JPS6399452A - 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】 本発明はボイラーに関するものである。

熱交換器と、該熱交換器を介して循環する通常は水であ
る流体を加熱するためのガス又はオイルバーナー構成体
とから成るボイラーは周知である。

このようなボイラーは温水と中央暖房方式に通常使用さ
れており、その場合、熱交換器は給湯と所望数の暖房装
置の貯蔵シリンダーを通る回路中に接続されている。

ガスと石油の原価の上昇と共に、このようなボイラーの
効率改善による運転費低減に少なからぬ研究がなされて
きた。たと丸ば、伝熱と高導電率素材での熱交換器組立
ての双方かいずれか一方に利用できる熱交換器の表面偵
を増大させて効率を改善するのは周知のことである。

しかし、乙のような方法のどちらも、熱交換面における
比較的低温で移動の遅い燃焼生成物の境界層の形成ある
いはをへ交換面上の凝縮水分の皮膜の形成が起こす問題
の解決にはならない。

その理由はその双方とも断熱作用を有しそのため効率低
下を起こさせるからである。

さらに、両方法はともに製造原価を上昇させまた、多く
の高導伝率素材は燃焼生成物に含有する水分と高温酸性
気体による侵蝕の影響を受は易（、熱交換面に腐食沈着
物の付着を起こすため効率を低下させ結果的に熱交換器
の故障になる。

本発明の目的は前述の少なくともいくつかの欠点を軽減
するボイラーを提供することにある。

本発明によれば、熱交換器を具備し、該熱交換器を介し
て加熱する流体を循環させ、その循環流体を加熱を加熱
するバーナー溝成体を設け、熱交換器を回転させる駆動
機構を備えたボイラーを提供することにある。

熱交換器を回転させて、熱交換面における比較的低温で
移動の遅い燃焼生成物を比較的高温燃焼生成物に置き換
えると、熱交換面上に凝縮する水分が除去される。

詳述するならば、熱交換器を回転させると熱交換面と燃
焼との間の相対速度を増大させ、燃焼生成物の高剪断応
力と乱流を起こし、それによって熱交換面における比較
的低温で移動の遅い燃焼生成物の形成を妨げる。これに
加丸で、熱交換器を回転させると熱交換面上に凝縮する
水分が熱交換Ｚｇの外周縁に流出しそこから飛散し、そ
れにより熱交換面上の凝縮液被膜形成を妨げる。

その結果として、熱交換面は比較的低温て移動の遅い燃
焼生成物の境界層またはＲ１ａ水分の表面被膜の断面作
用を受けない。

この改善効率は熱交換表面積の増大なしに達成でき、ま
た燃焼生成物に含有する水分と高温酸性気体による侵蝕
にも絶えられる。

バーナー構成体を燃焼室の備わる閉鎖包囲体に取付け、
バーナー構成体と燃焼室から燃焼生成物を除去する燃焼
室の端壁にある流出口との間の燃焼室内に回転可能に取
付ける。

バーナー構成体と熱交換器は好ましくは類似の形状、例
えば環状にし、熱交換器の前面を黒くするか、さもなけ
れば燃焼工程が放射した輻射熱の有効な吸収に適応させ
る。

熱交換器の周縁部を閉鎖包囲体の側壁の中の溝に配置す
るのでその中に、熱交換器から飛散した凝集液を集めろ
ことができろ。ダクトが溝から集められた凝集液を排水
する溝に通じている。

熱交換器の前面から流出口への燃焼生成物の流動を熱交
換器と閉鎖包囲体の側壁と端壁の間の狭い間隙に周縁部
と後面において閉じ込める。

端壁に間隙の空気移動を促進するため、たと又は半径方
向に拡がる羽根かその他の形状のものでその先端にたと
えばブラシのようなワイパー機構がついていて熱交換器
上の境界層を波層する機構を備える。

熱交換器：よ好ましくは環状で軸線方向に離間した前後
壁から成り、それが軸線方向な隔より数倍大きい直径を
有し、燃焼生成物との有効熱交換のための内部体猜比に
対して大きい外表面積を備える。

熱交換器の内部を燃焼室を連結する環状間隙を残すｔ二
め周縁部から離れて終結する放射状隔壁によって前後室
に分割する。

後壁と隔壁とを流出口まで延びろ同中心の外側及び内側
管の対応する一方の端に連結される中間開口部で形成し
、両管の対応する他端を回転可能に収容し、各管中に開
口する分離流体流路で形成された取付は台の段付き内腔
に対応し封止する。この方法で流体を熱交換器の同時回
転を用いて熱交換器を通して循環させることができろ。

取付は台における流体路を流体循環の流入口および流出
口のカップリングが備わる主供給分岐管に連接する。流
入口カップリングを水路開口部に連接して外側管に挿入
し、流出口カップリングを水路開口部に連設して内側管
に挿入する。この方法では、熱交換器を通る流体流は熱
交換面を越えてくる燃焼生成物の流の方向と逆の方向に
なる。

熱交換器を回転させる機構を、外側管で固定した、たと
えば無端ベル！・で被駆動ビニオンに連接した駆動ピニ
オンを支持する出力軸を備える電！＠１機で構成する。

バーナー構成体は単一バーナーから成るが、もっとも好
ましくは、バーナー構成体は複数の分離バーナーから成
り、たとえばガスまたは油のようなそれに供給する適切
な燃料を、バーナー構成体のエネルギー出力をバーナー
の選択操作によって所望通りに変化させ得ろような方法
で制御する。

バーナー構成体の燃料をガスて供給する場合、バーナー
あるいはその他各バーナーを好ましくハａ　Ｑｔ熱およ
び燃焼生成物に含まれる熱のほぼ等量の燃焼工程のエネ
ルギーを放射する輻射ブラックで構成する。各バーナー
はまた燃焼生成物の過稀釈なしにガスの完全燃焼を確実
にする完全予備混合型である。

バーナー構成体と熱交換器を、燃料生成物排出の排出口
に連接する排気ダクトを含み、燃焼工程の空気流入を備
える向合煙道を具備する密閉ケーシングに収容する。熱
交換器回転の機構によって都合より、駆動される。送風
機が空気流入を制御する。変形的に送風機は排気ダクト
に排出される燃焼生成物を制御する。

次に本発明の実施例を添付図面について詳細に説明する
。

図に関し、本発明によるボイラー１は第１図乃至第３図
に示されており、ボイラー１と一体になっている温水及
び中央加熱装置が第４図に示されている。

外壁Ｗに取付けられているボイラー１（よ密閉長方形外
側ケーシング２を有し、ケーシング２の下には使用にお
いてボイラーの操作を制御するｔコめの点火、温度及び
タイマーの制御機構３゜４及び５を取付けである。制御
機構３，４及び５は当業者に周知の適切な種類であれば
どのようなものでもよ（、本発明を理屏するためにさら
に詳細に述べる必要はない。

ケーシング２には環状ガスバーナー構成体６と、燃焼工
程のエネルギーにより加熱される水がボイラー１の使用
中に循環される環状熱交換槻７とが配設されている。

バーナー構成体６は断熱包囲体８に取付けられ、３つの
分離バーナー９に半径方向に分割されている。断熱包囲
体８はバーナー構成体６の片側に各バーナー９に対して
むらのない均一なガス／空気混合物を確保するための混
合室１０を備えろと共に、バーナー構成体６の他の側に
熱交換器７がバーナー構成体６と同軸的に且つ離間して
回転可能に取付けられた環状燃焼室１１を備えるように
形成されている。

各混合室１０は管１２，１３と１４により共通バーナー
多岐管１５に連接され、共通バーナー多岐管１５は単管
１６により適切なガス供給に連接するガス流入継手１８
を備える主供給多岐管１７に連接されている。

単管１６に配置されｔ二車ガス制御弁１９はバーナー多
岐管１５に供給するガスを制御する。

バーナー多岐管１５から管１２と連係しているバーナー
９の混合室１０までのガスの供給は間断なく行われろが
、管１３及び１４と連結するバーナー９の混合室１０ま
でガス供給は管１３及び１４に配置された各ソレノイド
弁２０及び２１により制御される。この構成によって、
弁２０及び２１の選択的操作はバーナー構成体６の必要
なエネルギー出力に依存して１つ、又は２つ、或いは３
つのバーナー９を使用する乙とができろ。

バーナー構成体６の反対側の熱交換器７の断熱包囲体８
の端壁２２の中心に（よ流出口２３が配列され、流出口
２３は燃焼室１１から燃焼生成物を除去する排気ダクト
２４に連結している。

排気グクト２４は燃焼生成物を大気中に排出させるため
且つ燃焼工程に必要なバーナー構成体６に対するガス供
給に同伴させる送風機２６の制御下による空気流を備え
るため外壁Ｗを通り抜けて延伸するように配設した向合
煙道２５に案内されている。

各バーナー９は輻射熱及び燃焼生成物に含まれる熱のほ
ぼ等量で燃焼工程のエネルギーを放射する半径方向小板
から成り、ガスの完全燃焼に必要な適量空気の存在を確
実にする完全な予備３！！金型であり、それによって高
：）度の酸化炭素の発生又は燃焼生成物の過稀釈を避け
る。この方法で、バーナー構成体６の安全て効率のよい
操作ができる。

熱交換器７は溶接することにより外周縁においてそれぞ
れ接合された軸方向に離間する前壁２７と後壁２８とか
ら成る。これら両壁２７゜２８はステンレス鋼から形成
され、燃焼生成物に含まれる水分と高温酸性気体による
侵蝕を妨げ、この方法で外面に付着する腐蝕生成物の堆
積によって熱交換器７の効率が減少することばない。

ステンレス鋼は循環流体の圧力下で破断の危険なしに両
壁２７，２８を比較的薄くすることができる高強度性と
耐蝕性とが組み合わされているのて両壁２７と２８にと
って好ましい素材である。

両壁２７と２８は軸方向分離の数倍大の直径を有し、燃
焼生成物に対する効率のより熱交換に必要な内容櫃比に
対し大きな外面積を備えており、バーナー構成体６に面
する前壁２７の外面は燃焼工程によって放射されろ輻射
熱吸収を有効にするため黒くしである。

熱交換！ａ７の後壁２８をわずかばかり断熱包囲体８の
端壁２２から離間させ、熱交換器７の外周域を閉鎖包囲
体８の側壁３０に形成された環状溝２９内に配設する。

この構成によって、熱交換器７の前部から流出口２３ま
での燃焼生成物の流動が熱交換器７の周縁と後側におけ
る熱交換器７と閉鎖包囲体８の側壁３０及び地壁２２と
の間の狭い間隙３１に制限されている。

加えて、端壁２２は間隙３１内で周囲から１間して半径
方向に拡がる複数の羽根３２を４１３九ている。

熱交換器７は円周方向に互いに関し互い違いにした半径
方向のスペーサ３６を前後壁２７゜２８に対向する側に
取付けたステンレス鋼製の内部隔壁３５を半径方向に延
伸させることにより前室３３と後室３４にそれぞれ内部
で分割されている。隔壁３５は前後壁２７，２８の周縁
に達しないで止まり、環状間隙３７をその周縁に残し、
環状間隙３７はそれらの間に水を循環させろため前後室
３３．３４に連接している。

後室２８と隔壁３５はそれぞれ中央開口部３８と３９を
形成し、中央開口部３８．３９には同中心のステンレス
鋼の円筒状内管及び外管４０．４１の対応する一端を連
接する。両管４０及び４１は燃焼室１１から流出口２３
を通って軸線方向に延伸し、両管４０，４１の対応する
他端は取付は台４３内に回転可能に収容され且つ環状封
止体４４，４５により取付は台４３の段付き内腔に関し
て密封されている。

取付はブロック４３内に形成されたそれぞれの水路４６
，４７は各管４０，４１に開口している。各水路４６と
４７はそれぞれの管４８と４９により供給多岐管１７（
ζ連接され、供給多岐管１７は矢印で示した通り熱交換
器７の外表面を越えて流れる燃焼生成物の流動と反対方
向に熱交換器７を通る水を循環させるため水の流入カッ
プリング５０と流出カップリング５１を備九ている。こ
の方法において、循環水と燃焼生成物との間の温度差が
熱交換器７の全外表面を越えて流れる燃焼生成物との有
効な熱交換に最も効果的である。

第５図及び第６図に示した変形例において、円板型熱交
換器７の性能は前後室３３．３４に銅製メツシュア０を
備えて水側の表面債を拡げろことによりさらに高めるこ
とができる。前後壁２７，２８を符号７１の地点で段差
をっけ、各室３３．３４は銅製メツシュの内側リングと
外側リング７２．７３を含有する。内側リング７２は外
側リング７３よりも肉厚が厚く、異なった型式のメツシ
ュとし、それによって各室３３と３４における流れ面積
は熱交換器の流入と流出の両口で増大させ、メツシュに
より生じる制限を減少させる。代表的なメツシュは内側
リング７２に：よエクスパメット（登ｔＭｆｌ標”Ｅｘ
ｐａｍｅｔ”）１９６Ｃ（厚さ２．５ｍｍ）　、外側リ
ング７３にはエクスパメット（登録商標“Ｅ　ｘ　ｐ　
ａ　ｍ　ｅ　ｔ　”　）　　２２７　Ｃ（厚さ１．２ｍ
ｍ）である（エクスパメット１９６Ｃ及びエクスパメッ
ト２２７Ｃはエクスパンデッド　メタル　カンパニイ　
リミテッドから発売されている）。

異なる方向でメツシュを通る流れ特性が異なるので、メ
ツシュの各リング７２．７３をそれぞれ６個のセグメン
ト７４と７５に分割し、各セグメントが１枚の適切な種
類のメツシュから同じ方向になるように裁断し、そして
均一な流れを生じさせるよう外側リング７３のセグメン
ト７５に関し互い違いになるよう配設した内側リング７
２のセグメント７４て組み立てる。

組み立てに当り、メツシュア０または熱交換器７の前後
壁２７，２８と隔壁３５のいずれかを銀メッキし、さら
に荷重をかけて蝋付けをして効果的な伝熱が得られろよ
うメツシュア０と前壁２７と、後壁２８と、隔壁３５と
の間に協力な構造と良好な熱接触を与えろ銀／銅共融接
着を形成する。前述した銅製メツシュア０の代りに金属
発砲体を用いると拡大表面積が得られる。変形的に表面
積拡大のための方法であればどんなものでも使用できろ
。さらに、たとえば低熱伝導性素材又は隔壁３５の複合
構造の使用で隔壁３５の熱伝導性を減少させろことば熱
交換器７の性能をさらに向上させることに有利である。

熱交換器７を回転させ且つ送風機２６を運転させろため
に電動機５２をケーシング２中に取付け、電動機５２は
外側管４１に固定しｔコ被駆動ピニオン５６と送風機２
６に結合している被駆動ピニオン５７とに無端歯付きベ
ル１−５５によって連接された！７動ピニオン５４を支
持する出力軸５３を備えている。

熱交換機７の回転（よ熱交換機７の外面と、該外面を越
九で流れる燃焼生成物との間の相対速度を増大させる。

これは燃焼生成物の高剪応力と乱流の原因となるが、羽
根３２が端壁２２上に備えられている熱交換器７の周縁
域と後側において狭い間隙に３１に制限される。

その結果として、熱交換器７の外面の近くの比較的低温
燃焼生成物を高温燃焼生成物と常に取り替えられ、それ
により熱交換器７の外面における比較的低温で移動の緩
慢な燃焼生成物の断熱境界層の形成を実質的に除去する
ことにより熱交換器の効率を改善する。

熱交換器７の回転はさらに、熱交換器７の外面上に凝縮
する燃焼生成物中のどんな少量の水分も飛散させ、それ
により熱交換器７の外面上の凝縮水分の断熱フィルムの
形成を除去することによって熱交換器７の効率を改善す
る。熱交換器７から飛散する凝縮水分は環状溝２９内に
集まり、溝２９の底部の狭いダクト５８を通って排気ダ
クト２４中に排出される。この凝縮水分はその後排気ダ
クト２４に凝縮する他の少量の水分と共に外壁Ｗを通り
排気ダクト２４の底部から案内されているドレイン排出
口５９に排出されろ。

第４図に関し、ボイラー１は暖房するための放熱器６１
と温水を供給するため貯蔵シリンダ６３に含まれる水を
加熱するコイル６２とを含む回路６０中に連接されてい
る。

上述のごとく、ボイラー１により加熱された水がポンプ
６４によって回路６０の廻りを循環させ、空気と水の温
度を監視するため配置したサーモスタット６６と６７に
より制御される三方弁６５はサーモスタット６６．６７
により探知した温度に応じてラジェーター６１とコイル
６２の双方ともまたはいずれか一方に水流を向けるよう
に作動できろ。周知の方法で、回路６０は自動空気換気
孔６８と供給及び膨張クンクロ９とを含み、更にただ一
つの放熱器６１が示されているが、所望の数だけの放熱
器６１を備えることもできろ。

本発明は上述のボイラーの構造に限定することな（、加
熱さるべき流体を回転可能熱交換器を通してその中で循
環するすべての構造を含むものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるボイラーの縦断側面図、第２図は
内部構成部品を示すためケーシングの上面を取外した第
１図に示したボイラーの平面図、第３図は熱交換器の一
部の斜視図、第４図は第１図乃至第３図に示したボイラ
ーと一体の温水と中央暖房方式の説明図、第５図は第１
図に示した熱交換器の変形例の側面図、第６図は第５図
に示した熱交換器の前壁を取り外した正面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加熱すべき流体を循環させる熱交換器と、循環流体を加
   熱するバーナー構成体とから成り、熱交換器を回転させ
   るための駆動機構を備えたことを特徴とするボイラー。