JPS62233639A - 流体加熱装置 - 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】 「技術分野」 本発明は、湯沸器、風呂釜、蒸気ボイラなどに使用され
る流体加熱装置に間するものである。

「従来技術およびその問題点」 従来、湯沸器、風呂釜、蒸気ボイラなどの流体加熱装置
においては、バーナ等の燃焼手段を有し、燃焼室にで燃
料を燃焼させた後、燃焼ガスを伝熱管群に導き、伝熱管
群の内部を流れる水等の流体を加熱するようになってい
る。

近年、これらの流体加熱装置においで、装置を極力コン
パクトにするため、面燃焼バーナを用いて火炎を短くす
ると共に、この面燃焼バーナの下流側に近接して伝熱管
群を配置する試みがなされでいる。

しかしながら、上記従来の流体加熱装置においでは、面
燃焼バーナが火炎あるいは燃焼室内張りの断熱材などか
らの輻射により高温になって焼損したつ、あるいは可燃
混合気の温度が上昇したりして逆火か起つやすいという
問題点があった。

「発明の目的」 本発明の目的は、面燃焼バーナを用いた流体加熱装置に
おいて、バーナの焼損や、逆火を防止できるようにする
ことにある。

「発明の構成」 本発明による流体加熱装置は、燃料ガスと空気との混合
気体の流路内に通気性多孔体からなる面燃焼バーナを配
置し、この面燃焼バーナに対して前記流路の上流側およ
び下流側に伝熱管群をそれぞれ配置したことを特徴とす
る。

この流体加熱装置では、燃料ガスと空気との混合気体が
、その流路を上流側から下流側に流される。そして、面
燃焼バーナを通過する際に燃焼して火炎を形成する。こ
の場合、混合気体の供給線速度を調整して燃焼ゾーンが
バーナの内部あるいは上縁部にくるようにする。

面燃焼バーナは、燃焼ガスやケーシング内張りの断熱材
などからの輻射熱、および燃焼による酸化反応熱などに
より、白熱あるいは赤熱し、上流側および下流側の伝熱
管群に輻射熱を照射する。

その結果、伝熱管が加熱され、伝熱管の内部流体と熱交
換がなされる。

この場合、面燃焼バーナの上流側の伝熱管群がないと、
輻射熱は直接上流側のケーシングに照射されるのでケー
シングの損傷を招くことがある。

また、面燃焼バーナ自体も過熱されて焼損することがあ
る。ざらに、燃料ガスと空気との混合ガスが加熱されて
逆火が起る恐れがある０本発明においでは、面燃焼バー
ナよつ上流側にも伝熱管群を配置することにより、上記
のような不都合を解消することができる。

本発明においで、燃料ガスとしでは、例えばプロパンガ
ス、天然ガス、高炉ガスなどの気体状燃料か使用できる
。

また、面燃焼バーナとしては、耐熱性の通気性多孔体か
用いられるか、耐熱性、軽量性、高実効輻射率などの理
由からセラミ・ンクス製のものが好ましく、特にセラミ
ックスハニカム体、セラミックスシュバンクバーナプレ
ート、セラミックス三次元網状体などが好ましい。セラ
ミックスとしては、例えばアルミナ賞、ジルコニア質、
ムライト質、β−スポジュメン賃、コージライト質、ア
ルミニウムチタネート賃、リチウムアルミニウムシリケ
ート質、炭化珪素質、窒化珪素質などが使用できる。こ
うした面燃焼バーナは、必要に応して酸化触媒か担持さ
れていでもよい、これにより、燃料ガスの不完全燃焼を
防止できる。

面燃焼バーナより上流側に配置される伝熱管群は、バー
ナあるいは火炎からの輻射熱を有効に吸収すると共に、
混合ガスの燃焼が良好に進むように配置されなければな
らない、したがって、上流側の伝熱管群は、面燃焼バー
ナより１００　ｍｍ以内の範囲に配置することが好まし
い、上流側の伝熱管群を上記より離れた位置に配置した
場合には、熱損失が大きくなり、本発明の効果が充分に
得られなくなる。

一方、面燃焼バーナより下流側に配置される伝熱管群は
、伝熱効率を高めるため、例えばバーナにより形成され
る火炎中あるいは火炎の先端に近接した位置に配置され
る。この場合、火炎の長さは、バーナ等の設計によって
異なるが一般的には５０ｍｍ以内とされている。したが
って、下流側の伝熱管群と面燃焼バーナのガス吐出口と
の距離は、１００　ｍｍ以内とすることが好ましい、下
流側の伝熱管群を上記より層れた位置に配置した場合に
は、熱損失が大きくなり、本発明の効果が充分に得られ
なくなる。下流側の伝熱管群は、面燃焼バーナあるいは
火炎からの輻射熱を受けると共に、燃焼ガスと直接接触
することにより熱を得で、内部を流れる水等の流体を加
熱する。

上流側および下流側の伝熱管群は、部分的加熱による熱
損ｉを防ぐため、外面にフィンが付いていないものか好
ましいか、伝熱面積増大率の小さいフィンを付けでもよ
い。しかしなから、下流側の伝熱管群の熱負荷は高いの
で、内部を流れる流体の局部潮謄を防止するため、ベア
チューブとすることか好ましい、また、上流側および下
流側の伝熱管群は、内部の伝熱効率向上のため、あるい
は内部を流れる水等の流体の局部沸＃ｌ＠防止するため
、内部にターヒュレンスブロモータ、フィン等を付ける
ことか好ましい６ なあ、上流側および下流側の伝熱管群の伝熱管の材質は
、炭化珪素質、窒化珪素質などの耐熱、耐食性に優れた
セラミックスであることか好ましく、特に高熱伝導率、
低線膨張係数、高強度を有し、成形性にも優れた反応焼
結炭化珪素が最も好ましい。

本発明の場合、上流側および下流側の伝熱管群を燃焼手
段に近Ｗｔさせたことにより、伝熱管が大きな伝熱負荷
を受けて局部的に高温になりやすい、また、場合によっ
ては、水などの被加熱流体が局部沸騰を起して発生した
蒸気等により伝熱を阻害され、また、管内面にスケール
が生して局部的に高温となることもある。したがって、
耐熱性に乏しい金属製とした場合には、伝熱壁が過熱し
て激しく酸化され、極端な場合は溶損することもある。

この点、セラミックス製、特には炭化珪素質または窒化
珪素質のセラミックス製とした場合には、充分な耐熱性
が得られる。

「発明の実施例」 、　第１図には、本発明による流体加熱装置の実施例が
示されている。

この流体加熱装置ｆｌ＋は、金属製の胴に断熱材等を内
張すしでなるケーシング１２ヲ有し、ケーシング１２の
下方には天然ガスなどの燃料ガスと突気との混合気体が
導入される混合気体導入口１３が形成され、ケーシング
１２の上方は燃焼ガスが排出される開口部１４となって
いる６したがって、ケーシング１２内は、混合気体か下
方から上方へ流れる流路１５となっている。ケーシング
１２は断熱材内張りに代えで、木冷璧構造としてもよい
。

この流路１５内には、流路１５を横切るようにセラミツ
ウスハニカム体からなる面燃焼バーナ１６が配置されて
いる。この場合、セラミックスハニカム体の通気孔が混
合気体の流路１５に治って上下に貫通するように配置さ
れている。なお、セラミックスハニカム体からなる面燃
焼バーナ１６は、第２図に示すような形状をなし、璧の
厚ざＷが０．１〜３ｍｍ　、開口率か５０％以上、高ざ
ｈが２〜５０ｍｍとされている。

この例では、セラミックスハニカム体は炭化珪素質から
なり、そのセル形状が正方形となっているか、必要に応
して長方形、六角形あるいは円形のものであってもよい
。ざらには、波板どうしあるいは波板と平板とを多数積
層して形成したセラミツウスハニカム体であってもよい
、ざらにはセル形状は上面と下面とで異形であってもよ
い。例えばセル形状か円形の場合、上面の孔と下面の孔
とを異径にするなどが考えられる。

ケーシング１２には、面燃焼バーナ１６の近傍に位置す
る部分に点火装置１７が取付けられでいる。そして、混
合気体か面燃焼バーナ１６を通過する際、面燃焼バーナ
１６の内部あるいは上縁部付近で燃焼して火炎１８ヲ形
成するようになっている。

流路１５において面燃焼バーナ１６よつ上流側、すなわ
ち面燃焼バーナ１６の下方には、菓−の伝熱管群１９が
配置されている。この場合、第一の伝熱管群１９の伝熱
管は、互いに平行に、かつ、千鳥状に上下２段に配置さ
れており、面燃焼バーナ１６および火炎１８からの輻射
熱が各伝熱管に均一に照射されるようになっている。な
お、面燃焼バーナ１６と第一の伝熱管群１９との距１１
１ａは１００　ｍｍ以内とされている。

また、流路１５において面燃焼バーナ１６よつ下流側、
すなわち面燃焼バーナｊ６の上方には第二の伝熱管群２
０が配Ｍされている。第二の伝熱管群２０も互いに平行
に、かつ、千鳥状に上下２段に配置されでいる。なお、
面燃焼バーナ１６と第二の伝熱管群２０との距離すも１
００　ｍｍ以内とされでいる。

この実施例の場合、第一の伝熱管群１９および第二の伝
熱管群２０の伝熱管は、外径５〜２０ｍｍ、肉厚１〜３
ｍｍの反応焼結炭化珪素質ベアチューブとされ、伝熱管
の配列間隔は１０〜２０ｍｍとされでいる。

なお、伝熱管は、通常の円筒のものでもよく、あるいは
横断面か楕円形等の管であってもよい。また、伝熱管は
、一般には水平に配列されるが、被加熱流体の入口側に
比べで出口側が上方となるように傾斜させてもよい。

上記の構成において、燃料ガスと空気との混合気体は、
混合気体導入口１３よりケーシング１２内に導入され、
流路１５ソ上方に流れる。そして、面燃焼バーナ１６を
通過する際に燃焼して火炎１日を形成する。なお、始動
時には、点火装置１７によって点火されるようになって
いる。これによって生じた燃焼ガスは、そのまま流路１
５を流れて開口部１４よつ排出される。

一方、第一の伝熱管群１９および第二の伝熱管群２０に
は被加熱流体か流される。被加熱流体としでは、液体、
特に水が適しでいる。被加熱流体は、第一の伝熱管群１
９と第二の伝熱管群２０とにそれぞれ独立に流されでも
よいが、好ましくは両者間を連続的（こ流される。この
場合、伝熱効率を向上させるためには、被加熱流体を、
まず第一の伝熱管群１９に流し、次いで第二の伝熱管群
２０に流すことが好ましい、たたし、管内での局部廓謄
を防止するためには、これと逆に被加熱流体を流すこと
が好ましい。

第一の伝熱管群１９は、面燃焼バーナ１６からの輻射熱
を吸収して内部を流れる水等の被加熱流体を加熱する。

また、第二の伝熱管群２０は、面燃焼バーナ１６および
火炎１８がらの輻射熱、および燃焼ガスとの対流熱伝達
により熱を得、内部を流れる木等の被加熱流体を加熱す
る。

ところで、面燃焼バーナ１６または火炎１８がらの輻射
熱は、そのほとんどが第一の伝熱管群１９および第二の
伝熱管群２０に照射されるので、ケーシング１２の内壁
に直接照射されることは少なく、ケーシング１２の焼損
を防止できる。また、面燃焼バーナ１６が第一の伝熱管
群１９および第二の伝熱管群２゜によって冷却されるの
で、面燃焼バーナ１６自体の過熱も防止され、面燃焼バ
ーナ１６の焼損も防止される。ざらに、火炎１８の位置
は、面燃焼バーナ１６の上縁部あるいは上部に維持され
ることが好ましいか、逆火によって火炎か面燃焼バーナ
１６の下方に移動する恐れかある。しかし、本発明では
、面燃焼バーナ１６の下方に第一の伝熱管群１９を配置
したことにより、この逆火が防止される。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明によれば、面燃焼バーナの
上流側にも伝熱管群を配置したので、ケ・−シンクの焼
損や、面燃焼バーナ自体の焼損を防止できる。また、上
流側の伝熱管群により混合気体が冷却されるので、逆火
を防止して火炎の位Ｍを正常な状態に維持することがで
きる。ざらに、上流側の伝熱管群においても熱交換がな
されるので、伝熱効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による流体加熱装置の実施例を示す縦断
面図、第２図は同流体加熱装置で使用される面燃焼バー
ナの一例を示す斜視図である。 図中、１１は流体加熱装置、１２はケーシング、１３は
混合気体導入口、１４は閉口部、１５は流路、１６は面
燃焼バーナ、１７は点火装置、１８は火炎、１９は第一
の伝熱管群、２０は第二の伝熱管群である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料ガスと空気との混合気体の流路内に通気性多孔
   体からなる面燃焼バーナを配置し、この面燃焼バーナに
   対して前記流路の上流側および下流側に伝熱管群をそれ
   ぞれ配置したことを特徴とする流体加熱装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記面燃焼バーナ
   および前記伝熱管群は、いずれもセラミックスからなる
   流体加熱装置。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項において、前記
   伝熱管群は、いずれも前記面燃焼バーナより１００ｍｍ
   以内の範囲に配置されている流体加熱装置。 ４、特許請求の範囲第１〜３項のいずれか一において、
   前記面燃焼バーナより下流側の前記伝熱管群は、炭化珪
   素質からなるベアチューブまたはフィンチューブの少な
   くとも一方からなる流体加熱装置。 ５、特許請求の範囲第１〜４項のいずれか一において、
   前記面燃焼バーナは、アルミナ質、ジルコニア質、ムラ
   イト質、β−スポジュメン質、コージライト質、アルミ
   ニウムチタネート質、リチウムアルミニウムシリケート
   質、炭化珪素質および窒化珪素質からなる群より選ばれ
   た少なくとも一種からなるハニカム体である流体加熱装
   置。 ６、特許請求の範囲第１〜５項のいずれか一において、
   前記面燃焼バーナには酸化触媒が担持されている流体加
   熱装置。