JPH0151727B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明はラジアントチユーブに関し、更に詳
細には、燃焼時における輻射熱の発生を促進して
発熱面からの熱放射を増大させ、併せて熱効率の
向上による省エネルギーを図り得るラジアントチ
ユーブに関するものである。

従来技術とその解決課題 環状体の内部に燃焼ガスを通過させ、該管状体
の外周面から熱放射を行なうラジアントチユーブ
は、工業用炉その他暖房装置等の各種用途向け加
熱源として好適に使用されている。ところで従来
のラジアントチユーブは、高温の燃焼ガスを管体
内部に通過させて管壁を対流熱伝達により加熱
し、該管壁から熱を放射させるものである。この
ため高温の燃焼ガスは、管体内壁に短時間接触し
ただけで排気される。しかるにその排ガスは、未
だ比較的高温（約850℃）の熱エネルギーを保持
しているのでその熱利用効率は著しく低く、現今
の省エネルギーの傾向に対し大きなネツクとなつ
ている。

発明の目的 本発明は、このような従来技術に内在している
前記欠点に鑑み、これを好適に解決するべく案出
されたものであつて、ラジアントチユーブの燃焼
時における輻射熱の発発生を促進して熱放射を増
大させ、併せて熱効率を大きく向上させて省エネ
ルギーを図ることを目的とする。

課題を解決するための手段 前記課題を克服し、所期の目的を達成するため
本発明に係るラジアントチユーブは、石英やセラ
ミツクス等の熱透過性および耐熱性に優れた材料
を材質とし、半径方向外方へ熱を放射する管状発
熱面として機能する放射管と、 通気性固体を材質とし、前記放射管の内側に燃
焼室として機能する環状空間を保持して同軸的に
内挿される輻射筒と、 この輻射筒の内側に、２次燃焼室および空気予
熱用の熱交換室として機能する環状空間を保持し
て同軸的に内挿される耐熱金属を材質とする空気
供給用ヘツダーと、 この空気供給用ヘツダーの内側に、燃焼用空気
の流路として機能する環状空間を保持して同軸的
に内挿される耐熱金属を材質とする燃料供給用ヘ
ツダーと、 前記空気供給用ヘツダーの外周壁部から半径方
向に突出し、前記輻射筒を貫通してその筒外周壁
に開口する適宜数の枝管と、 前記燃料供給用ヘツダーの外周壁部から半径方
向に突出し、空気供給用ヘツダーの枝管との間に
環状空隙を形成するよう同心的に内挿されて、前
記枝管の開口部と略同一位置で開口する適宜数の
枝管と、 この燃料供給用ヘツダーの枝管の先端開口部に
取付けられ、供給空気および燃料をを混合してこ
れを均一に拡散させるデイフユーザキヤツプとか
ら構成したことを特徴とする。

なお本発明では、輻射熱の発生を促進するため
に、所謂通気性固体からなる輻射筒を使用するの
で、この通気性固体の概略につき予め説明する。
通気性固体とは、金属、セラミツクス等の耐熱性
材料を網状、ハニカム状、繊維状、多孔質状に成
形して通気性を持たせた適宜厚さの固体を称する
ものであつて、これは細線または細粒が多数集合
して構成されたものと考えられ、その実質的な表
面積は極めて大きい。そして、固体の輻射射出能
力は気体よりも充分高いので、前記通気性固体に
燃焼ガスを通過させると、燃焼ガスの顕熱が表面
積の極めて大きい固体と接触して高効率の熱交換
が行なわれ、大量の固体輻射熱を発生する。すな
わち通気性固体は固体伝熱変換素子であつて、こ
れは燃焼ガスの下流で熱交換により熱を奪つて
も、上流側には殆んど影響がでない、という特性
を有する。

通気性固体Ｓの輻射熱射出状態につき、第１図
に示す模式図により説明すると、通気性固体Ｓは
燃焼ガスＧの流通方向に厚さＸを有するため、燃
焼ガスＧが固体Ｓを通過するとその層内で対流熱
伝達が行なわれ、曲線Ｃで示す温度勾配を生じ
る。そして各層x₁…x₅において、燃焼ガスの顕熱
は固体輻射熱y₁…y₅，z₁…z₅に変換され、夫々燃
焼ガスＧの上流側（Ｙ）および下流側（Ｚ）に向
かうが、その固体輻射熱の内y₄，y₅およびz₁，z₂
は通気性固体Ｓの前後方向の厚みに応じて遮蔽さ
れて減衰し、その結果大部分の輻射熱Ｒが燃焼ガ
スＧの上流側（Ｙ）に射出される。

実施例 次に、本発明に係るラジアントチユーブにつ
き、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しな
がら以下説明する。第２図は、実施例に係るラジ
アントチユーブの内部構造を一部破断して示す概
略斜視図、第３図はこのラジアントチユーブの横
断面図である。図示のラジアントチユーブは、４
つの円筒を同心的に配置した四重管構造からな
り、第３図に示す如く、最外側の放射管１０、そ
の内側の輻射筒１２、更にその内側の空気供給用
ヘツダー１４および最内側の燃料供給用ヘツダー
１６から基本的に構成されている。放射管１０
は、第４図に示すように、ラジアントチユーブ本
体の外装（シース）を構成するものであつて、石
英その他セラミツクスのように熱透過性および耐
熱性に優れた材料を材質とし、半径方向外方への
熱放射を行なう管状発熱面として機能する。

前記放射管１０の内側に配置される輻射筒１２
は、前記通気性固体に所定の厚みをもたせ、かつ
これを円筒形に成形したものであつて、例えば、
線径0.6mmで16メツシユのステンレス金網を４枚
積層して筒状成形したものが使用されている。こ
の場合、放射管１０の内側と輻射筒１２の外側と
の間には、第３図に示す如く、充分の大きさの環
状空間が形成されるよう、放射管１０および輻射
筒１２の管径は予め適宜寸法に設定され、この環
状空間が後述するように燃焼室８として作用す
る。なお、放射管１０の内部において前記輻射筒
１２が一定の環状空間（燃焼室１８）を長手方向
に保持して配設されるようにするため、実施例で
は第４図に示す如く、環状の熱シール部材２０を
放射管内壁と輻射筒外壁との間に介在させるよう
にしてある。

空気供給用ヘツダー１４および燃料供給用ヘツ
ダー１６は、何れも耐熱特性に優れた金属を材質
とする管体であつて、第２図および第３図に示す
ように、夫々その半径方向外側に位置する管体に
対し所定の環状空間を保持するよう配設されてい
る。すなわち、輻射筒１２と空気供給用ヘツダー
１４との間には環状空間２２が形成され、これは
後述するように２次燃焼室および空気予熱用の熱
交換室として機能する。また、空気供給用ヘツダ
ー１４と燃料供給用ヘツダー１６との間に形成さ
れる環状空間２２４は、燃焼用空気の流路として
使用される。

輻射筒１２の外周面には、後述するように高温
の燃焼フレームが均一に拡散され、この筒面に沿
つて燃焼帯域が形成されるようになつている。こ
のように燃焼ガスを輻射筒１２の外周に供給する
と共に、均一拡散する手段として、空気供給用ヘ
ツダー１４および燃料供給用ヘツダー１６から
夫々分岐させた枝管２６，２８並びにデイフユー
ザキヤツプ３０が使用される。すなわち、第２図
に明瞭に示す如く、空気供給用ヘツダー１４の外
周壁部からは、半径方向に適宜数の枝管２６が連
通的に突出し、この枝管２６は前記輻射筒１２を
貫通して該輻射筒外周壁部に開口している。これ
ら枝管２６の配設本数は、具体的な設計条件によ
つて最適数に決定されるが、本実施例では同一円
周上で半径方向外方に90゜の位相角をもつて４本
突出するよう配設されている。このように４本で
一つのグループをなす枝管群が、空気供給用ヘツ
ダー１４の長手方向に所定間隔で、かつ前者のグ
ループの枝管群に対し後者のグループの枝管群が
45゜の位相角をなすよう順次配設され、全体とし
て千鳥状の配列となつている（第２図および第４
図参照）。従つて、空気供給用ヘツダー１４は、
輻射筒１２の外周に前記枝管２６を介して連通開
口していることになる。

更に、燃料供給用ヘツダー１６の外周壁部から
も、半径方向に適宜数の枝管２８が連通的に突出
し、この枝管２８は第３図に示す如く、前記枝管
２６の内側に同心的に挿通配置されている。すな
わち、この枝管２８は前記枝管２６に同心的に挿
通される関係上、先の枝管２６と同様に、本実施
例では燃料供給用ヘツダー１６の同一円周上で半
径方向外方に90゜の位相角をもつて４本突出配設
され、このように４本で１つのグループをなす枝
管群が、長手方向に所定間隔で、かつ前者のグル
ープの枝管群に対し後者のグループの枝管群が
45゜の位相角をなすよう順次配設される。

この枝管２８の先端開口部は、同心的に位置す
る前記枝管２６の開口部（これは先に述べたよう
に輻射筒１２の外周壁部に開口している）と略同
一レベルにあり、枝管２６の内周面と枝管２８の
外周面との間には環状空隙３２が画成されている
（第３図および第４図参照）。従つて、後述するよ
うに空気供給用ヘツダー１４からの空気は前記環
状空隙３２を介して、また燃料供給用ヘツダー１
６からの燃料（気体または液体）は枝管２８を介
して、夫々輻射筒１２の外周壁部に供給される。

次に、前記枝管２８の先端開口部には、供給空
気および燃料を混合させると共に均一に拡散させ
るためのデイフユーザキヤツプ３０が取付けられ
ている。このデイフユーザキヤツプ３０の一例
を、第５図および第６図に示す。図示のデイフユ
ーザキヤツプ３０は、枝管２８の先端開口のタツ
プ部にねじ込まれる雄ねじ軸部３４と、該軸部３
４の先端に一体的に設けた笠状頭部３６とから基
本的に構成され、前記雄ねじ軸部３４の外周に軸
方向の長溝３８が所定数（本実施例では４本）穿
設されている。従つて第５図に示す如く、枝管２
８の先端にデイフユーザキヤツプ３０をねじ込め
ば、枝管２８を圧送されてくる燃料は、前記長溝
３８を介して外方へ送出され、笠状頭部３６の笠
面に衝突して半径方向外方へ均一拡散される。ま
た、第３図および第４図に示すように、空気供給
用ヘツダー１４から分岐した枝管２６を介して供
給される空気も、デイフユーザキヤツプ３０の笠
面に衝突し、前記燃料と混合しつつ半径方向に均
一拡散される。なお、夫々の枝管２６中に螺旋羽
根４０を介挿しておけば、各枝管２６中に供給さ
れる空気がこの螺旋羽根４０で旋回されて流体運
動が生起され、これによりデイフユーザキヤツプ
３０への衝突時に燃料との混合が促進されて一層
好適である。

更に、放熱管１０、輻射筒１２、空気供給用ヘ
ツダー１４および燃料供給用ヘツダー１６の各管
端末は、第４図に示すように夫々閉塞処理されて
いる。この第４図は、本発明に係るラジアントチ
ユーブを、例えばローラハース炉のような工業用
炉の熱源として使用した場合を示し、輻射筒１２
の一方の端末は耐火物製のヘツド４２によりり閉
塞され、他方の端末も盲板４３により閉塞されて
いる。また符号４６は炉壁、４８は点火電極を示
し、放熱管１０の外部空間は炉室となつている。

実施例の作用 次に、このように構成した実施例に係るラジア
ントチユーブの使用の実際につき説明する。先
ず、燃料供給源から燃料を燃料供給用ヘツダー１
６に圧力供給し、また空気供給用ヘツダー１４に
空気を同じく圧力供給する。この圧力供給される
燃料としては、都市ガス、プロパンガス
（LPG）、コークス炉ガスの如き可燃性気体や、
特Ａ重油のような可燃性液体が好適に使用され
る。空気供給用ヘツダー１４中を圧力供給される
空気は、このヘツダーから連通分岐する各枝管２
６に到り、この枝管中に配設した螺旋羽根４０を
通過する際に旋回流となつて、前記デイフユーザ
キヤツプ３０のの笠部に衝突する。また、燃料供
給用ヘツダー１６中を圧力供給される燃料は、該
ヘツダーから連通分岐される各枝管２８を介して
開口部から噴出し、デイフユーザキヤツプ３０の
笠部に衝突する。そして、この衝突帯域において
燃料と空気は混合され、かつデイフユーザキヤツ
プ３０の作用下に半径方向に拡散されて輻射筒１
２の外周壁部に沿つて均一に拡がる。

このようにして混気燃料が、放射管１０の内周
壁と輻射筒１２の外周壁との間に形成される燃焼
室１８中で充分拡散した時点で、前記電極４８に
通電すれば、混気燃料に点火されて燃焼が開始さ
れる。これにより燃焼室１８中に高温の燃焼ガス
が得られ、この燃焼フレームは、対流熱伝達によ
つて放射管１０に管壁を加熱して半径方向に熱放
射を行なう。更に高温の燃焼ガスは、通気性固体
からなる輻射筒１２を通過して、輻射筒１２の内
周壁と空気供給用ヘツダー１４の外周壁との間に
形成される前記環状空間２２に到る。そして、燃
焼ガスが輻射筒１２を通過する際に、先に説明し
たように燃焼ガスの顕熱が表面積の極めて大きい
通気性固体と接触することにより、高効率の熱交
換が行なわれ、前記輻射筒１２は大量の輻射熱を
射出する。しかも、第１図に模式図で理論説明し
た如く、大量の輻射熱の大部分は燃焼ガスの上流
側、すなわち燃焼室１８側に射出されるので、放
射管１０の発熱面からは追加的に前記輻射熱が放
射されることになり、極めて高い熱効率が達成さ
れる。

また、輻射筒１２を通過後の燃焼ガスは温度低
下を当然伴うが、それでも相当量の熱エネルギー
は有している。従つて、燃焼ガスが前記環状空間
２２に充満し、最終的に排気筒４４から排出され
る過程において、空気供給用ヘツダー１４は加熱
され、これによつて該ヘツダー中を送給される空
気は充分予熱されて燃焼室１８へ供給されるの
で、燃焼効率の向上に寄与することができる。す
なわち環状空間２２は、２次燃焼室および熱交換
室として機能する。

発明の効果 以上詳細に説明したように、本発明に係るラジ
アントチユーブでは、放射管の内部に通気性固体
からなる輻射筒を挿通配置し、燃焼ガスを前記輻
射筒の外周面に沿つて燃焼させると共に燃焼ガス
を輻射筒に通過させ、その顕熱を大量の固体輻射
熱に変換し、燃焼ガスの対流熱伝達と前記促進さ
れた輻射熱伝達との相乗作用により放射管からの
熱放射を増大させるよう構成したので、熱効率の
著しい向上およびこれに伴う省エネルギーを図る
ことができる。また、燃焼室に供給される空気
（または燃料乃至混気燃料）の予熱を同時に行な
い得るため、一層燃焼効率は改善される。

本発明に係るラジアントチユーブは、燃焼ガス
を密閉した管中で燃焼させるクローズドタイプの
ため、燃焼ガス接触による化学反応等の雰囲気汚
染を嫌う装置や、防爆処理の要求される加熱装置
等への発熱体として好適に使用される。また、塗
装焼付炉や加熱炉、熱処理炉等の工業用炉や、暖
房器その他温室向の温風発生装置等にも広く使用
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は通気性固体の輻射熱射出状態を示す模
式図、第２図は実施例に係るラジアントチユーブ
の内部構造を一部破断して示す概略斜視図、第３
図は実施例に係るラジアントチユーブの横断面
図、第４図は実施例のラジアントチユーブを炉体
に装着した状態での縦断面図、第５図は実施例に
使用するデイフユーザキヤツプを枝管開口部にね
じ込んだ状態での一部縦断面図、第６図は第５図
に示すデイフユーザキヤツプの底面図である。 １０……放射管、１２……輻射筒、１４……空
気供給用ヘツダー、１６……燃料供給用ヘツダ
ー、１８……燃焼室、２２，２４……環状空間、
２６，２８……枝管、３０……デイフユーザキヤ
ツプ、３２……環状空隙。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 石英やセラミツクス等の熱透過性および耐熱
   性に優れた材料を材質とし、半径方向外方へ熱を
   放射する管状発熱面として機能する放射管１０
   と、 通気性固体を材質とし、前記放射管１０の内側
   に燃焼室１８として機能する環状空間を保持して
   同軸的に内挿される輻射筒１２と、 この輻射筒１２の内側に、２次燃焼室および空
   気予熱用の熱交換室として機能する環状空間２２
   を保持して同軸的に内挿される耐熱金属を材質と
   する空気供給用ヘツダー１４と、 この空気供給用ヘツダー１４の内側に、燃焼用
   空気の流路として機能する環状空間２４を保持し
   て同軸的に内挿される耐熱金属を材質とする燃料
   供給用ヘツダー１６と、 前記空気供給用ヘツダー１４の外周壁部から半
   径方向に突出し、前記輻射筒１２を貫通してその
   筒外周壁に開口する適宜数の枝管２６と、 前記燃料供給用ヘツダー１６の外周壁部から半
   径方向に突出し、空気供給用ヘツダー１４の枝管
   ２６との間に環状空隙３２を形成するよう同心的
   に内挿されて、前記枝管２６の開口部と略同一位
   置で開口する適宜数の枝管２８と、 この燃料供給用ヘツダー１６の枝管２８の先端
   開口部に取付けられ、供給空気および燃料を混合
   してこれを均一に拡散させるデイフユーザキヤツ
   プ３０と、 から構成したことを特徴とするラジアントチユー
   ブ。