专利名称：多级远红外线放射机的制作方法
技术领域：
本发明涉及作为体育馆、室内比赛场、工厂等大空间或高尔夫训练场等开放空间的暖气装置使用的远红外线放射机，更详细地说，是一种把在燃烧器燃烧装置的燃烧气体排出通路上设置远红外线放射管的发热装置和在催化燃烧装置的燃烧气体排出通路上设置远红外线放射管的发热装置联合在一起加以利用的远红外线放射机。
远红外加热是一种效率非常好的加热方法，即使在没有空气等热媒体存在的情况下，也能直接地加热被加热对象。因此，在向大空间或开放空间供暖的场合，广泛采用了远红外线放射机，这种远红外线放射机，将用于把比作为能源的电力更廉价的燃料与空气一起在燃烧器中进行燃烧的燃烧器燃烧装置和该装置的燃烧气体排出通路上的管状远红外线放射管连接起来，把由燃烧器燃烧装置所得到的燃烧气体通入管状远红外线放射管中产生远红外线。
一般情况下，以采暖为目的所使用的远红外线放射机，虽然能把远红外线放射管的表面温度维持在约300℃的水平，但是，最好使所产生的远红外线易于让人体吸收。然而，从燃烧器燃烧装置排出的燃烧气体温度却是与火焰温度有关的上千的数百摄氏度的高温，因此，在以往的远红外线放射管和燃烧器燃烧装置组合的远红外线放射机中，为了把远红外线放射管的表面温度维持在约300℃的水平，常用手段的一个例子是，把与燃烧用空气不同的大量的冷却用空气供给燃烧器燃烧装置。
但是，关于以往的远红外线放射机，由于把通过远红外线放射管的气体作为排出气体从烟筒排到大气中，虽然使用了大量的冷却用空气，可是却带来了增大热量损失的缺陷。不仅如此，而且还不能在高温下进行燃烧器的燃烧，这必然会伴随有NOx的生成，结果带来了以往的远红外线放射机把这些NOx原封不动地从烟筒排到大气中的负面影响。
鉴于以往的远红外线放射机的上述缺陷而提出了本发明，其目的是提供一种不减少热量损失、即不但能提高热效率而且还能降低排出气体中NOx浓度的多级远红外线放射机。
本发明的多级远红外线放射机，在燃烧器燃烧装置的燃烧气体出口处设置有远红外线放射管的发热装置上，通过串联连接有1台或2台以上在催化燃烧装置的燃烧气体出口处设有远红外线放射管的发热装置，在燃烧器燃烧装置上分别设置燃料供给口和空气供给口，在催化燃烧装置上设置燃料供给口。
图1是表示本发明的多级远红外线放射机构成的示意图。
图2及图3是设置在催化燃烧装置上的涡流形成板的透视图。
图1示出了在燃烧器燃烧方式的发热装置1的基础上，连接有2台串联的催化燃烧方式的发热装置的本发明的多级远红外线放射机，但是，催化燃烧方式的发热装置的台数并不限于此。
关于图示的装置，燃烧器燃烧装置1具有燃烧用空气入口4和冷却用空气入口5，燃烧用空气入口4备有向燃烧器供给燃料的燃料供给口2a，同时通过导管和送风机3的排出口连接，并在燃烧器上设有开口。而且，在燃烧器燃烧装置1的燃烧气体出口处连接有远红外线放射管6a。远红外线放射管6a的排气口连接在催化燃烧装置7的吸气口上，而催化燃烧装置7的燃烧气体出口连接在远红外线放射管6b上，远红外线放射管6b的排气口连接在催化燃烧装置8的吸气口上，催化燃烧装置8的燃烧气体出口与远红外线放射管6c相连。另外，在催化燃烧装置7的吸气口和催化燃烧装置8的吸气口处分别设置着燃料供给管2b及2c，远红外线放射管6c的排气口连接在烟筒(图中省略)上。
还有，虽然图1中的符号9a、9b、9c分别代表各远红外线反射板，但是，这些并非是本发明所必须的。
一般地，燃烧器燃烧装置及催化燃烧装置上设置的各远红外线放射管采用在金属制成的管外表面上涂敷(或喷镀)有放射性涂料的管或陶瓷管。充填于催化燃烧装置中的燃烧催化剂一般是蜂窝型催化剂，通常选择白金、钯等白金族金属作为催化剂活性成分。
在催化燃烧装置的吸气口上设置燃料供给口的场合，为了实现来自燃料供给口的燃料与来自吸气口的燃烧气体均匀混合的目的，可以采用以往的结构，即把构成前述吸气口的导管途中做成节流的形式，使该部分成为汾丘里管结构，在该小径部上开设有燃料供给口。但是，采用这种汾丘里管结构会增大压力损失，造成向各燃烧装置的送风量不足或增大送风机动力等不合理现象。所以，为了不增大压力损失而又能实现上述的均匀混合，在构成上述吸气口的导管内，沿与导管轴线垂直方向嵌入涡流形成板，它具有平行于导管轴线的旋转轴，产生燃烧气体涡流，而且最好把该涡流形成板设置在开设燃料供给口的位置附近。
本发明所使用的涡流形成板，在其中心部设有开口部10，在该开口部10的周围设有数个放射状的开口部，在这些开口部中分别设置着从沿着其半径方向延伸的边缘部朝同一方向倾斜并延伸的叶片11。另外，这些周边开口部可以是如图2所示与中心开口部连续的形式，或是如图3所示的与中心开口部彼此独立的形式。
再者，作为涡流形成板也可以采用下述结构，在比较厚的板中心部设有开口部，在该开口部周围配备数个从板中心呈放射状设置的切口，这些切口相对导管的轴线倾斜地开口。
关于上述构成的多级远红外线放射机，位于其最上游侧的燃烧器燃烧装置1，由于燃烧器燃烧温度处于高温，因此不能完全防止NOx的生成。然而，燃烧器燃烧装置1中所产生的燃烧气体虽说在冷却空气中进行了冷却，但在对远红外线放射管6a加热之后，还能保留相当多的热量，而这种热量可以作为催化燃烧装置7的预热加以利用。同样，来自催化燃烧装置7的燃烧气体在对远红外线放射管6b加热之后还存在有余热，该余热也可以作为催化燃烧装置8的预热加以利用。
本发明的多级远红外线放射机，由于只能把燃烧所必须的氧供给燃烧器燃烧装置，因而供给催化燃烧装置的燃料燃烧所必须的氧源和燃烧器燃烧装置所产生的燃烧气体中的残存成分，不会超过与之混合的冷却用空气。但是，催化燃烧与燃烧器燃烧相比，能在低氧浓度且低温下发生，而且作为这种催化燃烧的结果是消耗氧，因此即使不能避免例如在燃烧器燃烧装置中产生NOx，但是用通过多级远红外线放射机的气体氧浓度为0％换算出NOx的浓度，每当通过催化燃烧装置时就会下降。即是说，本发明的多级远红外线放射机能够减少平均燃料使用量的NOx生成量。
进一步，以本发明的多级远红外线放射机所得到的远红外线放射量与仅在燃烧器燃烧装置上敷设远红外线放射管的以往装置所得到的远红外线放射量相同的情况为例子，本发明的多级远红外线放射机，根据比以往的装置有更好的热效率的关系，可以减少燃料的投入量。综合考虑到既要减少燃料的投放量，又要削减上述的平均燃料使用量的NOx生成量，可以说本发明的多级远红外线放射机能达到极大地减少NOx绝对生成量的显著效果。
本发明的多级远红外线放射机在运转时，向燃烧器燃烧装置供给的燃料供给量和空气供给量最好按照下述方式设定。
即，把供给燃烧器燃烧装置的燃烧用空气量和能使供给燃烧器燃烧装置的燃料完全燃烧所必须的理论空气量之比(这里称作“空气比”)设定在1．1～1．6的范围比较合适，而且，最好把供给燃烧器燃烧装置的燃烧用空气及冷却用空气的总和量与前述理论空气量之比(这里称作为“表观空气比”)设定在2．5～3．7的范围。
关于催化燃烧装置的运转条件，合适的是把催化燃烧装置的吸气口的气体温度设置在300～500℃的范围，而把来自送风机3的全部空气量与供给催化燃烧装置的燃料完全燃烧所必须的理论空气量之比设定在4．9～7．4的范围，把各催化燃烧装置中的燃烧温度维持在700～1000℃的范围，最好是维持在800～900℃的范围。另外，该催化燃烧温度应是不生成NOx的温度，而且各个远红外线放射管的表面温度应加热到约为远红外线放射机效率好的300℃的温度。
还有，为了使供给催化燃烧装置中的燃料完全燃烧，把对人体有害的一氧化碳(CO)及未燃烧的碳氢化合物(HC)降到最小限度，充填到催化燃烧装置的燃烧催化剂最好使用例如载有白金族金属的蜂窝型催化剂，并希望能把每单位时间内通过该催化剂床的标准状态下的气体体积相对燃烧催化剂床的容积之比率即、空间速度SV维持在10，000～80，000h-1的范围，比较好的是维持在20，000～60，000h-1的范围，最好是维持在30，000～40，000h-1的范围。虽然SV值越低燃烧性越高，但在一定SV值下也能实现完全燃烧。即是说，如果超出上述的SV值范围，就不能实现完全燃烧；如果低于上述的SV值范围，就要使用所需量以上的催化剂，导致产生所谓资源浪费、成本加大及压力损失增大问题。
实施例利用如图1所述结构的多级远红外线放射机进行煤油燃烧试验。每小时向燃烧器燃烧装置1供给1．96升煤油、向各催化燃烧装置7、8供给0．98升煤油。而且，每小时用送风机3向燃烧器燃烧装置1供给52Nm3的空气，使用其中一部分空气作为冷却用空气，燃烧器燃烧装置的表观空气比为3．0，燃烧温度为900℃。而且，在这种条件下让多级远红外线放射机运转，这时，各催化燃烧装置的入口气体温度是400℃，湿空气比是5．9，燃烧温度是850℃。
在上述的燃烧试验中，关于位于最下游侧的远红外线放射管6c所排出的气体分析值用表1示出。为了和以往的装置相比较，还记录了从远红外线放射管6a排出的气体分析值。
表1远红外线放射管6c 远红外线放射管6a气体 气体变化率NOx浓度ppm 53 105 -50％(换算成氧0％)氧浓度％513 -62％CO浓度ppm 060 -100％HC浓度ppm 03 -100％热效率％88 75 -燃料费 -- -15％本发明的多级远红外线放射机，不仅能降低平均消耗氧量的NOx生成量，还能抑制CO、HC等不完全燃烧成分及燃烧成分的生成。另外，本发明的多级远红外线放射机是一种能减少排出气体热量损失、节省能源、降低运行成本、节约石化燃料、为防止地球变暖作出极大贡献的装置。
权利要求
1.一种多级远红外线放射机，其特征是，在燃烧器燃烧装置的燃烧气体出口处设置有远红外线放射管的发热装置上，通过串联连接有1台或2台以上在催化燃烧装置的燃烧气体出口处设有远红外线放射管的发热装置，在燃烧器燃烧装置上分别设置燃料供给口和空气供给口，在催化燃烧装置上设置燃料供给口。
2.根据权利要求1所述的多级远红外线放射机，其特征是，在构成催化燃烧装置的吸气口的导管内，沿着与导管轴线垂直的方向设置有涡流形成板，该涡流形成板具有平行于导管轴线的旋转轴，产生气体涡流，而且在该涡流形成板设置位置的附近开设有燃料供给口与空气供给口。
3.一种使前述多级远红外线放射机运转的方法，其特征是，所述多级远红外线放射机在燃烧器燃烧装置的燃烧气体出口处设置有远红外线放射管的发热装置上，通过串联连接1台或2台以上在催化燃烧装置的燃烧气体出口处设有远红外线放射管的发热装置，在燃烧器燃烧装置上设置燃料供给口和空气供给口，在催化燃烧装置上设置燃料供给口，当所述多级远红外线放射机运转时，调节向燃烧器燃烧装置供给的燃料供给量与空气供给量，同时调节向各催化燃烧装置供给的燃料供给量，把各催化燃烧装置的燃烧温度维持在700～1000℃的范围。
4.一种使前述多级远红外线放射机运转的方法，其特征是，所述多级远红外线放射机在燃烧器燃烧装置的燃烧气体出口处设置有远红外线放射管的发热装置上，通过串联连接1台或2台以上在催化燃烧装置的燃烧气体出口处设有远红外线放射管的发热装置，在燃烧器燃烧装置上设置燃料供给口和空气供给口，在催化燃烧装置上设置燃料供给口，当所述多级远红外线放射机运转时，调节充填到催化燃烧装置中的燃烧催化剂床的容积及通过催化燃烧装置的气体量，把每单位时间内通过该催化剂床的标准状态下的气体体积相对于燃烧催化剂床的容积之比率、即空间速度SV维持在10，000～80，000h-1的范围。
全文摘要
本发明提供一种无公害、排出气体热量损失少的多级远红外线放射机。该多级远红外线放射机在燃烧器燃烧装置的燃烧气体出口处设置有远红外线放射管的发热装置上,通过串联连接1台或2台以上在催化燃烧装置的燃烧气体出口处设有远红外线放射管的发热装置。
文档编号F24H7/06GK1204034SQ9811516
公开日1999年1月6日 申请日期1998年6月26日 优先权日1997年6月27日
发明者菅沼隆, 相泽幸雄, 水野康, 永野久司, 佐藤文昭, 丝川英树, 吉田正四 申请人:日本石油株式会社, 日精奥巴尔株式会社