JPH0781686B2 - ボイラの水管伝熱面構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はボイラの水管伝熱面構造に関するものである。

〔従来技術及び発明が解決しようとする課題〕

第５図（ａ），（ｂ）はそれぞれ従来のボイラの水管伝
熱面構造を示す図である。同図において、１は水管であ
り、3,4は該水管１を複数本を密接させて並べたてなる
水管列である。

従来の水管伝熱面構造は、第５図（ａ），（ｂ）に示す
ように、燃焼ガス通路５は、互いに隣接した水管列3,4
で構成されている。

上記水管伝熱面構造では、水管列３及び４の水管１と水
管１が隣接する部分は極めて鋭角な凹みとなり、水管列
３と水管列４の間を流れる燃焼ガスの主流６がこの凹み
に充分達することができないため、この部分は燃焼ガス
が渦を巻いたまま停滞する領域、所謂死水域７となる。
この死水域７にある水管１の伝熱面は燃焼ガスの主流６
からの熱の授受が悪く伝熱効率が悪いと共に、長期間の
使用においては、燃焼ガス中の煤及び灰部等が堆積する
領域となるため、更に伝熱効率を悪化させていくという
欠点を有している。

このため、第６図（ａ），（ｂ）に示すように、長方形
のフィン８で隣接する水管１と水管１を接合する所謂フ
ィン付伝熱面の構造をとるものもある。この場合、フィ
ン８の短辺を水管１と水管１の中心を結ぶ方向なるよう
に配置し、長辺を水管１の管軸方向になるように配置し
て接合している。しかしながら、この場合も下記のよう
な欠点があった。

第５図に示すような鋭角の凹みはなくなるが、フィ
ン８の水管付根部にはやはり燃焼ガスの主流６が充分達
し得ない死水域９が存続し、伝熱効率を充分に改善する
ことができない。また、このフィン８の短辺を増すこと
によって、死水域９の全伝熱面に対する割合を減少させ
ることができるが、一般に燃焼ガスは高温であるため、
逆にフィン８の温度上昇が激しく、これに基づく熱応力
の発生により、フィン８自身ないし、水管１の破損、亀
裂を招いてしまうため、効果的な伝熱効率の改善を成し
得ない。

水管１相互の中心から中心までの距離がフィン８に
よって大きくなるため、同一本数の水管１を設置する占
有面積が大きくなり、ボイラが大型化してしまう。

燃焼ガス通路５の断面に急激な縮小及び拡大が生じ
るため（図中、燃焼ガス通路の水平断面の寸法ＡとＢと
の落差が大きい）、圧力損失（流動抵抗）が大きい。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、上記従来例
の欠点を除去し、死水域がなく且つ伝熱効率が良く、且
つボイラの小型化に好適なボイラの水管伝熱面構造を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため本発明は、複数本の水管からな
る水管列を具備するボイラにおいて、 長方形のフィンを用意し、該フィンをその長辺が前記水
管列の水管の管軸に平行で且つ短辺が該隣り合う水管の
中心を結ぶ線から所定角ずらして、該フィンの長辺の一
方を一方の水管面に接合させて取付ると共に、長辺の他
方を他方の水管面に密接させるか又は接合することを特
徴とする。

〔作用〕

水管伝熱面構造を上記の如く、フィンをその長辺が水管
の管軸に平行で且つ短辺が該隣り合う水管の中心を結ぶ
線から所定角ずらして傾斜させて配置するから、水管へ
の伝熱にとって有効性の低い死水域を完全に無くするこ
とができる。

また、フィンは水管の中心と中心を結ぶ線から所定角度
をもって傾斜させて配置させるため、フィンの短辺が短
いもので死水域を無くすることができ、死水域を無くす
るため管のピッチを大きくする必要がない。

また、フィンは燃焼ガスの主流近傍に配置される形で主
流を乱す作用も奏するから、燃焼ガスの主流からの伝熱
授受が旺盛となり、伝熱効果を向上させる作用も奏す
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明のボイラの水管
伝熱面構造を示す図である。図示するように、燃焼ガス
通路５は水管列３と水管列４で形成されている。10は細
長い長方形のフィンであり、該フィン10はその長辺が水
管列3,4の互い隣り合う水管１の管軸に平行で、且つ短
辺が一方の水管の短辺の中心Ｏに向かうように、長辺の
一方を当該水管１の管面に溶接等で接合し、長辺の他方
を他方の水管１の管面に密接さている。この場合、フィ
ン10の方向は隣接する水管１の中心を結ぶ線（方向）ｌ
より所定角（角度θ）ずらして（傾斜させて）密接させ
ている。また、この密接にかえ溶接等で接合してもよ
い。

水管列３と水管列４との間の水管１の配列は第１図
（ａ）に示すように平行に並べて配置してもよく、また
同図（ｂ）に示すように千鳥状に配置してもよい。

水管伝熱面構造を上記構成とするとにより、フィン10は
隣接する水管１の中心を結ぶ線ｌより所定角度（角度
θ）ずらして、即ち、傾斜させて配置されるから、フィ
ン10の短辺が短いもので水管への伝熱にとって有効性の
低い、第５図や第６図に示すような死水域７や死水域９
を完全に無くすることができる。従って、死水域を無く
するため水管列3,4の水管１の管のピッチを大きくする
必要がない。

また、フィン10は燃焼ガスの主流６の近傍に配置される
形で、燃焼ガスの主流６を乱す作用も奏するから、燃焼
ガスの主流６からの伝熱授受が旺盛となり伝熱効率を向
上させる作用も奏する。

また、燃焼ガス通路６の通路断面に第６図に示すような
急激な縮小拡大がない（第１図の断面寸法ＡとＢの落差
と、第６図断面寸法ＡとＢの落差の違いに注目。） なお、上記実施例では、フィン10を第２図（ｂ）に示す
ように、短辺が隣接する一方の水管１の中心Ｏに向かう
ように、長辺の一方を当該水管１の管面に溶接等で接合
し、長辺の他方を他方の水管１の接線面に密接又は溶接
等で接合する場合を示したが、フィン10の取付けはこれ
に限定されるものではなく、第２図（ａ）に示すよう
に、長辺の他方を他方の水管１の接線面以外の管面に密
接又は溶接等で接合してもよい。更に、第２図（ｃ）に
示すようにファンの短辺が必ずしも水管の中心に向かわ
ずに隣接する水管の中心を結ぶ線から所定角度ずらした
線上で、長辺の一方を一方の水管１の面に溶接等で接合
し、長辺の他方を他方の水管１の接線面以外の面に密接
又は溶接等で接合してもよい。

要はフィン10はその長辺が水管列の互い隣り合う水管の
管軸に平行で且つ短辺が該隣り合う水管の中心を結ぶ線
から所定角ずらして傾斜させて、該フィンの長辺の一辺
を一方の水管面に接合させて取付ると共に、長辺の他方
を他方の水管面に密接させるか又は接合すればよい。

第３図は本発明の水管伝熱面構造を具備するボイラの概
略構造を示す図である。同図（ａ）は縦断面図、同図
（ｂ）は平断面図である。図示するように、ボイラは水
管を環状に配列した内列水管22と、該内列水管22の外側
に同じく水管を環状に配列した外列水管23とを具備し、
これら内列水管22及び外列水管23を煙室カバー31で覆っ
た構造である。内列水管22と外列水管23の上下端は管寄
21,21に接続されている。内列水管22の内部は燃焼室29
になっており、該燃焼室29の上部にはバーナ24が配置さ
れている。燃焼室29内で燃焼した燃焼ガス６は内列水管
22と外列水管23の間の内列ガス通路27を通り、更に外列
水管23と煙室カバー31の間の外列ガス通路28を通って、
煙突口30にり排出される。

内列ガス通路27を形成する内列水管22と外列水管23のそ
れぞれ互いに隣接する水管と水管の間には、第２図
（ｂ）に示すようなフィンの短辺が隣接する水管の一方
の中心に向かうように、一方の長辺を一方の水管面に溶
接等で接合し、他方の長辺を他方の水管の接線面に密接
又は溶接等で接合しているフィン25a,25b,25cが設けら
れている。即ち、フィン25aは内列水管22の外周側の水
管面と水管面に設けられており、フィン25bは外列水管2
3の内周側の水管面と水管面に設けられ、フィン25cは外
列水管23の外周側の水管面と水管面に設けられている。
内列水管22の水管は互いに密着され、外側に上記フィン
25aを設けることにより死水域を無くし、外列水管23に
は内列ガス通路27に面する内側に上記フィン25bを設
け、外列ガス通路28に面する外側に上記フィン25cを設
けて死水域を無くしている。

なお、上記構造のボイラにおいて、外列ガス通路28は第
１図（ｂ）における片一方の伝熱面を平板（実施例では
円筒状）としているがこれでもよい。

また、伝熱向上と低圧損を適度に必要とするならば、第
３図（ｃ）の如く、一方の水管列（外列水管23）を第６
図に示すフィン伝熱面として併用してもよい。また、第
３図（ｄ）の如く、外列水管23のフィンを同図（ｂ）の
外列水管23のフィンと反対方向に傾斜させてもよい。

第４図は本発明の水管伝熱面構造を具備するボイラの概
略構造を示す図で、同図（ａ）は縦断面図、同図（ｂ）
は平断面図である。図示するように、ボイラは水管を密
着させて環状に配列した水管列42と、この水管列42を煙
室カバー51で覆った構造である。水管列42上下端は管寄
41,41に接続されている。水管列42の内部は燃焼室49に
なっており、該燃焼室49の上部にはバーナ44が配置され
ている。燃焼室49内で燃焼した燃焼ガス46は水管列42と
煙室カバー51の間のガス通路47を通り、煙突口50より排
出される。

水管列42の隣接する水管と水管の間には、第２図（ｂ）
に示すようなフィンの短辺が隣接する水管の一方の中心
に向かうように、一方の長辺を水管面に溶接等で接合
し、他方の長辺を他方の水管の接線面に密接又は溶接等
で接合しているフィン45が設けられている。これによ
り、ガス通路47に死水域を無くすることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、フィンをその長辺
が水管列の互いに隣り合う水管の管軸に平行で且つ短辺
が該隣り合う水管の中心を結ぶ線から所定角ずらして、
フィンの長辺の一方を一方の水管面に接合させて取付る
と共に、長辺の他辺を他方の水管面に密接させるか又は
接合するので下記のような優れた効果が得られる。

（１） 死水域を無くすことができると同時に、高性能
伝熱面となるので、伝熱効率が著しく向上する。

（２） 燃焼ガスの通路断面に急激な縮小拡大を発生し
ないので、極めて低圧損な伝熱面を構成できる。

（３） 水管を密接させて配置できるので、極めてコン
パクな装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ），（ｂ）はそれぞれ本発明のボイラの水管
伝熱面構造を示す図、第２図（ａ），（ｂ），（ｃ）は
それぞれ本発明の水管のフィンの取り付け構造を示す
図、第３図は本発明の水管伝熱面構造を具備するボイラ
の概略構造を示す図で、同図（ａ）は縦断面図、同図
（ｂ）は平断面図、同図（ｃ）及び（ｄ）はそれぞれ平
断面の一部を示す図、第４図は本発明の水管伝熱面構造
を具備するボイラの概略構造を示す図で、同図（ａ）は
縦断面図、同図（ｂ）は平断面図、第５図（ａ），
（ｂ）はそれぞれ従来のボイラの水管伝熱面構造を示す
図、第６図（ａ），（ｂ）はそれぞれ従来のボイラの水
管伝熱面構造を示す図である。 図中、１……水管、3,4……水管列、５……燃焼ガス通
路、６……燃焼ガスの主流、10……フィン、21……管
寄、22……内列水管、23……外列水管、24……バーナ、
25a.25b,25c……フィン、26……燃焼ガス、27……内列
ガス通路、28……外列ガス通路、29……燃焼室、30……
煙突口、31……煙室カバー、41……管寄、42……水管
列、44……バーナ、45……フィン、46……燃焼ガス、47
……ガス通路、49……燃焼室、50……煙突口、51……煙
室カバー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数本の水管からなる水管列を具備するボ
   イラにおいて、 長方形のフィンを用意し、該フィンをその長辺が前記水
   管列の水管の管軸に平行で且つ短辺が該隣り合う水管の
   中心を結ぶ線から所定角ずらして、該フィンの長辺の一
   方を一方の水管面に接合させて取付ると共に、長辺の他
   辺を他方の水管面に密接させるか又は接合することを特
   徴とするボイラの水管伝熱面構造。