JP6836538B2 - 炉筒煙管式燃焼機 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、温水発生機、温風暖房機などとして用いることができる炉筒煙管式燃焼機に関する。

従来、燃焼胴において発生した燃焼ガスを煙管において水と熱交換させることによって、温水を発生させる温水発生機が知られている。

また、燃焼胴において発生した燃焼ガスを煙管において空気と熱交換させることによって、温風を発生させる温風暖房機も知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−７４９８４号公報

ところで、上記の温水発生機や温風暖房機などの炉筒煙管式燃焼機では、燃焼胴において発生した例えば１０００℃程度の燃焼ガスが、煙管を通って煙室に到達する頃には例えば１００℃程度になるまで熱交換が行われる。

この熱交換の熱効率を上げるほど、すなわち、煙室に到達するときの燃焼ガスの温度を下げるほど、燃焼ガスが露点温度を下回って凝縮（液化）し、燃焼ガスの水蒸気成分によって結露水が生じやすい。この結露水は、強酸性である。そのため、結露水が煙室や煙管に溜まると、金属腐食を誘発し、製品寿命が短くなる。

なお、煙室や煙管を高耐食性の金属とすることも考えられるが、高コストとなる。また、煙室のみを高耐食性の金属とすると、煙管と煙室とを異種金属で溶接することになるため、溶接が困難になる。

本発明の目的は、結露水に起因する腐食の発生を抑制することができる炉筒煙管式燃焼機を提供することである。

１つの態様では、炉筒煙管式燃焼機は、燃焼胴と、前記燃焼胴において生じる燃焼ガスが流れ、周囲を被加熱媒体によって囲まれた複数の煙管と、前記複数の煙管に固定される壁面を有し、前記複数の煙管から前記燃焼ガスが流れ込む煙室と、を備え、前記複数の煙管は、前記煙室に向かって、水平に対して下方に傾斜し、前記複数の煙管の前記煙室側の先端は、前記複数の煙管と前記壁面との固定部分よりも前記煙室の内部に突出する。

前記態様によれば、結露水に起因する腐食の発生を抑制することができる。

一実施の形態に係る炉筒煙管式燃焼機の内部構造を示す断面図である。 一実施の形態における第２の煙管を示す側面図である。 一実施の形態における第２の煙管を示す斜視図である。

以下、本発明の一実施の形態に係る炉筒煙管式燃焼機について、図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施の形態に係る炉筒煙管式燃焼機１の内部構造を示す断面図である。
図２及び図３は、炉筒煙管式燃焼機１の第２の煙管５０を示す側面図及び斜視図である。

図１に示すように、炉筒煙管式燃焼機１は、バーナ１０と、燃焼胴２０と、複数の第１の煙管３０と、煙管接続部４０と、複数の第２の煙管５０と、煙室６０と、煙突接続口７０と、タンク８０とを備える。一例ではあるが、炉筒煙管式燃焼機１は、施設園芸用の温室（例えばビニールハウス）に配置される温水発生機である。

バーナ１０は、重油等の油、又はＬＰガス、都市ガス等のガスを燃焼させることによって燃焼胴２０に燃焼ガスＧを生じさせる。

複数の第１の煙管３０は、燃焼胴２０において生じる燃焼ガスＧを図１における左側に流す。

煙管接続部４０は、複数の第１の煙管３０と複数の第２の煙管５０とを接続する空間である。

複数の第１の煙管３０は、例えば１１本配置され、複数の第２の煙管５０は、例えば６３本配置されるが、これらの本数は一例にすぎない。例えば、第２の煙管５０は２本のみ配置されてもよいし、第１の煙管３０が省略されてもよい。

複数の第２の煙管５０は、複数の第１の煙管３０の上方に位置し、燃焼ガスＧを図１における右側に流す。第２の煙管５０を流れる燃焼ガスＧは、煙室６０に流れ込む。そして、燃焼ガスＧは、煙室６０に設けられた煙突接続口７０を介して図示しない煙突から排出される。なお、炉筒煙管式燃焼機１が施設園芸用の温室等に配置される場合には、煙突から排出される燃焼ガスＧは、光合成を促進する炭酸ガスとして温室に供給されてもよい。

燃焼胴２０、複数の第１の煙管３０、煙管接続部４０、及び複数の第２の煙管５０の周囲は、タンク８０内の被加熱媒体の一例である水Ｗによって囲まれている。なお、被加熱媒体は、気体であってもよい。この場合、炉筒煙管式燃焼機１は、温水発生機ではなく温風暖房機として機能することになる。燃焼胴２０、複数の第１の煙管３０、及び複数の第２の煙管５０は、長手方向が横向きとなるように配置されている。すなわち、炉筒煙管式燃焼機１は、横置きされている。

第２の煙管５０の内部には、伝熱促進機（例えばスクリュープレート等）５１が配置されている。この伝熱促進機５１は、第２の煙管５０内での燃焼ガスＧの流れを乱すことによって燃焼ガスＧのもつ熱エネルギーをできるだけ多く第２の煙管５０の周囲の水Ｗに与え、熱交換効率を高める。なお、図１の例では、伝熱促進機５１が第２の煙管５０のうち煙管接続部４０側の半分のみに配置されているように図示しているが、第２の煙管５０の全体に亘って配置されていてもよい。

煙管接続部４０及び煙室６０には、図２及び図３に示すチューブプレート４１，６１が設けられている。このチューブプレート４１，６１は、煙管接続部４０又は煙室６０の壁面である。

チューブプレート４１，６１には、複数の第２の煙管５０の一端側が例えば溶接によって固定される。煙管接続部４０のチューブプレート４１には、複数の第１の煙管３０の一端側も例えば溶接によって固定される。

なお、図２及び図３の複数の第２の煙管５０の下方に位置する板材は、チューブプレート４１及びチューブプレート６１を支持するようにタンク８０内に配置されているが、省略されてもよい。

図２に示すように、複数の第２の煙管５０（中心軸Ａ）は、煙室６０に向かって、水平（水平面Ｈ）に対して下方に角度θ傾斜するように配置されている。この傾き角度θは、０°より大きく４５°より小さい角度であることが望ましいが、角度θが大きくなるほど炉筒煙管式燃焼機１の高さが高くなるため、炉筒煙管式燃焼機１を小型にする観点では、角度θは小さいことが望ましい。角度θの一例としては、２〜３°である。

また、複数の第２の煙管５０の煙室６０側の先端（図２における右端）は、複数の第２の煙管５０とチューブプレート６１との固定部分（例えば溶接部分）よりも煙室６０の内部に突出する。この複数の第２の煙管５０の突出長さＬは、一例としては３０〜５０ｍｍであるが、第２の煙管５０内から煙室６０内に流れ落ちる結露水がチューブプレート６１を伝わない又は伝いにくくなる長さであればよい。

なお、第２の煙管５０がチューブプレート６１から煙室６０の内部に溶接部分に相当する長さのみしか突出していない場合には、複数の第２の煙管５０から溶接部分及びチューブプレート６１を伝って煙室６０内に流れ落ちることになってしまう。

結露水は、炉筒煙管式燃焼機１における熱交換の熱効率を上げるほど、すなわち、煙室６０に到達するときの燃焼ガスＧの温度を下げるほど、燃焼ガスＧが露点温度を下回って凝縮（液化）するために生じやすくなる。この結露水は、強酸性である。バーナ１０の燃料が重油などの硫黄分を含むものであれば、燃焼によって発生した燃焼ガスＧに含まれる亜硫酸ガスと結露水とが反応して亜硫酸又は硫酸になり、特に腐食が生じやすくなる。

なお、複数の第１の煙管３０は、燃焼胴２０に近いため、第１の煙管３０内の燃焼ガスＧはいまだ高い温度を保った状態であり、内部に結露水は生じにくい。したがって、チューブプレート６１（４１）から突出させたり、水平に対して下方に傾斜させたりするのは、第１の煙管３０よりも煙室６０に近い第２の煙管５０であることが望ましい。

図１に示すように、煙室６０の底面には、煙室ドレーン口６２が設けられている。複数の第２の煙管５０から垂れ落ちる結露水は、煙室ドレーン口６２から排出される。煙室６０の底面は、煙室ドレーン口６２に向かって下方に傾斜しているとよい。

図２に示すように、煙室６０内には、チューブプレート６１（例えば鋼製）よりも燃焼ガスＧの結露水によって腐食しにくい材料（例えば、ステンレス等の高耐食性の金属）からなる結露水受け部６３が配置されているとよい。この結露水受け部６３は、例えば、煙室６０内の底面に配置される。結露水受け部６３の底面は、受け部ドレーン口６３ａに向かって下方に傾斜しているとよい。この受け部ドレーン口６３ａは、煙室６０の底面に設けられた煙室ドレーン口６２に連通する。

なお、複数の第２の煙管５０は、チューブプレート６１との異種金属間の溶接を回避するために、チューブプレート６１と同一の材料（例えば鋼製）からなるとよい。

タンク８０の上部には、一体又は別体に膨張タンク８１が設けられている。この膨張タンク８１の上面には開閉可能な蓋８１ａが設けられている。タンク８０の内部の水Ｗは、例えば膨張タンク８１内まで溜まっている（図１のＷ．Ｌ（Water Line，水位）参照）。

タンク８０内の水Ｗは、燃焼胴２０、複数の第１の煙管３０、煙管接続部４０、及び複数の第２の煙管５０の周囲において燃焼ガスＧから熱を伝達されて温水として排出される。この温水は、炉筒煙管式燃焼機１が施設園芸用の温室等に配置される場合には、温室を暖房するために、温室内の床面に配置されるパイプに流される。このパイプは、例えば、上下動可能な作業台を移動させるガイドであるレールパイプであってもよい。

以上説明した本実施の形態では、炉筒煙管式燃焼機１は、燃焼胴２０と、この燃焼胴２０において生じる燃焼ガスＧが流れ、周囲を被加熱媒体の一例である水Ｗによって囲まれた複数の煙管の一例である複数の第２の煙管５０と、この複数の第２の煙管５０に固定される壁面の一例であるチューブプレート６１を有し、複数の第２の煙管５０から燃焼ガスＧが流れ込む煙室６０と、を備える。複数の第２の煙管５０は、煙室６０に向かって、水平（水平面Ｈ）に対して下方に傾斜し（角度θ）、複数の第２の煙管５０の煙室６０側の先端は、複数の第２の煙管５０とチューブプレート６１との固定部分（溶接部分）よりも煙室６０の内部に突出する（突出長さＬ）。

これにより、煙室６０に向かって水平に対して下方に傾斜した複数の第２の煙管５０内に結露水が溜まりにくくなる。また、第２の煙管５０の先端が煙室６０内に突出するため、複数の第２の煙管５０内で発生した結露水は、チューブプレート６１を伝わずに煙室６０内に垂れ落ちる。そのため、チューブプレート６１や第２の煙管５０に結露水に起因する腐食が発生しにくくなる。よって、本実施の形態によれば、結露水に起因する腐食の発生を抑制することができる。これにより、炉筒煙管式燃焼機１の製品寿命を延ばすこともできる。

また、本実施の形態では、結露水受け部６３は、煙室６０内に配置され、チューブプレート６１よりも燃焼ガスＧの結露水によって腐食しにくい材料（例えば、ステンレス等の高耐食性の金属）からなる。そのため、高耐食性の金属の使用を結露水受け部６３に限定することができることによって、コストを抑えることができる。また、例えば鋼製の煙室６０の底面が結露水によって腐食するのも抑制することができる。したがって、結露水に起因する腐食の発生をより一層抑制することもできる。

１ 炉筒煙管式燃焼機
１０ バーナ
２０ 燃焼胴
３０ 第１の煙管
４０ 煙管接続部
４１ チューブプレート
５０ 第２の煙管
５１ 伝熱促進機
６０ 煙室
６１ チューブプレート
６２ 煙室ドレーン口
６３ 結露水受け部
６３ａ 受け部ドレーン口
７０ 煙突接続口
８０ タンク
８１ 膨張タンク
８１ａ 蓋
Ａ 第２の煙管中心軸
Ｇ 燃焼ガス
Ｈ 水平面

Claims (1)

1. 燃焼胴と、
   前記燃焼胴において生じる燃焼ガスが流れ、周囲を被加熱媒体によって囲まれた複数の煙管と、
   前記複数の煙管に固定される壁面を有し、前記複数の煙管から前記燃焼ガスが流れ込む煙室と、
   前記煙室内の底面に配置され、前記複数の煙管及び前記壁面よりも前記燃焼ガスの結露水によって腐食しにくい材料からなる結露水受け部と、を備え、
   前記複数の煙管は、前記煙室に向かって、水平に対して下方に傾斜し、
   前記複数の煙管は、前記壁面と同一の材料からなり、前記煙室側の先端側が溶接によって前記壁面に固定され、
   前記複数の煙管の前記煙室側の先端は、前記複数の煙管と前記壁面との溶接部分よりも前記煙室の内部に突出し、前記複数の煙管内で発生した結露水は、前記壁面を伝わずに前記煙室内の前記結露水受け部に垂れ落ち、
   前記結露水受け部の底面は、受け部ドレーン口に向かって下方に傾斜し、
   前記受け部ドレーン口は、前記煙室の底面に設けられた煙室ドレーン口に連通する
   ことを特徴とする炉筒煙管式燃焼機。
   

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