(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部に蒸気室が形成されるべく熱媒水が封入された缶体と、缶体の蒸気室に設けられた温水熱交換器と、缶体の熱媒水に浸漬されて火堰に依り中心部には燃焼室がその外周にはガス通路が形成された火炉と、上下両端が缶体の熱媒水に連通されて火炉のガス通路に千鳥状に配列された多数の水管と、から構成し、水管は、缶体及び火炉と同心状の内外二列のものから成り、ガス通路隙間は、一方の水管と火炉の隙間と、隣接する水管同士の隙間と、隣接する他方の水管と火堰の隙間との合計であり、水管と火炉の隙間と、水管と火堰の隙間とは、等しくしてあると共に隣接する水管同士の隙間より小さくしてある事を特徴とする温水ボイラ。
【請求項２】
各水管は、ガス通路を流れる燃焼ガスの温度降下に呼応してガス通路隙間が小さくなる様に設定されている請求項１に記載の温水ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば真空式温水機等の温水ボイラの改良に係り、詳しくは温水ボイラに用いられる水管構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の温水ボイラとしては、例えば図５乃至図７に示したものが知られている。
当該温水ボイラ５０は、上部に蒸気室５１が形成されるべく熱媒水５２が封入された缶体５３と、缶体５３の蒸気室５１に設けられた温水熱交換器５４と、缶体５３の熱媒水５２に浸漬されて火堰５５に依り中心部には燃焼室５６がその外周にはガス通路５７が形成された火炉５８と、上下両端が缶体５３の熱媒水５２に連通されて火炉５８のガス通路５７に等間隔毎に配列された多数の水管５９と、から構成されている。
而して、水管５９は、ガス通路５７の入口から出口まで、水管ピッチＬとガス通路隙間Ｓとを夫々一定に保ったまま缶体５３及び火炉５８と同心状のガス通路５７に沿った円周上に一列に配列されている。水管ピッチＬは、水管５９同士の間隔である。ガス通路隙間Ｓは、水管５９と火炉５８の隙間Ｓ1 と、水管５９と火堰５５の隙間Ｓ2 との合計（Ｓ＝Ｓ1 ＋Ｓ2 ）である。水管５９と火炉５８の隙間Ｓ1 と、水管５８と火堰５９の隙間Ｓ2 とは、等しく（Ｓ1 ＝Ｓ2 ）してある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この様なものは、水管が円周上に等間隔に一列に配列されていたので、▲１▼乱流促進がない、▲２▼上下偏流が起き易い、▲３▼水管後部に淀みができ易くて次の水管に有効に燃焼ガスが当たらない、▲４▼壁面に沿って流れるガス量が多い、▲５▼排ガス出口付近ではガス流速が低下して伝熱が悪くなる、▲６▼伝熱面が有効に利用できない、という欠点があった。
本発明は、叙上の問題に鑑み、これを解消すべく創案されたもので、その課題とする処は、伝熱面積を増加させる事なくボイラ効率を向上させる様にした温水ボイラを提供するにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の温水ボイラは、基本的には、上部に蒸気室が形成されるべく熱媒水が封入された缶体と、缶体の蒸気室に設けられた温水熱交換器と、缶体の熱媒水に浸漬されて火堰に依り中心部には燃焼室がその外周にはガス通路が形成された火炉と、上下両端が缶体の熱媒水に連通されて火炉のガス通路に千鳥状に配列された多数の水管と、から構成した事に特徴が存する。
【０００５】
火炉の燃焼室で燃料が燃焼されると、燃焼ガスがガス通路を通過して缶体の外部に排出される。そうすると、缶体内の熱媒水が加熱されて蒸発気化され、水蒸気となって上昇されて蒸気室に至り、水蒸気が温水熱交換器に放熱して液化される。温水熱交換器の表面で液化された熱媒水は、下方に流下される。そして、温水熱交換器は、水蒸気の相変化に依る潜熱に依り加熱され、これに依り温水熱交換器内を流れる水が加熱され、給湯や暖房の為に送り出される。
水管は、ガス通路に千鳥状に配列されているので、燃焼ガス側圧損を無闇に増加させる事なく熱伝達率を上げる事ができる。これに依り伝熱面積を増やさずに熱貫流率を向上させると共に、排ガス温度を低下させ、ボイラ効率を向上させる事ができる。又、コンパクトなままで大型機種の開発が可能になる。
【０００６】
各水管は、ガス通路を流れる燃焼ガスの温度降下に呼応してガス通路隙間が小さくなる様に設定されているのが好ましい。この様にすれば、水管群全体に亘って熱伝達率を高める事ができ、ボイラ効率をより一層向上させる事ができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の温水ボイラを示す縦断側面図。図２は、図１の横断平面図。図３は、図２のａ部分拡大図。図４は、図２のｂ部分拡大図である。
【０００８】
温水ボイラ１は、缶体２、温水熱交換器３、火炉４、水管５とからその主要部が構成されて居り、この例では、真空式温水機にしてある。
【０００９】
缶体２は、上部に蒸気室６が形成されるべく熱媒水７が封入されたもので、この例では、竪型の円筒状を呈し、外胴８と、これの上下を閉塞する平板状の外胴天板９及び外胴底板１０とを備えて架台１１の上に立設されて居り、上部に蒸気室（減圧蒸気室）６が形成されるべく熱媒水７が封入されると共に内部が真空に為されている。
【００１０】
温水熱交換器３は、缶体２の蒸気室６に設けられたもので、この例では、缶体２内の蒸気室６に配置されて内部に水が流通される様にしてあり、給湯用熱交換器１２と暖房用熱交換器１３が設けられている。
【００１１】
火炉４は、缶体２の熱媒水７に浸漬されて火堰１４に依り中心部には燃焼室１５がその外周にはガス通路１６が形成されたもので、この例では、竪型の円筒状を呈し、缶体２内の熱媒水７に浸漬された状態で配置されて居り、火炉胴１７と、これの上下を閉塞する平板状の火炉胴天板１８及び火炉胴底板１９と、火炉胴１７の内部に同心状に一側部（図２に於て左側）を欠如して設けられてその内側に燃焼室１５を形成すると共にその外側に左右一対のガス通路１６を形成し且つ内部が中空で上下両端が熱媒水７に連通された火堰１４と、火炉胴１７の一側部に燃焼室１５と缶体２の外部とを連通すべく設けられたバーナ開口２０と、バーナ開口２０から挿入されてバーナ火炎２１が燃焼室１５に位置するバーナ２２と、火炉胴１７の他側部に各ガス通路１６と缶体２の外部とを連通すべく設けられたガス出口２３とを備えている。
【００１２】
水管５は、上下両端が缶体２の熱媒水７に連通されて火炉４のガス通路１６に千鳥状に配列された多数のもので、この例では、従来と同様に各ガス通路１６に左右同一本数の水管群を備えている。
各水管群は、缶体２及び火炉４と同心状の内外二列のものから成り、内側列の隣接する水管５の間に外側列の水管５が位置すべく所定距離（所定角度）だけずらさせて所謂千鳥形に配列されている。
【００１３】
而して、各水管群は、ガス通路１６の入口側と出口側との二つの区域Ａ，Ｂに分けられている。
区域Ａは、そのガス通路隙間Ｓ' が従来のガス通路隙間Ｓと略同じ（Ｓ' ≒Ｓ）にしてあり、圧損の急増を抑えている。
他方、区域Ｂは、温度降下の為にガス速度が落ちるので、平均ガス速度が略同じになる様に、そのガス通路隙間Ｓ" が区域Ａのガス通路隙間Ｓ' より小さく（Ｓ' ＞Ｓ" ）してあると共に、従来のガス通路隙間Ｓより小さく（Ｓ＞Ｓ" ）してある。
つまり、区域ＡとＢは、各水管群の入口と出口の平均温度を求めて、その温度を基準にとり、各水管群を流れる燃焼ガスの平均ガス速度が略同じになる様に、区域Ａのガス通路隙間Ｓ' に比べて区域Ｂのガス通路隙間Ｓ" が小さく（Ｓ' ＞Ｓ" ）なる様に設定されている。
【００１４】
図３、図４に示すようにガス通路隙間Ｓ' は、一方の水管５と火炉４の隙間Ｓ1 ' と、隣接する水管５同士の隙間Ｓ2 ' と、隣接する他方の水管５と火堰１４の隙間Ｓ3 ' との合計（Ｓ' ＝Ｓ1 ' ＋Ｓ2 ' ＋Ｓ3 ' ）である。
ガス通路隙間Ｓ" は、一方の水管５と火炉４の隙間Ｓ1 " と、隣接する水管５同士の隙間Ｓ2 " と、隣接する他方の水管５と火堰１４の隙間Ｓ3 " との合計（Ｓ" ＝Ｓ1 " ＋Ｓ2 " ＋Ｓ3 " ）である。
又、水管５と火炉４の隙間Ｓ1 ' と、水管５と火堰１４の隙間Ｓ3 ' と、水管５と火炉４の隙間Ｓ1 " と、水管５と火堰１４の隙間Ｓ3 " とは、等しく（Ｓ1 ' ＝Ｓ3 ' ＝Ｓ1 " ＝Ｓ3 " ）してあると共に、隣接する水管５同士の隙間Ｓ2 ' ，Ｓ2 " より小さくしてある。
区域ＡとＢの境界温度は、例えば５００〜６００℃にされる。
【００１５】
次に、この様な構成に基づいて作用を述解する。
バーナ２２に依り火炉４の燃焼室１５で燃料が燃焼されると、燃焼ガスが左右に分流されて各ガス通路１６を通過した後、合流されてガス出口２３から缶体２の外部に排出される。そうすると、缶体２内の熱媒水７が加熱されて蒸発気化され、水蒸気となって上昇されて蒸気室６に至り、水蒸気が温水熱交換器３に放熱して液化される。温水熱交換器３の表面で液化された熱媒水７は、下方に流下される。そして、温水熱交換器３は、水蒸気の相変化に依る潜熱に依り加熱され、これに依り温水熱交換器３内を流れる水が加熱され、給湯や暖房の為に送り出される。
【００１６】
水管５は、ガス通路１６に千鳥状に配列されているので、ガス側圧損を無闇に増加させる事なく熱伝達率を上げる事ができる。つまり、区域Ａのガス通路隙間Ｓ' が従来のガス通路隙間Ｓと略同じ（Ｓ' ≒Ｓ）にしてあるので、圧損の急増が抑えられる。又、水管５と火炉４の隙間Ｓ1 ' ，Ｓ1 " と、水管５と火堰１４の隙間Ｓ3 ' ，Ｓ3 " は、隣接する水管５同士の隙間Ｓ2 ' ，Ｓ2 " より小さくしてあるので、燃焼ガスを効率良く水管５に当てる事ができる。更に、上下偏流を小さくでき、燃焼ガスのショートパスを防ぐ事ができる。
これらに依り伝熱面積を増やさずに（水管５の本数が従来と同数にして）熱貫流率を向上させると共に、排ガス温度をΔＴ＝７０〜８０℃低下させ、ボイラ効率を向上させる事ができる。この為、コンパクトなままで大型機種の開発が可能になる。
とりわけ、各水管群は、二つの区域Ａ，Ｂに分けられ、ガス通路１６を流れる燃焼ガスの温度降下に呼応して平均ガス速度が略同じになる様に、区域Ａのガス通路隙間Ｓ' より区域Ｂのガス通路隙間Ｓ" が小さくなる様に設定されているので、水管全体に亘って熱伝達率を高める事ができ、ボイラ効率をより一層向上させる事ができる。
【００１７】
加えて、水管５がガス通路１６に千鳥状に配列されているので、ガス通路１６の出口部分に水管５がなくなり、熱交換の為の死域がなくなると共に、水洗が行ない易くなる。
【００１８】
尚、水管５は、先の例では、二つの区域に分けたが、これに限らず、例えば三つ以上の区域に分けても良い。
水管５は、先の例では、燃焼ガスの温度降下に呼応してガス通路隙間が段階的（二段）に小さくなる様にしたが、これに限らず、例えば指数（対数）に基づいて連続的に小さくなる様にしても良い。
水管５は、先の例では、燃焼ガスの温度降下に呼応してガス通路隙間が小さくなる様にしたが、これに限らず、例えば排ガス温度に呼応してガス通路隙間を調節しても良い。
【００１９】
【発明の効果】
以上、既述した如く、本発明に依れば、次の様な優れた効果を奏する事ができる。
（１）  缶体、温水熱交換器、火炉、水管とで構成し、とりわけ上下両端が缶体の熱媒水に連通された多数の水管を、火炉のガス通路に千鳥状に配列したので、伝熱面積を増加させる事なくボイラ効率を向上させる事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の温水ボイラを示す縦断側面図。
【図２】図１の横断平面図。
【図３】図２のａ部分拡大図。
【図４】図２のｂ部分拡大図。
【図５】従来の温水ボイラを示す縦断側面図。
【図６】図５の横断平面図。
【図７】図６のｃ部分拡大図。
【符号の説明】
１，５０…温水ボイラ、２，５３…缶体、３，５４…温水熱交換器、４，５８…火炉、５，５９…水管、６，５１…蒸発室、７，５２…熱媒水、８…外胴、９…外胴天板、１０…外胴底板、１１…架台、１２…給湯用熱交換器、１３…暖房用熱交換器、１４，５５…火堰、１５，５６…燃焼室、１６，５７…ガス通路、１７…火炉胴、１８…火炉胴天板、１９…火炉胴底板、２０…バーナ開口、２１…バーナ火炎、２２…バーナ、２３…ガス出口、Ａ，Ｂ…区域、Ｌ…水管ピッチ、Ｓ，Ｓ' ，Ｓ" …ガス通路隙間。
【図１】
0003805892.tif 000002
【図２】
0003805892.tif 000003
【図３】
0003805892.tif 000004
【図４】
0003805892.tif 000005
【図５】
0003805892.tif 000006
【図６】
0003805892.tif 000007
【図７】
0003805892.tif 000008