JP2013029218A - 燃焼加熱器 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室の配置の自由度を高くする。
【解決手段】燃焼加熱器１１０は、加熱板１２６と、加熱板に対向配置された配置板１２０と、加熱板および配置板の外周に沿って配された外周壁１２２と、加熱板、配置板および外周壁によって囲繞される空間内において、加熱板および配置板と対向配置され、配置板との間の空隙によって導入部１３４を形成すると共に、加熱板との間の空隙によって導出部１４２を形成する仕切板１２４と、導入部と導出部を連通する連通部１３６と、連通部の近傍の導出部側において燃料ガスを燃焼する燃焼室１３８と、燃焼室に設けられ、燃焼室における燃料ガスの燃焼を維持する保炎部１４０と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料を燃焼させて被焼成物を加熱する燃焼加熱器に関する。

従来、燃料ガスを燃焼させた燃焼熱で輻射体を加熱し、輻射体の輻射面からの輻射熱で、工業材料や食品等を加熱するガスヒータが広く普及している。

また、排気ガスの熱で燃焼前の燃料ガスを予熱して熱効率を高める技術が提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、本体の外周に配された外周壁に接する燃焼室と、本体中央から燃焼室に燃料ガスを導く導入部と、燃焼後の排気ガスを本体中央に集中させて本体外に導く導出部とを備え、導入部と導出部とを仕切板を境界として隣接させる構成が記載されている。

特許第４４９４３４６号

例えば、上述した特許文献１の構成等の燃焼加熱器においては、燃焼室において導入部から流入した燃料ガスを外周壁に衝突させ滞留させることで保炎していた。この場合、燃焼室を外周壁に近接させなければない。

また、例えば、燃焼室を外周壁から離隔させることができれば、外周壁を介した燃焼室から燃焼加熱器外への放熱を抑制し、さらなる熱効率の向上が期待できる。

このように、燃焼室の配置の自由度が増せば、さらなる効率化の可能性が広がるため、燃焼加熱器の燃焼室の配置において、設計上の自由度の向上が求められている。

本発明は、このような課題に鑑み、燃焼室の配置の自由度を高くすることが可能な、燃焼加熱器を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の燃焼加熱器は、加熱板と、加熱板に対向配置された配置板と、加熱板および配置板の外周に沿って配された外周壁と、加熱板、配置板および外周壁によって囲繞される空間内において、加熱板および配置板と対向配置され、配置板との間の空隙によって導入部を形成すると共に、加熱板との間の空隙によって導出部を形成する仕切板と、導入部と導出部を連通する連通部と、連通部の近傍の導出部側において燃料ガスを燃焼する燃焼室と、燃焼室に設けられ、燃焼室における燃料ガスの燃焼を維持する保炎部と、を備えることを特徴とする。

連通部は、仕切板に設けられた１または複数の貫通孔であってもよい。

保炎部は、加熱板の、連通部に対向する位置に設けられた凹みを含んでもよい。

保炎部は、触媒を含んでもよい。

保炎部は、多孔質体を含んでもよい。

本発明によれば、燃焼室の配置の自由度を高くすることが可能となる。

第１の実施形態における燃焼加熱システムの外観例を示した外観斜視図である。 第１の実施形態における燃焼加熱システムの構造を説明するための組立図である。 図１のＩＩＩ‐ＩＩＩ線断面図である。 連通部および保炎部を説明するための説明図である。 図３の部分拡大図である。 第２の実施形態における燃焼加熱器を説明するための説明図である。 第３の実施形態における燃焼加熱器を説明するための説明図である。 第４の実施形態における燃焼加熱器を説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第１の実施形態：燃焼加熱システム１００）
図１は、第１の実施形態における燃焼加熱システム１００の外観例を示した外観斜視図である。本実施形態における燃焼加熱システム１００は、都市ガス等と燃焼用酸化剤ガスとしての空気とが本体容器に供給される前に混合される予混合タイプとするが、かかる場合に限定されず、所謂、拡散燃焼を行う拡散タイプであってもよい。

図１に示すように、燃焼加熱システム１００は、複数（ここでは２つ）の燃焼加熱器１１０を連設してなり、都市ガス等と空気との混合ガス（以下、「燃料ガス」という）の供給を受けて、それぞれの燃焼加熱器１１０で燃料ガスが燃焼することで、加熱される。そして、燃焼加熱システム１００では、その燃焼によって生じた排気ガスが回収される。

図２は、第１の実施形態における燃焼加熱システム１００の構造を説明するための組立図である。図２に示すように、燃焼加熱システム１００は、配置板１２０と、外周壁１２２と、仕切板１２４と、加熱板１２６とを含んで構成される。

配置板１２０は、耐熱性および耐酸化性が高い素材、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ：Stainless Used Steel）や、熱伝導率が低い素材等で形成される平板部材である。

外周壁１２２は、配置板１２０と外周面が面一となる外形を有する薄板部材で構成され、図示のように配置板１２０に積層される。この外周壁１２２には、内周がトラック形状（略平行な２つの線分と、その２つの線分をつなぐ２つの円弧（半円）からなる形状）をなし、厚さ方向（外周壁１２２と配置板１２０との積層方向）に貫通する２つの孔１２２ａが設けられている。

仕切板１２４は、配置板１２０と同様に、耐熱性および耐酸化性が高い素材、例えば、ステンレス鋼や、熱伝導率が高い素材、例えば、黄銅等で形成される。そして、仕切板１２４は、外周壁１２２の孔１２２ａの内周面に嵌合する外形形状を有する薄板状の部材で構成され、外周壁１２２の内側に配置板１２０と略平行に配置される。

加熱板１２６は、配置板１２０と同様、耐熱性および耐酸化性が高い素材、例えば、ステンレス鋼や、熱伝導率が高い素材、例えば、黄銅等で形成される薄板部材からなる。

そして、加熱板１２６は、配置板１２０および外周壁１２２と外周面が面一となる外形を有しており、外周壁１２２および仕切板１２４に積層される。このとき、加熱板１２６および配置板１２０は、互いに略平行（本実施形態における超過エンタルピ燃焼を起こさせるための実質的な平行）に対向配置されている。また、外周壁１２２は、加熱板１２６および配置板１２０の外周に沿って配され、仕切板１２４は、加熱板１２６、配置板１２０および外周壁１２２によって囲繞される空間内において、加熱板１２６および配置板１２０と対向配置されることとなる。

かかる配置板１２０、仕切板１２４、および加熱板１２６は、間に空隙が形成されれば、傾いて対向配置されてもよい。また、配置板１２０、仕切板１２４、および加熱板１２６は、その厚みに制限はなく、平板に限らず凹凸に形成されてもよい。

このように、燃焼加熱システム１００の本体容器は、外周壁１２２の上下を加熱板１２６および配置板１２０で閉塞してなるもので、外周面（外周壁１２２の外表面）の面積より上下壁面（加熱板１２６および配置板１２０の外表面）の面積の方が大きい。つまり、上下壁面は、本体容器の外表面の大部分を占める。

また、燃焼加熱システム１００には、２つの燃焼加熱器１１０が連設して構成されており、両燃焼加熱器１１０間の接続部位には、連設された燃焼加熱器１１０内の密閉空間を連通する火移り部１２８が形成されている。ただし、密閉空間といっても、気体中で用いる場合、必ずしも完全密閉する必要はない。本実施形態の燃焼加熱システム１００では、例えば、イグナイタ（図示せず）等の点火装置による１回の点火によって、火移り部１２８を通じて連設する燃焼加熱器１１０に火炎が広がって点火される。上記したように、燃焼加熱システム１００には２つの燃焼加熱器１１０が設けられるが、両燃焼加熱器１１０は同一の構成であるため、以下では、一方の燃焼加熱器１１０について説明する。

図３は、図１のＩＩＩ‐ＩＩＩ線断面図である。図３に示すように、配置板１２０には、燃焼加熱器１１０の中心部において厚さ方向に貫通する流入孔１３２が設けられている。この流入孔１３２には、燃料ガスが流通する第１配管部１３０が接続されており、流入孔１３２を介して燃料ガスが燃焼加熱器１１０の本体容器内に導かれる。

本体容器内では、導入部１３４と導出部１４２とが仕切板１２４に仕切られて隣接して形成される。仕切板１２４、導入部１３４、および導出部１４２の位置関係については後に図示する。

導入部１３４は、配置板１２０と仕切板１２４との間の空隙によって形成され、流入孔１３２から流入した燃料ガスを燃焼室１３８に放射状に導く。

連通部１３６は、本実施形態において、仕切板１２４に設けられた１または複数の貫通孔である。そして、連通部１３６は、導入部１３４と導出部１４２を連通する。

燃焼室１３８は、配置板１２０、加熱板１２６、および外周壁１２２で囲繞される空間内に配置される。また、燃焼室１３８は、連通部１３６の近傍の導出部１４２側に配置される。燃焼室１３８の任意の位置には、着火装置（図示せず）が設けられる。そして、燃焼室１３８では、導入部１３４から導入される燃料ガスが燃焼し、当該燃焼によって生成された排気ガスを導出部１４２に向けて導出する。

保炎部１４０は、燃焼室１３８に設けられ、燃焼室１３８における燃料ガスの燃焼を維持する。本実施形態において、保炎部１４０は、加熱板１２６のうち、連通部１３６に対向する位置に設けられた凹みである。

図４は、連通部１３６および保炎部１４０を説明するための説明図である。図４では、加熱板１２６と仕切板１２４をそれぞれ加熱板１２６と仕切板１２４との対向面を正面に捉えた正面図を示す。加熱板１２６に設けられた凹み（ハッチングで示す）である保炎部１４０は、図４（ａ）に示すように、例えば、仕切板１２４の外形と相似するトラック形状に形成される。また、連通部１３６も保炎部１４０に対向するようにトラック形状（図４（ａ）中、連通部１３６の中心をつなぐ仮想の線を破線で示す）に配される。

さらに、連通部１３６が配される位置はトラック形状に限らず、図４（ｂ）に示すように、仕切板１２４に列をなすように配列されてもよい。この場合、保炎部１４０は、例えば、各連通部１３６に対向する位置に設けられた複数の円形の凹みであってもよい。また、連通部１３６および保炎部１４０は、同心円状等、任意の位置に配されてよい。

また、図３に示すように、導出部１４２は、加熱板１２６と仕切板１２４との間の空隙によって形成され、燃焼室１３８における燃焼によって生じた排気ガスを、燃焼加熱器１１０の中心部に集約する。

上述したように、本体容器内では、導入部１３４と導出部１４２とが隣接して形成されているので、仕切板１２４を通じて排気ガスの熱を燃料ガスに伝達し、燃料ガスを予熱することができる。

輻射面１４４は、加熱板１２６の外側の面であり、導出部１４２を流通する排気ガスまたは燃焼室１３８における燃焼によって加熱され、被焼成物に輻射熱を伝熱する。

仕切板１２４には、燃焼加熱器１１０の中心部において厚さ方向に貫通する排気孔１４６が設けられている。この排気孔１４６には、内周部分に第２配管部１４８が嵌合されている。そして、輻射面１４４を加熱した後の排気ガスが排気孔１４６を介して燃焼加熱器１１０の外に導出される。

第２配管部１４８は、第１配管部１３０内部に配される。すなわち、第１配管部１３０と第２配管部１４８とで二重管を形成する。また、第２配管部１４８は、排気ガスの熱を、第１配管部１３０を流れる燃料ガスに伝達する役割も担う。

ここで、配置板１２０の流入孔１３２が形成された部位（縁部）が第１配管部１３０の端部に固定され、仕切板１２４の排気孔１４６は第１配管部１３０より突出している第２配管部１４８の端部に固定され、第１配管部１３０の端部と第２配管部１４８の端部の差分だけ、配置板１２０と仕切板１２４とが離隔している。

なお、本実施形態においては、流入孔１３２は配置板１２０に設けられ、排気孔１４６は仕切板１２４に設けられるが、流入孔１３２が仕切板１２４に設けられ、排気孔１４６が加熱板１２６に設けられてもよい。この場合、第１配管部１３０および第２配管部１４８を加熱板１２６側から導入部１３４および導出部１４２に挿通させ、第２配管部１４８の内部に第１配管部１３０が配されてもよい。また、第１配管部１３０または第２配管部１４８は、それぞれ別個に設けてもよく、この場合、流入孔１３２は、配置板１２０または仕切板１２４のいずれかに配置され、排気孔１４６は、加熱板１２６および仕切板１２４のいずれかに配置されればよい。

続いて、燃料ガスおよび排気ガスの流れを具体的に説明する。図５は、図３の部分拡大図である。図５では、断面図の左側の一部の拡大図を示す。図５中、白抜き矢印は燃料ガスの流れを、灰色で塗りつぶした矢印は排気ガスの流れを、黒色で塗りつぶした矢印は熱の移動を示す。第１配管部１３０に燃料ガスを導入すると、燃料ガスは流入孔１３２から導入部１３４に流入し、水平方向に放射状に広がりながら連通部１３６に向けて流れる。そして、燃料ガスは、連通部１３６を通って、燃焼室１３８の保炎部１４０に衝突し、流速が低下する（滞留する）。

燃料ガスは、燃焼室１３８において点火された火炎によって燃焼した後、高温の排気ガスとなり、排気ガスは導出部１４２を流れて加熱板１２６の輻射面１４４に伝熱した後、排気孔１４６を通じて第２配管部１４８から外部へ導出される。

仕切板１２４は、比較的、熱伝導し易い素材で形成されており、導出部１４２を通過する排気ガスの熱は、仕切板１２４を介して導入部１３４を通過する燃料ガスに伝わる。ここでは、導出部１４２を流れる排気ガスと導入部１３４を流れる燃料ガスとが、仕切板１２４を挟んで対向流（カウンタフロー）となっているため、排気ガスの熱で燃料ガスを効率的に予熱することが可能となり、高い熱効率を得ることができる。このように燃料ガスを予熱してから燃焼する、所謂、超過エンタルピ燃焼によって、燃料ガスの燃焼を安定化し、不完全燃焼によって生じるＣＯ（一酸化炭素）の濃度を極低濃度に抑えることができる。

また、本実施形態の燃焼加熱器１１０は、加熱板１２６に凹みからなる保炎部１４０を備えており、この凹みに燃料ガスを衝突させると、平面に衝突する場合に比べて燃料ガスが拡散し難いことから、当該燃料ガスに滞留を生じさせることができ、火炎を保炎することが可能となる。したがって、燃焼室１３８を外周壁１２２から離隔して設けても、火炎を保炎することができ、燃焼室１３８の配置の自由度、すなわち、燃焼加熱器１１０の設計の自由度が高い。そして、本実施形態のように、連通部１３６および燃焼室１３８の位置を外周壁１２２から離間させて配置すれば、外周壁１２２からの放熱が抑制され、熱効率を高めることが可能となる。

また、本実施形態の燃焼加熱器１１０によれば、加熱板１２６に凹みを設けるといった簡易な構成で保炎を行えるため、保炎のために特段の製造コストを要することもない。しかも、燃焼加熱器１１０は、凹みによって熱膨張を吸収できると共に、輻射面積が大きくなるため、排気ガスの接触面積が大きくなり、排気ガスから加熱板１２６への伝熱効率が向上し、輻射効率を高めることができる。

また、燃焼加熱器１１０は、連通部１３６を貫通孔とすることで、仕切板１２４に穿孔するといった簡易な処理で連通部１３６を作成でき、製造コストを低減できる。さらに、連通部１３６を複数設ける構成により、輻射面１４４を加熱する火炎が複数形成される。そのため、燃焼加熱器１１０は、輻射面１４４の加熱を均一化することが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態における保炎部２４０について説明する。第２の実施形態では、上記第１の実施形態と保炎部２４０が異なるので、ここでは上記第１の実施形態と同じ構成については説明を省略し、構成が異なる保炎部２４０についてのみ説明する。

図６は、第２の実施形態における燃焼加熱器２１０を説明するための説明図である。図６に示すように、本実施形態の保炎部２４０は、例えば、白金、バナジウム等の触媒を含んで構成される。このように、燃焼室１３８に触媒を配する構成によって、燃焼加熱器２１０は、燃焼が安定化し、燃焼可能な燃料ガスの濃度や温度の範囲を拡大することが可能となる。

また、本実施形態においても、上記第１の実施形態と同様の作用効果を実現可能である。すなわち、燃焼加熱器２１０は、保炎部２４０を備え、燃焼室１３８の配置の自由度が高い。そのため、例えば、連通部１３６および燃焼室１３８の位置を外周壁１２２から離間させて配置でき、外周壁１２２からの放熱を抑制し、熱効率を高めることが可能となる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態における保炎部３４０について説明する。第３の実施形態では、上記第１の実施形態と保炎部３４０が異なるので、ここでは上記第１の実施形態と同じ構成については説明を省略し、構成が異なる保炎部３４０についてのみ説明する。

図７は、第３の実施形態における燃焼加熱器３１０を説明するための説明図である。図７に示すように、本実施形態の保炎部３４０は、多孔質体を含んで構成される。多孔質体は、例えば、メタルニット、焼結金属、セラミック、金網、パンチングメタル、波板を組み合わせたもの等からなる。燃焼室１３８に多孔質体を配する構成によって、燃焼加熱器１１０は、保炎性が高まり燃焼が安定化する。

また、本実施形態においても、上記第１の実施形態と同様の作用効果を実現可能である。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態における連通部４３６について説明する。第４の実施形態では、上記第１の実施形態と連通部４３６が異なるので、ここでは上記第１の実施形態と同じ構成については説明を省略し、構成が異なる連通部４３６についてのみ説明する。

図８は、第４の実施形態における燃焼加熱器４１０を説明するための説明図である。図８に示すように、本実施形態においては、仕切板１２４と外周壁１２２との間に隙間を設け、連通部４３６とする。この場合、本実施形態のように保炎部２４０として触媒を設けたり、または、多孔質体を設けたりすることで、燃焼室１３８の配置を外周壁１２２から遠ざけ、排気孔１４６側に近寄らせることができる。この場合、保炎部３４０によって逆火が抑制されるため、逆火防止の絞り等の構成は不要となる。

また、例えば、仕切板１２４の燃焼室１３８より外周壁１２２側に、導出部１４２の流路を絞る突起部を設けてもよい。かかる構成により、燃料ガスが突起部を回り込むように流れることで突起部の燃焼室１３８側に滞留が生じ、保炎性がさらに向上する。

また、本実施形態においても、上記第１の実施形態と同様の作用効果を実現可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記各実施形態においては、保炎部を、凹み、多孔質体、触媒のいずれかで構成する場合について説明したが、保炎部は、凹み、多孔質体、触媒のうち、複数を含んでもよい。また、保炎部の構成は、凹み、多孔質体、触媒に限らない。いずれにしても、保炎部は、燃焼室内で燃料ガスの流れを淀ませて、保炎を可能にする構成であればよい。

また、上述した実施形態では、燃焼加熱器１１０が２つ連設された燃焼加熱システム１００を例に挙げたが、燃焼加熱システム１００とせずに、燃焼加熱器１１０を単体で用いてもよい。

本発明は、燃料を燃焼させて被焼成物を加熱する燃焼加熱器に利用することができる。

１１０ …燃焼加熱器
１２０ …配置板
１２２ …外周壁
１２４ …仕切板
１２６ …加熱板
１３４ …導入部
１３６、４３６ …連通部
１３８ …燃焼室
１４０、２４０、３４０ …保炎部
１４２ …導出部

Claims (5)

1. 加熱板と、
   前記加熱板に対向配置された配置板と、
   前記加熱板および前記配置板の外周に沿って配された外周壁と、
   前記加熱板、前記配置板および前記外周壁によって囲繞される空間内において、前記加熱板および前記配置板と対向配置され、該配置板との間の空隙によって導入部を形成すると共に、前記加熱板との間の空隙によって導出部を形成する仕切板と、
   前記導入部と前記導出部を連通する連通部と、
   前記連通部の近傍の前記導出部側において前記燃料ガスを燃焼する燃焼室と、
   前記燃焼室に設けられ、該燃焼室における前記燃料ガスの燃焼を維持する保炎部と、
   を備えることを特徴とする燃焼加熱器。
2. 前記連通部は、前記仕切板に設けられた１または複数の貫通孔であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼加熱器。
3. 前記保炎部は、前記加熱板の、前記連通部に対向する位置に設けられた凹みを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼加熱器。
4. 前記保炎部は、触媒を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の燃焼加熱器。
5. 前記保炎部は、多孔質体を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の燃焼加熱器。