(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部管寄せ及び下部管寄せを連通する多数の内側水管と外側水管により二重の環状水管壁を構成し、内側水管の内側に燃焼室を、内側水管と外側水管の間に燃焼ガス通路を形成し、
内側水管壁の開口部により燃焼室と燃焼ガス通路とを連通させ、外側水管壁の開口部により燃焼ガス通路と煙道とを連通させた構造のボイラにおいて、
外側水管壁に設けた開口部の近傍の所定の本数の外側水管に周方向のフィンを設け、前記フィンを有する外側水管と該外側水管の外側に設けられたケーシングとの間に断面が三角形の棒状のバッフルを設け、前記バッフルを前記外側水管壁の開口部の近傍に配置したことを特徴とする水管ボイラ。
【請求項２】
前記周方向のフィンをスパイラル状のフィンとしたことを特徴とする請求項１記載の水管ボイラ。
【請求項３】
外側水管の周方向のフィンのピッチ及び／又は高さを変えて燃焼ガスの流れの上流から下流に向けて、周方向のフィンを有する水管の伝熱面積を順次増加させたことを特徴とする請求項１又は２に記載の水管ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上部管寄せと下部管寄せとを多数の内側水管と外側水管で連通した構造の水管ボイラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来のこの種の水管ボイラの構造を示す縦断面図、図５は横断面図である。図示するように、上部管寄せ（上部胴）１と下部管寄せ（下部胴）２とを多数の内側水管３と外側水管４で連通し、内側水管壁内に燃焼室８を、内部水管壁及び外側水管壁の間に燃焼ガス通路５を形成している。そして、内側水管壁に開口部１０を設けて燃焼室８と燃焼ガス通路５とを連通させると共に、外側水管壁に開口部１１を設けて、燃焼ガス通路５と煙道１２を連通させた構造である。
【０００３】
この従来例の水管ボイラにおいては、燃焼室８から内側水管３の水管壁に設けられた開口部１０を通って出た燃焼ガスは、内外側水管３，４の水管壁によって形成された燃焼ガス通路５を流れることにより、内側水管３及び外側水管４と熱交換を行い、ガス温度を下げつつ煙道１２に向かう。
【０００４】
また、図６は実開平３−１２８２０１号公報に開示されたものであり、これは、全ての外側水管４を水管にフィンがコイル状に巻き付けられたフィンチューブとしており、これにより、外側水管４の伝熱表面積を増加させて蒸発量の増加すなわち効率の向上を図るものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の技術においては、以下のような課題が残されていた。
つまり、図４及び図５の構造のボイラにおいては、水管の容積に対する表面積の割合が小さく、伝熱量が不充分で効率が良くなかった。熱出力（蒸発量）を増加させる目的で伝熱面積を増やすには、内外側の水管本数を増やすか水管長を長くしなければならず、外形が大きくなったり高さが高くなるという問題があった。更に、内側水管３は燃焼室８側より火炎（図示せず）から均一な輻射を受けるので、比較的蒸発量が均一となるが、外側水管列４は燃焼ガスの温度降下に従って蒸発量が減少し、流路に沿った各場所５ａ，５ｂ，５ｃで蒸発量が偏り、特に低温部５ｃでの蒸発量が低下してガスの熱量の有効な活用ができなかった。
【０００６】
また、図６の構造においては、内側水管３の水管壁に設けられた開口部１０を通って出た高温の燃焼ガスは、フィンチューブの間を通過して高温のままケーシング及び断熱材に接触するので、ケーシング及び断熱材を高温に耐え得る仕様とする必要があり、コストが上昇するとともに、フィンが高温となって焼損するなど耐久性に問題を生じた。また、燃焼ガスがフィンチューブの両側を流れるので、ガス通路５を狭くすることによって流速を増加させ、伝熱効率の向上を図ることが出来ない。従って、伝熱面積を増加させた割には蒸発量が増加せず、コストがかかる割には効率上昇が図れないという欠点があった。
【０００７】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、上記問題点を解決し、効果的に伝熱面を配置することによって各水管の蒸発量を均一化し、構造が簡単で、安価且つ伝熱効率の優れた水管ボイラを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【発明を解決するための手段】
本発明は上記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、上部管寄せ及び下部管寄せを連通する多数の内側水管と外側水管により二重の環状水管壁を構成し、内側水管の内側に燃焼室を、内側水管と外側水管の間に燃焼ガス通路を形成し、内側水管壁の開口部により燃焼室と燃焼ガス通路とを連通させ、外側水管壁の開口部により燃焼ガス通路と煙道とを連通させた構造のボイラにおいて、外側水管壁に設けた開口部の近傍の所定の本数の外側水管に周方向のフィンを設け、前記フィンを有する外側水管と該外側水管の外側に設けられたケーシングとの間に断面が三角形の棒状のバッフルを設け、前記バッフルを前記外側水管壁の開口部の近傍に配置したことを特徴とする水管ボイラである。
【０００９】
上記の如く構成することにより、燃焼室内で燃焼した燃焼ガスは、内側の水管壁の開口部から燃焼ガス通路に達し、内側水管及び外側水管の水管壁との間で熱交換を行い、外側水管の水管壁の開口部から煙道へ向かう。ここで、外側水管壁に設けた開口部の近傍の所定の本数の外側水管にのみ周方向のフィンを設けているので、充分な伝熱量を得るに必要なガスの流速と、外側水管の伝熱面積のバランスを、全体としての熱伝達効率が最も高くなるように設定することができる。また、フィンは、開口部の近傍のガス温度が低下した箇所の水管に形成しているから、外形寸法はそのままで低温域での伝熱量が増加し、各水管の吸収熱量を均衡させ、水位を均衡させてキャリーオーバーを防ぎ安定した稼動を行わせる。
【００１０】
水管に取り付けるフィンは、伝熱面積として算出する場合、片面実面積の２０％で良い為、少ない面積増加でボイラ効率の向上が図れる。また、周方向のフィンを有する水管を配置している近傍において、燃焼ガスが直接ケーシング（断熱材）に接触する部分は燃焼ガス温度も充分低下しているため、従来例のような高温仕様のものを使用しなくてもよい。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記周方向のフィンをスパイラル状のフィンとしたことを特徴とする請求項１記載の水管ボイラである。
請求項３に記載の発明は、外側水管の周方向のフィンのピッチ及び／又は高さを変えて燃焼ガスの流れの上流から下流に向けて、周方向のフィンを有する水管の伝熱面積を順次増加させたことを特徴とする請求項１又は２に記載の水管ボイラである。これにより、周方向のフィン１４を有する水管１３の実伝熱面積を燃焼ガスの流れの上流よりも下流の方が大きくなるようにし、各水管の受熱量をより均一にし、蒸発量の増加が図られる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図１及び図２は本発明の一実施例の水管ボイラの構造を示す図で、図１は縦断面図、図２は横断面図である。上部管寄せ１及び下部管寄せ２はともに環状に形成され、これら上部管寄せ１及び下部管寄せ２とは多数の内側水管３と同じく多数の外側水管４で連結されている。
【００１３】
多数の内側水管３は互いに密接して配列され、環状の水管壁により内側に燃焼室８を構成しており、上部管寄せ１の内側には、燃焼室８に向けてバーナ（燃焼装置）９が設けられている。また、外側水管４は間隔をあけて互いにフィン１５によって連結され、同じく環状の水管壁をして構成されている。内側水管３の水管壁と外側水管４の水管壁の間には、燃焼ガス通路５が形成されている。内側水管壁には煙道１２の反対側に開口部１０を設けて、内側水管壁内に形成された燃焼室８と燃焼ガス通路５とを連通させ、外側水管壁には煙道１２側に開口部１１を設けて、燃焼ガス通路５と煙道１２を連通させている。外側水管４の水管壁の外側にはケーシング６が設けられ、その外側には断熱材７が設けてある。
【００１４】
内側水管３と外側水管４とは互いに周方向に略半ピッチずつずらして配列されている。外側水管４の水管壁のうち、開口部１１に近い部分のある本数（図では５本）は周方向のフィン１４を有する水管１３となっている。なお、フィン１４を有する水管１３とケーシング６の間に燃焼ガスの流れを変えるように断面が三角形の棒状のバッフル１７が設けられてもよい。
【００１５】
次に上記構造の水管ボイラの作用について説明する。燃焼室８で燃焼した燃焼ガスは、内側水管３の水管壁に設けられた開口部１０で分岐して燃焼ガス通路５に達した後、内側水管３及び外側水管４の水管壁との間で熱交換し、外側水管４の水管壁に設けられた開口部１１の部分で合流し煙道１２へ向かう。この場合、外側水管４の水管壁に設けられた開口部１１付近の外側水管は、周方向のフィン１４を有する水管１３であるから、周方向のフィン１４の伝熱面積を有効に使用することができ、伝熱量が増加する。また、水管１３とケーシング６の間にバッフル１７を設けた場合、燃焼ガスの流れを変え、滞留が起こらないようにしているので、伝熱量が一層高められている。
【００１６】
このように、燃焼ガス通路５においては、内外側水管３，４の水管壁との間で熱交換しているので、フィン付き水管１３の近傍における燃焼ガス温度は、内側水管３の水管壁に設けられた開口部１０の付近より低下しており、断熱材７をより低いガス温度仕様にすればよく、断熱材７のコストを下げることができる。
【００１７】
図３は本発明の他の実施例の水管ボイラの構造を示す横断面図である。図３の水管ボイラが図２の水管ボイラと相違する点は、図２においては、内側水管３の列は隣合う水管を互いに密接させて配列しているのに対して、図３においては内側水管３の列も外側水管４の列と同様水管を互いにフィン１６で連結している点であり、その他の点は両者同一である。
【００１８】
図２及び図３の実施例においては、周方向のフィン１４を個々が分離した円板状としたが、生産効率の良いスパイラル状のフィンとしてもよい。また、上記の実施例では、フィンのピッチ（間隔）や高さは一定としたが、これを適宜に変化させて、水管の伝熱面積を燃焼ガスの流れの上流から下流に向けて順次増加させるようにしてもよい。これにより、一層きめ細かく各水管の伝熱量を均衡させて、全体としての伝熱効率を向上させることができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、外側水管壁に設けた開口部の近傍の所定の本数の外側水管にのみ周方向のフィンを設けているので、充分な伝熱量を得るに必要なガスの流速と、外側水管の伝熱面積のバランスを、全体としての熱伝達効率が最も高くなるように設定することにより、従来の缶体の構造を変えたり、寸法を大きくすることなくボイラ効率の向上が図れるとともに、各水管の吸収熱量と水位を均衡させ、缶水の一部が蒸気に混じって排出されるキャリーオーバーを防ぎ安定した稼動を行わせる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の水管ボイラの構造を示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施例の水管ボイラの構造を示す横断面図である。
【図３】本発明の他の実施例の水管ボイラの構造を示す横断面図である。
【図４】従来のこの種の水管ボイラの構造を示す縦断面図である。
【図５】従来のこの種の水管ボイラの構造を示す横断面図である。
【図６】他の従来例の多管式貫流ボイラの構造を示す横断面図である。
【符号の説明】
１        上部管寄せ
２        下部管寄せ
３        内側水管
４        外側水管
５，５ａ〜５ｃ        燃焼ガス通路
６        ケーシング
７        断熱材
８        燃焼室
９        燃焼装置
１０        開口部
１１        開口部
１２        煙道
１３        周方向のフィンを有する水管
１４        周方向のフィン
１５        フィン
１６        フィン
１７        バッフル
１８        コイル状に巻き付けたフィン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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