專利名稱：具有釋放輻射熱的加熱表面的微燃燒加熱器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有1到幾厘米直徑的微燃燒加熱器。
背景技術：
為了生產半導體等，在加熱包含在玻璃管中的物體的工藝中，玻璃管被幾個小的加熱器包圍以形成合適的盤狀加熱器，且控制每個小的加熱器的加熱率以控制被加熱物體的溫度分布。
如果此種小的加熱器是燃燒型的(即燃燒加熱器)，通常它很難實現穩定的燃燒。因此，小的電加熱器用于制造半導體。
另一方面，被稱為Swiss-roll的小的加熱器是已知的，現說明如下圖5A是表示一維的逆流燃燒加熱交換器的結構圖。在圖中，參考數字1表示加熱壁，參考數字2表示絕熱壁。加熱壁1具有高的熱傳導能力，絕熱壁2的熱傳導能力低于加熱壁。所以，當這些壁由相同材料制成時，加熱壁1制作得較薄而絕熱壁2制作得較厚。
參考數字3表示的箭頭表示燃氣和空氣的預混氣體的流動方向，參考數字4表示的箭頭表示燃燒氣體的流動方向。參考數字6表示預混氣體的入口，參考數字7表示燃燒氣體的出口。預混氣體的流動方向和燃氣的流動方向彼此相對，加熱壁1設置在它們中間。即，通過燃氣和加熱壁1，預混氣體被燃氣加熱，接著在燃燒腔8中燃燒，由此產生火焰9。
參考數字10表示預混氣體的通道，參考數字11表示燃氣的通道。預混氣體通道10的寬度是特定的熄火距離(下面解釋)或更小。因此，即使當通過燃氣加熱的通道10的溫度大大增加時，火焰9也不向后流過通道10。
另外，用于啟動燃燒的火花塞(未示出)設置在燃燒腔8中。
下面解釋熄火距離。
眾所周知，燃燒是由在空氣中的氧和燃料反應引起的并產生燃氣的加熱現象。如果使用氣體燃料，氣體燃料和氧反應，因此產生火焰。由于在氧氣和在高溫下產生的作為自由基的燃氣之間迅速反應，所以產生火焰。火焰引起連鎖反應并立即釋放。然而，自由基當撞到固體壁時自由基鈍化；所以，火焰不能通過固體壁之間的窄的通道。熄火距離表示窄間隙的限寬，即，如果間隙的寬度為熄火距離或更窄，火焰不能通過間隙。熄火距離和取決于預混氣體種類的燃燒速度有關。
下面的表1表示預混氣體的燃燒速度和熄火直徑(它用于具有圓形截面的通道)之間的關系。如果通道的橫截面的形狀不是圓的，可以使用下面的等同的直徑。
等同直徑＝(窄間隙的橫截面面積)×4/(間隙截面的所有側邊的總數)表1

圖5B是二維燃燒器5的截面圖，被稱為Swiss-roll燃燒器的燃燒器5通過設置上面解釋的一維燃燒器的通道成螺旋形式制成，其中燃燒腔8位于螺旋的中心。
Swiss-roll燃燒器5是一個再生的熱交換器，即使裝置的尺寸很小，它也具有小的熱損失。在燃燒之前預混氣體被預熱以實現可靠的燃燒，甚至在具有規定的理論燃料-空氣比例(或等同比例)大約1/3的貧預混氣體的情況下，也可以進行燃燒。
如上所述，通常用于加熱半導體的小加熱器是電加熱器，并且電加熱器消耗昂貴的被轉換成熱能的電能。因此，此種加熱器不經濟。
另一方面，上述的Swiss-roll燃燒器5是-種燃燒器，它不期望作為具有加熱表面的裝置被使用，其中目標物體通過從加熱表面釋放的輻射熱被加熱。

發明內容
考慮到上述情況，本發明的一個目的是改進Swiss-roll燃燒器以提供一種微燃燒加熱器，它雖然小，但它可以通過設置加熱表面作為燃燒器的外表面而獲得可靠的燃燒。
所以，本發明提供一種微燃燒加熱器，它具有用于燃料和空氣的預混氣體的預混氣體通道，其中通道延伸到燃燒腔，且燃燒氣體通道用于從燃燒腔吸出燃氣，其中預混氣體通道和燃燒氣體通道以加熱壁設置在通道之間的方式設置為螺旋形狀；預混氣體通道的寬度為熄火距離或更小，其中熄火距離取決于預混氣體的種類；微燃燒加熱器具有兩個外表面，在兩個外表面之間設置螺旋通道，用于從加熱壁的上下邊的兩側保持螺旋通道；和至少一個外表面為用于釋放輻射熱的加熱表面。
微燃燒加熱器在平面視圖中可以基本上為圓形或多邊形。
作為一個優選實施例，螺旋通道設置在耐熱加熱板和絕熱板之間，耐熱加熱板的外表面作為加熱表面使用。
根據上述結構，預混氣體的流動方向和燃燒氣體的流動方向是彼此相對的，以在相對流動之間進行充分的熱交換。所以，吸入燃燒腔8的預混氣體被充分地預熱，并進行可靠地燃燒。另外，當燃燒氣體被排出時，氣體的溫度足夠的低；所以，由燃燒氣體的排出引起的熱量損失就小。因此，盡管裝置很小，但微燃燒加熱器具有高的熱效率和優越的燃燒穩定性。
而且，預混氣體通道的寬度為熄火距離或更小。所以，火焰不向后流過預混氣體通道，由此安全性提高。
另外，在微燃燒器的表面之間形成螺旋通道，微燃燒器的其中一個表面為釋放輻射熱的加熱表面。所以，當準確控制目標物體溫度分布的時候，通過輻射熱可以有效地加熱目標物體。相應地，盡管此裝置很小，微燃燒加熱器具有高的熱效率，并且微燃燒加熱器的性能是穩定的；所以，微燃燒加熱器可以用作代替電加熱器。


圖1A和1B是表示作為本發明實施例的微燃燒加熱器的結構圖，其中圖1A是在平面方向的剖面圖，圖1B是沿中心線的橫截面圖。
圖2是用于模型分析的在平面方向的微燃燒加熱器的剖面圖。
圖3是表示模型分析的結果的曲線圖，其中曲線圖表示熱流量與溫度之間的關系。
圖4是表示模型分析的結果的曲線圖，其中曲線圖表示溫度與可以有效使用的熱量與各熱損失之比之間的關系。
圖5A和5B是用于解釋Swiss-roll燃燒器的圖，其中圖5A表示一維燃燒器，圖5B表示具有螺旋形式的通過設置圖5A的結構產生的二維燃燒器。
具體實施例方式
此后，將參考

根據本發明的實施例。
圖1A和1B是表示作為本發明的一個實施例的微燃燒加熱器的結構圖。圖1A是和加熱表面(下面將解釋)平行的平面方向的剖面圖，圖1B是沿中心線的橫截面圖。在這些圖中，對應于上述的圖5A和5B的部分使用相同的參考數字，并且相同的解釋將被簡化或省略。
在圖1A和1B中，參考數字1表示加熱壁，參考數字2表示絕熱壁。
如圖中所示，用于空氣和被吸入燃燒腔8的燃氣的預混氣體的通道10和用于從燃燒腔8吸出的燃氣的通道11以加熱壁1設置在通道10和11之間的方式形成。這些通道10和11以螺旋形式設置，其中燃燒腔8位于螺旋的中心。圖1A示出基本上為圓形的螺旋；然而，通道也可以形成為方形螺旋形式，另外，預混氣體通道10的寬度為熄火距離或更小。
微燃燒器12(其作為微燃燒加熱器使用的解釋如下)通過燃燒腔8和上面的通道10和11制作。優選地，微燃燒器12具有1到5厘米的直徑的圓形，或者每邊為1到5厘米的方形。
加熱板13和絕熱板15分別附著在微燃燒器12的頂面和底面。
通過使用耐熱銅焊填充金屬，例如熔化的鎳，加熱板13銅焊到加熱壁1和絕熱壁2的上邊緣。在此，加熱板13和加熱壁1和絕熱壁2的上邊緣的接觸不必完全的氣密。所以，如果燃燒器用在耐熱銅焊填充金屬的耐熱性不起作用的高溫下，通過使用耐熱合金，僅加熱板13的周邊部分可以焊接到壁的接觸部分，其中加熱板13的內面只接觸壁的上邊緣。
耐熱不銹鋼，例如SUS316和SUS310，或者耐熱合金，例如鉻鎳鐵合金，可以用于制造微燃燒器12和加熱板13。
微燃燒器12是小的；因此，優選在純的材料上開鑿通道10和11。在使用不銹鋼的優選實施例中，加熱壁1的厚度為大約0.3mm，絕熱壁2的厚度為大約1mm。
在圖1B中，參考數字13a表示作為加熱板13的頂面的加熱表面，它釋放使目標物體加熱的輻射熱。參考數字16表示的曲線表示加熱表面13a的溫度分布。
另外，用于啟動燃燒的火花塞(未示出)設置在燃燒腔8中。
下面將解釋本實施例的工作原理。
如上所述，在微燃燒器12中，燃燒腔8設置在燃燒器的中心，用于空氣和被吸入燃燒腔8的燃氣的預混氣體的通道10和用于從燃燒腔8吸出的燃氣的通道11以螺旋形式設置，其中加熱壁1設置在通道10和11之間。因此，預混氣體的流動方向和燃氣的流動方向是彼此相對的，以使在相對流動之間進行充分的熱交換。
相應地，吸入燃燒腔8中的預混氣體被充分地預熱，并進行可靠地燃燒。另外，當燃氣被排出時，氣體的溫度足夠的低；因此，由燃氣的排出而引起的熱損失很小。而且，預混氣體通道的寬度為熄火距離或更小。所以，火焰不向后流過預混氣體通道10，因而安全性很高。
另外，螺旋通道形成在微燃燒器12的面之間，其中的一個面是加熱表面，以獲得加熱器14(見圖1B)。所以，盡管裝置很小，但微燃燒加熱器具有高的熱效率。相應地，微燃燒加熱器的性能是穩定的，且燃燒加熱器可以用作替代電加熱器。
模型分析下面將解釋根據本發明對于微燃燒加熱器進行的模型分析。
圖2為用在模型分析上的微燃燒加熱器的剖面圖，它在平面方向平行于微燃燒加熱器的加熱表面。微燃燒加熱器具有50mm的直徑，每個通道的寬度和深度分別為4mm和6mm。每個壁的厚度為1mm。預混氣體為甲烷和空氣的混合氣體，當量比率為0.6。
圖3是表示模型分析結果的曲線圖。在圖中，縱軸表示熱流量(W)，橫軸表示溫度(℃)。圖中線的說明如下。
在上面畫上標志“x”的點線表示燃燒產生的熱量。
在上面畫上白矩形標志的實線，表示能被有效利用的輻射的熱量。
上面畫上黑矩形標志的長短交替的虛線，表示熱傳遞的損失，由于通過加熱表面13a產生的自然的對流，熱量被釋放到大氣中。
上面畫上白圓形標志的虛線，表示作為燃氣的排出的被排放到燃燒器的外部的熱損失。
圖4是表示可以有效利用的熱量和各熱損失之比的曲線圖。在圖中，縱軸表示比率(在此總的熱量為1)，橫軸表示溫度(℃)。和圖3相對應的每條線具有與上述相同的含義。
在圖中清楚地表明，當加熱表面13a的溫度為700℃或更高時，由燃燒產生的熱量的大約60％到65％可以有效地作為用于加熱目標物體的輻射熱。
本發明不限于上述實施例，在本發明的精神和范圍內的變化和修改是可能的。
權利要求
1.一種具有用于燃料和空氣的預混氣體的預混氣體通道的微燃燒加熱器，其中通道延伸到燃燒腔，燃燒氣體通道用于把燃燒氣體從燃燒腔中吸出，其中預混氣體通道和燃燒氣體通道以加熱壁設置在通道之間的方式設置為螺旋形式；預混氣體通道的寬度為熄火距離或更小，其中熄火距離取決于預混氣體的種類；微燃燒加熱器具有兩個外表面，螺旋通道置于兩個外表面間，用于從加熱壁的上下邊緣的兩側保持螺旋通道；和至少一個外表面是用于釋放輻射熱的加熱表面。
2.如權利要求1所述的微燃燒加熱器，其特征在于，在平面視圖中基本上為圓形。
3.如權利要求1所述的微燃燒加熱器，其特征在于，在平面視圖中為多邊形。
4.如權利要求1所述的微燃燒加熱器，其特征在于，螺旋通道置于耐熱加熱板和絕熱板之間，且耐熱加熱板的外表面作為加熱表面使用。
全文摘要
一種可以實現可靠燃燒的小的微燃燒加熱器。加熱器具有延伸到燃燒腔的預混氣體通道，通道用于從燃燒腔吸出燃氣。通道以加熱壁設置在通道之間的方式設置為螺旋形式。預混氣體通道的寬度為熄火距離或更小，其中熄火距離取決于預混氣體。加熱器具有兩個外表面，用于從加熱壁的上下邊緣的兩側保持螺旋通道，至少一個外表面是用于釋放輻射熱的加熱表面。尤其是，螺旋通道置于耐熱加熱板和絕熱板之間，且耐熱加熱板的外表面作為加熱表面使用。
文檔編號F23D14/66GK1467404SQ03130799
公開日2004年1月14日 申請日期2003年4月25日 優先權日2002年6月18日
發明者丸田薰, 藤森俊郎, 郎 申請人:丸田薰, 石川島播磨重工業株式會社