JPH06323629A

JPH06323629A - ボイラ本体構造

Info

Publication number: JPH06323629A
Application number: JP26682191A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Hosono; 馨細野; Haruo Arakawa; 春生荒川
Original assignee: Nepon KK
Current assignee: Nepon KK
Priority date: 1991-09-19
Filing date: 1991-09-19
Publication date: 1994-11-25
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JP2506011B2

Abstract

(57)【要約】【目的】良好な熱交換率を奏する一方で、簡素な構造
でコストの高くないボイラ本体構造を提供する。【構成】燃焼筒13は、バーナ11を軸方向に取り付け、
連絡路15によって２〜４個の熱交換筒14に連絡され、燃
焼筒13で作られた燃焼ガスは連絡路15を経て２〜４個の
熱交換筒14を経て排出されるもので、燃焼筒13と２〜４
個の熱交換筒14はボイラ水12が満たされた外枠18で囲ま
れた筒状体内に配置され、熱交換筒14はそれぞれ内部に
整流筒17をもち、整流筒17は内部に断熱材24をもち、燃
焼筒13からくる燃焼ガスは、連絡路15を通り、熱交換筒
14と整流筒17との間を整流板16に沿って動き煙突接続口
20を経て排出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はボイラ本体構造に関し、
より詳しくは、良好な熱交換効率を維持しつつボイラ本
体を簡素な筒構造として製造コストを低減させたボイラ
本体構造に関する。本発明は、例えば小型ボイラや簡易
ボイラなどに好適に利用することができるものである。

【０００２】

【従来の技術】図６、図７、図８はそれぞれ従来のボイ
ラ本体断面図である。図中、31はバーナ、32はボイラ
水、33は燃焼筒、34は熱交換筒、37は整流筒、38は外
枠、39は燃焼室、40は煙突接続口、44は煙管、45は給水
口、46は出湯口を示す。従来のボイラ本体構造、例えば
図６に示す現在のボイラの主流を占める炉筒煙管式の場
合は、燃焼筒33上部から多数の煙管44が水密性・気密性
良く溶接接続され、これらの缶体と外枠38の間はボイラ
水32で満たされている。オイルまたはガスなどをバーナ
31により燃焼室39で燃焼させて生ずる高温の燃焼ガス
を、燃焼筒33および煙管44でボイラ水32と熱交換してボ
イラ水の温度を上昇させ、燃焼ガスは同図の矢印方向に
進んで煙突接続口40へ送られ、そこから図示しない煙突
を経て排出される。ボイラ水32は順次外枠38の下部に設
けられた給水口45から供給され、熱交換されたボイラ水
は湯となって上部の出湯口46から送り出される。この炉
筒煙管式は、燃焼筒33に多数の煙管44が接続されている
ので熱交換効率は優れているが、煙管が多数のためボイ
ラ本体構造が複雑となり水密性・気密性を要求される溶
接部分が多く、制作に高度の技術を要し、またコストが
高くなる。図７に示す単筒式は、燃焼筒33と熱交換筒34
を一体化することによってボイラ本体構造を簡素化し、
溶接部分を少なくしてコストを安くできるが、煙突接続
口40から出る燃焼ガス温度は約400 ℃程度と高く熱交換
効率が悪いことを示す。さらに、整流筒37のＢで示す底
部はボイラ水で冷却されず、燃焼室39内の火炎輻射を受
けて高温となるため高い耐熱性を備えたものでないと耐
久性が悪くなる。

【０００３】そこで単筒式の改良型として図８に示す例
の如く、整流筒37のＢ部分に火炎輻射を直接受けないよ
う燃焼筒33と熱交換筒34をＣ部分で絞ってボイラ水の水
冷壁を作り過熱を抑えるようにすると、逆にＣ部分を絞
るために構造が複雑化してコストが高くなる。従来型の
ボイラ本体は共通して燃焼筒33上に熱交換筒34または煙
管44を配するので縦方向に長くなるが、ボイラの設置場
所やメンテナンスの都合でそれほど高くできず、またバ
ーナ31を図６〜図８に示されるように横方向から燃焼さ
せる場合が多い。このため、図６ないし図８に示す如
く、燃焼室39は燃焼に必要な容積を確保する必要から高
さＬ₂を抑えて径Ｄ₂を比較的大きくとり、Ｌ₂／Ｄ₂
を１〜1.5 程度とした。しかし、径Ｄ₂が大きくなれば
なるほど外からの水圧に弱くなり、燃焼室のボイラ水に
対する耐圧力を増すため、バルジと称するひだを燃焼筒
につけて補強したり、筒自体の肉厚を増すことなどが行
われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した如く、従来の
ボイラ本体構造は炉筒煙管式や単筒式およびその改良型
などにみられるように、熱交換部分の伝熱面積を広くと
って熱交換効率を上げようとすると構造が複雑化してコ
ストが高くなり、逆に単筒式のように単純な構造でコス
トを安くしようとすると熱交換効率が悪くなる問題があ
った。このようにボイラ本体構造において、製造コスト
の低減と熱交換効率の向上という相反する要請を両立さ
せることが容易でないのが現状である。また、従来型ボ
イラの燃焼室39は高さＬ₂に比べて径Ｄ₂を大きくとる
必要から (従来はL₂／D₂＝１〜1.5)ボイラ水の水圧に対
する耐圧力を増すためバルジを入れたり、燃焼筒の肉厚
を増すことが行われ、そうするとコストがかさむという
問題がある。本発明は上記問題点に鑑みて創作されたも
ので、耐圧力を備え、熱交換効率が高く、かつ構造が簡
単で製造コストの安いボイラ本体構造を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題点は、バーナを
燃焼室の軸方向に取り付けた燃焼筒と該燃焼筒を熱交換
部に連絡する連絡路を備えるボイラ本体において、該熱
交換部は燃焼筒と独立し燃焼筒からの燃焼ガスを熱交換
させる２〜４個の熱交換筒から成り、それぞれの熱交換
筒内には、内部に断熱材を備え、外側表面に螺旋状に整
流板を配設した着脱可能な整流筒が装着されてなること
を特徴とするボイラ本体構造を提供することによって解
決される。

【０００６】

【作用】本発明のボイラ本体構造は、燃焼筒13にバーナ
11を燃焼室の軸方向に取り付け、さらに燃焼筒13と熱交
換筒14とを独立させることによって、燃焼筒13および熱
交換筒14の (筒の長さ)/ (筒の径) を４〜６と小径化で
きるため簡単で圧力に強い構造が容易に得られ、コスト
を低減することができ、燃焼室13と熱交換筒14を別個に
してその間を連絡路15で連結させるので、整流筒17は直
接火炎幅射を受けず、このため整流筒に耐圧処理を施す
必要がなく低コストにでき、熱交換筒14内の整流筒17
は、着脱可能に装着されているためメンテナンス等が容
易に行え、内部に断熱材24を入れた整流筒17の外側表面
に螺施状に整流板16を配設することにより、燃焼ガスが
筒抜けにならずに熱交換壁で効率よく熱交換できるとい
うことに加えて、２〜４個の熱交換筒を使用することに
より、熱出力を増加し、熱交換率を高め、ファーネスロ
ード(FL)を高めるのである。

【０００７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図３を参照すると、バーナ11の燃焼熱を熱
媒体12と熱交換させるボイラ本体構造において、バーナ
11を燃焼室19の軸方向に取り付けた燃焼筒13、燃焼筒13
と独立し燃焼筒13からの燃焼ガスを熱交換させる２個の
熱交換筒14、燃焼筒13と熱交換筒14間を連絡する連絡路
15を備え、熱交換筒14内には外側に螺旋状に整流板16を
配設し内部に断熱材24をつめた着脱可能な整流筒17が装
着されてなる構成となる。バーナ11は、ボイラの熱源と
なる燃焼手段であり、例えばオイルバーナやガスバーナ
などを好ましく用いることができ、熱媒体12は、ボイラ
水として水が一般に用いられ、燃焼筒13は、バーナ11に
連結された筒状容器でこの中の空間が燃焼室19となって
いるもので、燃焼筒13はボイラ水の水圧を受けるため耐
圧構造の円筒形またはこれに類する構造にする。バーナ
11を燃焼室の軸方向に取り付けるとは、円筒形またはこ
れに類する形状の燃焼室の軸と同方向 (円筒形であれば
筒方向) にバーナの吹き出し口を取り付けることをい
う。燃焼室内で作られる炎を細長い炎とすることによっ
て燃焼室の径を小さくできる。熱交換筒14は、燃焼筒13
からの燃焼ガスの熱を熱媒体12と熱交換させる筒であ
る。熱交換筒14は燃焼筒13から独立した筒構造を持って
いる。この熱交換筒内には着脱可能に整流筒17が装着さ
れている。整流筒17は、燃焼ガスが熱交換部分、すなわ
ち整流筒17と熱交換筒14の間の部分を素通りしないよう
に、整流筒17の外側に螺旋状に配設した整流板16で燃焼
ガスを効率良く熱交換させる。すなわち、螺旋状に設け
られた整流板16に沿って燃焼ガスが回転することによっ
て遠心力が働き、燃焼ガスが外側の熱交換筒14をなめる
ように接触するため、この面の熱伝達が良くなり熱交換
を高効率化する。整流筒17の好ましい構造例としては、
内部に保温材や断熱材を入れ、整流筒17と熱交換筒14と
の隙間をできるだけ小さくし (例えば17mm程度) 、その
隙間部分に整流板16を螺旋状に配置する。整流板16は熱
交換筒14内部の整流筒17に設けられるため、溶接に水密
性・気密性が要求されず加工が容易である。整流板16の
螺旋のピッチ幅は、燃焼ガスの冷却による体積の減少に
応じて変化させ、ガスの流速を一定に保つよう設計する
ことが望ましい。整流板の螺旋は２重以上にすることが
できる。連絡路15は、独立した燃焼筒13と熱交換筒14間
を連絡して燃焼ガスを送る管である。図３において、例
えばオイルを使用するバーナ11を円筒形の燃焼室19の上
から燃焼室の軸方向 (ここでは下方) に向けて設置す
る。燃焼筒13および２個の熱交換筒14は、図１に示され
るように、ボイラ本体の外枠18内に円筒形の筒を２本平
行に立てるように配置され、外枠18との間は熱媒体 (ボ
イラ水)12 で満たされる。燃焼筒13および熱交換筒14間
は、下部にて連絡路15で連絡され燃焼ガスがここを通っ
て熱交換筒14に運ばれる。熱交換筒14内に装着される整
流筒17は図４に示す如く、その上部に吊具21、蓋22、把
手23を付けて熱交換筒14に対する着脱を容易にし、内部
に断熱材24を備え、その表面にはこの場合２重の螺旋状
に17mm幅の整流板16を点付接着する構成とした。これら
の構成によるボイラ本体構造の動作を以下具体的に説明
する。バーナ11からのガスまたはオイルは燃焼室19 で燃
焼され高温の燃焼ガスが発生する。燃焼ガスは燃焼室19の底部の水冷壁に当たって熱交
換して冷却されながら連絡路15を通って熱交換筒14に入
る。このため火炎輻射による整流筒17の過熱は問題とな
らない。燃焼ガスは熱交換筒14と整流筒17の間を整流筒17の
外側に配置した整流板16にガイドされながら回転して上
昇する。この際、燃焼ガスに働く遠心力により燃焼ガス
は外側の熱交換筒14をなめるように接触して効率の良い
熱交換が行われる。このように簡単な構造で従来の単筒
式と異なり熱交換率を向上させることができる。整流板
16のピッチの間隔は燃焼ガスの冷却による体積の減少に
対応して徐々に小さくしてあるため、燃焼ガスの流速を
一定に保って効率の良い熱交換ができる。充分に熱交換されて冷却された燃焼ガスは、煙突接
続口20を経て排出される。一方、熱交換され温度が上昇したボイラ水12は、ボ
イラ本体上部の出湯口26から送り出され、水は下部の給
水口25から供給される。このようにして本発明実施例のボイラ本体構造は簡単な
構造としたため低コストで製造することができ、メンテ
ナンスも容易に行うことができるとともに、高い熱交換
効率を提供するものである。

【０００８】本発明実施例では、熱交換筒14を２個とし
て熱出力 7.8×10⁴ Kcal/hのボイラとした。図１に示す
如く、本発明では１個の燃焼筒13に対して２個の熱交換
筒14をＶ字型に配して、連絡路15で連絡させている。こ
のように燃焼筒13の熱出力を大きくして熱交換筒14を増
やすことで、20×10⁴Kcal/h程度のボイラも容易に制作
することが可能となる。図２は図１に示す例の上面図で
ある。この実施例は熱交換筒14が１個の場合に比べて多
少ボイラ本体構造は異なるが、従来例と比較しても充分
に安いコストで制作が可能であり、メンテナンスが容易
な上、高い熱交換率を提供する。これを具体例で比較す
ると、図６の従来例の炉筒煙管式ボイラは、熱出力 7.0
×10⁴ Kcal/h、燃焼室径Ｄ₂＝390 mm，燃焼室長さＬ₂
＝550mm ，外枠高＝1030mmであるのに対し、本発明実施
例のボイラは熱出力 7.8×10⁴ Kcal/h、燃焼室径Ｄ₂＝
200mm , 燃焼室長さＬ₂＝1100mm, 外枠高＝1030mmとな
った。燃焼ガスの熱交換筒の高さに応じた温度変化を図
５の折れ線図で見ると（点線と実線は２個の熱交換筒そ
れぞれの温度である）、熱交換筒に入ってきた燃焼ガス
は 700〜800 ℃であったが熱交換を終えたガス温度は約
240℃程度に冷却されている。これをほぼ同規模の従来
型ボイラと比較すると、単筒式では排出ガス温度は約40
0 ℃程度と高く、単筒式の改良型なども300 ℃程度であ
るため本発明実施例のボイラ本体構造の効率が優れてい
ることが理解される。さらにファーネスロード(FL)によ
っても従来例との効率の比較を行うことができる。ファ
ーネスロードとは、入力を燃焼室容積で割った値をいい
次式で表される。

【数１】入力および燃焼室容積は次式で求められる。

【数２】

【数３】上記の式より算出したファーネスロードの値は、従来型の場合： 80〜120 ×10⁴Kcal/h/m³ 本発明実施例の場合： 200〜300 ×10⁴Kcal/h/m³ となった。このファーネスロードの値が大きいと、燃焼
室容積が小さい割に大きな出力を出せることを意味する
ため、本発明実施例は従来例に比べて燃焼室の単位容積
あたり約２倍程度の高い出力を得ることができることに
なる。また同じ出力であればコンパクトなボイラの本体
構造とすることができる。本発明実施例は、ボイラ本体
構造において熱交換筒14を２個使用するものとして説明
したが、燃焼筒13から３〜４個の熱交換筒14を連絡路15
によって接続することもできる。熱交換筒14は２個以上
の数をとることができるが、数は少ない方が好ましく実
用的である。しかし、５個以上の数になると構造が複雑
化してコスト低減の効果が少なくなる。

【０００９】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明のボイラ
本体構造は、缶体部分の径を小さくできるため構造上の
耐圧力が増して材料コストが安く、ボイラ本体は簡単な
缶体構造としてメンテナンスが容易でかつ製造コストを
低減することができると共に、熱交換率の高いものとす
ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の横断面図である。

【図２】本発明実施例の上面図である。

【図３】本発明実施例ボイラ本体構造の縦断面図であ
る。

【図４】熱交換筒の部分断面図である。

【図５】燃焼ガス温度の熱交換筒の高さによる温度変化
を示す折れ線図である。

【図６】従来のボイラ本体断面図である。

【図７】従来のボイラ本体断面図である。

【図８】従来のボイラ本体断面図である。

【符号の説明】

11 バーナ 12 熱媒体（ボイラ水） 13 燃焼筒 14 熱交換筒 15 連絡路 16 整流板 17 整流筒 18 外枠 19 燃焼室 20 煙突接続口 21 吊具 22 蓋 23 把手 24 断熱材 31 バーナ 32 ボイラ水 33 燃焼筒 34 熱交換筒 37 整流筒 38 外枠 39 燃焼室 40 煙突接続口 44 煙管 45 給水口 46 出湯口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バーナ(11)を燃焼室(19)の軸方向に取り
付けた燃焼筒(13)と該燃焼筒(13)を熱交換部に連絡する
連絡路(15)を備えるボイラ本体において、該熱交換部は燃焼筒(13)と独立し燃焼筒(13)からの燃焼
ガスを熱交換させる２個の熱交換筒(14)から成り、それぞれの熱交換筒(14)内には、内部に断熱材(24)を備
え、外側表面に螺旋状に整流板(16)を配設した着脱可能
な整流筒(17)が装着されてなることを特徴とするボイラ
本体構造。
【請求項２】上記熱交換筒(14)が３〜４個である請求
項(1) 記載のボイラ本体構造。