(57)【要約】【課題】  複数の小型燃焼加熱器を使用する加熱装置において、装置構成を簡素化することでコストを低減することを目的とする。【解決手段】  燃焼室と該燃焼室に燃料と燃焼用酸化剤とを予混合した燃料ガスを供給すると共に前記燃焼室に臨む部位の代表寸法が消炎等価径以下となることを満足するように形成された燃料ガス供給流路と燃焼ガスを燃焼室から外部に排出する燃焼ガス排出流路とを備えた小型燃焼加熱器と、各小型燃焼加熱器の燃料供給流路に連通し、燃料ガスを各小型燃焼加熱器に並行供給すると共に燃料ガスの供給量を制御する温度制御部とを具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室と該燃焼室に燃料と燃焼用酸化剤とを予混合した燃料ガスを供給すると共に前記燃焼室に臨む部位の代表寸法が消炎等価径以下となることを満足するように形成された燃料ガス供給流路と燃焼ガスを燃焼室から外部に排出する燃焼ガス排出流路とを備えた小型燃焼加熱器と、
各小型燃焼加熱器の燃料供給流路に連通し、燃料ガスを各小型燃焼加熱器に並行供給すると共に燃料ガスの供給量を制御する温度制御部と
を具備することを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
燃焼室と該燃焼室に連通し燃料を供給する燃料供給路と前記燃焼室に燃焼用酸化剤を供給すると共に前記燃焼室に臨む部位の代表寸法が消炎等価径以下であることを満足するように形成された燃焼用酸化剤供給流路と燃焼ガスを燃焼室から外部に排出する燃焼ガス排出流路とを備えた小型燃焼加熱器と、
各小型燃焼加熱器の燃料供給流路に連通して燃料を各小型燃焼加熱器に並行供給すると共に、各小型燃焼加熱器の燃焼用酸化剤供給流路に連通して燃焼用酸化剤を各小型燃焼加熱器に並行供給し、前記燃料及び燃焼用酸化剤の供給量を制御する温度制御部と
を具備することを特徴とする加熱装置。
【請求項３】
前記温度制御部は、所定数の小型燃焼加熱器毎に設けられることを特徴とする請求項１または２記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、再生予熱式の小型燃焼加熱器が、電気ヒータに替わる加熱装置として注目されている。例えば、特開２００４−２００８３号公報には、スイスロール型小型燃焼加熱器を利用した加熱装置が開示されている。このスイスロール型小型燃焼加熱器は、燃焼室を中心に、燃料と空気との予混合ガスの流路と排気ガスの流路とが対向するように渦巻き状に形成された構造となっており、排気ガスの熱を用いて予混合ガスを予熱して燃焼安定性を高めることにより、高い燃焼効率及び小型化を実現している。さらに、スイスロール型小型燃焼加熱器は、（ａ）電気ヒータのような一次エネルギから電気エネルギへの変換過程がないため省エネルギ、（ｂ）高い温度制御性、（ｃ）ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量が少ない、（ｄ）密閉構造のため安全性が高い、等の特徴を有しており、調理機器や暖房機器等の家庭機器、工業用の特殊な加熱装置等への用途が期待されている。
【特許文献１】特開２００４−２００８３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、上記小型燃焼加熱器は、予混合ガスの供給量を調整することで温度制御されている。よって、従来では、このような温度制御を行う温度制御器を小型燃焼加熱器に個別に設けていた。しかしながら、小型燃焼加熱器を複数使用して加熱対象物を加熱する場合、上記温度制御器を複数設けることとなり、装置構成が複雑化すると共に装置規模が大きくなり、結果としてコストの増加を招くという問題があった。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、複数の小型燃焼加熱器を使用する加熱装置において、装置構成を簡素化することでコストを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、燃焼室と該燃焼室に燃料と燃焼用酸化剤とを予混合した燃料ガスを供給すると共に前記燃焼室に臨む部位の代表寸法が消炎等価径以下となることを満足するように形成された燃料ガス供給流路と燃焼ガスを燃焼室から外部に排出する燃焼ガス排出流路とを備えた小型燃焼加熱器と、各小型燃焼加熱器の燃料供給流路に連通し、燃料ガスを各小型燃焼加熱器に並行供給すると共に燃料ガスの供給量を制御する温度制御部とを具備することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明では、第２の解決手段として、燃焼室と該燃焼室に連通し燃料を供給する燃料供給路と前記燃焼室に燃焼用酸化剤を供給すると共に前記燃焼室に臨む部位の代表寸法が消炎等価径以下であることを満足するように形成された燃焼用酸化剤供給流路と燃焼ガスを燃焼室から外部に排出する燃焼ガス排出流路とを備えた小型燃焼加熱器と、各小型燃焼加熱器の燃料供給流路に連通して燃料を各小型燃焼加熱器に並行供給すると共に、各小型燃焼加熱器の燃焼用酸化剤供給流路に連通して燃焼用酸化剤を各小型燃焼加熱器に並行供給し、前記燃料及び燃焼用酸化剤の供給量を制御する温度制御部とを具備することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明では、第３の解決手段として、上記第１または２の解決手段において、前記温度制御部は、所定数の小型燃焼加熱器毎に設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、１つの温度制御部から複数の小型燃焼加熱器に対して燃料ガスを並行供給するので、各小型燃焼加熱器毎に温度制御部を設ける必要がない。よって複数の小型燃焼加熱器を使用する加熱装置において装置構成の簡素化することでコストを低減することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る加熱装置の構成概略図である。この図に示すように本加熱装置は、複数（４つ）の小型燃焼加熱器Ｍ、燃料ガス供給用マニホールド１、混合部２、燃料供給源３、燃料流量制御弁４、空気供給源５、空気流量制御弁６、燃焼ガス排出用マニホールド７、燃焼ガス成分検出部８、温度検出部９及び制御部１０から構成されており、加熱対象物Ｘを加熱するものである。なお、図１において、燃料ガス供給用マニホールド１、混合部２、燃料供給源３、燃料流量制御弁４、空気供給源５、空気流量制御弁６、燃焼ガス排出用マニホールド７、燃焼ガス成分検出部８、温度検出部９及び制御部１０は温度制御部を構成している。
【００１０】
図２に小型燃焼加熱器Ｍの外観図、図３に平断面図を示す。これらの図に示すように小型燃焼加熱器Ｍは、直径が数ｃｍ程度の円柱形をなし、燃焼室ｍ１と、該燃焼室ｍ１に燃料と空気（燃焼用酸化剤）とを予混合した燃料ガスｇ１を供給すると共に、燃焼室ｍ１に臨む部位の代表寸法が消炎等価径以下であることを満足するように形成され且つ燃焼室ｍ１を中心に渦巻き状に形成された燃料ガス供給流路ｍ２と、燃焼ガスｇ２を燃焼室ｍ１から外部に排出すると共に燃焼室ｍ１を中心に渦巻き状に形成された燃焼ガス排出流路ｍ３と、燃焼室ｍ１における燃料ガスｇ１の燃焼によって発生する熱を外部に放射する発熱面ｍ４とを備えている。
【００１１】
ここで、上記消炎等価径について説明する。一般的に、燃焼ガスｇ１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、下記（１）式のように求められる。
【００１２】
【数１】
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【００１３】
消炎距離ｄは、燃料ガスｇ１や管壁温度の上昇に伴って低下する。例えば、燃料ガスｇ１が充満する管路（燃料ガス供給流路ｍ２）において、管路径が消炎距離ｄよりも十分に大きければ管路内を火炎伝播することができるが、管路径が常温時或いは高温時における燃料ガスｇ１の消炎距離より小さい（例えば、１ｍｍ）場合、燃料ガスｇ１が高温に加熱されても管路を火炎伝播することができない。
【００１４】
そして、上記燃料ガス供給流路ｍ２において燃焼室ｍ１に臨む部位の形状は、下記（２）式で表される消炎等価径Ｄｅを有しており、流路断面形状が円形でなくても消炎等価径Ｄｅでそれぞれの流路内を火炎が伝播できるか否かを評価することができる。すなわち、本実施形態において、燃焼室ｍ１に臨む部位の形状は、燃料ガスｇ１の消炎距離よりも小さい消炎等価径形状を有している。
【００１５】
【数２】
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【００１６】
ところで、燃焼室ｍ１に臨む部位の代表寸法は、当該部位の形状、つまり流路断面形状によって変化するが、例えば、流路断面形状が円形状である場合、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、代表寸法とは断面の水力相当直径を指す。本実施形態では、下記（３）式で表される水力相当直径を代表寸法とする。
流路断面形状が円形状である場合は、燃焼室ｍ１に臨む部位の代表寸法は円形断面の直径を消炎距離以下とし，流路断面形状が円形状以外である場合は，燃焼室ｍ１に臨む部位の代表寸法は水力相当直径を消炎等価距離以下とする。なお、代表寸法を採る部位は、未燃焼ガスの流路（本実施形態では燃料ガス供給流路ｍ２）の内、本燃焼現象を支配する部位とする。
【００１７】
【数３】
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【００１８】
このような小型燃焼加熱器Ｍによると、燃焼ガスｇ２の熱を用いて燃料ガスｇ１を予熱して燃焼安定性を高めることにより、高い燃焼効率及び小型化を実現でき、（ａ）電気ヒータのような一次エネルギから電気エネルギへの変換過程がないため省エネルギ、（ｂ）高い温度制御性、（ｃ）ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量が少ない、（ｄ）密閉構造のため安全性が高い、等の利点がある。なお、この小型燃焼加熱器Ｍは、例えば特開２００４−２００８３号公報や特開２００５−７６９７３号公報、特開２００５−７６９７４に開示されており、公知のものであるため詳細な説明については省略する。
【００１９】
また、小型燃焼加熱器Ｍの燃焼方式には、燃料と空気との予混合ガスを燃料ガスｇ１として供給する予混合燃焼方式（特開２００４−２００８３号公報及び特開２００５−７６９７３号公報参照）と、燃料と空気とを別々に燃焼室ｍ１に導入し、燃料と空気とを拡散によって混合し燃焼させる拡散燃焼方式（特開２００５−７６９７４号公報参照）とがあり、本実施形態では予混合燃焼方式の小型燃焼加熱器Ｍを用いて説明する。
【００２０】
図１に示すように、上記小型燃焼加熱器Ｍは、加熱対象物Ｘに対し発熱面ｍ４を向けて４つ配置されている。各小型燃焼加熱器Ｍの燃料ガス供給流路ｍ２は、燃料ガス供給用マニホールド１の接続管１ａに各々連通し、当該燃料ガス供給用マニホールド１からそれぞれ燃料ガスｇ１の供給を受ける。燃料ガス供給用マニホールド１は、上記のように各小型燃焼加熱器Ｍの燃料ガス供給流路ｍ２と連通する４本の接続管１ａと、これら接続管１ａを１本に集合させた集合部１ｂ、当該集合部１ｂと連通し混合部２から燃料ガスｇ１の供給を受ける燃料ガス供給管１ｃから構成されている。
【００２１】
混合部２は、燃料流量制御弁４を介して燃料供給源３から供給された燃料と、空気流量制御弁６を介して空気供給源５から供給された空気とを予混合して燃料ガスｇ１を生成し、当該燃料ガスｇ１を燃料ガス供給用マニホールド１の燃料ガス供給管１ｃに供給する。燃料供給源３は、燃料を燃料流量制御弁４に供給する。燃料流量制御弁４は、例えば電磁弁であり、制御部１０の制御の下、所定の供給量で燃料を混合部２へ供給する。空気供給源５は、燃焼用酸化ガスとして空気を空気流量制御弁６に供給する。空気流量制御弁６は、例えば電磁弁であり、制御部１０の制御の下、所定の供給量で空気を混合部２へ供給する。
【００２２】
また、各小型燃焼加熱器Ｍの燃焼ガス排出流路ｍ３は、燃焼ガス排出用マニホールド７の接続管７ａに各々連通している。燃焼ガス排出用マニホールド７は、上記のように各小型燃焼加熱器Ｍの燃焼ガス排出流路ｍ３と連通する４本の接続管７ａと、これら接続管７ａを１本に集合させた集合部７ｂ、当該集合部７ｂと連通し燃焼ガスｇ２を燃焼ガス成分検出部８に排出する燃焼ガス排出管７ｃから構成されている。燃焼ガス成分検出部８は、燃焼ガスｇ２に含まれるＮＯｘ等の排ガス成分量を検出し、当該排ガス成分量を示す排ガス成分信号を制御部１０に出力すると共に、燃焼ガスｇ２を外部に排出する。
【００２３】
温度検出部９は、加熱対象物Ｘの表面温度を検出し、当該表面温度を示す温度信号を制御部１０に出力する。制御部１０は、温度検出部９から入力される温度信号に基づいて、加熱対象物Ｘの表面温度が所定の設定温度になるように燃料ガスｇ１の供給量を制御する。つまり制御部１０は、燃料流量制御弁４及び空気流量制御弁６を制御して燃料及び空気の供給量を制御する。また、制御部１０は、燃焼ガス成分検出部８から入力される排ガス成分信号に基づいて、燃焼ガスｇ２に含まれる排ガス成分が所定の規定量以内に収まるように燃料流量制御弁４もしくは空気流量制御弁６を制御する。
【００２４】
次に、このように構成された本加熱装置の動作について説明する。
まず、制御部１０は、加熱対象物Ｘの表面温度が所定の設定温度となるように、燃料流量制御弁４及び空気流量制御弁６を制御して燃料及び空気の供給量を制御する。燃料流量制御弁４を介して燃料供給源３から供給された燃料と、空気流量制御弁６を介して空気供給源５から供給された空気とは混合部２で予混合され、燃料ガスｇ１として燃料ガス供給用マニホールド１（具体的には燃料ガス供給管１ｃ）に供給される。燃料ガス供給用マニホールド１に供給された燃料ガスｇ１は、各接続管１ａを介して各小型燃焼加熱器Ｍに供給（並行供給）される。
【００２５】
各小型燃焼加熱器Ｍは、供給された燃料ガスｇ１によって燃焼し、発熱面ｍ４から加熱対象物Ｘに放熱する。そして、温度検出部９は、加熱対象物Ｘの表面温度をモニタして温度信号を制御部１０に逐次出力し、制御部１０は、目標の設定温度に到達するように燃料流量制御弁４及び空気流量制御弁６の制御、つまり燃料ガスｇ１の供給量の制御を行う。
【００２６】
一方、各小型燃焼加熱器Ｍの燃焼ガス排出流路ｍ３から各接続管７ａを介して燃焼ガス排出用マニホールド７に排出された燃焼ガスｇ２は、燃焼ガス排出管７ｃを介して燃焼ガス成分検出部８に排出される。燃焼ガス成分検出部８は、燃焼ガスｇ２に含まれるＮＯｘ等の排ガス成分量を検出し、当該排ガス成分量を示す排ガス成分信号を制御部１０に出力すると共に、燃焼ガスｇ２を外部に排出する。制御部１０は、上記排ガス成分信号に基づいて排ガス成分が所定の規定量以内に収まるように燃料流量制御弁４もしくは空気流量制御弁６を制御して燃料ガスｇ１の混合比を調整する。
【００２７】
以上のように、本実施形態によれば、燃料ガスｇ１を各小型燃焼加熱器Ｍに対して所定の供給量で並行供給し、各小型燃焼加熱器Ｍを同じ温度で発熱させることで加熱対象物Ｘの表面を均一の温度で加熱することが可能である。従って、１つの温度制御部で複数の小型燃焼加熱器Ｍの温度制御を同時に行うので、各小型燃焼加熱器Ｍに個別に温度制御部を設ける必要がなく、装置構成の複雑化及び装置規模の大型化を防ぎ、結果としてコストの増加を低減することが可能である。
また、サイズの大きな加熱対象物Ｘを加熱処理する場合には、温度制御部を所定数の小型燃焼加熱器毎に設けることで複数の本加熱装置を構成し、これらの加熱装置を用いて上記加熱対象物を加熱処理することにより、特に効果的に装置構成の複雑化及び装置規模の大型化を防止し、コスト低減を図ることができる。
【００２８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
【００２９】
（１）上記実施形態では、小型燃焼加熱器Ｍとして円柱形状のものを使用したが、これに限らず、小型燃焼加熱器Ｍの外形は加熱対象物Ｘの形状に応じて変更しても良い。また、小型燃焼加熱器Ｍの燃料ガス供給流路ｍ２と燃焼ガス排出流路ｍ３とは、燃焼室ｍ１を中心に渦巻き状に形成された構造（いわゆるスイスロール型構造）としたが、これに限定されず、燃焼室ｍ１に臨む部位の代表寸法が消炎等価径以下であること、また、燃料ガス供給流路ｍ２と燃焼ガス排出流路ｍ３とが対向するように設けられ、燃焼ガスｇ２の熱を用いて燃料ガスｇ１を予熱するような構成であることの２つの条件を満たすことができれば、他の構造を使用しても良い。
【００３０】
（２）上記実施形態では、予混合燃焼方式を採用した小型燃焼加熱器Ｍを用いて説明したが、これに限定されず、予混合燃焼方式に代えて拡散燃焼方式を採用した小型燃焼加熱器Ｍを用いても良い。この拡散燃焼方式を採用した場合、燃焼室ｍ１に連通して燃料を供給する燃料供給路を設け、燃料ガス供給流路ｍ２には空気のみを供給する構成となる（つまり燃料ガス供給流路ｍ２は燃焼用酸化剤供給流路となる）。拡散燃焼方式を採用した場合の具体的な構成例を図４に示す。図１と図４とを比較してわかるように、拡散燃焼方式を採用した場合の加熱装置は各小型燃焼加熱器Ｍの燃料供給路に連通する接続管２０ａと、各接続管２０ａを１本に集合させた集合部２０ｂ、当該集合部２０ｂと連通し燃料流量制御弁４から燃料の供給を受ける燃料供給管２０ｃから構成される燃料供給用マニホールド２０を備えている。そして、空気流量制御弁６から供給される空気は混合部２を介さずに燃料ガス供給用マニホールド１（具体的には燃料ガス供給管１ｃ）に供給される。燃料ガス供給用マニホールド１に供給された空気は、各接続管１ａを介して各小型燃焼加熱器Ｍに供給（並行供給）される。このように供給された空気と、上記燃料供給用マニホールド２０から供給された燃料とが、各小型燃焼加熱器Ｍ内の燃焼室ｍ１内において拡散して混合され燃焼する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態における加熱装置の構成概略図である。
【図２】本発明の一実施形態における小型燃焼加熱器Ｍの外観図である。
【図３】本発明の一実施形態における小型燃焼加熱器Ｍの平断面図である。
【図４】拡散燃焼方式を採用した場合の加熱装置の構成例である。
【符号の説明】
【００３２】
Ｍ…小型燃焼加熱器、ｍ１…燃焼室、ｍ２…燃料ガス供給流路、ｍ３…燃焼ガス排出流路、ｍ４…発熱面、１…燃料ガス供給用マニホールド、２…混合部、３…燃料供給源、４…燃料流量制御弁、５…空気供給源、６…空気流量制御弁、７…燃焼ガス排出用マニホールド、８…燃焼ガス成分検出部、９…温度検出部、１０…制御部、２０…燃料供給用マニホールド、Ｘ…加熱対象物、ｇ１…燃料ガス、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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