ボイラ
【課題】 ボイラの缶体カバーに生じる熱応力を緩和する。
【解決手段】 外側水管列８は、上端部において外側縦ヒレ１１が設けられないことで、外列連通部１２が設けられる。この外列連通部１２を介して、外側水管列８の上端部から放射状に、排ガスが導出される。この排ガスは、缶体カバー１６を介して、煙道２３から排出される。缶体カバー１６は中空の周側壁を有する円筒状とされ、その内周面上部において、上部管寄せ３と外側水管列８の中途とに接続される。
【解決手段】 外側水管列８は、上端部において外側縦ヒレ１１が設けられないことで、外列連通部１２が設けられる。この外列連通部１２を介して、外側水管列８の上端部から放射状に、排ガスが導出される。この排ガスは、缶体カバー１６を介して、煙道２３から排出される。缶体カバー１６は中空の周側壁を有する円筒状とされ、その内周面上部において、上部管寄せ３と外側水管列８の中途とに接続される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蒸気ボイラ、温水ボイラ、熱媒ボイラ、および廃熱ボイラや排ガスボイラを含む各種ボイラに関するものである。特に、上部管寄せと下部管寄せとの間を、円筒状に配列した複数の垂直伝熱管にて連結し、少なくとも一部において、周方向に隣接する垂直伝熱管間の隙間に縦ヒレを設けた缶体を備える多管式のボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多管式のボイラとして、下記特許文献１に開示されるものや、図３に示すものが知られている。図３に基づき説明すると、この種のボイラ１０１は、環状に形成した上部管寄せ１０２と下部管寄せ１０３との間に、一列または二列の水管列１０４を形成するように、多数の水管１０５，１０５，…が円筒状に配列された缶体１０６を備える。このような缶体１０６では、最も内側の水管列１０４よりも内側が燃焼室１０７とされ、それよりも外側が燃焼ガス流路１０８とされる。
【０００３】
従って、缶体１０６上部に設置したバーナ１０９から燃焼室１０７内へ向けて燃料の燃焼を行うと、燃焼ガスは燃焼室１０７の下部で反転して、水管列１０４と水管列１０４との間、または水管列１０４と缶体カバー１１０との間を通って、排ガスとして缶体１０６から煙道１１１へ排出される。この間、燃焼ガスは、各水管１０５内の水と熱交換し、各水管１０５内の水の加熱が図られる。
【特許文献１】特開平２−７５８０５号公報 （第１図〜第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ボイラは、通常、缶体内の圧力に基づき制御される。そのため、缶体内の水や蒸気は、制御圧力における飽和温度とされ、水管の温度もその飽和温度に近い。一方、缶体カバーは、高温の燃焼ガスまたは排ガスと接触するので、水管温度よりも高温とされる。従って、水管と缶体カバーとが同一材質であるとすると、温度差に基づき熱膨張量に差が出て、缶体カバーに熱応力が生じることになる。つまり、缶体カバーには、水管との温度差に基づき、熱応力が生じることになる。
【０００５】
この発明が解決しようとする課題は、水管の熱膨張と缶体カバーの熱膨張との差に基づく缶体カバーの熱応力を緩和することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、同心円筒状に配列されて一以上の伝熱管列を構成する複数の伝熱管と、最も外側に配列される外側伝熱管列に設けられ、その上下方向一端部から他端部へ延出すると共に上下方向他端部を残して、隣接する前記伝熱管間の隙間を閉塞するよう設けられる複数の外側縦ヒレと、この外側縦ヒレを有する箇所における前記外側伝熱管列と、前記上下方向他端部の側の管寄せとを接続し、前記上下方向他端部における前記外側縦ヒレが設けられない箇所からの排ガスを受け入れて煙道へ導き、前記各伝熱管の熱膨張との差を吸収する形状の缶体カバーとを備えることを特徴とするボイラである。
【０００７】
伝熱管は、缶内圧力における熱媒の飽和温度に近いが、缶体カバーは、排ガス温度に近い。これにより、伝熱管と缶体カバーとは、温度差に基づき熱膨張量に差が生じる。ところが、請求項１に記載の発明によれば、この熱膨張量の差を缶体カバーが吸収するので、缶体カバーに生じる熱応力を緩和することができる。
【０００８】
請求項２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上下方向一端部を残して、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縦ヒレと、前記外側伝熱管列の上下方向他端部を残して、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縦ヒレと、この外側縦ヒレを有する箇所における前記外側伝熱管列と、前記上下方向他端部の側の管寄せとを接続し、前記上下方向他端部における前記外側縦ヒレが設けられない箇所からの排ガスを受け入れて煙道へ導き、前記各伝熱管の熱膨張との差を吸収する形状の缶体カバーとを備えることを特徴とするボイラである。
【０００９】
伝熱管は、缶内圧力における熱媒の飽和温度に近いが、缶体カバーは、排ガス温度に近い。これにより、伝熱管と缶体カバーとは、温度差に基づき熱膨張量に差が生じる。ところが、請求項２に記載の発明によれば、この熱膨張量の差を缶体カバーが吸収するので、缶体カバーに生じる熱応力を緩和することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記缶体カバーは、前記外側伝熱管列との接続部よりも、前記上下方向一端部の側へ延出した中空円筒状に形成されてい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。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、缶体カバーは、伝熱管の熱膨張量との差を一層吸収し易い自由端を備えるので、熱応力の緩和を一層確実に図ることができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記缶体カバーが取り付けられた前記外側伝熱管列を取り囲むように、ケーシングが設けられており、前記缶体カバーが取り付けられた前記外側伝熱管列と、前記ケーシングとの間の空間を介して、燃焼用空気が前記各伝熱管列よりも内側の燃焼室へ送り込まれ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。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、ボイラの給気を用いて、缶体カバーを積極的に冷却することができる。また、燃焼用空気を予熱することで、熱効率の向上を図ることができる。
【００１４】
さらに、請求項５に記載の発明は、前記上下方向一端部の側の管寄せと前記外側伝熱管列との接続部において、前記外側縦ヒレよりも径方向外側への耐火材の施工を省略した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。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、外側伝熱管列の外周側における耐火材の施工を省略することができる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明のボイラによれば、伝熱管の熱膨張と缶体カバーの熱膨張との差に基づく缶体カバーの熱応力を緩和することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。
本発明のボイラは、その種類を特に問わないが、たとえば、蒸気ボイラ、温水ボイラ、熱媒ボイラ、廃熱ボイラまたは排ガスボイラである。いずれの場合も、ボイラは、多管式ボイラとされ、典型的には多管式小型貫流ボイラとされる。
【００１８】
具体的には、ボイラは、上部管寄せと下部管寄せとの間を複数の伝熱管で接続して構成される缶体を備える。上部管寄せと下部管寄せとは、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ている。各伝熱管は、垂直に配置され、上部管寄せと下部管寄せとの間を接続する。すなわち、各伝熱管は、上端部が上部管寄せに接続される一方、下端部が下部管寄せに接続される。各伝熱管は、上部管寄せと下部管寄せとの間に、それらの周方向へ沿って配列されることで、円筒状の伝熱管列を構成する。
【００１９】
伝熱管列は、一列に限らず、二列もしくは三列、またはそれ以上であってもよい。たとえば、缶体は、内側伝熱管列と外側伝熱管列とを備える。この場合、内側伝熱管列は、上部管寄せと下部管寄せとの間に円筒状に配列された複数の内側伝熱管から構成される。また、外側伝熱管列は、内側伝熱管列を取り囲むように、上部管寄せと下部管寄せとの間に円筒状に配列された複数の外側伝熱管から構成される。このように伝熱管列を複数とする場合、各伝熱管列は同心円筒状に配列される。
【００２０】
缶体は、通常、上下方向一方が閉塞され、上下方向他方にバーナが設けられる。このようにして、最も内側に配列される伝熱管列よりも内側が燃焼室とされ、この燃焼室内へ向けてバーナから燃料の燃焼が可能とされる。但し、廃熱ボイラや排ガスボイラとする場合には、缶体は、上下方向一方が閉塞され、上下方向他方の開口部から排ガスが導入される。つまり、廃熱ボイラや排ガスボイラの場合には、最も内側に配列される伝熱管列よりも内側の空間へ、排ガスが導入される。
【００２１】
燃焼室からの燃焼ガス（廃熱ボイラや排ガスボイラの場合には排ガス）は、伝熱管との熱交換が有効になされるように、伝熱管列と伝熱管列との間を、設定された経路で流通する。この経路を規定するために、少なくとも外側伝熱管列（最も外側に配列される伝熱管列）には、その上下方向一端部または上下方向他端部を残して、隣接する伝熱管間の隙間を閉塞するための縦ヒレが設けられる。この場合、縦ヒレが設けられないことで形成された隣接伝熱管間の隙間を介して、燃焼ガスは流通する。
【００２２】
たとえば、缶体が内側伝熱管列と外側伝熱管列とを備える場合、内側伝熱管列には、その上下方向一端部を残して、隣接する内側伝熱管間の隙間を閉塞するように、内側縦ヒレが設けられる。また、外側伝熱管列には、その上下方向他端部を残して、隣接する外側伝熱管間の隙間を閉塞するように、外側縦ヒレが設けられる。そして、内側伝熱管列よりも内側を燃焼室とする。
【００２３】
この場合、燃焼室からの燃焼ガスは、内側伝熱管列の上下方向一端部において、内側縦ヒレが設けられないことで形成された内側伝熱管間の隙間を介して、内側伝熱管列と外側伝熱管列との隙間へ導入される。そして、いずれにしても最終的には、燃焼ガスは、外側伝熱管列の上下方向他端部において、外側縦ヒレが設けられないことで形成された外側伝熱管間の隙間を介して、外側伝熱管列の全周から缶体カバー内へ排出される。そして、その排ガスは、缶体カバーに接続された煙道を介して外部へ排出される。
【００２４】
このような構成の缶体の場合、各伝熱管は、その内部の媒体（水や蒸気など）の飽和温度に近いが、缶体カバーは、伝熱管温度よりもたとえば５０〜１５０℃ほど高い排ガスと接触するために、各伝熱管よりも高温とされる。従って、缶体カバーが単に上部管寄せと下部管寄せとを接続する円筒体である場合には、缶体カバーには、伝熱管との温度差に基づき、熱応力が生じる不都合がある。
【００２５】
この熱応力を緩和するためには、各伝熱管の熱膨張と缶体カバーの熱膨張との差を吸収できるように缶体カバーを構成すればよい。そのために、缶体カバーは、外側伝熱管列の外側縦ヒレを設けた箇所と、上下方向他端部の側の管寄せとを接続すると共に、各伝熱管の熱膨張との差を吸収する形状とされる。
【００２６】
たとえば、缶体カバーは、周側壁の縦断面が略ロ字形の円筒状に形成される。そして、その内周部から缶体カバー内の中空部に排ガスが導入される。その後、その排ガスは、中空部と連通する煙道を介して、外部へ排出される。この際、缶体カバーは、外側伝熱管列との接続部よりも、上下方向一端部の側へ延出するのが好ましい。つまり、中空円筒状の缶体カバーは、その内周面上部が、外側伝熱管列の上下方向他端部と対応されるのがよい。これにより、各伝熱管の熱膨張量との差を一層吸収し易い自由端が、缶体カバーの上下方向一端部に備えられるので、熱応力の緩和を一層確実に図ることができる。
【００２７】
缶体カバーに生じる熱応力の緩和を一層確実に行うためには、缶体カバーをボイラの給気を用いて冷却するのがよい。具体的には、缶体カバーが取り付けられた外側伝熱管列を取り囲むように、ケーシングを設ければよい。そして、缶体カバーが取り付けられた外側伝熱管列とケーシングとの間の空間を介して、燃焼用空気が燃焼室へ送り込まれる構成とすればよい。このようにして、送風機への吸込空気、または送風機からの吐出空気により、缶体カバーの冷却を図ることができる。
【００２８】
ところで、本発明では、外側伝熱管列の上下方向一端部の側においては、その外周側には燃焼ガスが流通しない。従って、上下方向一端部の側の管寄せと、外側伝熱管列との接続部において、外側縦ヒレよりも径方向外側への耐火材の施工を省略することが可能である。すなわち、上下方向一端部の側の外側伝熱管列外周への耐火材の施工を省略することができる。
【実施例１】
【００２９】
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、本発明のボイラの実施例１を示す概略縦断面図である。本実施例のボイラ１は、円筒状の缶体２を備えた多管式小型貫流ボイラである。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。
【００３０】
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ている。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。
【００３１】
各水管５，６は、垂直に配置され、下端部が下部管寄せ４に接続される一方、上端部が上部管寄せ３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ている。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。
【００３２】
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、内側縦ヒレ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、内側縦ヒレ９にて閉塞される。内側水管列７は、内側縦ヒレ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。この隙間は、内側水管列７の内側と外側とを連通するための連通部（内列連通部という）１０とされる。
【００３３】
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、外側縦ヒレ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、外側縦ヒレ１１にて閉塞される。外側水管列８は、外側縦ヒレ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。この隙間は、外側水管列８の内側と外側とを連通するための連通部（外列連通部という）１２とされる。
【００３４】
上部管寄せ３の中央部には、下方へ向けてバーナ１３が設けられる。このバーナ１３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１３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１４として機能する。
【００３５】
燃焼室１４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との間の燃焼ガス流路１５へ導出される。そして、その燃焼ガスは、外列連通部１２を介して、缶体カバー１６内へ導出される。
【００３６】
この場合、各水管５，６は、その内部の圧力における水や蒸気の飽和温度（たとえば１５０〜１８０℃）に近いが、缶体カバー１６は、排ガス温度（たとえば３５０℃）に近くなる。従って、仮に、缶体カバー１６が上部管寄せ３と下部管寄せ４との間を接続する単なる円筒状の場合には、缶体カバー１６には、各水管５，６との温度差に基づく熱膨張量の差により、熱応力が生じることになる。
【００３７】
この熱応力を緩和するために、本実施例では、缶体カバー１６は、各伝熱管の熱膨張との差を吸収する形状とされている。すなわち、缶体カバー１６は略円筒状とされ、その周側壁の縦断面は、上下に細長い略ロ字形状とされている。これにより、缶体カバー１６内には、円筒状の中空部１７が形成される。この中空部１７は、缶体カバー１６の内周面上部において、周方向へ沿って形成された開口部にて開口する。そして、この開口部は、外列連通部１２と対面した状態で配置される。
【００３８】
缶体カバー１６について、より具体的に説明すると、缶体カバー１６は、同一軸線上に配置された内外二重の円筒（外筒１９，内筒２０）を備えており、その下端部同士は円環状の下壁１８で閉塞されている。また、外筒１９は、内筒２０よりも上方へ延出して形成されている。内筒２０と外筒１９との間の円筒状の中空部１７は、上述したように、下端部が円環状の下壁１８により閉塞される。また、外筒１９の上端部には、径方向内側へ延出して円環状の上壁２１が設けられる。このような構成の缶体カバー１６は、その開口部と外列連通部１２とが対応するように設けられる。具体的には、上壁２１が上部管寄せ３と接続され、内筒２０の上端部が、接続片２２を介して、外側縦ヒレ１１上端部における外側水管列８の外周側と接続される。これにより、缶体カバー１６の下端部は、接続片２２よりも下部管寄せ４の側へ延出される。
【００３９】
缶体カバー１６の外筒１９の下部には、煙道２３が接続される。従って、燃焼室１４からの燃焼ガスは、燃焼ガス流路１５および外列連通部１２を介して、缶体カバー１６の中空部１７へ導入され、この中空部１７と連通する煙道２３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内の水の加熱が図られる。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、蒸気使用設備（図示省略）へ送られる。
【００４０】
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２４が設けられる。この際、下部管寄せ４側の耐火材２４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。また、下部管寄せ４側の耐火材２４の中央部には、円柱状または円錐台状の凹部２５を形成するのがよい。
【００４１】
ところで、本実施例では、缶体カバー１６は、外側水管列８の中途と上部管寄せ３とを接続する。このように缶体カバー１６が上部管寄せ３と下部管寄せ４とを接続しないので、外側水管列８の下部において、下部管寄せ４との間の隙間は、各外側水管６および各外側縦ヒレ１１にて封止される。そして、本実施例では、燃焼ガスは、外側水管列８の外周部における下部管寄せ４には接触しない。従って、下部管寄せ４上面の耐火材２４は、外側水管列８の外周側には設けなくてもよい。
【００４２】
缶体カバー１６の外側には、缶体カバー１６が接続された外側水管列８を取り囲むように、円筒状のケーシング２６が設けられる。そして、缶体カバー１６付き外側水管列８とケーシング２６との間の円筒状空間は、上端部が開口される一方、下端部は閉塞されている。そして、ケーシング２６の周側壁下部には、連絡路２７を介して送風機２８の吸込口が接続される。この送風機２８は、バーナ１３へ燃焼用空気を送り込むためのものである。
【００４３】
従って、外気は、上部管寄せ３上面のバーナ１３を取り囲む位置から、缶体カバー１６付き外側水管列８とケーシング２６との間の空間を介して、燃焼用空気として燃焼室１４へ送り込まれることになる。そして、送風機２８への吸込空気により、特に缶体カバー１６の冷却を図ることができる。但し、送風機２８への吸込みではなく、送風機２８からの吐出により、缶体カバー１６の冷却を図ってもよい。具体的には、送風機２８からの吐出空気を、缶体カバー１６付き外側水管列８とケーシング２６との空間を介して、燃焼用空気として燃焼室１４へ送り込んでもよい。
【００４４】
ところで、各内側水管５には、所望により、その外周面から突出する内側横ヒレ（図示省略）をさらに設けてもよい。また、同様に、各外側水管６には、所望により、その外周面から突出するように外側横ヒレ（図示省略）をさらに設けてもよい。この際、外側横ヒレは、外側水管列８の内周側に設けられる。各横ヒレは、上下に離隔して各水管５，６に複数設けることができる。また、各横ヒレは、通常、各水管５，６の径方向外側へツバ状に延出して設けられる。この際、水平方向に対し所望角度だけ傾斜させておくことで、燃焼ガスに旋回流を生じさせることができる。横ヒレの設置の有無、設置領域および設置位置、設置枚数、形状や大きさなどは適宜に設定される。
【００４５】
また、図示例では、各内側水管５の下端部は、それより上部よりも小径部２９に形成されている。これは、内列連通部１０を通過する燃焼ガスの流量を所望に確保するためである。従って、内列連通部１０を通過する燃焼ガスの流量を所望に確保できる場合には、小径部２９は必須ではない。内列連通部１０の大きさは、隣接する内側水管５，５間の隙間と、内側縦ヒレ９の下端部の高さ位置にも左右されるため、小径部２９を設ける代わりに、これら寸法を調整してもよい。一方、図示例では、各外側水管６の上端部には、小径部２９は形成されていないが、各内側水管５と同様に小径部２９を形成してもよい。
【００４６】
本実施例のボイラ１では、缶体カバー１６は、外側水管列８との接続部よりも下部管寄せ４の側へ延出される。従って、缶体カバー１６の下端部は、自由端とされる。これにより、各水管温度よりも高温の排ガスが缶体カバー１６の中空部１７へ導出されても、この温度差に基づく熱膨張量の差は、缶体カバー１６が吸収する。
【００４７】
しかも、本実施例では、缶体カバー１６は、外側水管列８の中途との隙間が封止される一方、上部管寄せ３との隙間が封止される。また、外側水管列８および外側縦ヒレ１１は、その下端部において、下部管寄せ４との隙間が封止される。このようにして、燃焼ガスや排ガスは、燃焼ガス流路１５や缶体カバー１６の中空部１７などの設定経路から漏れ出すことはない。
【００４８】
また、本実施例では、各水管列７（８）は、隣接する水管５，５（６，６）間に隙間を空けて、その隙間に縦ヒレ９（１１）を設ける構成である。このような構成により、各水管５，５（６，６）間の隙間への燃焼ガスの流入を可能として、その隙間がデッドスペースとなるのを防止し、また縦ヒレ９（１１）により、燃焼ガスから各水管５（６）への伝熱効率を高めることができる。さらに、外側水管列８の上端部全周から放射状に排ガスを出した後、缶体カバー１６の中空部１７を介して煙道２３へ排ガスを導く構成であるから、外側水管列８の周方向全域で均等な排ガスの流れを確保することができる。
【実施例２】
【００４９】
図２は、本発明のボイラの実施例２を示す概略縦断面図である。本実施例２のボイラも、基本的には前記実施例１のボイラと同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００５０】
前記実施例１のボイラでは、内側水管列７の下端部に内列連通部１０を設け、外側水管列８の上端部に外列連通部１２を設けた。これにより、缶体２上部のバーナ１３からの燃焼ガスは、内側水管列７の下端部の内列連通部１０から燃焼ガス流路１５へ入り、外側水管列８の上端部の外列連通部１２から缶体カバー１６へ排出される構成であった。一方、本実施例２のボイラ１では、内側水管列７の上端部に内列連通部１０を設け、外側水管列８の下端部に外列連通部１２を設けた。これにより、缶体２上部のバーナ１３からの燃焼ガスは、内側水管列７の上端部の内列連通部１０から燃焼ガス流路１５へ入り、外側水管列８の下端部の外列連通部１２から缶体カバー１６へ排出される構成である。
【００５１】
本実施例２の場合、缶体カバー１６の構造は、前記実施例１と上下対称となる。従って、缶体カバー１６は、内周面下部において、中空部１７が開口され、外列連通部１２と連通する。具体的には、缶体カバー１６は、内筒２０と外筒１９との間の円筒状の中空部１７が、円環状の上壁２１により閉塞され、外筒１９は、内筒２０よりも下方へ延出して形成されている。また、外筒１９の下端部には、径方向内側へ延出して円環状の下壁１８が設けられる。そして、下壁１８が下部管寄せ４と接続され、内筒２０の下端部が、接続片２２を介して、外側縦ヒレ１１下端部における外側水管列８の外周側と接続される。本実施例２では、煙道２３は、缶体カバー１６の外筒１９の上部に接続される。その他の構成は、前記実施例１と同様であるため、説明は省略する。
【００５２】
本発明のボイラは、前記各実施例の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、前記各実施例では、内側水管列７と外側水管列８とを設けたが、水管列の数は適宜に増減できる。また、前記各実施例では、缶体２の下部を閉塞し、缶体２の上部にバーナ１３を設けたが、これとは逆に、缶体２の上部を閉塞し、缶体２の下部にバーナ１３を設けてもよい。また、中空部１７の断面形状は、適宜に変更可能であり、それに伴い缶体カバー１６の形状も変更される。
【００５３】
前記各実施例では、煙道２３は、缶体カバー１６の外筒１９の上端部または下端部に接続されたが、煙道２３の缶体カバー１６への接続位置は、適宜に変更可能である。
【００５４】
また、前記各実施例では、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、前記各実施例において、バーナ１３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。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明のボイラの実施例１を示す概略縦断面図である。
【図２】本発明のボイラの実施例２を示す概略縦断面図である。
【図３】従来のボイラの概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ ボイラ
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 内側縦ヒレ
１１ 外側縦ヒレ
１４ 燃焼室
１６ 缶体カバー
２３ 煙道
２４ 耐火材
２６ ケーシング
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蒸気ボイラ、温水ボイラ、熱媒ボイラ、および廃熱ボイラや排ガスボイラを含む各種ボイラに関するものである。特に、上部管寄せと下部管寄せとの間を、円筒状に配列した複数の垂直伝熱管にて連結し、少なくとも一部において、周方向に隣接する垂直伝熱管間の隙間に縦ヒレを設けた缶体を備える多管式のボイラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多管式のボイラとして、下記特許文献１に開示されるものや、図３に示すものが知られている。図３に基づき説明すると、この種のボイラ１０１は、環状に形成した上部管寄せ１０２と下部管寄せ１０３との間に、一列または二列の水管列１０４を形成するように、多数の水管１０５，１０５，…が円筒状に配列された缶体１０６を備える。このような缶体１０６では、最も内側の水管列１０４よりも内側が燃焼室１０７とされ、それよりも外側が燃焼ガス流路１０８とされる。
【０００３】
従って、缶体１０６上部に設置したバーナ１０９から燃焼室１０７内へ向けて燃料の燃焼を行うと、燃焼ガスは燃焼室１０７の下部で反転して、水管列１０４と水管列１０４との間、または水管列１０４と缶体カバー１１０との間を通って、排ガスとして缶体１０６から煙道１１１へ排出される。この間、燃焼ガスは、各水管１０５内の水と熱交換し、各水管１０５内の水の加熱が図られる。
【特許文献１】特開平２−７５８０５号公報 （第１図〜第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ボイラは、通常、缶体内の圧力に基づき制御される。そのため、缶体内の水や蒸気は、制御圧力における飽和温度とされ、水管の温度もその飽和温度に近い。一方、缶体カバーは、高温の燃焼ガスまたは排ガスと接触するので、水管温度よりも高温とされる。従って、水管と缶体カバーとが同一材質であるとすると、温度差に基づき熱膨張量に差が出て、缶体カバーに熱応力が生じることになる。つまり、缶体カバーには、水管との温度差に基づき、熱応力が生じることになる。
【０００５】
この発明が解決しようとする課題は、水管の熱膨張と缶体カバーの熱膨張との差に基づく缶体カバーの熱応力を緩和することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、同心円筒状に配列されて一以上の伝熱管列を構成する複数の伝熱管と、最も外側に配列される外側伝熱管列に設けられ、その上下方向一端部から他端部へ延出すると共に上下方向他端部を残して、隣接する前記伝熱管間の隙間を閉塞するよう設けられる複数の外側縦ヒレと、この外側縦ヒレを有する箇所における前記外側伝熱管列と、前記上下方向他端部の側の管寄せとを接続し、前記上下方向他端部における前記外側縦ヒレが設けられない箇所からの排ガスを受け入れて煙道へ導き、前記各伝熱管の熱膨張との差を吸収する形状の缶体カバーとを備えることを特徴とするボイラである。
【０００７】
伝熱管は、缶内圧力における熱媒の飽和温度に近いが、缶体カバーは、排ガス温度に近い。これにより、伝熱管と缶体カバーとは、温度差に基づき熱膨張量に差が生じる。ところが、請求項１に記載の発明によれば、この熱膨張量の差を缶体カバーが吸収するので、缶体カバーに生じる熱応力を緩和することができる。
【０００８】
請求項２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上下方向一端部を残して、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縦ヒレと、前記外側伝熱管列の上下方向他端部を残して、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縦ヒレと、この外側縦ヒレを有する箇所における前記外側伝熱管列と、前記上下方向他端部の側の管寄せとを接続し、前記上下方向他端部における前記外側縦ヒレが設けられない箇所からの排ガスを受け入れて煙道へ導き、前記各伝熱管の熱膨張との差を吸収する形状の缶体カバーとを備えることを特徴とするボイラである。
【０００９】
伝熱管は、缶内圧力における熱媒の飽和温度に近いが、缶体カバーは、排ガス温度に近い。これにより、伝熱管と缶体カバーとは、温度差に基づき熱膨張量に差が生じる。ところが、請求項２に記載の発明によれば、この熱膨張量の差を缶体カバーが吸収するので、缶体カバーに生じる熱応力を緩和することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記缶体カバーは、前記外側伝熱管列との接続部よりも、前記上下方向一端部の側へ延出した中空円筒状に形成されてい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。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、缶体カバーは、伝熱管の熱膨張量との差を一層吸収し易い自由端を備えるので、熱応力の緩和を一層確実に図ることができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記缶体カバーが取り付けられた前記外側伝熱管列を取り囲むように、ケーシングが設けられており、前記缶体カバーが取り付けられた前記外側伝熱管列と、前記ケーシングとの間の空間を介して、燃焼用空気が前記各伝熱管列よりも内側の燃焼室へ送り込まれ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。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、ボイラの給気を用いて、缶体カバーを積極的に冷却することができる。また、燃焼用空気を予熱することで、熱効率の向上を図ることができる。
【００１４】
さらに、請求項５に記載の発明は、前記上下方向一端部の側の管寄せと前記外側伝熱管列との接続部において、前記外側縦ヒレよりも径方向外側への耐火材の施工を省略した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。
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、外側伝熱管列の外周側における耐火材の施工を省略することができる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明のボイラによれば、伝熱管の熱膨張と缶体カバーの熱膨張との差に基づく缶体カバーの熱応力を緩和することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。
本発明のボイラは、その種類を特に問わないが、たとえば、蒸気ボイラ、温水ボイラ、熱媒ボイラ、廃熱ボイラまたは排ガスボイラである。いずれの場合も、ボイラは、多管式ボイラとされ、典型的には多管式小型貫流ボイラとされる。
【００１８】
具体的には、ボイラは、上部管寄せと下部管寄せとの間を複数の伝熱管で接続して構成される缶体を備える。上部管寄せと下部管寄せとは、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ている。各伝熱管は、垂直に配置され、上部管寄せと下部管寄せとの間を接続する。すなわち、各伝熱管は、上端部が上部管寄せに接続される一方、下端部が下部管寄せに接続される。各伝熱管は、上部管寄せと下部管寄せとの間に、それらの周方向へ沿って配列されることで、円筒状の伝熱管列を構成する。
【００１９】
伝熱管列は、一列に限らず、二列もしくは三列、またはそれ以上であってもよい。たとえば、缶体は、内側伝熱管列と外側伝熱管列とを備える。この場合、内側伝熱管列は、上部管寄せと下部管寄せとの間に円筒状に配列された複数の内側伝熱管から構成される。また、外側伝熱管列は、内側伝熱管列を取り囲むように、上部管寄せと下部管寄せとの間に円筒状に配列された複数の外側伝熱管から構成される。このように伝熱管列を複数とする場合、各伝熱管列は同心円筒状に配列される。
【００２０】
缶体は、通常、上下方向一方が閉塞され、上下方向他方にバーナが設けられる。このようにして、最も内側に配列される伝熱管列よりも内側が燃焼室とされ、この燃焼室内へ向けてバーナから燃料の燃焼が可能とされる。但し、廃熱ボイラや排ガスボイラとする場合には、缶体は、上下方向一方が閉塞され、上下方向他方の開口部から排ガスが導入される。つまり、廃熱ボイラや排ガスボイラの場合には、最も内側に配列される伝熱管列よりも内側の空間へ、排ガスが導入される。
【００２１】
燃焼室からの燃焼ガス（廃熱ボイラや排ガスボイラの場合には排ガス）は、伝熱管との熱交換が有効になされるように、伝熱管列と伝熱管列との間を、設定された経路で流通する。この経路を規定するために、少なくとも外側伝熱管列（最も外側に配列される伝熱管列）には、その上下方向一端部または上下方向他端部を残して、隣接する伝熱管間の隙間を閉塞するための縦ヒレが設けられる。この場合、縦ヒレが設けられないことで形成された隣接伝熱管間の隙間を介して、燃焼ガスは流通する。
【００２２】
たとえば、缶体が内側伝熱管列と外側伝熱管列とを備える場合、内側伝熱管列には、その上下方向一端部を残して、隣接する内側伝熱管間の隙間を閉塞するように、内側縦ヒレが設けられる。また、外側伝熱管列には、その上下方向他端部を残して、隣接する外側伝熱管間の隙間を閉塞するように、外側縦ヒレが設けられる。そして、内側伝熱管列よりも内側を燃焼室とする。
【００２３】
この場合、燃焼室からの燃焼ガスは、内側伝熱管列の上下方向一端部において、内側縦ヒレが設けられないことで形成された内側伝熱管間の隙間を介して、内側伝熱管列と外側伝熱管列との隙間へ導入される。そして、いずれにしても最終的には、燃焼ガスは、外側伝熱管列の上下方向他端部において、外側縦ヒレが設けられないことで形成された外側伝熱管間の隙間を介して、外側伝熱管列の全周から缶体カバー内へ排出される。そして、その排ガスは、缶体カバーに接続された煙道を介して外部へ排出される。
【００２４】
このような構成の缶体の場合、各伝熱管は、その内部の媒体（水や蒸気など）の飽和温度に近いが、缶体カバーは、伝熱管温度よりもたとえば５０〜１５０℃ほど高い排ガスと接触するために、各伝熱管よりも高温とされる。従って、缶体カバーが単に上部管寄せと下部管寄せとを接続する円筒体である場合には、缶体カバーには、伝熱管との温度差に基づき、熱応力が生じる不都合がある。
【００２５】
この熱応力を緩和するためには、各伝熱管の熱膨張と缶体カバーの熱膨張との差を吸収できるように缶体カバーを構成すればよい。そのために、缶体カバーは、外側伝熱管列の外側縦ヒレを設けた箇所と、上下方向他端部の側の管寄せとを接続すると共に、各伝熱管の熱膨張との差を吸収する形状とされる。
【００２６】
たとえば、缶体カバーは、周側壁の縦断面が略ロ字形の円筒状に形成される。そして、その内周部から缶体カバー内の中空部に排ガスが導入される。その後、その排ガスは、中空部と連通する煙道を介して、外部へ排出される。この際、缶体カバーは、外側伝熱管列との接続部よりも、上下方向一端部の側へ延出するのが好ましい。つまり、中空円筒状の缶体カバーは、その内周面上部が、外側伝熱管列の上下方向他端部と対応されるのがよい。これにより、各伝熱管の熱膨張量との差を一層吸収し易い自由端が、缶体カバーの上下方向一端部に備えられるので、熱応力の緩和を一層確実に図ることができる。
【００２７】
缶体カバーに生じる熱応力の緩和を一層確実に行うためには、缶体カバーをボイラの給気を用いて冷却するのがよい。具体的には、缶体カバーが取り付けられた外側伝熱管列を取り囲むように、ケーシングを設ければよい。そして、缶体カバーが取り付けられた外側伝熱管列とケーシングとの間の空間を介して、燃焼用空気が燃焼室へ送り込まれる構成とすればよい。このようにして、送風機への吸込空気、または送風機からの吐出空気により、缶体カバーの冷却を図ることができる。
【００２８】
ところで、本発明では、外側伝熱管列の上下方向一端部の側においては、その外周側には燃焼ガスが流通しない。従って、上下方向一端部の側の管寄せと、外側伝熱管列との接続部において、外側縦ヒレよりも径方向外側への耐火材の施工を省略することが可能である。すなわち、上下方向一端部の側の外側伝熱管列外周への耐火材の施工を省略することができる。
【実施例１】
【００２９】
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、本発明のボイラの実施例１を示す概略縦断面図である。本実施例のボイラ１は、円筒状の缶体２を備えた多管式小型貫流ボイラである。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。
【００３０】
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ている。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。
【００３１】
各水管５，６は、垂直に配置され、下端部が下部管寄せ４に接続される一方、上端部が上部管寄せ３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ている。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。
【００３２】
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、内側縦ヒレ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、内側縦ヒレ９にて閉塞される。内側水管列７は、内側縦ヒレ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。この隙間は、内側水管列７の内側と外側とを連通するための連通部（内列連通部という）１０とされる。
【００３３】
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、外側縦ヒレ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、外側縦ヒレ１１にて閉塞される。外側水管列８は、外側縦ヒレ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。この隙間は、外側水管列８の内側と外側とを連通するための連通部（外列連通部という）１２とされる。
【００３４】
上部管寄せ３の中央部には、下方へ向けてバーナ１３が設けられる。このバーナ１３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１３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１４として機能する。
【００３５】
燃焼室１４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との間の燃焼ガス流路１５へ導出される。そして、その燃焼ガスは、外列連通部１２を介して、缶体カバー１６内へ導出される。
【００３６】
この場合、各水管５，６は、その内部の圧力における水や蒸気の飽和温度（たとえば１５０〜１８０℃）に近いが、缶体カバー１６は、排ガス温度（たとえば３５０℃）に近くなる。従って、仮に、缶体カバー１６が上部管寄せ３と下部管寄せ４との間を接続する単なる円筒状の場合には、缶体カバー１６には、各水管５，６との温度差に基づく熱膨張量の差により、熱応力が生じることになる。
【００３７】
この熱応力を緩和するために、本実施例では、缶体カバー１６は、各伝熱管の熱膨張との差を吸収する形状とされている。すなわち、缶体カバー１６は略円筒状とされ、その周側壁の縦断面は、上下に細長い略ロ字形状とされている。これにより、缶体カバー１６内には、円筒状の中空部１７が形成される。この中空部１７は、缶体カバー１６の内周面上部において、周方向へ沿って形成された開口部にて開口する。そして、この開口部は、外列連通部１２と対面した状態で配置される。
【００３８】
缶体カバー１６について、より具体的に説明すると、缶体カバー１６は、同一軸線上に配置された内外二重の円筒（外筒１９，内筒２０）を備えており、その下端部同士は円環状の下壁１８で閉塞されている。また、外筒１９は、内筒２０よりも上方へ延出して形成されている。内筒２０と外筒１９との間の円筒状の中空部１７は、上述したように、下端部が円環状の下壁１８により閉塞される。また、外筒１９の上端部には、径方向内側へ延出して円環状の上壁２１が設けられる。このような構成の缶体カバー１６は、その開口部と外列連通部１２とが対応するように設けられる。具体的には、上壁２１が上部管寄せ３と接続され、内筒２０の上端部が、接続片２２を介して、外側縦ヒレ１１上端部における外側水管列８の外周側と接続される。これにより、缶体カバー１６の下端部は、接続片２２よりも下部管寄せ４の側へ延出される。
【００３９】
缶体カバー１６の外筒１９の下部には、煙道２３が接続される。従って、燃焼室１４からの燃焼ガスは、燃焼ガス流路１５および外列連通部１２を介して、缶体カバー１６の中空部１７へ導入され、この中空部１７と連通する煙道２３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内の水の加熱が図られる。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、蒸気使用設備（図示省略）へ送られる。
【００４０】
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２４が設けられる。この際、下部管寄せ４側の耐火材２４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。また、下部管寄せ４側の耐火材２４の中央部には、円柱状または円錐台状の凹部２５を形成するのがよい。
【００４１】
ところで、本実施例では、缶体カバー１６は、外側水管列８の中途と上部管寄せ３とを接続する。このように缶体カバー１６が上部管寄せ３と下部管寄せ４とを接続しないので、外側水管列８の下部において、下部管寄せ４との間の隙間は、各外側水管６および各外側縦ヒレ１１にて封止される。そして、本実施例では、燃焼ガスは、外側水管列８の外周部における下部管寄せ４には接触しない。従って、下部管寄せ４上面の耐火材２４は、外側水管列８の外周側には設けなくてもよい。
【００４２】
缶体カバー１６の外側には、缶体カバー１６が接続された外側水管列８を取り囲むように、円筒状のケーシング２６が設けられる。そして、缶体カバー１６付き外側水管列８とケーシング２６との間の円筒状空間は、上端部が開口される一方、下端部は閉塞されている。そして、ケーシング２６の周側壁下部には、連絡路２７を介して送風機２８の吸込口が接続される。この送風機２８は、バーナ１３へ燃焼用空気を送り込むためのものである。
【００４３】
従って、外気は、上部管寄せ３上面のバーナ１３を取り囲む位置から、缶体カバー１６付き外側水管列８とケーシング２６との間の空間を介して、燃焼用空気として燃焼室１４へ送り込まれることになる。そして、送風機２８への吸込空気により、特に缶体カバー１６の冷却を図ることができる。但し、送風機２８への吸込みではなく、送風機２８からの吐出により、缶体カバー１６の冷却を図ってもよい。具体的には、送風機２８からの吐出空気を、缶体カバー１６付き外側水管列８とケーシング２６との空間を介して、燃焼用空気として燃焼室１４へ送り込んでもよい。
【００４４】
ところで、各内側水管５には、所望により、その外周面から突出する内側横ヒレ（図示省略）をさらに設けてもよい。また、同様に、各外側水管６には、所望により、その外周面から突出するように外側横ヒレ（図示省略）をさらに設けてもよい。この際、外側横ヒレは、外側水管列８の内周側に設けられる。各横ヒレは、上下に離隔して各水管５，６に複数設けることができる。また、各横ヒレは、通常、各水管５，６の径方向外側へツバ状に延出して設けられる。この際、水平方向に対し所望角度だけ傾斜させておくことで、燃焼ガスに旋回流を生じさせることができる。横ヒレの設置の有無、設置領域および設置位置、設置枚数、形状や大きさなどは適宜に設定される。
【００４５】
また、図示例では、各内側水管５の下端部は、それより上部よりも小径部２９に形成されている。これは、内列連通部１０を通過する燃焼ガスの流量を所望に確保するためである。従って、内列連通部１０を通過する燃焼ガスの流量を所望に確保できる場合には、小径部２９は必須ではない。内列連通部１０の大きさは、隣接する内側水管５，５間の隙間と、内側縦ヒレ９の下端部の高さ位置にも左右されるため、小径部２９を設ける代わりに、これら寸法を調整してもよい。一方、図示例では、各外側水管６の上端部には、小径部２９は形成されていないが、各内側水管５と同様に小径部２９を形成してもよい。
【００４６】
本実施例のボイラ１では、缶体カバー１６は、外側水管列８との接続部よりも下部管寄せ４の側へ延出される。従って、缶体カバー１６の下端部は、自由端とされる。これにより、各水管温度よりも高温の排ガスが缶体カバー１６の中空部１７へ導出されても、この温度差に基づく熱膨張量の差は、缶体カバー１６が吸収する。
【００４７】
しかも、本実施例では、缶体カバー１６は、外側水管列８の中途との隙間が封止される一方、上部管寄せ３との隙間が封止される。また、外側水管列８および外側縦ヒレ１１は、その下端部において、下部管寄せ４との隙間が封止される。このようにして、燃焼ガスや排ガスは、燃焼ガス流路１５や缶体カバー１６の中空部１７などの設定経路から漏れ出すことはない。
【００４８】
また、本実施例では、各水管列７（８）は、隣接する水管５，５（６，６）間に隙間を空けて、その隙間に縦ヒレ９（１１）を設ける構成である。このような構成により、各水管５，５（６，６）間の隙間への燃焼ガスの流入を可能として、その隙間がデッドスペースとなるのを防止し、また縦ヒレ９（１１）により、燃焼ガスから各水管５（６）への伝熱効率を高めることができる。さらに、外側水管列８の上端部全周から放射状に排ガスを出した後、缶体カバー１６の中空部１７を介して煙道２３へ排ガスを導く構成であるから、外側水管列８の周方向全域で均等な排ガスの流れを確保することができる。
【実施例２】
【００４９】
図２は、本発明のボイラの実施例２を示す概略縦断面図である。本実施例２のボイラも、基本的には前記実施例１のボイラと同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００５０】
前記実施例１のボイラでは、内側水管列７の下端部に内列連通部１０を設け、外側水管列８の上端部に外列連通部１２を設けた。これにより、缶体２上部のバーナ１３からの燃焼ガスは、内側水管列７の下端部の内列連通部１０から燃焼ガス流路１５へ入り、外側水管列８の上端部の外列連通部１２から缶体カバー１６へ排出される構成であった。一方、本実施例２のボイラ１では、内側水管列７の上端部に内列連通部１０を設け、外側水管列８の下端部に外列連通部１２を設けた。これにより、缶体２上部のバーナ１３からの燃焼ガスは、内側水管列７の上端部の内列連通部１０から燃焼ガス流路１５へ入り、外側水管列８の下端部の外列連通部１２から缶体カバー１６へ排出される構成である。
【００５１】
本実施例２の場合、缶体カバー１６の構造は、前記実施例１と上下対称となる。従って、缶体カバー１６は、内周面下部において、中空部１７が開口され、外列連通部１２と連通する。具体的には、缶体カバー１６は、内筒２０と外筒１９との間の円筒状の中空部１７が、円環状の上壁２１により閉塞され、外筒１９は、内筒２０よりも下方へ延出して形成されている。また、外筒１９の下端部には、径方向内側へ延出して円環状の下壁１８が設けられる。そして、下壁１８が下部管寄せ４と接続され、内筒２０の下端部が、接続片２２を介して、外側縦ヒレ１１下端部における外側水管列８の外周側と接続される。本実施例２では、煙道２３は、缶体カバー１６の外筒１９の上部に接続される。その他の構成は、前記実施例１と同様であるため、説明は省略する。
【００５２】
本発明のボイラは、前記各実施例の構成に限らず適宜変更可能である。たとえば、前記各実施例では、内側水管列７と外側水管列８とを設けたが、水管列の数は適宜に増減できる。また、前記各実施例では、缶体２の下部を閉塞し、缶体２の上部にバーナ１３を設けたが、これとは逆に、缶体２の上部を閉塞し、缶体２の下部にバーナ１３を設けてもよい。また、中空部１７の断面形状は、適宜に変更可能であり、それに伴い缶体カバー１６の形状も変更される。
【００５３】
前記各実施例では、煙道２３は、缶体カバー１６の外筒１９の上端部または下端部に接続されたが、煙道２３の缶体カバー１６への接続位置は、適宜に変更可能である。
【００５４】
また、前記各実施例では、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、前記各実施例において、バーナ１３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。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明のボイラの実施例１を示す概略縦断面図である。
【図２】本発明のボイラの実施例２を示す概略縦断面図である。
【図３】従来のボイラの概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ ボイラ
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 内側縦ヒレ
１１ 外側縦ヒレ
１４ 燃焼室
１６ 缶体カバー
２３ 煙道
２４ 耐火材
２６ ケーシング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部管寄せと下部管寄せとの間に、同心円筒状に配列されて一以上の伝熱管列を構成する複数の伝熱管と、
最も外側に配列される外側伝熱管列に設けられ、その上下方向一端部から他端部へ延出すると共に上下方向他端部を残して、隣接する前記伝熱管間の隙間を閉塞するよう設けられる複数の外側縦ヒレと、
この外側縦ヒレを有する箇所における前記外側伝熱管列と、前記上下方向他端部の側の管寄せとを接続し、前記上下方向他端部における前記外側縦ヒレが設けられない箇所からの排ガスを受け入れて煙道へ導き、前記各伝熱管の熱膨張との差を吸収する形状の缶体カバーと
を備えることを特徴とするボイラ。
【請求項２】
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上下方向一端部を残して、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縦ヒレと、
前記外側伝熱管列の上下方向他端部を残して、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縦ヒレと、
この外側縦ヒレを有する箇所における前記外側伝熱管列と、前記上下方向他端部の側の管寄せとを接続し、前記上下方向他端部における前記外側縦ヒレが設けられない箇所からの排ガスを受け入れて煙道へ導き、前記各伝熱管の熱膨張との差を吸収する形状の缶体カバーと
を備えることを特徴とするボイラ。
【請求項３】
前記缶体カバーは、前記外側伝熱管列との接続部よりも、前記上下方向一端部の側へ延出した中空円筒状に形成されている
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。
【請求項４】
前記缶体カバーが取り付けられた前記外側伝熱管列を取り囲むように、ケーシングが設けられており、
前記缶体カバーが取り付けられた前記外側伝熱管列と、前記ケーシングとの間の空間を介して、燃焼用空気が前記各伝熱管列よりも内側の燃焼室へ送り込まれる
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。
【請求項５】
前記上下方向一端部の側の管寄せと前記外側伝熱管列との接続部において、前記外側縦ヒレよりも径方向外側への耐火材の施工を省略した
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。
【請求項１】
上部管寄せと下部管寄せとの間に、同心円筒状に配列されて一以上の伝熱管列を構成する複数の伝熱管と、
最も外側に配列される外側伝熱管列に設けられ、その上下方向一端部から他端部へ延出すると共に上下方向他端部を残して、隣接する前記伝熱管間の隙間を閉塞するよう設けられる複数の外側縦ヒレと、
この外側縦ヒレを有する箇所における前記外側伝熱管列と、前記上下方向他端部の側の管寄せとを接続し、前記上下方向他端部における前記外側縦ヒレが設けられない箇所からの排ガスを受け入れて煙道へ導き、前記各伝熱管の熱膨張との差を吸収する形状の缶体カバーと
を備えることを特徴とするボイラ。
【請求項２】
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上下方向一端部を残して、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縦ヒレと、
前記外側伝熱管列の上下方向他端部を残して、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縦ヒレと、
この外側縦ヒレを有する箇所における前記外側伝熱管列と、前記上下方向他端部の側の管寄せとを接続し、前記上下方向他端部における前記外側縦ヒレが設けられない箇所からの排ガスを受け入れて煙道へ導き、前記各伝熱管の熱膨張との差を吸収する形状の缶体カバーと
を備えることを特徴とするボイラ。
【請求項３】
前記缶体カバーは、前記外側伝熱管列との接続部よりも、前記上下方向一端部の側へ延出した中空円筒状に形成されている
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。
【請求項４】
前記缶体カバーが取り付けられた前記外側伝熱管列を取り囲むように、ケーシングが設けられており、
前記缶体カバーが取り付けられた前記外側伝熱管列と、前記ケーシングとの間の空間を介して、燃焼用空気が前記各伝熱管列よりも内側の燃焼室へ送り込まれる
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。
【請求項５】
前記上下方向一端部の側の管寄せと前記外側伝熱管列との接続部において、前記外側縦ヒレよりも径方向外側への耐火材の施工を省略した
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−２７５２４７（Ｐ２００８−２７５２４７Ａ）
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１９０３４（Ｐ２００７−１１９０３４）
【出願日】平成１９年４月２７日（２００７．４．２７）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【出願人】（５０４１４３５２２）株式会社三浦プロテック (488)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月２７日（２００７．４．２７）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【出願人】（５０４１４３５２２）株式会社三浦プロテック (488)
【Ｆターム（参考）】
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