JPH09257208A - 円筒形貫流ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化と低ＮＯ_X 化を同時に実現できるよう
な貫流ボイラを提供する。 【解決手段】 上下の管寄せ１，２と、それらを連結す
る複数の水管３と、これらの水管３に向けて火炎１５を
略水平方向に噴出する完全予混合式の平板式多孔バーナ
７と、バーナ７に対向して設置した排気出口部９とを備
えた円筒形貫流ボイラにおいて、水管３を略環状の外側
水管列４と、水管列４の内側の排気出口部側に配置した
内側水管群６とから構成し、バーナ７の前面に下流に向
かうに従い広がる燃焼空間５を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、完全予混合式バー
ナを採用したガス焚き貫流ボイラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、産業界では省スペースの立場から
ボイラの小型化が、環境改善の立場から排ガス中のＮＯ
_X （及びＣＯ）の濃度のさらなる低減がそれぞれ求めら
れている。そのような目的に対処するものとして、缶体
に予混合バーナを配し、バーナ直近に火炎冷却水管を設
け、その下流に断熱空間を設けたもの（特公平２−３５
８８４号）が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この技
術においては、低ＮＯ_X 化を図るために、火炎を水管で
冷却しており、この火炎冷却水管の受熱量は他の水管に
比べて数倍大きい。このため、この水管には過熱による
損傷・変形の懸念があり、長期間安定して使用するには
不安がある。

【０００４】本発明は上述の事情に鑑みなされたもの
で、耐用年数の長期化と低ＮＯ_X 化を同時に実現できる
ような貫流ボイラを提供することをその目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、上述した目
的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の
発明は、上下の管寄せと、それらを連結する複数の水管
と、これらの水管に向けて火炎を略水平方向に噴出する
完全予混合式の平板式多孔バーナと、該バーナに対向し
て設置した排気出口部とを備えた円筒形貫流ボイラにお
いて、上記水管を略環状の外側水管列と、該水管列の内
側の上記排気出口部側に配置した内側水管群とから構成
し、上記バーナの前面に下流に向かうに従い広がる燃焼
空間を形成したことを特徴とする円筒形貫流ボイラであ
る。

【０００６】請求項２に記載の発明は、上記内側水管
を、燃焼ガスの下流に向かうに従い数が減少するように
千鳥状に配設したことを特徴とする請求項１記載の円筒
形貫流ボイラである。請求項３に記載の発明は、上記バ
ーナの前面に火炎の流れを規制する柱状物体を設けたこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の円筒形貫流ボイラ
である。

【０００７】

【作用】平板式多孔バーナは上下の管寄せ間に取り付け
られており、この表面上に火炎が形成される。バーナ前
面の末広がりの空間を燃焼室として、ここで燃焼を完了
した燃焼ガスは、水管列と熱交換しつつ水管列に設けた
ガス出口部から外部にでる。この際、完全予混合式の平
板式多孔バーナを採用していることから、空気過剰で燃
焼すれば、低ＮＯ_X 燃焼を実現することができる。

【０００８】また、燃焼室を確保しているため、容易に
完全燃焼して、未燃焼成分を生成することがない。ま
た、燃焼室の内部に柱状物体を設ければ、燃焼を促進し
て空気過剰であっても火炎の安定性を維持することがで
きる。この様に水管は火炎に触れない様に末広がりの形
の燃焼室を形成しているため、特定の水管が火炎に触れ
る事なく、燃焼室に臨んだ水管の伝熱面の熱負荷を均等
化して局部的に熱負荷の高い伝熱面を作らず、水管の過
熱による損傷・変形の懸念を回避できる。

【０００９】

【実施例】図１及び図２に本発明に基づくボイラの実施
例を示す。このボイラは、上下の管寄せ１，２と、それ
らを連結する複数の水管３と、これらの水管３に向けて
火炎を略水平方向に噴出する完全予混合式の平板式多孔
バーナ７と、該バーナ７に対向して設置した排気出口部
９を備えた円筒形貫流ボイラである。上記水管３は、略
環状の外側水管列４と、該水管列４の内側の上記排気出
口部９側に配置した内側水管群６とを構成している。こ
れにより、上記バーナ７の前面に下流に向かうに従い広
がる燃焼空間５が形成されている。水管群６は、互いに
僅かな隙間をもって、火炎の方向に対して前後の列が千
鳥状に、且つ隙間の数が順次減少するように配設されて
いる。水管列４の外側には管寄せ１，２に沿ってガスシ
ールのためのガスシールカバー１０を設け、煙道１１に
接続している。

【００１０】燃焼に必要な空気と燃料ガスの予混合気１
２は予混合ダクト１３に送られてから、平板式多孔バー
ナ７を通過する。平板式多孔バーナの火炎長は実用燃焼
域において１００mm以下であり、バーナ７と前方の水管
３との距離は火炎を内包する様に火炎の長さ以上、より
具体的には１００〜１５０mmとして、ここに、燃焼室５
を形成する。ここで、図示してない着火元により点火さ
れて、表面燃焼バーナ７の下流側に位置する燃焼室５内
に火炎１５を形成する。火炎は末広がりの燃焼室内で水
管に触れる事なく燃焼して、燃焼室に面した伝熱面の熱
負荷を局部的に高くする事なく均等化して、水管に過熱
による損傷・変形を引き起こす事なく、耐用年数を長く
する事ができる。ここで、完全燃焼した燃焼ガスは水管
３と熱交換した後、水管列４の間に設けた隙間を通過し
て、煙道にいたる。

【００１１】ここで、完全予混合式平板式多孔バーナを
採用しているが、この方式のバーナの燃焼特性を図３に
示す。この図から分かるように、排ガス中のＯ₂％を増
大して空気過剰にすればするほど排ガス中のＮＯ_X 濃度
は減少するが、火炎が燃焼面から浮き上がる、いわゆる
リフト燃焼を起こし、有害なＣＯ濃度が上昇する傾向を
もっている。したがって、ＣＯの発生が増大せず、且
つ、リフト燃焼しない範囲で空気過剰燃焼すれば、低Ｎ
Ｏ_X 化を実現することができる。加えて、火炎を内包す
る燃焼室５を確保していることから、火炎を水管で冷却
することがないため、ＣＯの発生もなく、良好な燃焼性
を容易に実現できる。

【００１２】また、上記構造は水平断面の外形を円形に
した管寄せ１，２を採用することを基本としており、ガ
スシールカバー１０等も円筒形であることから、従来の
缶体と同一の構成であって、製造手法もまた従来と同一
になり、製造設備も従来のものをそのまま使用できる。
このため、新たな設備投資を不要として低コストのもと
に缶体を製造することができる。

【００１３】燃焼室５で生成した燃焼ガスは、水管群６
の間のわずかな隙間を複数回通過し、水管３と熱交換し
てその温度を下げた後、水管列４を出て煙道に至るもの
である。この際、水管群６では燃焼ガスが通過する隙間
の数が減少するように水管３を配列しているため、燃焼
ガスは温度降下に伴ってガス流速を低下させることな
く、高い熱伝達係数を維持したまま水管３と熱交換する
ことができる。これにより、ボイラの熱効率を向上する
ことができる。

【００１４】図４は、この発明の他の実施例を示すもの
で、図１が水管群のみを千鳥配列にしたものに対して、
図４は、環状水管列も水管群に合わせて千鳥配列に構成
しており、ガス流通路に対して千鳥配列をより完全に実
現して燃焼ガスの停滞域を極力小さくして、熱伝達係数
を改善したものである。図５は、水管列４の外側に隔壁
１１を設け、これにより煙道バッフル１８を形成したも
ので、水管列４を出た燃焼ガスは水管列４と煙道バッフ
ル１８の間に形成されたガス通路を通過して前方まで迂
回した後、反転して煙道に至る。図４では、伝熱面とし
て使用しなかった環状水管列の外面をも伝熱面として利
用して、燃焼ガスから水管への伝熱量を増やして、熱効
率を上げる効果がある。

【００１５】図６は燃焼室内の火炎が存在する領域に、
耐火材で構成された柱状物体１７を設けた例である。こ
の場合、柱状物体１７は火炎の流れを規制すると共に、
火炎に渦流を与え、火炎内の混合を促進して、火炎の安
定性を高める作用をなす。また、この柱状物体１７は耐
火材で構成されていることから、火炎温度を下げること
なく、燃焼を阻害する要因にはならない。この際、複数
の柱状物体を設ける場合には、燃焼気の通気抵抗を増大
させない様、柱状物体同士の隙間は適度のものとする。

【００１６】これにより、柱状物体１７がなければリフ
ト燃焼する空気過剰の燃焼領域であってもこれを防いで
燃焼を維持すると共に、ＣＯ等の未燃焼成分の燃焼を促
進させて排ガス中のＣＯ濃度を低減させる効果を生み出
す。この結果、より空気過剰、即ち、より低ＮＯ_X のも
とでの燃焼が可能となる。この柱状物体の材料は火炎の
熱に耐えるものならば、耐熱金属、キャスタブルもしく
はセラミックであっても良い。また、水管表面に耐火材
を取り付けて構成しても同様の効果を得ることができ
る。尚、本発明の平板式多孔バーナを構成する材料に
は、セラミック、耐熱金属材、金属繊維マット等が適用
できる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明には次の効
果がある。 １）水管は火炎に触れない様に末広がりの形の燃焼室を
形成して、燃焼室に臨んだ水管への熱負荷を局部的に高
くせず、過熱による損傷・変形を引き起こす事なく、耐
用年数を長くする事ができる。 ２）水平断面の外形を円形にした管寄せを上下に持ち、
平板式多孔バーナと水管列をループ状にした構成である
ため、従来の貫流ボイラと製造手法が同一であり、また
製造設備も従来のものをそのまま使用できる。このた
め、新たな設備投資を不要として低コストのもとに缶体
を製造することができる。 ３）完全予混合式の平板式多孔バーナを採用しているこ
とから、空気過剰にすることにより、低ＮＯ_X 燃焼を実
現することができる。

【００１８】４）水管列の内側にわずかな隙間をもつ水
管を千鳥状に、且つ、燃焼ガスが通過する隙間の数が減
少する様に配する事により、ボイラの熱効率を向上する
ことができる。管群部の水管隙間数をガス流れと共に漸
次減少していく構成にする事により、伝熱的に次の効果
がある。即ち、ガス流れと共にガス温度が低下してガス
の体積が減少し、水管隙間を通過する速度もまた低下す
るが、上記構造によりガスが通過する断面積もまた減少
してガス流速を維持する作用をなす。これにより、高い
熱伝達係数を維持したまま水管と熱交換する事ができ、
流速の低下に伴う熱伝達率の低下を防止して、熱効率を
向上させることができる。 ５）水管列の外側に煙道バッフルを設け、水管列の外側
にも燃焼ガス通路を設ければ、水管列を構成する水管の
外側も伝熱面として有効に使用することができ、熱効率
をさらに改善することができる。

【００１９】６）バーナ直近に火炎冷却水管をもたない
ため燃焼気の温度が最も高く、体積も最も大きく、通気
抵抗が大きな領域で通気抵抗を減じて、炉内圧を低くす
ることができる。これにより、一般家庭用低圧都市ガス
を供給（供給圧１００〜２００mmＨ₂Ｏ）しても燃焼可
能となる。 ７）自由空間からなる燃焼室を確保しているため、火炎
が水管により冷却される程度が極めて小さく、完全燃焼
してＣＯの発生が少なくなる。

【００２０】８）燃焼室内の火炎が存在する領域に柱状
物体を設ける事により、安定燃焼が可能となる。柱状物
体は火炎の流れを規制すると共に、火炎に渦流を与え、
火炎内の混合を促進して、火炎の安定性を高める作用を
なす。また、この柱状物体を耐火材で構成すれば、火炎
温度を下げる事なく、燃焼反応を阻害する要因にはなら
ない。柱状物体がなければ振動燃焼する場合であって
も、これを防いで燃焼を維持し、混合を促進してＣＯ等
の未燃焼成分の燃焼を促進させ、排ガス中のＣＯ濃度を
低減させる効果を生み出す。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例の貫流ボイラの横断面図
である。

【図２】図１の貫流ボイラの縦断面図である。

【図３】空気比とＮＯ_X 及びＣＯの関係を示すグラフで
ある。

【図４】この発明の第２実施例の貫流ボイラの横断面図
である。

【図５】この発明の第３実施例の貫流ボイラの横断面図
である。

【図６】この発明の第４実施例の貫流ボイラの横断面図
である。

【符号の説明】

１ 上部の管寄せ ２ 下部の管寄せ ３ 水管 ４ 水管列 ７ 表面燃焼バーナ ８ 隙間 ９ ガス出口部 １０ ガスシールカバー １１ 煙道 １２ 予混合気 １３ 予混合ダクト １５ 火炎 １７ 柱状物体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下の管寄せと、それらを連結する複数
   の水管と、これらの水管に向けて火炎を略水平方向に噴
   出する完全予混合式の平板式多孔バーナと、該バーナに
   対向して設置した排気出口部とを備えた円筒形貫流ボイ
   ラにおいて、 上記水管を略環状の外側水管列と、該水管列の内側の上
   記排気出口部側に配置した内側水管群とから構成し、上
   記バーナの前面に下流に向かうに従い広がる燃焼空間を
   形成したことを特徴とする円筒形貫流ボイラ。
2. 【請求項２】 上記内側水管を、燃焼ガスの下流に向か
   うに従い数が減少するように千鳥状に配設したことを特
   徴とする請求項１記載の円筒形貫流ボイラ。
3. 【請求項３】 上記バーナの前面に火炎の流れを規制す
   る柱状物体を設けたことを特徴とする請求項１又は２記
   載の円筒形貫流ボイラ。