KR20100110869A - 연소 가열기 - Google Patents

Abstract

이 연소 가열기(1)는, 내부에 연소용 가스의 공급로(21)를 가지는 내관(20)과, 내관의 외주에 연소 공간(30)을 사이에 두고 배치된 외관(10)을 가진다. 연소용 가스(G)를 분출하는 구멍부(24)가 내관의 관벽에 형성된다. 외관의 내주면(10A) 상에 연소용 가스의 정체점(S)을 형성함과 동시에, 정체점의 주위에 순환류를 형성하는 분출 특성으로 연소용 가스가 분출된다. 이 연소 가열기에 따르면, 비용 상승을 초래하지 않고 안정적으로 화염을 형성할 수 있으며, 가열 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

연소 가열기{Combustion heater}

본 발명은, 연료 가스와 연소용 공기의 예혼합 가스 등을 연소시키는 연소 가열기에 관한 것이다. 본원은, 2008년 2월 1일에 일본 출원된 특허출원 제2008-22974호 및 특허출원 제2008-22975호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

종래부터 내열재제의 원관(방열관) 내에서 연료 가스와 연소용 공기의 전예혼합기(全豫混合氣)를 연소시키고, 이 불꽃으로 이 방열관을 적열시키는 래디언트 튜브 버너가 제조되고 있으며, 불꽃이 노출되지 않는 가늘고 긴 발열원으로서 가열로, 난방 등에 사용되고 있다. 또한, 연소용 가스를 내관 중에서 연소시키고, 연소 가스의 분류(噴流)를 직교적으로 설치한 차폐면에 충돌시켜 흐름의 방향을 바꾸어 방열관으로부터 열을 추출하는 연소 버너가 공지되어 있다.

이 종류의 연소 가열기에서는, 연소가 방열관의 도중 부분에서 종료하기 때문에, 전체 길이를 따라 균일한 온도 분포를 얻기 어려움과 동시에, 질소 산화물(NOx)의 발생이 많은 결점이 있다. 그래서, 특허문헌 1에는, 내부가 예혼합기의 공급로로 되어 있는 다공질관과, 다공질관의 외주에 동축적으로 설치한 방열관으로 이루어지고, 다공질관으로부터 방사형으로 분출시켜 층류가 되어 있는 예혼합 가스를 방열관과 다공질관의 중간에 화염 전파 속도와 예혼합기의 유속이 적합화되는 원통면에서 연소시킴으로써, 방열관의 전체를 균일하게 고온화할 수 있고, 대발열량화가 용이하며, 저NOx를 실현 가능한 연소 가열기가 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본공개특허 평6-241419호 공보

그러나, 상술한 바와 같은 종래기술에는 이하와 같은 문제가 존재한다.

별도의 화염유지기구를 설치하지 않고 예혼합 가스의 유속과 연소 속도를 계속 적합화시키기는 어렵다. 또한, 다공질체로부터 유출되는 예혼합 가스는 위치에 따라 유속·유량에 편차가 있고, 안정된 관형상 화염의 형성이 어렵다.

또한, 관형상 화염이 방열관으로부터 이격된 위치에 형성되기 때문에, 방열관을 통해 열을 추출하기 어려워 가열 효율이 저하될 가능성도 있다.

또, 상기 기술은, 내관의 일부에 다공질관을 설치할 필요가 있기 때문에, 제조에 시간이 걸려 비용 상승을 초래하는 문제도 있다.

본 발명은 이상과 같은 점을 고려하여 이루어진 것으로, 비용 상승을 초래하지 않고 안정적으로 화염을 형성할 수 있으며, 가열 효율을 향상시키는 것이 가능한 연소 가열기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하의 구성을 채용하고 있다.

본 발명의 연소 가열기는, 내부에 연소용 가스의 공급로를 가지는 내관과, 내관의 외주에 연소 공간을 사이에 두고 배치된 외관을 가지며, 상기 연소용 가스를 분출하는 구멍부가 상기 내관의 관벽에 형성된 연소 가열기이다. 그리고, 상기 연소 공간에 상기 연소용 가스의 정체점을 형성하고, 또한 상기 정체점의 주위에 순환류를 형성하도록 상기 연소 공간에서의 상기 연소용 가스의 흐름이 정해져 있다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 구성으로서 본 발명은 이하의 구성을 채용하고 있다.

본 발명의 연소 가열기는, 내부에 연소용 가스의 공급로를 가지는 내관과, 내관의 외주에 연소 공간을 사이에 두고 배치된 외관을 가지며, 상기 연소용 가스를 분출하는 구멍부가 상기 내관의 관벽에 형성된 연소 가열기이다. 그리고, 상기 외관의 내주면 상에 상기 연소용 가스의 정체점을 형성함과 동시에, 정체점의 주위에 순환류를 형성하는 분출 특성으로 상기 연소용 가스가 분출된다.

상기 분출 특성을 가지는 연소 가열기에서는, 유속이 제로에 가까운 정체점 주변의 연소용 가스에 점화(착화)함으로써 용이하게(즉, 비용 상승을 초래하지 않고) 안정된 화염을 형성하여 유지할 수 있다. 또한, 정체점 주위에 순환류가 형성되기 때문에, 안정된 연소를 실현할 수 있다. 종래에서는 가스의 유량이 커지면 연소 가스의 배기 경로를 충분히 확보할 수 없음과 동시에, 화염의 안정성이 저하될 가능성이 있지만, 본 발명에서는 외관의 내주면에 화염을 안정적으로 형성·유지할 수 있다.

상기 내관과 상기 외관은 동심으로 배치되고, 상기 구멍부가 상기 외관의 내주면 상의 특정 위치에 상기 정체점을 형성하는 위치에 배치되는 경우에는, 외관의 내주면 상의 특정 위치에 화염을 안정적으로 형성·유지할 수 있다.

또한, 상기 내관의 외주면이 상기 외관의 내주면과의 거리가 가장 짧은 제1 영역과, 상기 제1 영역보다도 긴 제2 영역을 가지고, 외관의 내주면과의 거리가 짧은 제1 영역에 구멍부를 형성한 경우에는, 제1 영역과 반대쪽의 영역을 포함하는 제2 영역과 외관의 내주면 사이에 연소 가스의 배기 경로를 확보하는 것이 가능하게 된다.

또, 본 발명에서는, 외관의 내주면의 정체점에 화염이 형성·유지되기 때문에, 외관을 통해 효율적으로 가열하는 것이 가능하게 된다.

상기 내관은 상기 외관에 대해 임의의 위치에 배치되는데, 편심된 배치로 하는 경우는, 상기 구멍부가 상기 내관의 편심 방향으로 위치하는 외주면에 형성되는 구성을 적합하게 채용할 수 있다. 이에 의해, 본 발명에서는, 내관의 외주면과 외관의 내주면 사이의 거리가 짧은 제1 영역을 용이하게 형성할 수 있다.

과제를 해결하기 위한 수단에서의 이하의 설명은, 내관이 외관에 대해 편심되게 배치되는 경우에 대한 것이다.

상기 내관의 중심축 주위에, 둘레방향으로 간격을 두고 복수 설치하는 구성도 적합하게 채용할 수 있다.

이에 의해, 본 발명에서는, 외관의 내주면에 대해 둘레방향으로 간격을 두고 복수의 화염을 형성·유지하는 것이 가능하게 되고, 보다 효과적으로 가열하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 내관을 편심된 배치로 하는 경우는, 상기 내관에 상기 제1 영역으로부터 벗어난 위치에 배치되고, 상기 정체점과 이격된 위치에 상기 연소용 가스를 분출하는 제2 구멍부가 설치되는 구성을 적합하게 채용할 수 있다.

이에 의해, 본 발명에서는, 정체점에 형성·유지된 화염을 제2 구멍부로부터 분출된 연소용 가스로 번지게 하는 것이 가능하게 된다. 그 때문에, 본 발명에서는 다공질체를 이용하는 경우와 같이 압력 손실이 생기지 않는다. 또한, 내관 및 외관을 길게 하지 않고 투입 열량을 증가시키는 것이 가능하게 되며, 내관 및 외관을 길게 한 경우와 같은 기기의 대형화를 막는 것이 가능하게 된다. 그리고, 본 발명에서는 압력 손실을 억제할 수 있기 때문에, 저압의 도시 가스 라인에도 사용 가능하게 된다.

상기 제2 구멍부로서는, 상기 제1 영역을 사이에 둔 양측에 배치됨과 동시에, 상기 제1 영역을 따르는 방향으로 상기 구멍부와 교대로 배치되는 구성을 적합하게 채용할 수 있다.

이에 의해, 본 발명에서는 화염의 형성·유지 및 화염의 번짐을 등분포로 발생시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명에서는, 기단(基端)측에서 캔틸레버 지지된 상기 내관의 선단측을 내관과 상기 외관 사이에서 지지하여, 상기 내관의 외주면과 상기 외관의 내주면 사이의 간격을 유지하는 지지부재를 가지는 구성을 적합하게 채용할 수 있다. 이 지지부재로서는 판형상으로 할 수도 있고, 또한 외관과 내관 사이에 현가(懸架)된 로드형상으로 할 수도 있다.

이에 의해, 본 발명에서는, 내관의 선단부에 흔들림이 생겨 기단측과 선단측에서 내관의 외주면과 외관의 내주면 사이의 간격이 일정해지지 않는 것을 방지하여, 구멍부가 형성된 제1 영역과 외관의 내주면 사이의 간격을 일정하게 유지하는 것이 가능하게 된다. 그 때문에, 정체점을 안정적으로 계속적으로 형성할 수 있고, 결과적으로 안정되고 계속적으로 화염을 형성·유지하는 것이 가능하게 된다.

상기 지지부재로서는, 가장 선단측에 위치하는 상기 구멍부보다도 선단측에, 적어도 상기 제1 영역과 마주하는 상기 연소 공간을 폐색(閉塞)하는 크기로 설치되는 구성을 적합하게 채용할 수 있다.

이에 의해, 본 발명에서는, 가장 선단측에 위치하는 구멍부로부터 분출되어 선단측으로 향하는 연소용 가스가 지지부재에 충돌하여 제2 영역측의 연소 공간으로 유도된다. 그 때문에, 정체점의 화염도 제2 영역측의 연소 공간으로 유도되어, 이 연소 공간의 연소용 가스를 착화시키기 쉽게 할 수 있다.

또, 본 발명에서는, 상기 구멍부가 상기 제1 영역에 간격을 두고 복수 배열되고, 상기 지지부재는 상기 구멍부의 각각에 대응하는 정체점을 사이에 두는 배열 방향의 양측에, 각각 상기 제1 영역과 마주하는 상기 연소 공간을 폐색하는 크기로 설치되는 구성도 적합하게 채용할 수 있다.

이에 의해, 본 발명에서는, 각 구멍부로부터 분출된 연소용 가스가 제2 영역측의 연소 공간으로 유도된다. 그 때문에, 정체점의 화염도 제2 영역측의 연소 공간으로 유도되어, 이 연소 공간의 연소용 가스를 한층 더 착화시키기 쉽게 할 수 있다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 구성으로서, 본 발명은 또한, 이하의 구성을 채용하고 있다.

본 발명의 연소 가열기는, 내부에 연소용 가스의 공급로를 가지는 내관과, 내관의 외주에 연소 공간을 사이에 두고 배치된 외관을 가지며, 상기 연소용 가스를 분출하는 구멍부가 상기 내관의 관벽에 형성된 연소 가열기이다. 이 연소 가열기는, 상기 연소 공간에 축방향을 따라 상기 구멍부와 마주하여 설치되고, 상기 구멍부로부터 분출된 상기 연소용 가스의 정체점 및 순환류를 형성하는 정체점 및 순환류 형성부재를 가진다.

상기 구조를 가지는 연소 가열기에서는, 정체점 및 순환류 형성부재의 표면에 형성되어 유속이 제로에 가까운 정체점 주변의 연소용 가스에 점화(착화)함으로써, 용이하게(즉, 비용 상승을 초래하지 않고) 안정된 화염을 형성하여 유지할 수 있다. 또한, 정체점 주위에 순환류가 형성되기 때문에, 안정된 연소를 실현할 수 있다. 종래에서는 가스의 유량이 커지면, 연소 가스의 배기 경로를 충분히 확보할 수 없음과 동시에, 화염의 안정성이 저하될 가능성이 있지만, 본 발명에서는 구멍부와 마주하는 정체점 및 순환류 형성부재의 표면에 화염을 안정적으로 형성·유지할 수 있음과 동시에, 내관과 정체점 및 순환류 형성부재가 마주하지 않는 영역에 연소 가스의 배기 경로를 확보하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명에서는, 상기 정체점 및 순환류 형성부재가 상기 외관의 중심축 상에 배치되고, 상기 내관이, 상기 구멍부를 상기 중심축으로 향하게 하여, 이 중심축 주위에 복수 배치되는 구성도 적합하게 채용할 수 있다.

이에 의해, 본 발명에서는, 외관의 중심축 주위에 연소용 가스의 정체점 및 화염을 안정적으로 형성·유지하는 것이 가능하게 되고, 온도 분포를 억제하면서 외관을 가열할 수 있다.

또한, 상기 정체점 및 순환류 형성부재로서는, 내부에 상기 연소용 가스의 공급로를 가짐과 동시에, 상기 중심축 주위에 복수 배치된 상기 내관의 각 외주면으로 향하여 상기 연소용 가스를 분출하여 정체점을 형성하는 상기 구멍부를 각각 가지는 구성도 적합하게 채용할 수 있다.

이에 의해, 외관의 중심에 배치된 정체점 및 순환류 형성부재의 표면과 더불어, 중심축 주위에 복수 배치된 내관의 표면에도 연소용 가스의 정체점 및 화염을 안정적으로 형성·유지하는 것이 가능하게 된다.

상기 정체점 및 순환류 형성부재로서는, 상기 연소 공간에 서로 간격을 두고 복수 설치되며, 각각이 인접하는 상기 내관의 외주면에 마주하여 상기 구멍부가 형성된 상기 내관인 구성도 적합하게 채용할 수 있다.

이에 의해, 복수의 내관에 대해, 인접하는 내관의 구멍부와 마주하는 외주면에 연소용 가스의 정체점 및 화염을 안정적으로 형성·유지하는 것이 가능하게 된다.

이 구성에서는, 상기 내관을 상기 외관의 중심축 주위에 서로 간격을 두고 복수 배치하는 구성도 적합하게 채용할 수 있다.

이에 의해, 본 발명에서는, 외관의 중심축 주위에 연소용 가스의 정체점 및 화염을 안정적으로 형성·유지하는 것이 가능하게 되고, 온도 분포를 억제하면서 외관을 가열할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 상기 내관에 상기 정체점과 이격된 위치로 상기 연소용 가스를 분출하는 제2 구멍부가 설치되는 구성도 적합하게 채용할 수 있다.

이에 의해, 본 발명에서는, 정체점에 형성·유지된 화염을 제2 구멍부로부터 분출된 연소용 가스로 번지게 하는 것이 가능하게 된다. 그 때문에, 본 발명에서는, 다공질체를 이용하는 경우와 같이 압력 손실이 생기지 않는다. 또한, 내관 및 외관을 길게 하지 않고 투입 열량을 증가시키는 것이 가능하게 되며, 내관 및 외관을 길게 한 경우와 같은 기기의 대형화를 막는 것이 가능하게 된다. 그리고, 본 발명에서는, 압력 손실을 억제할 수 있기 때문에 저압의 도시 가스 라인에도 사용 가능하게 된다.

상기 제2 구멍부로서는, 상기 정체점 및 순환류 형성부재와 마주하는 영역을 사이에 두는 양측에, 배치됨과 동시에, 상기 마주하는 영역을 따르는 방향으로 상기 구멍부와 교대로 배치되는 구성을 적합하게 채용할 수 있다.

이에 의해, 본 발명에서는, 화염의 형성·유지 및 화염의 번짐을 등분포로 발생시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명에서는, 기단측에서 캔틸레버 지지된 상기 내관 및 상기 정체점 및 순환류 형성부재의 선단측을 상기 외관과의 사이에서 지지하여, 상기 내관 및 상기 정체점 및 순환류 형성부재의 외주면과 상기 외관의 내주면 사이의 간격을 유지하는 지지부재를 가지는 구성을 적합하게 채용할 수 있다. 이 지지부재로서는 판형상으로 할 수도 있고, 또한 외관과 내관 사이에 현가된 로드형상으로 할 수도 있다.

이에 의해, 본 발명에서는, 내관 및 정체점 및 순환류 형성부재의 선단부에 흔들림이 생겨 기단측과 선단측에서 내관 및 정체점 및 순환류 형성부재의 외주면과 외관의 내주면 사이의 간격이 일정해지지 않는 것을 방지하여, 구멍부 및 정체점 및 순환류 형성부재와 외관의 내주면 사이의 간격을 일정하게 유지하는 것이 가능하게 된다. 그 때문에, 정체점을 안정적으로 계속적으로 형성할 수 있고, 결과적으로 안정되고 계속적으로 화염을 형성·유지하는 것이 가능하게 된다.

상기 지지부재로서는, 가장 선단측에 위치하는 상기 구멍부보다도 선단측에, 적어도 상기 구멍부와 마주하는 상기 연소 공간을 폐색하는 크기로 설치되는 구성을 적합하게 채용할 수 있다.

이에 의해, 본 발명에서는, 가장 선단측에 위치하는 구멍부로부터 분출되어 선단측으로 향하는 연소용 가스가 지지부재에 충돌하여 폭이 넓은 연소 공간으로 유도된다. 그 때문에, 정체점의 화염도 이 연소 공간으로 유도되어, 이 연소 공간의 연소용 가스를 착화시키기 쉽게 할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 가장 선단측에 위치하는 상기 구멍부보다도 선단측에 배치된 상기 지지부재가 상기 연소 공간 전체를 폐색하는 크기로 설치되는 구성도 적합하게 채용할 수 있다.

이에 의해, 본 발명에서는, 저온의 외관 선단부에 연소용 가스가 체류하여 미연 상태가 되어 CO가 생기거나 하는 사태를 회피하는 것이 가능하게 된다.

또, 본 발명에서는, 상기 지지판이 상기 외관에 대해 축방향으로 상대 이동 가능하게 설치되는 구성도 적합하게 채용할 수 있다.

이에 의해, 본 발명에서는, 외관과 내관의 온도 차에 의해, 특히 축방향으로 열팽창량에 큰 차이가 생긴 경우에도 지지판이 외관으로 상대 이동하기 때문에, 지지판에 변형 등이 생기지 않고 내관의 외주면과 외관의 내주면 사이의 간격을 유지하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명에서는, 상기 내관의 상기 공급로가 상기 선단측에서 폐색되어 있는 구성도 적합하게 채용할 수 있다.

이에 의해, 본 발명에서는, 기단측으로부터 연소용 가스를 공급함과 동시에, 배기 가스를 배기할 수 있는 소형이면서 저가격의 연소 가열기를 실현할 수 있다.

본 발명에서는, 비용 상승을 초래하지 않고 안정적으로 화염을 형성할 수 있으며, 연소 가열기의 가열 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다.

도 1a는 제1 실시형태에 관한 연소 가열기의 정면 단면도이다.
도 1b는 제1 실시형태에 관한 연소 가열기의 측면 단면도이다.
도 2a는 내관을 제1 영역측에서 본 평면도이다.
도 2b는 내관이 설치된 연소 가열기의 측면 단면도이다.
도 3a는 제3 실시형태에 관한 연소 가열기의 정면 단면도이다.
도 3b는 제3 실시형태에 관한 연소 가열기의 측면 단면도이다.
도 4는 제4 실시형태에 관한 연소 가열기의 주요부 상세도이다.
도 5는 제5 실시형태에 관한 외관 및 내관을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 6은 동심 배치된 외관 및 내관의 단면도이다.
도 7은 동심 배치된 외관 및 내관의 단면도이다.
도 8은 동심 배치의 다른 형태의 외관 및 내관의 단면도이다.
도 9a는 제6 실시형태에 관한 연소 가열기의 정면 단면도이다.
도 9b는 제6 실시형태에 관한 연소 가열기의 측면 단면도이다.
도 9c는 제6 실시형태에 관한 연소 가열기의 측면 단면도이다.
도 10a는 제7 실시형태에 관한 연소 가열기의 정면 단면도이다.
도 10b는 제7 실시형태에 관한 연소 가열기의 측면 단면도이다.
도 10c는 제7 실시형태에 관한 연소 가열기의 주요부 확대도이다.
도 10d는 제7 실시형태에 관한 연소 가열기의 주요부 확대도이다.
도 11a는 제8 실시형태에 관한 연소 가열기의 정면 단면도이다.
도 11b는 제8 실시형태에 관한 연소 가열기의 측면 단면도이다.
도 11c는 제8 실시형태에 관한 연소 가열기의 주요부 확대도이다.
도 12a는 제9 실시형태에 관한 연소 가열기의 정면 단면도이다.
도 12b는 제9 실시형태에 관한 연소 가열기의 측면 단면도이다.
도 12c는 제9 실시형태에 관한 연소 가열기의 주요부 확대도이다.
도 13a는 제10 실시형태에 관한 연소 가열기의 블러프 보디(bluff body)측으로부터의 내관의 평면도이다.
도 13b는 제1O 실시형태에 관한 연소 가열기의 내관의 측면 단면도이다.

이하, 본 발명의 연소 가열기의 실시형태를 도 1 내지 도 13을 참조하여 설명한다. 이하의 설명에 이용하는 각 도면에서는, 각 부재를 인식 가능한 크기로 하기 위해 각 부재의 축척을 적절히 변경하고 있다.

(제1 실시형태)

도 1a는 제1 실시형태에 관한 연소 가열기(1)의 정면 단면도이고, 도 1b는 측면 단면도이다.

연소 가열기(1)는, 선단이 폐색된 내열 금속제의 방열관으로서의 외관(10)과, 기단측(도 1a의 좌측)에서 도시하지 않은 지지 수단에 의해 캔틸레버 지지되어 외관(10)의 내부에 설치되고, 내부에 연소용 가스(G)의 공급로(21)를 가지는 내열 금속제의 내관(20)으로 개략 구성되어 있다.

연소용 가스(G)로서는 연료와 공기를 예혼합한 가스나, 연료와 산소 함유 가스를 예혼합한 가스를 이용할 수 있고, 연료로서는 메탄이나 프로판 등이 이용된다. 또한, 액체 연료도 예증발시키는 개소를 설치함으로써 사용 가능하다.

외관(10)은 선단이 폐색된 바닥이 있는 원통 형상을 가지며, 기단측에는 연소된 가스를 배기하는 배기관(11)이 접속되어 있다.

내관(20)은, 외관(10)과 마찬가지로 선단이 폐색된 바닥이 있는 원통 형상을 가지며, 기단측에는 상술한 연소용 가스(G)를 공급하는 예혼합기 공급 기구(도시생략)가 접속되고, 예를 들면 공기 과잉률 1.0~1.6 정도의 전예혼합기가 공급된다.

이 내관(20)은 선단측에서 외관(10)의 내측에 편심되게 배치되고, 외주면(20A)과 외관(10)의 내주면(10A) 사이에 연소 공간(30)을 형성한다.

내관(20)의 외주면(20A)은, 외관(10)의 내주면(10A)과의 거리가 가장 짧은 제1 영역(22)과, 제1 영역(22)보다도 긴 제2 영역(23)을 가지고 있다. 보다 구체적으로는, 외주면(20A) 중에서 내관(20)의 편심 방향(도 1 중, 하방, 도 1b 참조)으로 위치하는 부분에는 외관(10)의 내주면(10A)과의 거리가 가장 짧은 제1 영역(모선(母線))(22)이 축방향을 따라 형성되고, 다른 영역에는 제1 영역(22)보다도 내주면(10A)과의 거리가 긴 제2 영역(23)이 형성된다.

이 제1 영역(22)에는, 내관(20)의 선단측 위치에 제1 영역(22)을 따라 서로 간격을 두고 복수(여기서는 5개)의 구멍부(24)가 직경방향을 따라 관벽을 관통하여 형성되어 있다. 내관(20)의 구멍부(24)와 마주하는 위치의 근방에는, 도시하지 않은 착화 장치가 설치되어 있다.

구멍부(24)가 형성된 영역보다도 기단측(도 1a에서는 좌측)의 외주면(20A)은, 연소된 가스(화염)에 의해 공급로(21)의 연소용 가스(G)를 예열하기 위한 예열 영역(P)으로 되어 있다.

다음에, 상기 연소 가열기(1)에서의 연소 동작에 대해 설명한다.

예혼합기 공급 기구로부터 내관(20)의 공급로(21)에 공급된 연소용 가스(G)는, 구멍부(24)로부터 외관(10)의 내주면(10A)을 향하여 분출된다.

여기서, 구멍부(24)는 외관(10)의 내주면(10A)과의 거리가 가장 짧은 제1 영역(22)에 형성되어 있기 때문에, 구멍부(24)로부터 분출된 연소용 가스(G)는 마주하는 외관(10)의 내주면(10A)과 충돌하여, 각 구멍부(24)마다 내주면(10A) 상에 정체점(S)을 형성하고, 이 정체점(S)을 경계로 내주면(10A)을 따라 분기된다.

그리고, 착화 장치에 의해 정체점(S) 근방의 연소용 가스(G)에 착화함으로써, 화염이 형성된다. 또한, 정체점(S)에서 분기한 연소용 가스(G)는 단면적이 작은 제1 영역(22)의 근방에서 단면적이 큰 제1 영역(22)과는 반대쪽의 연소 공간으로 흐르고, 도 1b에 도시된 바와 같이, 연소 공간(30)의 내관(20)을 사이에 둔 양측에 화염(F)이 형성된다.

이 때, 정체점(S)에서의 가스의 유속은 제로이기 때문에, 또한 정체점(S)으로 향하는 분류 주위에 형성되는 순환류에 의해 형성한 화염은 안정적으로 유지된다.

그리고, 연소 가스는 연소 공간(30)을 흘러 배기관(11)으로부터 배기되는데, 연소 공간(30)부터 배기관(11)에 이르는 도중에 내관(20)의 예열 영역(P)에서 내관(20)의 관벽을 통해 연소용 가스(미연 가스)(G)와의 열 교환이 이루어진다.

이에 의해, 공급로(21)에서의 연소용 가스(G)는 고온으로 예열된 상태로 구멍부(24)로부터 분출하게 되어 화염(F)의 안정성이 높아지며, 좁은 연소 공간(30)으로 분출되더라도 미연분을 일으키지 않고 안정적으로 연소할 수 있다.

이상과 같이 본 실시형태에서는, 외관(10)의 내주면(10A) 상에 연소용 가스(G)의 정체점(S)을 형성함과 동시에, 정체점(S)의 주위에 순환류를 형성하는 분출 특성으로 연소용 가스(G)가 분출된다. 그 결과, 내관(20)의 관벽에 형성된 구멍부(24)로부터 연소용 가스(G)를 분출시키고, 정체점(S)에 화염(F)을 유지시키기 때문에, 다공질관을 설치하는 경우와 같이 비용 상승을 초래하지 않고 유량을 바꾼 경우에도 용이하게 안정된 화염(F)을 형성하는 것이 가능하게 된다.

덧붙여, 본 실시형태에서는, 연소량을 증가시키기 위해서는 구멍부(24)의 수를 늘리는 것만으로 된다. 따라서, 구성 부품도 적고 구조도 단순하기 때문에, 연소 가열기(1)의 제조 비용도 억제할 수 있음과 동시에, 다공질관을 이용한 경우와 같이 연소용 가스(G)의 공급압을 대폭으로 높일 필요도 없어, 저압의 도시 가스 라인에도 충분히 적용 가능하게 된다. 또, 본 실시형태에서는, 내관(20)의 외주면(20A)과 외관(10)의 내주면(10A) 사이의 거리가 짧은 제1 영역(22)을 외관(10)에 대해 내관(20)을 편심시켜 배치한다는 간단한 구성으로 형성하고 있기 때문에, 용이하면서 저비용으로 안정적으로 화염(F)을 형성·유지하는 것이 가능하게 된다.

또한, 다공질관을 이용하여 가스의 공급압을 높인 경우에는, 화염이 외관에 도달하여 유지할 수 없게 됨과 동시에, 연소된 가스의 배기 경로를 충분히 확보할 수 없게 될 가능성이 있는데, 본 실시형태에서는 제1 영역(22)과 반대쪽의 영역(제2 영역)과 마주하는 연소 공간(30) 및 인접하는 구멍부 간의 분류가 존재하지 않는 공간에서 충분한 배기 경로를 확보할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 정체점(S)이 외관(10)의 내주면(10A) 상에 형성되고, 화염(F)도 내주면(10A) 상을 따라 유지되기 때문에, 관형상 화염과 같이 외관(10)으로부터 이격되게 형성된 경우와 같이 열을 추출하기 어려워지지 않고 외관(10)을 통한 가열 효율을 향상시킬 수 있다.

(제2 실시형태)

이어서, 연소 가열기(1)의 제2 실시형태에 대해 도 2를 참조하여 설명한다.

이 도면에 있어서, 도 1에 도시하는 제1 실시형태의 구성요소와 동일한 요소에 대해서는 동일 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.

제2 실시형태와 상기 제1 실시형태가 다른 점은, 구멍부(24)와는 별도로 가스의 압력 손실을 저하시키기 위한 제2 구멍부를 설치한 것이다.

도 2a는 내관(20)을 제1 영역(22)측에서 본 평면도이고, 도 2b는 이 내관(20)이 설치된 연소 가열기(1)의 측면 단면도이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 내관(20)의 관벽에는, 제1 영역(22)에 위치하여 구멍부(24)가 설치됨과 동시에, 제1 영역(22)을 따르는 방향으로 구멍부(24)와 교대로, 제1 영역(22)을 사이에 둔 양측에 위치하여 제2 구멍부(25)가 설치되어 있다.

이들 제2 구멍부(25)로부터는, 도 2b에 도시된 바와 같이 정체점(S)으로부터 이격된 위치로 향하여 연소 가스(G)가 분출된다.

또한, 제2 구멍부(25)는, 제2 구멍부(25)로부터 분출된 연소용 가스(G)로 정체점(S)에서 형성된 화염(S)으로부터 안정적으로 번지는 위치에 설치된다.

다른 구성은 상기 제1 실시형태와 같다.

상기 구성의 연소 가열기(1)에서는, 정체점(S)에 형성·유지된 화염(F)을 제2 구멍부(25)로부터 분출된 연소용 가스(G)로 번지게 하는 것이 가능하게 되고, 용이하게 유량을 크게 한 상태로 가스를 연소시킬 수 있다. 그 때문에, 본 실시형태에서는 다공질체를 이용하는 경우와 같이 압력 손실이 생기지 않는다. 또한, 유량을 늘리기 때문에 내관(20) 및 외관(10)을 길게 하지 않고 투입 열량을 증가시키는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 내관(20) 및 외관(10)을 길게 한 경우와 같은 기기의 대형화를 억제하는 것이 가능하게 됨과 동시에, 압력 손실을 억제할 수 있기 때문에, 저압의 도시 가스 라인에도 사용 가능하게 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 구멍부(24)와 제2 구멍부(25)가 제1 영역(22)을 따라 교대로, 또한 제2 구멍부(25)가 제1 영역(22)을 사이에 둔 양측에 배치되기 때문에, 화염(F)의 형성·유지 및 화염의 번짐을 거의 등분포로 안정된 상태로 발생시키는 것이 가능하게 된다.

(제3 실시형태)

이어서, 연소 가열기(1)의 제3 실시형태에 대해 도 3을 참조하여 설명한다.

이 도면에 있어서, 도 1에 도시하는 제1 실시형태의 구성요소와 동일한 요소에 대해서는 동일 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.

제3 실시형태와 상기 제1 실시형태가 다른 점은, 내관(20)의 선단측에 지지판을 설치한 것이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 내관(20)의 구멍부(24)보다도 선단측에는, 축방향과 직교하는 방향을 따라 내열 금속 등으로 형성된 지지판(지지부재)(40)이 설치되어 있다. 이 지지판(40)은, 도 3b에 도시된 바와 같이 관통공(40A)으로 내관(20)의 외주면(20A)에 끼워맞추어져 고정되고, 외주면(40B)에서 외관(10)의 내주면(10A)에 축방향으로 이동 가능하게 지지된다.

즉, 지지판(40)은, 연소 공간(30)의 전체를 폐색하는 크기를 가지고 내관(20)과 일체적으로 구성되며, 외관(10)에 대해 축방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다.

상기 구성의 연소 가열기(1)에서는, 기단측에서 캔틸레버 지지된 내관(20)의 선단측이 지지판(40)으로 지지됨으로써, 내관(20)의 외주면(20A)(즉, 제1 영역(22))과 외관(10)의 내주면(10A) 사이의 간격이 일정하게 유지된다. 또한, 외관(10)과 내관(20)의 온도 차에 기인하여 고온이 되는 내관(20)이 열팽창한 경우에도, 내관(20)과 일체적으로 구성된 지지판(40)이 외관(10)의 내주면(10A)과 축방향으로 상대 이동하기 때문에, 변형이나 왜곡을 일으키는 것이 방지된다.

또한, 가장 선단측에 위치하는 구멍부(24)로부터 분출된 연소용 가스(G)는, 마주하는 외관(10)의 내주면(10A)과 충돌하여 각 구멍부(24)마다 내주면(10A) 상에 정체점(S)을 형성하고, 이 정체점(S)을 경계로 내주면(10A)을 따라 분기되는데, 지지판(40)에 의해 제1 영역(22)과 마주하는 연소 공간(30)이 폐색되어 있기 때문에, 지지판(40)을 향하여 분기된 연소용 가스(G)는, 지지판(40)에 충돌한 후에 제1 영역(22)과 반대쪽(제2 영역(23))과 마주하는 연소 공간(30)으로 유도된다. 그 때문에, 정체점(S)으로 유지되는 화염에 의해 주변의 연소용 가스(G)에 착화시키기 쉬워진다.

또, 본 실시형태에서는, 지지판(40)에 의해 연소 공간(30)이 구획되어 있기 때문에, 비교적 저온인 외관(10)의 선단부에 연소용 가스(G)가 체류하여 미연 상태가 되어 CO가 생기거나 하는 사태를 회피하는 것이 가능하게 된다.

상기 실시형태에서는, 지지부재로서 판형상의 지지판(40)을 이용하는 구성으로 하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 외관(10)의 내주면(10A)에 축방향으로 이동 가능하게 지지된 링부재와, 이 링부재와 내관(20)을 연결하는 로드부재로 이루어지는 지지부재를 이용해도 된다.

(제4 실시형태)

이어서, 상기 제3 실시형태의 변형예로서의 제4 실시형태에 대해 도 4를 참조하여 설명한다.

이 도면에 있어서, 도 3에 도시하는 제3 실시형태의 구성요소와 동일한 요소에 대해서는 동일 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에서의 내관(20)의 외주면(20A)에는, 지지판(40)보다도 기단측에서 구멍부(24)에 대응하는 정체점(S)을 사이에 두는 구멍부(24)의 배열 방향 양측에 지지판(41)이 각각 설치되어 있다. 이 지지판(41)은, 제1 영역(22)과 마주하는 연소 공간(30)을 폐색하는 크기로 설치되어 있다. 구체적으로, 각 지지판(41)은, 구멍부(24)로부터 분출된 연소용 가스(G)가 반대쪽의 연소 공간(30)으로 흘러 배기관(11)으로부터 배기 가능하도록, 지지판(40)과 같이 연소 공간(30)을 전체적으로 폐색하는 것이 아니라, 제1 영역(22)의 주변의 연소 공간(30)만을 폐색한다. 또한, 각 지지판(41)은, 외관(10)에 대한 내관(20)의 위치를 유지 가능하도록, 내관(20)의 관벽으로부터 제1 영역(22)의 주변에서만 외관(10)을 향하여 돌출되고 내주면(10A)에 지지되는, 예를 들어 부채형 형상으로 형성된다.

상기 구성의 연소 가열기(1)에서는, 각 구멍부(24)로부터 분출된 연소용 가스(G)가 지지판(41)에 충돌한 후에 제1 영역(22)과 반대쪽(제2 영역(23))과 마주하는 연소 공간(30)으로 각각 유도된다. 그 때문에, 정체점(S)에서 유지되는 화염에 의해 주변의 연소용 가스(G)에 의해 효과적으로 착화시키기 쉬워진다.

(제5 실시형태)

이어서, 연소 가열기(1)의 제5 실시형태에 대해 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5는 외관(10) 및 내관(20)을 모식적으로 도시한 도면이다.

이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에서의 연소 가열기(1)에서는, 내관(20)이 외관(10) 내의 연소 공간(30)에 외관(10)의 중심축 주위에 둘레방향으로 간격을 두고, 각각이 외관(10)과 편심되게 복수(도 5에서는, 60°간격으로 6개) 배치되어 있다.

또한, 각 내관(20)에는, 외주면(20A)과 외관(10)의 내주면(10A)이 가장 짧은 거리가 되는 제1 영역(22)에 위치하여 구멍부(24)(도 5에서는 도시생략)가 축방향으로 간격을 두고 복수 형성되어 있다.

상기 구성의 연소 가열기(1)에서는, 복수 설치된 내관(20)(의 구멍부)으로부터 각각 연소용 가스(G)가 분출되어 외관(10)의 내주면(10A) 상에 정체점을 형성하게 되고, 연소용 가스(G)에 착화함으로써, 외관(10)의 내주면을 따르는 축 주위에 복수의 안정된 화염이 형성된다.

따라서, 본 실시형태에서는, 상기 제1 실시형태와 마찬가지의 작용·효과를 얻을 수 있음과 더불어, 보다 고온으로 외관(10)을 가열하는 것이 가능하게 된다.

상술한 예에서 나타낸 각 구성 부재의 여러가지 형상이나 조합 등은 일례로서, 본 발명의 주지에서 벗어나지 않는 범위에서 설계 요구 등에 기초하여 다양하게 변경 가능하다.

예를 들면, 상기 제2 실시형태에서는 구멍부(24) 이외에 제2 구멍부(25)를 설치하는 구성에 대해 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 제3 실시형태 내지 제5 실시형태에서 나타낸 내관(20)에 대해서도 구멍부(24) 이외에 제2 구멍부를 설치하는 구성으로 해도 된다.

또한, 상기 실시형태에서는, 모두 내관(2O)이 외관(10)에 대해 편심되게 배치됨으로써, 외주면(20A)이 외관(10)의 내주면(10A)에 대해 가장 거리가 짧은 제1 영역(22)이 형성되는 구성으로 하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 도 6에 도시된 바와 같이, 내관(20)과 외관(10)을 동심으로 배치하고, 외관(10)의 내주면(10A)에 연소 공간(30)으로 돌출되는 돌출줄기(42)를 설치하며, 이 돌출줄기(42)와 마주하여 외주면(20A)과의 거리가 최단이 되는 제1 영역(22)에 구멍부(24)를 설치하는 구성이나, 도 7에 도시된 바와 같이, 내관(20)과 외관(10)을 동심으로 배치하고, 내관(20)의 외주면(20A)에 연소 공간(30)으로 돌출하여 내주면(10A)과의 거리가 최단인 제1 영역(22)이 되는 돌출줄기(43)를 설치하며, 이 돌출줄기(42)에 구멍부(24)를 설치하는 구성으로 해도 된다.

또, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 내관(20)과 외관(10)을 동심으로 배치하는 경우에도, 반드시 내관(20)의 외주면(20A)과 외관(10)의 내주면(10A) 사이에 가장 거리가 짧은 제1 영역이 형성될 필요는 없고, 예를 들면 도 8에 도시된 바와 같이, 내관(20)의 외주면(20A)과 외관(10)의 내주면(10A)이 등간격으로 배치되는 구성이어도 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우, 내관(20)의 구멍부(24)와 마주하는 외관(10)의 내주면(10A) 상의 특정 위치에 정체점(S)이 형성되고, 또 이 정체점(S)의 주위에 순환류가 형성되어, 정체점(S)으로 향하는 분류 주위에 형성되는 순환류에 의해 형성한 화염은 안정적으로 유지되고, 상기 실시형태와 마찬가지의 작용·효과를 얻을 수 있다.

다음에, 본 발명의 또 다른 실시형태에 대해 이하에 설명한다. 이하에 나타내는 실시형태는, 연소 가열기에 연소용 가스의 정체점 및 순환류를 형성하기 위한 정체점 및 순환류 형성부재를 설치한 것이다.

(제6 실시형태)

도 9a는 제1 실시형태에 관한 연소 가열기(101)의 정면 단면도이고, 도 9b는 측면 단면도이다.

연소 가열기(101)는, 선단이 폐색된 내열 금속제의 방열관으로서의 외관(110)과, 기단측(도 9a의 좌측)에서 도시하지 않은 지지 수단에 의해 캔틸레버 지지되어 외관(110)의 내부의 연소 공간(130)에 설치되고, 내부에 연소용 가스(G)의 공급로(121)를 가지는 내열 금속제의 복수의 내관(120) 및 블러프 보디(정체점 및 순환류 형성부재)(150)로 개략 구성되어 있다.

연소용 가스(G)로서는 연료와 공기를 예혼합한 가스나, 연료와 산소 함유 가스를 예혼합한 가스를 이용할 수 있고, 연료로서는 메탄이나 프로판 등이 이용된다. 또한, 액체 연료도 예증발시키는 개소를 설치함으로써 사용 가능하다.

외관(11O)은 선단이 폐색된 바닥이 있는 원통 형상을 가지며, 기단측에는 연소된 가스를 배기하는 배기관(111)이 접속되어 있다.

내관(120)은, 외관(110)과 마찬가지로, 선단이 폐색된 바닥이 있는 원통 형상을 가지며, 기단측에는 상술한 연소용 가스(G)를 공급하는 예혼합기 공급 기구(도시생략)가 접속되고, 예를 들면 공기 과잉률 1.0~1.6 정도의 전예혼합기가 공급된다.

이 내관(20)은, 도 9b에 도시된 바와 같이, 외관(110)의 중심축 주위에 복수(여기서는 60°간격으로 6개) 서로 간격을 두고 배치된다.

각 내관(120)은, 선단측에서 블러프 보디(150)와 마주하여 외관(110)의 중심축을 향하는 위치에 축방향을 따라 서로 간격을 두고 복수(여기서는 5개)의 구멍부(124)가 직경방향으로 관벽을 관통하여 형성되어 있다. 외관(110)의 구멍부(124)와 마주하는 위치의 근방에는, 도시하지 않은 착화 장치가 설치되어 있다.

또, 구멍부(124)가 형성된 영역보다도 기단측(도 9a에서는 좌측)의 외주면(120A)은, 연소된 가스(화염)에 의해 공급로(121)의 연소용 가스(G)를 예열하기 위한 예열 영역(P)으로 되어 있다.

블러프 보디(150)는, 축선을 외관(110)의 중심축 상에 합치시키고, 주위를 내관(120)에 둘러싸여 배치되어 있으며, 각 내관(120)(구멍부(124))과 마주하는 위치에는 내관(120)의 축주위에 형성된 오목곡면(150A)이 축방향을 따라 형성되어 있다.

다음에, 상기 연소 가열기(101)에서의 연소 동작에 대해 설명한다.

예혼합기 공급 기구로부터 내관(120)의 공급로(121)에 공급된 연소용 가스(G)는, 도 9c에 도시된 바와 같이 각각 구멍부(124)에서 블러프 보디(150)의 오목곡면(150A)을 향하여 분출된다.

구멍부(124)로부터 분출된 연소용 가스(G)는, 마주하는 블러프 보디(150)의 오목곡면(150A)과 충돌하여 각 구멍부(124)마다 오목곡면(150A) 상에 정체점(S)을 형성하고, 이 정체점(S)을 경계로 오목곡면(150A)을 따라 분기된다.

그리고, 착화 장치에 의해 정체점(S) 근방의 연소용 가스(G)에 착화함으로써, 정체점(S)에서 화염을 형성·유지시킨다. 이 때, 정체점(S)에서의 가스의 유속은 제로이기 때문에, 또한 정체점(S)으로 향하는 분류 주위에 형성되는 순환류에 의해 형성한 화염은 정체점(S)에 안정적으로 유지된다.

그리고, 정체점(S)에서 분기한 연소용 가스(G)는, 가스압이 높은 블러프 보디(150)의 근방으로부터 내관(120)에 대해 블러프 보디(150)와 반대쪽인 외관(110)의 내주면(110A)쪽의 연소 공간(130)으로 흐른다.

그리고, 연소 가스는 연소 공간(130)을 흘러 배기관(111)으로부터 배기되는데, 연소 공간(130)부터 배기관(111)에 이르는 도중에, 내관(120)의 예열 영역(P)에서 내관(120)의 관벽을 통해 연소용 가스(미연 가스)(G)와의 열교환이 이루어진다.

이에 의해, 공급로(121)에서의 연소용 가스(G)는 고온으로 예열된 상태로 구멍부(124)로부터 분출하게 되어 화염(F)의 안정성이 높아지고, 좁은 연소 공간(130)으로 분출되더라도 미연분을 발생시키지 않고 안정적으로 연소할 수 있다.

이상과 같이 본 실시형태에서는, 내관(120)의 관벽에 형성된 구멍부(124)에서 블러프 보디(150)의 오목곡면(150A)을 향하여 연소용 가스(G)를 분출시키고, 정체점(S)에 화염(F)을 유지시키기 때문에, 다공질관을 설치하는 경우와 같이 비용 상승를 초래하지 않고 유량을 변화시킨 경우에도 용이하게 안정된 화염(F)을 형성·유지하는 것이 가능하게 된다. 덧붙여, 본 실시형태에서는, 연소량을 증가시키기 위해서는 구멍부(124)의 수를 늘리는 것만으로 된다. 따라서, 구성 부품도 적고 구조도 단순하기 때문에, 연소 가열기(101)의 제조비용도 억제할 수 있음과 동시에, 다공질관을 이용한 경우와 같이 연소용 가스(G)의 공급압을 대폭으로 높일 필요도 없어, 저압의 도시 가스 라인에도 충분히 적용 가능하게 된다. 또, 본 실시형태에서는, 외관(110)의 중심축 주위에 배치한 복수의 내관(120)을 각각 이용하여 화염을 형성·유지하기 때문에, 방열관인 외관(110)을 둘레방향으로 온도 분포를 발생시키지 않고 균일한 가열처리를 실현하는 것이 가능하게 된다.

또한, 다공질관을 이용하여 가스의 공급압을 높인 경우에는, 화염이 외관에 도달하여 유지할 수 없게 됨과 동시에, 연소된 가스의 배기 경로를 충분히 확보할 수 없게 될 가능성이 있는데, 본 실시형태에서는 외관(110)의 내주면(110A) 근방의 연소 공간(130) 및 인접하는 구멍부 간의 분류가 존재하지 않는 공간에서 충분한 배기경로를 확보할 수 있다.

특히, 본 실시형태에서는, 정체점(S)에서 분기한 연소용 가스(G)의 유로가, 내관(120)의 외주면(120A)을 따르는 것이 되기 때문에, 원활하게 외관(110)의 내주면(110A) 근방의 연소 공간(130)으로 배기하는 것이 가능하게 된다.

또, 본 실시형태에서는 정체점 및 순환류 형성부재로서 축형상의 블러프 보디를 이용하는 구성으로 하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 관체(원관이나 예를 들어 육각형의 각관)를 이용하는 구성으로 해도 된다.

(제7 실시형태)

이어서, 연소 가열기(101)의 제7 실시형태에 대해 도 10을 참조하여 설명한다.

이 도면에 있어서, 도 6에 도시하는 제1 실시형태의 구성 요소와 동일한 요소에 대해서는 동일 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.

제7 실시형태와 상기 제1 실시형태가 다른 점은, 외관(110)의 중심축 상에 내관(20)과 같은 원관을 배치한 것이다.

즉, 도 10c의 부분 확대도에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에서는 외관(11O)의 중심축에 축선을 합치시키고, 또한 내관(120)과 간격을 두고 내관(정체점 및 순환류 형성부재)(220)이 배치되어 있다. 내관(220)은 선단이 폐색된 바닥이 있는 원통 형상을 가지며, 기단측에는 상술한 연소용 가스(G)를 내부의 공급로(221)에 공급하는 예혼합기 공급 기구(도시생략)가 접속되어 있다.

또한, 내관(220)은, 주위에 배치된 각 배관(120)과 마주하는 위치에 연소용 가스(G)를 분출하는 구멍부(224)가 각각 형성되어 있다. 이 구멍부(224)는, 도 10d에 도시된 바와 같이, 축방향에 대해서는 각 내관(120)에 대해 구멍부(124)와는 마주하지 않고 외주면(120A)과 마주하는 위치에 형성되어 있다. 즉, 내관(120)의 구멍부(124)도 내관(220)의 구멍부(224)와는 마주하지 않고 외주면(220A)과 마주하고 있다.

다른 구성은 상기 제1 실시형태와 같다.

상기 구성의 연소 가열기(101)에서는, 예혼합기 공급 기구로부터 내관(12O)의 공급로(121)에 공급된 연소용 가스(G)는 각각, 구멍부(124)로부터 내관(220)의 외주면(220A)을 향하여 분출된다. 이 외주면(220A)에는 연소용 가스(G)의 정체점(S)이 형성되고, 연소용 가스(G)는 정체점(S)에서 분기하여 외주면(220A)을 따라 흐른다.

한편, 내관(220)의 공급로(221)에 공급된 연소용 가스(G)는, 각각 구멍부(224)로부터 내관(120)의 외주면(120A)을 향하여 분출된다. 이 외주면(120A)에는 연소용 가스(G)의 정체점(S)이 형성되고, 연소용 가스(G)는 정체점(S)에서 분기하여 외주면(120A)을 따라 흐른다. 즉, 본 실시형태에서는, 내관(220)뿐만 아니라 내관(120)도 정체점 및 순환류 형성부재로서 작용한다.

그리고, 착화 장치에 의해 정체점(S) 근방의 연소용 가스(G)에 착화함으로써, 정체점(S)에서 화염을 형성·유지시킨다. 이 때, 정체점(S)에서의 가스의 유속은 제로이기 때문에, 형성한 화염은 정체점(S)에 안정적으로 유지된다.

그리고, 정체점(S)에서 분기한 연소용 가스(G)는, 가스압이 상대적으로 낮은 외관(110)의 내주면(110A)쪽의 연소 공간(130)으로 흐른다. 연소된 가스는 배기관(111)으로부터 배기된다.

이와 같이, 본 실시형태에서는 상기 제1 실시형태와 마찬가지의 작용·효과를 얻을 수 있음과 더불어, 내관(220)으로부터도 연소용 가스(G)가 분출되기 때문에, 보다 효과적으로 가열하는 것이 가능하게 됨과 동시에, 주위에 배치된 내관(120)의 외주면(120A)에도 정체점(S)이 형성되어 화염이 형성·유지되기 때문에, 보다 광범위하게 안정된 화염을 형성·유지할 수 있다.

내관(120)의 구멍부(124)와 내관(220)의 구멍부(224)는 서로 마주하는 위치에 설치해도 되지만, 정체점(S)을 보다 안정적으로 형성하기 위해서는 서로 외주면(220A, 120A)에 마주하는 위치에 설치하는 것이 바람직하다.

(제8 실시형태)

이어서, 연소 가열기(1)의 제8 실시형태에 대해 도 11을 참조하여 설명한다.

이 도면에 있어서, 도 9에 도시하는 제1 실시형태의 구성 요소와 동일한 요소에 대해서는 동일 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.

도 11b에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에서는, 외관(101)의 중심축 상에 내관을 설치하지 않고, 중심축 주위에 둘레방향으로 서로 간격을 두고 내관(120)이 복수(여기서는 60°간격으로 6개) 설치되어 있다.

각 내관(120)에는, 도 11c의 부분 확대도에 도시된 바와 같이, 인접하는 내관(120)과 마주하는 위치로 각각 연소용 가스(G)를 분출하는 구멍부(124)가 설치되어 있다.

또한, 구멍부(124)의 축방향의 위치에 대해서는, 제7 실시형태와 마찬가지로, 분출된 연소용 가스(G)가 인접하는 내관(120)의 외주면(120A)에 충돌하도록, 도 10d의 부분 확대도에 도시된 바와 같이 인접하는 내관(120)끼리 서로 엇갈리게 배치하는 것이 바람직하다.

상기 구성의 연소 가열기(101)에서는 상기 제7 실시형태와 마찬가지의 작용·효과를 얻을 수 있음과 더불어, 정체점(S) 및 화염이 보다 방열관으로서의 외관(110)에 근접한 위치에 형성되기 때문에, 외관(110)을 통해 보다 열을 추출하기 쉬워지고, 가열 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다.

(제9 실시형태)

이어서, 연소 가열기(101)의 제9 실시형태에 대해 도 12를 참조하여 설명한다.

이 도면에 있어서, 도 9에 도시하는 제6 실시형태의 구성 요소와 동일한 요소에 대해서는 동일 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.

제9 실시형태와 상기 제6 실시형태가 다른 점은, 내관(120) 및 블러프 보디(150)의 선단측에 지지판을 설치한 것이다.

도 12a에 도시된 바와 같이, 내관(120)의 구멍부(124)보다도 선단측에는 축방향과 직교하는 방향을 따라 내열 금속 등으로 형성된 지지판(지지부재)(140)이 설치되어 있다. 이 지지판(140)은, 도 12b에 도시된 바와 같이, 내관(120)의 외주면(120A) 및 블러프 보디(150)의 외주면(150A)에 끼워맞추어져 고정되고, 외주면(140B)에서 외관(110)의 내주면(110A)에 축방향으로 이동 가능하게 지지된다.

즉, 지지판(140)은, 연소 공간(130)의 전체를 폐색하는 크기를 가지고 내관(120) 및 블러프 보디(150)와 일체적으로 구성되며, 외관(110)에 대해 축방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다.

상기 구성의 연소 가열기(101)에서는, 기단측에서 캔틸레버 지지된 내관(120) 및 블러프 보디(150)의 선단측이 지지판(140)으로 지지됨으로써, 내관(120)의 외주면(120A) 및 블러프 보디(150)의 외주면(150A)과 외관(110)의 내주면(110A) 사이의 간격이 일정하게 유지된다. 또한, 외관(110)과 내관(120)의 온도 차에 기인하여 고온이 되는 내관(120)이 열팽창한 경우에도, 내관(120) 및 블러프 보디(150)와 일체적으로 구성된 지지판(140)이 외관(110)의 내주면(110A)과 축방향으로 상대 이동하기 때문에, 변형이나 왜곡을 일으키는 것이 방지된다.

또한, 도 12의 부분 확대도에 도시된 바와 같이, 가장 선단측에 위치하는 구멍부(124)로부터 분출된 연소용 가스(G)는, 마주하는 블러프 보디(150)의 외주면(150A)과 충돌하여 각 구멍부(124)마다 외주면(150A) 상에 정체점(S)을 형성하고, 이 정체점(S)을 경계로 외주면(150A)을 따라 분기되는데, 지지판(140)에 의해 구멍부(124)와 마주하는 연소 공간(130)이 폐색되어 있기 때문에, 지지판(140)을 향하여 분기된 연소용 가스(G)는 지지판(140)에 충돌한 후에 블러프 보디(150)와 반대쪽의 연소 공간(130)으로 유도된다. 그 때문에, 정체점(S)에서 유지되는 화염에 의해 주변의 연소용 가스(G)에 착화시키기 쉬워진다.

또, 본 실시형태에서는, 지지판(140)에 의해 연소 공간(130)이 구획되어 있기 때문에, 비교적 저온인 외관(110)의 선단부에 연소용 가스(G)가 체류하여 미연 상태가 되어 CO가 생기거나 하는 사태를 회피하는 것이 가능하게 된다.

상기 실시형태에서는 지지부재로서 판형상의 지지판(140)을 이용하는 구성으로 하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 외관(110)의 내주면(110A)에 축방향으로 이동 가능하게 지지된 링부재와, 이 링부재와 내관(120) 및 블러프 보디(150)를 연결하는 로드부재로 이루어지는 지지부재를 이용해도 된다.

또한, 상기 실시형태에서는, 제6 실시형태에서 나타낸 내관(120) 및 블러프 보디(150)에 지지판(140)을 설치하는 구성으로 하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 도 10에 나타낸 제7 실시형태에서의 내관(120, 220)에 지지판을 설치하는 구성이나, 도 11에 나타낸 제3 실시형태에서의 내관(120)에 지지판을 설치하는 구성으로 해도 된다.

이에 의해, 제9 실시형태와 마찬가지의 작용·효과를 얻을 수 있다.

(제1O 실시형태)

이어서, 연소 가열기(1)의 제10 실시형태에 대해 도 13을 참조하여 설명한다.

제10 실시형태와 상기 제6 실시형태가 다른 점은, 구멍부(124)와는 별도로 가스의 압력 손실을 저하시키기 위한 제2 구멍부를 설치한 것이다.

도 13a는 내관(120)을 블러프 보디(150)(외관(10)의 중심축; 도 9 참조)측에서 본 평면도이고, 도 13b는 측면 단면도이다.

도 13a에 도시된 바와 같이, 내관(120)의 관벽(외주면(120A))에는 외관(110)의 중심축과 마주하는 축 위치(122)에 구멍부(124)가 설치됨과 동시에, 축 위치(122)을 따르는 방향으로 구멍부(124)와 교대로, 축 위치(122)를 사이에 둔 양측에 위치하여 제2 구멍부(125)가 설치되어 있다.

이들 제2 구멍부(125)로부터는, 도 13b에 도시된 바와 같이 정체점(S)으로부터 이격된 위치로 향하여 연소 가스(G)가 분출된다.

또한, 제2 구멍부(125)는, 제2 구멍부(125)로부터 분출된 연소용 가스(G)로 정체점(S)에서 형성된 화염(S)으로부터 안정적으로 번지는 위치에 설치된다.

다른 구성은 상기 제6 실시형태와 같다.

상기 구성의 연소 가열기(101)에서는, 정체점(S)에 형성·유지된 화염을 제2 구멍부(125)로부터 분출된 연소용 가스(G)로 번지게 하는 것이 가능하게 되고, 용이하게 유량을 크게 한 상태로 가스를 연소시킬 수 있다. 그 때문에, 본 실시형태에서는 다공질체를 이용하는 경우와 같이 압력 손실이 생기지 않는다. 또한, 유량을 늘리기 위해 내관(120), 블러프 보디(150) 및 외관(110)을 길게 하지 않고 투입 열량을 증가시키는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 내관(120), 블러프 보디(150) 및 외관(110)을 길게 한 경우와 같은 기기의 대형화를 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, 압력 손실을 억제할 수 있기 때문에, 저압의 도시 가스 라인에도 사용 가능하게 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 구멍부(124)와 제2 구멍부(125)가 축 위치(122)를 따라 교대로, 또한 제2 구멍부(125)가 축 위치(122)를 사이에 둔 양측에 배치되기 때문에, 화염의 형성·유지 및 화염의 번짐을 거의 등분포로 안정된 상태로 발생시키는 것이 가능하게 된다.

상술한 예에서도 나타낸 각 구성 부재의 여러가지 형상이나 조합 등은 일례로서, 본 발명의 주지에서 벗어나지 않는 범위에서 설계 요구 등에 기초하여 다양하게 변경 가능하다.

예를 들면, 상기 제10 실시형태에서는, 제6 실시형태에서 나타낸 연소 가열기(101)에서의 구멍부(124) 이외에 제2 구멍부(125)를 설치하는 구성에 대해 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 제7 실시형태 내지 제9 실시형태에서 나타낸 내관(120)(내관(220))에 대해서도, 구멍부(124) 이외에 제2 구멍부를 설치하는 구성으로 해도 된다. 또한, 제3 구멍부 이상 설치하여 정체점 및 순환류 영역을 형성하는 구성으로 해도 된다.

또한, 상기 제6 실시형태에서는, 외관(110)과 동심으로 정체점 및 순환류 형성부재인 블러프 보디(150)를 배치하고, 외관(110)의 중심축 주위에 복수의 내관(20)을 배치하는 구성으로 하였지만, 이에 한정되지 않고, 외관(110)과 동심으로 내관(20)을 배치하고, 외관(110)의 중심축 주위에 복수의 블러프 보디(150)를 배치하는 구성으로 해도 된다. 이 구성에서도 상기 제6 실시형태와 마찬가지의 작용·효과를 얻을 수 있다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 관한 적합한 실시형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는 것은 물론이다. 즉, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 구성의 부가, 생략, 치환 및 기타 변경이 가능하다. 또한, 본 발명은 전술한 설명에 의해 한정되는 것은 아니고, 첨부하는 클레임의 범위에 의해서만 한정된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 비용 상승을 초래하지 않고 안정적으로 화염을 형성할 수 있으며, 연소 가열기의 가열 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다.

G…연소용 가스
S…정체점
1, 101…연소 가열기
10, 110…외관(방열관)
10A, 110A…내주면
20, 120…내관(정체점 및 순환류 형성부재)
20A, 120A…외주면
21,121…공급로
22…제1 영역
23…제2 영역
24, 124…구멍부
25, 125…제2 구멍부
30, 130…연소 공간
40, 41, 140…지지판(지지부재)
150…블러프 보디(정체점 및 순환류 형성부재)
150A…오목곡면
220…내관(정체점 및 순환류 형성부재)

Claims (19)

1. 내부에 연소용 가스의 공급로를 가지는 내관과, 내관의 외주에 연소 공간을 사이에 두고 배치된 외관을 가지며, 상기 연소용 가스를 분출하는 구멍부가 상기 내관의 관벽에 형성된 연소 가열기로서,
   상기 연소 공간에 상기 연소용 가스의 정체점을 형성하고, 또한 상기 정체점의 주위에 순환류를 형성하도록, 상기 연소 공간에서의 상기 연소용 가스의 흐름이 정해져 있는 연소 가열기.
2. 내부에 연소용 가스의 공급로를 가지는 내관과, 이 내관의 외주에 연소 공간을 사이에 두고 배치된 외관을 가지며, 상기 연소용 가스를 분출하는 구멍부가 상기 내관의 관벽에 형성된 연소 가열기로서,
   상기 외관의 내주면 상에 상기 연소용 가스의 정체점을 형성함과 동시에, 정체점의 주위에 순환류를 형성하는 분출 특성으로 상기 연소용 가스가 분출되는 연소 가열기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 내관과 상기 외관은 동심으로 배치되고,
   상기 구멍부는, 상기 외관의 내주면 상의 특정 위치에 상기 정체점을 형성하는 위치에 배치되는 연소 가열기.
4. 제2항에 있어서,
   상기 내관의 외주면은, 상기 외관의 내주면과의 거리가 가장 짧은 제1 영역과, 상기 제1 영역보다도 긴 제2 영역을 가지고,
   상기 구멍부는, 상기 제1 영역에 배치되어 상기 외관의 내주면 상에 상기 연소용 가스의 정체점을 형성하는 연소 가열기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 내관은, 상기 외관에 대해 편심된 위치에 배치되고,
   상기 구멍부는, 상기 내관의 편심 방향으로 위치하는 외주면에 형성되는 연소 가열기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 내관은, 상기 외관의 중심축 주위에 둘레방향으로 간격을 두고 복수 설치되는 연소 가열기.
7. 제4항에 있어서,
   상기 내관에는, 상기 제1 영역으로부터 벗어난 위치에 배치되고, 상기 정체점과 이격된 위치로 상기 연소용 가스를 분출하는 제2 구멍부가 설치됨과 동시에, 상기 제2 구멍부는, 상기 제1 영역을 사이에 둔 양측에, 상기 제1 영역을 따르는 방향으로 상기 구멍부와 교대로 배치되는 연소 가열기.
8. 제4항에 있어서,
   기단측에서 캔틸레버 지지된 상기 내관의 선단측을 이 내관과 상기 외관 사이에서 지지하여, 상기 내관의 외주면과 상기 외관의 내주면 사이의 간격을 유지하는 지지부재를 가지는 연소 가열기.
9. 제8항에 있어서,
   상기 구멍부는, 상기 제1 영역에 간격을 두고 복수 배열되며,
   상기 지지부재는, 상기 구멍부의 각각에 대응하는 정체점을 사이에 두는 배열 방향의 양측에, 각각 상기 제1 영역과 마주하는 상기 연소 공간을 폐색하는 크기로 설치되는 연소 가열기.
10. 제8항에 있어서,
    가장 선단측에 위치하는 상기 구멍부보다도 선단측에 배치된 상기 지지부재는, 상기 연소 공간 전체를 폐색하는 크기로 설치되는 연소 가열기.
11. 내부에 연소용 가스의 공급로를 가지는 내관과, 이 내관의 외주에 연소 공간을 사이에 두고 배치된 외관을 가지며, 상기 연소용 가스를 분출하는 구멍부가 상기 내관의 관벽에 형성된 연소 가열기로서,
    상기 연소 공간에 축방향을 따라 상기 구멍부와 마주하여 설치되고, 상기 구멍부로부터 분출된 상기 연소용 가스의 정체점 및 순환류를 형성하는 정체점 및 순환류 형성부재를 가지는 연소 가열기.
12. 제11항에 있어서,
    상기 정체점 및 순환류 형성부재는 상기 외관의 중심축 상에 배치되고,
    상기 내관은, 상기 구멍부를 상기 중심축으로 향하게 하여 상기 중심축 주위에 복수 배치되는 연소 가열기.
13. 제12항에 있어서,
    상기 정체점 및 순환류 형성부재는, 상기 내관의 축둘레에 형성된 오목곡면을 상기 복수의 내관마다 가지는 연소 가열기.
14. 제12항에 있어서,
    상기 정체점 및 순환류 형성부재는, 내부에 상기 연소용 가스의 공급로를 가짐과 동시에, 상기 중심축 주위에 복수 배치된 상기 내관의 각 외주면을 향하여 상기 연소용 가스를 분출하여 정체점을 형성하는 상기 구멍부를 각각 가지는 연소 가열기.
15. 제11항에 있어서,
    상기 정체점 및 순환류 형성부재는, 상기 연소 공간에 서로 간격을 두고 복수 설치되며, 각각이 인접하는 상기 내관의 외주면에 마주하여 상기 구멍부가 형성된 상기 내관인 연소 가열기.
16. 제15항에 있어서,
    상기 내관은, 상기 외관의 중심축 주위에 서로 간격을 두고 복수 배치되는 연소 가열기.
17. 제11항에 있어서,
    상기 내관에는, 상기 정체점과 이격된 위치로 상기 연소용 가스를 분출하는 제2 구멍부가 설치됨과 동시에, 상기 제2 구멍부는, 상기 정체점 및 순환류 형성부재와 마주하는 영역을 사이에 둔 양측에, 상기 마주하는 영역을 따르는 방향으로 상기 구멍부와 교대로 배치되는 연소 가열기.
18. 제11항에 있어서,
    기단측에서 캔틸레버 지지된 상기 내관 및 상기 정체점 및 순환류 형성부재의 선단측을 상기 외관과의 사이에서 지지하여, 상기 내관 및 상기 정체점 및 순환류 형성부재의 외주면과 상기 외관의 내주면 사이의 간격을 유지하는 지지부재를 가지는 연소 가열기.
19. 제18항에 있어서,
    가장 선단측에 위치하는 상기 구멍부보다도 선단측에 배치된 상기 지지부재는, 상기 연소 공간 전체를 폐색하는 크기로 설치되는 연소 가열기.

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