JPH10300002A - 水管ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 伝熱面を効果的に配置することにより、伝熱
面積を増やすことなく伝熱効率を向上させる。 【解決手段】 上部管寄せと下部管寄せとを連通する水
管３を環状に配列して構成した水管列４の内側を燃焼室
５となし、この燃焼室５内の燃焼ガスを煙道７から排出
するようにした水管ボイラにおいて、水管３を環状に配
列して構成した第１の水管列４の一部分に対向するよう
に、水管を半環状に配列して第２の水管列１０を配置
し、この第２の水管列１０と第１の水管列４との間に燃
焼室５から煙道７に延びる燃焼ガス通路１１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、上部管寄せと下部
管寄せとを多数の水管で連通した構造の水管ボイラに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６及び図７は、従来のこの種の水管ボ
イラの一般的な構造を示す図で、図６は縦断面図、図７
は横断面図である。

【０００３】同図に示すように、共に環状の上部管寄せ
１と下部管寄せ２とが所定の間隔を置いて上下に配置さ
れ、この上部管寄せ１と下部管寄せ２は、垂直方向に延
びる多数の水管３で連通されている。この水管３は、所
定のピッチで互いに離間した状態で環状に配列されて水
管列４が構成され、この水管列４の内側が燃焼室５とな
るようになっている。そして、燃焼室５の上端面には、
燃焼装置としてのバーナ６が装備され、水管列４の外側
を煙道７を設けたケーシング８で囲むことによって水管
列４とケーシング８との間に燃焼ガス通路１１が形成さ
れている。これにより、バーナ６の燃焼ガスで水管３内
の水を加熱し、上部管寄せ１から蒸気として取り出すよ
うに構成されている。

【０００４】このように、水管３を環状に配列して水管
列４を構成し、この水管列４の内部を燃焼室５とするこ
とにより、バーナ６等の加熱手段の燃焼効率を良くする
ことができる。

【０００５】ここに、一般に水管３と燃焼ガスとの熱交
換は、燃焼ガスの流れ方向と水管３の軸心とが互いに直
交する状態の方が両者が平行ないし斜交する状態より良
好に行われることが知られている。これは、直交する状
態の方が燃焼ガスの流れによって水管３の背後に渦が形
成されやすく、乱流による熱伝達率の向上が図られるか
らである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、係る構
造の従来の水管ボイラにあっては、バーナの燃焼ガスが
水管の軸心と平行に噴出されるので、水管と水管との隙
間を通る燃焼ガスは、水管の軸心と斜交した状態で伝熱
を行い、燃焼ガス通路を通って煙道から排出されてしま
い、このため、必ずしも十分な熱伝達効率を得ることが
できないという問題点があった。

【０００７】しかも、熱伝達率を向上させるには、燃焼
ガスの速度を上げることが効果的であるが、従来の水管
ボイラにあっては、水管と水管との隙間にすすが詰まっ
たり、燃焼ガスの結露によって錆が発生してしまう等の
問題があって、水管と水管との間の隙間を限られた範囲
以上に狭くすることができない。またこの隙間は、環状
の水管列の全周に多数設けられているため、水管と水管
の隙間を流れる燃焼ガスの流速をより高速とすることが
できずに熱伝達効率の向上には一定の限界があるのが現
状であった。

【０００８】本発明は上述の事情に鑑みてなされたもの
で、ボイラの水管列を効果的に配置することにより、伝
熱面積を増やすことなく伝熱効率を向上させることがで
きるようにした水管ボイラを提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明
は、上部管寄せと下部管寄せとを連通する水管を環状に
配列して構成した水管列の内側を燃焼室となし、この燃
焼室内の燃焼ガスを煙道から排出するようにした水管ボ
イラにおいて、前記水管を環状に配列して構成した第１
の水管列の一部分に対向するように、水管を半環状に配
列して第２の水管列を配置し、この第２の水管列と前記
第１の水管列との間に前記燃焼室から煙道に延びる燃焼
ガス通路を形成したことを特徴とする水管ボイラであ
る。

【００１０】このように構成することにより、燃焼室内
で燃焼した燃焼ガスは、環状の第１の水管列と半環状の
第２の水管列との間の燃焼ガス通路を流れ、この燃焼ガ
ス通路内では、燃焼ガスの流れ方向と水管の軸心とが互
いに直交しているため、効果的な伝熱を行って熱伝達効
率を向上させることができる。

【００１１】請求項２に記載の発明は、前記第１の水管
列を構成する水管と第２の水管列を構成する水管とを互
いに円周方向に半ピッチ角ずれるように配列したことを
特徴とする請求項１記載の水管ボイラである。このよう
に構成することにより、第１の水管列の円形の水管と、
第２の水管列の円形の水管とが互い違いに配置されるの
で、燃焼ガス通路をジグザグに狭く且つ長く形成するこ
とができる。これにより、更に、熱伝達効率を向上させ
ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
乃至図５に基づいて説明する。図１及び図２は、本発明
の第１の実施の形態の水管ボイラの構造を示す図で、図
１は横断面図、図２は縦断面図である。

【００１３】同図に示すように、共に環状に形成された
上部管寄せ１と下部管寄せ２とが上下に所定の間隔を置
いて配置され、これら上部管寄せ１と下部管寄せ２とは
多数の水管３で連結されている。ここに、多数の水管３
が互いに密接して環状に配列されて第１の水管列４が構
成されている。この環状の水管列４の管壁の内側が燃焼
室５となっているとともに、上部管寄せ１の内側には、
燃焼室５に向けて燃焼装置としての火炎を形成するバー
ナ６が設けられている。

【００１４】また、前記環状の第１の水管列４の外側に
は、半環状に水管３が互いに密接して配列されて第２の
水管列１０が構成され、この第２の水管列１０の管壁と
前記環状の水管列４の管壁との間に燃焼ガス通路１１が
形成されている。更に、半環状の第２の水管列１０の管
壁の外側及び環状の第１の水管列４の半環状の水管列１
０がない部分の管壁の外側には、その一端に煙道７を有
するケーシング８が設けられ、その外側には断熱材１２
が設けられている。

【００１５】そして、半環状の第２の水管列１０とこれ
に対向する環状の第１の水管列４との間の燃焼ガス通路
１１には、燃焼室５と燃焼ガス通路１１とを連通させる
開口部１３が、その煙道７側には、燃焼ガス通路１１と
煙道７とを連通させる開口部１４がそれぞれ設けられて
いる。これによって、燃焼ガスは、開口部１３から燃焼
ガス通路１１内に流入して該通路１１に沿って流れた
後、開口部１４を通過して煙道７に導かれるようになっ
ている。

【００１６】ここに、この実施の形態において、環状の
水管列４は、半径ＤＰ１，ＤＰ２の異なった半径で水管
３を配列することによって構成され、半環状の第２の水
管列１０は、半径ＤＰ３で水管３を配列することによっ
て構成されているが、この水管列４の一方の径ＤＰ１
は、他方の径ＤＰ２と第２の水管列１０の半径ＤＰ３と
の間の任意の値に設定することができる。

【００１７】次に上記構造の水管ボイラの作用について
説明する。燃焼室５で燃焼した燃焼ガスは、環状の第１
の水管列４と半環状の第２の水管列１０の水管壁間に設
けられた開口部１３を通って燃焼ガス通路１１に達した
後、水管列４を構成する水管３及び半環状の第２の水管
列１０を構成する水管３との間で熱交換して、環状の第
１の水管列４と半環状の第２の水管列１０間に設けられ
た開口部１４から煙道７へ向かう。このように、燃焼ガ
ス通路９内においては、燃焼ガスが水管３の軸心と直交
する方向に流れて熱交換を行い、これにより、熱伝達効
率の向上を図ることができる。

【００１８】図３は本発明の第２の実施の形態の水管ボ
イラの構造を示す図で、この実施の形態の前記第１の実
施の形態と異なる点は、水管３を所定間隔離間させて半
環状に配列するとともに、各水管３をフィン１５で連結
して第２の水管列１０ａを構成するとともに、この第２
の水管列１０ａを構成する水管３と環状の水管列４を構
成する水管３とを互いに周方向に略半ピッチずつずらし
て配列した点である。

【００１９】このように互いに対向する水管列の水管を
略半ピッチずらして配列することで、円形の水管を互い
違いに配列することができる。即ち、水管が密に接触し
て形成された第１の水管列４の水管間の凹部に第２の水
管列の水管を配置することができる。これにより、燃焼
通路をジグザグに等価的に狭く且つ長く取ることができ
るので、熱伝達効率を更に高めることができる。

【００２０】図４は、本発明の第３の実施の形態の水管
ボイラの構造を示す図で、この実施の形態の前記第２の
実施の形態と異なる点は、水管３を所定間隔離間させて
環状に配列するとともに、各水管３をフィン１６で連結
して水管列４ａを構成した点である。この実施の状態に
おいても第２の実施の形態と同様に、対向する水管列の
水管を半ピッチずらすことで、熱伝達効率を高めること
ができる。

【００２１】図５は、本発明の第４の実施の形態の水管
ボイラの構造を示す図で、この実施の形態の前記第１の
実施の形態と異なる点は、第２の水管列１０の内側に位
置する水管３ａとして小口径のものを使用し、この小口
径の水管３ａと大口径の水管３を環状に密着させつつ配
列しての環状の水管列４ｂを構成した点である。係る構
造においても、燃焼ガス通路１１を等価的に狭く且つ長
く取ることができるので、等価的な伝熱面積を広げ、伝
熱効率を良好なものとすることができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
環状の第１の水管列の一部分に対向する半環状の第２の
水管列を配置して、両水管列の間に燃焼ガス通路を形成
することにより、熱伝達効率の向上を図り、これによっ
て、等価的な伝熱面積を増やすことができ、ボイラ効率
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の水管ボイラを示す
横断面図である。

【図２】同じく、縦断面図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態の水管ボイラを示す
横断面図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態の水管ボイラを示す
横断面図である。

【図５】本発明の第４の実施の形態の水管ボイラを示す
横断面図である。

【図６】従来の水管ボイラを示す縦断面図である。

【図７】同じく、横断面図である。

【符号の説明】

１ 上部管寄せ ２ 下部管寄せ ３，３ａ 水管 ４，４ａ，４ｂ 水管列 ５ 燃焼室 １０，１０ａ 第２の水管列 １１ 燃焼ガス通路 １３，１４ 開口部 １５，１６ フィン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部管寄せと下部管寄せとを連通する水
   管を環状に配列して構成した水管列の内側を燃焼室とな
   し、この燃焼室内の燃焼ガスを煙道から排出するように
   した水管ボイラにおいて、 前記水管を環状に配列して構成した第１の水管列の一部
   分に対向するように、水管を半環状に配列して第２の水
   管列を配置し、この第２の水管列と前記第１の水管列と
   の間に前記燃焼室から煙道に延びる燃焼ガス通路を形成
   したことを特徴とする水管ボイラ。
2. 【請求項２】 前記第１の水管列を構成する水管と第２
   の水管列を構成する水管とを互いに円周方向に半ピッチ
   角ずれるように配列したことを特徴とする請求項１記載
   の水管ボイラ。