JPH09502513A - 空気加熱器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ガスバーナと、及び加熱すべき空気の第１流路及びバーナから排出された燃焼排ガスの第２流路を分離する少なくとも１つの熱交換壁を含む熱交換手段とを含み、加熱すべき空気は第１流路を通って送風器手段により流され、高温燃焼排ガスは第２流路を通って向流して流れる空気加熱器であって、該バーナが放射型のものであり、熱交換壁が接触交換部分とバーナからの放射熱を吸収する吸収部分とからなり、燃焼排ガスが主として接触交換部分の領域で接触により空気を加熱し、バーナからの放射熱が主として吸収部分に向かって排出され、空気が接触交換部分に流れ込んだ後で吸収部分に流れる空気加熱器。

Description

【発明の詳細な説明】 空気加熱器 本発明は、空気加熱器、特に家庭用の空気加熱器に関する。 例えば、ヘアドライヤー、ハンドドライヤー、リネンドライヤーなどのような 種々の家庭用空気加熱器が公知である。これらの空気加熱器は一般に出力が低く 、電力で作動する。 大容量の加熱、特に温室又は工業用加熱にはガス燃焼式空気加熱器が用いられ てきた。 ガス燃焼式加熱器は、直接混合型又は交換器型のものである。 直接混合による空気加熱技術では、加熱すべき空気に燃焼ガスを混合する。効 率の高いこの技術は、空気の更新がこの技術を実施するのに十分である場合に温 室又はある種の工業用建築物の加熱に利用される。一般に該技術は居住用スペー スの加熱には適用し得ない。居住用スペースにおける空気の更新は、経済性とい う明白な理由のために、１又は２容量／時間に制限するのが効果的である。 交換器を備えた加熱器の場合、燃焼排ガスが加熱交換壁 を介して空気を加熱するので、燃焼排ガスと加熱すべき空気とは直接接触しない 。さらに、加熱された空気は、特定の予防処置を講じることなく加熱すべきスペ ース中に分散し得る。しかし、交換器を備えたこれらの加熱器にはいくつかの欠 点がある。該加熱器は、かさばって、費用がかかり且つ比較的エネルギー効率が 低い（多くの場合７０％前後）。さらに、交換器を備えた該加熱器は慣用的に青 炎バーナを用い、従って大量の酸化窒素を排出する。 本発明の主要目的は、上記の種々の欠点を軽減し得る、交換器を備えたタイプ のガス燃焼式空気加熱器を提供することである。本発明の空気加熱器は、効率が 改良されており、極めて少量の酸化窒素しか大気中に排出しない。 さらに、現行の交換器を備えた加熱器は、調節能力が比較的制限されている。 実際、加熱すべき空気の流量修整は原則としてバーナの出力を調節することによ り補い得るが、乱流及び対流交換率の増加により、過渡（transient）条件下の 応答が乱される。 より一般的には、温湿快適性を確保するための現行の加熱法は外乱に耐え得な いことが証明されている。例えば、ラジエーターで暖房する（電気にしろ温水供 給によるもの にしろ）住居では、基準温度の変移又はドアの開放のような外乱により基準温度 に合致しない期間が生じる。快適条件を回復するのに、数十分間、さらには１、 ２時間もの時間がかかることさえあり得る。 同様に、臭気及び湿度測定の管理は主として熱快適性を犠牲にして達成される 。 本発明の他の目的は、これら種々の欠点を回避し得る空気加熱器を提供するこ とである。 本発明により、ガスバーナと、加熱すべき空気の第１流路及びバーナにより生 成された燃焼排ガスの第２流路を分離する少なくとも１個の熱交換壁を含む熱交 換手段とを含み、加熱すべき空気は第１流路を通って送風器手段により流され、 高温燃焼排ガスは第２流路を通って向流する空気加熱器が提供され、該空気加熱 器において、バーナは放射型のものであり、熱交換壁は、接触交換部分とバーナ からの放射熱を吸収する吸収部分とからなり、燃焼排ガスは主として接触交換部 分の領域で接触により空気を加熱し、バーナからの放射熱は主として吸収部分に 向かって放出され、空気は接触交換部分を通ってから吸収部分に流れる。 本発明の好ましい実施態様において、バーナは円筒型の もので燃焼排ガスの流路に配置されており、前記吸収部分はバーナに面しており 、前記接触交換部分は、バーナの縦軸に関してバーナの一方の側面上でバーナを 超えて配置されており、バーナから排出された燃焼排ガスは、バーナから接触交 換部分に向かって流れる。 特に該実施態様による加熱器は、加熱すべき空気の複数の第１流路を含むのが 有利であり、該第１流路はバーナの縦軸の周りに分散配置されている。 本発明の有利な実施態様によれば、加熱器は、バーナの縦軸の周りに、バーナ により排出された燃焼排ガスが流れる星形チャンバを規定する複数の熱交換フィ ンを含んでいる。 本発明の別の有利な実施態様によれば、加熱すべき空気の第１流路は、バーナ の縦軸に平行な燃焼排ガスの第２流路に伸長する管状の（tublar）流路を形成し ている。 本発明のさらに別の実施態様によれば、バーナはフラット型のものであり、熱 交換壁は、加熱すべき空気の第１流路及び燃焼排ガスの第２流路の交互シリーズ を共に規定する複数の平行接触交換フィンを含み、該フィンは、バーナに対して ほぼ垂直に伸長し、連続フィンの各ペアはバーナ に平行な横吸収壁により互いに接続され、該横壁はフィンの対向端部に交互に配 置されている。 本発明の他の主題は、そのような空気加熱器を含む家庭用加熱装置及び個人の 乾燥装置を含む。 添付図面を参照して実施例により本発明をより詳細に説明する。 図１は、本発明の特定の実施態様によるフラットバーナを備えた空気加熱器を 概略的に示している。 図２は、本発明の別の実施態様による円筒バーナを備えた空気加熱器を概略的 に示している。 図３及び図４は、図２の空気加熱器の交換器のそれぞれ横断面及び縦断面であ る。 図５は、図２の空気加熱器のバーナの供給及び調節回路の線図である。 図６は、作動中の空気加熱器の調節を示す構成図である。 図７は、本発明の別の実施態様による円筒バーナを備えた空気加熱器の概略図 である。 図１の空気加熱器は、バーナ１及び交換器２を含んでいる。 バーナ１は、FECRALLOY（登録商標）という商標名で市 販されている材料から製造された焼結金属繊維製のフラット型放射バーナである 。そのようなバーナは、放射モードではＮＯｘの排出量が低い（理論燃焼量が慣 用バーナの場合の200〜400ppmに比べて20〜40ppm）。さらに該バーナは、熱及び 衝撃に耐え得る高い機械的強度を有している。 参照することにより本明細書に組み込まれるEP-A-0,157,432号明細書には、上 記タイプの放射バーナに特に適した多孔質金属繊維材料が記載されている。 より一般的には、孔あき、多孔質又は繊維質表面を有するいずれのセラミック 又は金属放射バーナを用いるのも好適である。 交換器２は、加熱すべき空気の流路５と燃焼排ガスの流路６との交互シリーズ を共に規定する複数のフラット接触交換平行フィン４を含んでいる。これらのフ ィン４は、バーナ１の平面に対して垂直に伸長している。 連続フィン４のペアは、バーナ１に平行な横壁７ａ、７ｂにより互いに接続さ れ、壁７ａ、７ｂはフィン４の対向端部に交互に配置されている。壁７ａは、フ ィン４のバーナ１に最も近い端部で加熱すべき空気の流路５を閉じ、壁７ｂは、 フィン４のバーナ１から最も遠い端部で燃焼排ガ スの流路６を閉じている。 図１に矢印Ａで示されているように、加熱すべき空気は流路５のバーナと反対 側の開放端部に導入される。空気は、流路５の横壁７ａが配置されている端部で 流路５から横方向に流出する。 図１に矢印Ｆで示されているように、バーナ１から排出された燃焼排ガスは、 バーナ１を出て流路６に入る。流路６で、燃焼排ガスは矢印Ｆで示されている方 向に流れ、流路６のバーナ１と対向する端部で流路６から横方向に流出する。 バーナ１からの放射熱は主として横壁７ａによって吸収される。このために壁 ７ａは、表面が赤外線を吸収する色、例えば、暗い艶消色を呈するのが有利であ る。 加熱すべき空気及び燃焼排ガスはフィン４で接触交換する。従って、交換器２ に導入された空気は先ずフィン４の領域で接触により加熱される。次いで空気は 交換器２から流出する直前に、バーナからの放射熱を吸収した壁７ａで加熱され る。 空気が、燃焼排ガスの熱で加熱された後で放射吸収により加熱されることが重 要である。 実際、放射エネルギーは温度差の４分の１の熱量の関数として交換されるが、 接触交換は温度差に正比例する。その結果、燃焼生成物中に含まれるエネルギー は、温度差が十分に大きい場合にのみ正しく交換される。従って、交換器の接触 交換表面が赤外線により「予熱」されることを防ぐ必要がある。 上記の典型的な空気加熱器の場合、交換器２の全交換係数は30kWの出力で10Wm² ℃であり、その交換面積は6.5m²である。交換器の最大出力における全効率は約 80％である。 さて図２を参照されたい。該図に示されている空気加熱器は、円筒バーナ11及 び交換器12を含んでいる。 バーナ11はバーナ１と同じ材料で作られている。バーナ11は、発熱量の30％を 放射形態で、70％を接触形態で放出する。 交換器12の熱交換壁は、該バーナ11の縦軸Ｘの周りに複数の耐火ステンレス鋼 製の星形フィン14を含んでいる。該フィン14は軸Ｘに平行であり、燃焼排ガスが 流れる星形チャンバ13を共に規定している。 チャンバ13は２つの横隔壁13a及び13bで閉鎖されている。これら２つの隔壁13 a及び13bはフラットであり、軸Ｘに対 して垂直である。その断面は、実質的にチャンバ13の断面に対応する輪郭を有し ている。 放射バーナ11は、壁13aから壁13bに向かってチャンバ13内に伸長している。該 バーナ11の軸Ｘに沿った長さは、チャンバ13の高さのほぼ1/3に相当する。燃焼 排ガスは該チャンバ13内を矢印Ｆで示されている方向に流れる。隔壁13bは、燃 焼排ガスの排出管が接続されている円形開口13cを備えている。 加熱すべき空気は、円筒形流路15中を、これらのフィン14の他の側面上を図２ に矢印Ａで示されている方向に燃焼排ガスと向流して流れる。流路15はチャンバ 13と同軸である。流路15の内径はフィン14の星形の円筒形囲いの直径に対応する 。 図２において、フィン14のバーナ11と整列して配置されている部分には符号14 aが付され、フィン14の部分14aに相補的な部分には符号14bが付されている。バ ーナ11により排出された放射熱は主として部分14aにより吸収される。交換器12 に達した空気は、先ず、壁14の燃焼排ガスが接触により交換される部分14bで加 熱される。空気は、接触交換部分14bに流れた後、吸収部分14aで加熱される。 交換器12の形状（geometries）は、赤外線が完全に吸収される放射熱トラップ を構成するが、これは、フィン14の表面の放射率には無関係であることに留意さ れたい。 交換面積3.4m²、流量2000m³/h及び出力30kWの場合、この交換により、全交換 係数18Wm²℃が得られる。 より特定的には、交換器12を詳細に示す図３及び図４を参照されたい。 該交換器のチャンバ13は32個の星形分枝を含んでおり、各分枝は、Ｖ字をなし て互いに結合している交換フィン14を形成する２つの壁で規定されている。該分 枝の外囲部の直径は390mmであり、内囲部の直径は140mmである。角度をもって連 続する２つの分枝からなる対面フィン14の間に、２つの補強材16が配置されてい る。これら２つの補強材16は交換器12の軸Ｘの高さに沿って配置されている。該 補強材はそれぞれＵ字型断面を有しており、Ｕ字の側面は補強材が取り付けられ ているフィン14上に軸受けされている。補強材16とフィン14との間は密封リベッ トで締め付けられている。 円筒形流路15は、分枝の端部が溶接されたシート状金属バレルを形成している 。 バーナ11と交換器12の取り付けは以下のように行う。フィン14を星形に組立て 、補強材16をチャンバ13の分枝に固定したら、フィン14及び補強材16からなる組 立体をバレル15に挿入し、フィン14の端部を該バレル上に溶接する。 横隔壁13aを構成するための上ぶたに円筒バーナ11を取り付ける。次いで、ふ た13aと横隔壁13bを構成する下ぶたとでバレル15を閉じる。次いで、燃焼排ガス の排管及び予備混合した空気／ガスの供給管をふた13a及び13bに取り付ける。 図５に示されているのは、バーナ11の供給及び調節用装置17の図である。バー ナ11には空気とガスの混合物が供給される。このために該装置17は、直列に、3 相LEISTER ROBUST 9F型送風器18、最大空気流量を調節するための手動弁19及び 空気／ガス比を調節するための手動弁20からなる空気供給回路ＣＡを含んでいる 。 バーナ11には同時に、空気流量により駆動される比率調節器21を含む回路Ｇを 介してガスが供給される。バーナ11には、全予備混合物として５％を超える最小 空気が供給さ RC832型の圧力調節器、圧力を1.25バールから37バールに 減少させる減圧弁23（プロパンガスの場合は、流量4kg/h）、電気弁24及び手動 遮断弁25と直列に取り付けられている。 さらにGURTNER型の火炎調節器25もバーナ11に取り付けられている。該調節器2 5は、該火炎調節器25の領域の圧力が45ミリバールを超えるや否や電気弁24を閉 じる圧力スイッチ26に接続されている。火炎調節器25はさらに、バーナ11の領域 の空気流量の存在を検出する空気圧スイッチ27にも接続されている。 バーナ11の火炎の点火及び調節用に、火炎調節器25により制御される２個の電 極28が設けられている。 バーナ11の供給及び調節装置17、並びに加熱すべき空気の流動を誘導する送風 器（図６にＶで示されている）は、図６に示されている調節回路中の制御ユニッ トＵにより管理される。 送風器Ｖは「りすかご」（squirrel cage）型のものが有利である。送風器は 、０〜220ボルトの範囲で変動し得る電圧で作動し、好ましくは2000m³/hを超え る、例えば、4700m³/hの最大流量を送出する。この最大流量は、送風器の吐き出 し口と加熱器の出口との間に生成された圧力ヘッド損失の関数である。 制御ユニットＵは、ＰＩＤ（比例積分偏差）型の応答時間が短いレギュレータ である。該ユニットＵは、加熱器に出入りする空気の温度（それぞれ、Ｔｅ及び Ｔｓ）を測定するセンサーから情報を受ける。該ユニットは、バーナ11に供給す る空気流量を調節する送風器の速度及び送風器Ｖの速度に基づいて作動する。 基準温度Ｔｃ及び加熱すべき空気の吹き出し流量は、オペレーターが直接行う か、又は任意の適切な自動手段による外部条件の関数として間接に行うかにより 、初期設定する。 調節回路は、入口温度Ｔｅの関数としてバーナが供給する出力Ｐを決定して所 望温度Ｔｃが得られるようにするが、出力Ｐは、慣用法により式： （ここで、Ｃｐは空気の比熱量である） により与えられる。 しかし、交換効率は一定ではなく、従って、出力Ｐにより実際に加熱器の出口 で得られた温度Ｔｓは、基準温度とは数度の差があり得る。 ユニットＵは、吹き出された空気の温度Ｔｓの測定に基づいて、得られた温度 と基準温度Ｔｃとの差Ｔｃ−Ｔｓを測定し、次いで、閉微調整回路により、送風 器Ｖにより吹き出された空気の流量を基準温度Ｔｃに達するまで修正する。この ように、バーナの出力の変動（10〜30kW）は送風器Ｖの回転速度の調整による。 人体は流量の差よりも温度差に対してはるかに敏感であることに留意すること が重要である。吹き出し流量の修正は、温度が一定に保たれている場合には殆ど 気づかれずに行われる。従って個人には、居室の空気を50〜100m³/h更新しても 殆ど気づかれないが、約10分にわたって部屋の温度を１又は２℃変えると気づか れる。 微調整の例をこれから説明する。 所要の流量が1000m³/hで、基準温度が55℃の場合、加熱器の出口で得られた温 度が52℃にしか達しなければ、流量を920m³/hに減少させて、温度を55℃に近づ ける。基準温度を得るまで空気の流量を修正する。 従って、上記調節回路は加熱器の使用者に熱及び湿温快適性を与え得る。 調節手段、並びにバーナの供給及び調節装置17が本発明 によるいずれの加熱器にも使用し得ることは勿論である。 円筒バーナを備えた空気加熱器の他の形状(geometries)も予見し得る。 図７ に示されているのは別の実施態様による空気加熱器であり、該加熱器は、円筒バ ーナ31、及び加熱すべき空気が流れる内径53mmの複数（24本）の円筒管33を含む 交換器を含む。円筒管33は、耐火ステンレス鋼製の円筒容器34中にバーナ21の周 りに均一に分散配置されている。 加熱すべき空気は、容器34中でバーナ31が排出した燃焼排ガスの流れ方向に向 流して該管33中を流れる。バーナ31は、燃焼排ガスが逃れる容器34の端部から最 も遠い円筒管33の部分に面して配置されている。バーナから放出される放射熱は 主として管33のこれらの部分で吸収される。加熱すべき空気は、一旦管33内に導 入されると、先ずバーナ31が排出する燃焼排ガスにより接触によって加熱され、 次いで管33の上部が吸収した放射エネルギーにより加熱される。交換器の内側交 換面積は２m²であり、その外側交換面積は．2.2m²である。 本発明の加熱器は、住居の暖房用に、又は乾燥装置（家庭用のシャワールーム 、スイミングプール、サウナ、トルコ風呂のような共用施設に対する適用）とし て用いるのが 有利である。特に、本発明の加熱器の微調整回路により、加熱器を、家庭におけ るのと同様に、スイミングプール又はヘルス及びフィットネスクラブにおける身 体の乾燥に用いることが可能になる。タオルを使うより迅速且つ衛生的な該加熱 器により、入浴又はシャワー後に身体の熱平衡を素早く取り戻すことができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年７月４日 【補正内容】 請求の範囲 １．ガスバーナ、及び加熱すべき空気の第１流路とバーナから排出された燃焼排 ガスの第２流路とを分離する少なくとも１つの熱交換壁を含む熱交換手段を含み 、加熱すべき空気は第１流路を通って送風器手段により流され、高温燃焼排ガス は第２流路を通って向流して流れる空気加熱器であって、該加熱器において、バ ーナは放射型のものであり、熱交換壁は接触交換部分とバーナからの放射熱を吸 収する吸収部分とからなり、燃焼排ガスは主として接触交換部分の領域で接触に より空気を加熱し、バーナからの放射熱は主として吸収部分に向かって放出され 、空気は接触交換部分に流れた後で吸収部分に流れ、熱交換壁の吸収部分がバー ナを取り囲んでバーナが配置されているチャンバを規定することを特徴とする空 気加熱器。 ２．バーナが円筒型のもので燃焼排ガスの流路に配置されており、前記吸収部分 がバーナに面しており、前記接触交換部分がバーナの縦軸に関してバーナの１つ の側面上でバーナを超えて配置されており、バーナが排出する燃焼排ガスがバー ナから接触交換部分に向かって流れる請求項１に 記載の空気加熱器。 ３．加熱すべき空気の複数の第１流路を含み、該第１流路がバーナの縦軸の周り に分散配置されている請求項２に記載の空気加熱器。 ４．バーナの縦軸の周りに、バーナが排出した燃焼排ガスが流れる星形チャンバ を規定する複数の熱交換フィンを含む請求項３に記載の空気加熱器。 ５．加熱すべき空気の第１流路が、バーナの縦軸に平行な燃焼排ガスの第２流路 内に伸長する管状の流路を形成する請求項３に記載の空気加熱器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ガスバーナ、及び加熱すべき空気の第１流路とバーナから排出された燃焼排 ガスの第２流路とを分離する少なくとも１つの熱交換壁を含む熱交換手段を含み 、加熱すべき空気は第１流路を通って送風器手段により流され、高温燃焼排ガス は第２流路を通って向流して流れる空気加熱器であって、該バーナが放射型のも のであり、熱交換壁が接触交換部分とバーナからの放射熱を吸収する吸収部分と からなり、燃焼排ガスが主として接触交換部分の領域で接触により空気を加熱し 、バーナからの放射熱が主として吸収部分に向かって放出され、空気が接触交換 部分に流れた後で吸収部分に流れる空気加熱器。 ２．バーナが円筒型のもので燃焼排ガスの流路に配置されており、前記吸収部分 がバーナに面しており、前記接触交換部分がバーナの縦軸に関してバーナの１つ の側面上でバーナを超えて配置されており、バーナが排出する燃焼排ガスがバー ナから接触交換部分に向かって流れる請求項１に記載の空気加熱器。 ３．加熱すべき空気の複数の第１流路を含み、該第１流路 がバーナの縦軸の周りに分散配置されている請求項２に記載の空気加熱器。 ４．バーナの縦軸の周りに、バーナが排出した燃焼排ガスが流れる星形チャンバ を規定する複数の熱交換フィンを含む請求項３に記載の空気加熱器。 ５．加熱すべき空気の第１流路が、バーナの縦軸に平行な燃焼排ガスの第２流路 内に伸長する管状の流路を形成する請求項３に記載の空気加熱器。 ６．バーナがフラット型のものであり、熱交換壁が、加熱すべき空気の第１流路 と燃焼排ガスの第２流路との交互シリーズを共に規定する複数の平行接触交換フ ィンを含み、該フィンがバーナに対してほぼ垂直に伸長し、連続フィンの各ペア がバーナに平行に配置された横吸収壁によって互いに接続され、該横壁がフィン の対向端部に交互に配置されている請求項１に記載の空気加熱器。 ７．管理ユニット及び加熱すべき空気の温度を感知する第１センサーをさらに含 み、該管理ユニットが、該センサーにより測定された温度及び到達すべき基準温 度の関数としてバーナにより供給されるべき出力を計算する手段と、前記出力を 送出するようにバーナを調節する手段とを含む請 求項１から６のいずれか一項に記載の空気加熱器。 ８．暖められた空気の温度を感知する第２センサーと、第１センサー及び第２セ ンサーにより測定された温度差の関数として加熱すべき空気の流量を補正するよ うに送風器手段を制御する調節手段とをさらに含む請求項７に記載の空気加熱器 。 ９．熱交換壁が耐火ステンレス鋼製である請求項１から８のいずれか一項に記載 の空気加熱器。 １０．バーナが少なくとも30kWのオーダーの出力を有する請求項１から９のいず れか一項に記載の空気加熱器。 １１．送風器手段により、加熱すべき空気の流量が少なくとも2000m³/hになり得 る請求項１から１０のいずれか一項に記載の空気加熱器。 １２．請求項１から１１のいずれか一項に記載の空気加熱器を含む家庭用加熱装 置。 １３．請求項１から１１のいずれか一項に記載の空気加熱器を含む個人の乾燥用 装置。