JP4165097B2 - 水管ボイラ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、貫流ボイラ,自然循環式水管ボイラ,強制循環式水管ボイラなどの水管ボイラの缶体構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
水管ボイラの缶体構造には、複数本の水管を環状に配置して内側水管列を形成し、この内側水管列の内側を燃焼室とし、前記内側水管列の外側にさらに複数本の水管を環状に配置して外側水管列を形成し、両水管列の間にガス通路を形成したものがある。前記燃焼室内では主に輻射による伝熱が行われ、前記ガス通路では主に対流による伝熱が行われる。
【0003】
前記水管ボイラでは、ボイラ効率の向上を図るために、前記水管に伝熱フィンを設けて伝熱面積を増大させる対策が実施されている。具体的には、前記外側水管列に設けた開口部近傍の所定本数の外側水管に全周フィンを設けて、ボイラ効率の向上を図っているものがある(たとえば、特開平9−133301号公報参照)。しかし、前記ガス通路に面している伝熱面のうち、前記外側水管列の一部の伝熱面構造しか改善がなされていない。すなわち、前記伝熱面の構造が、前記外側水管列の開口部近傍とそれより上流側の2段階に設定されたものに過ぎない。しかも、前記全周フィンを設けた水管は、前記全周フィンの焼損を防止するために、ガス温度が所定温度以下に低下した領域に設けられるが、この領域は、前記ガス通路全体からすると下流側のごく限られた領域である。したがって、伝熱量の増加が充分に図られたものとはなっていない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題は、ガス通路に面する伝熱面を全体的に改善して,すなわち伝熱面構造を3段階とし、ボイラ効率のさらなる向上を図るとともに、缶体全体のスリム化を図ることである。
【0005】
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、複数の水管により構成され、第一開口部を備えた環状の第一水管列と、複数の水管により構成され、前記第一開口部に対して約180度反対側に設けられる第二開口部を備えた環状の第二水管列とからなり、前記第一水管列の外側に前記第二水管列を配置するとともに、前記第一水管列の内側に燃焼室7を設け、前記燃焼室を出たガスが前記第一開口部で分岐して前記第二開口部において合流するように前記両水管列の間に前記第一開口部から前記第二開口部へ至るガス通路を対流伝熱流路として形成した水管ボイラにおいて、前記ガス通路に面する前記両水管列の伝熱面をガスの流れに沿って上流側から高温域伝熱面構造、中温域伝熱面構造および低温域伝熱面構造とし、前記高温域伝熱面構造は、前記両水管列をフィン無し水管による水管壁構造とし、前記中温域伝熱面構造は、前記第一水管列および前記第二水管列を複数の片側フィン付水管による水管壁構造とし、前記低温域伝熱面構造は、前記第一水管列を互いに縦ヒレ部材にて連結した複数のフィン無し水管による水管壁構造とし、前記第二水管列を前記第一水管列の各水管と周方向にほぼ半ピッチずつずらすとともに、内側となる前記第一水管列側が前記フィン無し水管にほぼ接触するように配置した複数の全周フィン付水管から構成し、前記第一水管列と反対側となる前記全周フィン付水管の外側には、ガイド部材がほぼ密着した状態で配置され、このガイド部材は、一端が前記中温域伝熱面構造の第二水管列に連結され他端が前記第二開口部の一端を画成して、前記高温域伝熱面構造の第二水管列および前記中温域伝熱面構造の第二水管列とで前記ガス通路のガス通路壁を構成し、前記高温域伝熱面構造、前記中温域伝熱面構造および前記低温域伝熱面構造におけるガス通路のガス温度をそれぞれ約900℃〜約1300℃,約500℃〜約900℃,約500℃以下とし、前記高温域伝熱面構造の第二水管列,前記中温域伝熱面構造の第二水管列および前記ガイド部材の外側に断熱材を設けたことを特徴としている。
【0006】
請求項2に記載の発明は、複数の水管3により構成され、第一開口部5を備えた環状の第一水管列4と、複数の水管3により構成され、第二開口部10を備えた環状の第二水管列9とからなり、前記第一水管列4の外側に前記第二水管列9を配置するとともに、前記第一水管列4の内側に燃焼室7を設け、前記両水管列4,9の間に前記第一開口部5から前記第二開口部10へ至るガス通路12を対流伝熱流路として形成し、このガス通路12に面する前記両水管列4,9の伝熱面をガスの流れに沿って上流側から高温域伝熱面構造,中温域伝熱面構造および低温域伝熱面構造とし、前記高温域伝熱面構造は、前記両水管列4,9をフィン無し水管Aによる水管壁構造とし、前記中温域伝熱面構造は、少なくとも前記第二水管列9を片側フィン付水管Bによる水管壁構造とし、前記低温域伝熱面構造は、前記第一水管列4を片側フィン付水管Bによる水管壁構造とするとともに、前記第二水管列9を全周フィン付水管Cを互いに所定の間隔をおいて配置した構造としたことを特徴としている。
【0007】
さらに、請求項3に記載の発明は、前記低温域伝熱面構造を構成する前記片側フィン付水管Bが、その軸方向に沿って延在した状態で設けられた第三伝熱フィン20をもって構成されており、この第三伝熱フィン20が前記全周フィン付水管C間へ突出していることを特徴としている。
【0009】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明は、多管式の水管ボイラとして実施され、蒸気ボイラや温水ボイラのほか、熱媒を加熱する熱媒ボイラなどに適用される。
【0010】
複数の水管により環状の第一水管列が形成され、この第一水管列の内側に燃焼室が設けられている。前記第一水管列の外側に、複数の水管により環状の第二水管列が形成され、この第二水管列と前記第一水管列との間にガス通路が設けられている。前記第一水管列には第一開口部が設けられ、この第一開口部により前記燃焼室と前記ガス通路とが連通している。前記第二水管列には第二開口部が設けられ、この第二開口部により前記ガス通路と煙道とが連通している。
【0011】
前記ガス通路は、ガスの流れに沿って上流側から順に、ガス温度に応じて高温域,中温域および低温域に区分され、前記ガス通路に面する伝熱面は、前記各温度域に対応して高温域伝熱面構造,中温域伝熱面構造および低温域伝熱面構造がそれぞれ設定されている。これらの各伝熱面構造は、ガス温度に応じて、前記各水管の熱負荷,前記ガス通路の流通抵抗,前記各水管に設けた伝熱フィンの焼損等を考慮した上で最大の伝熱量を得ることができるように、最適の伝熱面構造がそれぞれ設定されている。すなわち、前記高温域伝熱面構造は、前記両水管列が複数のフィン無し水管による水管壁構造に設定され、前記中温域伝熱面構造は、少なくとも前記第二水管列が複数の片側フィン付水管による水管壁構造に設定され、前記低温域伝熱面構造は、前記第一水管列が複数のフィン無し水管による水管壁構造に設定され、前記第二水管列が複数の全周フィン付水管を互いに所定の間隔をおいて配置した構造に設定されている。
【0012】
まず、前記高温域伝熱面構造について説明する。前記高温域を流れるガスは比較的高温のため、前記高温域伝熱面構造は、前記両水管列とも伝熱フィンを設けないフィン無し水管とし、水管の熱負荷が高くなり過ぎないようにしている。水管の熱負荷が高くなり過ぎないため、スケールが付着しにくく、前記水管の焼損が確実に防止される。
【0013】
つぎに、前記中温域伝熱面構造について説明する。前記中温域は、前記高温域における伝熱によりガス温度が低下し、それに伴う体積の減少によりガス流速が低下し、その分伝熱量が減少する。そこで、前記中温域伝熱面構造は、前記水管の片側(前記ガス通路側)に伝熱フィンを設けて水管1本当たりの伝熱面積を増大させ、伝熱量を増加させている。前記中温域伝熱面構造は、少なくとも前記第二水管列が前記片側フィン付水管で構成されるが、前記両水管列を前記片側フィン付水管で構成すると、前記中温域における伝熱量がより増加する。
【0014】
ここにおいて、前記中温域伝熱面構造における前記伝熱フィンは、前記水管の周壁から前記ガス通路へ向けて突出する横ヒレ形状とし、平板状のフィン部材をほぼ水平にかつ前記水管の軸方向に多段状に設けた構成とする。前記伝熱フィンを横ヒレ形状にすると、ガスの流通抵抗が増大せず、圧力損失の少ない缶体構造とすることができる。また、前記伝熱フィンは、前記水管の軸方向に亘って延在する縦ヒレ形状とすることもでき、たとえば平板状,棒状あるいは断面略L字形状等のフィン部材を前記水管の軸方向に沿って設けた構成とすることもできる。
【0015】
したがって、前記中温域伝熱面構造が、前記片側フィン付水管で構成されているので、前記中温域におけるガス温度の低下度合いが大きくなる。これにより、前記中温域の下流側におけるガス温度が、前記低温域おける前記全周フィン付水管の伝熱フィンが焼損しない温度まで確実に低下する。また、ガス温度がより上流位置で前記低温域の設定ガス温度まで低下するので、前記中温域における水管本数を減らして、前記中温域における前記ガス通路の長さを短くすることができる。
【0016】
さらに、前記低温域伝熱面構造について説明する。前記低温域は、前記中温域よりさらにガス温度が低下しているため、前記低温域伝熱面構造は、前記第二水管列を前記全周フィン付水管として、水管1本当たりの伝熱面積をさらに増大させている。また、前記低温域では、前記第二水管列が前記ガス通路内に挿入された構成となり、ガスが前記第二水管列の内外両側を流れ、水管の周壁全体にガスが接触して伝熱が行われることにより、伝熱量が大幅に増加する。
【0017】
ここにおいて、前記全周フィン付水管の伝熱フィンは、帯状のフィン部材を前記水管の周壁にスパイラル状に巻き付けた構成とする。また、前記伝熱フィンは、複数の円板状のフィン部材をそれぞれ分離させて前記水管の軸方向に多段状に設けた構成とすることもできる。さらに、前記伝熱フィンは、周方向に複数個に分割したフィン部材を前記水管の軸方向に多段状に設けた構成とすることもできる。
【0018】
また、前記低温域伝熱面構造を構成する前記第一水管列は、前記フィン無し水管による水管壁構造に代えて片側フィン付水管による水管壁構造とすることもできる。この片側フィン付水管の伝熱フィンは、前記縦ヒレ形状とし、たとえば平板状,棒状あるいは断面略L字形状等のフィン部材を、前記水管の軸方向に沿って延在した状態で設けた構成とする。前記伝熱フィンは、前記第二水管列の前記全周フィン付水管間へ向けて突出して設けられ、前記全周フィン付水管間にガスが滞留するのを防止する乱流促進部材としても作用する。また、前記伝熱フィンは、前記横ヒレ形状とすることもでき、平板状のフィン部材をほぼ水平にかつ前記水管の軸方向に多段状に設けた構成とすることもできる。
【0019】
以上のように、前記3段階の伝熱面構造によれば、前記ガス通路に面する伝熱面構造を全体的に工夫したものであり、前記ガス通路に面する伝熱面をガス温度に応じて最適の伝熱面構造とすることができ、ボイラ効率を格段に向上させることができる。また、前記中温域伝熱面構造を設けることにより、ガス温度をより上流位置で低下させることができ、伝熱量の増加に対して効果の大きい前記低温域伝熱面構造をより上流位置を始点として設けることができる。さらに、同じ蒸発量の缶体と比較して、水管本数を減らすことができるので、缶体の外径をより小さくしてスリムな缶体とすることができる。
【0020】
【実施例】
以下、この発明を多管式の貫流ボイラに適用した実施例について、図面を参照しながら説明する。
【0021】
まず、図1および図2に示す第一実施例について説明する。図1は、この発明の第一実施例における縦断面説明図であり、図2は、図1のII−II線に沿う横断面説明図である。
【0022】
最初にボイラの缶体構成について説明すると、ボイラの缶体は、所定の距離を離して配置された上部管寄せ1および下部管寄せ2を備えている。これらの上部管寄せ1および下部管寄せ2の間には、複数の水管3,3,…が環状に配置されている。これらの各水管3は、水管壁構造をした環状の第一水管列4を形成し、前記各水管3の上下端部は、前記上部管寄せ1および前記下部管寄せ2にそれぞれ接続されている。前記第一水管列4は、その一部に第一開口部5を備えている。前記各水管3は、前記第一開口部5を除いて、密接された状態または第一縦ヒレ部材6,6,…によりそれぞれ連結されている。
【0023】
前記第一水管列4の内側には、燃焼室7が設けられている。この燃焼室7の上方には、バーナ8が取り付けられている。このバーナ8は、前記上部管寄せ1の内方中央部から前記燃焼室7へ向けて挿入されている。また、前記バーナ8は、送風機(図示省略)を備えている。
【0024】
前記第一水管列4の外側には、複数の水管3,3,…が環状に配置されている。これらの各水管3は、環状の第二水管列9を形成し、前記各水管3の上下端部は、前記上部管寄せ1および前記下部管寄せ2にそれぞれ接続されている。前記第二水管列9は、その一部に第二開口部10を備えている。この第二開口部10は、前記第一水管列4の前記第一開口部5に対して約180度反対側に設けられている。前記各水管3間には、前記第二開口部10および前記第二開口部10から所定距離上流側の範囲を除いて、第二縦ヒレ部材11,11,…が設けられ、前記各水管3は前記各第二縦ヒレ部材11でそれぞれ連結されている。前記第一水管列4の各水管3と前記第二水管列9の各水管3とは、周方向にほぼ半ピッチずつずらした状態で配置されている。
【0025】
前記第一水管列4と前記第二水管列9との間には、前記第一開口部5から前記第二開口部10へ至るガス通路12,12が設けられている。この両ガス通路12は、前記第一開口部5を介して前記燃焼室7と連通し、前記第二開口部10を介して煙道13と連通している。したがって、前記燃焼室7を出たガスは、前記第一開口部5で分岐して前記両ガス通路12へそれぞれ流入し、前記第二開口部10において合流して前記煙道13へ流入するようになっている。
【0026】
さて、前記缶体構成において、前記ガス通路12を流れるガスの温度は、前記両水管列4,9への伝熱により下流側へ向かうにしたがって低下していく。そこで、この第一実施例においては、ガス温度の低下の度合いに応じて、前記ガス通路12に面する前記両水管列4,9によって構成される伝熱面構造を、高温域伝熱面構造,中温域伝熱面構造および低温域伝熱面構造の3段階とし、つぎのように設定している。なお、以下の説明においては、前記両ガス通路12は、前記第一開口部5から前記第二開口部10へ至る通路としてほぼ対称となっているので、一方の前記ガス通路12について説明する。
【0027】
まず、高温域伝熱面構造について説明する。前記第一開口部5から前記ガス通路12へ流入したガスの温度は、約1300℃である。ガス温度が約900℃〜約1300℃の高温域においては、前記両水管列4,9は、複数のフィン無し水管A,A,…による水管壁構造となっている。前記フィン無し水管Aは、伝熱フィンを設けない構成となっており、前記水管3の熱負荷が高くなり過ぎないようになっている。また、伝熱フィンを設けない代わりに、前記ガス通路12の幅を若干狭めて流路断面積を小さくすることによりガス流速を増加させ、前記水管3の過熱が生じない熱負荷の範囲内で伝熱量の増加を図る構成とすることができる。
【0028】
つぎに、中温域伝熱面構造について説明する。ガス温度が約500℃〜約900℃の中温域においては、前記両水管列4,9は、複数の片側フィン付水管B,B,…による水管壁構造となっている。前記片側フィン付水管Bは、前記水管3の片側(前記ガス通路12側)に横ヒレ形状の多数の第一伝熱フィン14,14,…が多段状に設けられている。ガス温度が低下すると、体積が減少してガス流速も低下するが、前記片側フィン付水管Bとすることにより、水管1本当たりの伝熱面積が増大し伝熱量が増加する。
【0029】
ここにおいて、前記第一伝熱フィン14は、前記水管3の周壁から前記ガス通路12へ向けて突出する横ヒレ形状でかつほぼ水平に設けられているので、ガスの流通抵抗の増大が抑えられる。加えて、前記中温域は、ガス温度が約900℃以下となっているので、前記第一伝熱フィン14が焼損することがなく、また前記片側フィン付水管Bの熱負荷が高くなり過ぎることもない。
【0030】
また、前記各第一伝熱フィン14の取付けピッチは、上流側の水管3ほど大きく下流側の水管3ほど小さくして,すなわち下流側ほどその取付け枚数を多くして、ガスの流れに沿って伝熱面積が順次増加するように設定し、前記各水管3の熱負荷の均等化を図ることもできる。前記伝熱面積を順次増加させる構成は、前記各第一伝熱フィン14における前記水管3の周壁からの突出高さを下流側ほど高くした構成により実施することもできる。さらに、前記取付けピッチの調節および前記突出高さの調節は、両方組み合わせて実施することもできる。
【0031】
さらに、低温域伝熱面構造について説明する。ガス温度が約500℃以下の低温域においては、前記第一水管列4は、複数のフィン無し水管A,A,…による水管壁構造となっており、前記第二水管列9は、複数の全周フィン付水管C,C,…を互いに所定の間隔をおいて配置した構造になっている。前記全周フィン付水管Cは、第二伝熱フィン15として、帯状のフィン部材が前記水管3の周壁にスパイラル状に巻き付けられている。前記第二水管列9の内外両側をガスが流れ、前記全周フィン付水管Cの外周全体にガスが接触して伝熱が行われるようになっている。
【0032】
ここにおいて、前記全周フィン付水管Cは、その内側となる前記第一水管列4側が前記第一水管列4の前記フィン無し水管Aにほぼ接触した状態で配置されており、また前記第一水管列4と反対側となる前記全周フィン付水管Cの外側には、ガス通路壁として機能する円弧状のガイド部材16がほぼ密着した状態で配置されている。このガイド部材16は、前記低温域伝熱面構造を構成する部分の隔壁として配置されるもので、その上流側端部は、前記中温域伝熱面構造を構成する前記第二水管列9の最下流側に位置する水管に連結されており、またその下流側端部は、前記第二開口部10の一側を画成する端部となっている。また、前記ガイド部材16は、ガスを前記各全周フィン付水管Cに沿うように流すとともに、前記各全周フィン付水管Cとの間隔を狭めてガス流速を高めることにより伝熱量を増加させる働きをなす。
【0033】
前記低温域においては、ガスが前記第二水管列9の内外両側を流れるので、前記全周フィン付水管Cの伝熱面を有効に作用させることができるとともに、ガスの流通抵抗を低く抑えることができる。加えて、前記低温域は、ガス温度が約500℃以下となっているので、前記第二伝熱フィン15や前記ガイド部材16の焼損が防止される。すなわち、前記第二伝熱フィン15は、前記中温域の前記第一伝熱フィン14より厚みが薄く形成されており、また前記ガイド部材16は、前記水管3のように冷却媒体となる水との接触がないため、ガス温度が高いと焼損しやすいが、前記低温域のガス温度は、前記中温域における伝熱により約500℃以下に低下しているので、焼損が確実に防止される。さらに、前記全周フィン付水管Cの熱負荷が高くなり過ぎることもない。
【0034】
また、前記第二伝熱フィン15の巻付けピッチは、各水管3とも同じにすることもできるし、下流側の水管3ほど小さくして伝熱面積を順次増加させた構成にすることもできる。伝熱面積を順次増加させると、前記各全周フィン付水管Cの熱負荷の均等化を図ることができる。
【0035】
ところで、この第一実施例においては、前記第二開口部10のほぼ中央部に、ガス案内用水管17を設けている。このガス案内用水管17は、ガスを最下流位置,すなわち前記第二開口部10の両側に位置する2本の前記全周フィン付水管C,Cに沿って案内しながら前記煙道13へ導く働きをなす。前記ガス案内用水管17を設けることにより、最下流位置に位置する前記両全周フィン付水管C,Cにおける伝熱を効果的に行うことができるとともに、前記ガス案内用水管17自体も熱を回収する作用をなし、伝熱量が増加する。この第一実施例においては、前記ガス案内用水管17に前記第二伝熱フィン15が設けられている。
【0036】
前記第二水管列9の外側には、断熱材18が設けられ、さらにその外側に、缶体カバー19が設けられている。
【0037】
以上の構成の貫流ボイラにおいて、その作用を説明する。前記バーナ8を作動させると、前記燃焼室7内で燃焼反応が行われ、燃焼反応がほぼ完了した高温のガスが、前記第一開口部5を通って前記ガス通路12へ流入する。前記ガス通路12へ流入したガスは、二方向に分かれて前記ガス通路12を流れる。ガスが前記ガス通路12を流れる際、ガスの熱が前記各水管3内の被加熱流体に伝えられ、ガスの温度は下流側へ行くほど低下する。前記第二開口部10で合流したガスは、前記煙道13から排ガスとして外部へ排出される。そして、前記各水管3内の被加熱流体は、加熱されながら上昇し、前記上部管寄せ1から蒸気として取り出される。
【0038】
前記ガス通路12に面する前記両水管列4,9の伝熱面構造を前記3段階の伝熱面構造とすることにより、伝熱量が増加し、ボイラ効率が格段に向上する。特に、前記中温域および前記低温域の伝熱量が大幅に増加する。しかも、全体的にガスの流通抵抗を増大させることなく、かつ前記水管の熱負荷が高くなり過ぎないようにしつつ、ボイラ効率を向上させることができる。ガスの流通抵抗が増大しないため、能力の比較的小さい送風機を使用することができ、また水管の熱負荷が高くなり過ぎないため、スケールが付着しにくく前記水管の焼損を確実に防止することができる。
【0039】
ここで、前記中温域伝熱面構造を設けることによる効果について、さらに詳細に説明する。前記中温域伝熱面構造を設けることにより、ガス温度をより上流位置で約500℃まで低下させることができ、伝熱量の増加に対して効果の大きい前記低温域伝熱面構造をより上流位置を始点として設けることができる。これは、前記中温域伝熱面構造による伝熱量の増加と相俟って、さらなる伝熱量の増加に頗る効果的である。
【0040】
そして、前記中温域伝熱面構造を設けることにより、前記中温域における前記ガス通路12の長さを短くすることができ、その分、前記水管3の本数を減らすことができる。したがって、缶体の外径を小さくしてスリムな缶体とすることができ、省スペース化を図ることができる。
【0041】
ところで、前記伝熱面構造によれば、缶体の外壁の温度を低く抑えることもできる。すなわち、ガス温度が相対的に高い前記高温域および前記中温域では、前記第二水管列9を水管壁構造としているため、前記第二水管列9の外側は比較的低温となっている。また、前記低温域においては、ガス温度が低下しているため、前記ガイド部材16の外側は比較的低温になっている。したがって、前記伝熱面構造によれば、前記ガイド部材16および前記断熱材18として比較的耐熱性の低いものを用いることができるとともに、前記断熱材18を厚くする必要がなく、缶体の外径を小さくすることができる。
【0042】
つぎに、図3に示す第二実施例について説明する。ここにおいて、前記第一実施例と同様の構成部材には同一の参照番号を付して、その詳細説明を省略する。さて、この第二実施例においては、ガイド部材16が、全周フィン付水管Cの外周に沿って凹凸状に形成されている。前記ガイド部材16を凹凸状に形成することにより、ガス流速が増加し、またガスが前記全周フィン付水管Cの外周全体とより密に接触して、伝熱量がさらに増加する。
【0043】
つぎに、図4に示す第三実施例について説明する。ここにおいても、前記各実施例と同様の構成部材には同一の参照番号を付して、その詳細説明を省略する。さて、この第三実施例においては、前記第二実施例の凹凸状のガイド部材16に加えて、低温域の第一水管列4に第三伝熱フィン20が設けられている。この第三伝熱フィン20は、平板状のフィン部材が前記第一水管列4の水管3の周壁にその軸方向に沿って延在した状態で設けられ、その先端部が第二水管列9の全周フィン付水管C間へ向けて突出している。
【0044】
前記第三伝熱フィン20を設けることにより、前記全周フィン付水管C間にガスが滞留するのを、より効果的に防止することができる。また、前記第三伝熱フィン20は、ガス通路12の半径方向の幅を広げることなく、前記第一水管列4の水管3に前記第二水管列9の全周フィン付水管Cを接触させた状態で設けることができ、ガス流速の維持および缶体のスリム化の点でも効果的である。
【0045】
さらに、図5に示す第四実施例について説明する。ここにおいても、前記各実施例と同様の構成部材には同一の参照番号を付して、その詳細説明を省略する。さて、この第四実施例においては、低温域の第一水管列4に第四伝熱フィン21が設けられている。この第四伝熱フィン21は、中温域における第一伝熱フィン14と同様に、横ヒレ形状とし、平板状のフィン部材がほぼ水平にかつ水管3の軸方向に多段状に設けられている。前記第四伝熱フィン21は、前記第一伝熱フィン14より前記水管3の周方向に広がり、1枚当たりの伝熱面積が大きくなっている。
【0046】
以上の前記各実施例は、前記ガス通路12において、前記第一開口部5から流入したガスが二方向に分かれて流れ、前記第二開口部10で合流する,いわゆるオメガフローの缶体について説明したが、この発明は、たとえば実開平7−12701号公報に記載されているように、前記第一開口部5から流入したガスが一方向に前記ガス通路12をほぼ一周するように流れる,いわゆる「の」の字フローの缶体にも適用することができる。また、この発明は、たとえば特開平10−26303号公報に記載されているように、前記第一開口部5を前記第一水管列4に周方向にほぼ等分に複数個設け、これら各第一開口部5に対応させて前記ガス通路12を複数のブロックに分割した構成の缶体にも適用することができる。
【0047】
【発明の効果】
この発明によれば、ガス通路に面する伝熱面構造を全体的に工夫して、3段階の伝熱面構造とすることにより、ガス温度に応じて最適の伝熱面構造とすることができ、ボイラ効率を格段に向上させることができる。また、高温域伝熱面構造と低温域伝熱面構造との間に中温域伝熱面構造を設けることにより、ガス温度をより上流位置で低下させることができ、伝熱量の増加に対して効果の大きい低温域伝熱面構造をより上流位置を始点として設けることができる。さらに、同じ蒸発量の缶体と比較して、水管本数を減らすことができるので、缶体の外径をより小さくしてスリムな缶体とすることができる。
また、高温域伝熱面構造は、第一水管列および第二水管列をフィン無し水管による水管壁構造とし、中温域伝熱面構造は、第一水管列および第二水管列を複数の片側フィン付水管による水管壁構造とし、低温域伝熱面構造は、第一水管列を互いに縦ヒレ部材にて連結した複数のフィン無し水管による水管壁構造とし、第二水管列を第一水管列の各水管と周方向にほぼ半ピッチずつずらすとともに、内側となる第一水管列側がフィン無し水管にほぼ接触するように配置した複数の全周フィン付水管から構成し、第一水管列と反対側となる全周フィン付水管の外側には、ガイド部材がほぼ密着した状態で配置され、ガイド部材は、一端が中温域伝熱面構造の第二水管列に連結され他端が第二開口部の一端を画成して、高温域伝熱面構造の第二水管列および中温域伝熱面構造の第二水管列とでガス通路のガス通路壁を構成し、高温域伝熱面構造、中温域伝熱面構造および低温域伝熱面構造におけるガス通路のガス温度をそれぞれ約900℃〜約1300℃,約500℃〜約900℃,約500℃以下とし、高温域伝熱面構造の第二水管列,中温域伝熱面構造の第二水管列およびガイド部材の外側に断熱材を設けているので、片側フィン,全周フィンおよびガイド部材の焼損を確実に防止することができるとともに、ガイド部材および断熱材として比較的耐熱性の低いものを用いることができ、断熱材を厚くする必要がなく、缶体の外径を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明における第一実施例の縦断面説明図である。
【図2】図1のII−II線に沿う横断面説明図である。
【図3】この発明における第二実施例の横断面説明図である。
【図4】この発明における第三実施例の横断面説明図である。
【図5】この発明における第四実施例の横断面説明図である。
【符号の説明】
3 水管
4 第一水管列
5 第一開口部
7 燃焼室
9 第二水管列
10 第二開口部
12 ガス通路
20 第三伝熱フィン
A フィン無し水管
B 片側フィン付水管
C 全周フィン付水管
Claims (1)
- 複数の水管3により構成され、第一開口部5を備えた環状の第一水管列4と、複数の水管3により構成され、前記第一開口部5に対して約180度反対側に設けられる第二開口部10を備えた環状の第二水管列9とからなり、前記第一水管列4の外側に前記第二水管列9を配置するとともに、前記第一水管列4の内側に燃焼室7を設け、前記燃焼室7を出たガスが前記第一開口部5で分岐して前記第二開口部10において合流するように前記両水管列4、9の間に前記第一開口部5から前記第二開口部10へ至るガス通路12を対流伝熱流路として形成した水管ボイラにおいて、
前記ガス通路12に面する前記両水管列4、9の伝熱面をガスの流れに沿って上流側から高温域伝熱面構造、中温域伝熱面構造および低温域伝熱面構造とし、
前記高温域伝熱面構造は、前記両水管列4、9をフィン無し水管Aによる水管壁構造とし、
前記中温域伝熱面構造は、前記第一水管列4および前記第二水管列9を複数の片側フィン付水管Bによる水管壁構造とし、
前記低温域伝熱面構造は、前記第一水管列4を互いに縦ヒレ部材6にて連結した複数のフィン無し水管Aによる水管壁構造とし、前記第二水管列9を前記第一水管列4の各水管と周方向にほぼ半ピッチずつずらすとともに、内側となる前記第一水管列4側が前記フィン無し水管Aにほぼ接触するように配置した複数の全周フィン付水管Cから構成し、
前記第一水管列4と反対側となる前記全周フィン付水管Cの外側には、ガイド部材16がほぼ密着した状態で配置され、このガイド部材16は、一端が前記中温域伝熱面構造の第二水管列9に連結され他端が前記第二開口部10の一端を画成して、前記高温域伝熱面構造の第二水管列9および前記中温域伝熱面構造の第二水管列9とで前記ガス通路12のガス通路壁を構成し、
前記高温域伝熱面構造、前記中温域伝熱面構造および前記低温域伝熱面構造におけるガス通路12のガス温度をそれぞれ約900℃〜約1300℃,約500℃〜約900℃,約500℃以下とし、
前記高温域伝熱面構造の第二水管列9,前記中温域伝熱面構造の第二水管列9および前記ガイド部材16の外側に断熱材18を設けた
ことを特徴とする水管ボイラ。
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