JPS62500680A - コンパクト・ボイラ−用空気予熱器 - 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】 コンパクト・ボイラー用空気予熱器 光朋Ω背旦 本発明は吸気の加熱および全ボイラー効率改良のための燃焼ガスの熱回収に関す る。　特に、コンパクト・ボイラー内で非常に効率の良い二次空気加熱を提供す る熱交換用ユニットが、たとえば米国特許第３，２８２，２５７号中に開示され ており、ここに参考として引用するものとする。

燃焼空気予熱に対する知られたアプローチ、たとえば米国特許第３，８３８．６ ６６号中に開示されるものは時たま存在して来たが、これらの構造は高価で、か つコンパクト・ボイラーに対する複雑な付加部分となる。　更に開示された技術 は、排ガス路に及ぶ圧力低下の増大につれて排ガスの再回送（ｒｅｒｏｕｔｉＢ ）を要する。　このアプローチの効果は、−服的に言えば、費用有効ではない。

　出願人は、現存するボイラーハウジング内に配置された新規な空気予熱熱交換 用構造の利用が全ボイラー効率の実質的増加をもたらすことを見出した。　これ らの効率は、特に排ガス吐出路に沿って圧力低下における実質的増加を伴うこと なく、達成される。　開示された新規な熱交換構造は、ボイラー効率を増加させ 、そしてボイラーに対し複雑かつ高価な付属構造乃至器具を要しない費用有効な 手段を提供するものである。

より以上のボイラー効率を、横ヘヤビン型熱交換コイルの介在によって得ること ができるのもまた、見出されている。　熱交換コイルは、ボイラーのコイルバン ク周囲のブリナム（ｐｌｅｎｕｍ）空間内に配置され、そして外部給冷水施設に 接続される。　水は熱交換コイルを経由して循環され、かつ予熱水は最終用途に 対して送られるか、予熱給水としてコイルバンクに送られる。

従って、本発明の目的は新規な熱交換構造および既存のボイラーハウジング内に 配置されたコイルの利用によってコンパクトなコイルボイラーの高めな効率を提 供することにある。

本発明の別な目的は、存在するガスフローが余り変化をもたらさない場合にボイ ラーの排ガスから熱を回収するための熱交換ユニットを提供することにある。

本発明の更に別の目的は、コンパクトボイラー中に熱回収および／または空気予 熱用熱交ｔｉ槽構造あって、簡単な構造をもって容易に入手し得る材料を利用す るものを提供することにある。

更に本発明の別の目的は、コンパクトボイラー中の燃焼空気予熱用排ガスからの エネルギーを使用するための熱交換器設計を提供するものであるが、その場合、 同一伝熱面の幾何学的形状を利用しながら、排ガスまたは「熱（ｈｏｔ）側」圧 力低下を最小とし、一方燃焼空気または「冷（ｃｏｌｄ）側」熱交換を強化する ものとする。

更に本発明の他の目的は、元のボイラーエンベロープ内にコンパクト・コイルボ イラーの効率を高めるための空気予熱器および熱交換コイルを提供するものであ るが、これらは簡単な構造を有する、低価格であって、容易に製造でき、かつ容 易に入手可能な材料を利用するものとする。

尺咀の１稔 開示された本発明によれば、コンパクト・コイルボイラー用の空気予熱器が提供 されるが、その場合予熱器の熱交換構造は内部ボイラー・プリナム中に収容され ている。　熱交換面は、排ガス・コレクター容量に隣接して装着された縦方向流 れインターラックを備える基本的に波形セパレータシートを包含している。　排 ガスの流れは、ボイラーコイル出口から排気用煙突への通路を横断しながらセパ レータの黙劇に平行して運ばれる。　燃焼ガスは、波形セパレータシートの冷乃 至対向側の同様なフィンに沿う横方向流れを介して予熱される。

流れセパレータは減少された圧力低下において、熱を交換するために作用し、そ して有効な熱交換の増大は排ガスおよび燃焼空気側それぞれに沿う流れに関する ものである。

高／低温ガスフロー用同−構造の利用が、ボイラーのガス収集部内では完全に残 存させながら伝熱における実質的な増加をもたらすものである。

横ヘヤピン型熱交換コイルもまた、提供される。　熱交換コイルは、ボイラーの コイルバンクを取り巻くブリナム空間内に配置される。　外部給冷水施設は伝熱 コイルに接続され、そしてそのコイルからの加熱された水は最終用途またはボイ ラーに予熱給水として送り出すことができる。

区面Ｑ箭星皇説所 本発明のその他の目的および効果は、以下の詳細な説明の読み取りおよび図面の 参照の結果明かとなるであろうが、その場合：第１図は、本発明の原理に従って 構成された予熱器を包含するコンパクト・ボイラーを示す部分断面図であり； 第２図は典型的なコンパクト・コイルボイラー、特に本発明の空気予熱器の配置 を示す半絵画的な部分的破断図であり；第３図は典型的なコンパクト・コイルボ イラー、特にボイラー熱交換コイルおよび燃焼空気源を備えた空気予熱器の内部 配置を示す部分的絵画図であり；第４図は本発明の予熱器、特に燃焼ガスおよび ガスの流れ方向と共に予熱した空気流路を示す詳細な半絵画的図であり；第５図 は空気側流れインタラプタの作用を示す本発明の予熱器構造を示す部分断面図で あり； 第６図は空気予熱器の別の実施態様を示す付加的部分断面図であり；第７図は予 熱器の更に別の実施＠様を示す部分的断面図であり；第８図は熱交換コイルを示 す予熱器を伴わないボイラーの斜視、部分破断図であり； 第９図はボイラーのコイルバンクおよび熱交換コイルを示す斜視図であり；第１ ０図は第９図の１０−１０線に沿う図であり；第１１図は熱交換コイルを含む外 部使用回路と示す概略図であり；そして 第１２図は熱交換コイルを含む給水回路を示す概略図である。

元型＠註樋ケ説朋 第１図−第５図を参照すると、ボイラー・アセンブリー１０が例示されている。

アセンブリー１０は所定の燃料および空気混合物を燃焼室１４へ供給するバーナ ー１３を備えており、該燃焼室では燃料および空気混合物が高温燃焼ガスを発生 し、これは燃焼室出口またはチョーク１８から退去して行く。　燃焼室１４は壁 １７として高温に耐えることのできる耐火物を利用して、チャンバ出口またはチ ョーク１８を形成する。

バーナー燃焼空気はブロワ・アセンブリー３０（第２図）により提供され、該ア センブリーはブロワ入口３１を経由してボイラーの外部ケーシング１２の内部と 連通している。　ブロワ入口３１は環状ブリナム室３２と連通し、そしてブロワ ３０はプリナム室３２を加圧し、該ブリナム室はバーナー１３を介して空気を強 制し、かつ燃焼室１４中へ強制するものである。

燃焼ガスはチョーク１８から退去して、コイル入口ゾーン２０へ入り、そして減 圧下にコイルのターン２１の間隙１９を経由して流れる。　コイル・ターン２１ を退去する排ガスは燃焼乃至煙道ガス収集室２４内に収集される。　煙道ガス収 集室２４は、燃焼室１４に隣接する煙道ガス収集室２４内に完全に横たわってい る空気予熱器アセンブリー２６と流体連絡状態にある。

コイル・ターン２１を通過する燃焼ガスはコイル内に含まれる液体の温度を上昇 させる。　次に、燃焼ガスは空気予熱器２６を通過し、煙突乃至出口２８を経由 して大気中へ出て行く。

第４図を特に参照すると、本発明の空気予熱器２６が例示されている。　予熱器 ２６はセパレータまたは壁３４を用いており、これは基本的に波形または縦みぞ 面を有しており、また該波形面はその表面の別の回旋に固定された流れインクラ ブター３６を備えている。　壁３４およびインクラブター３６はボイラー隔壁３ ３上に装架されている。　流れインタラプタ−３６および壁３４は、それぞれ予 熱器２６の空気および排ガス側に関して隔離された流れ領域３５および３７を形 成する。

排ガスと予熱空気とはセパレータ３４、縦シール乃至隔壁３８、および横または 端部シール乃至隔壁４０によって混合が阻止されている。

作動に際して、隔壁３３に隣接する開放端３９において、空気予熱器２Ｇは煙道 ガス収集室２４と流体連通状態にある。　開放端３９の下方端縁３９人は僅かに セパレータ３４の上方と係合し、かつこれに対し延在し、それによって上方通路 ３７を経由するガス流路と提供する。　ガスは開放端３９を経由して空気予熱器 ２６中へ入り、通路３７の上面を横切り、煙突出口２８を経由して垂直方向へ出 て行く。

同様に、ブロワ入口３１を経由してブリナム３２に入る燃焼空気は、面３４の縦 みぞまたは波形ならびにインタラプタ−３６に直角な通路内のセパレータ３４の 下方を流れるが、前記縦みぞまたは波形ならびにインクラブターは乱流渦４１（ 第５図）を含む空気側フローパターンを生成する。　この波形面３４とインクラ ブター３６との組合わせは、面３４に沿う境界層の破壊によって組合わせの伝熱 有効性を実質的に増加させるものであることが見出されている。　その高温およ び高粘度によって、流れインタラプタ−３６に平行で面３４の上方を流れる高温 ガスは、排ガスの圧力低下における実質的な増加を伴うことなく、実質的に増強 された伝熱を提供するものであることもまた、判明した。　排ガス路における過 剰な圧力低下は非常に望ましくない。

ブロワ・アセンブリー３０により供給される燃焼空気に伝達された熱は、空気の 温度を実質的に高め、全ボイラー燃焼効率を増加させることになる。　この増加 は、排ガス路に沿い煙突２８に至る、顕著な燃焼ガスの圧力低下を伴わずに達成 される。　更に、燃焼空気ブロワ要件を実Ｈ的に増加させることなく、ボイラー 効率を増加させるための新規な手段が提供された。　また、本発明の熱交換器は 、既存のコンバク１〜・ボイラーの当初限界の完全な範囲内で増強した効率をも たらし、構造の変更なしで既存ボイラー中に空気予熱器２６の据叶を許容する。

第６図を参照すると、たとえばセパレータ３４Ａは垂直に延びるインタラプタ− ３６Ａを規定するように屈曲または形成される。　第４図における不連続セパレ ータ３４Ｂはそれぞれ直角に形成されて、垂直セパレータ３６Ｂを規定する。

第８図−第１０図中に最も良く示されているように、ボイラー１０は伝熱乃至エ コノマイザ・コイル＋００を備えている。　伝熱コイル＋００はプリナム室３２ 中に装着され、かつコイルまたはコイル・バンク２１を取り巻いている。　この 位置において、コイル１００は、ガスが間隙１９を経由し、かつコイル２１上を 通過するので、低温の排ガスによって加熱される。　従って、伝熱コイル１００ を通過する水はコイル２１を通過する流体よりも低温を有することになる。　こ の低温流体は、需要家用温水として、あるいはコイル２１用の給水として有用で ある。

伝熱コイル１００はヘヤビン形状を有し、かつコイル２Ｉにより限定されるコイ ル・バンクの少なくとも一部を取り囲んでいる。　例示された好ましい実施態様 においては、コイル・バンクの約７０パーセントが取り囲まれている。

コイル１００は、外部給冷水施設に連結されていてもよい入口１０２を備えてい る。　出口１０４もまた、設けられている。　出口１０４は需要家用とするため に、蛇口あるいは他の装置に連結されていてもよい。　たとえば、第１１図を参 照すれば、冷水は供給装置１０６からポンプ１０８へ供給してもよい。　ポンプ １０８はコイル＋００の入口１０２に接続される。　次に、水は加熱され、そし て出口！０４を経由して蛇口または同様な装置に流れる。

第１２図に示されるように、給冷水施設置１０は凝縮液受はタンク１１２に連結 される。　タンク＋１２からの水は、熱交換コイル１００を経由してポンプ１１ ４により汲み出される。　加熱された水は貯蔵用のドラム＋１６に入り、そして ポンプ＋１８により予熱給水としてボイラー１０およびコイル２１中に汲み出さ れ、それによりボイラー１０の効率を増加させる。

その結果、本発明によりコンパクト・ボイラー用空気予熱器であって、前述した 目的、目標および効果を十分に満足するものを提供し得たことは明らかである。

　この空気予熱器は、具体的なタイプおよび連続的縦方向流れインクラブターと 共に各種の波形または縦みぞ面を利用して開示されて来たが、第６図および第７ 図を含むが、これに限定されるものではない多くの代替および／または変形が、 先の記載にかんがみて当業者には明らかであろうことは明白である。　従って、 添付請求の範囲の精神および範囲内に入るときは、全ての代替、変形および変更 の包含を意図するものである。

０り 国際調査報告

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．シェル、前記シェル中の燃焼室、前記シェル内に装架されたコイル、前記コ イルを取り囲むブリナム室、前記ブリナムおよび空気源と連通する空気ブロワ、 および前記シェル内の排ガス出口を包含するタイプのコンパクト流体加熱器にお いて； 前記コイルに隣接し、前記室と、排ガスおよびエア・フローをそれぞれ隔離する ための不透過性、熱伝導性第１および第２面を備えるブリナムとの中間に位画す る空気予熱器を含んで構成され；前記第１面は、前記第２面からの第１方向に延 在して、前記排ガスを前記排ガス出口へ指向させるための前記第１面に沿う横方 向流路を形成し；前記第１面は、前記第２面からの第２方向に延在して、前記エ ア・フローを遮断するための前記横方向流路を横断する流れインタラブターを形 成することを特徴とする流体加熱器。
2. ２．前記第２面が、排ガスの流れに平行な回旋を備える縦みぞ面を含んで構成さ れる請求の範囲第１項記載の流体加熱器。
3. ３．前記第１面が、前記第１方向において、前記第２面上方に延在し、かつ前記 第２方向において、前記第２面下方に延在する請求の範囲第１項記載の流体加熱 器。
4. ４．更に、前記排ガスを前記第２面上方に指向させるための第１手段と、前記空 気を前記第２面下方へ指向させるための第１手段とを含んで構成される請求の範 囲第１項記載の流体加熱器。
5. ５．更に、前記コイルを取り囲む前記ブリナム室内に装架された熱交換コイルを 含んで構成され、前記熱交換コイルは、外部の流体供給施設に連結される入口お よび最終用途に接続される出口を備えている請求の範囲第１項記載の流体加熱器 。
6. ６．一端にバーナーそして燃焼ガス送り出し用の末端出口を備えた一般的に円筒 形の燃焼室と； 中央ガス入口および下記コイル・バンクの内部から外縁へ燃焼ガスを運ぶための 半径方向間隙を備える前記燃焼室と同心かつ、それから軸方向に離間した一般的 に円筒形のコイル・バンクと；空気を前記燃焼室に供給するための燃焼空気ブリ ナムと；前記コイル・バンクの前記外縁に隣接する煙道ガス収集器と；排ガスを 放出するための煙突と； 前記煙道ガス収集器から前記収集器と前記煙突とを連通させるための前記ブリナ ムへ延在する通路と； 前記通路の長さに延びるセパレータと；前記セパレータの第１側上の前記収集器 からの煙道ガスを連通する第１手段と； 空気源からの空気を前記セパレータの第２側に連通させる第２手段と；前記セパ レータ上で、かつ一般的にこれに対し垂直である長方形横方向延長部であって、 前記セパレータの前記第１側上に縦方向煙道ガス流路を、そして前記第２側上に エア・ブロー・インターラブタを形成するものとを含んで構成されるコンパクト ・ボイラーにおいて：前記収集器を退去する煙道ガスが、前記流路を通過し、そ して入って来る空気が前記インターラブタを横切って流れ、それにより前記空気 の温度を上昇させることを特徴とするコンパクト・ボイラー。
7. ７．前記延長部が前記空気の流れ方向を横断し、かつ前記空気流中に渦を生成す る形状を有している請求の範囲第６項記載のコンパクト・ボイラー。
8. ８．前記セパレータが波状の輪郭を有している請求の範囲第６項記載のコンパク ト・ボイラー。
9. ９．更に、前記コイル・バンクを取り囲む前記ブリナム内に装架された熱交換コ イルを含んで構成され、前記熱交換コイルは、外部の流体供給施設に連結される 入口および出口を備えている請求の範囲第６項記載のコンパクト・ボイラー。
10. １０．前記熱交換コイルがヘヤピン形状を有している請求の範囲第６項記載のコ ンパクト・ボイラー。
11. １１．ハウジングと、 前記ハウジング内に装架されたコイル・バンクと、前記シェル内の燃焼室と、 前記コイル・バンクを取り囲むブリナム室と、前記コイル・バンクを取り囲む前 記ブリナム室内に装架された熱交換コイルとを含んで構成され、前記コイル・バ ンクは前記燃焼室を取り囲んでおり、そして 前記熱交換コイルが流体供給施設に連結するための入口を有することを特徴とす るコンパクト・ボイラー。
12. １２．前記熱交換コイルがヘヤピン形状を有している請求の範囲第１１項記載の コンパクト・ボイラー。
13. １３．更に、前記ブリナム室内に装架された空気予熱器を含んで構成され、前記 予熱器は第１および第２面を備えており、前記第２面からの第１方向における前 記第１面は横方向流路を形成し、かつ前記第２面からの第２方向に延在して、前 記エア・フローを遮断するための前記横方向流路を横断する流れインタラブター を形成する請求の範囲第１１項記載のコンパクト・ボイラー。
14. １４．前記第２面が、排ガスの流れに平行な回旋を備える縦みぞ面を含んで構成 される請求の範囲第１１項記載のコンパクト・ボイラー。
15. １５．シェルと、 前記シェル内に装架されたコイル・バンクと、前記コイル・バンクを取り囲むブ リナム室と、前記ブリナム内の空気予熱器と、 前記コイル・バンクにより取り囲まれた前記シェル内の燃焼室と、前記コイル・ バンクを取り囲む前記ブリナム室内に装架された熱交換コイルとを含んで構成さ れ、そして 前記予熱器は排ガスおよびエア・フローをそれぞれ隔離するための第１および第 ２面を備えており、 前記第１面は、前記第２面からの第１方向に延在して、前記排ガスを前記排ガス 出口へ指向させるための前記第１面に沿う横方向流路を形成し、前記第１面は、 前記第２面からの第２方向に延在して、前記エア・フローを遮断するための前記 横方向流路を横断する流れインタラブターを形成し、前記熱交換コイルは、流体 の供給施設に連結される入口および出口を備えていることを特徴とするコンパク ト・ボイラー。
16. １６．前記熱交換コイルがヘヤピン形状を有している請求の範囲第１５項記載の ボイラー。
17. １７．前記第２面が、排ガスの流れに平行な回旋を備える縦みぞ面を含んで構成 される請求の範囲第１５項記載のボイラー。