JPH09126402A - 貫流ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で設置面積が小さく且つ高い伝熱効率を
得ることができる製造容易な貫流ボイラを提供するこ
と。 【解決手段】 環状の上部管寄せ１及び下部管寄せ２の
間を、ほぼ環状に配列した多数の水管３で接続する。多
数の水管３によって形成される水管列の内側に形成され
る内部空間を仕切板９によって上下に仕切り、仕切板９
下部の下部空間５に向けて燃焼ガスを噴出する平面火炎
バーナ８を水管列の一部に配設する。水管列の外周を外
壁４で覆うことで水管列と外壁４の間に外部ガス通路１
３を形成する。仕切板９上部の上部空間１４に煙突１１
を接続する。平面火炎バーナ８の燃焼ガスを下部空間５
に噴出して、仕切板９下部の水管列と熱交換させて外部
ガス通路１３より上方に導く。さらに該燃焼ガスを仕切
板９上部の水管列と熱交換させて上部空間１４内に導
き、煙突１１より排出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は環状の上部管寄せと
下部管寄せを多数本の水管で接続した構造のガス燃料を
用いた貫流ボイラに関し、特にバーナとして平面火炎バ
ーナを用い且つ合理的な伝熱面の配置と燃焼ガス流れに
よって伝熱効率の増加を図った貫流ボイラに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図１０，図１１はこの種の貫流ボイラの
従来例を示す図であり、図１０は縦断面図、図１１は図
１０に示す貫流ボイラのＥ−Ｅ断面図である。

【０００３】同図に示す貫流ボイラは、環状の上部管寄
せ８１と下部管寄せ８２とを相互にわずかな隙間を持っ
た多数本の水管８３によって連結し、該多数本の水管８
３によって形成した円筒状の水管列の内部に空間部を形
成して下部管寄せ８２の中央開口内にバーナ８５を配置
している。また前記水管８３によって形成される水管列
内部の空間上方位置に該空間を水平に仕切る隔壁８７を
設けて該隔壁８７の下部空間に燃焼室８９を形成すると
共にその上部空間に煙突８８に通ずる煙道９１を形成し
ている。さらに水管８３によって形成される水管列とボ
イラ外壁９３との間に環状の燃焼ガス上昇流路９５を形
成すると共に隣接する水管８３相互の間に隙間を保って
フィン９７を水管８３に溶接している。

【０００４】これによって燃焼室８９で燃焼したバーナ
燃焼ガスは各水管８３の隙間を外方向に向けて流出し、
次に燃焼ガス上昇流路９５を上昇した後、再び各水管８
３の隙間を内側方向に向けて流入して煙道９１を経由し
て煙突８８に排出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の貫流ボイラにおいては以下のような問題点があった。 バーナ８５による燃焼部分が燃焼室８９の下端部中央
の１か所に集中して設けられているので、燃焼面負荷が
高くなり、燃焼火炎が大きく且つ長くなってしまう。こ
のため大きな空間を有する燃焼室８９が必要になり、貫
流ボイラ全体の容積並びに設置スペースが大きくなって
しまう。

【０００６】バーナ８５の燃焼部分が燃焼室８９の下
端部中央の１か所に集中しているので、バーナ８５の最
適な燃焼状態を得るためには水管列の形状は円筒状に特
定されるため、熱伝達に適した水管８３の配列構造を自
由に決定することができない。

【０００７】隔壁８７の外形寸法は上部管寄せ８１又
は下部管寄せ８２の中央開口部の内径よりも大きい。こ
のため上記従来例においては組み立てられた貫流ボイラ
内に後から予め成形養生した耐火材からなる隔壁８７を
挿入することができない。従って隔壁８７を設けるに
は、流動状の耐火材を貫流ボイラ内部に流し込んで該内
部において成形養生することとなり、その製作が極めて
困難であった。

【０００８】上記従来例においてはその構造上、バー
ナ８５の燃焼ガスが燃焼室８９の下端部中央の１か所か
ら上方向に向かって大なる速度をもって燃焼室８９内に
流入するため、水管８３相互の隙間を通過する燃焼ガス
は該水管８３の上部では多量に流れ、下部ではあまり流
れなくなる。即ち燃焼ガスは水管８３と直交するような
流れではなくなり、また水管８３の隙間を通過する燃焼
ガスの流速は高さ方向に均等でなくなる。これらのこと
から全体的な伝熱効率が低下し、甚だしくは水管８３上
部に局部的な過熱部を生じる恐れがあった。

【０００９】燃焼ガスの流れを水管８３に極力直交さ
せ、且つ高さ方向で均等な速度にするためには、水管８
３相互の隙間、及び水管８３とフィン９７との隙間を小
さくすることが効果的であるが、この場合、ドラフトロ
スが上昇し、このため送風動力も増大してしまうという
欠点があった。

【００１０】さらに、隔壁８７上部の煙道９１に面す
る水管８３の部分は、燃焼ガス通路を形成するだけなの
でその伝熱効果は極めて乏しい。

【００１１】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
ありその目的は、平面火炎バーナを用いると共に燃焼ガ
スの流れ並びに伝熱面の配置を合理的なものにすること
によって、小型で設置面積が小さく且つ高い伝熱効率を
得ることができる製造容易な貫流ボイラを提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明は、環状の上部管寄せ及び下部管寄せの間を、
ほぼ環状に配列した多数の水管で接続し、該多数の水管
によって形成される水管列の内側に形成される内部空間
を仕切板によって上下に仕切り、該水管列の一部であっ
て仕切板の下部に水管列の内部空間に向けて燃焼ガスを
噴出する平面火炎バーナを配設し、また該水管列の外周
を外壁で覆うことで該水管列と外壁の間に外部ガス通路
を形成し、さらに仕切板上部の水管列内部空間に煙突を
接続し、平面火炎バーナの燃焼ガスを前記水管列の仕切
板下部の内部空間に噴出して、仕切板下部の水管列と熱
交換させて外部ガス通路より上方に導き、さらに仕切板
上部の水管列と熱交換させて煙突より排出するように構
成した。また本発明は、前記隣接する水管相互の間に略
水管全長にわたって燃焼ガスを通す隙間を設け、該隙間
の内、仕切板下部に位置する隙間はその外側に、仕切板
上部に位置する隙間にはその内側及び外側に、横断面が
ほぼＶ字型の伝熱促進体を配設した。又本発明は前記仕
切板上部の隣接する水管相互間の隙間を無くし、一方仕
切板下部の隣接する水管相互間に隙間を設け、さらに前
記外部ガス通路の前記仕切板とほぼ同一高さに外側仕切
板を配設し、該外側仕切板の所定位置に燃焼ガス通過用
の開口部を設けることによって、仕切板下部の水管列内
部空間から外部ガス通路に流出した燃焼ガスを一旦外側
仕切板の開口部に集合して上方向に通過させ、仕切板上
部の水管列の外側を該水管列と略直交するように導き、
さらに該仕切板上部の水管列の内側に導いて煙突から排
出せしめるように構成した。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１，図２，図３は本発明の
一実施形態にかかる貫流ボイラを示す図であり、図１は
概略縦断面図、図２は図１のＩ−Ｉ断面概略矢視図、図
３は図１のII−II断面概略矢視図である。

【００１４】以上の図において、上部管寄せ１及び下部
管寄せ２はともに環状に形成されており、これら上下管
寄せ１，２は多数本の水管３で連結されている。従って
多数本の水管３はほぼ環状に配設されて水管列を構成し
ているが、この水管列の一部には水管３を設けない開口
２１を設けている。

【００１５】また環状に配列した水管列の内側に形成さ
れる内部空間を仕切板９によって上下に仕切り、上部空
間１４と下部空間５を形成している。この仕切板９は、
高温のバーナ燃焼ガスにさらされるため、耐火材料など
で製作されている。

【００１６】また前記開口２１の下部空間５にのぞむ部
分には、平面火炎バーナ８が取り付けられている。

【００１７】この平面火炎バーナ８は、平面上に極めて
燃焼長さの短い小火炎を多数分割して生ずるように構成
したバーナであって、通常、ガスと空気を予混合して燃
焼させる。この種のバーナはバーナ先端部でガスと空気
を乱流混合する必要がないため比較的低騒音で又小火炎
であるため火炎の冷却効果が高く、低ＮＯｘ性に優れて
いる。また安定した燃焼を得るためには火床面積（火炎
が生成する面積）を平面状に大きくすることが効果的で
ある。

【００１８】次に各水管３は、その上下全長にわたって
隣接する水管３との間に燃焼ガスを通過させるわずかな
隙間ａを設けている。

【００１９】また仕切板９下部に位置する隙間ａについ
てはその外側に、仕切板９上部に位置する隙間ａにはそ
の内側及び外側に、横断面がほぼＶ字型の伝熱促進体１
２，１２′を配設している。これら伝熱促進体１２，１
２′は、燃焼ガスが隙間ａを通過する際に、効果的にそ
の伝熱効率を高めるために挿入したものである。図４は
図３に示すIII部分の水管３と伝熱促進体１２，１２′
の拡大概略図であり、その詳細を示している。

【００２０】次に前記多数本の水管３が形成する水管列
とボイラ外壁４との間には、外部ガス通路１３が形成さ
れ、燃焼ガスを下部から上部に上昇させる流路としてい
る。

【００２１】一方前記開口２１の上部空間１４にのぞむ
部分には、断熱材１０が取り付けられて該開口２１と平
面火炎バーナ８上部の外部ガス通路１３の部分を塞いで
いる。また上部空間１４の上部には煙突１１が連接され
ている。なお図１に示す６はファンであり、７はダクト
である。

【００２２】次にこの貫流ボイラの作用を説明する。燃
焼用の空気はファン６によってダクト７に送風され、該
ダクト７中において燃料供給管（図示せず）からの燃料
ガスと混合され、予混合気となって平面火炎バーナ８に
供給される。

【００２３】平面火炎バーナ８はその面全体で高さ方向
に均等な小火炎を発生し、その燃焼ガスは下部空間５に
おいて周囲の水管３に放射伝熱しながらその温度を均一
化した後、各水管３相互の隙間ａを通り、該水管３と対
流伝熱して外部ガス通路１３に達する。

【００２４】隙間ａを通過する際、燃焼ガスは高さ方向
に略均等な流速を持ち、しかも水管３と直交する流れに
なる。このため伝熱面となる水管３表面では偏流がない
ので局部的な過熱を生じること無くその全面積にわたり
有効に伝熱が行なわれ、伝熱効率が上昇する。

【００２５】外部ガス通路１３に達した燃焼ガスは、そ
のまま上方に移動するが、該外部ガス通路１３は前記隙
間ａに対して大きな断面積を有するので燃焼ガスの流速
は低下し、充分その静圧を回復でき、再度高さ方向にほ
ぼ均等な流速をもって仕切板９上部の水管３相互の隙間
ａを通りここでも伝熱効率の高い熱交換が行なわれる。

【００２６】この実施形態においては、伝熱促進板１
２，１２′を配設しているので、燃焼ガスの流れをより
高さ方向に均等にし、且つ水管３に直交させ、且つ該水
管３表面に近付けることができ、極めて効果的である。

【００２７】ここで平面火炎バーナ８上部の外部ガス通
路１３と開口２１は、断熱材１０によって遮断されてい
るので、燃焼ガスの全量が水管３表面と充分な伝熱を行
なった後、上部空間１４から煙突１１に排出される。

【００２８】ところで前記仕切板９の外径は上下管寄せ
１，２の内径よりも大きい。しかしながら本発明におい
ては、水管３の一部に平面火炎バーナ８を取り付けるた
めの開口２１を設けている。このためボイラ製造時とは
別に成形養生し終えた仕切板９を平面火炎バーナ８の取
り付け工程の前に、該平面火炎バーナ８の取り付けスペ
ースを利用して水管３が形成する水管列の内部空間に挿
入して取り付けることができる。従って前記従来例に比
べてその製作が極めて容易に行なえる。

【００２９】なお平面火炎バーナ８はその火炎が平面状
に形成されるため、下部空間５は円形である必要はな
い。このため水管３の配列は必ずしも円筒状に構成する
よう限定されない。つまり水管列は燃焼ガスの均一化を
図れ且つ工作が容易な環状管寄せで構成できる自由な水
管配置をとることができる。

【００３０】図５，図６はこの場合の他の実施形態を示
す図であり、図５は図１のＩ−Ｉ断面に相当する部分の
概略矢視図、図６は図１のII−II断面に相当する部分の
概略矢視図である。なお前記実施形態と同一又は相当部
分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

【００３１】この実施形態においては、環状に配列した
水管３の一部を２列に構成し、これによって水管３の伝
熱面積を拡大している。

【００３２】この実施形態の場合、配列した１列部の水
管３相互の隙間ｂは、２列部の水管３相互の隙間ｃより
小さく構成し、これによって燃焼ガスが均等に分配され
て各隙間ｂ，ｃを通過するようにし、これによって水管
３の伝熱を均等にして伝熱効率を上げている。

【００３３】次に図７，図８は本発明のさらに他の実施
形態を示す図であり、図７は概略縦断面図、図８は図７
のIV−IV断面概略矢視図である。なお前記実施形態と同
一又は相当部分には同一符号を付してその詳細な説明を
省略する。

【００３４】この実施形態の場合、水管３相互の上部管
寄せ１に取り付けるピッチ径と、下部管寄せ２に取り付
けるピッチ径を、前者を小さく、後者を大きくすること
によって、水管３相互の上端部同士を略密着させ（図８
参照）、下端部においては隣接する水管３相互の隙間を
所望の隙間となるように構成している。

【００３５】又この実施形態の場合、更にその外部ガス
通路１３にこれを塞ぐ外側仕切板１５を取り付けてい
る。この外側仕切板１５は仕切板９とほぼ同一高さの位
置に取り付けられており、平面火炎バーナ８を取り付け
た位置とは反対側の位置に開口部２３を設けている。

【００３６】また平面火炎バーナ８を取り付けるために
水管列中に設けた開口２１の仕切板９の上部の部分は、
前記図１に示す実施例と相違して断熱材１０で覆わず、
開口したままとしている。

【００３７】そして上部空間１４に接続する煙道１１を
下方に延長して煙道１６を構成し、前記開口２１とは反
対側の位置に切欠き開口部２５を設けている。

【００３８】この実施形態の作用について説明すると、
下部空間５から外部ガス通路１３に導かれた燃焼ガス
は、その全周にわたって上昇させず、外側仕切板１５に
よってその一部に設けた開口部２３に一旦集合せしめた
後、仕切板９の上部の水管列の外側に導かれる。

【００３９】このとき水管列を構成する各水管３相互の
間はその上部において略密着しているので、前記燃焼ガ
スは、該水管列の外周を該水管列の長手方向に対して直
交するように流れた後、開口２１から上部空間１４内に
導入される。

【００４０】そして今度は煙道１６と水管列の内側伝熱
面とで形成されるガス通路１７に導かれ、熱交換しなが
ら水管列の内周を該水管列の長手方向に対して直交する
ように流れた後、切欠き開口部２５から煙道１１に排出
される。

【００４１】この実施形態の場合、水管列の上部の部分
において、該水管列の長手方向に対して直交するように
長い伝熱流路が構成されるので、その伝熱効果を向上さ
せることができる。

【００４２】なお図７，図８の実施形態においては、上
下管寄せ１，２への水管３の取り付けピッチ径を変える
ことによって隣接する水管３相互の隙間を無くしている
が、該ピッチ径を変えず、図９に示すように、各水管３
相互間の上部の隙間を閉塞材１８で埋めても良い。

【００４３】なお図９の実施形態の場合、図７，図８の
実施形態で設けた煙道１６を設けていないので、開口２
１から上部空間１４内に導入された燃焼ガスは、そのま
ま上昇して煙突１１から排出される構造である。

【００４４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば以下のような優れた効果を有する。 環状に配列した多数の水管によって形成される水管列
の一部に平面火炎バーナを取り付けることによって火床
面積を平面状に大きくしたので、充分安定した燃焼を得
ることができ、しかも低Ｎｏｘ化且つ騒音の低減が図れ
る。またバーナ火炎は短く、環状水管列の壁面に生成す
るので、燃焼室となる環状水管列の内部空間の容積を極
めて小さくできると同時に設置面積の小さいコンパクト
な貫流ボイラを安価に製作することができる。

【００４５】燃焼ガスは水管相互の隙間を水管の高さ
方向の全体に均一に流れるので、水管相互の隙間を流れ
る燃焼ガスは均等な速度で且つ水管と直交するような流
れになる。これにより、ドラフトロスを上昇させずに伝
熱効率を著しく向上できる。また局部過熱の恐れも生じ
なくなる。

【００４６】上記，の効果によって、貫流ボイラ
全体として、小型で設置面積が小さく且つ高い伝熱効率
を得ることができる。

【００４７】水管列の内部に設置する仕切板は、水管
列のバーナ取付用の開口から挿入できるので、予め仕切
板を成形養生しておくことができ、貫流ボイラの製造が
容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる貫流ボイラを示す
概略縦断面図である。

【図２】図１のＩ−Ｉ断面概略矢視図である。

【図３】図１のII−II断面概略矢視図である。

【図４】図３に示すIII部分の水管３と伝熱促進体１
２，１２′の拡大概略図である。

【図５】本発明の他の実施形態の図１のＩ−Ｉ断面に相
当する部分の概略矢視図である。

【図６】本発明の他の実施形態の図１のII−II断面に相
当する部分の概略矢視図である。

【図７】本発明のさらに他の実施形態を示す概略縦断面
図である。

【図８】図７のIV−IV断面概略矢視図である。

【図９】本発明のさらに他の実施形態を示す要部断面図
である。

【図１０】従来の貫流ボイラの縦断面図である。

【図１１】図１０に示す貫流ボイラのＥ−Ｅ断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 上部管寄せ ２ 下部管寄せ ３ 水管 ａ 隙間 ４ 外壁 ５ 下部空間 ８ 平面火炎バーナ ９ 仕切板 １１ 煙突 １２，１２′ 伝熱促進体 １３ 外部ガス通路 １４ 上部空間 １５ 外側仕切板 ２３ 開口部 ａ，ｂ，ｃ 隙間

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状の上部管寄せ及び下部管寄せの間
   を、ほぼ環状に配列した多数の水管で接続し、該多数の
   水管によって形成される水管列の内側に形成される内部
   空間を仕切板によって上下に仕切り、該水管列の一部で
   あって仕切板の下部に水管列の内部空間に向けて燃焼ガ
   スを噴出する平面火炎バーナを配設し、また該水管列の
   外周を外壁で覆うことで該水管列と外壁の間に外部ガス
   通路を形成し、さらに仕切板上部の水管列内部空間に煙
   突を接続し、 平面火炎バーナの燃焼ガスを前記水管列の仕切板下部の
   内部空間に噴出して、仕切板下部の水管列と熱交換させ
   て外部ガス通路より上方に導き、さらに仕切板上部の水
   管列と熱交換させて煙突より排出することを特徴とする
   貫流ボイラ。
2. 【請求項２】 前記隣接する水管相互の間には略水管全
   長にわたって燃焼ガスを通す隙間を設け、 該隙間の内、仕切板下部に位置する隙間はその外側に、
   仕切板上部に位置する隙間にはその内側及び外側に、横
   断面がほぼＶ字型の伝熱促進体を配設したことを特徴と
   する請求項１記載の貫流ボイラ。
3. 【請求項３】 前記仕切板上部の隣接する水管相互間の
   隙間を無くし、一方仕切板下部の隣接する水管相互間に
   隙間を設け、 さらに前記外部ガス通路の前記仕切板とほぼ同一高さに
   外側仕切板を配設し、該外側仕切板の所定位置に燃焼ガ
   ス通過用の開口部を設けることによって、 仕切板下部の水管列内部空間から外部ガス通路に流出し
   た燃焼ガスを一旦外側仕切板の開口部に集合して上方向
   に通過させ、仕切板上部の水管列の外側を該水管列と略
   直交するように導き、さらに該仕切板上部の水管列の内
   側に導いて煙突から排出せしめることを特徴とする請求
   項１記載の貫流ボイラ。