(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面方形のガス通路内に、一方の壁面から向かい合った他方の壁面へ向けてガス通路内部を貫通する多数の伝熱管を設け、前記伝熱管とは平行となる側のガス通路壁面は、前記伝熱管と同じピッチで並べた水管壁用水管と該水管壁用水管間をふさぐヒレからなる水管壁で形成しておき、前記の伝熱管及び水管壁用水管の端部を連絡することで、伝熱管及び水管壁用水管内をガス通路内で蛇行する一続きの水流通路とした構成であり、水管壁用水管の外周径は伝熱管の外周径より大きくし、水管壁用水管内に表面が波打っている波板からなる流路制限部材を設けて、水管壁用水管内を水管壁用水管内流路と水管壁用水管内空間部に区画しておき、缶水は水管壁用水管内流路のみに流れるようにしたことを特徴とするボイラの水管壁用水管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ボイラの水管壁用水管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンやタービンからの排ガスを通すガス通路など、比較的高温のガスを通すガス通路では、排ガスボイラを設置して熱の回収を行うことで、燃料使用量に対する効率を高めることが行われている。排ガスボイラは、断面が方形のガス通路を貫通するように伝熱管を設置しており、ガス通路の外側で隣り合った伝熱管の端部をつなぐことで、ガス通路内に蛇行状の水流通路を形成する。伝熱管の表面には、周方向へ伸びる円形の熱吸収用フィンを多数設けておき、伝熱管によって排ガスの熱を吸収する。伝熱管内へ缶水を送ると、缶水はガス通路内で蛇行状に流れ、伝熱管を通じて排ガスの熱を吸収することで缶水の温度は上昇していく。ガス通路の伝熱管が貫通していない側の壁面は、伝熱管と同じピッチで１列に配置した水管壁用水管と水管壁用水管間をふさぐヒレからなる水管壁で形成し、水管壁用水管も蛇行状の水流通路の一部となるように伝熱管と連絡することで、水管壁用水管でも缶水を加熱することができる。
【０００３】
水管壁用水管とヒレからなる水管壁の場合、水管壁用水管部分では水管内を流れる缶水が水管壁用水管の熱を直接吸収するため、水管部分の温度は低く保つことができる。しかし、水管間をふさぐヒレ部分では、缶水とヒレが直接接触しておらず、間接的にしか冷却することができないため、水管部分に比べると温度が高くなる。水管壁用水管を設置するピッチは伝熱管と同じピッチにする必要があり、伝熱管は全周に熱吸収用フィンを設けるため、伝熱管のピッチを狭くすることはできない。そのため、隣り合う水管壁用水管の間が広くなり、ヒレの横幅が長くなるためにヒレの伝熱面積が大きくなる。ヒレの伝熱面積が大きくなると、ヒレでの熱吸収量が多くなり、ヒレと水管壁用水管の温度差は大きくなっていく。ヒレと水管壁用水管の間での温度差が大きくなると、水管壁用水管とヒレの間で応力が発生し、金属疲労によって寿命が短くなるという問題がある。
【０００４】
【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、水管壁用水管とヒレからなる水管壁でガス通路壁面を形成しているボイラにおいて、水管間をふさぐヒレの温度が上昇することを防ぎ、さらに熱の回収量を多くすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、断面方形のガス通路内に、一方の壁面から向かい合った他方の壁面へ向けてガス通路内部を貫通する多数の伝熱管を設け、前記伝熱管とは平行となる側のガス通路壁面は、前記伝熱管と同じピッチで並べた水管壁用水管と該水管壁用水管間をふさぐヒレからなる水管壁で形成しておき、前記の伝熱管及び水管壁用水管の端部を連絡することで、伝熱管及び水管壁用水管内をガス通路内で蛇行する一続きの水流通路とした構成であり、水管壁用水管の外周径は伝熱管の外周径より大きくし、水管壁用水管内に表面が波打っている波板からなる流路制限部材を設けて、水管壁用水管内を水管壁用水管内流路と水管壁用水管内空間部に区画しておき、缶水は水管壁用水管内流路のみに流れるようにしたことを特徴とする。
【０００７】
【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排ガス温水ボイラ内の要部における正面断面図、図２は図１のＡ−Ａで切断した側面断面図、図３は図１のＢ−Ｂで切断した平面断面図である。
【０００８】
エンジンなどで発生した排ガスを通すガス通路１内に、熱吸収用フィン２を持った多数の伝熱管３を設ける。ガス通路１は直方体の空間内に排ガスを通すものであり、伝熱管３はガス通路１を形成している一方の壁面から向かい合う他方の壁面へ向かってガス通路１を貫通するように設ける。伝熱管３はガス通路１内を横向きに流れるガス流と交差するように水平方向に配置しており、ガス通路左右の壁面も貫通してガス通路１の外側に少し突出している。伝熱管３に設ける熱吸収用フィン２は、周囲３６０°に伸びる円周フィンであり、伝熱管３のガス通路１内に当たる部分に多数段設置しておく。ガス通路１の壁面のうち、伝熱管３が貫通していない側である上下壁面は、伝熱管３と同じピッチで１列に並べた水管壁用水管４と、水管壁用水管４間をふさぐヒレ５からなる水管壁によって形成する。水管壁用水管４は片側しかガス通路内に面していないため、水管壁用水管４のガス通路１に面している部分のみに扇紙型のフィンを設けておく。
【０００９】
伝熱管３と水管壁用水管４は碁盤状に配置しており、水管壁用水管４の外周径（ｙ１）は、伝熱管３の外周径（ｘ１）よりも大きくしておく。伝熱管３と水管壁用水管４は、ガス流方向に対し同じピッチで設置しているが、水管壁用水管４の外周径を伝熱管３の外周径よりも大きくすると、水管壁用水管４表面から隣の水管壁用水管４表面までの距離は、伝熱管３表面から隣の伝熱管３表面までの距離より短くなる。水管壁用水管４の外周径を大きくしても、水管壁用水管４の板厚を厚くする必要はないため、水管壁用水管４の内径（ｙ２）は伝熱管３の内径（ｘ２）よりも大きくする。内径を大きくした水管壁用水管４の中には、流路制限部材７を設け、水管壁用水管４内を水管壁用水管内流路８と水管壁用水管内空間部９に分割し、水管壁用水管内空間部９には缶水を送らないようにしておく。
【００１０】
ガス通路１の壁面のうち、伝熱管３及び水管壁用水管４を貫通させている側である左右壁面には、それぞれの外側に多数の水室６を設ける。各水室６は多数設けた伝熱管３及び水管壁用水管４の内、隣り合う２本ずつ接続することで、伝熱管３及び水管壁用水管４の全体で蛇行する一本の水流通路とする。排ガス流の最下流側に当たる部分に缶水入口を設け、排ガス流の最上流側に当たる部分に缶水出口を設けておき、缶水入口から缶水を導入し、蛇行した水流通路を通して缶水出口から缶水を取り出す構成としておく。
【００１１】
エンジンからの排ガスは数百℃の熱を持っているため、ガス通路１へ排ガスを通すと、排ガスは伝熱管３、熱吸収用フィン２、水管壁用水管４、ヒレ５を加熱する。伝熱管３等を加熱した排ガスは温度が低下し、排ガスによって加熱された伝熱管３等は温度が上昇する。伝熱管３及び水管壁用水管４の内には缶水を流しているため、伝熱管３等の熱は缶水が吸収し、缶水は高温水となって取り出される。この時、ヒレ５の熱は水管壁用水管４を経由した後で水管壁用水管４内の缶水へ吸収されるものであるため、ヒレ５の温度は水管壁用水管４よりも高くなる。
【００１２】
伝熱管３と水管壁用水管４を水室６に接続して、伝熱管３と水管壁用水管４で一続きの水流通路とするためには、伝熱管３と水管壁用水管４は同じピッチとする必要がある。そして、伝熱管３には全周に熱吸収用フィン２を設けているため、伝熱管３のピッチを狭くすることはできない。そのために、従来の水管壁では水管壁用水管４の間隔が広くなり、水管壁用水管４とヒレ５の間に大きな温度差が発生することになっていた。しかし、水管壁用水管４の外周径を大きくして、隣り合う水管壁用水管４の表面間距離を短くすれば、ヒレ５の横幅は短くなるために、ヒレ５の温度と水管壁用水管４の温度の差が大きくなることを防止できる。ヒレ５の横幅が狭くなれば、ヒレ５の伝熱面積が小さくなるためにヒレ５の吸収する熱量は少なくなり、ヒレ５の中央からその両端に設けている水管壁用水管４までの距離が短くなればヒレ５にとどまる熱量は少なくなる。
【００１３】
水管壁用水管４の外周径を大きくするとともに、水管壁用水管４の内径も大きくすると、水流通路の断面積が大きくなるため、水管壁用水管４内を流れる缶水の流速が低下し、缶水による水管壁用水管４からの熱吸収効率が悪くなる。しかし、水管壁用水管４内に流路制限部材７を設け、水管壁用水管４内を水管壁用水管内流路８と水管壁用水管内空間部９に区画しておき、缶水は水管壁用水管内流路８のみに流れるようにすると、水流通路の断面積が小さくなるために缶水の流速が速くなり、缶水による熱の吸収効率を高めることができる。
【００１４】
また、流路制限部材７には、表面が波打っている波板を使用すれば、流路制限部材７の表面に多数の凹凸を設けることができる。流路制限部材７の表面に凹凸を設けておくと、水管壁用水管４内を流れる缶水を乱流とすることができる。水管壁用水管４内を流れる缶水は、乱流となった方が熱の吸収効率が高くなるため、このことによっても熱の吸収効率が高くなる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明を実施することで、水管壁用水管とヒレの温度差を低く保つことができ、水管壁用水管とヒレの間で応力が発生して寿命が短くなるということを防止できる。また、水管壁用水管から缶水への熱伝達が効率よく行えるため、ボイラの効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を実施している排ガス温水ボイラ内の要部における正面断面図
【図２】  図１のＡ−Ａで切断した側面断面図
【図３】  図１のＢ−Ｂで切断した平面断面図
【符号の説明】
１  ガス通路
２  熱吸収用フィン
３  伝熱管
４  水管壁用水管
５  ヒレ
６  水室
７  流路制限部材
８  水管壁用水管内流路
９  水管壁用水管内空間部
【図１】
0004059702.tif 000002
【図２】
0004059702.tif 000003
【図３】
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