(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に配置された同一形状の一対の平板及び該一対の平板の外周を取り囲む外周壁とで構成される本体容器内に、燃焼室と、前記燃焼室に未燃焼ガスを導く未燃焼ガス流路と、前記燃焼室からの燃焼ガスを前記本体容器外に導く燃焼ガス流路と、前記未燃焼ガス流路と前記燃焼ガス流路とを隔てると共に前記燃焼ガスの熱で前記未燃焼ガスを予熱する伝熱壁と、を備える燃焼加熱器において、
前記一対の平板の間に、前記未燃焼ガス流路と前記燃焼ガス流路とを、前記一対の平板に直交する方向に重ねて配置し、
前記燃焼室を前記外周壁に沿って配置したことを特徴とする燃焼加熱器。
【請求項２】
前記伝熱壁は、前記一対の平板よりも小形の平板からなると共に、前記一対の平板からそれぞれ離間して配置されることを特徴とする請求項１に記載の燃焼加熱器。
【請求項３】
前記本体容器は、前記平板側から見て、円形に形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃焼加熱器。
【請求項４】
前記本体容器は、前記平板側から見て、矩形に形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃焼加熱器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼加熱器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気ヒータの代替製品として、マイクロコンバスタの開発が進められている。
マイクロコンバスタは、直径が数ｃｍ程度の小型の燃焼加熱器であって、本体容器内に燃焼室と未燃焼ガス流路と燃焼ガス流路とを有する。そして、燃焼ガス流路を流れる燃焼ガスの熱で未燃焼ガス流路を流れる未燃焼ガスを予熱すると共に、未燃焼ガス流路における燃焼室に臨む部位の寸法を通常では火炎が伝播できない消炎距離よりも小さく形成することで、燃焼室において超過エンタルピ燃焼を実現するものである。
マイクロコンバスタとしては、燃焼室を中心にして未燃焼ガス流路と燃焼ガス流路とを渦巻状に配置した、所謂スイスロール型が提案されている。スイスロール型は、未燃焼ガスを十分に予熱することが可能であり、これにより燃焼室での安定した超過エンタルピ燃焼を実現している。
【特許文献１】特開２００４−２００８３号公報
【特許文献２】特開２００５−７６９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、スイスロール型マイクロコンバスタは、本体容器内の中央部の狭い空間（燃焼室）で未燃焼ガスを燃焼させている。このため、燃焼負荷率（燃焼室内の単位体積あたりの発熱量）が極めて大きくなり、本体容器が局所的に劣化・損傷してしまうという問題がある。
また、流路の形状が複雑（渦巻状）であるために装置コストが高くなってしまうという問題があり、安価な装置の実現が要請されている。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、燃焼室の体積を容易に増大させることで燃焼負荷率を抑えることが可能な燃焼加熱器を提案することを目的とする。また、簡単な構造の燃焼加熱器を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る燃焼加熱器では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
本発明は、平行に配置された同一形状の一対の平板及び該一対の平板の外周を取り囲む外周壁とで構成される本体容器内に、燃焼室と、前記燃焼室に未燃焼ガスを導く未燃焼ガス流路と、前記燃焼室からの燃焼ガスを前記本体容器外に導く燃焼ガス流路と、前記未燃焼ガス流路と前記燃焼ガス流路とを隔てると共に前記燃焼ガスの熱で前記未燃焼ガスを予熱する伝熱壁と、を備える燃焼加熱器において、前記一対の平板の間に、前記未燃焼ガス流路と前記燃焼ガス流路とを、前記一対の平板に直交する方向に重ねて配置し、前記燃焼室を前記外周壁に沿って配置したことを特徴とする。
この発明によれば、複雑な流路を形成する必要ことなく、熱交換が可能な流路を有する装置を安価に実現することができる。
また、燃焼室の体積を増大させることができるので、燃焼負荷率が低くなり、本体容器が局所的に劣化・損傷するという不具合が回避できる。
【０００６】
また、前記伝熱壁が、前記一対の平板よりも小形の平板からなると共に、前記一対の平板からそれぞれ離間して配置されるものでは、平板形の伝熱壁を配置するだけで、未燃焼ガス流路と燃焼ガス流路とを一対の平板に直交する方向に重ねて配置することができる。
【０００７】
前記本体容器が、前記平板側から見て、円形に形成されたり、矩形に形成されたりするものでは、被加熱物体の加熱に適した燃焼加熱器を得ることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば以下の効果を得ることができる。
本体容器内の燃焼室の体積を容易に増大させることができるので、燃焼負荷率を低くすることができる。また、本体容器内に未燃焼ガス流路と燃焼ガス流路とを容易に形成することができ、安価な装置が実現できる。
なお、「未燃焼ガス」とは、燃焼前のガスを意味し、「燃焼ガス」とは、燃焼後のガスを意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係る燃焼加熱器について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る燃焼加熱器１０の構成を示す斜視図及び断面図である。
燃焼加熱器１０は、閉塞された本体容器１１の内部空間で、都市ガス等の燃料ガスと燃焼用酸化剤ガスとしての空気とが予め混合された状態（予混合ガスＧ１）で供給される、所謂予混合タイプの燃焼加熱器である。
燃焼加熱器１０の本体容器１１は、円筒状の外周壁１５の上下を円盤状の上壁１６及び下壁１７（以下、上下壁１６，１７ともいう）で閉塞してなるもので、外周壁１５の高さに対して上壁１６及び下壁１７の直径が大きく形成される。
上下壁１６，１７は、本体容器１１の外表面の大部分を占める。そして、この上下壁１６，１７が予混合ガスＧ１の燃焼によりそれぞれ加熱され、上下壁１６，１７から放出された熱により被加熱物（不図示）を加熱するようになっている。
なお、上下壁１６，１７は、伝熱性が高い材料（例えば、黄銅（真鍮）等）で形成される。また、外周壁１５を上下壁１６，１７と同一の材料とすることで熱を放出する面として用いてもよい。
【００１０】
本体容器１１内には、上下壁１６，１７よりも小さな直径を有する伝熱壁１８が配置される。伝熱壁１８は、外周壁１５、上下壁１６，１７からそれぞれ離間しつつ、上下壁１６，１７に対して略平行に配置されている。なお、伝熱壁１８は、上下壁１６，１７と同様に、伝熱性が高い材料で形成される。
これにより、下壁１７と伝熱壁１８に挟まれた円板形空間が、予混合ガス（未燃焼ガス）Ｇ１を燃焼室１２に供給する予混合ガス流路１３として形成される。
また、上壁１６と伝熱壁１８に挟まれた円板形空間が、燃焼室１２からの燃焼ガスＧ２を外部に排出するための燃焼ガス流路１４として形成される。
更に、外周壁１５、上壁１６、下壁１７及び伝熱壁１８に囲まれた円環形の空間、すなわち外周壁１５に沿った空間が燃焼室１２として形成される。なお、燃焼室１２の一部には、着火装置（不図示）が設けられる。
つまり、図１（ｂ）に示すように、本体容器１１内には、その厚み方向（上壁１６、下壁１７に直交する方向）に、予混合ガス流路１３と燃焼ガス流路１４とが重ねて配置される。
【００１１】
また、本体容器１１の下壁１７の中心部には、内側流路３１と外側流路３２とを備えた二重管３０が接続される。
下壁１７の中心部には、外側流路３２の内径と同一径の穴１７ｈが設けられており、この穴１７ｈの外周部分に外側流路３２が接続される。また、伝熱壁１８の中心部には、内側流路３１の内径と同一径の穴１８ｈが設けられており、この穴１８ｈの外周部分に内側流路３１が接続される。
これにより、内側流路３１と燃焼ガス流路１４とが連結され、外側流路３２と予混合ガス流路１３とが連結される。
【００１２】
このような構成により、二重管３０の外側流路３２に予混合ガスＧ１を供給すると、予混合ガスＧ１は本体容器１１の中心部から予混合ガス流路１３に流入し、更に外周壁１５に沿って形成された円環形の燃焼室１２に向けて放射状に流れる。
そして、予混合ガスＧ１が燃焼室１２において燃焼することにより、燃焼ガスＧ２が発生する。この燃焼ガスＧ２は、燃焼室１２から燃焼ガス流路１４を介して本体容器１１の中心部に向けて流れ、二重管３０の内側流路３１に流入する。
【００１３】
この際、燃焼ガスＧ２の熱で予混合ガスＧ１が予熱される。上述したように、伝熱壁１８は伝熱性が高い材料で形成されているため、燃焼ガスＧ２の熱は伝熱壁１８を介して予混合ガスＧ１に伝えられる。特に、燃焼ガス流路１４を流れる燃焼ガスＧ２と予混合ガス流路１３を流れる予混合ガスＧ１とが、伝熱壁１８を挟んで対向流（カウンタフロー）となっているので、燃焼ガスＧ２の熱で予混合ガスＧ１を効率的に予熱することが可能となっている。
このように、予混合ガスＧ１が燃焼室１２に導入される前に十分に予熱されているので、燃焼室１２において安定した燃焼が得られる。
【００１４】
更に、燃焼室１２において安定した燃焼を可能とするために、予混合ガス流路１３の断面形状における代表寸法は、火炎を通さない（燃焼反応が伝播されない）程度の消炎距離（消炎等価径を含む）を考慮したものとなっている。
一般に、予混合ガスの消炎距離ｄは、管壁モデルの径の大きさで表されるものであり、式（１）により求められる。
ｄ＝２λ・Ｎｕ１／２／Ｃｐ・ρｕ・Ｓｕ・・・式（１）
式（１）において、ｄは消炎距離、λは熱伝導率、Ｎｕはヌセルト数、Ｃｐは定圧比熱、ρｕは予混合気密度、Ｓｕは燃焼速度である。
予混合ガス流路１３の断面形状の代表寸法は、燃焼室１２に臨む部位の断面形状によって異なる。例えば、流路断面形状が円形状である場合には、代表寸法は円形断面の直径を指し、流路断面形状が円形状以外である場合には、代表寸法は断面の水力相当直径を指す。
【００１５】
ここで、水力相当直径は、以下の式（２）によって求められる。
水力相当直径Ｄ＝４×流路断面積／ぬれ縁周辺長・・・式（２）
なお、代表寸法を採る部位は、燃焼室１２に臨む部位に限らず、予混合ガス流路１３のうち、本燃焼現象を支配する部位とする。
【００１６】
具体的には、図１（ｂ）に示すように、下壁１７と伝熱壁１８との距離Ｌを消炎距離以下に規定する。これにより、火炎が予混合ガス流路１３内に侵入することがなくなり、燃焼室１２における安定燃焼が実現される。
【００１７】
予混合ガス流路１３の代表寸法としては、下壁１７と伝熱壁１８との距離には限らない。例えば、図２（ａ）に示すように、伝熱壁１８の下面１８ｂの外周部に円環形の突起部２５を設け、この突起部２５と下壁１７との距離Ｌを代表寸法としてもよい。
また、突起部２５としては円環形に限らず、図２（ｂ）に示すように、伝熱壁１８の下面１８ｂの外周部に複数の突起部２６を所定の間隔を開けて等間隔に配置してもよい。この場合には、突起部２６同士の間隔Ｌが代表寸法となる。
【００１８】
以上のような構成により、燃焼加熱器１０では、予混合ガスＧ１の燃焼が燃焼室１２において安定して行われる。また、予混合ガスＧ１の流量を調整することにより、燃焼温度の正確な制御が可能となる。
【００１９】
また、本体容器１１内の外周壁１５に沿って燃焼室１２を配置したので、燃焼室１２の体積が増大する。これにより、燃焼負荷率が低くなるので、本体容器１１が局所的に劣化・損傷するという不具合が回避される。
また、燃焼加熱器１０は、本体容器１１内に平板形の伝熱壁１８を配置しているだけなので、予混合ガス流路１３と燃焼ガス流路１４とを容易に形成することができる。これにより、スイスロール型に比べて、安価な装置の実現が可能である。
【００２０】
上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００２１】
例えば、図３に示すように、伝熱壁１８の下面１８ｂに複数の放熱用突起２１を設けてもよい。放熱用突起２１を設けることで、予混合ガスＧ１が伝熱壁１８に触れる面積が増えて、より効率的に予混合ガスＧ１との熱交換が可能となる。
【００２２】
また、図４（ａ）に示すように、伝熱壁１８の上面１８ａに複数の吸熱用突起２２を設けてもよい。吸熱用突起２２を設けることで、燃焼ガスＧ２が伝熱壁１８に触れる面積が増えて、より効率的に伝熱壁１８との熱交換が可能となる。
なお、本体容器１１の上壁１６に吸熱用突起を設けることで、より効率的に上壁１６を加熱し、外部への放熱量を増やすようにしてもよい。
【００２３】
また、例えば、図４（ｂ）に示すように、伝熱壁１８の上面１８ａに渦巻形の吸熱用突起２３を設けてもよい。燃焼ガス流路１４の流路長が延びるので、更に効率的に燃焼ガスＧ２と伝熱壁１８との熱交換が可能となる。
【００２４】
また、伝熱壁１８の形状としては、円板形に限らず、図５に示すように、星型等に形成してもよい。このような形状とすることで、燃焼室１２の体積を更に増やすことができる。
【００２５】
また、本体容器１１をその厚み方向から見た形状は、円形や楕円形の場合に限らず、三角若しくは四角又はそれ以上の多角形、或いは星型等であってもよい。
例えば、本体容器１１をその厚み方向から見た形状が四角形の場合には、図６（ａ）に示すように、その四辺の全てに燃焼室１２を配置してもよい。また、図６（ｂ）に示すように、対向する二辺にのみ燃焼室１２を配置してもよい。
更に、図６（ｃ）に示すように、特定の一辺にのみ燃焼室１２を配置してもよい。この場合には、予混合ガス流路１３及び燃焼ガス流路１４に連結する二重管３０は本体容器１１の中心部に設ける必要はない。
【００２６】
また、燃料と燃焼用酸化剤を予め混合する「予混合タイプ」を例にして説明したが、燃焼室にて両者が混合して拡散燃焼を行う「拡散タイプ」の燃焼加熱器にも適用できる。
【００２７】
なお、二重管３０の内側流路３１と燃焼ガス流路１４とが連結され、外側流路３２と予混合ガス流路１３とが連結される場合に限らない。すなわち、二重管３０の内側流路３１と予混合ガス流路１３とが連結され、外側流路３２と燃焼ガス流路１４とが連結されてもよい。
また、必ずしも二重管３０を用いる場合に限らず、下壁１７に予混合ガス流路１３に連結するガス供給管を接続し、上壁１６に燃焼ガス流路１４に連結するガス排出管を接続してもよい。
【００２８】
また、図７に示すように、本体容器１１内に、二枚の伝熱壁１８，１９を平行に配置することで、燃焼ガス流路１４ａ、伝熱壁１８、予混合ガス流路１３、伝熱壁１９、燃焼ガス流路１４ｂが、本体容器１１の厚み方向に重ねて配置されるようにしてもよい。このような構成により、上壁１６と下壁１７とが同様に加熱されるので、より均一に外部に熱を放熱することが可能となる。
【００２９】
また、燃焼加熱器１０は、外形が数ｃｍ程度の小型のものに限らず、数十ｃｍから数ｍ程度のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係る燃焼加熱器１０を示す斜視図及び断面図である。
【図２】伝熱壁１８の下面１８ｂに突起部２５，２６を設けた場合を示す図である。
【図３】伝熱壁１８の下面１８ｂに放熱用突起２１を設けた場合を示す図である。
【図４】伝熱壁１８の上面１８ａに吸熱用突起２２，２３を設けた場合を示す図である。
【図５】伝熱壁１８の変形例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る燃焼加熱器１０の変形例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る燃焼加熱器１０の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０…燃焼加熱器
１１…本体容器
１２…燃焼室
１３…予混合ガス流路（未燃焼ガス流路）
１４…燃焼ガス流路
１５…外周壁
１６…上壁（平板）
１７…下壁（平板）
１８，１９…伝熱壁
１８ａ…上面（燃焼ガス流路側の壁面）
１８ｂ…下面（未燃焼ガス流路側の壁面）
２１…放熱用突起
２２，２３…吸熱用突起
２５，２６…突起部
３０…二重管
３１…内側流路（第二流路）
３２…外側流路（第一流路）
Ｇ１…予混合ガス（未燃焼ガス）
Ｇ２…燃焼ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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