JPH0259363B2 - - Google Patents
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- JPH0259363B2 JPH0259363B2 JP57160455A JP16045582A JPH0259363B2 JP H0259363 B2 JPH0259363 B2 JP H0259363B2 JP 57160455 A JP57160455 A JP 57160455A JP 16045582 A JP16045582 A JP 16045582A JP H0259363 B2 JPH0259363 B2 JP H0259363B2
- Authority
- JP
- Japan
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- combustion
- heat transfer
- gas
- block
- solid
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C99/00—Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
- F23C99/006—Flameless combustion stabilised within a bed of porous heat-resistant material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C99/00—Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Gas Burners (AREA)
- Air Supply (AREA)
- Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)
- Details Of Fluid Heaters (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
この発明は熱交換装置に関し、一層詳細には、
燃焼ゾーンと伝熱ゾーンとの一体化を図ることに
より極めてコンパクトな装置構成を実現し、また
該燃焼伝熱ゾーンに供給される混気燃料の均一な
燃焼を行なつて、窒素酸化物（NOx）や、一酸
化炭素（CO）等の発生および未燃物の発生を抑
制して大気汚染を有効に阻止し得る、熱伝達効率
に優れた熱交換装置に関するものである。
燃焼ゾーンと伝熱ゾーンとの一体化を図ることに
より極めてコンパクトな装置構成を実現し、また
該燃焼伝熱ゾーンに供給される混気燃料の均一な
燃焼を行なつて、窒素酸化物（NOx）や、一酸
化炭素（CO）等の発生および未燃物の発生を抑
制して大気汚染を有効に阻止し得る、熱伝達効率
に優れた熱交換装置に関するものである。
従来技術
伝熱管中で水を循環させ、この伝熱管を外部よ
り加熱して給湯を行なう湯沸器その他の蒸気ボイ
ラは、伝熱部において熱交換を行なう一種の熱交
換装置である。その加熱源としては、燃料燃焼ガ
スが一般に多用されるが、この場合燃焼室中で燃
焼反応が進行している火炎に、水が循環している
冷たい伝熱管を直接接触させると、直ちに不完全
燃焼を起して未燃炭化水素（UHC）を発生する。
従つてこの種の湯沸器や蒸気ボイラ等では、必ず
燃焼室とその上方に位置する伝熱室との空間が確
保され、熱伝熱室中に蛇管等の伝熱管が配設され
るようになつている。
り加熱して給湯を行なう湯沸器その他の蒸気ボイ
ラは、伝熱部において熱交換を行なう一種の熱交
換装置である。その加熱源としては、燃料燃焼ガ
スが一般に多用されるが、この場合燃焼室中で燃
焼反応が進行している火炎に、水が循環している
冷たい伝熱管を直接接触させると、直ちに不完全
燃焼を起して未燃炭化水素（UHC）を発生する。
従つてこの種の湯沸器や蒸気ボイラ等では、必ず
燃焼室とその上方に位置する伝熱室との空間が確
保され、熱伝熱室中に蛇管等の伝熱管が配設され
るようになつている。
すなわち、火炎を伴う燃焼反応を燃焼ゾーン中
で進行させ、該反応の終了した高温の燃焼ガスを
伝熱ゾーンに導いて、この燃焼ガスを伝熱管に接
触させることにより熱交換が行なわれる。このよ
うに燃焼空間は、燃焼反応が促進される燃焼ゾー
ンと、高温の燃焼ガスが通過して熱交換が行なわ
れる伝熱ゾーンとに区別されるため、従来の熱交
換装置では必然的に燃焼空間が大きくなり、従つ
て小型化には限界があつた。
で進行させ、該反応の終了した高温の燃焼ガスを
伝熱ゾーンに導いて、この燃焼ガスを伝熱管に接
触させることにより熱交換が行なわれる。このよ
うに燃焼空間は、燃焼反応が促進される燃焼ゾー
ンと、高温の燃焼ガスが通過して熱交換が行なわ
れる伝熱ゾーンとに区別されるため、従来の熱交
換装置では必然的に燃焼空間が大きくなり、従つ
て小型化には限界があつた。
また、従来の熱交換装置では、燃焼空間中にお
ける均一な燃焼が達成困難であり、局所的に温度
の高い部分や低い部分が存在して、燃焼副産物と
しての窒素酸化物（NOx）や一酸化炭素（CO）、
その他未燃炭化水素（HUC）が容易に発生する
傾向がある。このため、行政上の公害防止の見地
より排出量規制が強化されるに伴い、硫黄分や窒
素分の少ない燃料への転換、排煙脱硝装置の設置
等、低NOx化への努力がなされているが、設備
費用その他技術的な問題から規制値の達成が困難
な現状となつている。
ける均一な燃焼が達成困難であり、局所的に温度
の高い部分や低い部分が存在して、燃焼副産物と
しての窒素酸化物（NOx）や一酸化炭素（CO）、
その他未燃炭化水素（HUC）が容易に発生する
傾向がある。このため、行政上の公害防止の見地
より排出量規制が強化されるに伴い、硫黄分や窒
素分の少ない燃料への転換、排煙脱硝装置の設置
等、低NOx化への努力がなされているが、設備
費用その他技術的な問題から規制値の達成が困難
な現状となつている。
発明が解決しようとする課題
このような所謂「サーマルNOx」は、燃料の
燃焼時に空気中の窒素と酸素とが反応して生成す
るものであるが、燃焼温度が高くなるにつれて前
記反応が激しくなり、従つてその最大温度により
サーマルNOx排出量が決定されることが判明し
ている。そして、通常の炎燃焼では温度分布が一
定していないため、局部的に高温（例えば1400
℃）の個所を生じ、これがサーマルNOx発生増
大の原因となつている。
燃焼時に空気中の窒素と酸素とが反応して生成す
るものであるが、燃焼温度が高くなるにつれて前
記反応が激しくなり、従つてその最大温度により
サーマルNOx排出量が決定されることが判明し
ている。そして、通常の炎燃焼では温度分布が一
定していないため、局部的に高温（例えば1400
℃）の個所を生じ、これがサーマルNOx発生増
大の原因となつている。
また、前記一酸化炭素（CO）や未燃炭化水素
（UHC）の発生も、燃焼ガスの燃焼温度と密接に
関連しており、後述するる触媒を用いた接触燃焼
実験によれば、燃焼温度が900℃以下の場合に
CO、UHCは急激に増大し、1000℃以上では、
CO、UHCとも殆んど発生しないことが確認され
ている。このようなサーマルNOxやCO、UHC
は、燃焼温度と密接に関係するため、高性能の触
媒を用いた接触燃焼法が近時研究され、1000℃以
上の高温度領域での燃焼を均一かつ安定に行なう
ことにより、NOx等の発生を有効かつ大幅に低
減させる実績が得られている。
（UHC）の発生も、燃焼ガスの燃焼温度と密接に
関連しており、後述するる触媒を用いた接触燃焼
実験によれば、燃焼温度が900℃以下の場合に
CO、UHCは急激に増大し、1000℃以上では、
CO、UHCとも殆んど発生しないことが確認され
ている。このようなサーマルNOxやCO、UHC
は、燃焼温度と密接に関係するため、高性能の触
媒を用いた接触燃焼法が近時研究され、1000℃以
上の高温度領域での燃焼を均一かつ安定に行なう
ことにより、NOx等の発生を有効かつ大幅に低
減させる実績が得られている。
しかしながら、この触媒を使用する接触燃焼法
をボイラ等の熱交換装置に応用するに際してネツ
クとなるのは、高温領域で長寿命を保持し得る触
媒は未だ開発されておらず、また、これに近い性
能の触媒は極めて高価となるため、ランニングコ
スト経済上見合わないことである。
をボイラ等の熱交換装置に応用するに際してネツ
クとなるのは、高温領域で長寿命を保持し得る触
媒は未だ開発されておらず、また、これに近い性
能の触媒は極めて高価となるため、ランニングコ
スト経済上見合わないことである。
発明の目的
このような現状に鑑み発明者は、熱伝達効率に
優れ、構造がコンパクトでしかもサーマルNOx
やCO、UHC等の発生を抑制し得る新規な熱交換
装置を得るべく研究試作に努めた結果、空隙率の
充分大きい所謂通気性固体を使用して燃焼伝熱ブ
ロツクを構成し、この燃焼伝熱ブロツク中に熱負
荷となる伝熱媒体を介在させ、この燃焼伝熱ブロ
ツク中で燃料ガスと空気との混合物からなる混気
燃料を燃焼させるようにすれば、後に述べるよう
に通気性固体の大きな表面積（伝熱面積）故に、
近接する気体は個体と殆んど等しい温度になり、
一方、固体間は強い輻射の授受により温度分布が
平滑化されて均一に燃焼し、その結果としてサー
マルNOxの発生が抑制され、また未燃焼分も高
温の細線に接触して再燃焼し、COやUHCの発生
が抑制されることを突き止めた。しかも、燃焼ゾ
ーンと伝熱ゾーンとは一体化されるため、全体構
造も極めてコンパクトになり、また後述する所謂
通気性固体中で燃焼が行なわれる結果として、大
量の固体輻射熱を発生し、熱伝達率を一挙に増大
させ得ることも判明した。
優れ、構造がコンパクトでしかもサーマルNOx
やCO、UHC等の発生を抑制し得る新規な熱交換
装置を得るべく研究試作に努めた結果、空隙率の
充分大きい所謂通気性固体を使用して燃焼伝熱ブ
ロツクを構成し、この燃焼伝熱ブロツク中に熱負
荷となる伝熱媒体を介在させ、この燃焼伝熱ブロ
ツク中で燃料ガスと空気との混合物からなる混気
燃料を燃焼させるようにすれば、後に述べるよう
に通気性固体の大きな表面積（伝熱面積）故に、
近接する気体は個体と殆んど等しい温度になり、
一方、固体間は強い輻射の授受により温度分布が
平滑化されて均一に燃焼し、その結果としてサー
マルNOxの発生が抑制され、また未燃焼分も高
温の細線に接触して再燃焼し、COやUHCの発生
が抑制されることを突き止めた。しかも、燃焼ゾ
ーンと伝熱ゾーンとは一体化されるため、全体構
造も極めてコンパクトになり、また後述する所謂
通気性固体中で燃焼が行なわれる結果として、大
量の固体輻射熱を発生し、熱伝達率を一挙に増大
させ得ることも判明した。
課題を解決するための手段
前記の課題を克服し、所期の目的を達成するた
め本発明は、燃料ガスおよび酸素含有気体を供給
する管体の開口側に、空隙率の充分大きい通気性
固体からなる燃焼伝熱ブロツクを接続し、この燃
焼伝熱ブロツク中に熱負荷としての伝熱媒体を介
在させるよう構成した熱交換装置において、 前記管体の開口側と燃焼伝熱ブロツクとの間
に、燃料ガスおよび酸素含有気体を均一に分散し
て流通させるための整流手段を介在させると共
に、 前記燃焼伝熱ブロツクの燃焼ガス排出側に、該
ブロツクを構成する通気性固体よりも空隙率の小
さい通気性固体を接触配置したことを特徴とす
る。
め本発明は、燃料ガスおよび酸素含有気体を供給
する管体の開口側に、空隙率の充分大きい通気性
固体からなる燃焼伝熱ブロツクを接続し、この燃
焼伝熱ブロツク中に熱負荷としての伝熱媒体を介
在させるよう構成した熱交換装置において、 前記管体の開口側と燃焼伝熱ブロツクとの間
に、燃料ガスおよび酸素含有気体を均一に分散し
て流通させるための整流手段を介在させると共
に、 前記燃焼伝熱ブロツクの燃焼ガス排出側に、該
ブロツクを構成する通気性固体よりも空隙率の小
さい通気性固体を接触配置したことを特徴とす
る。
また本願における別発明は、燃料ガスおよび酸
素含有体を供給する管体の開口側に、空隙率の小
さい通気性固体を介して空隙率の充分大きい通気
性固体からなる燃焼伝熱ブロツクを接続し、 この燃焼伝熱ブロツク中に熱負荷を構成する伝
熱媒体を介在させると共に、前記燃焼伝熱ブロツ
クの燃焼ガス排出側に、該ブロツクを構成する通
気性固体よりも空隙率の小さい通気性固体を接続
配置したことを特徴とする。
素含有体を供給する管体の開口側に、空隙率の小
さい通気性固体を介して空隙率の充分大きい通気
性固体からなる燃焼伝熱ブロツクを接続し、 この燃焼伝熱ブロツク中に熱負荷を構成する伝
熱媒体を介在させると共に、前記燃焼伝熱ブロツ
クの燃焼ガス排出側に、該ブロツクを構成する通
気性固体よりも空隙率の小さい通気性固体を接続
配置したことを特徴とする。
なお、本願発明において所謂通通気性固体は、
極めて重要なウエイトを占めるものであるので、
好適実施例の説明に先立ち、この通気性固体の概
略を述べることとする。本明細書に所謂通気性固
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、繊維状等の各種形態に成形して
通気性を持たせ、かつ光その他熱線を透過させ難
い適宜厚さの固体媒体と定義することができる。
極めて重要なウエイトを占めるものであるので、
好適実施例の説明に先立ち、この通気性固体の概
略を述べることとする。本明細書に所謂通気性固
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、繊維状等の各種形態に成形して
通気性を持たせ、かつ光その他熱線を透過させ難
い適宜厚さの固体媒体と定義することができる。
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
が行なわれ、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
殆ど影響がでない、という特性がある。
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
が行なわれ、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
熱を固体輻射熱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、この固体輻射熱の内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。
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
熱を固体輻射熱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、この固体輻射熱の内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、本発明に係る熱交換装置につき、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図は本発明装置の１実施例を
示すものであつて、燃料ガス（例えば都市ガス、
天然ガス、炉頂廃ガス等の可燃性気体）と空気と
の混合物からなる混気燃料MFが燃料供給源（図
示せず）から加圧されて、混気燃料供給管１０に
送給されるようになつている。なお、燃焼ガス排
出側から吸引フアン等により燃焼排ガスを吸引す
るようにすれば、湿気燃料MFを加圧供給しなく
てもよい。また、混気燃料MFは後述のブロツク
体に流入する直前で燃料ガスと空気とを混合する
ようにしてもよい。図中、参照符号１２は、空隙
率の充分大きな通気性固体からなる適宜立体形状
のブロツク体を示し、このブロツク体１２の内部
で後述するように燃料の燃焼および伝熱作用が行
なわれるので、以下これを燃焼伝熱ブロツクと称
する。前記混気燃料供給管１０は図示の如く長形
の開口部１４を有し、この開口側に、前記空隙率
の充分大きな通気性固体からなる燃焼伝熱ブロツ
ク１２が配置接続されている。この場合、供給管
１０の開口部１４と燃焼伝熱ブロツク１２との間
には、セラミツクプレートに多数の細孔を穿設し
てなる整流格子の如き整流手段１６を介在させ
て、供給管１０から供給される混気燃料MFを均
一に分散した後、燃焼ブロツク１２中に送り込む
よう構成してある。
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図は本発明装置の１実施例を
示すものであつて、燃料ガス（例えば都市ガス、
天然ガス、炉頂廃ガス等の可燃性気体）と空気と
の混合物からなる混気燃料MFが燃料供給源（図
示せず）から加圧されて、混気燃料供給管１０に
送給されるようになつている。なお、燃焼ガス排
出側から吸引フアン等により燃焼排ガスを吸引す
るようにすれば、湿気燃料MFを加圧供給しなく
てもよい。また、混気燃料MFは後述のブロツク
体に流入する直前で燃料ガスと空気とを混合する
ようにしてもよい。図中、参照符号１２は、空隙
率の充分大きな通気性固体からなる適宜立体形状
のブロツク体を示し、このブロツク体１２の内部
で後述するように燃料の燃焼および伝熱作用が行
なわれるので、以下これを燃焼伝熱ブロツクと称
する。前記混気燃料供給管１０は図示の如く長形
の開口部１４を有し、この開口側に、前記空隙率
の充分大きな通気性固体からなる燃焼伝熱ブロツ
ク１２が配置接続されている。この場合、供給管
１０の開口部１４と燃焼伝熱ブロツク１２との間
には、セラミツクプレートに多数の細孔を穿設し
てなる整流格子の如き整流手段１６を介在させ
て、供給管１０から供給される混気燃料MFを均
一に分散した後、燃焼ブロツク１２中に送り込む
よう構成してある。
この燃焼伝熱ブロツク１２を構成する通気性固
体の空隙率は、99％またはそれ以上（換言すれ
ば、充填率１％またはそれ以下）とするのが好ま
しく、このように空隙率の充分大きい通気性固体
としては、例えば耐熱性の金属細線を綿状に集塊
させたブロツク体や、耐熱金網の多重積層体、そ
の他セラミツクス材料を軽石状に発泡固化させた
多孔質物体等が好適に使用される。この場合、通
気性固体がどの程度の空隙率であれば、「充分大
きい」と云い得るかが問題となるが、金網のよう
にメツシユ数で実現するよりも、光学的厚さを基
準として判断するのが最も適当である。
体の空隙率は、99％またはそれ以上（換言すれ
ば、充填率１％またはそれ以下）とするのが好ま
しく、このように空隙率の充分大きい通気性固体
としては、例えば耐熱性の金属細線を綿状に集塊
させたブロツク体や、耐熱金網の多重積層体、そ
の他セラミツクス材料を軽石状に発泡固化させた
多孔質物体等が好適に使用される。この場合、通
気性固体がどの程度の空隙率であれば、「充分大
きい」と云い得るかが問題となるが、金網のよう
にメツシユ数で実現するよりも、光学的厚さを基
準として判断するのが最も適当である。
ここに「光学的厚さ」とは、輻射の減衰程度を
表わす変数であつて、その測定は、光源と照度計
との間に被測定対象物となる通気性固体を介在さ
せ、光がどれ位吸収されているかを前記照度計で
求めることによりなされ、この際に金属細線の線
径その他吸収係数が考慮される。本実施例の場
合、燃焼伝熱ブロツク１２を構成する通気性固体
として、燃焼伝熱ブロツク１２の大きさに応じ光
学的厚さが１〜10の範囲にある金属細線の集塊を
使用して好適な結果が得られた。
表わす変数であつて、その測定は、光源と照度計
との間に被測定対象物となる通気性固体を介在さ
せ、光がどれ位吸収されているかを前記照度計で
求めることによりなされ、この際に金属細線の線
径その他吸収係数が考慮される。本実施例の場
合、燃焼伝熱ブロツク１２を構成する通気性固体
として、燃焼伝熱ブロツク１２の大きさに応じ光
学的厚さが１〜10の範囲にある金属細線の集塊を
使用して好適な結果が得られた。
前記燃焼伝熱ブロツク１２中には、熱負荷を構
成する伝熱媒体１８（例えば、蒸発生用の水管）
が、埋設その他の手段により介在している。この
伝熱媒体１８としては、典型的には前記水管の如
き伝熱管が使用されるが、その他用途に応じて熱
容量の大きい金属線の中実棒体を使用し、これを
蓄熱体として熱蓄積および熱放散を行なわせるよ
うにしてもよい。また、伝熱媒体１８と燃焼伝熱
ブロツク１２との伝熱面積を大きくするために、
前記伝熱媒体１８は、ブロツク中で蛇行させた
り、渦巻状に巻回させたりするのが好ましい。
成する伝熱媒体１８（例えば、蒸発生用の水管）
が、埋設その他の手段により介在している。この
伝熱媒体１８としては、典型的には前記水管の如
き伝熱管が使用されるが、その他用途に応じて熱
容量の大きい金属線の中実棒体を使用し、これを
蓄熱体として熱蓄積および熱放散を行なわせるよ
うにしてもよい。また、伝熱媒体１８と燃焼伝熱
ブロツク１２との伝熱面積を大きくするために、
前記伝熱媒体１８は、ブロツク中で蛇行させた
り、渦巻状に巻回させたりするのが好ましい。
また燃焼伝熱ブロツク１２の燃焼ガス排出側
に、該ブロツク１２を構成する通気性固体よりも
空隙率の小さい通気性固体２２が接続配置されて
いる。この通気性固体２２の空隙率は、90〜95％
またはそれ以上（換言すれば、充填率10〜５％ま
たはそれ以下）とするのが好ましい。更に、燃焼
伝熱ブロツク１２および通気性固体２２は、混気
燃料が流入する上流側および燃焼ガスが排出され
る下流側を除き、耐火性の断熱材料２０で囲繞し
て該ブロツク外周からの輻射熱の逃出を遮蔽蔽す
るよう構成してある。
に、該ブロツク１２を構成する通気性固体よりも
空隙率の小さい通気性固体２２が接続配置されて
いる。この通気性固体２２の空隙率は、90〜95％
またはそれ以上（換言すれば、充填率10〜５％ま
たはそれ以下）とするのが好ましい。更に、燃焼
伝熱ブロツク１２および通気性固体２２は、混気
燃料が流入する上流側および燃焼ガスが排出され
る下流側を除き、耐火性の断熱材料２０で囲繞し
て該ブロツク外周からの輻射熱の逃出を遮蔽蔽す
るよう構成してある。
第３図は、本願に係る別の発明の実施例を示す
ものであつて、燃焼伝熱ブロツク１２の燃焼ガス
上流側および下流側に、夫々該ブロツク１２を構
成する通気性固体よりも空隙率の小さい通気性固
体２４を接続配置したものである。この通気性固
体２４の空隙率は90〜95％またはそれ以上（換言
すれば、充填率10〜５％またはそれ以下）とする
のが好ましい。この実施例の場合、混気燃料供給
管１０の開口部１４は、一方の通気性固体２４に
接続されていて、供給管１０から加圧送給された
混気燃料は、この通気性固体２４を通過する際に
均一に分散されるので、第２図に示す実施例のよ
うに整流手段１６を別途配設する必要はない。但
し、燃焼伝熱ブロツク１２および通気性固体２
４，２４の外周から輻射熱が逃出するのを遮蔽す
る目的で、耐火性の断熱材料２０により図示の通
り囲繞してあることは、第２図に示す実施例と同
様である。
ものであつて、燃焼伝熱ブロツク１２の燃焼ガス
上流側および下流側に、夫々該ブロツク１２を構
成する通気性固体よりも空隙率の小さい通気性固
体２４を接続配置したものである。この通気性固
体２４の空隙率は90〜95％またはそれ以上（換言
すれば、充填率10〜５％またはそれ以下）とする
のが好ましい。この実施例の場合、混気燃料供給
管１０の開口部１４は、一方の通気性固体２４に
接続されていて、供給管１０から加圧送給された
混気燃料は、この通気性固体２４を通過する際に
均一に分散されるので、第２図に示す実施例のよ
うに整流手段１６を別途配設する必要はない。但
し、燃焼伝熱ブロツク１２および通気性固体２
４，２４の外周から輻射熱が逃出するのを遮蔽す
る目的で、耐火性の断熱材料２０により図示の通
り囲繞してあることは、第２図に示す実施例と同
様である。
実施例の作用
次に、このように構成した実施例に係る熱交換
装置の作用につき以下説明する。第２図に示す実
施例において、供給管１０を介して混気燃料MF
を供給すると、この混気燃料は整流手段１６によ
りその流れを整えられると共に均一に分散して、
燃焼伝熱ブロツク１２中に送給される。符号２６
で示す点火手段（例えばヒータまたはスパークプ
ラグ）により混気燃料に点火すると、燃焼は通気
性固体のブロツク１２における空間中に封じ込め
られた状態で開始される。先じ述べたように通気
性固体は、実質的な比表面積が極めて大きく、固
体の輻射射出能力は気体よりも充分に高いもので
あるから、燃焼反応が終了した高温の燃焼ガスが
通気性固体に接触することにより高効率の熱交換
が行なわれ、燃焼ガス中の顕熱は大量の固体輻射
熱に変換される。また燃焼伝熱ブロツツク１２の
燃焼ガス排出側に通気性固体２２が接続されてい
るので、高温の燃焼ガスは更に通気性固体２２に
流入して、ここでも高効率の熱交換が行われ、該
燃焼ガス中の顕熱が大量の固体輻射熱に変換され
る。しかも、得られる大量の輻射熱の大部分は燃
焼ガスの上流側、すなわち燃焼伝熱ブロツク１２
に向けて射出されるから、該ブロツク１２中の輻
射熱は一層増大し、伝熱媒体１８における伝熱効
率が更に促進されることになる。
装置の作用につき以下説明する。第２図に示す実
施例において、供給管１０を介して混気燃料MF
を供給すると、この混気燃料は整流手段１６によ
りその流れを整えられると共に均一に分散して、
燃焼伝熱ブロツク１２中に送給される。符号２６
で示す点火手段（例えばヒータまたはスパークプ
ラグ）により混気燃料に点火すると、燃焼は通気
性固体のブロツク１２における空間中に封じ込め
られた状態で開始される。先じ述べたように通気
性固体は、実質的な比表面積が極めて大きく、固
体の輻射射出能力は気体よりも充分に高いもので
あるから、燃焼反応が終了した高温の燃焼ガスが
通気性固体に接触することにより高効率の熱交換
が行なわれ、燃焼ガス中の顕熱は大量の固体輻射
熱に変換される。また燃焼伝熱ブロツツク１２の
燃焼ガス排出側に通気性固体２２が接続されてい
るので、高温の燃焼ガスは更に通気性固体２２に
流入して、ここでも高効率の熱交換が行われ、該
燃焼ガス中の顕熱が大量の固体輻射熱に変換され
る。しかも、得られる大量の輻射熱の大部分は燃
焼ガスの上流側、すなわち燃焼伝熱ブロツク１２
に向けて射出されるから、該ブロツク１２中の輻
射熱は一層増大し、伝熱媒体１８における伝熱効
率が更に促進されることになる。
このとき、固体接触の効果により燃焼ガスの低
い温度のところは引上げられ、また高い温度のと
ころは押えられるため、全体として温度が平坦化
し、均一な燃焼が得られる（通常の火炎燃焼で
は、火炎面に局部的に高い温度や低い温度のとこ
ろが生じる）。このように温度が均一化される結
果として、サーマルNOxの発生が低減化される。
これは、サーマルNOxは燃焼温度が高くなると
共に窒素と酸素との反応が激しくなるが、好施例
に係る装置では、その原因となる局所的な温度上
昇がないからである。また、通常サーマルNOx
を低減させるべく燃焼温度を降下させると、CO
やUHC等の未燃分が発生するが、本発明装置で
は、未燃分は、高温の金属細線等の通気性固体の
接触して燃焼がなされるため、COやUHC等の未
燃分が発生して大気を汚染する惧れがない。
い温度のところは引上げられ、また高い温度のと
ころは押えられるため、全体として温度が平坦化
し、均一な燃焼が得られる（通常の火炎燃焼で
は、火炎面に局部的に高い温度や低い温度のとこ
ろが生じる）。このように温度が均一化される結
果として、サーマルNOxの発生が低減化される。
これは、サーマルNOxは燃焼温度が高くなると
共に窒素と酸素との反応が激しくなるが、好施例
に係る装置では、その原因となる局所的な温度上
昇がないからである。また、通常サーマルNOx
を低減させるべく燃焼温度を降下させると、CO
やUHC等の未燃分が発生するが、本発明装置で
は、未燃分は、高温の金属細線等の通気性固体の
接触して燃焼がなされるため、COやUHC等の未
燃分が発生して大気を汚染する惧れがない。
しかも、従来は燃焼ゾーンに伝熱管のような伝
熱媒体１８を介在させると、直ちに不完全燃焼を
生じてCOやUHC発生の原因となるため、火炎の
燃焼反応を進行させる燃焼空間と、高温の燃焼ガ
スによる伝熱を行なわせる伝熱空間とを、別個に
確保する必要があつたことは既述の通りである。
しかるに実施例装置では、燃焼ゾーンに伝熱媒体
を介在させたので、未燃分がでても先に述べたよ
うにこの未燃分は高温に加熱された通気性固体に
接触して完全燃焼がなされ、燃焼ゾーンと伝熱ゾ
ーンとを別個に確保する必要がない。
熱媒体１８を介在させると、直ちに不完全燃焼を
生じてCOやUHC発生の原因となるため、火炎の
燃焼反応を進行させる燃焼空間と、高温の燃焼ガ
スによる伝熱を行なわせる伝熱空間とを、別個に
確保する必要があつたことは既述の通りである。
しかるに実施例装置では、燃焼ゾーンに伝熱媒体
を介在させたので、未燃分がでても先に述べたよ
うにこの未燃分は高温に加熱された通気性固体に
接触して完全燃焼がなされ、燃焼ゾーンと伝熱ゾ
ーンとを別個に確保する必要がない。
すなわち、通気性固体からなるブロツク体１２
は、燃焼ゾーンと伝熱ゾーンとの一体化が図ら
れ、構造的にも極めてコンパクトになつている。
この燃焼伝熱ブロツク１２中において、高温の燃
焼ガスが伝熱媒体１８（例えば水管）に接触して
熱交換が行なわれるが、該ブロツク１２を構成す
る通気性固体中において大量の固体輻射熱が得ら
れるため、極めて効率の高い熱交換が達成され
る。
は、燃焼ゾーンと伝熱ゾーンとの一体化が図ら
れ、構造的にも極めてコンパクトになつている。
この燃焼伝熱ブロツク１２中において、高温の燃
焼ガスが伝熱媒体１８（例えば水管）に接触して
熱交換が行なわれるが、該ブロツク１２を構成す
る通気性固体中において大量の固体輻射熱が得ら
れるため、極めて効率の高い熱交換が達成され
る。
また第３図に示す実施例では、燃焼伝熱ブロツ
ク１２を挟んで両側に通気性固体２４が夫々接続
配置されている。そして、混気燃料MFの燃焼
は、第２図に示す実施例と同様に、燃焼伝熱ブロ
ツク１２中で行なわれる訳であるから、各通気性
固体２４に対する燃焼ガスの上流側は、常に当該
ブロツク１２中に存在することになる。従つて、
該ブロツク１２中で生成した高温の燃焼ガスが、
各通気性固体２４に流入してガス中の顕熱を大量
の固体輻射熱に変換させると、得られた輻射熱
は、第２図に示す実施例と同様に、燃焼ガスの上
流側である燃焼伝熱ブロツク１２に向けて射出さ
れることになる。しかも本実施例の場合は、ブロ
ツク１２を挟んで両側から輻射熱が射出されるよ
うになつているので、伝熱媒体１８に対する伝熱
効率は最も良好となる。
ク１２を挟んで両側に通気性固体２４が夫々接続
配置されている。そして、混気燃料MFの燃焼
は、第２図に示す実施例と同様に、燃焼伝熱ブロ
ツク１２中で行なわれる訳であるから、各通気性
固体２４に対する燃焼ガスの上流側は、常に当該
ブロツク１２中に存在することになる。従つて、
該ブロツク１２中で生成した高温の燃焼ガスが、
各通気性固体２４に流入してガス中の顕熱を大量
の固体輻射熱に変換させると、得られた輻射熱
は、第２図に示す実施例と同様に、燃焼ガスの上
流側である燃焼伝熱ブロツク１２に向けて射出さ
れることになる。しかも本実施例の場合は、ブロ
ツク１２を挟んで両側から輻射熱が射出されるよ
うになつているので、伝熱媒体１８に対する伝熱
効率は最も良好となる。
発明の効果
以上、本発明に係る熱交換装置によれば、混気
燃料を均一な温度分布で燃焼させることができる
ため、サーマルNOxや、CO、UHC等の未燃分
の発生を抑制することが可能である。また、燃焼
帯域中に伝熱管のような温度降下要素を存在させ
ても、均一燃焼により未燃分が発生しないので、
燃焼帯域と伝熱帯域とを一体化することが可能と
なり、極めてコンパクトな構成の熱交換装置が得
られる。更に、大量の輻射熱が得られるため、熱
交換効率も一層向上する等、多くの有益な効果を
奏する。
燃料を均一な温度分布で燃焼させることができる
ため、サーマルNOxや、CO、UHC等の未燃分
の発生を抑制することが可能である。また、燃焼
帯域中に伝熱管のような温度降下要素を存在させ
ても、均一燃焼により未燃分が発生しないので、
燃焼帯域と伝熱帯域とを一体化することが可能と
なり、極めてコンパクトな構成の熱交換装置が得
られる。更に、大量の輻射熱が得られるため、熱
交換効率も一層向上する等、多くの有益な効果を
奏する。
なお前述した好適実施例については、燃料ガス
と空気との混合物からなる混気燃料を、共通の混
気燃料供給管を介して燃焼伝熱ブロツクに送り込
む場合につき説明したが、燃料ガス供給管および
空気供給管を独立して設け、夫々の供給管を前記
燃焼伝熱ブロツクに接続して、該燃焼伝熱ブロツ
ク中で燃料ガスと空気との混合および燃焼を行な
うようにしてもよい。更に前記燃焼伝熱ブロツク
に入る以前、または該ブロツク中で燃料ガスと混
合される気体は、一般に空気とされるが、その他
酸素を含有している気体が適宜使用されるもので
ある。
と空気との混合物からなる混気燃料を、共通の混
気燃料供給管を介して燃焼伝熱ブロツクに送り込
む場合につき説明したが、燃料ガス供給管および
空気供給管を独立して設け、夫々の供給管を前記
燃焼伝熱ブロツクに接続して、該燃焼伝熱ブロツ
ク中で燃料ガスと空気との混合および燃焼を行な
うようにしてもよい。更に前記燃焼伝熱ブロツク
に入る以前、または該ブロツク中で燃料ガスと混
合される気体は、一般に空気とされるが、その他
酸素を含有している気体が適宜使用されるもので
ある。
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図は本発明に係る熱交換装置の概略構
成図、第３図は別の発明に係る熱交換装置の概略
構成図である。 １０……混気燃料供給管、１２……燃焼伝熱ブ
ロツク、１４……開口部、１６……整流手段、１
８……伝熱媒体、２０……耐火性断熱材、２２，
２４……通気性固体、２６……点火手段。
式図、第２図は本発明に係る熱交換装置の概略構
成図、第３図は別の発明に係る熱交換装置の概略
構成図である。 １０……混気燃料供給管、１２……燃焼伝熱ブ
ロツク、１４……開口部、１６……整流手段、１
８……伝熱媒体、２０……耐火性断熱材、２２，
２４……通気性固体、２６……点火手段。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 燃料ガスおよび酸素含有気体を供給する管体
の開口側に、空隙率の充分大きい通気性固体から
なる燃焼伝熱ブロツクを接続し、この燃焼伝熱ブ
ロツク中に熱負荷としての伝熱媒体を介在させる
よう構成した熱交換装置において、 前記管体の開口側と燃焼伝熱ブロツクとの間
に、燃料ガスおよび酸素含有気体を均一に分散し
て流通させるための整流手段を介在させると共
に、 前記燃焼伝熱ブロツクの燃焼ガス排出側に、該
ブロツクを構成する通気性固体よりも空隙率の小
さい通気性固体を接続配置したことを特徴とする
熱交換装置。 ２ 燃料ガスおよび酸素含有気体を供給する管体
の開口側に、空隙率の小さい通気性固体を介して
空隙率の充分大きい通気性固体からなる燃焼伝熱
ブロツクを接続し、 この燃焼伝熱ブロツク中に熱負荷を構成する伝
熱媒体を介在させると共に、前記燃焼伝熱ブロツ
クの燃焼ガス排出側に、該ブロツクを構成する通
気性固体よりも空隙率の小さい通気性固体を接続
配置したことを特徴とする熱交換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16045582A JPS5949494A (ja) | 1982-09-14 | 1982-09-14 | 熱交換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16045582A JPS5949494A (ja) | 1982-09-14 | 1982-09-14 | 熱交換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5949494A JPS5949494A (ja) | 1984-03-22 |
| JPH0259363B2 true JPH0259363B2 (ja) | 1990-12-12 |
Family
ID=15715302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16045582A Granted JPS5949494A (ja) | 1982-09-14 | 1982-09-14 | 熱交換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5949494A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61110875A (ja) * | 1984-11-01 | 1986-05-29 | 三菱油化エンジニアリング株式会社 | 輻射加熱装置 |
| JPS61225507A (ja) * | 1985-03-29 | 1986-10-07 | Kawasaki Steel Corp | 熱交換用保炎装置 |
| JPS61276658A (ja) * | 1985-05-30 | 1986-12-06 | Isuzu Motors Ltd | 熱交換器 |
| JPH0735565Y2 (ja) * | 1990-06-12 | 1995-08-16 | 株式会社久電舎 | オーブン |
| US5476375A (en) * | 1993-07-12 | 1995-12-19 | Institute Of Gas Technology | Staged combustion in a porous-matrix surface combustor to promote ultra-low NOx Emissions |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5123088U (ja) * | 1974-08-07 | 1976-02-20 |
-
1982
- 1982-09-14 JP JP16045582A patent/JPS5949494A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5949494A (ja) | 1984-03-22 |
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