JPS61225541A

JPS61225541A - 熱交換装置

Info

Publication number: JPS61225541A
Application number: JP6601885A
Authority: JP
Inventors: Kazu Igarashi; 五十嵐　和; Tetsuji Nishiyama; 西山　哲司; Koji Nakamura; 康治中村; Kenichi Mase; 間瀬　健一; Ryozo Echigo; 越後　亮三
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1985-03-29
Filing date: 1985-03-29
Publication date: 1986-10-07
Anticipated expiration: 2009-02-16
Also published as: JPH0612195B2

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】〔産業上の利用分野〕この発明は、燃料ガスを用いて熱交換を行う給湯装置な
どにおける熱交換装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の給湯装置としては、第６図に示すように、燃料ガ
ス人口２０から供給されたガスが燃焼バーナ２１で空気
と予混合されて燃焼室２２で完全燃焼し、この高温燃焼
ガスと上部のフィン付蛇管２３内を通る水が熱交換され
て、温水または熱水が作られるものである。

なお、図中、２４は水供給管を、２５は温水出口を夫々
示している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、かかる従来例にあっては、前記した燃焼
室２２が、給湯装置において絶対不可欠の構成要素であ
って、また、不完全燃焼を防止する都合上、燃焼バーナ
２１とフィン付蛇管２３との間隔りは、少なくとも２０
ｃｍを必要としている。

このため、燃焼室２２を必須の構成とする従来の給湯装
置にあっては、小型化を望めないという問題点を有して
いる。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、予混合ガスの供給部と、その上方に設けら
れる多孔質物体と、一端を給液ヘッダに連通させると共
に、他端を排液ヘッダに連通させてなる多数の伝熱路と
、を有し、前記伝熱路は、多孔質物体の上面と下面とを
経由して前記両ヘッダに連通させ、且つ前記多孔質物体
の上面に沿う伝熱路の相互間には燃焼排ガスを上方に向
けて通過させる小間隙を設け、また多孔質物体の下面に
沿う伝熱路の相互間には、下方から供給される予混合ガ
スを上方に向けて通過させる小間隙を設け、さらに、前
記多孔質物体と、その下側にある伝熱路との間に、多孔
質物体の下面に沿って広がりをもつ燃焼空間を形成した
ことを、その構成としている。

〔作用〕

伝熱路が給液ヘッダと排液ヘッダを連通し、被加温液体
を給液ヘッダから排液ヘッダへ輸送する。

伝熱路相互間に設けられた小間隙のうち、多孔質物体の
下側にある伝熱路相互間に設けられた小間隙は、下方の
供給部からの予混合ガスを、該多孔質物体側に通過させ
る。

また、該多孔質物体の上側にある伝熱路相互間に設けら
れた小間隙は、燃焼空間で生成され多孔質物体の連続孔
を通る燃焼排ガスを上方に通過、排出させる。

なお、燃焼空間に至った予混合ガスは、別途用意される
点火装置などの点火、又は既に燃焼している予混合ガス
の熱により、常に、この空間で発火、燃焼し、多孔質物
体及び伝熱路の集合体を加熱する。

このように加熱された多孔質物体及び燃焼排ガスは、こ
の多孔質物体の上側にある伝熱路を加熱し、給液ヘッダ
側から供給される被加温液体を予め温めるため、該多孔
質物体の下側の伝熱路には、温水が供給される。

次に、この温水は、燃焼空間における予混合ガスの燃焼
熱及びこの燃焼により加熱される多孔質物体の放射熱に
より、更に加温され高温水となる。

反面、この伝熱路は、被加温液体により冷やされるため
、多孔質物体の下側の伝熱路相互間の小間隙内を通過す
る予混合ガスの温度が発火点に達するのを抑え、予混合
ガスの送出負荷量が小さくとも、逆火現象の発生を阻止
する。

また、当該多孔質物体は、常時加熱されているため、予
混合ガスを完全燃焼させると共に、予混合ガスの送出負
荷量が大きくなっても、火炎の吹き消えを防止する。

〔実施例〕

以下、この発明の詳細を図面に示す一実施例について説
明する。

図中、１は予混合ガスの導入管であって、この導入管１
は、直方体状で上面が開口するケース２内部に連通ずる
ように、このケース２底板中央部で開口、連設させてい
る。

また、このケース２内には、その側壁２ａを貫通する給
水へラダ３と、別の側壁２ｂを貫通する排水ヘッダ４を
導、入しており、これら画ヘッダ３゜４は、平行な側壁
２９．２ｂの内側面に沿って、側壁２ｄで上下に位置す
るようにＬ字状に曲がっている。なお、各ヘッダの先端
部は、閉塞しており、側壁２ｄにおいては給水ヘッダ３
が排水ヘッダ４の上に位置している。

そして、ケース２内の両ヘッダ３．４で囲まれる空隙に
は、第１図に示すように、略直方体形状の多孔質物体５
を、その三方の周側面が両ヘッダ３．４に当接するよう
に設けている。

なお、両ヘッダ３．４が上下に位置する側壁２ｄの内側
の箇所においては、該多孔質物体５は両ヘッダ３，４に
接触し得る構造となっている。また、両ヘッダ３．４の
折曲げ部３ａ、４ａの付近には、この両ヘッダ３．４が
等しく多孔質物体５の周縁に当接出来るように曲部３ｂ
、４ｂを設けている。

この多孔質物体５は、気孔率が６０〜９０％のセラミッ
クス材、金網等からなるものであって、下方から上方に
向けて気体の通過が可能とされている。

図中、６は給水ヘッダ３と排水へツタ″４を連通させる
伝熱細管である。この伝熱細管６は、多数並列に設けら
れるものであって、前記多孔質物体５の上面と下面とを
経由するようにコ字状に折り曲げられている。かかる伝
熱細管６としては、腐食を防止し、且つ耐圧にするため
に、耐腐食性の金属管９例えば、ステンレス、チタン、
インコネル、銅等からなる細管が選択され、その外径は
、１〜８鶏のものが用いられるが、なかでも１〜３１ｍ
Φが好適である。また、これら伝熱細管６〜６は、外側
面どうしの間隔が１〜５　ｍｍ程度に設定されており、
各伝熱細管６の間には第１図及び第３図に示すように各
伝熱細管６の表面を横切るように、細線７を畳織状に延
在させて配置している。

この細線７についても、好ましくは耐腐食性。

耐熱性のもの、例えば、ステンレス、チタン、インコネ
ル、銅、セラミックスファイバー、硝子繊維などの材質
が適用される。

かかる伝熱細管６〜６と細線７とで構成される伝熱路構
成体Ａにおける前記多孔質物体５の下方の部分は、下方
から供給される予混合ガスを上方に向けて通過させる小
間隙８を有しており、ボイラを構成している。

なお、前記導入管１によりケース２内に供給される予混
合ガスは、前記多孔質物体５の下方のガスヘッダ９のみ
に導かれるようにされている。

さらに、多孔質物体５と、この物体５の下方にある伝熱
路構成体Ａとの間には、当該多孔質物体５の下面方向に
広がりをもつ狭少な燃焼空間１０を介在させている。ま
た、この空間１０の所定位置には、圧電素子などの点火
源（図示省略）が設けられており、該多孔質物体５の下
方にある伝熱路構成体Ａを通過上昇した予混合ガスの燃
焼開始手段としている。

そして、多孔質物体５の上方にある伝熱路構成体Ａは、
この多孔質物体５内を通過してくる燃焼排ガスを、上方
に通過、排出させる小間隙８を有している。

このような構成において、前記給水ヘッダ３に通された
水は、第１図に示す通り、多孔質物体５の周縁に沿って
流れ、次に伝熱細管６〜６を流れ、該物体５の上面から
下面を経由して排水ヘッダ４に達し、前記給水ヘッダ３
と同様に、該物体５の周縁に沿って流れた後、ケース２
の外に出る。

また、導入管１からケース２内のガスヘッダ９に、所定
の送出負荷で供給される予混合ガスは、多孔質物体５の
下方にある伝熱路構成体Ａの小間隙８を通過して燃焼空
間１０に達し前記点火源により点火されて燃焼を開始す
る。この燃焼排ガスは、該多孔質物体５内を通過し、次
に、上方の伝熱路構成体Ａの小間隙８を通過して排出さ
れる。

なお、燃焼空間１０で起こる燃焼は平面的な広がりをも
つ燃焼であって、第３図に示すような炎１１を発生させ
る。

かかる燃焼により、多孔質物体５の下方にある伝熱路構
成体Ａは、加熱されて伝熱細管６内の水を昇温させて、
温水または熱水にする。

また、燃焼により多孔質物体５の下面部も、加熱される
ことになり、この多孔質物体４からの熱放射により、下
方の伝熱路構成体Ａは、更に加熱される。

そして、加熱された多孔質物体５は、その周縁に沿って
設けられている給水へラダ３及び排水ヘッダ４を加熱し
、さらに、燃焼排ガスは、多孔質物体５の上方の伝熱路
構成体Ａを加熱するため、前記した燃焼による直接加熱
及び熱放射による間接加熱に加えて相加的に水を昇温さ
せるものであり、従来の熱交換装置に比して飛躍的に高
い熱交換率を得ることが出来る。

なお、上記したように、給水ヘッダ３の加熱及び多孔質
物体５の上方の伝熱路構成体Ａの加熱により、多孔質物
体５の下方の伝熱路構成体Ａに至る水を昇温させるにも
拘らず、水は、１００℃よりも高くならないため、この
伝熱路構成体Ａを通過する予混合ガスは、それほど高い
温度、とりわけ、発火温度に達することがない。また、
各伝熱細管６の間隙Ｓは狭く、細線７が畳織状に延設さ
れているため、前記小間隙８は文字通り微細なものとな
り、通過する予混合ガスとの接触面積を大きくし、温度
上昇を抑止する。このように、伝熱路構成体Ａにより、
いわゆる消炎距離が保持され、上方の燃焼が下方に移る
逆火現象を防止し、炎１１は、常に一定の位置（燃焼空
間１０）で表面燃焼として維持される。このため、バー
ナの負荷を下げてガス量を絞った場合にも、逆火現象は
起こらない。

−ｉに、バーナの負荷を上げると、予混合ガスの流速は
増すため、炎は吹き飛び、又は吹き消え現象が発生する
が、この実施例によれば、負荷を上げ予混合ガスを増す
と、その増分だけ発生熱量も多くなり、従って、セラミ
ックス等でなる多゛孔質物体５も、加熱増となり、放射
熱量も大きくなる。そして、この放射熱が伝熱路構成体
Ａを通過直後の予混合ガスを加熱することなり、燃焼速
度を速め、炎１１は、常に一定の位置で燃焼が開始され
、該多孔質物体５と伝熱路構成体Ａの間隙（燃焼空間１
０）で平面的な表面燃焼が維持されて、保炎効果をもた
らす。

さらに、このような表面燃焼によれば、第３図に示すよ
うに、炎１１が一様の短炎の集合体であり、平面状に広
がりをもって燃焼するため、炎１１に局部的な高温の箇
所が発生せず、また、供給水で水冷される伝熱路構成体
Ａの影響により、燃焼温度が、通常のバーナ燃焼に比較
して低温となる。

かかる燃焼温度の低温化は、窒素酸化物の生成を抑止す
るための主要な因子であり、従来にない排出ガスのクリ
ーン化を期し得たものである。

発明者らの実施例においては、以下の条件を選択してい
る。

○条件・予混合ガス−都市ガス（１０，０ＯＯｋｃａｌ／ｈ）
・伝熱路構成体Ａ（細管ボイラ）の面積−１２０ｍｍ　
　Ｘ１２０ｍｍ・伝熱細管６の材質−ステンレス外径−２ｆｉ・各伝熱細管６、の間隔５−４ｍ・細線７−ステンレス線径寸法−０，５ｍｍ・給水ヘッダ３及び排水ヘッダ４の外径−２０ｍｍ内径
−９ｍｍ・多孔質物体５−気孔率８０χ、厚さ１０１のセラミッ
クス上記の条件で行った結果、給水温度１８℃の水を３β／
ｍｉｎ、の流速で送出した場合、６５℃の回収温水が得
られた。

また、この実施に際して、逆火あるいは吹き消え現象は
全く発生せず保炎効果を得ることができた。

さらに、熱交換率が８０〜９５％と大きくなり、エネル
ギー損失を減少する結果が得られた。

次に、第４図及び第５図に示す、この発明を適用した他
の一実施例について説明する。

この実施例においては、伝熱路構成体Ａを第４図に示す
ように、断面コ字状のセラミックス板１２に、給水ヘッ
ダ３と排水ヘッダ４との間を連通ずる多数の液体輸送孔
１３を所定間隔を介して並列に開設した構造としており
、伝熱路構成体Ａで挟まれる空間には、多孔質物体５を
介在させている。

また、多孔質物体５の上方及び下方の伝熱路構成体Ａの
各液体輸送孔１３の間部には、下面から上面に向けて予
混合ガス、又は燃焼排ガスを通過させる得る多数のガス
流通孔１４を開設している。

なお、このガス流通孔１４は、前記実施例の小間隙８と
同様に前記液体輸送孔１４には干渉しないものであって
、下方から供給される予混合ガスを上方に通過させる構
造であればよく、例えば、第５図に示す如く、セラミッ
クス板１２の上下方向に対して傾斜して開設してもよい
。とりわけ、このようにガス流通孔１４を傾斜させた場
合には、前記した消炎距離を充分に確保することとなり
、逆火の確実な防止ができる。

なお、この実施例においては、第４図に示すように、給
排ヘッダ３，４を直管状としているが、第１図に示す実
施例のように両ヘッダ３，４を略し字状となし、多孔質
物体５の周縁に沿うように配設することも勿論可能であ
る。

また、この実施例においても、前記した実施例と同様に
、多孔質物体５を設け、伝熱路構成体Ａとこの多孔質物
体５との間の燃焼空間１０で表面燃焼を発生させるもの
で、同様の保炎効果を得ることができる。

以上、実施例について説明したが、この発明においては
、被加温液体としては、水に限られるものではなく、目
的により各種の液体の加温を可能とするものである。

また、伝熱路構成体Ａの面積、形状などは、適宜設計変
更され得るものであって、特に、平面方形状のものとす
る必要はない。

さらに、上記実施例においては、多孔質物体５をセラミ
ックス材で構成しているが、その他金属の網、石綿等を
用いることも可能である。

〔発明の効果〕

叙上の説明でも明白のように、予混合ガスが高負荷燃焼
の場合でも、吹き消えや、吹き飛び現象が起こらないと
共に、低負荷燃焼の場合でも逆火は起こらず、安全性を
飛躍的に向上させる効果が有る。

また、伝熱路構成体と多孔質物体との間の狭少な燃焼空
間で表面燃焼をおこさせる構成としたことによって、熱
交換部の面積及び体積を小さくすることが可能となり、
小型で場所をとらない給湯装置を作ることができる効果
が有る。

さらに、燃焼に伴って加熱される多孔質物体が、予混合
ガスを完全燃焼させるため、従来のような給湯装置に設
けられている、不完全燃焼を防止するための、長大な燃
焼室を不要となし、熱交換部の縮小化と相俟って根本的
な小型化が可能とされている。

さらにまた、伝熱路構成体の冷却作用により火炎温度を
低下させて、有害な窒素酸化物の生成を抑制する効果が
有る。

而して又、伝熱路構成体は、予混合ガスの燃焼熱及び加
熱された多孔質物体からの放射熱、さらには燃焼排ガス
からの余熱を・受けるため、飛躍的に熱交換率を高める
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明を適用した熱交換装置の一部破断斜
視図、第２図は、第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は、同
実施例における燃焼状態を示す説明図、第４図は、この
発明を適用した他の一実施例の斜視図、第５図は、同地
の一実施例における伝熱路構成体を示す一部破断拡大斜
視図、第６図は、従来の給湯装置を示す説明図である。１・・・・・・導入管、３・・・・・・給水ヘッダ、４
・・・・・・排水ヘッダ、５・・・・・・多孔質物体、
６・・・・・・伝熱細管、８・・・・・・小間隙、９・
・・・・・ガスヘッダ、１０・・・・・・燃焼空間。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）予混合ガスの供給部と、その上方に設けられる多
孔質物体と、一端を給液ヘッダに連通させると共に、他
端を排液ヘッダに連通させてなる多数の伝熱路と、を有
し、前記伝熱路は、多孔質物体の上面と下面とを経由し
て前記両ヘッダに連通させ、且つ前記多孔質物体の上面
に沿う伝熱路の相互間には燃焼排ガスを上方に向けて通
過させる小間隙を設け、また多孔質物体の下面に沿う伝
熱路の相互間には、下方から供給される予混合ガスを上
方に向けて通過させる小間隙を設け、さらに、前記多孔
質物体と、その下側にある伝熱路との間に、多孔質物体
の下面に沿って広がりをもつ燃焼空間を形成したことを
特徴とする熱交換装置。
（２）前記伝熱路の上側の端部は、給液ヘッダに接続さ
れ、下側の端部は、排液ヘッダに接続されている特許請
求の範囲第１項記載の熱交換装置。
（３）前記伝熱路は、細管により構成される特許請求の
範囲第１項記載の熱交換装置。
（４）前記伝熱路は、セラミックス等の耐熱ブロックに
貫通される液体輸送孔からなり、前記小間隙は、該液体
輸送孔には干渉せず、且つ上下方向に貫通させる多数の
ガス流通用の孔である特許請求の範囲第１項記載の熱交
換装置。