JPH06101803A - モジユラ−水管ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 水管群をほぼ同一寸法、同一形状にボイラ要
素を分割してモジユラ−型構造となしたモジユラ−水管
ボイラを提供する。 【構成】 収熱水管内挿型燃焼室を有するボイラにおい
て、燃焼ガスの流れの通路が所望の任意の個所で水平方
向又は／及び垂直方向に１回又は複数回、折り曲げられ
て構成されたモジユラ−水管ボイラであり、かつ該基本
モジユ−ルの単数又は複数は連絡管がドラムに連結され
てなり、更にボイラの燃焼ガスの折れ曲がり部において
水管群が削除されたり、更に水管群の外側隅部に整流斜
壁が設けられたモジユラ−水管ボイラ。 【効果】 コンパクトで高負荷燃焼でも水管の焼損がな
い、かつ燃焼ガスの通路が必要に応じて燃焼ガスの通路
に凹凸をつけたり、折り曲げたり、ボイラの設置スペ−
スに合せて自由に設計が可能である。モジユ−ル毎取り
外し、増設が容易である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、通常の加熱、暖房用等
の業務用、産業用及び空調用から発電用などのすべての
範囲で広く使われている水管ボイラにおいて、その燃焼
室を本発明者ら５名の発明になる特開平２−272207号
「水管式ボイラとその燃焼方法」による収熱水管内挿型
燃焼室とし、該収熱水管内挿型燃焼室とその後流の接触
管群を実質的に同一構造の水管群として構成された水管
ボイラとして、燃焼ガスの流れ方向の水管列が一つの水
管パネル状に構成されたものを一つの基本要素として、
これを適当数纏めた水管群を基本モジユ−ルとし、該基
本モジユ−ルの幅と奥行きを適宜組み合わせることによ
つて、本発明のボイラをその設置場所の面積や高さに合
わせた設計ができるようにした、設計自由度の大きいモ
ジユラ−水管ボイラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の水管ボイラは、バ−ナからの発出
火炎を炉壁水管などで囲む大きな燃焼空間からなる燃焼
室と、その後流の水管群からなる接触伝熱面とから構成
されているのを基本としていた。その場合、従来の燃焼
室は、例えば特開平３−260501号の〔図５〕、〔図６〕
に見られるように、バ−ナによつて規定される発出火炎
を取り囲むようにその周囲に輻射伝熱水管壁を配設して
なり、一般に一つの大きな空間部を構成していた。即ち
該バ−ナの発出火炎の寸法（直径や長さ）はおおむねボ
イラの容量（つまり燃焼量）に、ある関数関係で比例し
て大きくなり、なおかつボイラではボイラ燃焼室の限界
伝熱面熱負荷の関係からその相似則によつて該燃焼室の
大きさを更に大きくする必要があつて、一般にボイラ燃
焼室の大きさは小容量のボイラから大容量のボイラまで
その容量（即ち蒸発量や燃焼量）にほぼ比例の一線上に
乗る関係にあつた。かくしてボイラ燃焼室の大きさ（容
積）はボイラ全体の大きさの40〜70％を占めるほどに大
きく、それが直径と長さ、或は幅と奥行きと長さで規定
される一つの大きな空間を必要としていたのである。こ
れはバ−ナからの発出燃焼火炎が冷却伝熱面に当たる
と、該伝熱面が過熱により焼けたり、或は該燃焼火炎が
冷却されて未燃分が発生する恐れがあるという考えか
ら、該火炎は該伝熱面に当たらないように設計するとい
う思想に支配されていたからである。

【０００３】上記のような従来の設計思想を燃焼室の大
きさが相似則によつて規定されるという意味で相似則概
念と定義すると、従来のボイラのすべてがこの相似則概
念に支配されており、そのためにボイラを更に小型、軽
量、高性能にしようとすると、そのための技術としては
高負荷燃焼技術の追及しかなかつた。即ちバ−ナからの
発出火炎を小さくして燃焼室を小さくし、或は平面火炎
バ−ナや表面燃焼バ−ナのごとく火炎長さを短くして燃
焼室を小さくすることによつてボイラを小型にして改善
しようとしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術には次のような解決すべき課題があつた。特にそ
の課題はボイラを大容量化するほど重要になつていた。
即ち第１の課題は、何れにしてもボイラの容量が大きく
なるほどその燃焼室の必要空間は大きくなり、これがボ
イラ容積の半分以上を占拠するほどに大きくかつその構
成寸法（幅や長さなど）を、バ−ナからの発出火炎の寸
法に合わせる必要があるために変えることができないと
いう決定的に大きな制約となるため、これがボイラをそ
の設置場所の寸法や面積に合わせて設計することができ
なくなるというボイラ設計の自由度を著しく損なうこと
である。例えば燃焼室の縦横の寸法を変えたり、或は極
端には燃焼室を途中で折り曲げたり、また該壁面の一部
に凹凸をつけて柱や天井の梁下に整合させたり、という
自由度が従来の相似則概念には殆どなかつた。

【０００５】第２の課題は、従来は燃焼室を水管モジユ
−ルで構成しようとする場合、その燃焼室が大きな空間
を囲む形になるため、その四囲の水管壁や天井乃至は底
面の壁を水管で構成した水管壁モジユ−ルとすることし
か考えられず、特に大容量ボイラにおいて燃焼室の断面
を水管モジユ−ルとする、即ちその横断面や縦断面を水
管モジユ−ルで構成するという考えは生まれてこなかつ
た。もしその断面をモジユ−ルにしようとしてもその四
囲に水管があるのみでその途中に水管がなく、モジユ−
ルの形になり得なかつたのである。

【０００６】第３の課題は、従来のボイラでは、例えば
前記特開平３−260501号の〔図５〕、〔図６〕に見られ
るように、ある容量までは燃焼室とその後流の接触伝熱
面を構成する水管群をうまくモジユ−ルに構成できたと
しても大容量ボイラになれば該モジユ−ルは該燃焼室と
は別個のモジユ−ルとせざるを得ず、本来の製造工場で
のモジユ−ル化によるコストダウンが中途半端に終わる
ばかりでなく、更にボイラを現地に設置するに当たつて
全体を分割可能な構造として搬入組立を容易にするとい
う趣旨においても中途半端に終わり、折角モジユ−ル構
成としても結局は現地工事が多くなり、そのコストダウ
ンが進まなかつた。

【０００７】本発明は従来の大きな空間の燃焼室を全く
なくして、燃焼火炎を水管群にぶつつけて該水管群中で
燃焼させ、燃焼と伝熱の促進によつて水管の焼損を防止
するという従来の常識を破つた方法によつてボイラ全体
が空間のない水管群のみで構成されるようになして、小
型高性能の水管群のみで構成されるボイラを完成させ、
更に該ボイラの水管群を適宜分割可能なほぼ同一寸法、
同一形状にボイラ要素を分割してモジユラ−型構造とす
ることによつて、製造工場でのコストダウンを行うとと
もに、現地への搬入や据え付け、組立を容易にし現地工
事を簡略化ならしめるモジユラ−水管ボイラを提供する
ことを目的としたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するためにその第１はボイラ全体が水管群で構成さ
れ、一群の該水管群の前部で燃料が燃焼し、その後流部
水管群が接触伝熱水管群となる水管ボイラにおいて、燃
焼ガスの流れの通路が所望の任意の箇所で水平方向又は
／及び垂直方向に１回又は複数回折り曲げられて構成さ
れたことを特徴とするモジユラ−水管ボイラであり、そ
の第２はボイラ全体が水管群で構成され、該水管群の燃
焼ガスが折れ曲がる通路の前後において、燃焼ガスの流
れ方向の水管列が一つの水管パネル状に構成されたもの
を基本要素となされて、該基本要素が任意所望数纏めら
れて上下ヘツダに単数又は複数の水側及び蒸気側連絡管
によつて取り付けられた水管パネル群が基本モジユ−ル
となり、該基本要素及び該基本モジユ−ルの形状、構造
が該水管パネル群の燃焼部と接触部に関わりなく同じよ
うにせられ、単数又は複数の該基本モジユ−ルが該水管
及び蒸気側連絡管のフランジ又は溶接によつて、ドラム
に連結されてなることを特徴とするモジユラ−水管ボイ
ラであり、その第３は本発明のボイラの燃焼ガスの折れ
曲がり部において水管群が削除されてなることを特徴と
する請求項１又は２記載のモジユラ−水管ボイラであ
り、更にその第４は本発明のボイラの燃焼ガスの折れ曲
がり部において水管群が削除され、かつ水管群の折れ曲
がり部の外側隅部に整流斜壁が設けられたことを特徴と
する請求項１又は２記載のモジユラ−水管ボイラであ
る。

【０００９】即ち本発明は従来の大きな空間を要する燃
焼室を前記した特開平２−272207号発明のように実質上
空間のない収熱水管内挿型燃焼室とし、従来の燃焼室の
水管群が輻射伝熱を受ける平面水管壁からなるのに反し
て、本発明では該水管群内で輻射と接触との重畳した伝
熱を受ける管巣燃焼水管群からなり、従つて本発明の燃
焼室は著しく小さくなり、更に適当な燃焼ガス温度まで
熱吸収を行う水管のみで構成されるため、その中におけ
る発出火炎の通路は必ずしも真直である必要はない。即
ちその通路設計をその後流の接触水管群と同様に凹凸を
つけたり、或は曲げたりすることが可能である。

【００１０】更に、従来の燃焼室ではそのモジユ−ルが
四囲の水管壁としてしか考えられなかつたのに対して、
本発明では水管群を有する燃焼室の燃焼ガスの流れ方向
の水管列を一つの水管パネル状に構成したものを基本要
素として、これを適当数纏めた水管群を基本モジユ−ル
とすることにより、該燃焼室水管群部をその後流の接触
水管群と同様のモジユ−ル構成とすることができるよう
になり、該接触水管群とそれらが集合する上下集合管と
によつてボイラ水管パネルとしての要素が構成され、蒸
気及び水ヘツダと水管群要素の上下集合管とが１乃至複
数本の水側及び蒸気側連絡管によつて接続するようにな
した単独又は複数のボイラ水管モジユ−ルで構成された
モジユラ−水管ボイラである。

【００１１】その結果前記した従来の燃焼室と接触水管
群のモジユ−ルが同じような形状や構造にできないとい
うのに比べて、本発明ではその接触水管群部を上記燃焼
室水管群部と同様の構造にし、燃焼ガスの流れ方向の水
管列を一つの水管パネル状に構成し、これを適当数纏め
て基本モジユ−ルとすることにより、その全体をほぼ同
一の形状とすることができ、従つて前部を構成する管巣
燃焼水管群部とそれにつながる接触水管群部の途中の適
当な部分で折れ曲がるガス側通路を構成せしめることが
でき、結局ボイラを設置場所の寸法や面積に合わせると
いう設計の自由度において著しく優れ、更にボイラ全体
のモジユ−ル化による製造工程でのコストダウンととも
に、現地への搬入、据え付け、組立が一体的に、しかも
非常に容易にできるようにした、より有効な分割可能な
モジユラ−水管ボイラを提供するものである。

【００１２】更に大きな特徴として、第１にはこのよう
に燃焼ガス流れ方向の水管列を一つの水管パネル状に構
成し、これを適当数纏めて基本モジユ−ルとすることに
より、該各水管パネルの流れ方向の水管の熱負荷分布が
同じになり、従つて該水管パネル内の二相流流れ分布も
同じになるからそれらの設計が同一になし得られ著しく
設計が簡略化され、なおかつ安全に設計できることにな
る。また第２には、このようなモジユ−ル構造とするこ
とにより各モジユ−ル毎の製作、取り替え、修理、増設
などが可能となり、将来の故障時、或は負荷が変わる、
などの対応が非常に容易になる利点がでてくる。

【００１３】なお本発明のモジユラ−水管ボイラの燃焼
ガス通路の折れ曲がり部において、該ガス通路の幅方向
の管列数が少ない時は該曲がり部の流れの偏流に対する
配慮はそれほど必要でないが、管列数が４列程度以上に
なると流れの幅方向の分布ができるだけ一様になるよう
に、該折れ曲がり部の水管を削除するか、更に該隅部に
整流のための耐火材などによる斜壁を設けると好適であ
る。

【００１４】

【実施例】次に図面によつて本発明を説明する。〔図
１〕〜〔図５〕は本発明のモジユラ−水管ボイラの一実
施例、〔図６〕〜〔図８〕は他の実施例、〔図９〕、
〔図10〕は燃焼ガスの流れ方向を示す模式図である。

【００１５】〔図１〕は本発明のモジユラ−水管ボイラ
の側面図で、(1a)は水管と該水管間を塞ぐフイン板から
なるメンブレン壁、(3a)が上部集合管、(3b)が下部集合
管、(3c)が蒸気ヘツダ、(3d)が水ヘツダ、(4a)が第一蒸
気連絡管、(4d)が第２蒸気連絡管、(4c)が降水管、(20)
が本発明のモジユ−ルを組み立てるフランジ又は溶接
部、(5) が蒸気ドラム、(6) はボイラケ−シングを示
す。

【００１６】〔図２〕は〔図１〕のII−II矢視図で、耐
火材などからなる前壁(8) に取り付けられたバ−ナ(7)
からの発出火炎はすぐに前記の本発明による管巣燃焼水
管(2a)群中に入り伝熱の後、該燃焼ガスは該管巣燃焼部
を出て本発明の第一の特徴であるボイラ後部の燃焼ガス
曲がり部(9a)からその後部の第一接触管群(2b)及び第二
接触管群(2c)において更に伝熱の後排ガス出口(10)から
排出される。

【００１７】この時に本発明では、第１通路の管巣燃焼
部(2a)においてもまた後の第２通路の第一接触管群(2b)
及び第二接触管群(2c)においても、燃焼ガスの流れ方向
の水管列を一つの水管パネル状に構成したものを基本要
素として、これを幅方向に適当数集めた水管群を基本モ
ジユ−ルとするところに第二の特徴があり、かくするこ
とにより該燃焼室水管群をその後流の接触群と同様のモ
ジユ−ル構成とすることができ、なお該水管パネル内の
熱負荷分布が同じようになり、従つて該水管パネル内の
二相流流れ分布も同じになり、設計が単純化され、なお
かつより安全に設計されるところに上記第１、第２の特
徴に加えて更に大きな特徴がある。重要なことはそのよ
うな構成とすることによつて、前部を構成する管巣燃焼
水管群部とそれにつながる接触水管部の全燃焼ガス流れ
方向の工程において、その途中の適当な部分でガス通路
が折れ曲がるように構成せしめることができ、これによ
つて本発明のボイラをその容量と設置先の許容寸法や面
積に合わせて自由に設計することができるという、設計
自由度の非常に大きいボイラが得られることになつた。
勿論ガス流れの幅方向の水管群パネルは同じ構造と形状
のモジユ−ルとすることができ、従つて製造工程でのコ
ストダウンとともに、現地への搬入、据え付けに便利な
ように適当な大きさの寸法のモジユ−ルの設計とするこ
とができ、組立工事も非常に容易に安価にできることに
なつた。

【００１８】なお燃焼ガスが管群部を出て折れ曲がる部
分、即ち〔図２〕の(9a)の部分や後記の〔図７〕におけ
る(9a),(9b) 部は、〔図２〕のように前半（第１通路の
出口）は水管を省いて空間を設け、該空間部を点検や掃
除のメンテナンススペ−スとして使い、その後半（第２
通路の入り口）には水管群(2b)を配設して伝熱面とする
のもよく、これらは設計上の自由度の範囲内の問題とし
てよい。ただし前記した折れ曲がり部とその後流のガス
流れの幅方向の分布の一様性を保つには、本発明者らの
研究の結果、該折れ曲がり部には、〔図４〕や〔図７〕
の(9a),(9b),(9c)のように水管群をすべて省くのがよ
く、更に〔図５〕のように(9a)部の入り口側と出口側の
それぞれ外側隅部を(12a),(12b) のように耐火材などよ
り整流壁を設けるのがよいことが本発明者らの研究の結
果判明した。更にまた、このように上記空間を設ける場
合、上記折れ曲がり部の空間に出入りできる開口をつけ
るのがよく、その例を〔図６〕及び〔図７〕の(13)に示
した。〔図２〕の(11)は(8)や(12a) などと同様の耐火
材などによる出口煙室壁を示す。〔図３〕は〔図１〕の
III −III 矢視図で、(7) はバ−ナを示す。

【００１９】〔図７〕は本発明の容量の更に大きい他の
一実施例で、〔図６〕のVII −VII矢視図である。〔図
８〕は〔図６〕のVIII−VIII矢視図で、なおバ−ナ(7)
の取付形状が〔図８〕と〔図３〕とで異なるが他には異
なるところはない。

【００２０】〔図９〕は燃焼ガスの水平方向のみのジグ
ザグ流れの方向を示すものであり、〔図10〕は燃焼ガス
が最初水平方向から、ついで垂直方向に流れ、更に上部
の水平方向に、排ガスとして放出される場合の模式図を
示す。

【００２１】

【発明の効果】本発明の効果を纏めると下記の通りであ
る。 (イ) 本発明は水管式ボイラにおいて、水管群内で燃料を
燃焼させることによつて従来のような空間の燃焼室を無
くして水管群のみで燃焼室を構成し、従つてその大きさ
は従来の水管ボイラに比べて著しくコンパクトになり、
しかも高負荷燃焼でも水管が焼損することのない安全な
ボイラが達成された。 (ロ) 本発明の管巣燃焼水管群及びその後流の接触水管群
において、燃焼ガス流れ方向を適宜折れ曲がるように構
成し、かつ燃焼ガスの流れ方向の水管列を一つの水管パ
ネル状に構成したものを基本構成要素とし、これを適当
数纏めた水管群を基本モジユ−ルとすることにより、燃
焼室水管群をその後流の接触水管群と同様のモジユ−ル
構成とし、かくすることによつて燃焼ガスの通路は必ず
しも真直に構成する必要はなく、他の条件に合わせて必
要に応じて該燃焼ガスの通路に凹凸をつけたり、或は適
当なところで折り曲げ、ボイラの許容される設置スペ−
スに合わせて、自由に設計できるボイラが得られること
になつた。 (ハ) かくすることにより、各パネルの管の熱負荷分布が
同じようになり、従つて該管及び二相流の流れ分布も同
様になり、各水管パネルの設計が単純にかつ安全に行わ
れるようになつた。 (ニ) 同様にこのようにモジユ−ルを構成することによ
り、該ボイラの一部を取り替えるにもモジユ−ル毎に取
り替えることができ、また修理においても同様である。
また本発明のボイラの容量を変更する必要が生じても、
容易にモジユ−ル毎に取り外し、或は増設できることが
可能である。 (ホ) 本発明の該管巣燃焼水管群及び接触水管群におい
て、燃焼ガスの流れ方向の水管列からなる基本要素とし
ての該水管パネルを適当数纏めて水管モジユ−ルとする
ことにより、製造工場での製作、設置現場への搬入、据
え付け、そして組立が非常に容易になり、設置工期が短
縮され、コスト低下が容易になつた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のモジユラ−水管ボイラの一実施例の側
面図。

【図２】〔図１〕のII-II 矢視図。

【図３】〔図１〕のIII-III 矢視図。

【図４】〔図２〕の改良図。

【図５】更にその改良図。

【図６】本発明の他の一実施例の側面図。

【図７】〔図６〕のVII −VII 断面図。

【図８】〔図６〕のVIII−VIII矢視図。

【図９】燃焼ガスの水平方向のみのジグザグ流れ方向を
示す図。

【図10】水平方向と垂直方向とに流れる流れ方向を示す
図。

【符号の説明】

1a,1b,1c,1d ．水管メンブレン壁 1e . 水平置隔壁 2a,2b,2c.2d . 水管群 3a,3b ． 上部及び下部集合管 3c,3d ． 蒸気及び水ヘツダ 4a,4b ． 蒸気連絡管 4c . 降水管 ５． 蒸気ドラム ６． ボイラケ−シング ７． バ−ナ ８, １１． 耐火壁 9a,9b . 燃焼ガス折れ曲がり部 １０． 排ガス出口 12a,12b ． 整流壁 １３． マンホ−ル ２０． モジユ−ル組み立て用フランジ又は溶接

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 唐 景良 大阪市北区大淀北１丁目９番36号 株式会 社ヒラカワガイダム内 (72)発明者 木下 正成 大阪市北区大淀北１丁目９番36号 株式会 社ヒラカワガイダム内 (72)発明者 上梨 厚見 大阪市北区大淀北１丁目９番36号 株式会 社ヒラカワガイダム内 (72)発明者 石谷 清幹 兵庫県芦屋市岩園町８番７号

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ボイラの全体が水管群で構成され一群の
   該水管群の前部で燃料が燃焼し、その後流部水管群が接
   触伝熱水管群となる水管ボイラにおいて、燃焼ガスの流
   れの通路が所望の任意の箇所で水平方向又は／及び垂直
   方向に１回又は複数回折り曲げられて構成されたことを
   特徴とするモジユラ−水管ボイラ。
2. 【請求項２】 ボイラの全体が水管群で構成され、該水
   管群の燃焼ガスが折れ曲がる通路の前後において、燃焼
   ガスの流れ方向の水管列が一つの水管パネル状に構成さ
   れたものを基本要素となされて、該基本要素が任意所望
   数纏められて上下のヘツダに単数又は複数の水側及び蒸
   気側連絡管によつて取り付けられた水管パネル群が基本
   モジユ−ルとなり、該基本要素及び該基本モジユ−ルの
   形状、構成が該水管群の燃焼部と接触部とに関わりなく
   同じようにせられ、該基本モジユ−ルの単数又は複数が
   連絡管のフランジ又は溶接によつてドラムに連結されて
   なることを特徴とするモジユラ−水管ボイラ。
3. 【請求項３】 ボイラの燃焼ガスの折れ曲がり部におい
   て、水管群が削除されてなることを特徴とする請求項１
   又は２記載のモジユラ−水管ボイラ。
4. 【請求項４】 ボイラの燃焼ガスの折れ曲がり部におい
   て、水管群が削除され、かつ水管群の外側隅部に整流斜
   壁が設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載の
   モジユラ−水管ボイラ。