JPH0812112B2

JPH0812112B2 - 角型多管式貫流ボイラにおける水管温度検出器の取付構造

Info

Publication number: JPH0812112B2
Application number: JP3280560A
Authority: JP
Inventors: 和弘池田
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1991-09-30
Publication date: 1996-02-07
Anticipated expiration: 2011-02-07
Also published as: JPH0593657A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、近年、新たに開発さ
れた独特の缶体構造を有する角型多管式貫流ボイラおけ
る水管温度を検出する温度検出器の取付構造に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、缶体内に複数本の水管を環状に配
列し、環状の燃焼ガス通路を有する型式のボイラについ
ては、その水管の過熱防止，温度制御あるいは水管内の
スケール付着の検出等を目的として、水管に熱電対ある
いはサーミスタ等の測温センサを取り付け、これにより
水管の温度を検出する方法が採用され、種々の取付構造
が提案されている。

【０００３】しかしながら、近年、新たに開発された独
特の缶体構造を有する角型多管式貫流ボイラについて
は、従来型式（環状の燃焼ガス通路を有する型式）のボ
イラと同様な取付構造では充分にその目的を達成するこ
とができず、効果的な取付構造が提案されていないのが
実情で、その開発が望まれている。すなわち、角型多管
式貫流ボイラの缶体構造は、互いに平行をなす一対の水
管壁間に複数本の水管を配列し、この水管壁間の一側開
口部に燃焼バーナを配置するとともに、他側開口部に燃
焼排ガス出口を形成したもので、燃焼バーナの燃焼面の
近くに水管が位置していて燃焼室がほとんど存在しない
構成となっている。この結果、燃焼ガスは、水管群空間
で燃焼反応と伝熱作用が同時に進行すると云う新しい燃
焼伝熱方式となっている。したがって、このような新し
い燃焼伝熱方式に適合する温度検出器の取付構造の開発
が望まれている。とくに、この新しい燃焼伝熱方式にお
いては、水管群空間で燃焼反応と伝熱作用が同時に進行
することになるから、測温センサの取付位置によって
は、高温の燃焼火炎の影響を受け易く、燃焼火炎の温度
が空気比の変化により変化し、これにより検出温度が変
化してしまい、水管温度を正確に検出できないと云う問
題点がある。

【０００４】

【発明が解決するための課題】この発明は、前記の点に
鑑み、角型多管式貫流ボイラにおける新しい燃焼伝熱方
式においては、燃焼バーナの近くに位置している水管の
過熱状態が著しく、最も過熱され易いと云う知見に基づ
いており、新しい燃焼伝熱方式に適合する温度検出器の
取付構造を提供することにより、水管の過熱防止，温度
制御あるいは水管内のスケール付着の検出等を確実に行
い、角型多管式貫流ボイラの安全で，かつ効率的な運転
を目指したものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、ほぼ垂直な
複数本の水管を配列して隣接する水管間をヒレ状部材で
連結して一側水管壁を形成するとともに、ほぼ垂直な複
数本の水管を配列して隣接する水管間をヒレ状部材で連
結して他側水管壁を形成し、該両水管壁を互いに平行を
なすごとく対向配置し、前記両水管壁間にほぼ垂直な複
数本の水管を配列し、前記両水管壁間の一側開口部に燃
焼バーナを配置し、他側開口部に燃焼排ガス出口を形成
してなる角型多管式貫流ボイラにおいて、前記燃焼バー
ナを前記一側開口部において下方へ偏位させて配置し、
前記他側水管壁の水管のうち前記燃焼バーナに近い水管
の上端部外周面に測温センサの取付台座を水平方向に前
記ヒレ状部材を貫通させて固着し、さらに該取付台座の
前記他側水管壁の内側に突出する先端部を前記固着水管
のガス流剥離域内に位置させ、前記他側水管壁の外側か
ら前記取付台座内に測温センサを緊密に挿入保持させた
ことを特徴としている。

【０００６】

【作用】この発明においては、燃焼バーナが両水管壁間
の一側開口部において下方へ偏位して配置されており、
また測温センサの取付台座が水管壁を形成する水管のう
ち燃焼バーナに近い水管の上端部に固着されているた
め、取付台座が受ける火炎温度が低くなるとともに、熱
流束も低く抑えられことになり、したがって火炎温度の
影響が低くなる。また、輻射伝熱は下方からは大きいも
のの、上方向および左右方向の輻射量は少なく、全体と
して取付台座が受ける輻射伝熱が少なくなる。さらに、
高温の燃焼ガスに晒される量が少ないとともに、たとえ
この燃焼ガスに晒されても、取付台座の水管壁の内側に
突出する先端部が固着水管のガス流剥離域に位置してい
るために、ガス流剥離域においては局部熱伝達率が低い
ことから、燃焼ガスの対流伝熱による取付台座の加熱が
極力抑えられる。これにより、燃焼火炎および燃焼ガス
から取付台座への伝熱量が少なくなり、燃焼火炎および
燃焼ガスの温度が変化しても測温センサの温度変化が少
なくなる。この結果、水管の温度検出が正確に行われ
る。さらに、取付台座を前記ヒレ状部材を貫通させて固
着水管に取付け、測温センサを水管壁の外側から前記取
付台座内に緊密に挿入保持させた構成であるため、測温
センサのメンテナンスをボイラの外側面から可能とす
る。

【０００７】

【実施例】以下、この発明の具体的実施例を図面に基づ
いて詳細に説明する。図１ないし図３は、この発明に係
る水管温度検出器の取付構造の一実施例を示すものであ
る。また、図４は、局部熱伝達係数を模式的に示した説
明図である。

【０００８】図面において、角型多管式貫流ボイラの基
本的形状を形成する缶体１は、ほぼ垂直な水管２Ａ，２
Ａ，・・・，２Ｂ，２Ｂ，・・・，２Ｃ，２Ｃ，・・
・，２Ｄ，２Ｄ，・・・および２Ｅ，２Ｅ，・・・から
構成されている。これらの各水管２Ａ〜２Ｅは、複数本
を実質上平行に縦列配置されており、各縦列配置により
５列の水管群を構成し、全体として縦長の角型に形成さ
れている。これらの各水管２Ａ〜２Ｅのうち、両側外方
に位置する水管群２Ａ，２Ｅは、隣接するもの同志がヒ
レ状部材３，３，・・・で連結されて、互いにほぼ平行
となるように対向配置されており、未燃焼および燃焼済
みのガス通路を画成する一側水管壁４と他側水管壁５と
を形成している。この両水管壁４，５の一側開口部６に
は、全１次空気式で平面形状を呈する燃焼バーナ８がこ
の開口部６の上下方向中心よりも下方に偏位して垂直方
向に取り付けられており、また他側開口部７にはその一
部に燃焼排ガス出口９が形成されており、これにより未
燃焼および燃焼済みのガスは、基本的には各水管２Ａ〜
２Ｅと直交する方向に一方向（図２で左から右方向）に
流通するよう構成されている。なお、前記一側開口部６
と他側開口部７とは、両水管壁４，５と上部ヘッダ１
０，下部ヘッダ１１で形成される缶体１の左右の開口部
を云い、厳密には耐火部材１２，１２の部分を除いた開
口部を云う。

【０００９】前記各水管２Ａ〜２Ｅは、互いに隣り合う
水管群の水管に対し千鳥状に配列されており、それらの
各間隙は、水管の直径とほぼ等しいかそれ以下に設定し
てある。

【００１０】前記構成における角型缶体１は、燃焼バー
ナ８の前面にほとんど燃焼室が形成されておらず、すな
わち燃焼バーナの燃焼面の近くに水管が位置しており、
一次空気と燃料ガスとの混合気を水管群間で低温燃焼さ
せ、窒素酸化物の発生量を押さえる構造となっている。

【００１１】両水管壁４，５のそれぞれの外側には、適
宜な間隔を保持してそれぞれ側壁１３，１４が装着され
ており、両水管壁４，５と両側壁１３，１４との間に
は、ほぼ密閉された空間１５，１６がそれぞれ形成され
ている。この両空間１５，１６は、燃焼ガスが両水管壁
４，５から漏れた場合、缶体１外に漏れ出ないように設
けられているが、両側壁１３，１４の内部圧力による変
形を防止するために、燃焼排ガス出口９と連通するよう
に、燃焼排ガス出口９に近い位置において他側水管壁５
のヒレ状部材３またはその延長上に適宜な連通孔（図示
省略）を形成している。

【００１２】さて、この発明の要部である取付台座１７
について説明すると、この取付台座１７は、その内部に
測温センサ１８を緊密に挿入保持するもので、正確な温
度検出のために重要な役割を担い、とくにその取付位置
が問題となる。取付台座１７における伝熱量は、その輻
射熱伝達量については、つぎの式１で表される。Ｑ₁＝ΦＡ（ＴＦ⁴−ＴＣ⁴）ただし、Φ：輻射率，Ａ：伝熱面積（ｍ²）ＴＦ：燃焼ガス温度（Ｋ），ＴＣ：水管壁温度（Ｋ）また、対流熱伝達量については、つぎの式２で表され
る。Ｑ₂＝αＡ（ＴＦ−ＴＣ）ただし、αは熱伝達率

【００１３】双方の伝熱量の和が大なる場合には、取付
台座１７の先端温度と水管の壁温度との差が大きくな
り、熱応力が発生する。この結果、取付台座１７および
／または水管が破損してしまう。また、伝熱量が大きく
なると、水管と取付台座１７の先端までには温度勾配を
生ずることとなり、燃焼ガス温度（ＴＦ）の変化による
測温センサ１８の温度変化が大きくなり、正確な水管壁
の温度を検出できなくなってしまう。

【００１４】そこで、この発明における実施例において
は、測温センサ１８の取付台座１７を、他側水管壁５を
形成する水管のうち燃焼バーナ８に近く、最も過熱し易
い水管２Ｅ₁の上端部外周面に固着する。取付台座１７
は、これを固着する水管２Ｅ₁と同材質_,たとえばＳＳ
材やＳＢ材等で形成されており、その内周面の径は固着
水管２Ｅ₁の外径と等しく、固着水管２Ｅ₁に密着した
状態で溶接等により固着される。そして、この取付台座
１７の取付け位置は、固着水管２Ｅ₁において燃焼バー
ナ８から可能な限り離隔することが好ましく、燃焼バー
ナ８の上端から２００mmの位置が好適であるが、実施に
応じては、これよりも上方でも効果的である。さらに、
取付台座１７は、他側水管壁５の外側から内側へ向けて
ヒレ状部材３を貫通した状態で固着されるもので、他側
水管壁５の内側へ突出する取付台座１７の先端部１７Ａ
が、固着水管２Ｅ₁のガス流剥離域Ｘ₁内に収まる位置
となっている。

【００１５】取付台座１７には、その内部に熱電対やサ
ーミスタ等からなる測温センサ１８を緊密に保持するた
めに有底孔１９が形成されており、この有底孔１９の開
口部（符号省略）はヒレ状部材３の外側に開口してい
る。そして、測温センサ１８のリード線２０は、有底孔
１９の開口部から缶体１外へ導出される。

【００１６】ここで、固着水管２Ｅ₁のガス流剥離域Ｘ
₁について説明すると、ガス流剥離域Ｘ₁は、図１に示
すように、ガス流Ｇの下流側のヒレ状部材３を基準線と
してガス流Ｇの上流方向へ約９０度の範囲内を云い、剥
離点Ｈでガス流Ｇが固着水管２Ｅ₁の壁面から剥離す
る。

【００１７】前記実施例においては、燃焼バーナ８の燃
焼ガス流は、図３に示すごとく、中段部ではほぼ水平方
向に流れ、また上下両側では上下に盛り上がり、各水管
群２Ａ〜２Ｅとそれぞれ交叉した状態で流れる。そし
て、燃焼ガスは、各水管群２Ａ〜２Ｅの空間で燃焼反応
と伝熱作用が同時に進行しながら流れるので、燃焼ガス
には燃焼火炎を含むことになる。取付台座１７を固着す
る水管２Ｅ_１における上下方向の燃焼ガス，すなわち燃
焼火炎温度分布は、図３で示されるようになっていて、
燃焼バーナ８部で約１２００〜１３００度となり、取付
台座１７の位置で約１０００度となっている。このた
め、取付台座１７の燃焼火炎から受ける輻射伝熱の下方
向からの熱量Ａと、それ以外の上方向および左右方向か
らの熱量Ｂは式１でそれぞれ求められるが、熱量Ｂは熱
量Ａの約１／２と低い値となる。

【００１８】また、取付台座１７が受ける燃焼ガス流に
よる対流伝熱量は、燃焼バーナ８が下方に偏位している
ため、固着水管２Ｅ₁の上端部付近では燃焼ガス流量が
少なく、取付台座１７が燃焼ガス流に晒される量が少な
いとともに、燃焼ガスに晒されても、取付台座１７の他
側水管壁５の内側に突出する先端部１７Ａが固着水管２
Ｅ₁のガス流剥離域Ｘ₁に位置するように固着されてい
るために、ガス流剥離域Ｘ₁では局部熱伝達率が低く、
燃焼ガスの対流伝熱による取付台座１７への伝熱は少な
い。固着水管２Ｅ₁回りでの局部熱伝達率は、図４にお
いて模式的に示している。

【００１９】以上のように、燃焼火炎および燃焼ガスか
ら取付台座１７への伝熱量を少なくできる結果、燃焼火
炎および燃焼ガスの温度が変化しても、測温センサ１８
部の温度変化が少なくなり、正確なる固着水管２Ｅ₁の
温度を検出できる。

【００２０】なお、この発明は、前記実施例に限定され
るものではなく、実施に応じて、種々の変更，追加が可
能なもので、たとえば取付台座１７を互いに平行をなす
一対の水管壁４，５のうち一側水管壁４を形成する水管
で、燃焼バーナ８に近い水管２Ａ₁に固着する構成も好
適である。また、取付台座１７を両水管壁４，５の各水
管２Ａ₁，２Ｅ₁にそれぞれ固着し、２本の水管の温度
を検出する構成も、実施に応じては好適である。さらに
は、取付台座１７を両水管壁４，５を形成する水管では
なく、燃焼バーナ８に近く過熱し易い水管に固着する構
成も好適である。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、測温
センサの取付台座が受ける燃焼火炎からの輻射伝熱量お
よび燃焼ガスからの対流伝熱量を極力少なくすることが
でき、また燃焼火炎および燃焼ガスの温度が空気比の変
化によって変わっても、それによる影響を少なくするこ
とができ、したがって正確な水管の温度を検出すること
ができる。また、長期の運転によっても燃焼火炎および
燃焼ガスからの伝熱による取付台座の剥離，脱落等を防
止することができ、耐久性に優れた温度検出器の取付構
造を提供することができる。これにより、水管群空間で
燃焼反応と伝熱作用が同時に進行すると云う新しい燃焼
方式に適合した温度検出器の取付構造を提供することが
できる。加えて、取付台座を前記ヒレ状部材を貫通させ
て固着水管に取付け、測温センサを水管壁の外側から前
記取付台座内に緊密に挿入保持させた構成であるため、
測温センサのメンテナンスをボイラの外側面から容易に
行うことができる。さらには、この取付構造により、角
型多管式貫流ボイラを安全，かつ効率よく運転すること
ができるので、この種の取付構造としては頗る効果的で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明に係る取付構造の一実施例の
要部を示す概略的な横断面図である。

【図２】図２は、角型多管式貫流ボイラの缶体構造にお
ける水管の配置を示す平面説明図である。

【図３】図３は、図２の矢視III 方向の一部を切欠した
側面説明図である。

【図４】図４は、水管２Ｅ₁回りの局部熱伝達係数を模
式的に示した説明図である。

【符号の説明】

１缶体２Ａ水管２Ａ₁固着水管２Ｂ水管２Ｃ水管２Ｄ水管２Ｅ水管２Ｅ₁固着水管３ヒレ状部材４一側水管壁５他側水管壁６一側開口部７他側開口部８燃焼バーナ９燃焼排ガス出口１７取付台座１７Ａ先端部１８測温センサＸ₁ガス流剥離域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ほぼ垂直な複数本の水管２Ａ，２Ａ，・
・・を配列して隣接する水管２Ａ間をヒレ状部材３，
３，・・・で連結して一側水管壁４を形成するととも
に、ほぼ垂直な複数本の水管２Ｅ，２Ｅ，・・・を配列
して隣接する水管２Ｅ間をヒレ状部材３，３，・・・で
連結して他側水管壁５を形成し、該両水管壁４，５を互
いに平行をなすごとく対向配置し、前記両水管壁４，５
間にほぼ垂直な複数本の水管２Ｂ，２Ｂ，・・・，２
Ｃ，２Ｃ，・・・，２Ｄ，２Ｄ，・・・を配列し、前記
両水管壁４，５間の一側開口部６に燃焼バーナ８を配置
し、他側開口部７に燃焼排ガス出口９を形成してなる角
型多管式貫流ボイラにおいて、前記燃焼バーナ８を前記
一側開口部６において下方へ偏位させて配置し、前記他
側水管壁５の水管２Ｅのうち前記燃焼バーナ８に近い水
管２Ｅ_１の上端部外周面に測温センサ１８の取付台座１
７を水平方向に前記ヒレ状部材３を貫通させて固着し、
さらに該取付台座１７の前記他側水管壁５の内側に突出
する先端部１７Ａを前記固着水管２Ｅ_１のガス流剥離域
Ｘ_１内に位置させ、前記他側水管壁５の外側から前記取
付台座１７内に測温センサ１８を緊密に挿入保持させた
ことを特徴とする角型多管式貫流ボイラにおける水管温
度検出器の取付構造。
【請求項２】前記取付台座１７を前記一側水管壁４の
うち前記燃焼バーナ８に近い水管２Ａ_１の上端部外周面
にも固着し、前記先端部１７Ａを前記固着水管２Ａ_１の
ガス流剥離域Ｘ_１内に位置させ、前記一側水管壁４の外
側から前記取付台座１７内に測温センサ１８を緊密に挿
入保持させたことを特徴とする請求項１に記載の角型多
管式貫流ボイラにおける水管温度検出器の取付構造。