(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラなど燃焼装置を持った熱機器であって、燃焼装置へ供給する燃焼用空気はウインドボックスで整流するようにしており、途中に燃焼用空気を予熱する空気予熱装置を設けた給気ダクトをウインドボックスの外郭部分に接続することで、予熱した燃焼用空気を燃焼装置に供給するようにしている空気予熱を行う熱機器において、
前記ウインドボックスの外郭部分には、ウインドボックス外側壁とウインドボックス内側壁からなる内外２重の壁を設け、ウインドボックス内側壁の内側を整流空間、ウインドボックス外側壁とウインドボックス内側壁で挟まれた空間を吸熱空間とし、吸熱空間は最下流部で給気ダクト又は整流空間に接続し
ておくとともに、
空気予熱装置を通した燃焼用空気をウインドボックスの整流空間へ供給する給気ダクトと、
給気ダクトの前記空気予熱装置よりも上流側から分岐して、前記空気予熱装置を通さずに燃焼用空気をウインドボックスの吸熱空間へ供給するバイパス給気管を設けておき、
給気ダクトを通して供給する燃焼用空気は、ウインドボックス内側壁の内側に設けた整流空間へ直接供給し、
バイパス給気管を通して供給する燃焼用空気は、ウインドボックス内側壁の外側に設けた吸熱空間を経由した後に整流空間内へ入るようにしていることを特徴とする空気予熱を行う熱機器。
【請求項２】
請求項１に記載の空気予熱を行う熱機器において、吸熱空間は整流空間を取り囲むように設置しており、吸熱空間の最下流部で給気ダクト又は整流空間と接続するようにしており、吸熱空間内を流れてきた燃焼用空気は吸熱空間の終端で給気ダクトからの燃焼用空気と合流するようにしていることを特徴とする空気予熱を行う燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラなど燃焼を行う熱機器に関するものであって、熱機器の燃焼装置には予熱した燃焼用空気を供給するようにしている空気予熱を行う熱機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１４−８９０２３号公報に記載があるように、ボイラへ供給する燃焼用空気とボイラから排出する燃焼ガスの間で熱交換を行い、燃焼用空気を予熱するボイラが知られている。ボイラから排出される燃焼ガスの熱を利用して燃焼用空気の予熱を行うと、ボイラ内の火炎温度を上昇させることができるため、ボイラの効率を向上させることができる。ボイラへ供給する燃焼用空気は、送風機にて加圧し、給気ダクトを通してボイラへ送る。ボイラは、中心部に燃焼室を持ち、その周囲に水管を環状に配置した構造であって、燃焼室の上部に設けたバーナによって燃焼室内で燃焼を行うものであると、燃焼用空気は燃焼室の上方から燃焼室内へ供給することになる。このような燃焼室の上部にバーナを設置したボイラでは、燃料も燃焼室の上方から燃焼室へ向けて噴射する。この時、燃焼用空気の流れに片寄りが発生していると、均一な燃焼を行うことができず、燃焼状態が悪化する。そのため、バーナの手前に燃焼用空気を整流するウインドボックスを設けておき、ウインドボックスで整流した燃焼用空気をバーナへ供給するようにしている。
【０００３】
燃焼室が円筒形の空間である場合、一般的にはバーナとウインドボックスも円筒形状となる。円筒形のバーナは、中心軸付近で燃料を噴射するようにしており、燃料噴射部の周囲に燃焼筒を設けて燃焼用空気は燃焼筒内を通して供給する。下向きに火炎の燃焼を行うバーナであれば、バーナの上側にウインドボックスを設置する。ウインドボックスは円筒形であるバーナと同心であって、バーナの外径よりも大きな円筒形の外筒と、外筒の上面をふさぐ天板を持っている。ウインドボックスの内部には、前記燃焼筒の根本側を突出するようにして接続しており、ウインドボックス内は燃焼筒によって内側空間と外側空間に分割している。
【０００４】
ウインドボックスの外筒は、燃焼用空気を押し込む送風機からの燃焼用空気を通す給気ダクトと接続しており、給気ダクトを通して送られた燃焼用空気は、まずウインドボックスの外側空間内に入る。燃焼筒の上端とウインドボックス天板の間は、空気を流入するために間隔を開けており、外側空間に入った燃焼用空気は、燃焼筒の上側を乗り越えて内側空間内に入り、燃焼筒内を通って燃焼部へ下向きに流れる。ウインドボックスの外筒と給気ダクトの接続部は、外筒に対して接線方向に接続する場合と外筒に対して直角に接続する場合がある。外筒に対して給気ダクトを接線方向に接続した場合、燃焼用空気は外筒の内周面に沿って流れ、外側空間内で旋回しながら内側空間内へ入る。外筒に対して給気ダクトを直角に接続した場合、内側空間は給気ダクトの延長線上になるため、燃焼用空気はウインドボックス内の燃焼筒外周面に正面から衝突し、燃焼筒の外周面に沿って流れながら内側空間内に入る。ウインドボックスで燃焼用空気の整流を行うことで、燃焼装置での燃焼性を向上させることができる。
【０００５】
またボイラでは、バーナで燃焼を行うことによって発生させた高温の燃焼ガスでボイラ水の加熱を行い、ボイラ水との熱交換を行った後の燃焼ガスはボイラ内から排出している。この時に排出される燃焼ガスは、数百℃程度の熱を持っているため、排出している燃焼ガスから熱を回収することが行われている。燃焼ガスによってボイラの給水や燃焼用空気の予熱を行うと、ボイラの効率を向上させることができる。特開２０１４−８９０２３号公報には、燃焼用空気と燃焼ガスの間で熱交換を行うエアヒータを備えており、燃焼用空気は排出している燃焼ガスによって予熱するようにしている。
【０００６】
エアヒータによる燃焼用空気の予熱を行った場合、ウインドボックス内に入る燃焼用空気は高温となる。すると、ウインドボックスの外郭温度が上昇し、ウインドボックスからの熱の放出が行われる。ウインドボックスの周囲には、ボイラの運転に必要な制御装置や測定装置などが配置されており、ウインドボックスからの放熱量が高くなった場合にはそれらの装置に悪影響を与えることがある。そのため、ウインドボックスには断熱材を巻くなどして熱が放出されないようにする必要がある。ウインドボックスにはバーナを設置しているが、バーナはメンテナンスのために取り外しができるものでなければならない。そのため、ウインドボックスに断熱材を巻く場合にもバーナを取り外すことのできる構造にする必要があり、構造が複雑なものになっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−８９０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、燃焼用空気の予熱を行っている熱機器であって、予熱を行った燃焼用空気はウインドボックスを経由してバーナへ供給するようにしている熱機器において、ウインドボックスからの放熱を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、ボイラなど燃焼装置を持った熱機器であって、燃焼装置へ供給する燃焼用空気はウインドボックスで整流するようにしており、途中に燃焼用空気を予熱する空気予熱装置を設けた給気ダクトをウインドボックスの外郭部分に接続することで、予熱した燃焼用空気を燃焼装置に供給するようにしている空気予熱を行う熱機器において、前記ウインドボックスの外郭部分には、ウインドボックス外側壁とウインドボックス内側壁からなる内外２重の壁を設け、ウインドボックス内側壁の内側を整流空間、ウインドボックス外側壁とウインドボックス内側壁で挟まれた空間を吸熱空間とし、吸熱空間は最下流部で給気ダクト又は整流空間に接続し
ておくとともに、空気予熱装置を通した燃焼用空気をウインドボックスの整流空間へ供給する給気ダクトと、給気ダクトの前記空気予熱装置よりも上流側から分岐して、前記空気予熱装置を通さずに燃焼用空気をウインドボックスの吸熱空間へ供給するバイパス給気管を設けておき、給気ダクトを通して供給する燃焼用空気は、ウインドボックス内側壁の内側に設けた整流空間へ直接供給し、バイパス給気管を通して供給する燃焼用空気は、ウインドボックス内側壁の外側に設けた吸熱空間を経由した後に整流空間内へ入るようにしていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記の空気予熱を行う燃焼装置において、吸熱空間は整流空間を取り囲むように設置しており、吸熱空間の最下流部で給気ダクト又は整流空間と接続するようにしており、吸熱空間内を流れてきた燃焼用空気は吸熱空間の終端で給気ダクトからの燃焼用空気と合流するようにしていることを特徴とする。
【００１１】
この場合、予熱した燃焼用空気はウインドボックス外側壁とは接しないため、この燃焼用空気によってウインドボックスの最外面を加熱することはない。なお、予熱した燃焼用空気はウインドボックス内側壁とは接触するため、内側壁の温度は上昇し、内側壁から周囲への熱の放出は発生する。しかし内側壁の外周側には予熱を行わなかった燃焼用空気を流しており、内側壁から放出される熱は、予熱しなかった燃焼用空気が吸収する。そのためにウインドボックスの外郭を形成している外部壁の温度上昇は少なくなり、ウインドボックスの外郭から周囲に放出される熱量は低減される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明を実施することで、ウインドボックスの外郭から周囲に放出される熱量は少なくなるため、ウインドボックスの周囲に設置している制御装置や測定装置などへの熱による影響を低減することができる。ウインドボックスからの放熱量を減少し、燃焼部へ供給する熱量が増加することにより、効率の低下を低減することができる。そしてウインドボックスに断熱材を施工する必要は無くなるため、ウインドボックスの分解は容易であり、バーナの取り出しも容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を実施しているボイラのフロー図
【図２】第一の実施例におけるウインドボックス部分の断面平面図
【図３】第一の実施例におけるウインドボックス部分の一部断面斜視図
【図４】第二の実施例におけるウインドボックス部分の断面平面図
【図５】第三の実施例におけるウインドボックス部分の断面平面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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フロー図、図２は第一の実施例におけるウインドボックス部分の断面平面図、図３は第一の実施例におけるウインドボックス部分の一部断面斜視図、図４は第二の実施例におけるウインドボックス部分の断面平面図、図５は第三の実施例におけるウインドボックス部分の断面平面図である。
【００１５】
図１に記載しているボイラ１１は、中央に燃焼室を持ち、燃焼室の周囲を伝熱管で取り囲んだ構成としている。このボイラ１１では、熱使用機器１４との間を熱媒体循環配管１５で接続しており、熱使用機器１４とボイラ１１の間で熱媒体の循環を行うことで熱使用機器１４への熱供給を行う熱媒ボイラとしている。燃焼室の上部には燃焼装置を設置しており、燃焼装置は燃焼室へ向けて下向きに火炎の燃焼を行う。燃焼によって熱媒体の加熱を行い、加熱した熱媒体を熱使用機器１４に供給して熱使用機器１４で熱を使用し、温度の低下した熱媒体はボイラ１１に戻すことで再び加熱する。
【００１６】
燃焼装置は、円筒形のウインドボックス１と、ウインドボックス１の中心軸部分に燃料噴射部を設けている。ウインドボックス１内には、ウインドボックス１と同心の円筒であって、ウインドボックス１の底面を貫通するように設置した燃焼筒３を設けている。燃焼筒３の上端は、ウインドボックス１の天井面よりは低い位置としており、燃焼筒３の上端とウインドボックス天井面の間に燃焼用空気が燃焼筒３内へ入るための入口流路を作っている。燃焼筒３の下端はウインドボックス１の底面よりも下側まで延びており、燃焼筒３内を通して燃焼筒３の先へ燃焼用空気を送る。燃焼筒３内の先端部には、燃焼筒３内を流れてくる燃焼用空気を分散して燃焼部へ供給するためのバッフル板を設けており、バッフル板の空気噴出口からバーナ先側の燃焼部へ燃焼用空気を噴出する。燃焼筒３の中心軸部分には燃料ガス管５を設けておき、バッフル板よりも先側とした燃料ガス管先端部に燃料噴射ノズルを設置し、燃料噴射ノズルから噴射した燃料ガスと、その周囲に流す燃焼用空気を混合させて燃焼を行うようにしている。
【００１７】
ウインドボックス１内の外郭部分には、ウインドボックス外側壁８とウインドボックス内側壁９からなる二重の壁体を設けており、二重壁の間を吸熱空間６、ウインドボックス内側壁９の内側を整流空間４としている。吸熱空間６は細い環状の空間であって、整流空間４の周囲を取り囲むものとなり、整流空間４との間にウインドボックス内側壁９で区画している部分では、吸熱空間６と整流空間４の間で燃焼用空気が流れないようにしている。
【００１８】
ウインドボックス１には、送風機１０から燃焼用空気を供給してくる給気ダクト２を接続している。第一の実施例では、給気ダクト２はウインドボックスの接線方向に接続したものである。給気ダクト２の途中にはエアヒータ７を設けている。エアヒータ７は、ボイラ１１内で熱媒体の加熱を行った後にボイラ１１から排気ダクト１３を通して排出している排ガスと、送風機１０から給気ダクト２を通して燃焼装置へ送っている燃焼用空気の間で熱交換を行うものであり、エアヒータ７を通すことで燃焼用空気の温度は上昇する。
給気ダクト２はウインドボックス内側壁９の内側、つまり整流空間４に接続している。整流空間４内に入った燃焼用空気は、ウインドボックス内側壁９と燃焼筒３の間の空間内を旋回しながら、燃焼筒３の内側へ入る。
【００１９】
ウインドボックス１の吸熱空間６の側にも燃焼用空気を供給するようにしており、吸熱空間６にはバイパス給気管１２を接続している。バイパス給気管１２は、給気ダクト２のエアヒータ７よりも上流側から分岐し、エアヒータ７は通さずにウインドボックス１へ接続したものであり、そのため、バイパス給気管１２を通して吸熱空間６内に入る燃焼用空気の温度は、エアヒータ７を通した後に整流空間４に入る予熱後燃焼用空気温度に比べて低いものとなる。第一の実施例では、吸熱空間６は整流空間４の周囲をほぼ１周した後の最下流部で給気ダクト２に接続しており、バイパス給気管を通して送られてきた燃焼用空気は、吸熱空間６を１周した後で、給気ダクト２を通して送られてきた燃焼用空気と合流している。
【００２０】
ウインドボックス１をこのような構造にすると、エアヒータ７で予熱して温度が上昇した燃焼用空気は、整流空間４内で旋回をしつつ、燃焼筒３内へ入る。予熱した燃焼用空気が整流空間４内で旋回していると、予熱燃焼用空気が保有する熱の一部はウインドボックス内側壁９に移り、ウインドボックス内側壁９の温度が上昇する。温度の上昇したウインドボックス内側壁９では、整流空間４とは逆側の面である吸熱空間６の側へ熱の放出を行うが、吸熱空間６へ放出される熱は、吸熱空間６内を流れる予熱していない燃焼用空気が取り込む。そのため、ウインドボックスに高温の燃焼用空気を供給していても、ウインドボックスの周囲に放出される熱量は少なくすることができる。また、吸熱空間６内を流れる燃焼用空気は、ウインドボックス内側壁９からの放出熱を回収した後に整流空間４内へ入るため、この放出熱も有効に活用することができる。
【００２１】
なお、吸熱空間６内を流れる燃焼用空気の温度が上昇することでウインドボックス外側壁８の温度が上昇することも考えられる。しかし、吸熱空間６での燃焼用空気温度の上昇量は、エアヒータ７における燃焼用空気温度の上昇量に比べて大幅に低いものとなる。そのため、ウインドボックス外側壁８での温度上昇量は少ないものとなり、ウインドボックス外側壁８からの放熱量は少ない。ウインドボックスからの放熱量が少なくなっているため、ウインドボックス周辺の機器類では熱による影響を受けることがなくなる。
【００２２】
第二の実施例は、ウインドボックス１の垂直方向の中心軸と給気ダクトの水平方向中心軸の延長線が交差するように、給気ダクト２を接続した場合のものである。この場合においても、ウインドボックス１内の外郭部分には、ウインドボックス外側壁８とウインドボックス内側壁９からなる二重の壁体を設けており、二重壁の間を吸熱空間６、内側の壁であるウインドボックス内側壁９のさらに内側を整流空間４としている。
【００２３】
ウインドボックス１には、送風機１０から燃焼用空気を供給してくる給気ダクト２と、給気ダクト２から分岐したバイパス給気管１２を接続している。給気ダクト２は整流空間４に接続しており、給気ダクト２からウインドボックス１内に入った燃焼用空気は、燃焼筒３に対して正面から衝突し、燃焼筒３の外側面に沿って左右に分かれて流れながら、燃焼筒３の内側に入る。吸熱空間６には、バイパス給気管１２を接続している。吸熱空間６は整流空間４の周囲をほぼ一周した後に、給気ダクト２の整流空間４との境界付近で給気ダクト２を通して送られてきた燃焼用空気と合流させるようにしている。そのため、バイパス給気管１２を通して送られてきた燃焼用空気も、最終的には給気ダクト２を通して供給されてきた燃焼用空気と合流することになる。
【００２４】
ここでも給気ダクト２の途中にはエアヒータ７を設けており、エアヒータ７を通すことで燃焼用空気の温度は上昇する。給気ダクト２からウインドボックス１内に入った燃焼用空気は、整流空間４内を流れて燃焼筒３の周囲から燃焼筒３の内側へ入る。この時、整流空間４内を流れる燃焼用空気は温度を高めたものであるため、燃焼用空気はウインドボックス内側壁９の加熱を行う。
【００２５】
ウインドボックス内側壁９の温度が上昇すると、ウインドボックス内側壁９から吸熱空間６への熱の放出が行われるが、吸熱空間６には予熱していない燃焼用空気を流しているため、ウインドボックス内側壁９からの熱は吸熱空間６内を流れる燃焼用空気が回収する。
このようにすることで、ウインドボックス１からその周囲へ放出する熱量は低減することができ、ウインドボックス１の周囲に設置している制御装置や測定装置に対する熱の影響を低減することができる。
【００２６】
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。例えば、図５に記載している第三の実施例は、第二の実施例から吸熱空間６を変更したものである。この実施例では、吸熱空間の最終端はバイパス給気管１２接続部とは燃焼筒３を挟んだ反対側としている。この場合、バイパス給気管１２から吸熱空間６内に入った燃焼用空気は、図の上方側と下方側に分かれて進む。吸熱空間６の最終端部分ではウインドボックス内側壁９を切り欠いており、吸熱空間６内を流れる燃焼用空気は、吸熱空間の終端から整流空間４内へ入るようになっている。このような構成としてもウインドボックスからの放熱量を低減する発明を実施することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１  ウインドボックス        
２  給気ダクト      
３  燃焼筒        
４  整流空間      
５  燃料ガス管            
６  吸熱空間        
７  エアヒータ
８  ウインドボックス外側壁
９  ウインドボックス内側壁    
１０  送風機
１１  ボイラ
１２  バイパス給気管
１３  排気ダクト
１４  熱使用機器
１５  熱媒体循環配管
【図１】
0006433185.tif 000002
【図２】
0006433185.tif 000003
【図３】
0006433185.tif 000004
【図４】
0006433185.tif 000005
【図５】
0006433185.tif 000006