JPS59500982A - 温水、熱湯または蒸気発生用のガス加熱また石油加熱ボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 温水、熱湯または蒸気発生用の ガス加熱また石油加熱ボイラ 発明の技術分野 本発明は種々寸法を変えた設計と構造にするとあらゆる応用分野の熱需要、即ち 家庭用のみならす公共および産業用の熱需要に応えられる温水、熱湯または蒸気 発生用のガス加熱また石油加熱のボイラに関する。

さらに詳しく述べると、本発明は任意適当な熱逓伝体、好ましくは水を移送する ため連続配置され、環状のスペーザスｌ−ＩＪツブによって一体保持された複数 本の環状リング管よりなる煙道により画成され囲繞された実質的に水平の円筒状 燃焼室を備えたボイラに関する。リング管の各々は燃焼室の下側にある分配室と 燃焼室の上側に配置さねだ捕集室とに接続されている。上記燃焼室の前端には公 知の燃焼装置、即ちガスバーナまたは石油バーナか配置され、この燃焼室の軸と ほぼ心合せされた棚を持つ火炎を有する。

上記の目的で、二つの基本形式のボイラ構造か広く用いられてきた。この基本形 式の第１形式は横ドラムボイラシステムと称せられることが多い。この横ドラム ボイラの容量範囲は機械的強度特性によって実質的に制限される。従って、大容 量ボイラに対して「スタッドチューブ壁ボイラ」と言われる第２基本形式のボイ ラの方がより多く使用されている。

（２） 公知の横ドラムボイラは多くの場合利点以上に欠点を有し、その主な機械的およ び発熱的欠点は次のこときである。

収水空間は実質的に大きな寸法の二重膜で囲繞されていて、この胴は円筒状ンエ ルリング、皿形鏡板およびほぼ平らな円板を壁の仕切板として構成されている。

増加する内部過圧と出方容量の増大とに対して実質的に肉厚の壁を用いることて 対処し維持てきる。必要な壁の厚さは・円筒状シェルリングの場合、内圧と直径 とに伴って直線的に増加するか、平らな壁仕切板の場合には増加はすっと漸進的 であって、出力容量の増加の可能性には限界があることは公知である。

壁の厚さか増加することは熱伝達率か小さくなることを意味する。従って、加熱 された壁面の表面温度は大幅に高くなる。

熱伝達特性か低下し表面温度が増加する結果、使用命数か失われる。

燃焼室には噴炎の軸に沿って不均一で不安定な熱負荷分布かあるので、ある表面 部分は過熱されるか、他の表面部分は最適熱負荷以下のままになる。

上記壁の厚い肉厚のために、ボイラ容量に評価される特種構造材トドの消費か比 較的高く、従って高い投下資本費とさらに技術的性質の欠点とを伴う材料の利用 は最適値をはるかに下回わる。

熱逓伝体の循環は、熱負荷と調和していない。燃焼室を出て対流加熱器に入る成 層流の煙道ガスかある。従って、（３） 煙道カスの温度は装置のある部域では許容値よりも高いが、他の部域では許容値 以下にあり、その結果発熱損が高くなり、腐蝕か増加することになる。

機械的強度の欠点はこの構造自体がら出てくる。燃焼室の不均等な熱負荷などの 発火基本条件は部分的には炉装置の特性の結果である。しがし、これら発火基本 条件はまた使用バーナの型式からもくる。同様な関係が熱の散逸に関しても存す る。

ここ僅か数年に開発さねた測定技術の改良によって燃焼室内の熱放射のエネルギ 分布をさらに正確に測定できるようになった。従って、加熱表面の不均等な熱負 荷の測定はそれ以前にはできなかった。このことが従来の構造のボイラては熱放 射エネルギの適正な利用が十分な注意を以て処置されなかった理由である。従っ て、この問題は該当形式の公知のボイラにおいては未解決である。赤外線放射範 囲で働く測定方法や装置の現在普及している利用によって燃、焼室内の熱分布を より精密に分析しその得た成果を産業的に利用する道が開けた。

最適な発火データおよび発熱データを示すボイラ構造は噴炎の軸を中心にして可 変で不均一な環状横断面をした燃焼室を使用することによってのみ設計できるこ とが発見された。この断面の直径は噴炎軸（こ沿った熱放射の変化と調和するこ とが必要である。この原理に基ついて、本当に最適な発熱および寿命特性を持っ ボイラが設計された。しがし、経験では、この新しい構造にも製造分野で欠点が ある（４） ことが判った。これらのボイラでは、その可変で不均一横断面のために、全ての 加熱面のほぼ均等な熱負荷が達成されてはいるが、在来の製造技術、装置および 工具を使用する製作者達は彼等の全体の技術や装置を変えたり更新することは複 雑すぎ費用がかかりすぎることに大きな不満を訴えている。

本発明の目的は不均等な燃焼室断面を有する新しく開発された公知のボイラが示 すような少なくとも均等な最適の発火特性および発熱特性を備えると共に公知構 造の叙上の欠点を持たない横ドラム型ボイラを提供することにある。

本発明の別のさらに特定の目的は燃焼室の均等な環状断面を有し、なお噴炎の軸 に沿って加熱面のほぼ均等な特定の熱負荷が達成され維持される横ドラム型の新 規な改良されたボイラ構造を提供することにある。

発明の開示 上記その他の目的は任意の適当な熱逓伝体、好ましくは水を移送するため連続に 配列された複数本の環状リング管で、かつ環状のスペーサス）　ＩＪツブにより 一体的に保持された管で実質的に横型の円筒状燃焼室の下側にある分配室とこの 燃焼室の上側に配置された捕収室とに各々が連結されている上記環状リング管よ りなる煙管により画成され囲繞された上記円筒状燃焼室を有する温水、熱湯また は蒸気発生用の新規な改良されたガス加熱または石油加熱のボイラを提供するこ とにより本発明で完全に達成された。上記においておこなわれた改良は上記環状 リング管の少なくとも若干は異なる内側断面を有すること、かつ（または）円筒 状燃焼室の軸に沿って一つの管から次の管へと径異なる不均一な間隔を有するよ うに連続して配列されていることにある。

燃焼室の周りにほぼ円筒状煙管を形成する環状リング管の内側横断面および（ま たは）この環状リング管間の隔離距離が燃焼室の軸に沿った熱放射または熱流束 密度の有効値と共にその寸法を変えるならば、それは有利であることが判明した 。上記において、燃焼室の軸は使用されるガスバーナまた石油バーナの噴炎の軸 と実質的に心合せされている。

組入れた加熱面のいずれもか過熱されるかまたは加熱不足とならないことが動作 の安全および信頼性の両方からまた使用命数を長くする上から要求されるので、 不均一な円筒状横断面の燃焼室の代りに、熱逓伝体循環のため内側横断面が少な くとも部分的に不均一なリング管とこれらリング管の間隔を少なくとも部分的に 不均一にした環状スペーサストリップとよりなるほぼ円筒状の煙管が設けられて いる。従って、循環する熱逓伝体の流れは燃焼室の軸、即ち噴炎の軸に沿って不 均等に分配される熱負荷と調和する。

より大きい熱負荷の区域では増大した内側横断面、即ち熱逓世体の増大した流量 用の直径を持つリング管にはこれらのチューブ間により小さくしたスペーサスト リップが設けられている。従って、燃焼室を形成する煙管の平均的円筒直径は定 値に保つことができようか、高い熱伝達の区域で（６） は同時に循環の増加による等しく高い熱伝達が用意される。

本発明のボイラは製作が容易で公知の構造に関係した種類の欠点は完全に除去さ れている。本ボイラのもう一つの有利な特徴は過圧を担持する全ての構成部品か 管であることである。この利点は実際に許容可能な過圧に耐えるためには比較的 肉薄の管で十分であることにある。出力容量の増加は管の肉厚をこぐ僅か増やせ はよいので可能である。

溶接した環状ストリップで一体保持された肉薄の環状リング管よりなる煙管は非 常に大きな熱伝達の改良をもたらす。

全ての加熱面に均一な温度が与えられ、これは熱逓伝体の温度を僅かに超えるに 過きない。この結果、動作の安全性かより高くなり、使用命数も延びる。さらに 、出力容量で評価した場合の本発明のボイラの特種構造材料の消費、重量、寸法 は非常に有利になる。

先きに述べたごとく、横ドラム型の公知のボイラての経験は温度の異なる煙道カ スは相互に混合する傾向のな１７）上下に平行の層よりなる成層流れの形式を持 って１７）ることを示している。この結果、腐蝕を早めるなどの欠点か生れる。

本発明によれば、燃焼室の後端に収縮部材を配置し、好ましくは燃焼室を形成す る煙管に横断開平らな楕円形の最終リング管を用いることによって上記収縮部材 を配置し、この収縮部材に、燃焼室の水平軸に対して約９０°の角度で煙道ガス の流れを偏向させるための横断面はぼＵ字形の回転室が後続するようにすること か提案されている。その結果、煙道ガスはほぼ直角に偏向または回転された後で カス流の（７） 通路に配置された対流加熱器を通過する。このため、煙道ガスの成層流れの形式 は強制的にほぼ混合される。従って、対流加熱器には温度が大きく相違すること かなくほぼ均一に分布した熱分を有する煙道ガス流か供給される。適正に調整さ れたバーナを用いると、対流加熱器を出る煙道ガスは露点以上で許容値付近にあ る温度を有する。これらのことは腐蝕の傾向を最少限にするためおよび高い熱効 率を得るための基本的条件である。

上記の条件はまた一方では熱逓伝体の温度に、他方では煙道ガスの通路に配置さ れる加熱器表面の温度に、大きく左右される。従って、温水または熱水の発生を 戻り管路内で１００℃以下の温度を有する熱逓伝体によりおこなう本発明のボイ ラの実施例では頂部か開いた横断面はぼＵ字形の回転室か提供される。さらにま た、対流加熱器はこれか対流加熱器の水管と先ず直列に接続され、次に捕集室に 接続された交さ流室間に位置するような方法で煙道ガス流の通路に配置されてい る。このようにして、煙道ガスは著しく低温の表面を通過しないので、露点に達 する可能性とこの結果として腐蝕を起す傾向とは大きく除去される。

さらに戻り管路内で測定した熱逓伝体の温度が１００℃以上となる熱水または蒸 気発生用の実施例において、本発明では底部分が開いたＵ字形断面の回転室が設 けられ、対流加熱器が下側の分配室に接続された交さ流室の下側の煙道ガス流の 通路に配置されている。

戻り管路で測定して１２０℃以上の温度の熱逓担体で蒸（８） 気発生をおこなうように設計された本発明のボイラの好ましき実施例では、この 構造は先きＩこ記載の構造と類似てあってよい。しかし、煙道ガス流の通路の対 流加熱器に続（追加の給水加熱器を配置することが有利なことか判明した。

而してこの給水加熱器を好ましくはボイラドラムの収水空間に接続すべきである 。

図面の簡単な説明 本発明の新規な構造の好ましき実施例を添付の図面を参考に例としてのみ以下に 説明する。

第１図は本発明の温水発生用ボイラの水平の縦断面図、第２図は上記ボイラの第 １図におけるＡ−Ａ線に沿った断面図、第３図は第１図に示したＢ−Ｂ線に沿っ た上記ボイラの断面図、第４図は本発明の蒸気発生用ボイラの別の好ましき実施 例の水平の縦断面図、第５図はボイラドラムを加えて概略的に示した第４図のＣ −Ｃ（ｄｐに沿った蒸気発生用の上記ボイラの断面図である。

発明の実施態様 第１図乃至第３図に示すごとく、本発明の温水発生用ボイラの好ましき実施例は その横型の実質的には円筒状の燃焼室の周りに煙管１を有する。煙管１は環状の スペーサストリップ３により一体的に保持された複数本の連続配置されたリング 管２よりなる。リング管の内径従って内側面、並ひに環状スペーサストリップ３ の幅、即ち平列配置の各リング管２間の隔離距離には（少なくとも部分的には） 煙管１の軸に沿って測定するき差がある。上記横断面および（または）隔離距離 は熱放射および（または）熱流束密度の期待値ｔこ依存し、これと適正に調和す るように変化する。

この両者の期待値は煙管１の軸と実質的に心合せられた噴炎の軸に沿って変化可 能である。煙管１の前端には可変用の環状フランジ５を有することによってガス 作動または石油作動のバーナ用支持体をも形成する前ドア４が設けられている。

煙管１の後端には好ましくはリング管製の収縮部材６がほぼ楕円形断面となるよ うに平らにすることによって配置されている。煙管１即ちリンク管２に対して縮 径の複数本のリング管２よりなる収縮部材６はまた他の実施例にも用いられるこ とは明白である。収縮部材６には煙管】の水平軸に対し約９００の角度上方へ流 路をそらせることにより成層煙道ガス流用の混合室の役目をする横断面Ｕ字形の 回転室７か続く。回転室７はプレートストリップにより一体保持されたＵ字形水 管８よりなる。収縮部材６に面する回転室の閉じられた端には掃除用の、また要 すれば点検用にもなるドア９が設けられている。

煙管のリング管２は煙管１の下側に配置された分配室１１にチューブスタブ１ｏ により、また煙管ｌの上側にある収集室１８へはチューブスタブ１７により、そ れぞれ接続されている。収集室１８は一方が他方の上側に配置された二つの部分 よりなる前側の交さ流室１２の底部分１２ｇに接続されている。上記前側交さ流 室１２は水平に配置された継手管１３により後側の交さ流室１４に接続されてい て、この後側受さ流室】４はまた相互Ｉこ接続された部分以外は（１０） 二つの部分よりなる。収縮部材６を形成するリング管はさらに交さ流室１２の底 部分１２＆に接続されているが、最終のＵ字形水管８を除く全ての水管の両方の 上方へ延びる脚は継手管１３に接続されている。上記最終水管８の二本の脚は後 側の交さ流室１４の底部１４ａに直接に接続されている。交さ流室１４および１ ２の上側部分１４ｂおよび１２ｂはそれぞれフランジ付きの水管１５により相互 に接続され、この組立てにより出てゆく煙道ガス流が逓伝する熱の残りを利用す るための対流加熱器１６が提供される。

捕集室１８から出て対流加熱器１６に配置された管および管路を通ってきたばか りの熱逓伝体の温度はシステム全体内で測れる最高の温度値（こ近いので煙道ガ スは容易にかつ迅速に腐蝕を起す露点以下には冷却しない。特ｌこ大容量ボイラ にもつと大きい直径の水管１５を備える場合、フランジのない水管を備えること か有利になった。ボイラ内で既に加熱された水はさらに利用されるためにスタブ １９を経て前側交さ流室１２の上側部分１２ｂを出てゆくか煙道カスは対流加熱 器１６を通過！、１−から上記システムを煙道スタブ２０を通って出てゆく。

第４図および第５図は本発明のポーラの別の好ましき実施例を示す。この実施例 は特に蒸気発生用に設計されている。しかし、この実施例の主構造は第１図乃至 第３図に関連して図示説明の実施例の主構造と全く類似している。相違点の一つ は蒸気発生用ボイラはボイラドラム２１を備えている仁とである。別の相違点と しては、後者の回転室７（１１） はそのＵ字形断面か１８０°回転して底部に開いた部分を有するように配置され ている。これは蒸気ボイラでは出てゆく煙道ガスは温水発生用ボイラの場合の出 てゆく煙道ガスよりすっと熱いからである。従って、効率をよくし熱損失を小さ くするためには煙道ガスは低温の熱逓伝体と接触させられる必要がある。従って 、前側の交さ流室１２は分配室１１に接続され、従って交さ流室Ｊ４は両継手管 １３と共に底に配置されている。交さ流室１２および１４は両方とも一区画の室 たけで、両室の後側というよりもむしろ下側と言った方がよい位置に配置された 対流加熱器】６へは接続されていない。その代り、対流加熱器１６は戻り管路２ ２および送り管路２３を介してボイラドラム２１に接続され、ドラム２１はまた 送り管２５を介して捕集室１８と接続し、戻り管路２４を介して分配室１１と接 続している。

ここで蒸気ボイラの一部である対流加熱器は径管を煙管１の（水平）軸に対して 少なくとも１５°角傾斜させておくように配置されている。

出てゆく煙道ガスの残りの熱分を利用するために、対流加熱器］６に類似の構造 を持つ給水加熱器が加熱器１６の下側に配置されている。水は給水槽（図示せず ）からポンプにより上記給水加熱器へ導入される。ここから予加熱された給水は ボイラドラム２１の底部分に有孔端を連結させた管を介してボイラドラム２１の 収水空間内へ導入される。

４　特表昭５９−５０１１９８２　（５）手続補正書（文武ジ 昭和♂７年９り／Ｉ日１ 特許庁ゝ　官　若杉和夫　殿 ｉ ３、補正をする者 事件との関係　ｈ　九譬に１ｚ　／、 （）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、任意適当な熱逓伝体、好ましくは水を移送するため連続配置されて環状のス ペーサス）　ＩＪツブ（３）によって一体保持された複数本の環状リング管（２ ）よりなる煙管（１）により画成され囲繞されたほぼ水平の円筒状燃焼室を備え 、上記リング管（２）の各々か燃焼室の下側にある分配室と燃焼室の上側に配置 された捕集室とに接続されている温水、熱水または蒸気発生用ガス加熱または石 油加熱ボイラにおいて、上側横断面を有することおよび（または）上記円筒状燃 焼室の軸に沿って一方から次へと異なる不均一な間隔距離を有するように連続し て配置されていることを特徴とするガス加熱または石油加熱ボイラ。 ２、前記環状リング管＋２１の内側横断面および（または）各リンク間の間隔距 離か円筒状燃焼室の軸に沿った放射または熱流速密度の有効値と共ｌこ直線的Ｉ こ変化する寸法を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のボイラ。 ３　前記燃焼室を囲繞する煙管が後端Ｉこ配置した収縮部材（６）を有し、該収 縮部材（６）には煙道ガス流の主方向を円筒状燃焼室の軸に対しほぼ９０°の角 度偏向するための回転室（７１か後続し、該回転室（７）がＵ字形水管（８）に より画成されたははＵ字形横断面を有し、該水管８が交さ流室（１２，１４）間 に配置され水平（こ配置された各継手管（１３）に接続され、前記ボイラか偏向 された煙道ガス流の通路に対流加熱器をさらに有し、該対流加熱器（１６）が複 数本の平行する水管（１５）を有することを特徴とする請求の範囲第１４、　戻 り管路内で測定した熱逓伝体の温度が１００℃の数値を超えない温水または熱水 発生用のボイラが頂部が開いたほぼＵ字形横断面の回転室（７１を有することと 、前記ボイラか交さ流室（’１２．１４）と直列に接続された水管（１５）より なる対流加熱器（１６）を有し、上記交さ流室はまた前記捕集室（ＩＳ）ｔこ接 続され、上記対流加熱器（１６）か上記交さ流室（１２，１４）間の煙道ガス流 の通路に配置されていることを特徴とする請求の範囲第３項に記載のボイラ。 ５　対流加熱器（１６）の前記水管（１５）の各々か円筒状燃焼室の軸と平行に 配置されたことを特徴とする請求の範囲第４項に記載のボイラ。 ６　戻り管路内で測定した熱逓伝体の温度か少なくとも１００″Ｃの数値を有す る熱水または蒸気発生用のボイラか底部か開いたははＵ字形横断面の回転室＋７ １を有することと、前記ボイラか分配室（１１）に接続された交さ流室（１２゜ １４）の下側に配置された対流加熱器（１６）を有し、該対流加熱器（１６）か 煙道ガス流の通路内ｌこ配置されボイラドラム（２１）と直列に接続された別の 熱逓伝体の循環を有することを特徴とする請求の範囲第３項に記載のボイラ。 ７　戻り管路内で測定した熱逓伝体の温度が少なくとも１２０℃の数値を有する 蒸気発生用ボイラが煙道ガス流の通路内の対流加熱器（１６）に続く追加の給水 加熱器を有（１４） し、該給水加熱器かボイラドラム（２１）の収水空間へ接続されていることを特 徴とする請求の範囲第６項に記載のボイラ。 ８　前記対流加熱器（１６）が円筒状燃焼室の軸に対して少なくとも１５°の角 度実質的に傾斜して配置されたことを特徴とする請求の範囲第３項乃至第７項に 記載のボイラ。 ９　前記ボイラドラム（２１）か戻り管路（２２，２４）を介して分配室（１１ ）へ接続された収水空間を有しがっＭｉ＋記ボイラドラム（２１）か上側空間（ 蒸気空間）を有し、該」二側空間か次いて流出管路（２３，２５）を介して捕集 室（１８）に接続されていることを特徴とする請求の範囲第６項乃至第８項のう ちのいずれかに記載のボイラ。 １０　燃焼室の後端に収縮部材（６）を有し、該収縮部材ｉ６＋が横断開平らな 楕円形をしたリング管よりなり、前記回転室（７）内へ煙道カス流を入れる入口 を形成していることを特徴とする請求の範囲前記第】順乃至第９項のうちいずれ かに記載のボイラ。