JPH0727301A - 水管ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 通風抵抗が小さく且つ熱伝達効率の優れた伝
熱面を有する水管ボイラを提供すること。 【構成】 水管ボイラにおいて、内側水管３の環状水管
列に設けた開口部１０から燃焼ガス通路５の適当な長さ
にわたり、隣合った内側水管３と内側水管３の間又は内
側水管３と該内側水管３と隣合う内側水管３を連結する
ヒレとの間に隙間１５を設けたことを特徴とする。ま
た、隙間１５の寸法を燃焼ガス通路の燃焼ガスが流れる
下流に向かって漸減したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は環状の上部管寄せ又は上
部胴と下部管寄せ又は下部胴とを多数の内側水管と外側
水管で連通した構造の水管ボイラに関するものである。

【０００２】

【従来技術】図５は、従来のこの種の水管ボイラの構造
を示す平断面図である。図示するように、従来の水管ボ
イラは、上部管寄せ又は上部胴（図示せず）と下部管寄
せ又は下部胴（図示せず）とを多数の内側水管３と外側
水管４で連通し、この内側水管３の列からなる環状水管
壁と外側水管４の列からなる環状水管壁の間に燃焼ガス
通路５を形成し、該内側水管壁の全長にわたる開口部１
０を設けて、内側水管壁内に形成された燃焼室８と燃焼
ガス通路５とを連通させると共に、外側水管壁の全長に
わたる開口部１１を設けて、燃焼ガス通路５と煙道１２
を連通させ、更に該燃焼ガス通路５に面した内側水管３
と外側水管４に断面アングル形状のヒレ１３を設けた構
造である。

【０００３】上記構造の水管ボイラにおいて、燃焼室８
を出た燃焼ガスは内外側水管３，４又は断面アングル形
状のヒレ１３によって形成された燃焼ガス通路５、即ち
連続して直角に近い方向変換を繰り返すジグザグ通路を
流れることにより、内外側水管３，４の表面又は断面ア
ングル形状のヒレ１３の一辺に衝突を繰り返して水管及
びヒレと強制対流伝熱による熱交換を行ないガス温度を
下げつつ煙道へ向かう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構造の水管ボイラにおいては、下記のような問題があ
った。 （１）燃焼室出口付近（開口部１０の付近）では、燃焼
ガスは高温状態であるから、燃焼ガスの体積流量が大き
くなり通風抵抗が増大する。 （２）また、内側環状水管壁の隣合う内側水管と内側水
管の間は水管に囲まれたＶ字形状となり、ここに燃焼ガ
スが充分に流れず、燃焼ガスが停滞する停滞領域とな
る。特に、隣合う水管と水管が接する領域、即ちＶ字形
状の深い伝熱領域ほど燃焼ガスの伝熱に寄与していない
部分であった。

【０００５】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、上記問題点を解決し通風抵抗が小さく、且つ熱伝達
効率の優れた伝熱面を有する水管ボイラを提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、水管ボイラにおいて、内側水管の環状水管列
に設けた開口部から燃焼ガス通路の適当な長さにわた
り、隣合う内側水管と内側水管の間又は内側水管と該内
側水管と隣合う水管を連結するヒレとの間に隙間を設け
たことを特徴とする。

【０００７】また、前記隣合う内側水管の間又は内側水
管と該内側水管と隣合う水管を連結するヒレとの間の隙
間寸法を燃焼ガス通路の燃焼ガスが流れる下流に向かっ
て同一又は漸減したことを特徴とする。

【０００８】

【作用】水管ボイラを上記の如く構成することにより、
燃焼室からの燃焼ガスは内側水管の環状水管壁に設けた
開口部を通って燃焼ガス通路に流れる以外に、一部は隣
合う内側水管と内側水管の間の隙間を通って燃焼ガス通
路へ流れる。これにより、内側水管列からなる環状水管
壁に設けた開口部から流れる燃焼ガス量が減少すると共
に、隙間が形成されている燃焼ガス通路の領域では、該
隙間がない場合にながれる燃焼ガス量よりも少ない量と
なる。従って、隙間が形成された適当な長さの燃焼ガス
通路では、流れる燃焼ガス量が減少することから、通風
抵抗が低下する。

【０００９】また、隣合う内側水管と内側水管の間の隙
間を燃焼ガスが流れることから、従来の伝熱寄与が少な
かった隣合う内側水管と内側水管の間のＶ字形状の領域
の伝熱面を有効に活用することができる。特に燃焼ガス
通路を流れる主たる燃焼ガスと隣合った内側水管と内側
水管の間を流れるより温度が低い一部の燃焼ガスが混合
することから、燃焼ガス温度の低下、即ち熱効率の改善
にも役立つ。また、隣合う内側水管と内側水管の間の隙
間を燃焼ガス通路の燃焼ガスの流れる方向に向かって漸
減したことにより後に詳述するように上記のような作用
が一層顕著となる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１及び図２は本発明の一実施例である水管ボイ
ラの構造を示す図で、図１はその縦断面図、図２はその
平断面図である。図示するように、本水管ボイラは上部
管寄せ又は上部胴１及び下部管寄せ又は下部胴２をとも
に環状に形成し、該上部管寄せ又は上部胴１と下部管寄
せ又は下部胴２とを多数の内側水管３と外側水管４で連
結されている。

【００１１】内側水管３は互いに密接され環状水管壁と
して配列すると共に、外側水管４をヒレ１６によって連
結され環状水管壁として配列している。内側水管３の水
管壁と外側水管４の水管壁との間に燃焼ガス通路５が形
成されている。燃焼ガス通路５に面した内側水管３及び
外側水管４の側面には断面アングル形状のヒレ１３を管
長手方向に取り付け、内側水管３の環状水管壁内に燃焼
室８を形成する。内側水管３の列に開口部１０を設けて
燃焼室８と燃焼ガス通路５とを連通させ、外側水管の列
に開口部１１を設けて燃焼ガス通路５と煙道１２とを連
通させている。

【００１２】外側水管壁の外側にケーシング６を設けガ
スタイト構造になっており、該ケーシング６の外側には
断熱材７を設けている。上部管寄せ又は上部胴１の内側
に燃焼装置９が設けられている。内側水管３と外側水管
４とは周方向に略半ピッチ角ずつずらして配列されてい
る。そして、燃焼ガス通路５に面した内側水管３及び外
側水管４の水管長手方向に水管全長にわたり断面アング
ル形状のヒレ１３が設けてある。

【００１３】内側水管３で形成される環状水管壁内に設
けた燃焼室８からの燃焼ガスの出口（開口部１０）から
燃焼ガスの流れの下流に向かって適当な長さの燃焼ガス
通路５にわたり隣合う内側水管と内側水管の間に僅かな
隙間１５を設けており、この隙間１５の寸法を下流に向
かって漸減している。

【００１４】上記構成の水管ボイラにおいて、燃焼装置
９で発生し燃焼室８で燃焼した燃焼ガスは開口部１０に
向かって、分岐して燃焼ガス通路５に入ると共に、一部
の燃焼ガスは、隣合う内側水管３と内側水管３の間に設
けられた隙間１５を通って燃焼ガス通路５に至る。そし
て内外側水管３，４及び断面アングル形状のヒレ１３に
案内され、内外側水管３，４に対して直交する方向に燃
焼ガス通路５を通り、外側水管４の水管壁に設けられた
開口部１１で合流して煙道１２から外部に排出される。

【００１５】図３は本発明の他の実施例である水管ボイ
ラの構造を示す平断面図である。本水管ボイラが図１及
び図２に示す構造の水管ボイラと異なる点は、燃焼ガス
の出口（開口部１０）から燃焼ガスの流れの下流に向か
って適当な長さの燃焼ガス通路５にわたり配設される内
外側水管は断面アングル形状のヒレの無い水管１４を配
設している点であり、他の点は図１及び図２に示す構造
の水管ボイラと略同一である。

【００１６】図４は本発明の他の実施例である水管ボイ
ラの構造を示す平断面図である。本水管ボイラが図１及
び図２に示す構造の水管ボイラと異なる点は、隣合う内
側水管３もヒレ１７で連結した構成であると共に、燃焼
室８からの燃焼ガスの出口（開口部１０）から燃焼ガス
の流れの下流に向かって適当な長さの燃焼ガス通路５に
わたり隣合う内側水管と内側水管の間をヒレで連結せず
隙間１５としている点及び開口部１０の近くの内外側水
管３，４を断面アングル形状のヒレの無い水管１４とし
ている点である。その他の点は図１及び図２に示す構造
の水管ボイラと略同一である。なお、この場合内側水管
と該内側水管と隣合う水管を連結するヒレとの間に隙間
１５を設けるようにしても良いことは当然である。

【００１７】水管ボイラを図１、図２、図３及び図４に
示す構造とすることにより、燃焼室８からの燃焼ガスは
内側水管３の環状水管壁に設けた開口部１０を通って燃
焼ガス通路に流れる以外に、一部は内側水管３と内側水
管３の間の隙間１５及び水管１４と水管１４の間の隙間
１５を通って燃焼ガス通路５へ流れる。これにより、内
側水管３からなる環状水管壁に設けた開口部１０から流
れる燃焼ガス量が減少すると共に、隙間１５が形成され
ている燃焼ガス通路の領域では、該隙間１５がない場合
にながれる燃焼ガス量よりも少ない量となる。従って、
前記僅かな隙間１５が形成された適当な長さの燃焼ガス
通路５では、流れる燃焼ガス量が減少することから、通
風抵抗が低下する。

【００１８】また、隣合う内側水管の間の隙間を燃焼ガ
スが流れることから、従来の伝熱寄与が少なかった隣合
う内側水管３の間のＶ字形状の領域の伝熱面を有効に活
用することができる。特に隙間１５を構成する隣合う内
側水管と内側水管の間の伝熱面と熱交換して燃焼ガス温
度を下げるが、この低下した燃焼ガス温度と等しいか又
はそれ以上の温度を保持する燃焼ガス通路５にわたっ
て、隣合う内側水管３と内側水管の間の隙間１５を設け
ることによって、燃焼ガス通路５を流れる主たる燃焼ガ
スと隙間１５を流れるより温度が低い一部の燃焼ガスを
混合することから、燃焼ガス温度の低下、即ち熱効率の
改善にも役立つ。

【００１９】また、隣合う内側水管３と内側水管３の間
の隙間１５を燃焼ガス通路の燃焼ガスの流れる方向に向
かって漸減することにより、上記のような作用が一層顕
著となる。即ち、通風抵抗が低下する点に関しては、隣
合う内側水管３と内側水管３の間の隙間１５を燃焼ガス
温度が高い上流では広くとり、燃焼ガス温度が低くなる
下流では狭くする。通風損失は燃焼ガス温度が高いほど
体積流量が増加して大きくなるという特徴がある。この
特徴から燃焼ガス温度が高い上流では、隣合う内側水管
３と内側水管の間の隙間１５を広くして、該隙間１５に
比較的多くの燃焼ガスをバイパスとして流すことによ
り、燃焼ガス通路５を流れる燃焼ガス量を少なくし、通
風抵抗を大幅に低下させることができる。

【００２０】また、燃焼室８から出た燃焼ガスは燃焼ガ
ス通路５を流れると共に、その温度が低下する。隣合っ
た内側水管３と内側水管３の間の隙間１５を広くとった
上流では、この隙間１５を通過して燃焼室８から燃焼ガ
ス通路５へ流れる燃焼ガス流量も比較的多量となること
から隙間１５をバイパスしてながれる燃焼ガスが隣合う
内側水管３と内側水管３の間の伝熱面との熱交換により
下がる温度低下分もまた小さいものとなる。また、隣合
う内側水管３と内側水管３の間の隙間１５を狭くした燃
焼ガス通路５の下流では隙間１５をバイパスしてながれ
る燃焼ガス量が少ないことから、隣合う内側水管３と内
側水管３の間の伝熱面との熱交換により下がる温度低下
分は大きいものとなる。

【００２１】この作用を活かして燃焼ガス通路を流れる
燃焼ガスの温度低下状況に併せて、隣合った内側水管３
の間の隙間１５を上流から下流に向かって漸減すること
により、隣合う内側水管３の間の伝熱面を一層有効に活
用することができ、燃焼ガス温度の低下及び熱効率の改
善に一層役立つ。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば下記
のような効果が期待できる。 （１）内側水管の環状水管列に設けた開口部から燃焼ガ
ス通路の適当な長さにわたり、隣合う内側水管と内側水
管の間又は内側水管と該内側水管と隣合う水管を連結す
るヒレとの間に隙間を設けたことにより、通風抵抗を低
下させることができる。

【００２３】（２）また、隣合う内側水管と内側水管の
間の隙間を燃焼ガスが流れることから、従来の伝熱寄与
が少なかった隣合う内側水管と内側水管の間のＶ字形状
の領域の伝熱面を有効に活用することができ、熱効率の
改善ができる。

【００２４】（３）また、隣合う内側水管と内側水管の
間の隙間を燃焼ガス通路の燃焼ガスの流れる方向に向か
って漸減したことにより後に上記のような作用効果が一
層顕著となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である水管ボイラの構造を示
す縦断面図である。

【図２】本発明の一実施例である水管ボイラの構造を示
す平断面図である。

【図３】本発明の他の実施例である水管ボイラの構造を
示す平断面図である。

【図４】本発明の他の実施例である水管ボイラの構造を
示す平断面図である。

【図５】従来の水管ボイラの構造を示す平断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 上部管寄せ又は上部胴 ２ 下部管寄せ又は下部胴 ３ 内側水管 ４ 外側水管 ５ 燃焼ガス通路 ６ ケーシング ７ 断熱材 ８ 燃焼室 ９ 燃焼装置 １０ 開口部 １１ 開口部 １２ 煙道 １３ 断面がアングル形状のヒレ １４ 断面がアングル形状のヒレの無い水管 １５ 隙間 １６ ヒレ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部管寄せ又は上部胴及び下部管寄せ又
   は下部胴をともに環状に形成し、該上部管寄せ又は上部
   胴と下部管寄せ又は下部胴とを多数の内側水管と外側水
   管で連通し、前記内側水管を互い密接し又はヒレによっ
   て連結して環状水管壁として配列すると共に、前記外側
   水管を互いに密接し又はヒレによって連結して環状水管
   壁として配列し、前記内側水管の水管壁と前記外側水管
   の水管壁との間に燃焼ガス通路を形成し、該燃焼ガス通
   路に面した内側水管及び外側水管のいずれか一方又は双
   方に断面がアングル形状のヒレを管長手方向に取り付
   け、前記内側水管の環状水管壁内に燃焼室を形成すると
   共に、前記内側水管の列に開口部を設けて前記燃焼室と
   前記燃焼ガス通路とを連通させ、前記外側水管の列に開
   口部を設けて前記燃焼ガス通路と煙道とを連通させた構
   造のボイラにおいて、 前記内側水管の環状水管列に設けた開口部から燃焼ガス
   通路の適当な長さにわたり、隣合う内側水管と内側水管
   の間又は内側水管と該内側水管と隣合う水管を連結する
   ヒレとの間に隙間を設けたことを特徴とする水管ボイ
   ラ。
2. 【請求項２】 前記隣合う内側水管と内側水管の間又は
   内側水管と該内側水管と隣合う水管を連結するヒレとの
   間の隙間寸法を燃焼ガス通路の燃焼ガスが流れる下流に
   向かって同一又は漸減したことを特徴とする請求項１記
   載の水管ボイラ。
3. 【請求項３】 前記内側水管の環状水管列に設けた開口
   部から燃焼ガス通路の燃焼ガスの流れの下流に向かって
   適当な長さの燃焼ガス通路にわたり内側水管及び外側水
   管に断面がアングル形状のヒレなし水管を配置したこと
   を特徴とする請求項２記載の水管ボイラ。