管列の前記両ヒレ伝熱管の各内側縦ヒレは、その厚さ方向両端部において内側伝熱管との間を溶接されると共に、前記内側伝熱管の左右に同時に溶接され、前記内側縦ヒレは、燃焼ガスまたは排ガスによる熱膨張により、隣接する前記内側伝熱管間の隙間を閉塞する大きさとされており、前記外側縦ヒレを有する外側伝熱管列は、隣接する周方向両側の前記外側伝熱管との隙間を閉塞するよう前記外側縦ヒレを両側に有する両ヒレ伝熱管と、前記外側縦ヒレを有しないヒレ無し伝熱管とが、交互に設けられて構成され、前記外側伝熱管列の前記両ヒレ伝熱管の各外側縦ヒレは、その厚さ方向両端部において外側伝熱管との間を溶接されると共に、前記外側伝熱管の左右に同時に溶接され、前記外側伝熱管列は、その両ヒレ伝熱管の各外側縦ヒレの先端部を、ヒレ無し伝熱管の外周面に予め当接して炉外側から溶接して構成されることを特徴とするボイラである。

請求項１に記載の発明によれば、隣接する内側伝熱管同士を連結しない内側縦ヒレを有する。この内側縦ヒレが設けられた箇所では、隣接する内側伝熱管同士は内側縦ヒレにて連結されないので、内側伝熱管や内側縦ヒレに生じる熱応力を緩和することができる。しかも、内側縦ヒレが設けられた箇所において、隣接する内側伝熱管間の隙間は内側縦ヒレにて閉塞されるので、燃焼ガスのショートパスを防止することができる。

また、請求項１に記載の発明によれば、両ヒレ伝熱管とヒレ無し伝熱管とを交互に設けて内側伝熱管列が構成されるので、部品の共通化と組立作業性の改善を図ることができる。また、内側伝熱管に内側縦ヒレを設けた後に、上部管寄せと下部管寄せとの間に設けることも可能となる。そして、その場合には、組立時の作業性が向上する。しかも、内側伝熱管に内側縦ヒレを溶接して設けるが、炉外側だけでなく炉内側も、予め溶接しておくことができる。従って、取付強度が向上するだけでなく、内側伝熱管と内側縦ヒレとの一体化により、内側縦ヒレから内側伝熱管への伝熱の向上を図ることもできる。

さらに、請求項１に記載の発明によれば、内側縦ヒレは、熱膨張により、隣接する内側伝熱管間の隙間を閉塞するので、燃焼ガスのショートパスを確実に防止することができる。

この発明のボイラによれば、縦ヒレや伝熱管に作用する熱応力の緩和を図ることができる。また、実施の形態に応じて、内側縦ヒレ部品の共通化、缶体の組立作業性の改善、縦ヒレから伝熱管への伝熱性の改善、伝熱管への縦ヒレの取付強度の改善を図ることも可能となる。

つぎに、この発明の実施の形態について説明する。
本発明のボイラは、その種類を特に問わないが、たとえば、蒸気ボイラ、温水ボイラ、熱媒ボイラ、廃熱ボイラまたは排ガスボイラである。いずれの場合も、ボイラは、多管式ボイラとされ、典型的には多管式小型貫流ボイラとされる。

具体的には、ボイラは、上部管寄せと下部管寄せとの間を複数の伝熱管で接続して構成される缶体を備える。上部管寄せと下部管寄せとは、上下に離隔して平行に配置され、それぞれ中空の円環状とされている。各伝熱管は、垂直に配置され、上部管寄せと下部管寄せとの間を接続する。すなわち、各伝熱管は、上端部が上部管寄せに接続される一方、下端部が下部管寄せに接続される。各伝熱管は、上部管寄せと下部管寄せとの間に、それらの周方向へ沿って配列されることで、円筒状の伝熱管列を構成する。

伝熱管列は、一列に限らず、二列もしくは三列、またはそれ以上であってもよい。たとえば、缶体は、内側伝熱管列と外側伝熱管列とを備える。この場合、内側伝熱管列は、上部管寄せと下部管寄せとの間に円筒状に配列された複数の内側伝熱管から構成される。また、外側伝熱管列は、内側伝熱管列を取り囲むように、上部管寄せと下部管寄せとの間に円筒状に配列された複数の外側伝熱管から構成される。このように伝熱管列を複数とする場合、各伝熱管列は同心円筒状に配列される。

缶体は、通常、上下方向一方が閉塞され、上下方向他方にバーナが設けられる。このようにして、最も内側に配列される伝熱管列よりも内側が燃焼室とされ、この燃焼室内へ向けてバーナから燃料の燃焼が可能とされる。但し、廃熱ボイラや排ガスボイラとする場合には、缶体は、上下方向一方が閉塞され、上下方向他方の開口部から排ガスが導入される。つまり、廃熱ボイラや排ガスボイラの場合には、最も内側に配列される伝熱管列よりも内側の空間へ、排ガスが導入される。いずれの場合も、缶体の外周部は、缶体カバーにて覆われる。

缶体カバーは、各伝熱管列を取り囲むように、上部管寄せと下部管寄せとの間に設けられる円筒状の部材である。この際、缶体カバーは、上端部において、上部管寄せとの隙間が封止され、下端部において、下部管寄せとの隙間が封止される。この缶体カバーには、煙道が接続される。燃焼室からの燃焼ガス（廃熱ボイラや排ガスボイラの場合には排ガス）は、各伝熱管と熱交換後、排ガスとして煙道から排出される。

燃焼ガスは、伝熱管との熱交換が有効になされるように、伝熱管列と伝熱管列との間、および／または、伝熱管列と缶体カバーとの間を、設定された経路で流通する。この経路を規定するために、一部または全部の伝熱管列には、その上下方向一端部または周方向一部を残して、隣接する伝熱管間の隙間を閉塞するための縦ヒレが設けられる。

ここで、一部または全部の縦ヒレは、隣接する伝熱管同士を連結せずに設けられる。そのための構成として、次の三つの実施形態を挙げることができる。

第一実施形態では、両ヒレ伝熱管とヒレ無し伝熱管とが交互に設けられる。両ヒレ伝熱管とは、隣接する周方向両側のヒレ無し伝熱管との隙間を閉塞するように、縦ヒレを両側に有する伝熱管である。また、ヒレ無し伝熱管とは、縦ヒレを有しない伝熱管である。両ヒレ伝熱管は、その縦ヒレの先端部が、隣接する他の伝熱管の外周面に近接して設けられる。本実施形態において、伝熱管列の全周に亘って縦ヒレを設けたい場合、両ヒレ伝熱管とヒレ無し伝熱管とを交互に設ける関係上、伝熱管列は偶数本で構成するのが好ましい。但し、次に述べる片ヒレ伝熱管を一部に用いることで、奇数本で構成することも可能である。

第二実施形態では、片ヒレ伝熱管が順次に設けられる。片ヒレ伝熱管とは、隣接する周方向片側の伝熱管との隙間を閉塞するように、縦ヒレを片側に有する伝熱管である。片ヒレ伝熱管は、その縦ヒレの先端部が、隣接する他の伝熱管の外周面に近接して設けられる。

第三実施形態では、前記両ヒレ伝熱管が順次に設けられる。この場合、両ヒレ伝熱管は、その縦ヒレの先端部が、隣接する他の伝熱管の縦ヒレの先端部に近接して設けられる。すなわち、隣接する両ヒレ伝熱管は、その縦ヒレの先端部同士が付き合わされるように近接して設けられる。

いずれの実施形態でも、各縦ヒレは、燃焼ガスで加熱されることにより熱膨張して、隣接する伝熱管間の隙間をちょうど閉塞する大きさとしておくのが好ましい。つまり、縦ヒレの先端部と、隣接する伝熱管本体またはその縦ヒレとの間に空けておく隙間は、ボイラ運転時の縦ヒレの温度上昇に伴う伸び量としておくのが好ましい。これにより、第一実施形態では、両ヒレ伝熱管の各縦ヒレが、隣接する他の伝熱管の外周面に当接する。また、第二実施形態では、片ヒレ伝熱管の縦ヒレが、隣接する他の伝熱管の外周面に当接する。さらに、第三実施形態では、両ヒレ伝熱管の各縦ヒレが、隣接する他の両ヒレ伝熱管の縦ヒレに当接する。

このような構成を最も内側の伝熱管列に適用した場合には、その伝熱管列よりも内側の燃焼室と、その伝熱管列よりも外側の燃焼ガス流路とは、その伝熱管列の上下方向一端部または周方向一部において、縦ヒレが設けられないことで連通される。

両ヒレ伝熱管および片ヒレ伝熱管は、押出し形材などとして、縦ヒレと伝熱管本体とを一体的に形成してもよいが、通常は、伝熱管本体を構成する円管の外周面に、縦ヒレを構成する角棒を、前記円管の軸方向へ沿って配置して、溶接して構成される。いずれにしても、伝熱管本体に縦ヒレを設けた後に、上部管寄せと下部管寄せとの間に設けることができる。予め伝熱管本体に縦ヒレを溶接しておくことで、上部管寄せと下部管寄せとの間への設置状態において、炉外側だけでなく炉内側も溶接しておくことができる。これにより、取付強度が向上するだけでなく、伝熱管と縦ヒレとの一体化により、縦ヒレから伝熱管への伝熱の向上を図ることができる。

ところで、両ヒレ伝熱管や片ヒレ伝熱管の各縦ヒレは、典型的には、伝熱管本体の径方向外側へ突出して設けられる。この際、隣接する伝熱管の中心同士を結んだ直線上に配置すれば、隣接する伝熱管間の隙間を最短距離で閉塞することができる。但し、各縦ヒレは、炉内側または炉外側へずらした位置に設けてもよい。また、各縦ヒレは、必ずしも伝熱管本体の径方向へ突出させなくてもよい。

以下、この発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明のボイラの実施例１を示す概略縦断面図であり、図２は、そのII−II断面図である。本実施例のボイラ１は、円筒状の缶体２を備えた多管式小型貫流ボイラである。缶体２は、上部管寄せ３と下部管寄せ４との間を、円筒状に配列された多数の水管（伝熱管）５，５，…，６，６，…で接続して構成される。

上部管寄せ３と下部管寄せ４とは、上下に離隔して平行に配置され、それぞれ中空の円環状とされている。また、上部管寄せ３と下部管寄せ４とは、それぞれ水平に配置されると共に、同一軸線上に配置される。

各水管５，６は、垂直に配置され、下端部が下部管寄せ４に接続される一方、上端部が上部管寄せ３に接続される。各水管５，６は、上部管寄せ３と下部管寄せ４との周方向へ順次に配列されることで、円筒状の水管列を構成する。本実施例では、内側水管列７と外側水管列８とが同心円筒状に配列されている。内側水管列７は、円筒状に配列された内側水管５，５，…にて構成される。一方、外側水管列８は、内側水管列７を取り囲むように、円筒状に配列された外側水管６，６，…にて構成される。

内側水管列７には、下端部の設定領域を残して、隣接する内側水管５，５間の隙間を閉塞するように、内側縦ヒレ９が設けられる。つまり、内側水管５，５間の隙間は、下端部の設定領域を残して、内側縦ヒレ９にて閉塞される。内側水管列７は、内側縦ヒレ９が設けられない下端部において、隣接する内側水管５，５間に隙間が空けられる。この隙間は、内側水管列７の内側と外側とを連通するための連通部（内列連通部という）１０とされる。

図３および図４は、内側水管列７の一部を拡大して示す概略横断面図であり、図３はボイラ１の冷態時、図４はボイラ１の燃焼時を示している。図３に示すように、内側水管列７は、両ヒレ水管１１とヒレ無し水管１２とが交互に設けられて構成される。両ヒレ水管１１は、水管本体を構成する円管状の内側水管５に、二つの内側縦ヒレ９，９が設けられて構成される。一方、ヒレ無し水管１２は、水管本体を構成する円管状の内側水管５から形成され、内側縦ヒレ９は設けられない。

両ヒレ水管１１の各内側縦ヒレ９は、隣接する周方向両側のヒレ無し水管１２，１２との隙間を閉塞するように設けられる。典型的には、両ヒレ水管１１の各内側縦ヒレ９は、それが設けられる内側水管５の半径方向外側へ突出して設けられる。この際、両側の内側縦ヒレ９，９は、それが設けられる内側水管５の直径方向両側へ突出して設けてもよいし、隣接する内側水管５の中心同士を結んだ直線上に設けてもよい。あるいは、各内側縦ヒレ９は、炉内側または炉外側へずらした位置に設けてもよい。

各内側縦ヒレ９は、断面矩形状の細長い棒材から構成され、その長手方向を内側水管５の軸線と平行にして設けられる。各内側縦ヒレ９は、その基端部（幅方向一端部）を内側水管５の外周面に当接した状態で、内側水管５に溶接（溶接部１３）される。この際、内側水管５の左右に、内側縦ヒレ９を同時に溶接すれば、内側水管５に反りが生じにくい。また、各内側縦ヒレ９は、その厚さ方向（炉内外方向）両端部において、内側水管５との間を長手方向全域に亘ってスミ肉溶接される。これにより、内側水管５と各内側縦ヒレ９とを一体化して、内側水管５への内側縦ヒレ９の取付強度を向上するだけでなく、内側縦ヒレ９から内側水管５への伝熱性の向上を図ることができる。

両ヒレ水管１１は、その内側縦ヒレ９，９の先端部が、隣接するヒレ無し水管１２の外周面に、近接して設けられる。この際、場合により、緩やかに当接させたり、一部だけは当接させたりしてもよい。ここで、各内側縦ヒレ９の先端部と、ヒレ無し水管１２の外周面との離隔距離は、ボイラ１の燃焼時の内側縦ヒレ９の温度上昇に伴う伸び量αとしている（図５）。たとえば、図５は、両ヒレ水管１１の内側縦ヒレ９を、隣接する内側水管５，５の中心同士を結んだ直線上に配置した状態を示す図であるが、この図において、内側水管５，５間の隙間δは、内側縦ヒレ９の幅寸法Ｌに対して、Ｌ＋αとされる。ここで、内側縦ヒレ９の幅寸法Ｌは、特に問わないが、焼損防止のために、１０ｍｍ以下が好ましく、たとえば６ｍｍに設定される。なお、内側水管５の外径は、通常、約５ｃｍである。

本実施例の場合、内側水管列７には、下端部の設定領域を残して、隣接する内側水管５，５間の隙間を閉塞するように、内側縦ヒレ９が全周に亘って設けられる。そして、前述したように、両ヒレ水管１１とヒレ無し水管１２とを交互に設けて構成される。従って、内側水管列７は、偶数本で構成するのが好適である。但し、後述する片ヒレ水管１４（図７）を一部に用いることで、奇数本でも構成可能である。

本実施例のように、両ヒレ水管１１とヒレ無し水管１２とを交互に配置して、隣接する内側水管５，５同士を溶接しない構成の場合、予め内側縦ヒレ９，９を設けた両ヒレ水管１１を用意した後に、上部管寄せ３と下部管寄せ４との間に設けることができる。予め内側水管５に内側縦ヒレ９，９を溶接しておくことで、上部管寄せ３と下部管寄せ４との間への設置状態において、炉外側だけでなく炉内側も溶接しておくことができる。これにより、取付強度が向上するだけでなく、内側水管５と内側縦ヒレ９，９との一体化により、内側縦ヒレ９，９から内側水管５への伝熱性の向上を図ることができる。

外側水管列８には、上端部の設定領域を残して、隣接する外側水管６，６間の隙間を閉塞するように、外側縦ヒレ１５が設けられる。つまり、外側水管６，６間の隙間は、上端部の設定領域を残して、外側縦ヒレ１５にて閉塞される。外側水管列８は、外側縦ヒレ１５が設けられない上端部において、隣接する外側水管６，６間に隙間が空けられる。この隙間は、外側水管列８の内側と外側とを連通するための連通部（外列連通部という）１６とされる。

図６は、外側水管列８の一部を拡大して示す概略横断面図である。本実施例の外側水管列８は、内側水管列７と同様に、両ヒレ水管１１とヒレ無し水管１２とを交互に配置して構成される。両ヒレ水管１１は、水管本体を構成する円管状の外側水管６に、二つの外側縦ヒレ１５，１５を設けて構成される。外側水管６に対する外側縦ヒレ１５，１５の設け方は、内側水管列７の場合と同様であるが、外側縦ヒレ１５の幅寸法は、内側縦ヒレ９の幅寸法よりも大きくすることもできる。一方、ヒレ無し水管１２は、水管本体を構成する円管状の外側水管６から形成され、外側縦ヒレ１５は設けられない。

外側水管列８も内側水管列７と同様に、ボイラ１の燃焼による熱膨張により、両ヒレ水管１１の各外側縦ヒレ１５の先端部が、隣接するヒレ無し水管１２の外周面に当接する構成とすることができる。但し、外側水管列８の場合、両ヒレ水管１１の各外側縦ヒレ１５の先端部は、予めヒレ無し水管１２の外周面に当接して、溶接しておいてもよい。これは、外側水管列８により燃焼ガスまたは排ガスを封止するためである。

外側水管列８も内側水管列７と同様に、外側水管６に外側縦ヒレ１５，１５を設けた後に、上部管寄せ３と下部管寄せ４との間に設けることができる。予め外側水管６に外側縦ヒレ１５を溶接しておくことで、上部管寄せ３と下部管寄せ４との間への設置状態において、炉外側だけでなく炉内側も溶接しておくことができる。これにより、取付強度が向上するだけでなく、外側水管６と外側縦ヒレ１５との一体化により、外側縦ヒレ１５から外側水管６への伝熱性の向上を図ることができる。そして、前述したように、燃焼ガスまたは排ガスを封止するために、各両ヒレ水管１１の各外側縦ヒレ１５の先端部を、ヒレ無し水管１２の外周面に予め当接して溶接しておく構成の場合には、炉外側から溶接（溶接部１８）すればよい。

ところで、各内側水管５には、所望により、その外周面から突出する内側横ヒレ（図示省略）をさらに設けてもよい。また、同様に、各外側水管６には、所望により、その外周面から突出する外側横ヒレ（図示省略）をさらに設けてもよい。各横ヒレは、上下に離隔して各水管５，６に複数設けることができる。また、各横ヒレは、通常、各水管５，６の径方向外側へツバ状に延出して設けられる。この際、水平方向に対し所望角度だけ傾斜させておくことで、燃焼ガスに旋回流を生じさせることができる。横ヒレの設置の有無、設置領域および設置位置、設置枚数、形状や大きさなどは適宜に設定される。

上部管寄せ３と下部管寄せ４との間にはさらに、外側水管列８を取り囲むように、円筒状の缶体カバー１７が設けられる。缶体カバー１７は、上端部において、上部管寄せ３との隙間が封止され、下端部において、下部管寄せ４との隙間が封止される。缶体カバー１７の周側壁上部には、煙道１９が接続される。但し、外側水管列８が缶体カバー１７の一部を兼ねる構成としてもよい。この場合、缶体カバー１７は、外側縦ヒレ１５を有する箇所の外側水管列８と、上部管寄せ３とを接続するよう設けられる。

上部管寄せ３の下面および下部管寄せ４の上面には、各管寄せ３，４と各水管５，６との接続部を覆うように、耐火材２０が設けられる。この際、下部管寄せ４側の耐火材２０は、下部管寄せ４の中央部をも閉塞するように設けられる。下部管寄せ４側の耐火材２０の中央部には、円柱状または円錐台状の凹部が形成されている。

ところで、図示例では、各内側水管５の下端部は、それより上部よりも小径部２１に形成されている。これは、内列連通部１０を通過する燃焼ガスの流量を所望に確保するためである。従って、内列連通部１０を通過する燃焼ガスの流量を所望に確保できる場合には、小径部２１は必須ではない。内列連通部１０の大きさは、隣接する内側水管５，５間の隙間と、内側縦ヒレ９の下端部の高さ位置にも左右されるため、小径部２１を設ける代わりに、これら寸法を調整してもよい。一方、図示例では、各外側水管６の上端部には、小径部は形成されていないが、各内側水管５と同様に小径部を形成してもよい。

上部管寄せ３の中央部には、下方へ向けてバーナ２２が設けられる。このバーナ２２には、燃料が供給されると共に、燃焼用空気が供給される。バーナ２２を作動させることで、缶体２内において燃料の燃焼が行われる。この際、内側水管列７の内側は、燃焼室２３として機能する。

燃焼室２３での燃料の燃焼による燃焼ガスは、内列連通部１０を介して、内側水管列７と外側水管列８との間の燃焼ガス流路２４へ導出される。そして、その燃焼ガスは、外列連通部１６および缶体カバー１７の煙道１９を介して、排ガスとして外部へ排出される。この間、燃焼ガスは、各水管５，６内の水と熱交換し、各水管５，６内の水の加熱が図られる。これにより、上部管寄せ３から蒸気を取り出すことができ、その蒸気は気水分離器（図示省略）などを介して、蒸気使用設備（図示省略）へ送られる。

本実施例では、各水管列７（８）は、隣接する水管５，５（６，６）間に隙間を空けて、その隙間に縦ヒレ９（１５）を設ける構成である。このような構成により、各水管５，５（６，６）間の隙間への燃焼ガスの流入を可能として、その隙間がデッドスペースとなるのを防止し、また縦ヒレ９（１５）により、燃焼ガスから各水管５（６）への伝熱効率を高めることができる。さらに、外側水管列８の全周から放射状に排ガスを出した後、缶体カバー１７との間の円筒状隙間を介して煙道１９へ排ガスを導く構成であるから、外側水管列８の周方向全域で均等な排ガスの流れを確保することができる。

図７は、内側水管列７の変形例を示す概略横断面図である。この図に示すように、内側水管列７は、両ヒレ水管１１とヒレ無し水管１２とを交互に配置する代わりに、片ヒレ水管１４を順次に配置して構成してもよい。片ヒレ水管１４は、水管本体を構成する円管状の内側水管５の周方向一箇所に、径方向外側へ突出して、内側縦ヒレ９を設けて構成される。そして、片ヒレ水管１４は、その内側縦ヒレ９の先端部が、隣接する他の内側水管５の外周面に近接して設けられる。この場合も、ボイラ１の燃焼時には、各内側水管５，５間の隙間は、内側縦ヒレ９の熱膨張により完全に閉塞される。

また、片ヒレ水管１４を順次に設ける代わりに、両ヒレ水管１１を順次に設けてもよい。この場合、隣接する両ヒレ水管１１，１１は、その内側縦ヒレ９，９の先端部同士が、突き合わされるようにして、近接して配置される。そして、この場合も、ボイラ１の燃焼時には、各内側水管５，５間の隙間は、内側縦ヒレ９，９の熱膨張により完全に閉塞される。

このような変形例は、内側水管列７に限らず、外側水管列８にも同様に適用可能である。その際、外側水管列８が缶体カバー１７を兼ねる場合には、各外側縦ヒレ１５の先端部が、隣接する他の外側水管６やその縦ヒレ１５に溶接されるのも同様である。また、いずれの変形例の場合も、内側水管５に内側縦ヒレ９を設けたり、外側水管６に外側縦ヒレ１５を設けたりした後に、上部管寄せ３と下部管寄せ４との間に設けることで、組立作業性が向上し、また各縦ヒレ９，１５からの伝熱性などを向上させることができる。

図８は、本発明のボイラの実施例２を示す概略縦断面図である。本実施例２のボイラも、基本的には前記実施例１のボイラ１と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。

前記実施例１のボイラ１では、内側水管列７の下端部に内列連通部１０を設け、外側水管列８の上端部に外列連通部１６を設けた。これにより、缶体２上部のバーナ２２からの燃焼ガスは、内側水管列７の下端部の内列連通部１０から燃焼ガス流路２４へ入り、外側水管列８の上端部の外列連通部１６から缶体カバー１７へ排出される構成であった。一方、本実施例２のボイラ１では、内側水管列７の上端部に内列連通部１０を設け、外側水管列８の下端部に外列連通部１６を設けた。これにより、缶体２上部のバーナ２２からの燃焼ガスは、内側水管列７の上端部の内列連通部１０から燃焼ガス流路２４へ入り、外側水管列８の下端部の外列連通部１６から缶体カバー１７へ排出される構成である。

本実施例２の場合も、少なくとも内側水管列７は、前記実施例１と同様に、両ヒレ水管１１とヒレ無し水管１２との交互の配置、または、片ヒレ水管１４もしくは両ヒレ水管１１の順次の配置などにより構成される。そして、ボイラ１の冷態時には、内側縦ヒレ９の先端部は隣接する内側水管５に近接しており、ボイラ１の燃焼時には、隣接する内側水管５，５間の隙間が閉塞される。その他の構成は、前記実施例１と同様であるため、説明は省略する。

図９は、本発明のボイラの実施例３を示す概略横断面図である。本実施例３のボイラも、基本的には前記実施例１などのボイラ１と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。

前記各実施例では、内側水管列７の上下方向一端部（上部または下部）に内列連通部１０が設けられたが、本実施例３では、内側水管列７の周方向一部に内列連通部１０が設けられる。すなわち、図９において、左周側面の所定領域においては、内側水管列７には内側縦ヒレ９（場合によりさらに内側水管５）が設けられておらず、その他の箇所には内側縦ヒレ９が、内側水管５，５間の上下方向全域に亘って設けられている。

また、前記各実施例では、外側水管列８の上下方向他端部（下部または上部）に外列連通部１６が設けられたが、本実施例３では、外側水管列８の周方向他部に外列連通部１６が設けられる。すなわち、図９において、右周側面の所定領域においては、外側水管列８には外側縦ヒレ１５（場合によりさらに外側水管６）が設けられておらず、その他の箇所には外側縦ヒレ１５が、外側水管間の上下方向全域に亘って設けられている。

本実施例３においても、内側縦ヒレ９が設けられた箇所は、前記実施例１と同様に、両ヒレ水管１１とヒレ無し水管１２との交互の配置、または、片ヒレ水管１４もしくは両ヒレ水管１１の順次の配置などにより構成される。そして、ボイラ１の冷態時には、内側縦ヒレ９の先端部は隣接する内側水管５，５に近接しており、ボイラ１の燃焼時には、隣接する内側水管５，５間の隙間が閉塞される。

また、本実施例３の場合、外側水管列８と缶体カバー１７との間は、外側縦ヒレ１５よりも外周側が、耐火材２０および／または断熱材により閉塞されている。これにより、燃焼室２３からの燃焼ガスは、周方向一端部（図９において左側）の内列連通部１０を通って、内側水管列７と外側水管列８との燃焼ガス流路２４を通り、周方向他端部（図９において右側）の煙道１９から排出される。このような燃焼ガスの流路は、横向きのω状であるので、ωフロー缶体と呼ばれる。その他の構成は、前記実施例１と同様であるため、説明は省略する。

本発明のボイラ１は、前記各実施例の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、前記実施例では、内側水管列７と外側水管列８とを設けたが、水管列７，８の数は適宜に増減できる。また、前記各実施例では、缶体２の下部を閉塞し、缶体２の上部にバーナ２２を設けたが、これとは逆に、缶体２の上部を閉塞し、缶体２の下部にバーナ２２を設けてもよい。

また、前記各実施例では、蒸気ボイラに適用した例について説明したが、温水ボイラや熱媒ボイラにも同様に適用可能である。さらに、前記各実施例において、バーナ２２を設ける代わりに、内側水管列７の内側に排ガスを導入すれば、廃熱ボイラや排ガスボイラとすることができる。

また、前記各実施例において、両ヒレ水管１１や片ヒレ水管１４は、円管状の水管本体（内側水管５，外側水管６）に縦ヒレ（内側縦ヒレ９，外側縦ヒレ１５）を溶接して設けたが、水管本体と縦ヒレとは一体形成してもよい。たとえば、押出し形材により、水管本体と縦ヒレとを一体形成してもよい。

また、前記各実施例において、両ヒレ水管１１や片ヒレ水管１４は、その各縦ヒレ９（１５）が水管本体５（６）の外周面に円滑に接触するように、基端部や先端部を、水管本体５（６）の外周面に沿う円弧状に形成しておいてもよい。

さらに、前記各実施例において、各縦ヒレ５，６の高さ寸法、幅寸法、厚さ寸法は、適宜に変更され、また各水管列７，８を構成する各水管５，６の本数も適宜に変更可能なことは言うまでもない。

本発明のボイラの実施例１を示す概略縦断面図である。 図１におけるII−II断面図である。 図１のボイラの内側水管列の一部を拡大して示す概略横断面図であり、ボイラの冷態時を示している。 図１のボイラの内側水管列の一部を拡大して示す概略横断面図であり、ボイラの燃焼時を示している。 図１のボイラの内側水管列の一部を拡大して示す概略横断面図であり、両ヒレ水管の内側縦ヒレを隣接する内側水管の中心同士を結んだ直線上に配置した状態を示している。 図１のボイラの外側水管列の一部を拡大して示す概略横断面図である。 図１のボイラの内側水管列の変形例を示す概略横断面図である。 本発明のボイラの実施例２を示す概略縦断面図である。 本発明のボイラの実施例３を示す概略横断面図である。

符号の説明

１ ボイラ
２ 缶体
３ 上部管寄せ
４ 下部管寄せ
５ 内側水管（内側伝熱管）
６ 外側水管（外側伝熱管）
７ 内側水管列（内側伝熱管列）
８ 外側水管列（外側伝熱管列）
９ 内側縦ヒレ
１１ 両ヒレ水管（両ヒレ伝熱管）
１２ ヒレ無し水管（ヒレ無し伝熱管）
１４ 片ヒレ水管（片ヒレ伝熱管）
１５ 外側縦ヒレ
２３ 燃焼室
２４ 燃焼ガス流路

Claims (1)

1. 上部管寄せと下部管寄せとの間に円筒状に配列されて内側伝熱管列を構成する複数の内側伝熱管と、
   前記内側伝熱管列を取り囲むように、前記上部管寄せと前記下部管寄せとの間に円筒状に配列されて外側伝熱管列を構成する複数の外側伝熱管と、
   前記内側伝熱管列の上下方向一端部の設定領域を残して、隣接する前記内側伝熱管間の隙間を閉塞するよう設けられるが、隣接する前記内側伝熱管同士を連結しない複数の内側縦ヒレと、
   前記外側伝熱管列の上下方向他端部の設定領域を残して、隣接する前記外側伝熱管間の隙間を閉塞するよう設けられる複数の外側縦ヒレとを備え、
   前記内側縦ヒレを有する内側伝熱管列は、隣接する周方向両側の前記内側伝熱管との隙間を閉塞するよう前記内側縦ヒレを両側に有する両ヒレ伝熱管と、前記内側縦ヒレを有しないヒレ無し伝熱管とが、交互に設けられて構成され、
   前記内側縦ヒレを有する内側伝熱管列よりも内側の燃焼室と、前記内側縦ヒレを有する内側伝熱管列よりも外側の燃焼ガス流路とは、上下方向一端部において、前記内側縦ヒレが設けられないことで連通されており、
   前記内側伝熱管列の前記両ヒレ伝熱管の各内側縦ヒレは、その厚さ方向両端部において内側伝熱管との間を溶接されると共に、前記内側伝熱管の左右に同時に溶接され、
   前記内側縦ヒレは、燃焼ガスまたは排ガスによる熱膨張により、隣接する前記内側伝熱管間の隙間を閉塞する大きさとされており、
   前記外側縦ヒレを有する外側伝熱管列は、隣接する周方向両側の前記外側伝熱管との隙間を閉塞するよう前記外側縦ヒレを両側に有する両ヒレ伝熱管と、前記外側縦ヒレを有しないヒレ無し伝熱管とが、交互に設けられて構成され、
   前記外側伝熱管列の前記両ヒレ伝熱管の各外側縦ヒレは、その厚さ方向両端部において外側伝熱管との間を溶接されると共に、前記外側伝熱管の左右に同時に溶接され、
   前記外側伝熱管列は、その両ヒレ伝熱管の各外側縦ヒレの先端部を、ヒレ無し伝熱管の外周面に予め当接して炉外側から溶接して構成される
   ことを特徴とするボイラ。

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