JP2842190B2 - 排熱回収ボイラの缶体構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ガスエンジン，ディ
ーゼルエンジン，ガスタービン等によるコージェネレー
ションシステムにおいて使用される排熱回収ボイラ（以
下、「コージェネ用排熱回収ボイラ」という）の缶体構
造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、コージェネ用排熱回収ボイラの缶
体構造において、排ガスとの熱交換を行う熱交換部は、
断熱処置を施した金属壁や，耐火物からなる断熱壁等に
より構成されている。

【０００３】一般的に、コージェネ用排熱回収ボイラ
は、その適用条件として、ボイラ自体の耐熱構造等に関
する設計条件は固有のものとして設定することができ
ず、あくまでもガスエンジン等の排ガスのあらゆる温度
変化に対応することができるような耐熱構造となってい
ることが要求されている。また、その設置環境の点か
ら、ガスエンジン等の振動に対する耐震構造を具備する
ことが要求されたり、あるいは振動に影響されない構造
を具備することが要求されている。

【０００４】さて、このような適用条件下において、ま
ず従来の金属壁による缶体構造にあっては、排ガスの温
度変化による熱膨張に対する対応策が非常に困難で、熱
膨張を吸収するための複雑な構造や手段が講じられてい
るが、熱膨張を確実に吸収する構造として具体化された
ものがなく、まれに具体化されたものがあっても、その
構造が複雑となる結果、メンテナンスが非常に面倒で、
しかも高価なものとなっており、未だ充分なものが提案
されていないのが実情である。また、耐火物からなる断
熱壁による缶体構造にあっては、耐火物の接続構造や構
築構造が振動により、短期間に崩壊あるいは崩落してし
まうと云う問題点があり、これまた充分なものとはなっ
ていないのが実情である。したがって、排熱の有効利用
と云うコージェネレーションシステムにおける大きなネ
ックとなっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、前記の問
題点に鑑み、熱膨張を吸収する特別な構造あるいは手段
を講じることなく、しかもガスエンジン等の振動に影響
されない缶体構造の実現を図ったものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、前記課題を
解決するためになされたもので、缶体内に排ガス通路を
有する排熱回収ボイラにおいて、前記排ガス通路内に多
数の水管を挿設し、前記排ガス通路を画成する両側壁
を、当該排ガス通路の入口部分から排ガス温度が缶体温
度に対して所定温度以下になる地点までの部分を収熱水
管からなる水冷壁構造とし、前記地点以降の下流側をケ
ーシング構造としたことを特徴としている。

【０００７】

【作用】この発明によれば、排ガス通路の入口部分から
所定領域に亘って収熱水管からなる水冷壁構造となって
いるため、水冷壁自体も排ガスと熱交換を行い、排ガス
の排熱を回収する機能を有し、これにより水冷壁自体が
熱膨張に影響されない状態を常に維持する。そして、水
冷壁構造に連続する下流側においては、排ガス温度が低
下しているため、ケーシング構造が熱膨張に影響されな
い状態を常に維持する。また、排ガス通路を画成する両
側壁が、水冷壁構造とケーシング構造とにより構成され
ているため、ガスエンジン等の振動に影響されない。

【０００８】

【実施例】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。以下の説明において、図示の実施
例は、排熱回収ボイラとして、角型水管組立体からなる
缶体構造を有する多管式貫流ボイラについてその具体例
を説明する。図１は、この発明の一実施例の全体構成を
説明する概略的な側面図で、一部を破断した状態を図示
している。また、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線の断面説
明図である。

【０００９】図１において、コージェネ用排熱回収ボイ
ラ１は、基本的に角型水管組立体からなる直方体状の缶
体２により構成されており、その長手方向の一側，すな
わち上流側に、ガスエンジン等の排ガスを導入する入口
チャンバ３が接続されており、またその長手方向の他
側，すなわち下流側に、排熱回収ボイラ１の缶体２内に
て熱交換された排ガスを排出する出口チャンバ４が接続
されている。そして、この出口チャンバ４には、排ガス
の熱をより効果的に回収するためのエコノマイザー５が
設けられている。したがって、ガスエンジン等によって
生成された高温の排ガスは、入口チャンバ３から排熱回
収ボイラ１の缶体２内に導入され、この缶体２内を通過
する過程において熱交換してその熱が回収され、排ガス
の温度が低下する。缶体２内における熱交換によりその
温度が低下した排ガスは、缶体２を出てエコノマイザー
５に入り、さらにその熱を回収されて温度が低下し、そ
の後出口チャンバ４から煙突（図示省略）を介して排出
される。

【００１０】排熱回収ボイラ１における缶体２の外郭を
形成する両側（図２における左右方向の両側）の側壁
は、前記入口チャンバ３に接続する排ガスの入口部分６
（図２における上下方向の上方部分）から下流側に向か
って、所定距離の部分が水冷壁構造７，７により構成さ
れている。この両水冷壁構造７は、直管状の収熱水管８
を等間隔で複数本配列してなり、隣合う収熱水管８同志
をフィン状部材９で連結することにより、収熱水管８同
志の間隔を塞いだ状態としてあり、それぞれ矩形状とし
た１枚の壁部材として構成されている。これにより、こ
の各水冷壁構造７は、缶体２の外郭を画成するととも
に、伝熱面，すなわち排熱回収部としての機能も具備し
ている。この点において、各水冷壁構造７が伝熱面とな
っているため、缶体２の小型化を図る上において有利な
ものとなっている。

【００１１】そして、このように水冷壁構造７としたも
のを２枚、所要の間隔を保持した状態で対面させ、かつ
両者が互いにほぼ平行をなすように両側に配置し、一対
となった水冷壁構造７，７をそれぞれ構成する各収熱水
管８，８，…の上下端を上下のヘッダ１０，１１にそれ
ぞれ連結してある。したがって、一対の水冷壁構造７，
７と上下のヘッダ１０，１１とにより、前記入口チャン
バ３からの排ガスが実質上直線的に通過する排ガス通路
１２を形成している。

【００１２】このように、前記両水冷壁構造７は、上下
のヘッダ１０，１１とにより排ガス通路１２を形成する
ことになるが、前記入口部分６から下流側のある所定距
離まで延在するように配置されている。この所定距離
は、排ガス通路１２内を通過する排ガスの温度変化によ
る熱膨張の点に基づいて設定されており、つぎのように
設定されている。すなわち、前記両水冷壁構造７は、下
流側へ向かって、前記入口部分６から排ガス温度が缶体
温度に対して所定温度以下になる地点Ａまで延在してお
り、この地点Ａは、缶体温度が所定温度以下となる部分
として規定され、具体的には、缶水温度に基づいて設定
される。この缶水温度としては、発明者の実験，あるい
は試験によれば、排ガス温度が、缶水の飽和温度＋１０
０℃以下であれば、排ガス温度がもたらす熱膨張による
影響を回避することができると云う知見に基づいてい
る。したがって、前記地点Ａは、排ガスの温度が、缶水
の飽和温度＋１００℃以下となる地点とするのが好まし
い。

【００１３】そして、前記両水冷壁構造７の下流側にお
いて、前記地点Ａに位置するそれぞれの下流端には、直
方体状の缶体２の外郭を形成する両側の側壁としてのケ
ーシング構造１３，１３がそれぞれ接続されている。こ
の両ケーシング構造１３は、前記上下のヘッダ１０，１
１間の両側面部をそれぞれ閉鎖する側壁としての大きさ
を有する平板状の金属板１４，１４により構成されてい
る。この両金属板１４は、それぞれその上下端を前記上
下のヘッダ１０，１１にそれぞれ溶接等により固着して
いる。したがって、缶体２の下流側においても、一対の
金属板１４，１４と前記上下のヘッダ１０，１１とによ
り、前記排ガス通路１２と連続した排ガス通路１２が形
成されることになる。

【００１４】なお、この実施例においては、この両金属
板１４の各上流側の端部をそれぞれ内側へ折り曲げて折
曲部１５，１５をそれぞれ形成し、この両折曲部１５の
各先端部を前記両水冷壁構造７の最下流側にそれぞれ位
置するフィン状部材９，９にそれぞれ溶接等により固着
している（図２参照）。

【００１５】さて、前記のように、缶体２の内部にその
長手方向の全長に亘って形成された排ガス通路１２内に
は、前記入口チャンバ３からの排ガスの流通を許容する
間隔をもって、多数の水管１６，１６，…がほぼ垂直に
挿設されている。この各水管１６には、その管軸方向に
適宜な間隔を保持してほぼ水平な多数の横ヒレ１７，１
７，…が多段状に固着されている。この各横ヒレ１７を
固着することにより、各水管１６について所要の伝熱面
面積を確保している。そして、各水管１６の相互の間隔
は、排ガスと各水管１６との対流伝熱効率を向上させる
ためには、なるべく狭く設定するのが好ましいが、極端
に狭くすると、固着された各横ヒレ１７との関係もある
が、各水管１６回りのガス流速が速くなりすぎて圧力損
失が大きくなり、逆に極端に広くすると、ガス流速が遅
くなって前記対流伝熱効率が低下し、さらに挿設する水
管１６の本数も減少せざるを得ず、これは伝熱面積が減
少することになり、したがって伝熱量自体も減少するこ
ととなる。この点において、各水管１６の相互の間隔
は、各横ヒレ１７の伝熱面面積との関連において、図２
に示すような間隔とすることが好ましい。

【００１６】そして、前記各水管１６は、前記間隔を保
持して前記ガス通路１２内のほぼ全域に亘って挿設され
ている。このように、前記ガス通路１２内のほぼ全域に
亘って挿設された各水管１６の上下端は、前記両水冷壁
構造７をそれぞれ構成する各収熱水管８，８，…と同
様、前記上下のヘッダ１０，１１にそれぞれ連結してあ
る。

【００１７】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、排ガ
ス通路の上流側が収熱水管からなる水冷壁構造となって
いるため、水冷壁自体が排ガスと熱交換を行い、排ガス
の排熱を回収する機能を発揮し、これにより水冷壁自体
が排ガス温度による熱膨張に影響されない状態を常に維
持することができ、簡単な構成で熱膨張を確実に吸収す
ることができる。そして、水冷壁自体が伝熱面となって
いるため、缶体の小型化を図ることがきわめて簡単であ
る。

【００１８】また、水冷壁構造に連続する下流側におい
ては、排ガス温度が低下した地点以降をケーシング構造
としているため、ケーシング構造自体が排ガス温度によ
る熱膨張に影響されない状態を常に維持することがで
き、簡単な構成で缶体を形成することができる。

【００１９】また、排ガス通路を画成する両側壁が、水
冷壁構造とケーシング構造とにより構成されているた
め、ガスエンジン等の振動に影響されない堅牢な缶体を
実現することができ、コージェネレーションシステムに
おける排熱の有効利用に大きく貢献することになり、こ
の種の缶体構造として頗る効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の全体構成を説明する側面
図で、一部を破断した説明図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線の断面図で、各水管および
フィン状部材の断面を示すハッチングは省略している。

【符号の説明】

１ 排熱回収ボイラ ２ 缶体 ６ 入口部分 ７ 水冷壁構造 ８ 収熱水管 １２ 排ガス通路 １３ ケーシング構造 １６ 水管 Ａ 排ガス温度が所定温度以下になる地点

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 缶体２内に排ガス通路１２を有する排熱
   回収ボイラ１において、前記排ガス通路１２内に多数の
   水管１６を挿設し、前記排ガス通路１２を画成する両側
   壁を、当該排ガス通路１２の入口部分６から排ガス温度
   が缶体温度に対して所定温度以下になる地点Ａまでの部
   分を収熱水管８からなる水冷壁構造７とし、前記地点Ａ
   以降の下流側をケーシング構造１３としたことを特徴と
   する排熱回収ボイラの缶体構造。