JP7128350B2 - エコノマイザー - Google Patents

Description

本発明は、ボイラーへ給水される水をボイラーの燃焼排ガスで予熱するエコノマイザーに関する。

ボイラーへ給水される水を、ボイラーから廃棄される燃焼排ガスの熱で予熱を行うエコノマイザーは、熱を有効に利用可能なことから広く一般的に利用されている。
例えば、特許文献１に記載されたエコノマイザー（図１７）は、ボイラー１で発生した燃焼排ガスが流通する煙道２内に、多数の水管を配設し、各水管内を流れる水が熱交換により加熱される構成となっている。また、煙道外側のＵ字管４及び煙道外側に鏡板５を設けることで、水管の経路を折り返し、再び逆方向に向けて煙道２を貫通させることを繰り返すことによって経路を長くするとともに、煙道２内の水管には熱吸収を良くするために多数のフィン管３が設けられている。

特許文献１に記載のエコノマイザーによれば、ボイラー１に連結する煙道２内において、給水経路を煙道上部および下部で折り返すことで煙道内に縦方向の水管を多数配置し、少なくとも下部の折り返し部（Ｕ字管４）が煙道内部に設けられている。そして、ボイラー１からブロー配管６を介してブロー水を噴射する噴霧ノズル７を煙道内の水管に向けて配置することで、水管に向けてブロー水を噴霧させ、折り返し部が水に浸かるように煙道下部の水槽（水部９）にブロー水が溜められ、水槽からオーバーフローした水が排水管８から排水される。

特許第３５８７８９５号公報

従来のエコノマイザーの構造によれば、煙道２内に配置された給水経路（水管）により、水管内の水を加温するものであるので、水管内を流れる水に対する熱吸収効率が悪く、期待通りの加温を行うことができないという課題があった。また、水管の体積が小さいため、加温された水の保有水量（例えば１０～２０リットル）に限界があり、時間当たりの給水量が多くなると十分な加温が維持できなくなるという構造上の問題があった。
また、水管の外側に設けた突起物であるフィン管３に燃焼排ガスが接触するので、汚れが付着し易くこれを除去することが困難であるという課題があった。

そこで本発明者は、効率よく水を加温させることができる構造として、図１４～図１６に示すエコノマイザー（特願２０１９－０５４５５１）を提案した。
このエコノマイザーは、流入口１２及び流出口１３を側面に形成して水が通過する円筒状の水管１１内の下端位置に燃焼排ガス導入口１５に臨む燃焼排ガス導入室２０と、燃焼排ガス導入室２０に対して区画された下部連結室３０を設け、水管内の上端位置に燃焼排ガス排気口１９に臨む燃焼排ガス排出室４０と、燃焼排ガス排出室４０に対して区画されて燃焼排ガス排出室４０を囲む上部環状連結室５０を設けている。

そして、水管１１内に燃焼排ガスを流通させるため、燃焼排ガス導入室２０と上部環状連結室５０とを連結するように水管１１の内壁周囲に沿って下部区画壁１４及び上部区画壁１７を貫通して立設された複数の第１のガス管６１と、上部環状連結室５０と下部連結室３０とを連結するように第１のガス管の内側位置に下部区画壁１４及び上部区画壁１７を貫通して立設された複数の第２のガス管６２と、下部連結室３０と燃焼排ガス排出室４０とを連結するように第２のガス管の内側位置に下部区画壁１４及び上部区画壁１７を貫通して立設された複数の第３のガス管６３とを備えることで、ボイラーで発生した燃焼排ガスを利用して水を加温する。

水が通過する円筒状の水管１１内の下方位置には円板状の下部区画壁１４が装着され、水管１１の下端位置に形成された燃焼排ガス導入口１５に臨む燃焼排ガス導入室２０が形成されている。
また、下部区画壁１４の下面側を円錐蓋部１６で塞ぐことで、燃焼排ガス導入室２０に対して区画された下部連結室３０が形成されている。下部連結室３０は、円錐蓋部１６で塞がれているため、燃焼排ガス導入室側に凸となる円錐空間で構成されている。

水管１１内の上方位置には円板状の上部区画壁１７が装着され、上部区画壁１７と水管１１の天板裏面との間に環状区画壁１８が装着されることで、水管１１の上端位置に形成された燃焼排ガス排気口１９に臨む燃焼排ガス排出室４０と、燃焼排ガス排出室４０を囲む上部環状連結室５０が形成されている。

上記構造によれば、複数のガス管６１，６２，６３において、水管１１底面側から導入された燃焼排ガスが水管１１上部で折り返して下方に流れ、更に水管１１下部で折り返して上方に流れて水管１１上面側から流出される際の熱交換で水管１１内の水を加温する。
複数の第１のガス管６１と複数の第２のガス管６２は、本数及び断面積の総和を等しくして水管１１内に環状に一列に配置しているので、配置できるガス管の本数が制限されることがある。例えば、上述の例において、第３のガス管６３を環状区画壁１８の内側に溶接により配置できる本数は、溶接作業を確保するために制限されるので、それにともなって第１のガス管６１及び第２のガス管６２の本数が決まる。第１のガス管６１も一列に配列されるので、第２のガス管６２に比較して配置密度が低くなる。そのため、配置本数を最大限多くして効果的な加温を行うことに支障を来すという課題が存在した。

本発明は、上記実情に鑑みて提案されたものであり、同じ面積におけるガス管の本数を最大限設置して効率よく水を加温させることができるとともに、点検及び清掃が容易な構造のエコノマイザーを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため本発明（請求項１）は、ボイラーで発生した燃焼排ガスにより水を加温するエコノマイザーにおいて、
流入口（１２）及び流出口（１３）を側面に形成して前記水が通過する円筒状の水管（１１）と、
前記水管（１１）の下端位置に区画壁（下部区画壁１４）を介して連結する燃焼排ガス導入管（２０）と、
前記水管（１１）の上端位置に区画壁（上部区画壁１７）を介して連結する燃焼排ガス排出管（４０）と、を備え、
前記燃焼排ガス導入管内は、ガス導入口（燃焼排ガス導入口１５）に臨む燃焼排ガス導入室（Ａ）と下部燃焼排ガス通過室（Ｂ）とに区画され、前記燃焼排ガス排出管内は、ガス排気口（燃焼排ガス排気口１９）に臨む燃焼排ガス排出室（Ｃ）と上部燃焼排ガス通過室（Ｄ）とに区画され、
前記燃焼排ガス導入室（Ａ）と前記上部燃焼排ガス通過室（Ｄ）とを連通するように前記区画壁を貫通して前記水管内に立設された複数の第１のガス管（６１）と、
前記上部燃焼排ガス通過室（Ｄ）と前記下部燃焼排ガス通過室（Ｂ）とを連通するように前記区画壁を貫通して前記水管内に立設された複数の第２のガス管（６２）と
前記下部燃焼排ガス通過室（Ｂ）と前記燃焼排ガス排出室（Ｃ）とを連通するように前記区画壁を貫通して前記水管内に立設された複数の第３のガス管（６３）と、
を備えたことを特徴としている。

そして、前記燃焼排ガス導入室（Ａ）は水平面において前記燃焼排ガス導入管（２０）を三分割する面積で、前記燃焼排ガス排出室（Ｃ）は水平面において前記燃焼排ガス排出管（４０）を三分割する面積でそれぞれ形成することで、前記第１のガス管（６１）、前記第２のガス管（６２）、前記第３のガス管（６３）が立設される各通路の面積が同じになる。

一方、前記燃焼排ガス導入管（２０）の下面側に設けた前記燃焼排ガス導入口（１５）を除いた位置に着脱可能に装着した底面蓋（脱着部２１ｂ）と、前記燃焼排ガス排出管（４０）の上面側に設けた前記燃焼排ガス排気口（１９）を除いた位置に着脱可能に装着した上面蓋（脱着部４１ｂ）とを備える。

その結果、前記底面蓋（脱着部２１ｂ）及び前記上面蓋（脱着部４１ｂ）を外した状態において、第１のガス管（６１）の上端、第２のガス管（６２）の両端、及び第３のガス管（６３）の下端が臨めるようになる。

請求項２は、請求項１のエコノマイザーにおける底面蓋（脱着部２１ｂ）と上面蓋（脱着部４１ｂ）に代えて、前記燃焼排ガス排出管（２０）の側面側に前記燃焼排ガス排気口（１９）を設け、前記燃焼排ガス排出管（２０）の上面を天板（４１）の開閉動作で開口可能にすることで、前記天板開口時に、前記第１のガス管（６１）、第２のガス管（６２）及び第３のガス管（６３）の上端が臨めるようにしたことを特徴としている。

請求項３は、請求項１又は請求項２に記載のエコノマイザーにおいて、
前記下部燃焼排ガス通過室（Ｂ）の下面に清掃用配管（８５）を連結したことを特徴としている。

請求項４は、請求項１又は請求項２のエコノマイザーにおいて、
前記燃焼排ガス導入室（Ａ）及び燃焼排ガス排出室（Ｃ）は水平面において扇形状であることを特徴としている。

請求項５は、請求項１又は請求項２のエコノマイザーにおいて、
前記第１のガス管（６１）の断面積の合計と、前記第２のガス管（６２）の断面積の合計と、前記第３のガス管（６３）の断面積の合計とがそれぞれ等しいことを特徴としている。

請求項６は、請求項５のエコノマイザーにおいて、
前記第１のガス管（６１）の本数と、前記第２のガス管（６２）の本数と、前記第３のガス管（６３）の本数とがそれぞれ等しいことを特徴としている。

請求項７は、請求項１又は請求項２のエコノマイザーにおいて、
前記流入口（１２）は水管側面下方位置に、前記流出口（１３）は水管側面上方位置にそれぞれ形成することを特徴としている。

請求項８は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のエコノマイザーにおいて、
前記水管（１１）を圧力水容器で構成することを特徴としている。

請求項１のエコノマイザーによれば、燃焼排ガスを流通させるために立設された複数のガス管（６１，６２，６３）を水管（１１）内に配設することで、水管内に供給される水がガス管の周囲で効率良く加温される。

また、水平面において水管（１１）を三分割する領域（扇形状部分）に第１のガス管（６１）、第２のガス管（６２）、第３のガス管（６３）を他のガス管の配置位置を考慮することなく配設できるので、扇形状部分において各ガス管の本数を多く設置することが可能となる。

そして、上面蓋（脱着部４１ｂ）及び底面蓋（脱着部２１ｂ）だけを外して、第１のガス管（６１）及び第２のガス管（６２）の上端側の各開口、第２のガス管（６２）及び第３のガス管（６３）の下端側の各開口が臨めるようにすることで、各ガス管の内部の点検や清掃を容易に行うことが可能となる。

請求項２によれば、燃焼排ガス排出管（２０）の側面側に燃焼排ガス排気口（１９）を設けることで、燃焼排ガス排出管（２０）の上面全体が開口可能な天板（４１）を設けることができ、天板（４１）の開口時に、第１のガス管（６１）、第２のガス管（６２）及び第３のガス管（６３）の上端が臨めるようにすることができる。

請求項３によれば、下部燃焼排ガス通過室（Ｂ）の下面に清掃用配管（８５）を連結することで、清掃時に第２のガス管（６２）及び第３のガス管（６３）の上端から水を注入した場合に、下部燃焼排ガス通過室（Ｂ）を介して清掃用配管（８５）から回収して排出することができる。

請求項４によれば、水平面において水管（１１）を三分割する領域を扇形状とすることができる。

請求項５によれば、第１のガス管（６１）、第２のガス管（６２）、第３のガス管（６３）の各断面積の合計の総数を等しくすることで、ガス管からガス管へ燃焼排ガスが流れるに際して、抵抗の発生を抑えて流れ易くすることができる。

請求項６によれば、第１のガス管（６１）、第２のガス管（６２）、第３のガス管（６３）の各管の本数を等しくすることで、第１のガス管、第２のガス管、第３のガス管について同一の大きさにすることできる。

請求項７によれば、流入口（１２）を下方位置に、流出口（１３）を上方位置に形成することで、加温された水を流出し易くすることができる。

請求項８によれば、水管（１１）を圧力水容器で構成することで加温された水を１００℃以上の温度にすることができる。

本発明のエコノマイザーの正面説明図である。 本発明のエコノマイザーの側面説明図である。 本発明のエコノマイザーの平面説明図である。 本発明のエコノマイザーの底面説明図である。 水管内に設置した複数のガス管内を流れる燃焼排気ガスの流れ方向を説明するためのモデル図である。 エコノマイザーの燃焼排ガス排出管の断面説明図である。 エコノマイザーの水管の断面説明図である。 エコノマイザーの燃焼排ガス導入管の断面説明図である。 底板及び天板の一部を開口可能にしたエコノマイザーを示すモデル図である。 エコノマイザーの別の実施例を示す平面説明図である。 図８のエコノマイザーの正面説明図である。 図８のエコノマイザーの側面説明図である。 図８のエコノマイザーのモデル図である。 図８のエコノマイザー（天板開口時）のモデル図である。 エコノマイザーのボイラーへの接続例を示す側面図である。 本発明者が提案したエコノマイザーの縦断面説明図である。 図８のII－II線断面説明図である。 図８のIII－III線断面説明図である。 従来のエコノマイザーの構造を示す構成説明図である。

本発明に係るエコノマイザーの実施形態の一例について、図１～図６を参照しながら説明する。図１～図６において、図１４～図１６と同一の構成を採る部分については、同一符号を付している。
エコノマイザーは、ボイラーで発生した燃焼排ガスにより水を加温するものであり、図１に示すように、円筒状の水管（水容器）１１に対して、流入口１２及び流出口１３を側面に３個ずつ形成している。流入口１２は水管側面における下方位置に１２０度間隔で形成され、流出口１３は水管側面の上方位置に１２０度間隔で形成され、三か所の流入口１２から供給された水（給水）が水管内部で温められて上昇し三か所の流出口１３から流出（排水）するように構成されている。

水が通過する円筒状の水管１１内の下端位置には円板状の下部区画壁１４が装着され、この下部区画壁１４を覆うように、水管１１と同径の燃焼排ガス導入管２０がフランジ部同士（フランジ部１１ａとフランジ部２０ａ）を対向して連結固定している。燃焼排ガス導入管２０は底板２１で塞がれ、底板２１には燃焼排ガス導入口１５が形成されている（図１、図２、図４）。底板２１には、燃焼排ガス導入口１５に連結する導入ガス管８１が鉛直方向に立設されている。
水管１１と燃焼排ガス導入管２０との連結は、水管１１に形成されたフランジ部１１ａと、燃焼排ガス導入管２０に形成されたフランジ部２０ａとを対向させ、複数のボルト７１とナット７２で脱着可能に連結固定されている。

燃焼排ガス導入管２０内は、垂直下部区画壁２２により燃焼排ガス導入口１５に臨む燃焼排ガス導入室Ａと、下部燃焼排ガス通過室Ｂとに区画されている（図５）。垂直下部区画壁２２は、中央で１２０度の角度で折り曲げられた折曲片で形成することで、燃焼排ガス導入室Ａが燃焼排ガス導入管２０に対して水平面において１／３の面積に区画されている。

水管１１内の上端位置には円板状の上部区画壁１７が装着され、この上部区画壁１７を覆うように、水管１１と同径の燃焼排ガス排出管４０がフランジ部同士（フランジ部１１ｂとフランジ部４０ａ）を対向して連結固定している。燃焼排ガス排出管４０は天板４１で塞がれ、天板４１には燃焼排ガス排気口１９が形成されている（図１～図３）。
水管１１と燃焼排ガス排出管４０との連結は、水管１１に形成されたフランジ部１１ｂと、燃焼排ガス排出管４０に形成されたフランジ部４０ａとを対向させ、複数のボルト７１とナット７２で脱着可能に連結固定されている。天板４１には、燃焼排ガス排気口１９に連結する排気ガス管８２が鉛直方向に立設されている。

燃焼排ガス排出管４０内は、垂直上部区画壁４２により燃焼排ガス排気口１９に臨む燃焼排ガス排出室Ｃと、上部燃焼排ガス通過室Ｄとに区画されている（図５）。垂直上部区画壁４２は、中央で１２０度の角度で折り曲げられた折曲片で形成することで、燃焼排ガス排出室Ｃが燃焼排ガス排出管４０に対して水平面において１／３の面積に区画されている。

水管１１内には、燃焼排ガスを流通させるため、複数のガス管が配設されている。
ガス管は、図６Ａ，６Ｂ，６Ｃに示すように、下部区画壁１４及び上部区画壁１７を貫通して燃焼排ガス導入室Ａと上部燃焼排ガス通過室Ｄとを連結するように水管１１における水平面の１／３面積部分（扇形状）に立設された複数の第１のガス管６１と、下部区画壁１４及び上部区画壁１７を貫通して上部燃焼排ガス通過室Ｄと下部燃焼排ガス通過室Ｂとを連結するように水管１１における水平面の１／３面積部分（扇形状）に立設された複数の第２のガス管６２と、下部区画壁１４及び上部区画壁１７を貫通して下部燃焼排ガス通過室Ｂと燃焼排ガス排出室Ｃとを連結するように水管１１における水平面の１／３面積部分（扇形状）に立設された複数の第３のガス管６３とから構成されている。すなわち、図６Ａ，６Ｂ，６Ｃの例では、水管１１を水平面で断面した各扇形状部分（図６Ｂの点線で区画された各領域）にそれぞれ３１本のガス管が配置されている。

すなわち、第１のガス管６１は、水管１１の扇形状柱部分に３１本が配置され、燃焼排ガス導入室Ａと上部燃焼排ガス通過室Ｄとを連通するように構成され、燃焼排ガス導入口１５から燃焼排ガス導入室Ａに導かれた燃焼排ガスが複数の第１のガス管６１を通って上方に移動し（図５の通路Ｏから通路Ｐ）、一旦上部燃焼排ガス通過室Ｄに導かれる。
第２のガス管６２は、水管１１の扇形状柱部分に３１本が配置され、上部燃焼排ガス通過室Ｄと下部燃焼排ガス通過室Ｂとを連通するように構成されることで、上部燃焼排ガス通過室Ｄからの燃焼排ガスが複数の第２のガス管６２を通って下方に移動し（図５の通路Ｑから通路Ｒ）、一旦下部燃焼排ガス通過室Ｂに導かれる。
第３のガス管６３は、水管１１の扇形状柱部分に３１本が配置され、下部燃焼排ガス通過室Ｂと燃焼排ガス排出室Ｃとを連通するように構成されることで、下部燃焼排ガス通過室Ｂからの燃焼排ガスが複数の第３のガス管６３を通って上方に移動し（図５の通路Ｓから通路Ｔ）、燃焼排ガス排出室Ｃを介して燃焼排ガス排気口１９から排出される。

上述した構成によれば、水平面で扇形状部分に配置される各ガス管群は、他のガス管の配置位置による制限を受けることなく自由に配置できるので、扇形状の面積部分にできるだけ多くの本数のガス管を設置することが可能となる。
その結果、ガス管を多く配置することで、ガス管の断面積を小さくして（ガス流路を絞って）ガスの流通速度を上げるとともに、本数を増やすことで伝熱面積を減らすことなく水管内における燃焼排ガスと水との間接加熱を行うことが可能となり、水管内の水を効率良く加温することができる。

また、第１のガス管６１及び第２のガス管６２及び第３のガス管６３は、それぞれ同じ数（３１本）だけ設けられ、各ガス管の直径も同じにして流通路となる総断面積が同じになるように形成されている。これは、燃焼排ガスが第１のガス管６１から第２のガス管６２へ、第２のガス管６２から第３のガス管６３へ移動するに際して生じる抵抗が少なくなるようにするためである。

また、水管１１の上端及び下端はフランジ部同士で連結する構成であり、水管１１に対して燃焼排ガス導入管（燃焼排ガス導入室）２０及び燃焼排ガス排出管（燃焼排ガス排出室）４０がフランジ部で容易に脱着可能となることで、第１のガス管６１、第２のガス管６２及び第３のガス管６３の両端の各開口が上方及び下方から臨めるようなっている。
第１のガス管６１、第２のガス管６２及び第３のガス管６３の両端の各開口が臨めるようにすることで、ガス管内の点検を容易するとともに、この部分から高圧洗浄水を使用してガス管の内部の清掃を容易に行うことが可能となる。

また、水管１１に対して燃焼排ガス導入管（燃焼排ガス導入室）２０及び燃焼排ガス排出管（燃焼排ガス排出室）４０がフランジ部で脱着可能な構成に代えて、図７に示すように、燃焼排ガス導入管２０の底板２１の一部、燃焼排ガス排出管４０の天板４１の一部をそれぞれ着脱可能に形成してもよい。
すなわち、底板２１を固定部２１ａと脱着部（底面蓋）２１ｂとから構成し、固定部２１ａに形成された燃焼排ガス導入口１５に配管が連結された状態で脱着部２１ｂが外れるように構成している。脱着部２１ｂは、下部燃焼排ガス通過室Ｂに対して密封状態となるシール構造で構成されている。
また同様に、天板４１を固定部４１ａと脱着部（上面蓋）４１ｂとから構成し、固定部４１ａに形成された燃焼排ガス排気口１９に配管が連結された状態で脱着部４１ｂが外れるように構成している。脱着部４１ｂは、上部燃焼排ガス通過室Ｄに対して密封状態となるシール構造で構成されている。
底板２１の脱着部（底面蓋）２１ｂ、及び、天板４１の脱着部（上面蓋）４１ｂは、円板の各蓋体（底板２１，天板４１）から内角１２０度となる扇型の固定部（２１ａ，４１ａ）が除去された形状となっている。燃焼排ガス導入管（燃焼排ガス導入室）２０及び燃焼排ガス排出管（燃焼排ガス排出室）４０に対して各脱着部２１ｂ，４１ｂが着脱可能な構造は、ボルトとナットによる連結や蝶番により実現することができる。

上記構造により、燃焼排ガス導入管（燃焼排ガス導入室）２０から脱着部２１ｂを外した場合、第２のガス管６２及び第３のガス管６３の下端を臨めるようにすることができる。また、燃焼排ガス排出管（燃焼排ガス排出室）４０から脱着部４１ｂを外した場合、第１のガス管６１及び第２のガス管６２の上端を臨めるようにすることができる。
その結果、各ガス管の内部の点検を容易するとともに、この部分から高圧洗浄水を使用してガス管の内部の清掃を容易に行うことが可能となる。
また、燃焼排ガス導入管（燃焼排ガス導入室）２０及び燃焼排ガス排出管（燃焼排ガス排出室）４０に配管が連結された状態で、軽量な脱着部２１ｂ及び脱着部４１ｂだけを外す軽作業で、ガス管の内部の清掃を容易に行うことができる。

図８乃至図１２は、エコノマイザーの実施形態の他の例を示したもので、図１～図７に示したエコノマイザーと同一の構成を採る部分については、同一符号を付して詳細な説明を省略するとともに、異なる構成について以下に説明する。
すなわち、図１～図７のエコノマイザーでは上面側に設けていた燃焼排ガス排気口１９を、燃焼排ガス排出管４０の側面側に設け、燃焼排ガス排出管４０の上面の天板４１が開閉動作で開口可能に形成する。天板４１は、燃焼排ガス排出室Ｃ及び上部燃焼排ガス通過室Ｄに対してそれぞれ密封状態となるシール構造で構成されている。

上記構造によれば、天板４１を開口させることで、燃焼排ガス排気口１９に燃焼排ガス排出管（燃焼排ガス排出室）４０が連結された状態で、燃焼排ガス排出管４０の上面側全てを開口させることができ、第１のガス管６１、第２のガス管６２及び第３のガス管６３の全ての上端が臨めるようになっている。

また、下部燃焼排ガス通過室Ｂの下面に清掃用配管８５を連結することで、天板４１開口時に、第２のガス管６２及び第３のガス管６３の上端から清掃するための水を供給した場合、下部燃焼排ガス通過室Ｂに流れた水を回収して廃棄することができる。

上述した各エコノマイザーの構造によれば、導入ガス管８１から燃焼排ガス導入口１５を介して導入された高温の燃焼排ガスは、燃焼排ガス導入室Ａからガス管６１を通過して上方へ流れて上部燃焼排ガス通過室Ｄに流れる。
続いて、燃焼排ガスは上部燃焼排ガス通過室Ｄで跳ね返り第２のガス管６２を通過して下方へ移動し、下部燃焼排ガス通過室Ｂに流れる。
燃焼排気ガスは衝突で跳ね返り、第３のガス管６３を通過して上方へ移動して燃焼排ガス排出室Ｃに流れ、燃焼排ガス排気口１９を介して排気ガス管８２から排出される。
また、水管１１の流入口１２から供給された水は、ガス管６１，６２，６３の周囲に接して加温しながら水管１１内を下から上へ移動し、流出口１３から流出される。

上述したエコノマイザーによれば、燃焼排ガスを流通させるために立設された複数のガス管（第１のガス管６１、第２のガス管６２、第３のガス管６３）を水管１１内に配設することで、水管１１内に供給される水がガス管の周囲で効率良く加温される。
すなわち、水管１１内にガス管が配設されるため、水管１１の体積を十分に大きくすることができるので保有水量（例えば２００～４００リットル、好ましくは３００リットル以上）を多くでき、時間当たりの給水量が増加してもそれによる水の温度低下を抑えることができ、十分な加温（１００℃程度まで可能）を維持できるという効果がある。

また、燃焼排ガスは水管１１内に直接導かれることが無く、各ガス管内を流通するだけなので、水管１１内に燃焼排ガスによる汚れが付着することがない。
また、図１～図６に示したエコノマイザーの例によれば、水管１１の上端及び下端にそれぞれフランジ部を介して燃焼排ガス導入管２０及び燃焼排ガス排出管４０を連結しているので、ボルト７１及びナット７２を外すことでフランジ部分において両者を容易に脱着させることができ、第１のガス管６１、第２のガス管６２及び第３のガス管６３の各両端を臨めるようにしてガス管内部の清掃を容易に行うことができる。

また、図７に示したエコノマイザーの例によれば、下面蓋２１ｂ及び上面蓋４１ｂを外すことで、第１のガス管６１、第２のガス管６２及び第３のガス管６３の各両端を臨めるようにしてガス管内部の清掃を容易に行うことができる。

また、図８～図１２に示したエコノマイザーの例によれば、燃焼排ガス排出管４０の側面側に燃焼排ガス排気口１９を設けることで、燃焼排ガス排出管４０の上面側全てを天板４１の開閉で開口させることが可能となり、第１のガス管６１、第２のガス管６２及び第３のガス管６３の全ての上端が臨めるようにすることができる。
また、第２のガス管６２及び第３のガス管６３の上端から清掃するための水を供給した場合、下部燃焼排ガス通過室Ｂに流れた水を清掃用配管８５から回収して廃棄する（図１１及び図１２の通路Ｕ）ことができる。

上述したエコノマイザーの水管１１は、保有水の水面に大気圧がかかり、水管内部で温められた水が流出口１３から流出（排水）する水容器で構成したが、ホンプ圧力による給水と、電磁弁制御による水位保持により、大気圧と異なる一定の圧力で水が貯留する圧力水容器で構成してもよい。水管１１を圧力水容器とした場合、加温された水を１００℃以上の１５０℃程度まで上昇させることができる。

続いて、上述したエコノマイザーをボイラーに接続する使用例について、図１３を参照して説明する。
ボイラー１０２は、エコノマイザー１０１からの供給水に対してブロア１０３から燃焼ガスを送り込むことで、蒸気を排出するとともに、燃焼排ガスをエコノマイザー１０１の燃焼排ガス導入管２０から送り込み、上述した構造のエコノマイザー１０１に供給される水を加温する。
エコノマイザー１０１では、給水平均温度１５度の水がポンプ（図示せず）を介して加圧されて（例えば、０．９８ＭＰａ，１．５７ＭＰａ，２．９４ＭＰａ）圧力容器（水槽）１１内に供給される。供給水は加圧されているために、水槽１１内で１２０度程度にまで加温され、流出口１３から排出される。
加温水は、ボイラー１０２側に供給されることで、ボイラー内では１２０度の加温水から蒸気を発生させることになる。１２０度の加温水から蒸気を発生させるので、ブロワ１０３から供給される燃焼ガスを効率良く利用することができ、省エネ効果を実現することができる。

１１…水管（圧力水容器）
１１ａ、１１ｂ…フランジ部
１２…流入口
１３…流出口
１４…下部区画壁
１５…燃焼排ガス導入口
１７…上部区画壁
１９…燃焼排ガス排気口
２０…燃焼排ガス導入管（燃焼排ガス導入室）
２０ａ…フランジ部
２１…底板
２１ａ…固定部
２１ｂ…脱着部（底面蓋）
４０…燃焼排ガス排出管（燃焼排ガス排出室）
４０ａ…フランジ部
４１…天板
４１ａ…固定部
４１ｂ…脱着部（上面蓋）
６１…第１のガス管
６２…第２のガス管
６３…第３のガス管
８１…導入ガス管
８２…排気ガス管
８５…清掃用配管
Ａ…燃焼排ガス導入室
Ｂ…下部燃焼排ガス通過室
Ｃ…燃焼排ガス排出室
Ｄ…上部燃焼排ガス通過室

Claims (8)

1. ボイラーで発生した燃焼排ガスにより水を加温するエコノマイザーにおいて、
   流入口及び流出口を側面に形成して前記水が通過する円筒状の水管と、
   前記水管の下端位置に区画壁を介して連結する燃焼排ガス導入管と、
   前記水管の上端位置に区画壁を介して連結する燃焼排ガス排出管とを備え、
   前記燃焼排ガス導入管内はガス導入口に臨む燃焼排ガス導入室と下部燃焼排ガス通過室とに区画され、前記燃焼排ガス排出管内は、ガス排気口に臨む燃焼排ガス排出室と上部燃焼排ガス通過室とに区画され、
   前記燃焼排ガス導入室と前記上部燃焼排ガス通過室とを連通するように前記区画壁を貫通して前記水管内に立設された複数の第１のガス管と、
   前記上部燃焼排ガス通過室と前記下部燃焼排ガス通過室とを連通するように前記区画壁を貫通して前記水管内に立設された複数の第２のガス管と、
   前記下部燃焼排ガス通過室と前記燃焼排ガス排出室とを連通するように前記区画壁を貫通して前記水管内に立設された複数の第３のガス管と、を備え、
   前記燃焼排ガス導入室は水平面において前記燃焼排ガス導入管を三等分に分割する面積で、前記燃焼排ガス排出室は水平面において前記燃焼排ガス排出管を三等分に分割する面積でそれぞれ形成することで、前記第１のガス管、前記第２のガス管、前記第３のガス管が立設される各通路の面積が同じになる一方、
   前記燃焼排ガス導入管の下面側に設けた前記ガス導入口を除いた位置に着脱可能に装着した底面蓋と、前記燃焼排ガス排出管の上面側に設けた前記ガス排気口を除いた位置に着脱可能に装着した上面蓋とを備え、
   前記底面蓋及び前記上面蓋を外した状態において、前記第１のガス管の上端、前記第２のガス管の両端、及び前記第３のガス管の下端が臨めるようにしたことを特徴とするエコノマイザー。
2. ボイラーで発生した燃焼排ガスにより水を加温するエコノマイザーにおいて、
   流入口及び流出口を側面に形成して前記水が通過する円筒状の水管と、
   前記水管の下端位置に区画壁を介して連結する燃焼排ガス導入管と、
   前記水管の上端位置に区画壁を介して連結する燃焼排ガス排出管とを備え、
   前記燃焼排ガス導入管内はガス導入口に臨む燃焼排ガス導入室と下部燃焼排ガス通過室とに区画され、前記燃焼排ガス排出管内は、ガス排気口に臨む燃焼排ガス排出室と上部燃焼排ガス通過室とに区画され、
   前記燃焼排ガス導入室と前記上部燃焼排ガス通過室とを連通するように前記区画壁を貫通して前記水管内に立設された複数の第１のガス管と、
   前記上部燃焼排ガス通過室と前記下部燃焼排ガス通過室とを連通するように前記区画壁を貫通して前記水管内に立設された複数の第２のガス管と、
   前記下部燃焼排ガス通過室と前記燃焼排ガス排出室とを連通するように前記区画壁を貫通して前記水管内に立設された複数の第３のガス管と、を備え、
   前記燃焼排ガス導入室は水平面において前記燃焼排ガス導入管を三等分に分割する面積で、前記燃焼排ガス排出室は水平面において前記燃焼排ガス排出管を三等分に分割する面積でそれぞれ形成することで、前記第１のガス管、前記第２のガス管、前記第３のガス管が立設される各通路の面積が同じになる一方、
   前記燃焼排ガス排出管の側面側に前記ガス排気口を設け、前記燃焼排ガス排出管の上面を天板の開閉動作で開口可能にすることで、前記天板開口時に、前記第１のガス管、第２のガス管及び第３のガス管の上端が臨めるようにしたことを特徴とするエコノマイザー。
3. 前記下部燃焼排ガス通過室の下面に清掃用配管を連結した請求項１又は請求項２に記載のエコノマイザー。
4. 前記燃焼排ガス導入室及び燃焼排ガス排出室は水平面において扇形状である請求項１又は請求項２に記載のエコノマイザー。
5. 前記第１のガス管の断面積の合計と、前記第２のガス管の断面積の合計と、前記第３のガス管の断面積の合計とがそれぞれ等しい請求項１又は請求項２に記載のエコノマイザー。
6. 前記第１のガス管の本数と、前記第２のガス管の本数と、前記第３のガス管の本数とがそれぞれ等しい請求項５に記載のエコノマイザー。
7. 前記流入口は水管側面下方位置に、前記流出口は水管側面上方位置にそれぞれ形成する請求項１又は請求項２に記載のエコノマイザー。
8. 前記水管を圧力水容器で構成する請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のエコノマイザー。

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