Boiler equipped with a flat horizontal array water pipe

本発明は暖房用温水ボイラーまたは産業用ボイラーであって、水管を平たく形成して、その配列を横にした温水ボイラーに関するものである。

従来の水管ボイラーには、縦に水管が配列されたものと、横に水管が配列されたものがある。 水管は主に、円形管或いは四角形管になっており、水管の断面積が大きいので、限られた燃焼室の領域空間に水管を稠密に配置するのが難しかった。

従って、受熱作用をする水管の表面積が全体的に狭く、相対的に水管内の水の量が大きい。 これによって、水管の表面で受熱されても、水の潜熱によって水管の中心部に迅速に熱の伝導が行われがたく、ボイラーの温度上昇に要する時間が長引くのみならず、水管の受熱作用は受熱面積に限られるため、与えられた燃焼空間を有するボイラーの熱の利用率が低く、煙突へ多くの熱量が損失される問題点があった。

更に、排煙路が左右ジグザグに形成されたボイラーは、各水管が邪魔になって、ボイラーの内部の掃除が難しい。 従って、ボイラーの使用中、水管の表面にカーボン等のほこり物質が堆積して、熱の伝導が低下し、ボイラーの性能がだんだん低下する。 特に、エネルギーの費用が高価である時代において、熱の利用効率がより高く、掃除が簡便なボイラーが必要となる。

本発明の目的は、ボイラー内の水を迅速に加熱可能な平たい横配列水管を備えたボイラーを提供するにある。 本発明のボイラーには、狭い幅と、相対的に広い幅を持つ長方形の面を有する多数の平たい横配列水管が燃焼室領域内の限られた空間に、稠密に上下左右に配置され、各水管のそれぞれに水路がジグザクに連通される多段の水管群を形成し、水管間の狭い隙間からなる排煙路が格子状の直線状に配列されている。

本発明の他の目的は、長方形の面を有する平たい横配列水管の配置により改善された熱エネルギーの高熱利用率が得られる高性能のボイラーを提供するにある。 本発明のボイラーの平たい横配列水管は、幅が狭いので、燃焼室の領域内に、より稠密に配置するのが可能になり、与えられた空間において、受熱面積の増大が可能になり、排煙路の幅が狭いため、燃焼ガスと水管との接触が良好になり、受熱作用が向上され、排煙路は幅の狭い格子状の直線状に分布されて排出抵抗が少なく、燃焼作用は良好で、ボイラーの熱利用率がより向上する。

本発明のもう一つの目的は、上下、左右に横に配列された水管の狭い隙間からなる格子状の排煙路の配設によって、ボイラーの内部の掃除が容易になり、ガス・埃などの堆積によるボイラーの性能低下を防止して、暖房用または産業用に有用に使用可能な新規なボイラーを提供するにある。

上記目的を達成するために、本発明のボイラーは、ボイラーの胴体の内部の周囲四方の壁に沿って形成された、温水を貯蔵する水室；ボイラーの前後両側面の水室の内側に、隔板で区分された、横配列水管に管接される内部水室；狭い幅と、相対的に広い幅を持つ長方形の面を有する受熱作用をする平たい横配列水管；多数の平たい長方形の横配列水管が、稠密に上下左右に内部水室に連通されるように配置され、上下多段でなる、前記内部水室に連通される水管群；前記多段の水管群の水路がジグザグに屈曲されるように、水管群の両端部側の内部水室に、交互に異なる高さで水路を遮断する誘導板；前記横配列水管間の狭い隙間により、燃焼室領域空間に、格子状の直線状に分布された排煙路；及び上部水室内に形成された最終的に残留燃焼熱を回収するための、排煙路に連通される排煙室が結合されて構成される。

本発明のボイラーは、上記のように構成されているので、バーナーから噴射された燃料（オイル或いはガス）が燃焼室で燃焼され、排煙路を通じて上昇し、排煙室に一旦集まった後、煙突へ排出される過程において、狭い排煙路を通過する高熱の火炎と燃焼ガスが各水管群の横配列水管の表面と良好に接触し、強力な受熱作用が行われる。

この際、横配列水管の受熱面積が増大されている一方、水管内の水の量は少ないので、水は急速に加熱され、内部圧力が上昇する。 従って、下段の水管群から上段の水管群を通じて順次に加熱された水が速やかに循環されて水室に流入し、水室の水は、迅速に下段の水管に流入してまた上段の水管群へ循環する過程を通じて、ボイラーの水は高熱に加熱される。

本発明のボイラーは、水室で囲まれた燃焼室領域の限られた空間に、多数の平たい横配列水管を上下・左右に稠密に内部水室に連通されるように配置されて、上下多段で水管群を構成しているので、横配列水管の受熱面積が増大する一方、水管内の水の量は少ないので、水管の受熱作用により、水管内の水が迅速に加熱される。

なお、配列された横配列水管間の狭い隙間によって排煙路が形成されているので、排煙路を通過する高熱の火炎または燃焼ガスが水管の表面に近接して良好に接触し、強力な受熱作用が行われ、ボイラーの熱利用率がより向上される。

なお、排煙路は狭くても、屈曲のない格子状の直線で分布されているので、燃焼ガスの排出抵抗が少なく、燃焼作用は良好で、更に、ボイラーの内部掃除が容易である。 従って、本発明のボイラーは、高性能のボイラーとして有用に使用することができる。

本発明のボイラーの一部切欠の正面斜視図である。

本発明のボイラーの正面（バーナーが設置された側）から見た断面図である。

本発明のボイラーの側面から見た断面図である。

発明の実施のための最良の形態

本発明のボイラーには、胴体の内周面に形成された水室が、燃焼室の周囲に形成された下部水室と区分されていて通孔を介して相互連通されている。

また、バーナーが設置される焚口のある方を正面として、ボイラーの前後両側面の水室の内側に、内部水室が横配列水管と管接される隔板で区分されて設置されている。

前記横配列水管は、狭い横幅と、相対的に広い縦幅を持つ長方形の面を有して成っているので、ボイラーの燃焼室領域内の限られた空間に、稠密に上下・左右に配置されるのが可能になっている。 なお、前記横配列水管の両端は内部水室に連結されて上下多段の水管群を形成している。

従って、前記横配列水管の受熱面積は全体的に増大する一方、同水管内の水量は相対的に少ないので、水管の受熱作用により、水管内の水がより迅速に加熱される。

各水管群の水路をジグザグに屈曲されて連通されるように、水管群の両端部側の内部水室に誘導板が交互に異なる高さで水路を遮断するようにして設置されている。 これにより、下段の水管群と上段の水管群間を、水室の水が上下に循環しながら加熱される。

排煙路は、上下・左右に配列された横配列水管間の狭い隙間によって構成されており、水管群が占有した空間で格子状の直線で分布されている。 排煙路は狭いので、横配列水管の受熱作用が良好に行われるのみならず、排煙路は、屈曲のない直線で分布されているので、排出抵抗が減少し、燃焼作用が向上する。 燃焼室の空間の中間部の両側には、燃焼ガスを中央部に誘導する誘導板がそれぞれ形成されている。

上部水室には、最終的に燃焼ガスの残熱を回収するための、排煙路と連通する排煙室が形成されている。

水室の上下には、給水管と還水管がそれぞれ形成されており、燃焼室の底面には、掃除水が排出されるドレインが形成されている。

本発明によるボイラーは上記のように構成されているので、バーナーから噴射された燃料（オイル或いはガス）が燃焼室で燃焼され、排煙路を通じて上昇し、排煙室に一旦集結した後、煙突から排出される過程で、狭い排煙路を通過する高熱の火炎と燃焼ガスが各水管群の横配列水管の表面と良好に接触して、強力な受熱作用が行われる。 この際、横配列水管の受熱面積が増大されている反面、同水管に入っている水の量は少ないので、水は急速に加熱されて、内部圧力が上昇する。 従って、下段の水管群から上段の水管群を通じて、順次に加熱された水が迅速に循環して水室に流入され、水室の水は迅速に下段の水管に流入されて上段の水管群へと循環する過程で、ボイラーの水は高熱に加熱される。

燃焼ガスは、誘導板によって、排煙路の中央部に誘導され、排煙路は狭くても屈曲が無く、燃焼室領域に全体的に均一に格子状に分布されているので、排出抵抗が少なく、燃焼作用が良好に行われるので、水管群で受熱作用が良好に持続される。 排出される燃焼ガスは、排煙室に到達する前に、殆どの熱が回収され、排煙室に流入した燃焼ガスは、煙突から排出される前にその進行が停滞する間、上部水室によって最終的に残熱が回収される。 この時、煙突へ排出されるガスの温度は100 〜200 ℃を超えないので、水管ボイラーとしては、熱回収率が非常に高いのである。

なお、排煙路を通じてボイラーの掃除が容易に出来るので、水管群上に堆積したカーボンとか埃などを随時に掃除して、ボイラーの性能の低下を防ぐことが出来る。

上述のように、本発明のボイラーは、熱利用率が非常に向上されて、暖房或いは産業用に有用に使用することが出来る。

本発明の実施例を図面によって詳細に説明すれば次のとおりである。
図１に示すように、本発明のボイラーは、ボイラーの胴体（1 ）の内部の壁に沿って形成された水室（2 ）；横配列水管（3 ）に連結される隔板（4a）を備え、ボイラーの水室（2 ）の前後両側面の内側に形成された内部水室（2a）；狭い幅 (a)と、相対的に広い幅 (b)を持つ長方形の面でなって増大された受熱面を有する平たい横配列水管（3 ）；多数の平たい長方形の横配列水管が、稠密に上下左右に前記内部水室（2a）に連通されるように配置され、上下多段である、前記内部水室に連通される水管群 (3A) ；前記水管群 (3A) の水路 (3r) がジグザグに屈曲されるように、交互に異なる高さで水路(3r)を遮断する、水管群(3A)の両端部側の内部水室 (2a) に備えられた誘導板 (4c) ；前記横配列水管間の狭い隙間により、燃焼室（5 ）領域空間に、格子状の直線状に分布された排煙路 (5a) ；及び上部水室(2b)内に形成された最終的に残留燃焼熱を回収するための、排煙路(5a)に連通される排煙室(5c)が結合されて構成されている。

図２及び図３に示されているように、本発明によるボイラーは、水室（2 ）が、同ボイラーの胴体（1 ）の内周面全体に亘って外壁（符合無し）と内壁（4 ）間に形成されており、燃焼室（5 ）の周囲の前記水室（2 ）の下部側には通孔（2h）で連通されるように区分された下部水室（2c）が形成されており、水室（2 ）の上部には給水管（p ）(p') が、下部水室（2c）には還水管（K ）がそれぞれ管接されている。

バーナー(B) が設置される燃焼室（5 ）の焚口の方から見て前後両側面の水室（2 ）の中間部には、横配列水管を管接するための隔板（4a）が形成されていて、前記水室（2 ）と内部水室(2a)が水室（2 ）の内壁（4 ）によって区分形成されており、前記水室（2 ）と内部水室(2a)は下部水室（2c）の通孔（2h）を通じて連通される。

横配列水管（3 ）は、狭い幅 (a)と、広い幅 (b)及び所定の長さ(l) を持つ長方形の平たい水管でなっている。 このような構成で成る横配列水管（3 ）は、広い幅 (b)が側面となり、狭い幅 (a)が上面になるように立てられ、上下・左右一定の狭い間隔で稠密に配列される。 配列された各水管（3 ）の前後両端部は、前記内部水室(2a)に連通されるように、隔板（4a）に溶接され、溶接された部分の隔板（4a）が貫通されて通水可能に管接されている。 横列に配列された各横配列水管（3 ）の集合体を水管群 (3A) と称する。 最上端部の水管群（3An ）は水管（3 ）の広い幅 (b)の方が上面になるように伏せて配列され、水管壁を形成し、同水管群(3An) の一端部(3e)は水室（2 ）の上部に連通されており、下端水管群（3A）の一端部(3e)は水室（2 ）の下部に連通される。 各水管群 (3A) の水路 (3r) がジグザグに屈曲されて連通されるようにするため、水管群(3A)の両端部側の内部水室 (2a) には誘導板 (4c) が横配列水管（3 ）の上面に連結されて水室（2 ）の内壁（4 ）に溶接され、交互に異なる高さで水管群 (3A) の水路(3r)を遮断する。

横配列水管（3 ）間の狭い隙間でなる排煙路 (5a) は、燃焼室（5 ）領域空間を占有している水管群 (3A) 間を通じて上部側排煙室(5c)に至るまで、格子状の直線状に均等に分布されている。 延焼室の中間の内部には、公知の案内板（4d）が形成され、燃焼ガスを中央部の排煙路へ誘導するようになっている。 上部水室(2b)には、最終的に残留燃焼熱を回収するための、排煙路(5a)の排煙口(5b)と煙突(5d)に連通される排煙室(5c)が形成されており、燃焼室（5 ）の底面には掃除水が排出されるドレイン（d ）が形成されている。

このように構成された本発明の作用を次のように説明する。
バーナー(B) から噴射された燃料（オイル或いはガス）が燃焼室(5) で燃焼され、排煙路(5a)を通じて上昇し、排煙口(5b)を経て排煙室(5c)に一旦集結した後、煙突(5d)から排出される。 この時、燃焼室（5 ）領域の限られた空間に平らな横配列水管（3 ）が稠密な密度で配列され、水管群(3A)を形成しているので、各横配列水管（3 ）間の狭い隙間で成っている排煙路(5a)を通過する高熱の燃焼ガスと火炎が横配列水管（3 ）の表面と直接良好に接触して、横配列水管（3 ）の表面で強力な受熱作用が行われる。 この際、横配列水管（3 ）の受熱面積が増大されている反面、同水管（3 ）に入っている水の量は少ないので、水(w) は急速に加熱されて、水管（3 ）の内部圧力が上昇する。 従って、水路(3r)を通じて下段の水管群(3A)から上段の水管群(3An) を通過しながら加熱された水が迅速に循環して水室（2 ）の上部に流入される。 水室（2 ）の下部では、水が迅速に下段の水管群に流入されるので、高い水温が保たれる。 加熱された水は給水管(p, p ')を通じて外部に供給され、冷たくなった水は環水管(K) を介して水室（2 ）に戻ってくる。 燃焼ガスは、誘導板(4d)によって、排煙路(5a)の中央部に誘導される。 排煙路(5a)は狭くても格子状の直線状で均等に分布されているので、排出抵抗が少なく、燃焼作用が良好に行われる。 なお、排煙室(5c)は排煙路 (5a) に比べて広い空間で成っているので、排煙室(5c)に流入された燃焼ガスは排気が遅れ、その間上部水室(2b)によって最終的に燃焼ガスに含まれている残熱が回収される。 従って、煙突(5d)へ排出される熱エネルギーの損失が著しく減少される。

なお、排煙路 (5a) は、格子状の直線で分布されているので、燃焼室（5 ）に水の噴射機を入れて水を噴射させ、最上部の水管群(3An) に至るまで、汚れ、埃などの掃除が可能である。 従って、水管（3 ）に付いた汚れ、埃を掃除することによって、受熱作用が良好に維持され、ボイラーの性能が向上する。 掃除に使われた水はドレイン（d ）を通じて下方に排出されるので、ボイラーを清潔に掃除することが出来る。

本発明のボイラーは、水室に囲まれた燃焼室の限られた空間に、多数の平たい横配列水管を上下・ 左右に稠密に内部水室に連通されるように配置しているので、横配列水管の受熱面積は増大する反面、横配列水管の中に入っている水の量は少なく、横配列水管の受熱作用によって、横配列水管の水が迅速に加熱される。

なお、配列された横配列水管間の狭い隙間によって排煙路が形成されているので、排煙路を通過する高熱の火炎と燃焼ガスが横配列水管の表面に近接して良好な接触を行い、強力な受熱作用をもたらし、ボイラーの熱エネルギー利用率をより向上させる。

なお、排出される燃焼ガスは、排煙室に到達する前に殆どの熱が回収されるが、排煙室に流入した燃焼ガスは、煙突へ排出される前に、進行が送れる際に上部水室によって最終的に残熱が回収される。 この時、煙突から排出される燃焼ガスの温度は100 〜200 ℃を超えないので、水管ボイラーとしては熱エネルギーの回収率が非常に高いのである。

なお、排煙路を通じてボイラー内部の掃除が容易である。 従って、水管群が汚物とか埃に覆われていれば、随時に掃除をして、埃などによるボイラーの性能の低下を防ぐことが出来る。

上述のように、本発明によるボイラーは、熱の利用率が非常に向上され、暖房または様々の産業用に有用に使用することが出来る。

１：ボイラー胴体、 ２：水室、 ２a ：内部水室３：横配列水管、 ３A ：水管群、 ３r ：水路４：内壁、 ４a ：隔板、 ４c ：誘導板、 ４d ：案内板５：燃焼室、 5a ：排煙路、 5b ：排煙口、 5c：排煙室