(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給口と空気供給口とが設けられたバーナー燃焼装置の燃焼ガス出口に遠赤外線放射管を付設した発熱ユニットに、触媒燃焼装置の燃焼ガス出口に遠赤外線放射管を付設した発熱ユニットの１基又は２基以上を直列に接続してなり、該触媒燃焼装置の吸気口を構成する導管の径は燃焼ガス出口方向に向かって広がっており、かつ該吸気口を構成する導管内に該導管の軸に平行な回転軸を持つガス旋回流を発生させることができるスワール形成板が導管の軸に垂直に設置されており、そのスワール形成板設置箇所近傍に燃料供給口が設けられていることを特徴とする多段遠赤外線放射機。
【請求項２】
請求項１に記載の多段遠赤外線放射機を運転するに当たり、バーナー燃焼装置への燃料供給量と空気供給量を調節すると共に、各触媒燃焼装置への燃料供給量を調節して、各触媒燃焼装置での燃焼温度を７００〜１０００℃の範囲に維持することを特徴とする多段遠赤外線放射機の運転方法。
【請求項３】
請求項１に記載の多段遠赤外線放射機を運転するに当たり、触媒燃焼装置に充填された燃焼触媒床の容積並びに触媒燃焼装置に通過するガス量を調節して、燃焼触媒床の容積に対する単位時間当たり当該触媒床を通過するガスの標準状態に於ける体積の比率、空間速度ＳＶを１０，０００〜８０，０００／ｈの範囲に維持することを特徴とする多段遠赤外線放射機の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は体育館、室内競技場、工場などの大空間や、ゴルフ練習場などの開放空間の暖房装置として使用可能な遠赤外線放射機に関するものであって、さらに詳しくは、バーナー燃焼装置の燃焼ガス排出路に遠赤外線放射管を付設した発熱ユニットと、触媒燃焼装置の燃焼ガス排出路に遠赤外線放射管を付設した発熱ユニットと併用した多段遠赤外線放射機に係る。
【０００２】
【従来の技術】
遠赤外線加熱は、空気などの熱媒体が存在しなくても、直接的に被加熱物を温めることができるので、非常に効率の良い加熱方法である。このため、大空間や開放空間を暖房する場合には、エネルギー源として電力より安価な燃料を、空気の共存下にバーナー燃焼させ得るバーナー燃焼装置と、この装置の燃焼ガス排出路にパイプ状の遠赤外線放射管と接続させ、バーナー燃焼装置で得られる燃焼ガスをパイプ状の遠赤外線放射管に通して遠赤外線を発生させる遠赤外線放射機が広く採用されている。
一般に、暖房の目的で使用される遠赤外線放射機にあっては、遠赤外線放射管の表面温度を約３００℃程度に保持することが、人体に吸収され易い遠赤外線を発生させるうえで好ましいとされいる。しかし、バーナー燃焼装置から排出される燃焼ガスの温度は、火炎温度が千数百℃である関係でかなり高温である。このため、バーナー燃焼装置を遠赤外線放射管を組み合わせた従来の遠赤外線放射機では、遠赤外線放射管の表面温度を約３００℃程度に保持するために、バーナー燃焼装置に燃焼用空気とは別に大量の冷却用空気を供給するのが通例である。
しかし、従来の遠赤外線放射機においては、遠赤外線放射管を通過したガスが排ガスとして煙道から大気中に放出されるので、大量の冷却用空気を使用することは熱損失を増大させる点で好ましくない。そればかりでなく、高温でバーナー燃焼を行わざるを得ないことは必然的にＮＯｘ発生を伴うが、従来の遠赤外線放射機は、このＮＯｘがそのまま煙道から大気中に排出されるしまう不都合がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の遠赤外線放射機に認められる上記した問題点に鑑みて、熱損失が少なくすること、すなわち、熱効率を高めることができるばかりでなく、排ガス中のＮＯｘ濃度をも低減させることができ、さらにランニングコストも削減できる多段遠赤外線放射機を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃料供給口と空気供給口とが設けられたバーナー燃焼装置の燃焼ガス出口に遠赤外線放射管を付設した発熱ユニットに、触媒燃焼装置の燃焼ガス出口に遠赤外線放射管を付設した発熱ユニットの１基又は２基以上を直列に接続してなり、該触媒燃焼装置の吸気口を構成する導管の径は燃焼ガス出口方向に向かって広がっており、かつ該吸気口を構成する導管内に該導管の軸に平行な回転軸を持つガス旋回流を発生させることができるスワール形成板が導管の軸に垂直に設置されており、そのスワール形成板設置箇所近傍に燃料供給口が設けられていることを特徴とする多段遠赤外線放射機にある。
また本発明は、上記多段遠赤外線放射機を運転するに当たり、バーナー燃焼装置への燃料供給量と空気供給量を調節すると共に、各触媒燃焼装置への燃料供給量を調節して、各触媒燃焼装置での燃焼温度を７００〜１０００℃の範囲に維持することを特徴とする多段遠赤外線放射機の運転方法にある。
さらに本発明は、上記多段遠赤外線放射機を運転するに当たり、触媒燃焼装置に充填された燃焼触媒床の容積並びに触媒燃焼装置に通過するガス量を調節して、燃焼触媒床の容積に対する単位時間当たり当該触媒床を通過するガスの標準状態に於ける体積の比率、空間速度ＳＶを１０，０００〜８０，０００／ｈの範囲に維持することを特徴とする前記多段遠赤外線放射機の運転方法にある。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は、バーナー燃焼方式の発熱ユニット１基に、触媒燃焼方式の発熱ユニットを２基直列に接続した本発明の多段遠赤外線放射機を示しているが、触媒燃焼方式の発熱ユニットの基数はこれに限定されるものではない。
図示の装置に於いて、バーナー燃焼装置１は、バーナーへの燃料供給口２a を備えると共に、送風機３の排気口と導管を介して接続され、バーナーに開口する燃焼用空気入口４と、冷却用空気入口５を備えている。そして、バーナー燃焼装置１の燃焼ガス出口には、遠赤外線放射管６a が接続される。  遠赤外線放射管６a の排気口は、触媒燃焼装置７の吸気口に接続され、触媒燃焼装置７の燃焼ガス出口は、遠赤外線放射管６b が接続され、遠赤外線放射管６b の排気口は、触媒燃焼装置８の吸気口が接続され、触媒燃焼装置８の燃焼ガス出口は、遠赤外線放射管６c が接続される。そして、触媒燃焼装置７の吸気口及び触媒燃焼装置８の吸気口には、それぞれ燃料供給管２b 及び２c が設けられ、遠赤外線放射管６c の排気口は煙道（図示略）に接続される。
尚、図１の符号９a 、９b 、９c はそれぞれ遠赤外線反射板を示しているが、これは本発明に必ずしも必要なものではない。
【０００６】
バーナー燃焼装置及び触媒燃焼装置にそれぞれ付設される遠赤外線放射管には、一般に、金属製又はセラミック製パイプの外表面に、放射塗料を塗布したものが使用されている。触媒燃焼装置に充填される燃焼触媒は、ハニカム型触媒であるのが一般であって、触媒活性成分には、白金、パラジウム等の白金族金属が一般に選ばれる。触媒燃焼装置の吸気口に燃料供給口を設ける場合、吸気口から入る熱ガスに供給口から入る燃料を均一に混合する目的で、前記吸気口を構成する導管の中途を絞って当該部分をベンチュリ管構造とし、その小径部に燃料供給口を開口させることが従来用いられてきた。しかし、ベンチュリ管構造の採用は圧力損失を増大させ、各燃焼装置への送風量不足または送風機動力の増大という不都合がある。従って、圧力損失を増大させずに上記の均一混合を実現するには、上記吸気口を構成する導管をその径が燃焼ガス出口方向に向かって広がるように形成し、かつその吸気口を構成する導管内に、導管の軸に平行な回転軸を持つ熱ガスの旋回流を発生させることができるスワール形成板を導管の軸に垂直に嵌め込み、そのスワール形成板設置箇所近傍に、燃料供給口を開口させる態様が推奨される。本発明で使用可能なスワール形成板の一例は図２に示される。図示のスワール形成板は、板の中心部に開口部１０を備え、その周囲には板の中心から放射状に設けた複数個の略Ｌ字形の切り込み部分を、板の表面の一方の側に突出させて複数枚の傾斜羽根１１を備えた構造にある。その他、スワール形成板としては、その中心部に開口を備え、その周囲には板の中心から放射状に設けた複数のスリットを備え、そのスリットは導管の軸に対し傾斜して開口した構造のものも使用できる。
【０００７】
上記のような構成の多段遠赤外線放射機において、その最上流側に位置するバーナー燃焼装置１は、バーナー燃焼温度が高温であることから、ここでのＮＯｘ発生を完全には防止できない。しかし、バーナー燃焼装置１で生ずる燃焼ガスは、冷却用空気で冷却されているとはいえ、遠赤外線放射管６a を加熱した後でも、なおかなりの熱を保有しているので、この熱を触媒燃焼装置７の予熱として利用することができる利点がある。同様にして、触媒燃焼装置７からの燃焼ガスは、遠赤外線放射管６b を加熱した後においてもなお余熱を有しているので、これを触媒燃焼装置８の予熱として利用することができる。
本発明の多段遠赤外線放射機では、燃焼に必要な酸素はバーナー燃焼装置に供給されるのみであり、触媒燃焼装置に供給される燃料の燃焼に必要な酸素源は、バーナー燃焼装置で生ずる燃焼ガス中の残存分と、これに混合される冷却用空気だけに過ぎない。しかし、触媒燃焼はバーナー燃焼に比較して、低酸素濃度で且つ低温度で生起し、しかも、その触媒燃焼の結果として酸素を消費するので、たとえバーナー燃焼装置でのＮＯｘ発生を回避できなくても、多段遠赤外線放射機を通過するガスの酸素濃度０％換算でのＮＯｘ濃度は、触媒燃焼装置を通る毎に低下する。つまり、本発明の多段遠赤外線放射機では、燃料使用量当たりのＮＯｘ発生量を減少させることができる。
ちなみに、バーナー燃焼装置に遠赤外線放射管を付設しただけの従来装置と同量の遠赤外線放射量を、本発明の多段遠赤外線放射機で得る場合を例にとると、本発明の多段遠赤外線放射機は従来装置より熱効率が優れている関係で、投入燃料量を従来装置より減少させることができる。このように投入燃料量を減少させ得ることと、上記した燃料使用量当たりのＮＯｘ発生量を削減させ得ることとを考え合わせると、本発明に係る多段遠赤外線放射機が奏するＮＯｘの絶対発生量低減効果はさらに大きいと言える。
【０００８】
本発明の多段遠赤外線放射機を運転するに際しては、バーナー燃焼装置への燃料供給量と空気供給量を次のように設定することが好ましい。
すなわち、バーナー燃焼装置に供給される燃焼用空気量と、バーナー燃焼装置に供給される燃料を完全燃焼させるのに必要な理論空気量との比（これを「空気比」と呼ぶ）を１．１〜１．６の範囲に、また、バーナー燃焼装置に供給される燃焼用空気及び冷却用空気の合計量と、前記理論空気量との比（これを「見掛け空気比」と呼ぶ）を２．５〜３．７の範囲に設定することが好ましい。
触媒燃焼装置の運転条件に関して言えば、触媒燃焼装置の吸気口におけるガス温度を３００〜５００℃の範囲に、また送風機３から送られる全空気量と、触媒燃焼装置に供給される燃料を完全燃焼させるのに必要な理論空気量との比を４．９〜７．４の範囲に設定し、各触媒燃焼装置での燃焼温度を７００〜１０００℃の範囲に、好ましくは８００〜９００℃の範囲に維持することが望ましい。ちなみに、この触媒燃焼温度は、ＮＯｘの発生を伴わない温度であり、且つそれぞれの遠赤外線放射管の表面温度を約３００℃に加熱できる温度である。
また、各触媒燃焼装置に供給される燃料を完全燃焼させ、人体に有害な一酸化炭素（ＣＯ）及び未燃炭化水素（ＨＣ）をゼロとするためには、触媒燃焼装置に充填される燃焼触媒に、例えば、白金族金属を担持したハニカム型触媒を使用し、燃焼触媒床の容積に対する単位時間当たり当該触媒床を通過するガスの標準状態に於ける体積の比率、すなわち、空間速度ＳＶを１０，０００〜８０，０００ｈ-1、好ましくは２０，０００〜６０，０００ｈ-1、さらに好ましくは３０，０００〜４０，０００ｈ-1の範囲に維持することが望ましい。ＳＶ値を下げるほど燃焼性は高まるが、あるＳＶ値で完全燃焼を達成する。つまり、上記ＳＶ値の範囲を上回れば完全燃焼がが狙えず、また下回れば、必要以上の触媒量を用いることになり、資源やコストの浪費および圧力損失の増大という問題が生ずる。
【０００９】
【実施例】
図１に示す構成の多段遠赤外線放射機を使用して灯油の燃焼実験を行った。バーナー燃焼装置１には灯油を毎時１．９６リットル、触媒燃焼装置７，８にはそれぞれ灯油を毎時０．９８リットル供給した。また、バーナー燃焼装置１には送風機３から空気を毎時５２Ｎｍ3 供給し、その一部を冷却用空気に使用してバーナー燃焼装置における見掛け空気比を３．０、燃焼温度を９００℃とした。  尚、この条件で多段遠赤外線放射機を運転したところ、各触媒燃焼装置の入口ガス温度は４００℃であり、空気比は５．９であり、燃焼温度は８５０℃であった。上記の燃焼実験に於いて、装置の最下流に位置する遠赤外線放射管６c から排出されるガスの分析値を表１に示す。従来装置との比較のため、遠赤外線放射管６a から排出されるガスの分析値も併記した。
【００１０】
【表１】
0003889119.tif 000002
【００１１】
【発明の効果】
本発明の多段遠赤外線放射機は、消費酸素量当たりのＮＯｘ生成量を低減させることができるばかりでなく、ＣＯ、ＨＣ等の不完全燃焼成分及び未燃焼成分の生成を抑制することができる。加えて、本発明の多段遠赤外線放射機は、排気熱損失を減少させて省エネルギー化を図れるので、ランニングコストの削減、化石燃料の節約、地球温暖防止に大いに貢献する装置である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多段遠赤外線放射機の構成を示す説明図。
【図２】触媒燃焼装置に設置できるスワール形成板の斜視図。
【符号の説明】
１：バーナー燃焼装置
２a ，２b ，２c ：燃料供給口
３：送風機
４：燃焼用空気入口
５：冷却用空気入口
６a ，６b ，６c ：遠赤外線放射管
７，８：触媒燃焼装置
９a ，９b ，９c ：遠赤外線放射管
１０：中央開口部
１１：傾斜羽根
【図１】
0003889119.tif 000003
【図２】
0003889119.tif 000004