JPH06174203A - 多管式貫流ボイラーの伝熱面構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多管式貫流ボイラーに使用して有効な伝熱面
構造の改良に関するものである。 【構成】 内外二重の環状水管列(3),(4) の間に、環状
をなす燃焼ガス通路(5)を形成し、各環状水管列(3) (4)
のそれぞれに、燃焼室(7) を挟んで対向する位置に燃
焼室開口部(9) 、燃焼ガス通路開口部(10)を設けてなる
多管式貫流ボイラにおいて、各環状水管列(3),(4) を、
燃焼室開口部(9) から燃焼ガス通路(5) 下流側に向って
所定長さの流路範囲を横ヒレなし水管(13)とし、前記各
環状水管列(3),(4) における横ヒレなし水管(13)部分に
ついて、外方の環状水管列(4) における横ヒレなし水管
(13)部分が内方の環状水管列(3) における横ヒレなし水
管(13)部分よりも燃焼ガス通路(5) 下流側に至るまで設
けたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ボイラーの伝熱面構
造の改良に係り、特に多管式貫流ボイラーに使用して有
効なヒレを有する伝熱面構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にボイラー等の伝熱面には熱伝達を
促進する目的でヒレが取り付けられている。多管式貫流
ボイラーにおいても同様で、伝熱効率の向上を目的とし
て、図４及び図５に示すように横ヒレ(12)を燃焼ガスの
流れ方向に平行に設けた構造が採用されている。即ち、
上部管寄せ(1) 及び下部管寄せ(2) をともに環状に形成
し、これら両管寄せ(1),(2) を多数の水管で連結し、こ
れらの水管を半径方向に間隔をおいた二重の環状水管列
(3),(4) として配列し、内方の環状水管列(3) と外方の
環状水管列(4) との間に環状をなす燃焼ガス通路(5) を
形成し、上部管寄せ(1) の内側に燃焼装置(6) を設け
て、内方の環状水管列(3) の内側に燃焼室(7) を形成
し、内方の環状水管列(3) に水管の全長にわたる燃焼室
開口部(9) を設けて燃焼室(7) と燃焼ガス通路(5) とを
連通させ、外方の環状水管列(4) に水管の全長にわたる
燃焼ガス通路開口部(10)を設けて燃焼ガス通路(5) とボ
イラー外壁(8) に設けた煙道(11)とを連通させ、両環状
水管列(3),(4) の燃焼ガス通路(5) に面している部分に
水管の全長にわたって平板状の横ヒレ(12)を円周方向で
あって管軸方向に多段状に多数取付けた構造であって、
燃焼室(7) で発生した燃焼ガスは、先ず輻射伝熱により
内方の環状水管列(3) と熱交換を行い、燃焼室(7) から
燃焼室開口部(9) に向かい分岐し、燃焼ガス通路(5) を
流れ、燃焼ガス通路開口部(10)で合流し、煙道(11)から
外部に排出される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の多管式貫流ボイ
ラーは、上述のように構成されているので、ヒレの面積
の増加による伝熱効率の向上が図られる割に燃焼ガスの
圧力損失が小さいという利点がある。しかしながら、こ
のような構造の多管式貫流ボイラーにおいては、燃焼室
(7) から燃焼室開口部(9) を通って燃焼ガス通路(5) に
流出した燃焼ガスは未だかなりの高温状態にあり、燃焼
室開口部(9) 付近の水管の横ヒレ(12)はこの高温の燃焼
ガスに接するため高温腐食をきたし、著しく損耗すると
いった問題がある。又、外側環状水管列(4) の水管は、
燃焼ガス通路(5) 側伝熱面は高温の燃焼ガスに晒される
が、ボイラー外壁(8) 側伝熱面は加熱されないため、燃
焼ガス通路(5) 側とボイラー外壁(8) 側とで温度差が大
きく、ことに燃焼室開口部(9) 付近の水管においては燃
焼ガスが高温であることと相俟ってその横ヒレ溶接部と
他の表面との温度差が特に大きく、不測の事態にはヒレ
溶接部に熱応力に起因する亀裂が発生するといった危険
があった。

【０００４】従って、この発明が解決しようとする課題
は、上述のような事情に鑑み、熱伝達に効果的なヒレ付
水管配列であって、しかもヒレの高温腐食や熱応力に起
因する亀裂の発生といった危険を防止した伝熱面構造を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の課題を
解決するためになされたものであって、上部管寄せ及び
下部管寄せをともに環状に形成し、これら両管寄せを多
数の水管で連結すると共に、これらの水管を内外二重の
環状水管列として配列し、前記内方の環状水管列内側に
燃焼室を形成し、前記両環状水管列間に環状をなす燃焼
ガス通路を形成し、前記内方の環状水管列には前記燃焼
ガス通路への燃焼室開口部を設けると共に、前記外方の
環状水管列には、ボイラー外壁に設けた煙道と連通する
燃焼ガス通路開口部を設け、前記両開口部を燃焼室を挟
んで対向する位置関係とし、前記燃焼ガス通路に面する
水管の外表面に平板状の横ヒレを水管の管軸方向に向っ
て多段状に配した多管式貫流ボイラーにおいて、前記各
環状水管列を構成する水管のうち燃焼室開口部から燃焼
ガス通路下流側に向って所定長さの流路範囲の水管を横
ヒレなし水管とし、前記各環状水管列における横ヒレな
し水管部分について、外方の環状水管列における横ヒレ
なし水管部分が内方の環状水管列における横ヒレなし水
管部分よりも燃焼ガス通路下流側に至るまで設けてある
ことを特徴とする。

【０００６】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１は、この発明に係る多管式貫流ボイラーの
伝熱面構造を、前記図４，５に示す多管式貫流ボイラー
に適用した一実施例を示す横断面図であり、図１の縦断
面図は前述の図４と同様である。

【０００７】図面において、上部管寄せ(1) 及び下部管
寄せ(2) がともに環状に形成されている。両管寄せ(1),
(2) は伝熱管としての多数の垂直水管で連結され、これ
ら水管は半径方向に間隔をおいた内外二重の環状水管列
(3),(4) として配列されている。上記両環状水管列(3),
(4) の各水管の両端は縮径部とされ、それぞれ上部管寄
せ(1) の管板及び下部管寄せ(2) の管板に嵌め込んで溶
接されている。

【０００８】内方の環状水管列(3) と外方の環状水管列
(4) との間には、環状をなす燃焼ガス通路(5) が形成さ
れている。上部管寄せ(1) の内方（中央部）に燃焼装置
(6)が設けられ、これにより内方の環状水管列(3) の内
側を燃焼室(7) としている。外方の環状水管列(4) の外
側には、この水管列(4) を包囲するボイラー外壁(8)が
設けられている。

【０００９】内方の環状水管列(3) の一部には、水管の
全長にわたる燃焼室開口部(9) が設けられ、この開口部
(9) により燃焼室(7) と燃焼ガス通路(5) とが連通され
ている。一方、外方の環状水管列(4) の一部には水管の
全長にわたる燃焼ガス通路開口部(10)が設けられ、燃焼
ガス通路(5) とボイラー外壁(8) の下部に設けた煙道(1
1)とが連通されている。ここで、上記の両開口部(9),(1
0)は、燃焼室(7) を挟んで対向する位置関係としてあ
る。

【００１０】上記燃焼ガス通路(5) に面する水管の外表
面には平板状の横ヒレ(12)が燃焼ガス流れ方向（図中の
Ａ矢印方向）に対して平行若しくは傾斜面を持ち、実質
上水平状態で各水管に管軸方向に多段状に設けられるの
であるが、燃焼ガス通路(5)のうち燃焼室開口部(9) か
ら下流側に向う所定距離の区間においては横ヒレなし水
管(13)が配列される。

【００１１】ここで、各環状水管列(3),(4) における横
ヒレなし水管(13)の配設範囲は、燃焼ガス通路(5) 内に
おける外方の環状水管列(4) の横ヒレなし水管(13)配設
範囲を、内方の環状水管列(3) のそれよりも長くし、外
方の環状水管列(4) における横ヒレなし水管(13)が、内
方の環状水管列(3) の横ヒレなし水管(13)よりも燃焼ガ
ス通路(5) 下流側まで配設してある。

【００１２】上記のような構成においてその作用を説明
すると、燃焼室(7) で発生した燃焼ガスは、先ず輻射伝
熱により内方の環状水管列(3) と熱交換を行い、燃焼室
(7)から燃焼室開口部(9) を経て燃焼ガス通路(5) に流
入し、この燃焼ガス通路(5)内で２方向に分岐して流通
する過程において、主として対流伝熱により熱交換を行
った後、燃焼ガス通路開口部(10)で再び合流して煙道(1
1)から低温となって外部に排出される。

【００１３】このとき、燃焼室開口部(9) 付近の水管は
横ヒレなし水管(13)であるのでこの開口部(9) からの燃
焼ガスがかなりの高温であるにもかかわらず、従来のよ
うにこの位置に横ヒレ付水管を配置したものに比べ、水
管表面の温度差が小さく、温度差にもとづく熱応力に起
因して生じる水管の亀裂発生を低減することができる。
更に、燃焼室開口部(9) 付近の高温の燃焼ガスに晒され
る水管には横ヒレ(12)が設けられていないので、従来の
ようにヒレが高温腐食を起して著しく損耗し、経時と共
に初期の伝熱効率が維持できなくなるといったこともな
くなる。なお、燃焼室開口部(9) からの所定距離以降の
下流における横ヒレ付水管(14)部分において、燃焼ガス
は上流側の横ヒレなし水管(13)部分での対流伝熱により
温度をかなり低下しているので、この部分においては横
ヒレ(12)が高温腐食を起こすといった危険はない。

【００１４】更に、各環状水管列(3),(4) における横ヒ
レなし水管(13)を上述のように異なる範囲で配設したこ
とにより、一層の伝熱効率の向上と、過熱による水管の
亀裂発生の防止が可能になる。即ち、外方の環状水管列
(4) の水管は、ボイラー外壁(8) 側からは過熱されず、
燃焼ガス通路(5) 側のみから加熱されるのに対し、内方
の環状水管列(3) の水管は燃焼室(7) 側と燃焼ガス通路
(5) 側の両面から加熱されるため、外方の環状水管列
(4) の水管より温度差が小さいので、この内方の環状水
管列(3) においては、外方の環状水管列(4) より上流側
の水管に横ヒレ(12)を溶接していても前記のような水管
の亀裂発生といった危険が小さい上、横ヒレ(12)を設け
ることにより伝熱効率は向上する。

【００１５】図２は、この発明に係る他の実施例を示す
もので、横ヒレなし水管(13)部における燃焼ガス通路
(5) の隙間(イ) が、横ヒレ付水管(14)部における燃焼ガ
ス通路(5) の隙間(ロ) より狭くなるように設定してあ
る。この実施例においては、燃焼室開口部(9) 付近の燃
焼ガス通路(5) においては、この部分の燃焼ガス通路
(5) の隙間(イ) を上述のように横ヒレ付水管(14)部分の
燃焼ガス通路(5) の隙間(ロ) より狭く構成してあるので
燃焼ガスの高速流が形成されて伝熱効率の向上が図れ、
結果として、この横ヒレなし水管(13)部分においても従
来の多管式貫流ボイラーのような横ヒレ付水管とした場
合とほぼ同等の伝熱効果が得られる。尚、この場合、上
記の隙間(イ) の部分では燃焼ガスの通過圧力損失が前記
の実施例より増加するが、横ヒレなし水管(13)部分の燃
焼ガス通路(5) の距離が短いので、その増加量はわずか
であり、通風量、燃焼性等ボイラーの運転に支障をきた
すことはない。又、燃焼ガス通路(5) 入口にあたる隙間
(イ) が狭められることにより燃焼室(7) から出た燃焼ガ
スが堰き止められ、燃焼ガスの持つ運動量による片寄り
流れが緩和され、燃焼ガス通路(5) の水管管軸方向につ
いての燃焼ガス流れが均一化され、実質的な接触伝熱の
増加による伝熱効率の向上と局部的な過熱の防止が達成
でき、水管の亀裂損焼といった事態が防止される。な
お、他の構成・作用・効果については図１に示す実施例
と同様であるので、その詳細な説明を省略する。

【００１６】図３は、この発明に係る多管式貫流ボイラ
ーの伝熱面構造の他の実施例の説明図である。この実施
例においては、内外方の各環状水管列(3),(4) の水管
は、隣接するもの同志がそれぞれスペーサー(15),(16)
にて連結され、かつ、各環状水管列(3),(4) を構成する
水管が半ピッチずれた状態で配列されている。横ヒレな
し水管(13)，横ヒレ付水管(14)その他の構成は前述の実
施例と同様である。上記のように構成することにより前
述と同様の効果が得られる他、スペーサー(15),(16) を
設けることにより隣接する水管間の燃焼ガス通路(5) 側
断面略扇形の領域に燃焼ガスが滞留しなくなり、伝熱効
率はさらに向上する。しかも、内外方の水管列の水管を
半ピッチずらせて配列することにより、横ヒレ付水管(1
4)部分の燃焼ガス通路(5) の断面がほぼ同一となり燃焼
ガスの流れが均一となり他の水管配列に設けるように燃
焼ガスが縮流（圧縮）・拡流（膨張）されながら流れる
のに比べ燃焼ガス通路(5) における圧力損失が低減され
る。なお、他の構成・作用・効果については、図１，２
に示す実施例と同様であるので、その詳細説明を省略す
る。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明は上記の
ように構成されているので次のような効果が得られる。

【００１８】1) 燃焼室開口部付近の水管はその燃焼ガ
ス通路において、未だかなりの高温状態にある燃焼ガス
に接するが、該領域の水管は横ヒレなし水管で構成され
ているため水管表面の温度差が小さく、温度差に基づく
熱応力に起因して水管表面に生じる亀裂発生を低減する
ことができる。

【００１９】2) 前記横ヒレなし水管部分の燃焼ガス通
路隙間を横ヒレ付水管部分の隙間より狭くすることによ
り、横ヒレなし水管部分の隙間部分の燃焼ガス流速を高
めて伝熱効率の低下を防ぐと共に、燃焼ガス通路におけ
る燃焼ガス流れの均一化により実質的な接触伝熱の増加
による伝熱効率の向上と局部加熱による水管焼損といっ
た事態の防止ができる。

【００２０】3) この横ヒレなし水管部分の燃焼ガス通
路の長さを所要の長さに設定することにより、燃焼ガス
を横ヒレ付水管に亀裂焼損を考慮した際の適度の温度に
低下した状態で横ヒレ付水管部分の燃焼ガス通路に流入
するように構成することができ、横ヒレ付水管部分の燃
焼ガス通路では横ヒレの高温腐食が防止されると共に、
横ヒレの効果により燃焼ガスが低温となっているにもか
かわらず良好な伝熱が得られ、かつ、横ヒレが燃焼ガス
流れに対して実質的に平行に設けられることにより圧力
損失も小さい。

【００２１】4) 外方の環状水管列の横ヒレなし水管を
内方の環状水管列の横ヒレなし水管よりも下流側まで配
列することにより、内外方の環状水管列の両側水管とも
に水管の温度差を同程度にすることができ、水管に亀裂
発生を防止し、かつ内方の環状水管列の横ヒレ付水管が
増加し伝熱向上にも寄与する。

【００２２】5) 内外方の環状水管列の隣接する水管間
にスペーサーを設けることにより隣接する水管間に形成
される断面略扇形領域において燃焼ガスの滞留が防止さ
れ、伝熱効率も向上する。

【００２３】6) 内外方の環状水管列の水管を半ピッチ
ずらせて配列することにより燃焼ガス通路の断面が均一
化され、燃焼ガスの流れに、縮流（圧縮）・拡流（膨
張）がなくなり、燃焼ガスの圧力損失が低下する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１図はこの発明に係る多管式貫流ボイラーの
伝熱面構造の一実施例を示す横断面図である。

【図２】この発明に係る多管式貫流ボイラーの伝熱面構
造の他の実施例を示す横断面図である。

【図３】この発明に係る多管式貫流ボイラーの伝熱面構
造の更に他の実施例を示す横断面図である。

【図４】従来の多管式貫流ボイラーの縦断面図である。

【図５】第４図のＶ−Ｖ断面図である。

【符号の説明】

(1) …上部管寄せ (2) …下部管寄せ (3) …内方の環状水管列 (4) …外方の環状水管列 (5) …燃焼ガス通路 (6) …燃焼装置 (7) …燃焼室 (8) …ボイラー外壁 (9) …燃焼室開口部 (10)…燃焼ガス通路開口部 (11)…煙道 (12)…横ヒレ (13)…横ヒレなし水管 (14)…横ヒレ付水管 (15)…内側スペーサー (16)…外側スペーサー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部管寄せ(1) 及び下部管寄せ(2) をと
   もに環状に形成し、これら両管寄せ(1),(2) を多数の水
   管で連結すると共に、これらの水管を内外二重の環状水
   管列(3),(4) として配列し、前記内方の環状水管列(3)
   内側に燃焼室(7) を形成し、前記両環状水管列(3),(4)
   間に環状をなす燃焼ガス通路(5) を形成し、前記内方の
   環状水管列(3) には前記燃焼ガス通路(5) への燃焼室開
   口部(9) を設けると共に、前記外方の環状水管列(4) に
   は、ボイラー外壁(8) に設けた煙道(11)と連通する燃焼
   ガス通路開口部(10)を設け、前記両開口部(9),(10)を燃
   焼室(7) を挟んで対向する位置関係とし、前記燃焼ガス
   通路(5) に面する水管の外表面に平板状の横ヒレ(12)を
   水管の管軸方向に向って多段状に配した多管式貫流ボイ
   ラーにおいて、前記各環状水管列(3),(4) を構成する水
   管のうち燃焼室開口部(9) から燃焼ガス通路(5) 下流側
   に向って所定長さの流路範囲の水管を横ヒレなし水管(1
   3)とし、前記各環状水管列(3),(4) における横ヒレなし
   水管(13)部分について、外方の環状水管列(4) における
   横ヒレなし水管(13)部分が内方の環状水管列(3) におけ
   る横ヒレなし水管(13)部分よりも燃焼ガス通路(5) 下流
   側に至るまで設けてあることを特徴とする多管式貫流ボ
   イラーの伝熱面構造。
2. 【請求項２】 前記燃焼ガス通路(5) において、前記横
   ヒレなし水管(13)部分の燃焼ガス通路隙間(イ) を横ヒレ
   付水管(14)部分の燃焼ガス通路隙間(ロ) より小さくした
   ことを特徴とする請求項１記載の多管式貫流ボイラーの
   伝熱面構造。