JPH0739880B2 - Fluid heating device - Google Patents

Fluid heating device

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JPH0739880B2
JPH0739880B2 JP60223980A JP22398085A JPH0739880B2 JP H0739880 B2 JPH0739880 B2 JP H0739880B2 JP 60223980 A JP60223980 A JP 60223980A JP 22398085 A JP22398085 A JP 22398085A JP H0739880 B2 JPH0739880 B2 JP H0739880B2
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JP
Japan
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heat transfer
transfer tube
tube group
burner
heat
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紀之 織田
徹雄 竹原
裕史 前野
耕三 桜井
義裕 菅野
大介 越水
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Tokyo Gas Co Ltd
AGC Inc
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Asahi Glass Co Ltd
Tokyo Gas Co Ltd
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  • Gas Burners (AREA)
  • Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 「技術分野」 本発明は、湯沸し器、風呂釜、温水ボイラなどに使用さ
れる流体加熱装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fluid heating device used in a water heater, a bathtub, a hot water boiler, or the like.

「従来技術およびその問題点」 従来、湯沸し器、風呂釜、温水ボイラなどの流体加熱装
置においては、バーナ等の燃焼手段を有し、燃焼室にて
燃料を燃焼させた後、燃焼ガスを伝熱管群に導き、伝熱
管群の内部を流れる水等の流体を加熱するようになって
いた。
“Prior art and its problems” Conventionally, fluid heating devices such as water heaters, bath kettles, and hot water boilers have combustion means such as burners, and after burning fuel in the combustion chamber, the combustion gas is transferred. It was designed to lead to the heat pipe group and heat fluid such as water flowing inside the heat transfer pipe group.

近年、これらの流体加熱装置においては、極力コンパク
トにするため、燃焼室をできる限り小型化すると共に、
燃焼室と熱交換部とを一体化した構造とする傾向にあ
る。
In recent years, in these fluid heating devices, in order to make it as compact as possible, the combustion chamber is made as small as possible,
There is a tendency to have a structure in which the combustion chamber and the heat exchange section are integrated.

しかしながら、このように燃焼室を小型化すると、燃焼
途中の燃料が伝熱管の壁に接触する(すなわち火炎が冷
却される)ことにより、不完全燃焼を起こすことがあっ
た。このことは、燃料の損失となるばかりか、CO、ス
ス、アルデヒド等が発生し、人体にも悪影響を及ぼす結
果となる。
However, when the size of the combustion chamber is reduced in this way, incomplete combustion may occur due to the contact of the fuel during combustion with the wall of the heat transfer tube (that is, cooling of the flame). This results in not only fuel loss but also CO, soot, aldehyde, etc., which adversely affects the human body.

また、ボイラーのように燃焼室の壁が伝熱面になってい
たり、伝熱管が火炎に接近していたりすると、未燃燃料
が伝熱面に付着して伝熱面が過熱して損傷したり、燃焼
室内の燃焼ガスの混合が悪いため、局部的に伝熱負荷が
増大し、同じく伝熱面を損傷させることがあった。
Also, if the wall of the combustion chamber is a heat transfer surface like a boiler, or if the heat transfer tube is close to the flame, unburned fuel adheres to the heat transfer surface and the heat transfer surface becomes overheated and damaged. In addition, because of poor mixing of the combustion gas in the combustion chamber, the heat transfer load is locally increased, which may also damage the heat transfer surface.

このため、燃焼室の小型化には限界があり、例えば現在
市販されているガス湯沸し器においては、燃焼室と熱交
換部との大きさを比較すると約2:1であって、バーナ先
端と下方の伝熱管との距離は200〜300mmもある。これ以
上燃焼室を小さくして熱交換部を火炎に近づけること
は、伝熱管の損傷を早めたり、COの発生を増加させる等
の理由で困難となっていた。
Therefore, there is a limit to downsizing of the combustion chamber, for example, in the gas water heaters currently on the market, the size of the combustion chamber and the heat exchange section is about 2: 1 and the burner tip and The distance from the lower heat transfer tube is 200-300 mm. It has been difficult to reduce the size of the combustion chamber further and bring the heat exchange section closer to the flame because the heat transfer tube is damaged more quickly and CO generation is increased.

「発明の目的」 本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、不完
全燃焼を防止し、伝熱管等を損傷させることがなく、か
つ、熱損失の少ない高効率の流体加熱装置を提供するこ
とにある。
"Object of the Invention" The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, prevent incomplete combustion, do not damage the heat transfer tube, etc., and have a high efficiency of fluid heating with less heat loss. To provide.

「発明の構成」 本発明による流体加熱装置は、バーナと、このバーナの
燃焼ガスの流れの下流側に近接して配置された第一の伝
熱管群と、この第一の伝熱管群の燃焼ガスの流れの下流
側に隣接して配置された通気性の輻射体と、さらにこの
輻射体の燃焼ガスの流れの下流側に隣接して配置された
第二の伝熱管群とを備えていることを特徴とする。
"Structure of the Invention" A fluid heating apparatus according to the present invention includes a burner, a first heat transfer tube group arranged in the vicinity of a downstream side of a flow of combustion gas of the burner, and a combustion of the first heat transfer tube group. A gas-permeable radiant body is disposed adjacent to the downstream side of the gas flow, and a second heat transfer tube group is further disposed adjacent to the downstream side of the combustion gas flow of the radiant body. It is characterized by

本発明において、バーナとしては、プロパンガス、天然
ガス、石油等を燃料とし、これらの燃料を気化して燃焼
させるものが好ましく使用される。特に好ましくは、ガ
スバーナが使用される。ガスバーナは、必要に応じて複
数本配置される。
In the present invention, as the burner, those which use propane gas, natural gas, petroleum, etc. as a fuel and vaporize and burn these fuels are preferably used. Particularly preferably, a gas burner is used. A plurality of gas burners are arranged as needed.

第一の伝熱管群は、バーナに対し燃焼ガスの流れの下流
側であって、バーナに近接した位置、すなわちバーナに
よって形成される火炎中、あるいは火炎の先端に近接し
た位置に配置される。この場合、バーナの燃料ガス吐出
口と第一の伝熱管群との距離は100mm以内とすることが
好ましい。言い換えると、火炎の長さは、バーナの設計
によって異なるが、一般には50mm程度以下であるため、
結局、第一の伝熱管群は、火炎の先端付近から50mm程度
以内に配置されることになる。第一の伝熱管群を上記よ
り離れた位置に配置した場合には、熱損失が大きくな
り、本発明の効果を充分に得られなくなる。第一の伝熱
管群は、バーナに最も近接しているが、内部を流れる水
等の流体により冷却されるので、熱損傷が防止される。
第一の伝熱管群は、部分的過熱による熱損傷を防止する
ため、外面にフィンが付いていないものが好ましいが、
伝熱面積増大率の小さいフィンを付けてもよい。
The first heat transfer tube group is arranged on the downstream side of the flow of the combustion gas with respect to the burner, in a position close to the burner, that is, in a flame formed by the burner or a position close to the tip of the flame. In this case, the distance between the fuel gas discharge port of the burner and the first heat transfer tube group is preferably within 100 mm. In other words, the length of the flame varies depending on the burner design, but is generally about 50 mm or less,
After all, the first heat transfer tube group is arranged within about 50 mm from the vicinity of the tip of the flame. When the first heat transfer tube group is arranged at a position distant from the above, heat loss becomes large and the effect of the present invention cannot be sufficiently obtained. Although the first heat transfer tube group is closest to the burner, it is cooled by a fluid such as water flowing inside, so that heat damage is prevented.
In order to prevent thermal damage due to partial overheating, the first heat transfer tube group preferably has no fins on the outer surface,
You may attach a fin with a small heat transfer area increase rate.

通気性の輻射体は、第一の伝熱管群に隣接してバーナに
対して離れた位置に配置される。通気性の輻射体として
は、特に限定されないが、例えばセラミックスハニカム
体などがその軽量性、低通気抵抗性、高実効輻射率など
ゆえに好適である。またセラミックスシュバンクバーナ
プレート、セラミックス三次元網状体なども採用しう
る。セラミックスとしては、アルミナ、ジルコニア、ム
ライト、スポジュメン、コージライト、アルミニウムチ
タネート、リチウムアルミニウムチタネート、炭化ケイ
素、窒化ケイ素などが使用できる。通気性の輻射体は、
燃焼ガスが通過することにより白熱し、第一の伝熱管群
および第二の伝熱管群に輻射熱を照射する。この場合、
第一の伝熱管群がないと、輻射熱は直接バーナに照射さ
れ、バーナが過熱されて好ましくない。第一の伝熱管群
をバーナに近接させて設けたことによりCO等の不完全燃
焼生成物が発生するが、これらの不完全燃焼生成物は通
気性の輻射体を通過する際に、輻射体の熱を受けて完全
燃焼する。この場合、輻射体がセラミックスの場合に
は、セラミックス自身が有する触媒作用により、不完全
燃焼生成物の完全燃焼が促進される。さらには、輻射体
に酸化触媒等の触媒を担持させて不完全燃焼生成物の燃
焼を促進させるようにしてもよい。第一の伝熱管群が加
熱されることにより、その内部を流れる流体が加熱され
ることはいうまでもない。
The breathable radiator is disposed adjacent to the first heat transfer tube group and apart from the burner. The breathable radiant body is not particularly limited, but for example, a ceramic honeycomb body or the like is suitable because of its lightness, low ventilation resistance, and high effective emissivity. Further, a ceramics Schwank burner plate, a ceramics three-dimensional mesh body or the like can be adopted. As ceramics, alumina, zirconia, mullite, spodumene, cordierite, aluminum titanate, lithium aluminum titanate, silicon carbide, silicon nitride and the like can be used. Breathable radiator
When the combustion gas passes, it becomes incandescent and radiates heat to the first heat transfer tube group and the second heat transfer tube group. in this case,
Without the first heat transfer tube group, the radiant heat is directly applied to the burner and the burner is overheated, which is not preferable. Incomplete combustion products such as CO are generated by providing the first heat transfer tube group close to the burner, but these incomplete combustion products are radiated when they pass through the permeable radiator. It burns completely under the heat of. In this case, when the radiator is ceramics, the catalytic action of the ceramics itself promotes complete combustion of incomplete combustion products. Further, a catalyst such as an oxidation catalyst may be supported on the radiator to promote the combustion of the incomplete combustion products. It goes without saying that the fluid flowing inside the first heat transfer tube group is heated by heating the first heat transfer tube group.

第二の伝熱管群は、輻射体に隣接してバーナに対してさ
らに離れた位置に配置される。第二の伝熱管群は、輻射
体を通過してきた燃焼ガスに接触して加熱されると共
に、輻射体から輻射熱を受けて加熱される。そして、燃
焼ガスと熱交換することにより内部を流れる流体を加熱
する。第二の伝熱管群は、伝熱効率を向上させるため、
外面にフィンを有するものが好ましい。また、燃焼ガス
が平均して接触するようにするため、第二の伝熱管群
は、伝熱管が千鳥状に配列されることが好ましい。
The second heat transfer tube group is arranged adjacent to the radiator and further away from the burner. The second heat transfer tube group is heated by coming into contact with the combustion gas that has passed through the radiant body and receiving radiant heat from the radiant body. Then, the fluid flowing inside is heated by exchanging heat with the combustion gas. The second heat transfer tube group improves heat transfer efficiency,
Those having fins on the outer surface are preferable. Further, in order for the combustion gases to come into contact with each other on average, it is preferable that the heat transfer tubes in the second heat transfer tube group are arranged in a staggered manner.

なお、第一の伝熱管群および第二の伝熱管群の伝熱管の
材質は、炭化ケイ素、窒化ケイ素などの耐熱、耐食性に
優れたセラミックスであることが好ましく、特に、高熱
伝導率、低線膨張係数、高強度を有し、成形性にも優れ
た反応焼結炭化珪素が最も好ましい。本発明の場合、第
一の伝熱管群をバーナに近接させたことにより、第一お
よび第二の伝熱管群が大きな伝熱負荷を受けて局部的に
高温となりやすい。また、場合によっては、水などの被
加熱流体が局部沸騰を起こして発生した蒸気等により伝
熱を阻害され、局部的に非常に高温となることもある。
したがって、耐熱性に乏しい金属製とした場合には、伝
熱壁が過熱して激しく酸化され、極端な場合は溶損する
こともあるので材質、レイアウト、使用条件などの仕様
を適宜選択することが望ましい。この点、セラミックス
製とした場合には、充分な耐熱性が得られる。また、燃
焼ガスの保有する熱を顕熱のみならず潜熱まで回収しよ
うとする場合には硝酸の発生をきたすことがあり(天然
ガス自体はクリーンであるが、高温の燃焼によりNOxが
発生し、これが低温になると水分と結びついて硝酸とな
る)、その点からも耐腐食性を有するセラミックスが好
ましい。同様な理由で、伝熱管の外面に設けるフィンの
材質もセラミックスが好ましいが、銅、ステンレスなど
の金属も使用できる。
The material of the heat transfer tubes of the first heat transfer tube group and the second heat transfer tube group is preferably a ceramic having excellent heat resistance and corrosion resistance such as silicon carbide and silicon nitride, and particularly high thermal conductivity and low wire Reactive sintered silicon carbide, which has an expansion coefficient, high strength, and excellent moldability, is most preferable. In the case of the present invention, since the first heat transfer tube group is brought close to the burner, the first and second heat transfer tube groups are subject to a large heat transfer load and are likely to locally become hot. Further, in some cases, the fluid to be heated such as water causes local boiling and thus the heat generated by the steam or the like is hindered so that the temperature locally becomes extremely high.
Therefore, if a metal with poor heat resistance is used, the heat transfer wall may be overheated and violently oxidized, and in extreme cases, it may be melted.Therefore, the specifications such as material, layout, and operating conditions should be selected appropriately. desirable. In this respect, when it is made of ceramics, sufficient heat resistance can be obtained. In addition, when trying to recover not only the sensible heat but also the latent heat of the combustion gas, nitric acid may be generated (natural gas itself is clean, but NOx is generated due to high temperature combustion, When this becomes low temperature, it is combined with water to form nitric acid. From this point as well, a ceramic having corrosion resistance is preferable. For the same reason, the material of the fins provided on the outer surface of the heat transfer tube is preferably ceramics, but metals such as copper and stainless steel can also be used.

「発明の実施例」 第1図および第2図には本発明による流体加熱装置の一
実施例が示されている。
"Embodiment of the Invention" FIGS. 1 and 2 show an embodiment of a fluid heating apparatus according to the present invention.

この流体加熱装置11は、上方が開口されたケーシング12
で全体を囲まれており、ケーシング12内の下部にはバー
ナ13が配置されている。バーナ13は複数のノズル14を有
し、ノズル14から燃料ガス、例えば天然ガスを噴出させ
て火炎15を形成するようになっている。
The fluid heating device 11 includes a casing 12 having an upper opening.
A burner 13 is arranged in the lower part of the casing 12 by being surrounded by. The burner 13 has a plurality of nozzles 14, and a fuel gas, for example, natural gas is ejected from the nozzles 14 to form a flame 15.

バーナ13の上部には第一の伝熱管群16が配置されてい
る。この実施例の場合、第一の伝熱管群16の伝熱管は、
外径5〜20mm、肉厚1〜3mmとされ、伝熱管の配列間隔
は10〜20mm、バーナ13のノズル14先端からの距離aは10
0mm以内とされている。なお、第一の伝熱管群16の伝熱
管は、通常の円筒状のものでもよく、あるいは横断面が
楕円形等の管であってもよい。
A first heat transfer tube group 16 is arranged above the burner 13. In the case of this embodiment, the heat transfer tubes of the first heat transfer tube group 16 are
The outer diameter is 5 to 20 mm, the wall thickness is 1 to 3 mm, the heat transfer tube arrangement interval is 10 to 20 mm, and the distance a from the tip of the nozzle 14 of the burner 13 is 10
It is within 0 mm. The heat transfer tubes of the first heat transfer tube group 16 may be ordinary cylindrical tubes or tubes having an elliptical cross section or the like.

第一の伝熱管群16の上部には、通気性の輻射体18が配置
されている。この実施例では、輻射体18として、第3図
に示すようなセラミックス製の輻射体が用いられてい
る。このセラミックス輻射体は、格子状の隔壁によって
上下に貫通する多数の通気孔が設けられたもので、壁の
厚さwが0.1〜2mm、開孔率が60%以上、高さhが2〜30
mmとされている。なお、セラミックス輻射体の通気孔の
形状は、第3図に示すような正方形のものに限らず、必
要に応じて長方形あるいは六角形のものであってもよ
い。さらには波板同士、あるいは波板と平板を多数積層
して形成されるようなセラミックス輻射体でもよい。
An air permeable radiator 18 is arranged above the first heat transfer tube group 16. In this embodiment, as the radiator 18, a ceramic radiator as shown in FIG. 3 is used. This ceramic radiator is provided with a large number of ventilation holes that penetrate vertically through a grid-shaped partition wall, the wall thickness w is 0.1 to 2 mm, the open area ratio is 60% or more, and the height h is 2 to 2. 30
It is said to be mm. The shape of the ventilation holes of the ceramic radiator is not limited to the square shape as shown in FIG. 3, but may be a rectangular shape or a hexagonal shape as required. Further, it may be a ceramic radiator formed by laminating a plurality of corrugated plates or a plurality of corrugated plates and flat plates.

輻射体18のさらに上部には、第二の伝熱管群19が配置さ
れている。この実施例では、第二の伝熱管群19の各伝熱
管は、共通のプレート型のフィン20に挿通されており、
相互に平行に、かつ、千鳥状に配置されている。第二の
伝熱管群19の伝熱管は外径5〜20mm、肉厚1〜3mmとさ
れ、伝熱管の配列間隔は15〜50mmとされ、また、フィン
20の肉厚は0.1〜1mm、フィン20の配列間隔は1〜10mmと
されている。なお、上記フィン20として、波板と平板と
を交互に多数積層して形成された積層体を用い、この積
層体の通気路の走行方向に対して伝熱管を垂直に挿通さ
せるようにしてもよい。
A second heat transfer tube group 19 is arranged further above the radiator 18. In this embodiment, each heat transfer tube of the second heat transfer tube group 19 is inserted through a common plate type fin 20,
They are arranged in parallel with each other and in a staggered pattern. The heat transfer tubes of the second heat transfer tube group 19 have an outer diameter of 5 to 20 mm and a wall thickness of 1 to 3 mm, and the heat transfer tubes are arranged at an interval of 15 to 50 mm.
The wall thickness of 20 is 0.1 to 1 mm, and the arrangement interval of the fins 20 is 1 to 10 mm. As the fins 20, a laminated body formed by laminating a large number of corrugated plates and flat plates alternately is used, and the heat transfer tubes may be inserted vertically with respect to the traveling direction of the ventilation path of the laminated body. Good.

なお、第一および第二の伝熱管群16、19の伝熱管は、一
般には水平に配置されるが、被加熱流体が沸騰した際に
気泡が抜けやすいように、被加熱流体の入口側に比べて
出口側が上方となるように傾斜させてもよい。
The heat transfer tubes of the first and second heat transfer tube groups 16 and 19 are generally arranged horizontally, but on the inlet side of the fluid to be heated so that the bubbles easily escape when the fluid to be heated boils. You may incline so that an exit side may become an upper side compared.

第一の伝熱管群16および第二の伝熱管群19内には、被加
熱流体が流される。被加熱流体としては、液体、特には
水が好適である。被加熱流体は第一の伝熱管群16と第二
の伝熱管群19とにそれぞれ独立に流されてもよいが、好
ましくは両者間をシリーズに流される。この場合、温度
効率を大きくする上では、まず第二の伝熱管群19に流
し、ここを出た被加熱流体を次いで第一の伝熱管群16に
流すことが好ましい。一方、管内での局部沸騰を防止す
るためには、これとは逆に、まず第一の伝熱管群16に流
し、ここを出た被加熱流体を次いで第二の伝熱管群19に
流すことが好ましい。また各伝熱管群において伝熱管が
燃焼ガス流れ方向に複数段設けられているときには、第
一の伝熱管群16内においては燃焼ガスの上流側の段から
下流側の段へ流すようにし、第二の伝熱管群19内におい
ては燃焼ガスの下流側の段から上流側の段へ流すように
してもよい。
A fluid to be heated is caused to flow in the first heat transfer tube group 16 and the second heat transfer tube group 19. A liquid, especially water, is suitable as the fluid to be heated. The fluid to be heated may be separately flown into the first heat transfer tube group 16 and the second heat transfer tube group 19, but is preferably flowed in series between both. In this case, in order to increase the temperature efficiency, it is preferable that the first heat transfer tube group 16 is first caused to flow through the second heat transfer tube group 19, and the heated fluid that has flowed out of the second heat transfer tube group 19 is then allowed to flow. On the other hand, in order to prevent local boiling in the tube, on the contrary, first flow to the first heat transfer tube group 16 and then the heated fluid exiting here to the second heat transfer tube group 19 Is preferred. When a plurality of heat transfer tubes are provided in the combustion gas flow direction in each heat transfer tube group, the combustion gas is allowed to flow from the upstream side to the downstream side in the first heat transfer tube group 16, In the second heat transfer tube group 19, the combustion gas may flow from the downstream stage to the upstream stage.

上記実施例の流体加熱装置11と、これとは異なる構成の
流体加熱装置とを用いて性能を評価する実験を行なっ
た。実験条件および実験結果は次の通りである。
An experiment was conducted to evaluate the performance by using the fluid heating device 11 of the above-described embodiment and a fluid heating device having a different configuration. The experimental conditions and the experimental results are as follows.

(実験条件) 燃料:天然ガス,空気過剰率1.02 被加熱流体:入口水温は20℃の水をまず第一の伝熱管
群16に流し、ここを出たのち、第二の伝熱管群19に流す 第一の伝熱管群16:内径4.5mm,外径7mm,配列間隔12mm,
全部で10本一列に配置,反応焼結炭化ケイ素製 輻射体18:20セル/inch2,セル断面が正方形のハニカ
ム,ガス流れ方向の高さh20mm,ムライト製 第二の伝熱管群19:伝熱管の内径8.5mm,外径12mm,フィ
ンの厚さ0.4mm,フィンによる伝熱面積増大率20倍,反応
焼結炭化ケイ素製,外面基準伝熱面積1.4m2,燃焼ガス流
れ方向の寸法b85mm なお、実施例の装置においては、バーナ13のノズル14先
端から第一の伝熱管群16までの距離aを50mm,バーナ13
のノズル14先端から第二の伝熱管群19までの距離cを80
mmとした。
(Experimental conditions) Fuel: Natural gas, excess air ratio 1.02 Fluid to be heated: Water with an inlet water temperature of 20 ° C. was first passed through the first heat transfer tube group 16 and then exited to the second heat transfer tube group 19. Flowing first heat transfer tube group 16: inner diameter 4.5 mm, outer diameter 7 mm, arrangement interval 12 mm,
A total of 10 arranged in a row, reaction-sintered silicon carbide radiator 18:20 cells / inch 2 , honeycomb with a square cell cross section, height h20 mm in gas flow direction, mullite second heat transfer tube group 19: transfer inner diameter 8.5mm heat pipe, an outer diameter of 12 mm, the thickness of the fins 0.4 mm, 20 times the heat transfer area increasing rate due to the fins, reaction sintering silicon carbide, the outer surface reference heat transfer area 1.4 m 2, the combustion gas flow direction dimension b85mm In the apparatus of the embodiment, the distance a from the tip of the nozzle 14 of the burner 13 to the first heat transfer tube group 16 is 50 mm,
The distance c from the tip of the nozzle 14 to the second heat transfer tube group 19 is 80
mm.

また、対照例の装置においては、第一の伝熱管群16およ
び輻射体18を設けず、実施例の装置に用いたのと同様に
第二の伝熱管群19のみを設け、バーナ13のノズル14先端
から第二の伝熱管群19までの距離cを250mmとした。
Further, in the apparatus of the comparative example, the first heat transfer tube group 16 and the radiator 18 are not provided, only the second heat transfer tube group 19 is provided as in the case of the apparatus of the example, and the nozzle of the burner 13 is provided. 14 The distance c from the tip to the second heat transfer tube group 19 was 250 mm.

(実験結果) 実施例の装置と対照例の装置の性能を比較すると次表の
通りである。なお、排出CO濃度以外は相対比で示してあ
る。
(Experimental Results) The following table compares the performances of the device of the example and the device of the comparative example. The relative ratios are shown except for the concentration of CO emissions.

また、水の流れを少なくとしていくと、対照例の装置で
は、出口水温72℃で局部沸騰が最上部の伝熱管内で発生
した。これに対して、実施例の装置では、出口水温93℃
で初めて最上部の伝熱管内で局部沸騰が発生した。な
お、局部沸騰の発生は、大きな音と共に振動が発生する
状態で判断した。
Further, when the flow of water was reduced, local boiling occurred in the uppermost heat transfer tube at the outlet water temperature of 72 ° C. in the control apparatus. On the other hand, in the device of the example, the outlet water temperature is 93 ° C.
For the first time, local boiling occurred in the uppermost heat transfer tube. The occurrence of local boiling was judged in the state where vibration was generated along with a loud noise.

このように、実施例の装置では、第一の伝熱管群16およ
び輻射体18を設けたことにより、CO濃度を低く抑えつ
つ、バーナ13を伝熱管に近接させて燃焼空間を大幅に縮
小化することができる。また、局部沸騰を起こしにくく
なり、出口水温を大幅に上昇することができる。
As described above, in the apparatus of the embodiment, by providing the first heat transfer tube group 16 and the radiator 18, the burner 13 is brought close to the heat transfer tube while the CO concentration is kept low, and the combustion space is greatly reduced. can do. In addition, local boiling is less likely to occur, and the outlet water temperature can be significantly increased.

実施例の装置が局部沸騰を起こしにくい理由は次のよう
に考えられる。すなわち、輻射体18は燃焼ガスにより加
熱され、内部の伝熱によりその温度は均一化される。そ
して、輻射体18から第二の伝熱管群19に均一な輻射熱が
照射され、第二の伝熱管群19が均一に加熱されるためと
考えられる。また、第一の伝熱管群16が局部沸騰を起こ
さないのは、外面にフィンをもたないので管壁の温度が
低く抑えられるため、および、第一の伝熱管群16が火炎
による強い対流伝熱だけでなく、これと同等の輻射熱を
輻射体18から受けているためと考えられる。
The reason why the device of the embodiment is less likely to cause local boiling is considered as follows. That is, the radiator 18 is heated by the combustion gas, and its temperature is made uniform by the heat transfer inside. It is considered that the radiant body 18 irradiates the second heat transfer tube group 19 with uniform radiant heat to uniformly heat the second heat transfer tube group 19. Further, the first heat transfer tube group 16 does not cause local boiling because the temperature of the tube wall is kept low because there is no fin on the outer surface, and the first heat transfer tube group 16 has strong convection due to the flame. It is considered that not only heat transfer but also radiant heat equivalent to this is received from the radiator 18.

実験中、第二の伝熱管群19は、輻射体18からの強い輻射
熱を受けて、フィン20の先端は小豆色に色付いており、
650℃以上になっていたものと推定される。第二の伝熱
管群19の材質としては反応焼結炭化ケイ素を用いたが、
反応焼結炭化ケイ素は、熱伝導率が常温で170kcal/m2h
℃、1000℃で50kcal/m2h℃と非常に大であり、もし熱伝
導率が高々20kcal/m2h℃の耐熱合金を用いていたとした
ら、フィン20の先端は850℃以上になるものと推定され
る。また、第一の伝熱管群16は、内部に比較的低温の水
が流れるのであるが、火炎に近接しているので局部的に
はかなり高温となる。したがって、このような使用条件
に対しては、耐熱合金では長期の使用に耐えがたい可能
性もあり、より適切な仕様を設定するのが好ましい。な
お、第一および第二の伝熱管群16、19を反応焼結炭化ケ
イ素としたことにより、NOxの発生に伴なう硝酸に対し
て、耐腐食性も得られる。
During the experiment, the second heat transfer tube group 19 receives strong radiant heat from the radiant body 18, and the tips of the fins 20 are colored azuki-colored,
It is estimated that the temperature was above 650 ° C. Although the reaction sintered silicon carbide was used as the material of the second heat transfer tube group 19,
Reactively sintered silicon carbide has a thermal conductivity of 170 kcal / m 2 h at room temperature.
50kcal / m 2 h ℃ at ℃ and 1000 ℃ is very large, and if the heat conductivity is 20kcal / m 2 h ℃ at most, if the heat-resistant alloy is used, the tip of the fin 20 is 850 ℃ or more. It is estimated to be. Further, the first heat transfer tube group 16 has relatively low temperature water flowing therein, but since it is close to the flame, it locally becomes considerably hot. Therefore, under such usage conditions, the heat-resistant alloy may not be able to withstand long-term use, and it is preferable to set more appropriate specifications. By using the reaction-sintered silicon carbide for the first and second heat transfer tube groups 16 and 19, corrosion resistance to nitric acid accompanying NOx generation can also be obtained.

第4図および第5図には、本発明による流体加熱装置の
他の実施例が示されている。この流体加熱装置11では、
ケーシング20の上部が閉塞され、下部に排気口21が形成
されている。そして、ケーシング20内に、バーナ13、第
一の伝熱管群16、輻射体18、第二の伝熱管群19が順次上
方から下方に向けて配置されている。さらに、ケーシン
グ20の底部には凝縮水の受け皿22が配置されている。し
たがって、この装置11では、燃焼ガスが上方から下方へ
流れ、凝縮水が下方に流れるようになっている。この装
置11は、燃焼ガス中の潜熱をも回収するタイプのものに
好適である。
4 and 5 show another embodiment of the fluid heating apparatus according to the present invention. In this fluid heating device 11,
An upper portion of the casing 20 is closed and an exhaust port 21 is formed in the lower portion. Then, the burner 13, the first heat transfer tube group 16, the radiator 18, and the second heat transfer tube group 19 are sequentially arranged in the casing 20 from the upper side to the lower side. Further, a tray 22 for the condensed water is arranged at the bottom of the casing 20. Therefore, in this device 11, the combustion gas flows downward and the condensed water flows downward. This device 11 is suitable for a type that also recovers latent heat in combustion gas.

また第1図、第4図に示す実施例において、通気性の輻
射体18とフィンを備える第二の伝熱管群19との間に、さ
らにフィンなしの伝熱管群を配置することも好ましい。
これにより、フィンを備える第二の伝熱管群19の高温部
側と低温部側との温度差を緩和できる。さらに、バーナ
側から順にフィンなし伝熱管群、通気性の輻射体、フィ
ンなし伝熱管群、通気性の輻射体、フィンつき伝熱管群
を配置するごとくしてもよい。
Further, in the embodiment shown in FIGS. 1 and 4, it is also preferable to dispose a finless heat transfer tube group between the air permeable radiator 18 and the second heat transfer tube group 19 having fins.
Thereby, the temperature difference between the high temperature portion side and the low temperature portion side of the second heat transfer tube group 19 including the fins can be reduced. Furthermore, a finless heat transfer tube group, a breathable radiator, a finless heat transfer tube group, a breathable radiator, and a finned heat transfer tube group may be arranged in this order from the burner side.

「発明の効果」 以上説明したように、本発明によれば、バーナに近接し
た位置から、第一の伝熱管群、通気性の輻射体、第二の
伝熱管群を順次配置したので、通気性の輻射体から第一
の伝熱管群および第二の伝熱管群に輻射熱が照射され、
燃焼熱を有効に利用することができる。また、第一の伝
熱管群をバーナに近接させることにより不完全燃焼生成
物が発生したとしても、輻射体を通過する際に完全燃焼
されるので、不完全燃焼生成物の発生を極めて少なくす
ることができる。さらに、第一の伝熱管群をバーナに近
接して燃焼空間を大幅に縮小し、装置をコンパクト化す
ることができる。
[Advantages of the Invention] As described above, according to the present invention, the first heat transfer tube group, the breathable radiator, and the second heat transfer tube group are sequentially arranged from the position close to the burner. Radiant heat is radiated from the radiant radiator to the first heat transfer tube group and the second heat transfer tube group,
The combustion heat can be effectively used. Further, even if incomplete combustion products are generated by bringing the first heat transfer tube group close to the burner, they are completely combusted when passing through the radiator, so that the generation of incomplete combustion products is extremely reduced. be able to. Further, the first heat transfer tube group can be brought close to the burner to significantly reduce the combustion space, and the device can be made compact.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明による流体加熱装置の一実施例を示す正
面断面図、第2図は第1図におけるII−II線に沿った断
面図、第3図は同装置で使用される輻射体の一例を示す
斜視図、第4図は本発明による流体加熱装置の他の実施
例を示す正面断面図、第5図は第4図のV−V線に沿っ
た断面図である。 図中、11は流体加熱装置、12はケーシング、13はバー
ナ、14はノズル、15は火炎、16は第一の伝熱管群、18は
通気性の輻射体、19は第二の伝熱管群、20はフィンであ
る。
FIG. 1 is a front sectional view showing an embodiment of a fluid heating apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1, and FIG. 3 is a radiator used in the apparatus. FIG. 4 is a front sectional view showing another embodiment of the fluid heating apparatus according to the present invention, and FIG. 5 is a sectional view taken along the line VV of FIG. In the figure, 11 is a fluid heating device, 12 is a casing, 13 is a burner, 14 is a nozzle, 15 is a flame, 16 is a first heat transfer tube group, 18 is a breathable radiator, 19 is a second heat transfer tube group. , 20 are fins.

フロントページの続き (72)発明者 竹原 徹雄 東京都千代田区丸の内2丁目1番2号 旭 硝子株式会社内 (72)発明者 前野 裕史 兵庫県高砂市伊保町梅井801番地の6 (72)発明者 桜井 耕三 神奈川県横浜市戸塚区長倉町5の22 (72)発明者 菅野 義裕 埼玉県春日部市梅田3−114 (72)発明者 越水 大介 神奈川県横浜市鶴見区岸谷1−3―25 (56)参考文献 特開 昭61−225542(JP,A)Front page continued (72) Inventor Tetsuo Takehara 2-1-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Asahi Glass Co., Ltd. (72) Inventor Hiroshi Maeno 6 (72) Inventor, Umei, Ibo-cho, Takasago, Hyogo Prefecture (72) Kozo Sakurai 22-22, 5 Nagakura-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa (72) Inventor Yoshihiro Sugano 3-114 Umeda, Kasukabe-shi, Saitama (72) Inventor Daisuke Koshimizu 1-3-25-25 Kisiya, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa ) Reference JP-A-61-225542 (JP, A)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】バーナと、このバーナの燃焼ガスの流れの
下流側に近接して配置された第一の伝熱管群と、この第
一の伝熱管群の燃焼ガスの流れの下流側に隣接して配置
された通気性の輻射体と、さらにこの輻射体の燃焼ガス
の流れの下流側に隣接して配置された第二の伝熱管群と
を備えていることを特徴とする流体加熱装置。
1. A burner, a first heat transfer tube group arranged in proximity to a downstream side of a combustion gas flow of the burner, and a downstream side of a combustion gas flow of the first heat transfer tube group. And a second heat transfer tube group disposed adjacent to the downstream side of the combustion gas flow of the radiant body. .
【請求項2】特許請求の範囲第1項において、前記第一
の伝熱管群、前記通気性の輻射体および前記第二の伝熱
管群はいずれもセラミックスからなる流体加熱装置。
2. The fluid heating device according to claim 1, wherein each of the first heat transfer tube group, the air-permeable radiator and the second heat transfer tube group is made of ceramics.
【請求項3】特許請求の範囲第1項または第2項におい
て、前記第一の伝熱管群は外面にフィンのない管とし、
前記第二の伝熱管群は外面にフィンを有する管とした流
体加熱装置。
3. The first heat transfer tube group according to claim 1 or 2, wherein the first heat transfer tube group is a tube without fins on the outer surface,
The fluid heating device in which the second heat transfer tube group is a tube having fins on the outer surface.
【請求項4】特許請求の範囲第1項ないし第3項のいず
れか一において、前記第一の伝熱管群は、前記バーナの
燃料ガス吐出口より100mm以内の範囲に配置されている
流体加熱装置。
4. The fluid heating according to any one of claims 1 to 3, wherein the first heat transfer tube group is arranged within a range of 100 mm from a fuel gas discharge port of the burner. apparatus.
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