JP5287856B2

JP5287856B2 - ボイラ

Info

Publication number: JP5287856B2
Application number: JP2010516789A
Authority: JP
Inventors: 宗司角; 幸博徳永
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2008-06-13
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2029-04-09
Also published as: KR20110019726A; JPWO2009150891A1; TWI452234B; CN102057219A; WO2009150891A1; US8677945B2; TW200951373A; US20110088636A1; KR101529110B1

Description

この発明は、蒸気ボイラ、温水ボイラ、廃熱ボイラおよび排ガスボイラを含む各種ボイラに関するものである。本願は、２００８年６月１３日に日本に出願された特願２００８−１５５０８８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

多管式のボイラとして、下記特許文献１に開示されるものが知られている。この種のボイラは、環状に形成した上部管寄せと下部管寄せとの間に、多数の水管が同心円筒状に配列されて構成される缶体を備える。このような缶体では、内側水管列よりも内側が燃焼室とされ、それよりも外側が燃焼ガス路とされる。

従って、缶体上部に設置したバーナから燃焼室内へ向けて燃料の燃焼を行うと、燃焼ガスは燃焼室の下部で反転して、内側水管列と外側水管列との間を通って、排ガスとして缶体上部から煙道へ排出される。この間、燃焼ガスは、各水管内の水と熱交換し、各水管内の水の加熱が図られる。水管内の水への伝熱を効果的に行うために、各外側水管には、上下に等間隔にフィン（１１）が設置されており、伝熱面積の増加が図られている。
特許第３３７３１２７号公報

しかしながら、燃焼ガス温度は、下流へ行くに従って低下するものである。たとえば、前記特許文献１の図１に示される缶体の場合、内側水管列よりも内側の燃焼室から、内側水管列と外側水管列との間の燃焼ガス路を上方へ流れる燃焼ガスは、その燃焼ガス路を上方へ行くに従って燃焼ガス温度が低下してしまう。つまり、燃焼ガス路は、上方に比べて下方が高温部となる。

従って、このような事情を考慮せずに、各水管に単に上下等間隔にフィンを設置するだけでは、燃焼室に近い側に取り付けたフィンに発生する熱応力が大きくなってしまう。特に、水管内にスケールが付着した場合には、フィンから水管内の水への伝熱が阻害されるので、フィンに過大な熱応力が生じるおそれがある。その場合、フィンは、過熱し、脱落または焼損するおそれもある。その一方、燃焼ガスが燃焼室から燃焼ガス路へ入る圧力損失を考慮する必要もある。これらの点を考慮して、前記特許文献１に開示される発明のように、高温部にはフィンを設置しないということも考えられるが、高温部を利用しないのは、効率的な熱回収を行う点で好ましくない。

この発明が解決しようとする課題は、フィンに発生する熱応力を緩和すると共に、燃焼ガスの圧力損失を軽減しつつ、効果的な熱回収を図ることにある。

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、上部管寄せと下部管寄せとの間に円筒状に配列されて内側伝熱管列を構成する複数の内側伝熱管と、前記内側伝熱管列を取り囲むように、前記上部管寄せと前記下部管寄せとの間に円筒状に配列されて外側伝熱管列を構成する複数の外側伝熱管と、前記内側伝熱管列の下端部を残して、隣接する前記内側伝熱管間の隙間を閉塞するよう設けられる複数の内側閉塞部と、前記外側伝熱管列の上端部を残して、隣接する前記外側伝熱管間の隙間を閉塞するよう設けられる複数の外側閉塞部と、前記内側伝熱管列の外周面を構成する面において、前記各内側伝熱管から外方へ延出して設けられる内側フィンと、前記外側伝熱管列の内周面を構成する面において、前記各外側伝熱管から外方へ延出して設けられる外側フィンとを備え、前記内側伝熱管列には、前記内側閉塞部が設けられない下端部において、隣接する内側伝熱管間に隙間が空けられて、前記内側伝熱管列の内側と外側とを連通する内列連通部が形成され、前記外側伝熱管列には、前記外側閉塞部が設けられない上端部において、隣接する外側伝熱管間に隙間が空けられて、前記外側伝熱管列の内側と外側とを連通する外列連通部が形成され、前記内側伝熱管列で取り囲まれた燃焼室での燃料の燃焼による燃焼ガスは、前記内列連通部を介して、前記内側伝熱管列と前記外側伝熱管列との間の燃焼ガス路へ導出され、その燃焼ガス路を上方へ進んで前記外列連通部から導出され、前記内側フィンは、燃焼ガスの下流領域よりも上流領域において、前記内側伝熱管の単位長さ当たりの伝熱面積が小さくなるように、隣接する上下の前記内側フィン間の設置ピッチ、および／または、前記内側伝熱管からの突出長さを変更されて設置され、前記外側フィンは、燃焼ガスの下流領域よりも上流領域において、前記外側伝熱管の単位長さ当たりの伝熱面積が小さくなるように、隣接する上下の前記外側フィン間の設置ピッチ、および、前記外側伝熱管からの突出長さの内、少なくとも前記外側伝熱管からの突出長さを変更されて設置され、前記外側フィンが設けられたすべての前記外側伝熱管は、前記内列連通部と対応した高さにも前記外側フィンが設けられ、前記内列連通部と対応した高さを含んだ領域に設けられる前記外側フィンは、前記外側伝熱管に設けられる前記外側フィンの内、前記外側伝熱管からの突出長さが最も小さく設定されることを特徴とするボイラである。

請求項１に記載の発明によれば、燃焼ガスの下流領域（低温領域）よりも上流領域（高温領域）において、フィンの設置ピッチを大きくしたり、および／または、フィンの突出長さを小さくしたりすることで、フィンに発生する熱応力を緩和すると共に、燃焼ガスの圧力損失を軽減しつつ、効果的な熱回収を図ることができる。また、簡易な構成で、フィンに発生する熱応力を緩和すると共に、燃焼ガスの圧力損失を軽減しつつ、効果的な熱回収を図ることができる。

請求項２に記載の発明は、前記内側伝熱管は、前記内側連通部と対応した位置に小径部が形成され、この小径部を除いた全領域に、上下に間隔を空けて前記内側フィンが設置されることを特徴とする請求項１に記載のボイラである。

請求項３に記載の発明は、前記内側フィンは、前記内側伝熱管列の周方向一方へ行くに従って上方へ傾斜して設けられ、前記外側フィンは、前記外側伝熱管列の周方向一方へ行くに従って上方へ傾斜して設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボイラである。

請求項４に記載の発明は、前記内側伝熱管における前記内側フィンの設置領域、および前記外側伝熱管における前記外側フィンの設置領域は、燃焼ガスの下流領域よりも上流領域において、前記各伝熱管からの突出長さが段階的に小さくなるよう複数の領域に分けられ、これら各領域は、それぞれさらに上下二つの領域に分けられ、その内の下側の領域は、上側の領域と前記各フィンの突出長さは同一であるが、前記各フィンの設置ピッチが大きく設定され、このようにして設定される前記内側伝熱管の各領域と前記外側伝熱管の各領域とは、上下方向にずれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のボイラである。

請求項５に記載の発明は、前記内側伝熱管における前記内側フィンの設置領域、および前記外側伝熱管における前記外側フィンの設置領域は、それぞれ下方から上方へ行くに従って、第一領域、第二領域、第三領域および第四領域に分けられ、前記内側フィンおよび前記外側フィンは、それぞれ、前記第一領域と前記第二領域とにおける突出長さが、前記第三領域と前記第四領域とにおける突出長さよりも小さく設定され、前記内側フィンおよび前記外側フィンは、それぞれ、前記第一領域と前記第三領域とにおける設置ピッチが、前記第二領域と前記第四領域とにおける設置ピッチよりも大きく設定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のボイラである。

請求項５に記載の発明によれば、比較的短いフィンが荒いピッチで設けられた第一領域、そのフィンが細かなピッチで設けられた第二領域、比較的長いフィンが荒いピッチで設けられた第三領域、そのフィンが細かなピッチで設けられた第四領域とから構成することで、各フィンに発生する熱応力を緩和すると共に、燃焼ガスの圧力損失を軽減しつつ、効果的な熱回収を図ることができる。
さらに、請求項６に記載の発明は、前記内側伝熱管における前記内側フィンの設置領域、および前記外側伝熱管における前記外側フィンの設置領域は、それぞれ下方から上方へ向けて、前記外側伝熱管の第一領域、前記内側伝熱管の第一領域、前記内側伝熱管の第二領域、前記外側伝熱管の第二領域、前記内側伝熱管の第三領域、前記外側伝熱管の第三領域、前記内側伝熱管の第四領域、および前記外側伝熱管の第四領域が、順に出現するように配置されることを特徴とする請求項５に記載のボイラである。

この発明のボイラによれば、フィンに発生する熱応力を緩和すると共に、燃焼ガスの圧力損失を軽減しつつ、効果的な熱回収を図ることができる。

本発明のボイラの一実施例を示す概略縦断面図である。図１のII−II断面図である。図１のボイラの内側水管を示す図であり、（ａ）は内側水管列の外周側から見た図、（ｂ）はその側面図である。図１のボイラの外側水管を示す図であり、（ａ）は外側水管列の内周側から見た図、（ｂ）はその側面図である。

１ボイラ
２缶体
３上部管寄せ
４下部管寄せ
５内側水管（内側伝熱管）
６外側水管（外側伝熱管）
７内側水管列（内側伝熱管列）
８外側水管列（外側伝熱管列）
９内側閉塞部
１０内列連通部
１１外側閉塞部
１２外列連通部
１４上方内側フィン（突部）
１５下方内側フィン（突部）
１６上方外側フィン（突部）
１７下方外側フィン（突部）
１８燃焼室
１９燃焼ガス路
Ｉ１〜Ｉ４（内側水管の）第一領域〜第四領域
ｉ１〜ｉ４（内側水管の）フィンの設置ピッチ
Ｏ１〜Ｏ４（外側水管の）第一領域〜第四領域
ｏ１〜ｏ４（外側水管の）フィンの設置ピッチ

以下、この発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明のボイラの一実施例を示す概略縦断面図である。また、図２は、そのII−II断面図である。本実施例のボイラ１は、円筒状の缶体２を備えた多管式貫流ボイラである。缶体２は、上部管寄せ３と下部管寄せ４との間を、円筒状に配列された多数の水管（伝熱管）５，５，…、６，６，…で接続して構成される。

上部管寄せ３と下部管寄せ４とは、上下に離隔して平行に配置され、それぞれ中空の円環状とされる。また、上部管寄せ３と下部管寄せ４とは、それぞれ水平に配置されると共に、同一軸線上に配置される。

各水管５，６は、垂直に配置され、上端部が上部管寄せ３に接続される一方、下端部が下部管寄せ４に接続される。各水管５，６は、上部管寄せ３と下部管寄せ４との周方向へ順次に配列されることで、円筒状の水管列７，８を構成する。本実施例では、内側水管列７と外側水管列８とが同心円筒状に配列される。内側水管列７は、円筒状に配列された内側水管５，５，…にて構成される。一方、外側水管列８は、内側水管列７を取り囲むように、円筒状に配列された外側水管６，６，…にて構成される。

内側水管５と外側水管６とは、缶体２の周方向へ行くに従って互い違いに配置される。すなわち、缶体２の平面視（図２）において、同心円に配置される両水管列７，８の共通中心と、隣接する内側水管５，５の各中心とを結ぶ線でできる角を二等分する線上に、外側水管６が配置される。

内側水管列７には、下端部の設定領域を残して、隣接する内側水管５，５間の隙間を閉塞するように、内側閉塞部９が設けられる。つまり、内側水管５，５間の隙間は、下端部の設定領域を残して、内側閉塞部９にて閉塞される。内側水管列７は、内側閉塞部９が設けられない下端部において、隣接する内側水管５，５間に隙間が空けられる。この隙間から構成される内列連通部１０を介して、内側水管列７の内側と外側とは連通される。

外側水管列８には、上端部の設定領域を残して、隣接する外側水管６，６間の隙間を閉塞するように、外側閉塞部１１が設けられる。つまり、外側水管６，６間の隙間は、上端部の設定領域を残して、外側閉塞部１１にて閉塞される。外側水管列８は、外側閉塞部１１が設けられない上端部において、隣接する外側水管６，６間に隙間が空けられる。この隙間から構成される外列連通部１２を介して、外側水管列８の内側と外側とは連通される。

図示例では、各内側水管５は、内列連通部１０と対応した位置が、小径部１３に形成されている。すなわち、各内側水管５の下端部は、それより上部よりも小径部１３に形成されている。これは、燃焼ガスが内列連通部１０を介して内外の水管列７，８間の燃焼ガス路１９へ入る際の圧力損失を減少させるためである。一方、図示例では、各外側水管６の上端部には、小径部１３は形成されていないが、各内側水管５と同様に小径部を形成してもよい。

図３は、内側水管５を示す図であり、（ａ）は内側水管列７の外周側から見た図、（ｂ）はその側面図である。また、図４は、外側水管６を示す図であり、（ａ）は外側水管列８の内周側から見た図、（ｂ）はその側面図である。

各水管５，６には、拡大伝熱面としての突部がさらに設けられる。この突部は、本実施例ではフィン１４，１５，１６，１７とされる。このフィン１４〜１７は、燃焼ガスの下流領域よりも上流領域において、各水管５，６の単位長さ当たりの伝熱面積が小さくなるように設けられる。本実施例では、内側水管列７の内側の燃焼室１８からの燃焼ガスは、内列連通部１０を介して、内側水管列７と外側水管列８との間の燃焼ガス路１９へ導出され上方へ進むので、各水管５，６は、上方領域が燃焼ガスの下流領域とされ、下方領域が燃焼ガスの上流領域とされる。従って、本実施例では、フィン１４〜１７は、各水管５，６の上方領域よりも下方領域において、各水管５，６の単位長さ当たりの伝熱面積が小さくなるように設けられる。

具体的には、フィン１４〜１７は、隣接する上下のフィン間の設置ピッチ、および／または、各水管５，６からの突出長さを変更されて設置される。典型的には、各水管５，６の単位長さ当たりの受熱量について、各水管５，６の上下方向の位置による差を軽減するように、フィン１４〜１７は、各水管５，６の上方領域よりも下方領域において、各水管５，６からの突出長さが小さく設定されると共に、同一の突出長さであれば、各水管５，６の上方領域よりも下方領域において設置ピッチが大きくなるよう設置される。

さらに具体的に説明すると、各内側水管５には、内側水管列７の外周面を構成する面に、内側フィン１４，１５が設けられる。各内側フィン１４，１５は、内側水管５の径方向外側へツバ状に延出して設けられる。この際、各内側水管５には、下端部の小径部１３を除いた領域に、上下に間隔を空けて、内側フィン１４，１５が設置される。各内側水管５には、上方領域に上方内側フィン１４，１４，…が設けられ、下方領域に下方内側フィン１５，１５，…が設けられる。下方内側フィン１５は、上方内側フィン１４よりも、内側水管５からの突出長さが短い。また、上方内側フィン１４には、図２に示すように、延出先端部に切欠き２０，２０が形成されるが、下方内側フィン１５には、そのような切欠きは形成されない。

一方、各外側水管６には、外側水管列８の内周面を構成する面に、外側フィン１６，１７が設けられる。各外側フィン１６，１７は、外側水管６の径方向外側へツバ状に延出して設けられる。この際、各外側水管６には、上下方向の略全域に、上下に間隔を空けて、外側フィン１６，１７が設置される。各外側水管６には、上方領域に上方外側フィン１６，１６，…が設けられ、下方領域に下方外側フィン１７，１７，…が設けられる。下方外側フィン１７は、上方外側フィン１６よりも、外側水管６からの突出長さが短い。また、上方外側フィン１６には、図２に示すように、延出先端部に切欠き２１，２１が形成されるが、下方外側フィン１７には、そのような切欠きは形成されない。

前述したように、内側水管５と外側水管６とは、缶体２の周方向へ行くに従って互い違いに配置される。そして、内側フィン１４，１５および外側フィン１６，１７は、缶体２の平面視において重ならないように大きさ、形状および配置が調整される。また、内側フィン１４，１５および外側フィン１６，１７は、いずれも水平状態に設置してもよいが、缶体２の周方向一方へ行くに従って上方へ傾斜して設けるのがよい。本実施例では、内側フィン１４，１５および外側フィン１６，１７は、各水管５，６の軸方向（垂直方向）に対し同一の設定角度だけ傾斜して設けられる。この傾斜角度は、たとえば８０度に設定される。このようにして、各フィン１４〜１７を水平状態から傾斜させる場合には、内側水管列７と外側水管列８との間の燃焼ガス路１９を上方へ流れる燃焼ガスを攪拌させて、燃焼ガスから各水管５，６への伝熱を高めることができる。

各内側水管５における内側フィン１４，１５の設置領域は、内側水管５の下方から上方へ行くに従って、第一領域Ｉ１、第二領域Ｉ２、第三領域Ｉ３および第四領域Ｉ４に分けられる。第一領域Ｉ１と第二領域Ｉ２とには、それぞれ下方内側フィン１５が設けられ、第三領域Ｉ３と第四領域Ｉ４とには、それぞれ上方内側フィン１４が設けられる。

第一領域Ｉ１と第二領域Ｉ２との差は、上下に隣接する下方内側フィン１５，１５間の設置ピッチにある。第一領域Ｉ１におけるピッチｉ１は、第二領域Ｉ２におけるピッチｉ２よりも広い。同様に、第三領域Ｉ３と第四領域Ｉ４との差は、上下に隣接する上方内側フィン１４，１４間の設置ピッチにある。第三領域Ｉ３におけるピッチｉ３は、第四領域Ｉ４におけるピッチｉ４よりも広い。また、本実施例では、第一領域Ｉ１と第三領域Ｉ３とにおけるフィン１５，１４の設置ピッチｉ１，ｉ３は等しく、第二領域Ｉ２と第四領域Ｉ４とにおけるフィン１５，１４の設置ピッチｉ２，ｉ４は等しい。

外側水管６についても同様であり、各外側水管６における外側フィン１６，１７の設置領域は、外側水管６の下方から上方へ行くに従って、第一領域Ｏ１、第二領域Ｏ２、第三領域Ｏ３および第四領域Ｏ４に分けられる。第一領域Ｏ１と第二領域Ｏ２とには、それぞれ下方外側フィン１７が設けられ、第三領域Ｏ３と第四領域Ｏ４とには、それぞれ上方外側フィン１６が設けられる。

第一領域Ｏ１と第二領域Ｏ２との差は、上下に隣接する下方外側フィン１７，１７間の設置ピッチにある。第一領域Ｏ１におけるピッチｏ１は、第二領域Ｏ２におけるピッチｏ２よりも広い。同様に、第三領域Ｏ３と第四領域Ｏ４との差は、上下に隣接する上方外側フィン１６，１６間の設置ピッチにある。第三領域Ｏ３におけるピッチｏ３は、第四領域Ｏ４におけるピッチｏ４よりも広い。また、本実施例では、第一領域Ｏ１と第三領域Ｏ３とにおけるフィン１７，１６の設置ピッチｏ１，ｏ３は等しく、第二領域Ｏ２と第四領域Ｏ４とにおけるフィン１７，１６の設置ピッチｏ２，ｏ４は等しい。

ところで、内側水管５の各領域Ｉ１〜Ｉ４と、外側水管６の各領域Ｏ１〜Ｏ４とは、上下方向にずれている。これは、内側水管列７の内周面は燃焼室１８となるのに対し、外側水管列８の外周面は後述するように伝熱面として機能しないことに起因する。また、内側水管５に小径部１３があることによっても、内側水管５の各領域Ｉ１〜Ｉ４と、外側水管６の各領域Ｏ１〜Ｏ４とが、上下にずれることになる。本実施例では、外側水管６の第一領域Ｏ１、第二領域Ｏ２、第三領域Ｏ３および第四領域Ｏ４と、内側水管５の第二領域Ｉ２、第三領域Ｉ３および第四領域Ｉ４とが、互いに違いに配置される。具体的には、缶体２の下方から上方へ向けて、外側水管６の第一領域Ｏ１、内側水管５の第一領域Ｉ１、内側水管５の第二領域Ｉ２、外側水管６の第二領域Ｏ２、内側水管５の第三領域Ｉ３、外側水管６の第三領域Ｏ３、内側水管５の第四領域Ｉ４、および外側水管６の第四領域Ｏ４が、順に出現するように配置される。

内側水管５の各領域Ｉ１〜Ｉ４と、外側水管６の各領域Ｏ１〜Ｏ４を、それぞれどのような範囲とするかは、適宜に設定される。但し、この際、前述したように、各水管５，６の単位長さ当たりの受熱量について、各水管５，６の上下方向の位置による差を軽減するように設定される。そして、好ましくは、さらに領域を細分化（さらに多段階に領域分け）するなどして、各水管５，６の単位長さ当たりの受熱量が場所によって一定になるように設定される。これは言い換えれば、各フィン１４〜１７の熱流束（単位伝熱面積当たりの受熱量）を均一化するものといえる。

上部管寄せ３と下部管寄せ４との間にはさらに、外側水管列８を取り囲むように、段付き円筒状の缶体カバー２２が設けられる。缶体カバー２２は、内筒２３と、それより大径の外筒２４とから構成される。内筒２３は、下端部が下部管寄せ４に固定され、上端部が外列連通部１２の下端部と対応する高さに配置される。一方、外筒２４は、上端部が上部管寄せ３に固定され、下端部が内筒２３の上下方向中途部と対応する高さに配置される。このようにして、缶体カバー２２は、内筒２３の下端部が下部管寄せ４との隙間を封止され、外筒２４の上端部が上部管寄せ３との隙間を封止される。また、外筒２４の下端部において、内筒２３と外筒２４との隙間が封止される。さらに、缶体カバー２２の内筒２３と、外側水管列８との間の円筒状隙間には、断熱材２５が充填される。

缶体カバー２２の外筒２４には、周方向一部において、略矩形状の開口部２６が形成されている。この開口部２６を覆うように、缶体カバー２２の外筒２４には、膨出ダクト２７が設けられる。膨出ダクト２７は、略矩形の中空ボックス状とされ、外筒２４から径方向外側へ膨らみ出ると共に、上下方向へ延出して設けられる。膨出ダクト２７の下端部には、煙道２８が接続される。さらに、缶体カバー２２を取り囲むように、円筒状のケーシング２９が設けられる。膨出ダクト２７および煙道２８は、ケーシング２９を貫通して設けられる。缶体カバー２２とケーシング２９との隙間には、断熱材（図示省略）を充填してもよい。

上部管寄せ３の下面および下部管寄せ４の上面には、各管寄せ３，４と各水管５，６との接続部を覆うように、耐火材３０，３１が設けられる。この際、下部管寄せ４側の耐火材３１は、下部管寄せ４の中央部をも閉塞するように設けられる。下部管寄せ４側の耐火材３１の中央部には、円柱状または円錐台状の凹部３２が形成される。

上部管寄せ３の中央部には、下方へ向けてバーナ３３が設けられる。このバーナ３３には、燃料が供給されると共に、燃焼用空気が供給される。バーナ３３を作動させることで、缶体２内において燃料の燃焼が行われる。この際、内側水管列７の内側は、燃焼室１８として機能する。

燃焼室１８での燃料の燃焼による燃焼ガスは、内列連通部１０を介して、内側水管列７と外側水管列８との間の燃焼ガス路１９へ導出される。そして、その燃焼ガスは、燃焼ガス路１９を上方へ進み、外列連通部１２を介して、外側水管列８の上部から放射状に導出され、缶体カバー２２に受け入れられる。その後、缶体カバー２２に設けた膨出ダクト２７および煙道２８を介して、排ガスとして外部へ排出される。この間、燃焼ガスは、各水管５，６内の水と熱交換し、各水管５，６内の水の加熱を図る。これにより、上部管寄せ３から蒸気を取り出すことができ、その蒸気は気水分離器（図示省略）などを介して、蒸気利用機器（図示省略）へ送られる。

本実施例のボイラ１によれば、燃焼ガスの下流領域（低温領域）よりも上流領域（高温領域）において、フィンの設置ピッチを大きくしたり、フィンの突出長さを小さくしたりすることで、各水管５，６の単位長さ当たりの受熱量が、各水管５，６の上下位置により変化することを軽減する。これにより、フィン１４〜１７に発生する熱応力を緩和することができる。また、燃焼ガスが燃焼室１８から燃焼ガス路１９へ入る際の圧力損失を軽減することができる。さらに、内側水管列７と外側水管列８との間の燃焼ガス路１９の下部にもフィン１５，１７を設置できるので、高温部での熱回収を図り、効率を高めることができる。

本発明のボイラは、前記実施例の構成に限らず、適宜変更可能である。特に、缶体２の構成は、適宜に変更可能である。また、前記実施例では、蒸気ボイラに適用した例について説明したが、温水ボイラや熱媒ボイラにも同様に適用可能である。さらに、前記実施例において、バーナ３３を設ける代わりに、内側水管列７の内側に排ガスを導入すれば、廃熱ボイラや排ガスボイラとすることができる。

また、各水管５，６の上下位置における受熱量の差を軽減する構成であれば、フィンの形状、大きさ、設置ピッチなどは適宜に変更可能である。たとえば、前記実施例では、各水管５，６を四つの領域Ｉ１〜Ｉ４，Ｏ１〜Ｏ４に分けて、フィン１４〜１７の突出長さと設置ピッチとを変更したが、二つまたは三つの領域に分けてもよいし、逆に五つ以上の領域に分けてもよい。さらに、フィン１４〜１７の突出長さおよび／または設置ピッチを、水管５，６の長手方向で徐々に、つまり連続的に変化させてもよい。

また、前記実施例では、各水管５，６に設ける突部は、フィン１４〜１７としたが、スタッドでもよい。スタッドは、円柱状、円錐状、円錐台状、または半球状に形成され、各水管の外周面に固定される。

Claims

上部管寄せと下部管寄せとの間に円筒状に配列されて内側伝熱管列を構成する複数の内側伝熱管と、
前記内側伝熱管列を取り囲むように、前記上部管寄せと前記下部管寄せとの間に円筒状に配列されて外側伝熱管列を構成する複数の外側伝熱管と、
前記内側伝熱管列の下端部を残して、隣接する前記内側伝熱管間の隙間を閉塞するよう設けられる複数の内側閉塞部と、
前記外側伝熱管列の上端部を残して、隣接する前記外側伝熱管間の隙間を閉塞するよう設けられる複数の外側閉塞部と、
前記内側伝熱管列の外周面を構成する面において、前記各内側伝熱管から外方へ延出して設けられる内側フィンと、
前記外側伝熱管列の内周面を構成する面において、前記各外側伝熱管から外方へ延出して設けられる外側フィンとを備え、
前記内側伝熱管列には、前記内側閉塞部が設けられない下端部において、隣接する内側伝熱管間に隙間が空けられて、前記内側伝熱管列の内側と外側とを連通する内列連通部が形成され、
前記外側伝熱管列には、前記外側閉塞部が設けられない上端部において、隣接する外側伝熱管間に隙間が空けられて、前記外側伝熱管列の内側と外側とを連通する外列連通部が形成され、
前記内側伝熱管列で取り囲まれた燃焼室での燃料の燃焼による燃焼ガスは、前記内列連通部を介して、前記内側伝熱管列と前記外側伝熱管列との間の燃焼ガス路へ導出され、その燃焼ガス路を上方へ進んで前記外列連通部から導出され、
前記内側フィンは、燃焼ガスの下流領域よりも上流領域において、前記内側伝熱管の単位長さ当たりの伝熱面積が小さくなるように、隣接する上下の前記内側フィン間の設置ピッチ、および／または、前記内側伝熱管からの突出長さを変更されて設置され、
前記外側フィンは、燃焼ガスの下流領域よりも上流領域において、前記外側伝熱管の単位長さ当たりの伝熱面積が小さくなるように、隣接する上下の前記外側フィン間の設置ピッチ、および、前記外側伝熱管からの突出長さの内、少なくとも前記外側伝熱管からの突出長さを変更されて設置され、
前記外側フィンが設けられたすべての前記外側伝熱管は、前記内列連通部と対応した高さにも前記外側フィンが設けられ、
前記内列連通部と対応した高さを含んだ領域に設けられる前記外側フィンは、前記外側伝熱管に設けられる前記外側フィンの内、前記外側伝熱管からの突出長さが最も小さく設定される
ことを特徴とするボイラ。
前記内側伝熱管は、前記内側連通部と対応した位置に小径部が形成され、
この小径部を除いた全領域に、上下に間隔を空けて前記内側フィンが設置される
ことを特徴とする請求項１に記載のボイラ。
前記内側フィンは、前記内側伝熱管列の周方向一方へ行くに従って上方へ傾斜して設けられ、
前記外側フィンは、前記外側伝熱管列の周方向一方へ行くに従って上方へ傾斜して設けられる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のボイラ。
前記内側伝熱管における前記内側フィンの設置領域、および前記外側伝熱管における前記外側フィンの設置領域は、燃焼ガスの下流領域よりも上流領域において、前記各伝熱管からの突出長さが段階的に小さくなるよう複数の領域に分けられ、
これら各領域は、それぞれさらに上下二つの領域に分けられ、その内の下側の領域は、上側の領域と前記各フィンの突出長さは同一であるが、前記各フィンの設置ピッチが大きく設定され、
このようにして設定される前記内側伝熱管の各領域と前記外側伝熱管の各領域とは、上下方向にずれている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のボイラ。
前記内側伝熱管における前記内側フィンの設置領域、および前記外側伝熱管における前記外側フィンの設置領域は、それぞれ下方から上方へ行くに従って、第一領域、第二領域、第三領域および第四領域に分けられ、
前記内側フィンおよび前記外側フィンは、それぞれ、前記第一領域と前記第二領域とにおける突出長さが、前記第三領域と前記第四領域とにおける突出長さよりも小さく設定され、
前記内側フィンおよび前記外側フィンは、それぞれ、前記第一領域と前記第三領域とにおける設置ピッチが、前記第二領域と前記第四領域とにおける設置ピッチよりも大きく設定される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のボイラ。
前記内側伝熱管における前記内側フィンの設置領域、および前記外側伝熱管における前記外側フィンの設置領域は、それぞれ下方から上方へ向けて、前記外側伝熱管の第一領域、前記内側伝熱管の第一領域、前記内側伝熱管の第二領域、前記外側伝熱管の第二領域、前記内側伝熱管の第三領域、前記外側伝熱管の第三領域、前記内側伝熱管の第四領域、および前記外側伝熱管の第四領域が、順に出現するように配置される
ことを特徴とする請求項５に記載のボイラ。