JPH0645121Y2 - 多管式ボイラにおけるヒレ付水管の相対配列構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、多管式ボイラにおけるヒレ付水管の相対配
列構造の改良に係り、特に多管式貫流ボイラに使用して
有効なヒレを有する水管の相対配列構造に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

一般にボイラ等の伝熱管表面には熱伝達を促進する目的
でヒレが取付けられている。

多管式貫流ボイラにおいても同様で、伝熱効率の向上の
目的として第７図に示すように、伝熱管としての水管
に、燃焼ガスの流れ方向に対して直交方向にヒレを設け
る方式が採用されていた（直交配列構造）。

しかし、このような缶体構造では、ヒレの下流側に渦流
が発生し、燃焼ガスの圧力損失が大きいといった問題が
ある。

そこで、近年では伝熱効率の向上を図るとともに燃焼ガ
スの圧力損失の低減を目的として、例えば、第８図
（イ），（ロ）に示すように平板状ヒレを燃焼ガスの流
れ方向に平行に設ける方法が取られるようになった（平
行配列構造）。

この平行配列構造のボイラは、従前の直交配列構造のも
のに比べ、伝熱ヒレの面積の増加による伝熱効率の向上
の割に燃焼ガスの圧力損失が小さいという利点がある。
しかしながら、前記平行配列構造のボイラにおいても、
水管に取付けたヒレに、温度境界層発達域における高温
熱伝達を利用した前縁効果が発揮されるのは、燃焼ガス
の流れ方向上流側の先端部分のみであり、燃焼ガスの流
れ方向のヒレの長さが長くなると温度境界層が著しく発
達し、この前縁効果を十分利用することができず、伝熱
効率の向上に限界があった。

しかも、ヒレと水管との溶接部が長くなると、ヒレと水
管との温度差に起因する熱応力が発生し、この熱応力に
より水管に亀裂を生じる危険がある。

〔考案が解決しようとする課題〕

この考案が解決しようとする技術的課題は、対流伝熱に
おけるヒレの前縁効果を高めることにより、伝熱効率の
向上を図り、しかも、ヒレと水管の温度差に起因する熱
応力の発生を防ぎ、水管の亀裂を防止した多管式ボイラ
におけるヒレ付水管の相対配列構造を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

この考案は、上記課題を達成するためになされたもの
で、複数個の水管を配列して環状の水管列を構成すると
共に、この環状水管列の外周に環状の燃焼ガス通路を形
成し、この燃焼ガス通路内にて各水管の軸線方向に実質
上直交する方向に燃焼ガスを流通させる形式の多管式ボ
イラにおいて、これらの水管の燃焼ガス通路側表面に、
平板状のヒレを燃焼ガスの流れ方向に対して所定の傾斜
角をもたせた状態で、管軸方向に所要間隔で多段状に配
設するとともに、互いに隣接する水管相互間においては
前記平板状ヒレが上記燃焼ガス流れ方向に対して互いに
逆方向の傾斜をなすように設け、これらの平板状ヒレ
に、上記燃焼ガスの流れ方向に対して実質上直交する方
向に適宜数のスリットを設けたことを特徴とする。

〔実施例〕

以下、この考案を多管式貫流ボイラに適用した一実施例
について、図面を参照しながら説明する。

第１図は、この考案を適用した多管式貫流ボイラの縦断
面図、第２図は、第１図のII−II断面図、第３図は、一
部拡大側面図、第４図は第３図のIV−IV断面図である。

図面において、上部管寄せ（４）及び下部管寄せ（５）
がともに環状に形成されている。上下管寄せ（４），
（５）は伝熱管としての多数の水管（１）で連結される
のであるが、これら水管（１）は、その軸線方向を実質
上平行とした状態で並列に設けられ、わずかな隙間
（６）をもたせた環状水管列として配列されている。

この環状水管列の外側には、これより間隔をおいてボイ
ラ外壁（７）が設けられており、これにより環状水管列
とボイラ外壁（７）との間に環状の燃焼ガス通路（８）
が形成される。上部管寄せ（４）の内側には燃焼装置
（９）を設け、環状水管列内側空間を燃焼室（10）とし
てある。また、ボイラ外壁（７）の一部には、燃焼ガス
を系外に排出するための煙道（11）が設けられている。

前記水管（１）の燃焼ガス通路（８）に面している部分
には平板状のヒレ（２）が燃焼ガス流れ方向Ａに対して
所定の傾斜角をもたせた状態で、管軸方向に所要間隔で
多段状に設けられている。そして、互いに隣接する水管
（１），（１）相互間においては前記ヒレ（２）が燃焼
ガス流れ方向Ａに対して互いに逆方向の傾斜をなすよう
に配設してある。

更に、前記平板状のヒレ（２）には、燃焼ガスの流れ方
向Ａに対して実質的に直交となる方向に所要量の幅およ
び長さを有するスリット（３）を、適宜の個数形成して
ある。

上記のような構成においてその作用を説明すると、燃焼
室（10）で発生した燃焼ガスは、先ず輻射伝熱により水
管（１）と熱交換を行い、水管（１）に対してほぼ直交
する方向に流れて隣接水管（１），（１）により形成さ
れる隙間（６）を対流伝熱によって熱交換しながら通過
して環状の燃焼ガス通路（８）に達し、さらに燃焼ガス
通路（８）内においても水管（１）に対してほぼ直交す
る方向に流れて、水管平板状ヒレ（２）並びに水管
（１）と対流による熱交換を行い、煙道（11）から低温
となって系外に排出される。

このとき、水管（１）表面のヒレ（２）は燃焼ガスの流
れ方向Ａに対して実質的にはわずかに傾斜した状態であ
って、かつ互いに隣接する水管（１），（１）相互間に
おいては前記ヒレ（２）が燃焼ガス流れ方向Ａに対して
互いに逆方向の傾斜をなすように設けられているので、
上下２個のヒレ（２）間に流入した燃焼ガスはまず下段
のヒレ（２）の上表面を這うように流れる。該燃焼ガス
は平板状ヒレ（２）の傾斜に沿った弱上向きの流れ方向
をもったガス流れとなってヒレ（２），（２）間を流出
し、隣接水管（１）のヒレ（２），（２）間に流入す
る。該燃焼ガスは今度は上段のヒレ（２）の裏表面を這
うように流れ、平板状ヒレ（２）の傾斜にそった弱下向
きの流れ方向をもったガス流れとなってヒレ（２），
（２）間を流出し、次のヒレ（２），（２）間に流入す
る。即ち、平板状ヒレ（２）は隣接する水管（１），
（１）相互間において前記ヒレ（２）が燃焼ガス流れ方
向Ａに対して互いに逆方向の傾斜をなすように配設され
ているので、燃焼ガスの流れが一定方向に維持され、燃
焼ガスの均一な流れを保つことができ、しかも、燃焼ガ
スの流れ方向の規制を有効に利用して燃焼ガスの粘性に
よってヒレ（２）の表面に形成される温度境界層を剥離
する作用を連続して惹起する。

従って、ヒレ（２）表面の温度境界層の発達を抑制し伝
熱効率が大幅に向上する。しかも、平板状ヒレ（２）に
燃焼ガスの流れ方向に対してほぼ直交するように所定量
の幅及び長さのスリット（３）を設けることにより燃焼
ガスが平板状ヒレ（２）のスリット（３）部分を通過す
るごとに、平板状ヒレ（２）には温度境界層発達域にお
ける高熱伝達を利用した前縁効果が形成され、伝熱効率
がさらに向上する。さらに平板状ヒレ（２）と水管
（１）との温度差を主たる要因として両者間に生じる熱
膨張の差は平板状ヒレ（２）に設けたスリット（３）部
分で吸収・緩和され、ヒレ（２）あるいは水管（１）に
亀裂や変形をもたらすような溶接部における熱応力の発
生を軽減することができる。

第５図、第６図は、この考案の他の実施例を示すもの
で、第５図は縦断面図、第６図は、第５図のIV−IV断面
図である。

上記図面において、上部管寄せ（４）および下部管寄せ
（５）が共に環状に形成されている。上下管寄せ
（４），（５）は、伝熱管としての多数の水管（１）で
連結され、これら水管（１）は半径方向に間隔をおいた
二重の環状水管列として配列されている。内方の環状水
管列と外方の環状水管列との間に燃焼ガス通路（８）を
形成してある。上部管寄せ（４）の内側には、燃焼装置
（９）を設けて、内方の環状水管列の内側空間を燃焼室
（10）としている。内方の環状水管列には、水管の全長
にわたる開口部（12）を設け、燃焼室（10）と燃焼ガス
通路（８）とを連通させてある。一方の外方の環状水管
列にも、水管の全長にわたる開口部（13）を設けて、燃
焼ガス通路（８）と煙道（11）とを連通させてある。

前記水管（１）の燃焼ガス通路（８）に面している部分
には平板状のヒレ（２）が燃焼ガス流れ方向Ａに対して
所定の傾斜角をもたせた状態で、管軸方向に所要間隔で
多段状に配設してある。そして、互いに隣接する水管
（１），（１）相互間においては前記平板状ヒレ（２）
が上記燃焼ガス流れ方向に対して互いに逆方向の傾斜を
なすように設けてある。更に、前記平板状のヒレ（２）
には、燃焼ガスの流れ方向Ａに対して実質的に直交とな
る方向に所要量の幅および長さを有するスリット（３）
を、適宜の個数形成してある。

上記の構成においてその作用を説明すると、燃焼室（1
0）で発生した燃焼ガスは、先ず輻射伝熱により内方の
環状水管列と熱交換を行った後、開口部（12）から燃焼
ガス通路に流入した時点で図中左右２方向に分岐し、こ
の燃焼ガス通路（８）内を水管の軸線方向に対しほぼ直
交する方向に、即ち水管を横切る方向Ａに流れ、水管
（１）及びヒレ（２）との間で主として対流伝熱により
熱交換を行い、開口部（13）で再び合流し、煙道（11）
から外部へ排出する。

このとき、燃焼ガス通路に設けた平板状のヒレ（２）の
作用・効果は前述した第１図から第４図における場合と
同様であるので説明を省略する。

〔考案の効果〕

この考案は、上述の如く、水管の伝熱面にヒレをその表
面が燃焼ガスの流れ方向に対して傾斜した状態で多段状
に配して、燃焼ガスがヒレ表面を這うが如く流れるよう
に構成されているので、燃焼ガスの粘性によって形成さ
れる温度境界層を剥離する作用を惹起して温度境界層の
発達を抑制し、スリットによる前縁効果と相俟って伝熱
効率の向上を図ることができる。しかも、隣接する水管
相互のヒレについてはその傾斜角が互いに逆方向の傾斜
でもって設けられるので燃焼ガスの流れ方向の規制を有
効に利用して伝熱効率の大幅向上を達成することがで
き、又燃焼ガスの流れ方向の規制も容易である。さら
に、平板状ヒレにスリットを設けたことにより平板状ヒ
レと伝熱管間の温度差による熱応力の発生を防ぎ、ヒレ
や伝熱管における亀裂の発生を防止することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案に係る多管式ボイラにおけるヒレ付
水管の相対配列構造の一実施例を示す縦断面図、第２図
は、第１図のII−II断面図、第３図は、第１図の一部拡
大側面図、第４図は、第３図のIV−IV断面図、 第５図は、この考案に係る多管式ボイラにおけるヒレ付
水管の相対配列構造の他の実施例を示す縦断面図、第６
図は、第５図の横断面図、第７図は、従来の直交配列構
造の多管式ボイラの説明図、第８図（イ）は、従来の平
行配列構造の多管式ボイラの要部拡大図、第８図（ロ）
は、第８図（イ）の側面図である。 （１）……水管 （２）……ヒレ （３）……スリット （４）……上部管寄せ （５）……下部管寄せ （６）……隙間 （７）……ボイラ外壁 （８）……燃焼ガス通路 （９）……燃焼装置 （10）……燃焼室 （11）……煙道 （12）……開口部 （13）……開口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−88502（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−141791（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−66385（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭52−272（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】複数個の水管（１）を配列して環状の水管
   列を構成すると共に、この環状水管列の外周に環状の燃
   焼ガス通路（８）を形成し、この燃焼ガス通路（８）内
   にて各水管（１）の軸線方向に実質上直交する方向に燃
   焼ガスを流通させる形式の多管式ボイラにおいて、これ
   らの水管（１）の燃焼ガス通路（８）側表面に、平板状
   のヒレ（２）を燃焼ガスの流れ方向に対して所定の傾斜
   角をもたせた状態で、管軸方向に所要間隔で多段状に配
   設するとともに、互いに隣接する水管（１），（１）相
   互間においては前記平板状ヒレ（２）が上記燃焼ガス流
   れ方向に対して互いに逆方向の傾斜をなすように設け、
   これらの平板状ヒレ（２）に、上記燃焼ガスの流れ方向
   に対して実質上直交する方向に適宜数のスリット（３）
   を設けたことを特徴とする多管式ボイラにおけるヒレ付
   水管の相対配列構造。