JP2009210196A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被加熱流体を加熱する加熱装置における燃焼室を小さくすると共に燃焼室における火炎を安定させる。
【解決手段】消炎距離よりも小さく設定されたノズル孔１２を介してかつ火炎の維持が可能な流速にて噴出された可燃燃料を含む未燃ガスＧ１が燃焼されると共に上記燃焼による燃焼ガスＧ２が流れる第１流路Ｒ１と、上記該第１流路Ｒ１の周りに形成されると共に上記ノズル孔１２を介して供給される上記未燃ガスＧ１が流れる第２流路Ｒ２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加熱流体を加熱する加熱装置に関するものである。

飲食店や宿泊施設等においては、調理用の蒸気や風呂場用の温水を得るための小型の加熱装置が設置される場合がある。
例えば、特許文献１には、燃焼用空気と共に燃料を燃焼させることによって生じた高温の燃焼ガスによって配管内を流れる水を加熱し、これによって蒸気を得る加熱装置が開示されている。
また、加熱装置は、蒸気や温水の生成のためのみならず、様々な流体（被加熱流体）を加熱する際に用いられている。
特開２００７−１３９３５８号公報

ところで、従来の加熱装置においては、燃焼室内で完全燃焼する時間を確保するために、大きな燃焼室が必要とされている。このため、十分に加熱装置を小型化することができない。
そこで、未燃ガスを予め燃焼ガスによって加熱してから燃焼させることにより、小さな燃焼室でも火炎が安定に維持することがなされている。
しかしながら、燃焼ガスはかなり高温である。このため、未燃ガスが燃焼室に供給される前に過度に加熱されて未燃ガスが自着火したり、延焼が生じたりして、燃焼室外で燃焼してしまう虞がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、被加熱流体を加熱する加熱装置における燃焼室を小さくすると共に燃焼室における火炎を安定させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、消炎距離よりも小さく設定されたノズル孔を介してかつ火炎の維持が可能な流速にて噴出された可燃燃料を含む未燃ガスが燃焼されると共に上記燃焼による燃焼ガスが流れる第１流路と、上記該第１流路の周りに形成されると共に上記ノズル孔を介して供給される上記未燃ガスが流れる第２流路とを備えることを特徴とする。

このような特徴を有する本発明によれば、未燃ガスは、燃焼ガスが流れる第１流路の周りに形成された第２流路を流れることによって加熱される。
ここで、第２流路は第１流路の周りに形成されているため、その全周が第１流路と接触することがない。したがって、燃焼ガスから伝熱された熱量の一部が未燃ガスから放熱される。

また、本発明においては、上記第１流路に囲まれると共に被加熱流体が流れる第３流路を備えるという構成を採用する。

また、本発明においては、上記第３流路が第３配管の内部空間から構成され、上記第１流路が上記第３配管と該第３配管を同心円状に囲う第１配管とに挟まれた空間から構成され、上記第２流路が上記第１配管と該第１配管を同心円状に囲う第２配管とに挟まれた空間から構成されるという構成を採用する。

また、本発明においては、上記第３配管の外周面から上記第１流路に向けて突設される複数のフィンを備えるという構成を採用する。

また、本発明においては、上記第３配管は、所定間隔ごとに上記第１流路側と上記第２流路側とに屈曲されているという構成を採用する。

本発明によれば、未燃ガスが流れる第２流路が、燃焼ガスが流れる第１流路の周りに形成されているため、第２流路の全周が第１流路と接触することがなく、燃焼ガスから伝熱された熱量の一部が未燃ガスから放熱される。
このため、本発明によれば、未燃ガスを加熱することにより燃焼室を小さくすることが可能となると共に、未燃ガスが加熱され過ぎることを抑制して、燃焼室に安定な火炎を形成することが可能となる。
したがって、本発明によれば、被加熱流体を加熱する加熱装置における燃焼室を小さくすると共に燃焼室における火炎を安定させることが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る加熱装置の一実施形態について説明する。なお、以下の説明においては、本発明に係る加熱装置の一例として小型ボイラを挙げて説明する。また、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

（第１実施形態）
図１〜図３は、本実施形態の小型ボイラＢ１を模式的に示した概略構成図であり、図１が斜視図であり、図２が水平断面図であり、図３が鉛直断面図である。
これらの図に示すように、本実施形態の小型ボイラＢ１は、第１配管１（第１配管）と、第２配管２（第２配管）と、第３配管３（第３配管）とが平面視において同心に配置された三重管構造を有している。

第１配管１は、鉛直方向に延在されると共に下端１１が閉塞端とされる配管であり、下端１１近傍の側壁部には直径が未燃ガスの消炎距離よりも小さく設定されたノズル孔１２が複数形成されている。そして、第１配管１は、伝熱性の高い材料（例えば黄銅（真鍮）等）によって形成されている。

第２配管２は、鉛直方向に延在されると共に第１配管１を同心円状に囲う配管であり、下端２１が閉塞端とされ、第１配管１と同様に伝熱性の高い材料によって形成されている。

第３配管３は、鉛直方向に延在されると共に第１配管１内に挿通される配管であり、下端３１が閉塞端とされている。なお、この第３配管３は、第１配管１と第２配管２と同様に伝熱性の高い材料によって形成されることが好ましい。

そして、第３配管３の内部空間は、水（被加熱流体）Ｗが流れる水流路Ｒ３（第３流路）とされている。すなわち、本実施形態の小型ボイラＢ１において、水流路Ｒ３は、第３配管３の内部空間から構成されている。
水流路Ｒ３の下端近傍には、水流路Ｒ３に水Ｗを供給するための水供給部（不図示）が接続されており、当該水供給部によって水流路Ｒ３に流量調整された水Ｗが供給される。また、水流路Ｒ３の上端近傍には、水流路Ｒ３の水Ｗが蒸発することによって生成された蒸気を排出するための排出部（不図示）が接続されており、当該排出部によって水流路Ｒ３から流量調整された蒸気が外部に排出される。

また、第３配管３と第１配管１とに挟まれた空間は、未燃ガスＧ１が燃焼されると共に、未燃ガスＧ１が燃焼することによって生じる燃焼ガスＧ２が流れる燃焼ガス流路Ｒ１（第１流路）とされている。すなわち、本実施形態の小型ボイラＢ１において、燃焼ガス流路Ｒ１は、第３配管３と該第３配管を同心円状に囲う第１配管１とに挟まれた空間から構成されている。そして、水流路Ｒ３は、燃焼ガス流路Ｒ１に囲まれることとなる。
なお、燃焼ガス流路Ｒ１の下端近傍（ノズル孔１２近傍）は、ノズル孔１２から噴出した未燃ガスＧ１が燃焼する燃焼室Ｋとされている。そして、当該燃焼室Ｋには、不図示の着火装置が設けられている。

また、第１配管１と第２配管２とに挟まれた空間は、可燃燃料が含まれた未燃ガスＧ１の流れる未燃ガス流路Ｒ２（第２流路）とされている。すなわち、本実施形態の小型ボイラＢ１において、未燃ガス流路Ｒ２は、第１配管１と該第１配管を同心円状に囲う第２配管２とに挟まれた空間から構成されている。
なお、第２配管２は、上端部が未燃ガス流路Ｒ２に未燃ガスＧ１を供給するための未燃ガス供給装置（不図示）に接続されている。

また、未燃ガスＧ１としては、燃料と酸化剤との混合気を用いることができる。
そして、燃料としては、石油燃料や、天然ガス等を用いることができる。

このような構成を有する本実施形態の小型ボイラＢ１においては、まず第２配管２に接続された未燃ガス供給装置から未燃ガスＧ１が未燃ガス流路Ｒ２に供給され、第１配管１に形成されたノズル孔１２から噴出された未燃ガスＧ１に着火して燃焼させることによって燃焼室Ｋに火炎を形成する。そして、未燃ガスＧ１が燃焼されることによって生じた燃焼ガスＧ２が燃焼ガス流路Ｒ１を流れて排出される。

このように燃焼室Ｋに火炎が形成されると、燃焼ガス流路Ｒ１に高温の燃焼ガスＧ２が流れるため、未燃ガス流路Ｒ２を流れる未燃ガスＧ１が加熱される。すなわち、燃焼ガスＧ２の熱量が熱交換壁として機能する第１配管１を介して未燃ガスＧ１に伝熱され、この結果未燃ガスＧ１が加熱される。

燃焼ガスＧ２と熱交換されることによって加熱された未燃ガスＧ１は、加熱された状態でノズル孔１２を介して第１配管１の内部に噴出される。そして、ノズル孔１２から噴出された未燃ガスＧ１は、燃焼室Ｋで燃焼する。

そして、第１配管１に形成されたノズル孔１２が未燃ガスＧ１の燃焼室Ｋにおける燃焼環境での消炎距離よりも小さく設定されているため、火炎は、未燃ガス流路Ｒ２まで延焼することが抑制される。
さらに、未燃ガス流路Ｒ２が、燃焼ガス流路Ｒ１の周りに形成されているため、未燃ガス流路Ｒ２の全周が燃焼ガス流路Ｒ１と接触することがなく、燃焼ガスＧ２から伝熱された熱量の一部が未燃ガスＧ１から放熱される。このため、未燃ガスＧ１が加熱され過ぎることを抑制し、火炎が未燃ガス流路Ｒ２まで延焼すること、未燃ガスＧ１が自着火することが抑制される。
この結果、燃焼室Ｋにおいて火炎が安定され、燃焼が継続される。

また、上述のように、燃焼室Ｋにおける燃焼が継続されている状態にて、未燃ガス流路Ｒ２を介して燃焼室Ｋに供給される未燃ガスＧ１は、燃焼ガス流路Ｒ１を流れる燃焼ガスＧ２によって加熱されている。このため、燃焼室Ｋを従来の加熱装置における燃焼室と比較して極めて小さくしても安定な火炎を形成することができる。

このように燃焼室Ｋにて安定して火炎が形成されて燃焼が継続されている状態にて、水流路Ｒ３の水Ｗは、燃焼室Ｋの火炎、及び燃焼ガス流路Ｒ２の燃焼ガスＧ２によって加熱されて蒸発される。すなわち、燃焼により発生した熱が熱交換壁として機能する第２配管２を介して水Ｗに伝熱され、この結果水Ｗが加熱されて蒸発される。
そして、水Ｗが蒸発することによって生成された蒸気が不図示の排出部を介して小型ボイラＢ１の外部に排出される。
ここで、本実施形態の小型ボイラＢ２においては、水流路Ｒ３が、燃焼ガス流路Ｒ１に囲まれている。水流路Ｒ３の全周から水Ｗに熱量を伝熱することができ、水Ｗを効率的に加熱することができる。

以上のような本実施形態の小型ボイラＢ１によれば、未燃ガスＧ１が流れる未燃ガス流路Ｒ２が、燃焼ガスＧ２が流れる燃焼ガス流路Ｒ１の周りに形成されているため、未燃ガス流路Ｒ２の全周が未燃ガス流路Ｒ１と接触することがなく、燃焼ガスＧ２から伝熱された熱量の一部が未燃ガスＧ１から放熱される。
このため、本実施形態の小型ボイラＢ１によれば、未燃ガスＧ１を加熱することにより燃焼室Ｋを小さくすることが可能となると共に、未燃ガスＧ１が加熱され過ぎることを抑制して、燃焼室Ｋにおける火炎を安定させることが可能となる。
したがって、燃焼室Ｋを小さくすると共に燃焼室Ｋにおける火炎を安定させることが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本第２実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図４は、本実施形態の小型ボイラＢ２を模式的に示した概略構成図であり、鉛直断面図である。
この図に示すように、本実施形態の小型ボイラＢ２は、第２配管２を同心円状に囲む第４配管４を備えている。そして、第２配管２と第４配管４とに挟まれた空間が、水流路Ｒ３と接続されると共に水Ｗを貯留する貯留部５として構成されている。

このような構成を有する本実施形態の小型ボイラＢ２によれば、一度貯留部５に貯留された水Ｗが水流路Ｒ３に供給されるが、水Ｗは、貯留部５において未燃ガスＧ１から放熱された熱量の一部を受け取る。
このため、未燃ガスＧ１から放熱される熱量を水Ｗの加熱に利用することができ、より効率的に水Ｗを加熱することが可能となる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、本第３実施形態の説明においても、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図５は、本実施形態の小型ボイラＢ３の模式的な概略構成図であり、水平断面図である。
この図に示すように、本実施形態の小型ボイラＢ３は、第３配管３の外周面から燃焼ガス流路Ｒ１側に突設される複数のフィン１０を備えている。このフィン１０は、第３配管３と一体形成されており、第３配管３と同様に伝熱性の高い材料によって形成されている。

このような構成を有する本実施形態の小型ボイラＢ３によれば、フィン１０によって、燃焼ガス流路Ｒ１を流れる燃焼ガスＧ２と水流路Ｒ３を流れる水Ｗとの熱交換面積が増大し、より効率的に水Ｗを加熱することが可能となる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。なお、本第４実施形態の説明においても、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図７は、本実施形態の小型ボイラＢ４の模式的な概略構成図であり、水平断面図である。
この図に示すように、本実施形態の小型ボイラＢ４においては、第２配管２が所定間隔で燃焼ガス流路Ｒ１側と水流路Ｒ３側とに屈曲されて星型形状とされている。

このような構成を有する本実施形態の小型ボイラＢ４によれば、第３配管３が所定間隔で屈曲されて星型形状とされることによって、燃焼ガス流路Ｒ１を流れる燃焼ガスＧ２と水流路Ｒ３を流れる水Ｗとの熱交換面積が増大し、より効率的に水Ｗを加熱することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る加熱装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。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。

例えば、上記実施形態においては、加熱装置の一例として小型ボイラを挙げて説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、水を加熱してお湯とする湯沸かし器や、油やガスを加熱する装置等に適用することもできる。また、大型のボイラや、加熱した粉流体を用いる流動床ボイラ等の工業製品に適用することもできる。
また、本発明の加熱装置を循環型の流動床ボイラに適用する場合には、燃焼ガスを用いて粉流体を搬送することもできる。

また、上記第１〜第４実施形態における、第１配管１、第２配管２、第３配管３、及び第４配管４の外形及び断面形状は一例であり、任意に設定することができる。

本発明の第１実施形態における小型ボイラの模式的な概略構成を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態における小型ボイラの模式的な概略構成を示す水平断面図である。 本発明の第１実施形態における小型ボイラの模式的な概略構成を示す鉛直断面図である。 本発明の第２実施形態における小型ボイラの模式的な概略構成を示す鉛直断面図である。 本発明の第３実施形態における小型ボイラの模式的な概略構成を示す水平断面図である。 本発明の第４実施形態における小型ボイラの模式的な概略構成を示す水平断面図である。

符号の説明

Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４……小型ボイラ（加熱装置）、１……第１配管、１２……ノズル孔、２……第２配管、３……第３配管、４……第４配管、Ｒ１……燃焼ガス流路（第１流路）、Ｒ２……未燃ガス流路（第２流路）、Ｒ３……水流路（第３流路）、Ｇ１……未燃ガス、Ｇ２……燃焼ガス、Ｗ……水（被加熱流体）、Ｋ……燃焼室

Claims (5)

1. 消炎距離よりも小さく設定されたノズル孔を介してかつ火炎の維持が可能な流速にて噴出された可燃燃料を含む未燃ガスが燃焼されると共に前記燃焼による燃焼ガスが流れる第１流路と、
   前記該第１流路の周りに形成されると共に前記ノズル孔を介して供給される前記未燃ガスが流れる第２流路と
   を備えることを特徴とする加熱装置。
2. 前記第１流路に囲まれると共に被加熱流体が流れる第３流路を備えることを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
3. 前記第３流路が第３配管の内部空間から構成され、
   前記第１流路が前記第３配管と該第３配管を同心円状に囲う第１配管とに挟まれた空間から構成され、
   前記第２流路が前記第１配管と該第１配管を同心円状に囲う第２配管とに挟まれた空間から構成される
   ことを特徴とする請求項２記載の加熱装置。
4. 前記第３配管の外周面から前記第１流路に向けて突設される複数のフィンを備えることを特徴とする請求項３記載の加熱装置。
5. 前記第３配管は、所定間隔ごとに前記第１流路側と前記第２流路側とに屈曲されていることを特徴とする請求項３記載の加熱装置。
   
   
   

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