JPH0429217Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、表面燃焼バーナを用いたボイラー
に係り、とくに燃焼室内に垂直伝熱管を複数本配
置し、表面燃焼バーナの燃焼ガスによるワン・パ
ス加熱方式に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、ガス燃料を使用した蒸気ボイラーあるい
は温水ボイラー等においては、伝熱管で包囲して
形成される空間を燃焼室となし、この燃焼室から
の幅射伝熱と燃焼ガス接触伝熱により、伝熱管内
の被加熱物を加熱すると云つた構成が採られてい
た。

たとえば、第８図は従来のボイラーの実施例に
おける一態様を示した縦断面図で、第９図は第８
図の中央部の横断面図である。図示のボイラー
は、環状の上部管寄せ１、環状の下部管寄せ２、
これらの上下両管寄せを連結している一定の間隔
を保持して環状に一列に配列された複数本の垂直
水管１７、ガスバーナ１８、外壁１９、煙道２０
および節炭器２１を含んでなる上焚き構造のボイ
ラーである。図示のように、環状の垂直水管１７
群の内側には燃焼室２２が形成されている。さら
に、各垂直水管１７には、その軸方向のほぼ全長
にわたつて１個のフイン２３が取り付けられてお
り、隣接する各垂直水管１７とともに燃焼ガス流
路２４を形成している。ここで、フイン２３の先
端は、第９図から明らかなように、隣接する垂直
水管１７の管壁とほぼ平行になるように、隣接す
る垂直水管１７の管壁に接近せしめられている。
そして、煙道２０に連通して節炭器２１が設けら
れている。

このような構造において、ガスバーナ１８で燃
焼した燃焼ガスは、まず最初に燃焼室２２に達
し、一部はここで垂直水管１７群を加熱する。そ
して、燃焼ガス流路２４内を強制的に流動せしめ
られ、垂直水管１７群の外側に流出し、垂直水管
１７群の外側通路を通過し、煙道２０から節炭器
２１に導かれ、外部に排出されるように構成され
ている。

したがつて、従来のガス燃料を使用したボイラ
ーにおいては、つぎのような問題があつた。

燃焼部が１ケ所に集中して設けられるので、
燃焼面の負荷が大きく、少ない調節量で大きな
変化が生じる等、燃焼性の調節が困難である。

燃焼炎が大きくかつ長くなるため、大きな空
間の燃焼室が必要となり、ボイラー全体として
も、その容積並びに設置スペースが大きくな
る。

燃焼部が集中しているので、燃焼ガスのもつ
運動エネルギーにより、燃焼ガスと伝熱水管と
の接触伝熱に片寄りを生じ、伝熱水管全体にわ
たつての均等な伝熱が困難であり、伝熱効率の
向上に限界がある。

また、燃焼部が集中していることにより、最
適の燃焼状態を得るための燃焼室構造がほぼ円
筒状に特定され、燃焼室に後続する節炭器との
取合いが複雑となり、節炭器を含めたボイラー
全体としても設置スペースが大きくなる。

〔考案が解決しようとする課題〕

この考案は、上記の点に鑑み、燃焼、伝熱の向
上を図るとともに、低コストで省スペースのボイ
ラーを提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

この考案は、前記課題を解決するためになされ
たもので、ボイラーケーシングの一方の側壁に燃
料入口を、その他方の側壁に燃焼ガス出口をそれ
ぞれ設け、前記ボイラーケーシング内に角型の燃
焼室を形成し、該燃焼室内の、前記燃料入口に近
接する位置に表面燃焼バーナを設置する一方、該
表面燃焼バーナに近接させて、前記燃料入口と相
対する側に複数の垂直伝熱管を配置してなり、前
記燃焼室は、前記表面燃焼バーナおよび前記垂直
伝熱管を収容するとともに、前記垂直伝熱管の、
前記表面燃焼バーナと相対する側において、前記
垂直伝熱管を通過した燃焼ガスを集めるための膨
張空間を存する大きさであり、さらに前記燃料入
口から供給した混合燃料ガスが前記表面燃焼バー
ナを介して燃焼ガスとなつて、前記垂直伝熱管よ
り前記燃焼ガス出口へ向けて、前記垂直伝熱管に
対し交差方向に、かつ直線状に流動する構成とな
し、前記表面燃焼バーナと前記垂直伝熱管とを実
質上平行に配置し、前記垂直伝熱管は、各上端部
を上部管寄せで、また各下端部を下部管寄せでそ
れぞれ連結した状態で、その間に水冷壁を形成し
ていることを特徴としているものである。

〔作用〕

この考案によれば、ボイラーケーシング内に形
成された角型の燃焼室内において、表面燃焼バー
ナを作動させると、表面燃焼バーナの燃焼ガス
は、ほぼ直線状に燃焼室内を流動し、各垂直伝熱
管の隙間を通過する。この通過の際に接触伝熱に
より各垂直伝熱管内の被加熱物を加熱する。

〔実施例〕

以下、この考案の具体的実施例を図面に基づい
て詳細に説明する。

第１図は、この考案の第一実施例の断面説明図
で、第２図は第１図の−線断面図である。第
１図および第２図において、ボイラーの基本的形
状はほぼ直方体状で、ボイラーケーシング４で包
囲したほぼ角型の燃焼室１２が形成されている。
この燃焼室１２内において、その一側壁には表面
燃焼バーナ５が配置されており、この表面燃焼バ
ーナ５の燃焼ガスが燃焼室１２の対向する他側壁
へ向かつてほぼ直線的に流動する構成となつてい
る。そして、燃焼室１２内には、表面燃焼バーナ
５の燃焼ガスの流動方向に対してほぼ直角に交差
する垂直伝熱管３が複数本配置されている。各垂
直伝熱管３は、互いにわずかの隙間イを保持して
平行に複数列平板状に配置されており、燃焼ガス
の流動方向の上流側、すなわち表面燃焼バーナ５
側の各垂直伝熱管３の管列と、燃焼ガスの流動方
向の下流側の各垂直伝熱管３の管列とが互いに千
鳥状に配置されている。

したがつて、燃焼室１２の大きさは、表面燃焼
バーナ５と各垂直伝熱管３を収容するとともに、
各垂直伝熱管３の、表面燃焼バーナ５と相対する
側において、各垂直伝熱管３を通過した燃焼ガス
を集めるための膨張空間が存在する大きさとなつ
ている。

各垂直伝熱管３は、平板状に配列され、かつ千
鳥状に配列されているので、各垂直伝熱管３相互
の隙間イの設定が容易であり、また燃焼ガスとの
接触伝熱が効果的に行われる。そして、各垂直伝
熱管３の上端部は、その断面形状が蒲鉾形、円あ
るいは矩形状で真直ぐな上部管寄せ１にそれぞれ
連通しており、またその下端部は、上部管寄せ１
とほぼ同形状でかつ平行な下部管寄せ２にそれぞ
れ連通している。これにより、各垂直伝熱管３
は、両管寄せ１，２間において水冷壁を形成して
いることになる。なお、第１図および第２図の実
施例において、各垂直伝熱管３の管列の配置とし
て２列の場合について図示して説明したが、この
管列は、実施に応じて、単列あるいは３列以上の
複数列とすることも好適である。

そして、燃焼室１２内には、燃焼ガスの流動方
向の下流側において、各垂直伝熱管３の管列に可
及的に近接した位置に節炭器６が配置されてい
る。すなわち、節炭器６は、燃焼室１２内の膨張
空間において、各垂直伝熱管３の管列に近接した
状態で配置されている。この節炭器６は、たとえ
ばヘツダー（符号省略）を結ぶ多数の伝熱管（符
号省略）を平板状に配列した多管式のもので、前
記各垂直伝熱管３の管列への連接が容易で、かつ
全体としてコンパクトに組み合わせることができ
る構成となつている。そして、節炭器６は、下部
管寄せ２と連絡管７により連結されており、節炭
器６で予熱された水等の被加熱流体が下部管寄せ
２内へ流入するように構成されている。この節炭
器６の下流側のボイラーケーシング４には、燃焼
ガス出口１５が設けられている。なお、この節炭
器６は、第５図に示すごとく、伝熱管をヘアピン
形状としたヘアピン式節炭器とすることも好適で
ある。また、節炭器６は、実施に応じて燃焼室１
２の外部に配置する構成も好適である。

さて、表面燃焼バーナ５は、ボイラーケーシン
グ４に設けた燃料入口１３に通じる燃料分配室１
４を介して燃焼室１２の一側壁に配置されてお
り、燃料入口１３とは比較的近接した配置状態と
なつている。また、各垂直伝熱管３の最上流側の
管列との間に適宜な間隔を保持して配置されてい
る。この間隔は、たとえば100mm程度が好適であ
るが、実施に応じて適宜選択するものである。こ
の表面燃焼バーナ５は、好ましくは不規則多角形
状の砂質粒子をアルミナゾル、水ガラス等の無機
質結合剤で平板状に形成した助燃体（符号省略）
であることが望ましい。そして、この助燃体は、
第３図に示すごとく、成形並びに運搬、組立てに
適した適度の大きさのブロツク部材８に分割し、
互いに隣接する端面にミゾ９をそれぞれ設け、組
立ての際、このミゾ９で形成される空洞部に無機
質結合剤１０を充填することにより、ブロツク部
材８を相互に固着して一体的なものとすることが
好ましく、また第４図に示すごとく、ブロツク部
材８の一端面にミゾ９を設けるとともに、他端面
にサネ１１を設け、このミゾ９とサネ１１とを嵌
合することにより、ブロツク部材８を相互に連結
して一体的なものとすることも好ましい。このよ
うに、表面燃焼バーナ５を構成する助燃体をブロ
ツク部材８に分割することにより、助燃体の製
作、取扱いが容易となり、かつ均等、良質な助燃
体とすることができる。

さらに、助燃体は、ほぼ垂直に設けるものであ
るが、実施に応じて、その上部が垂直軸に対して
燃料入口１３側へわずかに傾斜するごとく、傾斜
角θをもつて燃焼室１２内に設けることも好適で
ある。この構成によれば、燃焼室１２内におい
て、各垂直伝熱管３の管列側は、この管列の配列
によつて規制され、自由に形状を構成することが
できないのに対し、燃料分配室１４側のボイラー
ケーシング４は、燃料入口１３に向かつて絞り形
状等に自由に構成することができるので、燃料分
配室１４側に対しては、助燃体は確実に保持され
る。したがつて、助燃体を垂直面に対して燃料分
配室１４側にθの角度をもつて傾斜して設けるこ
とにより、助燃体の燃焼室１２内における各垂直
伝熱管３側への崩壊を防止することができる。

ここで、上記構成における作用について説明す
る。まず、ボイラーを稼動すると、水等の被加熱
流体は、流体供給手段（図示省略）により節炭器
６に供給され、連絡管７および下部管寄せ２を介
して各垂直伝熱管３に至り、各垂直伝熱管３にて
所定の温度に加熱され、蒸気となつて系外に移送
される。一方、燃料については、燃料供給手段
（図示省略）により燃料ガスと空気が所定の比率
に混合され、適正な混合燃料ガスとなつて、燃料
入口１３より燃料分配室１４に供給される。燃料
分配室１４に至つた混合燃料ガスは、燃料分配室
１４の働きにより均等に分配されて、表面燃焼バ
ーナ５を構成している助燃体（符号省略）の砂質
粒子層に入り、砂質粒子を冷却しながら砂質粒子
間を通過して砂質粒子層の燃焼表面に至る。この
砂質粒子層において、混合燃料ガスは、種々変化
する砂質粒子間の隙間流路の働きにより、さらに
均質な混合燃料ガスとなり、かつ均一なガス流れ
を形成する。ここで、図示されていないが、ボイ
ラーケーシング４を貫通し、前記燃焼表面に近接
して設けられた着火手段により引火し、以後良好
な表面燃焼が行われる。そして、その表面燃焼に
より生成した燃焼ガスは、まず幅射伝熱により各
垂直伝熱管３を加熱し、燃焼ガス自体、その温度
を低下した後、各垂直伝熱管３の隙間イを通過
し、接触伝熱によりさらに温度を低下して膨張空
間内の節炭器６に至る。節炭器６においても接触
伝熱を行い、燃焼ガス温度をさらに低下した後、
燃焼ガス出口１５より系外へ排出される。このと
き、表面燃焼バーナ５は、平板状に配列された垂
直伝熱管３群と実質上平行に対面した状態で設け
られるため、その燃焼表面が従来に比べて格段に
広くなり、単位当りの燃焼負荷が小さい。したが
つて、砂質粒子を用いた表面燃焼バーナ５の特性
としての均質な混合燃料ガス並びに均一な燃料流
れを得ることができると云つた効果と相俟つて、
燃焼性の調整が非常に容易で、燃焼表面に良好な
青火を簡単に得ることができる。しかも、燃焼炎
が短いので、表面燃焼バーナ５の燃焼表面と各垂
直伝熱管３群との間隔を小さくすることができ、
全体としての燃焼室１２を小さくすることができ
る。また、各垂直伝熱管３群は平板状に配列する
ものであるから、平板状に形成された節炭器６を
可及的に近接して設けることができ、全体とし
て、従来のボイラーに比べて大幅にコンパクトに
することができる。さらに、垂直伝熱管３群は平
板状に構成されているので、ボイラーの容量ある
いは垂直伝熱管３群の負荷容量の大小にかかわら
ず、最適な垂直伝熱管３群の隙間イの設定が容易
であり、また燃焼表面が垂直伝熱管３群を覆う構
成であるので、垂直伝熱管３群の隙間イにおける
燃焼ガスの流れが均等となり、良好な熱伝達が得
られ、伝熱面単位当りの平均伝熱量を倍加するこ
とができるとともに、垂直伝熱管３の局部的な過
熱の発生を防止することができる。

そして、第６図は、この考案の第二実施例の断
面説明図で、第７図は第６図の−線断面図で
ある。この実施例においては、垂直伝熱管３群と
節炭器６間に仕切壁１６を設け、垂直伝熱管３群
を通過した燃焼ガスを節炭器６の下部に導き、節
炭器６を下部から上部に向かつて流れる燃焼ガス
の流れを形成するようにしたものである。このよ
うに構成することにより、節炭器６を通過した燃
焼ガスを系外に導く煙道（図示省略）との取合い
が容易で、第１図および第２図に示す第一実施例
に比べてコンパクトにまとめることができ、より
省スペース化を図ることができる。なお、他の構
成並びに作用、効果については、第１図および第
２図で示した第一実施例と同様であるので、その
詳細な説明は省略する。

〔考案の効果〕

この考案は、以上のように構成されているの
で、下記のような効果が得られる。

燃焼面積が広くなり、単位面積当りの燃焼面
の負荷が小さく、調節量に応じた変化を期待す
ることができ、燃焼性の調節が容易である。

垂直伝熱管群を表面燃焼バーナと対面した状
態で配置する構成であるので、熱伝達と圧力損
失から決定される最適な垂直伝熱管の隙間の設
定が容易であり、低コストで伝熱効率の優れた
缶体構造とすることができる。

燃焼表面が垂直伝熱管群を覆う構成であるの
で、垂直伝熱管群の隙間における燃焼ガスの流
れが均等となり、良好な熱伝達が得られ、伝熱
面単位当りの平均伝熱量が倍加するとともに、
垂直伝熱管の局部的な過熱の発生を防止するこ
とができる。

以上の効果が相俟つて、ボイラーの伝熱効率
は従来に比べて大幅に増加する。

また、表面燃焼バーナは炎の長さが小さいも
のであるから、表面燃焼バーナと垂直伝熱管群
との間隔を小さくすることができ、全体として
の燃焼室の大きさを小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の第一実施例の断面説明図、
第２図は第１図の−線断面図、第３図は第一
実施例における表面燃焼バーナを構成する助燃体
の斜視説明図、第４図は助燃体の他の実施例の斜
視説明図、第５図は節炭器の実施例の説明図、第
６図はこの考案の第二実施例の断面説明図、第７
図は第６図の−線断面図、第８図は従来のボ
イラーの実施例における一態様を示した縦断面
図、第９図は第８図の中央部の横断面図である。 １……上部管寄せ、２……下部管寄せ、３……
垂直伝熱管、４……ボイラーケーシング、５……
表面燃焼バーナ、１２……燃焼室、１３……燃料
入口、１５……燃焼ガス出口。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ボイラーケーシング４の一方の側壁に燃料入口
   １３を、その他方の側壁に燃焼ガス出口１５をそ
   れぞれ設け、前記ボイラーケーシング４内に角型
   の燃焼室１２を形成し、該燃焼室１２内の、前記
   燃料入口１３に近接する位置に表面燃焼バーナ５
   を設置する一方、該表面燃焼バーナ５に近接させ
   て、前記燃料入口１３と相対する側に複数の垂直
   伝熱管３を配置してなり、前記燃焼室１２は、前
   記表面燃焼バーナ５および前記垂直伝熱管３を収
   容するとともに、前記垂直伝熱管３の、前記表面
   燃焼バーナ５と相対する側において、前記垂直伝
   熱管３を通過した燃焼ガスを集めるための膨張空
   間を存する大きさであり、さらに前記燃料入口１
   ３から供給した混合燃料ガスが前記表面燃焼バー
   ナ５を介して燃焼ガスとなつて、前記垂直伝熱管
   ３より前記燃焼ガス出口１５へ向けて、前記垂直
   伝熱管３に対し交差方向に、かつ直線状に流動す
   る構成となし、前記表面燃焼バーナ５と前記垂直
   伝熱管３とを実質上平行に配置し、前記垂直伝熱
   管３は、各上端部を上部管寄せ１で、また各下端
   部を下部管寄せ２でそれぞれ連結した状態で、そ
   の間に水冷壁を形成していることを特徴とする表
   面燃焼バーナを用いたボイラー。