JP2002267115A - 表面燃焼バーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 火炎が発生する多孔質体の表面を複雑な被加
熱物の形状に成形することなく、その被加熱物を均一に
加熱する。 【解決手段】 多孔質体４の表面４ａに発生する火炎Ｆ
の燃焼負荷の大きさを部分的に変化させる燃焼負荷制御
手段を有する。燃焼負荷制御手段として、開孔率が異な
るシール材１０，１１を用い、これらシール材１０，１
１を多孔質体４の裏面４ａ側（混合気の上流側）に配置
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、燃料と空気の混合
気を多孔質体の表面で燃焼させる燃焼バーナの改良に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来の表面燃焼バーナの一例を
示している。この燃焼バーナでは、図中矢印のように燃
料ガスと空気の混合気がガス導入管１からケーシング２
内に導入され、さらに整流板３で均一に分散されながら
多孔質体４を通過して表面から噴出する。そして、その
噴出混合気が燃焼して火炎Ｆが発生し、多孔質体４に対
向して配置した図示せぬ被加熱物が加熱される。多孔質
体４は、耐熱性のパッキン５を介してケーシング２にボ
ルトおよびナット（図示略）によって固定されている。
このような表面燃焼バーナは、多孔質体４の表面４ａす
なわち燃焼面が平面あるいは曲面をなしており、多孔質
体４に対向して配置される被加熱物の温度分布は表面か
らの距離によって決定され、さらにその温度分布の絶対
値は燃焼量によって決定される。

【０００３】このような形式の表面燃焼バーナにおいて
は、例えば、被加熱物が平板の場合には、多孔質体の表
面が被加熱物に対して平行に対向し得る平面に形成され
た表面燃焼バーナを用いることで、被加熱物を均一に加
熱することができる。そして、加熱温度は、多孔質体の
表面に対する被加熱物の離間距離を変えるか、あるいは
燃焼量を変えることにより調整することができる。ま
た、被加熱物が円筒状の場合には、多孔質体が円筒状に
形成された表面燃焼バーナを被加熱物の内部に挿入して
加熱することで、被加熱物を均一に加熱することができ
る。すなわち、被加熱物を均一に加熱するには、被加熱
物の形状に沿った燃焼面を有する表面燃焼バーナを用い
ることによって対応している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】被加熱物が上記のよう
に平板あるいは円筒状等の比較的単純な形状であれば、
均一な加熱状態が得られる燃焼面を形成することは容易
である。しかしながら、被加熱物が凹凸を有するような
複雑な形状の場合、それに対応する燃焼面を形成するこ
とは、困難であり製造コストも高騰することから、実質
的には不可能であった。近年では、鋳造金型等の複雑な
形状の被加熱物を均一に加熱する要求が高まっており、
そのような要求に応えることができる表面燃焼バーナの
開発や提案が待たれているのが現状である。よって本発
明は、複雑な形状の被加熱物を均一に加熱することがで
きる表面燃焼バーナを提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、多孔質体を通
過させた燃料と空気の混合気を多孔質体の表面で燃焼さ
せる表面燃焼バーナであって、多孔質体の表面に発生す
る火炎の燃焼負荷の大きさを、混合気の圧力損失を変化
させることによって部分的に変化させる燃焼負荷制御手
段を有することを特徴とする。

【０００６】本発明によれば、例えば、被加熱物の加熱
面が凹凸等を有する複雑な形状の場合、燃焼負荷制御手
段により、火炎の燃焼負荷を、加熱面が均一に加熱され
るべく、多孔質体の表面に対する被加熱物の離間距離に
応じた最適な大きさに変化させる。すなわち、多孔質体
の表面から被加熱物までの距離が遠い部分は火炎の燃焼
負荷を大きくし、近い部分は小さくする。これによっ
て、多孔質体の表面が平面あるいは曲面といった単純な
形状のままで、複雑な形状の加熱面を有する被加熱物を
均一に加熱することができる。

【０００７】本発明の燃焼負荷制御手段の具体的な形態
としては、次の形態が挙げられる。 混合気の流路における多孔質体の上流側あるいは下流
側において多孔質体へ対向して配されるシール材であっ
て、孔が形成されているかもしくは形成されておらず、
開孔率が部分的に異なって粗密の分布がある。この形態
では、シール材の孔の開孔率に応じて火炎の燃焼負荷の
大きさが制御され、その燃焼負荷は、シール材の開孔率
が高い部分（粗の部分）が大きく、低い部分（密の部
分）が小さい。

【０００８】多孔質体自体であって、部分的に火炎の
燃焼負荷を増大させる孔が形成されている。この形態で
は、孔が形成された部分の火炎の燃焼負荷が他の部分よ
りも大きい。 多孔質体自体であって、部分的に気孔率が異なる。こ
の形態では、火炎の燃焼負荷は、気孔率が高い部分が大
きく、低い部分が小さい。 多孔質体自体であって、厚さが部分的に異なってい
る。この形態では、火炎の燃焼負荷は、厚い部分が大き
く、薄い部分が小さい。 なお、本発明の燃焼負荷制御手段としては、上記〜
の燃焼負荷制御手段のうちの２つ以上を組み合わせたも
のであってもよい。

【０００９】また、本発明では、混合気の流路における
多孔質体の上流側に、多孔質体に向けて混合気を均一に
分散して供給するための整流板が配されている形態を含
む。なお、本発明の多孔質体としては、任意のものを使
用することができる。例えば、金属やセラミックを焼結
ないし焼成したものや、金属繊維またはセラミック繊維
を集合させてマット状にしたもの等が挙げられる。さら
に、本発明では、多孔質体の表面が一面ではなく複数を
有するか、あるいは円筒面等の三次元的な面である多面
燃焼バーナの形態とすることができる。例えば、上下に
燃焼面（表面）を設定したものとし、上下の金型を１つ
の当該燃焼バーナで加熱することができるように構成す
ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。 （１）第１実施形態−図１ 図１は、本発明の第１実施形態に係る表面燃焼バーナを
示している。図中符号２は有底筒状のケーシングであ
り、このケーシング２の底部中央には、燃料ガスと空気
の混合気をケーシング２内に導入するガス導入管１が設
けられている。ケーシング２の上部開口縁にはフランジ
２ａが形成されており、このフランジ２ａに、パッキン
５を介して平板状の多孔質体４が固定されている。多孔
質体４の固定手段としてはボルトおよびナットが用いら
れるが、他の手段であってもよい。図中矢印のように、
ガス導入管１からケーシング２内に導入された混合気は
ケーシング２内で圧力が高まり、多孔質体４を通過して
その表面４ａから噴出する。ケーシング２内には、混合
気を多孔質体４に向けて均一に分散して供給するための
整流板３が配されている。

【００１１】多孔質体４におけるケーシング２側の裏面
４ｂには、開孔率の異なる２種類のシール材（燃焼負荷
制御手段）１０，１１が接着等の手段により固着されて
いる。シール材１０には孔が形成されておらず、開孔率
は０％である。シール材１１には多数の孔１１ａが均等
に分散して形成されており、その開孔率は３０％であ
る。この場合、シール材１０は多孔質体４の端部寄りに
配され、シール材１１は中央部に配されている。そし
て、多孔質体４の裏面４ｂにはシール材が貼られていな
い部分があり、この部分の開孔率は１００％とされる。

【００１２】以上の構成からなる表面燃焼バーナによる
と、混合気がガス導入管１からケーシング２内に導入さ
れ、さらに整流板３で均一に分散されながら多孔質体４
を通過して表面４ａから噴出し、その噴出混合気が燃焼
して火炎Ｆが発生する。図示せぬ被加熱物は多孔質体４
の４ａから間隔をおいて対向配置され、その表面４ａか
ら発生する火炎Ｆによって加熱される。ケーシング２内
の混合気は、シール材１１の孔１１ａを通過してから多
孔質体４を通過するものと、直接多孔質体４を通過する
ものとに分けられ、シール材１１に対応する部分の火炎
Ｆの燃焼負荷はシール材１１が貼られていない部分に比
べて小さく、シール材１０に対応する部分からは火炎が
発生しない。すなわち、開孔率に比例して多孔質体４か
らの火炎の燃焼負荷が制御される。

【００１３】本実施形態によれば、被加熱物の加熱面が
凹凸を有する複雑な形状の場合、その凹凸面に対応させ
てシール材１０，１１の配置や大きさならびに開孔率を
調整することにより、火炎Ｆの燃焼負荷を多孔質体４の
表面４ａに対する被加熱物の離間距離に応じた最適な大
きさに変化させることができる。その結果、被加熱物を
均一に加熱することができる。例えば、火炎Ｆの燃焼負
荷の大きい部分を被加熱物までの距離が遠い凹部に対向
させ、火炎Ｆの燃焼負荷の小さい部分を被加熱物までの
距離が近い凸部に対向させることにより、被加熱物を均
一に加熱することができるわけである。したがって、多
孔質体４の表面４ａが単純な平面のままであっても、複
雑な形状の加熱面を有する被加熱物を均一に加熱するこ
とができる。また、この表面燃焼バーナによれば、被加
熱物のある特定部分を局所的に高温あるいは低温に制御
することも可能である。

【００１４】ところで、一般に、混合気は多孔質体を通
過するとき、多孔質体の面方向（横方向）に広がる性質
を有しているため、多孔質体の裏面を通過する混合気の
通過面積よりも、多孔質体の表面に発生する火炎の面積
が大きくなる。表１は、混合気の通過面積を制御するシ
ール材の開孔率と、シール材に対応する多孔質体の表面
から発生する火炎分布の一例を示している。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１によれば、開孔率が３０％以上確保さ
れていれば火炎は多孔質体の表面の全面から発生する
が、開孔率２０％以下では、火炎の燃焼負荷は開孔率の
低下に伴い減少し、火炎はシール材の孔に対応する部分
にのみ発生して部分的に点在することになる。但し、表
１で示した火炎分布は一例であって、火炎分布はシール
材の孔の大きさや多孔質体の厚さおよび気孔率により異
なることから、実験的に導き出されるものである。した
がって、最適な火炎の燃焼負荷を実験的に得るために
は、シール材は多孔質体に対して剥離可能に設けられる
ことが好ましい。それには、耐熱性を有する粘着剤でシ
ール材を多孔質体に貼ったり、面ファスナーやマグネッ
トテープで貼ったりする手段を採用すればよい。

【００１７】次に、本発明の第２〜第６実施形態を説明
する。なお、これらの説明で参照する図面においては、
図１と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明
を省略する。

【００１８】（２）第２実施形態−図２ 図２に示す第２実施形態では、第１実施形態のシール材
１０，１１の代わりに、これらシール材１０，１１が一
体化されたシール材（燃焼負荷制御手段）２０が用いら
れている。シール材２０は、開孔率が０％の遮蔽部２１
と、多数の孔２２ａが均等に分散して形成された開孔率
が３０％の多孔部２２とを有しており、多孔質体４と適
宜間隔をあけて平行に配置されている。シール材２０
は、例えば多孔質体４をケーシング２に固定する際にパ
ッキン５とケーシング２のフランジ２ａとの間に挟んで
固定される。第２実施形態における火炎Ｆの燃焼負荷の
制御は、シール材２０によって第１実施形態と同様にな
される。

【００１９】（３）第３実施形態−図３ 図３に示す第３実施形態では、多孔質体自体が火炎の燃
焼負荷を制御する手段とされている。この場合の多孔質
体３０の一部には、多孔質体４を貫通する複数の孔３１
が形成されている。この形態では、孔３１が形成された
部分において大きな火炎Ｆの燃焼負荷を得ることができ
る。

【００２０】（４）第４実施形態−図４ 図４に示す第４実施形態も、多孔質体自体が火炎の燃焼
負荷を制御する手段とされている。この場合の多孔質体
４０の一部には、他の主たる部分よりも気孔率が高くて
粗の状態とされた低密度部４１が設けられている。低密
度部４１は、多孔質体４よりも気孔率が高い材質の異な
る多孔質体を、多孔質体４０に空けた穴に埋め込む等の
方法で設けることができる。この形態では、低密度部４
１が設けられた部分において大きな火炎Ｆの燃焼負荷を
得ることができる。

【００２１】（５）第５実施形態−図５ 図５に示す第５実施形態も、多孔質体自体が火炎の燃焼
負荷を制御する手段とされている。この場合の多孔質体
５０の一部には、裏面５０ｂ側が切削されるなどして他
の主たる部分よりも厚さが薄い薄肉部５１が設けられて
いる。薄肉部５１は、他の部分よりも気孔の絶対量が少
なく、したがって、薄肉部５１が設けられた部分におい
て大きな火炎Ｆの燃焼負荷を得ることができる。

【００２２】（６）第６実施形態−図６ 図６に示す第６実施形態では、第１実施形態のシール材
１０，１１、あるいは第２実施形態のシール材２０の代
わりに、外部整流板（燃焼負荷制御手段）６０が多孔質
体４の下流側に平行に配置され、この外部整流板６０の
上に被加熱物Ｗが配置される。外部整流板６０の多孔質
体４に対応する部分には多数の孔６０ａが形成されてい
るが、部分的に孔６０ａの密度すなわち開孔率が異なっ
ている。図６では、右側の端部の開孔率が他の部分より
も高くなっている。この形態では、多孔質体４の表面４
ａには火炎Ｆが一様に発生するが、外部整流板６０の開
孔率に応じて被加熱物Ｗの加熱分布（符号Ｈで示す線）
が制御される。

【００２３】なお、上記第１〜第６実施形態で示した各
燃焼負荷制御手段は、上記のように単独で採用する形態
の他に、これら実施形態のうちの２つ以上を組み合わせ
て採用することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
燃焼負荷制御手段によって火炎の燃焼負荷を多孔質体の
表面に対する被加熱物の離間距離に応じた最適な大きさ
に変化させることにより、多孔質体の表面が単純な形状
のままで、複雑な形状の被加熱物を均一に加熱すること
ができるといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態に係る表面燃焼バーナ
の断面図である。

【図２】 本発明の第２実施形態に係る表面燃焼バーナ
の断面図である。

【図３】 本発明の第３実施形態に係る表面燃焼バーナ
の断面図である。

【図４】 本発明の第４実施形態に係る表面燃焼バーナ
の断面図である。

【図５】 本発明の第５実施形態に係る表面燃焼バーナ
の断面図である。

【図６】 本発明の第６実施形態に係る表面燃焼バーナ
の断面図である。

【図７】 従来の表面燃焼バーナの一例を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

３…整流板 ４…多孔質体 １０，１１，２０…シール材（燃焼負荷制御手段） １１ａ，２２ａ…シール材の孔 ３０，４０，５０…多孔質体（燃焼負荷制御手段） ６０…外部整流板（燃焼負荷制御手段） ６０ａ…外部整流板の孔 Ｆ…火炎

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多孔質体を通過させた燃料と空気の混合
   気を多孔質体の表面で燃焼させる表面燃焼バーナであっ
   て、多孔質体の表面に発生する火炎の燃焼負荷の大きさ
   を部分的に変化させる燃焼負荷制御手段を有することを
   特徴とする表面燃焼バーナ。
2. 【請求項２】 前記燃焼負荷制御手段は、前記混合気の
   流路における前記多孔質体の上流側あるいは下流側にお
   いて多孔質体へ対向して配されるシール材であって、孔
   が形成されているかもしくは形成されておらず、開孔率
   が部分的に異なることを特徴とする請求項１に記載の表
   面燃焼バーナ。
3. 【請求項３】 前記燃焼負荷制御手段は前記多孔質体自
   体であって、該多孔質体には部分的に火炎の燃焼負荷を
   増大させる孔が形成されていることを特徴とする請求項
   １に記載の表面燃焼バーナ。
4. 【請求項４】 前記燃焼負荷制御手段は前記多孔質体自
   体であって、該多孔質体は部分的に気孔率が異なること
   を特徴とする請求項１に記載の表面燃焼バーナ。
5. 【請求項５】 前記燃焼負荷制御手段は前記多孔質体自
   体であって、該多孔質体は厚さが部分的に異なっている
   ことを特徴とする請求項１に記載の表面燃焼バーナ。
6. 【請求項６】 前記燃焼負荷制御手段は、請求項２〜５
   のいずれかに記載の燃焼負荷制御手段のうちの２つ以上
   の組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載の
   表面燃焼バーナ。
7. 【請求項７】 前記混合気の流路における前記多孔質体
   の上流側に、前記多孔質体に向けて混合気を均一に分散
   して供給するための整流板が配されていることを特徴と
   する請求項１〜６のいずれかに記載の表面燃焼バーナ。