(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のケーシング(１)内の軸心を中心とする同一円周上に、少なくとも５００℃の雰囲気下における耐熱性を有しており該ケーシング(１)の軸心側が狭幅で且つ該ケーシング(１)の軸心と反対側が広幅となる略台形状のフィン本体(2aa)が短い円管から成る固着部(2ab)の一端に一体に形成されているフィン(2a)が管本体(2b)の伝熱外周面に全長に亘って隙間無く配置された状態で固着されているフィン付管(２)が隣接するフィン付管(２)のフィン(2a)同士が近接する状態に配置されており、該フィン付管(２)のフィン(2a)が固着されていない一端部が固定されている固定鏡板(３)がケーシング(１)に固定されていると共にフィン(2a)が固着されていない他端部が固定されている摺動鏡板(４)がケーシング(１)に摺動自在に設けられてフィン付管(２)列が形成されており、該フィン付管(２)列のケーシング(１)の軸心側が燃料を燃焼せしめられる燃焼室(５)を成しており、前記固定鏡板(３)及び／又は摺動鏡板(４)のケーシング(１)の外側にフィン付管(２)に液体を供給せしめる供給口(６)及びフィン付管(２)内に供給され加熱された液体を排出せしめる排出口(７)がそれぞれ設けられていることを特徴とする液体の加熱装置。
【請求項２】
加熱される液体がフィン付管(２)列における２本以上のフィン付管(２)内を漸次通るようにフィン付管(２)の端部同士を連通せしめる連通部(８)が固定鏡板(３)及び／又は摺動鏡板(４)のケーシング(１)の外側に設けられている請求項１に記載の液体の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料を燃焼させる燃焼室を備えた円筒状のケーシング内の軸心を中心とする同一円周上に耐熱性に優れた特殊構造のフィン付管を配置し、燃焼室よりの燃焼ガス及び輻射熱でフィン付管を加熱することによってこのフィン付管内に供給された液体を加熱する液体の加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より熱交換器には、フィン付管が伝熱面積を広くすることができて熱効率が向上するという利点があるため、フィンが取り付けられたフィン付管を多数配置したものが広く利用されていた。
しかしながら、このフィン付管はフィンを管本体の伝熱外周面に蝋接などの手段によって固定したものであるため、耐熱性の面で問題があり、フィン付管内を流動せしめられる液体とフィン付管外の気体又は液体との温度が１００℃以下のような低温である場合に限って使用されていたのが現状である。
【０００３】
このようなフィン付管の欠点を解消するために、管本体の伝熱外周面にフィンを一体形成したフィン付管も存在するが、このようなフィン付管のフィンはその肉厚が薄いために耐熱性の点でフィン付管外の気体又は液体の温度が燃料を燃焼せしめた直後の燃焼ガスのような高温である場合には使用ができないという欠点があった。
これは、フィン付管をフィン付管内を流動せしめられる液体を加熱するために使用した装置としては、例えばボイラの節炭器に利用されておりボイラ本体を加熱した後の温度の低下した燃焼ガスがフィン付管の周囲に供給されてボイラに供給する水を予熱するもの等の低温となった廃熱を利用する場合にしか使用されていないことや、液体を積極的に加熱するためにフィン付管が配設されている例としては例えば特開平10−220701号公報に開示されているような装置しか存在していないことからも明らかである。
【０００４】
即ち、この特開平10−220701号公報に開示されている装置は、径の異なる円周上にそれぞれ環状に内側水管列と外側水管列との２列の水管が配置されており、中心部の燃焼室に面する隣接する内側水管間が内側水管の長手方向の一端側の内側通煙口を形成する部分を除いて閉塞されていると共に隣接する外側水管間がこの内側通煙口より内側水管と外側水管との間に流入した燃焼ガスを排出するために外側水管の長手方向の他端側の外側通煙口を形成する部分を除いて閉塞されている多管式貫流ボイラであって、内側水管と外側水管との間の燃焼ガスの通路内における外側水管の燃焼ガス流の下流側にフィンが取り付けられている構成である。
【０００５】
しかしながらこの多管式貫流ボイラは、内側水管の更に内側で燃料を燃焼する構成であるから、内側水管は高温の燃焼ガス及び輻射熱により加熱されて内側水管内に供給された水が加熱されるのであるが、この内側水管には熱を効率良く吸収するためのフィンは取り付けられておらず、内側水管内に供給された水を加熱して温度が低下し内側通煙口を通過した燃焼ガスが内側水管と外側水管との間を流動する外側水管の前記燃焼ガス流の下流側にだけフィンが取り付けられているだけであり、高温の燃焼ガスと直接接触する内側水管にフィンを取り付けることができないことを示唆しているものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、円筒状のケーシング内の軸心側の燃料を燃焼させる燃焼室の中心とする同一円周上に耐熱性を有する特殊構造のフィン付管を配置して、燃焼室よりの燃焼ガス及び輻射熱でフィン付管を直接加熱することによってこのフィン付管内を通す液体を効率良く加熱することができ、小型の装置であっても液体を所望の温度に効率良く加熱することのできる液体の加熱装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、かかる課題を解決すべく鋭意検討した結果、円筒状のケーシング内の軸心を中心とする同一円周上に、少なくとも５００℃の雰囲気下における耐熱性を有しており該ケーシングの軸心側が狭幅で且つ該ケーシングの軸心と反対側が広幅となる略台形状のフィン本体が短い円管から成る固着部の一端に一体に形成されているフィンが管本体の伝熱外周面に全長に亘って隙間無く配置された状態で固着されているフィン付管が隣接するフィン付管のフィン同士が近接する状態に配置されており、該フィン付管のフィンが固着されていない一端部が固定されている固定鏡板がケーシングに固定されていると共にフィンが固着されていない他端部が固定されている摺動鏡板がケーシングに摺動自在に設けられてフィン付管列が形成されており、該フィン付管列のケーシングの軸心側が燃料を燃焼せしめられる燃焼室を成しており、前記固定鏡板及び摺動鏡板のケーシングの外側にフィン付管に液体を供給せしめる供給口及びフィン付管内に供給され加熱された液体を排出せしめる排出口がそれぞれ設けられていれば、前記課題を解決することができることを究明して本発明を完成したのである。
【０００８】
また、加熱される液体がフィン付管列の２本以上のフィン付管内を漸次通るようにフィン付管の端部同士を連通せしめる連通部が固定鏡板及び摺動鏡板のケーシングの外側に設けられていると、各フィン付管の長さの短い小型の装置であっても液体の流路を実質的に長くすることができ液体を所望の温度に加熱することができることも究明したのである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明に係る液体の加熱装置について詳細に説明する。
図１は本発明に係る液体の加熱装置の１実施例を示す説明用斜視図、図２は図１の中央横断面説明図、図３は図１の中央縦断面説明図、図４は図３におけるＡ−Ａ線拡大端面図、図５はフィン付管の構造を示す説明用斜視図、図６は本発明に係る液体の加熱装置の設置例を示す説明図である。
【００１０】
図面中、１は円筒状のケーシング、２はケーシング１内の軸心を中心とする同一円周上に後述するフィン2a同士が近接する状態に配置されているフィン付管である。
【００１１】
このフィン付管２は、図５に示す如くケーシング１の軸心側が狭幅で且つケーシング１の軸心と反対側が広幅となる略台形状のフィン本体2aaが短い円管から成る固着部2abの一端に一体に形成されているフィン2aが管本体2bの伝熱外周面に管本体2bの拡管によって全長に亘って隙間無く配置された状態で固着されているものである。
【００１２】
このフィン本体2aaが短い円管から成る固着部2abの一端に一体に形成されているフィン2aは、後述する燃焼室５で燃焼せしめられた燃料の燃焼ガス及び輻射熱により高温の雰囲気下に曝されるので、少なくとも５００℃の雰囲気下における耐熱性を有するように、例えばステンレス鋼や耐熱鋼より成形されていて且つその厚さも通常0.5〜４mm程度の厚い部材で構成されている。
【００１３】
３はフィン付管２のフィン2aが固着されていない一端部が固定されておりケーシング１の一端部に固定されている固定鏡板、４はフィン付管２のフィン2aが固着されていない他端部が固定されておりケーシング１の他端部に摺動自在に設けられている摺動鏡板であり、フィン付管２はその両端部がこれら固定鏡板３と摺動鏡板４とに固定されているが、フィン付管２が加熱されて膨張して長手方向の摺動鏡板４に固定されている端部側に生じた伸びは摺動鏡板４がケーシング１内を摺動することにより吸収される。
【００１４】
５はフィン付管２列のケーシング１の軸心側の空間であって燃料を燃焼せしめられる燃焼室であり、図示した実施例ではバーナ5aがこの燃焼室５内に臨ませた状態に設置されていて、燃料を燃焼せしめた高温の燃焼ガスとバーナ5aよりの火炎の輻射熱とによりフィン付管２が加熱される。
【００１５】
６は固定鏡板３及び／又は摺動鏡板４のケーシング１の外側に設けられていてフィン付管２に加熱される液体を供給せしめる供給口、７は固定鏡板３及び／又は摺動鏡板４のケーシング１の外側に設けられていてフィン付管２内に供給され加熱された液体を排出せしめる排出口であり、ケーシング１の一端側に供給口６が設けられていると共に他端側に排出口７が設けられている態様や、ケーシング１の一端側に供給口６と排出口７とが設けられている態様がある。
【００１６】
前者の態様は、加熱される液体が１本のフィン付管２内を通るように構成されている場合や、フィン付管２列の奇数本のフィン付管２内を通るように図４に示す如くフィン付管２の端部同士を連通せしめる連通部８が設けられている場合であり、例えば供給口６が設けられている側で供給口６が設けられていない各フィン付管２の隣接する端部同士を連通部８で連通し、また排出口７が設けられている側で排出口７が設けられていない各フィン付管２の隣接する端部同士を連通部８で連通させると、供給口６に接続された管路か又は排出口７に接続された管路かのいずれか一方に液体を強制的に送り込むか又は液体を強制的に排出せしめるポンプ10等を備えさせることによって加熱すべき液体を総ての各フィン付管２内を循環して通過させて加熱することができるので、ケーシング１が小さくても加熱すべき液体を高温に加熱することができるのである。
【００１７】
後者の態様は、加熱される液体がフィン付管２列の偶数本のフィン付管２内を通るようにフィン付管２の端部同士を連通せしめる連通部８が設けられている場合であり、ケーシング１の一方の端部側に供給口６と排出口７とが設けられるので、供給口６及び排出口７が設けられる端部側の固定鏡板３又は摺動鏡板４に、例えば供給口６及び排出口７が設けられていない各フィン付管２の隣接する端部同士を連通部８で連通し、また供給口６及び排出口７が設けられていない側では各フィン付管２の隣接する端部同士を連通部８で連通させると、供給口６に接続された管路か又は排出口７に接続された管路かのいずれか一方に液体を強制的に送り込むか又は液体を強制的に排出せしめるポンプ10等を備えさせることによって図８に示す如く加熱すべき液体を総ての各フィン付管２内を循環して通過させて加熱することができるので、ケーシング１が小さくても加熱すべき液体を高温に加熱することができるのである。
【００１８】
即ち、加熱される液体が少なくとも２本以上のフィン付管２内を通るようにフィン付管２の端部同士を連通せしめる連通部８が設けられている構成であることが、液体の流路を長くすることができ各フィン付管２の長さが短く構成されている小型の装置であっても所望の温度に加熱することができて好ましいのである。
【００１９】
９は燃焼室５で燃料を燃焼せしめられた燃焼ガスがフィン付管２を加熱して、温度の低下した排ガスとなって排気せしめる排気口であり、図示した実施例ではケーシング１の側面に設けられている。
【００２０】
このように構成されている本発明に係る液体の加熱装置によって液体を加熱するには、フィン付管２列のケーシング１の軸心側の燃焼室５で燃料を燃焼させてこの燃料の燃焼ガス及び火炎の輻射熱により加熱された各フィン付管２に液体を供給し加熱する。
【００２１】
このように本発明に係る液体の加熱装置においては、フィン付管２がケーシング１の軸心側の燃焼室５で燃焼させた燃料の燃焼ガス及び火炎の輻射熱により直接加熱されるが、フィン付管２は耐熱製材料で構成されている略台形状のフィン本体2aaが短い円管から成る固着部2abの一端に一体に形成されているフィン2aが管本体2bの伝熱外周面に全長に亘って隙間無く配置された状態で固着されている構造で少なくとも５００℃の雰囲気下における耐熱性を有しているので、フィン2aが焼損や溶損するような現象は発生しない。
【００２２】
また、各フィン付管２は、加熱され熱膨張によってその長手方向に伸びを生じるのであるが、一端部を固定鏡板３にまた他端部を摺動鏡板４にそれぞれ固定されているので、フィン付管２に生じた伸びはこの伸びに応じて摺動鏡板４がケーシング１内を摺動することによって吸収されて熱応力の発生が防止される。
【００２３】
また、各フィン付管２がケーシング１の軸心を中心とする同一円周上に配置されフィン付管２列が形成されているので、各フィン付管２が高温の燃焼ガス及び火炎の輻射熱により略均一に加熱される。
更に、フィン付管２のフィン2aは、ケーシング１の軸心側、即ち燃焼室５に面する高温側が狭幅で且つケーシング１の軸心と反対側、即ち燃焼室５と反対側の低温側が広幅となる略台形状に形成されていて低温側におけるフィン2aの伝熱面積が広いので、低温側からも熱量を効率良く吸収して管本体2bに供給された液体を加熱することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上に詳述した如く本発明に係る液体の加熱装置は、円筒状のケーシング内の軸心を中心とする同一円周上に、少なくとも５００℃の雰囲気下における耐熱性を有しており該ケーシングの軸心側が狭幅で且つ該ケーシングの軸心と反対側が広幅となる略台形状のフィン本体が短い円管から成る固着部の一端に一体に形成されているフィンが管本体の伝熱外周面に全長に亘って隙間無く配置された状態で固着されているフィン付管が隣接するフィン付管のフィン同士が近接する状態に配置されており、該フィン付管のフィンが固着されていない一端部が固定されている固定鏡板がケーシングに固定されていると共にフィンが固着されていない他端部が固定されている摺動鏡板がケーシングに摺動自在に設けられてフィン付管列が形成されており、該フィン付管列のケーシングの軸心側が燃料を燃焼せしめられる燃焼室を成しており、前記固定鏡板及び摺動鏡板のケーシングの外側にフィン付管に液体を供給せしめる供給口及びフィン付管内に供給され加熱された液体を排出せしめる排出口がそれぞれ設けられているので、燃焼室の周囲に配置されたフィン付管が燃料を燃焼させた火炎の輻射熱及び高温の燃焼ガスにより直接加熱されるだけでなく、フィンが略台形状に形成されていて燃焼室と反対側の低温側が広幅であるからこの低温側における熱量を効率良く吸収することができ熱効率が非常に優れていて、長さの短いフィン付管を配置された小型とすることができる。
【００２５】
そして、一端部を固定鏡板にまた他端部を摺動鏡板にそれぞれ支持されているフィン付管に伸びが生じると、この伸びに応じて摺動鏡板がケーシング内を摺動し、熱応力の発生が防止され耐久性に優れている。
【００２６】
また、加熱される液体がフィン付管列の２本以上のフィン付管内を漸次通るようにフィン付管の端部同士を連通せしめる連通部が設けられていると、液体の流路を長くすことができ、各フィン付管の長さを更に短く構成されている小型の装置であっても液体を所望の温度に加熱することができる。
【００２７】
このように種々の効果を奏する本発明に係る液体の加熱装置は、その工業的価値の非常に大きなものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液体の加熱装置の１実施例を示す説明用斜視図である。
【図２】図１の中央横断面説明図である。
【図３】図１の中央縦断面説明図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ線拡大端面図である。
【図５】フィン付管の構造を示す説明用斜視図である。
【図６】本発明に係る液体の加熱装置の設置例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  ケーシング
２  フィン付管
2a  フィン
2aa  フィン本体
2ab  固着部
2b  管本体
３  固定鏡板
４  摺動鏡板
５  燃焼室
5a  バーナ
６  供給口
７  排出口
８  連通部
９  排気口
10  ポンプ
【図１】
0003883735.tif 000002
【図２】
0003883735.tif 000003
【図３】
0003883735.tif 000004
【図４】
0003883735.tif 000005
【図５】
0003883735.tif 000006
【図６】
0003883735.tif 000007