JP2012172903A

JP2012172903A - 加温装置

Info

Publication number: JP2012172903A
Application number: JP2011035159A
Authority: JP
Inventors: Toshio Matsubara; 敏夫松原; Naoki Azuma; 直樹東
Original assignee: EKOTEKKU KK; SOGO BIRU MENTEMU KK
Current assignee: EKOTEKKU KK; SOGO BIRU MENTEMU KK
Priority date: 2011-02-21
Filing date: 2011-02-21
Publication date: 2012-09-10
Anticipated expiration: 2031-02-21
Also published as: JP5697479B2

Abstract

【課題】簡単な構造で熱エネルギーを効率よく吸収して、好ましい波長領域の遠赤外線を照射して熱効率を向上する。
【解決手段】加温装置は、燃料の供給器１から供給される燃料を燃焼室２１で燃焼し、火炎の熱エネルギーを熱交換器３で吸収して空気又は液体を加熱する。加温装置は、燃焼室２１で燃焼される燃料に空気を供給する空気供給筒１１を設けている。空気供給筒１１は、表面に、５μｍないし２０μｍの波長領域における遠赤外線の分光放射率を０．９以上とする遠赤外線放射セラミック６と、火炎と燃焼室２１の赤外線を吸収して、遠赤外線放射セラミック６を励起する赤外線吸収粉末７とを接触状態で混合又は積層してなる赤外線層５を設けている。赤外線吸収粉末７で吸収したエネルギーで遠赤外線放射セラミック６を励起し、励起された遠赤外線放射セラミック６から５μｍないし２０μｍの波長領域の遠赤外線を空気と火炎に放射する。
【選択図】図７

Description

本発明は、石油等の液体燃料、ＬＰＧや都市ガス等の気体燃料、木材チップなどの固形燃料を燃焼室で燃焼させて、空気や水等の被加熱流体を加温する加温装置に関し、とくに、燃料の発生熱量を大きくして、燃料の熱エネルギーで効率よく空気や水を加温できる加温装置に関する。

空気や水の加温装置は、燃料の発生熱量を大きくして熱効率を高くできる。このことを実現するために、石油バーナーに供給される空気や火炎に遠赤外線を放射する構造の加温装置が開発されている。（特許文献１〜４参照）

これ等の公報に記載される加温装置のバーナーは、ノズルの周囲に設けた空気供給筒やその外側に遠赤外線放射体を設けている。遠赤外線放射体は、バーナーの熱エネルギーに励起されて、空気供給筒から供給される空気や火炎に遠赤外線を照射して、バーナーの発生熱量を大きくする。

特開２００８−２９８３７１号公報特開２００３−２７９２４９号公報特開２００１−１６５５７１号公報特開２００１−４１６５５号公報

以上の遠赤外線放射体から空気や火炎に遠赤外線を放射する加温装置は、遠赤外線によってバーナーの発生熱量を大きくして、加温装置の熱効率を向上できる。しかしながら、この構造の加温装置は、必ずしも効率よく熱エネルギーを吸収して、吸収したエネルギーで遠赤外線を空気や火炎に効率よく放射できない欠点があった。

本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、極めて簡単な構造としながら、熱エネルギーを効率よく吸収し、しかも吸収した熱エネルギーでもって空気や火炎に最も好ましい波長領域の遠赤外線を照射することで、発生熱量を大きくして熱効率をさらに向上できる加温装置を提供することにある。

本発明の請求項１の加温装置は、燃料の供給器１と、この供給器１から供給される燃料を燃焼させる燃焼室２１と、この燃焼室２１で燃焼される火炎の熱エネルギーを吸収する熱交換器３とを備え、熱交換器３で吸収される熱エネルギーで空気又は液体を加熱する。加温装置は、供給器１から供給されて燃焼室２１で燃焼される燃料に空気を供給する空気供給筒１１を設けて、この空気供給筒１１の内側に燃料を供給して燃焼させる構造としている。この空気供給筒１１は、表面に、５μｍないし２０μｍの波長領域における遠赤外線の分光放射率を０．９以上とする遠赤外線放射セラミック６と、火炎と燃焼室２１の赤外線を吸収して、遠赤外線放射セラミック６を励起するボディーカラーを黒色とする赤外線吸収粉末７とを接触状態で混合又は積層してなる赤外線層５を設けている。赤外線層５の遠赤外線放射セラミック６と赤外線吸収粉末７とは赤外線の放射特性が異なり、赤外線吸収粉末７で吸収したエネルギーでもって遠赤外線放射セラミック６を励起して、励起された遠赤外線放射セラミック６が５μｍないし２０μｍの波長領域の遠赤外線を空気と火炎に放射する。

本発明の請求項２の加温装置は、燃料の供給器１と、この供給器１から供給される燃料を燃焼させる燃焼室２１と、この燃焼室２１で燃焼される火炎の熱エネルギーを吸収する熱交換器３とを備え、熱交換器３で吸収される熱エネルギーで空気又は液体を加熱する。加温装置は、供給器１から供給されて燃焼室２１で燃焼される燃料に空気を供給する空気供給筒１１を設けて、この空気供給筒１１の内側に燃料を供給して燃焼させる構造としている。この空気供給筒１１は、内面に、５μｍないし２０μｍの波長領域における遠赤外線の分光放射率を０．９以上とする遠赤外線放射セラミック６からなる赤外線層５を設けている。また、空気供給筒１１は、外側面に、火炎と燃焼室２１の赤外線を吸収して、空気供給筒１１を加熱することで遠赤外線放射セラミック６を励起する赤外線吸収粉末７からなる赤外線層５を設けている。赤外線層５の遠赤外線放射セラミック６と赤外線吸収粉末７とは赤外線の放射特性が異なり、赤外線吸収粉末７で吸収した熱エネルギーで空気供給筒１１を加熱して遠赤外線放射セラミック６を励起し、励起された遠赤外線放射セラミック６が５μｍないし２０μｍの波長領域の遠赤外線を空気と火炎に放射する。

本発明の請求項３の加温装置は、燃料の供給器１を、液体又は気体燃料を燃焼室２１に供給するバーナー８として、このバーナー８が燃料を噴射するノズル１０の周囲に空気供給筒１１を設けている。

本発明の請求項４の加温装置は、空気供給筒１１を、燃焼室２１又はバーナー８に固定している。

本発明の請求項５の加温装置は、空気供給筒１１の先端部に、燃焼室２１で燃焼される燃料に供給する空気を回転させながら供給するディフューザ１５を配置しており、このディフューザ１５の表面に前記赤外線層５を設けている。

本発明の請求項６の加温装置は、ディフューザ１５の前面と背面とに赤外線層５を設けている。

本発明の請求項７の加温装置は、燃焼室２１で燃焼される火炎の熱エネルギーで農業用ハウスの空気を加温する。

本発明の請求項８の加温装置は、熱交換器３が、燃焼ガスを内部に通過させる熱交換パイプ２５を有し、この熱交換パイプ２５の内面に赤外線層５を設けている。

本発明の請求項９の加温装置は、赤外線吸収粉末７が、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、木炭粉末の何れかを含んでいる。

本発明の請求項１と請求項２の加温装置は、簡単な構造としながら、熱エネルギーを効率よく吸収し、しかも吸収した熱エネルギーでもって空気や火炎に最も好ましい波長領域の遠赤外線を照射することで燃料による発生熱量を大きくして全体の熱効率をより向上できる特徴がある。それは、空気や火炎に遠赤外線を放射する赤外線層が、熱エネルギーを効率よく吸収する赤外線吸収粉末と、この赤外線吸収粉末で吸収した熱エネルギーに励起されて５μｍないし２０μｍの波長領域の遠赤外線を放射する遠赤外線放射セラミックとを含み、赤外線吸収粉末で効率よく熱エネルギーで吸収して、遠赤外線放射セラミックを励起し、励起された遠赤外線放射セラミックが効率よく遠赤外線を空気や火炎に放射するからである。

図１は、農業用のハウスに使用する、１時間の送風量を７０００立方メートルとする空気を加温する加温装置が、ハウス内の１７℃の空気を吸入して排気する温度を示している。この図の曲線Ａは、空気供給筒に赤外線層を設けた本発明の加温装置の吹出温度を、曲線Ｂは、空気供給筒に赤外線層を設けない従来の加温装置の吹出温度を、曲線Ｃは、空気供給筒に遠赤外線放射セラミックのみからなる赤外線層を設けた加温装置の吹出温度を示している。この図に示すように、本発明の加温装置は、燃料の供給器であるバーナーを点火してから吹出温度の温度上昇勾配が小さくなる１３分後における吹出温度が５６．２℃に、赤外線層を設けない加温装置の同じ時間における吹出温度は５１．５℃となる。、空気供給筒に遠赤外線放射セラミックのみからなる赤外線層を設けている加温装置は、同じ時間における吹出温度が５３．１℃となる。このことから、本発明の加温装置は、赤外線層を設けない加温装置に比較して吹出温度が１４％も高く、遠赤外線放射セラミックのみからなる赤外線層を設ける装置に比較しても８．６％も高くなる。加温装置で加温される空気の吹出温度は発熱量に比例するので、本発明の加温装置は、赤外線層のない装置に比較して発熱量が１４％も高く、さらに、遠赤外線放射セラミックのみからなる赤外線層を設けている装置に比較しても８．６％も発熱量が増加する極めて優れた作用効果を実現する。

とくに、請求項１の加温装置は、赤外線吸収粉末と遠赤外線放射セラミックとを接触状態で混合し、あるいは積層して赤外線層としているので、赤外線吸収粉末が吸収したエネルギーで遠赤外線放射セラミックを効率よく励起して、遠赤外線放射セラミックから効率よく５μｍないし２０μｍの波長領域の遠赤外線を空気や火炎に放射できる。また、請求項２の加温装置は、赤外線吸収粉末が吸収した熱エネルギーで空気供給筒を加熱し、加熱された空気供給筒で遠赤外線放射セラミックを励起し、励起された遠赤外線放射セラミックが空気供給筒の内面に効率よく５μｍないし２０μｍの波長領域の遠赤外線を放射する。このため、この加温装置は、空気供給筒の内面に設けている遠赤外線放射セラミックがその内側の空気や火炎に効率よく遠赤外線を照射できる。

本発明の請求項３の加温装置は、燃料の供給器を、液体又は気体燃料を燃焼室に供給するバーナーとして、このバーナーが燃料を噴射するノズルの周囲に空気供給筒を設けているので、空気供給筒の内面に設けている遠赤外線放射セラミックから空気や火炎に効率よく遠赤外線を照射してバーナーの発熱量を増加できる。

本発明の請求項５の加温装置は、ディフューザにも赤外線層を設けているので、空気供給筒とディフューザの両方から空気や火炎に効率よく遠赤外線放射セラミックを放射して、発熱量を増加できる。

本発明の請求項６の加温装置は、ディフューザの前面と背面に赤外線層を設けているので、ディフューザ内の空気と、ディフューザを通過して燃焼室に噴き出される空気の両方に遠赤外線を放射して発熱量を増加できる。

本発明の請求項７の加温装置は、農業用のハウスに使用して、ハウス内の空気を効率よく加熱できる。

本発明の請求項８の加温装置は、燃焼室で燃焼される燃焼ガスで熱交換パイプで効率よく加熱して熱交換パイプを介して空気や水などを効率よく加温できる。

本発明の一実施例にかかる加温装置と従来の加温装置の加温特性を示すグラフである。本発明の一実施例にかかる加温装置の一部拡大概略断面図である。図２に示す加温装置の供給器であるバーナーの一部拡大断面側面図である。図３に示すバーナーの拡大正面図である。図４に示すバーナーのＶ−Ｖ線拡大断面図である。遠赤外線放射セラミックの分光放射率を示すグラフである。バーナーに設ける赤外線層の一例を示す一部拡大断面図である。バーナーに設ける赤外線層の他の一例を示す一部拡大断面図である。バーナーに設ける赤外線層の他の一例を示す一部拡大断面図である。本発明の他の実施例にかかる加温装置の一部拡大概略断面図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための加温装置を例示するものであって、本発明は加温装置を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図２に示す加温装置は、石油等の液体燃料を燃焼室２１に供給する供給器１であるバーナー８と、このバーナー８の火炎が噴射される燃焼室２１と、この燃焼室２１に噴射されるバーナー８の火炎の熱エネルギーを吸収する熱交換器３とを備え、熱交換器３で吸収される熱エネルギーで空気又は液体を加熱する。図２の加温装置は、外装ケース２の内部に燃焼室２１を設けて、この燃焼室２１に火炎を噴射するバーナー８を外装壁２０に固定している。外装壁２０は、バーナー８の空気供給筒１１を挿入する貫通孔２０Ａを設けている。以上の加温装置は、石油等の液体燃料を燃焼室２１に供給する供給器１として、バーナー８を使用する一例を示している。ただ、バーナーである供給器は、供給する燃料を石油等の液体燃料に特定せず、ＬＰＧや都市ガス等の気体燃料とすることもできる。さらに、本発明の加温装置は、供給器から燃焼室に供給して燃焼させる燃料を液体燃料や気体燃料には特定せず、木材チップなどの固形燃料を燃焼室で燃焼させて、このとき発生する熱エネルギーで空気や水等の被加熱流体を加温することもできる。

バーナー８は、図３の断面図と図４の正面図に示すように、灯油や重油等の燃料を噴射するノズル１０と、このノズル１０の周囲にあって、ノズル１０の周囲に空気を供給する空気供給筒１１と、この空気供給筒１１に空気を強制送風するファン１２とを備えている。さらに、ノズル１０の先端には、火花放電させてノズル１０から噴射される燃料に着火する電極１３を対向して設けている。

空気供給筒１１は金属製の円筒で、円筒の中心軸にノズル１０を配置して、ノズル１０との間に燃焼用の空気の送風ダクト１４を設けている。図に示す加温装置は、バーナー８の先端部に円筒状の空気供給筒１１を固定しており、この空気供給管１１を外装壁２０の貫通孔２０Ａに層通して、空気供給管１１を燃焼室２１に配置している。ただ、図示しないが、加温装置は、燃焼室に空気供給管を固定することもできる。この加温装置は、たとえば、外装ケースの外装壁から燃焼室の内部に突出するように円筒状の空気供給筒を固定して燃焼室内に空気供給管を配置し、この空気供給管の内側にバーナーのノズルを配置し、空気供給管の内側に燃焼用の空気の送風ダクトを設ける。図の空気供給筒１１は、その先端をノズル１０の先端よりも突出させる位置に配置している。さらに、空気供給筒１１の先端部には、空気の吹き出し方向に内径を小さくするテーパーコーン部１１Ａを設けている。テーパーコーン部１１Ａは、送風される空気を中心部に収束して、ノズル１０から噴射される燃料に供給する。図のバーナー８は、テーパーコーン部１１Ａの内側縁を含む面内の近傍に、ノズル１０の先端部を配置して、ノズル１０から噴射される燃料に空気を収束させながら供給する。

さらに、図３と図４のバーナー８は、空気供給筒１１の先端部に、ノズル１０の周囲に供給する空気を回転させながらノズル１０から噴射される燃料に供給するディフューザ１５を配置している。ディフューザ１５は、図４と図５に示すように、放射状にスリット１５Ａが設けられており、各々のスリット１５Ａには、通過する空気を回転させるように傾斜している傾斜羽根１５Ｂを設けている。スリット１５Ａを通過する空気は、傾斜羽根１５Ｂに沿ってディフューザ１５を通過して、回転しながらノズル１０から噴射される燃料の周囲に供給される。この構造は、ノズル１０から噴射される燃料と空気とを効率よく撹拌して、より効率よく燃焼できる。

空気供給筒１１は、表面に赤外線層５を設けている。赤外線層５は、遠赤外線放射セラミック６と赤外線吸収粉末７からなる。遠赤外線放射セラミック６は、５μｍないし２０μｍの波長領域における遠赤外線の分光放射率を０．９以上とするセラミックである。赤外線吸収粉末７は、火炎と燃焼室２１の熱エネルギーである赤外線を吸収して、遠赤外線放射セラミック６を励起するボディーカラーを黒色とするセラミックである。赤外線吸収粉末７が吸収したエネルギーで遠赤外線放射セラミック６を励起するように、遠赤外線放射セラミック６と赤外線吸収粉末７とは互いに接触する状態で混合し、あるいは積層している。赤外線吸収粉末７は、吸収したエネルギーで赤外線を放射して遠赤外線放射セラミック６を励起し、さらに、吸収したエネルギーで温度上昇して、遠赤外線放射セラミック６に熱伝導して励起するように、互いに接触する状態で混合又は積層している。赤外線層５の遠赤外線放射セラミック６と赤外線吸収粉末７とは赤外線の放射特性が異なる。赤外線吸収粉末７は遠赤外線放射セラミック６よりも広い波長範囲で赤外線を効率よく吸収する。遠赤外線放射セラミック６は、この赤外線吸収粉末７で吸収したエネルギーに励起されて、５μｍないし２０μｍの波長領域の遠赤外線を空気と火炎に放射する。

遠赤外線放射セラミック６は、赤外線吸収粉末７に励起されて、赤外線吸収粉末７と異なる放射スペクトルの遠赤外線を放射するセラミックスである。この遠赤外線放射セラミック６は、空気や火炎に照射されて、バーナー８の発熱量を増加させる５μｍないし２０μｍの波長領域の遠赤外線を放射する。

このセラミックスは、たとえば以下の成分のものが使用される。
Ｎａ_２Ｏ ……………１．７８重量部
ＭｇＯ………………２．０４重量部
Ａｌ_２Ｏ_３…………１５．４重量部
ＳｉＯ……………３６．８重量部
Ｐ_２Ｏ_５……………１２．４重量部
ＳＯ_３ ………………０．２６２重量部
Ｃｌ…………………０．１０４重量部
Ｋ_２Ｏ ………………７．３４重量部
ＣａＯ………………０．２４９重量部
ＴｉＯ_２ ……………０．１１９重量部
Ｃｒ_２Ｏ_３……………５．８８重量部
ＭｎＯ………………８．３３重量部
Ｆｅ_２Ｏ_３……………２．４３重量部
Ｃｏ_２Ｏ_３……………０．０９７６重量部
ＮｉＯ………………０．０４４９重量部
ＣｕＯ………………６．２０重量部
ＺｎＯ………………０．０２１４重量部
Ｒｂ_２Ｏ ……………０．０１２５重量部
ＢａＯ………………０．３６５重量部

以上の遠赤外線放射セラミック６は、赤外線吸収粉末７に励起されて、５μｍないし２０μｍの波長領域の遠赤外線の分光放射率を０．９以上とする。この遠赤外線放射セラミック６の分光放射率を図６に示している。この図は、遠赤外線放射セラミック６を１００℃に加温した状態における分光放射率を示している。

赤外線吸収粉末７は、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、ＡｌＮ系黒色セラミック、ＳｉＣ系黒色セラミック、木炭粉末などのボディーカラーを黒色とする粉末を使用する。とくに、カーボンナノチューブは、赤外線から可視光線まで極めて広い波長領域において優れた吸収特性を示し、赤外線吸収粉末７として理想的な物性を有する。

赤外線吸収粉末の混合量は、１００重量部の遠赤外線放射セラミックに対して１０重量部〜２０重量部とする。ただし、赤外線吸収粉末の混合量は、遠赤外線放射セラミック１００重量部に対して、例えば５重量部ないし５０重量部、好ましくは１０重量部ないし３０重量部とすることもできる。赤外線吸収粉末の混合量は多すぎても少なすぎても５μｍないし２０μｍの波長領域の遠赤外線の放射強度は低下する。したがって、赤外線吸収粉末の混合量は、遠赤外線放射セラミックの放射特性と赤外線吸収粉末の吸収特性を考慮して、前述の範囲に設定される。カーボンナノチューブのように吸収特性の優れた赤外線吸収粉末は混合量を少なくして、５μｍないし２０μｍの波長領域の遠赤外線の放射強度を強くできる。遠赤外線放射セラミックを効率よく励起するからである。

赤外線層５は、遠赤外線放射セラミック６と赤外線吸収粉末７をバインダーに混合して、空気供給筒１１とディフューザ１５の表面に塗布される。バインダーには、エポキシ樹脂を使用する。ただし、バインダーにはエポキシ樹脂に代わって、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル酸樹脂などの耐熱性に優れたものであって、赤外線吸収粉末と遠赤外線放射セラミックとの粉末を付着できる全てのものが使用できる。バインダーの添加量は、赤外線吸収粉末と遠赤外線放射セラミックの混合粉末１００重量部に対して、２００重量部ないし５００重量部とする。

図７のバーナー８は、空気供給筒１１の内面と外側面との両面、さらにディフューザ１５の内面と外面の両面に赤外線層５を設けている。このバーナー８は、空気供給筒１１とディフューザ１５の両面に設けている赤外線層５の赤外線吸収粉末７が熱エネルギーを吸収し、吸収するエネルギーで遠赤外線放射セラミック６を励起して、空気供給筒１１及びディフューザ１５の内外両面から５μｍないし２０μｍの波長領域の遠赤外線を放射する。

図８のバーナー８は、空気供給筒１１の外側面には、赤外線吸収粉末７のみをバインダーに混合して塗布している赤外線層５を設けて、空気供給筒１１の内面、及びディフューザ１５の内面と外面の両方には、遠赤外線放射セラミック６と赤外線吸収粉末７とバインダーとを混合して塗布している赤外線層５を設けている。このバーナー８は、空気供給筒１１とディフューザ１５の両面に設けている赤外線層５の赤外線吸収粉末７が熱エネルギーを吸収し、吸収するエネルギーで遠赤外線放射セラミック６を励起して、空気供給筒１１の内面と、ディフューザ１５の内外両面から５μｍないし２０μｍの波長領域の遠赤外線を放射する。このバーナー８は、空気供給筒１１の外面には赤外線吸収粉末７のみからなる赤外線層５を設けているので、燃焼室２１内の熱エネルギーをより効率よく吸収して、遠赤外線放射セラミック６から好ましい波長領域の遠赤外線を空気供給筒１１の内部に効率よく放射できる。

さらに、図９のバーナー８は、空気供給筒１１の外側面には、赤外線吸収粉末７のみをバインダーに混合して塗布している赤外線層５を設けて、空気供給筒１１の内面には遠赤外線放射セラミック６のみをバインダーに混合している赤外線層５を設けている。さらに、ディフューザ１５の内面と外面の両方には、遠赤外線放射セラミック６と赤外線吸収粉末７とバインダーとを混合して塗布している赤外線層５を設けている。このバーナー８は、空気供給筒１１の外側面とディフューザ１５の両面に設けている赤外線層５の赤外線吸収粉末７が熱エネルギーを吸収し、吸収するエネルギーで遠赤外線放射セラミック６を励起して、空気供給筒１１の内面と、ディフューザ１５の内外両面から５μｍないし２０μｍの波長領域の遠赤外線を放射する。このバーナー８は、空気供給筒１１の外面には赤外線吸収粉末７のみからなる赤外線層５を設けているので、燃焼室２１内の熱エネルギーをより効率よく吸収して遠赤外線放射セラミック６を励起し、さらに空気供給筒１１の内面には、遠赤外線放射セラミック６のみからなる赤外線層５を設けているので、この遠赤外線放射セラミック６が好ましい波長領域の遠赤外線を空気供給筒１１の内部により効率よく放射できる。

以上のバーナー８を備える加温装置は、外装ケース２内に、一対の区画壁３を、互いに対向する平行な姿勢で設けて、燃焼室２１と排気室２２とを設けている。一対の区画壁２３の間には、被加熱流体を通過させる密閉チャンバー２４を設けている。密閉チャンバー２４には、被加熱流体の空気を通過させ、あるいは水を循環させて、被加熱流体の空気や水を加温する熱交換器３となる熱交換パイプ２５を配置している。

対向して配置している一対の区画壁２３を、水密又は気密に貫通するように、複数の熱交換パイプ２５を固定して、熱交換パイプ２５を介して燃焼室２１と排気室２２とを連結し、さらに熱交換パイプ２５を密閉チャンバー２４内に配置して、熱交換パイプ２５で密閉チャンバー２４の被加熱流体を加熱する。この加温装置は、バーナー８から燃焼室２１に供給される燃焼ガスを、燃焼室２１から熱交換パイプ２５に通過させて排気室２２に送って、熱交換パイプ２５で被加熱流体を加温する。熱交換して温度の低下した燃焼ガスは、排気室２２から煙突２６に通じて外部に排気される。

熱交換パイプ２５は、燃焼ガス側の表面である内面にも、赤外線層５を設けている。赤外線層５は、燃焼ガスから放射される遠赤外線を効率よく吸収する層である。赤外線層５は、燃焼ガスから放射されるこの遠赤外線を効率よく吸収して、吸収した熱エネルギーで熱交換パイプ２５を加熱する。

赤外線層５は、空気供給筒１１やディフューザ１５に設けるのと同じように、赤外線吸収粉末７と遠赤外線放射セラミック６とからなる混合粉末をバインダーに混合したペースト状のものを、熱交換パイプ２５の表面に塗布して設けられる。図２の熱交換器３は、混合粉末をバインダーに混合している赤外線塗料を熱交換パイプ２５の内面に塗布して、燃焼熱交換パイプ２５の燃焼ガス側に赤外線層５を設けている。ただし、赤外線層の混合粉末は、必ずしも空気供給筒やディフューザの表面に設ける赤外線層と同じものを使用する必要はなく、たとえば、赤外線吸収粉末のみをバインダーに混合して、塗布して設けることもできる。

熱交換パイプ２５は金属パイプで、その内面には、金属の表面に赤外線層５を設けている。熱交換パイプ２５の外面、すなわち被加熱流体に接触する外側面は、金属パイプの金属面２５Ａを露出させて、金属の表面を直接に被加熱流体に接触する熱結合状態としている。

多数の熱交換パイプ２５を、互いに被加熱流体を通過させる隙間を設けて平行な姿勢に並べるように配置して、内部を燃焼ガスの通路とする熱交換器３は、熱交換パイプ２５を定位置に固定する状態で、パイプ内面に混合粉末とバインダーとを混合しているペースト状の塗料を塗布して、簡単に赤外線層５を設けることができる。

さらに、図に示す加温装置は、燃焼室２１側に配置される区画壁２３の燃焼室２１側の表面にも赤外線層５を設けている。区画壁２３の反対側の表面、すなわち、被加熱流体に接触する密閉チャンバー２４側の表面は、金属面２３Ａを露出させて、金属板の表面を直接に被加熱流体に接触する熱結合状態としている。区画壁２３に設ける赤外線層５も、熱交換パイプ２５に設けるのと同じものである。区画壁２３の赤外線層５は、燃焼ガスから放射される遠赤外線を効率よく吸収して、吸収した熱エネルギーで区画壁２３を加熱する。加熱された区画壁２３は、密閉チャンバー２４を通過する被加熱流体を金属面２３Ａから加熱し、さらに、これに連結される熱交換パイプ２５に熱伝導して熱交換パイプ２５を加熱する。したがって、この加温装置は、赤外線層５を設けた熱交換パイプ２５と区画壁２３の両方で、密閉チャンバー２４を通過する被加熱流体を効果的に加温できる。ただ、加温装置は、必ずしも区画壁の表面に赤外線層を設ける必要はない。

密閉チャンバー２４には、農業用のハウス内の空気等が循環され、あるいは水が循環される。この密閉チャンバー２４は、被加熱流体を内部に流入させる流入口２７と、密閉チャンバー２４で加温された被加熱流体を外部に排出する排出口２８とを設けている。水は、循環ポンプ（図示せず）で密閉チャンバー２４に循環されて加温され、空気はファン（図示せず）で密閉チャンバー２４に強制的に送風され、密閉チャンバー２４で加温して排出される。

図１０の加温装置は、燃焼ガスを通過させる燃焼室２１に熱交換パイプ２５を配置して、熱交換パイプ２５の内部に水や空気などの被加熱流体を通過させる。この加温装置も、熱交換器３を熱交換パイプ２５で構成している。ただ、この熱交換パイプ２５は、外側表面を燃焼ガスに接触させるので、熱交換パイプ２５の外側に赤外線層５を設けて、内面を金属面２５Ａとして露出させている。

［実施例１］
図７に示すように、ノズル１０の周囲に空気供給筒１１があって、この空気供給筒１１の開口部にディフューザ１５を配置しているバーナー８を備える農業用の温室の空気を加温するのに使用される加温装置を試作した。バーナー８は、空気供給筒１１とディフューザ１５の両方に赤外線層５を設けている。さらに、バーナー８は、１時間の灯油の消費量を約９．５リットルとする灯油バーナーである。さらに、この加温装置は、温室の空気を強制送風する空気の１時間の送風量を約７０００立方メートルとするものである。バーナー８は、空気供給筒１１の内面及び外面、さらにディフューザ１５の内面及び外面に、遠赤外線放射セラミック６と赤外線吸収粉末７をバインダーに混合してこれを塗布して赤外線層５を設けた。遠赤外線放射セラミック６には、［００３２］に記載する成分のセラミックを、赤外線吸収粉末７にはカーボンブラックを使用し、カーボンブラックは１００重量部の遠赤外線放射セラミック６に対して１５重量部とした。さらに、遠赤外線放射セラミック６と赤外線吸収粉末７との混合体を、バインダーのエポキシ樹脂に混合して空気供給筒１１とディフューザ１５に塗布した。バインダーの添加量は、赤外線吸収粉末７と遠赤外線放射セラミック６の混合粉末１００重量部に対して３００重量部とした。この赤外線層５は、５μｍないし２０μｍの波長領域における分光放射率を約０．９４〜０．９５とする。

さらに、熱交換パイプ２５の内面にも赤外線層５を設けた。熱交換パイプ２５は、空気供給筒１１とディフューザ１５と同じ組成の赤外線層５を設けた。以上の加温装置は、１７℃の空気を吸収して、排出される空気の温度を５６．２℃となるまで加温し、その温度差は３９．２℃となる。この加温装置は、空気の比熱を０．２８８ｋｃａｌ／ｍ^３・Ｋとして、１時間に空気を加温する発熱量は、温度差と空気流量と空気の比熱の積となるので、７９，０００ｋｃａｌ／ｈｒとなる。

［実施例２、３］
さらに赤外線吸収粉末７に、カーボンブラックに代わってＡｌＮ系黒色セラミックを使用する以外は実施例１と同じ構造とする加温装置と、カーボンブラックに代わってＳｉＣ系黒色セラミックを使用する以外は実施例１と同じ構造とする加温装置とを試作して、吸収空気と排気空気との温度差を測定すると、約３８．９℃となって、カーボンブラックに匹敵する発熱量を実現した。

［実施例４］
さらにまた、赤外線吸収粉末７をカーボンブラックからカーボンナノチューブに交換して、この混合量を遠赤外線放射セラミック６１００重量部に対して１０重量部する以外は、実施例１と同じ構造として製作された加温装置は、吸収空気と排出空気との温度差が４０．３℃となって発熱量は８１，０００ｋｃａｌ／ｈｒとさらに増加した。

［実施例５］
熱交換パイプに赤外線層を設けない以外は、実施例１と同じ構造とする加温装置は、吸収される空気温度と排気される空気温度の温度差が３８．２℃となり、発熱量は７７，０００ｋｃａｌ／ｈｒとなった。

［比較例１］
バーナーの空気供給筒とディフューザに赤外線層を設けず、また熱交換パイプにも赤外線層を設けない以外は実施例１と同じ構造とする加温装置は、吸収される空気温度と排気される空気温度との温度差が３４．５℃となり、発熱量は６９，６００ｋｃａｌ／ｈｒとなった。

［比較例２］
バーナーの空気供給筒とディフューザの内外の両面に、赤外線吸収粉末を含まない遠赤外線放射セラミックのみからなる赤外線層を設ける以外は、実施例１と同じ構造とする加温装置は、吸収される空気温度と排気される空気温度との温度差が３６．１℃となり、発熱量は７２，８００ｋｃａｌ／ｈｒとなった。

以上の結果から、実施例１の加温装置は、比較例１に対して１４％も発熱量が多く、実施例４にあっては比較例１に比較して発熱量は１６％も増加する。さらに、熱交換パイプに赤外線層を設けない実施例５の加温装置においても発熱量は１１％も増加する。

また、空気供給筒とディフューザとに赤外線吸収粉末を含まない赤外線層を設けている比較例２に比較すると、実施例１の加温装置は、比較例２に対して９％も発熱量が多く、実施例４にあっては比較例２に比較して発熱量は１１％も増加する。さらに、熱交換パイプに赤外線層を設けない実施例５の加温装置においても発熱量は６％も増加する。

灯油の発熱量は、約１０，０００ｋｃａｌ／リットルであるから、本発明の実施例１〜５の加温装置は、比較例１または２の加温装置に比較して、１時間に０．４リットル〜１．２リットルもの灯油の発熱量に匹敵する熱エネルギーを多く空気に供給できることになる。すなわち、１時間に０．５リットル〜１．６リットルもの灯油を削減して、ほぼ同様に空気を加温できる特徴を実現する。

１…供給器
２…外装ケース
３…熱交換器
５…赤外線層
６…遠赤外線放射セラミック
７…赤外線吸収粉末
８…バーナー
１０…ノズル
１１…空気供給筒１１Ａ…テーパーコーン部
１２…ファン
１３…電極
１４…送風ダクト
１５…ディフューザ１５Ａ…スリット
１５Ｂ…傾斜羽根
２０…外装壁２０Ａ…貫通孔
２１…燃焼室
２２…排気室２３Ａ…金属面
２３…区画壁
２４…密閉チャンバー
２５…熱交換パイプ２５Ａ…金属面
２６…煙突
２７…流入口
２８…排出口

Claims

燃料の供給器(1)と、この供給器(1)から供給される燃料を燃焼させる燃焼室(21)と、この燃焼室(21)で燃焼される火炎の熱エネルギーを吸収する熱交換器(3)とを備え、熱交換器(3)で吸収される熱エネルギーで空気又は液体を加熱するようにしてなる加温装置であって、
前記供給器(1)から供給されて燃焼室(21)で燃焼される燃料に空気を供給する空気供給筒(11)を設けて、この空気供給筒(11)の内側に燃料を供給して燃焼させる構造としており、
この空気供給筒(11)の表面に、５μｍないし２０μｍの波長領域における遠赤外線の分光放射率を０．９以上とする遠赤外線放射セラミック(6)と、火炎と燃焼室(21)の赤外線を吸収して遠赤外線放射セラミック(6)を励起するボディーカラーを黒色とする赤外線吸収粉末(7)とを接触状態で混合又は積層してなる赤外線層(5)を設けており、
赤外線層(5)の遠赤外線放射セラミック(6)と赤外線吸収粉末(7)とは赤外線の放射特性が異なり、赤外線吸収粉末(7)で吸収したエネルギーでもって遠赤外線放射セラミック(6)を励起して、励起された遠赤外線放射セラミック(6)が５μｍないし２０μｍの波長領域の遠赤外線を空気と火炎に放射するようにしてなる加温装置。
燃料の供給器(1)と、この供給器(1)から供給される燃料を燃焼させる燃焼室(21)と、この燃焼室(21)で燃焼される火炎の熱エネルギーを吸収する熱交換器(3)とを備え、熱交換器(3)で吸収される熱エネルギーで空気又は液体を加熱するようにしてなる加温装置であって、
前記供給器(1)から供給されて燃焼室(21)で燃焼される燃料に空気を供給する空気供給筒(11)を設けて、この空気供給筒(11)の内側に燃料を供給して燃焼させる構造としており、
この空気供給筒(11)の内面に、５μｍないし２０μｍの波長領域における遠赤外線の分光放射率を０．９以上とする遠赤外線放射セラミック(6)からなる赤外線層(5)を設けて、
空気供給筒(11)の外側面には、火炎と燃焼室(21)の赤外線を吸収して空気供給筒(11)を加熱することで遠赤外線放射セラミック(6)を励起する赤外線吸収粉末(7)からなる赤外線層(5)を設けており、
赤外線層(5)の遠赤外線放射セラミック(6)と赤外線吸収粉末(7)とは赤外線の放射特性が異なり、赤外線吸収粉末(7)で吸収した熱エネルギーで空気供給筒(11)を加熱して遠赤外線放射セラミック(6)を励起し、励起された遠赤外線放射セラミック(6)が５μｍないし２０μｍの波長領域の遠赤外線を空気と火炎に放射するようにしてなる加温装置。
前記燃料の供給器(1)が、液体又は気体燃料を燃焼室(21)に供給するバーナー(8)で、このバーナー(8)が燃料を噴射するノズル(10)の周囲に空気供給筒(11)を設けている請求項１または２に記載される加温装置。
前記空気供給筒(11)が、燃焼室(21)又はバーナー(8)に固定されてなる請求項１ないし３のいずれかに記載される加温装置。
前記空気供給筒(11)の先端部に、前記燃焼室(21)で燃焼される燃料に供給する空気を回転させながら供給するディフューザ(15)を配置しており、このディフューザ(15)の表面に前記赤外線層(5)を設けている請求項１ないし４のいずれかに記載される加温装置。
前記ディフューザ(15)の前面と背面とに赤外線層(5)を設けている請求項５に記載される加温装置。
前記燃焼室(21)で燃焼される火炎の熱エネルギーで農業用ハウスの空気を加温する請求項１ないし６のいずれかに記載される加温装置。
前記熱交換器(3)が、燃焼ガスを内部に通過させる熱交換パイプ(25)を有し、この熱交換パイプ(25)の内面に赤外線層(5)を設けてなることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載される加温装置。
前記赤外線吸収粉末(7)が、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、木炭粉末の何れかを含む請求項１ないし８のいずれかに記載される加温装置。