JPH10103616A

JPH10103616A - ボイラ

Info

Publication number: JPH10103616A
Application number: JP28010096A
Authority: JP
Inventors: Noboru Takubo; 昇田窪; Kanta Kondo; 幹太近藤
Original assignee: MIURA KENKYUSHO KK; Miura Co Ltd
Current assignee: MIURA KENKYUSHO KK; Miura Co Ltd
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 1998-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】円筒型の缶体構造のボイラにおいて、一層の
低ＮＯx 化と、高効率化、小型化を達成するとともに、
燃料の種類を選ばないボイラを提供すること。【解決手段】少なくとも２つの環状伝熱部４，５を多
重に配置し、液体燃料と気体燃料とを択一的に切り替え
て使用する燃焼装置７を、最内周側の第一環状伝熱部４
の一方の開口端に、火炎の噴出方向が第一環状伝熱部４
の軸線方向とほぼ平行になるように設けて、前記第一環
状伝熱部４の内側を第一燃焼空間１１とし、前記第一環
状伝熱部１１とその外側に位置する第二環状伝熱部５と
の間を第二燃焼空間１２とし、前記第一環状伝熱部４
を、その中心方向に燃焼装置７に近接させて配置し、前
記第一環状伝熱部４の周面に第一環状伝熱部４の内外を
連通する流通隙間３０を形成して、この流通隙間３０を
介して第一燃焼空間１１内の火炎を第二燃焼空間１２内
に導入するようにした構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ボイラに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、比較的小容量の水管ボイラは、複
数本の水管を環状に配列したものや、一本、あるいは複
数本の水管をコイル状に巻回したものなどのように、略
円筒形状の缶体構造のものが一般的である。このような
形式の水管ボイラは、最内周側の環状水管列、あるいは
螺旋状水管の内周側を燃焼室としたもので、水管に伝熱
ヒレを取り付けたり、燃焼室から排気管までの燃焼ガス
流路を工夫するなど、種々の改良が加えられ、低ＮＯx
化、並びに効率の向上が図られてきた。しかし、近年の
缶体構造では、低ＮＯx 化、並びに効率の向上に限界が
見えてきており、さらに、近年の省スペース化の要望に
応える必要性も生じている。

【０００３】そこで、近年においては、このような円筒
形状の水管ボイラから脱却し、省スペース化と熱効率の
向上とを達成するため、所謂角型の缶体構造の水管ボイ
ラが開発され、実用に供されている。

【０００４】ところで、前記の円筒型缶体構造の水管ボ
イラは、比較的安価に製作できるという利点を有してお
り、一方、この角型缶体構造の水管ボイラは、予混合式
ガス燃焼装置との組み合わせにより高い熱効率と低ＮＯ
x 化を達成している。

【０００５】さらに近年の排ガス規制の強化により、液
体燃料よりも窒素分が少なく、低ＮＯx 化，低ＣＯ化の
容易な気体燃料を使用したボイラの比率が増加している
が、気体燃料でも液体燃料でも運転可能なボイラの要望
も高まっている。これは、災害や事故などにより、気体
燃料（都市ガスなど）の供給網が遮断されると、気体燃
料のみを使用するボイラでは、運転が不可能になるが、
液体燃料を使用できれば、このような緊急時においても
運転が可能となるためである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】したがって、この発明
が解決しようとする課題は、前記の円筒型の缶体構造の
ボイラにおいて、一層の低ＮＯx 化と、高効率化、小型
化を達成するとともに、燃料の種類を選ばないボイラを
提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、少なくとも
２つの環状伝熱部を多重に配置し、液体燃料と気体燃料
とを択一的に切り替えて使用する燃焼装置を、最内周側
の第一環状伝熱部の一方の開口端に、火炎の噴出方向が
第一環状伝熱部の軸線方向とほぼ平行になるように設け
て、前記第一環状伝熱部の内側を第一燃焼空間とし、前
記第一環状伝熱部とその外側に位置する第二環状伝熱部
との間を第二燃焼空間とし、前記第一環状伝熱部を、そ
の中心方向に燃焼装置に近接させて配置し、前記第一環
状伝熱部の周面に第一環状伝熱部の内外を連通する流通
隙間を形成して、この流通隙間を介して第一燃焼空間内
の火炎を第二燃焼空間内に導入する構成のボイラによっ
て、前述の課題を解決する。

【０００８】さらに、この発明は、内側と外側とを連通
する流通隙間を形成した第一環状伝熱部と、第一環状伝
熱部の外側に所定の間隔をおいて取り巻くように配置し
た第二環状伝熱部と、前記第一環状伝熱部の軸方向の一
方の開口端に、第一環状伝熱部内を臨ませて配置した、
液体燃料と気体燃料とを択一的に切り替えて使用する燃
焼装置とを備え、前記第一環状伝熱部は、前記燃焼装置
から噴出する火炎内に位置するように、その中心方向に
近接させて配置した構成のボイラによって、前述の課題
を解決する。

【０００９】

【発明の実施の形態】この発明は、蒸気や温水を得るた
めのボイラとして実施される。この発明は、少なくとも
２つの環状伝熱部を多重に配置し、液体燃料と気体燃料
とを択一的に切り替えて使用する燃焼装置を、最内周側
の第一環状伝熱部の一方の開口端に、火炎の噴出方向が
第一環状伝熱部の軸線方向とほぼ平行になるように設け
た構成のボイラを基本的な実施形態とする。そして、前
記第一環状伝熱部の内側を第一燃焼空間とし、第一環状
伝熱部とその外側に位置する第二環状伝熱部との間を第
二燃焼空間とし、前記第一環状伝熱部を、その中心方向
に燃焼装置に近接させて配置し、前記第一環状伝熱部の
周面に第一環状伝熱部の内外を連通する流通隙間を形成
して、この流通隙間を介して第一燃焼空間内の火炎を第
二燃焼空間内に導入する。

【００１０】換言すれば、その内側と外側とを連通する
流通隙間を形成した第一環状伝熱部と、第一環状伝熱部
の外側に所定の間隔をおいて取り巻くように配置した第
二環状伝熱部と、前記第一環状伝熱部の軸方向の一方の
開口端に、第一環状伝熱部内を臨ませて配置した、液体
燃料と気体燃料とを択一的に切り替えて使用する燃焼装
置とを備え、第一環状伝熱部は、前記燃焼装置から噴出
する火炎内に位置するように、その中心方向に近接させ
て配置した構成である。

【００１１】したがって、この発明のボイラにおいて
は、燃焼装置による火炎は、第一環状伝熱部の流通隙間
を介して、第一燃焼空間から第二燃焼空間に達すること
になり、そのため、燃焼温度は第一環状伝熱部によって
急冷され、サーマルＮＯx の生成率の少ない温度領域に
調整される。この急冷後、第二燃焼空間内に流入した火
炎は、この第二燃焼空間内ではほとんど伝熱が行なわれ
ないため、温度の低下が少なく、そのために燃料の未燃
分が反応し、ＣＯについても酸化されてＣＯ₂となる。
さらに、第一環状伝熱部は、火炎の燃焼温度の制御を行
なうのみならず、火炎からの伝熱を行なうため、同一の
外形寸法のボイラに比べて熱回収量が増加する。

【００１２】さらに、この発明のボイラは、液体燃料と
気体燃料とを択一的に切り替えて使用するから、何れか
の燃料の供給が不可能となっても、他の燃料に切り替え
ることで運転が可能であり、さらに気体燃料を使用する
場合はもちろん、液体燃料を使用する場合も、低ＮＯx
、低ＣＯ化を達成する。すなわち、前述のように、災
害や事故などにより、気体燃料の供給網が遮断されて
も、液体燃料を使用することでボイラの運転が可能であ
る。

【００１３】この発明のボイラは、第一環状伝熱部の内
側を第一燃焼空間としてあり、この第一燃焼空間内にお
いては、燃焼装置から燃料と燃焼用空気とが噴出し、両
者が混合された状態となっている。この混合された流体
は、所謂燃焼反応によって火炎を生じる。本書では、燃
焼反応中のガス体のうち、光としてとして明確に目視可
能な部分を火炎と称している。尚、火炎より後流側に
は、目視不可能な高温のガス領域が生じており、その一
部は燃焼反応を継続している。本書では、これらの燃焼
反応継続中の高温ガスが含まれている部分を燃焼ガスと
称している。

【００１４】さらに、この発明のボイラは、第一環状伝
熱部の流通隙間から第二環状伝熱部に向けて噴出する火
炎の温度を 800度〜 1,300度となるように、燃焼装置と
第一環状伝熱部との間隔，および前記流通隙間を設定す
ることによって、サーマルＮＯx の生成を抑制するとと
もにＣＯの酸化を促し、低ＮＯx 化と低ＣＯ化を達成す
る。この 1,300度以下という火炎温度は、サーマルＮＯ
x の生成の少ない温度領域であり、 800度以上という火
炎温度は、ＣＯからＣＯ₂への酸化反応の比較的活発な
温度領域を意味する。すなわち、火炎温度が 1,300度以
上の領域では、空気中の窒素の酸化によるサーマルＮＯ
x の生成量が急激に増加し、 800度以下の領域では、Ｃ
ＯからＣＯ₂への反応速度が低下するためである。

【００１５】さらに、前記燃焼装置と第一環状伝熱部と
の間隔，および流通隙間の設定は、燃焼装置の発生熱量
に応じて、第一環状伝熱部の各部の寸法，流通隙間の寸
法、個数を適宜調整することによって行う。

【００１６】ここで、第一環状伝熱部は、内部に被加熱
流体を流通させ、この被加熱流体と火炎との熱交換を行
なう構成物を指しており、具体的には、複数本の水管を
適宜の間隔をおいて環状に配置した水管列や、コイル状
に巻回してなる螺旋状水管によって構成したものを含
む。第一環状伝熱部をこのような水管によって構成した
場合、第二燃焼空間内に流入する火炎の温度を 800度〜
1,300度とするためには、水管の間隔を、水管の外径の
0.1〜 2倍とし、さらに、燃焼装置と第一環状伝熱部と
の間隔を、水管の径の 0.1〜 2倍とすることによって達
成される。

【００１７】前記の第一環状伝熱部に形成する流通隙間
は、全てが同じ寸法である場合も、適宜異なる寸法とし
た場合を含み、また流通隙間を形成する間隔も等間隔の
場合と適宜異なった間隔で形成する場合を含む。さら
に、第一環状伝熱部を水管で構成する場合、全ての水管
が同じものとした場合も、寸法や形状、材質が異なる場
合も含む。一方、第二環状伝熱部は、前記第一環状伝熱
部と同様の構成のほか、炉筒式のボイラのような炉筒と
した構成を含む。すなわち、第一環状伝熱部は、第一燃
焼空間と第二燃焼空間とを連通する流通隙間を備えてい
ればよく、第二環状伝熱部は、このような流通隙間を必
ずしも設ける必要はない。さらに、第一環状伝熱部，第
二環状伝熱部の配置は、第一環状伝熱部の外側に第二環
状伝熱部を配置してあれば良く、これら環状伝熱部の配
置は、その軸線が、水平方向、垂直方向に限らない。

【００１８】さらに、第一環状水管列の燃焼装置側にお
ける流通隙間を広く設定することにより、燃焼装置下流
側の燃焼ガス（火炎を含む概念である。）を、燃焼装置
の根元部分に再度供給（再循環）でき、これにより火炎
温度が低下し、低ＮＯx 化を達成する。この構成では、
流通隙間の工夫により、燃焼ガスの再循環を行なうもの
であるが、燃焼装置を自己再循環機能を備えた所謂自己
再循環式燃焼装置とした場合には、この排ガスの再循環
機能を確実に発揮させることができ、さらに低ＮＯx 化
を達成する。

【００１９】

【実施例】以下、この発明を水管ボイラに適用した第一
実施例について、図１，２を参照しながら説明する。な
お、図１は、この発明に係るボイラの第一実施例の縦断
面構造を示す説明図，図２は、図１のII−II線に沿う断
面を示す説明図である。

【００２０】図示するボイラは、多数の水管を備えた所
謂多管式水管ボイラであって、図面において、ボイラの
缶体１は、環状の上部管寄せ２，および下部管寄せ３
と、この上部管寄せ２と下部管寄せ３の間に、径方向に
間隔をおいた内外二重の環状伝熱部４，５を配置したも
のである。この２つの環状伝熱部４，５は、それぞれ多
数の垂直水管６を所定の間隔で環状に配置した環状水管
列として構成してある。前記上部管寄せ２、並びに下部
管寄せ３は、それぞれ矩形断面の環状をなす中空容器で
あって、両管寄せ２，３は、前記環状伝熱部４，５を構
成する多数の垂直水管６で連結してある。ここで、各水
管６内には、上部管寄せ２、あるいは下部管寄せ３から
被加熱流体が供給される。

【００２１】前記二重の環状伝熱部４，５のうち、内側
に位置する第一環状伝熱部４は、垂直水管６を所定の間
隔をおいて配置したもので、その水管６の間隔は、外側
に位置する第二環状伝熱部５のものよりも広く設定して
ある。第二環状伝熱部５は、比較的狭い間隔を介して水
管６を配列してあり、この第二環状伝熱部５の外周側に
おいては、各水管６に、その軸線方向に沿う平板状の伝
熱ヒレ９を取り付けてある。

【００２２】前記第一環状伝熱部４の軸方向の一方の開
口端側、すなわち上部管寄せ２の内方（中央部）には、
液体燃料と気体燃料とを択一的に切り替えて供給する燃
焼装置７を配置してある。この燃焼装置７は、上部管寄
せ２よりも下方側に突出した状態で設けてあり、前記第
一環状伝熱部４の略軸方向に沿って火炎を噴出する。し
たがって、第一環状伝熱部４の内側は、燃料と燃焼用空
気を反応させ、火炎を形成する第一燃焼空間１１とな
る。

【００２３】前記第一環状伝熱部４と第二環状伝熱部５
との間の空間は、第二燃焼空間１２として構成されるも
ので、前記第一環状伝熱部４を構成する水管６間の隙間
（以下流通隙間という）３０によって前記第一燃焼空間
１１と連通してある。ここで、前記第一環状伝熱部４
は、前記燃焼装置７からの火炎の噴出方向と交叉する方
向に、前記燃焼装置７に近接させた状態で配置してあ
る。そのため、前記燃焼装置７からの火炎は、前記流通
隙間３０を介して第二燃焼空間１２内に流入する。

【００２４】上述した第一環状伝熱部４，第二環状伝熱
部５，燃焼装置７の配置関係によって、従来のボイラに
おいて燃焼装置７の下流側に形成され、火炎を充満させ
るための独立した広い空間としての燃焼室は、第一環状
伝熱部４を越えてその外方の第二環状伝熱部５にまで形
成される。換言すれば、この発明のボイラは、燃焼装置
７から噴出する火炎内に位置するように、第一環状伝熱
部４の水管６を配置したもので、この水管６の軸線は、
前記火炎の噴出方向に沿う方向となる。

【００２５】つぎに、前記燃焼装置７の詳細構造につい
て、図１を参照しながら説明する。図面において、燃焼
装置７は、上部管寄せ２の上部に取り付けたウインドボ
ックス１０に固定してある。このウインドボックス１０
は、周知のように送風機（図示省略）からの燃焼用空気
を整流して、燃焼装置７に供給する。

【００２６】燃焼装置７は、略同軸状に配置した第一〜
第三筒部材４１〜４３を備え、最内周側の第三筒部材４
３の内側には、液体燃料用ノズル（以下、油ノズルとい
う。）４４を略同軸に配置してある。最外周の第一筒部
材４１の上流側（図１における上方側）の端部は、前記
ウインドボックス１０内に開口しており、第二筒部材４
２との間に環状の第一空気流路４５を形成する。前記第
二筒部材４２は、第三筒部材４３との間に環状の気体燃
料流路４６を形成する。前記第二筒部材４２の上流側
（図１における上方側）の端部は、前記第三筒部材４３
との間で閉鎖し、気体燃料流路４６の上流端はウインド
ボックス１０の外側に開口させてある。前記第三筒部材
４３の上流側（図１における上方側）の端部も、前記ウ
インドボックス１０内に開口して、第二空気流路４７を
形成する。

【００２７】前記第一筒部材４１の下流側（図１におけ
る下方側）は、前記第一燃焼空間１１に臨ませた状態で
開口している。さらに、前記第三筒部材４３の下流端
は、第一筒部材４１の下流側開口端よりも奥まった上方
側の位置に開口しており、前記第二筒部材４２の下流端
は、第三筒部材４３の下流側開口端よりも若干奥まった
上方側の位置に開口している。さらに、火炎の保炎と、
燃料（気体燃料や液体燃料）と燃焼用空気の混合を改善
するために、前記第二筒部材４２の下流側開口部には、
第一ディフューザ板４８を、第三筒部材４３の下流側開
口部には、第二ディフューザ板４９を取り付けてある。

【００２８】前記気体燃料流路４６には、気体燃料供給
ライン（以下、ガスラインという。）５０を接続してあ
り、前記燃料ノズル４４には、液体燃料供給ライン（以
下、油ラインという。）５１を接続してある。さらに、
気体燃料流路４６への気体燃料の供給と油ノズル４４へ
の液体燃料の供給とを択一的に切り替える切替手段５２
を備えている。この切替手段５１は、たとえば、図示す
るように、ガスライン５０と油ライン５１のそれぞれに
接続した制御弁５３，５４によって構成する。ここで、
この切替手段５２は、手動によるものでもよく、また、
使用する燃料によって前記ガスライン５０や、油ライン
５１を適宜、燃焼装置７に接続する構成であってもよ
い。

【００２９】さらに、この発明のボイラにおいて、燃焼
装置７の発生熱量，第一環状伝熱部の各部の寸法，燃焼
装置７と第一環状伝熱部４との間隔，第一環状伝熱部４
の流通隙間３０の寸法，個数，配置間隔などは、流通隙
間３０から第二環状伝熱部５に向けて噴出する火炎の温
度が 800度〜 1,300度となるように設定してある。この
1,300度以下という火炎温度は、サーマルＮＯx の生成
の少ない温度領域であり、 800度以上という火炎温度
は、ＣＯからＣＯ₂への酸化反応の比較的活発な温度領
域を意味する。すなわち、火炎温度が、 1,300度以上の
領域では、空気中の窒素の酸化によるサーマルＮＯx の
生成量が急激に増加し、 800度以下の領域では、ＣＯか
らＣＯ₂への反応速度が低下するためである。

【００３０】第二燃焼空間１２内に流入する火炎の温度
を 800度〜 1,300度とするためには、この第一実施例の
ように第一環状伝熱部４を多数の水管６によって構成し
た場合、各水管６の間隔（すなわち、流通隙間３０）
を、水管６の外径の 0.1〜 2倍とし、さらに、燃焼装置
７と第一環状伝熱部４との間隔を、水管６の外径の 0.1
〜 2倍とする。ここで流通隙間３０の下限値は、この流
通隙間３０を火炎が通過する際に、火炎が消滅せず、火
炎を維持し得る間隔であり、さらに、火炎が前記の温度
範囲の下限値を維持し得る間隔である。一方、上限値
は、火炎を 1,300度以下に冷却するとともに、ボイラの
外径当りの伝熱面面積を維持するための間隔である。
（当然、流通隙間３０を大きく設定すると、第一環状伝
熱部における水管の本数が減少する）。さらに、燃焼装
置７と第一環状伝熱部４との間隔の下限値は、上部管寄
せ２に対する燃焼装置７と第一環状伝熱部４の取付時の
都合から決定され、上限値は、第一環状伝熱部４内にお
いて 1,300度を越える温度領域が発生しないように火炎
を冷却することができ、第一環状伝熱部４の過熱を防止
することのできる間隔である。

【００３１】さらに、前記上部管寄せ２における第一，
第二環状伝熱部４，５の水管６との接合部分には、この
部分を覆うように耐火材１８を施工してある。一方の下
部管寄せ３側においても、前記第一，第二環状伝熱部
４，５の水管６との接合部分を部分を覆うように耐火材
１８を施工している。さらに下部管寄せ３においては、
中央の空洞部を適宜の耐火材やその他の部材によって閉
鎖している。

【００３２】さらに、外方の第二環状伝熱部５の外側に
は、この第二環状伝熱部５を包囲するようにボイラ外壁
８を設けてある。この第二環状伝熱部５と外壁８との間
に、排気口２０に連なるガス流路１７を構成する。この
ガス流路１７は、第二環状伝熱部５を構成する水管６間
の隙間（以下第二流通隙間という）３２によって前記第
二燃焼空間１２と連通してある。

【００３３】さて、以上の構成において、さきに燃焼装
置７の動作を説明する。燃焼装置７を起動するにあたっ
て、送風機からウインドボックス１０に燃焼用空気を供
給する。この燃焼用空気は、前記第一，第二空気流路４
５，４７から第一燃焼空間１１内に噴出する。ここで、
まず、気体燃料の使用時においては、切替手段５２にを
作動させ、ガスライン５０側の制御弁５３を開く一方、
油ライン５１側の制御弁５４を閉じておき、ガスライン
５０から燃焼装置７に気体燃料を供給する。この気体燃
料は、前記気体燃料流路４６を介して、第二筒部材４２
と第三筒部材４３の先端間の隙間から、前記第一燃焼空
間１１内に噴出する。したがって、環状の気体燃料の流
れの内外に燃焼用空気の流れが形成されており、着火手
段（図示省略）によって着火すると、これらは混合しつ
つ燃焼する（所謂、拡散燃焼）。このときの火炎は、前
記第一ディフューザ板４８によって保炎される。

【００３４】一方、液体燃料の使用時においては、切替
手段５２にを作動させ、油ライン５１側の制御弁５４を
開く一方、ガスライン５０側の制御弁５３を閉じてお
き、ガスライン５１から燃焼装置７に液体燃料を供給す
る。この液体燃料は、油ノズル４４によって、第三筒部
材４３の内側から第一燃焼空間１１内に噴出する。した
がって、第三筒部材の４３内部からは、一次空気を混合
した状態で液体燃料が噴出ており、この状態で、着火手
段（図示省略）によって着火すると、さらに、第二筒部
材４２外側の第一空気流路４５から二次空気の供給を受
けて、混合しつつ燃焼する（所謂、拡散燃焼）。このと
きの火炎も、前記第二ディフューザ板４９によって保炎
される。

【００３５】以上のようにして形成された火炎は、図示
するように、前記第一環状伝熱部４の軸線方向に、上部
管寄せ２から下部管寄せ３に向けて噴出し、この火炎の
噴出方向に対して交差する方向に広がるように形成され
る。したがって、この火炎は、第一環状伝熱部４の各水
管６表面を舐めるように形成され、第一環状伝熱部４の
流通隙間３０を通って第二燃焼空間１２内に流入する。

【００３６】この火炎は、燃焼装置７に近い部分では、
噴出方向に対して交差する方向にあまり広がっていない
ため、火炎の後流側に形成される高温の燃焼ガスが前記
流通隙間３０を介して第二燃焼空間１２内に流入する。
したがって、この火炎、並びに燃焼ガスは、前記第一環
状伝熱部４の各水管６内を流れる被加熱流体との間で熱
交換を行なって急激に冷却されて温度が低下するため、
サーマルＮＯx の発生が抑制される。そして、前記第一
環状伝熱部４間の流通隙間３０を通過した火炎は、後流
側の第二燃焼空間１２で一定温度（前述の 800度）以上
に保持された状態での比較的長い時間の滞留により、酸
化反応が促進され、特にＣＯの発生が防止される。

【００３７】この作用は、燃焼装置７からの火炎の噴出
方向に対して交差する方向、すなわち、第一，第二環状
伝熱部４，５の径方向についてのものであるが、各水管
６の軸線方向について注目すると、火炎は、燃焼装置７
から、上述のように、第一環状伝熱部４の各水管６を舐
めるように形成されている。したがって、火炎の先端側
ほど前記水管６への伝熱によって温度が低下している。
すなわち、前記水管６には、火炎の先端部や外周部の高
温となる箇所が接触することはなく、順次、水管６との
伝熱により火炎温度が低下するため、過熱を防止でき
る。しかも、このように水管６の温度が均一化すること
により、第一，第二燃焼空間１１，１２においても、局
所的に高温となる箇所が存在しないので、サーマルＮＯ
x の生成を抑制できる。

【００３８】以上のようにして、 800度〜 1,300度に温
度を調整されて第二燃焼空間１２内に流入した火炎は、
第二環状伝熱部５の第二流通隙間３２からボイラ外壁８
内側のガス流路１７に流入する。この際には、第二環状
伝熱部５の各水管６に取り付けた伝熱ヒレ９によってよ
り多くの熱を回収することができ、さらに、ガス流路１
７を通過する燃焼ガスは、第二環状伝熱部５の外側から
の伝熱を行なって水管６内の被加熱流体を加熱した後、
排気口２０からボイラ外に排出される。

【００３９】すなわち、この発明に係るボイラは、燃焼
装置７から噴出される火炎内に第一環状伝熱部（第一実
施例では環状の水管列）４を配置し、第一環状伝熱部４
の流通隙間３０から第一環状伝熱部４の外方に火炎を噴
出するように構成し、この第一環状伝熱部４によって火
炎を所定の温度以下に急冷し、第一環状伝熱部４と第二
環状伝熱部５との間の第二燃焼空間１２内において急冷
した火炎の温度を所定の温度以上に保持することによ
り、火炎の噴出方向に沿って温度を調整し、サーマルＮ
Ｏx やＣＯなどの有害な燃焼排気物の生成を抑制するこ
とができる。

【００４０】さらに、上述のように、燃焼装置７からの
火炎内に第一環状伝熱部４が位置するように設けた構成
であり、火炎の噴出方向下流側には、所定の空間が広が
っているため、燃焼装置７の下流側に所定の空間を必要
とするものについても、燃焼性を損なうこと無く適用で
きる。すなわち、この発明のボイラに使用する燃焼装置
７としては、前述のような燃焼装置７の下流側に燃料
（液体、並びに気体のものを含む）と燃焼用空気を混合
させるための空間や噴霧ノズルによって燃料（特に液体
燃料）を微粒化するための空間を必要とする先混合式
（拡散燃焼式ともいう）の切替専焼式燃焼装置の他、燃
焼装置の下流側からすぐに火炎の形成を行える予混合式
燃焼装置や、液体燃料を気化させて燃焼させる気化燃焼
式燃焼装置を組込んだものなど、各種の切替専焼式燃焼
装置を適用することができる。したがって、この発明に
係るボイラは、液体燃料と気体燃料とを択一的に切り替
えて使用することができるから、災害や事故などによ
り、気体燃料の供給網が遮断されても、液体燃料を使用
することにより、ボイラの運転が可能である。しかも、
前記のボイラ缶体の構成により、気体燃料を使用する場
合はもちろん、液体燃料を使用する場合も、低ＮＯx 、
低ＣＯ化を達成する。

【００４１】次に、この発明に係るボイラの第二実施例
について、図３を参照しながら説明する。尚、図３は、
この発明に係るボイラの第二実施例の縦断面構造を示す
説明図で、前記第一実施例と同様の構成部材には、同一
参照番号を附してその詳細説明を省略する。また、第二
実施例においては、水管の配置は前記第一実施例と同様
であるので、水管の配置を示す図面を省略してある。

【００４２】この第二実施例においては、前記上部管寄
せ２側の水管６の流通隙間３０を他の箇所より広く設定
している。すなわち、上部管寄せ２と第一環状伝熱部４
との接合部には前述のような耐火物１８を施工せず、ま
た、各箇所における水管６を絞り加工してあることによ
り、第一環状伝熱部４の燃焼装置７側における水管６間
の流通隙間３０を他の箇所より広く設定している。

【００４３】この構成により、燃焼装置７下流側の燃焼
ガス（火炎を含む。）を第二燃焼空間１２を介して、燃
焼装置７の根元部分に再度供給（再循環）するができ、
このことにより火炎温度が低下し、低ＮＯx 化を達成す
る。すなわち、このような燃焼ガスの流通過程におい
て、燃焼装置７からの燃焼ガスの主流は第一環状伝熱部
４内を流通するが、この際に、燃焼装置７の基部と第一
環状伝熱部４との間にはこの主流によって圧力低下が生
じており、そのため、第二燃焼空間１２内の燃焼ガスの
一部は第二燃焼空間１２の上方から第一燃焼空間１１内
の燃焼装置７近傍に循環する。したがって、燃焼火炎の
反応温度の上昇が抑制され、不要な温度上昇が阻止され
るため、サーマルＮＯx の発生が抑制される。この場合
には、前記第二燃焼空間１２によって燃焼ガスを缶体内
に留める時間を引き延ばし、特に未燃焼物の酸化反応を
惹起するほかに、燃焼ガスの再循環による作用によっ
て、有害排気物の低減が図れる。

【００４４】さらに、この第二実施例において、前記燃
焼装置７を、自己再循環機能を備えた所謂自己再循環式
の燃焼装置７とすることにより、前述の排ガスの再循環
機能を確実に発揮させることができ、さらに低ＮＯx 化
を達成することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係るボ
イラにおいては、前記第一環状伝熱部内側の第一燃焼空
間と第一環状伝熱部と第二環状伝熱部との間の第二燃焼
空間とを、第一環状伝熱部の流通隙間を介して連通し、
前記第一燃焼空間内に形成される火炎を第一環状伝熱部
の流通隙間から第二燃焼空間内に導入するから、火炎が
第一環状伝熱部の流通隙間を通って第二燃焼空間に移動
する際に、この第一環状伝熱部によって火炎の温度をサ
ーマルＮＯx の生成が少ない温度領域にまで急冷するこ
とができ、ＮＯx 排出量を大幅に低減できる。さらに、
前記第二燃焼空間内においては、前記急冷した火炎の温
度を所定の温度以上に保持することにより、ＣＯをＣＯ
₂に酸化することができるため、このＣＯについても排
出量を大幅に低減できることになる。したがって、この
発明に係るボイラによれば、前記のようなＮＯx やＣＯ
などの有害な燃焼排気物の生成を抑制でき、環境問題に
対応したクリーンな排ガスのボイラを提供できることに
なる。

【００４６】さらに、この発明に係るボイラによれば、
燃焼装置に近接させて第一環状伝熱部を設け、この第一
環状伝熱部によって燃焼装置の下流側に形成される燃焼
空間を２つに区画した構成となるため、従来のボイラの
ように燃焼装置の下流側に独立した広い燃焼室を設ける
ものに比べて水管の設置本数を増加することができ、こ
の点において熱回収量を高めることができる。このこと
は、同一の熱回収量であれば、小型化、省スペース化が
図れることを意味する。

【００４７】さらに、この発明に係るボイラは、液体燃
料と気体燃料とを択一的に切り替えて使用することがで
きるから、燃料供給の変化により、何れかの燃料の供給
が不可能となっても、他の燃料に切り替えることで運転
が可能であり、さらに気体燃料を使用する場合はもちろ
ん、液体燃料を使用する場合も、低ＮＯx 、低ＣＯ化を
達成する。すなわち、前述のように、災害や事故などに
より、気体燃料の供給網が遮断されても、液体燃料を使
用することでボイラの運転が可能である。

【００４８】さらに、この発明に係るボイラにおいて
は、燃焼ガスを缶体内で再循環させる構成であるため、
従来の独立した燃焼ガス再循環流路を備えたものに比べ
て燃焼ガスからの余計な放熱がなく、熱効率の低下を防
止することができる。

【００４９】また、燃焼ガスをボイラ内部において再循
環させることにより、燃焼装置側に供給する構成として
あるため、燃焼装置からの火炎に含まれる未燃焼部分は
加熱され、混合が促進されて均一な燃焼火炎を得ること
ができ、又、この際に、燃焼火炎中に燃焼ガスが供給さ
れるため、燃焼火炎の温度上昇が抑えられ、有害排気
物、特に、サーマルＮＯx の生成が抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るボイラの第一実施例の縦断面構
造を示す説明図である。

【図２】図１のII−II線に沿う断面を示す説明図であ
る。

【図３】この発明に係るボイラの第二実施例の縦断面構
造を示す説明図である。

【符号の説明】

４第一環状伝熱壁（第一環状伝熱部）５第二環状伝熱壁（第二環状伝熱部）６垂直水管（水管）７燃焼装置１１第一燃焼空間１２第二燃焼空間３０流通隙間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２つの環状伝熱部４，５を多
重に配置し、液体燃料と気体燃料とを択一的に切り替え
て使用する燃焼装置７を、最内周側の第一環状伝熱部４
の一方の開口端に、火炎の噴出方向が第一環状伝熱部４
の軸線方向とほぼ平行になるように設けて、前記第一環
状伝熱部４の内側を第一燃焼空間１１とし、前記第一環
状伝熱部４とその外側に位置する第二環状伝熱部５との
間を第二燃焼空間１２とし、前記第一環状伝熱部４を、
その中心方向に燃焼装置７に近接させて配置し、前記第
一環状伝熱部４の周面に第一環状伝熱部４の内外を連通
する流通隙間３０を形成して、この流通隙間３０を介し
て第一燃焼空間１１内の火炎を第二燃焼空間１２内に導
入するようにしたことを特徴とするボイラ。
【請求項２】内側と外側とを連通する流通隙間３０を
形成した第一環状伝熱部４と、第一環状伝熱部４の外側
に所定の間隔をおいて取り巻くように配置した第二環状
伝熱部５と、前記第一環状伝熱部４の軸方向の一方の開
口端に、第一環状伝熱部４内を臨ませて配置した、液体
燃料と気体燃料とを択一的に切り替えて使用する燃焼装
置７とを備え、前記第一環状伝熱部４は、前記燃焼装置
７から噴出する火炎内に位置するように、その中心方向
に近接させて配置したことを特徴とするボイラ。
【請求項３】前記第一環状伝熱部４の流通隙間３０か
ら第二環状伝熱部５に向けて噴出する火炎の温度を 800
度〜 1,300度となるように、燃焼装置７と第一環状伝熱
部４との間隔，および前記第一環状伝熱部４の流通隙間
３０を設定したことを特徴とする請求項１，又は請求項
２に記載のボイラ。
【請求項４】前記第一環状伝熱部４は、複数の水管６
を適宜の間隔をおいて環状に配置した水管列であること
を特徴とする請求項１，請求項２，又は請求項３に記載
のボイラ。
【請求項５】前記第一環状伝熱部４は、コイル状に巻
回してなる螺旋状水管であることを特徴とする請求項１
記載のボイラ。
【請求項６】前記第一環状伝熱部４と燃焼装置７との
間の隙間を、水管の外径の 0.1〜 2倍としたことを特徴
とする請求項４，又は請求項５に記載のボイラ。
【請求項７】前記第一環状伝熱部４の流通隙間３０
を、水管６の外径の 0.1〜 2倍としたことを特徴とする
請求項４，又は請求項５に記載のボイラ。
【請求項８】前記第一環状伝熱部４の流通隙間３０
を、前記燃焼装置７を取り付けた側を他より広く設定し
たことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記
載のボイラ。