(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナを備え、上部管寄と下部管寄との間に複数の水管を互いに離間させつつほぼ環状に並設するとともに、この複数の水管によって構成される水管列の周囲を外胴で囲繞した貫流ボイラにおいて、
前記水管列によって該水管列の内側に形成される内部空間を仕切板で下部空間と上部空間とに仕切り、
前記バーナとして、前記水管列の側方から前記下部空間に向けて燃焼ガスを噴出する平面燃焼バーナを使用し、
頂部に前記上部空間と連通して鉛直方向に延びる煙突を立設し、
前記水管列と前記外胴との間に該水管列の略全高に亘って延びる略円筒状のバッフルを配置して、該水管列とバッフルとの間に外部ガス通路を形成したことを特徴とする貫流ボイラ。
【請求項２】
前記水管列の互いに隣接する水管間の隙間の外側に、横断面Ｖ字形の伝熱促進体を配設したことを特徴とする請求項１記載の貫流ボイラ。
【請求項３】
バーナを備え、上部管寄と下部管寄との間に複数の水管を互いに離間させつつほぼ環状に並設するとともに、この複数の水管によって構成される水管列の周囲を外胴で囲繞した貫流ボイラにおいて、
前記水管列によって該水管列の内側に形成される内部空間を仕切板で下部空間と上部空間とに仕切り、
前記バーナとして、前記水管列の側方から前記下部空間に向けて燃焼ガスを噴出する平面燃焼バーナを使用し、
前記水管列と前記外胴との間の隙間及び水管隙間を前記仕切板とほぼ同一高さに配置した外側仕切板で塞ぐとともに、この外側仕切板の所定位置に上下に連通する開口部を設けたことを特徴とする貫流ボイラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、環状の上部管寄と下部管寄を多数本の水管で接続した構造のガス燃焼を用いた貫流ボイラに係り、特にバーナとしてＮＯｘの低減等が可能な平面燃焼バーナを用いた貫流ボイラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記環状の上部管寄と下部管寄とを多数本の水管で接続した構造のガス燃焼を用いた貫流ボイラとしては、従来、図１２及び図１３に示すようなものが一般に知られている（例えば、特開昭６２−６２１０２号公報等参照）。
【０００３】
即ち、共に環状で上下に配置された上部管寄１と下部管寄２との間に、上下方向に延びる複数の水管３が所定のピッチでほぼ環状に並設され、これによって、前記複数の水管３によってほぼ環状の水管列４が構成されているとともに、この水管列４の内側に、内部空間５が形成され、更に前記水管列４の周囲は、外胴６によって囲繞されている。
【０００４】
そして、前記内部空間５は、そのほぼ上端に配置された仕切板７によって、燃焼室８と煙道室９とに区画され、この燃焼室８の下方に位置してバーナ１０が配置されているとともに、頂部には、前記煙道室９に連通する煙突１１が立設されている。
【０００５】
これによって、燃焼室８内でバーナ１０による燃焼が行われ、この燃焼後の燃焼ガスは、前記各水管３，３間の隙間を通った後、水管列４と外胴６との間を流れ、更に各水管３，３間の隙間を通って煙道室９に達し、煙突１１から外部に排気されるようになっている。
【０００６】
更に、前記各水管３には、互いに隣接する水管３，３間の隙間を流れて水管列４と外胴６との間に達する燃焼ガスによって加熱されるフィン１２がその長さ方向のほぼ全長に亘って設けられている。
【０００７】
しかしながら、この種の貫流ボイラにおいては、以下の問題点があった。
▲１▼  バーナ１０による燃焼部分が燃焼室８の下端部中央の１ヵ所に集中して設けられているので、燃焼面負荷が高くなり、燃焼火炎が大きく且つ長くなってしまう。このため大きな空間を有する燃焼室８が必要になり、貫流ボイラ全体の容積並びに設置スペースが大きくなってしまう。
【０００８】
▲２▼  バーナ１０による燃焼部分が燃焼室８の下端部中央の１ヵ所に集中しているので、バーナ１０の最適な燃焼状態を得るためには、水管３をほぼ環状に並設する必要があり、このため、熱伝達に適した水管３の配列構造を自由に決定することができない。
【０００９】
▲３▼  バーナ１０の燃焼ガスが燃焼室８の下端部中央の１ヵ所から上方向に向かって大なる速度をもって燃焼室８内に流入するため、互いに隣接する３，３間の隙間を通過する燃焼ガスは、水管３の上部では多量に流れ、下部では余り流れなくなる。即ち、燃焼ガスは、水管３と直交するような流れではなくなり、また水管３，３間の隙間を通過する燃焼ガスの流速は、水管３の高さ方向に均等でなくなる。このことから全体的な伝熱効率が低下し、甚だしい場合には水管３上部に過熱部を生じる恐れがある。
【００１０】
ここに、近年、省スペースの立場からボイラの小型化が、環境改善の立場から排ガス中のＮＯX （及びＣＯ）の濃度の更なる低減がそれぞれ求められている。
この要求に答えるために、バーナとして平面燃焼バーナを使用して、この平面燃焼バーナを外胴の周囲に配置するとともに、バーナ直近に火炎冷却水管を、その下流に断熱空間をそれぞれ設け、更に平面燃焼バーナの対向方向に煙道出口を設けたものが提案されている（例えば、特開平７−１３９７０１号公報等参照）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記平面燃焼バーナを使用した従来例にあっては、平面燃焼バーナの対向方向に煙道出口を設けているため、ボイラとしての奥行き寸法が長くなり、その分、設置寸法が大きくなって、省スペース化が達成できないといった問題があった。
【００１２】
本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、バーナとしてＮＯｘの低減と小型化が可能な平面燃焼バーナを用い、しかもより小型で設置面積が小さく、且つ高い伝熱効率を得ることができるようにした貫流ボイラを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため本発明の貫流ボイラは、バーナを備え、上部管寄と下部管寄との間に複数の水管を互いに離間させつつほぼ環状に並設するとともに、この複数の水管によって構成される水管列の周囲を外胴で囲繞した貫流ボイラにおいて、前記水管列によって該水管列の内側に形成される内部空間を仕切板で下部空間と上部空間とに仕切り、前記バーナとして、前記水管列の側方から前記下部空間に向けて燃焼ガスを噴出する平面燃焼バーナを使用し、頂部に前記上部空間と連通して鉛直方向に延びる煙突を立設し、前記水管列と前記外胴との間に該水管列の略全高に亘って延びる略円筒状のバッフルを配置して、該水管列とバッフルとの間に外部ガス通路を形成したことを特徴とする。
【００１４】
上記のように構成した本発明によれば、平面燃焼バーナを使用することによって、ＮＯｘの低減と小型コンパクト化を図り、しかも燃焼バーナの燃焼ガスが内部空間内に噴出し、仕切板下部の水管列と熱交換した後、水管列と外胴との間を流れて上部空間に達し、仕切板上部の水管列と熱交換した後、煙突より排出するようにして、伝熱効率の向上とより小型化を図ることができる。
【００１５】
前記水管列と外胴との間に略円筒状のバッフルを配置して、該水管列とバッフルとの間に外部ガス通路を形成することにより、この伝熱面の有効利用を図るとともに、外部ガス流路の断面積を調整することができる。
また、前記水管列の互いに隣接する水管間の隙間の外側に、横断面Ｖ字形の伝熱促進体を配設することができ、これにより、水管と伝熱促進体との間を流れる燃焼ガスの通過速度を高めて、伝熱効率を高めることができる。
【００１６】
本発明の他の貫流ボイラは、バーナを備え、上部管寄と下部管寄との間に複数の水管を互いに離間させつつほぼ環状に並設するとともに、この複数の水管によって構成される水管列の周囲を外胴で囲繞した貫流ボイラにおいて、前記水管列によって該水管列の内側に形成される内部空間を仕切板で下部空間と上部空間とに仕切り、前記バーナとして、前記水管列の側方から前記下部空間に向けて燃焼ガスを噴出する平面燃焼バーナを使用し、前記水管列と前記外胴との間の隙間及び水管隙間を前記仕切板とほぼ同一高さに配置した外側仕切板で塞ぐとともに、この外側仕切板の所定位置に上下に連通する開口部を設けたことを特徴とする。これにより、水管と外胴との間を流れる燃焼ガスを外側仕切板で一旦堰き止めた後、開口部から上方に流れるようにして、伝熱効率を高めることができる。
【００１７】
【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詳細に説明する。
図１乃至図３は、本発明の貫流ボイラの第１の実施の形態を示すもので、図１は、縦断正面図、図２は、図１のＩ−Ｉ線断面図、図３は、図１のII−II線断面図である。
【００１８】
同図において、共に環状で上下に配置された上部管寄１と下部管寄２とは、環状の水管列４を構成する複数の水管３で連結されているのであるが、この水管列４の一部には、やや幅広の火炎開口部２０が設けられ、また他の互いに隣接する各水管３，３間には、間隔ａの隙間２１が設けられている。
【００１９】
そして、前記水管列４の周囲は、外胴６で囲繞されているとともに、該水管列４の内側に形成される内部空間５は、仕切板２２によって上下に仕切られて、下部空間２３と上部空間２４とが形成されている。ここに、前記仕切板２２は、高温の燃焼ガスに晒されるため、耐火材料などで製作されている。
【００２０】
前記仕切板２２の下方位置には、前記火炎開口部２０に対面して平面燃焼バーナ２６が配置され、この平面燃焼バーナ２６は、この周囲を囲繞するとともに、上方に延びて前記平面燃焼バーナ２６と対面する火炎開口部２０の上方を塞ぐ断熱材２７を介して前記外胴６に取付けられている。
【００２１】
この平面燃焼バーナ２６は、平面上に極めて燃焼長の短い小火炎を多数分割して生ずるように構成したバーナであって、ガスと空気を予混合して燃焼させるようになっている。このため、バーナ先端部でガスと空気を乱流混合する必要がなく、比較的低騒音で、しかも小火炎であるため火炎の冷却効果が高く、かつ低ＮＯX 性に優れている。更に、安定した燃焼を得るためには、火床面積（火炎が生成する面積）を平面上に大きくすることが効果的であるが、平面燃焼バーナ２６は、火床面積も大きく安定性の高いバーナである。
【００２２】
即ち、燃焼用の空気は、ファン３０によってダクト３１内に送風され、このダクト３１内で燃料供給管（図示せず）から供給される燃料ガスと混合され、この混合された混合ガスが、矩形平板状の平面燃焼バーナ２６のほぼ全面に亘って設けられた多数の小孔から前方に噴出して、ここで燃焼が行われるようになっている。
【００２３】
ここに、前記火炎開口部２０の幅Ｗ1 は、平面燃焼バーナ２６の幅寸法Ｗ2 以下（Ｗ1 ＜Ｗ2 ）に設定され、平面燃焼バーナ２６の燃焼ガスが、この火炎開口部２０から該火炎開口部２０の側方に位置する水管３によって直接冷却されつつ下部空間２３内に噴出するように構成されている。
【００２４】
更に、前記水管列４と該水管列４の周囲を囲繞する外胴６との間には、略円筒状で前記断熱材２７の側方に達するバッフル３２がその全高に亘って配置され、前記水管列４とバッフル３２との間に外部ガス通路３３が形成されている。
【００２５】
このようにバッフル３２を配置することにより、燃焼ガスが各水管３，３間の隙間２１を通過した後の出口側の乱流効果で伝熱効果を高めることができ、また下部空間２３からこの各水管３，３間の隙間２１を通過した燃焼ガスは、外部ガス通路３３内を上昇し、しかる後、各水管３，３間の隙間２１から上部空間２４内に流入するようになっている。
【００２６】
前記仕切板２２の上面には、鉛直方向に延びる煙突３４の下端が連接され、更にこの煙突３４には、上部空間２４内に位置して該上部空間２４と連通する煙突導入孔３５が設けられている。
【００２７】
次に、上記実施の形態についての作用について説明する。
ファン３０によって送風された空気と燃料供給管（図示せず）から供給された燃焼ガスは、ダクト３１内で混合され、予混合気となって平面燃焼バーナ２６に供給される。この状態で着火されると、平面燃焼バーナ２６は、その面全体で高さ方向に均等に小火炎を発生し、その燃焼ガスは、燃焼バーナ２６の幅寸法Ｗ２より狭い幅Ｗ１の火炎開口部２０を通過する際に冷却されてその火炎温度が低く抑えられる。
【００２８】
そして、燃焼ガスは、火炎開口部２０から下部空間２３に至り、周囲の水管３に放射伝熱しながらその温度を均一化した後、各水管３，３間の隙間２１を通り、水管３と対流伝熱しながら外部ガス通路３３に達する。
【００２９】
この時、燃焼ガスは、高さ方向に沿った全ての地点でほぼ均等な流速で、かつ水管３と直交する方向に隙間２１を通過する。このため、伝熱面になる水管３の表面で偏流がないので、局部的な過熱を生じることなく、その全面積にわたり有効に伝熱が行われて伝熱効率が上昇する。
【００３０】
そして、外部ガス通路３３に達した燃焼ガスは、そのまま上方に移動するが、この外部ガス通路３３は、前記隙間２１に比べてかなり大きな断面積を有するので、燃焼ガスの流速は急速に低下して、その静圧を十分に回復でき、再度高さ方向に沿った全ての地点でほぼ均等な流速をもって仕切板２２の上部における各水管３，３間の隙間２１を通って上部空間２４に達し、ここでも伝熱効率の高い熱交換が行われる。
【００３１】
ここで、平面燃焼バーナ２６の上方の外部ガス通路３３と火炎開口部２０は、断熱材２７によって遮断されているので、燃焼ガスの全量が水管３の表面と十分な伝熱を行った後、上部空間２４から煙突導入孔３５を経由して煙突３４から外部に排出される。
【００３２】
なお、この実施の形態においては、仕切板２２の外径の方が上部管寄１の内径より大きいが、予め煙突３４の下端に仕切板２２を固定しておいた状態で、水管３を組み立てることによって、作業効率よく製作することができる。
【００３３】
なお、図４及び図５に示すように、バッフル３２に変えて、前記水管列４の互いに隣接する水管３，３間の隙間２１の外側に、横断面Ｖ字形の伝熱促進体４０をその開口部を放射状外方に向けて水管３の高さ方向の全長に亘って配設しても良い。
このように構成することにより、水管３と伝熱促進体４０との間を流れる燃焼ガスの通過速度を高めて、伝熱効率を高めることができる。
【００３４】
図６乃至図８は、本発明の第２の実施の形態を示すもので、この実施の形態の前記第１の実施の形態と異なる点は、前記水管列４の内側で、かつ互いに隣接する各水管３，３間の隙間２１に面する位置に、上部管寄１と下部管寄２とを繋ぐ多数の小水管５０を環状に所定間隔離間させて並設し、これによって、水管列４の内側に多数の小水管５０から構成される内部水管列５１を配置し、更に上部管寄１の上面に煙突５２を立設した点にある。
【００３５】
このように構成することにより、燃焼ガスが先ず内部水管列５１の互いに隣接する小水管５０，５０間の隙間を該小水管５０の外周面に沿って流れた後、水管３，３間の隙間２１内を流れるようにして、燃焼ガスの伝熱効率を更に高めることができる。
【００３６】
図９乃至図１１は、本発明の第３の実施の形態を示すもので、この実施の形態の前記第１の実施の形態と異なる点は、バッフルを設けることなく、前記水管列４と外胴６との間の隙間を前記仕切板２２とほぼ同一高さに配置した外側仕切板６０で塞ぐとともに、この外側仕切板６０の側方の該外側仕切板６０と前記断熱材２７との間に、上下に連通する開口部６１を設けた点にある。
【００３７】
なお、この実施例において、前記外側仕切板６０は、略リング状の板体６２と、該板体６２と前記仕切板２２とを結んで水管隙間を埋める断熱材６３とから構成されている。
【００３８】
このように構成することにより、下部空間２３内において、水管３と外胴６との間を流れる燃焼ガスを外部仕切板６０で一旦堰き止め、集合した状態で開口部６１を通過して上部空間２４内を流れるようにして、伝熱効率を高めることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、以下のような優れた効果を奏する。
▲１▼  環状に配列した多数の水管によって形成される水管列の一部に平面燃焼バーナを取付けることによって、火床面積を平面状に大きくするとともに、十分安定した燃焼が可能となり、しかも騒音の低減を図ることができる。
▲２▼  表面燃焼バーナの火炎を冷却して火炎温度を低く抑えることができ、これによって、ＮＯX の低減を図ることができる。
▲３▼  バーナ火炎は短く、しかも環状の水管列の壁面に生成されるので、燃焼室となる環状水管列の内部空間の容積を極めて小さくして、設置面積の小さなコンパクトな貫流ボイラを安価に製作することができる。
▲４▼  燃焼ガスは、互いに隣接する水管間の隙間を水管の高さ方向の全体にほぼ均一に流れるので、水管相互の隙間を流れる燃焼ガスは均等な速度で且つ水管と直交するような流れになり、これによって、ドラフトロスを上昇させずに伝熱効率を著しく向上させることができる。
▲５▼  煙突をボイラ上部に設置することにより、従来に比べて奥行き寸法を小さくして設置面積を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の縦断正面図
【図２】図１のＩ−Ｉ線断面図。
【図３】図２のII−II線断面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態の変形例を示す図２相当図。
【図５】同じく、図３相当図。
【図６】本発明の第２の実施の形態の縦断正面図。
【図７】図６のIII−III線断面図。
【図８】図６のIV−IV線断面図。
【図９】本発明の第３の実施の形態の縦断正面図。
【図１０】図９のＶ−Ｖ線断面図。
【図１１】図９のVI−VI線断面図
【図１２】従来例を示す縦断正面図。
【図１３】図１２のVII−VII線断面図。
【符号の説明】
１    上部管寄
２    下部管寄
３    水管
４    水管列
５    内部空間
２０    火炎開口部
２１    隙間
２２    仕切板
２３    下部空間
２４    上部空間
２６    平面燃焼バーナ
３２    バッフル
３３    外部ガス通路
３４，５２    煙突
４０    伝熱促進体
５０    小水管
５１    内部水管列
６０    外部仕切板
６１    開口部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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