JPH0220902B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、加熱することにより遠赤外線を放射
するようにしたセラミツクスを用いた遠赤外線放
射装置に関するものである。

従来の技術 従来のこの種の遠赤外線放射装置は、その熱源
に電気ヒータあるいはバーナや触媒により燃焼し
た燃焼ガスを利用していた。

発明が解決しようとする問題点 上記熱源に電気ヒータを利用するものは運転コ
ストの面で不利であり、また燃焼ガスを利用する
ものは、１回の燃焼しか利用していないため、セ
ラミツクスを加熱した後のまだ高温の燃焼ガスを
そのまま外部へ排出されており、熱エネルギが無
駄になり、その上作業環境が高温になつてしまう
等の問題があつた。

問題点を解決するための手段及び作用 本発明は上記のことにかんがみなされたもの
で、外部に排出される熱エネルギの量が少なくな
り、供給した燃料の熱エネルギを無駄なく有効に
利用できるようにした遠赤外線放射装置を提供す
ることを目的とするもので、その構成は、入口と
出口とを有する燃焼ガス通路の外側の一部の面
に、加熱されることにより遠赤外線を放射するセ
ラミツクスを密着し、他の面に断熱材を取付け、
また上記入口に触媒燃焼器を内蔵した複数個の遠
赤外線放射器のそれぞれの触媒燃焼器に、燃料と
酸素含有ガスとを混合する混合器を接続し、この
各混合器の燃料入口に燃料供給ラインを接続し、
またそのそれぞれの酸素含有ガス入口を他の遠赤
外線放射器の出口側に接続して各遠赤外線放射器
をシリーズ状に接続し、最終段の遠赤外線放射器
の出口を熱交換器に接続し、また第１段の遠赤外
線放射器の混合器の予熱空気入口を上記熱交換器
を介して空気入口管に接続した構成となつてお
り、空気入口管より圧送された空気は最終段の遠
赤外線放射器よりの排熱を利用した熱交換器にて
予熱されてから第１段の遠赤外線放射器の混合器
に入り、ここで燃料と混合されてから第１段の遠
赤外線放射器の入口に内蔵された触媒燃焼器で
1000℃未満の燃焼ガスとなつて第１段の遠赤外線
放射器の流路内に流れ、これの遠赤外線放射面よ
り遠赤外線を放射する。そしてこの遠赤外線放射
器から排出された燃焼ガスである酸素含有ガスは
次の段の遠赤外線放射器の混合器に導入され、こ
こで前段の遠赤外線放射器にて放熱して降温した
分だけの熱エネルギに相当する量の燃料と混合し
てから次の遠赤外線放射器に入り、ここで再び触
媒燃焼器で1000℃未満の燃焼ガスとなつて遠赤外
線放射器内に流れて遠赤外線を放射してから再び
次の段の混合器に導入される。以下順次遠赤外線
放射器のそれぞれに流入する前に必要量の燃料が
供給されてから触媒燃焼され、その燃焼ガスはそ
のまま遠赤外線放射器に流入してそれぞれで遠赤
外線を放射する。そして最終段の遠赤外線放射器
から排出された燃焼ガスは熱交換器に入つて上記
空気入口管よりの空気を予熱する。

実施例 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図中１ａ，１ｂ，……１ｎは１段、２段……ｎ
段の遠赤外線放射器（以下単に放射器と略称す
る）であり、この各放射器１ａ，１ｂ，……は第
２図、第３図に示すようになつていて、それぞれ
の一側部には酸素含有ガスの入口２が、また他側
部には燃焼ガスの出口３がそれぞれ設けてある。
またこの各放射器１ａ，，１ｂ，……はステンレ
ス等の耐熱性の金属にて偏平の矩形断面形状の箱
形に形成されており、その下側面が遠赤外線放射
面４となつており、他の表面には断熱材５が被覆
されている。上記遠赤外線放射面４の表面にはセ
ラミツクス４ａが溶射あるいは塗布等にて密着さ
れている。また上記放射器１ａ，１ｂ，……の遠
赤外線放射面４の内側面にフイン６が突設してあ
る。

上記放射器１ａ，１ｂ，……の入口２には触媒
燃焼器７ａ，７ｂ，……が内蔵されており、この
各触媒燃焼器７ａ，７ｂ，……の入口側には空気
と燃料とを混合する混合器８ａ，８ｂ，……が可
撓管を介して接続されている。なお混合器も触媒
燃焼器と共に放射器内に内蔵してもよい。この各
混合器８ａ，８ｂ，……の燃料入口には流量調整
弁９を介して燃料供給ライン１０に接続されてい
る。また各混合器８ａ，８ｂ，……のうち、第１
段の混合器８ａの空気入口は予熱空気供給ライン
１１に接続されており、第２段以下の各混合器８
ｂ，８ｃ，……の燃焼ガス入口は前段側の放射器
１ａ，１ｂ，……の燃焼ガスの出口３に接続され
ている。

上記予熱空気供給ライン１１は熱交換器１２を
介してブロワ等の空気供給装置に接続した空気入
口管１３に接続されている。またこの予熱空気供
給ライン１１には上記熱交換器１２をバイパスす
る空気予熱ライン１４が設けてあり、この空気予
熱ライン１４には予熱器１５と予熱用混合器１６
と予熱用触媒燃焼器１７とが介装してある。上記
予熱空気供給ライン１１の熱交換器１２には最終
段の放射器１ｄの出口管１８が接続してある。１
９は空気予熱ライン１４に空気入口管１３の一部
をバイパスして流す弁である。

上記構成における遠赤外線放射装置の作用を説
明する。

装置のスタート時には弁１９を操作して空気予
熱ライン１４に空気入口管１３からの空気の一部
を流し、予熱器１５で加熱する。この状態で空気
入口管１３よりの空気は予熱器１５にて加熱され
て予熱用混合器１６に入り、ここで燃料と混合さ
れ、ついで予熱用触媒燃焼器１７で燃焼され、そ
の燃焼ガスは1000℃位となつて予熱空気供給ライ
ン１１にて空気入口管１３からの空気と混合され
て300℃位となり、第１段の混合器８ａに供給さ
れる。なおこの実施例では空気予熱ライン１４に
触媒燃焼器１７を用いたが、これはバーナ燃焼器
を用いてもよい。

第１段の混合器８ａでは予熱された空気と燃料
が混合され、ついで触媒燃焼器７ａにて燃焼され
て第１段の放射器１ａ内を流れる。

上記混合器８ａでの燃料の混合割合は燃焼後の
温度が1000℃未満となるような比率で爆発限界範
囲に入らないようにすることが必要である。燃料
が炭化水素系（プロパンガス）である場合には、
燃焼後の温度が1000℃未満である場合には爆発限
界範囲をはずれるので爆発は起こらない。

また燃焼後の燃焼ガスの温度を1000℃未満にす
るのは、燃焼ガスの配管と放射器１ａ，１ｂ，…
…等の流路系を保護するためであり、また燃焼触
媒の寿命を長期化するためでもある。例えば上記
流路系に高級な耐熱鋼を使用しても高温下での許
容引張応力が極端に小さくなつて構造的に不具合
となることと、酸化減耗が激しくなり、装置の寿
命が短くなる。

なお400℃の予熱空気にプロパンガス0.63容積
％を混合し触媒により燃焼した場合に燃焼ガスは
800℃となる。

第１段の放射器１ａ内を燃焼ガスが流れると、
遠赤外線放射面４より遠赤外線が放射される。そ
して上記燃焼ガスはここで使用された熱エネルギ
分に相当する温度だけ温度が低くなつて出口３よ
り出ていく。このとき放射器１ａの遠赤外線放射
面４のセラミツク４ａの表面の温度を高く、例え
ば650℃位にすると、表面からの放射熱エネルギ
量が多くなり、この熱エネルギを燃焼ガスから放
射面４に伝熱するには、内部の燃焼ガスと金属面
との温度差がかなり大きくなる。例えば上記した
ように、放射面のセラミツクス４ａの表面温度が
650℃になるには、内部の燃焼ガスの流速をかな
り早くしても境膜伝熱係数はあまり大きくなら
ず、燃焼ガスの温度と金属面との温度差が150〜
200℃となり、このため、その分だけ燃焼ガスの
温度を高くしなければならない。なお放射面４の
内面にフイン６が設けてあるので放射面４への伝
熱面積が大きくなり熱効率の点から有利である。
また放射面４以外の面の外側が断熱材５にて被覆
されているので、この面は燃焼ガスの温度にかな
り近接した温度となり、この面から放射される熱
エネルギはこれよりも低い遠赤外線放射面４側の
表面に吸収され、この面えの燃焼ガスからの伝熱
が補われる。

第１段の放射器１ａの出口３から出た燃焼ガス
は第２段の混合器８ｂで燃料と混合されてから第
２段の触媒燃焼器７ｂに入つて燃焼され、第１段
の放射器１ａにて温度低下した燃焼ガスの温度が
再度上昇される。このときの燃料は、前段の放射
器にて放熱した熱エネルギに相当する量だけ供給
される。

温度を回復した燃焼ガスは第２段の放射器１ｂ
を流れ、第１段と同様の作用により、放射面４よ
り遠赤外線を放射した後出口３より排出されて次
の放射器１ｃの混合器８ｃに流入される。そして
この混合器８ｃで新たに供給した燃料と混合して
触媒燃焼器７ｃで燃焼されて温度上昇された燃焼
ガスは第３の放射器１ｃに流入する。

以下順次燃焼ガスは各放射器にそれぞれの手前
で燃焼により温度上昇されて流入して各放射器よ
り遠赤外線が放射される。そして最終段の放射器
１ｄからの排ガスが熱交換器１２に入るとこれが
働き出すので、予熱用混合器１６の燃料を停止
し、予熱器１５の運転を止めると共に、空気予熱
ライン１４に流すバイパス空気を停止する。以後
は熱交換器１２にて予熱空気が得られる。

放射器１ａ，１ｂ，……の放射面４に密着して
遠赤外線放射体として用いられるセラミツクス４
ａはSiO₂，TiO₂，Al₂O₃，ZrO₂，Fe₂O₃，
Mn₃O₄，K₂O、MgO等主として金属酸化物を適
当に混合して焼結したものが使用される。

セラミツクス等を加熱して放射される赤外線の
最大放射エネルギの波長λmaxは λmax＝2898／Ｋ であり、650℃（923゜K）の表面温度の場合に最
大放射エネルギの波長は3.14μｍである。

遠赤外線の使用目的は、主として乾燥及び加熱
である。食品の場合は殆どが水分であり、水の分
子が遠赤外線を吸収して活動が最大となる波長は
3.2μｍであり、これに対応するセラミツクスの温
度は632℃位が最も効果的である。このために、
遠赤外線放射器内を流す燃焼ガスは1000℃未満と
するのが有利である。

上記各放射器１ａ，１ｂ，……１ｎを流れる燃
焼ガスの温度調整は触媒燃焼器７ａ，７ｂ，……
にて行なわれ、従つて各放射器から放射される遠
赤外線の波長も自由に変えられる。

上記作用において、空気供給ライン１１から供
給された空気は各段の放射器１ａ，１ｂ，……１
ｎの触媒燃焼器７ａ，７ｂ，……にて順次燃料を
燃焼するのに用いられた後排気ガスとなつて最終
段の放射器１ｎから排出されるまで何回も用いら
れ、上記空気中に含まれる酸素が３％以下になる
まで利用される。

例えば燃料にプロパンガスを用い、これに予熱
空気100Nm³を400℃で流し燃焼ガスの温度を800
℃とした場合に、１段の燃焼で消費される酸素の
量は約3.2％であり、800℃の燃焼ガスを400℃ま
で遠赤外線の放射に使用し、これに再度燃料を混
合し燃焼により再度800℃まで昇温する場合、残
留酸素が３％以下になるまで燃焼ガス中の酸素を
利用すると６回の燃焼が可能である。すなわち、
６段の遠赤外線放射器をシリーズに、かつクロー
ズタイプに連結利用することが可能である。

また燃焼ガス中の残留酸素が３％以下になつた
後は、例えば第１図の４段目の放射器１ｄの混合
器７ｄに接続したように新空気補給管２０より補
給する。この新空気の補給量は燃焼ガスの昇温の
ために入れる燃料と略当量である。このようにす
れば放射器の連結段数はいくらでも可能になり、
燃料の発熱量の大部分が遠赤外線の放射に使用さ
れることになる。

第４図、第５図は放熱器の他例を示すもので、
離間する２個の燃焼ガス主管２１ａ，２１ｂ間が
複数本の放射管２２にて接続されており、この放
射管２２の表面にセラミツクス２２ａが密着され
ている。また両燃焼ガス主管２１ａ，２１ｂの一
方の一端に入口２３が、また他端の出口２４が設
けてあり、また両燃焼ガス主管２１ａ，２１ｂに
は各放射管２２が迷路状に連通するための複数個
の邪魔板２５が設けてある。そしてこの両燃焼ガ
ス主管２１ａ，２１ｂの外周には断熱材２６で覆
われている。そしてこれの入口２３に触媒燃焼器
７ａ，７ｂ，……が内蔵されている。

しかして燃焼ガスが入口２３より入り、各放射
管２２を通つて出口２４から排出する間に放射管
２２より遠赤外線が放射される。

発明の効果 本発明によれば、外部に排出される熱エネルギ
の量が少なくなり、供給した燃料の熱エネルギを
無駄なく有効に利用することができ、燃料の利用
効率を向上することができる。また各遠赤外線放
射器１ａ，１ｂ，……の触媒燃焼器７ａ，７ｂ，
……はそれぞれの入口２に内蔵したことにより、
触媒燃焼器７ａ，７ｂ，……にて燃焼された燃焼
ガスは直接遠赤外線放射器内に流れることにな
り、この部分での熱損失をなくすることができる
と共に、連結部の構成を簡素化することができ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は
回路図、第２図は遠赤外線放射器の断面図、第３
図は第２図の−線に沿う断面図、第４図は遠
赤外線放射器の他の実施例を示す断面図、第５図
は第４図の−線に沿う断面図である。 １ａ，１ｂ，……１ｎは遠赤外線放射器、２は
入口、３は出口、４は遠赤外線放射面、５は断熱
材、６はフイン、７ａ，７ｂ，……は触媒燃焼
器、８ａ，８ｂ，……は混合器、１０は燃料供給
ライン、１２は熱交換器、１３は空気入口管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入口と出口を有する燃焼ガス通路の外側の一
   部の面に、加熱されることにより遠赤外線を放射
   するセラミツクスを密着し、他の面に断熱材を取
   付け、また上記入口に触媒燃焼器を内蔵した複数
   個の遠赤外線放射器のそれぞれの触媒燃焼器に、
   燃料と酸素含有ガスとを混合する混合器を接続
   し、この各混合器の燃料入口に燃料供給ラインを
   接続し、またそのそれぞれの酸素含有ガス入口を
   他の遠赤外線放射器の出口側に接続して各遠赤外
   線放射器をシリーズ状に接続し、最終段の遠赤外
   線放射器の出口を熱交換器に接続し、また第１段
   の遠赤外線放射器の混合器の予熱空気入口を上記
   熱交換器を介して空気入口管に接続したことを特
   徴とする遠赤外線放射装置。 ２ 燃焼ガス流路をシリーズに接続した各段の遠
   赤外線放射器の混合器のうち、酸素含有ガス中の
   残留酸素が３％以下となるような段の混合器の上
   流側に、新空気補給管を接続したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の遠赤外線放射装
   置。