A waste heat boiler with a variable output section

【発明の詳細な説明】 可変出力部を備えた廃熱ボイラ 本発明は、特に蒸気ボイラ等のボイラと、前記ボイラの出力の調節に関するものであり、ディーゼルエンジンまたは同様のエンジンによって発生される排気ガスからの熱エネルギーを回収する。 排気ガスボイラは、蒸気／水シリンダ及び、 多くは配水管を構成する対流部分から形成され、それによって熱エネルギーを回収する。 管は滑らかであるか、またはうねがあり、管は通常、水平または垂直に配置され得る。 水／蒸気シリンダは、対流部分に供給される液体と、その内部で発生する蒸気を収容するコンテナとして働く。 加えて、排気ガスボイラは、フレーム、耐熱ハウジング、排気ガス用の入口及び出口、必要な弁、管、すなわち収集管、ポンプ、制御装置、安全装置及び、制御パネルを備える。 水はボイラに供給される前に、ボイラ水処理装置と科学薬品とを用いて処理される。 排気ガスボイラは大体一般的に、船上及びディーゼル発電機に使用されており、そこでは動作に関する信頼性が非常に重要であった。 このため、使用されているシステムが幾分か簡単で、その技術的に旧式であると考えられている。 更に、 船舶については特に、そのシステムに似た選別処理制御（classification insti tutions con-trol）が利用され、なおも海上の安全という理由のため、高価で綿密なテスト運転が新しい構造で行われている。 厄介で、不充分且つ、過酷な動作状況では、調節と機能の両方に対する最も簡単な解決手段は、動作の信頼性を最高にするということは明らかである。 蒸気発生ディーゼルエンジンなどの排気ガスボイラにおいて、出力の調整は、バイバス調整と称されるような排気ガスの一部をボイラを迂回させる方法かまたは、凝縮調整（conden-sation regulation）と称される、水、空気などの冷却物質で、どの様に過剰な蒸気も凝縮する方法によって、通常行われる。 ボイラは従来、それらの動作モードを基に、循環が重力及び温度差の影響を受ける自然循環型ボイラと、循環がポンプまたはそれに対応する装置により影響を受ける強制循環型ボイラとに分類される。 強制循環型ボイラにおいて最も一般的には、ポンプの圧力側に設けられるスロットル弁が、スロットル調整と称される出力調節に利用されている。 バイパス調整のため、一構造体として働くのが困難で、高価な、バイパスが排気ガスボイラに必要としていた。 装置が更に調整ダンパーを必要としており、それによって、排気ガスの流れを排気ガスボイラの方向と、ボイラを迂回する方向を向かせているからである。 調整特性を良好にするため、調整ダンパーが複動式であり、すなわちボイラとバイパスの両方の流れが調整し得る。 二つのダンパーの使用を選択すると高価である。 実際にしばしば、単独調整ダンパーが選択的に、特性及び流抵抗を調整することを犠牲にしていた。 調整ダンパーは、加熱されて汚れた状態になると、作動上の信頼性に影響がある。 ボイラの迂回流が増加すると、対流部分における排気ガスの流速が増す。 これにより、排気ガスの煤煙、オイル及び別の固形物が、対流部分の表面に付着して、熱交換が弱められ、最悪の場合、火災が起こる。 凝縮調整システムには、排気ガスバイパスまたは調整ダンパーが必要ない。 代わりに、排気ガスボイラから出る過剰な蒸気を冷やすため、凝縮器と、水及び蒸気管と、ポンプ及び／または送風機と、制御弁と調整装置が必要である。 調整機は、水冷却式または空冷却式である。 投資コストに加えて、凝縮調整システムでは、ポンプ及び／または送風機の使用により動作コストを負うことになり、更に状況よっては冷却水が高価になり得る。 または温暖な気候では、空冷装置の熱交換面及び送風効果を増やすことが必要なり得る。 その上、一定の出力で運転するには、送水処理のコスト及び装置の寸法を増やすことになる。 凝縮調整システムの有効な特徴は、排気ガスが対流部分の流速を最も速くでき、それによって汚れが減ることであると考えられる。 強制循環型排気ガスボイラでは、管が大抵は水平面状であり、異なる水平面状の管は、曲がった管の部分によって相互接続されており、循環は一方の平面から他方へと発生する。 それによって、充分な長さの管は、強制循環の速度を速め、 気化を行う時間を得る。 また、強制循環型排気ガスボイラは、全く同一の水平レベルの管が、 互いに接続されて、つなげることができる。 排気ガスボイラのスロット調整機では、流速が充分に増すと、水は水平に配置された管の底面に残るので、沸騰して水がなくなるように、ボイラ寸法を画定する。 場合によって、放出時にボイラを損傷させ得る蒸気ポケットを個々に形成する。 乾燥させられた強制循環型排気ガスボイラが始動するとき、高い熱応力が生じ、ボイラを変形させる強力な熱衝撃が起こる。 フィンランド国特許出願公告明細書第64978号は排気ガスボイラを開示しており、対流部分の熱交換面が、滑らかな管から成る管コイルで形成されている。 ボイラは円筒状で、冷却部分の噴煙ダクトは上視及び下視すると、円形である。 最も内側のコイルの内側にある空間が、バイパスダクトとして利用されており、更に消音装置が設けられている。 調整ダンパーはバイパスの頂部にあって、ダンパーが閉められると、全ての排気ガスが対流部分に流入する。 調整ダンパーが開けられると、排気ガスの流れの一部が対流部分を介して移動する。 汚れは滑らかな管構造によって、少なくなる。 フィンランド国の特許による構造では、0〜100％ の範囲で調整が行われることはない。 滑らかな管により、熱面が小さなままで、 ボイラは高出力の部類において重い。 これは高温の排気ガス、すなわち高速ディーゼルエンジンに最高に適している。 本願による発明の目的は、構造が簡単で、動作に信頼性があり且つ、移動部分を含まない自己調整型排気ガスボイラを提供することである。 調整ダンパーを備えた排気ガスバイパスダクトは、本願による自己調整型排気ガスボイラには必要ない。 本発明による自己調整型排気ガスボイラは、消費量を超える多量の蒸気を発生せず、補助装置を備えた凝縮器は、過剰な蒸気を冷やすのに必要としない。 本発明による自己調整型排気ガスボイラは、自由すなわち自然循環により作動し、この場合は個別の循環ポンプを必要としない。 全体のガスの流れは常に対流部分を介して移動し、従って最高な自己清掃を確実にできる。 本発明による自己調整型排気ガスボイラは、冷却部分における水のレベルを調整することによって、蒸気の発生を調整することを基礎としている。 これは、液体状態及び蒸気状態の異なった熱伝導特性により可能となる。 鉄製のボイラ構造は、排気ガスの最高温度が約350°であるので、乾燥していると排気ガスボイラの働きを妨げる。 本発明による自己調整型排気ガスボイラは、下記の請求の範囲の特徴を示す記述によって、より正確に特徴付けられている。 自己調整型排気ガスボイラにおいて、好ましくは垂直に配置された管の水レベルは、降水管または蒸気／水シリンダの降水管に関する少なくとも一つの調整可能な弁によって、調整される。 自己調整型排気ガスボイラでは、対流部分から生じ得るいかなる過熱蒸気も、蒸気案内バッファを使用した供給水及び／または、水面または水面下に蒸気を送ることによって冷却される。 供給水は、孔があき且つ／またはうねりのある管によって、バッファ内部の領域に向けられる。 自己調整型排気ガスボイラの蒸気／水シリンダーにおける水レベルは、一定のレベルに調節されるか、上限と下限との間で変化させられる。 水レベルの調整は、個々の独立制御回路によって、行うことができる。 対流部分において水レベルを調整する弁は、圧力、温度、及び／または流れ、あるいは主蒸気管または蒸気／水シリンダの数量に対応して、制御される。 対流部分は、滑らかなまたはうねりのある管により形成され得、また上記の組合せまたはシート構造が可能である。 複数の排気ガスボイラは、共通の蒸気／水シリンダに接続されることができ、それによって給水ポンプの数が最小で、水レベルを調整できる。 蒸気／水シリンダーをより高いレベルに上げると、静的圧力を改善し、調整の速さを速める。 自己調整型排気ガスボイラを介する排気ガスは、全体的に対流部分を介して移動する。 従って本発明は、効果の高い利点を提供する。 自己調整型排気ガスボイラの調整は、実際きわめて簡単であり、また海洋及びジャングルに適している。 圧力調節器及びサーモスタットのような、必要な予備部品は、世界中で利用されている。 また自己調整型排気ガスボイラは、手動で運転するのが簡単である。 凝縮器またはバイパスダクトを必要としないので、発明コスト及び作動コストは、下げられる。 また、自己調整型排気ガスボイラの有用性は、最高流速の排気ガスボイラを設計することができることで改善され、その場合、流速がほぼ一定のままである間は、対流面に自己清掃を最高の水準で行うことができる。 垂直に管を構成することによって、必要なボイラの形成寸法を小さくすることができ、ほぼ完全に慎重な運転と複雑な操作を、不要にすることができる。 下部シリンダと自由循環型ボイラの表面に送風すると、それによって、自己調整型排気ガスボイラの実用期間及び有用性を改善することができる。 本発明を添付図面を参照して、下記でより詳しく説明する。 第一図は、自己調整型排気ガスボイラの一実施例の正面を図示している。 第二図は、第一図の自己調整型排気ガスボイラの部分的に断面を示した側面図である。 第三図は、複数の排気ガスボイラが、共通の蒸気／水シリンダに接続されている接続状態を図示している。 第一図及び第二図において、自己調整型排気ガスの水及び蒸気を供給する収容コンテナは、蒸気／水シリンダ２である。 水処理装置から入る供給水の流れ３は、弁４によって調整される。 管５は、供給水を蒸気／水シリンダ２の内部で分配管６に案内する。 分配管６は、蒸気７と供給水８との間の熱交換をできるだけ有利にする二と目的として設計されている。 蒸気／水シリンダ２における供給水のレベル９は、調整機１０によって調整され、それによって例えば、電気信号が電線２２を介して弁４、または例えば供給水管に伝達される。 調整は連続的または下限／上限調整である。 水のレベル９は、監視ガラス瓶１１によって視覚的に監視することができる。 蒸気の流れ１２は、自己調整型排気ガスボイラ１が、主蒸気弁１３によって調整されることによって作られ、主蒸気弁１３は、 蒸気／水シリンダ２に接続される主蒸気管１４に装着されている。 自己調整型排気ガスボイラ１の安全装置は、過剰な圧力をボイラから解放する安全弁１５と、 冷却時にボイラの圧力が不足するのを防止するガード１６と、ボイラにかかる圧力を示す圧力ゲージ１７とを備えている。 蒸気／シリンダ２のマントル１８の下部に、降水管１９が接続されており、降水管には調整弁２０が装着されている。 例えば電線２３を介する電気信号によって、蒸気／水シリンダ２の圧力を測る圧力調整機２１が弁を制御するが、あるいは、弁２０が蒸気７、圧力、温度などによって直接制御される自己作動型でもよい。 降水管１９は、下部シリンダー４０に接続されており、供給水８を対流部分４ １に、垂直管４３が取り付けられた下部分配管４２を介して分配する。 熱交換は、滑らかであるかまたはうね４４を有する垂直管４３を間に配置することによって、熱交換特性を改善している。 また対流部分４１の管は、シート構造に替えてもよい。 垂直管４３の上端部が、上部収集管４５に接続されている。 収集管は、蒸気７を蒸気／ 水シリンダ２に案内し、マントル１８に対して別の端部に取り付けられている。 開口部４６を介して蒸気／水シリンダに入る蒸気７は、供給管６における分配管６における供給水８を熱するため、バッフル４７によって案内されそして／その上、供給水８が、過熱蒸気７を冷やす。 対流部分４１の水面レベル４８によって、自己調整型排気蓮ボイラ１の出力が確定される。 自己調整型排気ガスボイラ１は、その上部をフレーム５０に吊ることができ、 蒸気／水シリンダー２は、例えば支持部５１を間に配置して、フレーム５０に取り付けることができる。 排気ガスの流れ５２は全体的に、入口５３から出口５４ へ対流部分４１を介して移動する。 フランジ５５及びフランジ５６によって、自己調整型排気ガスボイラ１は、例えばディーゼルエンジンの排気ガスダクトに接続される。 フランジ５５及び５６に接続されているシリンダ５７及び５８等は、 円錐部分５９及び６０を間に配置して、フレーム５０に接続されている。 自己調整型排気ガスボイラの外面（５０、５７、５８、６０）は通常、エネルギーの節約と業務上の安全を理由に表面温度を下げるため、断熱構造である。 第三図は一実施例を示しており、個々に三つの自己調整型排気ガスボイラ１が、共通の蒸気／水シリンダー２に接続されている。 矢印２４は、蒸気７の流れを示している。 個々の排気ガスボイラ１から突出した上部収集管４５または、蒸気管２５ が、蒸気／水シリンダー２に通じる接続蒸気管２６に接続されている。 また当然、蒸気７を収集する管システムを別の型式にするのは可能であり、もしくは自己調整型排気ガスボイラ１を蒸気／水シリンダ２に、蒸気収集管４５を間に配置して接合するかまたは、直接接合することができる。 第三図の実施例では、接続蒸気管２６が、マントル１８を介して上方から蒸気／水シリンダ２に入って、孔のあいた蒸気分配管２７に接続されており、蒸気分配管２７が、部分的または全体的に供給水８の水面９の下になるように設けられる。 それによって、供給水８が熱せられ、過熱された蒸気７が飽和される。 孔２８を介して放出する蒸気噴射２ ９は、供給水８と効果的に混合される。 水面レベル調整装置１０は電線３０を介して、供給水管５のポンプ３１を制御する。 この実施例では、管５が直接、蒸気／水シリンダ２につながっている。 降水管３２の上端部は、蒸気／水シリンダ２ におけるマントル１８の下部に取り付けられている。 降水管の下端部は、多岐管３３につながっており、降水管３２は個別の排気ガスボイラ１の降水管１９に接合されている。 対流部分４１及び、別個のボイラ１の水面レベルは、弁２０によって調整される。 自己調整型排気ガスボイラの供給水８の流れは、矢印３４で示されている。 本発明による自己調整型排気ガスボイラ１は、以下のように作動する。 ディーゼルエンジンなどからの排気ガスの流れ５２は、どのようにも調整されず、流れは、全体的に対流部分４１を介して移動し、高速の流れにより熱交換面を清潔に保っている。 対流部分４１の垂直管４３において、内部に気化される液体があって、排気ガスがその外部にある。 熱交換を増すため、管は通常、ガスが流れる側にうねりがある。 主蒸気管１４の弁１３が、手動あるいは使用する対象により制御されて開けられると、蒸気／水シリンダ２の圧力と温度が下がり、弁２０が圧力調節器２１、サーモスタットを制御するかまたは、蒸気７、圧力、温度などの制御により直接開けられ、供給水８が重力により、降水管１９を介して対流部分４１へ流れ、水面レベル４８を上げる。 水と水蒸気を混合することによる熱伝導が、蒸気による熱伝導よりかなり良好なので、蒸気７の発生が増加される。 低出力で水面レベル４８が下がって、過熱面が増すので、水面４８の上の蒸気が、さらに低い出力で過熱され、その際排気ガスボイラが働く。 弁２０は、連続動作型またはオン／オフ型であり、調整の正確性及び速さを確定する蒸気を使用した対象に応じて調整される。 調整の速さは、降水管の寸法及び／または数を増やすことによって、速めることができる。 また、蒸気／水シリンダ２を第三図に示したように、より高いレベルに上げることによって、供給水８の静的圧力を増加させることができ、それによって出力調整の速さを改善することができる。 また蒸気／水シリンダ２における供給水８のレベルを、連続調整によって調整するかまたは、上限と下限との間に制御することができる。 また水面レベル９の調整を、ポンプ３ １及び／または弁４の動作を制御することによって、完全に独立して行うことができる。 自己調整型排気ガスボイラ１を安定して動作するため、過熱蒸気の過熱した熱を供給水に伝導できるということは、重要である。 給水８の水面９は、熱交換面として或る程度作用するが、充分ではない。 ゆえに、孔が開いて、うねりのある種々の管システムまたは、蒸気７を水面９まであるいはその下へ送ると、 熱交換を高めるのに効果的である。 また熱交換は種々の蒸気または水噴射によって高めることができる。 蒸気／水シリンダにおける水面レベル９の調整は、溢れるのを防止ている。 自己調整型排気ガスボイラは、出力零で働く時、供給水８が単に下部シリンダ４０ の底部に移動され、底部に出口である通気孔が配置され得る。 また蒸気／水シリンダー２の表面通気孔は、水面９の調整に応じて簡単に配置することができる。 本出願の発明は、上記に示された実施例及び構造にのみ限定されるのではない。 従って、例えば対流部分４１の構造は、管により利用可能なように変形してもよい。 うねりは、らせん状かまたは縦に延び得る。 上部収集管と下部分配管とは種々に組合せて使用することができ、またはそれらは全体として取り除いてもよい。 蒸気／水シリンダ２は、別の形状でもよく、その配置が異なっていてもよい。 また、部分的に過熱された蒸気７によって、供給水８の加熱を多くの異なった方法で行うことができる。 また多数の制御装置を使用することと、発明の考案の中での動作は、この技術に精通した者にとって明らかである。

【手続補正書】 【提出日】１９９９年６月３０日（１９９９．６．３０） 【補正内容】 請求の範囲１.水及び蒸気の空間として利用する蒸気／水シリンダ（２）と、 気化装置として作用し、蒸気／水シリンダ（２）と下部シリンダ（４０）との間などに垂直に配置して取り付けられ、且つ接続された対流部分（４１）と、 蒸気／水シリンダ（２）及び下部シリンダ（４０）などを相、互接続する少なくとも一つの降水管（１９）とを備えるディーゼルエンジンなどの排気ガスによる熱エネルギーを回収することを目的とした自己調整型排気ガスボイラにおいて、 少なくとも一つの弁（２０）または、それに対応して水（８）の量及び対流部分（４１）における水レベル（４８）を調整する装置が、蒸気／水シリンダ（２） と下部シリンダ（４０）との間または、好ましくは降水管（１９）の下部に装着され、 冷却部分（４１）において、好ましくは垂直に配置された管（４３）が部分的に水（８）で満たされ、排気ガスボイラの出力が、水、水と蒸気の混合物、蒸気の異なった熱伝導特性を基に、弁（２０）により冷却部分（４１）の水レベル（４ ８）を調節することによって調整されることを特徴とする自己調整型排気ガスボイラ。 ２． 弁（２０）が、連続的に開／閉して調整する型式であることを特徴とする請求の範囲１に記載の自己調整型排気ガスボイラ３.対流部分（４１）を蒸気／水シリンダ（２）に接続する管（２６）または複数の管（４５）が、蒸気／水シリンダ（２）における水レベル（９）の最高点より上の位置で、蒸気／水シリンダ（２）のマントル（１８）を貫通することを特徴とする請求の範囲１または２に記載の自己調整型排気ガスボイラ。 ４.蒸気／水シリンダ（２）の内部に、滑らかあるいはうねがあって、孔のあいた分配管（６）が、対流部分（４１）で過熱された蒸気（７）を凝縮し、供給水（８）を熱するため、蒸気／水シリンダ（２）のマントル（１８）における蒸気開口（４６）の前方且つ、ダンパー（４７）の後方に装着されることを特徴とする請求の範囲１〜３のいずれか一つに記載の自己調整型排気ガスボイラ。 ５.蒸気（７）を分配する孔のあいた管（２７）が、蒸気／水シリンダ（２）に備えられ、対流部分（４１）で過熱された蒸気を凝縮し且つ、供給水（８）を熱するため、部分的または全体的に水レベル（９）の下に配置されることを特徴とする請求の範囲１〜３のいずれか一つに記載の自己調整型排気ガスボイラ。 ６.蒸気／水シリンダ（２）の水レベル（９）を、連続調節または上限／下限調整することによって調整する個々の独立した制御回路であることを特徴とする請求の範囲１〜５のいずれか一つに記載の自己調整型排気ガスボイラ。 ７.弁（２０）が、蒸気（７）の圧力、温度、流率またはそれらに対応する適度な量の制御下で、対流部分（４１）における水レベル（４８）を調整するため働くのに適していることを特徴とする請求の範囲１〜６のいずれか一つに記載の自己調整型排気ガスボイラ。 ８.対流部分（４１）の管（４３）が、うねのある管及び／または滑らかな管であるか、またはその管がシート構造に代えられることを特徴とする請求の範囲１ 〜７のいずれか一つに記載の自己調整型排気ガスボイラ。 ９.自己調整型排気ガスボイラ（１）を介して移動する排気ガスの流れが、全体的に対流部分（４１）を通って移動することを特徴とする請求の範囲１〜８のいずれか一つに記載の自己調整型排気ガスボイラ。 １０.複数の調整可能な排気ガスボイラ（１）が、共通の蒸気／水シリンダ（２ ）に接続されており、その制御下で個々の調整可能な排気ガスボイラ（１）が動作することを特徴とする請求の範囲１〜９のいずれか一つに記載の自己調整型排気ガスボイラ。

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