JP3978675B2 - 赤外線輻射ヒータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、赤外線輻射ヒータに関し、さらに詳しくは、空気と燃料との混合気を燃焼室内で燃焼させる型式における熱輻射体の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、赤外線輻射ヒータとしては、燃焼室内で発生した燃焼ガスを赤熱筒体内に導いて赤熱筒体を赤熱させて赤外線を放射させるようにした構成(例えば、特許文献1)、あるいは、燃焼室内の一面を放熱口部とし、その放熱口部に放熱ディスクを配置してこれを燃焼ガスに接触させて加熱することにより放熱ディスク外方に向けて赤外線を輻射する構成(例えば特許文献2)がある。
図7は、放熱ディスクの一例を示す図であり、同図において放熱ディスクAは図示しない赤外線ヒータの開口面を覆うことができる形状をなし、その表面には、燃焼ガス排出口A1として細孔あるいは、図7(c)、(d)に示されているように、ビード形状あるいは切り起こしによって放熱面積を減少させないようにしたガス排出口が多数設けられている。
【0003】
一方、赤外線を放射させるための構成としては、燃焼ガスに接触可能な位置に平面形状あるいは円筒形状の鉄板あるいは金網などで形成された輻射体を設け、輻射体を赤熱させて赤外線を放射させるようにした構成がある(例えば、特許文献3)。
【0004】
【特許文献1】
特開昭55−150404号公報(第3頁左上欄第11行乃至右上欄第7行、第2図)
【特許文献2】
特開昭52−26748号公報(第2頁右上欄第11行乃至左下欄第2行、第1図)
【特許文献3】
特開平11−117158号公報(段落「0002」欄、図2)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記各特許文献に示されている構成を用いた赤外線輻射ヒータにおいては、赤外線輻射率が低いという問題がある。つまり、放熱ディスクを用いた構成の場合には、そのディスクに排気用の細孔を明ける必要があることからその細孔の大きさによって赤外線輻射面積が減少することが原因して必要な赤外線輻射量を得にくくなることがある。
一方、輻射体を設けた構成においては、本発明者の実験によると、赤外線輻射率(燃料が燃焼したときに発生するエネルギーのうちで赤外線として輻射されたエネルギーの割合)が15%程度ときわめて低いことが判明した。
【0006】
比較的限られた容積を持つ室内で赤外線輻射ヒータを使用することにより室内温度を上げるためであれば、必ずしも赤外線の輻射率が高くなくても室温を上昇させることができるものの、広い空間を持つ場所や屋外などでの使用時には輻射率が高くないと暖かく感じにくくなることがあり、ヒータとしての機能を十分に発揮させることができない場合がある。このため、輻射率を燃焼量で調整することも考えられるが、この場合には、燃料の消費量が多くなり省エネルギー化に逆行する結果を招く。
また、輻射体として金網を複数枚重ねて構成した場合には、光の干渉作用により縞模様が発生することがあり見た感じが悪いという印象を受けることがある。
放熱ディスクに用いられる鉄板あるいは金網は、熱容量が大きいことが原因して温度の上下変化が緩慢であり、早期の温度上昇あるいは早期の冷却が得にくい場合がある。特に、消火後において早期に冷えにくいと、未だ燃焼が継続されているのと勘違いすることもある。
【0007】
本発明の目的は、上記従来の赤外線輻射ヒータにおける問題に鑑み、輻射特性を向上できると共に省エネルギー化が可能な構成を備えた赤外線輻射ヒータを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、燃料と空気とを混合させて燃焼室内で燃焼させるバーナを備え、上記燃焼室の一方に赤外線を輻射するための輻射体を設けた赤外線輻射ヒータにおいて、上記輻射体として、耐熱性金属の細線または耐熱性金属の箔を切断することにより得られる細片を用いたマットで構成すると共に、上記輻射体をなすマットには、その表面に、上記マット材料に比べて熱容量の大きい材質の耐熱金属製の金網が重ねられて配置されていることを特徴としている。
【0009】
請求項2記載の発明は、燃料と空気とを混合させて燃焼室内で燃焼させるバーナを備え、上記燃焼室の一方に赤外線を輻射するための輻射体を設けた赤外線輻射ヒータにおいて、上記輻射体として、シリコンカーバイトなどのセラミックス系材料により形成された細線または細片を用いたマットで構成すると共に、上記輻射体をなすマットには、その表面に、上記マット材料に比べて熱容量の大きい材質の耐熱金属製の金網が重ねられて配置されていることを特徴としている。
【0010】
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の発明に加えて、上記輻射体をなすマットは、複数積層されて用いられることを特徴としている。
【0011】
請求項4記載の発明は、請求項1または2記載の発明に加えて、上記輻射体をなすマットは、空間率が80%以上に設定されていることを特徴としている。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る赤外線輻射ヒータを示す図であり、同図において赤外線輻射ヒータ1は、燃焼装置2を備えており、燃焼装置2は基台3に搭載されている。
基台3は、燃料タンクを兼ねた構造とされ、長手方向一方の底面には車輪4が、そして長手方向他方には脚5がそれぞれ設けられて移動できるようになっている。
【0014】
燃焼装置2は、油タンクを兼ねた基台3の上面に搭載されたケーシング2Aとケーシング2Aの内部に収容されている燃焼室2Bとを備えている。
燃焼室2Bは、断熱材を用いて内部に燃焼空間を形成された構造を有し、基台3の長手方向に平行する方向の一方面にはバーナ6および送風ファン7がそれぞれ設けられ、基台3の長手方向に平行する方向の他方面には輻射体8が設けられている。
バーナ6は、先に挙げた特許文献に示されているものと同様にガンタイプのものが用いられており、バーナ6における火炎噴射側には火炎の拡散部材9が配設されている。
【0015】
輻射体8は、本実施形態における特徴部であり、図2(a)に示すように、燃焼室2Bを覆うことができる大きさおよび正面形状を持つマットで構成され、図示しない耐熱性の支持体によって基台3の長手方向に平行する方向の他方面に支持されている。この場合のマットとは、通常用いられるマットレスと同義語であり、いわゆる、厚さを持つ敷物状の部材を意味する。
輻射体8は、耐熱金属の細線あるいは耐熱金属の箔を切断することにより得られる細片を、厚さ数mmから20mm程度のマット状に成形した材料を用いて円筒形あるいは平面形に加工して構成されており、マット内の空間率が80%以上に設定されている。
輻射体8をなすマットは、単体で用いられることも可能であるが、図2(b)に示すように、複数積層して用いられる。この場合、マット自体の撓み剛性を補助するための骨材として、マット同士の間に耐熱性金属で形成された金網10が配置されて用いられる。
また、マットは、上述した燃焼室2Bを覆うことができるように、図1に示すように平面形状としたり、あるいは、図3に示すように、円筒形状として用いられることが可能な部材である。図3に示すように円筒形状として垂直方向に長手方向を有する状態に輻射体(便宜上、符号8’で示す)を設ける場合には、その下部が燃焼室(便宜上、符号2B’で示す)を内部に設けたケーシング2Aの一部に接合されて支持されている。なお、図3において、図1に示した部材は同符号により示されており、これら各部で構成されている赤外線輻射ヒータ(便宜上、符号1’で示す)は、据え置き型として用いることができる。
【0016】
本実施形態は以上のような構成であるので、燃焼ガスがマットで構成された輻射帯8に接触することになる。
輻射体8は燃焼室2Bを覆う面での表面積に関しては、板金ディスクに細孔を明けた構成と殆ど同じであるが、マットの構成、つまり細線あるいは細片で構成されて空間率が非常に高くなっているので、赤外線を放射できる表面積が極めて大きくなっており、これによって赤外線の放射量、つまり、輻射量も多くすることができる。
【0017】
一方、燃焼ガスはマット状に形成された輻射体8の細線あるいは細片の間を通過することができるので、その通過時に細線あるいは細片との接触機会が増やされることになる。これにより、マット状に形成された細線あるいは細片は効率よく加熱されることになり、マット状の輻射体8が少ない燃焼エネルギーによって高温に達することができる。
【0018】
本実施形態によれば、輻射体8を鉄板のディスクや金網などと同じ放射面を有しながら、放射面と直角な厚さ方向においても燃焼ガスとの接触機会を増やすことができるマット状に形成されているので、細線あるいは細片での受熱量が増加することにより赤外線の輻射効率を高めることができる。これにより、輻射面積と温度とで得られる赤外線の輻射量を増加させることが可能となる。
【0019】
上述した実施形態では、輻射体8の構成として耐熱金属製の細線あるいは耐熱金属を切断した細片によりマットを構成したが、これに代えてシリコンカーバイトなどのセラミックス系材料を用いた細線あるいは細片によりマットを構成しても良い。この場合においても、マットの空間率は前述した実施形態にあるのと同様に、80%以上とすることで前述した実施形態と同様な作用を得ることができる。
【0020】
本発明者は、本実施形態による赤外線輻射ヒータ1と従来の放熱ディスクを用いた赤外線輻射ヒータとを、放射効率、放射強度に関して比較実験したところ、図4乃至図6に示す結果を得た。これら実験に用いた従来の放熱ディスクはステンレス(SUS)製が用いられている。
放熱効率は、放熱部の中心水平面を放射強度が一様と仮定した上で33点法により半球面の放射量を算出し(図4)、放射効率=放射熱量/燃焼量として求めた。
図4乃至図6からも明らかなように、放射強度において従来のものに比べて向上した結果が得られる本実施形態では放熱効率も従来のものに比べて向上する結果が得られた。
【0021】
次に本発明の別の実施形態について説明する。
本実施形態は、輻射体8の表面、特に、燃焼ガスが直接接触する面と反対側の表面、つまり、赤外線輻射ヒータ1の外側面に相当する表面にマット材料に比べて熱容量が大きい部材を配置したことを特徴としている。
輻射体8の表面には、外径が0.1〜1.5mm程度の太さを持つ耐熱性金属線の金網がその表面を覆うようにして重ねられて配置されている。
【0022】
本実施形態は以上のような構成であるから、マット状の輻射体8の表面は、マット材料に比べて熱容量が大きい材質の金網が配置されていることによりマット材料の温度低下を防止することができる。つまり、マット状の輻射体8は、これを構成する部材が細線あるいは細片であるので熱容量が小さく、例えば、風に当たると急激に温度が低下しやすい。これに対して、耐熱性金属線で構成された金網はマット材料に比べて熱容量が大きいので、風による急激な温度低下が少ない。従って、輻射体8をなすマット材料の温度低下を抑制して輻射体8における赤外線の輻射効率が低下するのを防止することができる。このような作用により赤外線輻射ヒータを屋外で用いるような場合には、赤外線の輻射効率の低下をなくして迅速な温度上昇を維持することができる。
しかも、マットの表面に位置する耐熱金属製の金網は板金ディスクなどと違ってマット表面に占める面積が小さいので、温度の上下変化も緩慢な状態となりにくく、これにより、赤外線の放射温度に達するまでの時間短縮に加えて消火後の温度降下までの時間短縮が可能となる。
【0023】
【発明の効果】
請求項1または2記載の発明によれば、輻射体としてのマットを用いているので、金網などと違って表面のみでなく断面を含む赤外線の輻射面積を大きくすることができる。これにより、輻射面積と温度とで得られる赤外線の輻射量を増加させることができる。さらに、マットの表面に、熱容量の小さいマット材料に比べて熱容量が大きい材質の耐熱金属製の金網が重ねて配置されることによりマット表面での熱容量を高めることができる。これにより、赤外線を放射する表面積を高められているマットがその表面積の増加により外気との接触面積も多くなることで風が当たった際に急激な温度低下を生じるような場合でも温度低下を抑制して赤外線の輻射効率が低下するのを防止することが可能となる。しかも、マットの表面に位置する耐熱金属製の金網は板金ディスクなどと違ってマット表面に占める面積が小さいので、温度の上下変化も緩慢な状態となりにくく、これにより、赤外線の放射温度に達するまでの時間短縮に加えて消化後の温度降下までの時間短縮が可能となる。
【0024】
請求項3記載の発明によれば、輻射体をなすマットが積層されることにより輻射面積をさらに増加させることができ、これにより、輻射効率、つまり、燃料を燃焼させた際のエネルギーに対する赤外線として輻射されたエネルギーの割合を高めることができるので、輻射量を得るための燃焼量を少なくすることができ、省エネルギー化を促進することが可能となる。
【0025】
請求項4記載の発明によれば、マットの空間率が80パーセント以上に設定されていることにより、赤外線を放射する表面積が増大されることになり、これにより、赤外線の輻射効率を高めることが可能となる。
【0026】
請求項5記載の発明によれば、マットの表面に耐熱金属製の金網が重ねて配置されることによりマット表面での熱容量を高めることができる。これにより、赤外線を放射する表面積を高められているマットがその表面積の増加により外気との接触面積も多くなることで風が当たった際に急激な温度降下を生じるような場合でも温度低下を抑制して赤外線の輻射効率が低下するのを防止することが可能となる。しかも、マットの表面に位置する耐熱金属製の金網は板金ディスクなどと違ってマット表面に占める面積が小さいので、温度の上下変化も緩慢な状態となりにくく、これにより、赤外線の放射温度に達するまでの時間短縮に加えて消火後の温度降下までの時間短縮が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態による赤外線輻射ヒータの構成を説明するための断面図である。
【図2】図1に示した赤外線輻射ヒータに用いられる輻射体の構成を示す図であり、(a)は正面図、(b)は一部の拡大断面図である。
【図3】輻射体をなすマットの使用する場合の他の例を示す赤外線輻射ヒータの断面図である。
【図4】図1に示した赤外線輻射ヒータと従来の放熱ディスクを用いたヒータとの放熱効率に関わる輻射熱の放射量を算出した結果を示す線図である。
【図5】図4に示した放熱効率の比較結果を示す表図である。
【図6】図5に示した結果を別の形式で示した棒グラフである。
【図7】輻射体の従来例を示す図であり、(a)は正面図、(b)は(a)中、符号(b)で示す方向の図、(c)は(a)中、符号(c)で示す方向の図である。
【符号の説明】
1 赤外線輻射ヒータ
2 燃焼装置
2B 燃焼室
6 バーナ
7 送風ファン
8,8’ 輻射体
10 骨材として用いられる金網
Claims (4)
- 燃料と空気とを混合させて燃焼室内で燃焼させるバーナを備え、上記燃焼室の一方に赤外線を輻射するための輻射体を設けた赤外線輻射ヒータにおいて、
上記輻射体として、耐熱性金属の細線または耐熱性金属の箔を切断することにより得られる細片を用いたマットで構成すると共に、上記輻射体をなすマットには、その表面に、上記マット材料に比べて熱容量の大きい材質の耐熱金属製の金網が重ねられて配置されていることを特徴とする赤外線輻射ヒータ。 - 燃料と空気とを混合させて燃焼室内で燃焼させるバーナを備え、上記燃焼室の一方に赤外線を輻射するための輻射体を設けた赤外線輻射ヒータにおいて、
上記輻射体として、シリコンカーバイトなどのセラミックス系材料により形成された細線または細片を用いたマットで構成すると共に、上記輻射体をなすマットには、その表面に、上記マット材料に比べて熱容量の大きい材質の耐熱金属製の金網が重ねられて配置されていることを特徴とする赤外線輻射ヒータ。 - 請求項1または2記載の赤外線輻射ヒータにおいて、
上記輻射体をなすマットは、複数積層されて用いられることを特徴とする赤外線輻射ヒータ。 - 請求項1または2記載の赤外線輻射ヒータにおいて、
上記輻射体をなすマットは、空間率が80%以上に設定されていることを特徴とする赤外線輻射ヒータ。
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