JPH0810041B2 - 遠赤外線放射装置 - Google Patents

遠赤外線放射装置

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JPH0810041B2
JPH0810041B2 JP63023900A JP2390088A JPH0810041B2 JP H0810041 B2 JPH0810041 B2 JP H0810041B2 JP 63023900 A JP63023900 A JP 63023900A JP 2390088 A JP2390088 A JP 2390088A JP H0810041 B2 JPH0810041 B2 JP H0810041B2
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三郎 丸子
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株式会社日本ケミカル・プラント・コンサルタント
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高温の燃焼ガスを、外面に遠赤外線放射塗
料を塗布した遠赤外線放射パイプ内に流し、このパイプ
より遠赤外線を放射して燃焼ガスの顕熱を遠赤外線とし
て利用するようにした遠赤外線放射装置に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
上記遠赤外線放射装置にあっては、燃焼ガスが所定の
長さの遠赤外線放射パイプを流れる関係上、その上流側
と下流側とでは温度差が生じ、上流側の外面の温度は高
く、下流側の温度は低くなっている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来の遠赤外線放射装置にあっては、これの上流
側と下流側とにおいて放射エネルギ量に差が生じ、放射
される波長においても上流側から放射される波長は短
く、下流側から放射される波長は長くなり、遠赤外線放
射装置全体から一定の波長の遠赤外線を得ることができ
なかった。
このことは、所定の波長、例えば、主波長が3.8μm
の遠赤外線が最も有効である融雪の場合とか一定の長波
長の遠赤外線を必要とする暖房、乾燥の場合に上記波長
の遠赤外線のエネルギを有効に出すことができず、効率
が悪くなるという問題が生じる。
これに対して放射される波長を上流側と下流側とで同
一にしようとすると、遠赤外線放射パイプの径を、上流
側を大きく、下流側を小さくしなければならず、このた
めに、遠赤外線の放射面積が、上流側が大きく、下流側
は小さくなり、従って遠赤外線の放射エネルギも、それ
ぞれの外面温度が同じであるために上流側が大きく、下
流側が小さくなり全長にわたって同一の放射エネルギを
得ることができないという不具合がある。
本発明は上記のことにかんがみなされたもので、遠赤
外線放射パイプの径を全長にわたって同一にして、これ
も上流側も下流側も放射面積が同じにでき、しかも、こ
れの全長にわたって外面温度を均一にすることができ、
これにより、遠赤外線放射パイプからの単位長さ当りの
遠赤外線の波長及び放射エネルギをこれの全長にわたっ
て均一にすることができ、小型で効率のよい遠赤外線放
射装置を提供することを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明に係る遠赤外線放
射装置は、外面に遠赤外線放射塗料を塗布した遠赤外線
放射パイプ内に高温の燃焼ガスを流し、遠赤外線放射パ
イプより遠赤外線を放射する遠赤外線放射装置におい
て、遠赤外線放射パイプ内に、これの上流側から下流側
にわたって徐々に径を大きくした内部パイプを配設した
構成となっている。
そして上記内部パイプの外面にも遠赤外線放射塗料を
塗布してもよい。
また遠赤外線放射塗料を放射パイプの内面と内部パイ
プの外面の双方に塗布してもよい。
さらに上記遠赤外線放射パイプの上流側に触媒燃焼器
を接続し、この組合わせを多段にする。
そしてさらに多段に接続する遠赤外線放射パイプ内に
燃焼器と燃料混合器を内装した構成としてもよい。
〔作用〕
遠赤外線放射パイプ内を流れる燃焼ガスは上流側から
下流側に流れるに従ってその流速は速くなり、従って流
路内での境膜伝熱係数が下流側程大きくなり、この境膜
伝熱係数の増加により、燃焼ガスの温度低下が補なわ
れ、遠赤外線放射パイプの外面からは、その全長にわた
って、単位長さ当りの外面積から同一の熱量で、従って
同一の波長の遠赤外線が放射される。
遠赤外線放射パイプの内、外面及び内部パイプの外面
にも遠赤外線放射塗料を塗布することにより、遠赤外線
放射パイプの内面に受ける熱量が大きくなり、その分燃
焼ガスの流速を低くしてもよくなる。
そして上記遠赤外線放射パイプには触媒燃焼器より直
接燃焼ガスが流入し、この遠赤外線放射パイプで熱交換
された燃焼ガスは次の段の触媒燃焼器へ供給される。
また遠赤外線放射パイプ内に燃焼器と燃料混合器を内
装した場合、このパイプ内で燃焼が行なわれる。
〔実施例〕
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第5図は本発明を適用しようとする遠赤外線放射装置
を概略的に示すもので、図中1,1,……は多段にした遠赤
外線放射パイプ(以下この説明ではこれを単に放射パイ
プという)であり、各放射パイプ1,1,……の上流側には
内部に燃焼触媒2を内装した触媒燃焼器3が接続してあ
り、またそれぞれの下流側は次段のものの触媒燃焼器2
の予熱空気入口3aに接続してある。なお最上流側の触媒
燃焼器の予熱空気入口3aには図示しない予熱空気発生源
に接続してあり、また最終段の放射パイプは熱交換器3b
に接続してある。上記放射パイプ1の外面には遠赤外線
放射塗料が塗布してあり、触媒燃焼器3から流入する燃
焼ガスにて放射パイプ1が所定の温度に加熱されること
により、これの外面から遠赤外線が放射されるようにな
っている。なお各触媒燃焼器3には図示しないが燃料供
給管が接続してある。
上記各放射パイプ1,1,……は第1図から第4図に示す
ようになっている。
すなわち、放射パイプ1の外面には遠赤外線放射塗料
4が塗布してある。そしてこの放射パイプ1内には上流
側から下流側にわたり、直径が徐々に大きくなるように
した内部パイプ5が、ヒレ状の支持部材6に支持されて
内装されている。この内部パイプ5の両端は閉じられて
いると共に、流体抵抗が小さくなるように矢じり状に形
成されている。
第1図、第2図に示す例は、放射パイプ1の外面にだ
け遠赤外線放射塗料4を塗布した例を示したが、第3
図、第4図に示すように、上記放射パイプ1の外面以外
に、放射パイプ1の内面及び内部パイプ5の外面にも上
記塗料4を塗布してもよい。
上記構成により、放射パイプ1内の流体流路は環状に
なり、かつその内径は徐々に大きくなって断面積が徐々
に減少する。
従って触媒燃焼器3より放射パイプ1に流入した燃焼
ガスの流速は、これの上流側から下流側に流れる間に徐
々に速くなり、これにより、放射パイプ1及び内部パイ
プ5のそれぞれの内、外面の境膜伝熱係数は上記流速が
速くなるに従って徐々に大きくなる。
放射パイプ1の単位長さ当りの内面に受ける熱エネル
ギQTは、燃焼ガスから直接放射パイプ1が受ける熱量Q1
と、燃焼ガスにて加熱された内部パイプ5の外面から受
ける熱量Q2との和となる。
また上記燃焼ガスから直接受ける熱量Q1は Q=ΔT×h×A1 ただし、ΔT:燃焼ガスと放射パイプ内面との温度差 h:境膜伝熱係数 A1:放射パイプ内面の単位長さ当りの面積 となり、また内部パイプ5の外面から受ける熱量Q2は、 ただし、ε:放射パイプ内面の放射率 ε:内部パイプの外面の放射率 A1:放射パイプ内面の単位長さ当りの面積 A2:内部パイプの外面の単位長さ当りの面積 T1:放射パイプ内面の温度°K T2:内部パイプの外面の温度°K となり、同様に、 Q2=ΔT×h×A2 となり、内部パイプ外面の面積A2とhとにより温度は決
まる。そして放射パイプ1の外面から、上記放射パイプ
1の単位長さ当りの内面に受ける熱エネルギ、すなわ
ち、QT=Q1+Q2に応じた熱エネルギーが放射される。
放射パイプ1に流入した燃焼ガスはこれの上流側から
下流側に向って流れる間に、放射パイプ1の外面より順
次遠赤外線として熱エネルギを放出するので、これの温
度は順次低下してΔTは徐々に小さくなる。一方上流側
から下流側に放射パイプ1の内面の境膜伝熱係数hは徐
々に大きくなるので、Q=ΔT×h×Aであることによ
り、放射パイプ1の単位長さ当りの内面に受ける熱量QT
は略一定となり、放射パイプ1の単位長さ当り外面から
の放射エネルギは略一定となる。従って放射温度及び波
長は全長にわたって一定となる。
このとき、内部パイプ5の外側面積も上流側から下流
側へ行くに従って徐々に大きくなり、この内部パイプ5
の外面から受ける熱量Q2が徐々に大きくなるので、下流
側の境膜伝熱係数の増加量は燃焼ガスと放射パイプ1の
内面との温度差ΔTの減少分を単純に大きくする必要は
ない。
さらに第3図、第4図に示すように、内部パイプ5の
外面に遠赤外線放射塗料4を塗布した実施例では、ステ
ンレスの場合、この部分の放射率を上記塗料を塗布しな
い場合の0.46〜0.50を0.9〜0.92位まで増加させること
ができ、また放射パイプ1の内面にも上記塗料4を塗布
することにより、一層、内部パイプ5の外面から受ける
熱量Q2が大きくなる。
このため、放射パイプ1内の燃焼ガスの流速を、放射
パイプ1の内面及び内部パイプ5の外面に遠赤外線放射
塗料4を塗布しない場合より小さくすることができ、従
って燃焼ガスを作るために送風する空気の圧力も小さく
でき、燃焼ガスの顕熱を多く利用でき、燃焼ガスの量を
少なくすることができる。
放射パイプ1の最下流部では、この部分のパイプの湾
曲に従って折れ曲がり、次の触媒燃焼器へ供給される
が、この最下流部では内部パイプ5がなくなって断面積
が急増することにより流速は急低下するので、この屈曲
部における流速抵抗が低くなる。
なお、上記各実施例では内部パイプ5を徐々に外径が
大きくなる、いわゆるテーパ状にした実施例を示した
が、径が異なる平行パイプを順次接続した形状、すなわ
ち段状にしてもよい。
また上記第1、第2の実施例では放射パイプ1を複数
本平行に配置することにより多段状にした例を示した
が、第3の実施例として各放射パイプを直線状に接続し
て長手方向に多段にしてもよい。
第6図から第8図はこの第3の実施例を示すもので、
図中10は単位構成の放射パイプであり、この放射パイプ
10の両端部にフランジ11,11が設けてあり、このフラン
ジ11,11により各放射パイプ10が直線状に接続されるよ
うになっている。そして最上流側の放射パイプ10の上流
端には予熱空気発源及び燃料混合器に接続され、また最
下流側の下流端には熱交換器が接続される。
上記放射パイプ10の外面には遠赤外線放射塗料4が塗
布してあり、またこれの内側には上流側から下流側にわ
たり、直径が徐々に大きくなるようにした内部パイプ12
がこれの外面に遠赤外線放射塗料4を塗布して内装され
ている。また放射パイプ10の上流端部の内側に燃焼触媒
13が支持部材14にて支持されて内装してある。また下流
端部には燃料混合器15が設けてある。この燃料混合器15
は、多孔質パイプ16を複数個平行に配置した燃料滲透部
材17と、これを内部パイプ12の下流端の下流側に配置す
る支持板18とからなっており、燃料滲透部材17に燃料送
入管19が接続されている。上記支持板18は円板状になっ
ていてその外周が放射パイプ10の内面に固着されている
が、これの半径方向中間に内、外部の熱膨張の差を吸収
するためのエキスパンション部18aが環状に設けてあ
る。
この構成において、放射パイプ10の上流端から予余熱
空気と共に流入した混合燃料は、燃焼触媒にて燃焼さ
れ、この燃焼ガスは下流側へ流れ、この間に上記第1の
実施例と同様の作用により放射パイプ10から遠赤外線を
放射する。放射パイプ10の下流側では燃料混合器15を通
り、この間に新たな燃料が混合され、次段の放射パイプ
の上流側へ供給される。
この実施例による遠赤外線放射装置は広い部屋、例え
ば体育館とかホールを暖房するのに用いられる。この場
合、この遠赤外線放射装置は直線状にはわせ、かつ被暖
房側に対する裏側に反射板を設置して暖房効率を高める
ようにして用いる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、遠赤外線放射パイプ1,10の径を全長
にわたって同一にして、これの上流側も下流側も放射面
積が同じにでき、しかもこれの全長にわたって外面温度
を均一にすることができる。
従って遠赤外線放射パイプ1,10からの単位長さ当りの
遠赤外線の波長及び放射エネルギがこれの全長にわたっ
て均一にすることができ、小型で効率のよい遠赤外線放
射装置を得ることができる。
【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図は第1実施
例の断面図、第2図は第1図のII−II線に沿う拡大断面
矢視図、第3図は第2実施例の断面図、第4図は第3図
のIV−IV線に沿う拡大断面矢視図、第5図は遠赤外線放
射装置の概略的な全体説明図、第6図から第8図は本発
明の第3の実施例を示すもので、第6図は断面図、第7
図は要部の拡大断面図、第8図は第7図のVIII−VIII線
に沿う断面矢視図である。 1,10は遠赤外線放射パイプ、3は触媒燃焼器、4は遠赤
外線放射塗料、5,12は内部パイプ。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外面に遠赤外線放射塗料4を塗布した遠赤
    外線放射パイプ1,10内に高温の燃焼ガスを流し、遠赤外
    線放射パイプ1,10より遠赤外線を放射する遠赤外線放射
    装置において、遠赤外線放射パイプ1内に、これの上流
    側から下流側にわたって徐々に径を大きくした内部パイ
    プ5,12を配設したことを特徴とする遠赤外線放射装置。
  2. 【請求項2】内部パイプ5,12の外面に遠赤外線放射塗料
    を塗布したことを特徴とする請求項1記載の遠赤外線放
    射装置。
  3. 【請求項3】遠赤外線放射パイプ1,10の内面と内部パイ
    プ5,12の外面の双方に遠赤外線放射塗料を塗布したこと
    を特徴とする請求項1記載の遠赤外線放射装置。
  4. 【請求項4】遠赤外線放射パイプ1の上流側に触媒燃焼
    器3を接続したことを特徴とする請求項1記載の遠赤外
    線放射装置。
  5. 【請求項5】多段に接続する各遠赤外線放射パイプ10内
    に燃焼器と燃料混合器を内装したことを特徴とする請求
    項1記載の遠赤外線放射装置。
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