KR20140048245A

KR20140048245A - 연소 가열기

Info

Publication number: KR20140048245A
Application number: KR1020147003277A
Authority: KR
Inventors: 기미요시 사토; 소이치로 가토; 슈사쿠 야마사키; 가즈오 미요시
Original assignee: 가부시키가이샤 아이에이치아이
Priority date: 2011-07-27
Filing date: 2012-07-23
Publication date: 2014-04-23
Also published as: US20140116423A1; EP2738462B1; JP5866845B2; JP2013029216A; US9416964B2; KR101544925B1; EP2738462A4; EP2738462A1; CN103748416A; TWI461639B; WO2013015238A1; TW201323785A; CN103748416B

Abstract

연소 가열기(110)는, 가열판(126)과, 가열판에 대향 배치된 배치판(120)과, 가열판 및 배치판의 외주를 따라 배치된 외주벽(122)과, 가열판, 배치판 및 외주벽에 의해 둘러싸인 공간 내에서 가열판 및 배치판과 대향 배치되며, 배치판과의 사이의 공극에 의해 도입부(134)를 형성함과 동시에, 가열판과의 사이의 공극에 의해 도출부(138)를 형성하는 칸막이판(124)과, 가열판, 배치판 및 외주벽에 의해 둘러싸인 공간 내에 배치되며, 도입부로부터 도입된 연료 가스를 연소시키고, 해당 연소에 의해 생성된 배기 가스를 도출부를 향해 도출하는 연소실(136)을 구비하고, 칸막이판에는 두께 방향으로 요철을 가진 요철부(146)가 마련되어 있다.

Description

연소 가열기{Combustion heater}

본 발명은, 연료를 연소시켜 피가열물을 가열하는 연소 가열기에 관한 것이다. 본원은 2011년 7월 27일에 일본에 출원된 일본특허출원 2011-163865호에 기초하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.

종래, 연료 가스를 연소시킨 연소열로 복사체를 가열하고 복사체의 복사면으로부터의 복사열로 공업 재료나 식품 등을 가열하는 연소 가열기가 널리 보급되어 있다.

이러한 연소 가열기에 관하여, 연료 가스를 연소실로 유도하는 도입로로부터, 연소실에서 연소된 배기 가스를 본체 밖으로 유도하는 도출로까지를 밀폐 구조로 하고 도입로와 도출로를 인접시켜 배기 가스의 열로 연소전의 연료 가스를 예열하여 열효율을 높이는 기술이 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1).

특허문헌 1: 일본특허 제4494346호

특허문헌 1의 연소 가열기에서는, 연료 가스의 예열 효과를 높임으로써 열효율을 향상시킬 수 있다. 도입로와 도출로를 이격시키는 칸막이판을 얇게 하여 배기 가스에서 연소 가스로의 전열 효율을 향상시켜 예열 효과를 높이는 것을 생각할 수 있다. 그런데 칸막이판을 얇게 하면 상기 칸막이판이 열변형되어 도입로나 도출로가 변형되어 연소실에 연료 가스를 균일하게 공급할 수 없게 되거나 배기 가스를 충분히 배기할 수 없어 연소 효율이 저하되는 부작용이 생긴다.

본 발명은, 이러한 과제를 감안하여 열변형에 의한 부작용을 억제하여, 연료 가스의 예열 효과를 높이고, 높은 열효율을 실현할 수 있는 연소 가열기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 형태에 관한 연소 가열기는, 가열판과, 가열판에 대향 배치된 배치판과, 가열판 및 배치판의 외주를 따라 배치된 외주벽과, 가열판, 배치판 및 외주벽에 의해 둘러싸인 공간 내에서 가열판 및 배치판과 대향 배치되어 배치판과의 사이의 공극에 의해 도입부를 형성함과 동시에, 가열판과의 사이의 공극에 의해 도출부를 형성하는 칸막이판을 구비하고 있다. 또 상기 연소 가열기는, 배치판 또는 칸막이판에 마련되며, 연료 가스가 유도되는 제1 배관부가 접속됨과 동시에, 상기 제1 배관부로부터 도입부에 연료 가스를 도입하는 유입공을 구비하고 있다. 또 상기 연소 가열기는, 가열판, 배치판 및 외주벽에 의해 둘러싸인 공간 내에 배치되어 도입부로부터 도입된 연료 가스를 연소시키고, 상기 연소에 의해 생성된 배기 가스를 도출부를 향해 도출하는 연소실과, 가열판 또는 칸막이판에 마련되며, 배기 가스가 유도되는 제2 배관부가 접속됨과 동시에, 도출부로부터 상기 제2 배관부에 배기 가스를 도출하는 배기공을 구비하고 있다. 또 칸막이판에는 두께 방향으로 요철을 가진 요철부가 마련되어 있다.

본 발명의 제2 형태에 관한 연소 가열기는, 상기 제1 형태에 있어서, 상기 요철부의 꼭대기부는 가열판 및 배치판 중 어느 일방 또는 쌍방에 접촉해도 좋다.

본 발명의 제3 형태에 관한 연소 가열기는, 상기 제1 또는 제2 형태에 있어서, 상기 요철부는 칸막이판에 마련된 유입공 또는 배기공으로부터 연소실을 향해 방사형으로 연장되어 있어도 좋다.

본 발명의 제4 형태에 관한 연소 가열기는, 상기 제3 형태에 있어서, 상기 칸막이판의 도입부측에는, 칸막이판에 마련된 유입공 또는 배기공 근방에 평판형의 평판부가 마련되고, 요철부는 평판부의 외주측에 연속하여 마련되어 있어도 좋다.

본 발명의 제5 형태에 관한 연소 가열기는, 상기 제3 또는 제4 형태에 있어서, 상기 도출부는 요철부에 의해 둘레방향으로 구획된 복수의 배기 유로를 가지며, 배기 유로는 연소실측으로부터 배기공측을 향함에 따라 서서히 좁아져도 좋다.

본 발명의 제6 형태에 관한 연소 가열기는, 상기 제3 내지 제5 형태 중 어느 하나에서 상기 도입부는 요철부에 의해 둘레방향으로 구획된 복수의 도입 유로를 가지며, 도입 유로는 유입공측으로부터 연소실측을 향함에 따라 서서히 좁아져도 좋다.

본 발명에 의하면, 열변형에 의한 부작용을 억제하여 연료 가스의 예열 효과를 높이고 높은 열효율을 실현할 수 있게 된다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에서의 연소 가열 시스템의 외관예를 도시한 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시형태에서의 연소 가열 시스템의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은, 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.
도 4a는, 본 발명의 제1 실시형태에서의 칸막이판의 사시도로서, 칸막이판의 도출부측에 위치하는 면을 도시한다.
도 4b는, 본 발명의 제1 실시형태에서의 칸막이판의 사시도로서, 칸막이판의 도입부측에 위치하는 면을 도시한다.
도 5는, 본 발명의 제1 실시형태에서의 칸막이판의 정면도이다.
도 6a는, 본 발명의 제1 실시형태에서의 칸막이판의 단면도로서, 도 5의 Ⅵ(a)-Ⅵ(a)선 단면도이다.
도 6b는, 본 발명의 제1 실시형태에서의 칸막이판의 단면도로서, 도 5의 Ⅵ(b)-Ⅵ(b)선 단면도이다.
도 6c는, 본 발명의 제1 실시형태에서의 칸막이판의 단면도로서, 도 5의 Ⅵ(c)-Ⅵ(c)선 단면도이다.
도 7a는, 연료 가스 및 배기 가스의 흐름을 설명하기 위한 도로서, 도 3의 단면도의 좌측 일부의 확대도를 도시한다.
도 7b는, 연료 가스 및 배기 가스의 흐름을 설명하기 위한 도로서, 도 7a의 Ⅶ(b)-Ⅶ(b)선 단면도를 도시한다.
도 8a는, 본 발명의 제2 실시형태에서의 칸막이판의 사시도로서, 칸막이판의 도출부측에 위치하는 면을 도시한다.
도 8b는, 본 발명의 제2 실시형태에서의 칸막이판의 사시도로서, 칸막이판의 도출부측에 위치하는 면을 도시한다.
도 9는, 본 발명의 제3 실시형태에서의 칸막이판의 정면도이다.
도 10a는, 본 발명의 제3 실시형태에서의 칸막이판의 단면도로서, 도 9의 Ⅹ(a)-Ⅹ(a)선 단면도이다.
도 10b는, 본 발명의 제3 실시형태에서의 칸막이판의 단면도로서, 도 9의 Ⅹ(b)-Ⅹ(b)선 단면도이다.
도 10c는, 본 발명의 제3 실시형태에서의 칸막이판의 단면도로서, 도 9의 Ⅹ(c)-Ⅹ(c)선 단면도이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 상세히 설명하기로 한다. 실시형태에 나타내는 치수, 재료 또는 기타 구체적인 수치 등은 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 예시에 불과하며, 특별히 언급하는 경우를 제외하고는 본 발명을 한정하지 않는다. 아울러 본 실시형태에서 실질적으로 동일한 기능, 구성을 가진 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략하기로 한다.

(제1 실시형태: 연소 가열 시스템(100))

도 1은, 제1 실시형태에서의 연소 가열 시스템(100)의 외관예를 도시한 사시도이다. 본 실시형태에서의 연소 가열 시스템(100)은, 도시가스 등과 연소용 산화제 가스로서의 공기가 본체 용기에 공급되기 전에 혼합되는 예혼합 타입이다. 이 경우에 한정되지 않으며 연소 가열 시스템(100)은 확산 연소를 행하는 확산 타입이어도 좋다.

도 1에 도시한 바와 같이 연소 가열 시스템(100)은, 복수(도 1에 도시된 예에서는 2개)의 연소 가열기(110)를 나열 접속하여 이루어지고 도시가스 등과 공기와의 혼합 가스(이하, 「연료 가스」라고 한다)의 공급을 받아 각각의 연소 가열기(110)에서 연료 가스가 연소됨으로써 가열된다. 연소 가열 시스템(100)에서는 그 연소에 의해 생긴 배기 가스가 회수된다.

도 2는, 제1 실시형태에서의 연소 가열 시스템(100)의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시한 바와 같이 연소 가열 시스템(100)은, 배치판(120)과 외주벽(122)과 칸막이판(124)과 가열판(126)을 구비하고 있다.

배치판(120)은 내열성 및 내산화성이 높은 소재, 예를 들면 스테인리스강(SUS: Stainless Used Steel)이나 열전도율이 낮은 소재 등으로 형성되어 있는 평판형 부재이다.

외주벽(122)은, 그 외주면이 배치판(120)의 외주면과 동일 평면상에 위치하도록 된 외형을 가진 박판형 부재로 구성되어 배치판(120)에 적층되어 있다. 외주벽(122)에는, 그 내주가 트랙형(대략 평행한 2개의 선분과 그 2개의 선분을 연결하는 2개의 원호(반원)로 이루어진 형상)를 가지며, 두께 방향(외주벽(122)과 배치판(120)의 적층 방향)으로 관통하는 2개의 관통공(122a)이 마련되어 있다.

칸막이판(124)은 배치판(120)과 마찬가지로 내열성 및 내산화성이 높은 소재(예를 들면 스테인리스강)나, 열전도율이 높은 소재(예를 들면 황동) 등으로 형성되어 있다. 칸막이판(124)은 외주벽(122)의 관통공(122a)의 내주면을 따른 외형 형상을 가진 박판형 부재로 구성되어 외주벽(122)의 내측에 배치판(120)과 대략 평행하게 배치되어 있다. 아울러 칸막이판(124)은 외주벽(122)의 관통공(122a)내에 수용된 상태에서 그 외주면이 관통공(122a)의 내주면과 일정 간격을 유지하여 이간된다.

가열판(126)은 배치판(120)과 마찬가지로 내열성 및 내산화성이 높은 소재(예를 들면 스테인리스강)나 열전도율이 높은 소재(예를 들면 황동) 등으로 형성된 박판형 부재로 구성되어 있다.

가열판(126)은 그 외주면과 배치판(120) 및 외주벽(122)의 외주면이 동일 평면상에 위치하도록 된 외형을 가지고 있으며, 외주벽(122) 및 칸막이판(124)에 적층되어 있다. 이 때 가열판(126) 및 배치판(120)은 서로 대략 평행(본 실시형태에서의 초과 엔탈피 연소를 일으키기 위한 실질적인 평행)하게 대향 배치되어 있다. 또 외주벽(122)은 가열판(126) 및 배치판(120)의 외주를 따라 배치되어 있다. 칸막이판(124)은 가열판(126), 배치판(120) 및 외주벽(122)에 의해 둘러싸인 공간 내에서 가열판(126) 및 배치판(120)과 대향 배치되어 있다.

배치판(120), 칸막이판(124) 및 가열판(126)은 그들 사이에 공극이 형성되어 있다면 경사지게 대향 배치되어도 좋다. 또 배치판(120), 칸막이판(124) 및 가열판(126)은 그들 두께에 제한은 없으며 평판뿐 아니라 두께가 변화되는 형상으로 형성되어도 좋다.

연소 가열 시스템(100)의 본체 용기는 외주벽(122)의 상하를 가열판(126) 및 배치판(120)으로 폐색하여 구성되어 있다. 또한 외주면(외주벽(122)의 외표면)의 면적보다 상하 벽면(가열판(126) 및 배치판(120)의 외표면)의 면적이 크다. 즉, 상하 벽면은 본체 용기 외표면의 대부분을 차지한다.

또 연소 가열 시스템(100)은 2개의 연소 가열기(110)가 나열하여 접속되어 구성되어 있다. 양 연소 가열기(110)간의 접속 부위에는, 접속된 연소 가열기(110)내의 밀폐 공간을 연통시키는 화염 이동부(128)가 형성되어 있다. 단, 밀폐 공간이라고 해도 기체중에서 사용할 경우 완전히 밀폐될 필요는 없다. 본 실시형태의 연소 가열 시스템(100)에서는, 예를 들면 이그나이터(미도시) 등의 점화 장치에 의한 1회의 점화에 의해 화염 이동부(128)를 통해 접속되는 연소 가열기(110)에 화염이 퍼져 점화된다. 상기와 같이 연소 가열 시스템(100)에는 2개의 연소 가열기(110)가 마련되는데, 2개의 연소 가열기(110)는 양방 모두 동일한 구성이다. 따라서 이하에서는 일방의 연소 가열기(110)에 대해 설명하기로 한다.

도 3은, 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이 배치판(120)에는 연소 가열기(110)의 중심부에서 두께 방향으로 관통하는 유입공(132)이 마련되어 있다. 유입공(132)에는, 연료 가스가 유통되는 제1 배관부(130)가 접속되어 있다. 연료 가스는 유입공(132)을 통해 연소 가열기(110)의 본체 용기내에 유도된다.

본체 용기내에서는, 도입부(134)와 도출부(138)가 칸막이판(124)으로 나뉘어 서로 인접하도록 형성되어 있다. 칸막이판(124), 도입부(134) 및 도출부(138)의 위치 관계에 대해서는 후술하기로 한다.

도입부(134)는, 배치판(120)과 칸막이판(124) 사이의 공극에 의해 형성되며 유입공(132)으로부터 유입된 연료 가스를 연소실(136)에 방사형으로 유도한다.

연소실(136)은, 배치판(120), 가열판(126) 및 외주벽(122)에 의해 둘러싸인 공간 내에 배치되어 있다. 또 연소실(136)은, 칸막이판(124)의 외주 단부에 면하여 있으며 외주벽(122)을 따라 배치되어 있다. 연소실(136)의 임의의 위치에는 발화 장치(미도시)가 마련되어 있다. 연소실(136)은, 도입부(134)로부터 도입된 연료 가스를 연소시키고 이 연소에 의해 생성된 배기 가스를 도출부(138)를 향해 도출한다.

도출부(138)는, 가열판(126)과 칸막이판(124) 사이의 공극에 의해 형성되며 연소실(136)에서의 연소에 의해 생긴 배기 가스를 연소 가열기(110)의 중심부에 모은다.

상술한 바와 같이 본체 용기내에서는, 도입부(134)와 도출부(138)가 인접하여 형성되어 있다. 따라서 칸막이판(124)을 통해 배기 가스의 열을 연료 가스에 전달하여 연료 가스를 예열할 수 있다.

복사면(140)은, 가열판(126)의 외측면으로서, 도출부(138)를 유통하는 배기 가스 또는 연소실(136)에서의 연소에 의해 가열되어, 피가열물에 복사열을 전열한다.

칸막이판(124)에는, 연소 가열기(110)의 중심부에서 두께 방향으로 관통하는 배기공(142)이 마련되어 있다. 배기공(142)에는, 내주 부분에 제2 배관부(144)가 끼워맞춰져 있다. 복사면(140)을 가열한 후의 배기 가스는 배기공(142)을 통해 연소 가열기(110) 밖으로 도출된다.

제2 배관부(144)는 제1 배관부(130) 내부에 배치되어 있다. 즉, 제1 배관부(130)와 제2 배관부(144)로 이중관을 형성하였다. 또 제2 배관부(144)는 배기 가스의 열을, 제1 배관부(130)를 흐르는 연료 가스에 전달하는 기능도 가진다.

배치판(120)의 유입공(132)이 형성된 부위(테두리부)는 제1 배관부(130)의 선단에 고정되어 있다. 칸막이판(124)의 배기공(142)은 제1 배관부(130)보다 돌출되어 있는 제2 배관부(144)의 선단에 고정되어 있다. 제1 배관부(130)의 선단과 제2 배관부(144)의 선단의 차분만큼 배치판(120)과 칸막이판(124)이 이격되어 있다.

아울러 본 실시형태에서는, 유입공(132)은 배치판(120)에 마련되고 배기공(142)은 칸막이판(124)에 마련되어 있다. 이에 한정되는 것이 아니며, 유입공(132)이 칸막이판(124)에 마련되고 배기공(142)이 가열판(126)에 마련되어도 좋다. 이 경우, 제1 배관부(130) 및 제2 배관부(144)를 가열판(126)측으로부터 도입부(134) 및 도출부(138)로 삽입 통과시키고, 제2 배관부(144)의 내부에 제1 배관부(130)가 배치되어도 좋다. 또 제1 배관부(130) 및 제2 배관부(144)는 각각 별개로 마련해도 좋다. 이 경우, 유입공(132)은 배치판(120) 또는 칸막이판(124) 중 어느 한쪽에 배치되고, 배기공(142)은 가열판(126) 또는 칸막이판(124) 중 어느 한쪽에 배치되면 된다.

본 실시형태에서의 칸막이판(124)에는 두께 방향으로 요철을 가진 요철부가 마련되어 있다. 이하, 도 4a∼도 7b를 이용하여 칸막이판(124)의 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 4a 및 도 4b는, 제1 실시형태에서의 칸막이판(124)의 사시도이다. 특히 도 4a는, 칸막이판(124)의 도출부(138)측에 위치하는 면을 도시하고, 도 4b는, 칸막이판(124)의 도입부(134)측에 위치하는 면을 도시한다. 도 4a 및 도 4b에서 배기공(142)에서 방사형으로 연장되는 선은 요철부(146)의 꼭대기부(146a)를 도시하고 있으며, 실선 부분이 볼록한 부분을 나타내고 있으며 점선 부분이 오목한 부분을 나타내고 있다. 요철부(146)는 칸막이판(124)의 중앙측으로부터 외주측을 향해 방사형으로 연장되어 있다. 아울러 도 4a 및 도 4b에서는 설명의 편의상 요철의 수를 적게 기재하였다. 이에 한정되는 것은 아니며, 요철부(146)로서는 요철의 수에 제한은 없다.

도 5는, 칸막이판(124)의 도출부(138)측에 위치하는 면을 도시한 정면도이며, 도 6a∼도 6c는, 칸막이판(124)의 단면도이다. 특히 도 6a는, 도 5의 Ⅵ(a)-Ⅵ(a)선 단면도이며, 도 6b는, 도 5의 Ⅵ(b)-Ⅵ(b)선 단면도이며, 도 6c는, 도 5의 Ⅵ(c)-Ⅵ(c)선 단면도이다. 단, 도 6a∼도 6c는, 도 5에서의 꼭대기부(146a)를 도시한, 실선(160a)에서 실선(160b)까지의 범위의 단면으로서, 칸막이판(124)과 그 상하의 가열판(126) 및 배치판(120)의 단면만을 도시한다.

도 5에서, 배기공(142)에서 방사형으로 연장되는 실선은, 요철부(146) 중 도출부(138)측으로 볼록한 꼭대기부(146a)를 도시한다. 도 5에서, 배기공(142)에서 방사형으로 연장되는 점선은, 요철부(146) 중 도입부(134)측으로 볼록한 꼭대기부(146a)를 도시한다.

도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이, 요철부(146)의 꼭대기부(146a)(점선의 원으로 표시)는 칸막이판(124)의 연소실(136)측으로부터 배기공(142)을 향한 Ⅵ(b)-Ⅵ(b)선까지의 범위내에서 가열판(126) 및 배치판(120)의 양방에 접촉한다.

도 6c에 도시한 바와 같이, Ⅵ(b)-Ⅵ(b)선을 넘어 배기공(142)측에 가까워짐에 따라 요철부(146)의 요철은 서서히 작아진다. 요철부(146)의 요철이 작아지면, 꼭대기부(146a)는 가열판(126)에 대한 접촉을 유지한 채 배치판(120)으로부터 이격된다.

도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이, 도입부(134)에서의 연소실(136)측(도 5의 Ⅵ(b)-Ⅵ(b)선보다 칸막이판(124)의 외주측)은 요철부(146)에 의해 둘레방향으로 구획된 복수의 도입 유로(134a)에 의해 구성되어 있다. 또 도 6a∼도 6c에 도시한 바와 같이, 도출부(138)에서는, 칸막이판(124)의 외주단으로부터 배기공(142)까지 요철부(146)에 의해 둘레방향으로 구획된 복수의 배기 유로(138a)가 형성되어 있다.

도입부(134)는, 칸막이판(124)의 배기공(142) 근방(즉, 배치판(120)의 유입공(132) 근방)에서는 요철부(146)에 의해 완전하게는 구획되어 있지 않다. 유입공(132)에서 연소실(136)을 향하는 동안의 중간 위치에 도입 유로(134a)가 형성되어 있다.

또 배기 유로(138a)는, 칸막이판(124)의 연소실(136)측으로부터 배기공(142)을 향함에 따라 서서히 좁아지고 있다.

계속해서 도입부(134)에서 도출부(138)까지의 연료 가스 및 배기 가스의 흐름을 구체적으로 설명하기로 한다. 도 7a 및 도 7b는, 연료 가스 및 배기 가스의 흐름을 설명하기 위한 도면이다. 특히 도 7a에서는, 도 3의 단면도의 좌측 일부의 확대도를 도시하고, 도 7b에서는, 도 7a의 Ⅶ(b)-Ⅶ(b)선 단면도를 도시한다. 또 도 7a중 흰색 화살표는 연료 가스의 흐름을, 회색 화살표는 배기 가스의 흐름을 도시하고, 도 7b중 검은색 화살표는 열의 이동을, 기호 150a는 연료 가스의 흐름 방향을, 기호 150b는 배기 가스의 흐름 방향을 도시한다. 단, 도 7a 중 점선으로 도시한 흰색 화살표는 칸막이판(124)의 배면측에 가려진 연료 가스의 흐름을 도시한다.

도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 도입 유로(134a)와 배기 유로(138a)는 칸막이판(124)의 요철부(146)를 사이에 두고 교대로 형성되어 있다. 도입부(134)에 유입된 연료 가스는 도입 유로(134a)를 따라 연소실(136)을 향해 흐른다.

연료 가스는, 연소실(136)에서 외주벽(122)에 충돌하여 유속이 저하되고 연소실(136)에서 연소된 후 고온의 배기 가스가 된다. 배기 가스는, 배기공(142)을 향해 서서히 좁아지는 배기 유로(138a)를 흐른다. 이 때, 배기 가스의 열은 가열판(126)의 복사면(140)에 전열된다.

또 도 7b에 도시한 바와 같이, 배기 유로(138a)를 통과하는 배기 가스의 열은 칸막이판(124)의 요철부(146)를 통해 도입 유로(134a)를 통과하는 연료 가스에 전열된다. 배기 유로(138a)를 흐르는 배기 가스와 도입 유로(134a)를 흐르는 연료 가스가 칸막이판(124)의 요철부(146)를 사이에 두고 좌우(가열판(126)과 배치판(120)의 대향 방향)로 나열된 대향류(카운터 플로우)가 된다. 따라서 배기 가스의 열로 연료 가스를 효율적으로 예열할 수 있게 되어 높은 열효율을 얻을 수 있다. 연료 가스를 예열한 후에 연소(초과 엔탈피 연소)시킴으로써 연료 가스의 연소를 안정화시켜 불완전 연소에 의해 생기는 CO(일산화탄소)의 농도를 극저농도로 억제할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 실시형태의 연소 가열기(110)는, 칸막이판(124)에 마련된 요철부(146)에 의해 칸막이판(124)의 열변형이 흡수된다. 따라서 설령 칸막이판(124)이 열변형되더라도, 덜컹거림에 의한 도입부(134)나 도출부(138)의 열변형을 억제할 수 있다. 따라서 연소 가열기(110)에서는 칸막이판(124)의 두께를 얇게 할 수 있어 연료 가스의 예열 효과를 높일 수 있게 된다. 또 칸막이판(124)에 요철부(146)를 마련함으로써 연료 가스 및 배기 가스가 칸막이판(124)에 접촉하는 면적이 커진다. 따라서 배기 가스에서 연료 가스로의 전열이 촉진되어 예열 효과를 한층 더 높일 수 있다.

또 배기 유로(138a)가 배기공(142)을 향해 좁아짐으로써 배기 가스의 유속이 빨라져, 배기 가스로부터 가열판(126) 및 칸막이판(124)으로의 열전달율이 향상된다. 따라서 연소 가열기(110)는 복사면(140)의 가열 효과 및 연료 가스의 예열 효과를 높일 수 있게 된다.

또 요철부(146)의 꼭대기부(146a)가 가열판(126)이나 배치판(120)에 접촉함으로써 연소 가열기(110)는, 칸막이판(124)이 고정되어 칸막이판(124)의 열변형에 의한 덜컹거림을 더욱 억제할 수 있게 된다. 따라서 칸막이판(124)의 두께를 한층 더 얇게 할 수 있어 연료 가스의 예열 효과를 높일 수 있게 된다.

또 칸막이판(124)은, 유입공(132) 부근에서는 요철부(146)의 요철이 작아져 가열판(126)측에만 접촉되어 있어 도입부(134)의 유로를 좁히지 않는다. 따라서 장기간 사용에 의해 칸막이판(124)에 설령 열변형이 생기더라도, 유입공(132) 근방의 도입부(134)의 유로가 좁아짐에 의한 둘레방향의 연료 가스 공급량의 치우침을 억제할 수 있다.

(제2 실시형태)

다음으로 제2 실시형태에서의 칸막이판(224)에 대해 설명하기로 한다. 제2 실시형태에서는, 상기 제1 실시형태와 비교하여 칸막이판(224)이 다르다. 따라서 상기 제1 실시형태와 같은 구성에 대해서는 설명을 생략하고, 구성이 다른 칸막이판(224)에 대해서만 설명하기로 한다.

도 8a 및 도 8b는, 제2 실시형태에서의 칸막이판(224)의 사시도이다. 특히 도 8a는, 칸막이판(224)의 도출부(138)측에 위치하는 면을 도시하고, 도 8b는, 칸막이판(224)의 도입부(134)측에 위치하는 면을 도시한다.

칸막이판(224)에는, 그 중앙 근방의 일정 범위에 걸쳐 평판형의 평판부(250)가 마련되어 있다. 요철부(246) 및 그 꼭대기부(246a)가 평판부(250)의 외주측에 연속하여 마련되어 있다. 도 8a 및 도 8b에 도시한 바와 같이 꼭대기부(246a)는 실선 부분이 볼록하고 점선 부분이 오목하게 되어 있다.

만약 도입부(134)의 유입공(132) 부근에서도, 요철부(246)의 꼭대기부(246a)가 배치판(120)에 접촉하여 도입 유로(134a)가 구획 형성되어 있는 경우, 장기간 사용에 의해 칸막이판(224)에 열변형이 생긴다. 이로써 유입공(132)의 근방이 극단적으로 좁아져 둘레방향의 연료 가스 공급량의 치우침이 발생할 가능성이 있다. 제1 실시형태에서는 요철부(146)의 요철을 작게 함으로써 상기 사태를 회피하고 있다. 본 실시형태에서는, 칸막이판(224)에 평판부(250)를 마련하고, 중앙 부근의 도입부(134)의 간격(높이)을 둘레방향에 대해 일정하게 확보하였다. 따라서 둘레방향의 연료 가스 공급량의 치우침을 한층 더 억제할 수 있다.

(제3 실시형태)

다음으로 제3 실시형태에서의 칸막이판(324)에 대해 설명하기로 한다. 제3 실시형태에서는, 상기 제1 실시형태와 비교하여 칸막이판(324)이 다르다. 따라서 상기 제3 실시형태와 같은 구성에 대해서는 설명을 생략하고, 구성이 다른 칸막이판(324)에 대해서만 설명하기로 한다.

도 9는, 제3 실시형태에서의 칸막이판(324)의 정면도이며, 도 10a∼도 10c는, 제3 실시형태에서의 칸막이판(324)의 단면도이다. 특히 도 10a는, 도 9의 Ⅹ(a)-Ⅹ(a)선 단면도이며, 도 10b는, 도 9의 Ⅹ(b)-Ⅹ(b)선 단면도이며, 도 10c는, 도 9의 Ⅹ(c)-Ⅹ(c)선 단면도이다. 또 도 10a∼도 10c에서는, 도 9에 도시한 꼭대기부(346a)를 도시하며, 실선(360a)에서 실선(360b)까지의 범위의 단면으로서, 칸막이판(124)과 그 상하의 가열판(126) 및 배치판(120)의 단면만을 도시한다.

도 5와 마찬가지로 도 9에서, 배기공(142)으로부터 방사형으로 연장되는 실선은, 요철부(346) 중 도출부(138)측으로 볼록한 꼭대기부(346a)를 도시한다. 도 9에서 배기공(142)으로부터 방사형으로 연장되는 점선은, 요철부(346) 중 도입부(134)측으로 볼록한 꼭대기부(346a)를 도시한다. 단, 도 10b 및 도 10c에 도시한 바와 같이 요철부(346) 중 도입부(134)측으로 볼록한 부위는 면으로 되어 있으며, 그 면의 단부를 도입부(134)측의 꼭대기부(346a)로 한다(도 10b 및 도 10c에서 꼭대기부(346a)를 점선의 원으로 표시한다).

도 10a에 도시한 바와 같이, 칸막이판(324)의 평판부(350)에서는, 요철이 없기 때문에 도입부(134)에는 도입 유로(134a)가 구획 형성되어 있지 않다. 도 10b 및 도 10c에 도시한 바와 같이, 유입공(132)으로부터 연소실(136)을 향함에 따라 요철부(346)의 높이(깊이)가 서서히 커져 요철부(346)의 꼭대기부(346a)가 배치판(120)과 가열판(126)에 접촉한다. 이로써 도입 유로(134a) 및 배기 유로(138a)가 형성되어 있다.

도입 유로(134a)는, 도 10b 및 도 10c에 도시한 바와 같이 유입공(132)측으로부터 연소실(136)측을 향함에 따라 서서히 좁아진다.

도입 유로(134a)가 외주를 향해 좁아짐으로써 역화(逆火)를 방지할 수 있다. 또 중앙 부근의 도입 유로(134a)가 크기 때문에 상기와 마찬가지로 장기간 사용에 의해 칸막이판(324)에 설령 열변형이 생기더라도 유로가 극단적으로 좁아지지는 않는다. 따라서 연소 가열기(110)는 둘레방향의 연료 가스 공급량의 치우침이 발생하기 어려워진다.

상술한 제2 실시형태 및 제3 실시형태에서도, 상기 제1 실시형태와 마찬가지의 작용 효과를 실현할 수 있다. 즉, 칸막이판(224),(324)에 마련된 요철부(246),(346)에 의해 칸막이판(224),(324)의 열변형이 흡수, 억제된다. 따라서 칸막이판(224),(324)의 두께를 얇게 할 수 있어 연료 가스의 예열 효과를 높일 수 있게 된다. 또 요철부(246),(346)에 의해 연료 가스 및 배기 가스가 칸막이판(224),(324)에 접촉하는 면적이 커진다. 따라서 배기 가스에서 연료 가스로의 전열이 촉진되어 예열 효과가 한층 더 높아진다.

아울러 칸막이판은, 예를 들면 요철이 매끄럽게 융기하는 파판(波板)으로 한정되지 않으며 임의의 방향으로 절곡되어 요철이 형성되어도 좋다. 또 요철부의 방향은 방사형으로 한정하지 않으며, 롤형이어도 좋고 임의의 방향으로 형성되어도 좋다. 또 요철부의 꼭대기부는 가열판(126) 및 배치판(120) 어디에도 접촉하지 않아도 좋다.

또 상술한 실시형태에서는 연소실(136)은 외주벽(122)을 따라 형성되는데, 이 경우로 한정되지 않는다. 연소실(136)은 외주벽(122), 가열판(126) 및 배치판(120)에 의해 둘러싸인 공간 내이면 된다. 단, 배기 가스에 의한 연료 가스의 예열 효과를 충분히 확보하기 위해 연소실(136)은, 예를 들면 가열판(126)과 칸막이판 사이의 공간, 또는 칸막이판과 배치판(120) 사이의 공간 중 배치판(120)에 마련된 유입공(132)에서 외주벽(122)까지의 중간 위치보다 외주벽(122)에 가까운 공간 중 어느 한 위치에 마련되는 것이 바람직하다.

또 상술한 실시형태에서는, 2개의 연소 가열기(110)를 접속하는 연소 가열 시스템(100)을 예로 들었으나, 이 경우로 한정되지 않는다. 연소 가열 시스템(100)이 아니라 연소 가열기(110)를 단체(單體)로 이용해도 좋다.

이상, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명하였으나 본 발명은 실시형태로 한정되지 않는다. 그 기술분야에서의 통상의 기술자라면, 특허청구범위에 기재된 범주에서 각종 변경예 또는 수정예를 생각해낼 수 있는 것은 분명하며 그들에 대해서도 본 발명의 기술적 범위에 속한다.

<산업상 이용 가능성>

본 발명의 연소 가열기에 의하면, 열변형에 의한 부작용을 억제하여 연료 가스의 예열 효과를 높이고 높은 열효율을 실현할 수 있는 연소 가열기를 얻을 수 있다.

110…연소 가열기
120…배치판
122…외주벽
124, 224, 324…칸막이판
126…가열판
134…도입부
134a…도입 유로
136…연소실
138…도출부
138a…배기 유로
146, 246, 346…요철부
146a, 246a, 346a…꼭대기부
250, 350…평판부

Claims

가열판과,
상기 가열판에 대향 배치된 배치판과,
상기 가열판 및 상기 배치판의 외주를 따라 배치된 외주벽과,
상기 가열판, 상기 배치판 및 상기 외주벽에 의해 둘러싸인 공간 내에서, 상기 가열판 및 상기 배치판과 대향 배치되어 상기 배치판과의 사이의 공극에 의해 도입부를 형성함과 동시에, 상기 가열판과의 사이의 공극에 의해 도출부를 형성하는 칸막이판과,
상기 배치판 또는 상기 칸막이판에 마련되며, 연료 가스가 유도되는 제1 배관부가 접속됨과 동시에, 상기 제1 배관부로부터 상기 도입부에 연료 가스를 도입하는 유입공과,
상기 가열판, 상기 배치판 및 상기 외주벽에 의해 둘러싸인 공간 내에 배치되며, 상기 도입부로부터 도입된 연료 가스를 연소시키고, 상기 연소에 의해 생성된 배기 가스를 상기 도출부를 향해 도출하는 연소실과,
상기 가열판 또는 상기 칸막이판에 마련되며, 상기 배기 가스가 유도되는 제2 배관부가 접속됨과 동시에, 상기 도출부로부터 상기 제2 배관부에 상기 배기 가스를 도출하는 배기공을 구비하고,
상기 칸막이판에는 두께 방향으로 요철을 가진 요철부가 마련되어 있는 연소 가열기.
청구항 1에 있어서,
상기 요철부의 꼭대기부는 상기 가열판 및 상기 배치판 중 어느 일방 또는 쌍방에 접촉되어 있는 연소 가열기.
청구항 1에 있어서,
상기 요철부는 상기 칸막이판에 마련된 상기 유입공 또는 상기 배기공으로부터 상기 연소실을 향해 방사형으로 연장되어 있는 연소 가열기.
청구항 2에 있어서,
상기 요철부는 상기 칸막이판에 마련된 상기 유입공 또는 상기 배기공으로부터 상기 연소실을 향해 방사형으로 연장되어 있는 연소 가열기.
청구항 3에 있어서,
상기 칸막이판의 도입부측에는, 상기 칸막이판에 마련된 상기 유입공 또는 상기 배기공 근방에 평판형의 평판부가 마련되고,
상기 요철부는 상기 평판부의 외주측에 연속하여 마련되어 있는 연소 가열기.
청구항 4에 있어서,
상기 칸막이판의 도입부측에는, 상기 칸막이판에 마련된 상기 유입공 또는 상기 배기공 근방에 평판형의 평판부가 마련되고,
상기 요철부는 상기 평판부의 외주측에 연속하여 마련되어 있는 연소 가열기.
청구항 3에 있어서,
상기 도출부는 상기 요철부에 의해 둘레방향으로 구획된 복수의 배기 유로를 가지며,
상기 배기 유로는 상기 연소실측으로부터 상기 배기공측을 향함에 따라 서서히 좁아지는 연소 가열기.
청구항 4에 있어서,
상기 도출부는 상기 요철부에 의해 둘레방향으로 구획된 복수의 배기 유로를 가지며,
상기 배기 유로는 상기 연소실측으로부터 상기 배기공측을 향함에 따라 서서히 좁아지는 연소 가열기.
청구항 5에 있어서,
상기 도출부는 상기 요철부에 의해 둘레방향으로 구획된 복수의 배기 유로를 가지며,
상기 배기 유로는 상기 연소실측으로부터 상기 배기공측을 향함에 따라 서서히 좁아지는 연소 가열기.
청구항 6에 있어서,
상기 도출부는 상기 요철부에 의해 둘레방향으로 구획된 복수의 배기 유로를 가지며,
상기 배기 유로는 상기 연소실측으로부터 상기 배기공측을 향함에 따라 서서히 좁아지는 연소 가열기.
청구항 3 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도입부는 상기 요철부에 의해 둘레방향으로 구획된 복수의 도입 유로를 가지며, 상기 도입 유로는 상기 유입공측으로부터 상기 연소실측을 향함에 따라 서서히 좁아지는 연소 가열기.