JPS591918A - 輻射促進加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、輻射促進加熱装置に関するものであって、
一層詳細には、燃料ガス等の燃焼時における輻射熱の発
生を促進して、被加熱物に対する加熱効率を向上・させ
ることのできる、殊に面発熱体としての加熱装置に関す
るものである。

パネル状の面発熱体としては、例えばセラミックスプレ
ートに耐熱金網を張設し、このセラミックスプレートを
燃焼ガスにより加熱して多量の赤外線を放射するように
したガス赤外線シュバンクバーナが存在し、赤外線乾燥
炉等の発熱源として１声用用途に広く使用されている。

このシュノくンクパーナは、従来の赤外線ランプに比べ
て熱量が高く、ガスのエネルギーをそのまま赤外線エネ
ルギーに置換できる点で優れているが、燃焼ガスにより
前記セラミックスプレートを加熱する際の熱損失は避け
られず、燃焼ガス中に含まれている顕熱は有効に利用さ
れることなく排ガスとして放出される点において、熱効
率上なお解決すべき点が残されているｏ’Ｊた被加熱物
の性状によっては、炉内算囲気に燃焼ガスを直接接触さ
せることのないよう、間接的に加熱するシールドタイプ
とする仕様が要求されるが、従来のシュノ（ンクノ（−
すでは、石英ガラス等の耐熱性熱透過板でバーナ加熱帯
域を遮蔽すると、熱効率が低下する欠点を有している。

本発明は、ガス燃焼によシ赤外線輻射熱を発生する従来
の加熱装置が有している前記欠点に鑑み案出されたもの
であって、バーナが臨む燃焼室の基板を固体伝熱変換素
子として知られる通気性固体からなる輻射板で構成し、
該輻射板の通気層に高温の燃焼ガスを通過させることに
よシ、燃焼ガスが有している顕熱を固体輻射熱に変換し
て熱効率を増大させ、併せてこの変換促進された固体輻
射熱を燃焼室に対向配置した耐熱性熱透過板に向けて放
射することにより、被加熱物を燃焼ガスと非接触で加熱
することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明に係る輻射促進加熱装
置は、通気性固体からなる輻射板と、前記輻射板の周縁
に適宜配設され燃料ガス及び燃焼用空気を各別に又は混
合状態で噴出するバーナと、前記輻射板に対し所定距離
離間して向い合うように配設されるパネル状の耐熱性熱
透過板とにより囲繞された燃焼室を形成し、前記燃焼室
中に得られる燃焼排ガスを前記輻射板の通気層中に通過
させて該燃焼排ガスの顕熱を大量の固体輻射熱に変換す
ることによりこの輻射熱を前記耐熱性熱透過板に向けて
放射させるよう構成したととを特徴とする。

また、同じくこの目的を達成するため本願の別の発明に
係る輻射促進加熱装置は、通気性固体からなる輻射板と
、前記輻射板の周縁に適宜配設され燃料ガス及び燃焼用
空気を各別に又は混合状態で噴出するバーナと、前記輻
射板に対し所定距離離間しで向い合うように配設される
パネル状の耐熱性熱透過板とによシ囲繞された燃焼室を
形成し、前記バーナに接続して該バーナに燃料ガス及び
燃焼用空気またはその混合からなる流体を供給する配管
系を前記輻射板の裏側に配置し、前記燃焼中に得られる
燃焼排ガスを前記輻射板の通気層中に通過させて該燃焼
排ガスの顕熱を大量の固体輻射熱に変換することによシ
この輻射熱を前記耐熱性熱透過板に向けて放射させると
共に、前記配管系中の流体と燃焼排ガスとの熱交換を行
って該流体を予熱するよう構成したことを特徴とする。

なお、前記バーナに接続されかつ予熱される配管系は、
空気供給管だけである場合、燃料供給管と空気供給管と
の２つの独立した管体である場合及び燃料・空気混合供
給管の単管である場合が夫々想定される。

また、前記バーナに接続し、かつ前記輻射板の燃焼ガス
下流側（すなわち燃焼帯域の反対側）に近接配置される
配管系は、燃焼ガスとの接触面積が極力大きくなるよう
にして熱交換効率を向上させ得るように、渦巻状、角巻
状、蛇行状等の形状に形成するのが好ましい。

なお本発明では、輻射板の材質として固体伝熱変換素子
として知られる所謂通気性固体を使用するので、この通
気性固体の概略について予め説明しておく。通気性固体
とは、金属、セラミックス等の耐熱性材料を網状、ハニ
カム状、繊維状、多孔質状に成形して通気性を持たせた
適当な光学的厚さの固体をいう。この通気性固体は、細
線または細粒が多数集合して構成されたものと考えられ
、その実質的な表面、積は極めて大きい。そして、固体
の輻射射出能力は気体よりも充分高いものであるから、
前記通気性固体に燃焼ガスを通過させると、燃焼ガスの
顕熱が表面積の極めて大きい固体と接触して高効率の熱
交換が行われ、大量の固体輻射熱を発生する。このよう
な特性を有する固体伝熱変換素子を通気性固体と称する
。なお、この通気性固体は、燃焼ガスの下流で熱交換に
より熱を奪っても、上流側には殆んど影響がでない、と
いう特性がある。前記通気性固体Ｓの輻射熱射出状態に
ついて第１図に示す模式図により説明すると、通気性固
体Ｓは燃焼ガスＧの流通方向に厚さＸを有するため、燃
焼ガスＧが固体Ｓを通過するとその層内で対流熱伝達が
行われ、曲線Ｃで示す温度勾配を生じる。そして各層Ｘ
１・・・・・・ｘ５において燃焼ガスの顕熱は固体輻射
熱ｙｌ・・・・・・３’ｓ　ｌ　Ｚ＋・・・・・・ｚ５
に変換され、夫々燃焼ガスＧの上流側（Ｙ）及び下流側
（Ｚ）に向かうが、この固体輻射熱の内ｙ４＋ｙ５及び
ｚｌ　＋　ｚｌは通気性固体Ｓの前後方向の厚みに応じ
て遮蔽されて減衰し、その結果大部分の輻射熱Ｒが燃焼
ガスＧの上流側（Ｙ）に射出される。

次に、本発明に係る輻射促進加熱装置につき、好適な実
施例を挙げて添付図面を参照しながら以下詳細に説明す
る。ｓ！２図は本発明に係る輻射促進加熱装置の１部切
欠斜視状態を示すものであって、この実施例では加熱装
置として赤外線乾燥炉用の面発熱体を想定しているが、
その他工業用のパネルヒータとして種々の用途に好適に
供し得るものである。

図面において、参照符号１０は面発熱体としての加熱装
置を示し、この加熱装置１０は基板を構成する通気性固
体からなる輻射板１２と、前記輻射板１２の周縁に適宜
配設されるバーナ１４と、前記輻射板１２に対し所定距
離離間して平行に配設される耐熱性熱透過板１６とから
基本的に構成され、これらの各部材により囲繞される空
間に燃焼室１８が形成される。すなわち、図示の実施例
では、通気性固体を矩形状に裁断してなる輻射板１２ｔ
−基板とし、この基板１２の短手方向両側部に１対の円
筒状のバーナ１４，１４ｔ一対向的に配設して、その燃
料、供給孔２０を前記輻射板１２上面に指向させる。こ
の場合、後述するように輻射板１２の上面は燃焼室１８
の底部を構成することになり、また前記１対のバーナ１
４．１４は、該燃焼室１８の対向側壁部を構成すること
になる。

なお、前記輻射板１２を構成する通気性固体としては、
例えば、厚み２５鱈の海綿状多孔質セラミックスを採用
し、これを矩形状の基板となるよう裁断使用したところ
、耐熱性も良好で好い性能が得られた。また、前記バー
ナ１４け、輻射板１２の表面に燃焼ガスが人混かつ均一
に分布するよう核バーナ管体の長手方向に沿って、適宜
形状の燃料供給孔２０が穿設されるものとする。

前記バーナ１４は、燃料ガス及び燃焼用空気を供給する
に際し、これらの成分を予め混合して（プレミックス）
供給する型式と、燃焼室１８に向けて噴射する際に混合
供給する（ポストミックス）型式とに分かれ、具体的な
設計仕様に応じて適宜の型式が選択される。例えば、第
２図に示す実施例では、ブレミックス型のバーナ１４を
採用し、燃料ガスａ（例えば、都市ガス、天然ガス、炉
頂廃ガス等の可熱性ガス）及び燃焼用空気すを、夫々燃
料供給管２２及び空気供給管２４を介して別々に強制供
給し、ミキサ２６中で所定の比率に混合した後、この混
気燃料を混合燃料供給管２８を介して前記バーナ１４に
供給する構成となってぃる。なお、図中参照符号３０は
各供給管に介装される流量制御弁を示す。

前記基板をなす輻射板１２の上方には、殊に第３図に示
すように、該輻射板１２に対し所定間隔で向い合うよう
耐熱性の熱透過板１６が配設される。すなわち、この耐
熱性熱透過板１６は、例えば石英ガラスや雲母板のよう
な耐熱性及び熱透過性に優れた材料を材質とし、図示の
如く燃焼室の短手方向両側壁部を構成するバーナ１４，
１４の頂部に配設固定されて、燃焼室１８の天井部を画
成している。なお、後述するようにこの耐熱性熱透過板
１６が熱放射面となシ、この熱透過板１６の外方に被加
熱瞼が位置することになる。

このように、通気性固体からなる輻射板１２の基板、対
向配置された１対のバーナエ４，１４及び前記石英ガラ
ス等からなる耐熱性熱透過板１６により囲繞した空間を
燃焼ガスの燃焼帯域として、これを燃焼室１８とする。

図示の実施例の場合、燃焼室１８の長手方向両端部は耐
熱性金属板３２゜３２で全面的に掩蔽し、これによって
燃焼室１８を密閉空間として画成する（但し、基板とな
る輻射板１２自体は、その固有の属性として通気性を有
しているので、燃焼ガスの移動も許さない厳密な意味で
の密閉空間という訳ではない）０なお、このように耐熱
性金属板３２で燃焼室１８の長手方向側部を掩蔽するこ
とに代えて、前記ノく−ナ１４を更に対向的に配設し、
該燃焼室１８の側部全周をバーナ１４で構成するように
してもよいこと勿論であり、従って金属板３２の使用は
、本発明の構成を何等限定するものでないと諒解すべき
である。更に、熱損失の防止及び安全性確保の見地から
、前記バーナ１４，１４及び耐熱性金属板３２゜３２の
外側は、上２ミックスアイパーやアスベストのような断
熱効率の良好な断熱材３４で被覆される。

本明細書では、後述するように燃焼室１８中での燃焼ガ
スが通気性固体からなる輻射板１２全通過することによ
り輻射熱の発生を促進するものであるので、燃焼ガスの
流れ方向に着目して、輻射板１２０表側（すなわち燃焼
室１８側）を上流とし、輻射板１２の裏側を下流と称す
る。そして、前記輻射板１２の裏側（すなわち燃焼ガス
の下流）に、燃焼排ガスを全面回収するためのフード３
６を配設し、この７−ド３６に排気筒３８を接続する。

なお、このフード３６及び排気筒３８を配設することは
本発明の必須の要件でないこと勿論であるが、例えば乾
燥炉中にこの加熱装置１０を配役する際に、炉内算囲気
への燃焼ガスの接触が禁じられる場合は、その配役が必
要的となる。また排気筒３８には排気ファン（図示せず
）を設けて、燃焼排ガスを強制的に掃引するようにすれ
ば、７−ド３６内の負圧を高めることができ、一層好適
である。

第４図は、本発明に係る加熱装置１０において、バーナ
をポストミックス型にした実施例金示す。

すなわち、管体１４ａは燃料ガス供給部であって、燃料
ガス供給管２２に接続され、また管体１４ｂは燃焼用空
気供給部であって、燃焼用空気供給管２４に接続され、
これら管体１４ａ及び１４ｂが全体としてバーナの機能
を果たしている。この場合、燃料ガス及び空気の供給割
合は、各供給管に設けた制御弁３０により適宜調整され
る０また、本発明に使用される輻射板１２及び耐熱性熱
透過板１６は、夫々熱交換面積及び熱放射面積を増大さ
せるために、第５図に示すように波形に形成したムその
他凹凸等適宜形状の起伏を付与しておくのが好ましい。

次に、第６図は本願の別の発明に係る実施例の概略を示
す０この発明は、燃焼室１８中で燃焼しかつ輻射板１２
を経て熱交換を行った後の燃焼排ガスに、なお相当の熱
エネルギーが含まれていることに着目して、該熱エネル
ギーの再利用により燃料ガス及び燃焼用空気を予熱して
燃焼効率を更に向上させるためのものである０すなわち
、本発明は第２図に示す加熱装置と基本的構成を全く同
じとし、輻射板１２の裏側（燃焼ガスの下流側）におい
て燃料ガス供給管及び燃焼用空気供給管を配設し、燃焼
排ガスとの接触によυ管体中の流体く例えば、燃料ガス
、空気）との熱交換を行うようにしたものである。！６
図に示す実施例は、ボストミックス型のバーナを使用し
、第４図に関連して説明した各管体１４　ａ　＋　１４
　ｂが同心的に挿通配置されている。先ず、燃料ガス供
給用のバーナ管体１４ａは、燃料ガス供給管２２に接続
され、この燃料ガス供給管２ｚは、前記輻射板１２の裏
側下方において蛇行配置された後、装置外方へ導出され
、図示しない燃料ガス供給源に接続される。

また、燃焼空気供給用バーナ管体１４ｂ（前記管体１４
ａの外側に同心配置されている）には燃焼用空気供給管
２４が接続され、この燃焼用空気供給管２４も輻射板１
２の裏側下方において蛇行配置され、図示しない送気フ
ァンを介して外部空気導入部に接続開口している。なお
、輻射板１２の燃焼ガス下流側に近接配置される前記各
配管系は、蛇行形状とする以、外に、燃焼排ガスとの接
触面積が充分大きくなるよう、例えば渦巻状中角巻状に
形成してもよいこと勿論である。

この第６図に示す実施例の場合も、熱逃出を防ぎまた安
全を確保するために、輻射板１２の下流側に前記断熱材
３４を延設し、これによって各配管系２２．２４の配設
帯域４０を密閉空間として画成するのが好ましい。また
断熱材３４の外面には、必要に応じて鉄板等の外殻４２
が被覆される。

なお、前述したように燃焼排ガスは、輻射板１２及び各
管体２２．２４と接触して熱交換を繰り返すことにより
熱エネルギーは失われて行くが、前記配管系配設帯域４
０から出る部分では、なお有効利用可能な熱エネルギー
を有している。そこで、配管系配設帯域４０の燃焼排ガ
ス出口部に、通気性固体からなる熱回収板４４を配設し
ておけば、一層好適である。この場合、熱回収板４４の
外方に、前記フード３６及び排気管３８を取付けるよう
構成しておくのが好ましい。

次に、このように構成した本発明に係る輻射促進加熱装
置の使用態様につき、第２図に示す実施例に関連して以
下説明する。燃料ガス供給管２２及び空気供給管２４を
介して、夫々燃料ガス及び空気を強制的にミキサ２６に
供給し、該ミキサ２６で適当な比率に混合した後、この
混気燃料ガスをバーナ１４，１４の孔部２０から噴出さ
せ点火する。燃料噴出孔部２０は前記輻射板１２の上方
に指向しているから点火された燃料は燃焼室１８内で輻
射板１２上に面状に拡散して燃焼し、高温の燃焼ガスが
得られる。この燃焼ガスは耐熱性熱透過板１６を介して
輻射熱を放射し、該熱透過板１６の前方に位置する被加
熱物（図示せず）を加熱する。

まだ、燃料ガスは燃焼室１８中に強制的に供給されるた
め燃焼室１８内は正圧に保持され、また輻射板１２の裏
側は負圧に保持されるので、燃焼ガスは通気性固体から
なる輻射板１２の通気層を通過してフード３６に回収さ
れ、ここで排気管３８によシ外部へ排出される。そして
、前記燃焼ガスが輻射板１２を通過する際に、先に説明
したように燃焼ガスに含まれている顕熱が表面積の極め
て大きい通気性固体と接触することにより高効率の熱交
換が行われ、前記輻射板１２は大量の輻射熱を射出する
。しかも、第１図の模式図で理論説明した如く大量の輻
射熱の大部分は燃焼ガスの上流側、すなわち燃焼室１８
側に射出されるので、耐熱性熱透過板１６の前方にこの
射出促進された大量の輻射熱が得られることになり、従
って被加熱物の加熱効率が著しく向上する。なお、本実
施例の構成によれば、燃焼ガスは加熱装置の外部雰囲気
と非接触で間接的に加熱することができるので、燃焼ガ
ス中の成分との接触反応を嫌う被加熱物の加熱にも、好
適に使用し得るものである。

次に、第６図に示す別の発明では、先に説明したと同じ
加熱効率の増大を図ることができると共に、燃焼ガスの
熱エネルギーの有効利用を併せて達成し得る。すなわち
、前述したように輻射板１２を通過して熱交換を行った
後の燃焼ガスは、当然温度低下を伴うが、なお相当の熱
エネルギーを有しておυ、また第１図から判明するよう
に輻射板１２の下流側にも輻射熱は射出されるものであ
るから、前記配管系２２．２４の配設帯域４０はかなり
の高温環境となる。従って、前記帯域４０内に配設され
る各配管２２．２４中を送給される燃料ガス及び空気は
、充分予熱された後バーナ１４に供給され、熱エネルギ
ーの有効利用を図ることができる。更に、前記帯域４０
の燃焼排ガス出口に通気性固体からなる熱回収板４４を
配設した場合は、この燃焼排ガスに含まれている顕熱を
この熱回収板４４で熱交換させて輻射熱に交換し、これ
を上流側、すなわち帯域４０に向けて放射することＫよ
シ、前記予熱効率の向上を達成し得る。

環上詳細に説明したように、本発明によれば、通気性固
体からなる輻射板に燃焼ガスを通過させてその顕熱を大
量の固体輻射熱に変換し、燃焼ガスの対流熱伝達と前記
促進された輻射熱伝達との相乗作用によシ被加熱物を有
効に加熱するよう構成したので、熱効率の著しい向上を
図ることができる。また燃焼帯域に供給される空気及び
燃料の予熱を図ることにより、燃料の燃焼効率も改善さ
れる。

なお、本発明に係る輻射促進加熱装置は、塗装の焼付乾
燥用の乾燥炉その他各種工業用の面状発熱体として、従
来のシュバンクバーナが使用されている分野に広く応用
可能である。

以上本発明に係る輻射促進加熱装置につき、好適な実施
例を掲げて説明したが、本発明はこの実施例に限定され
るものではなく、各種の工業用発熱源として好適に使用
され、発明の精神の範囲内で種々の改良・変更をなし得
るものであるＣ

【図面の簡単な説明】

第１図は通気性固体の輻射熱射出状態を示す模式図、第
２図は本発明に係る装置の概略構成を示す１部切欠斜視
図、第３図は第２図の■−■線断面図、第４図はポスト
ミックス型バーナを使用した場合の別の実施例の概略斜
視図、第５図は輻射板及び耐熱性熱透過板に波形の起伏
を設けた状態を示す縦断面図、第６図は本願の別の発明
の概略構成斜視図である。 １２・・・輻射板　　　　　１４・・・バーナ１６・・
・熱透過板　　　　　１８・・・燃焼室２２・・・燃料
ガス供給管　２４・・・空気供給管特許出願人　　　　
越　後　亮　三

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）通気性固体からなる輻射板と、前記輻射板の周縁
   に適宜配設され燃料ガス及び燃焼用空気を各別に又は混
   合状態で噴出するバーナと、前記輻射板に対し所定距離
   離間して向い合うように配設されるパネル状の耐熱性熱
   透過板とによシ囲繞された燃焼室を形成し、前記燃焼室
   中に得られる燃焼排ガスを前記輻射板の通気層中に通過
   させて該燃焼排ガスの顕熱を大量の固体輻射熱に変換す
   ることによりこの輻射熱を前記耐熱性熱透過板に向けて
   放射させるよう構成したことを特徴とする輻射促進加熱
   装置。
2. （２）前記バーナに接続する配管系は燃料供給管と空気
   供給管とからなる特許請求の範囲第１項記載の輻射促進
   加熱装置。
3. （３）前記バーナに接続する配管系は燃料・空気混合供
   給管である特許請求の範囲第１項記載の輻射促進加熱装
   置。
4. （４）通気性固体からなる輻射板と、前記輻射板の周縁
   に適宜配設され燃料ガス及び燃焼用空気を各別に又は混
   合状態で噴出するバーナと、前記輻射板に対し所定距離
   離間して向い合うように配設されるパネル状の耐熱性熱
   透過板とによシ囲繞された燃焼室を形成し、前記バーナ
   に接続して該バーナに燃料ガス及び燃焼用空気またはそ
   の混合からなる流体を供給する配管系を前記輻射板の裏
   側に配置し、前記燃焼中に得られる燃焼排ガスを前記輻
   射板の通気層中に通過させて該燃焼排ガスの顕熱を大量
   の固体輻射熱に変換することによりこの輻射熱を前記耐
   熱性熱透過板に向けて放射させると共に、前記配管系中
   の流体と燃焼排ガスとの熱交換を行って該流体を予熱す
   るよう構成したことを特徴とする輻射促進加熱装置。
5. （５）前記バーナに接続する配管系は燃料供給管と空気
   供給管とからなる特許請求の範囲第４項記載の輻射促進
   加熱装置。
6. （６）前記バーナに接続する配管系は燃料・空気混合供
   給管である特許請求の範囲第４項記載の輻射促進加熱装
   置。
7. （７）前記バーナに接続し、かつ輻射板の燃焼ガス下流
   側に近接配置される配管系は、渦巻状、角巻状、蛇行状
   等燃焼ガスとの接触面積が極力大きくなるよう形成され
   る特許請求の範囲第４項乃至第６項の何れかに記載の輻
   射促進加熱装置。