JP6300634B2 - Infrared combustion equipment - Google Patents
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Description
本発明は、調理、暖房、乾燥、熱処理などの各種用途に使用可能な赤外線燃焼装置に関するものである。 The present invention relates to an infrared combustion apparatus that can be used for various uses such as cooking, heating, drying, and heat treatment.
従来、赤外線燃焼装置としては、セラミックなどの耐火材からなる燃焼プレート上に多数の予混合火炎を形成させることにより燃焼プレートを赤熱させるものが知られている(下記特許文献1参照)。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an infrared combustion apparatus, there is known an infrared combustion apparatus that heats up a combustion plate by forming a number of premixed flames on a combustion plate made of a refractory material such as ceramic (see
この従来技術は、燃焼プレートを貫通する形で多数の炎孔が設けられており、燃焼プレートの上流側で予め燃料ガスと燃焼用空気を混合した予混合気を形成し、この予混合気を燃焼プレートの炎孔に供給して、単一の炎孔上或いは複数の炎孔上に一つの予混合火炎を形成させるものである。 In this prior art, a number of flame holes are provided so as to penetrate the combustion plate, and a premixed gas in which fuel gas and combustion air are mixed in advance is formed on the upstream side of the combustion plate. A premixed flame is formed on a single flame hole or a plurality of flame holes by supplying to the flame holes of the combustion plate.
このような従来の赤外線燃焼装置は、燃焼プレート面上に前述した予混合火炎を複数形成して平面燃焼させると同時に、火炎の燃焼により燃焼プレートを赤熱することで、火炎の燃焼による加熱と赤熱された燃焼プレートからの赤外線放射によって被加熱対象物を加熱する。 Such a conventional infrared combustion apparatus forms a plurality of the above-mentioned premixed flames on the surface of the combustion plate and performs planar combustion, and at the same time, the combustion plate is red hot by burning the flame, thereby heating and red hot by the combustion of the flame. The object to be heated is heated by infrared radiation from the burned plate.
従来の赤外線燃焼装置は、燃焼プレート面を均一に赤熱させるために、火炎長を短くすることができ且つ平面上に均一に火炎形成が可能な予混合火炎を用いている。しかしながら、赤熱状態になった燃焼プレートはプレート温度が800℃以上となるため、予混合火炎による燃焼を用いている従来の赤外線燃焼装置では、加熱運転条件によっては逆火が発生してしまう懸念があった。 The conventional infrared combustion apparatus uses a premixed flame that can shorten the flame length and can uniformly form a flame on a flat surface in order to make the combustion plate surface uniformly red hot. However, since the plate temperature of the combustion plate in a red hot state becomes 800 ° C. or higher, there is a concern that a backfire may occur depending on the heating operation condition in the conventional infrared combustion apparatus using combustion by the premixed flame. there were.
逆火とは、炎孔に至る予混合気供給経路に火炎が伝播する現象であり、通常は予混合気の噴出速度を適正に調整して、予混合気の噴出速度と火炎の燃焼速度との釣り合いを保つことで逆火現象を防いでいる。しかしながら、何らかの不具合や不適正な使用条件がなされると予混合気の噴出速度と火炎の燃焼速度の釣り合いが崩れて逆火現象が発生することがある。 Backfire is a phenomenon in which a flame propagates through the premixed gas supply path to the flame hole. Normally, the premixed gas ejection speed is adjusted appropriately to determine the premixed gas ejection speed and the flame combustion speed. By maintaining the balance, the flashback phenomenon is prevented. However, if any malfunction or improper use condition is made, the balance between the jetting speed of the premixed gas and the combustion speed of the flame may be lost, and a flashback phenomenon may occur.
逆火現象は予混合燃焼方式の燃焼装置における宿命的な問題であり、一般にはこれに対する十分な対策が検討されているが、この逆火現象が頻繁に発生することがあると、予混合気供給経路の加熱による損傷など、装置の不具合に繋がる虞がある。 The flashback phenomenon is a fatal problem in a premixed combustion system combustion apparatus. In general, sufficient countermeasures have been studied. However, if this flashback phenomenon occurs frequently, the premixed gas There is a possibility that it may lead to malfunctions of the apparatus such as damage due to heating of the supply path.
本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、赤外線燃焼装置において、炎孔部にて燃料ガスと燃焼用空気の混合空間を形成する先混合方式を採用することで予混合燃焼方式で問題となる逆火現象を根本的に解消すること、その際に、炎孔部が高密度に配列される場合であっても、均一な燃焼用空気の供給を可能にして、燃焼火炎を均一且つ安定化させ、良好な状態での赤熱燃焼を継続することができること、などが本発明の目的である。 This invention makes it an example of a subject to cope with such a problem. That is, in the infrared combustion apparatus, the flashback phenomenon, which is a problem in the premixed combustion method, is fundamentally eliminated by adopting a premixing method that forms a mixed space of fuel gas and combustion air at the flame hole. In that case, even if the flame holes are arranged at high density, it is possible to supply a uniform combustion air, to make the combustion flame uniform and stable, and to perform red hot combustion in a good state It is an object of the present invention to be able to continue.
このような目的を達成するために、本発明による赤外線燃焼装置は、以下の構成を少なくとも具備するものである。 In order to achieve such an object, an infrared combustion apparatus according to the present invention has at least the following configuration.
厚さ方向に貫通して表面側に炎口が開口し裏面側に貫通口が開口する炎孔部を有する赤熱輻射板と、燃料ガスを供給するガス供給路を有するガス供給体とを備え、前記ガス供給体は、前記貫通口内に突出して前記ガス供給路を通った燃料ガスを前記炎孔部内に出射するガス出射部を備え、前記ガス供給体と前記赤熱輻射板の裏面側との間の間隙に前記炎孔部に燃焼用空気を供給する空気流路を形成し、前記空気流路は、前記ガス供給体の側辺に沿って形成された側辺空気流路と前記ガス供給体の表面に形成され当該ガス供給体の側辺間を直線的に横断する横断空気流路を有することを特徴とする赤外線燃焼装置。 A red heat radiation plate having a flame hole portion that penetrates in the thickness direction and has a flame opening on the front surface side and a through hole on the back surface side, and a gas supply body having a gas supply path for supplying fuel gas, The gas supply body includes a gas emission portion that projects into the through hole and emits fuel gas that has passed through the gas supply path into the flame hole portion, and is provided between the gas supply body and the back side of the red heat radiation plate. An air flow path for supplying combustion air to the flame hole is formed in a gap between the side air flow path formed along the side of the gas supply body and the gas supply body. An infrared combustion apparatus having a transverse air passage formed on the surface of the gas supply body and linearly crossing between the sides of the gas supply body.
このような特徴を有する赤外線燃焼装置によると、赤熱輻射板の炎孔部にて燃料ガスと燃焼用空気の混合空間を形成する先混合方式を採用することで、予混合燃焼方式で問題となる逆火現象を根本的に解消することができる。赤熱輻射板の炎孔部内でガス供給体のガス出射部から出射される燃料ガスと燃焼用空気を混合して火炎を生じさせるので、炎孔部の凹部形態によって火炎燃焼の安定化を図ることができ、また、火炎長の短い安定した微小火炎を赤熱輻射板の表面に複数形成することができる。これによって赤熱輻射板から均一な赤外線の平面輻射を得ることができる。 According to the infrared combustion apparatus having such a feature, it becomes a problem in the premixed combustion method by adopting a premixing method in which a mixed space of fuel gas and combustion air is formed in the flame hole portion of the red heat radiation plate. The flashback phenomenon can be basically eliminated. In the flame hole part of the red heat radiation plate, the fuel gas emitted from the gas emission part of the gas supply body and the combustion air are mixed to produce a flame, so that the flame combustion is stabilized by the recess shape of the flame hole part. In addition, a plurality of stable micro flames having a short flame length can be formed on the surface of the red heat radiation plate. Thereby, uniform infrared plane radiation can be obtained from the red heat radiation plate.
ガス供給体と赤熱輻射板の裏面側との間の間隙に炎孔部に燃焼用空気を供給する空気流路を形成することで、構成部品の簡略化が可能になる。また、空気流路が、ガス供給体の側辺に沿って形成された側辺空気流路とガス供給体の表面に形成されガス供給体の側辺間を直線的に横断する横断空気流路を有するので、炎孔部の配列密度が高くなった場合やガス供給体及び赤熱輻射板の面積が大きくなった場合にも各炎孔部内に燃焼用空気を確実に送り込むことができ、全体的に均一な赤外線の平面輻射を得ることができる。 By forming an air flow path for supplying combustion air to the flame hole in the gap between the gas supply body and the back side of the red heat radiation plate, the components can be simplified. Further, the air flow path is formed on the side of the gas supply body, and the transverse air flow path is formed on the surface of the gas supply body and linearly crosses between the sides of the gas supply body. Therefore, even when the arrangement density of the flame holes is increased, or when the area of the gas supply body and the red heat radiation plate is increased, the combustion air can be surely sent into each flame hole. Uniform plane radiation of infrared rays can be obtained.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図1〜図4は、本発明の実施形態に係る赤外線燃焼装置の一構成例を示した説明図である。図1が平面図、図2が図1におけるX−X断面図、図3が図2のY−Y部分断面図、図4が図2のZ−Z断面図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1-4 is explanatory drawing which showed the example of 1 structure of the infrared rays combustion apparatus which concerns on embodiment of this invention. 1 is a plan view, FIG. 2 is a sectional view taken along line XX in FIG. 1, FIG. 3 is a partial sectional view taken along line YY in FIG. 2, and FIG.
本発明の実施形態に係る赤外線燃焼装置1は、炎孔部11を有する赤熱輻射板10と燃料ガスを供給するガス供給路21を有するガス供給体20とを少なくとも備える。また、図示の例では、燃料ガスの供給源に連通するガス室31を有する基体30を備えており、基体30上にガス室31を覆うようにガス供給体20が配備され、ガス供給体20を覆うように基体30上に赤熱輻射板10が配備されている。
The
赤熱輻射板10は、例えば、セラミックなどの耐火材で形成され、赤熱燃焼によって赤外線を輻射熱として放射するものである。図示の例では所定板厚の平面板によって構成されている。この赤熱輻射板10は、厚さ方向に貫通して表面側に炎口11Aが開口し裏面側に貫通口11Bが開口する炎孔部11を有している。図示の例では炎孔部11が平面上に縦横千鳥状に複数配置されているが、配列形態やその数はこれに限定されるものではない。
The red
炎孔部11は、その炎口11A内で火炎長の短い微小火炎を形成するものであり、表面に形成された複数の炎孔部11のそれぞれに微小火炎を形成することで赤熱輻射板10が平面的且つ均一に赤熱燃焼される。図示のように、縦横千鳥状に炎孔部11を配列すると、炎孔部11を高密度に配列することでき赤熱輻射板10の発生熱量を高めることができる。
The
ガス供給体20は、赤熱輻射板10の貫通口11B内に突出してガス供給路21を通った燃料ガスを炎孔部11内に出射するガス出射部22を備えている。ガス供給体20と赤熱輻射板10の裏面側との間には間隙Gが形成されており、この間隙Gが炎孔部11に燃焼用空気を供給する空気流路Gaを形成している。
The
空気流路Gaは、ガス供給体20の側辺に沿って形成された側辺空気流路Gbとガス供給体20の表面に形成されガス供給体20の側辺間を直線的に横断する横断空気流路Gcを有している。側辺空気流路Gbは、ガス供給体20の側面と赤熱輻射板10の内側面との間にガス供給体20を囲むように形成されている。この側辺空気流路Gbは、赤熱輻射板10の側方に開口した空気流入口12に連通している。そして、横断空気流路Gcの両端が側辺空気流路Gbに連通している。また、側辺空気流路Gb及び横断空気流路Gcが炎孔部11内の空気流路Gaに連通している。
The air flow path Ga is formed on the surface of the
図3に示した例では、横断空気流路Gcは、千鳥状に複数配列されたガス出射部22の斜め直線配列に沿って形成されている。このように横断空気流路Gcを形成することで、縦横千鳥状に高密度で配列された炎孔部11の全体に確実に燃焼用の空気を供給することが可能になる。横断空気流路Gcは、ガス供給体20の表面に形成された溝部(凹部)であってもよいし、横断空気流路Gcに沿って直線配列されているガス出射部22の斜め直線配列間を埋める壁部間に形成してもよい。
In the example shown in FIG. 3, the transverse air flow paths Gc are formed along an oblique linear array of the
基体30は、前述したようにガス室31を内部に備えている。ガス室31には燃料ガス供給源に連通するガス流入口32が設けられている。ガス室31に流入した燃料ガスは、ガス供給体20のガス供給路21を通って、ガス出射部22の出射口から炎孔部11内に出射される。これに対して、空気流入口12から流入した燃焼用空気は、側辺空気流路Gbから横断空気流路Gc及びガス供給体20の表面に沿って流れ、ガス供給体20に対面して配置される赤熱輻射板10の貫通口11Bから炎孔部11内に供給される。炎孔部11内には供給される燃料ガスと燃焼用空気を混合させる混合空間が形成されている。
As described above, the
ガス供給体20は、ガス出射部22を一体成形した板状体であり、赤熱輻射板10の炎孔部11は平面上に複数配置され、ガス供給体20のガス出射部22は炎孔部11毎に複数配置されている。そして、板状体であるガス供給体20の上に赤熱輻射板10を配置することで、ガス供給体20の表面側と赤熱輻射板10の裏面側との間に形成された間隙Gが平面的な空気流路Gaになっている。ガス供給体20上の凸部となるガス出射部22や凹部となる横断空気流路Gcはいずれも型による一体成形によって形成することができる。
The
赤外線燃焼装置1は、前述した構成を備えることで、先混合方式で赤熱輻射板10に形成された炎孔部11の炎口11Aに微小火炎を形成することができる。これによって、炎孔部11の上流側では燃焼混合気が形成されない構造になっており、火炎の燃焼は炎孔部11の炎口11A内でのみ生じることになる。これによって、予混合燃焼方式で問題となる逆火現象を根本的に解消することができる。また、炎孔部11を赤熱輻射板10の表面に複数設けることで、赤熱輻射板10の表面で短火炎長の微小火炎を複数形成して平面燃焼させることができ、赤熱輻射板10の表面を効率的且つ均一に加熱することができる。そして、炎孔部11を縦横千鳥状に高密度で配列した場合には、横断空気流路Gcをガス供給体20上に形成することで、全ての炎孔部11内に十分な燃焼用空気を供給することが可能になり、赤熱輻射板10の面積を大きくした場合にも均一な加熱を実現できる。
The
図5は、本発明の実施形態に係る赤外線燃焼装置の炎孔部の特性を示した説明図である。図5(a)に示した例では、炎孔部11は、炎口11Aを表面側に向けて徐々に拡げる第1テーパー角度θ1と貫通口11Bをガス供給体20側に向けて徐々に拡げる第2テーパー角度θ2を有している。また、貫通口11B内に突出しているガス出射部22は、第2テーパー角度θ2に対応する円錐台形状を有している。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the characteristics of the flame hole portion of the infrared combustion apparatus according to the embodiment of the present invention. In the example shown in FIG. 5A, the
第1テーパー角度θ1を有する炎口11A内及びその上の空間には図示のような微小火炎Mfが形成される。ここで、この第1テーパー角度θ1を適正に設定することで、微小火炎Mfの燃焼安定性を向上させることができる。
A micro flame Mf as shown is formed in the space above and above the
図5(b)には、炎孔部11の第1テーパー角度θ1を変えた場合の、吹き飛び限界空気比λの値を示している。空気比とは、燃料ガスを完全燃焼させる必要最低限の理論空気量Aと実際に供給されている空気量Bの比(λ=B÷A)で定義される。空気比が1に近い燃焼が理想であるが、空気比λを高くした場合にも火炎の吹き飛びが生じないことで燃焼の安定性を評価することができる。図5(b)から明らかなように、炎孔部11の第1テーパー角度θ1を変化させると、吹き飛びが生じる限界の空気比(吹き飛び限界空気比)が変化し、第1テーパー角度θ1を20〜40°、更に好ましくは25〜35°の範囲にすることで、吹き飛び限界空気比を最大にすることができる。すなわち、炎孔部11の第1テーパー角度θ1を20〜40°(好ましくは25〜35°)の範囲にすることで、微小火炎の安定性を向上させることができる。
FIG. 5B shows the value of the blow-off limit air ratio λ when the first taper angle θ1 of the
炎孔部11の貫通口11Bにおける第2テーパー角度θ2は、ガス供給体20のガス出射部22の円錐角に応じて適宜に設定することができる。このような第2テーパー角度θ2を設けることで、円錐台形状のガス出射部22に対して十分な燃焼用空気流入面積を確保することができる。
The second taper angle θ <b> 2 at the through-
以上説明したように、本発明の実施形態に係る赤外線燃焼装置1は、赤熱輻射板10に形成される炎孔部11で燃料ガスと燃焼用空気の混合を行うことで、逆火発生の問題を根本的に解決することができる。また、炎孔部11の形態を適正に設定し、特に、炎孔部11の炎口11Aに第1テーパー角度θ1を設け、その第1テーパー角度θ1を20〜40°の範囲に設定することで、燃焼火炎を安定化させることができ、良好な状態での赤熱燃焼を継続することができる。これによって、安全且つ良好な赤外線燃焼を実現することができ、赤熱輻射板10から均一な赤外線の平面輻射を得ることができる。
As described above, the
また、ガス供給体20を円錐台形状のガス出射部22を一体に備える板状体にすることで、このガス供給体20を一体プレス成形によって簡易に形成することができる。このガス供給体20は、例えばセラミック部品で量産化が可能な形態になっている。そして、円錐台形状のガス出射部22に対して赤熱輻射板10の裏面側に形成される貫通口11Bに第2テーパー角度θ2を設けることで、炎孔部11の内面とガス出射部22の外面との間の間隙に形成される空気流路Gaの面積を十分に確保することができる。これによって、燃焼用空気供給系の圧力損失を増大させることなく、各炎孔部11に対して燃焼に十分な空気を供給することができ、安定燃焼の実現と適正な燃焼負荷の調整が可能になる。
In addition, the
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。 As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to these embodiments, and the design can be changed without departing from the scope of the present invention. Is included in the present invention. In addition, the above-described embodiments can be combined by utilizing each other's technology as long as there is no particular contradiction or problem in the purpose and configuration.
1:赤外線燃焼装置,
10:赤熱輻射板,11:炎孔部,11A:炎口,11B:貫通口,
12:空気流入口,
20:ガス供給体,21:ガス供給路,22:ガス出射部,
30:基体,31:ガス室,32:ガス流入口,
G:間隙,Ga:空気流路,Gb:側辺空気流路,Gc:横断空気流路,
θ1:第1テーパー角度,θ2:第2テーパー角度
1: Infrared combustion device,
10: Red heat radiation plate, 11: Flame hole part, 11A: Flame port, 11B: Through-hole,
12: Air inlet,
20: Gas supply body, 21: Gas supply path, 22: Gas emission part,
30: Base, 31: Gas chamber, 32: Gas inlet,
G: gap, Ga: air flow path, Gb: side air flow path, Gc: transverse air flow path,
θ1: first taper angle, θ2: second taper angle
Claims (8)
燃料ガスを供給するガス供給路を有するガス供給体とを備え、
前記ガス供給体は、前記貫通口内に突出して前記ガス供給路を通った燃料ガスを前記炎孔部内に出射するガス出射部を備え、
前記ガス供給体と前記赤熱輻射板の裏面側との間の間隙に前記炎孔部に燃焼用空気を供給する空気流路を形成し、
前記空気流路は、前記ガス供給体の側辺に沿って形成された側辺空気流路と前記ガス供給体の表面に形成され当該ガス供給体の側辺間を直線的に横断する横断空気流路を有することを特徴とする赤外線燃焼装置。 A red heat radiation plate having a flame hole portion penetrating in the thickness direction and having a flame opening on the front surface side and a through hole opening on the back surface side;
A gas supply body having a gas supply path for supplying fuel gas,
The gas supply body includes a gas emission part that projects into the through hole and emits fuel gas that has passed through the gas supply path into the flame hole part,
Forming an air flow path for supplying combustion air to the flame hole in the gap between the gas supply body and the back side of the red heat radiation plate;
The air flow path is formed on the surface of the gas supply body and the side air flow path formed along the side edge of the gas supply body, and the transverse air that linearly crosses between the side edges of the gas supply body. An infrared combustion apparatus having a flow path.
前記ガス出射部は、前記第2テーパー角度に対応する円錐台形状を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の赤外線燃焼装置。 The flame hole portion has a first taper angle that gradually widens the flame mouth toward the surface side and a second taper angle that gradually widens the through-hole toward the gas supply body side,
The infrared combustion apparatus according to claim 1, wherein the gas emission unit has a truncated cone shape corresponding to the second taper angle.
前記基体上に前記ガス室を覆うように前記ガス供給体が配備され、
前記ガス供給体を覆うように前記基体上に前記赤熱輻射板が配備されることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の赤外線燃焼装置。 A substrate having a gas chamber in communication with a fuel gas supply source;
The gas supply body is disposed on the base so as to cover the gas chamber,
The infrared combustion apparatus according to claim 1, wherein the red heat radiation plate is disposed on the base so as to cover the gas supply body.
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