JPH10169970A

JPH10169970A - 流体加熱装置

Info

Publication number: JPH10169970A
Application number: JP8325747A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Matsuo; 護松尾; Ryoichi Tanaka; 良一田中; Masao Hattori; 雅夫服部; Minoru Ito; 稔伊藤
Original assignee: Nippon Furnace Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Nippon Furnace Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Priority date: 1996-12-05
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 1998-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】同じ燃焼量の場合には加熱装置をコンパクト
にでき、また同じ大きさであれば燃焼量を大きくできる
ようにする。【解決手段】暖房、乾燥、給湯及び間接加熱などのた
めに３００℃程度の比較的中低温に被加熱流体あるいは
熱媒体を加熱する流体加熱装置において、被加熱流体あ
るいは熱媒体が通過する加熱室１ａ内に伝熱管３を配置
すると共に、伝熱管３のそれぞれの端部に、蓄熱体５
ａ，５ｂを備え該蓄熱体５ａ，５ｂを介して燃焼時には
燃焼用空気を供給しかつ燃焼停止時には伝熱管３内の排
ガスを排気する蓄熱型バーナ４ａ，４ｂを備え、その一
対のバーナ４ａ，４ｂを交互に燃焼させて被加熱流体あ
るいは熱媒体の加熱を行うようにしている。また、相対
的な回転によって燃焼用空気の供給と伝熱管内の燃焼ガ
スの排気を交互に行う蓄熱体を含む蓄熱型バーナ２’を
熱源としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、暖房、乾燥、給湯
及び間接加熱などのために３００℃程度までの比較的中
低温に被加熱流体あるいは熱媒体を加熱する流体加熱装
置に関する。更に詳述すると、本発明は、流体加熱装置
の熱源の改良に関する。（本明細書では、これら並びに
これらに類する流体を総称して熱媒体と呼ぶ）

【０００２】

【従来の技術】従来から、暖房装置として、空気を燃焼
熱や電熱で直接加熱して温風をつくる温風器と、水また
は油を燃焼熱や電熱で加熱して高温の温水や温油をつく
り、それを循環させて暖房に用いる温水ヒータやオイル
ヒータなどが知られている。これら暖房装置の熱源・ヒ
ートエレメントとしては、灯油やガス燃料をバーナで燃
焼させて熱を得る燃焼ヒータや電熱ヒータが一般的であ
るが、中でも、燃焼ヒータの使用は電熱ヒータを用いる
場合に比べてエネルギーコストが格段に低くできること
から有用である。

【０００３】一方、燃焼ヒータを熱源とする暖房装置
は、例えば図１３に示すように、暖房装置の筐体（図示
省略）内に設置された加熱装置１０１に燃焼室１０３を
一端に有する煙管（伝熱管）１０４を配置している。そ
して、燃焼室１０３にはバーナ１０２が設けられてお
り、燃焼室１０３内で発生した燃焼ガスが複数本の煙管
１０４内を通過して他端の集合管の排気口から排出され
る間にその周囲を流れる冷風あるいは循環流体を間接熱
交換による燃焼ガスとの間の熱交換によって加熱するよ
うにしている。例えば、温風機の場合には、燃焼室１０
３と煙管１０４からの輻射で加熱されて高温とされてか
らファンで吹き出される。また、温水ヒータやオイルヒ
ータなどでは、燃焼室１０３と煙管１０４からの輻射で
加熱されて高温となった水や油を循環ポンプなどで伝熱
面に送り伝熱面を温め、熱を奪われて低温となった水や
油を温水ヒータやオイルヒータに戻して再度加熱する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の燃焼ヒータによると、燃焼ガスは燃焼室１０３から
煙管１０４を経由して排気口へ向けて一方向に流れてい
るので、その伝熱管表面温度は図１２の（Ａ）に示すよ
うに、焚き口部付近の燃焼室・伝熱管温度が最も高くな
り、排気口近くの集合管あるいは煙管１０４が最も低く
なる。したがって、燃焼量を増やし過ぎると、燃焼室の
バーナ焚き口付近のメタル（隔壁）が過熱により焼損を
起こす虞がある。この焼損を防止するには、バーナ焚き
口付近の伝熱管温度を伝熱管材料の使用限界温度以下に
することが必要となるために、燃焼量を減らして燃焼室
負荷を小さくしなければならない。即ち、燃焼室の大き
さの割に燃焼量を小さくして焼損を防がなければならな
い。換言すると、大きな容積の燃焼室が必要となる。ま
た、燃焼ガスの温度は燃焼室の焚き口部から集合管の排
気口に向けて次第に熱を奪われて温度が低下する。この
ため、冷風あるいは循環流体に対する温度差が燃焼室の
バーナ焚き口付近で大きく煙管の排気口側寄りで小さく
なるから、燃焼ガスと冷風あるいは循環する熱媒体との
対数平均温度差が小さく、大きな伝熱面積を必要とす
る。特に排ガス温度を下げようとすればするほど大型化
する。したがって、暖房能力の割に暖房装置が大型化す
る問題を有している。特に、火傷などの危険を無くすと
共に省エネルギー化を図るために排気温度を下げようと
すると、膨大な伝熱面積（伝熱管表面積）を必要とする
ため、加熱装置の大型化を招き、暖房装置をコンパクト
にすることが難しいものとなる。

【０００５】また、伝熱管内の燃焼ガス温度は、排気口
に向かうにつれて低下し、伝熱量は伝熱管の長さ方向に
減少する。これは、伝熱管の長さ方向に大きい温度勾配
を持つことになり、伝熱管の寿命を短くする。

【０００６】そこで本発明は、同じ燃焼量の場合には加
熱装置をコンパクトにでき、また同じ大きさであれば燃
焼量を大きくできる流体加熱装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明は、暖房、乾燥、給湯及び間接加熱などのた
めに３００℃程度までの比較的中低温に被加熱流体ある
いは熱媒体を加熱する流体加熱装置において、被加熱流
体あるいは熱媒体が通過する加熱室内に伝熱管を配置す
ると共に、伝熱管のそれぞれの端部に、蓄熱体を備え該
蓄熱体を介して燃焼時には燃焼用空気を供給しかつ燃焼
停止時には伝熱管内の排ガスを排気する蓄熱型バーナを
備え、その一対のバーナを短時間に交互に燃焼させて被
加熱流体あるいは熱媒体の加熱を行うようにしている。

【０００８】したがって、伝熱管内の燃焼方向が短時間
で周期的に反転し、図１２の（Ｂ）に示すような温度分
布、即ち燃焼ガス温度が平均化されて伝熱管長さ方向の
温度勾配を解消して温度分布を全体的に均一にすると共
に平均温度差を大きくする温度分布が形成される。この
平均化された均一火炎は低ＮＯｘ化を実現すると共に伝
熱管の長さ方向に均一でかつ大きな伝熱量を与える。加
えて、蓄熱体を介した排ガスとの間の熱交換で排ガス温
度に近い高温の空気が得られて再び伝熱管内に投入され
ることから、伝熱管から排出されるときの排ガス温度が
高くとも排熱量が増えることがない。

【０００９】請求項２記載の流体加熱装置は、伝熱管
が、管軸中心に隔壁が設けられて２室に区画され先端部
分で２室が連通されたシングルエンド伝熱管である中心
に隔壁を設けたシングルエンド伝熱管を熱源として用い
ている。この場合、伝熱管としての構成が簡素化され、
これと共に蓄熱バーナシステム全体の小型化が可能にな
る。

【００１０】請求項３記載の発明は、暖房、乾燥、給湯
及び間接加熱などのために３００℃程度までの比較的中
低温に被加熱流体あるいは熱媒体を加熱する流体加熱装
置において、被加熱流体あるいは熱媒体が通過する加熱
室内にシングルエンド伝熱管を配置すると共に、伝熱管
の端部に、燃焼用空気と排ガスとを流す２系統の流路と
の間での相対的な回転によって燃焼用空気と排ガスとを
時間を異にして同じ領域に通過させ燃焼ガスの顕熱を高
効率で燃焼用空気に伝達させることが可能な蓄熱体を含
み、該蓄熱体を介して燃焼用空気の供給と伝熱管内の燃
焼ガスの排気を行う蓄熱型バーナを備えるようにしてい
る。この場合、燃焼用空気の供給と燃焼ガスの排気とが
相対的に回転する蓄熱を通過して切り替えられることに
よって火炎の位置が移動する不定在火炎となり、部分的
に高温な領域が形成されない。また、燃焼も連続してい
るため伝熱管内圧の変動や着火時及び燃焼中断時の騒音
の発生がない。

【００１１】請求項４記載の発明においては、伝熱管に
直接排気系に連通する分岐管を設け、該分岐管に燃焼ガ
スの一部を分流させて蓄熱体を通さずに蓄熱体を通過し
て排気される排ガスと共に排気させるようにしている。
この場合、燃焼によって生じる燃焼ガスの量が供給空気
量よりも１０％から３０％程度多く、また燃焼ガスの比
熱も燃焼用空気のそれより１０％程度高くなるが、その
多くなった分および高くなった分を分岐管から抜き取る
一方、蓄熱体側からは供給空気量とバランスのとれる分
に相当する程度の排ガスを抜き取れば、蓄熱体を通過す
る排ガスの温度を低くできる。また、分岐管を流れる燃
焼ガスもその間に被加熱流体あるいは熱媒体との間の熱
交換によって熱を奪われる。そして、蓄熱体を通過して
低温にされた排ガスとこれよりも高温ではあるが１０％
から３０％程度の比較的少ない量である分岐管からの排
ガスとは混合されて排出され、全体として排気温度を低
くして熱効率を高め得る。しかも、蓄熱体を通る空気と
排ガスの量がバランスするため、圧力損失が大きくなっ
たり伝熱管内圧が高くなることもない。

【００１２】請求項５記載の発明においては、伝熱管及
び分岐管の外周にフィンを設けるようにしている。この
場合、伝熱管そのものの温度が低温側流体となる被加熱
流体たる冷風あるいは熱媒体となる水や油などの循環流
体の温度に近づく。

【００１３】請求項６記載の流体加熱装置は暖房装置で
あり、冷風あるいは循環する熱媒体を加熱することを特
徴としている。従来の燃焼式暖房装置の場合、冷風と温
風との温度差が約２０℃前後でかつ排気温度が高くでき
ないことから、燃焼量を大きくできない。しかし、この
発明の場合、高負荷燃焼させても、蓄熱体を介した排ガ
スとの間の熱交換で再び伝熱管内に高温予熱空気として
投入され利用されることから、伝熱管を出るときの排ガ
ス温度を高くとも排気温度は低くなる。したがって、燃
焼ガスと冷風あるいは循環する熱媒体との対数平均温度
差を大きくでき、高負荷燃焼させると共に伝熱管を短く
し、小さな伝熱面面積で所望の暖房能力が得られる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

【００１５】図１に本発明の流体加熱装置を燃焼暖房装
置に適用した実施形態の一例を示す。この燃焼暖房装置
１は図示されていないファンを用いて送風を行い、熱源
を通過する間に冷風を加熱して温風を吹き出すものであ
る。この燃焼暖房装置は、筐体（図示省略）内に設置さ
れた加熱装置（図示省略）の加熱装置ケース１で構成さ
れる加熱室１ａ内に被加熱流体たる冷風あるいは熱媒体
が通過するように設ける一方、この加熱室１ａ内に伝熱
管３を配置すると共にこの伝熱管３の加熱装置ケース１
の外に突出した端部にそれぞれ蓄熱型バーナ４ａ，４ｂ
を取り付けるように設けられている。蓄熱型バーナ４
ａ，４ｂは、蓄熱体５ａ，５ｂを備え該蓄熱体５ａ，５
ｂを介して燃焼時には燃焼用空気を供給しかつ燃焼停止
時には伝熱管３内の排ガスを排気する交互燃焼式バーナ
であり、その一対のバーナ４ａ，４ｂを交互に燃焼させ
て冷風あるいは循環流体の加熱を行うように設けられて
いる。尚、加熱室１ａは、普通鋼や耐食鋼、耐熱鋼ある
いはセラミック等からなる加熱装置ケース１によって形
成されている。

【００１６】一対の蓄熱型バーナ４ａ，４ｂと、蓄熱体
５ａ，５ｂと、四方弁６と、燃焼用空気供給系７と、排
気系８及びこれらを接続するダクト９ａ，９ｂとから一
対の蓄熱型バーナ４ａ，４ｂを交互に燃焼させる蓄熱型
バーナシステム２が構成されている。この切換蓄熱型バ
ーナシステム２は、夫々蓄熱体５ａ，５ｂを近傍に配置
あるいは内蔵している一対の蓄熱型バーナ４ａ，４ｂを
流路切換手段・四方弁６を介して燃焼用空気供給系７あ
るいは排気系８に選択的に接続して、一方のバーナ４ａ
を燃焼させている間に他方のバーナ４ｂから被加熱物あ
るいは熱媒体の加熱に用いた後の燃焼ガスを排気させる
ようにしている。バーナ４ｂから排気が為される際に、
蓄熱体５ａは燃焼用空気を予熱し、蓄熱体５ｂは燃焼ガ
スから顕熱を回収する。

【００１７】各蓄熱体５ａ，５ｂは、各バーナ４ａ，４
ｂとダクト９ａ、９ｂとの間に位置するように設置され
ている。これらの蓄熱体５ａ，５ｂは、例えば、通路断
面積が一定でかつ直線的に流路が貫通しているハニカム
形状のセラミックス（例えばコージライトやムライト
等）の使用が好ましい。このハニカム形状のセラミック
スは熱容量が大きく耐久性が高い割に比較的圧力損失が
低く、排気と給気とが交互に淀みなく行われる。この蓄
熱体５ａ，５ｂは、通過する排ガスとの間で熱交換を行
い顕熱を回収すると共に回収した熱で燃焼用空気を排ガ
ス温度近くの温度まで予熱する。蓄熱体５ａ，５ｂは、
ダクト９ａ，９ｂを介して四方弁６のポートに接続され
ている。また、四方弁６の他のポートには、燃焼用空気
供給系７及び排気系８が夫々接続されている。したがっ
て、この四方弁６を切り替えることで、各バーナ４ａ，
４ｂのうち何れか一方は空気供給系７に、もう一方は排
気系８に夫々選択的に接続される。

【００１８】燃料は、図示していない燃料切替弁を介し
て燃料供給源に接続されている燃料供給管及び燃料ノズ
ル（図示省略）によってバーナ４ａ，４ｂに供給され
る。燃料はバーナスロートの内周面に配置された燃料ノ
ズルあるいはバーナスロートの中心に配置された燃料ノ
ズルから径方向内向きあるいは接線方向もしくは軸方向
にバーナスロート内に噴射される。燃料噴射は燃焼用空
気の噴射よりも一定の遅れをもって噴射され、かつ燃焼
用空気の遮断よりも一定時間先行して遮断されるように
制御することが好ましい。

【００１９】バーナ４ａ，４ｂは、特にガン構造などに
は限定されるものではないが、蓄熱体５ａ，５ｂを内装
しあるいは外部に直に接続し、この蓄熱体５ａ，５ｂを
介して燃焼用空気の供給と燃焼ガスの排気とを行いなが
ら交互に燃焼し得るものであれば実施可能である。ここ
で、バーナ４ａ，４ｂの交互燃焼の周期は、温度効率を
考慮すれば短時間であればある程好ましく、例えば、２
０〜３０秒程度の短時間、より好ましくは２０秒以下の
短時間であり、その間に必要な燃焼が行われるように設
けられる。

【００２０】尚、伝熱管３としては特に限定されるもの
ではないが、通常使用される耐熱鋳鋼などの金属の他、
ＳｉＣ等のセラミックスを使用することもある。セラミ
ックス製伝熱管の場合、酸化しないばかりか軽量で含有
熱も小さい（比重が小さく薄肉にできるから）という利
点がある。

【００２１】以上のように構成される切換蓄熱型バーナ
システム２においては、四方弁６及び図示していない燃
料切替弁などは、例えばソレノイドの操作などによって
互いに連動して切り替わり、一対のバーナ４ａ，４ｂを
交互に燃焼させる一方、高温の排ガスは燃焼停止中のバ
ーナ４ａあるいは４ｂの蓄熱体５ａあるいは５ｂを通し
て排出される。このとき、蓄熱体５ａ，５ｂと高温排ガ
スとの間では熱の授受が行われ、蓄熱体５ａ，５ｂが排
ガスの顕熱を回収する。バーナ４ａ，４ｂとの間で燃焼
が切り替わると共に燃焼用空気及び排ガスの流れも切り
換えられ、排ガスの顕熱を回収した蓄熱体５ａ，５ｂを
今度は燃焼用空気が通過することになる。この際に燃焼
用空気は通過する蓄熱体５ａあるいは５ｂによって加熱
されて排ガス温度に近い温度に予熱され、バーナスロー
ト内で噴射された燃料と接触して燃焼を行う。ここで、
伝熱管３から蓄熱体５ａあるいは５ｂに抜き取られる排
ガスの温度が高くされても、その顕熱が蓄熱体５ａある
いは５ｂを介した燃焼用空気の予熱によって再び伝熱管
内に戻されるので、排熱量そのものは少なくなり、省エ
ネルギが達成される。そこで、伝熱管３の出口での排ガ
ス温度は高いまま蓄熱体側へ抜き取られるようにするこ
とによって、被加熱流体である冷風あるいは水や油等の
熱媒体との温度差を高くし伝熱量を大きくとることがで
きる。したがって、冷風あるいは熱媒体に対する温度差
は燃焼室のバーナ焚き口付近と煙管の排気口側寄り及び
それらの中間部分とでほとんど差がなく、しかも伝熱管
表面温度に部分的なピークが生じないため平均温度差も
大きくできることから、小さな伝熱面積で所定の熱量・
暖房能力を得ることができる。しかも、排ガスの顕熱が
回収され伝熱管内に戻されるので、同じ燃焼量でも暖房
能力を上げることができる。

【００２２】斯様に構成された図１の実施形態の燃焼暖
房装置によると、以下のようにして温風が得られる。こ
の燃焼暖房装置では図示されていないファンを作動させ
て加熱室１ａを流れて装置の吹き出し口から吹き出す送
風を始める。一方、加熱装置では所定の起動運転を経て
からバーナ４ａ，４ｂを交互燃焼させる。バーナ４ａ，
４ｂの燃焼は、蓄熱体を通過して高温例えば９００℃以
上に予熱された二次空気を使用して伝熱管３の両端で短
時間に交互に行われる。そして、一方のバーナの燃焼で
発生した燃焼ガスは、伝熱管３を加熱しながら他端側の
バーナ４ａあるいは４ｂの蓄熱体５ａあるいは５ｂを経
る間に２００℃程度に冷却されてから排気系８へ誘引さ
れ、所定の排気処理が施されて大気に排出される。この
ため、排ガスの熱は、蓄熱体５ａ，５ｂで回収される。
そして、蓄熱体５ａ，５ｂに回収された熱は、バーナ４
ａ，４ｂを燃焼させる際の燃焼用空気の予熱に使用さ
れ、再び伝熱管３内に戻される。これによって図１２の
（Ｂ）に示すような伝熱管表面温度分布を形成し、伝熱
管長手方向に均一加熱する。そして、燃焼室１ａの中を
流れる０〜２０℃程度の冷風を伝熱管３で加熱し、４０
℃程度の温風にしてから吹き出す。

【００２３】また、図２に他の実施形態を示す。この実
施形態においては、上述の伝熱管３の中央部に分岐管１
０を設け、該分岐管１０に燃焼ガスの一部を分流させて
蓄熱体５ａ，５ｂを通さずに伝熱管３の外に抜き取り、
更に蓄熱体５ａ，５ｂを通過して排気される排ガスと共
に排気させるように構成されている。分岐管１０の一方
側は排ガス排気系８の途中に接続され、また、分岐管１
０の途中にはバランス調節弁１１が設けられている。こ
のバランス調節弁１１の制御により、蓄熱体５ａ，５ｂ
を通って排気される排ガスの量が好適な量に調整でき
る。したがって、分岐管１０を通って直接排気系８に排
気される伝熱管３内の燃焼ガスの量を調整して蓄熱体を
通って供給される燃焼用空気の量と排気される燃焼ガス
の量とをバランスさせることができる。例えば、一般に
は燃焼によって生じる燃焼ガスの量が供給空気量よりも
１０％から３０％程度多く、また燃焼ガスの比熱も燃焼
用空気のそれより１０％程度高くなるので、その多くな
った分および高くなった分を分岐管から抜き取る一方、
蓄熱体側には供給空気量とバランスのとれる分に相当す
る程度の排ガスを通過させるようにすることが好まし
い。通常、燃焼用空気の量と比熱との積を１とすると、
燃焼ガスの量と比熱との積は１．１５以上となるため、
この余剰分を分岐管１０から排気することが好ましい。
このとき分岐管１０への抜き取り量を多くするほど、蓄
熱体を通過する排ガスの温度は低くなる。一方、分岐管
１０を流れる燃焼ガスもその間に被加熱流体あるいは熱
媒体との間の熱交換によって熱を奪われ、分岐管１０を
通過した排ガスの温度は分岐管１０への抜き取り量を増
すにつれて高くなる。そして、蓄熱体を通過して低温に
された排ガスと分岐管からの排ガスとは混合されて排出
され、全体として排気温度を最も低くして熱効率を高め
得る適切な抜き取り量の範囲が存在し、その範囲は通
常、生成燃焼ガス量の１０％から３０％程度にある。こ
の適切な抜き取り量はバランス調節弁１１を制御して得
られる。しかも、蓄熱体５ａ，５ｂを通る排ガスの量が
減るため、排気側の圧力損失が小さくなり、かつ、伝熱
管３の内圧が低くなって切換時の圧力振動が減少するな
どの利点がある。

【００２４】また、図３及び図４に更に他の実施形態を
示す。この実施形態では、図３または図４の伝熱管３ま
たは分岐管１０の外周面、即ち低温流体側にフィン１２
を取り付けている。このフィン１２は、低温流体と接触
する外周面の伝熱面面積を高温流体（燃焼ガス）が接触
する内周面側よりも極めて大きくするためのもので、伝
熱管そのものの温度を低温側流体となる被加熱流体（冷
風）あるいは熱媒体の温度に近づける。このフィン１２
は、多くの場合、伝熱管とは別体の熱伝導に優れる金属
で形成され、伝熱管の周りに溶接付けや半田付けあるい
は巻き付けなどによって取り付けられている。

【００２５】また、図５に更に他の実施形態を示す。こ
の実施形態では、伝熱管３として、ヘッダー１３，１３
を有するものが使用されている。伝熱管３は少なくとも
１本、図上では３本が２本のヘッダーに両端を連結され
て１つの熱交換器を構成するように設けられている。こ
こでヘッダー１３，１３は、バーナ４ａ，４ｂのバーナ
スロートを燃焼用空気の流れ方向へ延長した形状とされ
ており、ヘッダー１３，１３の奥部まで燃焼ガスが流さ
れ得るようになっている。よって本実施例では一対のヘ
ッダー１３，１３は互いにほぼ平行となるように設けら
れているが、これに限定を受けるものではない。この実
施形態の場合、単一の伝熱管の場合と比べて表面積が増
えるため、加熱室１ａを流れる冷風あるいは水や油など
の循環流体への熱伝導が向上する。伝熱管３やヘッダー
１３には分岐管やバランス調節弁は設けられていない
が、上述の実施例と同様に設置するようにしてもよい。
また、冷風との熱交換を効率よく行わせるため、伝熱管
３にフィン１２を設けるようにしてもよい。

【００２６】図６及び図７に更に他の実施形態を示す。
この実施形態は、伝熱管としてシングルエンド伝熱管
３’を用いたものである。バーナシステム２は、上述の
実施例と同様に切換蓄熱型を使用している。シングルエ
ンド伝熱管３’の内部には管軸中心に隔壁１４が設けら
れて２室１５ａ，１５ｂに区画され、先端部分で２室１
５ａ，１５ｂが連通されている。したがって、燃焼ガス
は伝熱管先端で折り返して反対側の室に移り伝熱管全体
を流れる。シングルエンド伝熱管３’にはフィン１２を
設けることが好ましく、また図７に示すように分岐管１
０及びバランス調節弁１１を設けるようにしてもよい。
この場合、燃焼ガスの折り返し点となる伝熱管３’の最
深部の近傍に分岐管１０が接続されている。しかし、分
岐管１０の接続位置は必ずしも伝熱管先端に限られるも
のではない。さらに、この場合にも分岐管１０の低温流
体側と接する面・外周面にフィン１２を設けて伝熱面面
積を高温流体と接する側よりも大きくして伝熱管表面温
度を下げることが好ましい。

【００２７】また、以上の実施形態においては、交互燃
焼式の蓄熱型バーナを採用した例について主に説明して
いるが、これに特に限定されず、燃焼用空気の流路と排
ガスの流路とに対する蓄熱体の位置を相対回転によって
切り替える蓄熱型バーナシステム（以下回転蓄熱型バー
ナシステムと呼ぶ）２’を採用しても実施可能である。
例えば図８及び図９に回転蓄熱型バーナシステムを組み
込んだ実施形態を示す。この実施形態は、蓄熱型バーナ
システム２’として回転円板式の流路切換装置を組み込
んで蓄熱体に相対回転を与えて燃焼用空気の供給と燃焼
ガスの排気とを交互に行うようにしたものである。加熱
室ケース１の中の加熱室１ａにシングルエンド伝熱管
３”を配置し、ケース１の外に突出した同伝熱管３”の
開口端部に回転蓄熱型バーナシステム２’を設置した燃
焼暖房装置である。

【００２８】蓄熱体バーナシステム２’としては、例え
ば、図１０及び図１１に示すように、蓄熱体５’の上流
側に、円周方向に２つの分配室２９，２９を区画する放
射状の仕切壁２３と、径方向に給気室２７と排気室２８
との２室を同心状に区画する二重円筒３０，３１とが設
置されている。そして、二重円筒３０，３１と仕切壁２
３との間に流路と直交して遮断する円板から成る切換手
段２４が設けられている。この切換手段２４には給気室
２７といずれか一方の分配室２９とを連通させる給気用
連通孔２６と排気室２８と他方の室２９とを連通させる
排気用連通孔２５とをそれぞれ有し、給気室２７と排気
室２８とを１つの蓄熱体５’の異なる領域（あるいは周
方向に離して設置された２つの蓄熱体）にそれぞれ同時
に連通させるように設けられている。また給気室２７に
は燃焼用空気供給系７が接続され、排気室２８には排気
系８が接続されている。このとき、排気用連通孔２５と
給気用連通孔２６とは、同じ分配室２９に同時に存在せ
ず、かつ給気用連通孔２６と排気用連通孔２５のいずれ
にも連通しない領域３１が給気用連通孔２６と排気用連
通孔２５との間に位置するように設けられている。した
がって、切換手段たる円板２４を回転させることによっ
て、１つの蓄熱体５’の流路が選択的に給気室２７と排
気室２８に接続され、一部に空気が流れ一部に排ガスが
同時に流れるように制御される。

【００２９】ここで、シングルエンド伝熱管３”の先端
部分にバランス調節弁１１を備える分岐管１０を接続し
て、伝熱管内を流れる燃焼ガスの一部を蓄熱体５’を通
過させずに直接排気するようにすることも可能である。
また、シングルエンド伝熱管３’や分岐管１０にフィン
１２を設けることも同様である。尚、シングルエンド伝
熱管３’に対して円周方向に２等分された領域から交互
に燃焼用空気の噴射と燃焼ガスの排気とを行う場合に
は、その２つの領域に図６あるいは図７に示すように隔
壁１４を設けることも可能である。

【００３０】なお、上述の実施例は本発明の好適な実施
の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明
の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、上述の各実施形態はいずれも暖房装置に適
用したものであるが、これに特に限定されず、主に３０
０℃程度までの比較的中低温あるいは場合によっては３
５０〜４００℃程度までに加熱された被加熱流体あるい
は熱媒体を利用する乾燥装置、給湯装置及び間接加熱な
どに適用可能である。具体的には、加熱装置ケース１の
中に水道水などの冷水を流して伝熱管３で加熱し湯にし
てから所望の場所に供給する給湯装置としたり、乾燥用
の雰囲気ガスを乾燥設備と加熱装置ケース１との間で循
環させて乾燥設備から回収された雰囲気ガスを再加熱し
て乾き度を上げてから再び乾燥設備に戻す乾燥装置とし
たり、あるいはダウサムのような熱媒体を中低温加熱設
備の伝熱面と加熱装置ケース１との間で循環させ、中低
温加熱設備での間接加熱によって温度が下がった熱媒体
を再び伝熱管３での加熱によって昇温させてから再び中
低温加熱設備に戻す間接加熱設備に適用するようにして
も良い。

【００３１】また、伝熱管の形状は、バーナの燃焼室の
幅、加熱能力やバーナ形式等によって適するものは様々
である。よって、本実施形態のＵ形に限らず、Ｗ形、Ｏ
形、ヘアピン形等他の形状の伝熱管を使用することにつ
いては一切の限定を受けるものではなく、効率のよい熱
交換を行うという本発明の目的に即したものであればど
れでも構わない。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
１記載の本発明の流体加熱装置は、被加熱流体あるいは
熱媒体が通過する加熱室内に伝熱管を配置すると共に、
伝熱管のそれぞれの端部に、蓄熱体を備え該蓄熱体を介
して燃焼時には燃焼用空気を供給しかつ燃焼停止時には
伝熱管内の排ガスを排気する蓄熱型バーナを備え、その
一対のバーナを短時間に交互に燃焼させて被加熱流体あ
るいは熱媒体の加熱を行うようにしているので、伝熱管
内の燃焼方向が短時間で周期的に反転して図１２の
（Ｂ）に示すような伝熱管表面温度にピークが現れない
温度場を形成するため、伝熱管長さ方向の温度勾配を解
消して温度分布を全体的に均一にすると共に平均温度差
を大きくする温度分布を形成するように伝熱管を加熱で
きる。

【００３３】したがって、燃焼室負荷を大きくするこ
と、即ち必要な燃焼量をコンパクトな燃焼室で得ること
ができる。また、伝熱管の長さ方向に均一でかつ大きな
伝熱量を与えることができるので、少ない伝熱面面積換
言すれば短い伝熱管で所定の伝熱量が得られる。このた
め、同じ燃焼量・暖房能力の場合には加熱装置をコンパ
クトにでき、また同じ大きさであれば燃焼量・加熱能力
を大きくでき、流体加熱装置のコンパクト化を可能とす
る。しかも、平均化された均一火炎は低ＮＯｘ化を実現
する。加えて、被加熱流体の加熱に使用されなかった顕
熱は蓄熱体を介した排ガスとの間の熱交換で再び伝熱管
内に高温予熱空気として投入され利用されることから、
伝熱管を出るときの排ガス温度が高くとも排気温度は低
くなり省エネルギ効果が高く、同じ燃焼量でも加熱能力
を上げることができる。さらには、ピーク温度を下げか
つ伝熱管の長さ方向の温度勾配を小さくできるので、伝
熱管寿命を長くできると共に従来型と同一表面積、同一
伝熱量の場合には耐熱性に劣る安価な低級材の使用も可
能となる。

【００３４】また、請求項２記載の流体加熱装置による
と、伝熱管としての伝熱管の構成が簡素化され、これと
共に蓄熱バーナシステム全体の小型化が可能になる。

【００３５】更に、請求項３記載の発明によると、燃焼
用空気の供給と燃焼ガスの排気とが相対的に回転する蓄
熱を通過して切り替えられることによって火炎の位置が
移動する不定在火炎となり、部分的に高温な領域が形成
されない温度場を形成するので、伝熱管を全体的に均一
にかつ平均温度差を大きくするように加熱できる。した
がって、請求項１記載の発明と同様に、燃焼室負荷を大
きくすると共に少ない伝熱面面積で所定の伝熱量が得ら
れるため、同じ燃焼量・加熱能力の場合には加熱装置を
コンパクトにでき、また同じ大きさであれば燃焼量・加
熱能力を大きくでき、流体加熱装置のコンパクト化を可
能とする。しかも、低ＮＯｘ化を実現すると共に高い省
エネルギ効果が得られ、かつ伝熱管寿命を長くでき、更
には耐熱性に劣る安価な低級材の使用も可能となる。ま
た、燃焼も連続しているため伝熱管内圧の変動や着火時
及び燃焼中断時の騒音の発生がない。更に、蓄熱体を相
対的に回転させるだけの機構があれば良く、燃料と空気
とを同期させて切り替える複雑な機構を必要としないた
め、取扱いが簡便な上に部品も少なくかつ経済的であ
る。

【００３６】また、請求項４記載の発明によると、蓄熱
体を通過する排ガスの温度を低くできると共に分岐管を
流れる燃焼ガスもその間に被加熱流体あるいは熱媒体と
の間の熱交換によって熱を奪われるので、全体として排
気温度を低くして熱効率を高め得る。しかも、蓄熱体を
通る排ガスの量が減少するため、排気側の圧力損失が小
さくなり、かつ、伝熱管内圧が低くなって切換時の圧力
振動が減少するなどの利点がある。

【００３７】また、請求項５記載の発明によると、伝熱
管そのものの温度が低温側流体となる被加熱流体あるい
は熱媒体の温度に近づけ得るので、より耐熱性に劣る安
価な低級材の使用が可能となる。

【００３８】更に、請求項６記載の暖房装置は、高負荷
燃焼させても、蓄熱体を介した排ガスとの間の熱交換で
再び伝熱管内に高温予熱空気として投入され利用される
ことから、伝熱管を出るときの排ガス温度を高くとも排
気温度は低くなる。したがって、燃焼ガスと冷風あるい
は循環する熱媒体との対数平均温度差を大きくでき、高
負荷燃焼させると共に伝熱管を短くし、小さな伝熱面面
積で所望の暖房能力が得られる。従来の燃焼式暖房装置
に比べると、同じ暖房能力でも加熱装置をコンパクトに
して暖房装置全体を小型化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の流体加熱装置を暖房装置に適用した実
施形態の一例を示す図である。

【図２】同じく分岐管を設けた流体加熱装置の実施形態
を示す図である。

【図３】同じくフィンを設けた流体加熱装置の実施形態
を示す図である。

【図４】同じくフィンを設けた流体加熱装置の実施形態
を示す図である。

【図５】同じく熱伝導を高めた流体加熱装置の実施形態
を示す図である。

【図６】同じく別の形状の熱源を用いた流体加熱装置の
実施形態を示す図である。

【図７】同じく別の形状の熱源を用いた流体加熱装置の
実施例を示す図である。

【図８】回転蓄熱型バーナシステムを用いた本発明の流
体加熱装置の他の実施形態を示す図である。

【図９】回転蓄熱型バーナシステムを用いた他の実施形
態を示す図である。

【図１０】回転蓄熱型バーナシステムの一例を示す原理
図である。

【図１１】図１０の回転蓄熱型バーナシステムの流路切
替手段の原理図である。

【図１２】加熱室及び伝熱管を展開して１本の伝熱管と
想定して伝熱管表面温度を説明する図で、（Ａ）は図１
３の従来の流体加熱装置のもの、（Ｂ）は図１の本発明
の暖房装置のものを示す。

【図１３】従来の流体加熱装置を示す図である。

【符号の説明】

１加熱装置ケース１ａ燃焼室２切換蓄熱型バーナシステム３伝熱管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者服部雅夫愛知県東海市新宝町507−２東邦瓦斯株式会社総合技術研究所内 (72)発明者伊藤稔愛知県名古屋市熱田区桜田町19番18号東邦瓦斯株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】暖房、乾燥、給湯及び間接加熱などのた
めに３００℃程度までの比較的中低温に被加熱流体ある
いは熱媒体を加熱する流体加熱装置において、前記被加
熱流体あるいは熱媒体が通過する加熱室内に伝熱管を配
置すると共に、前記伝熱管のそれぞれの端部に、蓄熱体
を備え該蓄熱体を介して燃焼時には燃焼用空気を供給し
かつ燃焼停止時には前記伝熱管内の排ガスを排気する蓄
熱型バーナを備え、その一対のバーナを交互に燃焼させ
て前記被加熱流体あるいは熱媒体の加熱を行うことを特
徴とする流体加熱装置。
【請求項２】前記伝熱管は、管軸中心に隔壁が設けら
れて２室に区画され先端部分で前記２室が連通されたシ
ングルエンド伝熱管であることを特徴とする請求項１記
載の流体加熱装置。
【請求項３】暖房、乾燥、給湯及び間接加熱などのた
めに３００℃程度までの比較的中低温に被加熱流体ある
いは熱媒体を加熱する流体加熱装置において、前記被加
熱流体あるいは熱媒体が通過する加熱室内にシングルエ
ンド伝熱管を配置すると共に、前記伝熱管の端部に、燃
焼用空気と排ガスとを流す２系統の流路との間での相対
的な回転によって前記燃焼用空気と前記排ガスとを時間
を異にして同じ領域に通過させ前記燃焼ガスの顕熱を高
効率で前記燃焼用空気に伝達させることが可能な蓄熱体
を含み、該蓄熱体を介して燃焼用空気の供給と前記伝熱
管内の燃焼ガスの排気を行う蓄熱型バーナを備えること
を特徴とする流体加熱装置。
【請求項４】前記伝熱管に直接排気系に連通する分岐
管を設け、該分岐管に燃焼ガスの一部を分流させて前記
蓄熱体を通さずに前記蓄熱体を通過して排気される排ガ
スと共に排気させることを特徴とする請求項１から３の
いずれかに記載の流体加熱装置。
【請求項５】前記伝熱管及び前記分岐管の外周にフィ
ンを設けたことを特徴とする請求項４記載の流体加熱装
置。
【請求項６】前記流体加熱装置は暖房装置であり、冷
風あるいは循環する熱媒体を加熱することを特徴とする
請求項１から５のいずれかに記載の流体加熱装置。