JPS597813A

JPS597813A - ラジアントチユ−ブ

Info

Publication number: JPS597813A
Application number: JP11591082A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Kanefuji; 金藤　紘一郎
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1982-07-02
Filing date: 1982-07-02
Publication date: 1984-01-17
Also published as: JPH0151727B2

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】この発明はラジアントチューブに関するものであって、
一層詳細には燃料燃焼時における輻射熱の発生を促進し
て発熱面からの熱放射を増大させ、併せて熱効率の向上
による省エネルギーを図ることのできるラジアントチュ
ーブに関するものである０管状体の内部に燃焼ガスを通過させ、該管状体の外周面
から熱放射を行って被加熱物を加熱するラジアントチュ
ーブは、工業用炉その他暖房装置等の各種用途向の加熱
源として好適に使用されている。ところで従来のラジア
ントチューブでは、高温の燃焼ガスが管体内部を通過す
る際に対流熱伝達によって管壁を加熱し、その放射熱に
より被加熱物の加熱を行うものである。このため、前記
高温の燃焼ガスは、管体内壁に短時間接触しただけで、
比較的高温（約８５０℃）の熱エネルギーを内在したま
ま排気されるので、熱利用効率は著しく低いものであり
、現今の省エネルギーを推進するに当りネックとなって
いる。

本発明は、このような従来技術に係るラジアントチュー
ブに内在している前記欠点に鑑み案出されたものであっ
て、ラジアントチューブと、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筒の外周間の空間で略均
−な燃焼をさせ、これにより生じた燃焼ガスがこの輻射
筒の内部に向けて通過する際に該燃焼ガスの顕熱を固体
輻射熱に変換し、燃焼熱をラジアントチー−プに効率良
く伝えることにより、ラジアントチコープから被熱物へ
の熱放射を増大させ、熱効率の向上を図ること全目的と
する。

この目的を達成するため本発明に係るラジアントチー−
プは、放射管と、該放射管中に挿通配置した通気性固体
からなる輻射筒と、この輻射筒中に挿通配置した燃料、
空気等の流体を供給するヘッダーとからなり、前記流体
供給へラダーから分岐突出する枝管を前記輻射筒の外周
壁部に開口接続したこと全特徴とする。また、＠記流体
供給ヘッダーは、空気供給用ヘッダーとこの空気供給用
ヘッダーの内部又は外部に挿通配置した燃料供給用へラ
ダーとから構成するのが好適である。

更に、前記流体供給ヘッダーは、空気と燃料の混合気を
供給するための単一の管体ヘッダーとしてもよい。

なお、本発明では輻射熱の発生を促進するために、所印
通気性固体からなる輻射筒を使用するので、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金網状、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宜
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ｘｌ・・・・ｘ６において燃焼ガスの顕熱は
固体輻射熱ｙｔ・・・・ｙｓ　＋　　Ｚｌ・・・・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ｙａ、３’ｓ及
び２３　、２２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、本発明に係るラジアントチー−プにつき、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。第２図は、本発明に係るラジアントチ＝−ブの
内部構造を１部破断して示す概略斜視図であり、第３図
はこのラジアントチューブの横断面図である。実施例に
係るラジアントチー−ブは、４つの円筒を好ましくは同
心的に配置した四重管構造からなり、第３図に示すよう
に最外側の放射管１０．その内側の輻射筒１２．更にそ
の内側の空気供給用ヘッダー１４及び最内側の燃料供給
用ヘッダー１６から基本的に構成されている。放射管１
０は、第４図に示すようにラジアントチー−プ本体の外
装（所＋ｍシニス）を構成するものであって、石英その
他セラミックスのように熱透過性及び耐熱性に優れた材
料を材質とし、半径方向外方への熱放射全行う管状発熱
面として機能する。

前記放射管１０の内側に配置される輻射筒１２は、前記
通気性固体に所定の厚みをもたせ、かつこれを円筒形に
成形したものであって、例えば、線径０．６　ｖｎで１
６メツシユのステンレス金網を４枚積層したものを筒状
に成形したものが使用されている。この場合、放射管ｌ
Ｏの内側と輻射筒１２の外側との間には、第３図に示す
ように充分の大きさの環状空間が形成されるよう、放射
管１０及び輻射筒１２の管径は予め適宜寸法に設定され
、この環状空間が後述するように燃焼室１８とじて作用
する。なお、放射管１０の内部において前記輻射筒１２
が一定の環状空間（燃焼室１８）を長手方向に保持して
配設されるようにするため、本実施例では第４図に示す
ようにドーナツ状の熱シール部材２０を放射管内壁と輻
射筒外壁との間に介在させるようにしたが、それ以外の
適宜の間隔保持手段を用い得ることは勿論である。

前記空気供給用ヘッダー１４及び燃料供給用ヘッダー１
６は、何れも面］熱特性に優れた金属を材質とする管体
であって、第２図及び第３図に示すように、夫々その半
径方向外側に位置する管体に対し所定の環状空間を保持
するよう配設されている。すなわち、輻射筒１２と空気
供給用へラダー１４との間には環状空間２２が形成され
、これは後述するように２次燃焼室及び空気予熱用の熱
交換室として機能する。また、空気供給用ヘッダー１４
と燃料供給用ヘッダー１６との間に形成される環状空間
２４は、燃焼用空気の流路として使用される。

輻射筒１２の外周面には、後述するように高温の燃焼フ
レームが均一に拡散され、この筒面に沿って燃焼帯域が
形成されるようになっている。このように燃焼ガスを輻
射筒１２の外周に供給すると共に、均一拡散する手段と
して、空気供給用ヘッダー１４及び燃料供給用ヘッダー
１６から夫々分岐させた枝管２６．２８並びにディフュ
ーザキャップ３０が使用される。すなわち、第２図に明
瞭に示す如く、空気供給用ヘッダー１４の外周壁部から
は、半径方向に適宜数の枝管２６が突出配設され、この
枝管２６は的記輻射筒１２を貫通して、該輻射筒外周壁
部に開口している。枝管２６の配設本数は、具体的な設
計条件によって最適数に決定されるが、本実施例では同
一円周上において半径方向外方に９０°の位相角をもっ
て４本突出配設されている。このように４本で１つのグ
ループをなす枝管群が、空気供給用ヘッダー１４の長手
方向に所定間隔で、かつ前者のグループの枝管群に対し
て後者のグループの枝管群が４５°の位相内金なすよう
順次配設され、全体として千鳥状の配列となっている（
第２図及び第４図参照）０従って、空気供給用ヘッダー
１４は、輻射筒１２の外周に前記枝管２６を介して連通
開口していることになる。

更に、燃料供給用ヘッダー１６の外周壁部からも、半径
方向に適宜数の枝管２８が突出配設され、この枝管２８
は第３図に示すように前記枝管２６の内側に同心的に挿
通配置されている。すなわち、枝管２８は前記枝管２６
に同心的に挿通される関係上、先の枝管２６と同様に、
本実施例では燃料供給用ヘッダー１６の同一円周上にお
いて半径方向外方に９０°の位相角をもって４本突出配
設され、このように４本で１つのグループをなす枝管群
が長手方向に所定間隔で、かつ前者のグループの枝管群
に対して後者のグループの枝管群が４５°の位相角をな
すよう、順次配設される。この枝管２８の先端開口部は
、同心的に位置する前記枝管２６の開口部（これは先に
述べたように輻射筒１２の外周壁部に開口している）と
略同−レベルにあり、枝管２６の内周面と枝管２８の外
周面との間には環状空隙３２が延在している（第３図及
び第４図参照）。従って、後述するように空気供給用ヘ
ッダー１４からの空気は前記環状空隙３２を介して、ま
た燃料供給用ヘッダー１６からの燃料（気体又は液体）
は枝管２８を介して、夫々輻射筒１２の外周壁部に供給
されることが諒解されよう。

次に、前記枝管２８の先端開口部には、供給空気及び燃
料を混合させると共に均一に拡散させるためのディフー
ーザキャップ３０が取付けられている。このディフュー
ザキャップ３０の１例を、第５図及び第６図に示す。図
示のディフューザキャップ３０は、枝管２８の先端開口
のタップ部にねじこまれる雄ねじ軸部３４と、該軸部３
４の先端に一体的に設けた笠状頭部３６とから基本的に
構成され、前記雄ねじ軸部３４の外周に軸方向の長溝３
８が所定数（本実施例では４本）穿設されている。従っ
て、第５図に示すように枝管２８の先端にディフューザ
キャップ３０をねじ込めば、枝管２８を圧送されて来る
燃料は、前記長溝３８を介して外方へ送出され、笠状頭
部３６の笠面に衝突して半径方向外方へ均一拡散される
ことになる。また、第３図及び第４図に示すように、空
気供給用ヘッダー１４から分岐した枝管２６を介して供
給される空気も、ディフューザキャップ３゜の笠部に衝
突し、前記燃料上混合しつつ半径方向に均一拡散される
。なお、この枝管２６中に供給されて来る空気を旋回さ
せて流体運動を付与し、これによってディフューザキャ
ップ３ｏに対する衝突時に燃料との混合が促進されるよ
う、螺旋羽根４０を夫々の枝管２６中に介挿しておけば
、一層好適である。

更に、放熱管１０．輻射＠　１２　＋空気供給用ヘッダ
ー１４及び燃料供給用ヘッダー１６の各管端末は、第４
図に示すように夫々閉塞処理きれている。この第４図は
、本発明に係るラジアントチューブを、例えばローラハ
ース炉のような工業用炉の熱源として使用した場合を示
し、輻射筒１２の一方の端末は耐火物製のヘッド４２に
より閉塞され、他方の端末も盲板４３により閉塞されて
いる。

また、参照符号４６は炉壁、４８は点火電極を示し、放
熱管１０の外部空間は炉室となっている。

このように構成した本発明に係るラジアントチー−プの
使用の実際につき、次に説明する。先ず、図示しない燃
料供給源を介して燃料を燃料供給用ヘッダ〜１６に圧力
供給し、また空気供給用ヘッダー１４に空気を同じく圧
力供給する。この圧力供給される燃料は、都市ガス、液
体プロパンガス（ＬＰＧ）、コークス炉ガスのような可
燃性気体や、待人重油のような可燃性液体が好適に使用
される。空気供給用ヘッダー１４中を圧力供給される空
気は、このヘッダーから連通分岐する各枝管２６に到シ
、この枝管中に配設した螺旋羽根４゜を通過する際に旋
回流となって、前記ディフューザキャップ３０の筋部に
衝突する。捷た、燃料供給用ヘッダー１６中を圧力供給
される燃料は、該ヘッダーから連通分岐される各枝管２
８を介して開口部から噴出し、ディフューザキャップ３
ｏの筋部に衝突する。そして、この衝突帯域において燃
料と突気Ｆｉ、混合され、かつディフューザキャップ３
０の作用下に半径方向に拡散されて輻射筒１２の外周壁
部に沿って均一に拡がる。このようにして混気燃料が、
放射管１０の内周壁と輻射筒１２の外周壁との間に形成
される燃焼室１８中で充分拡散した時点で、前記電極４
８に通電すれば、混気燃料に点火されて燃焼が開始され
る。このように燃焼室１８中に高温の燃焼ガスが得られ
、この燃焼フレームは、対流熱伝達によって放射管１０
の管壁を加熱して半径方向に熱放射を行う。更に高温の
燃焼ガスは、通気性固体からなる輻射筒１２を通過して
、輻射筒１２の内周壁と突気供給用ヘッダー１４の外周
壁との間に形成される前記環状空間２２に到る。そして
、燃焼ガスが輻射筒１２を通過する際に、先に説明した
ように燃焼ガスの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
輻射筒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、すなわち本発明の場合燃焼室１８側
に射出されるので、放射管１００発熱面からは追加的に
前記輻射熱が放射されることになり、極めて高い熱効率
が達成される。

また、輻射筒１２を通過後の燃焼ガスは温度低下を当然
伴うが、それでも相当葉の熱エネルギーは有している。

従って、燃焼ガスが前記環状空間２２に充満し、最終的
に排気筒４４から排出される過程において、空気供給用
ヘッダー１４は加熱され、これによって該ヘッダー中を
送給される空気は充分予熱されて燃焼室１８へ供給され
るので、燃焼効率の向上に寄与することができる。すな
わち環状を間２２は、２次燃焼室及び熱交換室として機
能する。

なお、図示の実施例では空気供給用ヘッダー１４を外側
に配置ｔシ、燃料供給用ヘッダー１６を内部に同心挿通
する構成としたが、逆に外側に燃料供給用ヘッダー１６
を配設し、その内側に空気供給用ヘッダー１４を同心配
置するようにしてもよい０また、両ヘッダー１４．１６
を１本の管体に纒め、燃料及び空気を予混合（プレミッ
クス）した混合流体を、この管体を介して燃焼室１８に
圧力供給するようにしてもよいこと勿論である。

以上詳細に説明したように、本発明に係るラジアントチ
ューブでは、放射管の内部に通気性固体からなる輻射筒
を挿通配置し、燃焼ガスを前記輻射筒の外周面に沿って
燃焼させると共に燃焼ガスを輻射筒に通過させ、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り放射管
からの熱放射を増大式せるよう構成したので、熱効率の
著しい向上及びこれに伴う省エネルギーを図ることがで
きる。また、燃焼室に供給される空気（又は燃料乃至混
気燃料）の予熱全同時に行い得るため、一層燃焼効率は
改善される。

本発明に係るラジアントチー−ブＶ」１、燃焼ガスを密
閉した管中で燃焼させるクローズドタイプのため、燃焼
ガス接触による化学反応等の雰囲気汚染を嫌う装置や、
防爆処理の要求される加熱装置等への発熱体として好適
に使用される。また、塗装焼伺炉や加熱炉、熱処理炉等
の工業用針や、暖房器その他温室向の温風発生装置等に
も広く使用可能である。

以上、本発明に係るラジアントチー−プにつき、好適な
実施例を挙げて説明したが、本発明はこの実施例に限定
されるものではなく、発明の精神の範囲内で多くの改良
変更をなし得る。

【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図は本発明に係るラジアントチューブの内部構造を１
部破断して示す概略斜視図、第３図は本発明に係るラジ
アントチー−ブの横断面図、第４図は本発明のラジアン
トチューブを炉体に装着した状態での縦断面図、第５図
は本発明に使用するディフューザキャンプを枝管開口部
にねじ込んだ状態での一部縦断面図、第６図は第５図に
示すディフーーザキャップの底面図である。１０・・・放射管　　　　　１２・・・輻射筒１４・・
・空気供給用ヘッダー１６・・・燃料供給用ヘッダー１
８・・・燃焼室　　　　　２０・・・熱シール部材２２
　、２４・・・環状空間　　２６　、２８・・・枝管３
０・・ディフューザキャップ３２・・・環状空隙３４・
・・雄ねじ軸部　　　３６・・・笠状頭部３８・・・長
溝　　　　　　４０・・・螺旋羽根４２・・・ヘッド　
　　　　４３・・・盲板４４・・・排気筒　　　　　４
６・・・炉壁４８・・・点火電極特許出願人　　大同特殊鋼株式会社ＦＩＧ、１（Ｙ）　　　　　　　　　（Ｚ）ＦＩＧ、５ＦＩＧ、６０

Claims

【特許請求の範囲】

（１）放射管と、該放射管中に挿通配置した通気性固体
からなる輻射筒と、この輻射筒中に挿通配置した燃料、
空気等の流体を供給するヘッダーとからなり、前記流体
供給ヘッダーから分岐突出する枝管を前記輻射筒の外周
壁部に開口接続したことを特徴とするラジアントチュー
ブ。
（２）前記流体供給ヘッダーは、空気供給用ヘッダーと
この空気供給用ヘッダーの内部又は外部に挿通配置した
燃料供給用ヘッダーとからなる特許請求の範囲第１項記
載のラジアントチューブ。
（３）　　前記流体供給ヘッダーは、空気と燃料の混合
気を供給する単一の管体ヘッダーである特許請求の範囲
第１項記載のラジアントチューブ０