JPH1182905A - 多管式水管ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多管式水管ボイラにおいて、各水管の熱負荷
を均一化するとともに煤の付着に関する諸問題を解消す
る。 【解決手段】 燃焼室１０から排ガス出口１３に至るガ
ス通路１１を複数の水管４，４，…によって画成し、こ
のガス通路１１内に、複数の通路内水管１４，１４，…
を配置することによりガス通路１１の流路断面積を上流
側を大きく下流側を小さくした構成であり、さらに複数
の水管４，４，…を環状に配置してなる第一水管壁８の
内側に燃焼室１０を、外周側にガス通路１１を画成し、
第一水管壁８に形成した開口部１２によって燃焼室１０
とガス通路１１とを連通した構成である。さらに、複数
の通路内水管１４，１４，…が、ガス通路１１内のガス
流れ方向に整列する通路内水管列１５，１５，…を形成
しており、各通路内水管列１５は、ガス通路１１のガス
流れ方向上流側の列数を多くした構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、多管式水管ボイ
ラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】多管式水管ボイラは、複数の水管によっ
て缶体を形成したボイラである。この多管式水管ボイラ
には、熱効率を高めるために種々のものが提案されてい
る。例えば、複数の水管を環状に配列して内外二重の環
状水管壁を構成し、内側の水管壁の内部の空間を燃焼
室、内側と外側の水管壁との間の空間をガス通路として
画成したものがある。この多管式水管ボイラでは、内側
の水管壁の一部に開口部を形成し、この開口部によって
前記燃焼室と前記ガス通路とを連通させてある。また、
外側の水管壁には、前記開口部から環状水管壁の周方向
にほぼ１８０度ずらせた位置に排ガス出口を形成し、こ
の排ガス出口によって前記ガス通路と煙道とを連通させ
てある。

【０００３】この多管式水管ボイラでは、燃焼室内で発
生した燃焼ガスは、内側の水管壁の内周面と主に輻射に
よる伝熱を行う。そして、この燃焼ガスは、前記開口部
からガス通路内に流入し、ガス通路に対面する水管と主
に対流による伝熱を行った後、前記排ガス出口から排ガ
スとして排出される。

【０００４】このような多管式水管ボイラでは、燃焼室
からガス通路への出口（すなわち、開口部）が１箇所あ
るいは数箇所であり、燃焼ガスはこの開口部に向けて集
中して流れる。そのため、この開口部近傍の各水管の熱
負荷が高くなり、これらの水管には過熱やスケール付着
の問題が生じ易い。

【０００５】また、前記ガス通路内に流入した燃焼ガス
は、このガス通路に対面する水管と伝熱を行うため、燃
焼ガスの温度は、下流側ほど低下する。そのため、燃焼
ガスの体積は、ガス通路の下流側ほど減少する。通常、
この種の多管式水管ボイラにおいては、前記ガス通路の
流路断面積は、上流側から下流側までほぼ一様であるた
め、下流側ほど体積の減少にともなってガス流速が低下
する。したがって、前記ガス通路の下流側では、ガス温
度が低くガス流速の遅い燃焼ガスが流通するため、熱回
収量は大幅に低下する。すなわち、このような多管式水
管ボイラでは、多数の水管で配置しているにもかかわら
ず、下流側の各水管はほとんど熱回収には貢献しない。

【０００６】また、ボイラの燃料として液体燃料、特に
Ｃ重油などの低質油を用いる場合、ガス通路に対面する
水管表面への煤付着も問題となる。すなわち、前述構成
の多管式水管ボイラにおいては、ガス通路の下流側ほど
ガス流速が低下するため、煤が付着し易くなる。この煤
の付着量が増えるとガス通路の圧損が上昇し、バーナの
着火性が低下するという問題も引き起こす。

【０００７】そこで、前記ガス通路の下流側の水管での
熱回収量を増加するために、ガス通路全体を狭くし、水
管間の隙間を狭いものとすると、上流側での熱回収量が
増加し、過熱の危険性が生じる。また、この場合には、
ガス通路での圧損が増加する上、煤が少しでも付着する
と圧損が大幅に増加するという問題もあり、ボイラの運
転に支障を来してしまう。すなわち、前記水管間の間隔
が狭いと、煤の付着量（厚み）に対して水管間の流路断
面積の変化量が大きくなるためである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、多管式水管ボイラにおいて、各水管の熱
負荷を均一化するとともに煤の付着に関する諸問題を解
消することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、前述の課題
を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発
明は、燃焼室から排ガス出口に至るガス通路を複数の水
管によって画成し、このガス通路内に、複数の通路内水
管を配置するとともに前記ガス通路の流路断面積を上流
側を大きく下流側を小さくしたことを特徴としている。

【００１０】さらに、請求項２に記載の発明は、前記複
数の通路内水管が、前記ガス通路内のガス流れ方向に整
列する通路内水管列を形成していることを特徴としてい
る。さらに、請求項３に記載の発明は、前記ガス通路
は、その幅を上流側を広く、下流側を狭くしたことを特
徴としている。

【００１１】さらに、請求項４に記載の発明は、前記各
通路内水管列は、前記ガス通路のガス流れ方向上流側の
列数を多くしたことを特徴としており、請求項５に記載
の発明は、前記通路内水管列は、ガス通路の上流側の第
一領域においては、この第一領域の下流側に隣接する第
二領域よりも列数を少なくし、第二領域以降の下流側の
領域ではガス流れ方向下流側の列数を少なくしたことを
特徴としている。

【００１２】さらに、請求項６に記載の発明は、前記各
通路内水管列は、各通路内水管列内で隣り合う通路内水
管間の隙間を閉鎖してあることを特徴としており、請求
項７に記載の発明は、前記ガス通路内には、各通路内水
管列によって区画された小ガス通路が合流する合流空間
を形成したことを特徴としている。

【００１３】さらに、請求項８に記載の発明は、複数の
水管を環状に配列して第一水管壁を形成し、この第一水
管壁の内側に燃焼室を画成するとともに、この第一水管
壁の外周側にガス通路を画成し、前記第一水管壁に形成
した開口部によって前記燃焼室とガス通路とを連通した
ことを特徴としている。

【００１４】

【発明の実施の形態】この発明は、多管式水管ボイラと
して実施される。さらに、この多管式水管ボイラは、蒸
気ボイラや温水ボイラの他、熱媒を加熱する熱媒ボイラ
として適用される。

【００１５】この発明に係る多管式水管ボイラは、燃焼
室から排ガス出口に至るガス通路を複数の水管によって
画成している。そして、このガス通路内に複数の通路内
水管を配置するとともに、ガス通路の流路断面積を上流
側を大きく、下流側を小さくしたものである。前記ガス
通路内には、このガス通路の流路断面積が下流側ほど小
さくなるように、複数の通路内水管を配置する。この流
路断面積とは、前記水管および前記各通路内水管の隙間
で形成される流路のそれぞれの断面積の合計である。し
たがって、前記ガス通路内において、前記水管および前
記通路内水管の隙間で形成される流路のそれぞれの断面
積は、下流側ほど小さくする必要は無くそれらの流路の
断面積は、適宜に調整できる。ここで、前記ガス通路
は、直線的に形成することもできるし、湾曲状に形成す
ることも、円弧状あるいは環状に形成することもでき
る。

【００１６】以上の構成によると、ガス通路内を燃焼ガ
スが流通する過程において、この燃焼ガスは、ガス通路
を画成する水管や各通路内水管との伝熱によりその温度
を低下し、その体積も減少する。しかし、前記ガス通路
は、下流側ほどその流路断面積を小さく設定してあるた
め、燃焼ガスの体積が減少しても、流速の低下を防止す
ることができる。さらに、流路断面積の調整を複数の通
路内水管を配置することによって行っているため、ガス
通路内の伝熱面積を大きくでき、燃焼ガスからの熱回収
量が増加する。

【００１７】さらに、ガス通路の下流側において、ガス
流速の低下を防止することができるから、この箇所での
煤付着を抑制することができる。加えて、前記水管およ
び前記通路内水管の隙間で形成される流路のそれぞれの
断面積は、下流側ほど小さくする必要が無く、それらの
流路の断面積は適宜に調整できるため、前記水管および
前記通路内水管の間隔を広げて、煤付着に対して充分余
裕のある間隔とすることができる。したがって、この発
明によれば、煤の付着を効果的に防止して、圧損の増大
や伝熱効率の低下を抑制でき、しかも、煤が付着したと
しても、圧損の増加を僅かに抑えることができる。

【００１８】さらに、この発明では、前記複数の通路内
水管を前記ガス通路内のガス流れ方向に整列するように
配置して通路内水管列を形成したものである。この通路
内水管列は、１乃至複数列である。このようにガス通路
内に通路内水管列を形成することにより、燃焼ガスの流
れを円滑に流れるように規制できる。

【００１９】さらに、この発明では、前記ガス通路を、
その幅を上流側を広く、下流側を狭く設定したものであ
る。このガス通路の幅は、上流側から下流側に向けて、
連続的に狭くなるように設定することも、段階的に狭く
なるように設定することもできる。ガス通路の幅をこの
ように設定するには、前記ガス通路を挟んで対向する水
管間の間隔が下流側のものほど狭くなるように水管を配
置することで実現できる。あるいは、このガス通路を画
成する水管のうち、燃焼室に近い上流側のものをガス通
路の外側に向けて変移させることで実現できる。このよ
うにガス通路の幅を設定すると、前記ガス通路内の流路
断面積の設定を容易に行うことができ、さらに前述の通
路内水管列の列数の設定を容易に行うことができる。

【００２０】さらに、この発明では、前記各通路内水管
列は、燃焼ガスの流れ方向上流側ほど列数を多く設定す
る。この構成によると、ガス通路の上流側では、通路内
水管列の列数を多く設定してあるので、流路断面積当り
の伝熱面積が大きく、水管および通路内水管の１本当り
の熱負荷が少なくなる。したがって、ガス通路上流側の
各水管や各通路内水管における熱負荷の集中を緩和する
ことができる。また、この発明では、ガス通路下流側で
の熱回収量を増加しており、ガス通路に面する各水管や
各通路内水管への熱負荷が均一化するため、全ての伝熱
面を有効に利用し、全体として熱効率が向上する。

【００２１】さらに、この発明において、前記通路内水
管列は、前記ガス通路の上流側の第一領域においては、
この第一領域の下流側に隣接する第二領域よりも列数を
少なくし、第二領域以降の下流側の領域ではガス流れ方
向下流側の列数を少なくしたことを特徴としている。す
なわち、この発明では、ガス通路の幅を上流側を広く、
下流側を狭く設定し、最初の領域（第一領域）では、隣
接する第二領域よりも通路内水管列の列数を少なく設定
しているため、第一領域では流路断面積が大幅に大きく
なっている。そのため、この第一領域でのガス流速は大
幅に低下するため、この第一領域において各水管や各通
路内水管の過熱を防止できる。ここで、この構成では、
第一領域において各水管や各通路内水管の過熱を防止す
るために熱回収量が低下するが、後続の第二領域以降の
領域においては、前述したように通路内水管の列数を上
流側を多く、流路断面積を下流側ほど小さく設定してい
るため、全体として十分な熱回収量を得ることができ
る。

【００２２】さらに、この発明では、各流通路内水管列
において、各通路内水管列内で隣り合う通路内水管間の
隙間を閉鎖したものである。隣り合う通路内水管間の隙
間を閉鎖するには、各通路内水管列内において隣り合う
通路内水管同士を密接させて配置した構成とする。ある
いは、隣り合う通路内水管を所定の隙間をおいて配置
し、その隙間を他の部材（ヒレ状部材など）で閉鎖した
構成とする。このように、隣り合う通路内水管間の隙間
を閉鎖することにより、船舶の主機などの振動源からの
振動が、各通路内水管に伝わっても、通路内水管同士が
共振するのを互いに抑制しあうので、この共振による各
通路内水管の損傷を防止できる。

【００２３】さらに、この発明では、前記ガス通路内に
おいて、各通路内水管列によって画成された小ガス通路
が合流する合流空間を形成したものである。この合流空
間は、上流側の小ガス通路から燃焼ガスが合流し、下流
側の小ガス通路へほぼ均等に分配するものである。この
合流空間により、各小ガス通路内でのガス流速をほぼ均
一に保つことができる。また、各通路内水管列の列数の
変更部にも合流空間が画成されるが、この合流空間は、
上流側の流路数の多い小ガス通路から下流側の流路数の
少ない小ガス通路に、燃焼ガスを均等に分配する。さら
に、この合流空間は、ガス通路が湾曲状や環状のものに
おいて、各小ガス通路のうち内周側のものと外周側のも
のとでの流路長の違いによる圧力低下量の差を吸収す
る。すなわち、各小ガス通路のうち外周側のものほど流
路長が長いため、圧力低下が大きく、また、内周側のも
のに比べて燃焼ガスが若干流れ難くなる。そこで、この
ような合流空間を設けることにより、圧力低下量の差を
吸収して同じ圧力で各小ガス通路内に流入させることが
でき、各小ガス通路内においてもガス流速を均一化でき
る。

【００２４】さらに、この発明では、前記各通路内水管
列において、隣り合う通路内水管間の隙間を介在させて
配置することもできる。この構成では、ガス通路内での
通路内水管の配置の自由度が向上する。

【００２５】さらに、この発明は、ガス通路を環状に形
成したものである。すなわち、複数の水管を環状に配置
して第一水管壁を形成し、この第一水管壁の内部を燃焼
室として画成する。この第一水管壁の外側はガス通路と
して画成する。さらに、第一水管壁に開口部を形成し、
この開口部によって前記燃焼室と前記ガス通路とを連通
させる。前記ガス通路は、上流側が前記開口部であり、
下流側が排ガス出口である。この排ガス出口はガス通路
の外郭に形成する。このガス通路の外郭は、水管壁で構
成することもできるが、実施に応じてボイラ外壁によっ
て構成することもできる。ボイラ外壁によって構成する
場合には、適宜の断熱部材を介在させるのが好ましい。
さらに、この発明においては、前記ガス通路を次のよう
に構成することができる。例えば、開口部とガス通路の
下流端（排ガス出口）とを前記第一水管壁の周方向にほ
ぼ１８０°ずらせた位置に形成し、前記開口部からガス
通路に流入した燃焼ガスを互いに逆方向に分岐させた
後、前記第一水管壁の外周に沿って互いに逆方向にほぼ
半周ずつ流通させる構成である。あるいは、開口部の周
方向の一端側においてガス通路を閉鎖し、前記開口部か
らガス通路に流入した燃焼ガスを前記第一水管壁の外周
に沿って一方向に流通させる構成である。

【００２６】

【実施例】以下、この発明を、自然循環式水管ボイラに
適用した第一実施例について、図面を参照しながら説明
する。図１は、この発明の第一実施例の縦断面の説明
図、図２は、図１のII−II線に沿う断面の説明図であ
る。

【００２７】図１および図２において、ボイラの缶体１
は、所定の距離を離して配置した上部管寄せ２および下
部管寄せ３と、この上部管寄せ２と下部管寄せ３との間
に配置した複数の水管４，４，…とで構成されている。
前記上部管寄せ２は、断面角型の環状をなす中空容器
で、頂壁部と底壁部とを貫通するようにして固定した複
数のステー部材５，５，…を備えている。この上部管寄
せ２のほぼ中央には、バーナ６を取り付けてある。前記
下部管寄せ３は、円筒状の中空容器で、同様に頂壁部と
底壁部とを貫通するようにして固定した複数のステー部
材７，７，…を備えている。

【００２８】前記複数の水管４，４，…のうち、最内周
側に位置する各水管４は、互いに密接状態でほぼ環状に
配置されて第一水管壁８を構成している。また、前記複
数の水管４，４，…のうち、最外周側に位置する各水管
４は、互いに密接状態でほぼ環状に配置されて第二水管
壁９を構成している。前記第一水管壁８の内側は、燃焼
室１０として画成されている。また、前記第一水管壁８
と第二水管壁９との間の環状の空間はガス通路１１とし
て画成されている。

【００２９】前記燃焼室１０とガス通路１１とは、前記
第一水管壁８の周方向の一箇所に形成した開口部１２に
よって連通する。また、前記第二水管壁９には、排ガス
出口１３を形成してある。この排ガス出口１３は、前記
開口部１２に対して前記第一水管壁８の周方向にほぼ１
８０°ずらせた位置としてある。

【００３０】前記ガス通路１１内には、複数の通路内水
管１４，１４，…を配置し、これらの通路内水管１４に
よって、複数の通路内水管列１５，１５，…を構成して
いる。各通路内水管列１５は、前記ガス通路１１内の燃
焼ガスの流れ方向に沿って整列してあり、前記ガス通路
１１の上流側では２列、下流側では１列である。ここ
で、各通路内水管列１５は、各通路内水管列１５内で隣
り合う通路内水管１４同士を密接して配置し、隣り合う
通路内水管１４間の隙間を塞いだ構成としてある。そし
て、各通路内水管列１５は、前記ガス通路１１を径方向
に区画して複数の小ガス通路１６，１６，…を形成して
いる。このガス通路１１内における流路断面積、すなわ
ち、各小ガス通路１６の流路断面積の合計は、下流側ほ
ど小さくなるように設定している。この流路断面積の調
整は、燃焼ガスが、伝熱によって温度低下し体積が減少
しても、ガス流速を一定に維持し得るように設定する。

【００３１】以下では、前記各通路内水管列１５の配置
要領とガス通路１１の流路断面積の設定要領について説
明する。ここで、この第一実施例では、前記ガス通路１
１の構成および各通路内水管列１５の配置は、ほぼ対称
（図２では上下対称となる）であり、前記ガス通路１１
内を流れる燃焼ガスもほぼ対称的な流れとなるように構
成したものである。そこで、前述の設定要領について
は、前記ガス通路１１の一方側（図２の上方側）につい
て詳細に説明する。

【００３２】この第一実施例においては、図２に示すよ
うに、前記ガス通路１１を開口部１２側から排ガス出口
１３側に向けて第一領域Ａ〜第四領域Ｄの４つの領域に
分けてある。各領域Ａ〜Ｄは、第二水管壁９の中心を原
点とし、開口部１２側から順に、約３０°，４０°，５
０°，６０°の範囲である。

【００３３】前記通路内水管列１５は、前記開口部１２
側の第一領域Ａおよび次の第二領域Ｂにおいては、２列
であり、第三領域Ｃおよび第四領域Ｄにおいては、１列
である。したがって、小ガス通路１６は、第一領域Ａお
よび第二領域Ｂでは３通路、第三領域Ｃおよび第四領域
Ｄでは２通路となっている。前記各小ガス通路１６は、
各領域Ａ〜Ｄのそれぞれにおいて、最小隙間を同じに設
定してあり、第一領域Ａから順に、３．０cm，２．５c
m，３．０cm，２．５cmである。また、前記ガス通路１
１の高さは約３３８cmである。したがって、前記各領域
Ａ〜Ｄにおける流路断面積は、各領域Ａ〜Ｄにおける小
ガス通路１６の通路数を加味すると、第一領域Ａから順
に、３０４２cm² ，２５３５cm² ，２０２８cm² ，１６
９０cm² と段階的に順次少なくなっている。

【００３４】ここで、前記各領域Ａ〜Ｄ内の１つ１つの
小ガス通路１６に着目すると、各小ガス通路１６の流路
断面積が必ずしも下流側ほど小さくはなっていない。第
一実施例においては、第一領域Ａおよび第三領域Ｃの小
ガス通路１６の流路断面積が一番大きく、第二領域Ｂお
よび第四領域Ｄの小ガス通路１６の流路断面積が一番小
さくなっている。すなわち、各領域Ａ〜Ｄの各小ガス通
路１６ごとの流路断面積が、段階的に少なくなる必要は
なく、各領域Ａ〜Ｄごとの各小ガス通路１６の流路断面
積の合計が、段階的に少なくなるように設定する。

【００３５】ここで、この第一実施例においては、第一
領域Ａおよび第二領域Ｂにおける各水管４を第一水管壁
８の内側に向けて移動させて配置し、第一水管壁８と第
二水管壁９との間隔を、開口部１２側が広く、排ガス出
口１３側が狭くなるようにしている。すなわち、ガス通
路１１の幅を上流側が広く、下流側が狭くなるように設
定している。このように設定することにより、ガス通路
１１の上流側の通路内水管列１５の列数を多く設定する
ことや、流路断面積を大きく設定することを容易に行う
ことができる。

【００３６】また、前記各領域Ａ〜Ｄの境界部には合流
空間１７，１７，…をそれぞれ形成してある。この合流
空間１７は、各領域Ａ〜Ｄの境界部において各通路内水
管列１５同士が接触しない（通路内水管１４が存在しな
い）空間である。

【００３７】以上の構成において、バーナ６を作動させ
ると、燃焼室１０内には高温の燃焼ガスが発生する。こ
の燃焼ガスは、前記開口部１２からガス通路１１内に流
入する。このときの燃焼ガスは、高温であり体積も大き
いが、ガス通路１１の上流側では、流路断面積を大きく
設定してあるため、従来のボイラに比べてガス流速が低
下する。また、前記ガス通路１１の上流側では、前記各
通路内水管列１５の列数が多いため、流路断面積当りの
伝熱面積が大きくなっている。したがって、ガス通路１
１の上流側では、燃焼ガスのガス流速を低減し、しか
も、広い伝熱面積で受熱するため、水管１本当りの熱負
荷が減少する。この燃焼ガスは前記ガス通路１１内を流
通する過程において、前記第一水管壁８や前記各通路内
水管列１５との伝熱によりその温度を低下し、その体積
も減少する。しかし前記ガス通路１１は、下流側ほどそ
の流路断面積を小さく設定してあるため、燃焼ガスの体
積が減少しても、ガス流速の低下を防止することができ
る。

【００３８】したがって、前述の伝熱面積の調整と流路
断面積の調整により、前記ガス通路１１上流側の各水管
４や各通路内水管１４においては過熱を防止し、下流側
の各水管４や各通路内水管１４においては熱回収量を向
上させることができ、各水管４および各通路内水管１４
の熱負荷が均一化する。また、ガス通路１１下流側での
各水管４および各通路内水管１４の熱回収効率が改善さ
れるので、全ての伝熱面を燃焼ガスからの熱回収に有効
に利用できる。

【００３９】さらに、前記ガス通路１１の下流側におい
て、ガス流速の低下を防止することができるから、この
箇所での煤付着を抑制することができる。さらに加え
て、前記各小ガス通路１６の流路断面積は、下流側ほど
小さくする必要が無く、前述のようにそれらの流路断面
積は適宜に調整できるため、煤付着の恐れのある箇所に
おいては、前記水管４および前記通路内水管１４の間隔
を広げて、煤付着に対して充分余裕のある間隔とするこ
とができる。したがって、この発明によれば、煤の付着
を効果的に防止して、圧損の増大や伝熱効率の低下を抑
制でき、しかも、煤が付着したとしても、圧損の増加を
僅かに抑えることができる。そのため、バーナへの送風
量の大幅な低下や、前述のバーナの着火性の低下のよう
な支障の生じることなく、長期間にわたって、ボイラを
安定して運転できる。

【００４０】ここで、この第一実施例の多管式水管ボイ
ラは、第二水管壁９における水管４のピッチ円の直径を
約２５７cmとし、前記各水管４および各通路内水管１４
に外径約６．０cmのものを用いることにより、蒸発量２
０t/H を達成したものである。一方、従来の流路断面積
を一様とした多管式水管ボイラでは、前記第二水管壁に
おけるピッチ円の直径を同じとし、また各水管および各
通路内水管も外径の同じものを使用した場合、１３t/H
程度が上限である。したがって、第一実施例の多管式水
管ボイラでは従来構造と同じ外径寸法で、蒸発量を約５
０％増加させることができる。また、この第一実施例に
おいて、第一領域Ａの上流側での燃焼ガスの温度を１１
００℃，ガス流速を５０m/s に設定した場合に、前記第
四領域Ｅの下流端での燃焼ガスの温度は２８０℃程度で
あり、ガス流速は３６m/s であった。ここで、従来の流
路断面積を一様とした多缶式水管ボイラでは、ガス通路
上流側での燃焼ガスの温度とガス流速を同じに設定した
場合、ガス通路下流側での燃焼ガスの流速は２０m/s ま
で低下する。このことからしても、第一実施例ではガス
通路下流側でのガス流速の低下量を大幅に防止し、熱回
収量が大幅に増加していることが分かる。

【００４１】さらに、前記各合流空間１７内には、上流
側の各小ガス通路１６からの燃焼ガスが流れ込み、そし
て下流側の各小ガス通路１６内にほぼ均等に分岐させて
流入させるから、各合流空間１７の上流側および下流側
において、小ガス通路１６の通路数が異なっても、各小
ガス通路１６に燃焼ガスを均等に分割して流通させるこ
とができる。また、各小ガス通路１６は、内周側のもの
と外周側のものとでは流路長が異なるため、同じ領域の
小ガス通路１６を燃焼ガスが通過しても圧力の低下量が
異なる。また、前記流路長の違いにより、圧損も異な
り、流路長が長く圧損の大きい外周側の小ガス通路１６
のほうが燃焼ガスが流れ易くなる。そこで、前記合流空
間１７を設けることにより、各小ガス通路１６内で生じ
た圧力の低下量の差を均一化した上で、この燃焼ガスを
下流側の各小ガス通路１６に流入させることにより、前
記ガス通路１１全体において燃焼ガスの流れに偏りが生
じるのを防止し、ガス流速を均一化できる。

【００４２】以上の第一実施例においては、前記第一水
管壁８における開口部１２周辺の部分では、第一水管壁
８の中心に向けて各水管４を変位させて配置してある
が、第一水管壁８を前記排ガス出口１３側に偏心させる
ことにより、第一水管壁８を滑らかな環状の配置とする
こともできる。

【００４３】また、この第一実施例では、第一水管壁８
の各水管４および各通路内水管列１５の各通路内水管１
４を密接配置して構成している。そのため、このような
形式の多管式水管ボイラを舶用ボイラとして適用する場
合には、主機からの振動が、各水管４や各通路内水管１
４に伝わっても、密接している水管４同士および通路内
水管１４同士が共振するのを互いに抑制しあうので、こ
の共振による各水管４や各通路内水管１４の損傷を防止
できる。

【００４４】つぎに、この発明の第二実施例について、
図３を参照しながら説明する。図３は、この発明の第二
実施例の横断平面の説明図で、前記図２と対応する個所
の断面を示すものである。以下の第二実施例の説明にお
いて、前記第一実施例と同様の構成部材には、同一の参
照番号を附してその詳細説明を省略する。

【００４５】この第二実施例では、前記開口部１２側の
第一領域Ａにおける通路内水管列１５の列数を１列と
し、前記各小ガス通路１６を２通路として、この第一領
域Ａにおける流路断面積を拡大している。この第二実施
例においても、前記ガス通路１１における流路断面積の
設定は、第一実施例と同様に行う。すなわち、各領域Ａ
〜Ｄの最小隙間は、第一領域Ａから順に、６．７cm，
２．５cm，３．５cm，２．５cmである。また、前記ガス
通路１１の高さは、３４０cmである。したがって、前記
各領域Ａ〜Ｄにおける流路断面積は、各領域Ａ〜Ｄにお
ける小ガス通路１６の通路数を加味すると、第一領域Ａ
から順に、４３８８cm² ，２５５０cm² ，２３８０cm
² ，１７００cm² と段階的に順次少なくなっている。こ
こで、この第二実施例では、各領域Ａ〜Ｄは、前記開口
部１２側から順に約３０°，４０°，５０°，６０°の
範囲としてある。

【００４６】この第二実施例では、第一領域Ａにおける
通路内水管列１５を１列とし、その分、流路断面積を大
きく設定している。この構成により、前記第一領域Ａで
は、燃焼ガスのガス流速は、前記第一実施例の場合より
も低下するため、水管や通路内水管の１本当りの熱負荷
が減少する。そのため、バーナ６に大きな出力のものを
用いても、第一領域Ａにおける水管４や通路内水管１４
が過熱するのを防止できる。

【００４７】以上の各実施例は、この発明を、水管を環
状に配置した所謂丸型缶体形式の多管式水管ボイラに適
用したものであるが、この発明においては水管を縦列配
置した所謂角型缶体形式の多管式水管ボイラにも適用す
ることができる。以下では、この発明を角型缶体形式の
多缶式水管ボイラに適用した第三実施例について説明す
る。ここで、図４は、第三実施例における水管配置の説
明図である。以下の第三実施例の説明において、前記各
実施例と同様の構成部材には、同一の参照番号を附して
その詳細説明を省略する。

【００４８】この第三実施例においては、複数の水管
４，４，…によって形成した水管壁２１を２枚対面させ
て配置し、この水管壁１８間に、先細り形状のガス通路
１１を画成している。このガス通路１１は、直線的に燃
焼ガスを流通させるもので、ガス通路１１の幅の広い側
には、バーナ６を設けてある。この第三実施例のように
バーナ６から比較的近接した位置に通路内水管１４が位
置する場合には、このバーナ６には、予混合式のよう
な、燃焼を開始するまでの助走区間の無いものが好まし
い。そして、このガス通路１１の幅は、前記各水管壁１
８をそれぞれ階段状に形成することにより、上流（図４
の右側）から順次段階的に狭くなっている。また、ガス
通路１１内の通路内水管列１５の列数は、上流側を多
く、下流側を少なくしてある。すなわち、通路内水管列
１５の列数は、最上流側では３列であり、下流側に向か
うほど２列，１列と順次少なく設定している。そして、
この第三実施例では、最下流側には通路内水管列１５を
省略している。この第三実施例においても、ガス通路１
１の流路断面積は、上流側を大きく下流側を少なく設定
している。ここで、この第三実施例においては、ガス通
路１１の上流側に燃焼室を設けてもよい。

【００４９】以上構成の第三実施例においても、前記各
実施例と同様に、ガス通路１１の下流側では流路断面積
を少なくしてあるため、燃焼ガスの体積が減少しても、
ガス流速の低下を防止することができるから、下流側の
各水管４や各通路内水管１４においての熱回収量を向上
させることがでる。さらに、この第三実施例において
も、前記各実施例と同様に、ガス通路１１の上流側の流
路断面積を大きく、通路内水管１５の列数を多く（すな
わち、伝熱面積を大きく）しているため、この箇所での
各水管４や各通路内水管１４においては過熱を防止する
ことができる。さらに、ガス通路１１の下流側におい
て、ガス流速の低下を防止することができるから、この
箇所での煤付着を抑制することができる上、煤付着に対
して充分余裕のある間隔とすることができる。

【００５０】ここで、以上の各実施例の説明において
は、具体的数値を挙げて説明しているが、この発明は、
そのような実例例に限定されるものではなく、発明の実
施に応じて適宜変更することができる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る多
管式水管ボイラによれば、ガス通路下流側におけるガス
流速の低下を防止できるため、ガス通路の下流側に位置
する各水管や各通路内水管における伝熱量を向上させる
ことができる。また、ガス通路内の流路断面積の調整
は、複数の通路内水管を配置することによって行われる
ため、ガス通路内の伝熱面積を大きくでき、燃焼ガスか
らの熱回収量を増加することができる。

【００５２】さらに、ガス通路の下流側において、ガス
流速の低下を防止することができるから、この箇所での
煤付着を抑制することができる。加えて、前記水管およ
び前記通路内水管の隙間で形成される流路のそれぞれの
断面積は、下流側ほど小さくする必要が無く、それらの
流路の断面積は適宜に調整できるため、前記水管および
前記通路内水管の間隔を広げて、煤付着に対して充分余
裕のある間隔とすることができる。したがって、この発
明によれば、煤の付着を効果的に防止して、圧損の増大
や伝熱効率の低下を抑制でき、しかも、煤が付着したと
しても、圧損の増加を僅かに抑えることができるため、
バーナへの送風量の大幅な低下や、前述のバーナの着火
性の低下のような支障が生じることなく、長期間にわた
って、ボイラを安定して運転できる。

【００５３】さらに、この発明に係る多管式水管ボイラ
によれば、前記複数の通路内水管によって複数の通路内
水管を形成し、この通路内水管列の列数を燃焼ガスの流
れ方向上流側ほど多く設定することにより、ガス通路上
流側の各水管や各通路内水管における熱負荷の集中を緩
和することができるから、熱負荷が均一化する。そのた
め、伝熱面を有効に利用し、全体として熱効率が向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第一実施例の縦断面の説明図であ
る。

【図２】図１のII−II線に沿う断面の説明図である。

【図３】この発明の第二実施例の横断平面の説明図であ
る。

【図４】この発明の第三実施例の水管配置の説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 缶体 ４ 水管 ６ バーナ ８ 第一水管壁 １０ 燃焼室 １１ ガス通路 １２ 開口部 １５ 通路内水管列 １６ 小ガス通路 １７ 合流空間

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室１０から排ガス出口１３に至るガ
   ス通路１１を複数の水管４，４，…によって画成し、こ
   のガス通路１１内に、複数の通路内水管１４，１４，…
   を配置するとともに前記ガス通路１１の流路断面積を上
   流側を大きく下流側を小さくしたことを特徴とする多管
   式水管ボイラ。
2. 【請求項２】 前記複数の通路内水管１４，１４，…
   が、前記ガス通路１１内のガス流れ方向に整列する通路
   内水管列１５，１５，…を形成していることを特徴とす
   る請求項１に記載の多管式水管ボイラ。
3. 【請求項３】 前記ガス通路１１は、その幅を上流側を
   広く、下流側を狭くしたことを特徴とする請求項１又は
   請求項２に記載の多管式水管ボイラ。
4. 【請求項４】 前記各通路内水管列１５は、前記ガス通
   路１１のガス流れ方向上流側の列数を多くしたことを特
   徴とする請求項２又は請求項３に記載の多管式水管ボイ
   ラ。
5. 【請求項５】 前記通路内水管列１５は、前記ガス通路
   １１の上流側の第一領域Ａにおいては、この第一領域Ａ
   の下流側に隣接する第二領域Ｂよりも列数を少なくし、
   第二領域Ｂ以降の下流側の領域ではガス流れ方向下流側
   の列数を少なくしたことを特徴とする請求項２又は請求
   項３に記載の多管式水管ボイラ。
6. 【請求項６】 前記各通路内水管列１５は、各通路内水
   管列１５内で隣り合う通路内水管１４間の隙間を閉鎖し
   てあることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれ
   かに記載の多管式水管ボイラ。
7. 【請求項７】 前記ガス通路１１内には、各通路内水管
   列１５によって区画された小ガス通路１６が合流する合
   流空間１７を形成したことを特徴とする請求項６に記載
   の多管式水管ボイラ。
8. 【請求項８】 複数の水管４，４，…を環状に配列して
   第一水管壁８を形成し、この第一水管壁８の内側に燃焼
   室１０を画成するとともに、この第一水管壁８の外周側
   にガス通路１１を画成し、前記第一水管壁８に形成した
   開口部１２によって前記燃焼室１０とガス通路１１とを
   連通したことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいず
   れかに記載の多管式水管ボイラ。