JP4167773B2 - 液体加熱装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、揚げ物を揚げたり麺を茹でたりする場合に用いる油や水などの液体を、液槽内で加熱するための液体加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、油槽の底部下方に熱室と排気経路を形成してなるフライヤーなどの揚げ物機用液体加熱装置において、油槽への熱伝達効率を向上させる従来技術として、実開昭６１−６４８３７号明細書、図面に開示されているように、油槽の底部に断面凹字形の熱導路を設け、熱導路内にフィンを取り付けて、熱室内に設置されたバーナーの燃焼により熱せられた空気（以下、燃焼空気という）が排気経路へと導かれる過程の中で、燃焼空気の進行を遅くして、前記熱導路またはフィンを介して燃焼空気の熱エネルギーを回収して油槽に伝えて熱伝達効率を高めるものがある。熱導路が油槽の底面に設けられていることから熱伝達効率は上昇するが、熱室と排気経路出口の温度差（空気の密度差）を利用して燃焼空気を大気に放出する、いわゆる排気経路の煙突効果を利用していることから、燃焼空気が油槽への熱伝達効果を充分に達成する前に大気に放出されてしまい、それを補うために、バーナーの燃焼カロリーを上げて燃焼空気の温度を高める必要が生じる。
【０００３】
そこで、熱室と排気経路との接続部に下向き開口を設け、これに連結する横行ダクトを絞り込み形状にして、また、油槽底面を直接加熱するバーナー室とその後の燃焼空気を熱室に長時間溜めておくための滞留室に区分し、あるいは、前記熱室と滞留室に対応する油槽底面にスタッド（フィン）を設置して熱室内の燃焼空気の熱エネルギーを有効に回収する技術が実公平０２−６８９４号公報および特開平０８−１０１７５号公報に開示されている。
【０００４】
しかし、バーナーより発生した高温の燃焼空気は下流の排気経路に行くに従い、温度が低下し、体積も減少する（シャルル則）。従って、バーナー室と滞留室の前半部では燃焼空気が高密度である高温領域が、そして、滞留室後半部および熱室出口部では前者よりも低密度の低温領域部がそれぞれ発生し、特に熱室出口部では燃焼空気と排気ダクト内との温度差も相まって、高温層が熱室上方に、低温層が熱室下方に発生し、燃焼空気は熱室の上方つまり油槽底面に沿って進行するから、燃焼空気自体の温度が低下すると、低温層が障害となって排気経路へと導出されにくくなり、バーナー消火後再着火時には、滞留作用によって生じた燃焼生成物（ＮＯX など）の排出に時間がかかるという問題が発生する。
【０００５】
さらに、前記公知技術は、排気経路の煙突効果のみを利用しているので、排気経路に向かう燃焼空気と油槽底面との接触の仕方にムラがあり、油槽底面に満遍なく熱伝達効果をもたらすという目的が達成しにくいという問題が生じる。
【０００６】
また、バーナー室ではバーナーからの熱効果を直接油槽に及ぼすため、油槽に対向する位置、つまり熱室の底部（油槽の下方）にバーナーが設置されているが、バーナーは供給ガス量の調節や、燃焼生成物の除去などのメンテナンス機能も要求されるため、着脱が容易に行える必要がある。そのため、バーナーを熱室の底部に設けることは実用上メンテナンスが容易に行えるとはいえない。
【０００７】
以上の問題を解決するには、バーナーを熱室側面部に設置し、バーナーより発生する燃焼空気をできる限り長く熱室に止め、かつ油槽への熱伝達を達成した後の燃焼空気を排気経路より有効に排出できればよく、そのためには熱室内での燃焼空気の滞留時間が長く、なおかつ燃焼空気がバーナーから排気経路に向かって規則的に流れていけばよい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、バーナーより発生した燃焼空気を液槽底面全体にほとんどムラなく行き渡らせるとともに燃焼空気の滞留時間を長くすることで熱伝達効果を上昇させ、また、燃焼空気がバーナーから排気経路に向かって規則的に流れることで液槽への熱伝達を終えた燃焼空気を効率よく排出することのできる液体加熱装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の液体加熱装置は、液槽の底壁に熱室を連設して液槽内の液体を加熱する液体加熱装置において、前記熱室を、連通口を有する状態で平面視において千鳥状に設けた複数の仕切板により、バーナーを連結した一つの燃焼室と複数の燃焼空気対流室とに前記連通口を介して区画し、これにより、前記熱室に、前記バーナーによって発生した燃焼空気を前記燃焼室から前記連通口を介して複数の燃焼空気対流室に順次流すためのジグザグ状の流路を形成してあり、また、前記流路を流れる燃焼空気の温度降下に対応させて、前記燃焼室及び複数の燃焼空気対流室の各開口断面積のうち、燃焼室の開口断面積を最大とし、複数の燃焼空気対流室の各開口断面積においては、下流側の燃焼空気対流室ほど開口断面積が小となるようにしてあり、さらに、前記液槽の底壁下面において前記燃焼室、燃焼空気対流室及び連通口の上壁を構成する部分に、前記流路を下流側に向かう前記燃焼空気の流れに対応させて、前記燃焼空気の熱エネルギーを前記液槽に伝達する熱伝達媒体を固定してあるとともに、最下流の燃焼空気対流室に連結した該最下流の燃焼空気対流室開口断面積と略同一の開口断面積を有する排気通路により前記燃焼空気が当該液体加熱装置外部に排出されるようにしてある（請求項１）。
【００１０】
上記の構成により、バーナーより発生した燃焼空気を液槽底面全体にほとんどムラなく行き渡らせるとともに燃焼空気の滞留時間を長くすることで熱伝達効果が向上し、液槽の均一加熱が実現できる。また、燃焼空気が燃焼室から排気経路に向かって規則的に流れることで液槽への熱伝達を終えた燃焼空気を効率よく排出することのできる液体加熱装置を提供することが可能となる。
【００１１】
ここで、前記熱伝達媒体は、水平部分と一対の垂直部分とを有する開口部が下方向きの縦断面コの字形状の板状体であり、前記水平部分を液槽の底壁に固定してあってもよく（請求項２）、また、前記熱伝達媒体は、前記液槽の底壁下面に固定される二つの固定部と、これら二つの固定部の間において二つの固定部よりも下方に位置する平底部と、該平底部と前記二つの固定部とをつなぐ二つの傾斜部とを有し、前記平底部と前記二つの傾斜部と前記液槽の底壁とにより囲まれて形成された流路に燃焼空気を流すようにしてあってもよく（請求項３）、さらに、前記熱伝達媒体は、前記液槽の底壁下面に固定される水平部分と、この水平部分に連なり前記熱室の下層にまで延びた縦断面がノの字形状であるノの字形状部分とを有する板状をしており、前記熱室の下層を流れる燃焼空気を前記ノの字形状部分により前記液槽の底壁へと導くようにしてあってもよい（請求項４）。
【００１２】
また、前記燃焼空気対流室に、前記燃焼空気を前記熱伝達媒体および液槽底壁に導くための変流板を設けた場合には、対流室内を流れる燃焼空気を燃焼空気対流室の上部液槽底壁下面に導出し、前記熱伝達媒体を介して液槽に熱エネルギーを有効に回収することが可能となる（請求項５）。
【００１３】
また、前記液槽の底壁下面において前記燃焼室、燃焼空気対流室及び連通口の上壁を構成する部分に、前記流路を下流側に向かう前記燃焼空気の流れに対応させて円弧状の凹入部を設けてあり、前記熱伝達媒体が、前記円弧状の凹入部を跨いで、燃焼空気を前記円弧状の凹入部に導出し且つ燃焼空気の熱エネルギーを前記液槽に伝えるようにした場合には、凹入部を円弧状とすることで液槽内に放射状に熱エネルギーを伝えることができるとともに、該凹入部を跨いで取り付けた熱伝達媒体からも液槽内に熱エネルギーを伝達することができるため、より効果的な液槽の均一加熱が実現できる（請求項６）。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を、図を参照しながら説明する。
図１（Ａ）は本発明の第一実施例における揚げ物機用液体加熱装置Ｄの正面からの縦断面図であり、図１（Ｂ）は液体加熱装置Ｄの側面からの縦断面図である。また、図２は液体加熱装置Ｄの横断面図である。
液体加熱装置Ｄは油が収容される液槽１と、液槽１内の油を熱するために液槽１の底壁１ａ下方に設けられた熱室２と、熱室２内を流通する燃焼空気Ｇを排出するための排気通路３とから構成されている。ほぼ直方体形状の液槽１の底壁１ａ下面には複数の円弧状の凹入部４が並列に設けられており、また、各凹入部４には、複数の熱伝達媒体５が凹入部４を跨ぐようにして設けられている。詳細は後述する。
【００１５】
液槽１に連設されている熱室２は、底壁２ａと４つの側壁１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを有し、液槽１の底壁１ａが熱室２の上壁となっている。また、熱室２の内部は、中間板２ｂおよび傾斜面部１３により、上下に分割され、中間板２ｂおよび傾斜面部１３の下方には中空の空間断熱層１４が形成される。さらに、熱室２内において、中間板２ｂおよび傾斜面部１３の上方は、３枚の仕切板６ａ、６ｂ、６ｃが、それぞれ連通口７を有するように平面視において千鳥状に設けられており、仕切板６ａ、６ｃは側壁１０ａに垂直に当接するように設けられ、仕切板６ｂは側壁１０ｃに垂直に当接するように設けられていることにより、燃焼室８と３つの燃焼空気対流室９ａ、９ｂ、９ｃとに区画される。即ち、仕切板６ａ、側壁１０ａ、１０ｂ、１０ｃによって一つの連通口７を有する燃焼室８が、仕切板６ａ、６ｂ、側壁１０ａ、１０ｃによって二つの連通口７、７を有する燃焼空気対流室９ａが、仕切板６ｂ、６ｃ、側壁１０ａ、１０ｃによって同じく二つの連通口７、７を有する燃焼空気対流室９ｂが、仕切板６ｃ、側壁１０ａ、１０ｃ、１０ｄによって一つの連通口７を有する燃焼空気対流室９ｃがそれぞれ区画され形成されている。
【００１６】
燃焼空気対流室９ａ、９ｂ、９ｃのそれぞれ底部は中間板２ｂにより形成され、中間板２ｂの上面である床面２ｃにはセラミックなどの熱線放射板が、また、燃焼空気対流室９ｃの下流には排気通路３の一端を形成する排出口１５がそれぞれ設けられている。
【００１７】
前記燃焼室８の側壁１０ａには送風機およびバーナー（ともに図示せず）を備えたバーナー部１１が側壁１０ａに着脱自在に設けられていて、バーナーの炎１２および燃焼空気Ｇが支障をきたすことなく燃焼室８内に導入される構造となっている。また、バーナー部１１の側面には空気導入部１１’が設けられている。このようにバーナー部１１を熱室２の側面に設ければ、取り外しが簡単となるので、メンテナンスを容易に行うことができる。さらに、燃焼室８の底部には、上流側から順に、前記底壁２ａ、下流側ほど高くなる傾斜面部１３、中間板２ｂが形成されており、中間板２ｂの床面２ｃには前述したようなセラミックなどの熱線放射板が設けられている。
【００１８】
ここで、バーナー部１１から排気通路３までの燃焼空気Ｇの流れについて説明すると、まず、バーナー部１１から炎１２とともに燃焼室８に導入された燃焼空気Ｇは、燃焼室８の連通口７から燃焼空気対流室９ａ内に進入し、次いで燃焼空気対流室９ａの連通口７から燃焼空気対流室９ｂ内に入り、最後に燃焼空気対流室９ｂの連通口７から燃焼空気対流室９ｃ内に至り、そのまま燃焼空気対流室９ｃの下流にある排出口１５から燃焼空気対流室９ｃとほぼ同じ大きさの開口断面積を有する排気通路３へ導出される。
【００１９】
上記のようにして燃焼空気Ｇがバーナー部１１から排出口１５にジグザグ状に流れる過程において、燃焼空気Ｇの温度は必然的に下がり、その温度の低下に伴って、燃焼空気Ｇの体積は減少する。ここで、一定圧力下の気体の体積と温度の関係は、体積をＶ、温度をｔとすると、シャルルの法則により、
Ｖ＝Ｖ0 （１＋ｔ／２７３．１５）
と表せる。ここで、Ｖ0 は０°Ｃでの気体の体積である。ここで絶対温度Ｔを用いると上式は、
Ｖ＝Ｖ0 Ｔ／２７３．１５
と書ける。また、
Ｖ＝ｋ’Ｔ
と変形できる。ｋ’は比例定数である。すなわち、一定圧力の気体の体積は絶対温度に比例する。
【００２０】
以上のことから、燃焼空気Ｇの体積は、燃焼空気Ｇの絶対温度に比例して減少するので、この体積の減少に対応するように燃焼空気対流室９ａ、９ｂ、９ｃおよび燃焼室８の容積をあらかじめ減少させておけば、燃焼空気Ｇの体積に対する燃焼空気対流室９ａ、９ｂ、９ｃおよび燃焼室８の容積の割合を、どの点においてもほぼ等しくすることができ、流速を落とさずに燃焼空気Ｇを規則的に流すことが可能となる。また、燃焼空気対流室９ａ、９ｂ、９ｃおよび燃焼室８の容積を適宜に設定すれば、燃焼空気Ｇを充満状態にしたり、燃焼空気Ｇの流速を大きくすることもできる。このような理由により、側壁１０ｂと仕切板６ａの間隔、仕切板６ａと仕切板６ｂの間隔、仕切板６ｂと仕切板６ｃの間隔、仕切板６ｃと側壁１０ｄの間隔は、この順番で狭くなっている。
【００２１】
また、最下流の燃焼空気対流室９ｃと排気通路３の開口断面積をほぼ同じ大きさとしてあるので、最下流まで流れてきた燃焼空気Ｇを滞りなくかつ規則的に排気通路３へと流すことが可能となる。
【００２２】
さらに、前記燃焼室８、燃焼空気対流室９ａ、９ｂ、９ｃの前記連通口７に対面する位置には、それぞれ平面視円弧形状の燃焼空気導出板１６…が設けられており、燃焼空気Ｇの流れをよりスムーズにする効果を有する。
【００２３】
図１（Ａ）の右上には前記熱伝達媒体５の概略的な構造を示す正面からの縦断面図を示しており、熱伝達媒体５は水平部分１７と一対の垂直部分１８、１８とを有する開口部が下方向きの縦断面コの字形状の板状体であり、各熱伝達媒体５は水平部分１７が円弧状の凹入部４を跨ぐようにして液槽１の底壁１ａに固定されている。なお、熱伝達媒体５の水平部分１７の左右と液槽１底部との接触部分と、円弧状の凹入部４の直径との比は、１：２：１の構成としたものが最も効果が高くなる。
【００２４】
そして、先端が下層にまで延びている垂直部分１８、１８によって、熱室２の上層および中層はもちろん、下層を流れる燃焼空気Ｇの有する熱エネルギーも液槽１に伝達される。
【００２５】
熱伝達媒体５は、燃焼室８、燃焼空気対流室９ａ、９ｂ内にはそれぞれ４つ、そして燃焼空気対流室９ｃ内には２つ設けられ、全ての熱伝達媒体５は互いに適度の間隔をあけて仕切板６ａ、６ｂ、６ｃと平行に並んでおり、各熱伝達媒体５の両端は、それぞれ側壁１０ａ、１０ｃの近くにまで設けられている。各熱伝達媒体５の幅は全て同じでもよいし、適宜変えてもよく、また、熱伝達媒体５の数や配置の仕方も上記の構成に限られるものではない。
【００２６】
ここで、液槽１底部の凹入部４を円弧状としたのは、液槽１内に熱をより均一に伝達するためであり、この凹入部４と、凹入部４に燃焼空気Ｇを導く熱伝達媒体５とを組み合わせて用いることで、熱伝達率を飛躍的に上昇させることができるようになる。また、熱伝達媒体５は、１つの凹入部４を跨ぐだけでなく、複数の凹入部４を跨ぐようにしてもよい。
【００２７】
図３（Ａ）は前記熱伝達媒体５の別実施例の概略的な構造を示す正面からの縦断面図であり、図３（Ｂ）はその側面からの縦断面図である。
熱伝達媒体５は水平部分１７’と縦断面ノの字形状部分１８’からなる板状体であり、各熱伝達媒体５は水平部分１７が円弧状の凹入部４を跨ぐようにして液槽１の底壁１ａに固定されている。
【００２８】
そして、先端が下層にまで延びているノの字形状部分１８によって、熱室２の下層を流れる燃焼空気Ｇが凹入部４へと導かれる。
【００２９】
図４は熱伝達媒体５の他の実施例の概略的な構造を示す正面からの縦断面図であり、熱伝達媒体５は、２つの固定部２０、２０と、平底部２１と、固定部２０と平底部２１をつなぐ２つの傾斜部２２とから構成され、２つの固定部が凹入部４の外側に固定され、熱伝達媒体５が凹入部４を覆うように設けられ、凹入部４と熱伝達媒体５により囲まれた流路２３が形成される。この構成によって、燃焼空気Ｇは流路２３の内部を通るものと外部を通るものとに分けられるが、より高温の燃焼空気Ｇが流路２３内を通り、そのなかでもさらに高温のものが凹入部４を形成している液槽１の底壁１ａに接触し、また、熱伝達媒体５の下方を流れる燃焼空気Ｇのうち、より高温のものが熱伝達媒体５に接触することから、効率よく熱伝達を行うことができる。
【００３０】
上記の構成を採用するとともに、後述する変流板１９を設ける場合には、変流板１９に対応する熱伝達媒体５の位置に間隙を設け、変流板１９により上方へ導かれる燃焼空気Ｇの流れを妨げないようにすれば、さらに効率のよい熱伝達を行うことが可能となる。なお、熱伝達媒体５の形状は、上記の３例に限定されるものではない。
【００３１】
図５（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ変流板１９の一例の構成を概略的に示す横断面図である。
図５（Ａ）の変流板１９は、燃焼空気対流室９ａ、９ｂの底部にそれぞれ２か所ずつ備えられている（図２参照）。変流板１９は縦断面ヘの字形状の板状体で、一面が燃焼空気対流室９ａ、９ｂの底部に固定され、他面が下流側ほど高くなる傾斜面を形成していることから、各対流室の下層を通る燃焼空気Ｇは、変流板１９により上方へ導かれることとなる。また、変流板１９の構造を、図５（Ｂ）に示すように、縦断面ノの字形状の板状体として、凹面を上側にするとともに下流側ほど高くなる傾斜面となるように燃焼空気対流室９ａ、９ｂの底部に固定しても、同様の効果が得られる。
【００３２】
図６（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ変流板１９の他の例の構成を概略的に示す横断面図である。
図６（Ａ）の変流板１９は燃焼空気対流室９ａ、９ｂの中層にそれぞれ２か所ずつ備えられている。燃焼空気対流室９ａ内の変流板１９の両端は、燃焼空気対流室９ａの側壁となる仕切板６ａ、６ｂに、そして、燃焼空気対流室９ｂ内の変流板１９の両端は、燃焼空気対流室９ｂの側壁となる仕切板６ｂ、６ｃにそれぞれ固定されている。変流板１９は縦断面ノの字形状の板状体で、凹面を上側にするとともに下流側ほど高くなる傾斜面となるように設けられていることから、各対流室の中層を通る燃焼空気Ｇは上方に導かれ、さらに、下層を通る燃焼空気Ｇの一部もその動きに引っ張られて上方へ導かれることになる。また、変流板１９の構造を、図６（Ｂ）に示すように、縦断面一の字形状の板状体にして、下流側ほど高くなるように傾斜させて設けることでも、同様の効果を得ることが可能である。
【００３３】
なお、変流板１９の構造は上記したものに限られるものではなく、また、変流板１９の数や位置は適宜変えてもよい。
【００３４】
図７（Ａ）は、本発明の第二実施例における液体加熱装置Ｄの横断面図である。構成などは第一実施例とほとんど同様であるが、相違点は、凹入部４および熱伝達媒体５が、連通口７に対応する位置においては、燃焼空気Ｇが各燃焼空気対流室９へと移動する流路方向に沿うように複数配置されている点であり、この点から、より細部にまで熱を効率的に伝達することが可能となる。
【００３５】
図７（Ｂ）は、本発明の第三実施例における液体加熱装置Ｄの横断面図である。構成などは第一実施例とほとんど同様であるが、相違点は、凹入部４および熱伝達媒体５が、途中で途切れない４つの通路状に設けられている点であり、この点から、より規則的に燃焼空気Ｇを流すことができる。
【００３６】
図８は、本発明の第四実施例における液体加熱装置Ｄの横断面図である。構成などは第一実施例とほとんど同様であるが、相違点は、凹入部４および熱伝達媒体５が、連通口７に対応する位置においては、連通口７を横切る方向に複数配置されている点であり、この点から、熱をより細部にまで伝達することが可能となる。
【００３７】
図９は、幅Ｂ＝８００ｍｍ、奥行きＡ＝１０００ｍｍ、高さＨ＝１００ｍｍの熱室２の外枠の構成を概略的に示す横断面図であり、側壁１０ａの右側から３０ｍｍの間隔をあけて設置された幅が２７０ｍｍのバーナー部１１から、４００００ｃａｌ／ｈの熱を送ったときの側壁１０ｃ付近における温度分布を点ａ〜ｌで計測した。
【００３８】
図９は、熱室２の区分比率の決定図でもある。横軸Ｂは側壁１０ｃ付近に設置した温度測定点ａ〜ｌに対応しており、縦軸Ｔは、前記温度測定点ａ〜ｌにおける測定温度に対応している。各温度測定点と測定温度の関係は、Ｂ−ｔ線によって示されている。Ｂ−ｔ線はθ０〜θ３の勾配を持つ４つの直線で近似的に示すことができ、４つの直線のそれぞれの境界点は点ｃ，ｆ，ｉである。それぞれの直線の勾配をみると、θ０が最も勾配が小さく温度測定点ａ、ｂ、ｃ間の温度差が最も小さく、ａ−ｃ間の距離は、対向面に取り付けたバーナーの幅と大きな違いがないことがわかる。従って、ａ−ｃ間はバーナーの熱的作用が直接及ぶ領域であること、即ち燃焼室８として設定可能な領域であることがわかる。 θ１およびθ２は大きな勾配差はなく、温度低下率もほぼ比例関係にあるため、ｃ−ｊ間は熱室での中温領域であると判断でき、４つの直線の中で最も勾配の大きい即ち測定温度差の大きいｉ−ｌ間と区分する必要がある。さらに、温度計測結果（図示せず）ではｌ点での測定温度はｂ点での測定温度の約三分の一となっており、これはｉ−ｌとａ−ｃの距離比にほぼ一致した結果となった。上記したシャルル則を合わせて考えると、熱室２をａ−ｃ、ｃ−ｆ、ｆ−ｉ、ｉ−ｌの４つに連通口７を有する仕切り板６ａ、６ｂ、６ｃにより区分すれば燃焼空気Ｇの温度および体積の減少に対応した熱室２の区分けが実現でき有効な燃焼空気Ｇの流れによる熱エネルギーの回収と熱伝達作用を終えた燃焼空気Ｇの有効排気が可能となる。以上が第１〜第４実施例に示した熱室２の区分に関する根拠であるが、熱室２を４つ以上に区分けする場合は、ａ−ｃに相当する燃焼室８およびｉ−ｌに相当する最下流の燃焼空気対流室９ｃは固定領域と考え、ｃ−ｆおよびｆ−ｉ間をさらに細分化することが考えられる。実用上は熱室２を４〜６室構造とすることが望ましい。
【００３９】
また、液槽が長い液量の大きい液体加熱装置を製作する場合は、上記において区分した熱室２を１ユニットとして、これを複数ユニット連設していけばよい。
【００４０】
液体加熱装置Ｄを冷却する場合には、バーナー部１１内のバーナーの燃焼を停止し、送風機により送風すれば、燃焼空気Ｇを排出して、より早く冷却することができる。
【００４１】
なお、上記３つの実施例における液槽１と熱室２を着脱自在としてもよい。
【００４２】
また、上記第一実施例において、燃焼空気対流室９ａ、９ｂ、９ｃの側面部、並びに燃焼室８の底面および側面部にセラミックなどの熱線放射板を取り付けてもよい。バーナー部１１ではバーナーの炎から赤外線が放出されており、その赤外線は熱室２底部に向かっても放出される。赤外線が物体に衝突すると発熱し、物体はその一部を吸収し、残りを外部に放出することが知られている。従って、燃焼室８の底部や傾斜面部１３に熱線放射板を取り付ければ、赤外線は熱室２の上方、即ち液槽１底部や熱伝達媒体５に向かって輻射熱という形で反射されるので、熱室２底部の熱エネルギーの回収にとっては有効であり、さらに、熱エネルギーの熱室２外部への拡散を阻止するという断熱効果をも奏することができる。熱線放射板としては、例えば酸化ニッケル、酸化鉄などを含有したセラミック板を採用すると、断熱と輻射の効果を同時に備えることができる。
【００４３】
そして、バーナーの炎の効果を直接受けない燃焼空気対流室９に設けると、前記セラミックは加熱されることにより赤外線（遠赤外線）を放出することが知られているので、燃焼空気Ｇにより昇温されると、熱室２上方に赤外線を放出するようになり、燃焼空気対流室９の熱エネルギーを回収することが可能となる。
【００４４】
また、変流板１９にも熱線放射板を採用すれば、燃焼空気Ｇを液槽１底部に導き熱エネルギーの有効回収をはかるという効果をさらに向上させることができるようになる。
【００４５】
ここで、液槽内の液体を昇温させる性能に関して、本発明の液体加熱装置と比較例の液体加熱装置との比較結果を示す。
なお、本発明の液体加熱装置としては、上記第一実施例に記載の液体加熱装置を用い、比較例の液体加熱装置としては、第一実施例の液体加熱装置の仕切板が無く、排出口の断面積が約２分の１のものを用いた。
【００４６】
まず、比較例の液体加熱装置において、液槽内に１９°Ｃの水２５０ｌを入れ、水温が９５°Ｃに昇温するまでの時間とガス消費量を測定し、熱効率を算出した。以下に結果を示す。
水 ２５０ ｌ
ガス消費量 ７８５８０ ｋｃａｌ／ｈ
昇温差 ７６ °Ｃ（１９ °Ｃ〜９５ °Ｃ）
昇温時間 ４０分５２秒
水の吸収熱量は
７６×２５０＝１９０００ ｋｃａｌ
ガスの消費量は
７８５８０×（２４５２／３６００）≒５３５２１ ｋｃａｌ
熱効率は
１９０００／５３５２１×１００≒３５．５％
【００４７】
次に、本発明の液体加熱装置において、液槽内に１７°Ｃの水２５０ｌを入れ、水温が９５°Ｃに昇温するまでの時間とガス消費量を測定し、熱効率を算出した。以下に結果を示す。
水 ２５０ ｌ
ガス消費量 ８８６４５ ｋｃａｌ／ｈ
昇温差 ７８ °Ｃ（１７ °Ｃ〜９５ °Ｃ）
昇温時間 ２７分２７秒
水の吸収熱量は
７８×２５０＝１９５００ ｋｃａｌ
ガスの消費量は
８８６４５×（１６４７／３６００）≒４０５５５ ｋｃａｌ
熱効率は
１９５００／４０５５５×１００≒４８．８％
【００４８】
以上の結果から、液体の加熱において、本発明の液体加熱装置を用いると、比較例の液体加熱装置の約１．４倍の熱効率をもって加熱することが可能となるといえる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液体加熱装置は、液槽の底壁に熱室を連設して液槽内の液体を加熱する液体加熱装置において、前記熱室を、連通口を有する状態で平面視において千鳥状に設けた複数の仕切板により、バーナーを連結した一つの燃焼室と複数の燃焼空気対流室とに前記連通口を介して区画し、これにより、前記熱室に、前記バーナーによって発生した燃焼空気を前記燃焼室から前記連通口を介して複数の燃焼空気対流室に順次流すためのジグザグ状の流路を形成してあり、また、前記流路を流れる燃焼空気の温度降下に対応させて、前記燃焼室及び複数の燃焼空気対流室の各開口断面積のうち、燃焼室の開口断面積を最大とし、複数の燃焼空気対流室の各開口断面積においては、下流側の燃焼空気対流室ほど開口断面積が小となるようにしてあり、さらに、前記液槽の底壁下面において前記燃焼室、燃焼空気対流室及び連通口の上壁を構成する部分に、前記流路を下流側に向かう前記燃焼空気の流れに対応させて、前記燃焼空気の熱エネルギーを前記液槽に伝達する熱伝達媒体を固定してあるとともに、最下流の燃焼空気対流室に連結した該最下流の燃焼空気対流室開口断面積と略同一の開口断面積を有する排気通路により前記燃焼空気が当該液体加熱装置外部に排出されるようにした。
【００５０】
上記の構成により、バーナーより発生した燃焼空気を液槽底面全体にほとんどムラなく行き渡らせるとともに燃焼空気の滞留時間を長くすることで熱伝達効果が向上し、液槽の均一加熱が実現できる。また、燃焼空気が燃焼室から排気経路に向かって規則的に流れることで液槽への熱伝達を終えた燃焼空気を効率よく排出することのできる液体加熱装置を提供することが可能となる。
【００５１】
また、前記燃焼空気対流室に、前記燃焼空気を前記熱伝達媒体および液槽底壁に導くための変流板を設けた場合には、対流室内を流れる燃焼空気を燃焼空気対流室の上部液槽底壁下面に導出し、前記熱伝達媒体を介して液槽に熱エネルギーを有効に回収することが可能となる。
【００５２】
また、前記液槽の底壁下面において前記燃焼室、燃焼空気対流室及び連通口の上壁を構成する部分に、前記流路を下流側に向かう前記燃焼空気の流れに対応させて円弧状の凹入部を設けてあり、前記熱伝達媒体が、前記円弧状の凹入部を跨いで、燃焼空気を前記円弧状の凹入部に導出し且つ燃焼空気の熱エネルギーを前記液槽に伝えるようにした場合には、凹入部を円弧状とすることで液槽内に放射状に熱エネルギーを伝えることができるとともに、該凹入部を跨いで取り付けた熱伝達媒体からも液槽内に熱エネルギーを伝達することができるため、より効果的な液槽の均一加熱が実現できる。
【００５３】
【図面の簡単な説明】
【図１】 （Ａ）は本発明の第一実施例における液体加熱装置の構成を概略的に示す正面からの縦断面図であり、（Ｂ）は同装置の構成を概略的に示す側面からの縦断面図である。
【図２】 同装置の構成を概略的に示す横断面図である。
【図３】 （Ａ）は熱伝達媒体の他の例を概略的に示す正面からの縦断面図であり、（Ｂ）はその側面からの縦断面図である。
【図４】 上記熱伝達媒体のまた別の例を概略的に示す正面からの縦断面図である。
【図５】 （Ａ）は同装置の変流板の構成を概略的に示す縦断面図であり、（Ｂ）は変流板の他の例の構成を概略的に示す縦断面図である。
【図６】 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同装置の変流板のさらに他の例の構成を概略的に示す縦断面図である。
【図７】 （Ａ）は本発明の第二実施例における液体加熱装置の構成を概略的に示す横断面図であり、（Ｂ）は本発明の第三実施例における液体加熱装置の構成を概略的に示す横断面図である。
【図８】 本発明の第四実施例における液体加熱装置の構成を概略的に示す横断面図である。
【図９】 本発明の液体加熱装置内の熱室の外枠の構成を概略的に示す横断面図に、前記熱室を熱したときの温度分布を概略的に示すグラフを対応させて表示した図である。
【符号の説明】
１…液槽、１ａ…底壁、２…熱室、３…排気通路、４…凹入部、５…熱伝達媒体、６…仕切板、６ａ…仕切板、６ｂ…仕切板、６ｃ…仕切板、７…連通口、８…燃焼室、９ａ…燃焼空気対流室、９ｂ…燃焼空気対流室、９ｃ…燃焼空気対流室、１３…傾斜面、１６…燃焼空気導出板、１９…変流板、Ｄ…液体加熱装置、Ｇ…燃焼空気。
【発明の属する技術分野】
本発明は、揚げ物を揚げたり麺を茹でたりする場合に用いる油や水などの液体を、液槽内で加熱するための液体加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、油槽の底部下方に熱室と排気経路を形成してなるフライヤーなどの揚げ物機用液体加熱装置において、油槽への熱伝達効率を向上させる従来技術として、実開昭６１−６４８３７号明細書、図面に開示されているように、油槽の底部に断面凹字形の熱導路を設け、熱導路内にフィンを取り付けて、熱室内に設置されたバーナーの燃焼により熱せられた空気（以下、燃焼空気という）が排気経路へと導かれる過程の中で、燃焼空気の進行を遅くして、前記熱導路またはフィンを介して燃焼空気の熱エネルギーを回収して油槽に伝えて熱伝達効率を高めるものがある。熱導路が油槽の底面に設けられていることから熱伝達効率は上昇するが、熱室と排気経路出口の温度差（空気の密度差）を利用して燃焼空気を大気に放出する、いわゆる排気経路の煙突効果を利用していることから、燃焼空気が油槽への熱伝達効果を充分に達成する前に大気に放出されてしまい、それを補うために、バーナーの燃焼カロリーを上げて燃焼空気の温度を高める必要が生じる。
【０００３】
そこで、熱室と排気経路との接続部に下向き開口を設け、これに連結する横行ダクトを絞り込み形状にして、また、油槽底面を直接加熱するバーナー室とその後の燃焼空気を熱室に長時間溜めておくための滞留室に区分し、あるいは、前記熱室と滞留室に対応する油槽底面にスタッド（フィン）を設置して熱室内の燃焼空気の熱エネルギーを有効に回収する技術が実公平０２−６８９４号公報および特開平０８−１０１７５号公報に開示されている。
【０００４】
しかし、バーナーより発生した高温の燃焼空気は下流の排気経路に行くに従い、温度が低下し、体積も減少する（シャルル則）。従って、バーナー室と滞留室の前半部では燃焼空気が高密度である高温領域が、そして、滞留室後半部および熱室出口部では前者よりも低密度の低温領域部がそれぞれ発生し、特に熱室出口部では燃焼空気と排気ダクト内との温度差も相まって、高温層が熱室上方に、低温層が熱室下方に発生し、燃焼空気は熱室の上方つまり油槽底面に沿って進行するから、燃焼空気自体の温度が低下すると、低温層が障害となって排気経路へと導出されにくくなり、バーナー消火後再着火時には、滞留作用によって生じた燃焼生成物（ＮＯX など）の排出に時間がかかるという問題が発生する。
【０００５】
さらに、前記公知技術は、排気経路の煙突効果のみを利用しているので、排気経路に向かう燃焼空気と油槽底面との接触の仕方にムラがあり、油槽底面に満遍なく熱伝達効果をもたらすという目的が達成しにくいという問題が生じる。
【０００６】
また、バーナー室ではバーナーからの熱効果を直接油槽に及ぼすため、油槽に対向する位置、つまり熱室の底部（油槽の下方）にバーナーが設置されているが、バーナーは供給ガス量の調節や、燃焼生成物の除去などのメンテナンス機能も要求されるため、着脱が容易に行える必要がある。そのため、バーナーを熱室の底部に設けることは実用上メンテナンスが容易に行えるとはいえない。
【０００７】
以上の問題を解決するには、バーナーを熱室側面部に設置し、バーナーより発生する燃焼空気をできる限り長く熱室に止め、かつ油槽への熱伝達を達成した後の燃焼空気を排気経路より有効に排出できればよく、そのためには熱室内での燃焼空気の滞留時間が長く、なおかつ燃焼空気がバーナーから排気経路に向かって規則的に流れていけばよい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、バーナーより発生した燃焼空気を液槽底面全体にほとんどムラなく行き渡らせるとともに燃焼空気の滞留時間を長くすることで熱伝達効果を上昇させ、また、燃焼空気がバーナーから排気経路に向かって規則的に流れることで液槽への熱伝達を終えた燃焼空気を効率よく排出することのできる液体加熱装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の液体加熱装置は、液槽の底壁に熱室を連設して液槽内の液体を加熱する液体加熱装置において、前記熱室を、連通口を有する状態で平面視において千鳥状に設けた複数の仕切板により、バーナーを連結した一つの燃焼室と複数の燃焼空気対流室とに前記連通口を介して区画し、これにより、前記熱室に、前記バーナーによって発生した燃焼空気を前記燃焼室から前記連通口を介して複数の燃焼空気対流室に順次流すためのジグザグ状の流路を形成してあり、また、前記流路を流れる燃焼空気の温度降下に対応させて、前記燃焼室及び複数の燃焼空気対流室の各開口断面積のうち、燃焼室の開口断面積を最大とし、複数の燃焼空気対流室の各開口断面積においては、下流側の燃焼空気対流室ほど開口断面積が小となるようにしてあり、さらに、前記液槽の底壁下面において前記燃焼室、燃焼空気対流室及び連通口の上壁を構成する部分に、前記流路を下流側に向かう前記燃焼空気の流れに対応させて、前記燃焼空気の熱エネルギーを前記液槽に伝達する熱伝達媒体を固定してあるとともに、最下流の燃焼空気対流室に連結した該最下流の燃焼空気対流室開口断面積と略同一の開口断面積を有する排気通路により前記燃焼空気が当該液体加熱装置外部に排出されるようにしてある（請求項１）。
【００１０】
上記の構成により、バーナーより発生した燃焼空気を液槽底面全体にほとんどムラなく行き渡らせるとともに燃焼空気の滞留時間を長くすることで熱伝達効果が向上し、液槽の均一加熱が実現できる。また、燃焼空気が燃焼室から排気経路に向かって規則的に流れることで液槽への熱伝達を終えた燃焼空気を効率よく排出することのできる液体加熱装置を提供することが可能となる。
【００１１】
ここで、前記熱伝達媒体は、水平部分と一対の垂直部分とを有する開口部が下方向きの縦断面コの字形状の板状体であり、前記水平部分を液槽の底壁に固定してあってもよく（請求項２）、また、前記熱伝達媒体は、前記液槽の底壁下面に固定される二つの固定部と、これら二つの固定部の間において二つの固定部よりも下方に位置する平底部と、該平底部と前記二つの固定部とをつなぐ二つの傾斜部とを有し、前記平底部と前記二つの傾斜部と前記液槽の底壁とにより囲まれて形成された流路に燃焼空気を流すようにしてあってもよく（請求項３）、さらに、前記熱伝達媒体は、前記液槽の底壁下面に固定される水平部分と、この水平部分に連なり前記熱室の下層にまで延びた縦断面がノの字形状であるノの字形状部分とを有する板状をしており、前記熱室の下層を流れる燃焼空気を前記ノの字形状部分により前記液槽の底壁へと導くようにしてあってもよい（請求項４）。
【００１２】
また、前記燃焼空気対流室に、前記燃焼空気を前記熱伝達媒体および液槽底壁に導くための変流板を設けた場合には、対流室内を流れる燃焼空気を燃焼空気対流室の上部液槽底壁下面に導出し、前記熱伝達媒体を介して液槽に熱エネルギーを有効に回収することが可能となる（請求項５）。
【００１３】
また、前記液槽の底壁下面において前記燃焼室、燃焼空気対流室及び連通口の上壁を構成する部分に、前記流路を下流側に向かう前記燃焼空気の流れに対応させて円弧状の凹入部を設けてあり、前記熱伝達媒体が、前記円弧状の凹入部を跨いで、燃焼空気を前記円弧状の凹入部に導出し且つ燃焼空気の熱エネルギーを前記液槽に伝えるようにした場合には、凹入部を円弧状とすることで液槽内に放射状に熱エネルギーを伝えることができるとともに、該凹入部を跨いで取り付けた熱伝達媒体からも液槽内に熱エネルギーを伝達することができるため、より効果的な液槽の均一加熱が実現できる（請求項６）。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を、図を参照しながら説明する。
図１（Ａ）は本発明の第一実施例における揚げ物機用液体加熱装置Ｄの正面からの縦断面図であり、図１（Ｂ）は液体加熱装置Ｄの側面からの縦断面図である。また、図２は液体加熱装置Ｄの横断面図である。
液体加熱装置Ｄは油が収容される液槽１と、液槽１内の油を熱するために液槽１の底壁１ａ下方に設けられた熱室２と、熱室２内を流通する燃焼空気Ｇを排出するための排気通路３とから構成されている。ほぼ直方体形状の液槽１の底壁１ａ下面には複数の円弧状の凹入部４が並列に設けられており、また、各凹入部４には、複数の熱伝達媒体５が凹入部４を跨ぐようにして設けられている。詳細は後述する。
【００１５】
液槽１に連設されている熱室２は、底壁２ａと４つの側壁１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを有し、液槽１の底壁１ａが熱室２の上壁となっている。また、熱室２の内部は、中間板２ｂおよび傾斜面部１３により、上下に分割され、中間板２ｂおよび傾斜面部１３の下方には中空の空間断熱層１４が形成される。さらに、熱室２内において、中間板２ｂおよび傾斜面部１３の上方は、３枚の仕切板６ａ、６ｂ、６ｃが、それぞれ連通口７を有するように平面視において千鳥状に設けられており、仕切板６ａ、６ｃは側壁１０ａに垂直に当接するように設けられ、仕切板６ｂは側壁１０ｃに垂直に当接するように設けられていることにより、燃焼室８と３つの燃焼空気対流室９ａ、９ｂ、９ｃとに区画される。即ち、仕切板６ａ、側壁１０ａ、１０ｂ、１０ｃによって一つの連通口７を有する燃焼室８が、仕切板６ａ、６ｂ、側壁１０ａ、１０ｃによって二つの連通口７、７を有する燃焼空気対流室９ａが、仕切板６ｂ、６ｃ、側壁１０ａ、１０ｃによって同じく二つの連通口７、７を有する燃焼空気対流室９ｂが、仕切板６ｃ、側壁１０ａ、１０ｃ、１０ｄによって一つの連通口７を有する燃焼空気対流室９ｃがそれぞれ区画され形成されている。
【００１６】
燃焼空気対流室９ａ、９ｂ、９ｃのそれぞれ底部は中間板２ｂにより形成され、中間板２ｂの上面である床面２ｃにはセラミックなどの熱線放射板が、また、燃焼空気対流室９ｃの下流には排気通路３の一端を形成する排出口１５がそれぞれ設けられている。
【００１７】
前記燃焼室８の側壁１０ａには送風機およびバーナー（ともに図示せず）を備えたバーナー部１１が側壁１０ａに着脱自在に設けられていて、バーナーの炎１２および燃焼空気Ｇが支障をきたすことなく燃焼室８内に導入される構造となっている。また、バーナー部１１の側面には空気導入部１１’が設けられている。このようにバーナー部１１を熱室２の側面に設ければ、取り外しが簡単となるので、メンテナンスを容易に行うことができる。さらに、燃焼室８の底部には、上流側から順に、前記底壁２ａ、下流側ほど高くなる傾斜面部１３、中間板２ｂが形成されており、中間板２ｂの床面２ｃには前述したようなセラミックなどの熱線放射板が設けられている。
【００１８】
ここで、バーナー部１１から排気通路３までの燃焼空気Ｇの流れについて説明すると、まず、バーナー部１１から炎１２とともに燃焼室８に導入された燃焼空気Ｇは、燃焼室８の連通口７から燃焼空気対流室９ａ内に進入し、次いで燃焼空気対流室９ａの連通口７から燃焼空気対流室９ｂ内に入り、最後に燃焼空気対流室９ｂの連通口７から燃焼空気対流室９ｃ内に至り、そのまま燃焼空気対流室９ｃの下流にある排出口１５から燃焼空気対流室９ｃとほぼ同じ大きさの開口断面積を有する排気通路３へ導出される。
【００１９】
上記のようにして燃焼空気Ｇがバーナー部１１から排出口１５にジグザグ状に流れる過程において、燃焼空気Ｇの温度は必然的に下がり、その温度の低下に伴って、燃焼空気Ｇの体積は減少する。ここで、一定圧力下の気体の体積と温度の関係は、体積をＶ、温度をｔとすると、シャルルの法則により、
Ｖ＝Ｖ0 （１＋ｔ／２７３．１５）
と表せる。ここで、Ｖ0 は０°Ｃでの気体の体積である。ここで絶対温度Ｔを用いると上式は、
Ｖ＝Ｖ0 Ｔ／２７３．１５
と書ける。また、
Ｖ＝ｋ’Ｔ
と変形できる。ｋ’は比例定数である。すなわち、一定圧力の気体の体積は絶対温度に比例する。
【００２０】
以上のことから、燃焼空気Ｇの体積は、燃焼空気Ｇの絶対温度に比例して減少するので、この体積の減少に対応するように燃焼空気対流室９ａ、９ｂ、９ｃおよび燃焼室８の容積をあらかじめ減少させておけば、燃焼空気Ｇの体積に対する燃焼空気対流室９ａ、９ｂ、９ｃおよび燃焼室８の容積の割合を、どの点においてもほぼ等しくすることができ、流速を落とさずに燃焼空気Ｇを規則的に流すことが可能となる。また、燃焼空気対流室９ａ、９ｂ、９ｃおよび燃焼室８の容積を適宜に設定すれば、燃焼空気Ｇを充満状態にしたり、燃焼空気Ｇの流速を大きくすることもできる。このような理由により、側壁１０ｂと仕切板６ａの間隔、仕切板６ａと仕切板６ｂの間隔、仕切板６ｂと仕切板６ｃの間隔、仕切板６ｃと側壁１０ｄの間隔は、この順番で狭くなっている。
【００２１】
また、最下流の燃焼空気対流室９ｃと排気通路３の開口断面積をほぼ同じ大きさとしてあるので、最下流まで流れてきた燃焼空気Ｇを滞りなくかつ規則的に排気通路３へと流すことが可能となる。
【００２２】
さらに、前記燃焼室８、燃焼空気対流室９ａ、９ｂ、９ｃの前記連通口７に対面する位置には、それぞれ平面視円弧形状の燃焼空気導出板１６…が設けられており、燃焼空気Ｇの流れをよりスムーズにする効果を有する。
【００２３】
図１（Ａ）の右上には前記熱伝達媒体５の概略的な構造を示す正面からの縦断面図を示しており、熱伝達媒体５は水平部分１７と一対の垂直部分１８、１８とを有する開口部が下方向きの縦断面コの字形状の板状体であり、各熱伝達媒体５は水平部分１７が円弧状の凹入部４を跨ぐようにして液槽１の底壁１ａに固定されている。なお、熱伝達媒体５の水平部分１７の左右と液槽１底部との接触部分と、円弧状の凹入部４の直径との比は、１：２：１の構成としたものが最も効果が高くなる。
【００２４】
そして、先端が下層にまで延びている垂直部分１８、１８によって、熱室２の上層および中層はもちろん、下層を流れる燃焼空気Ｇの有する熱エネルギーも液槽１に伝達される。
【００２５】
熱伝達媒体５は、燃焼室８、燃焼空気対流室９ａ、９ｂ内にはそれぞれ４つ、そして燃焼空気対流室９ｃ内には２つ設けられ、全ての熱伝達媒体５は互いに適度の間隔をあけて仕切板６ａ、６ｂ、６ｃと平行に並んでおり、各熱伝達媒体５の両端は、それぞれ側壁１０ａ、１０ｃの近くにまで設けられている。各熱伝達媒体５の幅は全て同じでもよいし、適宜変えてもよく、また、熱伝達媒体５の数や配置の仕方も上記の構成に限られるものではない。
【００２６】
ここで、液槽１底部の凹入部４を円弧状としたのは、液槽１内に熱をより均一に伝達するためであり、この凹入部４と、凹入部４に燃焼空気Ｇを導く熱伝達媒体５とを組み合わせて用いることで、熱伝達率を飛躍的に上昇させることができるようになる。また、熱伝達媒体５は、１つの凹入部４を跨ぐだけでなく、複数の凹入部４を跨ぐようにしてもよい。
【００２７】
図３（Ａ）は前記熱伝達媒体５の別実施例の概略的な構造を示す正面からの縦断面図であり、図３（Ｂ）はその側面からの縦断面図である。
熱伝達媒体５は水平部分１７’と縦断面ノの字形状部分１８’からなる板状体であり、各熱伝達媒体５は水平部分１７が円弧状の凹入部４を跨ぐようにして液槽１の底壁１ａに固定されている。
【００２８】
そして、先端が下層にまで延びているノの字形状部分１８によって、熱室２の下層を流れる燃焼空気Ｇが凹入部４へと導かれる。
【００２９】
図４は熱伝達媒体５の他の実施例の概略的な構造を示す正面からの縦断面図であり、熱伝達媒体５は、２つの固定部２０、２０と、平底部２１と、固定部２０と平底部２１をつなぐ２つの傾斜部２２とから構成され、２つの固定部が凹入部４の外側に固定され、熱伝達媒体５が凹入部４を覆うように設けられ、凹入部４と熱伝達媒体５により囲まれた流路２３が形成される。この構成によって、燃焼空気Ｇは流路２３の内部を通るものと外部を通るものとに分けられるが、より高温の燃焼空気Ｇが流路２３内を通り、そのなかでもさらに高温のものが凹入部４を形成している液槽１の底壁１ａに接触し、また、熱伝達媒体５の下方を流れる燃焼空気Ｇのうち、より高温のものが熱伝達媒体５に接触することから、効率よく熱伝達を行うことができる。
【００３０】
上記の構成を採用するとともに、後述する変流板１９を設ける場合には、変流板１９に対応する熱伝達媒体５の位置に間隙を設け、変流板１９により上方へ導かれる燃焼空気Ｇの流れを妨げないようにすれば、さらに効率のよい熱伝達を行うことが可能となる。なお、熱伝達媒体５の形状は、上記の３例に限定されるものではない。
【００３１】
図５（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ変流板１９の一例の構成を概略的に示す横断面図である。
図５（Ａ）の変流板１９は、燃焼空気対流室９ａ、９ｂの底部にそれぞれ２か所ずつ備えられている（図２参照）。変流板１９は縦断面ヘの字形状の板状体で、一面が燃焼空気対流室９ａ、９ｂの底部に固定され、他面が下流側ほど高くなる傾斜面を形成していることから、各対流室の下層を通る燃焼空気Ｇは、変流板１９により上方へ導かれることとなる。また、変流板１９の構造を、図５（Ｂ）に示すように、縦断面ノの字形状の板状体として、凹面を上側にするとともに下流側ほど高くなる傾斜面となるように燃焼空気対流室９ａ、９ｂの底部に固定しても、同様の効果が得られる。
【００３２】
図６（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ変流板１９の他の例の構成を概略的に示す横断面図である。
図６（Ａ）の変流板１９は燃焼空気対流室９ａ、９ｂの中層にそれぞれ２か所ずつ備えられている。燃焼空気対流室９ａ内の変流板１９の両端は、燃焼空気対流室９ａの側壁となる仕切板６ａ、６ｂに、そして、燃焼空気対流室９ｂ内の変流板１９の両端は、燃焼空気対流室９ｂの側壁となる仕切板６ｂ、６ｃにそれぞれ固定されている。変流板１９は縦断面ノの字形状の板状体で、凹面を上側にするとともに下流側ほど高くなる傾斜面となるように設けられていることから、各対流室の中層を通る燃焼空気Ｇは上方に導かれ、さらに、下層を通る燃焼空気Ｇの一部もその動きに引っ張られて上方へ導かれることになる。また、変流板１９の構造を、図６（Ｂ）に示すように、縦断面一の字形状の板状体にして、下流側ほど高くなるように傾斜させて設けることでも、同様の効果を得ることが可能である。
【００３３】
なお、変流板１９の構造は上記したものに限られるものではなく、また、変流板１９の数や位置は適宜変えてもよい。
【００３４】
図７（Ａ）は、本発明の第二実施例における液体加熱装置Ｄの横断面図である。構成などは第一実施例とほとんど同様であるが、相違点は、凹入部４および熱伝達媒体５が、連通口７に対応する位置においては、燃焼空気Ｇが各燃焼空気対流室９へと移動する流路方向に沿うように複数配置されている点であり、この点から、より細部にまで熱を効率的に伝達することが可能となる。
【００３５】
図７（Ｂ）は、本発明の第三実施例における液体加熱装置Ｄの横断面図である。構成などは第一実施例とほとんど同様であるが、相違点は、凹入部４および熱伝達媒体５が、途中で途切れない４つの通路状に設けられている点であり、この点から、より規則的に燃焼空気Ｇを流すことができる。
【００３６】
図８は、本発明の第四実施例における液体加熱装置Ｄの横断面図である。構成などは第一実施例とほとんど同様であるが、相違点は、凹入部４および熱伝達媒体５が、連通口７に対応する位置においては、連通口７を横切る方向に複数配置されている点であり、この点から、熱をより細部にまで伝達することが可能となる。
【００３７】
図９は、幅Ｂ＝８００ｍｍ、奥行きＡ＝１０００ｍｍ、高さＨ＝１００ｍｍの熱室２の外枠の構成を概略的に示す横断面図であり、側壁１０ａの右側から３０ｍｍの間隔をあけて設置された幅が２７０ｍｍのバーナー部１１から、４００００ｃａｌ／ｈの熱を送ったときの側壁１０ｃ付近における温度分布を点ａ〜ｌで計測した。
【００３８】
図９は、熱室２の区分比率の決定図でもある。横軸Ｂは側壁１０ｃ付近に設置した温度測定点ａ〜ｌに対応しており、縦軸Ｔは、前記温度測定点ａ〜ｌにおける測定温度に対応している。各温度測定点と測定温度の関係は、Ｂ−ｔ線によって示されている。Ｂ−ｔ線はθ０〜θ３の勾配を持つ４つの直線で近似的に示すことができ、４つの直線のそれぞれの境界点は点ｃ，ｆ，ｉである。それぞれの直線の勾配をみると、θ０が最も勾配が小さく温度測定点ａ、ｂ、ｃ間の温度差が最も小さく、ａ−ｃ間の距離は、対向面に取り付けたバーナーの幅と大きな違いがないことがわかる。従って、ａ−ｃ間はバーナーの熱的作用が直接及ぶ領域であること、即ち燃焼室８として設定可能な領域であることがわかる。 θ１およびθ２は大きな勾配差はなく、温度低下率もほぼ比例関係にあるため、ｃ−ｊ間は熱室での中温領域であると判断でき、４つの直線の中で最も勾配の大きい即ち測定温度差の大きいｉ−ｌ間と区分する必要がある。さらに、温度計測結果（図示せず）ではｌ点での測定温度はｂ点での測定温度の約三分の一となっており、これはｉ−ｌとａ−ｃの距離比にほぼ一致した結果となった。上記したシャルル則を合わせて考えると、熱室２をａ−ｃ、ｃ−ｆ、ｆ−ｉ、ｉ−ｌの４つに連通口７を有する仕切り板６ａ、６ｂ、６ｃにより区分すれば燃焼空気Ｇの温度および体積の減少に対応した熱室２の区分けが実現でき有効な燃焼空気Ｇの流れによる熱エネルギーの回収と熱伝達作用を終えた燃焼空気Ｇの有効排気が可能となる。以上が第１〜第４実施例に示した熱室２の区分に関する根拠であるが、熱室２を４つ以上に区分けする場合は、ａ−ｃに相当する燃焼室８およびｉ−ｌに相当する最下流の燃焼空気対流室９ｃは固定領域と考え、ｃ−ｆおよびｆ−ｉ間をさらに細分化することが考えられる。実用上は熱室２を４〜６室構造とすることが望ましい。
【００３９】
また、液槽が長い液量の大きい液体加熱装置を製作する場合は、上記において区分した熱室２を１ユニットとして、これを複数ユニット連設していけばよい。
【００４０】
液体加熱装置Ｄを冷却する場合には、バーナー部１１内のバーナーの燃焼を停止し、送風機により送風すれば、燃焼空気Ｇを排出して、より早く冷却することができる。
【００４１】
なお、上記３つの実施例における液槽１と熱室２を着脱自在としてもよい。
【００４２】
また、上記第一実施例において、燃焼空気対流室９ａ、９ｂ、９ｃの側面部、並びに燃焼室８の底面および側面部にセラミックなどの熱線放射板を取り付けてもよい。バーナー部１１ではバーナーの炎から赤外線が放出されており、その赤外線は熱室２底部に向かっても放出される。赤外線が物体に衝突すると発熱し、物体はその一部を吸収し、残りを外部に放出することが知られている。従って、燃焼室８の底部や傾斜面部１３に熱線放射板を取り付ければ、赤外線は熱室２の上方、即ち液槽１底部や熱伝達媒体５に向かって輻射熱という形で反射されるので、熱室２底部の熱エネルギーの回収にとっては有効であり、さらに、熱エネルギーの熱室２外部への拡散を阻止するという断熱効果をも奏することができる。熱線放射板としては、例えば酸化ニッケル、酸化鉄などを含有したセラミック板を採用すると、断熱と輻射の効果を同時に備えることができる。
【００４３】
そして、バーナーの炎の効果を直接受けない燃焼空気対流室９に設けると、前記セラミックは加熱されることにより赤外線（遠赤外線）を放出することが知られているので、燃焼空気Ｇにより昇温されると、熱室２上方に赤外線を放出するようになり、燃焼空気対流室９の熱エネルギーを回収することが可能となる。
【００４４】
また、変流板１９にも熱線放射板を採用すれば、燃焼空気Ｇを液槽１底部に導き熱エネルギーの有効回収をはかるという効果をさらに向上させることができるようになる。
【００４５】
ここで、液槽内の液体を昇温させる性能に関して、本発明の液体加熱装置と比較例の液体加熱装置との比較結果を示す。
なお、本発明の液体加熱装置としては、上記第一実施例に記載の液体加熱装置を用い、比較例の液体加熱装置としては、第一実施例の液体加熱装置の仕切板が無く、排出口の断面積が約２分の１のものを用いた。
【００４６】
まず、比較例の液体加熱装置において、液槽内に１９°Ｃの水２５０ｌを入れ、水温が９５°Ｃに昇温するまでの時間とガス消費量を測定し、熱効率を算出した。以下に結果を示す。
水 ２５０ ｌ
ガス消費量 ７８５８０ ｋｃａｌ／ｈ
昇温差 ７６ °Ｃ（１９ °Ｃ〜９５ °Ｃ）
昇温時間 ４０分５２秒
水の吸収熱量は
７６×２５０＝１９０００ ｋｃａｌ
ガスの消費量は
７８５８０×（２４５２／３６００）≒５３５２１ ｋｃａｌ
熱効率は
１９０００／５３５２１×１００≒３５．５％
【００４７】
次に、本発明の液体加熱装置において、液槽内に１７°Ｃの水２５０ｌを入れ、水温が９５°Ｃに昇温するまでの時間とガス消費量を測定し、熱効率を算出した。以下に結果を示す。
水 ２５０ ｌ
ガス消費量 ８８６４５ ｋｃａｌ／ｈ
昇温差 ７８ °Ｃ（１７ °Ｃ〜９５ °Ｃ）
昇温時間 ２７分２７秒
水の吸収熱量は
７８×２５０＝１９５００ ｋｃａｌ
ガスの消費量は
８８６４５×（１６４７／３６００）≒４０５５５ ｋｃａｌ
熱効率は
１９５００／４０５５５×１００≒４８．８％
【００４８】
以上の結果から、液体の加熱において、本発明の液体加熱装置を用いると、比較例の液体加熱装置の約１．４倍の熱効率をもって加熱することが可能となるといえる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の液体加熱装置は、液槽の底壁に熱室を連設して液槽内の液体を加熱する液体加熱装置において、前記熱室を、連通口を有する状態で平面視において千鳥状に設けた複数の仕切板により、バーナーを連結した一つの燃焼室と複数の燃焼空気対流室とに前記連通口を介して区画し、これにより、前記熱室に、前記バーナーによって発生した燃焼空気を前記燃焼室から前記連通口を介して複数の燃焼空気対流室に順次流すためのジグザグ状の流路を形成してあり、また、前記流路を流れる燃焼空気の温度降下に対応させて、前記燃焼室及び複数の燃焼空気対流室の各開口断面積のうち、燃焼室の開口断面積を最大とし、複数の燃焼空気対流室の各開口断面積においては、下流側の燃焼空気対流室ほど開口断面積が小となるようにしてあり、さらに、前記液槽の底壁下面において前記燃焼室、燃焼空気対流室及び連通口の上壁を構成する部分に、前記流路を下流側に向かう前記燃焼空気の流れに対応させて、前記燃焼空気の熱エネルギーを前記液槽に伝達する熱伝達媒体を固定してあるとともに、最下流の燃焼空気対流室に連結した該最下流の燃焼空気対流室開口断面積と略同一の開口断面積を有する排気通路により前記燃焼空気が当該液体加熱装置外部に排出されるようにした。
【００５０】
上記の構成により、バーナーより発生した燃焼空気を液槽底面全体にほとんどムラなく行き渡らせるとともに燃焼空気の滞留時間を長くすることで熱伝達効果が向上し、液槽の均一加熱が実現できる。また、燃焼空気が燃焼室から排気経路に向かって規則的に流れることで液槽への熱伝達を終えた燃焼空気を効率よく排出することのできる液体加熱装置を提供することが可能となる。
【００５１】
また、前記燃焼空気対流室に、前記燃焼空気を前記熱伝達媒体および液槽底壁に導くための変流板を設けた場合には、対流室内を流れる燃焼空気を燃焼空気対流室の上部液槽底壁下面に導出し、前記熱伝達媒体を介して液槽に熱エネルギーを有効に回収することが可能となる。
【００５２】
また、前記液槽の底壁下面において前記燃焼室、燃焼空気対流室及び連通口の上壁を構成する部分に、前記流路を下流側に向かう前記燃焼空気の流れに対応させて円弧状の凹入部を設けてあり、前記熱伝達媒体が、前記円弧状の凹入部を跨いで、燃焼空気を前記円弧状の凹入部に導出し且つ燃焼空気の熱エネルギーを前記液槽に伝えるようにした場合には、凹入部を円弧状とすることで液槽内に放射状に熱エネルギーを伝えることができるとともに、該凹入部を跨いで取り付けた熱伝達媒体からも液槽内に熱エネルギーを伝達することができるため、より効果的な液槽の均一加熱が実現できる。
【００５３】
【図面の簡単な説明】
【図１】 （Ａ）は本発明の第一実施例における液体加熱装置の構成を概略的に示す正面からの縦断面図であり、（Ｂ）は同装置の構成を概略的に示す側面からの縦断面図である。
【図２】 同装置の構成を概略的に示す横断面図である。
【図３】 （Ａ）は熱伝達媒体の他の例を概略的に示す正面からの縦断面図であり、（Ｂ）はその側面からの縦断面図である。
【図４】 上記熱伝達媒体のまた別の例を概略的に示す正面からの縦断面図である。
【図５】 （Ａ）は同装置の変流板の構成を概略的に示す縦断面図であり、（Ｂ）は変流板の他の例の構成を概略的に示す縦断面図である。
【図６】 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同装置の変流板のさらに他の例の構成を概略的に示す縦断面図である。
【図７】 （Ａ）は本発明の第二実施例における液体加熱装置の構成を概略的に示す横断面図であり、（Ｂ）は本発明の第三実施例における液体加熱装置の構成を概略的に示す横断面図である。
【図８】 本発明の第四実施例における液体加熱装置の構成を概略的に示す横断面図である。
【図９】 本発明の液体加熱装置内の熱室の外枠の構成を概略的に示す横断面図に、前記熱室を熱したときの温度分布を概略的に示すグラフを対応させて表示した図である。
【符号の説明】
１…液槽、１ａ…底壁、２…熱室、３…排気通路、４…凹入部、５…熱伝達媒体、６…仕切板、６ａ…仕切板、６ｂ…仕切板、６ｃ…仕切板、７…連通口、８…燃焼室、９ａ…燃焼空気対流室、９ｂ…燃焼空気対流室、９ｃ…燃焼空気対流室、１３…傾斜面、１６…燃焼空気導出板、１９…変流板、Ｄ…液体加熱装置、Ｇ…燃焼空気。
Claims (6)
- 液槽の底壁に熱室を連設して液槽内の液体を加熱する液体加熱装置において、
前記熱室を、連通口を有する状態で平面視において千鳥状に設けた複数の仕切板により、バーナーを連結した一つの燃焼室と複数の燃焼空気対流室とに前記連通口を介して区画し、これにより、前記熱室に、前記バーナーによって発生した燃焼空気を前記燃焼室から前記連通口を介して複数の燃焼空気対流室に順次流すためのジグザグ状の流路を形成してあり、
また、前記流路を流れる燃焼空気の温度降下に対応させて、前記燃焼室及び複数の燃焼空気対流室の各開口断面積のうち、燃焼室の開口断面積を最大とし、複数の燃焼空気対流室の各開口断面積においては、下流側の燃焼空気対流室ほど開口断面積が小となるようにしてあり、
さらに、前記液槽の底壁下面において前記燃焼室、燃焼空気対流室及び連通口の上壁を構成する部分に、前記流路を下流側に向かう前記燃焼空気の流れに対応させて、前記燃焼空気の熱エネルギーを前記液槽に伝達する熱伝達媒体を固定してあるとともに、
最下流の燃焼空気対流室に連結した該最下流の燃焼空気対流室開口断面積と略同一の開口断面積を有する排気通路により前記燃焼空気が当該液体加熱装置外部に排出されるようにしてあることを特徴とする液体加熱装置。 - 前記熱伝達媒体は、水平部分と一対の垂直部分とを有する開口部が下方向きの縦断面コの字形状の板状体であり、前記水平部分を液槽の底壁に固定してある請求項１に記載の液体加熱装置。
- 前記熱伝達媒体は、前記液槽の底壁下面に固定される二つの固定部と、これら二つの固定部の間において二つの固定部よりも下方に位置する平底部と、該平底部と前記二つの固定部とをつなぐ二つの傾斜部とを有し、前記平底部と前記二つの傾斜部と前記液槽の底壁とにより囲まれて形成された流路に燃焼空気を流すようにしてある請求項１に記載の液体加熱装置。
- 前記熱伝達媒体は、前記液槽の底壁下面に固定される水平部分と、この水平部分に連なり前記熱室の下層にまで延びた縦断面がノの字形状であるノの字形状部分とを有する板状をしており、前記熱室の下層を流れる燃焼空気を前記ノの字形状部分により前記液槽の底壁へと導くようにしてある請求項１に記載の液体加熱装置。
- 前記燃焼空気対流室に、前記燃焼空気を前記熱伝達媒体および液槽底壁に導くための変流板を設けてあることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の液体加熱装置。
- 前記液槽の底壁下面において前記燃焼室、燃焼空気対流室及び連通口の上壁を構成する部分に、前記流路を下流側に向かう前記燃焼空気の流れに対応させて円弧状の凹入部を設けてあり、
前記熱伝達媒体が、前記円弧状の凹入部を跨いで、燃焼空気を前記円弧状の凹入部に導出し且つ燃焼空気の熱エネルギーを前記液槽に伝えるようにしたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の液体加熱装置。
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