(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ガスの熱によってボイラ水を加熱するボイラ、ボイラから排出される排ガスを通す排ガス通路、排ガス通路の途中に設置した給水予熱装置によって排ガスの熱を回収してボイラ給水の予熱を行うようにしている給水予熱装置を持ったボイラであって、給水予熱装置内には縦方向に延びる仕切板を設置することで、給水予熱装置内部を排ガス入口側と排ガス出口側に分割し、前記仕切板は、上端側と左右の端部では給水予熱装置の排ガス流路壁面とつながり、下端側では給水予熱装置底面との間に隔たりを持ったものとし、排ガスは給水予熱装置の上部に入り、排ガス流下降流路内を下向きに流れて前記仕切板下方を通った後、排ガス流上昇流路内を上向きに流れて給水予熱装置の上部から出ていくようにしており、給水予熱装置内の排ガス流下降流路に多数の伝熱管を設置することで排ガスの熱によってボイラ給水を予熱するようにしている給水予熱装置を持ったボイラにおいて、前記排ガス流下降流路は下方側で流路面積が狭くなり、排ガス流上昇流路では下方側で流路面積が大きくなるように前記の仕切板の設置位置を下方では排ガス流下降流路側に変位させていることを特徴とする給水予熱装置を持ったボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼排ガスの熱を利用して給水の予熱を行う給水予熱装置を持ったボイラに関するものである。 
【背景技術】
【０００２】
特開２０１３−１０８６４３号公報に記載があるように、ボイラから排出する燃焼排ガスを通す排ガス通路に給水予熱装置を設け、燃焼排ガスによってボイラ給水を予熱することが広く行われている。排出する排ガスを利用してボイラ給水を予熱することで、ボイラの効率を向上させることができる。給水予熱装置では、排ガス通路内の燃焼排ガスと、排ガス通路内に設けた伝熱管内を流れるボイラ給水との間で熱交換を行っており、伝熱管が燃焼排ガスから吸収する熱量が多くなるほど給水の温度を上昇させることができ、ボイラの効率は向上する。
【０００３】
特開２０１３−１０８６４３号公報では、給水予熱装置はボイラと横並びに設置しており、ボイラから排出される排ガスは給水予熱装置の側面から給水予熱装置内へ入るようにしている。図４は比較のための従来用いられていた一般的な構成の給水予熱装置である。この給水予熱装置７では側面に排ガス入口８を設け、給水予熱装置７の内の排ガス流路には多数の伝熱管を設置している。伝熱管は内部にボイラ給水を通すものであり、排ガス通路内を流れる排ガス流に対して交差する方向に設置しておき、伝熱管周囲に流れる排ガスと伝熱管内を流れるボイラ給水の間で熱交換を行う。給水予熱装置７でボイラ水の予熱を行った排ガスは、最終的には煙突から戸外へ排出するため、給水予熱装置の排ガス出口９は給水予熱装置の上部に設けている。排ガス入口８は給水予熱装置側面ではあるが、側面でも上方部分に設けているため、排ガス入口と排ガス出口のいずれもが給水予熱装置の上部に設けている。この場合、排ガス入口８から排ガス出口９へ排ガスが直接流れると給水予熱装置７での熱回収が行えないため、給水予熱装置内部では排ガス入口側と排ガス出口側を隔てる仕切板４を設けており、排ガス流は仕切板４の下方をくぐるようにしている。給水予熱装置７の内部は仕切板４で分割することで、排ガス入口８側の排ガス流下降流路１０と、排ガス出口９側の排ガス流上昇流路１１を設けており、排ガス入口８から入った排ガス流は、排ガス流下降流路１０内を下向きに流れた後に仕切板４の下方を通り、排ガス流上昇流路１１内を上向きに流れて排ガス出口９から排出するようにしている。
給水予熱装置の伝熱管３は、排ガス流が下向きに流れる排ガス流下降流路１０に設けておき、下向きに流れる排ガスによって伝熱管を加熱する。
【０００４】
この排ガス流下降流路１０での排ガス流は、排ガス入口から仕切板下方のターン部へ向けて流れていく際、最短経路をとる傾向がある。また、排ガスは伝熱管３を加熱することで温度が低下し、排ガスは温度が低下することでボリュームが低下していく。そのため、排ガス流路の略直方体の領域に伝熱管を設置している場合、排ガス流下降流路１０内を流れる排ガス流は、当初は流路の全体を流れていても、徐々に片寄りが発生する。この場合には、伝熱管設置部の排ガス流下流側であって、仕切板下部のターン部から離れている側では、排ガスの流れが少なくなるため、この部分では熱の吸収量が低下することになっていた。
【０００５】
また、下向きに流れてきた排ガス流が反転して上向きに流れる流路のターン部では、燃焼ガス流には抵抗が発生し、圧力損失が発生することになっていた。排気流路にて圧力損失が発生すると、ボイラでの炉内圧力が上昇し、ボイラでの燃焼状態を悪化させることもあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１０８６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、ボイラからの排ガスを通す排ガス流路を内部でターンさせている給水予熱装置を持ったボイラにおいて、熱吸収量を増加し、かつ給水予熱装置内での排ガス流の圧力損失を低下させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、 燃焼ガスの熱によってボイラ水を加熱するボイラ、ボイラから排出される排ガスを通す排ガス通路、排ガス通路の途中に設置した給水予熱装置によって排ガスの熱を回収してボイラ給水の予熱を行うようにしている給水予熱装置を持ったボイラであって、給水予熱装置内には縦方向に延びる仕切板を設置することで、給水予熱装置内部を排ガス入口側と排ガス出口側に分割し、前記仕切板は、上端側と左右の端部では給水予熱装置の排ガス流路壁面とつながり、下端側では給水予熱装置底面との間に隔たりを持ったものとし、排ガスは給水予熱装置の上部に入り、排ガス流下降流路内を下向きに流れて前記仕切板下方を通った後、排ガス流上昇流路内を上向きに流れて給水予熱装置の上部から出ていくようにしており、給水予熱装置内の排ガス流下降流路に多数の伝熱管を設置することで排ガスの熱によってボイラ給水を予熱するようにしている給水予熱装置を持ったボイラにおいて、前記排ガス流下降流路は下方側で流路面積が狭くなり、排ガス流上昇流路では下方側で流路面積が大きくなるように前記の仕切板の設置位置を下方では排ガス流下降流路側に変位させていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明を実施することによって、給水予熱装置での熱吸収量を増加させることができ、かつ給水予熱装置内での排ガス流の圧力損失を低下させることができる。 
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例の給水予熱装置断面図
【図２】本発明の第二の実施例における給水予熱装置断面図
【図３】従来の給水予熱装置断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明を実施している給水予熱装置の断面図である。ボイラ１で発生した燃焼排ガスは、排ガス通路２を通して戸外へ排出するものであるが、排ガス通路２途中に給水予熱装置７を設けており、排ガスは給水予熱装置７を通した後に戸外へ排出する。給水予熱装置７は略直方体の形状をしており、給水予熱装置７は側面に排ガス入口８、上面に排ガス出口９を設けている。排ガス入口８は、給水予熱装置７の側面であるが上面に近い位置に設けており、排ガスは給水予熱装置内の上部に入る。排ガス通路２を通して送られてきた排ガスは、側面の排ガス入口８から給水予熱装置７内に入り、給水予熱装置７の内部を通過した後に上面の排ガス出口９から排出する。
【００１２】
給水予熱装置内には、内部を排ガス入口８側と排ガス出口９側に分割する仕切板４を設置しておく。仕切板４は、上端側と左右の端部では給水予熱装置の排ガス流路壁面とつながり、下端側では給水予熱装置底面との間に隔たりを持ったものとしており、給水予熱装置内は仕切板４の下方以外では分断されている。そのため、排ガス入口８から給水予熱装置７内上部に入った排ガスは、給水予熱装置７内を下方に流れて仕切板４の下方の空間でターンし、そこから上方に向けて流れて排ガス出口９より排出される。
【００１３】
給水予熱装置内部は、仕切板によって２つの排ガス流路に分割した構成となっており、排ガス入口８側の流路は排ガス流下降流路１０、排ガス出口９側の流路は排ガス流上昇流路１１となる。排ガス流は排ガス流下降流路１０で下降し、仕切板４の下方でターンした後、排ガス流上昇流路１１で上昇流となる。
【００１４】
排ガス流下降流路１０内には水平方向に伸びる伝熱管３を多数設ける。伝熱管３には熱吸収用フィン５を多数設けている。熱吸収用フィン５は、水平方向に延びる伝熱管の表面から伝熱管軸に対して円周方向に全周に設けており、熱吸収用フィン５を配置することで伝熱面積を大きくすることができる。伝熱管３では、熱吸収用フィン５を密に設けた大きな伝熱面によって燃焼排ガスの熱を吸収する。給水予熱装置７上部の排ガス入口８から入った排ガスは、排ガス入口から排ガス流下降流路１０を通って仕切板下方のターン部へ向けて流れる。排ガス流下降流路１０内には伝熱管３を多数設置しており、伝熱管３内には温度の低いボイラ給水が流れるため、最初高温であった排ガスは、伝熱管３を加熱するにつれて温度を低下させていく。
【００１５】
給水予熱装置７内の各伝熱管は、端部を連結することで長い給水流路を形成しており、給水予熱装置内への給水は、伝熱管群の最下段の伝熱管より行う。給水予熱装置内での給水は下部の伝熱管から順次通り、加熱されながら最上段の伝熱管まで達する。予熱を行った給水は、給水予熱装置より取り出して、ボイラ１内へ供給する。そのため給水予熱装置では、下段の伝熱管ほど内部を通る給水の温度は低く、上段の伝熱管ほど給水の温度は高くなる。 
【００１６】
排ガスが伝熱管を加熱することによって排ガスの温度が低下し、結露温度まで低下すると凝縮水が発生する。また、伝熱管３に煤などが付着すると伝熱効率が低下するために伝熱管の洗浄を行うようにしている場合には、伝熱管の洗浄水が発生する。凝縮水や洗浄水は給水予熱装置７から排出する必要があるため、給水予熱装置７の底部にはドレン排出口６を設けておき、給水予熱装置７での排水はドレン排出口６から排出する。 
【００１７】
給水予熱装置７内を排ガス流下降流路１０と排ガス流上昇流路１１に区画する仕切板４は、伝熱管設置位置の中間の高さより高い位置では垂直に降ろした板とし、伝熱管設置位置途中の高さ位置より伝熱管３に向けて傾斜する面を持たせている。仕切板４は、途中で伝熱管３の側に突出させた後に再び垂直に降ろすようにしており、下部の仕切板４では、上部の設置位置からはずした位置に設置している。仕切板４の位置をずらしたことにより、排ガス流下降流路１０の断面積は下方で縮小し、逆に排ガス流上昇流路１１の断面積は下方で拡大することになる。
【００１８】
ボイラから給水予熱装置７部分に達した燃焼排ガスは、伝熱管３を加熱する。燃焼排ガスは給水予熱装置７内の伝熱管の間を下向きに流れる際に伝熱管と熱交換を行い、伝熱管を加熱すると排ガスの温度は低下していく。排ガスのボリュームは、排ガス温度が高温であった場合には大きなものとなる。排ガス流下降流路１０に入った直後の排ガスは高温であるため、排ガスは排ガス流路の全体を通して流れる。
【００１９】
給水予熱装置７内での排ガスは、伝熱管３との熱交換が行われるにつれて温度が低下し、同時に排ガスの体積は縮小する。そのため、図３に記載しているような、排ガス流路断面積が一定である従来の給水予熱装置７では、伝熱管群の下流域では排ガスの流速は低下する。図３の給水予熱装置７では、伝熱管群の下方に空間を設け、排ガス流は伝熱管群を下方へ突き抜けるようにすることで伝熱管群の全体に排ガスが流れるようにしているが、実際には先に記載した通り仕切板４下方のターン部に向かう流れが多くなり、伝熱管群下部の仕切板４から離れた部分では排ガスの流動量が少なくなっていた。また、仕切板下方のターン部で排ガスは約１８０°の反転を行っており、その際に排ガス流に大きな乱流が発生し、排ガス流に抵抗が発生していた。
【００２０】
この問題に対しては、上記のように仕切板４の設置位置をずらすことで、排ガス流上昇流路１１の下方域に流路拡大部を設けておくと、排ガス流に発生する抵抗を低減することができる。本実施例では、排ガス流下降流路１０では、伝熱管群の途中で仕切板４の位置を排ガス流下降流路１０側にずらし、排ガス流下降流路１０の流路面積を縮小しているため、排ガス流下降流路１０の中流域で排ガス流は集合してくることになる。排ガス流下降流路１０の下流域では、排ガスは温度の低下によってボリュームが縮小しているが、排ガスの流れる流路面積も小さくなっているため、排ガス流下降流路１０の下流域でも排ガスによる伝熱管の効率的な加熱が行える。
【００２１】
その後、排ガスは仕切板４の下方でターンして、排ガス流上昇流路１１では上向きに流れる。排ガス出口９は給水予熱装置７の上部に設けており、排ガスは上部の排ガス出口９へ向けて流れ、排ガス出口９を通って給水予熱装置７から出ていく。この時、排ガス流上昇流路１１の下部の排ガス流ターン直後の部分では流路段面積を大きくしているため、ターン部での抵抗の発生を低減することができる。ターン直後の部分での流路断面積が小さいと、排ガス流に抵抗が発生することになっていたが、排ガス流上昇流路下部での流路断面積を拡大したことによって、排ガス流がターン時に発生する抵抗を少なくすることができ、排ガスは流れやすくなる。排ガス流の抵抗が少なくなることで排ガスの排出がスムーズとなり、燃焼室での炉圧の低減にも繋がることになる。
【００２２】
図２は、本発明の第二の実施例に関するものである。基本的な構成は図１の実施例と同じであり、仕切板４の形状は異なっている。第二の実施例の場合、仕切板４は伝熱管設置領域の中間高さ部分で折り曲げた後、下端まで緩い傾斜を付けた直線としている。この場合も、排ガス流下降流路１０の下部では排ガスの流路断面積が縮小し、逆に排ガス流上昇流路１１の下部では流路断面積が拡大している。そのため第二の実施例でも、排ガス流下降流路１０の下流域で排ガスボリュームが縮小しても、排ガスは伝熱管３を効率的に加熱していくことができる。そして排ガス流がターン時に発生する抵抗を少なくすることにより、排ガスの排出はスムーズとなる。これらの構成とすることで、給水予熱装置における熱吸収効率の向上と、排ガス流に発生する抵抗の増大防止の効果を得ることができる。
【００２３】
なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。 
【符号の説明】
【００２４】
１  ボイラ 
２  排ガス通路 
３  伝熱管 
４  仕切板
５  熱吸収用フィン 
６  ドレン排出口 
７  給水予熱装置
８  排ガス入口
９  排ガス出口 
１０  排ガス流下降流路
１１  排ガス流上昇流路
１２  案内板
【図１】
0006497741.tif 000002
【図２】
0006497741.tif 000003
【図３】
0006497741.tif 000004