JP6402481B2 - Combustion heater - Google Patents
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Description
本発明は、燃料を燃焼させて被加熱物を加熱する燃焼加熱器に関する。 The present invention relates to a combustion heater that heats an object to be heated by burning fuel.
従来、燃料ガスを燃焼させた燃焼熱で輻射部を加熱し、その輻射部からの輻射熱で、搬送される工業材料や食品等の被加熱物を加熱する燃焼加熱器が普及している。このような燃焼加熱器としては、例えば、密閉式の配管内で燃料ガスを燃焼させ、配管表面からの輻射熱で被加熱物を加熱するラジアントチューブバーナがある。 2. Description of the Related Art Conventionally, combustion heaters are widely used in which a radiant part is heated with combustion heat obtained by burning fuel gas, and heated objects such as industrial materials and foods to be conveyed are radiated from the radiant part. As such a combustion heater, for example, there is a radiant tube burner that burns fuel gas in a sealed pipe and heats an object to be heated by radiant heat from the pipe surface.
ラジアントチューブバーナにおいて、燃料ガスの燃焼に際し、供給空気量を少なく抑えて未燃の燃料ガスを生じさせ、下流側で追加の空気を供給して未燃の燃料ガスを燃焼させ、上流から下流まで連続的に燃焼熱を発生させることで、ガスの流れ方向の温度分布の均一化を図る技術が公開されている（例えば、特許文献１）。 In the radiant tube burner, when the fuel gas is burned, the amount of supplied air is reduced to generate unburned fuel gas, and additional air is supplied downstream to burn the unburned fuel gas, from upstream to downstream A technique for making the temperature distribution in the gas flow direction uniform by continuously generating combustion heat is disclosed (for example, Patent Document 1).
燃料ガスを燃焼させて輻射部を加熱する燃焼加熱器においては、燃料ガスが燃焼する火炎近傍の温度が局所的に高まることから、輻射部の温度に偏りが生じてしまう。上記の特許文献１に記載のラジアントチューブバーナの場合であっても、火炎近傍の配管温度が高く、火炎から遠ざかるほど配管の温度は低下し、輻射部の熱流束が低下してしまう。そのため、燃焼加熱器が連続炉ではなくバッチ炉に用いられる場合や、被加熱物の搬送速度が遅い連続炉に用いられる場合などは、被加熱物の移動による温度の均一化が期待できず、被加熱物の温度上昇にムラが生じてしまうおそれがある。 In the combustion heater that burns the fuel gas and heats the radiant part, the temperature in the vicinity of the flame in which the fuel gas burns locally increases, so that the temperature of the radiant part is biased. Even in the case of the radiant tube burner described in Patent Document 1, the pipe temperature in the vicinity of the flame is high, and as the distance from the flame increases, the temperature of the pipe decreases and the heat flux of the radiant section decreases. Therefore, when the combustion heater is used in a batch furnace instead of a continuous furnace, or when it is used in a continuous furnace where the conveyance speed of the object to be heated is low, temperature uniformity due to movement of the object to be heated cannot be expected. There is a risk of unevenness in the temperature rise of the article to be heated.
本発明は、このような課題に鑑み、被加熱物に輻射熱を伝熱する輻射部の熱流束の均一化を図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。 In view of such problems, an object of the present invention is to provide a combustion heater capable of achieving uniform heat flux of a radiant portion that transfers radiant heat to an object to be heated.
上記課題を解決するために、本発明の燃焼加熱器は、燃料ガスを燃焼する燃焼室と、燃焼室における燃焼によって生じた排気ガスが流通する流通部と、流通部に連通し、排気ガスが排出される配管部と、流通部の壁の一部を構成し、一部が燃焼室に隣接して、被加熱物に輻射熱を伝熱する輻射部と、輻射部に重畳され、輻射部の本体と輻射率の異なる付加物と、を備え、燃焼室の燃焼時において、輻射部のうち、燃焼室の裏側に位置する高温部は、輻射部のうち、燃焼室からの距離が高温部より大きい低温部に対して、単位面積当たりの付加物の占有面積が異なることにより、低温部よりも輻射率が低くなっていることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, a combustion heater according to the present invention includes a combustion chamber that burns fuel gas, a circulation portion through which exhaust gas generated by combustion in the combustion chamber circulates, and an exhaust gas that communicates with the circulation portion. The exhaust pipe part and a part of the wall of the circulation part constitute a part , the part is adjacent to the combustion chamber, the radiant part for transferring radiant heat to the object to be heated, and the radiant part is superimposed on the radiant part. with a different adduct of the body with emissivity, was converted, have you during combustion in the combustion chamber, of the radiant section, high temperature portion which is located on the back side of the combustion chamber, of the radiant section, the distance from the combustion chamber high temperature portion for larger low-temperature portion, by the different occupation area of adducts per unit area, characterized in that the spokes morphism rate is lower than the low temperature portion.
輻射部には、輻射部の本体とそれぞれ輻射率の異なる複数の付加物が重畳されており、輻射部は、高温部に重畳する付加物と、低温部に重畳する付加物との輻射率を異ならせることによって、高温部の輻射率を、低温部の輻射率よりも低くしてもよい。 A plurality of adducts having different emissivities from the main body of the radiating unit are superimposed on the radiating unit, and the radiating unit calculates the emissivity of the adducts superimposed on the high temperature portion and the adducts superimposed on the low temperature portion. By making it different, the emissivity of the high temperature part may be lower than the emissivity of the low temperature part.
本発明によれば、被加熱物に輻射熱を伝熱する輻射部の熱流束の均一化を図ることが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to aim at equalization of the heat flux of the radiation part which transfers radiant heat to a to-be-heated material.
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、本明細書および図面において、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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.
（燃焼加熱システム１００）
図１は、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、都市ガス等の燃料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。
(Combustion heating system 100)
FIG. 1 is an external perspective view showing an external appearance example of the
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を水平方向に連設してなり、燃料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て排出される。
As shown in FIG. 1, the
また、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不図示の連通部が形成されている。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、連通部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についてのみ説明する。
In addition, a communication portion (not shown) that communicates with the sealed space in the
図２は、燃焼加熱器１１０を説明するための説明図である。図２（ａ）は、図１のＩＩ（ａ）−ＩＩ（ａ）線断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の破線で囲った部分の拡大図である。図２（ｂ）中、白抜き矢印は燃料ガスの流れを、ハッチング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。
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、燃焼加熱器１１０は、加熱板（輻射部）１２０と、配置板１２２と、仕切板１２４と、断熱部１２６と、燃焼室１２８と、密閉部１３０と、封止部１３２と、断熱材１３４と、第１配管部１３６と、第２配管部１３８と、導入部１４０と、導出部１４２（流通部）とを含んで構成される。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
加熱板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、熱伝導率が高い素材、例えば、黄銅等で形成される薄板部材であって輻射面１２０ａを有する。輻射面１２０ａは、略矩形に形成され（図１参照）、燃焼によって生じる熱によって加熱され、被加熱物に輻射熱を伝熱する。
The
加熱板１２０の外壁部１２０ｂは、輻射面１２０ａの外周で屈曲して輻射面１２０ａに垂直かつ輻射面１２０ａから離隔する方向（図２（ａ）中、下方向）に起立（延在）し、燃焼加熱システム１００の側面を形成する。
The
本実施形態においては、２つの燃焼加熱器１１０の加熱板１２０を一体に成形している。そして、加熱板１２０は、外壁部１２０ｂの内面を側面とし、輻射面１２０ａの裏面１２０ｃを底面とする箱を形成し、この箱の内部に、燃焼加熱器１１０の構成要素が配される。
In the present embodiment, the
配置板１２２は、耐熱性および耐酸化性が高い素材、例えば、ステンレス鋼や、熱伝導率が低い素材等で形成される平板部材である。配置板１２２は、加熱板１２０の外壁部１２０ｂの内側において、加熱板１２０の輻射面１２０ａの裏面１２０ｃと略平行に対向配置される。
The
仕切板１２４は、加熱板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である。仕切板１２４は、加熱板１２０の外壁部１２０ｂの内側において、加熱板１２０の輻射面１２０ａの裏面１２０ｃと、配置板１２２との間に、配置板１２２と略平行に対向配置される。
Like the
配置板１２２と仕切板１２４は、互いに対向する面の外周（外形）の輪郭が大凡等しく、それぞれ、トラック形状（長方形の２つの短辺それぞれを線対称な円弧（半円）に変えた形状）をなしている。
The
加熱板１２０、配置板１２２、および、仕切板１２４は、間に空隙が形成されれば、相対的に傾いて対向配置されてもよい。また、加熱板１２０、配置板１２２、および、仕切板１２４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。
The
断熱部１２６は、断熱性が高い（断熱性を有する）素材、例えば、セラミックなどで形成される薄板部材である。断熱部１２６は、外周部１２６ａと、底面部１２６ｂとを有する。
The
外周部１２６ａは、仕切板１２４の外周側に位置し、仕切板１２４の外周に沿って、加熱板１２０と配置板１２２の対向方向（図２（ａ）中、上下方向）に延在する。底面部１２６ｂは、外周部１２６ａのうち、図２（ａ）中、下側の部位から屈曲して連続する部位であって、配置板１２２の中心に向かって延在し、加熱板１２０と対向配置される。
The outer
配置板１２２の外周面１２２ａには、配置板１２２の中心に向かって図２（ｂ）中、右側に延在する切り欠き１２２ｂが形成されており、底面部１２６ｂは、配置板１２２の切り欠き１２２ｂに嵌まる。底面部１２６ｂの先端と配置板１２２との間には、底面部１２６ｂと配置板１２２との寸法関係によって空隙Ｓが形成されており、底面部１２６ｂが熱膨張すると空隙Ｓによって変形が吸収され、応力抑制が可能な機構となっている。
On the outer
なお、断熱部１２６の外周部１２６ａの輪郭は、配置板１２２および仕切板１２４の外形と相似となるトラック形状をなしている。そして、外周部１２６ａは、配置板１２２の外周面１２２ａおよび仕切板１２４の外周面１２４ａと、一定間隔を維持して離隔している。
The outline of the outer
燃焼室１２８は、図２（ｂ）に示すように、外周部１２６ａと、配置板１２２および仕切板１２４それぞれの外周面１２２ａ、１２４ａとの間に位置し、当該外周面１２２ａ、１２４ａに面する。すなわち、燃焼室１２８は、外周面１２２ａ、１２４ａ、加熱板１２０、および、断熱部１２６で囲繞され、外周部１２６ａに沿った外周部１２６ａ内の空間となっている。
As shown in FIG. 2B, the
密閉部１３０は、断熱部１２６よりも断熱性が低い素材、例えば、ステンレス鋼などで形成される薄板部材で構成することができる。本実施形態においては、２つの燃焼加熱器１１０の密閉部１３０を一体に成形している。
The sealing
また、密閉部１３０は、図２（ｂ）に示すように、輻射面１２０ａの裏面１２０ｃとの接触部分に、裏面１２０ｃの面方向（以下、単に「面方向」と称す）に延在する屈曲部１３０ａを有し、屈曲部１３０ａが、加熱板１２０の輻射面１２０ａの裏面１２０ｃに溶接やロウ付けなどで接合されている。そのため、密閉部１３０によって、燃焼室１２８の断熱部１２６側へのガス漏れが防止または抑制される。
Further, as shown in FIG. 2B, the sealing
一方、断熱部１２６は、接触するいずれの構成部材とも接合されておらず、密閉部１３０によって、断熱部１２６の外周部１２６ａおよび底面部１２６ｂを、燃焼室１２８の反対側から覆われて支持されている。断熱部１２６は、接触するいずれの構成部材とも接合されていないものの、配置板１２２や密閉部１３０によって、密閉部１３０との相対的な位置ずれがないように規制されている。
On the other hand, the
封止部１３２は、当該燃焼加熱システム１００において加熱板１２０の輻射面１２０ａと反対側に配される平板部材である。本実施形態においては、加熱板１２０と同様、２つの燃焼加熱器１１０の封止部１３２を一体に形成している。そして、封止部１３２は、密閉部１３０と離隔した位置で、加熱板１２０の外壁部１２０ｂの延在方向（図２（ａ）中、下方向）の端部に固定され、密閉部１３０との間の空間に断熱材１３４を封止する。
The sealing
このように、燃焼加熱システム１００の本体容器は、加熱板１２０の内側を封止部１３２で閉塞してなるもので、外周面（加熱板１２０の外壁部１２０ｂの外表面）の面積より上下壁面（加熱板１２０の輻射面１２０ａおよび封止部１３２の外表面）の面積の方が大きい寸法関係に形成される。つまり、上下壁面は、本体容器の外表面の大部分を占めることとなる。
As described above, the main body container of the
第１配管部１３６は、燃料ガスが流通する配管であり、第２配管部１３８は、排気ガスが流通する配管である。第２配管部１３８は、第１配管部１３６内部に配される。すなわち、第１配管部１３６と第２配管部１３８は、燃焼加熱器１１０との接続部分において二重管を形成する。
The
配置板１２２、密閉部１３０、封止部１３２には、厚さ方向に貫通する貫通孔１２２ｃ、１３０ｂ、１３２ａが設けられている。貫通孔１２２ｃ、１３０ｂ、１３２ａは、配置板１２２、断熱部１２６、密閉部１３０、封止部１３２それぞれの面方向の中心部において、互いに対向する位置関係となっている。貫通孔１２２ｃ、１３０ｂ、１３２ａには、第１配管部１３６が挿通される。そして、第１配管部１３６の端部は、配置板１２２の仕切板１２４側の面と面一となる位置で配置板１２２の貫通孔１２２ｃに固定され、第１配管部１３６のうち、密閉部１３０の貫通孔１３０ｂに挿通された部分は、貫通孔１３０ｂに溶接やロウ付けなどで接合される。
The
また、仕切板１２４には、配置板１２２の貫通孔１２２ｃと対向する位置に、貫通孔１２２ｃよりも径が小さく、厚さ方向に貫通する排気孔１２４ｂが設けられている。排気孔１２４ｂには、第２配管部１３８が挿通され、第２配管部１３８の端部が仕切板１２４の輻射面１２０ａ側の面と面一となる位置で排気孔１２４ｂに固定されている。
Further, the
第２配管部１３８の端部は、第１配管部１３６の端部よりも輻射面１２０ａ側に突出し、かつ、加熱板１２０から離隔しており、仕切板１２４は、面方向の中心側において第２配管部１３８の端部に固定されることで、加熱板１２０および配置板１２２と一定間隔を維持して離隔している。
The end of the
導入部１４０は、配置板１２２と仕切板１２４との間の空隙によって形成され、第１配管部１３６に連通している。燃料ガスは、第１配管部１３６を通って配置板１２２の貫通孔１２２ｃから導入部１４０に流入される。すなわち、配置板１２２の貫通孔１２２ｃは、燃料ガスを導入部１４０に流入させる流入孔となっている。そして、導入部１４０は、配置板１２２の貫通孔１２２ｃ（流入孔）から流入した燃料ガスを、燃焼室１２８に向けて放射状に導く。
The
また、導入部１４０の出口側（燃焼室１２８側）の流路は、仕切板１２４の外周端部に配された突起部１２４ｃによって複数に仕切られている。
Further, the flow path on the outlet side (
図３は、突起部１２４ｃを説明するための説明図であり、燃焼室１２８の斜視図および燃焼室１２８を囲繞する構成部材の断面図を示す。なお、ここでは、理解を容易とするため、加熱板１２０および封止部１３２を取り除いて示し、仕切板１２４の隠れている部分の輪郭線を破線で示す。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the
図３に示すように、突起部１２４ｃは、仕切板１２４の周方向に一定間隔で設けられており、隣接する突起部１２４ｃ間に流路１２４ｄが形成されている。これにより、導入部１４０と燃焼室１２８とは、その連通部分の断面積が狭められた流路１２４ｄによって連通することとなる。
As shown in FIG. 3, the
そして、流路１２４ｄから燃焼室１２８に流入した燃料ガスは、図２（ｂ）に示すように、燃焼室１２８で衝突して一時的に滞留する。点火装置が導入部１４０から導入される燃料ガスに点火すると、燃焼室１２８では、流入孔（配置板１２２の貫通孔１２２ｃ）から流入した燃料ガスが燃焼することとなる。そして、燃焼によって生成された排気ガスは、導出部１４２に導かれる。
Then, the fuel gas flowing into the
導出部１４２は、加熱板１２０と仕切板１２４とを側壁とし、加熱板１２０と仕切板１２４との間の空隙によって形成された流路である。導出部１４２は、燃焼室１２８に連続するとともに第２配管部１３８に連通しており、燃焼室１２８における燃焼によって生じた排気ガスを、燃焼室１２８から面方向の中心側に集約し、仕切板１２４の排気孔１２４ｂから第２配管部１３８を介して当該燃焼加熱器１１０外に導く。
The lead-out
加熱板１２０は、輻射面１２０ａの裏面１２０ｃから、燃焼室１２８における燃焼熱と、燃焼室１２８および導出部１４２を流通する排気ガスの熱によって加熱される。そして、輻射面１２０ａからの輻射熱によって被加熱物が加熱されることとなる。
The
また、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を流通する排気ガスは、仕切板１２４を介して導入部１４０を流通する燃料ガスに伝熱する（図２（ｂ）参照）。ここでは、導出部１４２を流れる排気ガスと導入部１４０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。
Further, the
同様に、第２配管部１３８を流通する排気ガスは、第２配管部１３８を通じて第１配管部１３６を流れ、対向流となっている燃料ガスに伝熱して予熱する。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。
Similarly, the exhaust gas flowing through the
ところで、加熱板１２０では、燃料ガスが燃焼する火炎近傍の温度が局所的に高まり、輻射面１２０ａの温度に偏りが生じてしまうことから、そのままでは輻射面１２０ａにおける熱流束が偏り、被加熱物の温度上昇にムラが生じてしまうおそれがある。かかる燃焼加熱システム１００を連続炉に用いる場合、このような温度上昇のムラも時間方向に均されるので問題ないが、バッチ炉や、被加熱物の搬送速度が遅い連続炉に用いられる場合などは、被加熱物の移動による温度の均一化が期待できず、被加熱物の温度上昇にムラが生じてしまうおそれがある。
By the way, in the
輻射による熱流束は、熱流束をｑ、輻射率（放射率）をε、ステファン・ボルツマン定数をσ、熱源温度をＴ、ワーク温度をＴ０とすると、下記の数式１で導出される。
ｑ＝εσ（Ｔ４−Ｔ０ ４） …（数式１）
The heat flux due to radiation is derived from the following Equation 1, where q is the heat flux, ε is the emissivity (emissivity), σ is the Stefan-Boltzmann constant, T is the heat source temperature, and T 0 is the workpiece temperature.
q = εσ (T 4 −T 0 4 ) (Equation 1)
上記数式１を参照するとわかるように、熱流束を均一化するには、熱源温度Ｔ、すなわち、輻射面１２０ａの温度を均一化すればよい。しかし、輻射面１２０ａの温度は、燃焼室１２８からの距離など、複数の要因によって不均一となっている。
As can be seen from the above Equation 1, in order to make the heat flux uniform, the heat source temperature T, that is, the temperature of the
そこで、本実施形態では、輻射面１２０ａの温度に応じて、輻射面１２０ａの輻射率を調整することで熱流束の均一化を図る。
Therefore, in this embodiment, the heat flux is made uniform by adjusting the radiation rate of the
図４は、加熱板１２０の輻射面１２０ａを正面に捉えた正面図である。図４においてクロスハッチングは輻射塗料を示し、クロスハッチングの線の密度が高いほど輻射率が低い輻射塗料であって、クロスハッチングの線の密度が低いほど輻射率が高い輻射塗料であることを示す。
FIG. 4 is a front view in which the
図４に示すように、輻射面１２０ａには、輻射面１２０ａ（加熱板１２０の本体）と輻射率の異なる４種類の輻射塗料（付加物）Ｙａ、Ｙｂ、Ｙｃ、Ｙｄが塗布（重畳）されている。最もクロスハッチングの密度が高い、すなわち、輻射率が低い輻射塗料Ｙａは、輻射面１２０ａのうち、裏面１２０ｃが燃焼室１２８に対向する部位に塗布されている。
As shown in FIG. 4, the
そして、燃焼室１２８より排気ガスの流れの下流側、すなわち、輻射面１２０ａの内周側には３種の輻射塗料Ｙｂ、Ｙｃ、Ｙｄが塗布されており、輻射面１２０ａの内周側ほど、塗布されている輻射塗料の輻射率が高くなる。また、輻射面１２０ａのうち、燃焼室１２８よりも外周側は、最も内周側に塗布された輻射塗料Ｙｄと同じく、最も輻射率の高い輻射塗料Ｙｄが塗布されている。
Then, three types of radiation paints Yb, Yc, Yd are applied to the downstream side of the flow of the exhaust gas from the
このように、加熱板１２０の輻射面１２０ａには、加熱板１２０本体と輻射率の異なる付加物（ここでは、加熱板１２０本体よりも輻射率が高い輻射塗料Ｙａ、Ｙｂ、Ｙｃ、Ｙｄ）が重畳されている。
In this way, the
図５は、輻射面１２０ａの温度と熱流束の関係を説明するための説明図である。図５（ａ）では、輻射面に輻射塗料を塗布せず輻射率が均一である比較例について、図４に示す輻射面１２０ａ上の中心側の部位Ｘから外周側の部位Ｘ’に対応する範囲で、部位Ｘ’における熱流束を１としたときの熱流束の比（以下、熱流束比と称す）と、表面温度との関係を示す。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the temperature of the
図５（ａ）に示すように、比較例の輻射面においては、部位Ｘの温度が最も低く５００℃程度、部位Ｘ’の温度が最も高く７００℃程度となっている。輻射面のうち、裏面が燃焼室に対向する部位は温度が高い（高温部）。また、輻射面のうち、燃焼室より輻射面の内周側、すなわち、高温部より内周側の部位は温度が低い（低温部）。低温部は、燃焼室の燃焼時において高温部よりも低温となる。 As shown in FIG. 5A, on the radiation surface of the comparative example, the temperature of the part X is the lowest at about 500 ° C., and the temperature of the part X ′ is the highest at about 700 ° C. Of the radiating surface, the portion whose back surface faces the combustion chamber has a high temperature (high temperature portion). Moreover, among the radiant surfaces, the temperature at the inner peripheral side of the radiant surface from the combustion chamber, that is, the inner peripheral side from the high temperature portion is low (low temperature portion). The low temperature part is cooler than the high temperature part during combustion in the combustion chamber.
また、部位Ｘから部位Ｘ’まで、輻射面の温度が５００℃から７００℃まで漸増していると仮定した場合、図５（ａ）に示すグラフの横軸は、輻射面の部位Ｘから部位Ｘ’までの位置に大凡対応することとなる。 When it is assumed that the temperature of the radiation surface is gradually increased from 500 ° C. to 700 ° C. from the part X to the part X ′, the horizontal axis of the graph shown in FIG. The position up to X ′ will correspond roughly.
比較例においては、輻射面の輻射率が大凡均一であることから、部位Ｘでは、部位Ｘ’に対して熱流束比が０．４程度となってしてしまう。そこで、図５（ｂ）に示すように、本実施形態では、輻射面１２０ａの輻射率を、図５（ａ）に示す熱流束比に対して逆相関となるように（熱流束比を相殺するように）、変化させる。
In the comparative example, since the radiation rate of the radiation surface is approximately uniform, the heat flux ratio of the part X is about 0.4 with respect to the part X '. Therefore, as shown in FIG. 5B, in this embodiment, the radiation rate of the
図５（ｂ）に示すように、部位Ｘ’における輻射率を１としたときの輻射率の比（以下、輻射率比と称す）は、部位Ｘにおいて２．５程度となるように、輻射面１２０ａの温度に応じて輻射率を調整したとする。ここでは、図５（ｂ）において、輻射率比を破線の凡例で示し、熱流束比を実線の凡例で示す。ここでは、熱流束比は、図５（ｂ）に示すように、部位Ｘから部位Ｘ’まで輻射面１２０ａの温度に拘わらず大凡一定となっているのが理解できる。
As shown in FIG. 5B, the radiation rate ratio (hereinafter referred to as the radiation rate ratio) when the radiation rate at the part X ′ is 1 is set to about 2.5 at the part X. It is assumed that the emissivity is adjusted according to the temperature of the
このように、図５（ｂ）に示すような熱流束の状態が望まれる。しかし、図５（ｂ）に示すように、輻射面１２０ａの温度に応じて輻射率が線形的に変化する状態を形成するのは、コストを要するので、本実施形態では、上記のように、複数の輻射塗料Ｙａ、Ｙｂ、Ｙｃ、Ｙｄを併用して、図５（ｂ）の状態に近づけることとする。
Thus, the heat flux state as shown in FIG. 5B is desired. However, as shown in FIG. 5B, since it takes cost to form a state in which the emissivity changes linearly according to the temperature of the
図６は、本実施形態の輻射面１２０ａの温度と熱流束の関係を説明するための説明図である。図６では、図４に示す輻射面１２０ａ上の中心側の部位Ｘから外周側の部位Ｘ’までの範囲について、比較例の部位Ｘ’における熱流束を１としたときの熱流束比と、温度との関係を示す。図６においても、輻射率比を破線の凡例で示し、熱流束比を実線の凡例で示す。
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the temperature of the
加熱板１２０は、輻射塗料Ｙａ、Ｙｂ、Ｙｃ、Ｙｄの輻射率を上記のように異ならせることによって、高温部の輻射率を、低温部の輻射率よりも低くする。詳細には、輻射面１２０ａは、高温部に重畳する輻射塗料と、低温部に重畳する輻射塗料との輻射率を異ならせる。すなわち、図６に示すように、輻射面１２０ａの温度が５０℃上昇する毎に、輻射塗料Ｙｄ→輻射塗料Ｙｃ→輻射塗料Ｙｂ→輻射塗料Ｙａの順に、塗布される輻射塗料が変更されている。温度上昇に対応して、輻射率比が段階的に下がるため、熱流束比は所定範囲内で増減を繰り返すこととなる。
The
このように、加熱板１２０の輻射面１２０ａの高温部は低温部よりも輻射率が低くなっている。そのため、輻射面１２０ａにおける熱流束を大凡均一にすることで、被加熱物の加熱の均一化を図ることが可能となる。その結果、燃焼加熱器１１０をバッチ炉に用いたり、搬送速度が遅い連続炉に用いたりしても、被加熱物を均一に加熱することが可能となる。
Thus, the high temperature part of the
また、輻射面１２０ａが金属の場合、酸化によって輻射率が上昇し、被加熱物への熱流束が時間経過とともに変化してしまうこともある。本実施形態では、輻射面１２０ａに輻射塗料を塗布していることから、輻射面１２０ａの酸化が抑えられ、安定した加熱性能を維持することが可能となる。
Moreover, when the
（変形例）
図７は、変形例における加熱板２２０、３２０の輻射面２２０ａ、３２０ａを正面に捉えた正面図であり、図７（ａ）には、第１変形例の加熱板２２０の輻射面２２０ａを示し、図７（ｂ）には、第２変形例の加熱板３２０の輻射面３２０ａを示す。
(Modification)
FIG. 7 is a front view in which the radiation surfaces 220a and 320a of the
図７（ａ）に示すように、第１変形例における加熱板２２０の輻射面２２０ａは、黒塗りの部位に、加熱板２２０本体よりも輻射率の高い輻射塗料が塗布されている。また、黒塗りのドットの密度は、輻射塗料の塗布密度を示す。ここで、塗布密度は、輻射面２２０ａの単位面積当たりの、輻射塗料の塗布面積（配置面積）である。
As shown to Fig.7 (a), the
図７（ａ）に示すように、輻射面２２０ａにおいては、裏面１２０ｃが燃焼室１２８に対向する高温部に対し、高温部より内周側の低温部の方が、輻射塗料の塗布密度が高い。言い換えれば、輻射面１２０ａにおける単位面積当たりの輻射塗料の占有面積を異ならせることによって、高温部の輻射率を、低温部の輻射率よりも低くしている。
As shown in FIG. 7A, in the
第１変形例においても、上述した実施形態と同様、輻射面２２０ａにおける熱流束を大凡均一とし、被加熱物の加熱の均一化を図ることが可能となる。
Also in the first modified example, as in the above-described embodiment, the heat flux on the
図７（ｂ）に示すように、第２変形例における加熱板３２０の輻射面３２０ａは、表面粗さが不均一となっている。図７（ｂ）では、輻射面３２０ａのうち、パターン模様の八角形が大きい程、表面粗さが小さく滑らかであって、パターン模様の八角形が小さい程、表面粗さが大きく粗い面となっていることを示す。
As shown in FIG. 7B, the
すなわち、輻射面３２０ａでは、裏面１２０ｃが燃焼室１２８に対向する高温部に対し、高温部より内周側の低温部の方が、表面粗さが大きく粗い面となっている。その結果、高温部において、対象範囲に含まれる表面積（単位領域当たりの表面積）は、低温部において、当該対象範囲と同じ大きさの対象範囲に含まれる表面積よりも小さいこととなる。換言すれば、輻射面３２０ａに平行な平面に投影した投影面積の単位面積当たりの表面積である比表面積で比較すると、高温部の比表面積は、低温部の比表面積よりも小さい。
That is, in the
そのため、輻射面３２０ａは、低温部の方が高温部よりも、被加熱物に対する輻射に寄与する面積が大きくなり、温度の差の影響を相殺して、熱流束が大凡均一となることから、被加熱物の加熱の均一化を図ることが可能となる。
Therefore, the
上述した第１変形例および第２変形例では、輻射塗料の塗布密度や、輻射面３２０ａの表面粗さを調整すればよいことから、輻射面２２０ａ、３２０ａの温度に応じて、一層、滑らかに輻射率を設定できる。そのため、熱流束のさらなる均一化を図ることが可能となる。
In the first modification and the second modification described above, it is only necessary to adjust the application density of the radiation paint and the surface roughness of the
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。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Is done.
例えば、燃焼加熱器１１０は、上述した構成に限らず、ラジアントチューブバーナ、ラインバーナ、赤外線セラミックバーナなど、空気、都市ガス、および、空気と都市ガスの混合ガス（予混合ガス）が供給される他の燃焼加熱器を用いてもよい。
For example, the
また、上述した実施形態および変形例では、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、燃焼加熱器１１０を単体で用いてもよいし、燃焼加熱器１１０が３つ連設された燃焼加熱システムを適用してもよい。
Further, in the above-described embodiment and modification, the
また、上述した実施形態および第１変形例では、加熱板１２０、２２０本体と輻射率の異なる付加物として、加熱板１２０、２２０本体よりも輻射率が高い輻射塗料を用いる場合について説明した。しかし、付加物としては、輻射塗料に限らず、例えば、加熱板１２０、２２０本体よりも輻射率が低い部材であってもよい。
Further, in the above-described embodiment and the first modification, a case has been described in which a radiant paint having a higher emissivity than that of the
また、上述した第２変形例では、輻射面３２０ａのうち、高温部と低温部との表面粗さを異ならせる場合について説明した。しかし、輻射面３２０ａの低温部に溝や突起を設けることなどによって、被加熱物に対する輻射に寄与する面積を大きくし、熱流束の均一化を図ってもよい。いずれにしても、輻射面３２０ａにおける高温部の方が低温部よりも、比表面積を小さくできればよい。
In the second modification described above, the case where the surface roughness of the high temperature portion and the low temperature portion of the radiating
本発明は、燃料を燃焼させて被加熱物を加熱する燃焼加熱器に利用することができる。 The present invention can be used in a combustion heater that heats an object to be heated by burning fuel.
１１０ 燃焼加熱器
１２０、２２０、３２０ 加熱板（輻射部）
１２８ 燃焼室
１４２ 導出部（流通部）
110
128
Claims (2)
前記燃焼室における燃焼によって生じた排気ガスが流通する流通部と、
前記流通部に連通し、前記排気ガスが排出される配管部と、
前記流通部の壁の一部を構成し、一部が前記燃焼室に隣接して、被加熱物に輻射熱を伝熱する輻射部と、
前記輻射部に重畳され、該輻射部の本体と輻射率の異なる付加物と、
を備え、
前記燃焼室の燃焼時において、前記輻射部のうち、該燃焼室の裏側に位置する高温部は、該輻射部のうち、該燃焼室からの距離が該高温部より大きい低温部に対して、単位面積当たりの前記付加物の占有面積が異なることにより、該低温部よりも輻射率が低くなっていることを特徴とする燃焼加熱器。 A combustion chamber for burning fuel gas;
A circulation part through which exhaust gas generated by combustion in the combustion chamber circulates;
A piping part communicating with the flow part and from which the exhaust gas is discharged;
A part of the wall of the flow part, a part of which is adjacent to the combustion chamber, and a radiant part for transferring radiant heat to an object to be heated;
An additive that is superimposed on the radiating portion and has a different emissivity from the main body of the radiating portion;
With
And have you during combustion of the combustion chamber, of the radiant section, high temperature portion which is located on the back side of the combustion chamber, of the radiant section, the distance from the combustion chamber to said high-temperature portion is greater than the low temperature portion by occupying area of the adduct per unit area is different, combustion heater, wherein the spokes morphism rate is lower than the low temperature portion.
前記輻射部は、前記高温部に重畳する付加物と、前記低温部に重畳する付加物との輻射率を異ならせることによって、該高温部の輻射率を、該低温部の輻射率よりも低くしていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼加熱器。 The radiating section is superimposed with a plurality of additional products having different emissivities from the main body of the radiating section,
The radiant part has a lower emissivity of the high temperature part than that of the low temperature part by making the emissivity of the adduct superimposed on the high temperature part different from that of the adduct superimposed on the low temperature part. The combustion heater according to claim 1, wherein
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