(57)【要約】【課題】大型の排熱ボイラを取り扱い免許および性能検査を不要とし、排熱ボイラの増設，交換および修理を容易とすること。【解決手段】上，下ヘッダ８，９と、互いに間隔を存して対向配置される一対の区画壁１０，１０と、上，下ヘッダ８，９および区画壁１０，１０によって画成される排ガス通路１５と、排ガス通路１５中において上，下ヘッダ８，９間に接続される多数の水管１６，１６，…とを含み、熱源の排ガスの流れに沿って直列に連結され小型貫流ボイラ，簡易貫流ボイラ，小型温水ボイラおよび簡易温水ボイラのいずれかの構造規格を満たす複数の缶体モジュール１，１，…を備える【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源の排ガスから熱回収する排熱ボイラにおいて、上，下ヘッダ８，９と、互いに間隔を存して対向配置される一対の区画壁１０，１０と、前記上，下ヘッダ８，９および前記区画壁１０，１０によって画成される排ガス通路１５と、前記排ガス通路１５中において前記上，下ヘッダ８，９間に接続される多数の水管１６，１６，…とを含み、前記熱源の排ガスの流れに沿って直列に連結され、小型貫流ボイラ，簡易貫流ボイラ，小型温水ボイラおよび簡易温水ボイラのいずれかの構造規格を満たす複数の缶体モジュール１，１，…を備えたことを特徴とする排熱ボイラ。
【請求項２】
前記各缶体モジュール１は、自らの前記水管１６の水位を検出する水位検出器２０と、前記水管１６，１６，…へ給水する給水装置４と前記水位検出器２０の検出信号を入力して前記水管１６，１６，…の水位を設定水位に制御する制御器５３とをそれぞれ備えることを特徴とする請求項１に記載の排熱ボイラ。
【請求項３】
前記各缶体モジュール１が着脱自在に構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排熱ボイラ。
【請求項４】
熱源の排ガスから熱回収する排熱ボイラにおいて、上，下ヘッダ８，９と、互いに間隔を存して対向配置される一対の区画壁１０，１０と、前記上，下ヘッダ８，９および前記区画壁１０，１０によって画成される排ガス通路１６と、前記排ガス通路１６中において前記上，下ヘッダ８，９間に接続される多数の水管１６，１６，…とを含み、前記熱源の排ガスの流れに直列に連結される複数の缶体モジュール１，１，…を備え、前記各缶体モジュール１が自らの前記水管１６，１６，…の水位を検出する水位検出器２０と、前記水管１６，１６，…へ給水する給水装置４と、前記水位検出器の水検出号を入力して前記水管１６，１６，…の水位を設定水位に制御する制御器５３とをそれぞれ備えることを特徴とする排熱ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガスエンジン，ガスタービンなどの排ガスを熱源とする排熱ボイラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、たとえば、ディーゼルエンジンの排気ガスから熱回収する排ガスボイラ（たとえば、特許文献１参照。）においては、５００ＫＷ級エンジンに対しては小型貫流ボイラにて対応できていたが、１０００ＫＷ以上のエンジンに対しては、小型貫流ボイラにて対応できず大型のボイラで対応している。
【０００３】
大型のボイラ（伝熱面積が１０ｍ２以上）は、取り扱いに免許が必要であったり、年に一度の性能検査などが義務付けられているため、その維持管理費用は小型貫流ボイラのそれに比較して高額となっていた。
【０００４】
また、従来の大型のボイラでは、伝熱部の増設や交換や補修などは非常に困難で、万一缶体の破損事故発生時にはボイラ全体の交換を余儀なくされていた。また、缶体の破損に至らないが、何らかの故障などが発生した場合、蒸気供給を全てストップさせなければならないという課題があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１２４３０１号公報（第２頁、図１）
【非特許文献１】
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題は、排熱ボイラを取り扱い免許および性能検査を不要とし、排熱ボイラの増設，交換および修理を容易とすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前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、熱源の排ガスから熱回収する排熱ボイラにおいて、上，下ヘッダと、互いに間隔を存して対向配置される一対の区画壁と、前記上，下ヘッダおよび前記区画壁によって画成される排ガス通路と、前記排ガス通路中において前記上，下ヘッダ間に接続される多数の水管を含み、前記熱源の排ガスの流れに沿って直列に連結され、小型貫流ボイラ，簡易貫流ボイラ，小型温水ボイラおよび簡易温水ボイラのいずれかの構造規格を満たす複数の缶体モジュールを備えたことを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記各缶体モジュールは、自らの前記水管の水位を検出する水位検出器と、前記水管へ給水する給水装置と前記水位検出器の検出信号を入力して前記水管の水位を設定水位に制御する制御器とをそれぞれ備えることを特徴としている。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２において、前記各缶体モジュールは、自らの前記水管の水位を検出する水位検出器と、前記水管へ給水する給水装置と前記水位検出器の検出信号を入力して前記水管の水位を設定水位に制御する制御器とをそれぞれ備えることを特徴としている。
【００１０】
さらに、請求項４に記載の発明は、熱源の排ガスから熱回収する排熱ボイラにおいて、上，下ヘッダと、互いに間隔を存して対向配置される一対の区画壁と、前記上，下ヘッダおよび前記区画壁によって画成される排ガス通路と、前記排ガス通路中において前記上，下ヘッダ間に接続される多数の水管とを含み、前記熱源の排ガスの流れに直列に連結される複数の缶体モジュールを備え、前記各缶体モジュールが自らの前記水管の水位を検出する水位検出器と、前記水管に給水する給水装置と、前記水位検出器の水検出号を入力して前記水管の水位を設定水位に制御する制御器とをそれぞれ備えることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この実施の形態は、熱電併給装置などの排ガスから熱回収する排熱ボイラに適用される。
【００１２】
（実施の形態１）
この実施の形態は、熱源の排ガスから熱回収する排熱ボイラにおいて、上，下ヘッダと、互いに間隔を存して対向配置される一対の区画壁と、前記上，下ヘッダおよび前記区画壁によって画成される排ガス通路と、前記排ガス通路中において前記上，下ヘッダ間に接続される多数の水管とを含み、前記熱源の排ガスの流れに沿って直列に連結され、小型貫流ボイラ，簡易貫流ボイラ，小型温水ボイラおよび簡易温水ボイラのいずれか構造規格を満たす複数の缶体モジュールを備えたことを特徴としている。
【００１３】
斯かる構成により、前記熱源から排出される排ガスは、上流側の前記缶体モジュールから下流側の前記缶体モジュールへと順次流通して、前記水管と熱交換して熱回収する。
【００１４】
この実施の形態において、前記熱源は、前記排熱ボイラの熱源となる排ガスを排出するものであれば良く、ガスエンジン、ガスタービン，ディーゼルエンジンなどの熱電併給装置やそれ以外のものとすることができる。
【００１５】
また、前記排熱ボイラは、複数の前記缶体モジュールを少なくとも含み、前記各缶体モジュールは、小型貫流ボイラ，簡易貫流ボイラ，小型温水ボイラおよび簡易温水ボイラのいずれかの構造規格を満たすように構成される。具体的には、小型貫流ボイラの構造規格は、圧力が１ＭＰａ以下で、伝熱面積を１０ｍ２以下（ヘッダの内径φ１５０を超えるものを除く。気水分離器を有すれば、φ２００かつ０．０７ｍ３以下））であり、簡易貫流ボイラの構造規格は、圧力が１ＭＰａ以下で、伝熱面積を５ｍ２以下（ヘッダの内径φ１５０を超えるものを除く。気水分離器を有すれば、φ２００かつ０．０２ｍ３以下））である。また、小型温水ボイラの構造規格は、圧力が０．１ＭＰａ以下で、伝熱面積を４ｍ２を超え８ｍ２以下、または圧力が０．２ＭＰａ以下で、伝熱面積が２ｍ２以下であり、簡易温水ボイラの構造規格は、圧力が１ＭＰａ以下で、伝熱面積が２ｍ２以下である。
【００１６】
そして、前記排熱ボイラは、好ましくは、前記熱源と最上流の前記缶体モジュールとの間に、排ガス流入ユニットを備え、最下流の前記缶体モジュールの後流に排ガス流出ユニットを備える。
【００１７】
前記の実施の形態によれば、前記各缶体モジュールを小型貫流ボイラとしているので、ボイラ技師などの免許が不要であるとともに、性能検査が不要となる。
【００１８】
この発明は、前記実施の形態１に限定されるものではなく、つぎの実施の形態２〜実施の形態８を含む。
【００１９】
（実施の形態２）
前記各缶体モジュールは、自らの前記水管の水位を検出する水位検出器と、前記水管へ給水する給水装置と、前記水位検出器の水位信号を入力して前記水管の水位を設定水位に制御する制御器とをそれぞれ備えることを特徴とする排熱ボイラ。
【００２０】
この実施の形態２は、前記各缶体モジュールをそれぞれ独立して水位制御可能に構成している。こうすることにより、前記各缶体モジュールの水位制御を排ガス温度に適したものとすることができ、全体として高渇き度とすることができる。また、複数の前記缶体モジュールの一つが故障した場合でも、能力は低下するにしても排熱ボイラとしての出力を継続して行うことができる。
【００２１】
（実施の形態３）
前記実施の形態１または前記実施の形態２において、前記各缶体モジュールが着脱自在に構成されていることを特徴とする排熱ボイラ。
【００２２】
この実施の形態３によれば、前記缶体モジュールの一つが破損または故障した場合に、前記排熱ボイラ全体を交換することなく、１つの前記缶体モジュールを交換することにより、排熱ボイラとしての機能、性能を復帰させることができる。
【００２３】
（実施の形態４）
前記実施の形態２において、前記水位検出器および前記缶体モジュールが一体であって、前記給水装置および前記水位制御器と別に着脱自在に構成されることを特徴とする排熱ボイラ。
【００２４】
（実施の形態５）
前記実施の形態４において、前記缶体モジュール，前記給水装置および水位制御器が共通の基台に取り付けられていることを特徴とする排熱ボイラ。
【００２５】
（実施の形態６）
熱源の排ガスから熱回収する排熱ボイラにおいて、上，下ヘッダと、互いに間隔を存して対向配置される一対の区画壁と前記上，下ヘッダおよび前記区画壁によって画成される排ガス通路と、前記排ガス通路中において前記上，下ヘッダ間に接続される多数の水管とを含み、前記熱源の排ガスの流れに直列に連結される複数の缶体モジュールを備え、前記各缶体モジュールが自らの前記水管の水位を検出する水位検出器と、前記水管へ給水する給水装置と前記水位検出器の水位信号を入力して前記水管の水位を設定水位に制御する水位制御器とをそれぞれ備え、前記各缶体モジュールがそれぞれ独立して水位制御可能に構成されていることを特徴とする排熱ボイラ。
【００２６】
この実施の形態６は、前記缶体モジュールを小型貫流ボイラなどの特別の構造規格を満たすボイラに限定することなく構成したものである。具体的には、ボイラ構造規格のケースがある。この実施の形態６によれば、前記各缶体モジュールの水位制御を排ガス温度に適したものとすることができ、全体として高乾き度とすることができる。また、複数の前記缶体モジュールの一つが故障した場合でも、能力は低下するにしても排熱ボイラとしての出力を継続して行うことができる。
【００２７】
（実施の形態７）
前記実施の形態６において、前記各缶体モジュールが着脱自在に構成されていることを特徴とする排熱ボイラ。
【００２８】
（実施の形態８）
前記実施の形態１〜前記実施の形態７のいずれかにおいて、前記各缶体モジュールが個別にスートブロー（煤洗浄）手段を備えていることを特徴する排熱ボイラ。
【００２９】
前記各スートブロー手段は、圧縮空気および／または蒸気により前記各缶体モジュールの水管に付着した煤を洗浄する。この実施の形態８によれば、前記缶体モジュール毎に前記水管のスートブローの実施を設定でき、煤の付着し易さに応じたスートブローの実施の設定，すなわち排ガス温度に左右される上流側（前段）、下流側（後段）のそれぞれのすす付着度合いにあったスートブローの実施の設定を行うことができ、効率的なスートブローを実現できる。
【００３０】
【実施例】
以下、この発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明を実施した排熱ボイラの一実施例の側面の説明図であり、図２は、同実施例の図１の平面の説明図であり、図３は、同実施例の図１の矢視Ａの方向から見た説明図であり、図４は、同実施例の缶体モジュールの図１の矢視Ａ方向から見た説明図であり、図５は、同缶体モジュールの縦断面の説明図であり、図６は、同実施例の要部制御回路図である。
【００３１】
前記一実施例の排熱ボイラは、排ガスの流れ方向に沿って小型貫流ボイラの構造規格を満たす複数の缶体モジュール１，１，…を直列に連結して缶体部分を構成している。
【００３２】
具体的には、図１〜図３に示すように、同一構造の３つの前記各缶体モジュール１，１，…と、排ガス流れの最上流の前記缶体モジュール１に接続される排ガス流入モジュール２と、最下流の前記缶体モジュール１に接続される排ガス流出モジュール３と、前記各缶体モジュール１へ水を供給する給水装置４，４，…、前記各缶体モジュール１へ薬液を供給する単一の薬注装置５，制御盤６から主に構成される。これらの各要素は、共通の基台７に着脱自在に固定されている。
【００３３】
前記各缶体モジュール１は、図４および図５に示すように、上，下ヘッダ８，９と、上，下ヘッダ８，９間に互いに間隔を存して対向配置される一対の隔壁１０．１０と、前記上，下ヘッダ８，９、前記隔壁１０，１０および矩形筒状の第一，第二ガス通路構成体１１，１２により画成され、第一排ガス入口１３および第一排ガス出口１４を有する排ガス通路１５と、前記排ガス通路１５中において前記上，下ヘッダ８，９に連通接続される多数の垂直の水管１６，１６，…とから主に構成されている。前記各水管１６には、多数の伝熱フィン１７，１７，…を上端から下端に亘り（途中図示省略）装着している。１８，１８，…は、前記各上ヘッダ８に設けた蒸気取り出し管である。
【００３４】
そして、前記各缶体モジュール１には、水位検出器２０および気液分離器２１が前記各缶体モジュール１と一体に着脱できるように連結されている。前記水位検出器２０は、第一配管２２および第二配管２３により前記上，下ヘッダ８，９に接続されている。この水検出器２０は、周知の水位検出電極（図示省略）を含むものとするが、前記水位検出電極は特定のものに限定されるものではない。
【００３５】
また、前記各缶体モジュール１には、前記各水管１６に付着した煤を吹き飛ばすためのスートブロー装置２４をそれぞれ前記第一ガス通路構成体１１を貫通するように設けている。前記各スートブロー装置２４は、スートブロー用の圧縮空気を噴出するための多数の噴出孔（図示省略）を上下に形成したブロー管２５とこのブロー管２５を所定の角度範囲にて回転させるモータ２６とを備えている。
前記ブロー管２５は、圧縮空気の噴出を制御する電磁弁（図示省略）を介して高圧のエアーを貯留したエアータンク２７，２７に接続される。
【００３６】
２９，２９は、前記基台７に着脱自在に固定される前記各缶体モジュール１の第一支持脚であり、３０，３０，…は、前記各缶体モジュール１を着脱する際に用いる吊り下げ片である。３１，３２は、前記第一ガス通路構成体１１，第二ガス通路構成体１２に設けた接合用の第一，第二フランジであり、３つの前記各缶体モジュール１を直列に連結する際に用いる。
【００３７】
前記排ガス流入モジュール２は、図２に示すように、発電用ガスエンジンなどの熱電併給装置の排ガス出口にダクト（いずれも図示省略）が接続される第二排ガス入口３３を上面に、第一点検口３４を側面にそれぞれ備え、最上流の前記缶体モジュール１に対向する側面には、第二排ガス出口３５を備えている。前記第二排ガス入口３３および前記第二排ガス出口３５には、それぞれ接合用の第三，第四フランジ３６，３７を備え、前記第一点検口３４には常時閉の第一蓋３９を備えている。前記第四フランジ３７は、最上流の前記缶体モジュール１の前記第一フランジ３１に接合される。また、前記排ガス流入モジュール２の底面には、前記基台７に着脱自在に固定される第二支持脚（図示省略）を備えている。
【００３８】
前記排ガス流出モジュール３は、図２に示すように、基本的には、前記排ガス流入モジュール２と同様の構成である。煙突へ接続するためのダクト（いずれも図示省略）が接続される第三排ガス出口４１を上面に、第二点検口４２を側面にそれぞれ備え、最下流の前記缶体モジュール１に対向する側面には、第三排ガス入口４３を備えている。前記第三排ガス出口４１および前記排ガス入口４３には、それぞれ接合用の第五，第六フランジ４４，４５，・・・を備え、前記第二点検口４２には、常時閉の第二蓋４６を備えている。前記第六フランジ４５は、最下流の前記缶体モジュール１の第二フランジ３２に接合される。また、前記排ガス流出モジュール３の底面には、前記基台７に着脱自在に固定される第三支持脚４７，４７を備えている。
【００３９】
前記各給水装置４は、共通の給水元管５０に接続される第一送水管５１と給水ポンプ５２と前記各缶体モジュール１の下ヘッダ９へ送水する第二送水管５３とから主に構成される。
【００４０】
つぎに、前記実施例の制御回路につき説明する。前記各給水ポンプ５２は、図６に示すように、前記各缶体モジュール１に対応して個別に備えられ、前記各水位検出器２０などの検出信号を入力する各制御器５３により、前記各缶体モジュール１の水管１６の水位が設定水位となるように制御される。前記各制御器５３は、前記制御盤６内に一括して収納されている。前記各制御器５３は、スートブロー制御用の前記電磁弁およびモータをも制御する。
【００４１】
ここで、前記実施例の動作を説明する。前記熱電併給装置の運転が開始されると、排ガスが排出される。排出された排ガスは、前記排ガス流入モジュール２を経て最上流の前記缶体モジュール１に流入し、同モジュール１の多数の前記各水管１６と熱交換して温度を下降させる。そして、排ガスは、順次下流の前記缶体モジュール１，１を通過し、通過する間に前記各モジュール１の水管１６と熱交換した後、前記排ガス流出モジュール３を経て排熱ボイラ外へ流出する。
【００４２】
一方、前記各缶体モジュール１においては、それぞれを通過する排ガス温度に応じた水位制御が前記各制御器５３によりなされる。前記排ガス温度に応じた水位制御とは、排ガス温度が高い上流側の前記缶体モジュール１においては、設定水位を低くして制御し、排ガス温度が低い下流側の前記缶体モジュール１においては、設定水位を高く設定して制御する、すなわち上流側の前記缶体モジュールほど設定水位を低く設定して制御する。こうした各缶体モジュール１毎の排ガス温度に応じた水位制御により、前記各缶体モジュール１の各蒸気取り出し管１８からは、均質な高乾き度の蒸気が出力される。
【００４３】
前記実施例によれば、排熱ボイラを小型貫流ボイラの構造規格を満たす前記缶体モジュール１，１，…にて構成しているので、取扱い免許が不要で、年に１度の性能検査を行う必要が無く、維持管理費用を安くすることができる。また、複数の前記缶体モジュール１，１，…を直列に連結する構造としているので、万一故障が発生した場合には、当該故障を生じた前記缶体モジュール１のみを交換することにより、故障を復旧でき、排熱ボイラ全体を交換する必要がない。また、前記各缶体モジュール１を直列に直結する構成としているので、ダクトの接続が不要であり、現場施工が容易となるとともに、設置スペースを少なくできる。
【００４４】
さらに、前記各缶体モジュール１の水位制御をそれぞれ別個の制御器５３により行っているので、仮に最下流の前記缶体モジュール１が故障した場合でも、排ガスボイラ全体の作動をストップすることなく、蒸気の生成を一部継続して行うことができる。
【００４５】
この発明は、前記実施例に限定されるものではなく、実施に応じて、前記缶体モジュール１を２または４以上連結して、排熱ボイラを構成できる。
【００４６】
また、前記実施例においては、前記各缶体モジュール１に前記第一ガス通路構成体１１および前記第二ガス通路構成体１２を備え、前記排ガス通路１５の一部を構成するようにしているが、実施に応じててこれらのガス通路構成体１１，１２を省略することができる。さらに、前記各区画壁１０は、水管を含まないものとしているが、実施に応じて水管を含むものとすることができる。
【００４７】
【発明の効果】
前記請求項１〜３の発明によれば、大型の排熱ボイラを取り扱い免許および性能検査を不要とすることができ、前記請求項１〜４の発明によれば、排ガスボイラの増設，交換および修理を容易とすることができるなど、産業的価値は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を実施した排熱ボイラの一実施例の側面の説明図である。
【図２】同実施例の図１の平面の説明図である。
【図３】同実施例の図１の矢視Ａの方向から見た説明図である。
【図４】同実施例の缶体モジュールを図１の矢視Ａの方向から見た説明図である。
【図５】同缶体モジュールの縦断面の説明図である。
【図６】同実施例の要部制御回路図である。
【符号の説明】
１  缶体モジュール
４  給水装置
８  上ヘッダ
９  下ヘッダ
１６  水管
２０  水位検出器
５３  制御器
【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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