JPH0157243B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、輻射促進加熱装置に関するもので
あつて、一層詳細には、燃料ガス等の燃焼時にお
ける輻射熱の発生を促進して、被加熱物に対する
加熱効率を向上させることのできる、殊に面発熱
体としての塗装の焼付乾燥用の乾燥炉等の各種工
業用の加熱装置に関するものである。

従来技術 パネル状の面発熱体としては、例えばセラミツ
クスプレートに耐熱金網を張設し、このセラミツ
クスプレートを燃焼ガスにより加熱して多量の赤
外線を放射するようにしたガス赤外線シユバンク
バーナが存在し、赤外線乾燥炉等の発熱源として
工業用用途に広く使用されている。このシユバン
クバーナは、従来の赤外線ランプに比べて熱量が
高く、ガスのエネルギーをそのまま赤外線エネル
ギーに置換できる点で優れているが、燃焼ガスに
より前記セラミツクスプレートを加熱する際の熱
損失は避けられず、燃焼ガス中に含まれている顕
熱は有効に利用されることなく排ガスとして放出
される点において、熱効率上なお解決すべき点が
残されている。また被加熱物の性状によつては、
炉内雰囲気に燃焼ガスを直接接触させることのな
いよう、間接的に加熱するシールドタイプとする
仕様が要求されるが、従来のシユバンクバーナで
は、石英ガラス等の耐熱性熱透過板でバーナ加熱
帯域を遮蔽すると、熱効率が低下する欠点を有し
ている。

発明の目的 本発明は、ガス燃焼により赤外線輻射熱を発生
する従来の加熱装置が有している前記欠点に鑑み
案出されたものであつて、バーナが臨む燃焼室の
基板を固体伝熱変換素子として知られる通気性固
体からなる輻射板で構成し、該輻射板の通気層に
高温の燃焼ガスを通過させることにより、燃焼ガ
スが有している顕熱を固体輻射熱に変換して熱効
率を増大させ、併せてこの変換促進された固体輻
射熱を燃焼室に対向配置した耐熱性熱透過板に向
けて放射することにより、被加熱物を燃焼ガスと
非接触で加熱することを目的とする。

課題を解決するための手段 この目的を達成するため、本発明に係る輻射促
進加熱装置は、耐熱性の金属、セラミツクス等を
材料とする所要厚みの通気性固体からなる輻射板
と、この輻射板に対し略平行になるよう所定距離
離間して対向配置され、該輻射板との間の空間に
燃焼室を画成するパネル状の耐熱性熱透過板と、
燃焼ガスと燃焼用空気またはその混合流体の供給
口が前記燃焼室中に臨むようにして前記輻射板の
周縁に配設され、この燃焼室中で燃料ガスの燃焼
を行なう適宜数のバーナとからなり、前記燃焼室
中での燃焼時に生ずる排ガスを、前記輻射板の通
気層中に通過させて該燃焼排ガスの顕熱を大量の
固体輻射熱に変換し、これにより前記輻射熱を前
記耐熱性熱透過板に向けて放射させるよう構成し
たことを特徴とする。

また、同じくこの目的を達成するため本願の別
の発明に係る輻射促進加熱装置は、耐熱性の金
属、セラミツクス等を材料とする所要厚みの通気
性固体からなる輻射板と、この輻射板に対し略平
行になるよう所定距離離間して対向配置され、該
輻射板との間の空間に燃焼室を画成するパネル状
の耐熱性熱透過板と、燃料ガスと燃焼用空気また
はその混合流体の供給口が前記燃焼室中に臨むよ
うにして前記輻射板の周縁に配設され、この燃焼
室中で燃料ガスの燃焼を行なう適宜数のバーナ
と、燃料ガスおよび燃焼用空気またはその混合流
体を前記バーナに供給する配管系が配設される輻
射板の裏側帯域において、その燃焼排ガス出口部
に設けた耐熱性の金属、セラミツクス等を材料と
する所要厚みの通気性固体からなる熱回収板とか
らなり、前記燃焼室中での燃焼時に生ずる排ガス
を、前記輻射板の通気層中に通過させて該燃焼排
ガスの顕熱を大量の固体輻射熱に変換し、これに
より前記輻射熱を前記耐熱性熱透過板に向けて放
射させると共に、前記輻射板を通過して裏側帯域
に到来し、前記配管系中の流体を予熱した燃焼排
ガスの顕熱を、前記熱回収板で再度熱変換させて
輻射熱に変換し、この輻射熱を前記裏側帯域に向
けて放射させるよう構成したことを特徴とする。

なお、前記バーナに接続されかつ予熱される配
管系は、空気供給管だけである場合、燃料供給管
と空気供給管との２つの独立した管体である場合
及び燃料・空気混合供給管の単管である場合が
夫々想定される。

また、前記バーナに接続し、かつ前記輻射板の
燃焼ガス下流側（すなわち燃焼帯域の反対側）に
近接配置される配管系は、燃焼ガスとの接触面積
が極力大きくなるようにして熱交換効率を向上さ
せ得るように、渦巻状、角巻状、蛇行状等の形状
に形成するのが好ましい。

実施例 なお本発明では、輻射板の材質として固体伝熱
変換素子として知られる所謂通気性固体を使用す
るので、この通気性固体の概略について予め説明
しておく。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当な光学的
厚さの固体をいう。この通気性固体は、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も
のであるから、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われ、大量
の固体輻射熱を発生する。このような特性を有す
る固体伝熱変換素子を通気性固体と称する。な
お、この通気性固体は、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、という特性がある。前記通気性固体Ｓの輻
射熱射出状態について第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）及
び下流側（Ｚ）に向かうが、この固体輻射熱の内
y₄、y₅及び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。

次に、本発明に係る輻射促進加熱装置につき、
好適な実施例を挙げて添付図面を参照しながら以
下詳細に説明する。第２図は本発明に係る輻射促
進加熱装置の１部切欠斜視状態を示すものであつ
て、この実施例では加熱装置として赤外線乾燥炉
用の面発熱体を想定しているが、その他工業用の
パネルヒータとして種々の用途に好適に供し得る
ものである。

図面において、参照符号１０は面発熱体として
の加熱装置を示し、この加熱装置１０は基板を構
成する通気性固体からなる輻射板１２と、前記輻
射板１２の周縁に適宜配設されるバーナ１４と、
前記輻射板１２に対し所定距離離間して平行に配
設される耐熱性熱透過板１６とから基本的に構成
され、これらの各部材により囲繞される空間に燃
焼室１８が形成される。すなわち、図示の実施例
では、通気性固体を矩形状に裁断してなる輻射板
１２を基板とし、この基板１２の短手方向両側部
に１対の円筒状のバーナ１４，１４を対向的に配
設して、その燃料供給孔２０を前記輻射板１２上
面に指向させる。この場合、後述するように輻射
板１２の上面は燃焼室１８の底部を構成すること
になり、また前記１対のバーナ１４，１４は、該
燃焼室１８の対向側壁部を構成することになる。
なお、前記輻射板１２を構成する通気性固体とし
ては、例えば、厚み25mmの海綿状多孔質セラミツ
クスを採用し、これを矩形状の基板となるよう裁
断使用したところ、耐熱性も良好で好い性能が得
られた。また、前記バーナ１４は、輻射板１２の
表面に燃焼ガスが広汎かつ均一に分布するよう該
バーナ管体の長手方向に沿つて、適宜形状の燃料
供給孔２０が穿設されるものとする。

前記バーナ１４は、燃料ガス及び燃焼用空気を
供給するに際し、これらの成分を予め混合して
（プレミツクス）供給する型式と、燃焼室１８に
向けて噴射する際に混合供給する（ポストミツク
ス）型式とに分かれ、具体的な設計仕様に応じて
適宜の型式が選択される。例えば、第２図に示す
実施例では、プレミツクス型のバーナ１４を採用
し、燃料ガスａ（例えば、都市ガス、天然ガス、
炉頂廃ガス等の可熱性ガス）及び燃焼用空気ｂ
を、夫々燃料供給管２２及び空気供給管２４を介
して別々に強制供給し、ミキサ２６中で所定の比
率に混合した後、この混気燃料を混合燃料供給管
２８を介して前記バーナ１４に供給する構成とな
つている。なお、図中参照符号３０は各供給管に
介装される流量制御弁を示す。

前記基板をなす輻射板１２の上方には、殊に第
３図に示すように、該輻射板１２に対し所定間隔
で向い合うよう耐熱性の熱透過板１６が配設され
る。すなわち、この耐熱性熱透過板１６は、例え
ば石英ガラスや雲母板のような耐熱性及び熱透過
性に優れた材料を材質とし、図示の如く燃焼室の
短手方向両側壁部を構成するバーナ１４，１４の
頂部に配設固定されて、燃焼室１８の天井部を画
成している。なお、後述するようにこの耐熱性熱
透過板１６が熱放射面となり、この熱透過板１６
の外方に被加熱物が位置することになる。

このように、通気性固体からなる輻射板１２の
基板、対向配置された１対のバーナ１４，１４及
び前記石英ガラス等からなる耐熱性熱透過板１６
により囲繞した空間を燃焼ガスの燃焼帯域とし
て、これを燃焼室１８とする。図示の実施例の場
合、燃焼室１８の長手方向両端部は耐熱性金属板
３２，３２で全面的に掩蔽し、これによつて燃焼
室１８を密閉空間として画成する（但し、基板と
なる輻射板１２自体は、その固有の属性として通
気性を有しているので、燃焼ガスの移動も許さな
い厳密な意味での密閉空間という訳ではない）。
なお、このように耐熱性金属板３２で燃焼室１８
の長手方向側部を捲蔽することに代えて、前記バ
ーナ１４を更に対向的に配設し、該燃焼室１８の
側部全周をバーナ１４で構成するようにしてもよ
いこと勿論であり、従つて金属板３２の使用は、
本発明の構成を何等限定するものでないと諒解す
べきである。更に、熱損失の防止及び安全性確保
の見地から、前記バーナ１４，１４及び耐熱性金
属板３２，３２の外側は、セラミツクフアイバー
やアスベストのような断熱効率の良好な断熱材３
４で被覆される。

本明細書では、後述するように燃焼室１８中で
の燃焼ガスが通気性固体からなる輻射板１２を通
過することにより輻射熱の発生を促進するもので
あるので、燃焼ガスの流れ方向に着目して、輻射
板１２の表側（すなわち燃焼室１８側）を上流と
し、輻射板１２の裏側を下流と称する。そして、
前記輻射板１２の裏側（すなわち燃焼ガスの下
流）に、燃焼排ガスを全面回収するためのフード
３６を配設し、このフード３６に排気筒３８を接
続する。なお、このフード３６及び排気筒３８を
配設することは本発明の必須の要件でないこと勿
論であるが、例えば乾燥炉中にこの加熱装置１０
を配設する際に、炉内雰囲気への燃焼ガスの接触
が禁じられる場合は、その配設が必要的となる。
また排気筒３８には排気フアン（図示せず）を設
けて、燃焼排ガスを強制的に掃引するようにすれ
ば、フード３６内の負圧を高めることができ、一
層好適である。

第４図は、本発明に係る加熱装置１０におい
て、バーナをポストミツクス型にした実施例を示
す。すなわち、管体１４ａは燃料ガス供給部であ
つて、燃料ガス供給管２２に接続され、また管体
１４ｂは燃焼用空気供給部であつて、燃焼用空気
供給管２４に接続され、これら管体１４ａ及び１
４ｂが全体としてバーナの機能を果たしている。
この場合、燃料ガス及び空気の供給割合は、各供
給管に設けた制御弁３０により適宜調整される。

また、本発明に使用される輻射板１２及び耐熱
性熱透過板１６は、夫々熱交換面積及び熱放射面
積を増大させるために、第５図に示すように波形
に形成したり、その他凹凸等適宜形状の起伏を付
与しておくのが好ましい。

次に、第６図は本願の別の発明に係る実施例の
概略を示す。この発明は、燃焼室１８中で燃焼し
かつ輻射板１２を経て熱交換を行つた後の燃焼排
ガスに、なお相当の熱エネルギーが含まれている
ことに着目して、該熱エネルギーの再利用により
燃料ガス及び燃焼用空気を予熱して燃焼効率を更
に向上させるためのものである。すなわち、本発
明は第２図に示す加熱装置と基本的構成を全く同
じとし、輻射板１２の裏側（燃焼ガスの下流側）
において燃料ガス供給管及び燃焼用空気供給管を
配設し、燃焼排ガスとの接触により管体中の流体
（例えば、燃料ガス、空気）との熱交換を行うよ
うにしたものである。第６図に示す実施例は、ポ
ストミツクス型のバーナを使用し、第４図に関連
して説明した各管体１４ａ，１４ｂが同心的に挿
通配置されている。先ず、燃料ガス供給用のバー
ナ管体１４ａは、燃料ガス供給管２２に接続さ
れ、この燃料ガス供給管２２は、前記輻射板１２
の裏側下方において蛇行配置された後、装置外方
へ導出され、図示しない燃料ガス供給源に接続さ
れる。また、燃焼空気供給用バーナ管体１４ｂ
（前記管体１４ａの外側に同心配置されている）
には燃焼用空気供給管２４が接続され、この燃焼
用空気供給管２４も輻射板１２の裏側下方におい
て蛇行配置され、図示しない送気フアンを介して
外部空気導入部に接続開口している。なお、輻射
板１２の燃焼ガス下流側に近接配置される前記各
配管系は、蛇行形状とする以外に、燃焼排ガスと
の接触面積が充分大きくなるよう、例えば渦巻状
や角巻状に形成してもよいこと勿論である。

この第６図に示す実施例の場合も、熱逃出を防
ぎまた安全を確保するために、輻射板１２の下流
側に前記断熱材３４を延設し、これによつて各配
管系２２，２４の配設帯域４０を密閉空間として
画成するのが好ましい。また断熱材３４の外面に
は、必要に応じて鉄板等の外殻４２が被覆され
る。なお、前述したように燃焼排ガスは、輻射板
１２及び各管体２２，２４と接触して熱交換を繰
り返すことにより熱エネルギーは失われて行く
が、前記配管系配設帯域４０から出る部分では、
なお有効利用可能な熱エネルギーを有している。
そこで、配管系配設帯域４０の燃焼排ガス出口部
に、通気性固体からなる熱回収板４４を配設して
おけば、一層好適である。この場合、熱回収板４
４の外方に、前記フード３６及び排気管３８を取
付けるよう構成しておくのが好ましい。

実施例の作用 次に、このように構成した本発明に係る輻射促
進加熱装置の使用態様につき、第２図に示す実施
例に関連して以下説明する。燃料ガス供給管２２
及び空気供給管２４を介して、夫々燃料ガス及び
空気を強制的にミキサ２６に供給し、該ミキサ２
６で適当な比率に混合した後、この混合燃料ガス
をバーナ１４，１４の孔部２０から噴出させ点火
する。燃料噴出孔部２０は前記輻射板１２の上方
に指向しているから点火された燃料は燃焼室１８
内で輻射板１２上に面状に拡散して燃焼し、高温
の燃焼ガスが得られる。この燃焼ガスは耐熱性熱
透過板１６を介して輻射熱を放射し、該熱透過板
１６の前方に位置する被加熱物（図示せず）を加
熱する。また、燃料ガスは燃焼室１８中に強制的
に供給されるため燃焼室１８内は正圧に保持さ
れ、また輻射板１２の裏側は負圧に保持されるの
で、燃焼ガスは通気性固体からなる輻射板１２の
通気層を通過してフード３６に回収され、ここで
排気管３８により外部へ排出される。そして、前
記燃焼ガスが輻射板１２を通過する際に、先に説
明したように燃焼ガスに含まれている顕熱が表面
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われ、前記輻射板１２は大
量の輻射熱を射出する。しかも、第１図の模式図
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、耐熱性熱透過板１６の前方にこの射出促
進された大量の輻射熱が得られることになり、従
つて被加熱物の加熱効率が著しく向上する。な
お、本実施例の構成によれば、燃焼ガスは加熱装
置の外部雰囲気と非接触で間接的に加熱すること
ができるので、燃焼ガス中の成分との接触反応を
嫌う被加熱物の加熱にも、好適に使用し得るもの
である。

次に、第６図に示す別の発明では、先に説明し
たと同じ加熱効率の増大を図ることができると共
に、燃焼ガスの熱エネルギーの有効利用を併せて
達成し得る。すなわち、前述したように輻射板１
２を通過して熱交換を行つた後の燃焼ガスは、当
然温度低下を伴うが、なお相当の熱エネルギーを
有しており、また第１図から判明するように輻射
板１２の下流側にも輻射熱は射出されるものであ
るから、前記配管系２２，２４の配設帯域４０は
かなりの高温環境となる。従つて、前記帯域４０
内に配設される各配管２２，２４中を送給される
燃料ガス及び空気は、充分予熱された後バーナ１
４に供給され、熱エネルギーの有効利用を図るこ
とができる。更に、前記帯域４０の燃焼排ガス出
口に通気性固体からなる熱回収板４４を配設した
場合は、この燃焼排ガスに含まれている顕熱をこ
の熱回収板４４で熱交換させて輻射熱に変換し、
これを上流側、すなわち帯域４０に向けて放射す
ることにより、前記予熱効率の向上を達成し得
る。

発明の効果 以上詳細に説明したように、本発明によれば、
通気性固体からなる輻射板に燃焼ガスを通過させ
て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
相乗作用により被加熱物を有効に加熱するよう構
成したので、熱効率の著しい向上を図ることがで
きる。また燃焼帯域に供給される空気及び燃料の
予熱を図ることにより、燃料の燃焼効率も改善さ
れる。

なお、本発明に係る輻射促進加熱装置は、塗装
の焼付乾燥用の乾燥炉その他各種工業用の面状発
熱体として、従来のシユバンクバーナが使用され
ている分野に広く応用可能である。

以上本発明に係る輻射促進加熱装置につき、好
適な実施例を掲げて説明したが、本発明はこの実
施例に限定されるものではなく、各種の工業用発
熱源として好適に使用され、発明の精神の範囲内
で種々の改良・変更をなし得るものである。

【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図は本発明に係る装置の概略構成を示
す１部切欠斜視図、第３図は第２図の−線断
面図、第４図はポストミツクス型バーナを使用し
た場合の別の実施例の概略斜視図、第５図は輻射
板及び耐熱性熱透過板に波形の起伏を設けた状態
を示す縦断面図、第６図は本願の別の発明の概略
構成斜視図である。 １２……輻射板、１４……バーナ、１６……熱
透過板、１８……燃焼室、２２……燃料ガス供給
管、２４……空気供給管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 耐熱性の金属、セラミツクス等を材料とする
   所要厚みの通気性固体からなる輻射板１２と、 この輻射板１２に対し略平行になるよう所定距
   離離間して対向配置され、該輻射板１２との間の
   空間に燃焼室１８を画成するパネル状の耐熱性熱
   透過板１６と、 燃料ガスと燃焼用空気またはその混合流体の供
   給口が前記燃焼室１８中に臨むようにして前記輻
   射板１２の周縁に配設され、この燃焼室１８中で
   燃料ガスの燃焼を行なう適宜数のバーナ１４とか
   らなり、 前記燃焼室１８中での燃焼時に生ずる排ガス
   を、前記輻射板１２の通気層中に通過させて該燃
   焼排ガスの顕熱を大量の固体輻射熱に変換し、こ
   れにより前記輻射熱を前記耐熱性熱透過板１６に
   向けて放射させるよう構成した ことを特徴とする輻射促進加熱装置。 ２ 耐熱性の金属、セラミツクス等を材料とする
   所要厚みの通気性固体からなる輻射板１２と、 この輻射板１２に対し略平行になるよう所定距
   離離間して対向配置され、該輻射板１２との間の
   空間に燃焼室１８を画成するパネル状の耐熱性熱
   透過板１６と、 燃料ガスと燃焼用空気またはその混合流体の供
   給口が前記燃焼室１８中に臨むようにして前記輻
   射板１２の周縁に配設され、この燃焼室１８中で
   燃料ガスの燃焼を行なう適宜数のバーナ１４と、 燃料ガスおよび燃焼用空気またはその混合流体
   を前記バーナ１４に供給する配管系２２，２４，
   ２８が配設される輻射板１２の裏側帯域４０にお
   いて、その燃焼排ガス出口部に設けた耐熱性の金
   属、セラミツクス等を材料とする所要厚みの通気
   性固体からなる熱回収板４４とからなり、 前記燃焼室１８中での燃焼時に生ずる排ガス
   を、前記輻射板１２の通気層中に通過させて該燃
   焼排ガスの顕熱を大量の固体輻射熱に変換し、こ
   れにより前記輻射熱を前記耐熱性熱透過板１６に
   向けて放射させると共に、 前記輻射板１２を通過して裏側帯域４０に到来
   し、前記配管系２２，２４，２８中の流体を予熱
   した燃焼排ガスの顕熱を、前記熱回収板４４で再
   度熱変換させて輻射熱に変換し、この輻射熱を前
   記裏側帯域４０に向けて放射させるよう構成した ことを特徴とする輻射促進加熱装置。