JP2002228120A - 燃焼プレートおよび該燃焼プレートを持つ表面燃焼バーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 逆火の発生を大きく抑制することができる、
炭化珪素繊維を燃焼面に持つ表面燃焼バーナ用の燃焼プ
レートを得る。 【解決手段】 燃焼プレート２０を、炭化珪素繊維の積
層成形体である第１の層２１と、その裏面に積層した炭
化珪素繊維よりも熱伝導率の低い例えばシリカまたはア
ルミナの一方または双方を主成分とするセラミック繊維
からなる第２の層２２とで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面燃焼方式に用
いられる燃焼プレートおよび該燃焼プレートを持つ表面
燃焼バーナに関する。

【０００２】

【従来の技術】表面燃焼方式を採用したバーナは、燃焼
ガスの熱量を輻射へ効率的に変換することができること
から、表面燃焼バーナとして広く用いられている。最も
普及している表面燃焼バーナはシュバンクバーナと呼ば
れており、粘土を焼結した陶器質のセラミックに炎孔を
多数設けて燃焼プレートとしている。この種の燃焼プレ
ートの輻射率は０．３程度と低く、また、炎孔付近が赤
熱しないために、輻射への変換効率はあまり高くない。

【０００３】特開平３−２８６１２号公報には、金属繊
維の２層構造をなす複合焼結板であり、表面層はニッケ
ル合金、タングステンなどの高温用金属繊維であり、背
面層はそれらの材料よりも安価なステンレス繊維である
燃焼プレートが記載されている。しかし、ニッケル合
金、タングステンなどの高温用金属繊維も輻射率は０．
６程度と低く、輻射への変換効率は満足したものではな
い。また、製造コストも比較的高価である。

【０００４】そこで、輻射率の高い炭化珪素の繊維を集
積し、繊維間で燃焼させることで表面を赤熱させるよう
にした炭化珪素繊維燃焼プレートが知られている（特開
昭５２−７０３７号公報など参照）。この種の燃焼プレ
ートは繊維の積層体であるため、シュバンクバーナの場
合のように赤熱しない炎孔部がなく全表面が赤熱するこ
とに加え、輻射率が０．９以上と高いために同じ表面温
度で輻射される赤外線が大きく、輻射への高い変換効率
が得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】通常、前記した炭化珪
素繊維燃焼プレートは、市販の炭化珪素繊維を積層した
ものを加圧成形することにより作られる。その際に、繊
維の積層が一様でないなどの理由から、成形品での間隙
率が不均一となる場合が起こり得る。表面燃焼バーナの
燃焼プレートとして間隙率にバラツキのあるものを用い
ると、炭化珪素は熱伝導率が高いことから、間隙率の相
対的に高い部分の火炎が上流側（混合ガスの流入側）へ
侵食するようになり、この火炎の侵食が進行して燃焼プ
レートの裏面にまで達する場合に、逆火が生じる可能性
がある。そのようなこともあり、従来の炭化珪素繊維を
用いた燃焼プレートでは、長時間にわたる高負荷燃焼を
継続することが困難な場合が生じていた。

【０００６】このような逆火現象が生じるのを回避する
ために、間隙率が一定になるように特別の成形手法を施
した炭化珪素繊維同士を接合し保形することが行われる
が、市販の積層繊維ではなく特別の成型加工品を用いる
ことから、高価なものとならざるを得ない。

【０００７】本発明は、上記のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、熱伝導率の高い炭化珪素
繊維を用いた表面燃焼方式用の燃焼プレートでありなが
ら、コストの高騰を招くことなく逆火現象が生じるのを
実質上完全に抑制することのできる燃焼プレートおよび
燃焼プレートを持つ表面燃焼バーナを提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明による燃焼プレートは、炭化珪素繊維の積層
成形体である第１の層の裏面に、炭化珪素繊維よりも熱
伝導率の低い耐熱性繊維からなる第２の層を積層してな
ることを特徴とする。この燃焼プレートでは、炭化珪素
繊維よりも熱伝導率の低い耐熱性繊維層（第２の層）が
上流側（混合ガスの流入側）に積層されているので、部
分的に高い間隙率の領域が存在するなど何らかの事情で
火炎が炭化珪素繊維の積層成形体（第１の層）の上流側
（混合ガスの流入側）へ侵食する事態が生じても、その
火炎の侵食は、第２の層において抑制され停止する。そ
のために、燃焼プレートの裏面にまで火炎が到達するこ
とはなく、従来の炭化珪素繊維の積層成形体のみで形成
される燃焼プレートの場合と比較して、逆火現象が発生
する可能性は大きく低下する。そのために、長時間にわ
たる高負荷燃焼を安定して行うことが可能となる。

【０００９】本発明の燃焼プレートにおいて、第１の層
を構成する炭化珪素繊維の積層成形体は任意のものであ
ってよく、従来市販されている、あるいは従来の表面燃
焼方式用の燃焼プレートに用いられてきた炭化珪素繊維
の積層成形体をそのまま用いることができる。また、燃
焼プレートの厚みは、２つの層の合計厚みが従来の燃焼
プレートの厚み（例えば、３ｍｍ程度）と同等であれば
よく、従って、第１の層である炭化珪素繊維の積層成形
体の厚みを、従来のものよりも薄くすることができる。
それにより、材料コストの低減ももたらされる。

【００１０】第２の層を構成する、炭化珪素繊維よりも
熱伝導率の低い耐熱性繊維も、所要の耐熱性を有するこ
とを条件に任意のものを用いることができ、シリカ系繊
維、アルミナ系繊維あるいはジルコニア繊維のようなも
のであってよいが、コストの面からシリカまたはアルミ
ナの一方または双方を主成分とするセラミック繊維は望
ましい。上記したシリカまたはアルミナの一方または双
方を主成分とするセラミック繊維は、市販されているよ
うな、単に積層して成形した不織布状のもの、あるい
は、織編物を積層成形したものであってよい。

【００１１】なお、前記したように、金属繊維を２層構
造とした燃焼プレートは知られているが、熱伝導率の違
いについての配慮がなく、単に２層とする構成のみで
は、本発明による燃焼プレートのような逆火防止機能を
奏することはできない。また、ステンレスは炭化珪素と
同程度の熱伝導率であり、本発明において第２の層の素
材としてステンレスを用いても逆火防止効果は得られな
い。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明による燃焼プレート
および該燃焼プレートを持つ表面燃焼バーナを実施の形
態に基づき説明する。図１は、本発明による燃焼プレー
ト２０を持つ表面燃焼バーナ１０の一実施の形態を示す
概略断面図である。表面燃焼バーナ１０は、燃焼プレー
ト２０を上端に備えた筒体１１と、該筒体１１の底面に
接続した燃料ガスと空気の混合ガス（予混合気）を供給
する供給管１２と、供給管１２の上流側に配置した送風
機１３とを備えている。供給管１２には燃料ガス供給ノ
ズル１４が開口しており、そこからの燃料ガスと送風機
１３からの空気とが混合して混合ガス（予混合気）とな
り、筒体１１内に流入する。筒体１１には整流板１５が
配置されており、供給管１２からの混合ガス流は燃焼プ
レート２０に向けた均一流とされる。なお、上記の表面
燃焼バーナ１０の構成は、表面燃焼バーナの一例であっ
て、他に多くの形態のものが存在することはいうまでも
ない。整流板１５や送風機１３を省略することもでき
る。

【００１３】燃焼プレート２０は、平均繊維径１４μｍ
程度の炭化珪素繊維を加圧成形した第１の層２１と、該
炭化珪素繊維よりも熱伝導率の低い耐熱性繊維である平
均繊維径１１μｍ程度のシリカまたはアルミナの一方ま
たは双方を主成分とするセラミック繊維の不織布である
第２の層２２とからなる。第１の層２１と第２の層２２
とは、ニードル処理で一体化されている。不織布に代
え、上記繊維による織編物であってもよい。

【００１４】上記の構成である燃焼プレート２０を備え
た表面燃焼バーナ１０において、混合ガスは整流板１５
ガスを通過し、燃焼プレート２０の裏面に達し、第２の
層２２から第１の層２１を通過して第１の層２１の表面
で燃焼する。燃焼により第１の層２１の表面は全面が赤
熱して、高い輻射への変換効率が得られる。

【００１５】第１の層２１に部分的に高い間隙率の領域
が存在して、そこから火炎が上流側（混合ガスの流入
側）へ侵食する事態が生じても、その火炎の侵食は、炭
化珪素繊維よりも熱伝導率の低い耐熱性繊維の層である
第２の層２２において停止する。そのために、燃焼プレ
ート２０の裏面にまで火炎が到達することはなく、逆火
現象の発生は有効に阻止される。

【００１６】以下に、本発明者らが行った実験結果を説
明する。第１の層２１が１ｍｍ厚、第２の層２２が２ｍ
ｍ厚の燃焼プレート２０を製造した。比較例として、第
１の層２１が３ｍｍ厚および１０ｍｍ厚であり、第２の
層２２を持たない２つの燃焼プレートＣ１，Ｃ２を製造
した。本発明品である燃焼プレート２０と比較品である
燃焼プレートＣ１，Ｃ２について、同じ燃焼条件下（面
負荷６００ｋＷ／ｍ²）で表面燃焼を行い、逆火現象の
発現具合を調べた。

【００１７】比較例品Ｃ１の場合、燃焼速度の遅い１３
Ａ供給ガスで大気中で燃焼を行っても、数分で逆火が生
じた。比較例品Ｃ２の場合でも３０分程度で逆火が確認
された。本発明品である燃焼プレート２０の場合には、
１３Ａ供給ガスで長時間燃焼を行っても逆火しないだけ
でなく、燃焼速度のより速い試験ガス１３Ａ−２（燃焼
速度ＣＰ＝７４．３）であっても逆火現象は確認できな
かった。

【００１８】上記の実験から、本発明による燃焼プレー
ト２０の有効性が確認できる。さらに、同じ厚さの燃焼
プレートを製造する場合であっても、すべてを炭化珪素
繊維により製造したものと比較して、第２の層としてよ
り安価な素材を使用できることから、材料コストを低減
できる効果ももたらされる。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、炭化珪素繊維を燃焼面
に持つ表面燃焼バーナ用の燃焼プレートにおいて、逆火
の発生の可能性を大きく抑制することができる。それに
より、本発明による燃焼プレートを持つ表面燃焼バーナ
においては、高負荷燃焼を長時間にわたり安定して行う
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による燃焼プレートを持つ表面燃焼バー
ナの一形態を示す断面図。

【符号の説明】

１０…表面燃焼バーナ、２０…燃焼プレート、２１…炭
化珪素繊維である第１の層、２２…炭化珪素繊維よりも
熱伝導率の低い耐熱性繊維である第２の層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅澤 正信 東京都中央区八丁堀２−６−１ 日本カー ボン株式会社内 (72)発明者 福富 宏 東京都中央区八丁堀２−６−１ 日本カー ボン株式会社内 (72)発明者 小林 敬示 東京都中央区八丁堀２−６−１ 日本カー ボン株式会社内 Ｆターム(参考） 3K017 BA05 BA07 BB06 BC07 BG03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭化珪素繊維の積層成形体である第１の
   層の裏面に、炭化珪素繊維よりも熱伝導率の低い耐熱性
   繊維からなる第２の層を積層してなることを特徴とする
   燃焼プレート。
2. 【請求項２】 第２の層を形成する炭化珪素繊維よりも
   熱伝導率の低い耐熱性繊維が、シリカまたはアルミナの
   一方または双方を主成分とするセラミック繊維であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の燃焼プレート。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の燃焼プレートを
   燃焼面として持つ表面燃焼バーナ。