JPS62123203A - 表面燃焼バ−ナを用いた多管式貫流ボイラ− - 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】 ［発明の技術的分野］ 本発明は表面燃焼バーナを用いて水管伝熱面を均等に加
熱することにより伝熱効率の向上を図つた多管式貫流ボ
イラーに関するものである。

［発明の技術的背景とその問題点］ 従来、ガス燃料を使用した多管式貫流ボイラーにおいて
は、本管で包囲して形成される空間を燃焼室となし、該
燃焼室に向って上下管寄せのうちいずれか一方にブラス
ト式あるいはブンセン式バーナを配し、燃焼炎からの輻
射伝熱及び燃焼ガスとの接触伝熱により水管内の被加熱
物を加熱するといった構成がとられていた。

例えば、第７図は従来の質流ボイラーの実施例管寄せ（
１）と氷室を形成する下部管寄せ（２）とを多数の垂直
水管（３）により連絡して各水管間にわずかな間隙（イ
）を持たせ垂直筒状の空間内部において、下部管寄せ（
２）の中央開口内にブラスト式あるいはブンセン式のバ
ーナ（２２）を配置し、かつ上部管寄せ（１）の下端か
ら所定の間隔を隔てた前記水管壁の内部上方位置にその
内部を水平に仕切る隔壁（［有］を張設して隔壁■の下
方空間を燃焼室（４）に形成するとともにその上方空間
を煙突（２３）に通ずる排ガス路ａｅに形成し、さらに
、上部及び下部の管寄せ（１）及び（２）の外側壁部を
ボイラー外壁（８）で包囲閉鎖して前記水管壁と該ボイ
ラー外壁（８）との中間に環状の燃焼ガス流路（９）を
形成するとともに、垂直水管（３）のそれぞれに、燃焼
室（４）に面しないその外面にほぼその全長にわたって
垂直方向に延在し、かつ隣接する垂直水管の外面との間
に僅かな間隙（ロ）を保って固設したフィン（２４）を
形成し、これによって、燃焼室（４）内において生成し
た燃焼ガスが前記単列の環状水管群の間隙（イ）を横方
向に燃焼ガス流路（９）に向って流出し、その際、該流
出ガスがフィン（２４）により、隣接する垂直水管の外
面を這ってその面を加熱するように強制され、そして、
燃焼ガス流路（９）に流入後、その流路の上部環状空間
を経由して上昇排出せしめられるように構成している。

しかしながら、上記のような貫流ボイラーにおいては次
のような問題があった。

（１）燃焼部が下部管寄せの１ケ所に集中して設けられ
るので燃焼負荷が大きく燃焼性の調蔀が困難である。

（２）　　燃焼炎が大きく、長くなるため大きな空間の
燃焼室が必要となり、貫流ボイラー全体としてもその容
積並びに設置スペースが大きくなる。

（３）　　バーナから噴出した燃焼ガスの運動エネルギ
ーにより燃焼ガスの偏流を生じ、水管の局部加熱の危険
を含んでいる。

（４）シかも、この燃焼ガスの偏流により水管下部にお
いて輻射伝熱、接触伝熱が有効に行われず、伝熱効率の
向上に限界がある。

［発明の目的］ 本発明は上記の事情に鑑みて成されたものでその目的は
、燃焼性・熱伝達の向上を図るとともに、局部加熱を防
止した表面燃焼バーナを用いた多管式貫流ボイラーを提
供することにある。

［発明の概要］ 上記目的を達成するために本発明では、上下管寄せを多
数の垂直本管で連結し、これら本管群で包囲された空間
を燃焼室に形成し、上下管寄せのうちいずれか一方より
円筒状の表面燃焼バーナを挿設したことを特徴とする。

［発明の実施例］ 以下、本発明を図面に浸した一実施例に基づいて説明す
る。第１図は本発明における一実施例の説明図、第２図
は第１図の■−■断面図である。

図面中の符号（１）、（２）は環状に形成され互いに対
向して設けられる上下管寄せ、（３）は上下管寄せを連
通する垂直木管であって、これら水管群は木管間に僅か
な隙間（イ）を持って垂直環状の単列水管壁を構成し、
その内側に燃焼室（４）′が形成される。

（５）は上部管寄せより燃焼室に挿設される表面燃焼バ
ーナであって、表面燃焼を行う円筒状の助燃体（６）と
燃料ガス入口ａυを備えた支持部材（７）とから構成さ
れている。なお、前記助燃体は不規則多角形状のセラミ
ック粒子を用いて結合剤にて所要形状に形成することが
望ましい。（８）は単列水管壁の外側に適度の間隙をお
いて設けられるボイラー外壁であって、該外壁と水管壁
間に環状の燃焼ガス流路（９）が形成される。■はボイ
ラー外壁に設けられる煙道である。しかして、燃焼室（
４）は本管隙間（イ）、燃焼ガス流路（９）を介して煙
道に連通している。面は水供給手段、■は蒸気出口であ
る。

次に上記構造においてその作用について説明する。多管
弐貢流ボイラーを稼動すると水は水供給手段から下部管
寄せを通って水管に入り、該水管において水管外側を流
れる燃焼ガスから゛輻射伝熱及び接触伝熱により加熱さ
れ、蒸気となって上部管寄せの蒸気出口より系外に移送
される。

一方燃料については、燃料ガスと空気が所要の比率に混
合され、適正な混合ガスの状態で燃料ガス入口より供給
され、支持部材を通じて円筒状の助燃体内側に至る。助
燃体内側に達した混合ガスは助燃体内側空間の働きによ
り均等に分配されて不規則多角形状のセラミック粒子層
に入り、セラミック粒子を冷却しながら粒子隙間を通過
して助燃体表面に至る。この粒子層において、混合ガス
は種々変化する粒子間の隙間流路の働きにより、さらに
均質な混合ガスとなり、かつ均一なガス流れを形成する
。ここで、図示されていないが、上部管寄せあるいは表
面燃焼バーナ側壁を貫通し、前記燃焼表面に近接して設
けられた着火手段により引火し、以後助燃体表面におい
て良好な燃焼が行われる。この表面燃焼により生成した
燃焼ガスはまず１Ｉｌ）ｌ伝熱により水管を加熱し、燃
焼ガス自体温度を低下した後、水管隙間及び水管外側の
燃焼ガス流路にて接触伝熱を行い、ざらに温度を低下し
て煙道に至り、そこから系外に排出される。

このとき、表面燃焼バーナの助燃体はその表面が水管壁
内面に対応する状態で円筒状に設けられているため、そ
の燃焼面が従来に比べ格段に広く、燃焼面負荷が小さい
。従って、不規則多角形状のセラミック粒子を用いた表
面燃焼バーナの特性としての均質な混合燃料ガス並びに
均一な燃料流れを得ることができるといった効果と相俟
って燃焼性の調整が非常に容易で、燃焼表面に良好な青
火を簡単に得ることができ、又Ｎｏχの生成量も少ない
。しかも、燃焼炎が短いので、燃焼室、即ち助燃体の燃
焼表面と水管壁内周との距離を小さくづるこができ、ボ
イラー全体をコンパクトにまとめることができる。こと
に燃焼面が本管壁面に相対する構成であるので、水管隙
間の燃焼ガス流れが均等となり、さらに良好な熱伝達が
得られ伝熱面単位当りの平均伝熱量を倍加することがで
きるとともに、水管の局部的な加熱の発生を防止する。

第３図は他の実施例の説明図であって、図面中の符号（
１）ｉ２）は画状に形成され、互いに対向して設けられ
る上下管寄せ、（３）は適当な長さの縮径部（１４を持
つ垂直水管であって、縮径部を下側として水管間に僅か
な隙間を持たせた状態で環状水管壁をなすごとく、上下
管寄せを連通して配設されている。、西は垂直水管壁で
包囲される空間を水管の縮径開始部において水平に仕切
る隔壁であって、仕切られた上部空間は燃焼室（４）、
下部空間は排ガス路（至）に形成される。側は排ガス通
路に連通した状態で下部管寄せに連結きれる煙道である
。（５）は上部管寄せより燃焼室に挿設される表面燃焼
バーナであって、表面燃焼を行う円筒状の助燃体（６）
と燃料ガス入口（１１）を備えた支持部材（′７）とか
ら構成されている。本助燃体も不規則多角形状のセラミ
ック粒子を用いて結合剤にて所要形状に形成することが
望ましい。■は木管壁の外側に適度の隙間をおいて設け
られるボイラー外壁であって、該外壁と水管壁間に環状
の燃焼ガス流路（９）が形成される。

従って燃焼室は水管隙間燃焼ガス流路、縮径部隙間、排
ガス路を介して煙道に連通している。しかして、燃焼室
で生成した燃焼ガスはまず輻射伝熱により水雷を加熱し
、燃焼ガス自体温度を低下した後、水管隙間を水平に通
過し燃焼ガス通路を降下し、再び水管縮径部隙間を通過
し、この間接触伝熱によりさらに温度を低下して、煙道
より糸外に排出される。このとき、輻射伝熱と水管隙間
における接触伝熱で燃焼ガスは低温となるが、前記接触
伝熱面の下流側にあたる水管縮径部は水で満された低温
部であるので、この縮径部においても良好な接触伝熱が
得られる。なお、他の構成・作用・効果は第１図、第２
図の場合と同様であるのでその説明を省略する。

第４図はさらに他の実施例の説明図、第５図は第４図の
ｖ−■断面図である。図面中の符号（１）。

（２）は環状に形成され互いに対向して設けられる上下
管寄せである。（１７）、Ｇ１１ｌは前記上下管寄せを
連通する水管群で構成される内外の環状水管壁であって
、これら水管壁は半径方向に間隔をおいて同心円状に配
設されている。■は内外環状水管壁間に形成される燃焼
ガス通路である。（４）は内方の環状水管壁の内側に形
成される燃焼室である。■は内方の環状水管壁に管の全
長にわたる開口部であって、燃焼室と燃焼ガス通路とが
連通されている。

（２１）は外方の環状水管壁の管の全長にわたる開口部
であって、燃焼ガス通路と煙道（２）とが連通されてい
る。（５は上部管寄せより燃焼室に挿設される表面燃焼
バーナであって、表面燃焼を行う円筒状の助燃体（６）
と燃料ガス入口（１１）を備えた支持部材（刀とから構
成されている。本助燃体も不規則多角形状のセラミック
粒子を用いて結合剤にて所要形状に形成することが望ま
しい。上記燃焼室で生成した燃焼ガスはまず輻射伝熱に
より内方の環状水管壁と熱交換を行い、燃焼室から開口
部■に向い分岐し、燃焼ガス通路を管の全長方向に対し
てほぼ直角に、即ち管を横切る方向に均等に流れ、水管
と主として対流伝熱により熱交換を行い、開口部（２１
）で合流し、煙道から系外に排出される。

他の構成・作用・効果については第１図、第２図におけ
る場合と同様であるので説明を省略する。

なお、上記実施例における表面燃焼バーナの助燃体につ
いてはセラミック粒子を結合剤で所要の形状に形成した
場合について説明しているがこれに限定するわけでなく
、セラミック粒子を適度の網目を有する金属ネットの支
持体でサンドインチ状に形成してもよく、又、金属ネッ
トの代りに布状のセラミックファイバーを使用すること
もできる。さらに、セラミック粒子の代りに多孔質のセ
ラミックｍ雄状のセラミックファイバー等とすることが
できる。又、表面燃焼バーナの代りにラインバーナを水
管壁内表面に沿って円筒状に配し、燃焼面を平面状に形
成した平面式ラインバーナとすることもできる。又、上
記実施列においては燃焼室に表面燃焼バーナを１個挿設
した場合について示しているがこれに限定するわけでは
なく、第６図に示す如く複数個もうけることができる。

バーナを図のように小径の表面燃焼バーナの集合体とす
ることにより個々の表面燃焼バーナの製作・取扱いが容
易となる上に燃焼室の燃焼負荷を大幅に増加することが
できる。又、上記実施例では円筒状の助燃体について記
したが、これに限定するわけではなく、断面星形の柱状
体その他の形状とすることもできる。

［発明の効果］ 本発明は以上のように構成することにより下記のような
効果が得られる。

（１）燃焼表面が広くなり単位面積当りの燃焼負荷が小
さく燃焼性の調節が容易であり、セラミック粒子を用い
た表面燃焼バーナの特性と相俟つて、非常に良好な火炎
を形成することができる。

（シ　炎長さが小さく、燃焼空間を小さくすることがで
き、コンパクトなボイラーとすることができる。

（３）　　燃焼面が水管壁内周面に対応する構成である
ので、水管隙間の燃焼ガス流れが均一となり、局部過熱
がなくなり、伝熱面単位当りの平均伝熱量を倍加するこ
とができ、伝熱効率が大幅に増加する。

（４）シかも、助燃体の単位表面積当りの燃焼負荷が小
さくなるので、ＮＯｘの発生が低減され、公害規制面か
らも安全なボイラーとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における実施例の説明図、第２図は第１
図のＩ−ＩＩ断面図、第３図は他の実施例の説明図、第
４図はさらに他の実施例の説明図、第５図は第４図のｖ
−■断面図、第６図は本発明において表面燃焼バーナを
複数個設けた場合の実施例の説明図、第７図は従来の貫
流ボイラーの実施例を示す縦断面図、第８図は第７図の
横断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）上下管寄せ（１）、（２）を多数の垂直水管（３
   ）で連結し、これら水管群で包囲された空間を燃焼室（
   ４）に形成し、上下管寄せ（１）、（２）のうちいずれ
   か一方より円筒状の表面燃焼バーナ（５）を挿設したこ
   とを特徴とする表面燃焼バーナを用いた多管式貫流ボイ
   ラー。
2. （２）前記表面燃焼バーナが不規則多角形状のセラミッ
   ク粒子を結合剤にて円筒状に形成して助燃体で構成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の表
   面燃焼バーナを用いた多管式貫流ボイラー。