JP2007212082A - Combustion heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃焼加熱器に関する。 The present invention relates to a combustion heater.
電気ヒータの代替製品として、マイクロコンバスタの開発が進められている。
マイクロコンバスタは、直径が数cm程度の小型の燃焼加熱器であって、本体容器内に燃焼室と未燃焼ガス流路と燃焼ガス流路とを有する。そして、燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスの熱で未燃焼ガス流路を流れる未燃焼ガスを予熱すると共に、未燃焼ガス流路における燃焼室に臨む部位の寸法を通常では火炎が伝播できない消炎距離よりも小さく形成することで、燃焼室において超過エンタルピ燃焼を実現するものである。
マイクロコンバスタとしては、燃焼室を中心にして未燃焼ガス流路と燃焼ガス流路とを渦巻状に配置した、所謂スイスロール型が提案されている。スイスロール型は、未燃焼ガスを十分に予熱することが可能であり、これにより燃焼室での安定した超過エンタルピ燃焼を実現している。
The micro combustor is a small combustion heater having a diameter of about several centimeters, and has a combustion chamber, an unburned gas passage, and a combustion gas passage in a main body container. And the unburned gas flowing through the unburned gas flow path is preheated by the heat of the combustion gas flowing through the combustion gas flow path, and the extinction distance where the flame cannot normally propagate through the dimensions of the portion facing the combustion chamber in the unburned gas flow path By forming it smaller than this, excess enthalpy combustion is realized in the combustion chamber.
As a micro combustor, a so-called Swiss roll type in which an unburned gas flow path and a combustion gas flow path are arranged in a spiral shape around a combustion chamber has been proposed. The Swiss roll type can sufficiently preheat the unburned gas, thereby realizing stable excess enthalpy combustion in the combustion chamber.
ところで、スイスロール型マイクロコンバスタは、本体容器内の中央部の狭い空間(燃焼室)で未燃焼ガスを燃焼させている。このため、燃焼負荷率(燃焼室内の単位体積あたりの発熱量)が極めて大きくなり、本体容器が局所的に劣化・損傷してしまうという問題がある。
また、流路の形状が複雑(渦巻状)であるために装置コストが高くなってしまうという問題があり、安価な装置の実現が要請されている。
By the way, the Swiss roll type micro combustor burns unburned gas in a narrow space (combustion chamber) in the center of the main body container. For this reason, there is a problem that the combustion load factor (the amount of heat generated per unit volume in the combustion chamber) becomes extremely large, and the main body container is locally degraded and damaged.
Moreover, since the shape of the flow path is complicated (spiral), there is a problem that the cost of the apparatus becomes high, and the realization of an inexpensive apparatus is required.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、燃焼室の体積を容易に増大させることで燃焼負荷率を抑えることが可能な燃焼加熱器を提案することを目的とする。また、簡単な構造の燃焼加熱器を提案することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the situation mentioned above, and it aims at proposing the combustion heater which can suppress a combustion load factor by increasing the volume of a combustion chamber easily. Another object of the present invention is to propose a combustion heater having a simple structure.
本発明に係る燃焼加熱器では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
本発明は、略平行に配置された略同一形状の一対の平板及び該一対の平板の外周を取り囲む外周壁とで構成される本体容器内に、燃焼室と、前記燃焼室に未燃焼ガスを導く未燃焼ガス流路と、前記燃焼室からの燃焼ガスを前記本体容器外に導く燃焼ガス流路と、前記未燃焼ガス流路と前記燃焼ガス流路とを隔てると共に前記燃焼ガスの熱で前記未燃焼ガスを予熱する伝熱壁と、を備える燃焼加熱器において、前記一対の平板の間に、前記未燃焼ガス流路と前記燃焼ガス流路とを、前記一対の平板に直交する方向に重ねて配置するようにした。
この発明によれば、複雑な流路を形成する必要ことなく、熱交換が可能な流路を有する装置を安価に実現することができる。
The combustion heater according to the present invention employs the following means in order to solve the above problems.
According to the present invention, a combustion chamber and unburned gas are introduced into the combustion chamber in a main body container composed of a pair of flat plates having substantially the same shape arranged in parallel and an outer peripheral wall surrounding the outer periphery of the pair of flat plates. The unburned gas flow path for guiding, the combustion gas flow path for guiding the combustion gas from the combustion chamber to the outside of the main body container, the unburned gas flow path and the combustion gas flow path are separated, and the heat of the combustion gas is used. In a combustion heater comprising a heat transfer wall for preheating the unburned gas, the unburned gas flow path and the combustion gas flow path are perpendicular to the pair of flat plates between the pair of flat plates. It was arranged so as to overlap.
According to the present invention, an apparatus having a flow path capable of heat exchange can be realized at low cost without the need to form a complicated flow path.
また、前記伝熱壁が、前記一対の平板よりも小形の平板からなると共に、前記一対の平板からそれぞれ離間して配置されるものでは、平板形の伝熱壁を配置するだけで、未燃焼ガス流路と燃焼ガス流路とを一対の平板に直交する方向に重ねて配置することができる。 Further, in the case where the heat transfer wall is made of a flat plate smaller than the pair of flat plates and is spaced apart from the pair of flat plates, the flat heat transfer wall is simply disposed, and the unheated The gas channel and the combustion gas channel can be arranged so as to overlap each other in a direction perpendicular to the pair of flat plates.
前記本体容器が、前記平板側から見て、略円形に形成されたり、矩形に形成されたりするものでは、被加熱物体の加熱に適した燃焼加熱器を得ることができる。
また、前記外周壁に沿って燃焼室を配置したものでは、燃焼室の体積を増大させることができるので、燃焼負荷率が低くなり、本体容器が局所的に劣化・損傷するという不具合が回避できる。
When the main body container is formed in a substantially circular shape or a rectangular shape when viewed from the flat plate side, a combustion heater suitable for heating an object to be heated can be obtained.
Further, in the case where the combustion chamber is arranged along the outer peripheral wall, the volume of the combustion chamber can be increased, so that the problem that the combustion load factor is lowered and the main body container is locally deteriorated or damaged can be avoided. .
本発明によれば以下の効果を得ることができる。
本体容器内の燃焼室の体積を容易に増大させることができるので、燃焼負荷率を低くすることができる。また、本体容器内に未燃焼ガス流路と燃焼ガス流路とを容易に形成することができ、安価な装置が実現できる。
なお、「未燃焼ガス」とは、燃焼前のガスを意味し、「燃焼ガス」とは、燃焼後のガスを意味する。
According to the present invention, the following effects can be obtained.
Since the volume of the combustion chamber in the main body container can be easily increased, the combustion load factor can be lowered. Further, the unburned gas passage and the combustion gas passage can be easily formed in the main body container, and an inexpensive apparatus can be realized.
“Unburned gas” means a gas before combustion, and “combusted gas” means a gas after combustion.
以下、本発明に係る燃焼加熱器について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る燃焼加熱器10の構成を示す斜視図及び断面図である。
燃焼加熱器10は、閉塞された本体容器11の内部空間で、都市ガス等の燃料ガスと燃焼用酸化剤ガスとしての空気とが予め混合された状態(予混合ガスG1)で供給される、所謂予混合タイプの燃焼加熱器である。
燃焼加熱器10の本体容器11は、円筒状の外周壁15の上下を円盤状の上壁16及び下壁17(以下、上下壁16,17ともいう)で閉塞してなるもので、外周壁15の高さに対して上壁16及び下壁17の直径が大きく形成される。
上下壁16,17は、本体容器11の外表面の大部分を占める。そして、この上下壁16,17が予混合ガスG1の燃焼によりそれぞれ加熱され、上下壁16,17から放出された熱により被加熱物(不図示)を加熱するようになっている。
なお、上下壁16,17は、伝熱性が高い材料(例えば、黄銅(真鍮)等)で形成される。また、外周壁15を上下壁16,17と同一の材料とすることで熱を放出する面として用いてもよい。
Hereinafter, a combustion heater according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view and a cross-sectional view showing a configuration of a
The
The
The upper and
The upper and
本体容器11内には、上下壁16,17よりも小さな直径を有する伝熱壁18が配置される。伝熱壁18は、外周壁15、上下壁16,17からそれぞれ離間しつつ、上下壁16,17に対して略平行に配置されている。なお、伝熱壁18は、上下壁16,17と同様に、伝熱性が高い材料で形成される。
これにより、下壁17と伝熱壁18に挟まれた円板形空間が、予混合ガス(未燃焼ガス)G1を燃焼室12に供給する予混合ガス流路13として形成される。
また、上壁16と伝熱壁18に挟まれた円板形空間が、燃焼室12からの燃焼ガスG2を外部に排出するための燃焼ガス流路14として形成される。
更に、外周壁15、上壁16、下壁17及び伝熱壁18に囲まれた円環形の空間、すなわち外周壁15に沿った空間が燃焼室12として形成される。なお、燃焼室12の一部には、着火装置(不図示)が設けられる。
つまり、図1(b)に示すように、本体容器11内には、その厚み方向(上壁16、下壁17に直交する方向)に、予混合ガス流路13と燃焼ガス流路14とが重ねて配置される。
A
As a result, a disk-shaped space sandwiched between the
A disk-shaped space sandwiched between the
Furthermore, an annular space surrounded by the outer
That is, as shown in FIG. 1B, the premixed
また、本体容器11の下壁17の中心部には、内側流路31と外側流路32とを備えた二重管30が接続される。
下壁17の中心部には、外側流路32の内径と同一径の穴17hが設けられており、この穴17hの外周部分に外側流路32が接続される。また、伝熱壁18の中心部には、内側流路31の内径と同一径の穴18hが設けられており、この穴18hの外周部分に内側流路31が接続される。
これにより、内側流路31と燃焼ガス流路14とが連結され、外側流路32と予混合ガス流路13とが連結される。
A
A hole 17h having the same diameter as the inner diameter of the
Thereby, the inner
このような構成により、二重管30の外側流路32に予混合ガスG1を供給すると、予混合ガスG1は本体容器11の中心部から予混合ガス流路13に流入し、更に外周壁15に沿って形成された円環形の燃焼室12に向けて放射状に流れる。
そして、予混合ガスG1が燃焼室12において燃焼することにより、燃焼ガスG2が発生する。この燃焼ガスG2は、燃焼室12から燃焼ガス流路14を介して本体容器11の中心部に向けて流れ、二重管30の内側流路31に流入する。
With such a configuration, when the premixed gas G1 is supplied to the
Then, the premixed gas G1 is combusted in the
この際、燃焼ガスG2の熱で予混合ガスG1が予熱される。上述したように、伝熱壁18は伝熱性が高い材料で形成されているため、燃焼ガスG2の熱は伝熱壁18を介して予混合ガスG1に伝えられる。特に、燃焼ガス流路14を流れる燃焼ガスG2と予混合ガス流路13を流れる予混合ガスG1とが、伝熱壁18を挟んで対向流(カウンタフロー)となっているので、燃焼ガスG2の熱で予混合ガスG1を効率的に予熱することが可能となっている。
このように、予混合ガスG1が燃焼室12に導入される前に十分に予熱されているので、燃焼室12において安定した燃焼が得られる。
At this time, the premixed gas G1 is preheated by the heat of the combustion gas G2. As described above, since the
Thus, since the premixed gas G1 is sufficiently preheated before being introduced into the
更に、燃焼室12において安定した燃焼を可能とするために、予混合ガス流路13の断面形状における代表寸法は、火炎を通さない(燃焼反応が伝播されない)程度の消炎距離(消炎等価径を含む)を考慮したものとなっている。
一般に、予混合ガスの消炎距離dは、管壁モデルの径の大きさで表されるものであり、式(1)により求められる。
d=2λ・Nu1/2/Cp・ρu・Su・・・式(1)
式(1)において、dは消炎距離、λは熱伝導率、Nuはヌセルト数、Cpは定圧比熱、ρuは予混合気密度、Suは燃焼速度である。
予混合ガス流路13の断面形状の代表寸法は、燃焼室12に臨む部位の断面形状によって異なる。例えば、流路断面形状が円形状である場合には、代表寸法は円形断面の直径を指し、流路断面形状が円形状以外である場合には、代表寸法は断面の水力相当直径を指す。
Furthermore, in order to enable stable combustion in the
In general, the extinction distance d of the premixed gas is expressed by the size of the diameter of the tube wall model, and is obtained by the equation (1).
d = 2λ · Nu 1/2 / C p · ρ u · S u (1)
In equation (1), d is the flame extinguishing distance, λ is the thermal conductivity, Nu is the Nusselt number, C p is the constant pressure specific heat, ρ u is the premixed gas density, and Su is the combustion rate.
The representative dimension of the cross-sectional shape of the premixed
ここで、水力相当直径は、以下の式(2)によって求められる。
水力相当直径D=4×流路断面積/ぬれ縁周辺長・・・式(2)
なお、代表寸法を採る部位は、燃焼室12に臨む部位に限らず、予混合ガス流路13のうち、本燃焼現象を支配する部位とする。
Here, the hydraulic equivalent diameter is obtained by the following equation (2).
Hydraulic equivalent diameter D = 4 × channel cross-sectional area / wetting edge periphery length (2)
In addition, the site | part which takes a representative dimension is not only the site | part which faces the
具体的には、図1(b)に示すように、下壁17と伝熱壁18との距離Lを消炎距離以下に規定する。これにより、火炎が予混合ガス流路13内に侵入することがなくなり、燃焼室12における安定燃焼が実現される。
Specifically, as shown in FIG. 1B, the distance L between the
予混合ガス流路13の代表寸法としては、下壁17と伝熱壁18との距離には限らない。例えば、図2(a)に示すように、伝熱壁18の下面18bの外周部に円環形の突起部25を設け、この突起部25と下壁17との距離Lを代表寸法としてもよい。
また、突起部25としては円環形に限らず、図2(b)に示すように、伝熱壁18の下面18bの外周部に複数の突起部26を所定の間隔を開けて等間隔に配置してもよい。この場合には、突起部26同士の間隔Lが代表寸法となる。
The representative dimension of the premixed
Further, the
以上のような構成により、燃焼加熱器10では、予混合ガスG1の燃焼が燃焼室12において安定して行われる。また、予混合ガスG1の流量を調整することにより、燃焼温度の正確な制御が可能となる。
With the above configuration, in the
また、本体容器11内の外周壁15に沿って燃焼室12を配置したので、燃焼室12の体積が増大する。これにより、燃焼負荷率が低くなるので、本体容器11が局所的に劣化・損傷するという不具合が回避される。
また、燃焼加熱器10は、本体容器11内に平板形の伝熱壁18を配置しているだけなので、予混合ガス流路13と燃焼ガス流路14とを容易に形成することができる。これにより、スイスロール型に比べて、安価な装置の実現が可能である。
In addition, since the
Moreover, since the
上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiments are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
例えば、図3に示すように、伝熱壁18の下面18bに複数の放熱用突起21を設けてもよい。放熱用突起21を設けることで、予混合ガスG1が伝熱壁18に触れる面積が増えて、より効率的に予混合ガスG1との熱交換が可能となる。
For example, as shown in FIG. 3, a plurality of
また、図4(a)に示すように、伝熱壁18の上面18aに複数の吸熱用突起22を設けてもよい。吸熱用突起22を設けることで、燃焼ガスG2が伝熱壁18に触れる面積が増えて、より効率的に伝熱壁18との熱交換が可能となる。
なお、本体容器11の上壁16に吸熱用突起を設けることで、より効率的に上壁16を加熱し、外部への放熱量を増やすようにしてもよい。
Further, as shown in FIG. 4A, a plurality of
In addition, you may make it heat the
また、例えば、図4(b)に示すように、伝熱壁18の上面18aに渦巻形の吸熱用突起23を設けてもよい。燃焼ガス流路14の流路長が延びるので、更に効率的に燃焼ガスG2と伝熱壁18との熱交換が可能となる。
Further, for example, as shown in FIG. 4B, a spiral
また、伝熱壁18の形状としては、円板形に限らず、図5に示すように、星型等に形成してもよい。このような形状とすることで、燃焼室12の体積を更に増やすことができる。
Further, the shape of the
また、本体容器11をその厚み方向から見た形状は、円形や楕円形の場合に限らず、三角若しくは四角又はそれ以上の多角形、或いは星型等であってもよい。
例えば、本体容器11をその厚み方向から見た形状が四角形の場合には、図6(a)に示すように、その四辺の全てに燃焼室12を配置してもよい。また、図6(b)に示すように、対向する二辺にのみ燃焼室12を配置してもよい。
更に、図6(c)に示すように、特定の一辺にのみ燃焼室12を配置してもよい。この場合には、予混合ガス流路13及び燃焼ガス流路14に連結する二重管30は本体容器11の中心部に設ける必要はない。
Further, the shape of the
For example, when the shape of the
Furthermore, as shown in FIG. 6C, the
また、燃料と燃焼用酸化剤を予め混合する「予混合タイプ」を例にして説明したが、燃焼室にて両者が混合して拡散燃焼を行う「拡散タイプ」の燃焼加熱器にも適用できる。 In addition, the “premix type” in which the fuel and the oxidant for combustion are mixed in advance has been described as an example. .
なお、二重管30の内側流路31と燃焼ガス流路14とが連結され、外側流路32と予混合ガス流路13とが連結される場合に限らない。すなわち、二重管30の内側流路31と予混合ガス流路13とが連結され、外側流路32と燃焼ガス流路14とが連結されてもよい。
また、必ずしも二重管30を用いる場合に限らず、下壁17に予混合ガス流路13に連結するガス供給管を接続し、上壁16に燃焼ガス流路14に連結するガス排出管を接続してもよい。
The
Further, the gas supply pipe connected to the premixed
また、図7に示すように、本体容器11内に、二枚の伝熱壁18,19を平行に配置することで、燃焼ガス流路14a、伝熱壁18、予混合ガス流路13、伝熱壁19、燃焼ガス流路14bが、本体容器11の厚み方向に重ねて配置されるようにしてもよい。このような構成により、上壁16と下壁17とが同様に加熱されるので、より均一に外部に熱を放熱することが可能となる。
In addition, as shown in FIG. 7, by arranging two
また、燃焼加熱器10は、外形が数cm程度の小型のものに限らず、数十cmから数m程度のものであってもよい。
Further, the
10…燃焼加熱器
11…本体容器
12…燃焼室
13…予混合ガス流路(未燃焼ガス流路)
14…燃焼ガス流路
15…外周壁
16…上壁(平板)
17…下壁(平板)
18,19…伝熱壁
18a…上面(燃焼ガス流路側の壁面)
18b…下面(未燃焼ガス流路側の壁面)
21…放熱用突起
22,23…吸熱用突起
25,26…突起部
30…二重管
31…内側流路(第二流路)
32…外側流路(第一流路)
G1…予混合ガス(未燃焼ガス)
G2…燃焼ガス
DESCRIPTION OF
14 ... Combustion
17 ... Lower wall (flat plate)
18, 19 ...
18b ... lower surface (wall surface on the unburned gas flow path side)
21 ...
32 ... Outer channel (first channel)
G1 ... Premixed gas (unburned gas)
G2 ... Combustion gas
Claims (5)
前記一対の平板の間に、前記未燃焼ガス流路と前記燃焼ガス流路とを、前記一対の平板に直交する方向に重ねて配置することを特徴とする燃焼加熱器。 An unburned gas that guides the unburned gas into the combustion chamber and the combustion chamber in a main body container constituted by a pair of flat plates of substantially the same shape arranged in parallel and an outer peripheral wall surrounding the outer periphery of the pair of flat plates The unburned gas is separated by a flow path, a combustion gas flow path for guiding the combustion gas from the combustion chamber to the outside of the main body container, the unburned gas flow path and the combustion gas flow path, and the heat of the combustion gas. A combustion heater comprising a heat transfer wall for preheating
A combustion heater, wherein the unburned gas flow path and the combustion gas flow path are arranged in a direction perpendicular to the pair of flat plates between the pair of flat plates.
The combustion heater according to any one of claims 1 to 4, wherein a combustion chamber is disposed along the outer peripheral wall.
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