JP3701451B2 - 赤外線放射バーナ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は加熱源により加熱されたときに放射熱を放射し、該放射熱により被加熱物を加熱する加熱体に関する。特にバーナの燃焼炎により加熱されたときに赤外線を放射して被加熱物を加熱する加熱板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、加熱源により加熱され、その表面からの放射熱により被加熱物を加熱する加熱器が知られている。具体的には図４示のように、加熱板Ａがバーナ本体Ｂの下方に配置されている赤外線放射バーナ（以下「バーナ」）が知られている。前記バーナにおいてガス経路Ｃを通じて図面に垂直な方向に燃料用ガスが供給され、さらに加熱板Ａに開設された炎口Ｄを通じて噴出され、図示しないイグナイタにより点火されて燃焼炎を形成する。加熱板Ａが燃焼炎で加熱されたときに放射する放射熱により、該加熱板Ａの下方に配置された被加熱物Ｅを加熱、焼成する。
【０００３】
加熱板の放射熱は、プランクの公式で表される黒体の放射エネルギーに該加熱板の放射率を掛け合わせた形で表される。従って、加熱板の放射率が高いほど、該加熱板から放射される放射熱が大きくなる。加熱板の放射熱が大きいほど被加熱物を加熱、焼成するために要する時間が短縮され、バーナへのガス供給量が減少し、エネルギー効率がよくなる。
【０００４】
そこで、一般に用いられているコージエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 ）製の加熱板やステンレス製の加熱板等と比較して高い放射率を有する加熱板が望まれている。コージエライトやステンレス等よりなる加熱板の定常状態での放射率は０．４〜０．５程度であるので、具体的な目安として０．６０以上、さらには０．８０以上の放射率を有する加熱板が望まれる。
【０００５】
また、放射率は一般に温度に依存し、高温になるほど放射率が著しく低下する加熱板がある。例えば、低温での放射率は０．６０以上だが、高温での放射率は０．３程度にまで低下する加熱板がある。かかる加熱板を用いると、結果的には被加熱物を加熱、焼成するのに長時間を要し、バーナへのガス供給量が増大し、エネルギー効率が悪くなるという不都合がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる不都合を解消して、温度に依存しないで定常的に０．６０以上さらには０．８０以上の放射率を有する加熱板を実現し、エネルギー効率がよい赤外線放射バーナを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明のバーナは、供給された燃料ガスを燃焼して加熱板を加熱し、該加熱板の表面から放射される赤外線により被加熱物を加熱する赤外線放射バーナであって、前記加熱板は、ｘが０．００〜０．９０の範囲にあるＬａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３よりなる被覆層を備えていることを特徴とする。
【００１０】
以下、Ｌａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３をＬＳＭと略記し、ＬＳＭよりなる被覆層を備える加熱板をＬＳＭ加熱板と略記する。ｘが０．００〜０．９０の範囲にあるＬＳＭ加熱板は、温度に依存しないで定常的に０．６０以上の放射率を有する。即ち、ｘが０．００〜０．９０の範囲にあるＬＳＭ加熱板は、バーナの燃焼炎により加熱開始されてから定常状態まで、その放射率は０．６０以上である。従って、前記ＬＳＭ加熱板を用いることにより、コージエライト製の加熱板等を用いる場合と比較して放射熱が大きく、エネルギー効率のよいバーナが実現できる。なお、ここで「放射率」とは、所定温度における黒体の放射エネルギーのピーク位置付近の所定波長（以下「特定波長」という。）での分光放射率を意味する。特定波長での分光放射率を放射率と定義したのは、加熱板の放射熱は特定波長での分光放射率によりおおよそ決定されるので、加熱板の特定波長での分光放射率は該加熱板の放射率と略同等と考えてよいからである。また、「所定温度」とは、加熱板がバーナの燃焼炎により加熱開始されてから、温度が時間的に変化しない定常状態に至るまでの間の任意の温度をいう。
【００１１】
エネルギー効率を更に良くするためには加熱板の放射率がより高いことが必要である。具体的な目安としては０．８０以上の放射率を有していることが好ましい。ｘが０．２０〜０．７０の範囲にあるＬＳＭ加熱板は、温度に依存しないで定常的に０．８０以上の放射率を有する。従って、かかるＬＳＭ加熱板を用いることにより更に放射熱が大きく、エネルギー効率のよいバーナが実現できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１はＬＳＭ加熱板の部分断面図であり、図２は放射率の温度依存性を示す関係図であり、図３はｘとＬＳＭ加熱板の放射率との関係図である。
【００１３】
まず、ＬＳＭ加熱板の製造方法について説明する。化学量論的に所定の組成のＬＳＭとなるように混合されたＬａ2 Ｏ3 、ＳｒＣＯ3 、Ｍｎ2 Ｏ3 の粉末と、純水と、分散剤とを混水量５０％となるように混合したものを湿式ボールミルを用いて１２時間にわたり粉砕する。粉砕した原料を霧吹器にて耐熱基盤に噴霧し、該耐熱基盤を１１０℃で３０分間乾燥させた後、９５０℃で２時間焼成する。耐熱基盤上にあるＬＳＭの被覆層を厚くしたい場合は、上述の噴霧、乾燥、焼成の作業を繰り返し行えばよい。
【００１４】
本実施形態においては、耐熱基盤として図４の加熱板Ａをコージエライトで形成したものを用い、ｘ＝０、０．２、０．３、０．４、０．５、０．７、１なる各組成のＬＳＭを塗布・焼成した。なお、耐熱基盤としては、ステンレス製の加熱板や、ハステロイ、インコネル等の耐熱合金製の加熱板等を用いてもよい。
【００１５】
このときの加熱板Ａの炎口Ｄ付近の拡大断面図を図１に示す。ＬＳＭ加熱板１は、バーナの燃焼炎が形成される耐熱基盤２の表面をＬＳＭの被覆層３が覆っている構造を有する。
【００１６】
次に、上述の方法で製造した各組成のＬＳＭ加熱板について、放射率の温度依存性を調べた。測定は４０７［Ｋ］、６７３［Ｋ］、８７３［Ｋ］、１０７３［Ｋ］、１１２３［Ｋ］において行った。ここではｘ＝０．３のＬＳＭ加熱板のみについて放射率と温度との関係を図２に示す。実線は各測定点のフィッティング線である。
【００１７】
ｘ＝０．３のＬＳＭ加熱板の放射率は、温度が上昇してもほぼ一定である。なお、ここには示さないが、他の組成のＬＳＭ加熱板の放射率も、温度が上昇してもほぼ一定である。組成が異なってもＬＳＭ加熱板の放射率の温度依存性がほぼ同じなのは、ＬＳＭの結晶構造が組成によらずほぼ同一であることに起因する。また、温度が上昇しても各組成のＬＳＭ加熱板の放射率がほぼ一定なのは、温度の高低によるＬＳＭの結晶構造変化がほとんどないからである。
【００１８】
既に述べたようにここでいう放射率とは、所定温度における特定波長での分光放射率を意味する。加熱板の放射率を測定した約４００〜１１００［Ｋ］の温度範囲において、黒体の放射エネルギーのピーク位置は約２．６〜７．２［μｍ］の波長領域にある。これより、前記温度範囲にわたって共通した特定波長として４［μｍ］を選んだ。
【００１９】
続いて、ｘとＬＳＭ加熱板の放射率との関係を、図３に示す。点は各組成のＬＳＭ加熱板の４０７［Ｋ］における放射率の測定点であり、実曲線は各測定点のフィッティング線であり、２つの点線は、下から順に放射率の目安となる値０．６０、０．８０を示す基準線であり、縦の実線は左から順にｘ＝０．２、０．７、０．９の値を示す基準線である。
【００２０】
図２及び図３の結果より、ｘの値が０．００〜０．９０の範囲にあるＬＳＭ加熱板は、温度に依存しないで定常的に０．６０以上の放射率を有していることがわかる。また、ｘの値が０．２０〜０．７０の範囲にあるＬＳＭ加熱板は、温度に依存しないで定常的に０．８０以上の放射率を有している。従って、かかるＬＳＭ加熱板により、従来よりも被加熱物を迅速に加熱、焼成するのに充分な放射熱が温度に依存しないで定常的に得られ、エネルギー効率のよいバーナが実現できる。
【００２１】
Ｌａ2 Ｏ3 以外のＬａ化合物、ＳｒＣＯ3 以外のＳｒ化合物、Ｍｎ2 Ｏ3 以外のＭｎ化合物の粉末をＬａ、Ｓｒ、Ｍｎが各々１−ｘ、ｘ、１の比率になるように混合して被覆層を焼成してもよい。この場合も、被覆層の組成はＬａ1-x Ｓｒx ＭｎＯ3 となり、ｘの値を０．００〜０．９０の範囲とすることで温度に依存しないで定常的に０．６０以上の放射率を有する加熱板が得られる。また、ｘの値を０．２０〜０．７０の範囲とすることで温度に依存しないで定常的に０．８０以上の放射率を有する加熱板が得られる。
【００２２】
Ｌａ、Ｓｒ、Ｍｎが各々１−ｘ、ｘ、１の比率になるように混合されたＬａ化合物、Ｓｒ化合物及びＭｎ化合物を焼成したものの粉末に、コージエライト等よりなる耐熱基盤の粉末をさらに混合して練り混んだ原料を成形・焼成して加熱板を製造してもよい。かかる加熱板も耐熱基盤上にＬａ化合物、Ｓｒ化合物及びＭｎ化合物の粉末を塗布、焼成して得られたＬＳＭ加熱板と略同一の放射率を有する。
【００２３】
Ｌａ化合物、Ｓｒ化合物、Ｍｎ化合物の粉末をＬａ、Ｓｒ、Ｍｎが各々ｘ、ｙ、１の比率になるように混合して焼成し（但しｘ＋ｙ≠１、ｘ≠０）、Ｌａx Ｓｒy ＭｎＯz という組成の被覆層を形成してもよい。かかる被覆層を備えた加熱板も温度に依存しないで定常的に０．６０以上の放射率を有し、該加熱板を用いることでエネルギー効率のよいバーナを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＬＳＭ加熱板の部分断面図
【図２】放射率の温度依存性を示す関係図
【図３】ｘとＬＳＭ加熱板の放射率との関係図
【図４】赤外線放射バーナの説明的断面図
【符号の説明】
１‥加熱板、３‥被覆層
【発明の属する技術分野】
本発明は加熱源により加熱されたときに放射熱を放射し、該放射熱により被加熱物を加熱する加熱体に関する。特にバーナの燃焼炎により加熱されたときに赤外線を放射して被加熱物を加熱する加熱板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、加熱源により加熱され、その表面からの放射熱により被加熱物を加熱する加熱器が知られている。具体的には図４示のように、加熱板Ａがバーナ本体Ｂの下方に配置されている赤外線放射バーナ（以下「バーナ」）が知られている。前記バーナにおいてガス経路Ｃを通じて図面に垂直な方向に燃料用ガスが供給され、さらに加熱板Ａに開設された炎口Ｄを通じて噴出され、図示しないイグナイタにより点火されて燃焼炎を形成する。加熱板Ａが燃焼炎で加熱されたときに放射する放射熱により、該加熱板Ａの下方に配置された被加熱物Ｅを加熱、焼成する。
【０００３】
加熱板の放射熱は、プランクの公式で表される黒体の放射エネルギーに該加熱板の放射率を掛け合わせた形で表される。従って、加熱板の放射率が高いほど、該加熱板から放射される放射熱が大きくなる。加熱板の放射熱が大きいほど被加熱物を加熱、焼成するために要する時間が短縮され、バーナへのガス供給量が減少し、エネルギー効率がよくなる。
【０００４】
そこで、一般に用いられているコージエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ2 Ｏ3 ・５ＳｉＯ2 ）製の加熱板やステンレス製の加熱板等と比較して高い放射率を有する加熱板が望まれている。コージエライトやステンレス等よりなる加熱板の定常状態での放射率は０．４〜０．５程度であるので、具体的な目安として０．６０以上、さらには０．８０以上の放射率を有する加熱板が望まれる。
【０００５】
また、放射率は一般に温度に依存し、高温になるほど放射率が著しく低下する加熱板がある。例えば、低温での放射率は０．６０以上だが、高温での放射率は０．３程度にまで低下する加熱板がある。かかる加熱板を用いると、結果的には被加熱物を加熱、焼成するのに長時間を要し、バーナへのガス供給量が増大し、エネルギー効率が悪くなるという不都合がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる不都合を解消して、温度に依存しないで定常的に０．６０以上さらには０．８０以上の放射率を有する加熱板を実現し、エネルギー効率がよい赤外線放射バーナを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明のバーナは、供給された燃料ガスを燃焼して加熱板を加熱し、該加熱板の表面から放射される赤外線により被加熱物を加熱する赤外線放射バーナであって、前記加熱板は、ｘが０．００〜０．９０の範囲にあるＬａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３よりなる被覆層を備えていることを特徴とする。
【００１０】
以下、Ｌａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３をＬＳＭと略記し、ＬＳＭよりなる被覆層を備える加熱板をＬＳＭ加熱板と略記する。ｘが０．００〜０．９０の範囲にあるＬＳＭ加熱板は、温度に依存しないで定常的に０．６０以上の放射率を有する。即ち、ｘが０．００〜０．９０の範囲にあるＬＳＭ加熱板は、バーナの燃焼炎により加熱開始されてから定常状態まで、その放射率は０．６０以上である。従って、前記ＬＳＭ加熱板を用いることにより、コージエライト製の加熱板等を用いる場合と比較して放射熱が大きく、エネルギー効率のよいバーナが実現できる。なお、ここで「放射率」とは、所定温度における黒体の放射エネルギーのピーク位置付近の所定波長（以下「特定波長」という。）での分光放射率を意味する。特定波長での分光放射率を放射率と定義したのは、加熱板の放射熱は特定波長での分光放射率によりおおよそ決定されるので、加熱板の特定波長での分光放射率は該加熱板の放射率と略同等と考えてよいからである。また、「所定温度」とは、加熱板がバーナの燃焼炎により加熱開始されてから、温度が時間的に変化しない定常状態に至るまでの間の任意の温度をいう。
【００１１】
エネルギー効率を更に良くするためには加熱板の放射率がより高いことが必要である。具体的な目安としては０．８０以上の放射率を有していることが好ましい。ｘが０．２０〜０．７０の範囲にあるＬＳＭ加熱板は、温度に依存しないで定常的に０．８０以上の放射率を有する。従って、かかるＬＳＭ加熱板を用いることにより更に放射熱が大きく、エネルギー効率のよいバーナが実現できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１はＬＳＭ加熱板の部分断面図であり、図２は放射率の温度依存性を示す関係図であり、図３はｘとＬＳＭ加熱板の放射率との関係図である。
【００１３】
まず、ＬＳＭ加熱板の製造方法について説明する。化学量論的に所定の組成のＬＳＭとなるように混合されたＬａ2 Ｏ3 、ＳｒＣＯ3 、Ｍｎ2 Ｏ3 の粉末と、純水と、分散剤とを混水量５０％となるように混合したものを湿式ボールミルを用いて１２時間にわたり粉砕する。粉砕した原料を霧吹器にて耐熱基盤に噴霧し、該耐熱基盤を１１０℃で３０分間乾燥させた後、９５０℃で２時間焼成する。耐熱基盤上にあるＬＳＭの被覆層を厚くしたい場合は、上述の噴霧、乾燥、焼成の作業を繰り返し行えばよい。
【００１４】
本実施形態においては、耐熱基盤として図４の加熱板Ａをコージエライトで形成したものを用い、ｘ＝０、０．２、０．３、０．４、０．５、０．７、１なる各組成のＬＳＭを塗布・焼成した。なお、耐熱基盤としては、ステンレス製の加熱板や、ハステロイ、インコネル等の耐熱合金製の加熱板等を用いてもよい。
【００１５】
このときの加熱板Ａの炎口Ｄ付近の拡大断面図を図１に示す。ＬＳＭ加熱板１は、バーナの燃焼炎が形成される耐熱基盤２の表面をＬＳＭの被覆層３が覆っている構造を有する。
【００１６】
次に、上述の方法で製造した各組成のＬＳＭ加熱板について、放射率の温度依存性を調べた。測定は４０７［Ｋ］、６７３［Ｋ］、８７３［Ｋ］、１０７３［Ｋ］、１１２３［Ｋ］において行った。ここではｘ＝０．３のＬＳＭ加熱板のみについて放射率と温度との関係を図２に示す。実線は各測定点のフィッティング線である。
【００１７】
ｘ＝０．３のＬＳＭ加熱板の放射率は、温度が上昇してもほぼ一定である。なお、ここには示さないが、他の組成のＬＳＭ加熱板の放射率も、温度が上昇してもほぼ一定である。組成が異なってもＬＳＭ加熱板の放射率の温度依存性がほぼ同じなのは、ＬＳＭの結晶構造が組成によらずほぼ同一であることに起因する。また、温度が上昇しても各組成のＬＳＭ加熱板の放射率がほぼ一定なのは、温度の高低によるＬＳＭの結晶構造変化がほとんどないからである。
【００１８】
既に述べたようにここでいう放射率とは、所定温度における特定波長での分光放射率を意味する。加熱板の放射率を測定した約４００〜１１００［Ｋ］の温度範囲において、黒体の放射エネルギーのピーク位置は約２．６〜７．２［μｍ］の波長領域にある。これより、前記温度範囲にわたって共通した特定波長として４［μｍ］を選んだ。
【００１９】
続いて、ｘとＬＳＭ加熱板の放射率との関係を、図３に示す。点は各組成のＬＳＭ加熱板の４０７［Ｋ］における放射率の測定点であり、実曲線は各測定点のフィッティング線であり、２つの点線は、下から順に放射率の目安となる値０．６０、０．８０を示す基準線であり、縦の実線は左から順にｘ＝０．２、０．７、０．９の値を示す基準線である。
【００２０】
図２及び図３の結果より、ｘの値が０．００〜０．９０の範囲にあるＬＳＭ加熱板は、温度に依存しないで定常的に０．６０以上の放射率を有していることがわかる。また、ｘの値が０．２０〜０．７０の範囲にあるＬＳＭ加熱板は、温度に依存しないで定常的に０．８０以上の放射率を有している。従って、かかるＬＳＭ加熱板により、従来よりも被加熱物を迅速に加熱、焼成するのに充分な放射熱が温度に依存しないで定常的に得られ、エネルギー効率のよいバーナが実現できる。
【００２１】
Ｌａ2 Ｏ3 以外のＬａ化合物、ＳｒＣＯ3 以外のＳｒ化合物、Ｍｎ2 Ｏ3 以外のＭｎ化合物の粉末をＬａ、Ｓｒ、Ｍｎが各々１−ｘ、ｘ、１の比率になるように混合して被覆層を焼成してもよい。この場合も、被覆層の組成はＬａ1-x Ｓｒx ＭｎＯ3 となり、ｘの値を０．００〜０．９０の範囲とすることで温度に依存しないで定常的に０．６０以上の放射率を有する加熱板が得られる。また、ｘの値を０．２０〜０．７０の範囲とすることで温度に依存しないで定常的に０．８０以上の放射率を有する加熱板が得られる。
【００２２】
Ｌａ、Ｓｒ、Ｍｎが各々１−ｘ、ｘ、１の比率になるように混合されたＬａ化合物、Ｓｒ化合物及びＭｎ化合物を焼成したものの粉末に、コージエライト等よりなる耐熱基盤の粉末をさらに混合して練り混んだ原料を成形・焼成して加熱板を製造してもよい。かかる加熱板も耐熱基盤上にＬａ化合物、Ｓｒ化合物及びＭｎ化合物の粉末を塗布、焼成して得られたＬＳＭ加熱板と略同一の放射率を有する。
【００２３】
Ｌａ化合物、Ｓｒ化合物、Ｍｎ化合物の粉末をＬａ、Ｓｒ、Ｍｎが各々ｘ、ｙ、１の比率になるように混合して焼成し（但しｘ＋ｙ≠１、ｘ≠０）、Ｌａx Ｓｒy ＭｎＯz という組成の被覆層を形成してもよい。かかる被覆層を備えた加熱板も温度に依存しないで定常的に０．６０以上の放射率を有し、該加熱板を用いることでエネルギー効率のよいバーナを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＬＳＭ加熱板の部分断面図
【図２】放射率の温度依存性を示す関係図
【図３】ｘとＬＳＭ加熱板の放射率との関係図
【図４】赤外線放射バーナの説明的断面図
【符号の説明】
１‥加熱板、３‥被覆層
Claims (2)
- 供給された燃料ガスを燃焼して加熱板を加熱し、該加熱板の表面から放射される赤外線により被加熱物を加熱する赤外線放射バーナであって、
前記加熱板は、ｘが０．００〜０．９０の範囲にあるＬａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３よりなる被覆層を備えていることを特徴とする赤外線放射バーナ。 - 前記被覆層は、ｘが０．２０〜０．７０の範囲にあるＬａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３よりなることを特徴とする請求項１記載の赤外線放射バーナ。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP33390397A JP3701451B2 (ja) | 1997-12-04 | 1997-12-04 | 赤外線放射バーナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33390397A JP3701451B2 (ja) | 1997-12-04 | 1997-12-04 | 赤外線放射バーナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11166708A JPH11166708A (ja) | 1999-06-22 |
| JP3701451B2 true JP3701451B2 (ja) | 2005-09-28 |
Family
ID=18271249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33390397A Expired - Lifetime JP3701451B2 (ja) | 1997-12-04 | 1997-12-04 | 赤外線放射バーナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3701451B2 (ja) |
-
1997
- 1997-12-04 JP JP33390397A patent/JP3701451B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11166708A (ja) | 1999-06-22 |
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