(57)【要約】【課題】  水管ボイラの缶体において、高いボイラ効率を実現しつつ圧力損失を低く抑えるとともに、水管の熱負荷の均一化を図る。【解決手段】  複数の第一水管３，３，…により構成され、隣接する前記各第一水管３間に所定範囲にわたって隙間５が形成された環状の第一水管列４と、この第一水管列４の内側に形成された燃焼室９と、前記第一水管列４の外側に設けられた壁部材１１と、前記第一水管列４と前記壁部材１１とにより形成されたガス流路１３とを備え、前記各隙間５を前記第一水管列４の半径方向へ延長するように形成する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第一水管３，３，…により構成され、隣接する前記各第一水管３間に所定範囲にわたって隙間５が形成された環状の第一水管列４と、この第一水管列４の内側に形成された燃焼室９と、前記第一水管列４の外側に設けられた壁部材１１と、前記第一水管列４と前記壁部材１１とにより形成されたガス流路１３とを備え、前記各隙間５にガス流速を増加させる狭隘部１７，１７，…を前記各隙間５におけるガスの流れ方向へ所定距離にわたって形成したことを特徴とする水管ボイラ。
【請求項２】
前記壁部材１１が、複数の第二水管２１，２１，…により構成された環状の第二水管列２０であることを特徴とする請求項１に記載の水管ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、貫流ボイラ，自然循環式水管ボイラ，強制循環式水管ボイラなどの水管ボイラの缶体構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水管ボイラの缶体構造には、複数本の水管を環状に配置して内側水管列を形成し、この内側水管列の内側に燃焼室を形成し、前記内側水管列の外側にさらに複数本の水管を環状に配置して外側水管列を形成し、両水管列によりガス流路を形成したものがある。前記燃焼室内では、主に輻射伝熱が行われ、前記ガス流路では、主に対流伝熱が行われる。
【０００３】
前記水管ボイラでは、ボイラ効率の向上を図るために、前記各水管に伝熱フィンを設けて伝熱面積を増加させる対策が実施されている。具体的には、前記両水管列における前記ガス流路側の伝熱面に横ヒレ形状の伝熱フィンを多段に設けて、ボイラ効率の向上を図っている（たとえば、特公平６−１３９２１号公報（米国特許第４８２５８１３号公報）参照）。
【０００４】
この構造の長所としては、前記伝熱フィンにより伝熱面積が増加してボイラ効率が向上するとともに、製造上の誤差によりボイラ効率が低くなることが少ないという長所がある。しかし、その反面、圧力損失が大きいという課題があり、大型の送風機を使用する必要があった。また、前記燃焼室から前記ガス流路へのガスの流入は、前記内側水管列に設けられた開口部を介して行われるが、この開口部が１箇所しかない場合、この開口部周辺の前記各水管の熱負荷が高くなるという課題があった。
【０００５】
【特許文献１】特公平６−１３９２１号公報（米国特許第４８２５８１３号公報）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明が解決しようとする課題は、水管ボイラの缶体において、高いボイラ効率を実現しつつ圧力損失を低く抑えるとともに、水管の熱負荷の均一化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、複数の第一水管により構成され、隣接する前記各第一水管間に所定範囲にわたって隙間が形成された環状の第一水管列と、この第一水管列の内側に形成された燃焼室と、前記第一水管列の外側に設けられた壁部材と、前記第一水管列と前記壁部材とにより形成されたガス流路とを備え、前記各隙間にガス流速を増加させる狭隘部を前記各隙間におけるガスの流れ方向へ所定距離にわたって形成したことを特徴としている。
【０００８】
さらに、請求項２に記載の発明は、前記壁部材が、複数の第二水管により構成された環状の第二水管列であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、第一水管間の隙間に所定距離にわたって狭隘部を形成した構成により、各隙間における伝熱量が増加し、充分な伝熱量を得ることができるとともに、前記隙間が複数箇所形成されているので、圧力損失があまり大きくならず、高いボイラ効率と低い圧力損失とを両立することができる。すなわち、高いボイラ効率を実現しつつ圧力損失を低く抑えることができる。また、ガスが複数の前記各隙間からガス流路へ流入するため
、伝熱量が前記各第一水管へ分散されて、前記各第一水管の熱負荷を均一化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明は、多管式の水管ボイラとして実施され、蒸気ボイラや温水ボイラのほか、熱媒を加熱する熱媒ボイラなどに適用される。
【００１１】
まず、第一の実施の形態について、図１〜図３を参照しながら説明する。この第一の実施の形態は、この発明を多管式の貫流ボイラに適用した例である。
【００１２】
ボイラの缶体は、所定の距離を離して配置された上部管寄せ１および下部管寄せ２を備えている。これらの上部管寄せ１と下部管寄せ２との間には、複数の第一水管３，３，…が環状に配置されている。これらの各第一水管３は、環状の第一水管列４を形成し、前記各第一水管３の上下端部は、前記上部管寄せ１および前記下部管寄せ２にそれぞれ接続されている。前記第一水管列４は、隣接する前記各第一水管３間に隙間５，５，…がそれぞれ形成された隙間保有部６と、前記各第一水管３を第一連結ヒレ７，７，…で連結して構成した水管壁部８とにより構成されている。この第一実施例においては、前記隙間保有部６および前記水管壁部８は、それぞれ約１／２ずつに設定されている。
【００１３】
前記第一水管列４の内側には、燃焼室９が形成されている。この燃焼室９の上方には、バーナ１０が取り付けられている。このバーナ１０は、前記上部管寄せ１の内方中央部から前記燃焼室９へ向けて挿入されている。また、前記バーナ１０には、燃焼用空気を供給するための送風機（図示省略）が接続されている。
【００１４】
前記第一水管列４の外側には、円筒状の壁部材１１が設けられている。この壁部材１１の上下端部は、前記上部管寄せ１および前記下部管寄せ２にそれぞれ接続されている。前記壁部材１１は、その一部に開口部１２を備えている。この開口部１２は、前記隙間保有部６と約１８０度反対側の位置，すなわち前記水管壁部８と向かい合う位置に設けられている。
【００１５】
前記第一水管列４と前記壁部材１１とにより、前記各隙間５から前記開口部１２へ至るガス流路１３，１３が形成されている。この両ガス流路１３は、前記各隙間５を介して前記燃焼室９と連通し、前記開口部１２を介して煙道１４と連通している。したがって、前記各隙間５からのガスは、前記両ガス流路１３をそれぞれ流れ、前記開口部１２にて合流し、前記煙道１４から外部へ排出される。
【００１６】
前記壁部材１１の外側には、断熱材１５が設けられ、さらにその外側には、缶体カバー１６が設けられている。
【００１７】
さて、前記各隙間５および前記両ガス流路１３の構成について、さらに具体的に説明する。以下の説明においては、前記両ガス流路１３は、前記各隙間５から前記開口部１２へ至る流路としてほぼ対称となっているので、一方の前記ガス流路１３について説明する。
【００１８】
まず、前記各隙間５について具体的に説明する。前記各第一水管３のうち、前記隙間保有部６を構成する第一水管３において、その横断面は、非円形状に形成されており、一対の向かい合う直線部（符号省略）と一対の向かい合う円弧部（符号省略）とからなり、前記各第一水管３は、前記各直線部が対面するように配置されている。そして、前記各隙間５において、前記各直線部により、狭隘部１７，１７，…が前記各隙間５におけるガスの流れ方向へ所定距離にわたってそれぞれ形成されている。この各狭隘部１７は、ガス流速
を増加させる働きをなし、ガス流速が速く伝熱量の多い区間が、長くなるように構成されている。この第一の実施の形態においては、前記各第一水管３の横断面が、とうもろこしの実に類似した形状をしており、前記各狭隘部１７は、前記第一水管列４の半径方向へ直線状に形成されている。
【００１９】
また、前記各隙間５においては、その幅を前記ガス流路１３におけるガスの流れ方向の下流側のものほど小さく設定している。これは、下流側の前記隙間５ほど前記開口部１２に近いため、ガスが流れやすく、ガス流量が大きくなる傾向があり、前記各隙間５におけるガス流量の偏りを抑制するためである。この構成により、前記各隙間５のガス流量をほぼ均等とすることができ、前記隙間保有部６における前記各第一水管３の熱負荷をほぼ均一とすることができる。この第一実施例においては、最も上流側の前記隙間５の幅を６mmとし、下流側へ向かって順に４mm，４mm，４mm，３mm，３mm，３mm，２mm，２mm，２mmとしている。
【００２０】
つぎに、前記ガス流路１３について具体的に説明する。前記ガス流路１３のうち前記所定範囲（すなわち、前記ガス流路１３のうち前記隙間保有部６と前記壁部材１１とにより形成された部分）の流路断面積をガスの流れ方向の下流側へ向かって次第に増加させた構成としている。すなわち、前記各第一水管３の外周面と前記壁部材１１の内周面との距離Ａ（図３参照）が、ガスの流れ方向の下流側へ向かって次第に増加している。
【００２１】
前記ガス流路１３においては、前記各隙間５からのガスの合流により、前記ガス流路１３を流れるガスの流量が増加する。また、伝熱によりガスの温度が低下し、それに伴うガスの体積減少によりガス流量が減少するが、合流によるガス流量の増加量の方が大きいため、全体としては、ガス流量は増加する。そこで、前記流路断面積を次第に増加させた構成とすることにより、前記ガス流路１３のうち前記所定範囲を流れるガスの流速をほぼ一定とすることができ、充分な伝熱量が得られるとともに、圧力損失があまり大きくならない適切なガス流速を維持することができる。
【００２２】
ここにおいて、前記流路断面積を次第に増加させた構成は、たとえば前記第一水管列４と前記壁部材１１とを互いに偏心させて配置することにより実現する。すなわち、前記第一水管列４を前記壁部材１１に対して前記開口部１２とは反対側へ偏心させるか，あるいは前記壁部材１１を前記第一水管列４に対して前記開口部１２側へ偏心させる。この第一実施例においては、後者の偏心構造としている。
【００２３】
さらに、前記第一水管列４における前記ガス流路１３側の伝熱面構造について、具体的に説明する。前記第一水管列４においては、前記隙間保有部６における前記各第一水管３に横ヒレ形状の第一伝熱フィン１８，１８，…が多段に設けられており、前記水管壁部８における前記各第一水管３に横ヒレ形状の第二伝熱フィン１９，１９，…が多段に設けられている。これらの各伝熱フィン１８，１９は、前記各第一水管３の周面から前記ガス流路１３へ向けて突出しており、ほぼ水平に設けられているので、伝熱量を増加させつつ、ガスの流通抵抗の増大を抑えることができる。そして、接触するガスの温度に応じて、前記各第一伝熱フィン１８の突出高さより前記各第二伝熱フィン１９の突出高さを高くしている。このように、前記第一水管列４は、２段階の伝熱面構造となっている。
【００２４】
ところで、この第一の実施の形態において、前記隙間保有部６における前記各第一水管３は、その横断面がとうもろこしの実に類似した形状となっており、前記水管壁部８における前記各第一水管３は、その横断面が円形状となっているが、実施に応じて、前記全第一水管３の横断面をとうもろこしの実に類似した形状とすることもできる。また、前記水管壁部８は、前記各第一連結ヒレ７を設けないで、前記各第一水管３を密接して構成することもできる。
【００２５】
また、前記隙間保有部６は、所定範囲に設けられるが、前記第一水管列４の中心角において、１４０度〜３２０度の範囲にわたって設けられ、好ましくは約１８０度の範囲にわたって設けられる。そして、前記各隙間の幅は、燃料がガス燃料の場合は、０．５〜３mmの範囲に設定され、燃料が油燃料の場合は、煤詰まりの防止を考慮して、１．５〜８mmの範囲に設定される。そして、実施に応じては、前記各隙間５の幅は、均等に設定することもできる。
【００２６】
以上の構成のボイラにおいて、その作用を説明する。前記バーナ１０を作動させると、前記燃焼室９内で燃焼反応が行われ、燃焼反応により発生したガス（燃焼反応中のガスおよび燃焼反応が完了したガスを含む。）は、前記各隙間５から前記ガス流路１３へ流入する。前記ガス流路１３で合流したガスは、前記ガス流路１３を流れ、前記開口部１２から前記煙道１４を通って排ガスとして外部へ排出される。この流れの過程で、ガスから前記各第一水管３内の被加熱流体への伝熱が行われ、前記燃焼室９内では、主に輻射伝熱が行われ、前記各隙間５および前記ガス流路１３では、主に対流伝熱が行われる。そして、前記各第一水管３内の被加熱流体は、加熱されながら上昇し、前記上部管寄せ１から蒸気として取り出される。
【００２７】
前記各隙間５においては、前記各狭隘部１７の働きにより、ガス流速が増加し、しかも流速が増加した状態で流れる区間が長いため、前記各隙間５における伝熱量が格段に増加する。そして、前記隙間５が複数箇所形成されているので、圧力損失があまり大きくならない。また、前記各隙間５においては、前記各隙間５の幅が下流側のものほど小さく設定されているので、上流側の前記隙間５からも所定量のガスが流出し、前記各隙間５においてほぼ均等なガス流量となる。したがって、前記隙間保有部６における前記各第一水管３の熱負荷を均一化することができる。熱負荷に偏りがあると、熱負荷の高い前記第一水管３ほどその内面に伝熱阻害物質であるスケールが付着し、過熱されやすくなるが、熱負荷を均一化することにより、この問題を解消することができる。さらに、ガスが前記各隙間５を通過する際、燃焼反応中のガスが前記各第一水管３に接触して冷却され、燃焼温度が低下するため、サーマルＮＯｘの発生が抑制され、ＮＯｘの排出量が低減される。
【００２８】
また、前記ガス流路１３のうち前記所定範囲の流路断面積を次第に増加させた構成により、前記各隙間５からのガスの合流によるガス流量の増加に対応して、ガス流速がほぼ一定となる。したがって、前記ガス流路１３のうち前記所定範囲において、充分な伝熱量が得られるとともに、圧力損失があまり大きくならない適切なガス流速を維持することができる。
【００２９】
以上のように、前記構成によれば、高いボイラ効率（熱回収率）と低い圧力損失とを両立することができる。高いボイラ効率を実現することができるので、燃料消費量を低減して、省エネルギーを実現することができる。また、圧力損失を低減することができるので、前記送風機として小型のものを用いることができ、電力消費量を大幅に低減することができる。
【００３０】
つぎに、前記各第一水管３の変形例について、図４および図５を参照しながら説明する。図４に示した第一変形例においては、前記各隙間５が形成された前記各第一水管３の横断面が略流線型形状となっており、そのガス流れ方向の下流端が隣接する前記第一水管３の周面に沿って曲がった形状となっている。すなわち、前記各狭隘部１７は、円弧状に形成されている。この構成によれば、前記各狭隘部１７の流路長さを非常に長く設定することができる。また、前記各狭隘部１７は、前記ガス流路１３におけるガスの流れ方向下流側を向くように、前記第一水管列４の半径方向に対して傾斜して形成されているので、ガスが前記各狭隘部１７から前記ガス流路１３へ流入する際の圧力損失を低く抑えることが
できる。そして、ガスは、前記各狭隘部１７から前記ガス流路１３へ流入後、下流側の前記各第一水管３の周面全体に沿うように流れ、伝熱量が増加する。
【００３１】
また、図５に示した第二変形例においては、前記各隙間５が形成された前記各第一水管３の横断面が楕円形状となっており、その長軸が前記第一水管列４の半径方向へ向くように配置されている。すなわち、前記各狭隘部１７は、ディフューザ状に形成されている。この構成によれば、前記各狭隘部１７の下流側で静圧を回復させることができ、圧力損失低減の効果がある。
【００３２】
つぎに、第二の実施の形態について、図６〜図８を参照しながら説明する。この第二の実施の形態も前記第一の実施の形態と同様、この発明を多管式の貫流ボイラに適用した例である。ここにおいて、前記第一の実施の形態と同様の構成部材については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３３】
さて、この第二の実施の形態は、前記壁部材１１として、環状の第二水管列２０を配置している。すなわち、前記第一水管列４の外側に前記第二水管列２０を配置し、二重水管列構造としている。前記第一水管列４は、前記第一の実施の形態と同様の構成をしており、前記隙間保有部６および前記水管壁部８が、それぞれ約１／２ずつに設定されている。
【００３４】
前記第二水管列２０は、複数の第二水管２１を環状に配置して形成されている。この各第二水管２１は、横断面が円形状をしており、第二連結ヒレ２２，２２，…でそれぞれ連結されている。前記各第二水管２１の上下端部は、前記上部管寄せ１および前記下部管寄せ２にそれぞれ接続されている。また、前記第二水管列２０は、その一部に前記開口部１２を備えている。前記開口部１２は、前記隙間保有部６と約１８０度反対側の位置，すなわち前記水管壁部８と向かい合う位置に設けられている。また、前記各第一水管３と前記各第二水管２１とは、周方向へ半ピッチずつずらした状態で配置されている。
【００３５】
前記第一水管列４と前記第二水管列２０とにより、前記各隙間５から前記開口部１２へ至る前記ガス流路１３，１３が形成されている。前記両ガス流路１３は、前記各隙間５を介して前記燃焼室９と連通し、前記開口部１２を介して前記煙道１４と連通している。したがって、前記各隙間５からのガスは、前記両ガス流路１３をそれぞれ流れ、前記開口部１２にて合流し、前記煙道１４から外部へ排出される。
【００３６】
前記第二水管列２０の外側には、前記断熱材１５が設けられ、さらにその外側には、前記缶体カバー１６が設けられている。
【００３７】
また、前記各隙間５および前記両ガス流路１３の具体的構成は、前記第一の実施の形態と同様であり、以下のようになっている。以下の説明においては、前記両ガス流路１３は、前記各隙間５から前記開口部１２へ至る流路としてほぼ対称となっているので、一方の前記ガス流路１３について説明する。
【００３８】
まず、前記各隙間５について具体的に説明する。前記第一の実施の形態と同様、前記各隙間５が形成された前記各第一水管３の横断面が、とうもろこしの実に類似した形状をしており、前記各狭隘部１７は、前記第一水管列４の半径方向へ直線状に形成されている。ここにおいて、前記各第一水管３は、図４または図５に示した変形例の形状とすることもできる。
【００３９】
また、前記各隙間５においては、その幅を前記ガス流路１３におけるガスの流れ方向の下流側のものほど小さく設定している。これは、下流側の前記隙間５ほど前記開口部１２に近いため、ガスが流れやすく、ガス流量が大きくなる傾向があり、前記各隙間５におけ
るガス流量の偏りを抑制するためである。この構成により、前記各隙間５のガス流量をほぼ均等とすることができ、前記隙間保有部６における前記各第一水管３の熱負荷をほぼ均一とすることができる。この第二実施例においても、最も上流側の前記隙間５の幅を６mmとし、下流側へ向かって順に４mm，４mm，４mm，３mm，３mm，３mm，２mm，２mm，２mmとしている。
【００４０】
つぎに、前記ガス流路１３について具体的に説明する。前記ガス流路１３のうち前記所定範囲の流路断面積をガスの流れ方向の下流側へ向かって次第に増加させた構成としている。すなわち、前記各第一水管３の外周面と前記第二水管列２０の内側（前記各第二水管２１の外周面に接する弧線Ｘ（二点鎖線で表示））との距離Ｂ（図８参照）が、ガスの流れ方向の下流側へ向かって次第に増加している。
【００４１】
前記ガス流路１３においては、前記各隙間５からのガスの合流により、前記ガス流路１３を流れるガスの流量が増加する。また、伝熱によりガスの温度が低下し、それに伴うガスの体積減少によりガス流量が減少するが、合流によるガス流量の増加量の方が大きいため、全体としては、ガス流量は増加する。そこで、前記流路断面積を次第に増加させた構成とすることにより、前記ガス流路１３のうち前記所定範囲を流れるガスの流速をほぼ一定とすることができ、充分な伝熱量が得られるとともに、圧力損失があまり大きくならない適切なガス流速を維持することができる。
【００４２】
ここにおいて、前記流路断面積を次第に増加させた構成は、たとえば前記両水管列４，２０を互いに偏心させて配置することにより実現する。すなわち、前記第一水管列４を前記第二水管列２０に対して前記開口部１２とは反対側へ偏心させるか，あるいは前記第二水管列２０を前記第一水管列４に対して前記開口部１２側へ偏心させる。この第二の実施の形態においては、後者の偏心構造としている。
【００４３】
さらに、前記両水管列４，２０における前記ガス流路１３側の伝熱面構造について、具体的に説明する。前記第一水管列４においては、前記第一の実施の形態と同様、前記隙間保有部６における前記各第一水管３に横ヒレ形状の前記各第一伝熱フィン１８が多段に設けられており、前記水管壁部８における前記各第一水管３に横ヒレ形状の前記各第二伝熱フィン１９が多段に設けられている。前記各伝熱フィン１８，１９は、前記各第一水管３の周面から前記ガス流路１３へ向けて突出しており、ほぼ水平に設けられているので、伝熱量を増加させつつ、ガスの流通抵抗の増大を抑えることができる。そして、接触するガスの温度に応じて、前記各第一伝熱フィン１８の突出高さより前記各第二伝熱フィン１９の突出高さを高くしている。このように、前記第一水管列４は、２段階の伝熱面構造となっている。
【００４４】
また、前記第二水管列２０においては、上流側から順に、伝熱フィンを備えていない前記第二水管２１からなる伝熱面，横ヒレ形状の第三伝熱フィン２３，２３，…が多段に設けられた前記第二水管２１からなる伝熱面，横ヒレ形状の第四伝熱フィン２４，２４，…が多段に設けられた前記第二水管２１からなる伝熱面が設けられており、３段階の伝熱面構造となっている。これらの各伝熱フィン２３，２４は、前記各第二水管２１の周面から前記ガス流路１３へ向けて突出しており、ほぼ水平に設けられているので、伝熱量を増加させつつ、ガスの流通抵抗の増大を抑えることができる。そして、接触するガスの温度に応じて、前記各第三伝熱フィン２３の突出高さより前記各第四伝熱フィン２４の突出高さを高くしている。
【００４５】
以上の構成のボイラにおいて、その作用を説明する。前記バーナ１０を作動させると、前記燃焼室９内で燃焼反応が行われ、燃焼反応により発生したガス（燃焼反応中のガスおよび燃焼反応が完了したガスを含む。）は、前記各隙間５から前記ガス流路１３へ流入す
る。前記ガス流路１３で合流したガスは、前記ガス流路１３を流れ、前記開口部１２から前記煙道１４を通って排ガスとして外部へ排出される。この流れの過程で、ガスから前記各水管３，２１内の被加熱流体への伝熱が行われ、前記燃焼室９内では、主に輻射伝熱が行われ、前記各隙間５および前記ガス流路１３では、主に対流伝熱が行われる。そして、前記各水管３，２１内の被加熱流体は、加熱されながら上昇し、前記上部管寄せ１から蒸気として取り出される。
【００４６】
前記各隙間５においては、前記各狭隘部１７の働きにより、ガス流速が増加し、しかも流速が増加した状態で流れる区間が長いため、前記各隙間５における伝熱量が格段に増加する。そして、前記隙間５が複数箇所形成されているので、圧力損失があまり大きくならない。また、前記各隙間５においては、前記各隙間５の幅が下流側のものほど小さく設定されているので、上流側の前記隙間５からも所定量のガスが流出し、前記各隙間５においてほぼ均等なガス流量となる。したがって、前記隙間保有部６における前記各第一水管３の熱負荷を均一化することができる。熱負荷に偏りがあると、熱負荷の高い前記第一水管３ほどその内面に伝熱阻害物質であるスケールが付着し、過熱されやすくなるが、熱負荷を均一化することにより、この問題を解消することができる。また、ガスが前記各隙間５を通過する際、燃焼反応中のガスが前記各第一水管３に接触して冷却され、燃焼温度が低下するため、サーマルＮＯｘの発生が抑制され、ＮＯｘの排出量が低減される。
【００４７】
また、前記ガス流路１３のうち前記所定範囲の流路断面積を次第に増加させた構成により、前記各隙間５からのガスの合流によるガス流量の増加に対応して、ガス流速がほぼ一定となる。したがって、前記ガス流路１３のうち前記所定範囲において、充分な伝熱量が得られるとともに、圧力損失があまり大きくならない適切なガス流速を維持することができる。この第二の実施の形態では、前記ガス流路１３におけるガス流速は約２０m/sであり、缶体全体の圧力損失は約３００mmAqであり、ボイラ効率は約９０％である。
【００４８】
以上のように、前記構成によれば、高いボイラ効率と低い圧力損失とを両立することができる。高いボイラ効率を実現することができるので、燃料消費量を低減して、省エネルギーを実現することができる。また、前記圧力損失は、従来のものと比較して約４０％低減されており、前記送風機として小型のものを用いることができるため、電力消費量を大幅に低減することができる。
【００４９】
以上の各実施の形態は、前記各隙間５からのガスが前記両ガス流路１３をそれぞれ流れる缶体について説明したが、この発明は、たとえば米国特許第４２５７３５８号公報の図１および図２に記載されているように、ガスが一方向へ前記ガス流路１３をほぼ一周するように流れる缶体にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明における第一の実施の形態の縦断面説明図である。
【図２】図１のII−II線に沿う横断面説明図である。
【図３】図２の要部を拡大して示す横断面説明図である。
【図４】第一水管の第一変形例を示す横断面説明図である。
【図５】第一水管の第二変形例を示す横断面説明図である。
【図６】この発明における第二の実施の形態の縦断面説明図である。
【図７】図６のVII−VII線に沿う横断面説明図である。
【図８】図７の要部を拡大して示す横断面説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
３  第一水管
４  第一水管列
５  隙間
９  燃焼室
１１  壁部材
１３  ガス流路
１７  狭隘部
２０  第二水管列
２１  第二水管
【図１】
2005274023.tif 000003
【図２】
2005274023.tif 000004
【図３】
2005274023.tif 000005
【図４】
2005274023.tif 000006
【図５】
2005274023.tif 000007
【図６】
2005274023.tif 000008
【図７】
2005274023.tif 000009
【図８】
2005274023.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成16年5月31日(2004.5.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第一水管３，３，…により構成され、隣接する前記各第一水管３間に所定範囲にわたって隙間５が形成された環状の第一水管列４と、この第一水管列４の内側に形成された燃焼室９と、前記第一水管列４の外側に設けられた壁部材１１と、前記第一水管列４と前記壁部材１１とにより形成されたガス流路１３とを備え、前記各隙間５を前記第一水管列４の半径方向へ延長するように形成したことを特徴とする水管ボイラ。
【請求項２】
前記壁部材１１が、複数の第二水管２１，２１，…により構成された環状の第二水管列２０であることを特徴とする請求項１に記載の水管ボイラ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、貫流ボイラ，自然循環式水管ボイラ，強制循環式水管ボイラなどの水管ボイラの缶体構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水管ボイラの缶体構造には、複数本の水管を環状に配置して内側水管列を形成し、この内側水管列の内側に燃焼室を形成し、前記内側水管列の外側にさらに複数本の水管を環状に配置して外側水管列を形成し、両水管列によりガス流路を形成したものがある。前記燃焼室内では、主に輻射伝熱が行われ、前記ガス流路では、主に対流伝熱が行われる。
【０００３】
前記水管ボイラでは、ボイラ効率の向上を図るために、前記各水管に伝熱フィンを設けて伝熱面積を増加させる対策が実施されている。具体的には、前記両水管列における前記ガス流路側の伝熱面に横ヒレ形状の伝熱フィンを多段に設けて、ボイラ効率の向上を図っている（たとえば、特公平６−１３９２１号公報（米国特許第４８２５８１３号公報）参照）。
【０００４】
この構造の長所としては、前記伝熱フィンにより伝熱面積が増加してボイラ効率が向上するとともに、製造上の誤差によりボイラ効率が低くなることが少ないという長所がある。しかし、その反面、圧力損失が大きいという課題があり、大型の送風機を使用する必要があった。また、前記燃焼室から前記ガス流路へのガスの流入は、前記内側水管列に設けられた開口部を介して行われるが、この開口部が１箇所しかない場合、この開口部周辺の前記各水管の熱負荷が高くなるという課題があった。
【０００５】
【特許文献１】特公平６−１３９２１号公報（米国特許第４８２５８１３号公報）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明が解決しようとする課題は、水管ボイラの缶体において、高いボイラ効率を実現しつつ圧力損失を低く抑えるとともに、水管の熱負荷の均一化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、複数の第一水管により構成され、隣接する前記各第一水管間に所定範囲にわたって隙間が形成された環状の第一水管列と、この第一水管列の内側に形成された燃焼室と、前記第一水管列の外側に設けられた壁部材と、前記第一水管列と前記壁部材とにより形成されたガス流路とを備え、前記各隙間を前記第一水管列の半径方向へ延長するように形成したことを特徴としている。
【０００８】
さらに、請求項２に記載の発明は、前記壁部材が、複数の第二水管により構成された環状の第二水管列であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、第一水管間の隙間を第一水管列の半径方向へ延長するように形成した構成により、各隙間における伝熱量が増加し、充分な伝熱量を得ることができるとともに、前記隙間が複数箇所形成されているので、圧力損失があまり大きくならず、高いボイラ効率と低い圧力損失とを両立することができる。すなわち、高いボイラ効率を実現しつつ圧力損失を低く抑えることができる。また、ガスが複数の前記各隙間からガス流路へ流入するため、伝熱量が前記各第一水管へ分散されて、前記各第一水管の熱負荷を均一化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明は、多管式の水管ボイラとして実施され、蒸気ボイラや温水ボイラのほか、熱媒を加熱する熱媒ボイラなどに適用される。
【００１１】
まず、第一の実施の形態について、図１〜図３を参照しながら説明する。この第一の実施の形態は、この発明を多管式の貫流ボイラに適用した例である。
【００１２】
ボイラの缶体は、所定の距離を離して配置された上部管寄せ１および下部管寄せ２を備えている。これらの上部管寄せ１と下部管寄せ２との間には、複数の第一水管３，３，…が環状に配置されている。これらの各第一水管３は、環状の第一水管列４を形成し、前記各第一水管３の上下端部は、前記上部管寄せ１および前記下部管寄せ２にそれぞれ接続されている。前記第一水管列４は、隣接する前記各第一水管３間に隙間５，５，…がそれぞれ形成された隙間保有部６と、前記各第一水管３を第一連結ヒレ７，７，…で連結して構成した水管壁部８とにより構成されている。この第一実施例においては、前記隙間保有部６および前記水管壁部８は、それぞれ約１／２ずつに設定されている。
【００１３】
前記第一水管列４の内側には、燃焼室９が形成されている。この燃焼室９の上方には、バーナ１０が取り付けられている。このバーナ１０は、前記上部管寄せ１の内方中央部から前記燃焼室９へ向けて挿入されている。また、前記バーナ１０には、燃焼用空気を供給するための送風機（図示省略）が接続されている。
【００１４】
前記第一水管列４の外側には、円筒状の壁部材１１が設けられている。この壁部材１１の上下端部は、前記上部管寄せ１および前記下部管寄せ２にそれぞれ接続されている。前記壁部材１１は、その一部に開口部１２を備えている。この開口部１２は、前記隙間保有部６と約１８０度反対側の位置，すなわち前記水管壁部８と向かい合う位置に設けられている。
【００１５】
前記第一水管列４と前記壁部材１１とにより、前記各隙間５から前記開口部１２へ至るガス流路１３，１３が形成されている。この両ガス流路１３は、前記各隙間５を介して前記燃焼室９と連通し、前記開口部１２を介して煙道１４と連通している。したがって、前記各隙間５からのガスは、前記両ガス流路１３をそれぞれ流れ、前記開口部１２にて合流し、前記煙道１４から外部へ排出される。
【００１６】
前記壁部材１１の外側には、断熱材１５が設けられ、さらにその外側には、缶体カバー１６が設けられている。
【００１７】
さて、前記各隙間５および前記両ガス流路１３の構成について、さらに具体的に説明する。以下の説明においては、前記両ガス流路１３は、前記各隙間５から前記開口部１２へ至る流路としてほぼ対称となっているので、一方の前記ガス流路１３について説明する。
【００１８】
まず、前記各隙間５について具体的に説明する。前記各第一水管３のうち、前記隙間保有部６を構成する第一水管３において、その横断面は、非円形状に形成されており、一対の向かい合う直線部（符号省略）と一対の向かい合う円弧部（符号省略）とからなり、前記各第一水管３は、前記各直線部が対面するように配置されている。すなわち、前記各隙間５は、前記第一水管列４の半径方向へ延長するように形成されており、前記各直線部により、前記各隙間５におけるガスの流れ方向へ所定距離にわたってそれぞれ形成されている。この延長された前記各隙間５は、ガス流速を増加させる働きをなし、ガス流速が速く伝熱量の多い区間が、長くなるように構成されている。この第一の実施の形態においては、前記各第一水管３の横断面が、とうもろこしの実に類似した形状をしており、前記各隙間５は、前記第一水管列４の半径方向へ直線状に形成されている。
【００１９】
また、前記各隙間５においては、その幅を前記ガス流路１３におけるガスの流れ方向の下流側のものほど小さく設定している。これは、下流側の前記隙間５ほど前記開口部１２に近いため、ガスが流れやすく、ガス流量が大きくなる傾向があり、前記各隙間５におけるガス流量の偏りを抑制するためである。この構成により、前記各隙間５のガス流量をほぼ均等とすることができ、前記隙間保有部６における前記各第一水管３の熱負荷をほぼ均一とすることができる。この第一実施例においては、最も上流側の前記隙間５の幅を６mmとし、下流側へ向かって順に４mm，４mm，４mm，３mm，３mm，３mm，２mm，２mm，２mmとしている。
【００２０】
つぎに、前記ガス流路１３について具体的に説明する。前記ガス流路１３のうち前記所定範囲（すなわち、前記ガス流路１３のうち前記隙間保有部６と前記壁部材１１とにより形成された部分）の流路断面積をガスの流れ方向の下流側へ向かって次第に増加させた構成としている。すなわち、前記各第一水管３の外周面と前記壁部材１１の内周面との距離Ａ（図３参照）が、ガスの流れ方向の下流側へ向かって次第に増加している。
【００２１】
前記ガス流路１３においては、前記各隙間５からのガスの合流により、前記ガス流路１３を流れるガスの流量が増加する。また、伝熱によりガスの温度が低下し、それに伴うガスの体積減少によりガス流量が減少するが、合流によるガス流量の増加量の方が大きいため、全体としては、ガス流量は増加する。そこで、前記流路断面積を次第に増加させた構成とすることにより、前記ガス流路１３のうち前記所定範囲を流れるガスの流速をほぼ一定とすることができ、充分な伝熱量が得られるとともに、圧力損失があまり大きくならない適切なガス流速を維持することができる。
【００２２】
ここにおいて、前記流路断面積を次第に増加させた構成は、たとえば前記第一水管列４と前記壁部材１１とを互いに偏心させて配置することにより実現する。すなわち、前記第一水管列４を前記壁部材１１に対して前記開口部１２とは反対側へ偏心させるか，あるいは前記壁部材１１を前記第一水管列４に対して前記開口部１２側へ偏心させる。この第一実施例においては、後者の偏心構造としている。
【００２３】
さらに、前記第一水管列４における前記ガス流路１３側の伝熱面構造について、具体的に説明する。前記第一水管列４においては、前記隙間保有部６における前記各第一水管３に横ヒレ形状の第一伝熱フィン１８，１８，…が多段に設けられており、前記水管壁部８における前記各第一水管３に横ヒレ形状の第二伝熱フィン１９，１９，…が多段に設けられている。これらの各伝熱フィン１８，１９は、前記各第一水管３の周面から前記ガス流路１３へ向けて突出しており、ほぼ水平に設けられているので、伝熱量を増加させつつ、ガスの流通抵抗の増大を抑えることができる。そして、接触するガスの温度に応じて、前記各第一伝熱フィン１８の突出高さより前記各第二伝熱フィン１９の突出高さを高くしている。このように、前記第一水管列４は、２段階の伝熱面構造となっている。
【００２４】
ところで、この第一の実施の形態において、前記隙間保有部６における前記各第一水管３は、その横断面がとうもろこしの実に類似した形状となっており、前記水管壁部８における前記各第一水管３は、その横断面が円形状となっているが、実施に応じて、前記全第一水管３の横断面をとうもろこしの実に類似した形状とすることもできる。また、前記水管壁部８は、前記各第一連結ヒレ７を設けないで、前記各第一水管３を密接して構成することもできる。
【００２５】
また、前記隙間保有部６は、所定範囲に設けられるが、前記第一水管列４の中心角において、１４０度〜３２０度の範囲にわたって設けられ、好ましくは約１８０度の範囲にわたって設けられる。そして、前記各隙間の幅は、燃料がガス燃料の場合は、０．５〜３mmの範囲に設定され、燃料が油燃料の場合は、煤詰まりの防止を考慮して、１．５〜８mmの範囲に設定される。そして、実施に応じては、前記各隙間５の幅は、均等に設定することもできる。
【００２６】
以上の構成のボイラにおいて、その作用を説明する。前記バーナ１０を作動させると、前記燃焼室９内で燃焼反応が行われ、燃焼反応により発生したガス（燃焼反応中のガスおよび燃焼反応が完了したガスを含む。）は、前記各隙間５から前記ガス流路１３へ流入する。前記ガス流路１３で合流したガスは、前記ガス流路１３を流れ、前記開口部１２から前記煙道１４を通って排ガスとして外部へ排出される。この流れの過程で、ガスから前記各第一水管３内の被加熱流体への伝熱が行われ、前記燃焼室９内では、主に輻射伝熱が行われ、前記各隙間５および前記ガス流路１３では、主に対流伝熱が行われる。そして、前記各第一水管３内の被加熱流体は、加熱されながら上昇し、前記上部管寄せ１から蒸気として取り出される。
【００２７】
前記各隙間５においては、前記各隙間５の働きにより、ガス流速が増加し、しかも流速
が増加した状態で流れる区間が長いため、前記各隙間５における伝熱量が格段に増加する。そして、前記隙間５が複数箇所形成されているので、圧力損失があまり大きくならない。また、前記各隙間５においては、前記各隙間５の幅が下流側のものほど小さく設定されているので、上流側の前記隙間５からも所定量のガスが流出し、前記各隙間５においてほぼ均等なガス流量となる。したがって、前記隙間保有部６における前記各第一水管３の熱負荷を均一化することができる。熱負荷に偏りがあると、熱負荷の高い前記第一水管３ほどその内面に伝熱阻害物質であるスケールが付着し、過熱されやすくなるが、熱負荷を均一化することにより、この問題を解消することができる。さらに、ガスが前記各隙間５を通過する際、燃焼反応中のガスが前記各第一水管３に接触して冷却され、燃焼温度が低下するため、サーマルＮＯｘの発生が抑制され、ＮＯｘの排出量が低減される。
【００２８】
また、前記ガス流路１３のうち前記所定範囲の流路断面積を次第に増加させた構成により、前記各隙間５からのガスの合流によるガス流量の増加に対応して、ガス流速がほぼ一定となる。したがって、前記ガス流路１３のうち前記所定範囲において、充分な伝熱量が得られるとともに、圧力損失があまり大きくならない適切なガス流速を維持することができる。
【００２９】
以上のように、前記構成によれば、高いボイラ効率（熱回収率）と低い圧力損失とを両立することができる。高いボイラ効率を実現することができるので、燃料消費量を低減して、省エネルギーを実現することができる。また、圧力損失を低減することができるので、前記送風機として小型のものを用いることができ、電力消費量を大幅に低減することができる。
【００３０】
つぎに、前記各第一水管３の変形例について、図４および図５を参照しながら説明する。図４に示した第一変形例においては、前記各隙間５が形成された前記各第一水管３の横断面が略流線型形状となっており、そのガス流れ方向の下流端が隣接する前記第一水管３の周面に沿って曲がった形状となっている。すなわち、前記各隙間５は、円弧状に形成されている。この構成によれば、前記各隙間５の流路長さを非常に長く設定することができる。また、前記各隙間５は、前記ガス流路１３におけるガスの流れ方向下流側を向くように、前記第一水管列４の半径方向に対して傾斜して形成されているので、ガスが前記各隙間５から前記ガス流路１３へ流入する際の圧力損失を低く抑えることができる。そして、ガスは、前記各隙間５から前記ガス流路１３へ流入後、下流側の前記各第一水管３の周面全体に沿うように流れ、伝熱量が増加する。
【００３１】
また、図５に示した第二変形例においては、前記各隙間５が形成された前記各第一水管３の横断面が楕円形状となっており、その長軸が前記第一水管列４の半径方向へ向くように配置されている。すなわち、前記各隙間５は、ディフューザ状に形成されている。この構成によれば、前記各隙間５の下流側で静圧を回復させることができ、圧力損失低減の効果がある。
【００３２】
つぎに、第二の実施の形態について、図６〜図８を参照しながら説明する。この第二の実施の形態も前記第一の実施の形態と同様、この発明を多管式の貫流ボイラに適用した例である。ここにおいて、前記第一の実施の形態と同様の構成部材については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３３】
さて、この第二の実施の形態は、前記壁部材１１として、環状の第二水管列２０を配置している。すなわち、前記第一水管列４の外側に前記第二水管列２０を配置し、二重水管列構造としている。前記第一水管列４は、前記第一の実施の形態と同様の構成をしており、前記隙間保有部６および前記水管壁部８が、それぞれ約１／２ずつに設定されている。
【００３４】
前記第二水管列２０は、複数の第二水管２１を環状に配置して形成されている。この各第二水管２１は、横断面が円形状をしており、第二連結ヒレ２２，２２，…でそれぞれ連結されている。前記各第二水管２１の上下端部は、前記上部管寄せ１および前記下部管寄せ２にそれぞれ接続されている。また、前記第二水管列２０は、その一部に前記開口部１２を備えている。前記開口部１２は、前記隙間保有部６と約１８０度反対側の位置，すなわち前記水管壁部８と向かい合う位置に設けられている。また、前記各第一水管３と前記各第二水管２１とは、周方向へ半ピッチずつずらした状態で配置されている。
【００３５】
前記第一水管列４と前記第二水管列２０とにより、前記各隙間５から前記開口部１２へ至る前記ガス流路１３，１３が形成されている。前記両ガス流路１３は、前記各隙間５を介して前記燃焼室９と連通し、前記開口部１２を介して前記煙道１４と連通している。したがって、前記各隙間５からのガスは、前記両ガス流路１３をそれぞれ流れ、前記開口部１２にて合流し、前記煙道１４から外部へ排出される。
【００３６】
前記第二水管列２０の外側には、前記断熱材１５が設けられ、さらにその外側には、前記缶体カバー１６が設けられている。
【００３７】
また、前記各隙間５および前記両ガス流路１３の具体的構成は、前記第一の実施の形態と同様であり、以下のようになっている。以下の説明においては、前記両ガス流路１３は、前記各隙間５から前記開口部１２へ至る流路としてほぼ対称となっているので、一方の前記ガス流路１３について説明する。
【００３８】
まず、前記各隙間５について具体的に説明する。前記第一の実施の形態と同様、前記各隙間５が形成された前記各第一水管３の横断面が、とうもろこしの実に類似した形状をしており、前記各隙間５は、前記第一水管列４の半径方向へ直線状に形成されている。ここにおいて、前記各第一水管３は、図４または図５に示した変形例の形状とすることもできる。
【００３９】
また、前記各隙間５においては、その幅を前記ガス流路１３におけるガスの流れ方向の下流側のものほど小さく設定している。これは、下流側の前記隙間５ほど前記開口部１２に近いため、ガスが流れやすく、ガス流量が大きくなる傾向があり、前記各隙間５におけるガス流量の偏りを抑制するためである。この構成により、前記各隙間５のガス流量をほぼ均等とすることができ、前記隙間保有部６における前記各第一水管３の熱負荷をほぼ均一とすることができる。この第二実施例においても、最も上流側の前記隙間５の幅を６mmとし、下流側へ向かって順に４mm，４mm，４mm，３mm，３mm，３mm，２mm，２mm，２mmとしている。
【００４０】
つぎに、前記ガス流路１３について具体的に説明する。前記ガス流路１３のうち前記所定範囲の流路断面積をガスの流れ方向の下流側へ向かって次第に増加させた構成としている。すなわち、前記各第一水管３の外周面と前記第二水管列２０の内側（前記各第二水管２１の外周面に接する弧線Ｘ（二点鎖線で表示））との距離Ｂ（図８参照）が、ガスの流れ方向の下流側へ向かって次第に増加している。
【００４１】
前記ガス流路１３においては、前記各隙間５からのガスの合流により、前記ガス流路１３を流れるガスの流量が増加する。また、伝熱によりガスの温度が低下し、それに伴うガスの体積減少によりガス流量が減少するが、合流によるガス流量の増加量の方が大きいため、全体としては、ガス流量は増加する。そこで、前記流路断面積を次第に増加させた構成とすることにより、前記ガス流路１３のうち前記所定範囲を流れるガスの流速をほぼ一定とすることができ、充分な伝熱量が得られるとともに、圧力損失があまり大きくならない適切なガス流速を維持することができる。
【００４２】
ここにおいて、前記流路断面積を次第に増加させた構成は、たとえば前記両水管列４，２０を互いに偏心させて配置することにより実現する。すなわち、前記第一水管列４を前記第二水管列２０に対して前記開口部１２とは反対側へ偏心させるか，あるいは前記第二水管列２０を前記第一水管列４に対して前記開口部１２側へ偏心させる。この第二の実施の形態においては、後者の偏心構造としている。
【００４３】
さらに、前記両水管列４，２０における前記ガス流路１３側の伝熱面構造について、具体的に説明する。前記第一水管列４においては、前記第一の実施の形態と同様、前記隙間保有部６における前記各第一水管３に横ヒレ形状の前記各第一伝熱フィン１８が多段に設けられており、前記水管壁部８における前記各第一水管３に横ヒレ形状の前記各第二伝熱フィン１９が多段に設けられている。前記各伝熱フィン１８，１９は、前記各第一水管３の周面から前記ガス流路１３へ向けて突出しており、ほぼ水平に設けられているので、伝熱量を増加させつつ、ガスの流通抵抗の増大を抑えることができる。そして、接触するガスの温度に応じて、前記各第一伝熱フィン１８の突出高さより前記各第二伝熱フィン１９の突出高さを高くしている。このように、前記第一水管列４は、２段階の伝熱面構造となっている。
【００４４】
また、前記第二水管列２０においては、上流側から順に、伝熱フィンを備えていない前記第二水管２１からなる伝熱面，横ヒレ形状の第三伝熱フィン２３，２３，…が多段に設けられた前記第二水管２１からなる伝熱面，横ヒレ形状の第四伝熱フィン２４，２４，…が多段に設けられた前記第二水管２１からなる伝熱面が設けられており、３段階の伝熱面構造となっている。これらの各伝熱フィン２３，２４は、前記各第二水管２１の周面から前記ガス流路１３へ向けて突出しており、ほぼ水平に設けられているので、伝熱量を増加させつつ、ガスの流通抵抗の増大を抑えることができる。そして、接触するガスの温度に応じて、前記各第三伝熱フィン２３の突出高さより前記各第四伝熱フィン２４の突出高さを高くしている。
【００４５】
以上の構成のボイラにおいて、その作用を説明する。前記バーナ１０を作動させると、前記燃焼室９内で燃焼反応が行われ、燃焼反応により発生したガス（燃焼反応中のガスおよび燃焼反応が完了したガスを含む。）は、前記各隙間５から前記ガス流路１３へ流入する。前記ガス流路１３で合流したガスは、前記ガス流路１３を流れ、前記開口部１２から前記煙道１４を通って排ガスとして外部へ排出される。この流れの過程で、ガスから前記各水管３，２１内の被加熱流体への伝熱が行われ、前記燃焼室９内では、主に輻射伝熱が行われ、前記各隙間５および前記ガス流路１３では、主に対流伝熱が行われる。そして、前記各水管３，２１内の被加熱流体は、加熱されながら上昇し、前記上部管寄せ１から蒸気として取り出される。
【００４６】
前記各隙間５においては、ガス流速が増加し、しかも流速が増加した状態で流れる区間が長いため、前記各隙間５における伝熱量が格段に増加する。そして、前記隙間５が複数箇所形成されているので、圧力損失があまり大きくならない。また、前記各隙間５においては、前記各隙間５の幅が下流側のものほど小さく設定されているので、上流側の前記隙間５からも所定量のガスが流出し、前記各隙間５においてほぼ均等なガス流量となる。したがって、前記隙間保有部６における前記各第一水管３の熱負荷を均一化することができる。熱負荷に偏りがあると、熱負荷の高い前記第一水管３ほどその内面に伝熱阻害物質であるスケールが付着し、過熱されやすくなるが、熱負荷を均一化することにより、この問題を解消することができる。また、ガスが前記各隙間５を通過する際、燃焼反応中のガスが前記各第一水管３に接触して冷却され、燃焼温度が低下するため、サーマルＮＯｘの発生が抑制され、ＮＯｘの排出量が低減される。
【００４７】
また、前記ガス流路１３のうち前記所定範囲の流路断面積を次第に増加させた構成により、前記各隙間５からのガスの合流によるガス流量の増加に対応して、ガス流速がほぼ一定となる。したがって、前記ガス流路１３のうち前記所定範囲において、充分な伝熱量が得られるとともに、圧力損失があまり大きくならない適切なガス流速を維持することができる。この第二の実施の形態では、前記ガス流路１３におけるガス流速は約２０m/sであり、缶体全体の圧力損失は約３００mmAqであり、ボイラ効率は約９０％である。
【００４８】
以上のように、前記構成によれば、高いボイラ効率と低い圧力損失とを両立することができる。高いボイラ効率を実現することができるので、燃料消費量を低減して、省エネルギーを実現することができる。また、前記圧力損失は、従来のものと比較して約４０％低減されており、前記送風機として小型のものを用いることができるため、電力消費量を大幅に低減することができる。
【００４９】
以上の各実施の形態は、前記各隙間５からのガスが前記両ガス流路１３をそれぞれ流れる缶体について説明したが、この発明は、たとえば米国特許第４２５７３５８号公報の図１および図２に記載されているように、ガスが一方向へ前記ガス流路１３をほぼ一周するように流れる缶体にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明における第一の実施の形態の縦断面説明図である。
【図２】図１のII−II線に沿う横断面説明図である。
【図３】図２の要部を拡大して示す横断面説明図である。
【図４】第一水管の第一変形例を示す横断面説明図である。
【図５】第一水管の第二変形例を示す横断面説明図である。
【図６】この発明における第二の実施の形態の縦断面説明図である。
【図７】図６のVII−VII線に沿う横断面説明図である。
【図８】図７の要部を拡大して示す横断面説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
３  第一水管
４  第一水管列
５  隙間
９  燃焼室
１１  壁部材
１３  ガス流路
２０  第二水管列
２１  第二水管
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【図７】
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【図８】
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