(57)【要約】【課題】燃焼ガス流路での燃焼ガス流に乱流を発生させることで、燃焼ガス流路に面している水管の熱吸収効率を向上させる。【解決手段】中央に燃焼室１、周囲に内外２列の水管列１２・１３、水管列間に燃焼ガス通路８を設け、燃焼室内で発生した燃焼ガスは、内側水管２の各すきまを放射状に流れて燃焼ガス通路８に入り、燃焼ガス通路では燃焼ガスを円弧状に流す構成としているボイラにおいて、内側水管の燃焼ガス通路に面している表面に、断面扇紙型の内側水管フィンを上下に間隔を開けて多数段取り付け、内側水管フィンは燃焼ガス通路８を円弧状に流れる燃焼ガス流の上流側に当たる側面を燃焼ガス流誘導面とし、燃焼ガス流誘導面が内側水管間のすきま部分を燃焼ガス通路側へ延長した線上に突出するように内側水管フィンを水管真裏からずらして設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央に燃焼室を設け、燃焼室周囲に多数の内側水管と外側水管を設けて内側水管列及び外側水管列を形成し、内側水管列と外側水管列の間を燃焼ガス通路としておき、内側水管列は隣り合う内側水管間に燃焼ガス流動用のすきまを設け、外側水管列は一部の外側水管間にのみすきまを設けてほかの外側水管間はふさいでおくことで、燃焼室内で発生した高温の燃焼ガスは、内側水管の各すきまを放射状に流れて燃焼ガス通路に入り、燃焼ガス通路では燃焼ガスを外側水管列のすきまを設けた部分に向けて円弧状に流す構成としているボイラにおいて、内側水管の燃焼ガス通路に面している表面に、前後を円弧とし左右の側面を直線とした断面扇紙型の内側水管フィンを上下に間隔を開けて多数段取り付け、内側水管フィンは燃焼ガス通路を円弧状に流れる燃焼ガス流の上流側に当たる側面を燃焼ガス流誘導面とし、燃焼ガス流誘導面が内側水管間の隙間部分を燃焼ガス通路側へ延長した線上に突出するように内側水管フィンを水管真裏からずらして設けることで、内側水管の間を通過した燃焼ガスの一部は燃焼ガス流誘導面に衝突するようにしておき、燃焼ガス流誘導面に衝突させることで流れの方向を変えた燃焼ガス流と、燃焼ガス通路内を円弧状に流れてきたガス流が衝突するようにしたことを特徴とする円弧状燃焼ガス通路における伝熱効率を向上させた多管ボイラ。
【請求項２】
請求項１に記載の円弧状燃焼ガス通路における伝熱効率を向上させた多管ボイラにおいて、内側水管のすきまを燃焼室の周方向へ延長した線上に外側水管がくるように、内側水管と外側水管をずらして配置しておき、外側水管の燃焼ガス通路に面している部分に、外側水管の周方向に間隔を開けて配置した二枚一組の外側水管フィンを設けたことを特徴とする円弧状燃焼ガス通路における伝熱効率を向上させた多管ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、円弧状燃焼ガス通路における伝熱効率を向上させた多管ボイラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば実開平１−１１７４０２号に記載があるように、中央に燃焼室を設け、燃焼室周囲を内外２列の水管列で環状に取り囲み、内側水管列と外側水管列の間に燃焼ガス通路を設けた形状のボイラが広く普及している。このボイラは燃焼室内で火炎の燃焼を行うことで高温の燃焼ガスを発生し、燃焼室周囲を取り囲む水管表面に燃焼ガスを接触させることで水管内の缶水を加熱する。内側水管は隣り合う水管間に間隔を開けて配置しておき、中央の燃焼室から内側水管の各すきまへ向けて燃焼ガスを分散させて流すことで、特定の水管に加熱が集中することを防止している。外側水管は一部の外側水管間にのみすきまを設けてほかの外側水管間はふさいでいるため、燃焼室から放射状に分散させて燃焼ガス通路に入った燃焼ガスは、燃焼ガス通路内を外側水管の開口部へ向けて円弧状に流れ、その際に燃焼ガス通路に面している水管を加熱する。
【０００３】
図５は、従来例での燃焼ガスが燃焼ガス通路に入る部分における燃焼ガス流動状態説明図である。燃焼室内の燃焼ガスは内側水管のすきまへ向かって流れ、内側水管すきまから燃焼ガス通路内に入った燃焼ガスは、円弧方向に流れている燃焼ガスに側面から押されることによって、流れの方向が燃焼ガス通路内を流れている燃焼ガスと同じ向きに変化していく。内側水管列のすきまを通過した燃焼ガスは、燃焼ガス通路内を流れている燃焼ガスにとりこまれる形となり、外側水管の開口部へ向けて流れ、燃焼ガス通路に面した水管を加熱していく。
【０００４】
また、実開平１−１１７４０２号公報に記載しているような内側水管のほぼ全長に渡るフィンを設ける場合は、内側水管間を通過した燃焼ガスを燃焼ガス通路の流動方向に近づける方向にフィンを設ける。フィンの角度を実開平１−１１７４０２号と逆向きにしたのでは、燃焼ガス通路内を流れている燃焼ガス流がフィンと内側水管の間に入って、燃焼室側へ逆流することがあり、炉内圧力の上昇などを招く恐れがある。そのため、フィンを設けるのであれば、内側水管間を通過した燃焼ガスが燃焼ガス通路内を流れる燃焼ガス流と浅い角度で合流する向きにフィンを設ける。
【０００５】
ところで、ボイラにとって最も重要な改良テーマは、ボイラの効率を向上させることであり、効率向上の研究が盛んに行われている。燃焼ガスの熱を水管に伝える効率を向上させる要素の一つとして、燃焼ガスに乱流を発生させるというのがある。前記構造のボイラであっても、燃焼ガス通路内を流れる燃焼ガス流に乱流を発生させることで伝熱効率の向上が望めるが、どのようにして乱流を発生させるかが問題となる。
【０００６】
【特許文献１】実開平１−１１７４０２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、燃焼ガス流路での燃焼ガス流に乱流を発生させることで、燃焼ガス流路に面している水管の熱吸収効率を向上させることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、中央に燃焼室を設け、燃焼室周囲に多数の内側水管と外側水管を設けて内側水管列及び外側水管列を形成し、内側水管列と外側水管列の間を燃焼ガス通路としておき、内側水管列は隣り合う内側水管間に燃焼ガス流動用のすきまを設け、外側水管列は一部の外側水管間にのみすきまを設けてほかの外側水管間はふさいでおくことで、燃焼室内で発生した高温の燃焼ガスは、内側水管の各すきまを放射状に流れて燃焼ガス通路に入り、燃焼ガス通路では燃焼ガスを外側水管列のすきまを設けた部分に向けて円弧状に流す構成としているボイラにおいて、内側水管の燃焼ガス通路に面している表面に、前後を円弧とし左右の側面を直線とした断面扇紙型の内側水管フィンを上下に間隔を開けて多数段取り付け、内側水管フィンは燃焼ガス通路を円弧状に流れる燃焼ガス流の上流側に当たる側面を燃焼ガス流誘導面とし、燃焼ガス流誘導面が内側水管間のすきま部分を燃焼ガス通路側へ延長した線上に突出するように内側水管フィンを水管真裏からずらして設けることで、内側水管の間を通過した燃焼ガスの一部は燃焼ガス流誘導面に衝突するようにしておき、燃焼ガス流誘導面に衝突させることで流れの方向を変えた燃焼ガス流と、燃焼ガス通路内を円弧状に流れてきたガス流が衝突するようにしたことを特徴とする円弧状燃焼ガス通路における伝熱効率を向上させた多管ボイラである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記の円弧状燃焼ガス通路における伝熱効率を向上させた多管ボイラにおいて、内側水管のすきまを燃焼室の周方向へ延長した線上に外側水管がくるように、内側水管と外側水管をずらして配置しておき、外側水管の燃焼ガス通路に面している部分に、外側水管の周方向に間隔を開けて配置した二枚一組の外側水管フィンを設けたことを特徴とする円弧状燃焼ガス通路における伝熱効率を向上させた多管ボイラである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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ボイラの横断面図、図２は図１のＡ−Ａで切断した一部断面正面図、図３は図１の一部を拡大した燃焼ガス流動状況説明図、図４は内側水管の一部を抜き出した一部透過斜視図である。ボイラは中央に燃焼室１を設け、燃焼室１を取り囲むように多数の垂直水管を配置する。水管は内側水管２と外側水管３からなり、内側水管２による内側水管列１２と外側水管３による外側水管列１３を設けている。内側水管２と外側水管３は同じピッチ角で配置しているが、内側水管２のすきまを燃焼室１の周方向へ延長した線上に外側水管３が来るように、内側水管２と外側水管３はずらして配置する。内側水管列１２と外側水管列１３で挟まれた環状の空間を第１燃焼ガス通路８、外側水管列１３と炉筒１１の間を第２燃焼ガス通路９としておき、第２燃焼ガス通路９の一端に燃焼ガス出口１０を設ける。
【００１１】
内側水管列１２は隣り合う水管間には、燃焼ガス流動用のすきまを開けおり、内側水管２に対して交差方向に燃焼ガスが流れるようにしている。外側水管列１３は一部の水管間にのみ燃焼ガス流動用のすきまを設け、ほかの水管間は閉鎖用ヒレ４でふさいでおり、外側水管間にすきまを設けた部分と燃焼ガス出口１０は燃焼室１を挟んで反対側となるように配置する。燃焼室１と第１燃焼ガス通路８は内側水管列１２のすきまで接続し、第１燃焼ガス通路８と第２燃焼ガス通路９は外側水管列１３のすきまで接続することで、燃焼室１で発生した燃焼ガスは、第１燃焼ガス通路８、第２燃焼ガス通路９を通って燃焼ガス出口１０から出ていくことになる。
【００１２】
図４は、内側水管部分を抜き出したものであり、内側水管２の一部を透過させることで、内側水管フィン５の形状が分かるようにしている。内側水管２の第１燃焼ガス通路８に面している側に内側水管フィン５を設ける。内側水管フィン５は、図４に示した通り、幅を持った円弧形の面である上面及び下面、内側水管２と同心円の面である内面及び外面、長方形の面である左側面及び右側面の６面からなり、図４では内側水管フィン５の左側面が燃焼ガス流誘導面６となる。内側水管フィン５は、内面で内側水管２と接合し、上下に一定の間隔を開けて多数段設けており、内側水管間のすきまを通過した燃焼ガスが燃焼ガス流誘導面に衝突するように、内側水管２の真裏から少しずらして設け、燃焼ガス流誘導面６の先端が、第１燃焼ガス通路８内を流れている燃焼ガス流に対して上流側を向くようにしておく。内側水管フィン５の厚さは、薄すぎると燃焼ガス流の誘導効果が少なくなり、熱吸収用フィンとして慣用されている厚さが１mm程度のフィンでは、燃焼ガス流の誘導効果が少ない。また、厚くし過ぎても設置できるフィンの数が少なくなるため、厚さが３〜５mmのフィンを設けることが好ましい。
【００１３】
外側水管３の第１燃焼ガス通路８に面した部分にも、外側水管フィン７を多数段設けておく。外側水管３に設ける外側水管フィン７は、内側水管フィン５と同形状であるが、各段に２枚ずつ設けており、２枚の外側水管フィン７は外側水管３の周方向にすきまを開けて設け、外側水管フィン７の間に空間を開けておく。
【００１４】
燃焼室１内で火炎の燃焼を行うと、火炎の熱が内側水管２の表側である燃焼室１に面している部分を加熱する。燃焼によって発生した燃焼ガスは各内側水管２のすきまへ向けて放射状に流れる。隣り合う内側水管のすきまは、上下に長く幅の細いものであるため、燃焼ガスの流れも上下に長く幅の細い流れとなって内側水管のすきま部分を流れる。
【００１５】
内側水管すきま部分には、燃焼ガス流誘導面６を突き出させるように内側水管フィン５を設けており、内側水管フィン５は上下に間隔を開けて多数段設けているものであるため、内側水管のすきまを流れてきた燃焼ガスは、内側水管フィン５の燃焼ガス流誘導面６に衝突するものと、内側水管フィン５上下のすきまに入るものに分かれる。内側水管フィン５の燃焼ガス流誘導面６に衝突した燃焼ガスは、燃焼ガス流誘導面６に沿って流れることになるため、燃焼ガスの流れ方向が変更される。燃焼ガス流誘導面６の先端は、第１燃焼ガス通路８内を流れている燃焼ガス流に対して上流側を向くようにしているため、燃焼ガス流誘導面６によって流れ方向変更された燃焼ガスは、第１燃焼ガス通路８内を流れている燃焼ガス流と対向する向きに流れることになる。
【００１６】
燃焼ガス流誘導面６に沿って流れた燃焼ガスと、第１燃焼ガス通路８内を流れている燃焼ガスは、対向する流れとなっているため、合流部分では深い角度で衝突し、渦を作るような形で乱流を発生しながら混合する。その後、２つの燃焼ガス流は合流して１つの流れとなり、閉鎖用ヒレ４を設けていない外側水管３のすきまを目指して、第１燃焼ガス通路８内を流れていくことになる。燃焼ガス流は合流する際に乱流を発生しているため、乱流効果によって伝熱効率は上昇する。
【００１７】
内側水管フィン５は上下に間隔を開けて設置しているものであるため、第１燃焼ガス通路８内を流れる燃焼ガス流は、内側水管フィン５の上下にある空間を通過する。内側水管フィン５は第１燃焼ガス通路８内を流れる燃焼ガス流と平行なフィンであるため、内側水管フィン５が燃焼ガス流にとって抵抗となり、炉圧が大幅に上昇するということにはならない。
【００１８】
また、外側水管フィン７は同じ段に設けている外側水管フィン７間に空間を開けており、外側水管３は内側水管間のすきまを燃焼室の周方向へ延長した線上に配置しているため、外側水管フィン間の空間は第１燃焼ガス通路８内の燃焼ガス流と燃焼ガス流誘導面６に沿って流れてきた燃焼ガス流の混合場所近くとなる。そのため、内側水管２のすきまを通過した燃焼ガスと第１燃焼ガス通路８の燃焼ガスが衝突することで発生した乱流は、外側水管フィン７の間である空間内に入りこむ。外側水管フィン７の間に入った燃焼ガスの乱流は、すぐ下流にある外側水管フィン７の上下を乱流の状態で流れるため、外側水管フィン７に対する伝熱効率も向上することになる。
【００１９】
第１燃焼ガス通路８内を流れる燃焼ガス流は、内側水管２間にすきまを開けている部分に達するごとに燃焼室１からの燃焼ガス流と混合を繰り返し、そのたびに乱流を発生することになるため、乱流による伝熱効率増大の効果は第１燃焼ガス通路８の最後まで継続する。第１燃焼ガス通路８を通過しながら内側水管２及び外側水管３を加熱した燃焼ガスは、外側水管３間に閉鎖用ヒレ４を設けていない部分を通って第２燃焼ガス通路９へ入り、第２燃焼ガス通路９内でも円弧状に流れて燃焼ガス出口１０からボイラ外へと出ていく。
【００２０】
【発明の効果】
本発明を実施することで、燃焼ガス通路における燃焼ガス流に乱流を発生させることができ、燃焼ガス通路に面している水管の熱吸収効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施しているボイラの横断面図
【図２】図１のＡ−Ａで切断した一部断面正面図
【図３】図１の一部を拡大した燃焼ガス流動状況説明図
【図４】内側水管の一部を抜き出した一部透過斜視図
【図５】従来のボイラにおける燃焼ガス流動状況説明図
【符号の説明】
１  燃焼室
２  内側水管
３  外側水管
４  閉鎖用ヒレ
５  内側水管フィン
６  燃焼ガス流誘導面
７  外側水管フィン
８  第１燃焼ガス通路
９  第２燃焼ガス通路
１０  燃焼ガス出口
１１  炉筒
１２  内側水管列
１３  外側水管列
【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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