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WO2009110509A1 - 加熱装置 - Google Patents

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Publication number
WO2009110509A1
WO2009110509A1 PCT/JP2009/054076 JP2009054076W WO2009110509A1 WO 2009110509 A1 WO2009110509 A1 WO 2009110509A1 JP 2009054076 W JP2009054076 W JP 2009054076W WO 2009110509 A1 WO2009110509 A1 WO 2009110509A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flow path
pipe
unburned gas
combustion
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2009/054076
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
加藤　壮一郎
司 斎藤
藤森　俊郎
克昌 高橋
俊之 須田
幸伸 河岡
衞 藤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2008053903A external-priority patent/JP5211765B2/ja
Priority claimed from JP2008053901A external-priority patent/JP5211764B2/ja
Priority to BRPI0908046-5A priority Critical patent/BRPI0908046A2/pt
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
Priority to EP09716623.5A priority patent/EP2253882B1/en
Priority to US12/919,836 priority patent/US20110005470A1/en
Priority to KR1020107019898A priority patent/KR101319950B1/ko
Priority to CN200980107579.9A priority patent/CN101965481B/zh
Priority to CA2717301A priority patent/CA2717301C/en
Priority to RU2010137815/06A priority patent/RU2482388C2/ru
Publication of WO2009110509A1 publication Critical patent/WO2009110509A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B7/00—Steam boilers of furnace-tube type, i.e. the combustion of fuel being performed inside one or more furnace tubes built-in in the boiler body
    • F22B7/02—Steam boilers of furnace-tube type, i.e. the combustion of fuel being performed inside one or more furnace tubes built-in in the boiler body without auxiliary water tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/10—Water tubes; Accessories therefor
    • F22B37/101—Tubes having fins or ribs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/10—Water tubes; Accessories therefor
    • F22B37/12—Forms of water tubes, e.g. of varying cross-section

Definitions

  • the present invention relates to a heating device for heating a fluid to be heated.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2008-053901 filed in Japan on March 4, 2008 and Japanese Patent Application No. 2008-053903 filed on March 4, 2008 in Japan. , The contents of which are incorporated herein.
  • a small heating device for obtaining cooking steam or hot water for a bathroom is installed.
  • a heating device is disclosed in which water flowing in a pipe is heated with high-temperature combustion gas generated by burning fuel together with combustion air, and steam is obtained by this water.
  • the heating apparatus is used for heating various fluids (heated fluid) in addition to the generation of steam and hot water (see Patent Document 1). JP 2007-139358 A
  • the unburnt gas is heated with the combustion gas in advance and then burned, so that the flame is stably maintained even in a small combustion chamber.
  • the combustion gas is very hot, it is heated excessively before the unburned gas is supplied to the combustion chamber, and the unburned gas self-ignites, or fire spreads and burns outside the combustion chamber. There is a possibility.
  • the amount of heat radiated from the large combustion chamber to the surroundings increases, resulting in a decrease in energy efficiency.
  • the present invention has an object of reducing the size of a combustion chamber in a heating apparatus for heating a fluid to be heated, stabilizing a flame in the combustion chamber, and improving energy efficiency.
  • the present invention is a heating device for heating a fluid to be heated, and is combustible ejected at a flow rate capable of maintaining a flame through a nozzle hole set to be smaller than a flame extinguishing distance.
  • a first flow path in which the unburned gas containing fuel is burned and the combustion gas resulting from the combustion flows, and a second flow path in which the unburned gas supplied through the nozzle hole flows are provided.
  • a second flow path may be formed around the first flow path.
  • the unburned gas is heated by flowing through the second flow path formed around the first flow path through which the combustion gas flows.
  • the 2nd channel is formed around the 1st channel, the perimeter does not contact the 1st channel. Accordingly, a part of the heat transferred from the combustion gas is radiated from the unburned gas.
  • a configuration may be adopted in which a third flow path that is surrounded by the first flow path and through which the fluid to be heated flows is provided.
  • the said 3rd flow path is comprised from the interior space of 3rd piping, the said 1st flow path and the 1st piping which concentrically surrounds the said 3rd piping and the said 3rd piping,
  • the second flow path may be constituted by a space sandwiched between the first pipe and a second pipe concentrically surrounding the first pipe.
  • a plurality of fins protruding from the outer peripheral surface of the third pipe toward the first flow path may be provided.
  • the third pipe is bent at the first flow path side and the second flow path side at predetermined intervals.
  • first flow path formed around the second flow path and the third flow path formed around the first flow path through which the fluid to be heated flows may be provided.
  • the first flow path is formed around the second flow path through which the unburned gas flows, and the combustion gas flows through the first flow path. For this reason, the unburned gas flowing through the second flow path is heated by the high-temperature combustion gas flowing through the first flow path.
  • a stable flame is formed by unburned gas being ejected from the second flow path through a nozzle hole set smaller than the extinguishing distance and at a flow rate at which the flame can be maintained. Further, the unburned gas is combusted by the stable flame and the third flow path is formed around the first flow path through which the combustion gas flows, and the fluid to be heated is flowed to the third flow path.
  • an introduction portion for introducing the combustion gas from the first flow path may be provided in an area outside the third flow path and on the opposite side of the first flow path.
  • the second flow path is configured from the internal space of the second pipe, and the first flow path is sandwiched between the second pipe and the first pipe that concentrically surrounds the second pipe.
  • the third flow path may be composed of a space sandwiched between the first pipe and a third pipe concentrically surrounding the first pipe.
  • the second flow path is configured from an internal space of the second pipe, and the third flow path is arranged apart from the second pipe around the second pipe. It may be configured from an internal space of piping, and the first flow path may be configured from a space surrounded by the second piping, the fourth piping, and a partition wall that closes the fourth piping.
  • the heating device of the present invention the following excellent effects are exhibited. (1) Since the second flow path through which the unburned gas flows is formed around the first flow path through which the combustion gas flows, the entire circumference of the second flow path does not contact the first flow path, and the combustion gas Part of the heat transferred from the heat is dissipated from the unburned gas. For this reason, the combustion chamber can be made small by heating the unburned gas, and it is possible to suppress the unburned gas from being heated excessively and to form a stable flame in the combustion chamber. Therefore, the combustion chamber of the heating device that heats the fluid to be heated can be made smaller, and the flame in the combustion chamber can be stabilized.
  • the unburned gas flowing through the second flow path is It is heated by the hot combustion gas flowing through.
  • a stable flame is formed by unburned gas being ejected from the second flow path through a nozzle hole set smaller than the extinguishing distance and at a flow rate at which the flame can be maintained. Such a stable flame can be burned stably even if it directly touches the wall surface in contact with the cold fluid to be heated, and heat can be efficiently transferred to the wall surface.
  • the unburned gas is combusted by the stable flame, and the third flow path is formed around the first flow path through which the combustion gas flows, and the fluid to be heated is flowed to the third flow path.
  • the fluid to be heated flowing in the third flow path is heated by directly heating the third flow path with a stable flame. Therefore, compared with the case where the flow path of the fluid to be heated is heated only by the combustion gas, the amount of heat can be efficiently transferred to the fluid to be heated. Can be improved.
  • the unburned gas flowing through the second flow path is heated by the high-temperature combustion gas flowing through the first flow path, and the heated unburned gas passes through the nozzle hole set to be smaller than the flame extinguishing distance and flames.
  • FIG. 2 is a vertical sectional view showing a schematic schematic configuration of the apparatus of FIG. 1. It is a vertical sectional view showing a schematic schematic configuration of a small boiler in a second embodiment of the present invention. It is a horizontal sectional view showing a typical schematic structure of a small boiler in a 3rd embodiment of the present invention. It is a horizontal sectional view showing a typical schematic structure of a small boiler in a 4th embodiment of the present invention. It is a perspective view which shows the typical schematic structure of the small boiler in 5th Embodiment of this invention.
  • FIG. 8 is a horizontal sectional view showing a schematic schematic configuration of the apparatus of FIG. 7. It is a vertical sectional view showing a schematic schematic configuration of the apparatus of FIG. It is a horizontal sectional view showing a typical schematic structure of a small boiler in a 6th embodiment of the present invention. It is a perspective view which shows the typical schematic structure of the apparatus of FIG. It is a horizontal sectional view showing a typical schematic structure of a small boiler in a 7th embodiment of the present invention. It is a horizontal sectional view showing a typical schematic structure of a small boiler in an 8th embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 to 3 are schematic configuration diagrams schematically showing a small boiler B1 of the present embodiment, in which FIG. 1 is a perspective view, FIG. 2 is a horizontal sectional view, and FIG. 3 is a vertical sectional view.
  • the small boiler B1 of the present embodiment includes a first pipe 1 (first pipe), a second pipe 2 (second pipe), and a third pipe 3 (third pipe). It has a triple tube structure arranged concentrically in plan view.
  • the first pipe 1 is a pipe that extends in the vertical direction and has a lower end 11 that is a closed end, and has a nozzle hole whose diameter is set smaller than the extinguishing distance of unburned gas in the side wall near the lower end 11. A plurality of 12 are formed. And the 1st piping 1 is formed with the material (for example, brass (brass) etc.) with high heat conductivity.
  • the second pipe 2 is a pipe that extends in the vertical direction and surrounds the first pipe 1 concentrically.
  • the lower end 21 is a closed end, and is formed of a material having high heat transfer like the first pipe 1. ing.
  • the third pipe 3 is a pipe that extends in the vertical direction and is inserted into the first pipe 1, and the lower end 31 is a closed end.
  • the third pipe 3 is preferably made of a material having high heat transfer like the first pipe 1 and the second pipe 2.
  • the internal space of the 3rd piping 3 is the water flow path R3 (3rd flow path) through which water (to-be-heated fluid) W flows. That is, in the small boiler B ⁇ b> 1 of the present embodiment, the water flow path R ⁇ b> 3 is configured from the internal space of the third pipe 3.
  • a water supply part (not shown) for supplying water W to the water flow path R3 is connected to the vicinity of the lower end of the water flow path R3, and the water W whose flow rate is adjusted by the water supply part is supplied to the water flow path R3. Is done.
  • a discharge part (not shown) for discharging steam generated by evaporation of the water W in the water flow path R3 is connected in the vicinity of the upper end of the water flow path R3. The steam whose flow rate is adjusted is discharged to the outside.
  • combustion gas flow path R1 (the first gas flow through which the unburned gas G1 is burned) flows. 1 flow path). That is, in small boiler B1 of this embodiment, combustion gas flow path R1 is comprised from the space pinched
  • the space between the first pipe 1 and the second pipe 2 is an unburned gas flow path R2 (second flow path) through which unburned gas G1 containing combustible fuel flows. That is, the unburned gas flow path R2 is composed of a space sandwiched between the first pipe 1 and the second pipe 2 concentrically surrounding the first pipe. The upper end of the second pipe 2 is connected to an unburned gas supply device (not shown) for supplying unburned gas G1 to the unburned gas flow path R2.
  • the unburned gas G1 a mixture of fuel and oxidant can be used.
  • the fuel petroleum fuel, natural gas, or the like can be used.
  • the unburned gas G1 is supplied from the unburned gas supply device connected to the second pipe 2 to the unburned gas flow path R2 and formed in the first pipe 1.
  • a flame is formed in the combustion chamber K by igniting and burning the unburned gas G1 ejected from the nozzle hole 12 formed.
  • the combustion gas G2 generated by burning the unburned gas G1 flows through the combustion gas flow path R1 and is discharged.
  • the high-temperature combustion gas G2 flows through the combustion gas flow path R1, so that the unburned gas G1 flowing through the unburned gas flow path R2 is heated. That is, the heat quantity of the combustion gas G2 is transferred to the unburned gas G1 through the first pipe 1 functioning as a heat exchange wall, and the unburned gas G1 is heated.
  • the unburned gas G1 heated by heat exchange with the combustion gas G2 is jetted into the first pipe 1 through the nozzle hole 12 in a heated state. Then, the unburned gas G1 ejected from the nozzle hole 12 burns in the combustion chamber K.
  • the nozzle hole 12 formed in the 1st piping 1 is set smaller than the flame extinction distance in the combustion environment in the combustion chamber K of the unburned gas G1, a flame spreads to unburned gas flow path R2. It is suppressed. Further, since the unburned gas flow path R2 is formed around the combustion gas flow path R1, the entire circumference of the unburned gas flow path R2 is not in contact with the combustion gas flow path R1, and heat is transferred from the combustion gas G2. Part of the amount of heat generated is radiated from the unburned gas G1.
  • the unburned gas G1 supplied to the combustion chamber K via the unburned gas flow path R2 flows through the combustion gas flow path R1 in a state where the combustion in the combustion chamber K is continued. Heated by the combustion gas G2. For this reason, a stable flame can be formed even if the combustion chamber K is extremely small as compared with the combustion chamber in the conventional heating device.
  • the water W in the water channel R3 is the flame in the combustion chamber K and the combustion gas G2 in the combustion gas channel R2. Evaporates by heating. That is, the heat generated by the combustion is transferred to the water W through the second pipe 2 functioning as a heat exchange wall, and as a result, the water W is heated and evaporated. And the vapor
  • the water flow path R3 is surrounded by the combustion gas flow path R1, heat can be transferred from the entire circumference of the water flow path R3 to the water W, and the water W can be efficiently heated. .
  • the unburned gas flow path R2 through which the unburned gas G1 flows is formed around the combustion gas flow path R1 through which the combustion gas G2 flows.
  • the entire circumference of the path R2 does not come into contact with the unburned gas flow path R1, and part of the heat transferred from the combustion gas G2 is radiated from the unburned gas G1.
  • the combustion chamber K can be made smaller by heating the unburned gas G1, and the flame in the combustion chamber K can be stabilized by suppressing the unburned gas G1 from being heated too much. It becomes. Therefore, the combustion chamber K can be made smaller and the flame in the combustion chamber K can be stabilized.
  • FIG. 4 is a vertical sectional view showing a schematic configuration diagram schematically showing the small boiler B2 of the present embodiment.
  • the small boiler B2 of the present embodiment includes a fourth pipe 4 surrounding the second pipe 2 concentrically.
  • a space sandwiched between the second pipe 2 and the fourth pipe 4 is configured as a storage unit 5 that is connected to the water flow path R3 and stores water W.
  • the water W once stored in the storage unit 5 is supplied to the water flow path R3, but the water W is supplied from the unburned gas G1 in the storage unit 5. Receive a portion of the heat released. For this reason, the quantity of heat radiated from the unburned gas G1 can be used for heating the water W, and the water W can be heated more efficiently.
  • FIG. 5 is a horizontal sectional view showing a schematic schematic configuration diagram of the small boiler B3 of the present embodiment.
  • the small boiler B3 of the present embodiment includes a plurality of fins 10 protruding from the outer peripheral surface of the third pipe 3 toward the combustion gas flow path R1.
  • the fins 10 are integrally formed with the third pipe 3 and are formed of a material having high heat transfer properties as with the third pipe 3.
  • the fin 10 increases the heat exchange area between the combustion gas G2 flowing through the combustion gas flow path R1 and the water W flowing through the water flow path R3, and is more efficient. Thus, it becomes possible to heat the water W.
  • FIG. 7 is a horizontal sectional view showing a schematic schematic configuration diagram of the small boiler B4 of the present embodiment.
  • the second pipe 2 is bent into a star shape at a predetermined interval between the combustion gas flow path R1 side and the water flow path R3 side.
  • the third pipe 3 is bent at a predetermined interval to have a star shape, whereby the combustion gas G2 and the water flow path R3 flowing through the combustion gas flow path R1 are separated.
  • the heat exchange area with the flowing water W increases, and the water W can be heated more efficiently.
  • FIGS. 7 to 9 are schematic configuration diagrams schematically showing a small boiler B101 according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view
  • FIG. 8 is a horizontal sectional view
  • FIG. 9 is a vertical sectional view.
  • the small boiler B101 of the present embodiment includes a first pipe 101 (first pipe), a second pipe 102 (second pipe), and a third pipe 103 (third pipe). It has a triple tube structure arranged concentrically in plan view.
  • the second pipe 102 is a pipe that extends in the vertical direction and has a lower end 111 as a closed end, and has a nozzle hole whose diameter is set smaller than the extinguishing distance of unburned gas in the side wall near the lower end 111. A plurality of 112 are formed. And the 2nd piping 102 is formed with the material (for example, brass (brass) etc.) with high heat conductivity.
  • the internal space of the second pipe 102 is an unburned gas flow path R2 (second flow path) through which unburned gas G1 containing combustible fuel flows. That is, in the small boiler B101 of the present embodiment, the unburned gas flow path R2 is configured from the internal space of the second pipe 102.
  • the second pipe 102 is connected at its upper end to an unburned gas supply device (not shown) for supplying unburned gas G1 to the unburned gas flow path R2.
  • the unburned gas G1 a mixture of fuel and oxidant can be used.
  • the fuel petroleum fuel, natural gas, or the like can be used.
  • the first pipe 101 is a pipe that extends in the vertical direction and surrounds the second pipe 102 concentrically.
  • the lower end 121 is a closed end, and is formed of a material having high heat transfer like the second pipe 102. ing.
  • the unburned gas G1 is burned, and the combustion gas flow path R1 (in which the combustion gas G2 generated by burning the unburned gas G1 flows) First flow path). That is, in the small boiler B101 of the present embodiment, the combustion gas flow path R1 is composed of a space sandwiched between the second pipe 102 and the first pipe 101 that concentrically surrounds the second pipe 102.
  • the vicinity of the lower end of the combustion gas flow path R1 (near the nozzle hole 112) is a combustion chamber K in which the unburned gas G1 ejected from the nozzle hole 112 burns.
  • the combustion chamber K is provided with an ignition device (not shown).
  • the third pipe 103 is a pipe that extends in the vertical direction and concentrically surrounds the first pipe 101, and the lower end 131 is a closed end. In addition, it is preferable that this 3rd piping 103 is formed with a material with low heat conductivity.
  • a space between the third pipe 103 and the first pipe 101 is a water flow path R3 (third flow path) through which water (heated fluid) W flows. That is, in the small boiler B101 of the present embodiment, the water flow path R3 is configured by a space sandwiched between the first pipe 101 and the third pipe 103 concentrically surrounding the first pipe 101.
  • a water supply part (not shown) for supplying water W to the water flow path R3 is connected near the lower end of the water flow path R3, and the water W whose flow rate is adjusted to the water flow path R3 by this water supply part. Is supplied. Further, a discharge part (not shown) for discharging steam generated by evaporation of the water W of the water flow path R3 is connected to the vicinity of the upper end of the water flow path R3. The steam whose flow rate is adjusted is discharged to the outside.
  • the unburned gas G1 is supplied from the unburned gas supply device connected to the second pipe 102 to the unburned gas flow path R2, and the second pipe 102 is used.
  • a flame is formed in the combustion chamber K by igniting and burning the unburned gas G1 ejected from the nozzle hole 112 formed in the above.
  • the combustion gas G2 generated by burning the unburned gas G1 flows through the combustion gas flow path R1 and is discharged.
  • the high-temperature combustion gas G2 flows through the combustion gas flow path R1 formed around the unburned gas flow path R2, and thus the unburned gas flow through the unburned gas flow path R2.
  • the fuel gas G1 is heated. That is, the heat quantity of the combustion gas G2 is transferred to the unburned gas G1 through the second pipe 102 functioning as a heat exchange wall, and the unburned gas G1 is heated.
  • the unburned gas G1 heated by exchanging heat with the combustion gas G2 is ejected to the outside of the second pipe 102 through the nozzle hole 112 in a state where the unburned gas G1 is heated to the vicinity of the ignitable temperature.
  • the unburned gas G1 ejected from the nozzle hole 112 is ignited and burned by the flame formed in the combustion chamber K.
  • the nozzle hole 112 formed in the 2nd piping 102 is set smaller than the flame extinction distance in the combustion environment in the combustion chamber K of the unburned gas G1, a flame does not spread to unburned gas flow path R2. . For this reason, the flame is stabilized in the combustion chamber K, and combustion is continued.
  • the unburned gas G1 supplied to the combustion chamber K via the unburned gas flow path R2 flows through the combustion gas flow path R1 in a state where the combustion in the combustion chamber K is continued. Heated by the combustion gas G2. For this reason, even if the combustion chamber K is made extremely small as compared with the combustion chamber in the conventional heating device, a stable flame can be formed.
  • the water W in the water channel R3 is composed of the flame in the combustion chamber K and the combustion gas G2 in the combustion gas channel R1. Is evaporated by heating. That is, the heat amount of the flame and the heat amount of the combustion gas G2 are transferred to the water W through the first pipe 101 functioning as a heat exchange wall, and as a result, the water W is heated and evaporated. And the vapor
  • the combustion gas passage R1 through which the combustion gas G2 flows is formed around the unburned gas passage R2 through which the unburned gas G1 flows. For this reason, the unburned gas G1 flowing through the unburned gas flow path R2 is heated by the high-temperature combustion gas G2 flowing through the combustion gas flow path R1. Further, a stable flame is formed by the unburned gas G1 being ejected from the unburned gas flow path R2 through the nozzle hole 112 set to be smaller than the extinguishing distance and at a flow rate capable of maintaining the flame. . Such a stable flame can be directly brought into contact with the wall surface (first pipe 101) in contact with the cold water W.
  • a water flow path R3 is formed around the combustion gas flow path R1 where a stable flame is formed, and water W is caused to flow through the water flow path R3.
  • the water W flowing through the water channel R3 is heated by directly heating the water channel R3 with a stable flame. Therefore, compared with the case where the water flow path R3 is heated only by the combustion gas G2, the amount of heat can be efficiently transferred to the water W. Therefore, according to the small boiler B101 of this embodiment, energy efficiency can be improved.
  • the unburned gas G1 flowing through the unburned gas flow path R2 is heated by the high-temperature combustion gas G2 flowing through the combustion gas flow path R1, and the heated unburned gas G1. Is combusted by being ejected from the unburned gas flow path R2 through the nozzle hole 112 set to be smaller than the flame extinguishing distance and at a flow rate capable of maintaining the flame.
  • the unburned gas G1 is sufficiently heated by the high-temperature combustion gas G2, so that stable combustion can be continued in the small combustion chamber K. Therefore, the combustion chamber can be made small and the apparatus can be miniaturized.
  • FIG. 10 and 11 are schematic configuration diagrams schematically showing the small boiler B102 of the present embodiment, in which FIG. 10 is a horizontal sectional view and FIG. 11 is a perspective view.
  • the unburned gas flow path R2 is configured from the internal space of the second pipe 102 in the same manner as the small boiler B101 of the fifth embodiment, and the water flow path R3.
  • the height of the partition 105 is set low compared with the height of the 2nd piping 102 and the 4th piping 104.
  • FIG. 11 a gap is formed between the fourth pipes 104 in the upper part of the small boiler B102.
  • the gap functions as an introduction portion 106 that introduces the combustion gas G2 into the region outside the water flow channel R3 and the region opposite to the combustion gas flow channel R1.
  • the unburned gas G1 heated by heat exchange with the combustion gas G2 is ejected into the combustion gas flow path R1.
  • the combustion gas G2 is newly generated after being combusted, a part of the combustion gas G2 goes around to the back side of the fourth pipe 104 (the side opposite to the combustion gas flow path R1) through the introduction portion 106.
  • the whole periphery of the 4th piping 104 is heated with the combustion gas G2, and the water W can be heated more efficiently. Therefore, energy efficiency can be further improved.
  • FIG. 12 is a schematic schematic configuration diagram of the small boiler B103 of the present embodiment, and is a horizontal sectional view.
  • the small boiler B103 of the present embodiment includes a plurality of fins 110 protruding from the outer peripheral surface of the first pipe 101 toward the water flow path R3.
  • the fins 110 are integrally formed with the first pipe 101 and are formed of a material having high heat conductivity, like the first pipe 101.
  • the fin 110 increases the heat exchange area between the combustion gas G2 flowing through the combustion gas flow path R1 and the water W flowing through the water flow path R3, and is more efficient. Thus, it becomes possible to heat the water W. Therefore, energy efficiency can be further improved.
  • FIG. 13 is a schematic schematic configuration diagram of a small boiler B104 of the present embodiment, and is a horizontal sectional view. As shown in this figure, in the small boiler B104 of this embodiment, the first pipe 1 is bent into a star shape at a predetermined interval between the combustion gas flow path R1 side and the water flow path R3 side.
  • the first pipe 101 is bent at a predetermined interval to form a star shape, so that the combustion gas G2 and the water flow path flowing through the combustion gas flow path R1.
  • the heat exchange area with the water W flowing through R3 increases, and the water W can be heated more efficiently. Therefore, energy efficiency can be further improved.
  • a small boiler has been described as an example of the heating device.
  • the present invention is not limited to this, and can be applied to a water heater that heats water to form hot water, an apparatus that heats oil or gas, and the like.
  • it is applicable also to industrial products, such as a large sized boiler and a fluidized bed boiler using the heated powder fluid.
  • the heating device of the present invention is applied to a circulating fluidized bed boiler, the powdered fluid can be transported using combustion gas.
  • first pipes 1 and 101, the second pipes 2 and 102, the third pipes 3 and 103, and the fourth pipes 4 and 104 in the first to eighth embodiments are examples, and are arbitrary. Can be set to
  • the combustion chamber in the heating device that heats the fluid to be heated, the combustion chamber can be made smaller, the flame in the combustion chamber can be stabilized, and the energy efficiency can be improved.

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Abstract

　　消炎距離よりも小さく設定されたノズル孔（１２）を介してかつ火炎の維持が可能な流速にて噴出された可燃燃料を含む未燃ガス（Ｇ１）が燃焼されると共に上記燃焼による燃焼ガス（Ｇ２）が流れる第１流路（Ｒ１）と、上記該第１流路の周りに形成されると共に上記ノズル孔を介して供給される上記未燃ガスが流れる第２流路（Ｒ２）とを備える。本発明によれば、被加熱流体を加熱する加熱装置における燃焼室を小さくし、燃焼室における火炎を安定させ、エネルギー効率を向上させる。

Description

加熱装置
　本発明は、被加熱流体を加熱する加熱装置に関するものである。本願は、２００８年３月４日に、日本に出願された特願２００８－０５３９０１号、及び２００８年３月４日に、日本に出願された特願２００８－０５３９０３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　飲食店や宿泊施設等においては、調理用の蒸気や風呂場用の温水を得るための小型の加熱装置が設置される場合がある。例えば、燃焼用空気と共に燃料を燃焼させることによって生じた高温の燃焼ガスで配管内を流れる水を加熱し、この水によって蒸気を得る加熱装置が開示されている。また、加熱装置は、蒸気や温水の生成以外にも、様々な流体（被加熱流体）の加熱に用いられている（特許文献１参照）。
特開２００７－１３９３５８号公報
　ところで、従来の加熱装置においては、燃焼室内で完全燃焼する時間を確保するために、大きな燃焼室が必要とされている。このため、加熱装置を十分に小型化することができない。そこで、未燃ガスを予め燃焼ガスによって加熱してから燃焼させることで、小さな燃焼室でも火炎を安定に維持している。しかしながら、燃焼ガスはかなり高温であるため、未燃ガスが燃焼室に供給される前に過度に加熱されて未燃ガスが自着火したり、延焼が生じたりして、燃焼室外で燃焼してしまう可能性がある。さらに、大きな燃焼室から周囲に放熱される熱量が多くなり、エネルギー効率が低下してしまう。
　本発明は、上述の問題点に鑑みて、被加熱流体を加熱する加熱装置において、燃焼室を小さくし、燃焼室における火炎を安定させると共に、エネルギー効率を向上させることを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明は、被加熱流体を加熱する加熱装置であって、消炎距離よりも小さく設定されたノズル孔を介して、火炎の維持が可能な流速で噴出された可燃燃料を含む未燃ガスが燃焼されると共に上記燃焼による燃焼ガスが流れる第１流路と、上記ノズル孔を介して供給される上記未燃ガスが流れる第２流路とを備えている。
　上記構成において、上記第１流路の周りに第２流路を形成してもよい。
　上記の加熱装置によれば、未燃ガスは、燃焼ガスが流れる第１流路の周りに形成された第２流路を流れることによって加熱される。ここで、第２流路は第１流路の周りに形成されているため、その全周が第１流路と接触しない。したがって、燃焼ガスから伝熱された熱量の一部が未燃ガスから放熱される。
　また、本発明においては、上記第１流路に囲まれると共に被加熱流体が流れる第３流路を備える構成としてもよい。
　また、上記の加熱装置によれば、上記第３流路が第３配管の内部空間から構成され、上記第１流路が上記第３配管と上記第３配管を同心円状に囲う第１配管とに挟まれた空間から構成され、上記第２流路が上記第１配管と該第１配管を同心円状に囲う第２配管とに挟まれた空間から構成されてもよい。
　また、上記構成において、上記第３配管の外周面から上記第１流路に向けて突設される複数のフィンを備えてもよい。
　また、上記構成において、上記第３配管は、所定間隔ごとに上記第１流路側と上記第２流路側とに屈曲されている。
　また、上記第２流路の周りに形成される上記第１流路と、上記被加熱流体が流れ、上記第１流路の周りに形成される第３流路を備える構成としてもよい。
　上記の加熱装置によれば、未燃ガスが流れる第２流路周りに第１流路が形成され、上記第１流路に燃焼ガスが流される。このため、第２流路を流れる未燃ガスが、第１流路を流れる高温の燃焼ガスによって加熱される。また、未燃ガスが消炎距離よりも小さく設定されたノズル孔を介してかつ火炎の維持が可能な流速にて上記第２流路から噴出されることによって安定した火炎が形成される。さらに、安定した火炎により未燃ガスが燃焼されると共に燃焼ガスが流れる第１流路の周りに第３流路が形成され、上記第３流路に被加熱流体が流される。　
　また、上記構成において、上記第３流路の外側領域であって上記第１流路と反対側の領域に、上記第１流路から上記燃焼ガスを導入する導入部を備えてもよい。
　また、上記構成において、上記第２流路が第２配管の内部空間から構成され、上記第１流路が上記第２配管と、この第２配管を同心円状に囲う第１配管とに挟まれた空間から構成され、上記第３流路が上記第１配管と上記第１配管を同心円状に囲う第３配管とに挟まれた空間から構成されてもよい。
　また、上記構成において、上記第２流路が第２配管の内部空間から構成され、上記第３流路が上記第２配管を中心として上記第２配管から離間して配列される複数の第４配管の内部空間から構成され、上記第１流路が上記第２配管と上記第４配管と上記第４配管同士の間を閉鎖する隔壁とによって囲まれた空間から構成されてもよい。
　本発明の加熱装置によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）未燃ガスが流れる第２流路が、燃焼ガスが流れる第１流路の周りに形成されているため、第２流路の全周が第１流路と接触せず、燃焼ガスから伝熱された熱量の一部が未燃ガスから放熱される。このため、未燃ガスを加熱することで燃焼室を小さくすることができると共に、未燃ガスが加熱され過ぎることを抑制して、燃焼室に安定な火炎を形成することができる。したがって、被加熱流体を加熱する加熱装置の燃焼室を小さくし、燃焼室の火炎を安定させることができる。
（２）未燃ガスが流れる第２流路周りに第１流路が形成され、上記第１流路に燃焼ガスが流されるため、第２流路を流れる未燃ガスが、第１流路を流れる高温の燃焼ガスによって加熱される。また、未燃ガスが消炎距離よりも小さく設定されたノズル孔を介してかつ火炎の維持が可能な流速にて上記第２流路から噴出されることによって安定した火炎が形成される。このように安定した火炎は、冷たい被加熱流体と接する壁面に直接触れても安定に燃焼することが可能で、さらに上記壁面へ効率的に熱を伝達することが可能となる。そして、安定した火炎により未燃ガスが燃焼されると共に燃焼ガスが流れる第１流路の周りに第３流路が形成され、前記第３流路に被加熱流体が流される。この結果、第３流路に流れる被加熱流体は、安定した火炎にて第３流路が直接加熱されることによって加熱される。したがって、燃焼ガスによってのみ被加熱流体の流路を加熱する場合と比較して、効率的に被加熱流体に熱量を伝熱することができるため、被加熱流体を加熱する加熱装置におけるエネルギー効率を向上させることができる。
（３）第２流路を流れる未燃ガスが第１流路を流れる高温の燃焼ガスによって加熱され、この加熱された未燃ガスが消炎距離よりも小さく設定されたノズル孔を介してかつ火炎の維持が可能な流速にて上記第２流路から噴出されることによって燃焼される。上記の構成は、未燃ガスが高温の燃焼ガスによって十分に加熱されるため、安定燃焼するための大きな燃焼室を必要とせず、マイクロチャネルの燃焼室にて燃焼を継続することが可能となる。したがって、燃焼室を小さくし、加熱装置を小型化することができる。
本発明の加熱装置の一実施形態として、小型ボイラの模式的な概略構成を示す斜視図である。 図１の装置の模式的な概略構成を示す水平断面図である。 図１の装置の模式的な概略構成を示す鉛直断面図である。 本発明の第２実施形態における小型ボイラの模式的な概略構成を示す鉛直断面図である。 本発明の第３実施形態における小型ボイラの模式的な概略構成を示す水平断面図である。 本発明の第４実施形態における小型ボイラの模式的な概略構成を示す水平断面図である。 本発明の第５実施形態における小型ボイラの模式的な概略構成を示す斜視図である。 図７の装置の模式的な概略構成を示す水平断面図である。 図７の装置の模式的な概略構成を示す鉛直断面図である。 本発明の第６実施形態における小型ボイラの模式的な概略構成を示す水平断面図である。 図１０の装置の模式的な概略構成を示す斜視図である。 本発明の第７実施形態における小型ボイラの模式的な概略構成を示す水平断面図である。 本発明の第８実施形態における小型ボイラの模式的な概略構成を示す水平断面図である。
符号の説明
　Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ１０１、Ｂ１０２、Ｂ１０３、Ｂ１０４　小型ボイラ（加熱装置）
　１、１０１　第１配管
　１２、１１２　ノズル孔
　２、１０２　第２配管
　３、１０３　第３配管
　４、１０４　第４配管
　Ｒ１　燃焼ガス流路（第１流路）
　Ｒ２　未燃ガス流路（第２流路）
　Ｒ３　水流路（第３流路）
　Ｇ１　未燃ガス
　Ｇ２　燃焼ガス
　Ｗ　水（被加熱流体）
　Ｋ　燃焼室
　１０５　隔壁
　１０６　導入部
　以下、図面を参照して、本発明に係る加熱装置の一実施形態について、小型ボイラを例に挙げて説明する。また、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
（第１実施形態）
　図１～図３は、本実施形態の小型ボイラＢ１を模式的に示した概略構成図で、図１が斜視図、図２が水平断面図、図３が鉛直断面図である。これらの図に示すように、本実施形態の小型ボイラＢ１は、第１配管１（第１配管）と、第２配管２（第２配管）と、第３配管３（第３配管）とが平面視において同心に配置された三重管構造を有している。
　第１配管１は、鉛直方向に延在されると共に下端１１が閉塞端とされる配管であり、下端１１近傍の側壁部には直径が未燃ガスの消炎距離よりも小さく設定されたノズル孔１２が複数形成されている。そして、第１配管１は、伝熱性の高い材料（例えば黄銅（真鍮）等）によって形成されている。
　第２配管２は、鉛直方向に延在されると共に第１配管１を同心円状に囲う配管であり、下端２１が閉塞端とされ、第１配管１と同様に伝熱性の高い材料によって形成されている。
　第３配管３は、鉛直方向に延在されると共に第１配管１内に挿通される配管であり、下端３１が閉塞端とされている。なお、この第３配管３は、第１配管１と第２配管２と同様に伝熱性の高い材料が好ましい。
　そして、第３配管３の内部空間は、水（被加熱流体）Ｗが流れる水流路Ｒ３（第３流路）である。すなわち、本実施形態の小型ボイラＢ１において、水流路Ｒ３は、第３配管３の内部空間から構成されている。水流路Ｒ３の下端近傍には、水流路Ｒ３に水Ｗを供給するための水供給部（不図示）が接続されており、この水供給部によって水流路Ｒ３に流量調整された水Ｗが供給される。また、水流路Ｒ３の上端近傍には、水流路Ｒ３の水Ｗが蒸発して生成された蒸気を排出するための、排出部（不図示）が接続されており、この排出部によって水流路Ｒ３から流量調整された蒸気が外部に排出される。
　また、第３配管３と第１配管１に挟まれた空間は、未燃ガスＧ１が燃焼されると共に、未燃ガスＧ１が燃焼することによって生じる燃焼ガスＧ２が流れる燃焼ガス流路Ｒ１（第１流路）である。すなわち、本実施形態の小型ボイラＢ１において、燃焼ガス流路Ｒ１は、第３配管３と、この第３配管を同心円状に囲う第１配管１とに挟まれた空間から構成されている。そして、水流路Ｒ３は、燃焼ガス流路Ｒ１に囲まれる。なお、燃焼ガス流路Ｒ１の下端近傍（ノズル孔１２近傍）は、ノズル孔１２から噴出した未燃ガスＧ１が燃焼する燃焼室Ｋとしている。そして、この燃焼室Ｋには、不図示の着火装置が設けてある。
　また、第１配管１と第２配管２とに挟まれた空間は、可燃燃料が含まれた未燃ガスＧ１の流れる未燃ガス流路Ｒ２（第２流路）である。すなわち、未燃ガス流路Ｒ２は、第１配管１と、この第１配管を同心円状に囲う第２配管２に挟まれた空間から構成されている。なお、第２配管２は、上端部が、未燃ガス流路Ｒ２に未燃ガスＧ１を供給するための、未燃ガス供給装置（不図示）に接続されている。
　また、未燃ガスＧ１としては、燃料と酸化剤との混合気を用いることができる。燃料としては、石油燃料や、天然ガス等を用いることができる。
　上記のような本実施形態の小型ボイラＢ１においては、まず第２配管２に接続された未燃ガス供給装置から未燃ガスＧ１が未燃ガス流路Ｒ２に供給され、第１配管１に形成されたノズル孔１２から噴出された未燃ガスＧ１に着火して燃焼させることによって燃焼室Ｋに火炎を形成する。そして、未燃ガスＧ１が燃焼されることによって生じた燃焼ガスＧ２が燃焼ガス流路Ｒ１を流れて排出される。
　このように燃焼室Ｋに火炎が形成されると、燃焼ガス流路Ｒ１に高温の燃焼ガスＧ２が流れるため、未燃ガス流路Ｒ２を流れる未燃ガスＧ１が加熱される。すなわち、燃焼ガスＧ２の熱量が、熱交換壁として機能する第１配管１を介して未燃ガスＧ１に伝熱され、未燃ガスＧ１が加熱される。
　燃焼ガスＧ２と熱交換されることによって加熱された未燃ガスＧ１は、加熱された状態でノズル孔１２を介して第１配管１の内部に噴出される。そして、ノズル孔１２から噴出された未燃ガスＧ１は、燃焼室Ｋで燃焼する。
　そして、第１配管１に形成されたノズル孔１２が、未燃ガスＧ１の燃焼室Ｋにおける燃焼環境での消炎距離よりも小さく設定されているため、火炎が未燃ガス流路Ｒ２まで延焼することが抑制される。さらに、未燃ガス流路Ｒ２が、燃焼ガス流路Ｒ１の周りに形成されているため、未燃ガス流路Ｒ２の全周が燃焼ガス流路Ｒ１と接触せず、燃焼ガスＧ２から伝熱された熱量の一部が未燃ガスＧ１から放熱される。このため、未燃ガスＧ１が加熱され過ぎることを抑制し、火炎が未燃ガス流路Ｒ２まで延焼すること、未燃ガスＧ１が自着火することが抑制される。この結果、燃焼室Ｋにおいて火炎が安定し、燃焼が継続される。
　また、上述のように、燃焼室Ｋにおける燃焼が継続されている状態にて、未燃ガス流路Ｒ２を介して燃焼室Ｋに供給される未燃ガスＧ１は、燃焼ガス流路Ｒ１を流れる燃焼ガスＧ２によって加熱されている。このため、燃焼室Ｋを従来の加熱装置における燃焼室と比較して極めて小さくしても安定な火炎を形成できる。
　このように燃焼室Ｋにて安定して火炎が形成されて燃焼が継続されている状態にて、水流路Ｒ３の水Ｗは、燃焼室Ｋの火炎、及び燃焼ガス流路Ｒ２の燃焼ガスＧ２によって加熱されて蒸発する。すなわち、燃焼により発生した熱が熱交換壁として機能する第２配管２を介して水Ｗに伝熱され、この結果水Ｗが加熱されて蒸発する。そして、水Ｗが蒸発することによって生成された蒸気が、不図示の排出部を介して小型ボイラＢ１の外部に排出される。ここで、水流路Ｒ３が、燃焼ガス流路Ｒ１に囲まれているため、水流路Ｒ３の全周から水Ｗに熱量を伝熱することができ、水Ｗを効率的に加熱することができる。
　上記の本実施形態の小型ボイラＢ１によれば、未燃ガスＧ１が流れる未燃ガス流路Ｒ２が、燃焼ガスＧ２が流れる燃焼ガス流路Ｒ１の周りに形成されているため、未燃ガス流路Ｒ２の全周が未燃ガス流路Ｒ１と接触することがなく、燃焼ガスＧ２から伝熱された熱量の一部が未燃ガスＧ１から放熱される。このため、未燃ガスＧ１を加熱することにより燃焼室Ｋを小さくすることが可能となると共に、未燃ガスＧ１が加熱され過ぎることを抑制して、燃焼室Ｋにおける火炎を安定させることが可能となる。したがって、燃焼室Ｋを小さくすると共に燃焼室Ｋにおける火炎を安定させることが可能となる。
（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。また、本第２実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
　図４は、本実施形態の小型ボイラＢ２を模式的に示した概略構成図を示した鉛直断面図である。この図に示すように、本実施形態の小型ボイラＢ２は、第２配管２を同心円状に囲む第４配管４を備えている。そして、第２配管２と第４配管４とに挟まれた空間が、水流路Ｒ３と接続されると共に水Ｗを貯留する貯留部５として構成されている。
　このような構成を有する本実施形態の小型ボイラＢ２によれば、一度貯留部５に貯留された水Ｗが水流路Ｒ３に供給されるが、水Ｗは、貯留部５において未燃ガスＧ１から放熱された熱量の一部を受け取る。このため、未燃ガスＧ１から放熱される熱量を水Ｗの加熱に利用することができ、より効率的に水Ｗを加熱することが可能となる。
（第３実施形態）
　次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、本第３実施形態の説明においても、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
　図５は、本実施形態の小型ボイラＢ３の模式的な概略構成図を示した、水平断面図である。この図に示すように、本実施形態の小型ボイラＢ３は、第３配管３の外周面から燃焼ガス流路Ｒ１側に突設される複数のフィン１０を備えている。このフィン１０は、第３配管３と一体形成されており、第３配管３と同様に伝熱性の高い材料によって形成されている。
　このような構成を有する本実施形態の小型ボイラＢ３によれば、フィン１０によって、燃焼ガス流路Ｒ１を流れる燃焼ガスＧ２と水流路Ｒ３を流れる水Ｗとの熱交換面積が増大し、より効率的に水Ｗを加熱することが可能となる。
（第４実施形態）
　次に、本発明の第４実施形態について説明する。なお、本第４実施形態の説明においても、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
　図７は、本実施形態の小型ボイラＢ４の模式的な概略構成図を示した、水平断面図である。この図に示すように、本実施形態の小型ボイラＢ４においては、第２配管２が所定間隔で燃焼ガス流路Ｒ１側と水流路Ｒ３側とに屈曲されて星型形状とされている。
　上記のような本実施形態の小型ボイラＢ４によれば、第３配管３が所定間隔で屈曲されて星型形状とされることによって、燃焼ガス流路Ｒ１を流れる燃焼ガスＧ２と水流路Ｒ３を流れる水Ｗとの熱交換面積が増大し、より効率的に水Ｗを加熱することが可能となる。
（第５実施形態）
　図７～図９は、本発明の第５実施形態の小型ボイラＢ１０１を模式的に示した概略構成図で、図７が斜視図、図８が水平断面図、図９が鉛直断面図である。これらの図に示すように、本実施形態の小型ボイラＢ１０１は、第１配管１０１（第１配管）と、第２配管１０２（第２配管）と、第３配管１０３（第３配管）とが平面視において同心に配置された三重管構造を有している。
　第２配管１０２は、鉛直方向に延在されると共に下端１１１が閉塞端とされる配管であり、下端１１１近傍の側壁部には直径が未燃ガスの消炎距離よりも小さく設定されたノズル孔１１２が複数形成されている。そして、第２配管１０２は、伝熱性の高い材料（例えば黄銅（真鍮）等）によって形成されている。この第２配管１０２の内部空間は、可燃燃料が含まれた未燃ガスＧ１の流れる未燃ガス流路Ｒ２（第２流路）とされている。すなわち、本実施形態の小型ボイラＢ１０１において、未燃ガス流路Ｒ２は、第２配管１０２の内部空間から構成されている。なお、第２配管１０２は、上端部が未燃ガス流路Ｒ２に未燃ガスＧ１を供給するための未燃ガス供給装置（不図示）に接続されている。
　また、未燃ガスＧ１としては、燃料と酸化剤の混合気を用いることができる。燃料としては、石油燃料や、天然ガス等を用いることができる。
　第１配管１０１は、鉛直方向に延在されると共に第２配管１０２を同心円状に囲う配管であり、下端１２１が閉塞端とされ、第２配管１０２と同様に伝熱性の高い材料によって形成されている。この第１配管１０１と第２配管１０２とに挟まれた空間は、上記未燃ガスＧ１が燃焼されると共に、未燃ガスＧ１が燃焼することによって生じる燃焼ガスＧ２が流れる燃焼ガス流路Ｒ１（第１流路）とされている。すなわち、本実施形態の小型ボイラＢ１０１において、燃焼ガス流路Ｒ１は、第２配管１０２と第２配管１０２を同心円状に囲う第１配管１０１とに挟まれた空間から構成されている。なお、燃焼ガス流路Ｒ１の下端近傍（ノズル孔１１２近傍）は、ノズル孔１１２から噴出した未燃ガスＧ１が燃焼する燃焼室Ｋとされている。そして、燃焼室Ｋには、不図示の着火装置が設けられている。
　第３配管１０３は、鉛直方向に延在されると共に第１配管１０１を同心円状に囲う配管であり、下端１３１が閉塞端とされている。なお、この第３配管１０３は、伝熱性の低い材料によって形成されることが好ましい。この第３配管１０３と第１配管１０１とに挟まれた空間は、水（被加熱流体）Ｗが流れる水流路Ｒ３（第３流路）とされている。すなわち、本実施形態の小型ボイラＢ１０１において、水流路Ｒ３は、第１配管１０１と、この第１配管１０１を同心円状に囲う第３配管１０３とに挟まれた空間から構成されている。なお、水流路Ｒ３の下端近傍には、水流路Ｒ３に水Ｗを供給するための水供給部（不図示）が接続されており、この水供給部によって水流路Ｒ３に流量調整された水Ｗが供給される。また、水流路Ｒ３の上端近傍には、水流路Ｒ３の水Ｗが蒸発することによって生成された蒸気を排出するための排出部（不図示）が接続されており、この排出部によって水流路Ｒ３から流量調整された蒸気が外部に排出される。
　このような構成を有する本実施形態の小型ボイラＢ１０１においては、まず第２配管１０２に接続された未燃ガス供給装置から未燃ガスＧ１が未燃ガス流路Ｒ２に供給され、第２配管１０２に形成されたノズル孔１１２から噴出された未燃ガスＧ１に着火して燃焼させることによって燃焼室Ｋに火炎を形成する。そして、未燃ガスＧ１が燃焼されることによって生じた燃焼ガスＧ２が燃焼ガス流路Ｒ１を流れて排出される。
　このように燃焼室Ｋに火炎が形成されると、未燃ガス流路Ｒ２の周りに形成された燃焼ガス流路Ｒ１に高温の燃焼ガスＧ２が流れるため、未燃ガス流路Ｒ２を流れる未燃ガスＧ１が加熱される。すなわち、燃焼ガスＧ２の熱量が熱交換壁として機能する第２配管１０２を介して未燃ガスＧ１に伝熱され、未燃ガスＧ１が加熱される。
　燃焼ガスＧ２と熱交換されることによって加熱された未燃ガスＧ１は、着火可能温度近傍まで加熱された状態でノズル孔１１２を介して第２配管１０２の外部に噴出される。そして、ノズル孔１１２から噴出された未燃ガスＧ１は、燃焼室Ｋに形成された火炎によって着火されて燃焼される。
　そして、第２配管１０２に形成されたノズル孔１１２が未燃ガスＧ１の燃焼室Ｋにおける燃焼環境での消炎距離よりも小さく設定されているため、火炎は、未燃ガス流路Ｒ２まで延焼しない。このため、燃焼室Ｋにおいて火炎が安定され、燃焼が継続される。
　また、上述のように、燃焼室Ｋにおける燃焼が継続されている状態にて、未燃ガス流路Ｒ２を介して燃焼室Ｋに供給される未燃ガスＧ１は、燃焼ガス流路Ｒ１を流れる燃焼ガスＧ２によって加熱されている。このため、燃焼室Ｋを従来の加熱装置における燃焼室と比較して極めて小さくしても安定な火炎を形成することができる。
　このように燃焼室Ｋにて安定して火炎が形成されて燃焼が継続されている状態にて、水流路Ｒ３の水Ｗは、燃焼室Ｋの火炎、及び燃焼ガス流路Ｒ１の燃焼ガスＧ２によって加熱されて蒸発される。すなわち、火炎の熱量及び燃焼ガスＧ２の熱量が熱交換壁として機能する第１配管１０１を介して水Ｗに伝熱され、この結果水Ｗが加熱されて蒸発する。そして、水Ｗが蒸発することによって生成された蒸気が不図示の排出部を介して小型ボイラＢ１０１の外部に排出される。
　上記のような本実施形態の小型ボイラＢ１０１によれば、未燃ガスＧ１が流れる未燃ガス流路Ｒ２周りに燃焼ガスＧ２が流れる燃焼ガス流路Ｒ１が形成される。このため、未燃ガス流路Ｒ２を流れる未燃ガスＧ１が、燃焼ガス流路Ｒ１を流れる高温の燃焼ガスＧ２によって加熱される。また、未燃ガスＧ１が消炎距離よりも小さく設定されたノズル孔１１２を介してかつ火炎の維持が可能な流速にて未燃ガス流路Ｒ２から噴出されることによって安定した火炎が形成される。このように安定した火炎は、冷たい水Ｗと接する壁面（第１配管１０１）に直接触れさせることが可能となる。そして、安定した火炎が形成される燃焼ガス流路Ｒ１周りに水流路Ｒ３が形成され、この水流路Ｒ３に水Ｗが流される。この結果、水流路Ｒ３に流れる水Ｗは、安定した火炎にて水流路Ｒ３が直接加熱されることによって加熱される。したがって、燃焼ガスＧ２によってのみ水流路Ｒ３を加熱する場合と比較して、効率的に水Ｗに熱量を伝熱することができる。よって、本実施形態の小型ボイラＢ１０１によれば、エネルギー効率を向上させることができる。
　また、本実施形態の小型ボイラＢ１０１によれば、未燃ガス流路Ｒ２を流れる未燃ガスＧ１が燃焼ガス流路Ｒ１を流れる高温の燃焼ガスＧ２によって加熱され、この加熱された未燃ガスＧ１が消炎距離よりも小さく設定されたノズル孔１１２を介してかつ火炎の維持が可能な流速にて未燃ガス流路Ｒ２から噴出されることによって燃焼される。上記の構成を採用する場合には、未燃ガスＧ１が高温の燃焼ガスＧ２によって十分に加熱されるため、小さな燃焼室Ｋにて安定燃焼を継続することが可能となる。よって、燃焼室を小さくし、装置を小型化することが可能となる。
　このように、本実施形態の小型ボイラＢ１０１によれば、エネルギー効率を向上させると同時に装置のさらなる小型化を図ることが可能となる。
（第６実施形態）
　次に、本発明の更に他の第６実施形態について説明する。また、本第６実施形態の説明において、上記第５実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
　図１０及び図１１は、本実施形態の小型ボイラＢ１０２を模式的に示した概略構成図であり、図１０が水平断面図、図１１が斜視図である。これらの図に示すように、本実施形態の小型ボイラＢ１０２は、未燃ガス流路Ｒ２が上記第５実施形態の小型ボイラＢ１０１と同様に第２配管１０２の内部空間から構成され、水流路Ｒ３が第２配管１０２を中心として第２配管１０２から離間して配列される複数の第４配管１０４の内部空間から構成され、燃焼ガス流路Ｒ１が第２配管１０２と第４配管１０４と第４配管１０４同士の間を閉鎖する隔壁１０５とによって囲まれた空間から構成されている。
　そして、図１１に示すように、隔壁１０５の高さは、第２配管１０２及び第４配管１０４の高さと比較して低く設定されている。この結果、小型ボイラＢ１０２の上部においては、第４配管１０４同士の間に隙間ができる。そして、前記隙間が燃焼ガスＧ２を水流路Ｒ３の外側領域であって、燃焼ガス流路Ｒ１と反対側の領域に燃焼ガスＧ２を導入する導入部１０６として機能する。
　このように構成された本実施形態の小型ボイラＢ１０２においては、上記第５実施形態と同様に、燃焼ガスＧ２と熱交換されることによって加熱された未燃ガスＧ１が燃焼ガス流路Ｒ１に噴出されて燃焼されて、新たに燃焼ガスＧ２が発生すると、この燃焼ガスＧ２の一部が導入部１０６を介して第４配管１０４の裏側（燃焼ガス流路Ｒ１と反対側）に回り込む。このため、第４配管１０４の全周が燃焼ガスＧ２にて加熱され、より効率的に水Ｗを加熱することができる。よって、エネルギー効率をより向上させることが可能となる。
（第７実施形態）
　次に、本発明の更に他の第７実施形態について説明する。なお、本第７実施形態の説明においても、上記第５実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
　図１２は、本実施形態の小型ボイラＢ１０３の模式的な概略構成図であり、水平断面図である。この図に示すように、本実施形態の小型ボイラＢ１０３は、第１配管１０１の外周面から水流路Ｒ３側に突設される複数のフィン１１０を備えている。このフィン１１０は、第１配管１０１と一体形成されており、第１配管１０１と同様に伝熱性の高い材料によって形成されている。
　このような構成を有する本実施形態の小型ボイラＢ１０３によれば、フィン１１０によって、燃焼ガス流路Ｒ１を流れる燃焼ガスＧ２と水流路Ｒ３を流れる水Ｗとの熱交換面積が増大し、より効率的に水Ｗを加熱することが可能となる。したがって、エネルギー効率をさらに向上させることが可能となる。
（第８実施形態）
　次に、本発明の更に他の第８実施形態について説明する。なお、本第８実施形態の説明においても、上記第５実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
　図１３は、本実施形態の小型ボイラＢ１０４の模式的な概略構成図であり、水平断面図である。この図に示すように、本実施形態の小型ボイラＢ１０４においては、第１配管１が所定間隔で燃焼ガス流路Ｒ１側と水流路Ｒ３側とに屈曲されて星型形状とされている。
　このような構成を有する本実施形態の小型ボイラＢ１０４によれば、第１配管１０１が所定間隔で屈曲されて星型形状とされることによって、燃焼ガス流路Ｒ１を流れる燃焼ガスＧ２と水流路Ｒ３を流れる水Ｗとの熱交換面積が増大し、より効率的に水Ｗを加熱することが可能となる。したがって、エネルギー効率をさらに向上させることが可能となる。
　以上、添付図面を参照しながら本発明に係る加熱装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。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。
　例えば、上記実施形態においては、加熱装置の一例として小型ボイラを挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、水を加熱してお湯とする湯沸かし器や、油やガスを加熱する装置等にも適用できる。また、大型のボイラや、加熱した粉流体を用いる流動床ボイラ等の工業製品にも適用できる。また、本発明の加熱装置を循環型の流動床ボイラに適用する場合には、燃焼ガスを用いて粉流体を搬送することもできる。
　また、上記第１～第８実施形態における、第１配管１及び１０１、第２配管２及び１０２、第３配管３及び１０３、第４配管４及び１０４の外形及び断面形状は一例であり、任意に設定することができる。
　本発明によれば、被加熱流体を加熱する加熱装置において、燃焼室を小さくし、燃焼室における火炎を安定させると共に、エネルギー効率を向上させることができる。

Claims (9)

  1. 　消炎距離よりも小さく設定されたノズル孔を介してかつ火炎の維持が可能な流速にて噴出された可燃燃料を含む未燃ガスが燃焼されると共に前記燃焼による燃焼ガスが流れる第１流路と、前記ノズル孔を介して供給される前記未燃ガスが流れる第２流路とを備える加熱装置。
  2. 　前記第１流路に囲まれると共に被加熱流体が流れる第３流路を備えると共に、前記第２流路が、前記第１流路の周りに形成される請求項１記載の加熱装置。
  3. 　前記第３流路が第３配管の内部空間から構成され、前記第１流路が前記第３配管と第３配管を同心円状に囲う第１配管に挟まれた空間から構成され、前記第２流路が前記第１配管と第１配管を同心円状に囲う第２配管に挟まれた空間から構成される請求項２記載の加熱装置。
  4. 　前記第３配管の外周面から前記第１流路に向けて突設される複数のフィンを備える請求項３記載の加熱装置。
  5. 　前記第３配管は、所定間隔ごとに前記第１流路側と前記第２流路側とに屈曲されている請求項３記載の加熱装置。
  6. 　前記第２流路と、前記第２流路の周りに形成される前記第１流路と、前記被加熱流体が流れ、前記第１流路の周りに形成される第３流路とを備える加熱装置。
  7. 　前記第３流路の外側領域であって前記第１流路と反対側の領域に、前記第１流路から前記燃焼ガスを導入する導入部を備える請求項６記載の加熱装置。
  8. 　前記第２流路が第２配管の内部空間から構成され、前記第１流路が前記第２配管と前記第２配管を同心円状に囲う第１配管とに挟まれた空間から構成され、前記第３流路が前記第１配管と前記第１配管を同心円状に囲う第３配管とに挟まれた空間から構成される請求項６または７記載の加熱装置。
  9. 　前記第２流路が第２配管の内部空間から構成され、前記第３流路が前記第２配管を中心として前記第２配管から離間して配列される複数の第４配管の内部空間から構成され、前記第１流路が前記第２配管と前記第４配管と前記第４配管同士の間を閉鎖する隔壁とによって囲まれた空間から構成される請求項６または７記載の加熱装置。
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