JP4616713B2 - 丸形排熱ボイラ缶体構造 - Google Patents

Description

本発明は丸形排熱ボイラ缶体構造に関するものである。

特開２００１−１２４３０２号公報や図５・図６に記載があるように、上下の管寄せと上下管寄せ間をつなぐ水管からなる缶体を持ち、環状に並べた水管列で囲まれる中央の空間内に排ガスを導入し、排ガスは複数の水管列間にできるガス通路内に流すことで排ガスから熱を吸収する構造の丸形排熱ボイラがある。

また、排熱ボイラへ供給される排ガスは、燃焼装置を持ったボイラにおける燃焼ガスの温度より低いため、排熱ボイラでは水管表面に熱吸収用フィンを多数設けることで熱の吸収量を増加させることが行われている。図５・図６は熱吸収用フィンを設けている丸形構造の排熱ボイラである。丸形構造の排熱ボイラでは、中央空間８を囲むように多数の水管を環状に設ける。中央空間８に面している水管（内側水管）と、外縁に位置する水管（外側水管）では、隣り合う水管間を閉塞用フィン４でつなぐことで内側水管列１１と外側水管列１２としておき、内側水管列１１と外側水管列１２の間をガス通路９としておく。ガス通路９に排ガスを流すと、水管表面に設けている熱吸収用フィン１０によって排ガス流に乱流を発生することができるため、熱の吸収量を高めることができる。

排熱ボイラでは、熱吸収用フィン１０の設置枚数を増加することで、熱の吸収量を増加することを行っているが、丸形構造の排熱ボイラの場合、内側水管列１１では隣り合う水管間を閉塞用フィン４でつなぐ必要があるため、中央空間８に面している部分には熱吸収用フィン１０を設けることができず、その部分での熱吸収効率は低くなる。また、中央空間８内は流路面積が大きいため、水管表面に沿って流れる排ガス量と排ガス流速は小さくなり、この点でも内側水管列の中央空間に面している部分は熱吸収量が少なくなっていた。特に伝熱面積が１０平方メートル未満となるように設計する小型ボイラの場合、伝熱面積を増加させることで熱吸収量を増加させるということができないため、熱吸収効率の劣る部分があるとボイラの効率は低下することになるという問題があった。
特開２００１−１２４３０２号公報

本発明が解決しようとする課題は、丸形排熱ボイラにおける熱吸収効率を向上させることにある。

請求項１に記載の発明は、上部に環状の上部管寄せ、下部に環状の下部管寄せ、上下管寄せ間には上下の管寄せをつなぐ多数の水管を複数の環状に配置し、内側に配置している水管と外側に配置している水管をそれぞれ内側水管列及び外側水管列とした缶体を設けておき、内側水管列で囲まれている缶体中心部分に中央空間を設け、中央空間内へ排ガスを導入した後、前記内側水管列及び外側水管列の間にできるガス通路内に排ガスを通らせることで、排ガスから熱の回収を行っている丸形排熱ボイラにおいて、前記内側水管列の中央空間に面している表面を断熱物質によってふさぐことで、伝熱面積を減少し、その代わりに前記ガス通路における伝熱面積を増加させたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記の丸形排熱ボイラ缶体構造において、上下の管寄せ間をつなぐ水管の長さを長くし、ガス通路を長くすることによって前記ガス通路における伝熱面積を増加させることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記の丸形排熱ボイラ缶体構造において、内側水管列と外側水管列の間のガス通路内に中水管を設置することによって前記ガス通路における伝熱面積を増加させることを特徴とする。

熱の吸収効率が低い部分を伝熱部から外すことによって伝熱面積が減少するため、減少した伝熱面積の分だけ別の部分における伝熱面積を増加することができる。熱の吸収効率が高い部分で伝熱面積を増加することで、全体としての伝熱面積を変化させずに熱吸収量を増加することができ、ボイラの効率が向上する。

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施例での縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は本発明の他の一実施例での縦断面図、図４は図３のＢ−Ｂ断面図である。

まず図１・図２に基づいて説明を行う。缶体の上部には環状の上部管寄せ１、下部にも環状の下部管寄せ２を設ける。上下の管寄せ間には、多数の垂直水管を２列の環状に配置しており、内外２列の水管列で上下の管寄せを連結している。各垂直水管はすきまを開けて配置しており、内側水管列１１と外側水管列１２では、それぞれ隣り合う水管の間を閉塞用フィン４で閉塞することで、水管壁としている。水管列内側のボイラ中心部分には中央空間８を設け、中央空間８の上部に排ガス入口ダクト５を接続している。内側水管列１１と外側水管列１２の間には環状の空間ができており、環状の空間をガス通路９として排ガスが流れるようにしておく。内側水管列１１と外側水管列１２のガス通路９に面している部分には、水管表面から水平方向に延びる熱吸収用フィン１０を多数設けておく。

内側水管列１１の閉塞用フィン４は水管途中までとし、水管下部には設けないことで下部の内側水管の間に開口部を設けており、内側水管列下部の開口部は全周に設けている。また、外側水管列１２の閉塞用フィン４の場合は、水管上部には設けないことで上部の外側水管の間に開口部を設けており、外側水管列上部の開口部も全周に設けている。

内側水管列１１の中央空間８に面している表面は、断熱物質である耐火材７によって覆っており、中央空間８と内側水管列１１の間には耐火材７の層を設けている。内側水管列１１の中央空間８側の面は、排ガスの熱を受ける伝熱面ではなくなるため、伝熱面積が減少する。伝熱面積はボイラの規格によって上限値が定まっているため、内側水管列１１の中央空間８側は伝熱面積の計算から除外され、内側水管列１１の伝熱面積を減少させれば他の部分で伝熱面積を多くすることができる。そこで、図１では上下の管寄せ間をつなぐ水管の長さを長くすることにより、ガス通路９の長さを長くし、ガス通路９での伝熱面積が大きくなるように設計している。

エンジンやガスタービンなど熱発生源で発生した高温の排ガスは、排ガス入口ダクト５を通して排熱ボイラの中央空間８内へ入る。中央空間８内に入った排ガスは、熱交換を行うことなく中央空間８の下部に達すると、内側水管列１１の下部に設けている開口部を抜けてガス通路９内に入る。ガス通路９の出口は外側水管列１２の上部であるため、ガス通路９内に入った排ガスは、ガス通路９内を上向きの流れとなって流れる。このとき、内側水管列１１と外側水管列１２のガス通路９に面している部分には多数の熱吸収用フィン１０を設けているため、排ガスは熱吸収用フィン１０に衝突して乱流を発生し、水管との伝熱効率は向上する。排ガスは水管と熱交換を行いながらガス通路９の上部に向かい、上部に達した排ガスは、外側水管列１２の開口部を抜けて最外周部の袋炉筒内へ流れ出る。袋炉筒には排ガス出口ダクト６を接続しいるため、排ガスは排ガス出口ダクト６を通して排出される。

熱吸収効率の低かった内側水管列１１の中央空間８側に面している表面を伝熱面から除外したことで、伝熱面積に余裕ができる。その分、内側水管列１１及び外側水管列１２のガス通路９に面している熱吸収効率の高い部分を拡大することができるため、全体としての伝熱面積は変更せずに熱吸収量を増大することができる。

次に図３・図４に基づいて説明を行う。第２の実施例である図３・図４も、基本的な構造は図１・図２の実施例と同じであるため、重複する説明は省略する。図１・図２との相違点は、図１・図２では、内側水管列１１及び外側水管列１２の長さを長くすることにより、ガス通路９の長さを長くし、ガス通路９での伝熱面積を大きくしていたのに対し、図３・図４ではガス通路９内に中水管３を設けることでガス通路９での伝熱面積を大きくしている点が異なる。中水管３も上部管寄せ１と下部管寄せ２をつなぐ水管であるが、水管間をつないで水管壁とする必要はないため、閉塞用フィン４は設置していない。そして閉塞用フィン４が不要であるため、中水管３の全周に熱吸収用フィン１０を設置することができる。

中央空間８からガス通路９内に入った排ガスは、上向きの流れとなってガス通路９内を流れる。中水管３には閉塞用フィン４を設けていないため、排ガスは内側水管列１１と中水管３の間にできる空間内及び外側水管列１２と中水管３の間にできる空間内を流れる。ガス通路９に面している部分には多数の熱吸収用フィン１０を設けているため、排ガスは熱吸収用フィン１０に衝突して乱流を発生し、水管との伝熱効率は向上する。

熱吸収効率の低かった内側水管列１１の中央空間８側に面している表面を伝熱面から除外したことで、ガス通路９内に中水管３を設ける余裕が生まれ、熱吸収効率の高いガス通路９部分の伝熱面積を拡大することができるため、全体としての伝熱面積は変更せずに熱吸収量を増大することができる。

本発明の一実施例での縦断面図 図１のＡ−Ａ断面図 本発明の他の一実施例での縦断面図 図３のＢ−Ｂ断面図 従来型排熱ボイラの縦断面図 図５のＣ−Ｃ断面図

符号の説明

１ 上部管寄せ
２ 下部管寄せ
３ 中水管
４ 閉塞用フィン
５ 排ガス入口ダクト
６ 排ガス出口ダクト
７ 耐火材
８ 中央空間
９ ガス通路
１０ 熱吸収用フィン
１１ 内側水管列
１２ 外側水管列

Claims (3)

1. 上部に環状の上部管寄せ、下部に環状の下部管寄せ、上下管寄せ間には上下の管寄せをつなぐ多数の水管を複数の環状に配置し、内側に配置している水管と外側に配置している水管をそれぞれ内側水管列及び外側水管列とした缶体を設けておき、内側水管列で囲まれている缶体中心部分に中央空間を設け、中央空間内へ排ガスを導入した後、前記内側水管列及び外側水管列の間にできるガス通路内に排ガスを通らせることで、排ガスから熱の回収を行っている丸形排熱ボイラにおいて、前記内側水管列は隣り合う水管の間を閉塞用フィンで閉塞することで水管壁とするとともに、水管間でも閉塞用フィンのない部分を設けることで開口部を形成し、内側水管のガス通路に面している側の表面には熱吸収用フィンを多数設けておき、内側水管の閉塞用フィンを設置している部分であって熱吸収用フィンを設けていない中央空間に面している表面を断熱物質によってふさぐことで、熱吸収用フィンがなく熱の吸収効率が低い部分での伝熱面積を減少し、その代わりに前記ガス通路の熱吸収用フィンを設置している熱吸収効率が高い部分における伝熱面積を増加させることで全体としての伝熱面積を変化させずに熱吸収量を増加させたことを特徴とする丸形排熱ボイラ缶体構造。
2. 請求項１に記載の丸形排熱ボイラ缶体構造において、上下の管寄せ間をつなぐ水管の長さを長くし、ガス通路を長くすることによって前記ガス通路における伝熱面積を増加させることを特徴とする丸形排熱ボイラ缶体構造。
3. 請求項１に記載の丸形排熱ボイラ缶体構造において、内側水管列と外側水管列の間のガス通路内に中水管を設置することによって前記ガス通路における伝熱面積を増加させることを特徴とする丸形排熱ボイラ缶体構造。

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