JP2005156007A - 燃焼ヒータ及び排ガス燃焼装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 燃焼ヒータ30は、筒状の電熱線ホルダ33と電熱線ホルダの外周に巻かれた電熱線34とからなるヒータ源32と、ヒータ源に被さられるヒータキャップ31とを備える。電熱線34によって加熱されるヒータキャップ31の外側で、可燃性ガスを着火・燃焼させる。ヒータキャップ31が被されたヒータ源32を支持する筒状のヒータサポート46と、筒状のヒータサポート46とヒータ源32との間に設けられて、ヒータサポート46とヒータ源32とを同軸的で直線状に連結する高絶縁性の筒状のヒータホルダ41とを備える。ヒータホルダ41の上部にはめたヒータ源32の下部をヒータホルダ41にねじ44で連結し、ヒータホルダ41の下部にはめたヒータサポート46の上部をヒータホルダ41にねじ44で連結する。ヒータ源32に被さられたヒータキャップ31が、ヒータホルダ41の上部開口端で係止される。
【選択図】 図1
Description
また、本発明の課題は、さらに燃焼効率を安定させ、メンテナンスを簡単にすることが可能な排ガス燃焼装置を提供することにある。
ヒータ源の電熱線ホルダ及びヒータキャップを耐熱性のセラミックスや石英で構成したので、燃焼ヒータの高温での使用が可能となり、可燃性ガスを確実に着火・燃焼させることができる。また、可燃性ガスを確実に着火できるようにしたので、着火設備が不要になる。
また、ヒータ源の電熱線ホルダ及びヒータキャップをセラミックスや石英で構成したので、高い電気的絶縁性を確保できる。
また、セラミックス製の電熱線ホルダに、セラミックスよりも軟化温度の高い石英製のヒータキャップが被せてあるので、可燃性ガスの燃焼によるヒータキャップの劣化が少なく、電熱線を有効に保護でき、電熱線の断線を少なくできる。
また、ヒータ源にヒータキャップが着脱自在に被せられているので、電熱線が断線しても、ヒータキャップをヒータ源から外すだけで、電熱線ホルダに対する電熱線の取り外し、取り付けができ、断線交換作業が容易である。
ヒータ源の電熱線からヒータサポートを介して外部にリード線を引き出すことができる。また、温度検出センサからも、ヒータサポートを介して外部にリード線を引き出すことができる。
また、ヒータ源にヒータサポートを連結しても、ヒータ源とヒータサポートの間に高絶縁性のヒータホルダを介在させるので、ヒータ源の電気絶縁性を高めることができる。
また、ヒータ源とヒータサポートとを直線状に連結するので、燃焼ヒータの取扱いが容易である。
ヒータ源をヒータホルダにはめ、ヒータホルダにヒータサポートをはめることにより、ヒータ源からヒータホルダ、ヒータサポートを介して引出されるリード線が、その間、外部に露出しないようにしたので、リード線を外部雰囲気から保護できる。
また、ヒータ源をヒータホルダに連結具で連結し、ヒータサポートをヒータホルダに連結具で連結するようにしたので、ヒータ源をヒータサポートで確実に支持できる。
また、ヒータキャップはヒータ源に被せるだけで、ヒータホルダに係止されるので、ヒータキャップのヒータ源に対する取外し、取付けが容易である。
また、可燃性ガス導入管のL字形のコーナ部をT字形配管で構成して、このT字形配管を用いて燃焼ヒータの取り付けと、電熱線及び温度検出センサのリード線の取出しとを行うようにしたので、燃焼ヒータの取り付け、取り外しが容易になり、メンテナンスも容易にできる。
また、可燃性ガス導入管のコーナ部にT字形配管を設け、このT字形配管に燃焼ヒータのヒータサポートを貫通させることにより、燃焼室のガス導入口からリード線を取り出せるようにしたので、燃焼室に専用のリード線取出用開口を設ける場合に比べて、メンテナンスを簡単にすることができる。
また、可燃性ガス導入管のL字形のコーナ部に設けたT字形配管の主管に同軸的に、燃焼ヒータのヒータサポータを固定するようにしたので、ヒータカバー内での燃焼ヒータの挿入固定が容易になる。
なお、第4の発明において、前記燃焼ヒータと前記排気口との間に筒状の冷却管を設けて、前記燃焼ヒータによって燃焼した可燃性ガスを冷却するようにすると、冷却された排ガスが大気に排出されるので、環境に悪影響を与えない。
本発明のように、各要素を上記のような寸法設定にすると、排ガス中に含まれる可燃性ガスをより効率良く燃焼できる。
電熱線ホルダやヒータキャップを耐熱性のセラミックスや石英で構成して、燃焼ヒータの温度を650〜1200℃と高めるようにしたので、排ガス中に含まれる可燃性ガスをより効率良く燃焼できる。
また、本発明によれば、さらに高効率な安定した燃焼を実現でき、メンテナンスを簡素化することができる。
図1に実施の形態による燃焼ヒータの分解組立図を示す。燃焼ヒータ30は、加熱源となる円筒状のヒータ源32と、ヒータ源32に被せられる有頭円筒形のヒータキャップ31と、ヒータキャップ31が被せられるヒータ源32を支持する円筒状のヒータサポート46と、ヒータ源32とヒータサポート46との間に設けられて、ヒータ源32とヒータサポート46とを直線的に連結する円筒状のヒータホルダ41とから主に構成される。
電熱線ホルダ33は例えば耐熱性、高絶縁性のセラミックスで形成され、電熱線34は例えばニクロム線で構成されている。したがってヒータ源32は、中空のセラミックヒータを構成し、中空とすることにより、素速く昇温、降温できるようにしている。
上記ヒータサポート46は、ヒータキャップ31が被せられたヒータ源32を支持する筒状体で構成される。ヒータサポート46の上部側面に、ヒータホルダ41と連結するためのねじ孔47が設けられる。ヒータサポート46は、ヒータ源32を支持する機能を有するとともに、ヒータ源32から延出したリード線を保護しつつ外部に引き出すための保護管の機能を有する。
可燃性ガス導入管58のL字形のコーナ部は、燃焼ヒータ30を取り付けるために、主管59aと枝管59bとを有するT字形配管59で構成している。T字形配管59の主管59aの一端を可燃性ガス導入管58の先端部側に連結し、主管59aの他端を開放し、T字形配管59の枝管59bを可燃性ガス導入管58の基端部側に連結している。
また、燃焼室52内の燃焼ヒータ30と排気ダクト55との間の空間に、燃焼炎62を覆う円筒状の冷却管57を設ける。この円筒状の冷却管57には、図示しないが水冷ジャケットが設けられ、冷却管57内で燃焼した可燃性ガスを低温に冷却するようになっている。このように冷却したガスを排気ダクト55から大気中に放出することにより大気環境を乱さないにしている。
排気ダクト55に接続した図示しない排気設備により、燃焼室52内の雰囲気を排気ダクト55から吸引して、燃焼室52の下部に設けた空気取込口54から燃焼室52内に大気を取り込むことにより、燃焼室52内を常時空気が流れるようにする。
。
燃焼ヒータとヒータカバーとの隙間:6mm
燃焼ヒータの全長:150mm
設定温度:900℃
排ガスの可燃性ガスH2と不燃性ガスN2との混合ガス流量:90L/minとした。
また、電気スパーク、金属製ヒータでは、熱源の温度は900℃とした。
また、金属製ヒータを用いたときは、H2残留濃度は、混合比20%以上の混合ガスでは十分に燃焼するので低い値だが、20%未満の低い混合比の場合は、未燃焼の割合が高まるので、H2残留濃度は高い値を示し、そのまま未燃焼ガスは排気ダクト55から排出されてしまう。したがって低濃度H2の燃焼効率が悪く、安全性の問題があった。
これに対して、実施の形態の燃焼ヒータを用いたときは、H2残留濃度のピークは、混合比10%付近となり、高効率で燃焼させることができる。H2残留濃度のピークは、電気スパーク式のものでは1000ppm、金属製ヒータでは700ppmであったが、燃焼ヒータは400ppmと従来の熱源より2/5〜4/7に低下し燃焼効率が著しく向上した。したがって、低濃度H2の燃焼効率が良好となり安全性の問題は解消された。
また、燃焼された可燃性ガスが冷却管57により冷却されて水蒸気状になり、冷却管57の内壁面に接触し水滴となり、排気圧力のふらつきにて飛散し、ヒータキャップ31上に水滴が落下して接触することがある。この水滴の接触によりヒータキャップ31の表面温度が急激に変化しても、ヒータキャップ31の材質が石英なので、セラミックスを使用した際に発生するような亀裂または、ヒビなどを防げるので、ヒータキャップ31内部にある電熱線34を水滴による断線及び漏電から有効に保護できる。
具体的には、電熱線34が断線した時の処置は、可燃性ガス導入管58のT字形配管59にフランジ68で固定していた燃焼ヒータ30を取り外す。そして、ヒータキャップ31をヒータ源32の上方に沿って移動してヒータ源32から取りはずし、断線した電熱線34をヒータ源32のらせん溝45から取り除いて、新しい電熱線34をヒータ源32のらせん溝45に巻き付けて、ヒータキャップ31をヒータ源32の上から被せて取り付ける。ヒータ源32にヒータキャップ31を被せて燃焼ヒータ30を形成したら、これを可燃性ガス導入管58のT字形配管59に取り付ける。このようにワンタッチ的で燃焼ヒータ30を可燃性ガス導入管58から取り外したり取り付けたり、又はヒータキャップ31をヒータ源32から取り外したり、取り付けたりすることができるので、電熱線34の断線交換作業が容易で簡単にでき、メンテナンスが容易となる。
また、燃焼ヒータ30を可燃性ガス導入管58の内部に取付けるようにして、可燃性ガス導入管58からリード線48、49を外部に取り出せるようにしたので、燃焼室52に専用のリード線取出用開口を設ける場合に比べて、メンテナンスを容易に行うことができる。
また、セラミックヒータを燃焼室52内に取り付けるに当たって、筒状ヒータ源32のヒータサポート46を、可燃性ガス導入管58に取付けたT字形配管59にフランジ60で固定するだけでよく、その取付けも容易である。
また、ヒータ源32の溝45の深さや溝数を変更することで、電熱線34の線径や巻き数により、条件の異なる様々な排ガスの燃焼に適用できる。
可燃性ガス最大流量と燃焼ヒータの直径寸法との関係から燃焼効率が、最も効果が発揮できるのは、ヒータカバー56と燃焼ヒータ30との間隔(ガス流路60の幅)が、2〜20mmであり、ヒータカバーの全長が、30〜300mmである。可燃性ガスと不燃性ガスとの混合流量は、5〜200L/minで使用される。
また、温度コントローラ65によって、制御する温度は、650〜1000℃に設定する。
31 ヒータキャップ
32 ヒータ源
33 電熱線ホルダ
34 電熱線
41 ヒータホルダ
44 ねじ(連結具)
46 ヒータサポート
Claims (6)
- 可燃性ガスを着火・燃焼させる燃焼ヒータであって、
セラミックス製で筒状の電熱線ホルダと該電熱線ホルダの外周に巻かれた電熱線とからなるヒータ源と、
前記ヒータ源に着脱自在に被せられる石英製で筒状のヒータキャップと、
を備え、
前記ヒータ源によって加熱されるキャップの外側で、前記可燃性ガスを着火・燃焼可能に構成したことを特徴とする燃焼ヒータ。 - 前記ヒータ源の温度を検出する温度検出センサと、
前記ヒータキャップが被せられたヒータ源を支持するとともに、前記電熱線及び温度検出センサに接続される各リード線を挿通する筒状のヒータサポートと、
前記筒状のヒータサポートと前記ヒータ源との間に設けられて、前記ヒータ源と前記ヒータサポートとを直線状に連結する高絶縁性の筒状のヒータホルダと
を備えた請求項1に記載の燃焼ヒータ。 - 前記ヒータキャップと前記ヒータホルダとの口径を略等しくし、
前記ヒータ源の少なくとも下部外径を前記ヒータホルダの内径と略等しくし、
前記ヒータサポートの少なくとも上部外径を前記ヒータホルダの内径と略等しくして、
前記ヒータホルダの上部に前記ヒータ源の下部をはめて前記ヒータホルダに連結具で連結し、
前記ヒータホルダの下部に前記ヒータサポートの上部をはめて前記ヒータホルダに連結具で連結し、
前記ヒータ源に被せられた前記ヒータキャップが、前記ヒータホルダの上部開口端で係止されるようになっている請求項2に記載の燃焼ヒータ。 - 排ガス中に含まれる可燃性ガスを着火・燃焼させる燃焼室と、
前記燃焼室の下部に設けられたガス導入口と、
前記燃焼室に空気を取り込む空気取込口と、
前記燃焼室の上部の前記ガス導入口と対向する位置に設けられ前記燃焼室を排気する排気口と、
L字形に曲げられて先端部が前記ガス導入口から前記燃焼室内に挿入されて基端部側から前記排ガスを導入する可燃性ガス導入管と、
前記可燃性ガス導入管の先端部に連結される筒状のヒータカバーと、
前記ヒータカバー内にガス流路を確保して同軸的に挿入固定されて、前記ガス流路から供給される可燃性ガスを加熱するとともに、加熱された可燃性ガスと前記空気取込口から取り込まれる空気との混合ガスを燃焼させて燃焼炎を発生する請求項2または3に記載の燃焼ヒータと、
前記可燃性ガス導入管のL字形のコーナ部を構成するT字形配管であって、前記T字形配管の主管の一端を前記可燃性ガス導入管の先端部側に連結し、前記主管の他端を開放し、前記T字形配管の枝管を前記可燃性ガス導入管の基端部側に連結したT字形配管と、
前記燃焼ヒータのヒータサポートから外部に引き出した電熱線及び熱電対の各リード線と接続されて、温度検出センサで検出された温度が所定の温度になるように前記電熱線に供給される電力を制御する温度コントローラと、
を備え、
前記燃焼ヒータのヒータサポートを可燃性ガス導入管の先端部から挿入し、前記T字形配管の主管を貫通させて、前記主管の開放他端から外部に取り出したヒータサポートの下端を前記主管の開放他端に気密に固定することにより、前記燃焼ヒータを前記ヒータカバー内に前記ガス流路を確保して挿入固定するようにしたことを特徴とする排ガス燃焼装置。 - 前記ヒータカバーと前記ヒータ源に被せられたヒータキャップとの間隔は2〜20mmであり、前記ヒータカバー又は前記ヒータ源の全長は30〜300mmであり、前記ヒータキャップの直径は10〜20mmであることを特徴とする請求項4に記載の排ガス燃焼装置。
- 前記ヒータ源及び前記ヒータホルダがセラミックス製で、前記ヒータキャップが石英製であり、前記電熱線で加熱されるヒータ源の温度を650〜1200℃としたことを特徴とする請求項4または5に記載の排ガス燃焼装置。
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