JP2009092278A - ボイラ - Google Patents

Abstract

【課題】 温度センサを適切な位置に設けることで、水管内面へのスケールの付着量を正確に把握する。
【解決手段】 上部管寄せ３と下部管寄せ４との間を接続する複数の水管５，６により、内側水管列７と外側水管列８とが構成される。内側水管列７の下端部を残して、隣接する内側水管５，５間の隙間は、内側縦ヒレ９にて閉塞される。外側水管列８の上端部を残して、隣接する外側水管６，６間の隙間は、外側縦ヒレ１１にて閉塞される。各外側水管６の上下方向中途部から上方への設定領域であって、外側水管列８の内周面を構成する面には、上方外側横ヒレ１７が上下に複数設けられる。前記設定領域の下端部と対応した位置において、外側水管６に温度センサ２９を設ける。この温度センサ２９の検出温度により、スケールの付着状況を把握する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、蒸気ボイラ、温水ボイラ、廃熱ボイラおよび排ガスボイラを含む各種ボイラに関するものである。

多管式のボイラとして、下記特許文献１に開示されるものが知られている。この種のボイラは、環状に形成した上部管寄せと下部管寄せとの間に、多数の水管が同心円筒状に配列されて構成される缶体を備える。このような缶体では、内側水管列よりも内側が燃焼室とされ、それよりも外側が燃焼ガス流路とされる。

従って、缶体上部に設置したバーナから燃焼室内へ向けて燃料の燃焼を行うと、燃焼ガスは燃焼室の下部で反転して、内側水管列と外側水管列との間を通って、排ガスとして缶体上部から煙道へ排出される。この間、燃焼ガスは、各水管内の水と熱交換し、各水管内の水の加熱が図られる。

このようなボイラにおいて、水管内のスケールの付着状況を確認したい場合、下記特許文献２に開示されるように、水管の温度を計測することが行われる。
特開平２−７５８０５号公報 （第２図、第３図） 特開平１１−２０１４０６号公報 （段落番号［０００３］、［０００９］、図１）

しかしながら、スケールの付着量を監視するための温度センサは、従来、確立された取付位置が存在しない。前記特許文献２に開示される発明も、スケール付着と煤付着とを区別するための取付位置である。そのため、各水管内の水の沸騰状況、各水管の熱負荷、各水管に設けられる横ヒレとの関係などを考慮して、スケールの付着量を監視するための温度センサを最適な位置に設けるものではない。

この発明が解決しようとする課題は、各水管内の水の沸騰状況、各水管の熱負荷、または各水管に設けられる横ヒレとの関係などを考慮して、温度センサを設けることで、水管内面へのスケールの付着量を正確に把握することにある。

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を接続する複数の水管のいずれかに設けられ、その水管内の水の沸騰開始部、またはその水管の高熱負荷部に設けられる温度センサを備えることを特徴とするボイラである。

請求項１に記載の発明によれば、水管内の水の沸騰開始部、または水管の高熱負荷部に、温度センサが設けられる。発明者は、鋭意研究の結果、これらの箇所で水が濃縮し易く、スケールが析出して付着し易いことを突き止めた。従って、これらの箇所の温度を計測することで、水管内面へのスケールの付着量を正確に把握することができる。

請求項２に記載の発明は、前記水管が同心円筒状に配列されて、内側水管列と外側水管列とが構成され、前記内側水管列の内側は、燃焼室とされるか、排ガスの導入空間とされ、燃焼ガスまたは排ガスが前記内側水管列の内側から、前記内側水管列と前記外側水管列との間を介して、前記外側水管列の外側へ導出されるように、ガス流路が規定され、前記内側水管列および／または前記外側水管列には、前記ガス流路の中途から下流部にのみ横ヒレ（上方内側横ヒレおよび／または上方外側横ヒレ）が設けられるか、前記ガス流路の中途から下流部の横ヒレ（上方内側横ヒレおよび／または上方外側横ヒレ）が、それより上流部の横ヒレ（下方内側横ヒレおよび／または下方外側横ヒレ）よりも前記水管からの延出長さが長くなるよう設けられ、前記ガス流路の内、前記横ヒレが付けられ始める位置か、前記横ヒレの延出長さが長くなる位置において、前記水管に前記温度センサが設けられることを特徴とする請求項１に記載のボイラである。

横ヒレが付けられ始める位置や、横ヒレの延出長さが長くなる位置は、受熱量が急激に上昇するため、水が濃縮し易く、スケールが析出して付着し易い。従って、請求項２に記載の発明によれば、この箇所に温度センサを設けることで、水管内面へのスケールの付着量を正確に把握することができる。

請求項３に記載の発明は、前記外側水管列を構成する外側水管の内、受熱量の多い水管に、前記温度センサが設けられることを特徴とする請求項２に記載のボイラである。

請求項３に記載の発明によれば、外側水管の内、受熱量の多い水管に、温度センサが設けられる。高熱負荷水管の高熱負荷部に温度センサを設けて、その箇所の温度を計測することで、水管内面へのスケールの付着量をより確実で迅速に把握することができる。しかも、外側水管に温度センサを設けるので、温度センサの設置やメンテナンスも容易である。

請求項４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水管列を構成する複数の内側水管と、前記内側水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水管列を構成する複数の外側水管と、前記内側水管列の下端部を残して、隣接する前記内側水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、前記外側水管列の上端部を残して、隣接する前記外側水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、前記各外側水管の上下方向中途部から上方への設定領域であって、前記外側水管列の内周面を構成する面に設けられる外側横ヒレ（上方外側横ヒレ）と、前記設定領域の下端部と対応した位置において、前記外側水管、前記外側縦ヒレまたは前記外側横ヒレに設けられる温度センサとを備えることを特徴とするボイラである。

外側横ヒレ（上方外側横ヒレ）が付けられ始める位置は、受熱量が急激に上昇するため、水が濃縮し易く、スケールが析出して付着し易い。従って、請求項４に記載の発明によれば、この箇所に温度センサを設けることで、水管内面へのスケールの付着量を正確に把握することができる。

請求項５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水管列を構成する複数の内側水管と、前記内側水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水管列を構成する複数の外側水管と、前記内側水管列の周方向一部を残して、隣接する前記内側水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、前記外側水管列の周方向他部を残して、隣接する前記外側水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、前記外側水管列の周方向中途部から周方向他部への設定領域であって、前記外側水管列の内周面を構成する面に設けられる外側横ヒレと、前記設定領域の内、周方向一部の側と対応した位置において、前記外側水管、前記外側縦ヒレまたは前記外側横ヒレに設けられる温度センサとを備えることを特徴とするボイラである。

横ヒレが付けられ始める位置は、受熱量が急激に上昇するため、水が濃縮し易く、スケールが析出して付着し易い。従って、請求項５に記載の発明によれば、この箇所に温度センサを設けることで、水管内面へのスケールの付着量を正確に把握することができる。

さらに、請求項６に記載の発明は、前記温度センサは、それが設けられる前記外側水管内の水の沸騰開始部と対応した高さに設けられることを特徴とする請求項５に記載のボイラである。

水管内の水の沸騰開始部は、水が濃縮し易く、スケールが析出して付着し易い。従って、請求項６に記載の発明によれば、横ヒレが付けられ始める周方向位置で、且つ水の沸騰開始部付近となる上下方向位置に、温度センサを設けることで、水管内面へのスケールの付着量をさらに正確に把握することができる。

この発明のボイラによれば、各水管内の水の沸騰状況、各水管の熱負荷、または各水管に設けられる横ヒレとの関係などを考慮して、温度センサを設けることで、水管内面へのスケールの付着量を正確に把握することができる。

つぎに、この発明の実施の形態について説明する。
この発明のボイラは、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、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、典型的には多管式貫流ボイラとされる。

ボイラは、上部管寄せと下部管寄せとの間を複数の水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、典型的には中空の円環状とされる。各水管は、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、各水管は、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。

通常、各水管は、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、円筒状の水管列を構成する。この際、水管列は、同心円筒状に配列される内側水管列と外側水管列との二列とされる。但し、場合により、内側水管列と外側水管列とに加えて、他の水管または水管列を設けてもよい。内側水管列を構成する水管を内側水管といい、外側水管列を構成する水管を外側水管という。内側水管列と外側水管列とを備える缶体として、次に述べる順流缶体とω（オメガ）フロー缶体とを挙げることができる。

まず、順流缶体の場合、円筒状に配列された内側水管は、内側水管列の下端部を残して、隣接する内側水管間の隙間が内側縦ヒレで閉塞される。これにより、内側水管列の下端部には、内側縦ヒレが設けられないことで、内側水管間に隙間が形成される。この隙間を内列連通部という。一方、円筒状に配列された外側水管は、外側水管列の上端部を残して、隣接する外側水管間の隙間が外側縦ヒレで閉塞される。これにより、外側水管列の上端部には、外側縦ヒレが設けられないことで、外側水管間に隙間が形成される。この隙間を外列連通部という。

このような構成の順流缶体には、伝熱面積を増加させるために、内側水管列の外周面、および／または、外側水管列の内周面に、各水管から外方へ延出して横ヒレなどを設けることができる。たとえば、各内側水管の上下方向設定領域には、内側水管列の外周面を構成する面に、内側横ヒレを上下に離隔して複数設けることができる。また、各外側水管の上下方向設定領域には、外側水管列の内周面を構成する面に、外側横ヒレを上下に離隔して複数設けることができる。

一方、ωフロー缶体の場合、円筒状に配列された内側水管は、内側水管列の周方向一部を残して、隣接する内側水管間の隙間が内側縦ヒレで閉塞される。これにより、内側水管列の周方向一部には、内側縦ヒレが設けられないことで、内側水管間に隙間が形成される。この隙間を内列連通部という。各内側水管を周方向等間隔に配列して内側水管列を構成する場合、内側水管列の周方向一部において、一または複数の内側水管の設置をも省略して、内列連通部を形成してもよい。一方、円筒状に配列された外側水管は、外側水管列の周方向他部（前記周方向一部と略対向する部分）を残して、隣接する外側水管間の隙間が外側縦ヒレで閉塞される。これにより、外側水管列の周方向他部には、外側縦ヒレが設けられないことで、外側水管間に隙間が形成される。この隙間を外列連通部という。各外側水管を周方向等間隔に配列して外側水管列を構成する場合、外側水管列の周方向他部において、一または複数の外側水管の設置をも省略して、外列連通部を形成してもよい。

このような構成のωフロー缶体には、伝熱面積を増加させるために、内側水管列の外周面、および／または、外側水管列の内周面に、各水管から外方へ延出して横ヒレなどを設けることができる。たとえば、内側水管列の周方向中途部（前記周方向一部から前記周方向他部へ至るまでの中途部）から周方向他部への設定領域には、内側水管列の外周面を構成する面に、内側横ヒレを上下に離隔して各内側水管に複数設けることができる。また、外側水管列の周方向中途部から周方向他部への設定領域には、外側水管列の内周面を構成する面に、外側横ヒレを上下に離隔して各外側水管に複数設けることができる。

いずれの缶体の場合も、その上端部にはバーナが設けられ、下端部は耐火材で閉塞される。これにより、内側水管列よりも内側は燃焼室とされ、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、この場合には、内側水管列よりも内側は、排ガスの導入空間とされる。

このような構成であるから、順流缶体の場合には、燃焼ガスまたは排ガスは、内側水管列の下端部の内列連通部を介して、内側水管列と外側水管列との隙間へ導入され、外側水管列の上端部の外列連通部から放射状に導出される。一方、ωフロー缶体の場合には、燃焼ガスまたは排ガスは、内側水管列の周方向一部の内列連通部を介して、内側水管列と外側水管列との隙間へ導入され、外側水管列の周方向他部から導出される。

いずれの缶体の場合も、外側水管列の外周部には、円筒状の缶体カバーが設けられ、この缶体カバーを介して、排ガスは煙道へ導出される。缶体カバーは、外側水管列の外列連通部からの排ガスを受け入れて煙道へ導くものであればその構成を問わないが、典型的には、外側水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設けられる円筒状の部材である。この際、缶体カバーは、上端部において、上部管寄せとの隙間が封止され、下端部において、下部管寄せとの隙間が封止される。そして、缶体カバーの周側壁の上部には、煙道が接続される。この際、缶体カバーの一部を径方向外側へ膨出しておき、この膨出部を介して排ガスを煙道へと導く構成としてもよい。

缶体には、水管内面へのスケール（水中の硬度分が析出したもの）の付着状況を監視するために、温度センサが取り付けられる。この温度センサを用いて水管の温度を監視することで、スケールの付着状況を把握することができる。温度センサとしては、サーミスタなどでもよいが、熱電対が好適に用いられる。

発明者は、鋭意研究の結果、水管内の水の沸騰開始部、または水管の高熱負荷部において、水管壁近傍の水が濃縮し易く、スケールが析出して水管に付着し易いことを突き止めた。従って、これらの箇所に温度センサを設けて、その箇所の温度に基づきスケール付着状況を監視するのが、スケール付着状況の迅速な把握に有効である。この際、水管ごとに熱負荷が異なる場合には、受熱量が多い水管に設けるのがよい。より好ましくは、最も受熱量の多い最大熱負荷水管において、その水管内の水の沸騰開始部、またはその水管の最大熱負荷部（横ヒレなどの拡大伝熱面の付き始めや、水管からの横ヒレの延出長さが長くなる位置などで受熱量が急激に上昇する箇所）に設けるのがよい。

順流缶体において、内側水管および／または外側水管の上下方向中途部から上方への設定領域に横ヒレを設けるか、その設定領域で横ヒレの延出長さを長くする場合、横ヒレが設けられた水管は、その軸方向で熱負荷が異なることになる。この場合、横ヒレが設けられた水管には、その水管内の水の沸騰開始部、または前記設定領域の下端部と対応した位置に温度センサが設けられる。

ωフロー缶体において、内側水管および／または外側水管の周方向中途部から周方向他部への設定領域に横ヒレを設ける場合、横ヒレの有無などにより、水管同士で熱負荷が異なることになる。この場合、前記設定領域の内、周方向一部の側と対応した位置において、横ヒレが付けられ始める水管が最大熱負荷水管となるので、その最大熱負荷水管に温度センサが設けられる。この際、温度センサは、それが設けられる水管内の水の沸騰開始部に設けるのがよい。

いずれの場合も、内側水管と外側水管との内、外側水管に温度センサを設けると、温度センサの設置やメンテナンスが容易となる。その際、温度センサは、外側水管自体ではなく、場合により外側縦ヒレや外側横ヒレに設けてもよい。この場合も、外側縦ヒレまたは外側横ヒレに設けられた温度センサは、間接的に外側水管の温度を検出することになる。

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。また、図２は、そのII−II断面図である。本実施例のボイラ１は、円筒状の缶体２を備えた多管式貫流ボイラである。本実施例の缶体２は、いわゆる順流缶体として構成される。具体的には、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５，５，…、６，６，…で接続して構成される。

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。

各水管５，６は、垂直に配置され、上端部が上部管寄せ３に接続される一方、下端部が下部管寄せ４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。

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。この隙間から構成される内列連通部１０を介して、内側水管列７の内側と外側とは連通される。

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。この隙間から構成される外列連通部１２を介して、外側水管列８の内側と外側とは連通される。

ところで、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１３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１３はなくてもよい。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１３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、小径部は形成されていないが、各内側水管５と同様に小径部を形成してもよい。

図３は、図１におけるIII−III断面の部分拡大図である。また、図４は、図１におけるIV−IV断面の部分拡大図である。図１から図４に示すように、各内側水管５には、所望により、その外周面から突出する拡大伝熱面をさらに設けてもよい。図示例では、各内側水管５には、内側水管列７の外周面を構成する面に、内側横ヒレ１４，１５が設けられる。この際、各内側水管５には、上方領域に上方内側横ヒレ１４が設けられ、下方領域に下方内側横ヒレ１５が設けられる。

具体的には、各内側水管５の上半分の領域には、内側水管列７の外周面を構成する面に、内側水管５の径方向外側へツバ状に延出して、複数の上方内側横ヒレ１４が設けられる。図示例では、上下に等間隔に多数の上方内側横ヒレ１４が設けられる。そして、各上方内側横ヒレ１４には、所望により、図３に示すように、熱応力を緩和する切欠き１６が先端部に形成される。一方、各内側水管５の下半分で小径部１３を除いた領域には、内側水管列７の外周面を構成する面に、内側水管５の径方向外側へツバ状に延出して、複数の下方内側横ヒレ１５が設けられる。図示例では、上下に等間隔に多数の下方内側横ヒレ１５が設けられる。各上方内側横ヒレ１４と同様に、各下方内側横ヒレ１５にも、所望により、熱応力を緩和する切欠き（図示省略）を先端部に形成してもよい。上方内側横ヒレ１４や下方内側横ヒレ１５は、内側水管５の外周面からの延出長さを特に問わない。但し、下方内側横ヒレ１５は、その過熱を防止するために、上方内側横ヒレ１４よりも、内側水管５の外周面からの延出長さが短く形成されるのが好ましい。典型的には、下方内側横ヒレ１５は、上方内側横ヒレ１４の半分以上の長さに形成されるが、上方内側横ヒレ１４よりも短く形成される。

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拡大伝熱面をさらに設けてもよい。図示例では、各外側水管６には、外側水管列８の内周面を構成する面に、外側横ヒレ１７，１８が設けられる。この際、各外側水管６には、上方領域に上方外側横ヒレ１７が設けられ、下方領域に下方外側横ヒレ１８が設けられる。

具体的には、各外側水管６の上半分の領域には、外側水管列８の内周面を構成する面に、外側水管６の径方向外側へツバ状に延出して、複数の上方外側横ヒレ１７が設けられる。図示例では、上下に等間隔に多数の上方外側横ヒレ１７が設けられる。そして、各上方外側横ヒレ１７には、所望により、図３に示すように、熱応力を緩和する切欠き１９が先端部に形成される。一方、各外側水管６の下半分の領域には、外側水管列８の内周面を構成する面に、外側水管６の径方向外側へツバ状に延出して、複数の下方外側横ヒレ１８が設けられる。図示例では、上下に等間隔に多数の下方外側横ヒレ１８が設けられる。各上方外側横ヒレ１７と同様に、各下方外側横ヒレ１８にも、所望により、熱応力を緩和する切欠き（図示省略）を先端部に形成してもよい。上方外側横ヒレ１７や下方外側横ヒレ１８は、外側水管６の外周面からの延出長さを特に問わない。但し、下方外側横ヒレ１８は、その過熱を防止するために、上方外側横ヒレ１７よりも、外側水管６の外周面からの延出長さが短く形成されるのが好ましい。典型的には、下方外側横ヒレ１８は、上方外側横ヒレ１７の半分以上の長さに形成されるが、上方外側横ヒレ１７よりも短く形成される。

ところで、内側水管５と外側水管６とは、缶体２の周方向へ行くに従って互い違いに配置される。そして、内側横ヒレ１４，１５および外側横ヒレ１７，１８は、缶体２の平面視において重ならないように大きさ、形状および配置が調整されている。また、上方内側横ヒレ１４と上方外側横ヒレ１７の他、下方内側横ヒレ１５と下方外側横ヒレ１８とは、いずれも水平状態に設置してもよいが、缶体２の周方方向一方へ行くに従って上方へ傾斜して設けるのがよい。本実施例では、内側横ヒレ１４，１５および外側横ヒレ１７，１８は、各水管５，６の軸方向（垂直方向）に対し同一の設定角度だけ傾斜して設けられる。この傾斜角度は、たとえば８０度に設定される。このようにして、各横ヒレ１４，１５，１７，１８を水平状態から傾斜させる場合には、内側水管列７と外側水管列８との間の燃焼ガス流路２７を上方へ流れる燃焼ガスを攪拌させて、燃焼ガスから各水管５，６への伝熱性を高めることができる。但し、横ヒレ１４，１５，１７，１８の設置の有無、設置領域および設置位置、設置個数、形状や大きさなどは適宜に変更可能である。

上部管寄せ３と下部管寄せ４との間にはさらに、外側水管列８を取り囲むように、円筒状の缶体カバー２０が設けられる。缶体カバー２０は、上端部において、上部管寄せ３との隙間が封止され、下端部において、下部管寄せ４との隙間が封止される。缶体カバー２０の周側壁上部には、周方向の所望箇所に煙道２１が接続される。図示例では、缶体カバー２０の上端部は、大径部２２に形成されており、この大径部２２の周側壁に煙道２１が接続される。

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２３が設けられる。この際、下部管寄せ４側の耐火材２３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。下部管寄せ４側の耐火材２３の中央部には、円柱状または円錐台状の凹部２４が形成される。

上部管寄せ３の中央部には、下方へ向けてバーナ２５が設けられる。このバーナ２５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２５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２６として機能する。

燃焼室２６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２７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、外側水管列８の上部から放射状に導出され、缶体カバー２０に受け入れられる。その後、排ガスとして、缶体カバー２０に接続された煙道２１を介して、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。

外側水管列８と缶体カバー２０との間の円筒状隙間には、下方の設定領域に断熱材２８が充填される。断熱材２８は、その種類を特に問わないが、たとえばセラミックファイバーまたはロックウールである。図示例の場合、外列連通部１２よりも下方領域の外側水管列８と、大径部２２よりも下方領域の缶体カバー２０との間に、断熱材２８が充填される。

ボイラ１のいずれかの水管５，６には、熱電対などを用いた温度センサ２９が設けられる。この温度センサ２９は、それが設けられた箇所の温度を検出することで、水管５，６内面へのスケールの付着状況を監視するために設けられる。本実施例では、温度センサ２９は、外側水管６の一つに設けられ、上方外側横ヒレ１７が設けられた領域の下端部に設けられる。すなわち、上下に複数設けられる上方外側横ヒレ１７の内、最も下側に配置される上方外側横ヒレ１７の下部に、温度センサ２９が設けられる。この箇所は、上方外側横ヒレ１７が設けられた領域の下端部と、下方外側横ヒレ１８が設けられた領域の上端部との隙間でもある。

温度センサ２９は、いずれの外側水管６に設けてもよいが、図示例では、煙道２１と略対向した位置の外側水管６に設けられる。また、外側水管６への温度センサ２９の取付方法は、特に問わないが、図３に示すように、外側水管６の周方向へ沿って取付座３０を溶接などで固定しておき、その取付座３０に温度センサ２９を差し込むのが簡易である。この場合、取付座３０は、外側水管列８の外側から外側縦ヒレ１１を貫通し、外側水管列８の内側まで延出して設けられる。この際、取付座３０の先端部は、上方外側横ヒレ１７の幅方向中央部と対応する位置まで延出して、外側水管６の外周面に固定されるのが好ましい。

取付座３０には、その延出方向へ沿って取付穴（図示省略）が形成されている。この取付穴は、取付座３０の基端部に開口しているが、取付座３０の先端部にまでは達しない。従って、外側水管列８の外側から、取付穴の奥まで温度センサ２９を差し込むだけで、外側水管列８の内側に温度センサ２９を設置することができる。ところで、取付穴は、円弧状に湾曲する取付座３０の内周面へ開口する溝状に形成されていてもよい。この場合、外側水管６に取付座３０を設置することで、外側水管６の外周面との間で、有底の穴が形成される。

温度センサ２９は、外側水管６に設けられて、外側水管６の温度を検出するが、場合により外側縦ヒレ１１または上方外側横ヒレ１７に設けられて、その温度から間接的に外側水管６の温度を検出してもよい。また、ここでは最下部の上方外側横ヒレ１７の下部に温度センサ２９を設けたが、これは外側水管６の高熱負荷部に設けたことを意味する。但し、これに代えてまたはこれに加えて、外側水管６内の水の沸騰開始部と対応する箇所に、温度センサ２９を設けてもよい。

外側水管６内の水の沸騰開始部とは、具体的には、上部管寄せ３側の耐火材２３の下面と、下部管寄せ４側の耐火材２３の上面との離隔距離Ｌの十分の一の長さだけ、下部管寄せ４側の耐火材２３の上面から上方へ離隔した位置とされる。

ボイラ１の運転中、温度センサ２９により、外側水管６に基づきスケール付着状況が監視される。万一、温度センサ２９の検出温度が設定温度を超えると、所定以上のスケールが付着しているとして、その旨の出力を行えばよい。それに対しては、缶体２内の水を排水して、薬品などでスケールの除去作業を図るのがよい。

本実施例の構成によれば、水管５，６の高熱負荷部、および／または、水管５，６内の水の沸騰開始部に温度センサ２９を設けた。水管５，６内の水が濃縮し易く、スケールが析出して付着し易いこれらの箇所の温度を監視することで、水管５，６内のスケールの付着状況を迅速で正確に把握することができる。ボイラ１には通常、軟水が使用され、スケールの付着が防止されるが、本実施例の構成によれば、軟水器の不良による硬度もれなどにも、迅速に対応することができる。

図５は、本発明のボイラの実施例２の概略横断面図である。本実施例２のボイラも、基本的には前記実施例１と同様の構成である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、共通する点については説明を省略する。また、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。

前記実施例１のボイラ１では、バーナ２５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２７に導入され、外側水管列８の上端部の外列連通部１２から放射状に導出される順流缶体とされたが、本実施例２のボイラ１では、バーナ２５からの燃焼ガスは、内側水管列７の周方向一部（図５における右側）に設けた内列連通部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２７に導入され、外側水管列８の周方向他部（図５における左側）に設けた外列連通部１２を介して、外側水管列８の外側へ導出されるωフロー缶体とされる。ωフロー缶体と呼ぶ理由は、燃焼ガスの流れが上述のとおり横向きのω状であるためである。

前記実施例１では、隣接する内側水管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にて閉塞されたが、本実施例２では、隣接する内側水管５，５間の隙間は、図５における右端部を除き、上下方向全域に渡って内側縦ヒレ９にて閉塞される。図５における右端部においては、隣接する内側水管５，５間の隙間には内側縦ヒレ９は設けられず、上下方向全域において隙間が形成されて、内列連通部１０が形成されている。内列連通部１０を形成する際、周方向等間隔に配列された内側水管５，５，…の内、図５における右端部において、一本または複数本の内側水管５の設置を省略してもよい。

前記実施例１では、隣接する外側水管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にて閉塞されたが、本実施例２では、隣接する外側水管６，６間の隙間は、図５における左端部を除き、上下方向全域に渡って外側縦ヒレ１１にて閉塞される。図５における左端部においては、隣接する外側水管６，６間の隙間には外側縦ヒレ１１は設けられず、上下方向全域において隙間が形成されて、外列連通部１２が形成されている。外列連通部１２を形成する際、周方向等間隔に配列された外側水管６，６，…の内、図５における左端部において、一本または複数本の外側水管６の設置を省略してもよい。

本実施例２の場合、燃焼室２６から内列連通部１０を介して外方へ導出される燃焼ガスは、周方向両側へ分岐して、缶体２の前後の燃焼ガス流路２７，２７を介して、外列連通部１２から外方へ導出される。各燃焼ガス流路２７には、その中途部から下流の設定領域に、内側横ヒレ１４および／または外側横ヒレ１７が設けられる。本実施例では、図５に示すように、右端部の内列連通部１０から左端部の外列連通部１２へ至るまでの燃焼ガス流路２７の中途から下流までの領域に、内側横ヒレ１４および外側横ヒレ１７が設けられる。

この際、内側横ヒレ１４は、それが設けられる内側水管５の上下方向全域であって、内側水管列７の外周面を構成する面に、内側水管５の半径方向外側へツバ状に延出して、上下に等間隔に複数設けられる。また、外側横ヒレ１７は、それが設けられる外側水管６の上下方向全域であって、外側水管列８の内周面を構成する面に、外側水管６の半径方向外側へツバ状に延出して、上下に等間隔に複数設けられる。

本実施例２においても、内側水管５と外側水管６とは、缶体２の周方向へ行くに従って互い違いに配置される。そして、内側横ヒレ１４および外側横ヒレ１７は、缶体２の平面視において重ならないように大きさ、形状および配置が調整されている。本実施例２では、内側横ヒレ１４と外側横ヒレ１７とは、水平に設置されるが、場合により前記実施例１のように傾斜させてもよい。

本実施例２においても、外側水管列８の外側は、缶体カバー２０で覆われるが、この缶体カバー２０への煙道２１の設置は、外列連通部１２が設けられた左側で行われる。この際、缶体２の上下方向いずれの箇所において、缶体カバー２０に煙道２１を接続してもよい。また、前記実施例１と同様に、缶体カバー２０の一部を大径部としたり、外列連通部１２が設けられた左側壁の一部を上下方向へ沿って外方へ膨出したりして、その膨出部に煙道２１を接続してもよい。

本実施例２の場合、燃焼ガス流路２７の中途部から外列連通部１２へ至るまでの設定領域において、内側水管５や外側水管６に横ヒレ１４，１７が設けられるので、横ヒレ１４，１７の有無などにより、水管同士で熱負荷が異なることになる。この場合、前記設定領域の上流側の端部において、横ヒレ１４，１７が付けられ始める水管５，６が最大熱負荷水管となるので、その最大熱負荷水管（図示例では外側水管６）に温度センサ２９を設ける。この際、温度センサ２９は、それが設けられる水管６内の水の沸騰開始部に設けるのがよい。これにより、水管６内へのスケールの付着状況の監視を、迅速で正確に行うことができる。

本発明のボイラ１は、前記各実施例の構成に限らず適宜変更可能である。特に、受熱量の多い水管（好ましくは最大熱負荷水管）の水の沸騰開始部、および／または、その水管の高熱負荷部（好ましくは最大熱負荷部）に温度センサ２９を設ける構成とする限り、水管５，６の本数や配置などの缶体構造は適宜に変更可能である。

たとえば、前記実施例１の順流缶体において、内側水管５および／または外側水管６は、凹部（小径部）と凸部（大径部）とが上下に交互形成されたバルジ管としてもよい。その場合、凹部と凸部とが形成された領域の下端部（凹凸の開始位置）に、温度センサ２９を設ければよい。

また、前記実施例２のωフロー缶体において、外列連通部１２側の外側水管６は、エロフィンチューブなどのように全周にヒレが設けられた構成とされてもよい。その場合、全周ヒレ付きの外側水管６は、他の外側水管６よりも缶体２の径方向内側に配置される。また、ωフロー缶体において、燃焼室２６内に、いくつかの水管を設置してもよい。さらに、場合により、缶体２は、前記実施例１のような順流缶体、または前記実施例２のようなωフロー缶体に限らず、他の構造でもよい。そして、缶体構造の変更に伴い、スケール付着状況確認用の温度センサ２９の取付水管やその取付位置が異なることがあるのは言うまでもない。

また、前記各実施例では、温度センサ２９の設置とメンテナンスを考慮して、外側水管６に温度センサ２９を設けたが、それに代えてまたはそれに加えて、内側水管５に温度センサ２９を設けてもよい。また、前記各実施例において、バーナ２５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。

さらに、前記実施例１において、下方内側横ヒレ１５および下方外側横ヒレ１８は、内側水管５または外側水管６から径方向外側へ突出するピン状のスタッドとしてもよい。その場合、スタッドは、内側水管５または外側水管６の周方向に等間隔に複数設けられると共に、上下にも等間隔に多数設けられる。また、前記実施例１において、内側水管５および／または外側水管６の下方領域には、横ヒレ（下方内側横ヒレ１５，下方外側横ヒレ１８）やスタッドなどを何も設けない構成としてもよい。さらに、前記実施例１においては、各水管５，６の上下方向中央部で領域を分けて、横ヒレ１４，１５，１７，１８の設置領域を定めたが、この境界は上下方向中央部に限らず適宜変更可能である。

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１のII−II断面図である。 図１におけるIII−III断面の部分拡大図である。 図１におけるIV−IV断面の部分拡大図である。 本発明のボイラの実施例２を示す概略横断面図である。

符号の説明

１ ボイラ
２ 缶体
３ 上部管寄せ
４ 下部管寄せ
５ 内側水管
６ 外側水管
７ 内側水管列
８ 外側水管列
９ 内側縦ヒレ
１１ 外側縦ヒレ
１４ 内側横ヒレ（上方内側横ヒレ）
１５ 内側横ヒレ（下方内側横ヒレ）
１７ 外側横ヒレ（上方外側横ヒレ）
１８ 外側横ヒレ（下方外側横ヒレ）
２６ 燃焼室
２７ 燃焼ガス流路
２９ 温度センサ

Claims (6)

1. 上部管寄せと下部管寄せとの間を接続する複数の水管のいずれかに設けられ、その水管内の水の沸騰開始部、またはその水管の高熱負荷部に設けられる温度センサを備える
   ことを特徴とするボイラ。
2. 前記水管が同心円筒状に配列されて、内側水管列と外側水管列とが構成され、
   前記内側水管列の内側は、燃焼室とされるか、排ガスの導入空間とされ、
   燃焼ガスまたは排ガスが前記内側水管列の内側から、前記内側水管列と前記外側水管列との間を介して、前記外側水管列の外側へ導出されるように、ガス流路が規定され、
   前記内側水管列および／または前記外側水管列には、前記ガス流路の中途から下流部にのみ横ヒレが設けられるか、前記ガス流路の中途から下流部の横ヒレが、それより上流部の横ヒレよりも前記水管からの延出長さが長くなるよう設けられ、
   前記ガス流路の内、前記横ヒレが付けられ始める位置か、前記横ヒレの延出長さが長くなる位置において、前記水管に前記温度センサが設けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載のボイラ。
3. 前記外側水管列を構成する外側水管の内、受熱量の多い水管に、前記温度センサが設けられる
   ことを特徴とする請求項２に記載のボイラ。
4. 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水管列を構成する複数の内側水管と、
   前記内側水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水管列を構成する複数の外側水管と、
   前記内側水管列の下端部を残して、隣接する前記内側水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、
   前記外側水管列の上端部を残して、隣接する前記外側水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、
   前記各外側水管の上下方向中途部から上方への設定領域であって、前記外側水管列の内周面を構成する面に設けられる外側横ヒレと、
   前記設定領域の下端部と対応した位置において、前記外側水管、前記外側縦ヒレまたは前記外側横ヒレに設けられる温度センサと
   を備えることを特徴とするボイラ。
5. 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水管列を構成する複数の内側水管と、
   前記内側水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水管列を構成する複数の外側水管と、
   前記内側水管列の周方向一部を残して、隣接する前記内側水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、
   前記外側水管列の周方向他部を残して、隣接する前記外側水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、
   前記外側水管列の周方向中途部から周方向他部への設定領域であって、前記外側水管列の内周面を構成する面に設けられる外側横ヒレと、
   前記設定領域の内、周方向一部の側と対応した位置において、前記外側水管、前記外側縦ヒレまたは前記外側横ヒレに設けられる温度センサと
   を備えることを特徴とするボイラ。
6. 前記温度センサは、それが設けられる前記外側水管内の水の沸騰開始部と対応した高さに設けられる
   ことを特徴とする請求項５に記載のボイラ。

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