(57)【要約】      （修正有）【課題】熱吸収量を増加し、かつ給水予熱装置内での排ガス流の圧力損失を低下させ得る給水予熱装置を提供する。【解決手段】給水予熱装置７内には縦方向に延び、下端側では給水予熱装置底面との間に隔たりを持った仕切板４を設置することで、給水予熱装置内部を排ガス入口８側と排ガス出口９側に分割し、排ガスは給水予熱装置の上部に入り、排ガス流下降流路１０内を下向きに流れて仕切板下方を通った後、排ガス流上昇流路１１内を上向きに流れて給水予熱装置７の上部から出ていくようにしており、給水予熱装置内の排ガス流下降流路に多数の伝熱管３を設置した給水予熱装置７を持ったボイラにおいて、仕切板４の下端は伝熱管群の途中の高さ位置とし、仕切板下部の排ガス流下降流路側には、仕切板側から伝熱管側に向けて突出した案内板１２を設置する。【選択図】図１
2017020708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ガスの熱によってボイラ水を加熱するボイラ、ボイラから排出される排ガスを通す排ガス通路、排ガス通路の途中に設置した給水予熱装置によって排ガスの熱を回収してボイラ給水の予熱を行うようにしている給水予熱装置を持ったボイラであって、給水予熱装置内には縦方向に延びる仕切板を設置することで、給水予熱装置内部を排ガス入口側と排ガス出口側に分割し、前記仕切板は、上端側と左右の端部では給水予熱装置の排ガス流路壁面とつながり、下端側では給水予熱装置底面との間に隔たりを持ったものとし、排ガスは給水予熱装置の上部に入り、前記仕切板下方を通った後に給水予熱装置の上部から出ていくようにしており、給水予熱装置内の排ガス流下降流路に多数の伝熱管を設置することで排ガスの熱によってボイラ給水を予熱するようにしている給水予熱装置を持ったボイラにおいて、
前記仕切板の下端は伝熱管群の途中の高さ位置とし、仕切板下部の排ガス流下降流路側には、仕切板側から伝熱管側に向けて突出した案内板を設置したことを特徴とする給水予熱装置を持ったボイラ。
【請求項２】
請求項１に記載の給水予熱装置を持ったボイラにおいて、伝熱管群の下端と給水予熱装置底板の間に設けていた排ガス流動用空間をなくし、排ガスは伝熱管群内下部を横方向に流すようにしたことを特徴とする給水予熱装置を持ったボイラ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の給水予熱装置を持ったボイラにおいて、案内板は先端側が低くなるように傾斜を設けていることを特徴とする給水予熱装置を持ったボイラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼排ガスの熱を利用して給水の予熱を行う給水予熱装置を持ったボイラに関するものである。 
【背景技術】
【０００２】
特開２０１３−１０８６４３号公報に記載があるように、ボイラから排出する燃焼排ガスを通す排ガス通路に給水予熱装置を設け、燃焼排ガスによってボイラ給水を予熱することが広く行われている。排出する排ガスを利用してボイラ給水を予熱することで、ボイラの効率を向上させることができる。給水予熱装置では、排ガス通路内の燃焼排ガスと、排ガス通路内に設けた伝熱管内を流れるボイラ給水との間で熱交換を行っており、伝熱管が燃焼排ガスから吸収する熱量が多くなるほど給水の温度を上昇させることができ、ボイラの効率は向上する。
【０００３】
特開２０１３−１０８６４３号公報では、給水予熱装置はボイラと横並びに設置しており、ボイラから排出される排ガスは給水予熱装置の側面から給水予熱装置内へ入るようにしている。図３は比較のための従来用いられていた一般的な構成の給水予熱装置である。この給水予熱装置７では側面に排ガス入口８を設け、給水予熱装置７の内の排ガス流路には多数の伝熱管を設置している。伝熱管は内部にボイラ給水を通すものであり、排ガス通路内を流れる排ガス流に対して交差する方向に設置しておき、伝熱管周囲に流れる排ガスと伝熱管内を流れるボイラ給水の間で熱交換を行う。給水予熱装置７でボイラ水の予熱を行った排ガスは、最終的には煙突から戸外へ排出するため、給水予熱装置の排ガス出口９は給水予熱装置の上部に設けている。排ガス入口８は給水予熱装置側面ではあるが、側面でも上方部分に設けているため、排ガス入口と排ガス出口のいずれもが給水予熱装置の上部に設けている。この場合、排ガス入口８から排ガス出口９へ排ガスが直接流れると給水予熱装置７での熱回収が行えないため、給水予熱装置内部では排ガス入口側と排ガス出口側を隔てる仕切板４を設けており、排ガス流は仕切板４の下方をくぐるようにしている。給水予熱装置７の内部は仕切板４で分割することで、排ガス入口８側の排ガス流下降流路１０と、排ガス出口９側の排ガス流上昇流路１１を設けており、排ガス入口８から入った排ガス流は、排ガス流下降流路１０内を下向きに流れた後に仕切板４の下方を通り、排ガス流上昇流路１１内を上向きに流れて排ガス出口９から排出するようにしている。給水予熱装置の伝熱管３は、排ガス流が下向きに流れる排ガス流下降流路１０に設けておき、下向きに流れる排ガスによって伝熱管を加熱する。
【０００４】
この排ガス流下降流路１０での排ガス流は、排ガス入口から仕切板下方のターン部へ向けて流れていく際、最短経路をとる傾向がある。また、排ガスは伝熱管３を加熱することで温度が低下し、排ガスは温度が低下することでボリュームが低下していく。そのため、排ガス流路の略直方体の領域に伝熱管を設置している場合、排ガス流下降流路１０内を流れる排ガス流は、当初は流路の全体を流れていても、徐々に片寄りが発生する。この場合には、伝熱管設置部の排ガス流下流側であって、仕切板下部のターン部から離れている側では、排ガスの流れが少なくなるため、この部分では熱の吸収量が低下することになっていた。
【０００５】
また、下向きに流れてきた排ガス流が反転して上向きに流れる流路のターン部では、燃焼ガス流には抵抗が発生し、圧力損失が発生することになっていた。排気流路にて圧力損失が発生すると、ボイラでの炉内圧力が上昇し、ボイラでの燃焼状態を悪化させることもあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１０８６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、ボイラからの排ガスを通す排ガス流路を内部でターンさせている給水予熱装置を持ったボイラにおいて、熱吸収量を増加し、かつ給水予熱装置内での排ガス流の圧力損失を低下させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、 燃焼ガスの熱によってボイラ水を加熱するボイラ、ボイラから排出される排ガスを通す排ガス通路、排ガス通路の途中に設置した給水予熱装置によって排ガスの熱を回収してボイラ給水の予熱を行うようにしている給水予熱装置を持ったボイラであって、給水予熱装置内には縦方向に延びる仕切板を設置することで、給水予熱装置内部を排ガス入口側と排ガス出口側に分割し、前記仕切板は、上端側と左右の端部では給水予熱装置の排ガス流路壁面とつながり、下端側では給水予熱装置底面との間に隔たりを持ったものとし、排ガスは給水予熱装置の上部に入り、前記仕切板下方を通った後に給水予熱装置の上部から出ていくようにしており、給水予熱装置内の排ガス流下降流路に多数の伝熱管を設置することで排ガスの熱によってボイラ給水を予熱するようにしている給水予熱装置を持ったボイラにおいて、前記仕切板の下端は伝熱管群の途中の高さ位置とし、仕切板下部の排ガス流下降流路側には、仕切板側から伝熱管側に向けて突出した案内板を設置したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記の給水予熱装置を持ったボイラにおいて、伝熱管群の下端と給水予熱装置底板の間に設けていた排ガス流動用空間をなくし、排ガスは伝熱管群内下部を横方向に流すようにしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記の給水予熱装置を持ったボイラにおいて、案内板は先端側が低くなるように傾斜を設けていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明を実施することによって、給水予熱装置での熱吸収量を増加させることができ、かつ給水予熱装置内での排ガス流の圧力損失を低下させることができる。 
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例の給水予熱装置断面図
【図２】従来の給水予熱装置断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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給水予熱装置の断面図である。ボイラ１で発生した燃焼排ガスは、排ガス通路２を通して戸外へ排出するものであるが、排ガス通路２途中に給水予熱装置７を設けており、排ガスは給水予熱装置７を通した後に戸外へ排出する。給水予熱装置７は略直方体の形状をしており、給水予熱装置７は側面に排ガス入口８、上面に排ガス出口９を設けている。排ガス入口８は、給水予熱装置７の側面であるが上面に近い位置に設けており、排ガスは給水予熱装置内の上部に入る。排ガス通路２を通して送られてきた排ガスは、側面の排ガス入口８から給水予熱装置７内に入り、給水予熱装置７の内部を通過した後に上面の排ガス出口９から排出する。
【００１４】
給水予熱装置内には、内部を排ガス入口８側と排ガス出口９側に分割する仕切板４を設置しておく。仕切板４は、上端側と左右の端部では給水予熱装置の排ガス流路壁面とつながり、下端側では給水予熱装置底面との間に隔たりを持ったものとしており、給水予熱装置内は仕切板４の下方以外では分断されている。そのため、排ガス入口８から給水予熱装置７内上部入った排ガスは、給水予熱装置７内を下方に流れて仕切板４の下方の空間でターンし、そこから上方に向けて流れて排ガス出口９より排出される。
【００１５】
給水予熱装置内部は、仕切板によって２つの排ガス流路に分割した構成となっており、排ガス入口８側の流路は排ガス流下降流路１０、排ガス出口９側の流路は排ガス流上昇流路１１となる。排ガス流は排ガス流下降流路１０で下降し、仕切板４の下方でターンした後、排ガス流上昇流路１１で上昇流となる。
【００１６】
排ガス流下降流路１０内には水平方向に伸びる伝熱管３を多数設ける。伝熱管３には熱吸収用フィン５を多数設けている。熱吸収用フィン５は、水平方向に延びる伝熱管の表面から伝熱管軸に対して円周方向に全周に設けており、熱吸収用フィン５を配置することで伝熱面積を大きくすることができる。給水予熱装置７内の各伝熱管は、端部を連結することで長い給水流路を形成しており、給水予熱装置内への給水は、伝熱管群の最下段の伝熱管より行う。給水予熱装置内での給水は下部の伝熱管から順次通り、加熱されながら最上段の伝熱管まで達する。予熱を行った給水は、給水予熱装置より取り出して、ボイラ１内へ供給する。そのため給水予熱装置では、下段の伝熱管ほど内部を通る給水の温度は低く、上段の伝熱管ほど給水の温度は高くなる。 
【００１７】
仕切板４の下部先端には、根本側端部を仕切板４に接続し、先端側は伝熱管３に向けて突出した案内板１２を設置する。案内板１２は先端側が低くなるように傾斜を設けており、案内板１２を設けることで排ガス流下降流路１０の断面積は縮小するようにしている。仕切板４の下端は伝熱管群の途中の高さ位置とすることで、案内板１２の設置高さは伝熱管群途中の高さ位置としている。案内板１２を設置している部分は伝熱管３取り除いているが、案内板１２より下方の空間には伝熱管３を設置している。
【００１８】
ボイラから給水予熱装置７部分に達した燃焼排ガスは、伝熱管３を加熱する。燃焼排ガスは給水予熱装置７内の伝熱管の間を下向きに流れる際に伝熱管と熱交換を行い、伝熱管を加熱すると排ガスの温度は低下していく。排ガスが伝熱管を加熱することによって排ガスの温度が低下し、結露温度まで低下すると凝縮水が発生する。また、伝熱管３に煤などが付着すると伝熱効率が低下するために伝熱管の洗浄を行うようにしている場合には、伝熱管の洗浄水が発生する。凝縮水や洗浄水は給水予熱装置７から排出する必要があるため、給水予熱装置７の底部にはドレン排出口６を設けておき、給水予熱装置７での排水はドレン排出口６から排出する。 
【００１９】
伝熱管３では、熱吸収用フィン５を密に設けているため伝熱面積が大きくなっており、大きな伝熱面によって燃焼排ガスの熱を吸収する。給水予熱装置７上部の排ガス入口８から入った排ガスは、排ガス入口から排ガス流下降流路１０を通って仕切板下方のターン部へ向けて流れる。排ガス流下降流路１０内には伝熱管３を多数設置しており、伝熱管３内には温度の低いボイラ給水が流れるため、最初高温であった排ガスは、伝熱管３を加熱するにつれて温度を低下させていく。
【００２０】
排ガスのボリュームは、排ガス温度が高温であった場合には大きなものとなる。排ガス流下降流路１０に入った直後の排ガスは高温であるため、排ガス流路の全体を通して流れる。そして伝熱管群内の上流域では真下方向に流れていく。その後、伝熱管群の途中に案内板１２を設置しており、案内板１２を設置している部分では仕切板４に近い側の流路がふさがれている。そのため、排ガス流下降流路１０の中流域では、排ガス流は仕切板４から離れる方向へ流れることになる。そして排ガス流が案内板１２の部分を通過すると、排ガスは仕切板４の下方にある開口部を目指す流れとなるため、排ガス流は排ガス流下降流路１０で大きく蛇行した流れとなる。案内板１２は傾斜させておくことで、排ガス流はなめらかに蛇行する。
【００２１】
伝熱管群下方部での排ガス流は、仕切板４下方にある排ガス流上昇流路への入口へ向けて横向きに流れることになる。排ガス流は、横向きに流れている場合であっても伝熱管３と接触することで伝熱管３の加熱を行い、ボイラ給水の予熱を行う。
【００２２】
この場合、伝熱管３内を流すボイラ給水は、排ガス流と向かい合う方向に流す。案内板１２より下方の伝熱管群では、燃焼ガス流は図面の左から右へ流れているため、下方の伝熱管群ではボイラ給水は右から左へ流し、案内板１２より上方の伝熱管群では、燃焼ガス流は上から下へ流れているため、上方の伝熱管群ではボイラ給水は下から上へ流す。排ガス流とボイラ給水を向かい合うように流すと、温度の低下した排ガスを使用して温度の低いボイラ給水を予熱し、温度の高い排ガスを使用して温度の高いボイラ給水を更に予熱することになるため、ボイラ給水をより高い温度まで予熱することができる。
【００２３】
燃焼排ガスは伝熱管を加熱しながら下部へ向けて流れており、伝熱管を加熱することで温度が徐々に低下していく。そして下方へ行くほど伝熱管内を流れる給水の温度は低いために排ガス温度は更に低下し、排ガス温度の低下に伴って排ガスのボリュームは小さくなっていく。そのため下流側の伝熱管群では排ガスの流量が減少していくが、案内板１２によって排ガス流は流路内を蛇行するようにしておくことで、排ガス流は伝熱管群の全体を流れることになる。排ガス流がショートカットすることなく、伝熱管の全体で熱交換を行うため、伝熱管による排ガスからの熱回収量が増加し、給水予熱装置７ではボイラ給水の温度をより高く予熱することができる。
【００２４】
排ガス流が仕切板４の下方に開けている開口部を通過して排ガス流上昇流路１１に入ると、排ガス流は進行方向を約９０°変化させて上向きに流れる。排ガス出口９は給水予熱装置７の上部に設けており、排ガスは上部の排ガス出口９へ向けて流れ、排ガス出口９を通って給水予熱装置７から出ていく。
【００２５】
給水予熱装置７内での排ガスは、伝熱管３との熱交換が行われるにつれて排ガス温度が低下し、排ガスの体積は縮小するため、伝熱管群の下流域では排ガスの流速は低下する。図２に記載している従来の給水予熱装置７では、伝熱管群の下方に空間を設け、排ガス流は伝熱管群を下方へ突き抜けるようにすることで伝熱管群の全体に排ガスが流れるようにしているが、実際には先に記載した通り仕切板４下方のターン部に向かう流れが多くなり、伝熱管群下部の仕切板４から離れた部分では排ガスの流動量が少なくなっていた。
【００２６】
そしてこの場合には、多くの排ガスが仕切板下方のターン部で約１８０°の反転を行うことになり、その際に排ガス流に大きな乱流が発生し、排ガス流に抵抗が発生していた。しかし上記案内板１２を設け、案内板１２より下方は仕切板を設けずに開口するようにしておくと、排ガス流は下方の伝熱管の間を横方向に流れながら仕切板下方の開口部へ向かうことになり、そのまま排ガス流上昇流路に入った後に約９０°の方向転換を行うことになる。そのため、一カ所で約１８０°の反転を行う場合に比べると排ガス流に発生する抵抗を低減することができる。
【００２７】
さらに案内板１２によって伝熱管群の全体に排ガスが流れるようになっているため、仕切板４の下端と排ガス流路底面との間の開口を狭くする必要がない。従来の給水予熱装置であれば、排ガス流のショートカットを防止するために仕切板４の下端を伝熱管３設置位置の下端まで設置しておく必要があった。そして排ガスは仕切板下端よりも更に下方を流れるため、伝熱管の設置領域から下方に間隔を開けておき、給水予熱装置７の底面はその下方としていた。本実施例では、排ガス流は下部に設けている伝熱管の間を通って仕切板４下方の開口部を抜けるものであるため、伝熱管の設置領域より下方に排ガス流路を設ける必要はなく、給水予熱装置７の底面は伝熱管設置領域すぐ近くに設けることができる。そのために給水予熱装置７を小型化することができるとの効果も得ることができる。
【００２８】
そして、仕切板４下方に設ける排ガス流の流路断面積は、排ガス流下降流路１０における排ガス流の流路断面積よりは小さく、かつ従来の給水予熱装置における仕切板下方に設けていた排ガス流の流路断面積よりは大きくしておく。このことによっても、排ガスを流した際に、排ガス流ターン部での圧力損失を低減することができる。また、伝熱管群の下方に排ガス流路を設ける必要がないため、給水予熱装置７の容積を削減することができるという効果もある。
【００２９】
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。 
【符号の説明】
【００３０】
１  ボイラ 
２  排ガス通路 
３  伝熱管 
４  仕切板
５  熱吸収用フィン 
６  ドレン排出口 
７  給水予熱装置
８  排ガス入口
９  排ガス出口 
１０  排ガス流下降流路
１１  排ガス流上昇流路
１２  案内板
【図１】
2017020708.tif 000003
【図２】
2017020708.tif 000004