JPH11304103A - ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼室を小型化すると共に、燃焼ガスの流れ
ならびに伝熱面の配置を合理的なものとすることによ
り、小型で設置面積が小さく、且つ高効率なボイラを提
供すること。 【解決手段】 環状に配列した水管列３の内側に燃焼室
８を形成し、該燃焼室の上端又は下端にバーナを配置し
た構成のボイラにおいて、水管列３の燃焼室８の直径方
向の略対向する位置に燃焼ガスを導く開口部１０ａ、１
０ｂを設け、該開口部１０ａ、１０ｂの出口側に１列以
上の略半環状の水管列４を配置し、燃焼室８を形成する
水管列３と該略半環状の水管列４の間に開口部１０ａ、
１０ｂを通った燃焼ガスを煙道１２に導く燃焼ガス通路
５を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の水管を環状
に配列した構成の多管式貫流又は立形水管式のボイラに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７及び図８は、従来のこの種の多管貫
流式のボイラの構造を示す図で、図７は縦断面図、図８
は横断面図である。図示するように、ボイラは上部管寄
１と下部管寄２とを多数の水管を配列した内側水管列３
と外側水管列４で連通し、内側水管列３内に燃焼室８を
形成し、内側水管列３と外側水管列４の間に燃焼ガス通
路５を形成している。そして、内側水管列３には開口部
１０を設けて燃焼室８と燃焼ガス通路５とを連通させる
と共に、外側水管列４に開口部１１を設けて、燃焼ガス
通路５と煙道１２を連通させた構造である。

【０００３】上記構造のボイラにおいて、燃焼室８の上
端に設けたバーナ９によって発生する火炎は、燃焼室８
に形成される。該火炎及び燃焼ガスは開口部１０から燃
焼ガス通路５を通って流れることにより、内側水管列３
及び外側水管列４との間で熱交換を行ない、燃焼ガスの
温度を下げて、煙道１２から排出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記構造の多管貫流式
のボイラは、燃焼室８の周壁を構成する内側水管列３の
１個所に略水管全長にわたる開口部１０を設け、燃焼ガ
ス通路５への連通口としている。この構造では、燃焼室
８の上端に設けられたバーナ９によって形成される燃焼
室８内の火炎は１個所しかない開口部１０に向けて偏流
を生じる。

【０００５】このため、火炎が燃焼室８内に充満して完
全燃焼する時間がなく、火炎及び燃焼ガスは不完全燃焼
のまま開口部１０から燃焼ガス通路５に流れ込んでしま
う。また、火炎及び燃焼ガスは不均一な温度分布を持っ
たまま局所的に流入することになるので、燃焼ガス通路
５の流入部の水管の受熱負荷が高くなるため、水管の過
熱を起こし易く、早期に焼損に至るなどの問題があっ
た。

【０００６】これを防止するためには、上記火炎の偏流
の影響が出ないように燃焼室８の径を大きくせざるを得
ない。このことは、ボイラを小型化するために燃焼室８
での燃焼負荷を上げようとする程、顕著な弊害となり、
ボイラの小型化の限界となっていた。

【０００７】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、燃焼室を小型化すると共に、燃焼ガスの流れならび
に伝熱面の配置を合理的なものとすることにより、小型
で設置面積が小さく、且つ高効率なボイラを提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明は、環状に配列した水管列の内側
に燃焼室を形成し、該燃焼室の上端又は下端にバーナを
配置した構成のボイラにおいて、水管列の燃焼室の直径
方向の略対向する位置に燃焼ガスを導く開口部を設け、
該開口部の出口側に１列以上の略半環状の水管列を配置
し、燃焼室を形成する水管列と該略半環状の水管列の間
に該開口を通った燃焼ガスを煙道に導く燃焼ガス通路を
形成したことを特徴とする。

【０００９】上記のように、燃焼室の直径方向に略対向
する水管列に燃焼ガスを導く開口部を設けたので、火炎
が燃焼室の中心軸に沿って形成され、偏流を生じない。
また、偏流に伴う火炎及び燃焼ガスの温度の不均一がな
くなり、且つ開口部の熱負荷を半減することができる。
このため不完全燃焼の発生や局所的に熱負荷により水管
が加熱することを防止しながら、火炎及び燃焼ガスを燃
焼室の開口部から燃焼ガス通路に導くことができる。従
って、従来のような広い燃焼室空間が不要となり、燃焼
室ひいてはボイラの小型化を実現できる。

【００１０】また、請求項２に記載の発明は請求項１に
記載のボイラにおいて、開口部の各々は燃焼室を形成す
る水管列の水管と水管との隙間を２ケ所以上設けて形成
したものであることを特徴とする。

【００１１】また、請求項３に記載の発明は請求項１又
は２に記載のボイラにおいて、燃焼ガス通路を形成する
１列以上の水管列はその内側の水管列に対して隣接する
外側の水管列の水管のピッチ角は略等しく且つ略半ピッ
チ角ずれるように配置したことを特徴とする。

【００１２】また、請求項４に記載の発明は請求項１又
は２又は３に記載のボイラにおいて、水管列で形成する
燃焼ガス通路の下流又は両燃焼ガスの合流部に位置する
水管は拡大伝熱面で形成したことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。図１は本発明に係るボイラの構
造例を示す横断面図である。図示するように、本ボイラ
は、環状の内側水管列３により形成された燃焼室８の直
径方向の対向する位置の該内側水管列３に高さ方向の全
長にわたり開口部１０ａ、１０ｂが設けられている。開
口部１０ａ、１０ｂの外側に縦フィン１８で相互に連結
された水管で構成された半環状の外側水管列４が配置さ
れ、前記内側水管列３と該外側水管列４との間に開口部
１０ａ、１０ｂを通った燃焼ガスを煙道１２に導く燃焼
ガス通路５が形成されている。

【００１４】上記のように、燃焼室８の直径方向に対向
する内側水管列３に燃焼ガスを導く開口部１０ａ、１０
ｂを設けることにより、火炎が燃焼室８の中心軸に沿っ
て形成され、該火炎の偏流を生じない。また、偏流に伴
う火炎及び燃焼ガスの温度の不均一がなくなり、且つ開
口部１０ａ、１０ｂの熱負荷を半減することができる。
このため不完全燃焼の発生や局所的に熱負荷により水管
が過熱することを防止しながら、火炎及び燃焼ガスを燃
焼室８の開口部１０ａ、１０ｂから燃焼ガス通路５に導
くことができる。従って、従来のような広い燃焼室８の
空間が不要となり、燃焼室８ひいてはボイラの小型化を
実現できる。

【００１５】内側水管列３と外側水管列４の水管は隣接
する水管のピッチ角（図中Ａ）が等しく、且つ相対する
水管列において半ピッチ角（図中Ａ／２）だけずれるよ
うに配列されている。このように内側水管列３と外側水
管列４が互いに隣接する水管のピッチ角が等しく、且つ
相対する水管列において半ピッチ角ずれるように配列す
ることにより、燃焼ガスは水管と水管の谷間に達する様
にジグザグに流れるため、流れの淀み域、所謂死水域を
発生しないため、更に伝熱効果を高めることができる。

【００１６】図２は本発明に係るボイラの他の構造を示
す横断面図である。本ボイラは図示するように、燃焼室
８から燃焼ガス通路５に連通する開口部１０ａ、１０ｂ
に相当する開口面積を隣接する水管相互の隙間ａ、ｂ、
ｃ、ｄを用いて与えた場合を示している。該隙間ａ、
ｂ、ｃ、ｄは燃焼ガスの整流又は熱負荷の配分を図る手
段として必要に応じて任意に定めることができる。この
ように隙間ａ、ｂ、ｃ、ｄを設けることは、開口部１０
ａ、１０ｂの水管の伝熱面積を有効に活用でき燃焼ガス
の整流を図るのに効果的である。

【００１７】また、図４及び図５に示すように、内側水
管列３の水管３ａ及び外側水管列４の水管４ａにはフィ
ン１９を設け伝熱面を拡大している。また、両燃焼ガス
通路５の合流部（この場合は外側水管列４の開口部１１
に相当する）には水管の円周上に横フィン１４を設けた
水管（フィンチューブ）１３を配置している。

【００１８】上記のように内側水管列３の水管３ａ及び
外側水管列４の水管４ａにフィン１９を設けて伝熱面を
拡大することにより、水管と燃焼ガスの熱交換を著しく
高めることができる。また、両燃焼ガス通路５の合流部
に円周上に横フィン１４を設けた水管（フィンチュー
ブ）１３を設けて更に伝熱面を拡大することにより、燃
焼ガス相互の衝突で乱流を生じ伝熱を著しく向上させる
効果がある。

【００１９】図３は本発明に係るボイラの他の構造を示
す横断面図である。本ボイラは図示するように、外側水
管列４の一部に水管１３の円周上に横フィン１４を設け
たフィンチューブを配置し、且つその外側に煙室カバー
７を配置することにより、燃焼ガス通路を形成してい
る。外側水管列４の一部をフィンチューブとすることに
より、伝熱面を拡大し、燃焼ガス相互の衝突で乱流を生
じ伝熱を著しく向上させる効果がある。

【００２０】図６は本発明に係るボイラの他の構造を示
す横断面図である。本ボイラは開口部１０ａ、１０ｂの
出口側に水管１３の円周上に横フィン１４を設けたフィ
ンチューブを配列した水管列１７と縦フィン１８で相互
に連結された水管で構成された外側水管列４が配置され
た構成である。即ち、開口部１０ａ、１０ｂの出口側に
２列の水管列を配置している。

【００２１】このような構造としても、上記実施形態例
と同様、火炎の偏流は生ぜず偏流に伴う火炎及び燃焼ガ
スの温度の不均一がなくなり、開口部１０ａ、１０ｂの
熱負荷を半減することができる。また、伝熱を著しく向
上させることもできる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の発
明によれば、燃焼室の直径方向に略対向する水管列に燃
焼ガスを導く開口部を設けたので、燃焼室を小型化する
ことができ、燃焼室を出た燃焼ガスは煙道に至るまでに
合理的に配置された水管列で伝熱効率の著しい向上を図
ることができ、小型にして設置面積を小さくしながら高
効率のボイラを提供できる。

【００２３】また、請求項２に記載の発明によれば、開
口部の各々は水管と水管との隙間を２ケ所以上設けて形
成しているので、開口部の水管の伝熱面積を有効に活用
でき燃焼ガスの整流を図るのに効果的となる。

【００２４】また、請求項３に記載の発明によれば、燃
焼ガス通路を形成する１列以上の水管列はその内側の水
管列に対して隣接する外側の水管列の水管のピッチ角は
略等しく且つ略半ピッチ角ずれるように配置したので、
燃焼ガスは水管と水管の谷間に達する様にジグザグに流
れるため、流れの淀み域、所謂死水域を発生しないた
め、更に伝熱効果を高めることができる。

【００２５】また、請求項４に記載の発明によれば、水
管列で形成する燃焼ガス通路の下流又は両燃焼ガスの合
流部に位置する水管は拡大伝熱面で形成するので、燃焼
ガス相互の衝突で乱流を生じ伝熱を著しく向上させる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るボイラの構造例を示す横断面図で
ある。

【図２】本発明に係るボイラの構造例を示す横断面図で
ある。

【図３】本発明に係るボイラの構造例を示す横断面図で
ある。

【図４】フィン付水管の構造例を示す横断面図である。

【図５】フィン付水管の構造例を示す側面図である。

【図６】本発明に係るボイラの構造例を示す横断面図で
ある。

【図７】従来のこの種の多管貫流式のボイラの構造を示
す縦断面図である。

【図８】従来のこの種の多管貫流式のボイラの構造を示
す横断面図である。

【符号の説明】

１ 上部管寄 ２ 下部管寄 ３ 内側水管列 ４ 外側水管列 ５ 燃焼ガス通路 ７ 煙室カバー ８ 燃焼室 ９ バーナ １０ａ，ｂ 開口部 １１ 開口部 １２ 煙道 １３ 水管 １４ 横フィン １８ 縦フィン １９ フィン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状に配列した水管列の内側に燃焼室を
   形成し、該燃焼室の上端又は下端にバーナを配置した構
   成のボイラにおいて、 前記水管列の前記燃焼室の直径方向の略対向する位置に
   燃焼ガスを導く開口部を設け、該開口部の出口側に１列
   以上の略半環状の水管列を配置し、前記燃焼室を形成す
   る水管列と該略半環状の水管列の間に該開口を通った燃
   焼ガスを煙道に導く燃焼ガス通路を形成したことを特徴
   とするボイラ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のボイラにおいて、 前記開口部の各々は前記燃焼室を形成する水管列の水管
   と水管との隙間を２ケ所以上設けて形成したものである
   ことを特徴とするボイラ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のボイラにおい
   て、 前記燃焼ガス通路を形成する１列以上の水管列はその内
   側の水管列に対して隣接する外側の水管列の水管のピッ
   チ角は略等しく且つ略半ピッチ角ずれるように配置した
   ことを特徴とするボイラ。
4. 【請求項４】 請求項１又は２又は３に記載のボイラに
   おいて、 前記水管列で形成する燃焼ガス通路の下流又は両燃焼ガ
   スの合流部に位置する水管は拡大伝熱面で形成したこと
   を特徴とするボイラ。