JPS61256101A - 螺旋式水管ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば動力用等に使用され、密接状態で螺旋
状に巻き回して円筒形状とした水管をケーシンク内に配
設し、水管で囲まれた空間を燃焼室とした螺旋式水管ボ
イラの改良に関する。

（従来の技術） 一般に、従来の螺旋式水管ボイラは、第９図及び第１０
図に示す如く、円筒状の外側ケーシング９と、ケーシン
グ９内に配設されて螺旋状に巻き上げられた円筒状の内
側水管１０と、内側水管１０と同志円状に配設されて螺
旋状に巻き上げられた円筒状の外側水管１１と、内側水
管１０と外側水管１１の下端部同志を連結する連結管１
２と、内側水管１０の上方開口部をシールする上部耐火
物１３と、外側水管１１の下方開口部をシールする下部
耐火物１４と、内側水管１０で囲まれた部分に形成され
た燃焼室Ａ′と、内側水管１０と外側水管１１（！：の
間に形成されて燃焼室Ａ′（こ連通ずる環状流路Ｂ′と
、燃焼室Ａ′の上方に配設されたバーナ１５等から構成
されている。

尚、各水管１０．１１は、隣接水管同志が全面的或は部
分的に溶接されて互いに密着状態にゝ　　　　なって居
り、燃焼ガスが水管の間から漏れるのを防止している。

而して、前記ボイラに於いて、ボイラ水は、外側水管１
１の上部から入り、外側水管１１を旋回しながら下方へ
流れ、連結管１２を経て内側水管１０に入る。その後、
ボイラ水は、内側水管１０を旋回しながら上方へ流れ、
上部から例えば気水分離器（図示省略）へと流れ出て行
くＯ 又、燃焼室Ａ′で生成した燃焼ガスは、燃焼室Ａ′内を
流下して環状流路Ｂ′に入り、該環状流路Ｂ′を上方へ
流れてガスヘッダ一部１６へ集まり、排気口１７か６排
出される。

尚、上記構成のボイラは、内側水管１ｏと外側水管１１
とを組み合わせて使用するので、例えば熱出力１０万Ｋ
ｃａｌ　７時間以下の小容量ボイラの場合には価格的に
不利となる。その為、小容量ボイラの場合には第１１図
及び第１２図に示すように水管１８を単一とする。

一方、前記各型式のボイラに於ける熱の吸収は、大別し
て、燃焼室Ａ′に於ける燃焼火炎からの放射伝熱による
熱吸収と、環状流路Ｂ′に於ける燃焼ガスの水管壁面に
対する接触熱伝達による熱吸収との合計となる。

燃焼室Ａ′に於ける放射伝熱は、主として燃焼室Ａ′や
燃焼火炎の大きさ、燃焼条件等によって定まる。又、燃
焼室Ａ′の大きさは、燃焼に必要な寸法により決定され
る。従って、燃焼室Ａ′に於ける吸熱は、使用するバー
ナ機構により略−義的に定まってしまう。現在の通常の
燃焼方式では、燃焼室Ａ′は１−容積当り５０万〜１０
０万Ｋｃａｌ　７時間の燃焼量を有する設計とされる場
合が多く、燃焼室Ａ′に於ける吸熱量つまり第９図若し
くは第１１図の水管１０．１８の内周側での吸熱量は、
ボイラ全体に於ける吸熱量の６０％〜４０％となる。

ボイラの残りの必要とされる吸熱量は４０％〜６０％と
なる。これらの熱量は、第９図若しくは第１１図に示す
環状流路Ｂ′を燃焼ガスが流動する間に内側・外側水管
１０．１１の壁面に若しくは水管１８の壁面に、所謂接
触熱伝達によって吸収されなければならない。この接触
熱伝達による吸熱量は（１）式によって示される。

ΔＱ＝＝ＡＸＫ×ΔＴ　　　　　・・・・・・（１）Δ
Ｑは接触熱伝達による吸熱量　Ｋｃａｌ／ｈＡは接触伝
熱面積　　　　　　　　　　−には接触による熱貫流係
数　　Ｋｃλｌ　／ｄｈ　℃ΔＴは対数平均温度差で（
２）式で 定義される　　　　　　　　　　　　　℃ｔ　Ｇｔは環
状流路Ｂ′入口のガス温度　　　℃ｔＧｚは環状流路Ｂ
′出口のガス温度　　℃【Ｗはボイラ水の温度　　　　
　　　　℃ある型式のボイラに対して【Ｗはボイラの運
転条件、　ｔＧｌは主として燃焼室の大きさ、Ａは燃焼
室の大きさによって略定まってしまう値である。又、Ｋ
は環状流路を流動する燃焼ガスの流速によって定まる値
であり、環状流路の幅を決定すれば一定値となる。更に
、ｔＧｚはボイラの設計効率目標に対して設計者が任意
に決めたい値であるが、（１）（２）式によってボイラ
の燃焼室の寸法が定まれば、一義的に決まってしまうＯ 然し、実際設計に於いては、環状流路Ｂ′出口のガス温
度をボイラ外形寸法を同一にしたまま出来るだけ下げて
熱効率の向上を図りたいと云う要求がある。

又、燃焼ガスが初めてケーシング９と触れる部分のガス
温度をケーシング９（鋼板製）の許容ガス温度（通常４
００〜４５０℃）以下に保ちたいと云う要求もある。何
故なら、第１１図に於いて燃焼ガスは、燃焼室Ａ′を出
て初めてケーシング９と接触する部分では約７００℃と
なる為、このような高温に於いてはケーシング９を構成
する鋼材がなく、耐火材をライニングする等の対策を講
じないと安全を確保することができないうえ、ライニン
グ等によりコスト高になるからである。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上記の問題点を解決する為に創案されたもの
であり、その目的は熱効率の向上を図れると共に、安価
な螺旋式水管ボイラを提供するにある。

（問題点を解決する為の手段） 本発明の螺旋式水管ボイラは、密接状態で螺旋状に巻き
回して円筒形状とした水管をケーシング内に配設し、水
管で囲まれた空間を燃焼室にすると共に、水管とケーシ
ングとの間に燃焼室と連通ずる環状流路を形成した螺旋
式水管ボイラに於いて、前記燃焼室に、水管の内周面と
の間に環状の間隙を形成すべく耐火物より成る柱状の火
堰を配設して前記間隙と環状流路とを連通状態にし、該
太部の外周面に凹凸部を形成したことに特徴がある。

（作　　用） 前記螺旋式水管ボイラに於いて、ボイラ水は例えば水管
の下部から入り、水管を旋回しながら上方へ流れて行き
、上部から出て行く。

一方、燃焼室で生成した燃焼ガスは、燃焼室を出た後、
水管と火堰との間隙を軸芯方向へ流下して環状流路に入
り、該環状流路を上方へ流れて排気口から排出される。

尚、燃焼ガスが流れる間隙は、火堰及び水管の凹凸によ
りジグザグとなっている為に対流熱伝率が向上する。そ
の結果、熱効率の向上を図れると共に、初めてケーシン
グに触れる燃焼ガスの温度を下げることができる。

又、赤熱された太部からの固体輻射により、前記効果が
より一層促進される。

（実　施　例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図及び第２図は本発明の第一実施例を示す螺旋式水
管ボイラの概略縦断面図及び概略横断面図であって、１
はケーシング、２は水管、３は上部耐火物、４は下部耐
火物、５はバーナ、６は太部である。

前記ケーシング１は、鋼材により円筒形状に作製され、
その内部には密接状態で螺旋状に巻き上げられた円筒形
状の水管２が配設されている。この水管２で囲まれた空
間は燃焼室Ａとなって居り、水管２とケーシング１との
間には燃焼室Ａと連通ずる環状流路Ｂが形成されている
。

尚、水管２の上方開口部は上部耐火物３により、ケーシ
ング１の下方は下部耐火物４により夫々シールされてい
る。又、燃焼室Ａの上方位置には上部耐火物３を貫通し
てバーナ５が配設されている。

一方、太部６は、耐火物により円柱状に作製され、その
外周面には第１図及び第３図に示すように鋸状の凹凸部
６ａが形成されている。又、太部６は、その外径が水管
２の内径つまり燃焼室Ａの直径よりも小さく設定され、
前記燃焼室Ａ内に配設されている。即ち、本実施例に於
いては、太部６は、水管２の内周面との間に環状の間隙
Ｃを形成すべく下部耐火物４に載置されている。又、前
記間隙Ｃと環状流路Ｂとは連通状態になっている。

尚、太部６は、通常の不定形耐火物の混線物を型枠に注
入することによって或は繊維状のシリカアルミナ系のセ
ラミックスをモールドによって成型することができる為
、簡単且つ安価に作製することができる。

第１図に於いて、７はケーシング１の上部に設けた排気
口、８はケーシング１内の上方に形成したガスヘッダ一
部である。

而して、螺旋式水管ボイラに於いて、ボイラ水は例えば
水管２の下部から入って旋回しながら上方へ流れて行き
、上部から例えば気水分離器（図示省略）へと流れ出て
行く。尚、ボイラ水の循環力は付属のポンプの圧力によ
って確保される。

一方、燃焼室Ａで生成した燃焼ガスは、燃焼室Ａを出た
後、水管２と太部６との間隙Ｃを軸芯方向へ流下して環
状流路Ｂに入り、該環状流路Ｂを上方へ流れてガスヘッ
ダ一部８へ集まり、排気ロアから排出される。

尚、前記間隙Ｃは、火種６の外周面に形成された凹凸部
６ａと水管２の内周面の凹凸とによりジグザグになって
いる為、燃焼ガスが間隙Ｃを流れた場合には対流熱伝率
が向上することになる。その結果、初めてケーシング１
に触れる、　　　部分の燃焼ガスの温度を下げることが
できると共に、排気ロアへ流出するガスの温度を下げる
ことができる。延いては、ケーシング１の安全を確保で
き且つボイラ効率も向上する。

又、火炎により赤熱された耐火物（火種）からの固体輻
射は、火炎からの輻射よりも優れているので、上記の効
果が促進される。（例えば日本機械学会伝熱工学資料改
訂第３版１３８頁、１４９頁によると輻射率は火炎の場
合には０．４〜０．５、耐火物の場合には０．７〜０．
８としている。） 下記の表は火種を備えた本発明に係る螺旋式水管ボイラ
と従来の螺旋式水管ボイラとの実測データを比較したも
のである。

第４図は他の実施例を示す火種６の斜視図であって、そ
の外周面に四角形状の凹凸部６ａを形成したものである
。

第５図及び第６図は他の実施例を示す螺旋式水管ボイラ
であって、筒状の火種６を燃焼室Ａに配設したものであ
る。このボイラはバーナ設計上火炎長さを必要とするさ
き或は火炎にょる耐火物の赤熱により固体輻射による伝
熱量の増大を図る場合に適している。

第７図及び第８図は更に他の実施例を示す螺旋式水管ボ
イラであって、ケーシング１内に水管２を二重に配設し
、燃焼室Ａ内に火種６を配設したものである。

（発明の効果） 上述の通り、本発明の螺旋式水管ボイラは、ケーシング
内に円筒形状に巻き回された水管を配設し、水管で囲ま
れた燃焼室内に水管の内周面との間に環状の間隙を形成
すべく火種を配設し、火種の外周面に凹凸部を形成する
構成とした為、前記間隙は火種の凹凸部と水管の凹凸と
によりジグザグ状になり、ここを燃焼ガスが流れた場合
には対流熱伝率が向上することになる。

その結果、ボイラ効率の゛向上を図れるうえ、初めてケ
ーシングに触れる燃焼ガスの温度を下げることができ、
従来のボイラのようにケーシングに耐火材のライニング
を施さなくても良く、通常の鋼材から成るケーシングで
十分に安全が確保され、コスト低減を図ることができる
。

又、耐火物から成る火種を燃焼室に配設している為、上
記の効果がより一層促進される。何故なら、赤熱された
耐火物からの固体輻射は、火炎からの輻射よりも優れて
いるからである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例を示す螺旋式水管ボイラの
概略縦断面図、第２図は同じく概略横断面図、第３図は
火種の斜視図、第４図は他の実施例を示す火種の斜視図
、第５図は本発明の第二実施例を示す螺旋式水管ボイラ
の概略縦断面図、第６図は同じく概略横断面図、第７図
は本発明の第三実施例を示す螺旋式水管ボイラの概略縦
断面図、第８図は同じく概略横断面図、第９図は従来の
一例を示す螺旋式水管ボイラの概略縦断面図、第１０図
は同じく概略横断面図、第１１図は従来の一例を示す螺
旋式水管ボイラの概略縦断面図、第１２図は同じく概略
横断面図である。 １はケーシング、２は水管、６は火種、６ａは凹凸部、
Ａは燃煉室、Ｂは環状流路、Ｃは間隙。 特許出願人　　株式会社　タ　り　マ 取締役社長　福　１）順　吉 他１名 第１図 ２：水　管 ６：大　堰 第５図 第６図 Ｂ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 密接状態で螺旋状に巻き回して円筒形状とした水管（２
   ）をケーシング（１）内に配設し、水管（２）で囲まれ
   た空間を燃焼室（Ａ）にすると共に、水管（２）とケー
   シング（１）との間に燃焼室（Ａ）と連通する環状流路
   （Ｂ）を形成した螺旋式水管ボイラに於いて、前記燃焼
   室（Ａ）に、水管（２）の内周面との間に環状の間隙（
   Ｃ）を形成すべく耐火物より成る柱状の火堰（６）を配
   設して前記間隙（Ｃ）と環状流路（Ｂ）とを連通状態に
   し、該火堰（６）の外周面に凹凸部（６ａ）を形成した
   ことを特徴とする螺旋式水管ボイラ。