ボイラ
【課題】 熱回収を効果的に行うと共に耐久性の高い拡大伝熱面（フィン等）を有する水管群を備えたボイラを提供することを課題とする。
【解決手段】 本発明は、環状に配列された内側水管群２０と外側水管群３０とを有する缶体１０と、前記内側水管群２０の中央部に配設されたバーナ４０とを備えたボイラ１であって、前記内側水管群２０を成す隣接する内側水管間が、ガス流路を設ける部分を除いて閉塞されており、前記ガス流路近傍における前記内側水管群２０および前記外側水管群３０の少なくとも一方に、スタッドフィン２２，３２が設けられていることを特徴としている。
【解決手段】 本発明は、環状に配列された内側水管群２０と外側水管群３０とを有する缶体１０と、前記内側水管群２０の中央部に配設されたバーナ４０とを備えたボイラ１であって、前記内側水管群２０を成す隣接する内側水管間が、ガス流路を設ける部分を除いて閉塞されており、前記ガス流路近傍における前記内側水管群２０および前記外側水管群３０の少なくとも一方に、スタッドフィン２２，３２が設けられていることを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ（多管式貫流ボイラ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、環状に配列された水管群を有する缶体を備えたボイラはよく知られており、このようなボイラにおいては、一般的に、その水管群の中央部にバーナが配設されている。つまり、このような構成のボイラにおいては、環状に配列された水管群の中央部が、バーナから供給された燃料を燃焼させるための燃焼室として機能する。
【０００３】
また、従来技術にかかるボイラにおいては、バーナにて生成された燃焼ガスの熱回収量を高めるために、水管群を構成する所定の水管に対してフィンを設ける技術が知られている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００４】
しかしながら、従来技術にかかるボイラにおいては、水管に設けるフィンの設置箇所により、効果的な熱回収を行うことができないという問題があった。つまり、ボイラを構成する水管群に設けられる拡大伝熱面を有効利用できていないという問題があった。また、場合によっては、燃焼ガスによって過熱されたフィンに亀裂が入ったり、脱落が発生したりする等の問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−７５８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされたものであって、熱回収を効果的に行うと共に耐久性の高い拡大伝熱面（フィン等）を有する水管群を備えたボイラを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、環状に配列された内側水管群と外側水管群とを有する缶体と、前記内側水管群の中央部に配設されたバーナとを備えたボイラであって、前記内側水管群を成す隣接する内側水管間が、ガス流路を設ける部分を除いて閉塞されており、前記ガス流路近傍における前記内側水管群および前記外側水管群の少なくとも一方に、拡大伝熱面（例えば、スタッドフィン）が設けられており、前記ガス流路近傍における前記外側水管群にのみ、前記拡大伝熱面（例えば、スタッドフィン）が設けられていることを特徴としている。
【０００８】
このような構成によれば、温度差が大きくなる領域である前記ガス流路近傍に、前記拡大伝熱面（例えば、スタッドフィン）が設けられているため、効果的に熱回収を行うことができる。また、拡大伝熱面としてスタッドフィンを用いれば、仮に過熱状態となったとしても、亀裂や脱落等が発生しにくい。さらに、このような構成によれば、前記ガス流路近傍に拡大伝熱面を設け、早い段階で燃焼ガスから熱回収が行われ、燃焼ガス温度が早期に低下するため、サーマルＮＯｘの発生を低減することが可能となる。また、本発明にかかるボイラによれば、上述したように、前記内側水管群の中央部に設けられたバーナにて生成された燃焼ガスが、前記ガス流路を介して前記外側水管群に衝突した後、前記外側水管群に沿って、水管群間を流通する。したがって、この好ましい構成によれば、燃焼ガスと多く接触する前記外側水管群に設けられている前記拡大伝熱面（例えば、スタッドフィン）によって、より効果的に燃焼ガスからの熱回収を行うことができる。
【０００９】
また、本発明にかかるボイラは、前記ガス流路が、前記内側水管群の一端側に環状に設けられている構成が好ましい。より具体的には、本発明にかかるボイラは、前記ガス流路が、前記内側水管群の上端側あるいは下端側に環状に設けられている構成が好ましい。
【００１０】
さらに、本発明にかかるボイラは、前記ガス流路近傍に設けられた前記拡大伝熱面（例えば、スタッドフィン）の下流側に、ガスの流れに対して傾斜させた平板状のフィンが設けられている構成が好ましい。
【００１１】
また、本発明にかかるボイラは、前記平板状のフィンの傾斜角度が、前記ガスの流れに対して２０°〜８５°（水平に対して５°〜７０°）である構成が好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、熱回収を効果的に行うと共に耐久性の高い拡大伝熱面（フィン等）を有する水管群を備えたボイラを得ることができる。また、本発明によれば、低ＮＯｘ化を図ることが可能なボイラを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施形態を説明する前に、本明細書において使用する用語について説明する。
【００１４】
本明細書において、単に「ガス」と称する場合、ガスとは、燃焼反応中のガスおよび燃焼反応が完了したガスの少なくとも一方を含む概念であり、燃焼ガスと称することもできる。つまり、ガスとは、燃焼反応中のガスおよび燃焼反応が完了したガスの両方を有する場合、燃焼反応中のガスのみを有する場合、あるいは燃焼反応が完了したガスのみを有する場合の、いずれをも含む概念である。以下、特に説明しない場合は同様の概念である。
【００１５】
また、排ガスとは、燃焼反応が完了または殆ど完了したガスを意味する。さらに、特に説明しない場合は、排ガスとは、ボイラの缶体内を通過して煙突部に達したガス、および缶体内にて循環するガスの両方あるいはいずれかを意味するものとする。
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
まず、本実施形態の第一態様にかかるボイラは、環状に配列された内側水管群と外側水管群とを有する缶体と、内側水管群の中央部に配設されたバーナとを備えたボイラであって、内側水管群を成す隣接する内側水管間が、ガス流路を設ける部分を除いて閉塞されており、ガス流路近傍における内側水管群および前記外側水管群の少なくとも一方に、拡大伝熱面（例えば、スタッドフィン）が設けられていることを特徴としている。
【００１８】
また、本実施形態の第二態様にかかるボイラは、第一態様の構成において、ガス流路近傍における内側水管群および外側水管群に拡大伝熱面（例えば、スタッドフィン）が設けられており、外側水管群の方が、内側水管群よりも多くの拡大伝熱面（例えば、スタッドフィン）が設けられている。
【００１９】
さらに、本実施形態の第三態様にかかるボイラは、第一態様の構成において、ガス流路近傍における外側水管群にのみ、拡大伝熱面（例えば、スタッドフィン）が設けられている。
【００２０】
また、本実施形態の第四態様にかかるボイラは、第一態様から第三態様のいずれかの構成において、ガス流路が、内側水管群の一端側に環状に設けられている。つまり、本実施形態にかかるボイラは、ガス流路が、内側水管群の上端側あるいは下端側に環状に設けられている。
【００２１】
さらに、本実施形態の第五態様にかかるボイラは、第一態様から第四態様のいずれかの構成において、ガス流路近傍に設けられた拡大伝熱面（例えば、スタッドフィン）の下流側に、ガスの流れに対して傾斜させた平板状のフィンが設けられている。
【００２２】
また、本実施形態の第六態様にかかるボイラは、第五態様の構成において、平板状のフィンの傾斜角度が、ガスの流れに対して２０°〜８５°（水平に対して５°〜７０°）であることが好ましい。
【００２３】
＜第一実施例＞
以下、図面に基づき、本発明の第一実施例にかかるボイラについて説明する。
【００２４】
図１は、本発明の第一実施例にかかるボイラの縦断面の説明図を示している。図２は、図１のII−II線に沿う横断面の簡略説明図を示している。図３は、図１のIII−III線に沿う横断面の簡略説明図を示している。図４は、図１のIV−IV線に沿う横断面の簡略説明図を示している。
【００２５】
図１等に示すように、本実施例にかかるボイラ１は、環状に配列された水管群を有する缶体１０と、これらの水管群の中央部に配設されたバーナ４０とを用いて構成されており、バーナ４０上方位置には、燃焼用空気をバーナ４０に供給する、ウインドボックス５０が設けられている。
【００２６】
缶体１０は、上部ヘッダ１１と下部ヘッダ１２との間に複数の水管群（内側水管群２０、外側水管群３０）を立設して構成されている。それぞれの水管群２０，３０は、略同心円上の環状に配列されており、内側水管群２０から所定間隔を隔てて外側水管群３０が設けられており、内側水管群２０と外側水管群３０との間に環状ガス流路６０が形成されている。
【００２７】
本実施例において、内側水管群２０は、複数の内側水管２１および第一縦ヒレ部２４を用いて構成されている。それぞれの内側水管２１は、略均等の所定間隔を有した状態で環状に構成されており、各内側水管２１間には、隣接する内側水管２１間の隙間をなくすべく連接された第一縦ヒレ部２４が設けられている。つまり、本実施例においては、この第一縦ヒレ部２４を用いて、内側水管群２０は、密接状態で環状に構成されることとなる。
【００２８】
また、各内側水管２１の下端部２１ａは縮径部となっており、本実施例にかかる内側水管群２０においては、この縮径された下端部２１ａ周辺の空間が、環状に形成された内側ガス流路２５（本発明の「ガス流路」に相当）として機能することとなる。すなわち、この内側ガス流路２５は、内側水管群２０内部で生成されたガスを環状ガス流路６０に導くべく機能する。
【００２９】
本実施例において、外側水管群３０は、複数の外側水管３１および第二縦ヒレ部３４を用いて構成されている。それぞれの外側水管３１は、略均等の所定間隔を有した状態で環状に構成されており、各外側水管３１間には、隣接する外側水管３１間の隙間をなくすべく連接された第二縦ヒレ部３４が設けられている。つまり、本実施例においては、この第二縦ヒレ部３４を用いて、外側水管群３０は、密接状態で環状に構成されることとなる。
【００３０】
また、各外側水管３１の上端部３１ａは縮径部となっており、本実施例にかかる外側水管群３０においては、この縮径された上端部３１ａ周辺の空間が、環状に形成された外側ガス流路３５として機能することとなる。この外側ガス流路３５は、環状ガス流路６０内に導入されたガスを排気筒９０側へ導くべく機能する。つまり、内側水管群２０内部で生成されたガスは、内側ガス流路２５、環状ガス流路６０、および外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められ、この排気筒９０を介して缶体１０の外部に排出される。
【００３１】
内側水管群２０を構成する各内側水管２１には、下端部２１ａに複数の第一スタッドフィン２２（本発明の「拡大伝熱面」に相当）が設けられている。第一スタッドフィン２２が設けられた箇所の下流側（ガス流れの下流側）に位置する内側水管２１には、その環状ガス流路６０側に、複数の平板状の第一フィン２３（本発明の「平板状のフィン」に相当）が設けられている。
【００３２】
また、外側水管群３０を構成する各外側水管３１には、内側ガス流路２５の近傍に複数の第二スタッドフィン３２（本発明の「拡大伝熱面」に相当）が設けられている。第二スタッドフィン３２が設けられた箇所の下流側（ガス流れの下流側）に位置する外側水管３１には、その環状ガス流路６０側に、複数の平板状の第二フィン３３（本発明の「平板状のフィン」に相当）が設けられている。
【００３３】
すなわち、本実施例においては、内側ガス流路２５の近傍における内側水管群２０（を構成する内側水管２１）および外側水管群３０（を構成する外側水管３１）にスタッドフィン（第一スタッドフィン２２，第二スタッドフィン３２）が設けられており、これらのスタッドフィンの下流側（ガス流れにおける下流側）に平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）が設けられている。本実施例においては、第一フィン２３および第二フィン３３は、ガス流れ（垂直方向の流れ）に対して８０°の傾斜角度（水平に対して１０°の傾斜角度）を有するように設けられている。また、本実施例において、この平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さは、６ｍｍ〜１２ｍｍ程度が好ましい。さらに、本実施例においては、全ての平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さを同一とするのみではなく、必要に応じて、その高さを変更してもよい。例えば、下方に位置する平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さを６ｍｍとし、上方に位置する平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さを１２ｍｍとしてもよい。すなわち、下方のフィン（横ヒレ）は上方のフィン（横ヒレ）よりも、水管外周面からの延長長さが短く形成されてもよい。
【００３４】
本実施例にかかるボイラ１を成すバーナ４０は、特に何等かの構成に限定されるものではなく、ガス燃料あるいは液体燃料のいずれを用いるものも適用可能である。つまり、本実施例においては、環状に構成された水管群２０，３０を有する缶体１０内において、適切に火炎Ｆを形成可能なバーナ４０であれば、どのような構成のバーナを用いてもよい。
【００３５】
本実施例にかかるボイラ１は、以上のように構成されており、その構成に基づき、次のような作用効果を奏する。以下、上述した図面（図１〜図４）を用いて、その作用効果を具体的に説明する。
【００３６】
本実施例においては、図１に示すように、内側水管群２０の中央部に設けられたバーナ４０から、下方に向けて火炎Ｆ（燃焼ガス）が形成される。そして、バーナ４０にて生成された燃焼ガスＧ０は、内側水管群２０に沿って下方向に流動する。内側水管群２０に沿って下方向に流動したガスは、缶体１０の下面に衝突した後、周方向に向けて放射状に流動するガスＧ１（図１および図２参照）の流れとなって、内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入される。
【００３７】
内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入されたガスＧ２は、次いで、内側水管群２０と外側水管群３０に沿って、上方向に流動する。この際、内側水管群２０と外側水管群３０とに設けられている平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）の傾斜角度に応じて、ガスＧ２は旋回しながら上方向に流動する。そして、旋回しながら上方向に流動したガスＧ２は、缶体１０の上面に衝突した後、周方向に向けて放射状に流動するガスＧ３（図１および図４参照）の流れとなって、外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められ、この排気筒９０を介して缶体１０の外部に排出される。
【００３８】
上記のようなガスの流れにおいて、バーナ４０にて生成された火炎（燃焼ガス）の熱エネルギは、内側水管群２０および外側水管群３０にて回収される。
【００３９】
より具体的には、まず、内側水管群２０の内表面側（バーナ４０が設けられている側（燃焼室側））において、ガスＧ０，Ｇ１と内側水管群２０の内表面とが接触することによって熱回収が行われる。次いで、ガスＧ１が内側ガス流路２５を通過する際には、内側水管群２０（を成す内側水管２１の下端部２１ａ）および内側ガス流路２５の近傍に設けられた第一スタッドフィン２２と、ガスＧ１とが接触することによって熱回収が行われる。
【００４０】
次いで、ガスＧ１が内側ガス流路２５を通過した後には、ガスが外側水管群３０の下端部に衝突し、加えてこの内側ガス流路２５近傍にはスタッドフィン２２，３２が設けられていることから、この内側ガス流路２５近傍においては乱流状態が促進される。したがって、この内側ガス流路２５近傍においては、第一スタッドフィン２２および第二スタッドフィン３２と、ガスとの接触が効果的に行われて、高効率の熱回収が行われることとなる。
【００４１】
次いで、環状ガス流路６０を旋回しながら上方向に流動するガスＧ２は、内側水管群２０、外側水管群３０、およびそれぞれの水管群２０，３０に設けられた平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）と接触し、これらの接触を行うことによってガスＧ２からの熱回収が行われる。最後に、環状ガス流路６０を旋回しながら上方向に流動したガスＧ３は、外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められるまでの間、外側水管群３０の外側（排気筒９０側）に接触することによって、熱回収が行われる。
【００４２】
本実施例によれば、ボイラ１は以上のように構成され、その缶体１０内にて以上のようにガスが流動するため、熱回収を効果的に行うと共に耐久性の高い拡大伝熱面（フィン等）を有する水管群を備えたボイラを得ることができる。
【００４３】
具体的には、本実施例にかかるボイラ１によれば、温度差が大きくなる領域である内側ガス流路２５（ガス流路）近傍に、スタッドフィン２２，３２（拡大伝熱面）が設けられているため、効果的に熱回収を行うことができる。また、この内側ガス流路２５近傍に設けられている拡大伝熱面がスタッドフィン２２，３２であるため、仮に過熱状態となったとしても、亀裂や脱落等が発生しにくい。さらに、このような構成によれば、内側ガス流路２５近傍にスタッドフィン２２，３２を設け、早い段階で燃焼ガスから熱回収を行い、燃焼ガス温度が早期に低下するため、サーマルＮＯｘの発生を低減することが可能となる。
【００４４】
また、本実施例にかかるボイラ１においては、内側ガス流路２５近傍に設けられたスタッドフィン２２，３２の下流側に、ガスの流れに対して傾斜させた平板状のフィン２３，３３が設けられている。このような構成によれば、スタッドフィン２２，３２によって回収できなかった熱エネルギを無駄にすることなく、より効果的に回収し、高効率で運転可能なボイラ１を構成することが可能となる。
【００４５】
さらに、本実施例にかかるボイラ１においては、スタッドフィン２２，３２の下流側に設けられた平板状のフィン２３，３３が、ガス流れに対して所定角度傾斜して設けられており、ガスは、環状ガス流路６０内を旋回しながら上昇する。つまり、本実施例によれば、ガス流れに対して直角にフィンを設ける場合と比較して、フィン２３，３３がガス流れを邪魔しないため、低圧損を実現可能なボイラ１とすることができる。
【００４６】
また、本実施例にかかるボイラ１によれば、上述したように、効果的に熱回収を実施することが可能となるため、これに起因して、ボイラの小型化を図ることが可能となる。つまり、熱回収率を高めることによって、ボイラの運転効率を高めることが可能となるため、その分、ボイラの小型化を図ることができる。
【００４７】
＜第二実施例＞
次に、本発明の第二実施例にかかるボイラについて説明する。なお、本発明の第二実施例にかかるボイラは、基本的な構成は、先に説明した第一実施例と同様である。そこで、以下においては、第一実施例と同様な部分については、第一実施例と同様の符号を付してその詳細な説明を省略し、主に第一実施例と異なる構成について説明を行う。
【００４８】
図５は、本発明の第二実施例にかかるボイラの横断面の簡略説明図を示したものである。より具体的には、先に説明した第一実施例にかかる図２に相当する簡略説明図である。すなわち、この図５は、本実施例にかかるボイラの内側ガス流路２５（本発明の「ガス流路」に相当）近傍における横断面の簡略説明図を示したものである。
【００４９】
先にも説明した通り、本実施例にかかるボイラ１は、基本的には第一実施例と同様の構成を有しており、第一実施例との違いは、内側ガス流路２５近傍に設けられたスタッドフィン２２，３２の数である。本実施例においては、第一実施例と比較して、内側水管２１の下端部２１ａに設けられた第一スタッドフィン２２を少なく、外側水管３１の下端部に設けられた第二スタッドフィン３２を多く設けている。より詳細には、内側水管２１の下端部２１における環状ガス流路６０側には第一スタッドフィン２２を設けず、その分（内側水管２１にて減じた分）のスタッドフィンを外側水管３１の下端部に設けている。
【００５０】
第一実施例にて説明した通り、ガスＧ１が内側ガス流路２５を通過した後、そのガスは、外側水管群３０の下端部に衝突する。そして、その後、内側ガス流路２５近傍において、ガスは主に外側水管群３０を沿って上方向に流動する。そうとすれば、内側ガス流路２５近傍においては、内側水管群２０よりも外側水管群３０の方がガスとの接触回数が多いこととなる。
【００５１】
本実施例は、このガス流動に着目して構成されたものであり、より高い効率で熱回収を行うことができるボイラ１を提供することを目的としている。
【００５２】
本実施例にかかるボイラは、上述した通り、内側ガス流路２５近傍における内側水管群２０および外側水管群３０に、スタッドフィン２２，３２が設けられており、外側水管群３０の方が、内側水管群２０よりも多くのスタッドフィンが設けられている構成であることを特徴としている。
【００５３】
本実施例にかかるボイラ１によれば、内側水管群２０の中央部に設けられたバーナ４０にて生成された燃焼ガスが、内側ガス流路２５を介して外側水管群３０に接触した後、水管群間（内側水管群２０と外側水管群３０との間）（環状ガス流路６０）を流通する。この際、ガスは内側水管群２０から外側水管群３０に向かって連続的に流動するため、環状ガス流路６０内においては、どうしてもガスの接触時間は内側水管群２０よりも外側水管群３０の方が長くなる。そして、本実施例によれば、外側水管群３０の方が、内側水管群２０よりも多くのスタッドフィンを設けているため、より効果的に燃焼ガスからの熱回収を行うことができる。
【００５４】
また、本実施例にかかるボイラ１によれば、上記作用効果に加えて、第一実施例にて得られる作用効果も当然のごとく得ることができる。
【００５５】
＜第三実施例＞
次に、本発明の第三実施例にかかるボイラについて説明する。なお、本発明の第三実施例にかかるボイラは、基本的な構成は、先に説明した第一実施例と同様である。そこで、以下においては、第一実施例と同様な部分については、第一実施例と同様の符号を付してその詳細な説明を省略し、主に第一実施例と異なる構成について説明を行う。
【００５６】
図６は、本発明の第三実施例にかかるボイラの縦断面の説明図を示している。図７は、図６のVII−VII線に沿う横断面の簡略説明図を示している。図８は、図６のVIII−VIII線に沿う横断面の簡略説明図を示している。図９は、図６のIX−IX線に沿う横断面の簡略説明図を示している。
【００５７】
図６等に示すように、本実施例にかかるボイラ１は、環状に配列された水管群を有する缶体１０と、これらの水管群の中央部に配設されたバーナ４０とを用いて構成されており、バーナ４０上方位置には、燃焼用空気をバーナ４０に供給する、ウインドボックス５０が設けられている。
【００５８】
缶体１０は、上部ヘッダ１１と下部ヘッダ１２との間に複数の水管群（内側水管群２０、外側水管群３０）を立設して構成されている。それぞれの水管群２０，３０は、略同心円上の環状に配列されており、内側水管群２０から所定間隔を隔てて外側水管群３０が設けられており、内側水管群２０と外側水管群３０との間に環状ガス流路６０が形成されている。
【００５９】
本実施例において、内側水管群２０は、複数の内側水管２１および第一縦ヒレ部２４を用いて構成されている。それぞれの内側水管２１は、略均等の所定間隔を有した状態で環状に構成されており、各内側水管２１間には、隣接する内側水管２１間の隙間をなくすべく連接された第一縦ヒレ部２４が設けられている。つまり、本実施例においては、この第一縦ヒレ部２４を用いて、内側水管群２０は、密接状態で環状に構成されることとなる。
【００６０】
また、各内側水管２１の下端部２１ａは縮径部となっており、本実施例にかかる内側水管群２０においては、この縮径された下端部２１ａ周辺の空間が、環状に形成された内側ガス流路２５（本発明の「ガス流路」に相当）として機能することとなる。すなわち、この内側ガス流路２５は、内側水管群２０内部で生成されたガスを環状ガス流路６０に導くべく機能する。
【００６１】
本実施例において、外側水管群３０は、複数の外側水管３１および第二縦ヒレ部３４を用いて構成されている。それぞれの外側水管３１は、略均等の所定間隔を有した状態で環状に構成されており、各外側水管３１間には、隣接する外側水管３１間の隙間をなくすべく連接された第二縦ヒレ部３４が設けられている。つまり、本実施例においては、この第二縦ヒレ部３４を用いて、外側水管群３０は、密接状態で環状に構成されることとなる。
【００６２】
また、各外側水管３１間に連接された第二縦ヒレ部３４は、図６に示すように、缶体１０の内壁上方部に設けられた断熱材との間に所定の空間を有するべく設けられており、本実施例にかかる外側水管群３０においては、この第二縦ヒレ部３４の上方に形成された空間（第二縦ヒレ部３４と上部断熱材との間に形成された空間）が、環状に形成された外側ガス流路３５として機能することとなる。この外側ガス流路３５は、環状ガス流路６０内に導入されたガスを排気筒９０側へ導くべく機能する。つまり、内側水管群２０内部で生成されたガスは、内側ガス流路２５、環状ガス流路６０、および外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められ、この排気筒９０を介して缶体１０の外部に排出される。
【００６３】
内側水管群２０を構成する各内側水管２１には、下端部２１ａの上方位置に（内側ガス流路２５近傍に）複数の第一スタッドフィン２２（本発明の「拡大伝熱面」に相当）が設けられている。より具体的には、環状ガス流路６０側に面する各内側水管２１の略中央部から下方位置にかけて、複数の第一スタッドフィン２２が設けられている。第一スタッドフィン２２が設けられた箇所の下流側（ガス流れの下流側）に位置する内側水管２１には、その環状ガス流路６０側に、複数の平板状の第一フィン２３（本発明の「平板状のフィン」に相当）が設けられている。
【００６４】
また、外側水管群３０を構成する各外側水管３１には、内側ガス流路２５の近傍に複数の第二スタッドフィン３２（本発明の「拡大伝熱面」に相当）が設けられている。より具体的には、環状ガス流路６０側に面する各外側水管３１の略中央部から下方位置にかけて、複数の第二スタッドフィン３２が設けられている。第二スタッドフィン３２が設けられた箇所の下流側（ガス流れの下流側）に位置する外側水管３１には、その環状ガス流路６０側に、複数の平板状の第二フィン３３（本発明の「平板状のフィン」に相当）が設けられている。
【００６５】
すなわち、本実施例においては、内側ガス流路２５の近傍における内側水管群２０（を構成する内側水管２１）および外側水管群３０（を構成する外側水管３１）にスタッドフィン（第一スタッドフィン２２，第二スタッドフィン３２）が設けられており、これらのスタッドフィンの下流側（ガス流れにおける下流側）に平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）が設けられている。本実施例においては、第一フィン２３および第二フィン３３は、ガス流れ（垂直方向の流れ）に対して８０°の傾斜角度（水平に対して１０°の傾斜角度）を有するように設けられている。また、本実施例において、この平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さは、６ｍｍ〜１２ｍｍ程度が好ましい。さらに、本実施例においては、全ての平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さを同一とするのみではなく、必要に応じて、その高さを変更してもよい。例えば、下方に位置する平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さを６ｍｍとし、上方に位置する平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さを１２ｍｍとしてもよい。すなわち、下方のフィン（横ヒレ）は上方のフィン（横ヒレ）よりも、水管外周面からの延長長さが短く形成されてもよい。
【００６６】
本実施例にかかるボイラ１を成すバーナ４０は、特に何等かの構成に限定されるものではなく、ガス燃料あるいは液体燃料のいずれを用いるものも適用可能である。つまり、本実施例においては、環状に構成された水管群２０，３０を有する缶体１０内において、適切に火炎Ｆを形成可能なバーナ４０であれば、どのような構成のバーナを用いてもよい。
【００６７】
本実施例にかかるボイラ１は、以上のように構成されており、その構成に基づき、先に説明した第一実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００６８】
＜第四実施例＞
次に、本発明の第四実施例にかかるボイラについて説明する。なお、本発明の第四実施例にかかるボイラは、基本的な構成は、先に説明した第一実施例と同様の部分もある。そこで、以下においては、第一実施例と同様な部分については、第一実施例と同様の符号を付してその詳細な説明を省略し、主に第一実施例と異なる構成について説明を行う。
【００６９】
図１０は、本発明の第四実施例にかかるボイラの縦断面の説明図を示している。図１１は、図１０のXI−XI線に沿う横断面の簡略説明図を示している。図１２は、図１０のXII−XII線に沿う横断面の簡略説明図を示している。図１３は、図１０のXIII−XIII線に沿う横断面の簡略説明図を示している。
【００７０】
図１０等に示すように、本実施例にかかるボイラ１は、環状に配列された水管群を有する缶体１０と、これらの水管群の中央部に配設されたバーナ４０とを用いて構成されており、バーナ４０上方位置には、燃焼用空気をバーナ４０に供給する、ウインドボックス５０が設けられている。
【００７１】
缶体１０は、上部ヘッダ１１と下部ヘッダ１２との間に複数の水管群（内側水管群２０、外側水管群３０）を立設して構成されている。それぞれの水管群２０，３０は、略同心円上の環状に配列されており、内側水管群２０から所定間隔を隔てて外側水管群３０が設けられており、内側水管群２０と外側水管群３０との間に環状ガス流路６０が形成されている。
【００７２】
この缶体１０の内面（側面、上面、下面）には、断熱材が施工されている。より具体的には、水管群２０，３０の軸方向側面に側面断熱部７１、水管群２０，３０の上端側（缶体１０の上面）に上側断熱部７２、および水管群２０，３０の下端側（缶体１０の下面）に下側断熱部７３（下側断熱部）が、それぞれ充填施工されている。上側断熱部７２は、缶体１０の上面に施工面が平面になるように断熱材が充填されている。下側断熱部７３は、缶体１０の下面に施工面が凹型となるように断熱材が充填されており、中央凹み部７３Ａ、傾斜部７３Ｂ、および平面部７３Ｃを有している。
【００７３】
本実施例において、内側水管群２０は、複数の内側水管２１および第一縦ヒレ部２４を用いて構成されている。それぞれの内側水管２１は、略均等の所定間隔を有した状態で環状に構成されており、各内側水管２１間には、隣接する内側水管２１間の隙間をなくすべく連接された第一縦ヒレ部２４が設けられている。つまり、本実施例においては、この第一縦ヒレ部２４を用いて、内側水管群２０は、密接状態で環状に構成されることとなる。
【００７４】
また、各内側水管２１の下端部２１ａは縮径部となっており、本実施例にかかる内側水管群２０においては、この縮径された下端部２１ａ周辺の空間が、環状に形成された内側ガス流路２５（本発明の「ガス流路」に相当）として機能することとなる。すなわち、この内側ガス流路２５は、内側水管群２０内部で生成されたガスを環状ガス流路６０に導くべく機能する。
【００７５】
本実施例において、外側水管群３０は、複数の外側水管３１および第二縦ヒレ部３４を用いて構成されている。それぞれの外側水管３１は、略均等の所定間隔を有した状態で環状に構成されており、各外側水管３１間には、隣接する外側水管３１間の隙間をなくすべく連接された第二縦ヒレ部３４が設けられている。つまり、本実施例においては、この第二縦ヒレ部３４を用いて、外側水管群３０は、密接状態で環状に構成されることとなる。
【００７６】
また、各外側水管３１の上端部３１ａは縮径部となっており、本実施例にかかる外側水管群３０においては、この縮径された上端部３１ａ周辺の空間が、環状に形成された外側ガス流路３５として機能することとなる。この外側ガス流路３５は、環状ガス流路６０内に導入されたガスを排気筒９０側へ導くべく機能する。つまり、内側水管群２０内部で生成されたガスは、内側ガス流路２５、環状ガス流路６０、および外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められ、この排気筒９０を介して缶体１０の外部に排出される。
【００７７】
内側水管群２０を構成する各内側水管２１には、下端部２１ａおよびその上方位置に（内側ガス流路２５近傍に）複数の第一スタッドフィン２２（本発明の「拡大伝熱面」に相当）が設けられている。より具体的には、環状ガス流路６０側に面する各内側水管２１の略中央部から下方位置にかけて、複数の第一スタッドフィン２２が設けられている。第一スタッドフィン２２が設けられた箇所の下流側（ガス流れの下流側）に位置する内側水管２１には、その環状ガス流路６０側に、複数の平板状の第一フィン２３（本発明の「平板状のフィン」に相当）が設けられている。
【００７８】
また、外側水管群３０を構成する各外側水管３１には、内側ガス流路２５の近傍に複数の第二スタッドフィン３２（本発明の「拡大伝熱面」に相当）が設けられている。より具体的には、環状ガス流路６０側に面する各外側水管３１の略中央部から下方位置にかけて、複数の第二スタッドフィン３２が設けられている。第二スタッドフィン３２が設けられた箇所の下流側（ガス流れの下流側）に位置する外側水管３１には、その環状ガス流路６０側に、複数の平板状の第二フィン３３（本発明の「平板状のフィン」に相当）が設けられている。
【００７９】
すなわち、本実施例においては、内側ガス流路２５の近傍における内側水管群２０（を構成する内側水管２１）および外側水管群３０（を構成する外側水管３１）にスタッドフィン（第一スタッドフィン２２，第二スタッドフィン３２）が設けられており、これらのスタッドフィンの下流側（ガス流れにおける下流側）に平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）が設けられている。本実施例においては、第一フィン２３および第二フィン３３は、ガス流れ（垂直方向の流れ）に対して８０°の傾斜角度（水平に対して１０°の傾斜角度）を有するように設けられている。また、本実施例において、この平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さは、６ｍｍ〜１２ｍｍ程度が好ましい。さらに、本実施例においては、全ての平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さを同一とするのみではなく、必要に応じて、その高さを変更してもよい。例えば、下方に位置する平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さを６ｍｍとし、上方に位置する平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さを１２ｍｍとしてもよい。すなわち、下方のフィン（横ヒレ）は上方のフィン（横ヒレ）よりも、水管外周面からの延長長さが短く形成されてもよい。
【００８０】
本実施例にかかるボイラ１を成すバーナ４０は、特に何等かの構成に限定されるものではなく、ガス燃料あるいは液体燃料のいずれを用いるものも適用可能である。つまり、本実施例においては、環状に構成された水管群２０，３０を有する缶体１０内において、適切に火炎Ｆを形成可能なバーナ４０であれば、どのような構成のバーナを用いてもよい。
【００８１】
本実施例にかかるボイラ１は、以上のように構成されており、その構成に基づき、次のような作用効果を奏する。以下、上述した図面（図１０〜図１３）を用いて、その作用効果を具体的に説明する。
【００８２】
本実施例においては、図１０に示すように、内側水管群２０の中央部に設けられたバーナ４０から、下方に向けて火炎Ｆ（燃焼ガス）が形成される。そして、バーナ４０にて生成された燃焼ガスＧ０は、内側水管群２０に沿って下方向に流動する。内側水管群２０に沿って下方向に流動したガスは、缶体１０の下面（下側断熱部７３）に衝突した後、周方向に向けて放射状に流動するガスＧ１（図１０および図１１参照）の流れとなって、内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入される。より具体的には、内側水管群２０に沿って下方向に流動したガスは、まず、下側断熱部７３を成す中央凹み部７３Ａに衝突し、その後、下側断熱部７３を成す傾斜部７３Ｂに沿って斜め上方に流動してから、内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入される。
【００８３】
内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入されたガスＧ２は、次いで、内側水管群２０と外側水管群３０に沿って、上方向に流動する。この際、内側水管群２０と外側水管群３０とに設けられている平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）の傾斜角度に応じて、ガスＧ２は上方向に流動する。そして、上方向に流動したガスＧ２は、缶体１０の上面に衝突した後、周方向に向けて放射状に流動するガスＧ３（図１０および図１３参照）の流れとなって、外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められ、この排気筒９０を介して缶体１０の外部に排出される。
【００８４】
上記のようなガスの流れにおいて、バーナ４０にて生成された火炎（燃焼ガス）の熱エネルギは、内側水管群２０および外側水管群３０にて回収される。
【００８５】
より具体的には、まず、内側水管群２０の内表面側（バーナ４０が設けられている側（燃焼室側））において、ガスＧ０，Ｇ１と内側水管群２０の内表面とが接触することによって熱回収が行われる。次いで、ガスＧ１が内側ガス流路２５を通過する際には、内側水管群２０（を成す内側水管２１の下端部２１ａ）および内側ガス流路２５の近傍に設けられた第一スタッドフィン２２と、ガスＧ１とが接触することによって熱回収が行われる。
【００８６】
次いで、ガスＧ１が内側ガス流路２５を通過した後には、ガスが外側水管群３０の下端部に衝突し、加えてこの内側ガス流路２５近傍にはスタッドフィン２２，３２が設けられていることから、この内側ガス流路２５近傍においては乱流状態が促進される。したがって、この内側ガス流路２５近傍においては、第一スタッドフィン２２および第二スタッドフィン３２と、ガスとの接触が効果的に行われて、高効率の熱回収が行われることとなる。
【００８７】
次いで、環状ガス流路６０を上方向に流動するガスＧ２は、内側水管群２０、外側水管群３０、およびそれぞれの水管群２０，３０に設けられた平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）と接触し、これらの接触を行うことによってガスＧ２からの熱回収が行われる。最後に、環状ガス流路６０を上方向に流動したガスＧ３は、外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められるまでの間、外側水管群３０の外側（排気筒９０側）に接触することによって、熱回収が行われる。
【００８８】
本実施例によれば、ボイラ１は以上のように構成され、その缶体１０内にて以上のようにガスが流動するため、缶体圧損を低減させることによってフィン等の拡大伝熱面の設置可能箇所を広げ、この設置可能箇所に耐久性の高い拡大伝熱面（フィン等）を設けて拡大伝熱面の亀裂・脱落等を防ぎ、熱回収を効果的に行うことができるボイラを得ることができる。
【００８９】
本実施例にかかるボイラ１においては、バーナ４０にて生成される燃焼ガスが、ガス流路２５に対して流入しやすいように、内側水管群２０の下端側に設けられた下側断熱部７３の形状が定められている。より具体的には、内側水管群２０に沿って下方向に流動したガスは、缶体１０下面の下側断熱部７３を成す中央凹み部７３Ａに衝突し、その後、下側断熱部７３を成す傾斜部７３Ｂに沿って斜め上方に流動してから、内側ガス流路２５が設けられている平面部７３Ｃに達し、この内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入される。このように、本実施例によれば、缶体下部（内側水管群の下端側）に設けられている断熱材（下側断熱部７３）が燃焼ガスの流れを促進するような形状（凹形状）に施工させているため、燃焼ガスがターンする領域（缶体下部）での偏流が小さくなり、缶体圧損を減少させることができる。
【００９０】
また、本実施例にかかるボイラ１においては、上記のように、缶体下部での偏流が小さくなることから（缶体圧損が小さくなることから）、温度差が大きくなる領域であるガス流路２５近傍に、多くの拡大伝熱面（スタッドフィン２２，３２等）を設けることが可能となる。本実施例では、拡大伝熱面としてスタッドフィン２２，３２を用いているため、仮に過熱状態となったとしても、拡大伝熱面に亀裂や脱落等が発生しにくい。したがって、本実施例によれば、缶体圧損を低減させることによってフィン等の拡大伝熱面の設置可能箇所を広げ、この設置可能箇所に耐久性の高い拡大伝熱面（フィン等）を設けて拡大伝熱面の亀裂・脱落等を防ぐことにより、熱回収を効果的に行うことができるボイラを得ることができる。さらに、このような構成によれば、内側ガス流路２５近傍にスタッドフィン２２，３２を設け、早い段階で燃焼ガスから熱回収を行い、燃焼ガス温度が早期に低下するため、サーマルＮＯｘの発生を低減することが可能となる。
【００９１】
さらに、本実施例にかかるボイラ１においては、内側ガス流路２５近傍に設けられたスタッドフィン２２，３２の下流側に、ガスの流れに対して傾斜させた平板状のフィン２３，３３が設けられている。このような構成によれば、スタッドフィン２２，３２によって回収できなかった熱エネルギを無駄にすることなく、より効果的に回収し、高効率で運転可能なボイラ１を構成することが可能となる。
【００９２】
また、本実施例にかかるボイラ１においては、スタッドフィン２２，３２の下流側に設けられた平板状のフィン２３，３３が、ガス流れに対して所定角度傾斜して設けられており、ガスは、環状ガス流路６０内を上昇する。つまり、本実施例によれば、ガス流れに対して直角にフィンを設ける場合と比較して、フィン２３，３３がガス流れを邪魔しないため、低圧損を実現可能なボイラ１とすることができる。
【００９３】
さらに、本実施例にかかるボイラ１によれば、上述したように、効果的に熱回収を実施することが可能となるため、これに起因して、ボイラの小型化を図ることが可能となる。つまり、熱回収率を高めることによって、ボイラの運転効率を高めることが可能となるため、その分、ボイラの小型化を図ることができる。
【００９４】
＜第五実施例＞
次に、本発明の第五実施例にかかるボイラについて説明する。なお、本発明の第五実施例にかかるボイラは、基本的な構成は、先に説明した第四実施例と同様である。そこで、以下においては、第四実施例と同様な部分については、第四実施例と同様の符号を付してその詳細な説明を省略し、主に第四実施例と異なる構成について説明を行う。
【００９５】
図１４は、本発明の第五実施例にかかるボイラの縦断面の説明図を示している。より具体的には、先に説明した第四実施例にかかる図１０に相当する説明図である。
【００９６】
先にも説明した通り、本実施例にかかるボイラ１は、基本的には第四実施例と同様の構成を有しており、第四実施例との違いは、缶体１０の下面構造のみである。より具体的には、本実施例においては、図１４に示すように、水管群２０，３０の軸方向側面に側面断熱部７１、水管群２０，３０の上端側（缶体１０の上面）に上側断熱部７２、および水管群２０，３０の下端側（缶体１０の下面）に下側断熱部８３（下側断熱部）が、それぞれ充填施工されている。上側断熱部７２は、缶体１０の上面に施工面が平面になるように断熱材が充填されている。下側断熱部８３は、缶体１０の下面に施工面が凸型となるように断熱材が充填されており、中央凸部８３Ａ、凹み部８３Ｂ、および平面部８３Ｃを有している。
【００９７】
本実施例にかかるボイラ１は、以上のように構成されており、その構成に基づき、次のような作用効果を奏する。以下、図１４に基づいて（必要に応じて図１１〜図１３を参照しつつ）、その作用効果を具体的に説明する。
【００９８】
本実施例においては、図１４に示すように、内側水管群２０の中央部に設けられたバーナ４０から、下方に向けて火炎Ｆ（燃焼ガス）が形成される。そして、バーナ４０にて生成された燃焼ガスＧ０は、内側水管群２０に沿って下方向に流動する。内側水管群２０に沿って下方向に流動したガスは、缶体１０の下面（下側断熱部８３）に衝突した後、周方向に向けて放射状に流動するガスＧ１の流れとなって、内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入される。より具体的には、内側水管群２０に沿って下方向に流動したガスは、まず、下側断熱部８３を成す中央凸部８３Ａにて周方向に均等に分配されて、凹み部８３Ｂに衝突した後、この凹み部８３Ｂに沿って斜め情報に流動してから、内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入される。
【００９９】
内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入されたガスＧ２は、次いで、内側水管群２０と外側水管群３０に沿って、上方向に流動する。この際、内側水管群２０と外側水管群３０とに設けられている平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）の傾斜角度に応じて、ガスＧ２は上方向に流動する。そして、上方向に流動したガスＧ２は、缶体１０の上面に衝突した後、周方向に向けて放射状に流動するガスＧ３の流れとなって、外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められ、この排気筒９０を介して缶体１０の外部に排出される。このようなガスの流れにおいて、バーナ４０にて生成された火炎（燃焼ガス）の熱エネルギは、内側水管群２０および外側水管群３０にて回収される。
【０１００】
本実施例によれば、ボイラ１は以上のように構成され、その缶体１０内にて以上のようにガスが流動するため、缶体圧損を低減させることによってフィン等の拡大伝熱面の設置可能箇所を広げ、この設置可能箇所に耐久性の高い拡大伝熱面（フィン等）を設けて拡大伝熱面の亀裂・脱落等を防ぎ、熱回収を効果的に行うことができるボイラを得ることができる。
【０１０１】
本実施例にかかるボイラ１においては、バーナ４０にて生成される燃焼ガスが、ガス流路２５に対して流入しやすいように、内側水管群２０の下端側に設けられた下側断熱部８３の形状が定められている。より具体的には、内側水管群２０に沿って下方向に流動したガスは、缶体１０下面の下側断熱部８３を成す中央凸部８３Ａに衝突して周方向に均等に分配され、その後、下側断熱部８３を成す凹み部８３Ｂに沿って斜め上方に流動してから、内側ガス流路２５が設けられている平面部８３Ｃに達し、この内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入される。このように、本実施例によれば、缶体下部（内側水管群の下端側）に設けられている断熱材（下側断熱部８３）が燃焼ガスの流れを促進するような形状（凸形状）に施工させているため、燃焼ガスがターンする領域（缶体下部）での偏流が小さくなり、缶体圧損を減少させることができる。
【０１０２】
また、本実施例にかかるボイラ１においては、第四実施例と同様に、上記のように缶体下部での偏流が小さくなることから（缶体圧損が小さくなることから）、温度差が大きくなる領域であるガス流路２５近傍に、多くの拡大伝熱面（スタッドフィン２２，３２等）を設けることが可能となる。本実施例では、拡大伝熱面としてスタッドフィン２２，３２を用いているため、仮に過熱状態となったとしても、拡大伝熱面に亀裂や脱落等が発生しにくい。したがって、本実施例によれば、缶体圧損を低減させることによってフィン等の拡大伝熱面の設置可能箇所を広げ、この設置可能箇所に耐久性の高い拡大伝熱面（フィン等）を設けて拡大伝熱面の亀裂・脱落等を防ぐことにより、熱回収を効果的に行うことができるボイラを得ることができる。さらに、このような構成によれば、内側ガス流路２５近傍にスタッドフィン２２，３２を設け、早い段階で燃焼ガスから熱回収を行い、燃焼ガス温度が早期に低下するため、サーマルＮＯｘの発生を低減することが可能となる。
【０１０３】
さらに、本実施例にかかるボイラ１は、これまで説明した通り、内側水管群２０の下端側に設けられた下側断熱部８３の形状以外は、第四実施例と同様の構成を有している。したがって、この第五実施例においても、先に説明した第四実施例にて得られる効果を全て得ることができる。
【０１０４】
＜その他の実施例等＞
なお、本発明は、上記実施形態および実施例（以下「上記実施形態等」という。）に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で必要に応じて種々の変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１０５】
上記実施形態等においては、内側ガス流路２５（ガス流路）近傍における内側水管群２０および外側水管群３０の両方にスタッドフィン２２，３２を設ける場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。したがって、例えば、内側ガス流路２５近傍における外側水管群３０にのみスタッドフィンを設ける構成としてもよい。上述したように、ガスは内側水管群２０から外側水管群３０に向かって連続的に流動するため、環状ガス流路６０内において、ガスの接触時間は内側水管群２０よりも外側水管群３０の方が長くなる。よって、このように、内側ガス流路２５近傍における外側水管群３０にのみスタッドフィンを設ける構成としても、比較的効果的に燃焼ガスからの熱回収を行うことができる。
【０１０６】
また、上記実施形態等においては、内側水管群の下端側に環状の内側ガス流路２５（ガス流路）を設ける構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。したがって、例えば、内側水管群の上端側に環状の内側ガス流路（本発明の「ガス流路」に相当）を設けるべく構成してもよい。この際、内側水管群の上端側に内側ガス流路を設けた場合には、熱回収率を高めるために（ガスと水管群との接触時間を高めるために）、外側ガス流路は、外側水管群の下端側に設けることが好ましい。
【０１０７】
さらに、上記実施形態等においては、略同心円状に二列の水管群を配設した缶体を用いてボイラを構成する場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、必要に応じて、三列以上の水管群を配設して缶体を構成してもよい。仮に、略同心円状に三列の水管群（例えば、内側水管群、中間水管群、外側水管群）を配設して缶体を構成した場合、内側水管群の一端側（例えば、下端側）に内側ガス流路を設けたら、中間水管群の他端側（例えば、上端側）に中間ガス流路を設け、外側水管群の一端側（例えば、下端側）に外側ガス流を設けるべく構成することが好ましい。
【０１０８】
また、上記実施形態等においては、円柱形状のスタッドフィン２２，３２を用いる場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、水管に適切に溶接可能な耐久性の高い突起物であれば如何なる形状であってもよい。したがって、例えば、斜円柱形状、楕円柱形状（斜楕円柱形状も含む）、角柱形状（斜角柱形状も含む）、円錐形状（斜円錐形状も含む）、角錐形状（斜角錐形状も含む）等の形状を有するスタッドフィンを用いてもよい。
【０１０９】
さらに、上記実施形態等においては、バーナ４０の構造については特に説明しなかったが、本発明は、特に何等かの構成に限定されるものではなく、例えば、図１５および図１６に示すようなバーナ４０であってもよい。ここで、図１５は、本発明の実施例にかかるバーナの縦断面の説明図を示し、図１６は、図１５に示したバーナの下面図を示している。
【０１１０】
本実施例にかかるボイラ１を構成するバーナ４０は、このバーナ４０に対して燃焼用空気を供給する空気供給手段たるウインドボックス５０内の隔壁１７１に設置されている（図１５参照）。具体的には、バーナ４０を構成する載置板４１を隔壁１７１に上方から載置して、ボルト等の締結手段（図示省略）にて載置板４１を隔壁１７１に締結することによって、バーナ４０をウインドボックス５０内の隔壁１７１に設置している。
【０１１１】
本実施例にかかるバーナ４０は、例えば、図１５および図１６に示すように、液体燃料を噴霧するノズル部４２（第一ノズル部４２ａ，第二ノズル部４２ｂ）（燃料噴出部）と、第一ノズル部４２ａ近傍にその先端が位置すべく設けられた着火器４３と、ウインドボックス５０から供給される空気をノズル部４２から噴霧される液体燃料に混合させるために設けられた空気供給経路（一次空気供給用の第一空気供給経路４４，二次空気供給用の第二空気供給経路４５）と、第一空気供給経路４４から供給された空気を燃焼室１６側に噴出させる中央空気噴出部４６と、第二空気供給経路４５から供給された空気を燃焼室１６側に噴出させる複数の周囲空気噴出部４７（空気噴出部）（第一周囲空気噴出部４７ａ〜第六周囲空気噴出部４７ｆ）とを用いて構成されている。
【０１１２】
本実施例にかかるノズル部４２としては、低燃焼時および高燃焼時に液体燃料を噴霧する第一ノズル部４２ａと、高燃焼時にのみ液体燃料を噴霧する第二ノズル部４２ｂとが設けられている。つまり、ノズル部４２は、低燃焼時（および高燃焼時）に燃料供給状態となる第一ノズル部４２ａと、高燃焼時に第一ノズル部４２ａと共に燃料供給状態となる第二ノズル部４２ｂとを有し、ボイラの燃焼負荷に応じて、それぞれのノズル部４２における燃料供給状態が適宜切り換えられる。すなわち、それぞれのノズル部４２ａ，４２ｂは、必要に応じてオンオフ制御される。
【０１１３】
バーナ４０を構成する第一空気供給経路４４は、ノズル部４２の外側に設けられた第一筒部材５４を用いて構成されており、第二空気供給経路４５は、第一筒部材５４を用いて構成されている。つまり、第一筒部材５４の内側領域が第一空気供給経路４４として機能し、第一筒部材５４と第二筒部材５５との間に形成される領域が第二空気供給経路４５として機能する。第二筒部材５５の上端部には、上方へ行くに従い外方へ拡開する拡開部５５Ａが形成されている。このような形状を有する拡開部５５Ａが設けられているのは、ウインドボックス５０から供給された空気が、第二空気供給経路４５内の横断面方向に均一に流れるようにするためである。仮に、この拡開部５５Ａを設けないとすれば、空気流が第二筒部材５５の内壁に付着して流れてしまい、第二空気供給経路４５内の横断面方向に均一に流れない。
【０１１４】
第一筒部材５４の先端部（ボイラ１の燃焼室１６側端部）には、中央空気噴出部４６が穿孔された第一空気供給板５６が設けられており、ウインドボックス５０から供給された空気は、この中央空気噴出部４６を介して、燃焼室１６側に噴出される。また、第二筒部材５７の先端部（ボイラ１の燃焼室１６側端部）には、複数の周囲空気噴出部４７が設けられた第二空気供給板５７が設けられており、ウインドボックス５０から供給された空気は、中央空気噴出部４６のみならず、これら複数の周囲空気噴出部４７を介しても燃焼室１６側に噴出される。
【０１１５】
周囲空気噴出部４７（空気噴出部）は、図１５および図１６に示すように、ノズル部４２の周囲に設けられている。この周囲空気噴出部４７は、バーナ４０にて生成されたガスが外側に広がらないように、空気を内側に向けて噴出させるべく構成されている。このような構成によれば、液体燃料および燃焼開始段階における火炎（ガス）が缶体１０の内側水管群２０に接触しにくくなるため、バーナ４０直近における不適切な不完全燃焼をなくし、ＣＯや煤塵の発生を効果的に防止することができる。
【０１１６】
本実施例にかかる周囲空気噴出部４７は、それぞれの周囲空気噴出部４７（第一周囲空気噴出部４７ａ〜第六周囲空気噴出部４７ｆ）から噴出される空気を内側（ノズル部４２側）方向に導くガイド部５８（第一ガイド部５８ａ〜第六ガイド部５８ｆ）と、それぞれの周囲空気噴出部４７（第一周囲空気噴出部４７ａ〜第六周囲空気噴出部４７ｆ）から噴出される空気の拡散を促す拡散部５９（第一拡散部５９ａ〜第六拡散部５９ｆ）とを有している。
【０１１７】
より具体的には、本実施例においては、第二空気供給板５７に六つの略台形状の貫通孔部５１（第一貫通孔部５１ａ〜第六貫通孔部５１ｆ）が穿孔されており、それぞれの貫通孔部５１の外周側（ノズル部４２から遠い側）に板状部材を用いてガイド部５８（第一ガイド部５８ａ〜第六ガイド部５８ｆ）が構成されている。このガイド部５８は、それぞれの貫通孔部５１の一部を覆うべく構成されており、本実施例においては、このガイド部５８にて覆われていない部分が、周囲空気噴出部４７から噴出される空気の拡散を促す拡散部５９（第一拡散部５９ａ〜第六拡散部５９ｆ）として機能する。
【０１１８】
それぞれのガイド部５８は、各周囲空気噴出部４７から噴出される空気の少なくとも一部（主に貫通孔部５１のガイド部５８によって覆われている領域の空気）を内側（ノズル部４２側）方向に噴出させるべく、板状部材を傾斜させて構成されている。この際の傾斜角度θ（取り付け角度）は、２０°〜６０°程度であることが好ましい。
【０１１９】
また、それぞれのガイド部５８は、ノズル部４２からコーン状（ノズル部４２を頂点とした三角錐状）に噴霧される液体燃料が接触しないように、各ガイド部５８の高さが設定されている。
【０１２０】
拡散部５９（第一拡散部５９ａ〜第六拡散部５９ｆ）は、上述したように、貫通孔部５１のうちのガイド部５８にて覆われていない部分（図１５および図１６において破線で囲った領域）である。この部分（拡散部５９）には、ガイド部５８等のような第二空気供給経路４５を介して供給された空気を整流するための要素が設けられていないため、拡散部５９から噴出された空気は急拡大することになる。
【０１２１】
したがって、本実施例にかかるバーナ４０においては、周囲空気噴出部４７から噴出される空気は、ガイド部５８によって内側方向に導かれると共に、その一部が拡散部５９によって拡散促進されることとなる。
【０１２２】
本実施例にかかるバーナ４０においては、ノズル部４２における燃料供給状態を適宜切り換えること（オンオフ制御する）によって、停止状態、低燃焼状態、および高燃焼状態のいずれかへの切り換えが可能である。すなわち、燃焼状態継続時においては、低燃焼から高燃焼、あるいは高燃焼から低燃焼への切り換えが可能である。
【０１２３】
バーナ４０に対する空気の供給量は、一般にウインドボックス５０と送風機との間のダクト内に設けられたダンパ（図示省略）や、送風機の回転数を制御するインバータ等（図示省略）を用いて調整される。そして、この空気は、液体燃料の供給量に対応して供給される。例えば、同様の燃料供給性能を有する２つのノズルチップを用いて構成されたバーナにおいて、どちらか一方のノズルチップから液体燃料を噴霧させる際（低燃焼時）に供給される空気量を「１」とすれば、両方のノズルチップから液体燃料を噴霧させる際（高燃焼時）に供給される空気量を「２」とする。このような空気量の調整をダンパやインバータを用いて行っている。
【０１２４】
さて、以上のように構成され機能するバーナ４０においては、図１５等に示すように、周囲空気噴出部４７からの空気を内側に噴出させるべく、ガイド部５８が設けられている。よって、バーナ４０においては、広がりが抑えられた状態で下方に向けて火炎Ｆ（燃焼ガス）（図示省略）が形成されることとなる。そして、バーナ４０にて生成された燃焼ガスＧ０は、内側水管群２０に沿って下方向に流動する。内側水管群２０に沿って下方向に流動したガスは、缶体１０の下面に衝突した後、周方向に向けて放射状に流動するガスＧ１の流れとなって、内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入される。
【０１２５】
内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入されたガスＧ２は、次いで、内側水管群２０と外側水管群３０に沿って、上方向に流動する。この際、内側水管群２０と外側水管群３０とに設けられている平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）の傾斜角度に応じて、ガスＧ２は上方向に流動する。そして、上方向に流動したガスＧ２は、缶体１０の上面に衝突した後、周方向に向けて放射状に流動するガスＧ３の流れとなって、外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められ、この排気筒９０を介して缶体１０の外部に排出される。
【０１２６】
上記のようなガスの流れにおいて、バーナ４０にて生成された火炎（燃焼ガス）の熱エネルギは、内側水管群２０および外側水管群３０にて回収される。
【０１２７】
本実施例にかかるバーナ４０によれば、周囲空気噴出部４７がガイド部５８を有するため、缶体の構成（ガス流路の位置等）に応じて火炎（ガス）の流れを制御し、有害物質の低減化（低煤塵化、低ＮＯｘ化）を図ることができる。本実施例においては、缶体１０の内側ガス流路２５が下方に環状に構成されており、この内側ガス流路２５に対して均一にガスを流すと共に、内側水管群２０へのガス等の早期接触をなくすべく、ガイド部５８は、燃焼用空気を内側（ノズル部４２側）に噴出される角度に設けられている。このような構成に基づき、燃焼用空気を内側に向けて噴出させれば、液体燃料および燃焼開始段階における火炎（ガス）が缶体１０の内側水管群２０に接触しにくくなるため、バーナ４０近傍における不適切な不完全燃焼をなくし、ＣＯや煤塵の発生を効果的に防止することができる。
【０１２８】
また、このような構成によれば、ノズル部４２の周囲に複数の周囲空気噴出部４７が設けられているため、分割火炎を形成して低ＮＯｘ化を図ることができる。
【０１２９】
さらに、このような構成によれば、ガイド部５８を有することにより、燃焼用空気を集束させて液体燃料に対し高速で接触させることが可能となるため、火炎の燃焼状態が気化燃焼に近づき、低ＮＯｘ化を図ることができる。また、このようにガイド部５８を設けて噴出される燃焼用空気の流速を高めることにより、ガイド部５８周辺のガスを巻き込むこととなるため（自己再循環の状態となるため）、低ＮＯｘ化を図ることができる。
【０１３０】
また、本実施例にかかるバーナ４０を構成する周囲空気噴出部４７は、上述した種々の効果を発揮するガイド部５８と共に、拡散部５９をも有している。この拡散部５９は、先にも説明したとおり、貫通孔部５１のうち、ガイド部５８にて覆われていない部分である（図１５および図１６参照）。つまり、この拡散部５９には、ガイド部５８等のような空気を整流するための要素が設けられていないため、拡散部５９から噴出された空気は、拡散部５９のエッジ部分（貫通孔部５１のエッジ部分）にて急拡大することになる。そうすると、バーナ４０直近においては、空気に小さな乱れが生じ、ノズル部４２から噴霧される液体燃料と空気とのミキシング状態を一部不均一にすることができる。本実施例にかかるバーナ４０は、このような拡散部５９を有するため、単にミキシング状態を良好にするわけではなく、一部意図的に不均一なミキシング状態を形成することができる。すなわち、本実施例においては、拡散部５９を設けることによって、バーナ４０近傍において濃淡燃焼的な燃焼状態を形成可能となるため、ガス温度の低下を図り、ＮＯｘ値を低減させることができる。勿論、このような構成によれば、周囲空気噴出部４７が拡散部５９を有するため、液体燃料と燃焼用空気とを効果的に混合させて、低煤塵化をも図ることができる。
【０１３１】
以上のように、本実施例にかかるバーナ４０（図１５等参照）を適用したボイラ１は、缶体１０の燃焼室１６内でガスの広がりを抑えることによるＣＯおよび煤塵の低下、缶体１０内で形成される適切な排ガス循環流によるガス温度の低下、適切な分割火炎が形成されることによるガス温度の低下、および拡散部３９によって形成される濃淡燃焼によるガス温度の低下の相乗効果によって、ＮＯｘの低減、ＣＯの低減、および煤塵の低減等を図ることができる。
【０１３２】
さらに、上記実施形態等において、缶体を構成するそれぞれの水管には、拡大伝熱面として、スタッドフィンと平板状のフィンとを設ける場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、それぞれの水管に、複数種類の（例えば、形状の異なる）平板状のフィンを設ける構成も、本発明の技術的範囲に属する。したがって、例えば、本発明の他の実施例にかかるボイラとして、図１７、図１８、および図１９に示すような構造を採用することも可能である。
【０１３３】
ここで、図１７は、本発明の他の実施例にかかるボイラの縦断面の説明図を示し、図１８は、図１７のＺ１−Ｚ１線に沿う横断面の簡略説明図（部分拡大図）を示し、図１９は、図１７のＺ２−Ｚ２線に沿う横断面の簡略説明図（部分拡大図）を示している。本実施例にかかるボイラは、基本的な構成は、第三実施例にて説明したボイラと同様であり、それぞれの水管に設けられたフィンの構造のみが異なる。そこで、以下においては、第三実施例と同様な部分については、第三実施例と同様の符号を付してその詳細な説明を省略し、主に第三実施例と異なる構成について説明を行う。
【０１３４】
図１７等に示すように、本実施例にかかるボイラにおいては、それぞれの水管２１，３１の下方位置には、ガス流れ（垂直方向の流れ）に対して８０°の傾斜角度（水平に対して１０°の傾斜角度）を有する平板状の拡大伝熱面（下方内側横ヒレ１２２，下方外側横ヒレ１３２）が設けられている。また、それぞれの水管２１，３１の上方位置には、ガス流れ（垂直方向の流れ）に対して８０°の傾斜角度（水平に対して１０°の傾斜角度）を有する平板状のフィン（上方内側横ヒレ１２３，上方外側横ヒレ１３３）が設けられている。すなわち、本実施例によれば、下方に設けられたヒレ１２２，１３２と上方に設けられたヒレ１２３，１３３とが、同様の角度（傾斜角度）にて、水管２１，３１に取り付けられるべく構成されている。
【０１３５】
また、図１８に示すように、本実施例にかかるボイラを構成する各内側水管２１の下方には、下方内側横ヒレ１２２（本発明の「拡大伝熱面」に相当）が設けられ、各外側水管３１の下方には、下方外側横ヒレ１３２（本発明の「拡大伝熱面」に相当）が設けられている。本実施例にかかる下方内側横ヒレ１２２および下方外側横ヒレ１３２の高さは、６ｍｍ程度に設定される。
【０１３６】
さらに、図１９に示すように、本実施例にかかるボイラを構成する各内側水管２１の上方には、上方内側横ヒレ１２３（本発明の「平板状のフィン」に相当）が設けられ、各外側水管３１の上方には、上方外側横ヒレ１３３（本発明の「平板状のフィン」に相当）が設けられている。ここで、上方内側横ヒレ１２３および上方外側横ヒレ１３３に先端部には、それぞれスリット（上方内側横ヒレスリット部１２３Ａ，上方外側横ヒレスリット部１３３Ａ）が設けられている。本実施例にかかる上方内側横ヒレ１２３および上方外側横ヒレ１３３の高さは、１２ｍｍ程度に設定される。
【０１３７】
上述したように、本実施例においては、全ての拡大伝熱面が、平板状のフィン（横ヒレ）を用いて構成されており、下方のフィン（横ヒレ）１２２，１３２は上方のフィン（横ヒレ）１２３，１３３よりも、水管外周面からの延長長さが短く形成されている。
【０１３８】
本実施例にかかるボイラは、以上のように構成されているため、先に説明した各実施例と同様の効果を得ることができる。すなわち、スタッドフィンに換えて、横ヒレ１２２，１２３を設けた場合であっても、その横ヒレ１２２，１２３の高さ等を適切に設定することによって、所定の熱応力に耐え、効果的な熱回収を行うことができる。
【０１３９】
また、本実施例によれば、下方に設けられたヒレ１２２，１３２と上方に設けられたヒレ１２３，１３３とが、同様の角度（傾斜角度）にて、水管２１，３１に取り付けられているため、製造時における工数等が削減され、ボイラ製造時の製造効率を高めることができる。
【０１４０】
なお、本実施例においては、ガス流れ（垂直方向の流れ）に対して８０°の傾斜角度（水平に対して１０°の傾斜角度）を有すべく水管２１，３１にヒレ１２２，１２３，１３２，１３３が設けられる場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、下方に設けられたヒレと上方に設けられたヒレとが、同様の傾斜角度で水管に取り付けられる構成であれば、その傾斜角度は特に限定されない。したがって、例えば、下方に設けられたヒレ１２２，１３２と上方に設けられたヒレ１２３，１３３とが、ガス流れ（垂直方向の流れ）に対して４０°の傾斜角度（水平に対して６０°の傾斜角度）を有すべく、水管２１，３１に取り付けられる構成も、本発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】本発明の第一実施例にかかるボイラの縦断面の説明図である。
【図２】図１のII−II線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図３】図１のIII−III線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図４】図１のIV−IV線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図５】本発明の第二実施例にかかるボイラの横断面の簡略説明図である。
【図６】本発明の第三実施例にかかるボイラの縦断面の説明図である。
【図７】図６のVII−VII線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図８】図６のVIII−VIII線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図９】図６のIX−IX線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図１０】本発明の第四実施例にかかるボイラの縦断面の説明図である。
【図１１】図１０のXI−XI線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図１２】図１０のXII−XII線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図１３】図１０のXIII−XIII線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図１４】本発明の第五実施例にかかるボイラの縦断面の説明図である。
【図１５】本発明の実施例にかかるバーナの縦断面の説明図を示したものである。
【図１６】図１５に示したバーナの下面図を示したものである。
【図１７】本発明の他の実施例にかかるボイラの縦断面の説明図である。
【図１８】図１７のＺ１−Ｚ１線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図１９】図１７のＺ２−Ｚ２線に沿う横断面の簡略説明図である。
【符号の説明】
【０１４２】
１…ボイラ
１０…缶体
１１…上部ヘッダ
１２…下部ヘッダ
２０…内側水管群
２１…内側水管
２１ａ…下端部
２２…第一スタッドフィン
２３…第一フィン（平板状のフィン）
２４…第一縦ヒレ部
２５…内側ガス流路
３０…外側水管群
３１…外側水管
３１ａ…上端部
３２…第二スタッドフィン
３３…第二フィン（平板状のフィン）
３４…第二縦ヒレ部
３５…外側ガス流路
４０…バーナ
４１…載置板
４２…ノズル部
４２ａ…第一ノズル部
４２ｂ…第二ノズル部
４３…着火器
４４…第一空気供給経路
４５…第二空気供給経路
４６…中央空気噴出部
４７…周囲空気噴出部
４７ａ〜４７ｆ…第一周囲空気噴出部〜第六周囲空気噴出部
５０…ウインドボックス
５１…貫通孔部
５１ａ〜５１ｆ…第一貫通孔部〜第六貫通孔部
５４…第一筒部材
５５…第二筒部材
５５Ａ…拡開部
５６…第一空気供給板
５７…第二空気供給板
５８…ガイド部
５８ａ〜５８ｆ…第一ガイド部〜第六ガイド部
５９…拡散部
５９ａ〜５９ｆ…第一拡散部〜第六拡散部
６０…環状ガス流路
７１…側面断熱部
７２…上側断熱部
７３…下側断熱部
７３Ａ…中央凹み部
７３Ｂ…傾斜部
８３Ｃ…平面部
８３…下側断熱部
８３Ａ…中央凸部
８３Ｂ…凹み部
８３Ｃ…平面部
９０…排気筒
１２２…下方内側横ヒレ（拡大伝熱面）
１２３…上方内側横ヒレ（平板状のフィン）
１２３Ａ…上方内側横ヒレスリット部
１３２…下方外側横ヒレ（拡大伝熱面）
１３３…上方内側横ヒレ（平板状のフィン）
１３３Ａ…上方外側横ヒレスリット部
１７１…隔壁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ（多管式貫流ボイラ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、環状に配列された水管群を有する缶体を備えたボイラはよく知られており、このようなボイラにおいては、一般的に、その水管群の中央部にバーナが配設されている。つまり、このような構成のボイラにおいては、環状に配列された水管群の中央部が、バーナから供給された燃料を燃焼させるための燃焼室として機能する。
【０００３】
また、従来技術にかかるボイラにおいては、バーナにて生成された燃焼ガスの熱回収量を高めるために、水管群を構成する所定の水管に対してフィンを設ける技術が知られている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００４】
しかしながら、従来技術にかかるボイラにおいては、水管に設けるフィンの設置箇所により、効果的な熱回収を行うことができないという問題があった。つまり、ボイラを構成する水管群に設けられる拡大伝熱面を有効利用できていないという問題があった。また、場合によっては、燃焼ガスによって過熱されたフィンに亀裂が入ったり、脱落が発生したりする等の問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−７５８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされたものであって、熱回収を効果的に行うと共に耐久性の高い拡大伝熱面（フィン等）を有する水管群を備えたボイラを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、環状に配列された内側水管群と外側水管群とを有する缶体と、前記内側水管群の中央部に配設されたバーナとを備えたボイラであって、前記内側水管群を成す隣接する内側水管間が、ガス流路を設ける部分を除いて閉塞されており、前記ガス流路近傍における前記内側水管群および前記外側水管群の少なくとも一方に、拡大伝熱面（例えば、スタッドフィン）が設けられており、前記ガス流路近傍における前記外側水管群にのみ、前記拡大伝熱面（例えば、スタッドフィン）が設けられていることを特徴としている。
【０００８】
このような構成によれば、温度差が大きくなる領域である前記ガス流路近傍に、前記拡大伝熱面（例えば、スタッドフィン）が設けられているため、効果的に熱回収を行うことができる。また、拡大伝熱面としてスタッドフィンを用いれば、仮に過熱状態となったとしても、亀裂や脱落等が発生しにくい。さらに、このような構成によれば、前記ガス流路近傍に拡大伝熱面を設け、早い段階で燃焼ガスから熱回収が行われ、燃焼ガス温度が早期に低下するため、サーマルＮＯｘの発生を低減することが可能となる。また、本発明にかかるボイラによれば、上述したように、前記内側水管群の中央部に設けられたバーナにて生成された燃焼ガスが、前記ガス流路を介して前記外側水管群に衝突した後、前記外側水管群に沿って、水管群間を流通する。したがって、この好ましい構成によれば、燃焼ガスと多く接触する前記外側水管群に設けられている前記拡大伝熱面（例えば、スタッドフィン）によって、より効果的に燃焼ガスからの熱回収を行うことができる。
【０００９】
また、本発明にかかるボイラは、前記ガス流路が、前記内側水管群の一端側に環状に設けられている構成が好ましい。より具体的には、本発明にかかるボイラは、前記ガス流路が、前記内側水管群の上端側あるいは下端側に環状に設けられている構成が好ましい。
【００１０】
さらに、本発明にかかるボイラは、前記ガス流路近傍に設けられた前記拡大伝熱面（例えば、スタッドフィン）の下流側に、ガスの流れに対して傾斜させた平板状のフィンが設けられている構成が好ましい。
【００１１】
また、本発明にかかるボイラは、前記平板状のフィンの傾斜角度が、前記ガスの流れに対して２０°〜８５°（水平に対して５°〜７０°）である構成が好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、熱回収を効果的に行うと共に耐久性の高い拡大伝熱面（フィン等）を有する水管群を備えたボイラを得ることができる。また、本発明によれば、低ＮＯｘ化を図ることが可能なボイラを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施形態を説明する前に、本明細書において使用する用語について説明する。
【００１４】
本明細書において、単に「ガス」と称する場合、ガスとは、燃焼反応中のガスおよび燃焼反応が完了したガスの少なくとも一方を含む概念であり、燃焼ガスと称することもできる。つまり、ガスとは、燃焼反応中のガスおよび燃焼反応が完了したガスの両方を有する場合、燃焼反応中のガスのみを有する場合、あるいは燃焼反応が完了したガスのみを有する場合の、いずれをも含む概念である。以下、特に説明しない場合は同様の概念である。
【００１５】
また、排ガスとは、燃焼反応が完了または殆ど完了したガスを意味する。さらに、特に説明しない場合は、排ガスとは、ボイラの缶体内を通過して煙突部に達したガス、および缶体内にて循環するガスの両方あるいはいずれかを意味するものとする。
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
まず、本実施形態の第一態様にかかるボイラは、環状に配列された内側水管群と外側水管群とを有する缶体と、内側水管群の中央部に配設されたバーナとを備えたボイラであって、内側水管群を成す隣接する内側水管間が、ガス流路を設ける部分を除いて閉塞されており、ガス流路近傍における内側水管群および前記外側水管群の少なくとも一方に、拡大伝熱面（例えば、スタッドフィン）が設けられていることを特徴としている。
【００１８】
また、本実施形態の第二態様にかかるボイラは、第一態様の構成において、ガス流路近傍における内側水管群および外側水管群に拡大伝熱面（例えば、スタッドフィン）が設けられており、外側水管群の方が、内側水管群よりも多くの拡大伝熱面（例えば、スタッドフィン）が設けられている。
【００１９】
さらに、本実施形態の第三態様にかかるボイラは、第一態様の構成において、ガス流路近傍における外側水管群にのみ、拡大伝熱面（例えば、スタッドフィン）が設けられている。
【００２０】
また、本実施形態の第四態様にかかるボイラは、第一態様から第三態様のいずれかの構成において、ガス流路が、内側水管群の一端側に環状に設けられている。つまり、本実施形態にかかるボイラは、ガス流路が、内側水管群の上端側あるいは下端側に環状に設けられている。
【００２１】
さらに、本実施形態の第五態様にかかるボイラは、第一態様から第四態様のいずれかの構成において、ガス流路近傍に設けられた拡大伝熱面（例えば、スタッドフィン）の下流側に、ガスの流れに対して傾斜させた平板状のフィンが設けられている。
【００２２】
また、本実施形態の第六態様にかかるボイラは、第五態様の構成において、平板状のフィンの傾斜角度が、ガスの流れに対して２０°〜８５°（水平に対して５°〜７０°）であることが好ましい。
【００２３】
＜第一実施例＞
以下、図面に基づき、本発明の第一実施例にかかるボイラについて説明する。
【００２４】
図１は、本発明の第一実施例にかかるボイラの縦断面の説明図を示している。図２は、図１のII−II線に沿う横断面の簡略説明図を示している。図３は、図１のIII−III線に沿う横断面の簡略説明図を示している。図４は、図１のIV−IV線に沿う横断面の簡略説明図を示している。
【００２５】
図１等に示すように、本実施例にかかるボイラ１は、環状に配列された水管群を有する缶体１０と、これらの水管群の中央部に配設されたバーナ４０とを用いて構成されており、バーナ４０上方位置には、燃焼用空気をバーナ４０に供給する、ウインドボックス５０が設けられている。
【００２６】
缶体１０は、上部ヘッダ１１と下部ヘッダ１２との間に複数の水管群（内側水管群２０、外側水管群３０）を立設して構成されている。それぞれの水管群２０，３０は、略同心円上の環状に配列されており、内側水管群２０から所定間隔を隔てて外側水管群３０が設けられており、内側水管群２０と外側水管群３０との間に環状ガス流路６０が形成されている。
【００２７】
本実施例において、内側水管群２０は、複数の内側水管２１および第一縦ヒレ部２４を用いて構成されている。それぞれの内側水管２１は、略均等の所定間隔を有した状態で環状に構成されており、各内側水管２１間には、隣接する内側水管２１間の隙間をなくすべく連接された第一縦ヒレ部２４が設けられている。つまり、本実施例においては、この第一縦ヒレ部２４を用いて、内側水管群２０は、密接状態で環状に構成されることとなる。
【００２８】
また、各内側水管２１の下端部２１ａは縮径部となっており、本実施例にかかる内側水管群２０においては、この縮径された下端部２１ａ周辺の空間が、環状に形成された内側ガス流路２５（本発明の「ガス流路」に相当）として機能することとなる。すなわち、この内側ガス流路２５は、内側水管群２０内部で生成されたガスを環状ガス流路６０に導くべく機能する。
【００２９】
本実施例において、外側水管群３０は、複数の外側水管３１および第二縦ヒレ部３４を用いて構成されている。それぞれの外側水管３１は、略均等の所定間隔を有した状態で環状に構成されており、各外側水管３１間には、隣接する外側水管３１間の隙間をなくすべく連接された第二縦ヒレ部３４が設けられている。つまり、本実施例においては、この第二縦ヒレ部３４を用いて、外側水管群３０は、密接状態で環状に構成されることとなる。
【００３０】
また、各外側水管３１の上端部３１ａは縮径部となっており、本実施例にかかる外側水管群３０においては、この縮径された上端部３１ａ周辺の空間が、環状に形成された外側ガス流路３５として機能することとなる。この外側ガス流路３５は、環状ガス流路６０内に導入されたガスを排気筒９０側へ導くべく機能する。つまり、内側水管群２０内部で生成されたガスは、内側ガス流路２５、環状ガス流路６０、および外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められ、この排気筒９０を介して缶体１０の外部に排出される。
【００３１】
内側水管群２０を構成する各内側水管２１には、下端部２１ａに複数の第一スタッドフィン２２（本発明の「拡大伝熱面」に相当）が設けられている。第一スタッドフィン２２が設けられた箇所の下流側（ガス流れの下流側）に位置する内側水管２１には、その環状ガス流路６０側に、複数の平板状の第一フィン２３（本発明の「平板状のフィン」に相当）が設けられている。
【００３２】
また、外側水管群３０を構成する各外側水管３１には、内側ガス流路２５の近傍に複数の第二スタッドフィン３２（本発明の「拡大伝熱面」に相当）が設けられている。第二スタッドフィン３２が設けられた箇所の下流側（ガス流れの下流側）に位置する外側水管３１には、その環状ガス流路６０側に、複数の平板状の第二フィン３３（本発明の「平板状のフィン」に相当）が設けられている。
【００３３】
すなわち、本実施例においては、内側ガス流路２５の近傍における内側水管群２０（を構成する内側水管２１）および外側水管群３０（を構成する外側水管３１）にスタッドフィン（第一スタッドフィン２２，第二スタッドフィン３２）が設けられており、これらのスタッドフィンの下流側（ガス流れにおける下流側）に平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）が設けられている。本実施例においては、第一フィン２３および第二フィン３３は、ガス流れ（垂直方向の流れ）に対して８０°の傾斜角度（水平に対して１０°の傾斜角度）を有するように設けられている。また、本実施例において、この平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さは、６ｍｍ〜１２ｍｍ程度が好ましい。さらに、本実施例においては、全ての平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さを同一とするのみではなく、必要に応じて、その高さを変更してもよい。例えば、下方に位置する平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さを６ｍｍとし、上方に位置する平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さを１２ｍｍとしてもよい。すなわち、下方のフィン（横ヒレ）は上方のフィン（横ヒレ）よりも、水管外周面からの延長長さが短く形成されてもよい。
【００３４】
本実施例にかかるボイラ１を成すバーナ４０は、特に何等かの構成に限定されるものではなく、ガス燃料あるいは液体燃料のいずれを用いるものも適用可能である。つまり、本実施例においては、環状に構成された水管群２０，３０を有する缶体１０内において、適切に火炎Ｆを形成可能なバーナ４０であれば、どのような構成のバーナを用いてもよい。
【００３５】
本実施例にかかるボイラ１は、以上のように構成されており、その構成に基づき、次のような作用効果を奏する。以下、上述した図面（図１〜図４）を用いて、その作用効果を具体的に説明する。
【００３６】
本実施例においては、図１に示すように、内側水管群２０の中央部に設けられたバーナ４０から、下方に向けて火炎Ｆ（燃焼ガス）が形成される。そして、バーナ４０にて生成された燃焼ガスＧ０は、内側水管群２０に沿って下方向に流動する。内側水管群２０に沿って下方向に流動したガスは、缶体１０の下面に衝突した後、周方向に向けて放射状に流動するガスＧ１（図１および図２参照）の流れとなって、内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入される。
【００３７】
内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入されたガスＧ２は、次いで、内側水管群２０と外側水管群３０に沿って、上方向に流動する。この際、内側水管群２０と外側水管群３０とに設けられている平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）の傾斜角度に応じて、ガスＧ２は旋回しながら上方向に流動する。そして、旋回しながら上方向に流動したガスＧ２は、缶体１０の上面に衝突した後、周方向に向けて放射状に流動するガスＧ３（図１および図４参照）の流れとなって、外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められ、この排気筒９０を介して缶体１０の外部に排出される。
【００３８】
上記のようなガスの流れにおいて、バーナ４０にて生成された火炎（燃焼ガス）の熱エネルギは、内側水管群２０および外側水管群３０にて回収される。
【００３９】
より具体的には、まず、内側水管群２０の内表面側（バーナ４０が設けられている側（燃焼室側））において、ガスＧ０，Ｇ１と内側水管群２０の内表面とが接触することによって熱回収が行われる。次いで、ガスＧ１が内側ガス流路２５を通過する際には、内側水管群２０（を成す内側水管２１の下端部２１ａ）および内側ガス流路２５の近傍に設けられた第一スタッドフィン２２と、ガスＧ１とが接触することによって熱回収が行われる。
【００４０】
次いで、ガスＧ１が内側ガス流路２５を通過した後には、ガスが外側水管群３０の下端部に衝突し、加えてこの内側ガス流路２５近傍にはスタッドフィン２２，３２が設けられていることから、この内側ガス流路２５近傍においては乱流状態が促進される。したがって、この内側ガス流路２５近傍においては、第一スタッドフィン２２および第二スタッドフィン３２と、ガスとの接触が効果的に行われて、高効率の熱回収が行われることとなる。
【００４１】
次いで、環状ガス流路６０を旋回しながら上方向に流動するガスＧ２は、内側水管群２０、外側水管群３０、およびそれぞれの水管群２０，３０に設けられた平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）と接触し、これらの接触を行うことによってガスＧ２からの熱回収が行われる。最後に、環状ガス流路６０を旋回しながら上方向に流動したガスＧ３は、外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められるまでの間、外側水管群３０の外側（排気筒９０側）に接触することによって、熱回収が行われる。
【００４２】
本実施例によれば、ボイラ１は以上のように構成され、その缶体１０内にて以上のようにガスが流動するため、熱回収を効果的に行うと共に耐久性の高い拡大伝熱面（フィン等）を有する水管群を備えたボイラを得ることができる。
【００４３】
具体的には、本実施例にかかるボイラ１によれば、温度差が大きくなる領域である内側ガス流路２５（ガス流路）近傍に、スタッドフィン２２，３２（拡大伝熱面）が設けられているため、効果的に熱回収を行うことができる。また、この内側ガス流路２５近傍に設けられている拡大伝熱面がスタッドフィン２２，３２であるため、仮に過熱状態となったとしても、亀裂や脱落等が発生しにくい。さらに、このような構成によれば、内側ガス流路２５近傍にスタッドフィン２２，３２を設け、早い段階で燃焼ガスから熱回収を行い、燃焼ガス温度が早期に低下するため、サーマルＮＯｘの発生を低減することが可能となる。
【００４４】
また、本実施例にかかるボイラ１においては、内側ガス流路２５近傍に設けられたスタッドフィン２２，３２の下流側に、ガスの流れに対して傾斜させた平板状のフィン２３，３３が設けられている。このような構成によれば、スタッドフィン２２，３２によって回収できなかった熱エネルギを無駄にすることなく、より効果的に回収し、高効率で運転可能なボイラ１を構成することが可能となる。
【００４５】
さらに、本実施例にかかるボイラ１においては、スタッドフィン２２，３２の下流側に設けられた平板状のフィン２３，３３が、ガス流れに対して所定角度傾斜して設けられており、ガスは、環状ガス流路６０内を旋回しながら上昇する。つまり、本実施例によれば、ガス流れに対して直角にフィンを設ける場合と比較して、フィン２３，３３がガス流れを邪魔しないため、低圧損を実現可能なボイラ１とすることができる。
【００４６】
また、本実施例にかかるボイラ１によれば、上述したように、効果的に熱回収を実施することが可能となるため、これに起因して、ボイラの小型化を図ることが可能となる。つまり、熱回収率を高めることによって、ボイラの運転効率を高めることが可能となるため、その分、ボイラの小型化を図ることができる。
【００４７】
＜第二実施例＞
次に、本発明の第二実施例にかかるボイラについて説明する。なお、本発明の第二実施例にかかるボイラは、基本的な構成は、先に説明した第一実施例と同様である。そこで、以下においては、第一実施例と同様な部分については、第一実施例と同様の符号を付してその詳細な説明を省略し、主に第一実施例と異なる構成について説明を行う。
【００４８】
図５は、本発明の第二実施例にかかるボイラの横断面の簡略説明図を示したものである。より具体的には、先に説明した第一実施例にかかる図２に相当する簡略説明図である。すなわち、この図５は、本実施例にかかるボイラの内側ガス流路２５（本発明の「ガス流路」に相当）近傍における横断面の簡略説明図を示したものである。
【００４９】
先にも説明した通り、本実施例にかかるボイラ１は、基本的には第一実施例と同様の構成を有しており、第一実施例との違いは、内側ガス流路２５近傍に設けられたスタッドフィン２２，３２の数である。本実施例においては、第一実施例と比較して、内側水管２１の下端部２１ａに設けられた第一スタッドフィン２２を少なく、外側水管３１の下端部に設けられた第二スタッドフィン３２を多く設けている。より詳細には、内側水管２１の下端部２１における環状ガス流路６０側には第一スタッドフィン２２を設けず、その分（内側水管２１にて減じた分）のスタッドフィンを外側水管３１の下端部に設けている。
【００５０】
第一実施例にて説明した通り、ガスＧ１が内側ガス流路２５を通過した後、そのガスは、外側水管群３０の下端部に衝突する。そして、その後、内側ガス流路２５近傍において、ガスは主に外側水管群３０を沿って上方向に流動する。そうとすれば、内側ガス流路２５近傍においては、内側水管群２０よりも外側水管群３０の方がガスとの接触回数が多いこととなる。
【００５１】
本実施例は、このガス流動に着目して構成されたものであり、より高い効率で熱回収を行うことができるボイラ１を提供することを目的としている。
【００５２】
本実施例にかかるボイラは、上述した通り、内側ガス流路２５近傍における内側水管群２０および外側水管群３０に、スタッドフィン２２，３２が設けられており、外側水管群３０の方が、内側水管群２０よりも多くのスタッドフィンが設けられている構成であることを特徴としている。
【００５３】
本実施例にかかるボイラ１によれば、内側水管群２０の中央部に設けられたバーナ４０にて生成された燃焼ガスが、内側ガス流路２５を介して外側水管群３０に接触した後、水管群間（内側水管群２０と外側水管群３０との間）（環状ガス流路６０）を流通する。この際、ガスは内側水管群２０から外側水管群３０に向かって連続的に流動するため、環状ガス流路６０内においては、どうしてもガスの接触時間は内側水管群２０よりも外側水管群３０の方が長くなる。そして、本実施例によれば、外側水管群３０の方が、内側水管群２０よりも多くのスタッドフィンを設けているため、より効果的に燃焼ガスからの熱回収を行うことができる。
【００５４】
また、本実施例にかかるボイラ１によれば、上記作用効果に加えて、第一実施例にて得られる作用効果も当然のごとく得ることができる。
【００５５】
＜第三実施例＞
次に、本発明の第三実施例にかかるボイラについて説明する。なお、本発明の第三実施例にかかるボイラは、基本的な構成は、先に説明した第一実施例と同様である。そこで、以下においては、第一実施例と同様な部分については、第一実施例と同様の符号を付してその詳細な説明を省略し、主に第一実施例と異なる構成について説明を行う。
【００５６】
図６は、本発明の第三実施例にかかるボイラの縦断面の説明図を示している。図７は、図６のVII−VII線に沿う横断面の簡略説明図を示している。図８は、図６のVIII−VIII線に沿う横断面の簡略説明図を示している。図９は、図６のIX−IX線に沿う横断面の簡略説明図を示している。
【００５７】
図６等に示すように、本実施例にかかるボイラ１は、環状に配列された水管群を有する缶体１０と、これらの水管群の中央部に配設されたバーナ４０とを用いて構成されており、バーナ４０上方位置には、燃焼用空気をバーナ４０に供給する、ウインドボックス５０が設けられている。
【００５８】
缶体１０は、上部ヘッダ１１と下部ヘッダ１２との間に複数の水管群（内側水管群２０、外側水管群３０）を立設して構成されている。それぞれの水管群２０，３０は、略同心円上の環状に配列されており、内側水管群２０から所定間隔を隔てて外側水管群３０が設けられており、内側水管群２０と外側水管群３０との間に環状ガス流路６０が形成されている。
【００５９】
本実施例において、内側水管群２０は、複数の内側水管２１および第一縦ヒレ部２４を用いて構成されている。それぞれの内側水管２１は、略均等の所定間隔を有した状態で環状に構成されており、各内側水管２１間には、隣接する内側水管２１間の隙間をなくすべく連接された第一縦ヒレ部２４が設けられている。つまり、本実施例においては、この第一縦ヒレ部２４を用いて、内側水管群２０は、密接状態で環状に構成されることとなる。
【００６０】
また、各内側水管２１の下端部２１ａは縮径部となっており、本実施例にかかる内側水管群２０においては、この縮径された下端部２１ａ周辺の空間が、環状に形成された内側ガス流路２５（本発明の「ガス流路」に相当）として機能することとなる。すなわち、この内側ガス流路２５は、内側水管群２０内部で生成されたガスを環状ガス流路６０に導くべく機能する。
【００６１】
本実施例において、外側水管群３０は、複数の外側水管３１および第二縦ヒレ部３４を用いて構成されている。それぞれの外側水管３１は、略均等の所定間隔を有した状態で環状に構成されており、各外側水管３１間には、隣接する外側水管３１間の隙間をなくすべく連接された第二縦ヒレ部３４が設けられている。つまり、本実施例においては、この第二縦ヒレ部３４を用いて、外側水管群３０は、密接状態で環状に構成されることとなる。
【００６２】
また、各外側水管３１間に連接された第二縦ヒレ部３４は、図６に示すように、缶体１０の内壁上方部に設けられた断熱材との間に所定の空間を有するべく設けられており、本実施例にかかる外側水管群３０においては、この第二縦ヒレ部３４の上方に形成された空間（第二縦ヒレ部３４と上部断熱材との間に形成された空間）が、環状に形成された外側ガス流路３５として機能することとなる。この外側ガス流路３５は、環状ガス流路６０内に導入されたガスを排気筒９０側へ導くべく機能する。つまり、内側水管群２０内部で生成されたガスは、内側ガス流路２５、環状ガス流路６０、および外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められ、この排気筒９０を介して缶体１０の外部に排出される。
【００６３】
内側水管群２０を構成する各内側水管２１には、下端部２１ａの上方位置に（内側ガス流路２５近傍に）複数の第一スタッドフィン２２（本発明の「拡大伝熱面」に相当）が設けられている。より具体的には、環状ガス流路６０側に面する各内側水管２１の略中央部から下方位置にかけて、複数の第一スタッドフィン２２が設けられている。第一スタッドフィン２２が設けられた箇所の下流側（ガス流れの下流側）に位置する内側水管２１には、その環状ガス流路６０側に、複数の平板状の第一フィン２３（本発明の「平板状のフィン」に相当）が設けられている。
【００６４】
また、外側水管群３０を構成する各外側水管３１には、内側ガス流路２５の近傍に複数の第二スタッドフィン３２（本発明の「拡大伝熱面」に相当）が設けられている。より具体的には、環状ガス流路６０側に面する各外側水管３１の略中央部から下方位置にかけて、複数の第二スタッドフィン３２が設けられている。第二スタッドフィン３２が設けられた箇所の下流側（ガス流れの下流側）に位置する外側水管３１には、その環状ガス流路６０側に、複数の平板状の第二フィン３３（本発明の「平板状のフィン」に相当）が設けられている。
【００６５】
すなわち、本実施例においては、内側ガス流路２５の近傍における内側水管群２０（を構成する内側水管２１）および外側水管群３０（を構成する外側水管３１）にスタッドフィン（第一スタッドフィン２２，第二スタッドフィン３２）が設けられており、これらのスタッドフィンの下流側（ガス流れにおける下流側）に平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）が設けられている。本実施例においては、第一フィン２３および第二フィン３３は、ガス流れ（垂直方向の流れ）に対して８０°の傾斜角度（水平に対して１０°の傾斜角度）を有するように設けられている。また、本実施例において、この平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さは、６ｍｍ〜１２ｍｍ程度が好ましい。さらに、本実施例においては、全ての平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さを同一とするのみではなく、必要に応じて、その高さを変更してもよい。例えば、下方に位置する平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さを６ｍｍとし、上方に位置する平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さを１２ｍｍとしてもよい。すなわち、下方のフィン（横ヒレ）は上方のフィン（横ヒレ）よりも、水管外周面からの延長長さが短く形成されてもよい。
【００６６】
本実施例にかかるボイラ１を成すバーナ４０は、特に何等かの構成に限定されるものではなく、ガス燃料あるいは液体燃料のいずれを用いるものも適用可能である。つまり、本実施例においては、環状に構成された水管群２０，３０を有する缶体１０内において、適切に火炎Ｆを形成可能なバーナ４０であれば、どのような構成のバーナを用いてもよい。
【００６７】
本実施例にかかるボイラ１は、以上のように構成されており、その構成に基づき、先に説明した第一実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００６８】
＜第四実施例＞
次に、本発明の第四実施例にかかるボイラについて説明する。なお、本発明の第四実施例にかかるボイラは、基本的な構成は、先に説明した第一実施例と同様の部分もある。そこで、以下においては、第一実施例と同様な部分については、第一実施例と同様の符号を付してその詳細な説明を省略し、主に第一実施例と異なる構成について説明を行う。
【００６９】
図１０は、本発明の第四実施例にかかるボイラの縦断面の説明図を示している。図１１は、図１０のXI−XI線に沿う横断面の簡略説明図を示している。図１２は、図１０のXII−XII線に沿う横断面の簡略説明図を示している。図１３は、図１０のXIII−XIII線に沿う横断面の簡略説明図を示している。
【００７０】
図１０等に示すように、本実施例にかかるボイラ１は、環状に配列された水管群を有する缶体１０と、これらの水管群の中央部に配設されたバーナ４０とを用いて構成されており、バーナ４０上方位置には、燃焼用空気をバーナ４０に供給する、ウインドボックス５０が設けられている。
【００７１】
缶体１０は、上部ヘッダ１１と下部ヘッダ１２との間に複数の水管群（内側水管群２０、外側水管群３０）を立設して構成されている。それぞれの水管群２０，３０は、略同心円上の環状に配列されており、内側水管群２０から所定間隔を隔てて外側水管群３０が設けられており、内側水管群２０と外側水管群３０との間に環状ガス流路６０が形成されている。
【００７２】
この缶体１０の内面（側面、上面、下面）には、断熱材が施工されている。より具体的には、水管群２０，３０の軸方向側面に側面断熱部７１、水管群２０，３０の上端側（缶体１０の上面）に上側断熱部７２、および水管群２０，３０の下端側（缶体１０の下面）に下側断熱部７３（下側断熱部）が、それぞれ充填施工されている。上側断熱部７２は、缶体１０の上面に施工面が平面になるように断熱材が充填されている。下側断熱部７３は、缶体１０の下面に施工面が凹型となるように断熱材が充填されており、中央凹み部７３Ａ、傾斜部７３Ｂ、および平面部７３Ｃを有している。
【００７３】
本実施例において、内側水管群２０は、複数の内側水管２１および第一縦ヒレ部２４を用いて構成されている。それぞれの内側水管２１は、略均等の所定間隔を有した状態で環状に構成されており、各内側水管２１間には、隣接する内側水管２１間の隙間をなくすべく連接された第一縦ヒレ部２４が設けられている。つまり、本実施例においては、この第一縦ヒレ部２４を用いて、内側水管群２０は、密接状態で環状に構成されることとなる。
【００７４】
また、各内側水管２１の下端部２１ａは縮径部となっており、本実施例にかかる内側水管群２０においては、この縮径された下端部２１ａ周辺の空間が、環状に形成された内側ガス流路２５（本発明の「ガス流路」に相当）として機能することとなる。すなわち、この内側ガス流路２５は、内側水管群２０内部で生成されたガスを環状ガス流路６０に導くべく機能する。
【００７５】
本実施例において、外側水管群３０は、複数の外側水管３１および第二縦ヒレ部３４を用いて構成されている。それぞれの外側水管３１は、略均等の所定間隔を有した状態で環状に構成されており、各外側水管３１間には、隣接する外側水管３１間の隙間をなくすべく連接された第二縦ヒレ部３４が設けられている。つまり、本実施例においては、この第二縦ヒレ部３４を用いて、外側水管群３０は、密接状態で環状に構成されることとなる。
【００７６】
また、各外側水管３１の上端部３１ａは縮径部となっており、本実施例にかかる外側水管群３０においては、この縮径された上端部３１ａ周辺の空間が、環状に形成された外側ガス流路３５として機能することとなる。この外側ガス流路３５は、環状ガス流路６０内に導入されたガスを排気筒９０側へ導くべく機能する。つまり、内側水管群２０内部で生成されたガスは、内側ガス流路２５、環状ガス流路６０、および外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められ、この排気筒９０を介して缶体１０の外部に排出される。
【００７７】
内側水管群２０を構成する各内側水管２１には、下端部２１ａおよびその上方位置に（内側ガス流路２５近傍に）複数の第一スタッドフィン２２（本発明の「拡大伝熱面」に相当）が設けられている。より具体的には、環状ガス流路６０側に面する各内側水管２１の略中央部から下方位置にかけて、複数の第一スタッドフィン２２が設けられている。第一スタッドフィン２２が設けられた箇所の下流側（ガス流れの下流側）に位置する内側水管２１には、その環状ガス流路６０側に、複数の平板状の第一フィン２３（本発明の「平板状のフィン」に相当）が設けられている。
【００７８】
また、外側水管群３０を構成する各外側水管３１には、内側ガス流路２５の近傍に複数の第二スタッドフィン３２（本発明の「拡大伝熱面」に相当）が設けられている。より具体的には、環状ガス流路６０側に面する各外側水管３１の略中央部から下方位置にかけて、複数の第二スタッドフィン３２が設けられている。第二スタッドフィン３２が設けられた箇所の下流側（ガス流れの下流側）に位置する外側水管３１には、その環状ガス流路６０側に、複数の平板状の第二フィン３３（本発明の「平板状のフィン」に相当）が設けられている。
【００７９】
すなわち、本実施例においては、内側ガス流路２５の近傍における内側水管群２０（を構成する内側水管２１）および外側水管群３０（を構成する外側水管３１）にスタッドフィン（第一スタッドフィン２２，第二スタッドフィン３２）が設けられており、これらのスタッドフィンの下流側（ガス流れにおける下流側）に平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）が設けられている。本実施例においては、第一フィン２３および第二フィン３３は、ガス流れ（垂直方向の流れ）に対して８０°の傾斜角度（水平に対して１０°の傾斜角度）を有するように設けられている。また、本実施例において、この平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さは、６ｍｍ〜１２ｍｍ程度が好ましい。さらに、本実施例においては、全ての平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さを同一とするのみではなく、必要に応じて、その高さを変更してもよい。例えば、下方に位置する平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さを６ｍｍとし、上方に位置する平板状の第一フィン２３および第二フィン３３の高さを１２ｍｍとしてもよい。すなわち、下方のフィン（横ヒレ）は上方のフィン（横ヒレ）よりも、水管外周面からの延長長さが短く形成されてもよい。
【００８０】
本実施例にかかるボイラ１を成すバーナ４０は、特に何等かの構成に限定されるものではなく、ガス燃料あるいは液体燃料のいずれを用いるものも適用可能である。つまり、本実施例においては、環状に構成された水管群２０，３０を有する缶体１０内において、適切に火炎Ｆを形成可能なバーナ４０であれば、どのような構成のバーナを用いてもよい。
【００８１】
本実施例にかかるボイラ１は、以上のように構成されており、その構成に基づき、次のような作用効果を奏する。以下、上述した図面（図１０〜図１３）を用いて、その作用効果を具体的に説明する。
【００８２】
本実施例においては、図１０に示すように、内側水管群２０の中央部に設けられたバーナ４０から、下方に向けて火炎Ｆ（燃焼ガス）が形成される。そして、バーナ４０にて生成された燃焼ガスＧ０は、内側水管群２０に沿って下方向に流動する。内側水管群２０に沿って下方向に流動したガスは、缶体１０の下面（下側断熱部７３）に衝突した後、周方向に向けて放射状に流動するガスＧ１（図１０および図１１参照）の流れとなって、内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入される。より具体的には、内側水管群２０に沿って下方向に流動したガスは、まず、下側断熱部７３を成す中央凹み部７３Ａに衝突し、その後、下側断熱部７３を成す傾斜部７３Ｂに沿って斜め上方に流動してから、内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入される。
【００８３】
内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入されたガスＧ２は、次いで、内側水管群２０と外側水管群３０に沿って、上方向に流動する。この際、内側水管群２０と外側水管群３０とに設けられている平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）の傾斜角度に応じて、ガスＧ２は上方向に流動する。そして、上方向に流動したガスＧ２は、缶体１０の上面に衝突した後、周方向に向けて放射状に流動するガスＧ３（図１０および図１３参照）の流れとなって、外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められ、この排気筒９０を介して缶体１０の外部に排出される。
【００８４】
上記のようなガスの流れにおいて、バーナ４０にて生成された火炎（燃焼ガス）の熱エネルギは、内側水管群２０および外側水管群３０にて回収される。
【００８５】
より具体的には、まず、内側水管群２０の内表面側（バーナ４０が設けられている側（燃焼室側））において、ガスＧ０，Ｇ１と内側水管群２０の内表面とが接触することによって熱回収が行われる。次いで、ガスＧ１が内側ガス流路２５を通過する際には、内側水管群２０（を成す内側水管２１の下端部２１ａ）および内側ガス流路２５の近傍に設けられた第一スタッドフィン２２と、ガスＧ１とが接触することによって熱回収が行われる。
【００８６】
次いで、ガスＧ１が内側ガス流路２５を通過した後には、ガスが外側水管群３０の下端部に衝突し、加えてこの内側ガス流路２５近傍にはスタッドフィン２２，３２が設けられていることから、この内側ガス流路２５近傍においては乱流状態が促進される。したがって、この内側ガス流路２５近傍においては、第一スタッドフィン２２および第二スタッドフィン３２と、ガスとの接触が効果的に行われて、高効率の熱回収が行われることとなる。
【００８７】
次いで、環状ガス流路６０を上方向に流動するガスＧ２は、内側水管群２０、外側水管群３０、およびそれぞれの水管群２０，３０に設けられた平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）と接触し、これらの接触を行うことによってガスＧ２からの熱回収が行われる。最後に、環状ガス流路６０を上方向に流動したガスＧ３は、外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められるまでの間、外側水管群３０の外側（排気筒９０側）に接触することによって、熱回収が行われる。
【００８８】
本実施例によれば、ボイラ１は以上のように構成され、その缶体１０内にて以上のようにガスが流動するため、缶体圧損を低減させることによってフィン等の拡大伝熱面の設置可能箇所を広げ、この設置可能箇所に耐久性の高い拡大伝熱面（フィン等）を設けて拡大伝熱面の亀裂・脱落等を防ぎ、熱回収を効果的に行うことができるボイラを得ることができる。
【００８９】
本実施例にかかるボイラ１においては、バーナ４０にて生成される燃焼ガスが、ガス流路２５に対して流入しやすいように、内側水管群２０の下端側に設けられた下側断熱部７３の形状が定められている。より具体的には、内側水管群２０に沿って下方向に流動したガスは、缶体１０下面の下側断熱部７３を成す中央凹み部７３Ａに衝突し、その後、下側断熱部７３を成す傾斜部７３Ｂに沿って斜め上方に流動してから、内側ガス流路２５が設けられている平面部７３Ｃに達し、この内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入される。このように、本実施例によれば、缶体下部（内側水管群の下端側）に設けられている断熱材（下側断熱部７３）が燃焼ガスの流れを促進するような形状（凹形状）に施工させているため、燃焼ガスがターンする領域（缶体下部）での偏流が小さくなり、缶体圧損を減少させることができる。
【００９０】
また、本実施例にかかるボイラ１においては、上記のように、缶体下部での偏流が小さくなることから（缶体圧損が小さくなることから）、温度差が大きくなる領域であるガス流路２５近傍に、多くの拡大伝熱面（スタッドフィン２２，３２等）を設けることが可能となる。本実施例では、拡大伝熱面としてスタッドフィン２２，３２を用いているため、仮に過熱状態となったとしても、拡大伝熱面に亀裂や脱落等が発生しにくい。したがって、本実施例によれば、缶体圧損を低減させることによってフィン等の拡大伝熱面の設置可能箇所を広げ、この設置可能箇所に耐久性の高い拡大伝熱面（フィン等）を設けて拡大伝熱面の亀裂・脱落等を防ぐことにより、熱回収を効果的に行うことができるボイラを得ることができる。さらに、このような構成によれば、内側ガス流路２５近傍にスタッドフィン２２，３２を設け、早い段階で燃焼ガスから熱回収を行い、燃焼ガス温度が早期に低下するため、サーマルＮＯｘの発生を低減することが可能となる。
【００９１】
さらに、本実施例にかかるボイラ１においては、内側ガス流路２５近傍に設けられたスタッドフィン２２，３２の下流側に、ガスの流れに対して傾斜させた平板状のフィン２３，３３が設けられている。このような構成によれば、スタッドフィン２２，３２によって回収できなかった熱エネルギを無駄にすることなく、より効果的に回収し、高効率で運転可能なボイラ１を構成することが可能となる。
【００９２】
また、本実施例にかかるボイラ１においては、スタッドフィン２２，３２の下流側に設けられた平板状のフィン２３，３３が、ガス流れに対して所定角度傾斜して設けられており、ガスは、環状ガス流路６０内を上昇する。つまり、本実施例によれば、ガス流れに対して直角にフィンを設ける場合と比較して、フィン２３，３３がガス流れを邪魔しないため、低圧損を実現可能なボイラ１とすることができる。
【００９３】
さらに、本実施例にかかるボイラ１によれば、上述したように、効果的に熱回収を実施することが可能となるため、これに起因して、ボイラの小型化を図ることが可能となる。つまり、熱回収率を高めることによって、ボイラの運転効率を高めることが可能となるため、その分、ボイラの小型化を図ることができる。
【００９４】
＜第五実施例＞
次に、本発明の第五実施例にかかるボイラについて説明する。なお、本発明の第五実施例にかかるボイラは、基本的な構成は、先に説明した第四実施例と同様である。そこで、以下においては、第四実施例と同様な部分については、第四実施例と同様の符号を付してその詳細な説明を省略し、主に第四実施例と異なる構成について説明を行う。
【００９５】
図１４は、本発明の第五実施例にかかるボイラの縦断面の説明図を示している。より具体的には、先に説明した第四実施例にかかる図１０に相当する説明図である。
【００９６】
先にも説明した通り、本実施例にかかるボイラ１は、基本的には第四実施例と同様の構成を有しており、第四実施例との違いは、缶体１０の下面構造のみである。より具体的には、本実施例においては、図１４に示すように、水管群２０，３０の軸方向側面に側面断熱部７１、水管群２０，３０の上端側（缶体１０の上面）に上側断熱部７２、および水管群２０，３０の下端側（缶体１０の下面）に下側断熱部８３（下側断熱部）が、それぞれ充填施工されている。上側断熱部７２は、缶体１０の上面に施工面が平面になるように断熱材が充填されている。下側断熱部８３は、缶体１０の下面に施工面が凸型となるように断熱材が充填されており、中央凸部８３Ａ、凹み部８３Ｂ、および平面部８３Ｃを有している。
【００９７】
本実施例にかかるボイラ１は、以上のように構成されており、その構成に基づき、次のような作用効果を奏する。以下、図１４に基づいて（必要に応じて図１１〜図１３を参照しつつ）、その作用効果を具体的に説明する。
【００９８】
本実施例においては、図１４に示すように、内側水管群２０の中央部に設けられたバーナ４０から、下方に向けて火炎Ｆ（燃焼ガス）が形成される。そして、バーナ４０にて生成された燃焼ガスＧ０は、内側水管群２０に沿って下方向に流動する。内側水管群２０に沿って下方向に流動したガスは、缶体１０の下面（下側断熱部８３）に衝突した後、周方向に向けて放射状に流動するガスＧ１の流れとなって、内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入される。より具体的には、内側水管群２０に沿って下方向に流動したガスは、まず、下側断熱部８３を成す中央凸部８３Ａにて周方向に均等に分配されて、凹み部８３Ｂに衝突した後、この凹み部８３Ｂに沿って斜め情報に流動してから、内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入される。
【００９９】
内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入されたガスＧ２は、次いで、内側水管群２０と外側水管群３０に沿って、上方向に流動する。この際、内側水管群２０と外側水管群３０とに設けられている平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）の傾斜角度に応じて、ガスＧ２は上方向に流動する。そして、上方向に流動したガスＧ２は、缶体１０の上面に衝突した後、周方向に向けて放射状に流動するガスＧ３の流れとなって、外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められ、この排気筒９０を介して缶体１０の外部に排出される。このようなガスの流れにおいて、バーナ４０にて生成された火炎（燃焼ガス）の熱エネルギは、内側水管群２０および外側水管群３０にて回収される。
【０１００】
本実施例によれば、ボイラ１は以上のように構成され、その缶体１０内にて以上のようにガスが流動するため、缶体圧損を低減させることによってフィン等の拡大伝熱面の設置可能箇所を広げ、この設置可能箇所に耐久性の高い拡大伝熱面（フィン等）を設けて拡大伝熱面の亀裂・脱落等を防ぎ、熱回収を効果的に行うことができるボイラを得ることができる。
【０１０１】
本実施例にかかるボイラ１においては、バーナ４０にて生成される燃焼ガスが、ガス流路２５に対して流入しやすいように、内側水管群２０の下端側に設けられた下側断熱部８３の形状が定められている。より具体的には、内側水管群２０に沿って下方向に流動したガスは、缶体１０下面の下側断熱部８３を成す中央凸部８３Ａに衝突して周方向に均等に分配され、その後、下側断熱部８３を成す凹み部８３Ｂに沿って斜め上方に流動してから、内側ガス流路２５が設けられている平面部８３Ｃに達し、この内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入される。このように、本実施例によれば、缶体下部（内側水管群の下端側）に設けられている断熱材（下側断熱部８３）が燃焼ガスの流れを促進するような形状（凸形状）に施工させているため、燃焼ガスがターンする領域（缶体下部）での偏流が小さくなり、缶体圧損を減少させることができる。
【０１０２】
また、本実施例にかかるボイラ１においては、第四実施例と同様に、上記のように缶体下部での偏流が小さくなることから（缶体圧損が小さくなることから）、温度差が大きくなる領域であるガス流路２５近傍に、多くの拡大伝熱面（スタッドフィン２２，３２等）を設けることが可能となる。本実施例では、拡大伝熱面としてスタッドフィン２２，３２を用いているため、仮に過熱状態となったとしても、拡大伝熱面に亀裂や脱落等が発生しにくい。したがって、本実施例によれば、缶体圧損を低減させることによってフィン等の拡大伝熱面の設置可能箇所を広げ、この設置可能箇所に耐久性の高い拡大伝熱面（フィン等）を設けて拡大伝熱面の亀裂・脱落等を防ぐことにより、熱回収を効果的に行うことができるボイラを得ることができる。さらに、このような構成によれば、内側ガス流路２５近傍にスタッドフィン２２，３２を設け、早い段階で燃焼ガスから熱回収を行い、燃焼ガス温度が早期に低下するため、サーマルＮＯｘの発生を低減することが可能となる。
【０１０３】
さらに、本実施例にかかるボイラ１は、これまで説明した通り、内側水管群２０の下端側に設けられた下側断熱部８３の形状以外は、第四実施例と同様の構成を有している。したがって、この第五実施例においても、先に説明した第四実施例にて得られる効果を全て得ることができる。
【０１０４】
＜その他の実施例等＞
なお、本発明は、上記実施形態および実施例（以下「上記実施形態等」という。）に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で必要に応じて種々の変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１０５】
上記実施形態等においては、内側ガス流路２５（ガス流路）近傍における内側水管群２０および外側水管群３０の両方にスタッドフィン２２，３２を設ける場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。したがって、例えば、内側ガス流路２５近傍における外側水管群３０にのみスタッドフィンを設ける構成としてもよい。上述したように、ガスは内側水管群２０から外側水管群３０に向かって連続的に流動するため、環状ガス流路６０内において、ガスの接触時間は内側水管群２０よりも外側水管群３０の方が長くなる。よって、このように、内側ガス流路２５近傍における外側水管群３０にのみスタッドフィンを設ける構成としても、比較的効果的に燃焼ガスからの熱回収を行うことができる。
【０１０６】
また、上記実施形態等においては、内側水管群の下端側に環状の内側ガス流路２５（ガス流路）を設ける構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。したがって、例えば、内側水管群の上端側に環状の内側ガス流路（本発明の「ガス流路」に相当）を設けるべく構成してもよい。この際、内側水管群の上端側に内側ガス流路を設けた場合には、熱回収率を高めるために（ガスと水管群との接触時間を高めるために）、外側ガス流路は、外側水管群の下端側に設けることが好ましい。
【０１０７】
さらに、上記実施形態等においては、略同心円状に二列の水管群を配設した缶体を用いてボイラを構成する場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、必要に応じて、三列以上の水管群を配設して缶体を構成してもよい。仮に、略同心円状に三列の水管群（例えば、内側水管群、中間水管群、外側水管群）を配設して缶体を構成した場合、内側水管群の一端側（例えば、下端側）に内側ガス流路を設けたら、中間水管群の他端側（例えば、上端側）に中間ガス流路を設け、外側水管群の一端側（例えば、下端側）に外側ガス流を設けるべく構成することが好ましい。
【０１０８】
また、上記実施形態等においては、円柱形状のスタッドフィン２２，３２を用いる場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、水管に適切に溶接可能な耐久性の高い突起物であれば如何なる形状であってもよい。したがって、例えば、斜円柱形状、楕円柱形状（斜楕円柱形状も含む）、角柱形状（斜角柱形状も含む）、円錐形状（斜円錐形状も含む）、角錐形状（斜角錐形状も含む）等の形状を有するスタッドフィンを用いてもよい。
【０１０９】
さらに、上記実施形態等においては、バーナ４０の構造については特に説明しなかったが、本発明は、特に何等かの構成に限定されるものではなく、例えば、図１５および図１６に示すようなバーナ４０であってもよい。ここで、図１５は、本発明の実施例にかかるバーナの縦断面の説明図を示し、図１６は、図１５に示したバーナの下面図を示している。
【０１１０】
本実施例にかかるボイラ１を構成するバーナ４０は、このバーナ４０に対して燃焼用空気を供給する空気供給手段たるウインドボックス５０内の隔壁１７１に設置されている（図１５参照）。具体的には、バーナ４０を構成する載置板４１を隔壁１７１に上方から載置して、ボルト等の締結手段（図示省略）にて載置板４１を隔壁１７１に締結することによって、バーナ４０をウインドボックス５０内の隔壁１７１に設置している。
【０１１１】
本実施例にかかるバーナ４０は、例えば、図１５および図１６に示すように、液体燃料を噴霧するノズル部４２（第一ノズル部４２ａ，第二ノズル部４２ｂ）（燃料噴出部）と、第一ノズル部４２ａ近傍にその先端が位置すべく設けられた着火器４３と、ウインドボックス５０から供給される空気をノズル部４２から噴霧される液体燃料に混合させるために設けられた空気供給経路（一次空気供給用の第一空気供給経路４４，二次空気供給用の第二空気供給経路４５）と、第一空気供給経路４４から供給された空気を燃焼室１６側に噴出させる中央空気噴出部４６と、第二空気供給経路４５から供給された空気を燃焼室１６側に噴出させる複数の周囲空気噴出部４７（空気噴出部）（第一周囲空気噴出部４７ａ〜第六周囲空気噴出部４７ｆ）とを用いて構成されている。
【０１１２】
本実施例にかかるノズル部４２としては、低燃焼時および高燃焼時に液体燃料を噴霧する第一ノズル部４２ａと、高燃焼時にのみ液体燃料を噴霧する第二ノズル部４２ｂとが設けられている。つまり、ノズル部４２は、低燃焼時（および高燃焼時）に燃料供給状態となる第一ノズル部４２ａと、高燃焼時に第一ノズル部４２ａと共に燃料供給状態となる第二ノズル部４２ｂとを有し、ボイラの燃焼負荷に応じて、それぞれのノズル部４２における燃料供給状態が適宜切り換えられる。すなわち、それぞれのノズル部４２ａ，４２ｂは、必要に応じてオンオフ制御される。
【０１１３】
バーナ４０を構成する第一空気供給経路４４は、ノズル部４２の外側に設けられた第一筒部材５４を用いて構成されており、第二空気供給経路４５は、第一筒部材５４を用いて構成されている。つまり、第一筒部材５４の内側領域が第一空気供給経路４４として機能し、第一筒部材５４と第二筒部材５５との間に形成される領域が第二空気供給経路４５として機能する。第二筒部材５５の上端部には、上方へ行くに従い外方へ拡開する拡開部５５Ａが形成されている。このような形状を有する拡開部５５Ａが設けられているのは、ウインドボックス５０から供給された空気が、第二空気供給経路４５内の横断面方向に均一に流れるようにするためである。仮に、この拡開部５５Ａを設けないとすれば、空気流が第二筒部材５５の内壁に付着して流れてしまい、第二空気供給経路４５内の横断面方向に均一に流れない。
【０１１４】
第一筒部材５４の先端部（ボイラ１の燃焼室１６側端部）には、中央空気噴出部４６が穿孔された第一空気供給板５６が設けられており、ウインドボックス５０から供給された空気は、この中央空気噴出部４６を介して、燃焼室１６側に噴出される。また、第二筒部材５７の先端部（ボイラ１の燃焼室１６側端部）には、複数の周囲空気噴出部４７が設けられた第二空気供給板５７が設けられており、ウインドボックス５０から供給された空気は、中央空気噴出部４６のみならず、これら複数の周囲空気噴出部４７を介しても燃焼室１６側に噴出される。
【０１１５】
周囲空気噴出部４７（空気噴出部）は、図１５および図１６に示すように、ノズル部４２の周囲に設けられている。この周囲空気噴出部４７は、バーナ４０にて生成されたガスが外側に広がらないように、空気を内側に向けて噴出させるべく構成されている。このような構成によれば、液体燃料および燃焼開始段階における火炎（ガス）が缶体１０の内側水管群２０に接触しにくくなるため、バーナ４０直近における不適切な不完全燃焼をなくし、ＣＯや煤塵の発生を効果的に防止することができる。
【０１１６】
本実施例にかかる周囲空気噴出部４７は、それぞれの周囲空気噴出部４７（第一周囲空気噴出部４７ａ〜第六周囲空気噴出部４７ｆ）から噴出される空気を内側（ノズル部４２側）方向に導くガイド部５８（第一ガイド部５８ａ〜第六ガイド部５８ｆ）と、それぞれの周囲空気噴出部４７（第一周囲空気噴出部４７ａ〜第六周囲空気噴出部４７ｆ）から噴出される空気の拡散を促す拡散部５９（第一拡散部５９ａ〜第六拡散部５９ｆ）とを有している。
【０１１７】
より具体的には、本実施例においては、第二空気供給板５７に六つの略台形状の貫通孔部５１（第一貫通孔部５１ａ〜第六貫通孔部５１ｆ）が穿孔されており、それぞれの貫通孔部５１の外周側（ノズル部４２から遠い側）に板状部材を用いてガイド部５８（第一ガイド部５８ａ〜第六ガイド部５８ｆ）が構成されている。このガイド部５８は、それぞれの貫通孔部５１の一部を覆うべく構成されており、本実施例においては、このガイド部５８にて覆われていない部分が、周囲空気噴出部４７から噴出される空気の拡散を促す拡散部５９（第一拡散部５９ａ〜第六拡散部５９ｆ）として機能する。
【０１１８】
それぞれのガイド部５８は、各周囲空気噴出部４７から噴出される空気の少なくとも一部（主に貫通孔部５１のガイド部５８によって覆われている領域の空気）を内側（ノズル部４２側）方向に噴出させるべく、板状部材を傾斜させて構成されている。この際の傾斜角度θ（取り付け角度）は、２０°〜６０°程度であることが好ましい。
【０１１９】
また、それぞれのガイド部５８は、ノズル部４２からコーン状（ノズル部４２を頂点とした三角錐状）に噴霧される液体燃料が接触しないように、各ガイド部５８の高さが設定されている。
【０１２０】
拡散部５９（第一拡散部５９ａ〜第六拡散部５９ｆ）は、上述したように、貫通孔部５１のうちのガイド部５８にて覆われていない部分（図１５および図１６において破線で囲った領域）である。この部分（拡散部５９）には、ガイド部５８等のような第二空気供給経路４５を介して供給された空気を整流するための要素が設けられていないため、拡散部５９から噴出された空気は急拡大することになる。
【０１２１】
したがって、本実施例にかかるバーナ４０においては、周囲空気噴出部４７から噴出される空気は、ガイド部５８によって内側方向に導かれると共に、その一部が拡散部５９によって拡散促進されることとなる。
【０１２２】
本実施例にかかるバーナ４０においては、ノズル部４２における燃料供給状態を適宜切り換えること（オンオフ制御する）によって、停止状態、低燃焼状態、および高燃焼状態のいずれかへの切り換えが可能である。すなわち、燃焼状態継続時においては、低燃焼から高燃焼、あるいは高燃焼から低燃焼への切り換えが可能である。
【０１２３】
バーナ４０に対する空気の供給量は、一般にウインドボックス５０と送風機との間のダクト内に設けられたダンパ（図示省略）や、送風機の回転数を制御するインバータ等（図示省略）を用いて調整される。そして、この空気は、液体燃料の供給量に対応して供給される。例えば、同様の燃料供給性能を有する２つのノズルチップを用いて構成されたバーナにおいて、どちらか一方のノズルチップから液体燃料を噴霧させる際（低燃焼時）に供給される空気量を「１」とすれば、両方のノズルチップから液体燃料を噴霧させる際（高燃焼時）に供給される空気量を「２」とする。このような空気量の調整をダンパやインバータを用いて行っている。
【０１２４】
さて、以上のように構成され機能するバーナ４０においては、図１５等に示すように、周囲空気噴出部４７からの空気を内側に噴出させるべく、ガイド部５８が設けられている。よって、バーナ４０においては、広がりが抑えられた状態で下方に向けて火炎Ｆ（燃焼ガス）（図示省略）が形成されることとなる。そして、バーナ４０にて生成された燃焼ガスＧ０は、内側水管群２０に沿って下方向に流動する。内側水管群２０に沿って下方向に流動したガスは、缶体１０の下面に衝突した後、周方向に向けて放射状に流動するガスＧ１の流れとなって、内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入される。
【０１２５】
内側ガス流路２５を介して環状ガス流路６０内に導入されたガスＧ２は、次いで、内側水管群２０と外側水管群３０に沿って、上方向に流動する。この際、内側水管群２０と外側水管群３０とに設けられている平板状のフィン（第一フィン２３，第二フィン３３）の傾斜角度に応じて、ガスＧ２は上方向に流動する。そして、上方向に流動したガスＧ２は、缶体１０の上面に衝突した後、周方向に向けて放射状に流動するガスＧ３の流れとなって、外側ガス流路３５を介して排気筒９０に集められ、この排気筒９０を介して缶体１０の外部に排出される。
【０１２６】
上記のようなガスの流れにおいて、バーナ４０にて生成された火炎（燃焼ガス）の熱エネルギは、内側水管群２０および外側水管群３０にて回収される。
【０１２７】
本実施例にかかるバーナ４０によれば、周囲空気噴出部４７がガイド部５８を有するため、缶体の構成（ガス流路の位置等）に応じて火炎（ガス）の流れを制御し、有害物質の低減化（低煤塵化、低ＮＯｘ化）を図ることができる。本実施例においては、缶体１０の内側ガス流路２５が下方に環状に構成されており、この内側ガス流路２５に対して均一にガスを流すと共に、内側水管群２０へのガス等の早期接触をなくすべく、ガイド部５８は、燃焼用空気を内側（ノズル部４２側）に噴出される角度に設けられている。このような構成に基づき、燃焼用空気を内側に向けて噴出させれば、液体燃料および燃焼開始段階における火炎（ガス）が缶体１０の内側水管群２０に接触しにくくなるため、バーナ４０近傍における不適切な不完全燃焼をなくし、ＣＯや煤塵の発生を効果的に防止することができる。
【０１２８】
また、このような構成によれば、ノズル部４２の周囲に複数の周囲空気噴出部４７が設けられているため、分割火炎を形成して低ＮＯｘ化を図ることができる。
【０１２９】
さらに、このような構成によれば、ガイド部５８を有することにより、燃焼用空気を集束させて液体燃料に対し高速で接触させることが可能となるため、火炎の燃焼状態が気化燃焼に近づき、低ＮＯｘ化を図ることができる。また、このようにガイド部５８を設けて噴出される燃焼用空気の流速を高めることにより、ガイド部５８周辺のガスを巻き込むこととなるため（自己再循環の状態となるため）、低ＮＯｘ化を図ることができる。
【０１３０】
また、本実施例にかかるバーナ４０を構成する周囲空気噴出部４７は、上述した種々の効果を発揮するガイド部５８と共に、拡散部５９をも有している。この拡散部５９は、先にも説明したとおり、貫通孔部５１のうち、ガイド部５８にて覆われていない部分である（図１５および図１６参照）。つまり、この拡散部５９には、ガイド部５８等のような空気を整流するための要素が設けられていないため、拡散部５９から噴出された空気は、拡散部５９のエッジ部分（貫通孔部５１のエッジ部分）にて急拡大することになる。そうすると、バーナ４０直近においては、空気に小さな乱れが生じ、ノズル部４２から噴霧される液体燃料と空気とのミキシング状態を一部不均一にすることができる。本実施例にかかるバーナ４０は、このような拡散部５９を有するため、単にミキシング状態を良好にするわけではなく、一部意図的に不均一なミキシング状態を形成することができる。すなわち、本実施例においては、拡散部５９を設けることによって、バーナ４０近傍において濃淡燃焼的な燃焼状態を形成可能となるため、ガス温度の低下を図り、ＮＯｘ値を低減させることができる。勿論、このような構成によれば、周囲空気噴出部４７が拡散部５９を有するため、液体燃料と燃焼用空気とを効果的に混合させて、低煤塵化をも図ることができる。
【０１３１】
以上のように、本実施例にかかるバーナ４０（図１５等参照）を適用したボイラ１は、缶体１０の燃焼室１６内でガスの広がりを抑えることによるＣＯおよび煤塵の低下、缶体１０内で形成される適切な排ガス循環流によるガス温度の低下、適切な分割火炎が形成されることによるガス温度の低下、および拡散部３９によって形成される濃淡燃焼によるガス温度の低下の相乗効果によって、ＮＯｘの低減、ＣＯの低減、および煤塵の低減等を図ることができる。
【０１３２】
さらに、上記実施形態等において、缶体を構成するそれぞれの水管には、拡大伝熱面として、スタッドフィンと平板状のフィンとを設ける場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、それぞれの水管に、複数種類の（例えば、形状の異なる）平板状のフィンを設ける構成も、本発明の技術的範囲に属する。したがって、例えば、本発明の他の実施例にかかるボイラとして、図１７、図１８、および図１９に示すような構造を採用することも可能である。
【０１３３】
ここで、図１７は、本発明の他の実施例にかかるボイラの縦断面の説明図を示し、図１８は、図１７のＺ１−Ｚ１線に沿う横断面の簡略説明図（部分拡大図）を示し、図１９は、図１７のＺ２−Ｚ２線に沿う横断面の簡略説明図（部分拡大図）を示している。本実施例にかかるボイラは、基本的な構成は、第三実施例にて説明したボイラと同様であり、それぞれの水管に設けられたフィンの構造のみが異なる。そこで、以下においては、第三実施例と同様な部分については、第三実施例と同様の符号を付してその詳細な説明を省略し、主に第三実施例と異なる構成について説明を行う。
【０１３４】
図１７等に示すように、本実施例にかかるボイラにおいては、それぞれの水管２１，３１の下方位置には、ガス流れ（垂直方向の流れ）に対して８０°の傾斜角度（水平に対して１０°の傾斜角度）を有する平板状の拡大伝熱面（下方内側横ヒレ１２２，下方外側横ヒレ１３２）が設けられている。また、それぞれの水管２１，３１の上方位置には、ガス流れ（垂直方向の流れ）に対して８０°の傾斜角度（水平に対して１０°の傾斜角度）を有する平板状のフィン（上方内側横ヒレ１２３，上方外側横ヒレ１３３）が設けられている。すなわち、本実施例によれば、下方に設けられたヒレ１２２，１３２と上方に設けられたヒレ１２３，１３３とが、同様の角度（傾斜角度）にて、水管２１，３１に取り付けられるべく構成されている。
【０１３５】
また、図１８に示すように、本実施例にかかるボイラを構成する各内側水管２１の下方には、下方内側横ヒレ１２２（本発明の「拡大伝熱面」に相当）が設けられ、各外側水管３１の下方には、下方外側横ヒレ１３２（本発明の「拡大伝熱面」に相当）が設けられている。本実施例にかかる下方内側横ヒレ１２２および下方外側横ヒレ１３２の高さは、６ｍｍ程度に設定される。
【０１３６】
さらに、図１９に示すように、本実施例にかかるボイラを構成する各内側水管２１の上方には、上方内側横ヒレ１２３（本発明の「平板状のフィン」に相当）が設けられ、各外側水管３１の上方には、上方外側横ヒレ１３３（本発明の「平板状のフィン」に相当）が設けられている。ここで、上方内側横ヒレ１２３および上方外側横ヒレ１３３に先端部には、それぞれスリット（上方内側横ヒレスリット部１２３Ａ，上方外側横ヒレスリット部１３３Ａ）が設けられている。本実施例にかかる上方内側横ヒレ１２３および上方外側横ヒレ１３３の高さは、１２ｍｍ程度に設定される。
【０１３７】
上述したように、本実施例においては、全ての拡大伝熱面が、平板状のフィン（横ヒレ）を用いて構成されており、下方のフィン（横ヒレ）１２２，１３２は上方のフィン（横ヒレ）１２３，１３３よりも、水管外周面からの延長長さが短く形成されている。
【０１３８】
本実施例にかかるボイラは、以上のように構成されているため、先に説明した各実施例と同様の効果を得ることができる。すなわち、スタッドフィンに換えて、横ヒレ１２２，１２３を設けた場合であっても、その横ヒレ１２２，１２３の高さ等を適切に設定することによって、所定の熱応力に耐え、効果的な熱回収を行うことができる。
【０１３９】
また、本実施例によれば、下方に設けられたヒレ１２２，１３２と上方に設けられたヒレ１２３，１３３とが、同様の角度（傾斜角度）にて、水管２１，３１に取り付けられているため、製造時における工数等が削減され、ボイラ製造時の製造効率を高めることができる。
【０１４０】
なお、本実施例においては、ガス流れ（垂直方向の流れ）に対して８０°の傾斜角度（水平に対して１０°の傾斜角度）を有すべく水管２１，３１にヒレ１２２，１２３，１３２，１３３が設けられる場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、下方に設けられたヒレと上方に設けられたヒレとが、同様の傾斜角度で水管に取り付けられる構成であれば、その傾斜角度は特に限定されない。したがって、例えば、下方に設けられたヒレ１２２，１３２と上方に設けられたヒレ１２３，１３３とが、ガス流れ（垂直方向の流れ）に対して４０°の傾斜角度（水平に対して６０°の傾斜角度）を有すべく、水管２１，３１に取り付けられる構成も、本発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】本発明の第一実施例にかかるボイラの縦断面の説明図である。
【図２】図１のII−II線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図３】図１のIII−III線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図４】図１のIV−IV線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図５】本発明の第二実施例にかかるボイラの横断面の簡略説明図である。
【図６】本発明の第三実施例にかかるボイラの縦断面の説明図である。
【図７】図６のVII−VII線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図８】図６のVIII−VIII線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図９】図６のIX−IX線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図１０】本発明の第四実施例にかかるボイラの縦断面の説明図である。
【図１１】図１０のXI−XI線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図１２】図１０のXII−XII線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図１３】図１０のXIII−XIII線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図１４】本発明の第五実施例にかかるボイラの縦断面の説明図である。
【図１５】本発明の実施例にかかるバーナの縦断面の説明図を示したものである。
【図１６】図１５に示したバーナの下面図を示したものである。
【図１７】本発明の他の実施例にかかるボイラの縦断面の説明図である。
【図１８】図１７のＺ１−Ｚ１線に沿う横断面の簡略説明図である。
【図１９】図１７のＺ２−Ｚ２線に沿う横断面の簡略説明図である。
【符号の説明】
【０１４２】
１…ボイラ
１０…缶体
１１…上部ヘッダ
１２…下部ヘッダ
２０…内側水管群
２１…内側水管
２１ａ…下端部
２２…第一スタッドフィン
２３…第一フィン（平板状のフィン）
２４…第一縦ヒレ部
２５…内側ガス流路
３０…外側水管群
３１…外側水管
３１ａ…上端部
３２…第二スタッドフィン
３３…第二フィン（平板状のフィン）
３４…第二縦ヒレ部
３５…外側ガス流路
４０…バーナ
４１…載置板
４２…ノズル部
４２ａ…第一ノズル部
４２ｂ…第二ノズル部
４３…着火器
４４…第一空気供給経路
４５…第二空気供給経路
４６…中央空気噴出部
４７…周囲空気噴出部
４７ａ〜４７ｆ…第一周囲空気噴出部〜第六周囲空気噴出部
５０…ウインドボックス
５１…貫通孔部
５１ａ〜５１ｆ…第一貫通孔部〜第六貫通孔部
５４…第一筒部材
５５…第二筒部材
５５Ａ…拡開部
５６…第一空気供給板
５７…第二空気供給板
５８…ガイド部
５８ａ〜５８ｆ…第一ガイド部〜第六ガイド部
５９…拡散部
５９ａ〜５９ｆ…第一拡散部〜第六拡散部
６０…環状ガス流路
７１…側面断熱部
７２…上側断熱部
７３…下側断熱部
７３Ａ…中央凹み部
７３Ｂ…傾斜部
８３Ｃ…平面部
８３…下側断熱部
８３Ａ…中央凸部
８３Ｂ…凹み部
８３Ｃ…平面部
９０…排気筒
１２２…下方内側横ヒレ（拡大伝熱面）
１２３…上方内側横ヒレ（平板状のフィン）
１２３Ａ…上方内側横ヒレスリット部
１３２…下方外側横ヒレ（拡大伝熱面）
１３３…上方内側横ヒレ（平板状のフィン）
１３３Ａ…上方外側横ヒレスリット部
１７１…隔壁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状に配列された内側水管群と外側水管群とを有する缶体と、前記内側水管群の中央部に配設されたバーナとを備えたボイラであって、
前記内側水管群を成す隣接する内側水管間が、ガス流路を設ける部分を除いて閉塞されており、
前記ガス流路近傍における前記内側水管群および前記外側水管群の少なくとも一方に、拡大伝熱面が設けられており、
前記ガス流路近傍における前記外側水管群にのみ、前記拡大伝熱面が設けられている
ことを特徴とするボイラ。
【請求項２】
前記ガス流路が、前記内側水管群の一端側に環状に設けられている
請求項１に記載のボイラ。
【請求項３】
前記ガス流路近傍に設けられた前記拡大伝熱面の下流側に、ガスの流れに対して傾斜させた平板状のフィンが設けられている
請求項１または２に記載のボイラ。
【請求項４】
前記平板状のフィンの傾斜角度が、前記ガスの流れに対して２０°〜８５°である
請求項３に記載のボイラ。
【請求項１】
環状に配列された内側水管群と外側水管群とを有する缶体と、前記内側水管群の中央部に配設されたバーナとを備えたボイラであって、
前記内側水管群を成す隣接する内側水管間が、ガス流路を設ける部分を除いて閉塞されており、
前記ガス流路近傍における前記内側水管群および前記外側水管群の少なくとも一方に、拡大伝熱面が設けられており、
前記ガス流路近傍における前記外側水管群にのみ、前記拡大伝熱面が設けられている
ことを特徴とするボイラ。
【請求項２】
前記ガス流路が、前記内側水管群の一端側に環状に設けられている
請求項１に記載のボイラ。
【請求項３】
前記ガス流路近傍に設けられた前記拡大伝熱面の下流側に、ガスの流れに対して傾斜させた平板状のフィンが設けられている
請求項１または２に記載のボイラ。
【請求項４】
前記平板状のフィンの傾斜角度が、前記ガスの流れに対して２０°〜８５°である
請求項３に記載のボイラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−５７５０１（Ｐ２０１３−５７５０１Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２５３８３２（Ｐ２０１２−２５３８３２）
【出願日】平成２４年１１月２０日（２０１２．１１．２０）
【分割の表示】特願２００７−２５８７４１（Ｐ２００７−２５８７４１）の分割
【原出願日】平成１９年１０月２日（２００７．１０．２）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月２０日（２０１２．１１．２０）
【分割の表示】特願２００７−２５８７４１（Ｐ２００７−２５８７４１）の分割
【原出願日】平成１９年１０月２日（２００７．１０．２）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
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