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炉（アメリカ英語：furnace ）は、イギリス英語ではヒーターまたはボイラーと呼ばれ、建物全体または一部に熱を発生させるために使用される器具です。炉は、主にセントラルヒーティングシステムの主要コンポーネントとして使用されます。炉は、空気、蒸気、またはお湯などの中間流体の動きを介して内部空間に熱を提供するために恒久的に設置されます。蒸気またはお湯を流体として使用する暖房器具は、通常、住宅用蒸気ボイラーまたは住宅用温水ボイラーと呼ばれます。北米とヨーロッパの多くの地域で最も一般的な現代の炉の燃料源は天然ガスです。他の一般的な燃料源には、LPG（液化石油ガス）、燃料油、木材、まれに石炭があります。一部の地域では、特に電気料金が低い場合や主な目的が空調である場合に、電気抵抗加熱が使用されています。現代の高効率炉は最大98％の効率で煙突なしで動作し、一般的なガス炉の効率は約80％です。[1]廃ガスと廃熱は、建物の側面または屋根から排出できる金属製の煙道管またはポリ塩化ビニル（PVC）管を通じて機械的に換気されます。ガス炉の燃料効率はAFUE（年間燃料利用効率） で測定されます。
語源
この名前はラテン語の「オーブン」を意味するfornax [2]に由来しています。
カテゴリー
炉は、効率と設計に基づいて、自然通風、強制空気、強制通風、凝縮の 4 つの一般的なカテゴリに分類できます。
自然通風
最初のカテゴリの炉は、自然通風の常圧バーナー炉です。これらの炉は、レンガ、石、または鋼の外殻内に鋳鉄製またはリベット鋼製の熱交換器が組み込まれています。熱交換器は、レンガまたは石の煙突から排気されます。空気の循環は、木材または金属でできた上向きに傾斜した大きなパイプに依存していました。パイプは、暖かい空気を家の中の床または壁の通気口に導きます。この暖房方法は、暖かい空気が上昇するため機能します。
このシステムはシンプルで、コントロールはほとんどなく、自動ガス バルブが 1 つしかなく、送風機もありませんでした。これらの炉は、バーナー エリアを改造するだけで、あらゆる燃料で作動させることができます。これらの炉は、木材、コークス、石炭、ゴミ、紙、天然ガス、燃料油、そして世紀の変わり目の短い期間には鯨油で作動していました。固形燃料を使用する炉は、バーナー エリアの底に蓄積した灰や「クリンカー」を除去するために、毎日のメンテナンスが必要でした。後年、これらの炉は、空気の分配を助け、熱を家屋に素早く移動させるために、電動送風機が取り付けられました。ガスおよび石油燃焼システムは通常、家屋内のサーモスタットによって制御されますが、ほとんどの木材および石炭燃焼炉には電気接続がなく、バーナー内の燃料の量とバーナー アクセス ドアの新鮮な空気ダンパーの位置によって制御されます。
強制空気
2 番目のカテゴリの炉は、鋳鉄製または断面鋼製の熱交換器を備えた大気圧バーナー スタイルの強制空気炉です。1950 年代から 1960 年代にかけて、このタイプの炉は、大きな自然通風システムに代わるものとして使用され、既存の重力ダクト ワーク上に設置されることもありました。加熱された空気は、ベルト駆動で幅広い速度に対応できるように設計された送風機によって動かされました。これらの炉は、現代の炉に比べると依然として大きくてかさばり、ボルトで固定された取り外し可能なパネルを備えた重い鋼鉄製の外装を備えていました。エネルギー効率は、AFUE で50% 強から 65% 以上までの範囲でした。このタイプの炉では、煙道には依然として大きな石造またはレンガ造りの煙突が使用されており、最終的には空調システムに対応できるように設計されました。
強制徴兵
3 番目の炉のカテゴリは、鋼鉄製の熱交換器と多段速度送風機を備えた強制通風式、中効率炉です。これらの炉は、以前のスタイルよりも物理的にはるかにコンパクトでした。熱交換器を通して空気を引き込む燃焼空気送風機が装備されており、これにより燃料効率が大幅に向上し、熱交換器を小型化できました。これらの炉には多段速度送風機が装備されている場合があり、中央空調システムと連動するように設計されていました。
凝縮
4 番目のカテゴリの炉は、高効率凝縮ガス炉です。高効率凝縮ガス炉は、通常、90% から 98% の AFUE を実現します。[3]凝縮ガス炉には、密閉された燃焼エリア、燃焼ドラフト誘導装置、および二次熱交換器が含まれます。中効率の強制空気炉または強制通風炉と比較した凝縮ガス炉の効率の主な利点は、二次熱交換器で排気ガスから潜熱を捕捉することです。二次熱交換器は、排気ガスから熱エネルギーのほとんどを取り除き、動作中に水蒸気やその他の化学物質 (弱酸を形成) を実際に凝縮します。排気システムとも呼ばれる通気管は、腐食を防ぐために金属製の通気管ではなく PVC 管を使用して設置されることがよくありますが、これは設置場所の地理的位置や地域の規制によって異なります。ドラフト誘導装置により、排気パイプを構造物から出るときに垂直または水平に配線できます。高効率炉の一般的な設置配置には、家の外から炉の燃焼ユニットに新鮮な空気を送る新鮮な空気取り入れ口 (供給口) パイプが含まれます。通常、新鮮な燃焼空気は設置時に排気 PVC に沿って送られ、パイプは同じ場所にある家の側壁から排出されます。高効率炉は通常、60% AFUE炉よりも 25% ～ 35% の燃料節約を実現します。
炉出力制御の種類
シングルステージ
シングルステージ炉にはオンまたはオフの 1 段階の動作しかありません。つまり、比較的騒音が大きく、常に最高速度で稼働し、常に最高速度で最も熱い空気を排出します。
シングルステージ炉の利点の 1 つは、通常、設置コストが低いことです。シングルステージ炉は、技術がかなり単純なため、比較的安価です。ただし、シングルステージガス炉のシンプルさは、送風機モーターの騒音と機械の非効率性を犠牲にしています。これらのシングルステージ炉の送風機モーターは、空間の加熱要件に関係なく、ファンと送風機モーターが固定速度で動作するため、全体的に多くのエネルギーを消費します。シングルステージ炉は、ワンスピード動作のため、シングルスピード炉とも呼ばれます。[4]
2段階
2 段階炉は、2 段階の全速と半速 (または減速) で運転する必要があります。必要な熱量に応じて、ほとんどの場合、低速で運転できます。静音性が高く、空気の移動速度が低く、家の中を望ましい温度に保つことができます。
変調
調節炉は、要求される熱量と外気温に応じて、熱出力と空気速度をほぼ連続的に調節できます。つまり、必要な分だけ作動するため、エネルギーを節約できます。
熱分布
炉は、中間の配給システムを通じて建物の居住空間に熱を伝えます。配給が温水（またはその他の流体）または蒸気を介して行われる場合、炉は一般的にボイラーと呼ばれます。ボイラーの利点の 1 つは、別の給湯器を必要とせず、炉が入浴や食器洗い用の温水を提供できることです。このタイプの用途の欠点の 1 つは、ボイラーが故障すると、暖房も家庭用温水も利用できなくなることです。
空気対流暖房システムは、1 世紀以上にわたって使用されてきました。古いシステムは、受動的な空気循環システムに依存しており、冷たい空気は密度が高いため、床の空気戻りレジスターを通じて炉の下部に沈み、暖かい空気は密度が低いため、ダクト内で上昇します。この 2 つの力が一緒に作用して、重力給気と呼ばれるシステムで空気循環が促進されます。これらの「タコ」炉とそのダクト システムのレイアウトは、さまざまな直径の大型ダンパー ダクトを使用して最適化されています。
それに比べて、現代の「温風」炉のほとんどは、通常、ファンを使用して空気を家の各部屋に循環させ、冷たい空気を炉に引き戻して再加熱します。これは強制空気加熱と呼ばれます。ファンはダクトの抵抗を簡単に克服できるため、ダクトの配置は、昔のタコ足型ダクトよりもはるかに柔軟です。アメリカの慣習では、個別のダクトが冷たい空気を集めて炉に戻します。炉では、冷たい空気が通常、エアフィルター、送風機、炉の熱交換器を通過して炉に入り、そこから建物全体に吹き出されます。このタイプのシステムの主な利点の 1 つは、炉の出口に冷却コイルを追加するだけで、中央空調を簡単に設置できることです。
空気はダクトを通って循環します。ダクトは金属板またはプラスチックの「フレックス」ダクトで作られており、断熱されている場合とされていない場合があります。ダクトとプレナムがマスチックまたはホイルダクトテープを使用して密閉されていない限り、ダクトから調整された空気が漏れやすく、調整されていないスペースに漏れる可能性があります。エネルギーを無駄にするもう 1 つの原因は、屋根裏や床下などの暖房されていないエリアにダクトを設置すること、または温暖な気候の屋根裏にエアコンシステムのダクトを設置することです。
参照
注記
- ^ ジョンソン、ビル; スタンディフォード、ケビン (2008-08-28)。実用的な暖房技術。Cengage Learning。p. 116。ISBN 978-1418080396。
- ^ ヒュー・チザム編 (1911)。。ブリタニカ百科事典。第11巻 (第11版)。ケンブリッジ大学出版局。358ページ。
- ^ 米国エネルギー省。「炉とボイラー」。米国エネルギー省。
- ^ Ahmed, Rifat (2020-06-01). 「シングル、マルチ、可変速炉に関するハンドブック」(PDF)。Green Leaf Air 。 2020-07-05 にオリジナルからアーカイブ(PDF) 。2020-08-17に取得。
参考文献
ウィキメディア・コモンズには、炉に関連するメディアがあります。
- グレイ、WA; ミュラー、R (1974)。放射熱伝達に関する工学計算（第1版）。ペルガモン・プレス社。ISBN 0-08-017786-7。
- Fiveland , WA; Crosbie, AL; Smith, AM; Smith, TF, 編 (1991)。放射熱伝達の基礎。アメリカ機械学会。ISBN 0-7918-0729-0。
- ウォーリング、R. H (1982)。バルブ、配管、パイプラインのハンドブック（第 1 版）。ガルフ パブリッシング カンパニー。ISBN 0-87201-885-7。
- デュークロウ、サミュエル G (1985)。ボイラー効率の改善(第 2 版)。アメリカ計測協会。ISBN 0-87664-852-9。
- Whitehouse, RC編 (1993)。バルブおよびアクチュエータ ユーザーズ マニュアル。Mechanical Engineering Publications。ISBN 0-85298-805-2。
- デイヴィス、クライヴ（1970年）。炉技術の計算（第1版）。ペルガモン・プレス。ISBN 0-08-013366-5。
- Goldstick, R.; Thumann, A (1986).廃熱回収の原理. Fairmont Press. ISBN 0-88173-015-7。
- ASHRAE ハンドブック。暖房、換気、空調システムおよび機器。ASHRAE。1992 年。ISBN 0-910110-80-8. ISSN 1078-6066.
- ペリー、RH、グリーン、DW、編 (1997)。ペリーの化学技術者ハンドブック(第 7 版)。マグロウヒル。ISBN 0-07-049841-5。
- リーバーマン、P.; リーバーマン、エリザベス T (2003)。プロセス機器の作業ガイド(第 2 版)。マグロウヒル。ISBN 0-07-139087-1。