JPH0416681B2 - - Google Patents

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JPH0416681B2
JPH0416681B2 JP60097428A JP9742885A JPH0416681B2 JP H0416681 B2 JPH0416681 B2 JP H0416681B2 JP 60097428 A JP60097428 A JP 60097428A JP 9742885 A JP9742885 A JP 9742885A JP H0416681 B2 JPH0416681 B2 JP H0416681B2
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JP
Japan
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water pipe
combustion chamber
casing
boiler
water
Prior art date
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Application number
JP60097428A
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English (en)
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JPS61256101A (ja
Inventor
Toshihiko Tanaka
Shozaburo Oonishi
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Takuma Co Ltd
Original Assignee
Takuma Co Ltd
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Publication date
Application filed by Takuma Co Ltd filed Critical Takuma Co Ltd
Priority to JP9742885A priority Critical patent/JPS61256101A/ja
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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Endoscopes (AREA)
  • Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
  • Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野) 本発明は、例えば動力用等に使用され、密接状
態で螺旋状に巻き回して円筒形状とした水管をケ
ーシング内に配設し、水管で囲まれた空間を燃焼
室とした螺旋式水管ボイラの改良に関する。 (従来の技術) 一般に、従来の螺旋式水管ボイラは、第5図及
び第6図に示す如く、円筒状の外側ケーシング9
と、ケーシング9内に配設されて螺旋状に巻き上
げられた円筒状の内側水管10と、内側水管10
と同芯円状に配設されて螺旋状に巻き上げられた
円筒状の外側水管11と、内側水管10と外側水
管11の下端部同志を連結する連結管12と、内
側水管10の上方開口部をシールする上部耐火物
13と、外側水管11の下方開口部をシールする
下部耐火物14と、内側水管10で囲まれた部分
に形成された燃焼室A′と、内側水管10と外側
水管11との間に形成されて燃焼室A′に連通す
る環状流路B′と、燃焼室A′の上方に配設された
バーナ15等から構成されている。 尚、各水管10,11は、隣接水管同志が全面
的或は部分的に溶接されて互いに密着状態になつ
て居り、燃焼ガスが水管の間から漏れるのを防止
している。 而して、前記ボイラに於いて、ボイラ水は、外
側水管11の上部から入り、外側水管11を旋回
しながら下方へ流れ、連結管12を経て内側水管
10に入る。その後、ボイラ水は、内側水管10
を旋回しながら上方へ流れ、上部から例えば気水
分離器(図示省略)へと流れ出て行く。 又、燃焼室A′で生成した燃焼ガスは、燃焼室
A′内を流下して環状流路B′に入り、該環状流路
B′を上方へ流れてガスヘツダー部16へ集まり、
排気口17から排出される。 尚、上記構成のボイラは、内側水管10と外側
水管11とを組み合わせて使用するので、例えば
熱出力10万Kcal/時間以下の小容量ボイラの場
合には価格的に不利となる。その為、小容量ボイ
ラの場合には第7図及び第8図に示すように水管
18を単一とする。 一方、前記各型式のボイラに於ける熱の吸収
は、大別して、燃焼室A′に於ける燃焼火炎から
の放射伝熱による熱吸収と、環状流路B′に於け
る燃焼ガスの水管壁面に対する接触熱伝達による
熱吸収との合計となる。 燃焼室A′に於ける放射伝熱は、主として燃焼
室A′や燃焼火炎の大きさ、燃焼条件等によつて
定まる。又、燃焼室A′の大きさは、燃焼に必要
な寸法により決定される。従つて、燃焼室A′に
於ける吸熱は、使用するバーナ機構により略一義
的に定まつてしまう。現在の通常の燃焼方式で
は、燃焼室A′は1m3容積当り50万〜100万Kcal/
時間の燃焼量を有する設計とされる場合が多く、
燃焼室A′に於ける吸熱量つまり第5図若しくは
第7図の水管10,18の内周側での吸熱量は、
ボイラ全体に於ける吸熱量の60%〜40%となる。 ボイラの残りの必要とされる吸熱量は40%〜60
%となる。これらの熱量は、第5図若しくは第7
図に示す環状流路B′を燃焼ガスが流動する間に
内側・外側水管10,11の壁面に若しくは水管
18の壁面に、所謂接触熱伝達によつて吸収され
なければならない。この接触熱伝達による吸熱量
は(1)式によつて示される。 ΔQ=A×K×ΔT ……(1) ΔQは接触熱伝達による吸熱量 Kcal/h Aは接触伝熱面積 m2 Kは接触による熱貫流係数 Kcal/m2h℃ ΔTは対数平均温度差℃で、(2)式で定義される ΔT=tG1−tG2/In{tG1−tW/tG2−tW}……(2) tG1は環状流路B′入口のガス温度 ℃ tG2は環状流路B′出口のガス温度 ℃ tWはボイラ水の温度 ℃ ある型式のボイラに対してtWはボイラの運転
条件、tG1は主として燃焼室の大きさ、Aは燃焼
室の大きさによつて略定まつてしまう値である。
又、Kは環状流路を流動する燃焼ガスの流速によ
つて定まる値であり、環状流路の幅を決定すれぱ
一定値となる。更に、tG2はボイラの設計効率目
標に対して設計者が任意に決めたい値であるが、
(1)および(2)式によつてボイラの燃焼室の寸法が定
まれば、一義的に決まつてしまう。 然し、実際設計に於いては、環状流路B′出口
のガス温度をボイラ外形寸法を同一にしたまま出
来るだけ下げて熱効率の向上を図りたいと云う要
求がある。 又、燃焼ガスが初めてケーシング9と触れる部
分のガス温度をケーシング9(鋼板製)の許容ガ
ス温度(通常400〜450℃)以下に保ちたいと云う
要求もある。何故なら、第7図に於いて燃焼ガス
は、燃焼室A′を出て初めてケーシング9と接触
する部分では約700℃となる為、このような高温
に於いてはケーシング9を構成する鋼材がなく、
耐火材をライニングする等の対策を講じないと安
全を確保することができないうえ、ライニング等
によりコスト高になるからである。 (発明が解決しようとする問題点) 本発明は、上記の問題点を解決する為に創案さ
れたものであり、その目的は熱効率の向上を図れ
ると共に、安価な螺旋式水管ボイラを提供するに
ある。 (問題点を解決する為の手段) 本発明の螺旋式水管ボイラは、密接状態で螺旋
状に巻き回して円筒形状とした水管をケーシング
内に配設し、水管で囲まれた空間を燃焼室にする
と共に、水管とケーシングとの間に燃焼室と連通
する環状流路を形成した螺旋式水管ボイラに於い
て、前記燃焼室に、水管の内周面との間に環状の
間隙を形成すべく耐火物より成る柱状の火堰を配
設して前記間隙と環状流路とを連通状態にし、該
火堰の外周面に凹凸部を形成し、水管2の下端近
傍のケーシングの温度をほぼ450℃以下に保持す
るようにしたことに特徴がある。 (作用) 前記螺旋式水管ボイラに於いて、ボイラ水は例
えば水管の下部から入り、水管を旋回しながら上
方へ流れて行き、上部から出て行く。 一方、燃焼室で生成した燃焼ガスは、燃焼室を
出た後、水管と火堰との間隙を軸芯方向へ流下し
て環状流路に入り、該環状流路を上方へ流れて排
気口から排出される。 尚、燃焼ガスが流れる間隙は、火堰及び水管の
凹凸によりジグザグとなつている為に対流熱伝率
が向上する。その結果、熱効率の向上を図れると
共に、初めてケーシングに触れる燃焼ガスの温度
を下げることができる。 又、赤熱された火堰からの固体輻射により、前
記効果がより一層促進される。 (実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。 第1図及び第2図は本発明の第一実施例を示す
螺旋式水管ボイラの概略縦断面図及び概略横断面
図であつて、1はケーシング、2は水管、3は上
部耐火物、4は下部耐火物、5はバーナ、6は火
堰である。 前記ケーシング1は、鋼材により円筒形状に作
製され、その内部には密接状態で螺旋状に巻き上
げられた円筒形状の水管2が配設されている。こ
の水管2で囲まれた空間は燃焼室Aとなつて居
り、水管2とケーシング1との間には燃焼室Aと
連通する環状流路Bが形成されている。 尚、水管2の上方開口部は上部耐火物3によ
り、ケーシング1の下方は下部耐火物4により
夫々シールされている。又、燃焼室Aの上方位置
には上部耐火物3を貫通してバーナ5が配設され
ている。 一方、火堰6は、耐火物により円筒状に作製さ
れ、その外周面には第1図及び第3図に示すよう
に鋸状の凹凸部6aが形成されている。又、火堰
6は、その外径が水管2の内径つまり燃焼室Aの
直径よりも小さく設定され、前記燃焼室A内に配
設されている。即ち、本実施例に於いては、火堰
6は、水管2の内周面との間に環状の間隙Cを形
成すべく下部耐火物4に載置されている。又、前
記間隙Cと環状流路Bとは連通状態になつてい
る。 尚、火堰6は、通常の不定形耐火物の混練物を
型枠に注入することによつて或は繊維状のシリカ
アルミナ系のセラミツクスをモールドによつて成
型することができる為、簡単且つ安価に作製する
ことができる。 第1図に於いて、7はケーシング1の上部に設
けた排気口、8はケーシング1内の上方に形成し
たガスヘツダー部である。 而して、螺旋式水管ボイラに於いて、ボイラ水
は例えば水管2の下部から入つて旋回しながら上
方へ流れて行き、上部から例えば気水分離器(図
示省略)へと流れ出て行く。尚、ボイラ水の循環
力は付属のポンプの圧力によつて確保される。 一方、燃焼室Aで生成した燃焼ガスは、燃焼室
Aを出た後、水管2と火堰6との間隙Cを軸芯方
向へ流下して環状流路Bに入り、該環状流路Bを
上方へ流れてガスヘツダー部8へ集まり、排気口
7から排出される。 尚、前記間隙Cは、火堰6の外周面に形成され
た凹凸部6aと水管2の内周面の凹凸とによりジ
グザグになつている為、燃焼ガスが間隙Cを流れ
た場合には対流熱伝率が向上することになる。そ
の結果、初めてケーシング1に触れる部分の燃焼
ガスの温度を下げることができると共に、排気口
7へ流出するガスの温度を下げることができる。
延いては、ケーシング1の安全を確保でき且つボ
イラ効率も向上する。 又、火炎により赤熱された耐火物(火堰)から
の固体輻射は、火炎からの輻射よりも優れている
ので、上記の効果が促進される。(例えば日本機
械学会伝熱工学資料改訂第3版138頁、149頁によ
ると輻射率は火炎の場合には0.4〜0.5、耐火物の
場合には0.7〜0.8としている。) 下記の表は火堰を備えた本発明に係る螺旋式水
管ボイラと従来の螺旋式水管ボイラとの実測デー
タを比較したものである。
【表】
【表】 第4図は他の実施例を示す火堰6の斜視図であ
つて、その外周面に四角形状の凹凸部6aを形成
したものである。 このボイラはバーナ設計上火炎長さを必要とす
るとき或は火炎による耐火物の赤熱により固体輻
射による伝熱量の増大を図る場合に適している。 (発明の効果) 上述の通り、本発明の螺旋式水管ボイラは、ケ
ーシング内に円筒形状に巻き回された水管を配設
し、水管で囲まれた燃焼室内に水管の内周面との
間に環状の間隙を形成すべく火堰を配設し、火堰
の外周面に凹凸部を形成する構成とした為、前記
間隙は火堰の凹凸部と水管の凹凸とによりジグザ
グ状になり、ここを燃焼ガスが流れた場合には対
流熱伝率が向上することになる。その結果、ボイ
ラ効率の向上を図れるうえ、初めてケーシングに
触れる燃焼ガスの温度を下げることができ、従来
のボイラのようにケーシングに耐火材のライニン
グを施さなくても良く、通常の鋼材から成るケー
シングで十分に安全が確保され、コスト低減を図
ることができる。 又、耐火物から成る火堰を燃焼室に配設してい
る為、上記の効果がより一層促進される。何故な
ら、赤熱された耐火物からの固体輻射は、火炎か
らの輻射よりも優れているからである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第一実施例を示す螺旋式水管
ボイラの概略縦断面図、第2図は同じく概略横断
面図、第3図は火堰の斜視図、第4図は他の実施
例を示す火堰の斜視図、第5図は従来の一例を示
す螺旋式水管ボイラの概略縦断面図、第6図は同
じく概略横断面図、第7図は従来の一例を示す螺
旋式水管ボイラの概略縦断面図、第8図は同じく
概略横断面図である。 1はケーシング、2は水管、6は火堰、6aは
凹凸部、Aは燃焼室、Bは環状流路、Cは間隙。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 密接状態で螺旋状に巻き回して一重の円筒形
    状とした水管2をケーシング1内に配設し、水管
    2で囲まれた空間を燃焼室Aにすると共に、水管
    2とケーシング1との間に燃焼室Aと連通する環
    状流路Bを形成した螺旋式水管ボイラに於いて、
    前記燃焼室Aの下部耐火物4上に、水管2の内周
    面との間に環状の間〓Cを形成すべく耐火物より
    成る円筒状の火堰6を配設し、前記間〓Cと環状
    流路Bとを連通状態にすると共に該火堰6の外周
    面に凹凸部6aを形成し、水管2の下端近傍のケ
    ーシング1の温度をほぼ450℃以下に保持する構
    成とした螺旋式水管ボイラ。
JP9742885A 1985-05-08 1985-05-08 螺旋式水管ボイラ Granted JPS61256101A (ja)

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US4782815A (en) * 1987-02-20 1988-11-08 Carrier Corporation Liquid-backed gas-fired heating system
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JPH0712064U (ja) * 1993-08-11 1995-02-28 象印マホービン株式会社 食器洗浄機

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