(57)【要約】  【課題】排ガスエコノマイザと補助ボイラが別体に設置された場合において、火炉上部の管板を過熱から守ることができる構造の補助ボイラを提供することを目的とする。  【解決手段】本実施形態に係る補助ボイラ１は、気水分離が行われる上部ドラム２０と、下部ドラム２１と、上部ドラム２０と下部ドラム２１とを連結する複数の水管２３と、上部ドラム２０、下部ドラム２１及び水管２３によって囲まれた火炉１６内で燃焼させるためのバーナ１５と、上部ドラム２０内に設置されたボイラ水を仕切るための仕切り板であるスクロール板４０と、循環するボイラ水を上部ドラム２０内の中心付近に戻すための循環水戻り管５１と、を備え、戻されたボイラ水がスクロール板４０に沿って流れることで、上部ドラム２０の底面において水流を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気水分離が行われる上部ドラムと、下部ドラムと、前記上部ドラムと下部ドラムとを連結する複数の水管と、前記上部ドラム、下部ドラム及び水管によって囲まれた火炉内で燃焼させるための燃焼装置と、を有し、排ガスエコノマイザとの間で循環するボイラ水を加熱する補助ボイラにおいて、
前記上部ドラム内に設置されたボイラ水を仕切るための仕切り板と、
前記排ガスエコノマイザから循環してくるボイラ水を前記上部ドラム内の所定の位置に戻すための循環水戻り管と、
を備え、前記仕切り板により、所定の位置に戻されたボイラ水が前記上部ドラムの底面において流れを形成するように構成されていることを特徴とする補助ボイラ。
【請求項２】
前記仕切り板の高さは、前記上部ドラム内の制御水位よりも高いことを特徴とする請求項１記載の補助ボイラ。
【請求項３】
前記仕切り板は、水平断面が渦巻き状の形状であって、前記循環水戻り管の先端が、渦巻きの中心付近のボイラ水中に位置するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の補助ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、舶用エンジン等の排ガスが保有する廃熱を利用して蒸気を発生する補助ボイラに関する。
【背景技術】
【０００２】
舶用エンジンの排ガスの廃熱を利用するボイラとしては、例えば、下記特許文献１に開示されているボイラがある。
【特許文献１】特開平５−５５０２号公報
【０００３】
上記特許文献１に開示されているボイラは、船舶に使用されるボイラであり、船舶エンジンの排ガスの保有する廃熱を利用すると共に、エンジンの負荷の変動あるいは停止により排ガスの熱量が不足した場合には、燃焼装置にて追い焚きを行い、所要の蒸気量を得るものである。そして、排ガスの熱交換を行う排ガスエコノマイザ（熱交換器）と、追い焚きを行う燃焼装置を備えた補助ボイラとを別体に構成し、ボイラ水を循環させている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、高さ制限のあるＰＣＣ（自動車運搬船）やコンテナ船に搭載する場合には、補助ボイラの高さ方向寸法を低く抑えるために、バーナ（燃焼装置）を側面に設置して横焚きする構成が望ましい。この場合には、火炉の上部管板（ドラム下面）に広い被加熱領域が生じるため、この部分を過熱から守ることが必要である。特に、船舶の揺れ等により、ドラム内の水が偏り、管板上に水に浸されない部分が生じると、管板が一気に過熱され、変形、破損等のおそれがある。
【０００５】
また、管板上全域が常にドラム内の水によって浸されていても、スケールやスラッジ等の断熱層が管板上に堆積すると、これらが断熱層となり、管板が過熱されてしまうといった問題もある。しかし、上記特許文献１では、火炉上部の管板の過熱対策について、何も検討されていない。
【０００６】
また、上部管板の被加熱領域に耐火材としてキャスターを設置することで、管板の過熱を防止することが一般に行われているが、被加熱領域が広い面積を有する場合には、劣化等により長期にわたってキャスターを保持することが困難である。特に揺動の激しい船舶等では、キャスターの劣化による落下も起こりやすく、危険であるため、キャスターによらない管板の過熱防止策が必要である。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、排ガスエコノマイザと補助ボイラが別体に設置された場合において、火炉上部の管板を過熱から守ることができる構造の補助ボイラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る補助ボイラは、気水分離が行われる上部ドラムと、下部ドラムと、前記上部ドラムと下部ドラムとを連結する複数の水管と、前記上部ドラム、下部ドラム及び水管によって囲まれた火炉内で燃焼させるための燃焼装置と、を有し、循環するボイラ水を加熱する補助ボイラにおいて、前記上部ドラム内に設置されたボイラ水を仕切るための仕切り板と、循環するボイラ水を前記上部ドラム内の所定の位置に戻すための循環水戻り管と、を備え、前記仕切り板により、所定の位置に戻されたボイラ水が前記上部ドラムの底面において流れを形成するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る補助ボイラによれば、火炉上部の管板を過熱から守ることができる構造の補助ボイラを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る補助ボイラ１の上部ドラム２０における断面図である。なお、図１では、水管２３を想像線で示している。図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。図１及び図２に示すように、補助ボイラ１は、外枠を形成する円筒型の断熱層１０、本体上部に設けられた上部ドラム２０、本体下部に設けられた下部ドラム２１、上部ドラム２０及び下部ドラム２１を連結して本体内側面に沿って設けられた複数の水管２３、本体側面に設けられた開口に接続されたバーナ１５を備えている。
【００１１】
上部ドラム２０は、円筒状鉄板の耐圧部２２により形成されている。耐圧部２２の下面の管板２２ａは、後述する燃焼室外郭を兼ねている。下部ドラム２１は、円筒状鉄板の耐圧部２４により形成され、耐圧部２４の上板は、後述する燃焼室外郭を兼ねている。
【００１２】
水管２３と、上部・下部ドラム２０，２１によって囲まれた空間が火炉１６を構成し、燃焼室外郭２５によって形成されている。上述したように、燃焼室外郭の上下面は、耐圧部２２の底面、耐圧部２４の上面の鉄板を兼ねている。バーナの１５の作動により火炉１６内で燃焼が行われ、水管２３が加熱される。
【００１３】
上部ドラム２０の上面には、上部ドラム２０内に後述する排ガスエコノマイザからの循環ボイラ水を供給するための循環水戻り管５１、上部ドラム２０内で気水分離した蒸気を取り出して負荷へ供給するための蒸気取出管５２、補助ボイラ１に新たなボイラ水を給水するための給水ノズル５３が接続されている。
【００１４】
上部ドラム２０内には、ドラム内に水流を起こすため、仕切り板としてのスクロール板４０がドラム底面の管板２２ａ上に設置されている。スクロール板４０は、上部ドラム２０内のボイラ水の水面（制御水位）よりも若干高い高さを有すると共に、図１に示すように、その水平断面が円形の管板２２ａの中心から反時計回りに略渦巻き状に外側に延在する形状を有している。
【００１５】
上部ドラム２０内のドラム水の水位は、所定の制御水位となるように制御されているが、本実施形態では、船舶に搭載された場合を考慮して、補助ボイラ１本体がある程度傾いても、上部ドラム２０底面の管板２２ａが常に水に浸されるように、十分な高さの制御水位としている。これは、管板２２ａが水に浸されていないと、一気に高温に加熱されるおそれがあると共に、後述する水流によるスラッジ等の除去ができなくなるからである。
【００１６】
循環水戻り管５１は、その先端が、上部ドラム２０内のボイラ水中であって底面の中心付近に位置するように設置されており、後述する排ガスエコノマイザからの戻り水は、スクロール板４０で仕切られた空間の中心付近に戻されることになる。
【００１７】
下部ドラム２１は、水管２３を介して上部ドラム２０の底と連通しており、ドラム内はボイラ水で満たされている。また、下部ドラム２１は、その側面に連結された循環水送り管５４によって、後述する循環水路へとつながっている。
【００１８】
続いて、図３を参照して、本実施形態に係る補助ボイラ１の設置状況について説明する。図３は、補助ボイラ１と排ガスエコノマイザ６０とを循環するボイラ水の概略的な循環系統図を示す。本実施形態では、駆動源としてのディーゼルエンジン６１を備えた船舶に補助ボイラ１を搭載した場合を例に挙げて説明する。
【００１９】
図３に示すように、ボイラ水の循環系統は、補助ボイラ１、排ガスエコノマイザ６０、循環水路６２を備え、循環ポンプ６５の駆動力により、ボイラ水が循環水路６２を介して、補助ボイラ１及び排ガスエコノマイザ６０を循環している。排ガスエコノマイザ６０は、エンジン６１の排ガスの熱エネルギーを利用して被加熱管６３内のボイラ水を加熱する。
【００２０】
排ガスエコノマイザ６０から送水されてきたボイラ水（蒸気も含む）は、補助ボイラ１の上部ドラム２０に入る。ここで、排ガスエコノマイザ６０による加熱により蒸気が十分に発生していない場合には、補助ボイラ１のバーナ１５が点火され、追い焚きが行われる。上部ドラム２０内では気水分離が行われ、生成された蒸気は、蒸気取出管５２から外部へ取り出され、負荷へと供給される。
【００２１】
補助ボイラ１による追い焚きが行われる場合には、バーナにより水管２３が加熱されることで、水管２３内のボイラ水が加熱され、蒸気が生成される。このとき、水管２３の一部が上昇管となり、生成された蒸気や沸騰水が上昇管を伝わって上部ドラム２０へ供給されると共に、一部の水管２３は下降管となり、ボイラ水は下降管を通って下部ドラムへと送られる。
【００２２】
下部ドラム２１内のボイラ水は、上述したように、循環水送り管５４から循環水路６２を通って、排ガスエコノマイザ６０へと送られる。このように、ボイラ水は、循環ポンプ６５により、循環水路６２を介して、排ガスエコノマイザ６０と補助ボイラ１との間を循環している。
【００２３】
以上、本実施形態に係る補助ボイラ１の構成について説明したが、本実施形態では、上部ドラム２０内の底面に水流を作るために仕切り板であるスクロール板４０を設置すると共に、循環ボイラ水の戻り管５１の先端をスクロール板４０の中央近辺のボイラ水中に位置させるように構成したことを特徴としている。
【００２４】
すなわち、図１に示すような構成において、戻り水が上部ドラム２０の中央近辺に戻されると、ボイラ水はスクロール板４０に沿って、渦巻き状に外側に向けて移動する。このとき、上部ドラム２０の底面である管板２２ａ上に水流が形成されるので、管板２２ａ上のスケールやスラッジを押し流し、これらの堆積を防ぐことができる。スケールやスラッジが管板２２ａ上に堆積するのを防止できれば、常に管板２２ａにボイラ水が接することとなり、管板２２ａが過熱されて変形、破損等するのを防ぐことができる。
【００２５】
以上、本実施形態に係る補助ボイラについて詳細に説明したが、本実施形態によれば、補助ボイラ１の上部ドラム２０内に仕切り板を設置し、戻り水を所定の位置に戻すことで、上部ドラムの底面上に水流を形成し、スケールやスラッジが堆積することを防止できる。
【００２６】
続いて、本実施形態の変形例について説明する。下記の変形例は、仕切り板の形状を上記実施形態と異ならせている。
【００２７】
（変形例１）
まず、図４を参照して、変形例１について説明する。図４（ａ）は、変形例１に係る補助ボイラの上部ドラムの断面図を示す図、図４（ｂ）は、仕切り板の高さを示す図、図４（ｃ）は、仕切り板の下部を示す図である。
【００２８】
同図に示すように、仕切り板４２により管板２２ａの水管２３と接続されていない部分は、７つの部屋に分割されている。仕切り板４２は、一部が開いた環状の仕切りが、管板２２ａの中央部分と周辺部に設置され、ほぼ環状にボイラ水を仕切ると共に、この環状部分を７つの部屋に仕切るためにそれぞれ高さの異なる仕切りが７つ設置されている。
【００２９】
図４（ｂ）に示すように、各部屋を仕切る仕切り板４２の仕切りの高さは、部屋(1)から部屋(7)にかけて徐々に低くなっている。すなわち、部屋(7)と部屋(1)を仕切る仕切り板及び部屋(1)と部屋(2)との間を仕切る仕切りの高さが一番高く、部屋(3)，(4)，(5)…へと進むにつれて段々と各部屋を仕切る仕切りの高さが低くなり、部屋(6)と部屋(7)を仕切る仕切りが最も低い。なお、この部屋(6)と部屋(7)を仕切る仕切りの高さは、上部ドラム２０の制御水位と同じ高さである。
【００３０】
また、図４（ｃ）に示すように、各部屋の仕切りの下部には、ボイラ水が通過するための開口４３が設けられており、ボイラ水は、この開口４３を介して隣の部屋に移動する。
【００３１】
このような変形例１の仕切り板４２の構成において、戻り管５１の先端から上部ドラム２０内の中心に戻されたボイラ水は、図中矢印に示すように、環状仕切りの開いている部分から部屋(1)へと進む。部屋(1)に流れ込んだボイラ水は、図中矢印で示すように、仕切り下部の開口４３から部屋(2)へと流れ込み、続いて部屋(3)といった具合に、上部ドラム２０の底面において流れを作りながら、部屋(7)及び仕切り板４２の外側の領域まで流れ込むことになる。
【００３２】
このように、上部ドラム２０の底面上にボイラ水の流れを形成することで、管板２２ａ上にスラッジやスケールが堆積するのを防止できる。なお、本変形例１において、各部屋を仕切る仕切りの高さに段差を設けてあるのは、上流側の部屋に入る水の高さを高くすることで、位置エネルギーを多く蓄えさせ、上流側のボイラ水の流速を大きくするためである。
【００３３】
（変形例２）
続いて、図５を参照して、変形例２について説明する。図５は、変形例２に係る補助ボイラの上部ドラムの断面図を示す図である。同図に示すように、変形例２に係る仕切り板４５は、上記実施形態と同様に、管板２２ａの中心から渦巻き状に外に向けて延在している。但し、仕切り板４５は、平板の仕切りを所定の長さ毎に所定の角度折り曲げることで、ほぼ渦巻き状に延在させている。この仕切り板４５の高さは、上部ドラム２０内の制御水位よりも若干高い高さである。また、戻り管５１の先端は、仕切り板４５の中心付近の水中に位置するように構成されている。
【００３４】
よって、本変形例２においても、上記実施形態と同様に、上部ドラム２０の中心に戻された戻り水が、仕切り板４５によって仕切られた空間に沿って、図中矢印で示すように渦巻き状に外側に向けて流れることになり、管板２２ａ上にスケールやスラッジが堆積するのを防止することができる。
【００３５】
（変形例３）
続いて、図６を参照して、変形例３について説明する。図６は、変形例３に係る補助ボイラの上部ドラムの断面図を示す図である。同図に示すように、変形例３に係る仕切り板４７は、櫛歯上の仕切りを向かい合わせて配置することで、左右方向の中心において上下に伸びる流路と、その両側において、下から上、上から下、…と順次並行した流路を形成するように構成されている。中心流路の上端が最上流であり、中心流路の上端に位置する循環水戻り管５１によって戻されたボイラ水は、順次、下流である外側の流路へと進んでいく。
【００３６】
よって、本変形例３においても、図中矢印で示すように、上部ドラム２０の底面のほぼ全体でボイラ水の流れが発生するので、管板２２ａ上にスケールやスラッジが堆積するのを防止することができる。
【００３７】
以上、変形例も含めて本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、バーナは、火炉の側面に設置する横焚きに限らず、火炉の上方や下方に設置する上焚きや下焚きであっても良い。
【００３８】
また、仕切り板の形状や循環水戻り管の設置位置も上述した例に限定されるものではなく、上部ドラムの底面にボイラ水の流れを形成できるような形状及び配置であれば、他の構成を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、本実施形態に係る補助ボイラの上部ドラムにおける断面図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】図３は、本実施形態に係るボイラ水の概略的な循環系統図である。
【図４】図４は、本実施形態の変形例１に係る仕切り板の構成を説明する図である。
【図５】図５は、本実施形態の変形例２に係る補助ボイラの上部ドラムにおける断面図である。
【図６】図６は、本実施形態の変形例３に係る補助ボイラの上部ドラムにおける断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１              補助ドラム
１０            断熱層
１５            バーナ
１６            火炉
２０            上部ドラム
２１            下部ドラム
２２            耐圧部
２３            水管
２４            耐圧部
２５            燃焼室外郭
４０            仕切り板（スクロール板）
５１            循環水戻り管
５２            蒸気取出管
５３            給水ノズル
５４            循環水送り管
６０            排ガスエコノマイザ
６１            エンジン
６２            循環水路
６５            循環ポンプ
【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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