JP2020063868A - 表面燃焼バーナ - Google Patents

Abstract

【課題】高負荷において逆火が生じることを抑制する。【解決手段】表面燃焼バーナ１は、燃料ガスと空気との混合気が供給される筐体１０と、筐体１０の開口部２４に設けられ、少なくとも波板を含む板材を積層することで筐体１０の内外を連通させる筒状の連通孔２６が複数形成された燃焼ヘッド１８と、を備え、連通孔２６には、筐体１０の外側に開口する燃焼口３４が形成され、１の連通孔２６における燃焼口３４の開口面積が、燃焼口３４の数が単位平方インチ当たり９００個となる面積以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、表面燃焼バーナに関する。

空気と燃料ガスとの混合気を送出する複数の開口を平面状に配置して燃焼表面を形成し、燃焼表面上で混合気を燃焼させる表面燃焼バーナがある（例えば、特許文献１）。

特開平２−３０６００７号公報

表面燃焼バーナでは、燃焼表面の面積に対する燃焼量を多くする、すなわち、高負荷とすると、逆火が生じることがある。

本発明は、このような課題に鑑み、高負荷において逆火が生じることを抑制可能な表面燃焼バーナを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の表面燃焼バーナは、燃料ガスと空気との混合気が供給される筐体と、筐体の開口部に設けられ、少なくとも波板を含む板材を積層することで筐体の内外を連通させる筒状の連通孔が複数形成された燃焼ヘッドと、を備え、連通孔には、筐体の外側に開口する燃焼口が形成され、１の連通孔における燃焼口の開口面積が、燃焼口の数が単位平方インチ当たり９００個となる面積以下である。

また、燃焼ヘッドにおける燃焼口のうち、中央に位置する燃焼口の開口面積は、周縁に位置する燃焼口の開口面積よりも小さくてもよい。

また、燃焼ヘッドにおける燃焼口のうち、中央に位置する燃焼口における連通孔の連通方向の位置が、周縁に位置する燃焼口に対して、筐体の外側に向かう方向に変位していてもよい。

また、燃焼ヘッドにおける燃焼口のうち、中央に位置する燃焼口における連通孔の連通方向の位置が、周縁に位置する燃焼口に対して、筐体の内側に向かう方向に変位していてもよい。

また、連通孔を形成する板材に、板材の表裏を貫通する貫通孔が形成されていてもよい。

本発明によれば、高負荷において逆火が生じることを抑制可能となる。

第１実施形態の表面燃焼バーナの構成を示す概略図である。 表面燃焼バーナの平面図である。 燃焼ヘッドの表面の部分拡大図である。 比較例の表面燃焼バーナにおける燃焼の様子を実測によってプロットした図である。 第１実施形態の表面燃焼バーナにおける燃焼の様子を実測によってプロットした図である。 第２実施形態の表面燃焼バーナの構成を示す平面図である。 第２実施形態の表面燃焼バーナにおける燃焼の様子を実測によってプロットした図である。 第３実施形態の表面燃焼バーナの構成を示す概略図である。 第３実施形態の表面燃焼バーナにおける燃焼の様子を実測によってプロットした図である。 第４実施形態の表面燃焼バーナの構成を示す概略図である。 第４実施形態の表面燃焼バーナにおける燃焼の様子を実測によってプロットした図である。 第５実施形態の表面燃焼バーナの構成を示す概略図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態の態様について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の表面燃焼バーナ１の構成を示す概略図であり、図２は、表面燃焼バーナ１の平面図である。表面燃焼バーナ１は、筐体１０、混合気供給管１２、送風機１４、燃料ガス供給部１６、燃焼ヘッド１８を含んで構成される。

筐体１０は、本体部２０およびテーパ部２２を含んで構成される。本体部２０は、中空の円筒状に形成されている。テーパ部２２は、本体部２０の中心軸方向の一方側（図１における下方側）に連続している。テーパ部２２は、本体部２０から離隔するにしたがって内径が漸減する中空の円錐状に形成されている。

テーパ部２２における本体部２０とは反対側には、混合気供給管１２が接続されている。混合気供給管１２は、送風機１４に接続されている。送風機１４は、混合気供給管１２に空気を送出する。また、混合気供給管１２における送風機１４と筐体１０との間には、燃料ガス供給部１６が設けられている。燃料ガス供給部１６は、混合気供給管１２に燃料ガスを噴出する。燃料ガスは、例えば、都市ガスなどである。

混合気供給管１２内では、送風機１４から送出された空気と、燃料ガス供給部１６から噴出された燃料ガスとが混合される。混合気供給管１２は、空気と燃料ガスとの混合気を筐体１０に導く。つまり、筐体１０には、混合気供給管１２内で予め混合された混合気が供給される。

本体部２０の中心軸方向の他方側（図１における上方側）には、開口部２４が設けられている。開口部２４は、筐体１０の内外を連通させる。開口部２４には、燃焼ヘッド１８が設けられている。燃焼ヘッド１８は、開口部２４の開口面全体に開展している。

燃焼ヘッド１８には、筐体１０の内外を連通させる筒状の連通孔２６が複数形成されている。筐体１０に供給された混合気は、燃焼ヘッド１８の連通孔２６を通じて筐体１０外に送出される。筐体１０外に送出された混合気は、燃焼ヘッド１８の表面２８（燃焼ヘッド１８における筐体１０の外側面）の近傍で燃焼することとなる。つまり、燃焼ヘッド１８の表面２８は、連通孔２６を通じて送出された混合気（燃料ガス＋燃焼用空気）が燃焼する燃焼表面として機能する。燃焼ヘッド１８の表面２８は、筐体１０の中心軸に垂直な平面となっており、円形に形成されている。

図３は、燃焼ヘッド１８の表面２８の部分拡大図である。燃焼ヘッド１８は、波板３０および平板３２を含んで構成される。波板３０は、例えば、平板３２に略三角波状の波付き加工を施したものである。なお、波板３０は、略三角波状の波付き加工を施したものに限らず、例えば、正弦波状や台形波状の波付き加工を施したものであってもよい。

燃焼ヘッド１８では、波板３０と平板３２とが交互に積層されている。具体的には、燃焼ヘッド１８は、積層された波板３０および平板３２が、筐体１０の中心軸に対し、一体的に渦状に巻回されて形成される。この際、積層された波板３０および平板３２は、積層方向（波板３０の振幅方向）が燃焼ヘッド１８の径方向となるように巻回される。燃焼ヘッド１８では、このように波板３０および平板３２が積層されることで連通孔２６が形成される。燃焼ヘッド１８は、積層方向が筐体１０の径方向となるように開口部２４に設置される。

連通孔２６には、筐体１０の外側に開口する燃焼口３４が形成される。燃焼口３４は、連通孔２６における燃焼表面側の開口である。燃焼口３４の開口形状は、波板３０の形状により決定される。つまり、燃焼ヘッド１８では、燃焼口３４の開口形状が略三角形となっている。そして、表面２８は、略三角形の燃焼口３４が集合されたメッシュ状に形成されている。なお、図２では、便宜上、表面２８が四角形のメッシュ状で示されているが、実際には、略三角形のメッシュ状となっている。

表面燃焼バーナ１では、１の連通孔２６における燃焼口３４の開口面積が、燃焼口３４の数が単位平方インチ当たり９００個となる面積となっている。換言すると、表面燃焼バーナ１では、燃焼ヘッド１８の表面２８のメッシュサイズが９００ｃｐｓｉ（cell per square inch）となっている。なお、ｃｐｓｉは、１平方インチ当たりのセル数であり、メッシュ（開口）の細かさを表す単位である。

また、表面燃焼バーナ１では、表面２８全体に亘って、各燃焼口３４の開口面積が大凡等しくなっている。換言すると、表面燃焼バーナ１では、表面２８全体に亘って、メッシュサイズが大凡均一となっている。

ところで、比較例として、メッシュサイズが４００ｃｐｓｉ（１の連通孔２６における燃焼口３４の開口面積が、燃焼口３４の数が単位平方インチ当たり４００個となる面積）である表面燃焼バーナがある。

図４は、比較例の表面燃焼バーナにおける燃焼の様子を実測によってプロットした図である。面負荷は、燃焼表面面積１平方メートル当たりの燃焼量（ｋＷ）であり、燃焼口３４の開口面積の総量に対する表面燃焼バーナの燃焼量に相当する。以下、面負荷を単に負荷と呼ぶことがある。表面燃焼バーナでは、面負荷が大きいほど、燃焼ヘッドから送出される混合気の流量が多い。また、空気比は、燃料ガスの理論空気量に対する実際に供給する空気量の比率を示しており、空気比＝（実際の空気量）／（理論空気量）で表される。なお、理論空気量は、完全燃焼させるために必要な最小の空気量である。

図４において、三角印（△）は、火炎により燃焼ヘッド表面が加熱されて赤熱する赤熱モードの下限をプロットしたものであり、四角印（□）は、赤熱モードと、青炎燃焼状態で燃焼するブルーフレームモードとの境界をプロットしたものであり、菱形印（◇）は、ブルーフレームモードの上限をプロットしたものである。空気比が三角印（△）の近似線Ａ１１よりも小さい領域は、空気が少なすぎて燃えない不燃領域Ｂ１１である。また、空気比が、近似線Ａ１１と、四角印（□）の近似線Ａ１２との間となる領域は、赤熱モード領域Ｂ１２である。また、空気比が、近似線Ａ１２と、菱形印（◇）の近似線Ａ１３との間となる領域は、ブルーフレームモード領域Ｂ１３である。また、空気比が近似線Ａ１３よりも大きい領域は、空気が多すぎて炎が吹き消える吹消領域Ｂ１４である。

図４に示すように、メッシュサイズが４００ｃｐｓｉの表面燃焼バーナでは、面負荷が約７００ｋＷ／ｍ２以上において逆火が生じる。逆火とは、炎が表面燃焼バーナ内（燃焼ヘッド内）に伝播してしまう現象をいう。

高負荷の場合、燃焼量が多いため、燃焼により生じる燃焼熱が多い。このため、高負荷の場合、燃焼熱によって燃焼ヘッドに蓄熱される熱量が多くなり、燃焼ヘッドの表面の温度が高くなる。そうすると、燃焼ヘッドの表面における消炎現象が生じ難くなり、逆火が生じることとなる。逆火が生じると、表面燃焼バーナが破損するおそれがある。

なお、消炎（消炎現象）とは、炎が燃焼ヘッド内に伝播すると、その炎が燃焼ヘッドの構成部材によって冷却され、燃焼反応が停止することをいう。すなわち、逆火が生じない場合、火炎が燃焼ヘッドの表面上に安定に保炎された状態となる。

また、都市ガスの消炎距離は、一般的に、約２ｍｍであるといわれている。消炎距離とは、火炎を平板状の物体で挟んで冷却したときに冷却効果（消炎効果）を得ることのできる物体間の距離の最大値のことである。例えば、燃焼口の開口形状が大凡正三角形であるとし、正三角形の底辺の長さを、物体間の距離に相当する代表長さとみなすこととする。この条件において、メッシュサイズが４００ｃｐｓｉの場合、燃焼口における正三角形の底辺の長さ（代表長さ）は、約２ｍｍであり、消炎距離と同程度である。

このため、メッシュサイズが４００ｃｐｓｉでも、消炎効果を得ることが可能とも思われる。しかし、実際には、高負荷にすると、燃焼ヘッドの蓄熱量が多くなり燃焼ヘッドの構成部材の温度が上昇してしまうため、十分な消炎効果が得られず、逆火が生じていた。

これに対し、第１実施形態の表面燃焼バーナ１では、メッシュサイズが９００ｃｐｓｉとなっている。図５は、第１実施形態の表面燃焼バーナ１における燃焼の様子を実測によってプロットした図である。図５において、空気比が近似線Ａ２１よりも小さい領域は、不燃領域Ｂ２１であり、空気比が近似線Ａ２１と近似線Ａ２２との間となる領域は、赤熱モード領域Ｂ２２であり、空気比が近似線Ａ２２と近似線Ａ２３との間となる領域は、ブルーフレームモード領域Ｂ２３であり、空気比が近似線Ａ２３よりも大きい領域は、吹消領域Ｂ２４である。

図５に示すように、第１実施形態の表面燃焼バーナ１では、面負荷が約７００ｋＷ／ｍ^２以上となっても逆火が生じなかった。なお、面負荷が約１２００ｋＷ／ｍ^２以上の場合については、送風機１４の能力が限界となり、赤熱モード領域Ｂ２２とブルーフレームモード領域Ｂ２３との境界（四角印）の測定、および、ブルーフレームモード領域Ｂ２３の上限（菱形印）の測定が十分にできなかった。

高負荷の場合、上述のように、燃焼ヘッド１８に蓄熱される熱量が多くなる。しかし、メッシュサイズが９００ｃｐｓｉの場合、４００ｃｐｓｉに比べ、混合気が流通する連通孔２６の総表面積が広い。つまり、第１実施形態の表面燃焼バーナ１では、比較例の燃焼バーナに比べ、燃焼ヘッド１８において波板３０および平板３２が混合気に接触する面積が広くなっている。

これにより、第１実施形態の表面燃焼バーナ１では、混合気の流通によって冷却される量が多くなっているため、蓄熱される熱量が多くなったとしても、混合気による冷却によって燃焼ヘッド１８の温度上昇が抑制される。このため、第１実施形態の表面燃焼バーナ１では、高負荷となっても、燃焼ヘッド１８の表面２８で消炎効果が得られるため、逆火が生じることを抑制できる。

また、メッシュサイズが９００ｃｐｓｉの場合、燃焼口３４における正三角形の底辺の長さ（代表長さ）は、１．０ｍｍ〜１．５ｍｍ程度となり、消炎距離よりも十分に小さい。このため、この点においても、第１実施形態の表面燃焼バーナ１では、高負荷にしても、十分に消炎効果が得られ、逆火が生じることを抑制できる。

なお、メッシュサイズが９００ｃｐｓｉの場合について説明したが、メッシュサイズは、９００ｃｐｓｉ以上であればよい。メッシュサイズが９００ｃｐｓｉよりも細かければ、連通孔２６の総表面積がさらに広くなり、逆火が生じることをより抑制できる。

以上のように、第１実施形態の表面燃焼バーナ１では、１の連通孔２６における燃焼口３４の開口面積が、燃焼口３４の数が単位平方インチ当たり９００個となる面積以下となっている。

したがって、第１実施形態の表面燃焼バーナ１によれば、高負荷において逆火が生じることを抑制できる。

なお、第１実施形態では、筐体１０が略円筒状に形成されており、表面燃焼バーナ１が略円盤状に形成されていた。しかし、筐体１０および表面燃焼バーナ１は、複数の燃焼口３４が並べられて燃焼表面が形成されていればよく、略円筒状および略円盤状に形成されていなくともよい。例えば、筐体１０は、矩形の箱状に形成されてもよいし、表面燃焼バーナ１は、矩形の盤状に形成されてもよい。

また、第１実施形態では、燃焼ヘッド１８が、波板３０と平板３２とが交互に積層されて構成されていた。しかし、燃焼ヘッド１８は、波板３０のみが積層されて構成されてもよい。例えば、燃焼ヘッド１８は、台形波状の波付き加工が施された波板３０を積層することで、表面２８がハニカム構造（略正六角形を隙間なく並べた構造）となるように構成されてもよい。つまり、燃焼ヘッド１８は、少なくとも波板３０を含む板材を積層することで筐体１０の内外を連通させる筒状の連通孔２６が複数形成されていればよい。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態の表面燃焼バーナ１００の構成を示す平面図である。第２実施形態の表面燃焼バーナ１００は、燃焼ヘッド１８に代えて燃焼ヘッド１１８を有する点において第１実施形態と異なる。したがって、第１実施形態と機能が等しい筐体１０、混合気供給管１２、送風機１４、燃料ガス供給部１６については、その詳細な説明を省略し、機能が異なる燃焼ヘッド１１８について詳述する。なお、図６では、便宜上、燃焼ヘッド１１８の表面２８が四角形のメッシュ状で示されているが、実際には、略三角形のメッシュ状となっている。

第１実施形態の燃焼ヘッド１８は、表面２８全体に亘って、メッシュサイズが大凡均一となっていた。これに対し、第２実施形態の燃焼ヘッド１１８は、表面２８のうち、径方向内側における円で表される領域のメッシュサイズが、径方向外側における円環状で表される領域のメッシュサイズよりも細かくなっている。換言すると、第２実施形態の表面燃焼バーナ１００では、中央に位置する燃焼口３４の開口面積が、周縁に位置する燃焼口３４の開口面積よりも小さくなっている。

以下、径方向内側における円で表される領域（径方向内側部分）を、内側領域Ｃ１と呼び、径方向外側における円環状で表される領域（径方向外側部分）を、外側領域Ｃ２と呼ぶことがある。

燃焼ヘッド１１８において、内側領域Ｃ１のメッシュサイズは、９００ｃｐｓｉ以上となっている。具体的には、径方向内側のメッシュサイズは、１２００ｃｐｓｉとなっている。

燃焼ヘッド１１８において、外側領域Ｃ２のメッシュサイズは、内側領域Ｃ１のメッシュサイズよりも粗ければよく、９００ｃｐｓｉ未満となっていてもよい。具体的には、外側領域Ｃ２のメッシュサイズは、４００ｃｐｓｉとなっている。

また、燃焼ヘッド１１８では、外側領域Ｃ２の径方向の幅が、内側領域Ｃ１の半径よりも狭くなっている。

内側領域Ｃ１と外側領域Ｃ２とでメッシュサイズを異ならせると、燃焼ヘッド１１８から送出される混合気の流速が一様とならずに流速分布ができる。

具体的には、内側領域Ｃ１に位置する連通孔２６の圧損は、外側領域Ｃ２に位置する連通孔２６の圧損よりも大きい。これにより、外側領域Ｃ２に位置する連通孔２６を通じて送出された混合気の流量は、内側領域Ｃ１に位置する連通孔２６を通じて送出された混合気の流量よりも多くなる。その結果、外側領域Ｃ２に位置する連通孔２６を通じて送出された混合気の流速は、内側領域Ｃ１に位置する連通孔２６を通じて送出された混合気の流速よりも高くなる。この際、外側領域Ｃ２（４００ｃｐｓｉ部分）に位置する連通孔２６を通じて送出された混合気の流速は、燃焼表面の全面が４００ｃｐｓｉである場合の流速よりも高くなる。

つまり、表面燃焼バーナ１００では、外側領域Ｃ２において、混合気の流通によって冷却される量が多くなっている。このため、第２実施形態の表面燃焼バーナ１００では、蓄熱される熱量が多くなったとしても、外側領域Ｃ２における冷却量が多いため、燃焼ヘッド１１８全体の温度上昇が抑制される。

なお、内側領域Ｃ１では、混合気の流速が相対的に低くなっている。しかし、内側領域Ｃ１では、連通孔２６の総表面積が多くなっているため、混合気の流速が相対的に低くなっても、混合気による冷却効果が極端に低下することはない。

図７は、第２実施形態の表面燃焼バーナ１００における燃焼の様子を実測によってプロットした図である。図７において、空気比が近似線Ａ３１よりも小さい領域は、不燃領域Ｂ３１であり、空気比が近似線Ａ３１と近似線Ａ３２との間となる領域は、赤熱モード領域Ｂ３２であり、空気比が近似線Ａ３２と近似線Ａ３３との間となる領域は、ブルーフレームモード領域Ｂ３３であり、空気比が近似線Ａ３３よりも大きい領域は、吹消領域Ｂ３４である。

図７に示すように、第２実施形態の表面燃焼バーナ１００では、面負荷が約７００ｋＷ／ｍ^２以上となっても逆火が生じなかった。なお、面負荷が約１２００ｋＷ／ｍ^２以上の場合については、送風機１４の能力が限界となり、赤熱モード領域Ｂ３２とブルーフレームモード領域Ｂ３３との境界（四角印）の測定、および、ブルーフレームモード領域Ｂ３３の上限（菱形印）の測定が十分にできなかった。

以上のように、第２実施形態の表面燃焼バーナ１００では、複数の燃焼口３４のうち、燃焼表面の中央に位置する燃焼口３４の開口面積が、周縁に位置する燃焼口３４の開口面積よりも小さくなっている。このため、第２実施形態の表面燃焼バーナ１００では、高負荷において逆火が生じることを抑制できる。

なお、第２実施形態では、内側領域Ｃ１のメッシュサイズが１２００ｃｐｓｉであり、外側領域Ｃ２のメッシュサイズが４００ｃｐｓｉであった。しかし、内側領域Ｃ１および外側領域Ｃ２のメッシュサイズは、この例に限らない。

（第３実施形態）
図８は、第３実施形態の表面燃焼バーナ２００の構成を示す概略図である。第３実施形態の表面燃焼バーナ２００は、燃焼ヘッド１８に代えて燃焼ヘッド２１８を有する点において第１実施形態と異なる。したがって、第１実施形態と機能が等しい筐体１０、混合気供給管１２、送風機１４、燃料ガス供給部１６については、その詳細な説明を省略し、機能が異なる燃焼ヘッド２１８について詳述する。

第１実施形態の燃焼ヘッド１８は、表面２８が筐体１０の中心軸に垂直な平面となっていた。これに対し、第２実施形態の燃焼ヘッド２１８では、表面２８における中央を周縁に対して外側に突出させている。

具体的に説明すると、燃焼ヘッド２１８の表面２８は、筐体１０の中心軸に垂直な平面に対して筐体１０の外側へ向かう方向の距離が、周縁から中央に向かって漸増するように、山状に傾斜している。つまり、燃焼ヘッド２１８の表面２８は、円錐状に突出している。

表面２８の周縁の燃焼口３４は、筐体１０の開口部２４と同程度の高さに位置する。一方、表面２８の中央の燃焼口３４の位置は、周縁の燃焼口３４の位置よりも高くなっている。換言すると、中央に位置する燃焼口３４における連通孔２６の連通方向の位置は、周縁に位置する燃焼口３４に対して、筐体１０の外側に向かう方向に変位している。例えば、中央の燃焼口３４の位置は、周縁の燃焼口３４の位置に対して、燃焼ヘッド２１８の高さ（厚さ）分だけ高くなっている。

燃焼ヘッド２１８では、径方向に波板３０および平板３２が積層されているため、径方向の波板３０および平板３２を１または複数個毎に燃焼ヘッド２１８の中心軸方向に徐々にずらすことで、表面２８の斜面が形成されている。

筐体１０の中心軸に垂直な平面に対する表面２８の仰角は、例えば、約２０度である。ここで、表面２８の斜面は、局所的には、波板３０および平板３２が階段状になっている。表面２８の仰角は、この階段状の表面２８を滑らかな斜面とみなした場合の角度である。この際、表面２８の仰角は、表面２８の斜面方向に亘ってばらついていてもよい。つまり、表面２８の仰角は、斜面方向に亘った平均として約２０度である。なお、仰角は、約２０度に限らず、例えば、斜面方向で平均して０度〜４５度の範囲内に設定されてもよい。

また、表面燃焼バーナ２００では、第１実施形態と同様に、燃焼ヘッド２１８の表面２８のメッシュサイズが９００ｃｐｓｉとなっている。

燃焼ヘッド２１８の表面２８を山状に傾斜させると、表面２８が筐体１０の中心軸に垂直な平面である場合に比べ、表面２８の表面積を広くすることができる。表面２８の表面積が広くなると、燃焼ヘッド２１８に蓄積された熱が、表面２８から放熱され易くなる。

つまり、表面燃焼バーナ２００では、表面２８での放熱によって冷却される量が多くなっている。このため第３実施形態の表面燃焼バーナ２００では、蓄熱される熱量が多くなったとしても、表面２８における冷却量が多いため、燃焼ヘッド２１８の温度上昇が抑制される。

図９は、第３実施形態の表面燃焼バーナ２００における燃焼の様子を実測によってプロットした図である。図９において、空気比が近似線Ａ４１よりも小さい領域は、不燃領域Ｂ４１であり、空気比が近似線Ａ４１と近似線Ａ４２との間となる領域は、赤熱モード領域Ｂ４２であり、空気比が近似線Ａ４２と近似線Ａ４３との間となる領域は、ブルーフレームモード領域Ｂ４３であり、空気比が近似線Ａ４３よりも大きい領域は、吹消領域Ｂ４４である。

図９に示すように、第３実施形態の表面燃焼バーナ２００では、面負荷が約７００ｋＷ／ｍ^２以上となっても逆火が生じなかった。なお、面負荷が約１２００ｋＷ／ｍ^２以上の場合については、送風機１４の能力が限界となり、赤熱モード領域Ｂ４２とブルーフレームモード領域Ｂ４３との境界（四角印）の測定、および、ブルーフレームモード領域Ｂ４３の上限（菱形印）の測定が十分にできなかった。

以上のように、第３実施形態の表面燃焼バーナ２００では、複数の燃焼口３４のうち、中央の燃焼口３４における連通孔２６の連通方向の位置が、周縁の燃焼口３４に対して、筐体１０の外側に向かう方向に変位している。このため、第３実施形態の表面燃焼バーナ２００では、高負荷において逆火が生じることを抑制できる。

なお、第３実施形態では、表面２８が円錐状に突出していた。しかし、表面２８の突出形状は、円錐状に限らない。例えば、表面２８は、半球状、椀状、釣り鐘状などのように突出していてもよい。

また、第３実施形態では、表面２８が連続的に傾斜していた。しかし、表面２８の一部を、周縁に対して不連続に突出させてもよい。この際、燃焼口３４を単独で突出させてもよいし、隣接する複数の燃焼口３４でグループ化し、燃焼口３４をグループ単位で突出させてもよい。ただし、表面２８が連続的に傾斜する態様の方が、互いに隣接する燃焼口３４の位置が連続するため、不連続に突出させる態様に比べて保炎効果が高く、より好ましい。

（第４実施形態）
図１０は、第４実施形態の表面燃焼バーナ３００の構成を示す概略図である。第４実施形態の表面燃焼バーナ３００は、燃焼ヘッド１８に代えて燃焼ヘッド３１８を有する点において第１実施形態と異なる。したがって、第１実施形態と機能が等しい筐体１０、混合気供給管１２、送風機１４、燃料ガス供給部１６については、その詳細な説明を省略し、機能が異なる燃焼ヘッド３１８について詳述する。

第１実施形態の燃焼ヘッド１８は、表面２８が筐体１０の中心軸に垂直な平面となっていた。また、第３実施形態の燃焼ヘッド２１８では、表面２８における中央を周縁に対して外側に突出させていた。これに対し、第４実施形態の燃焼ヘッド３１８では、表面２８における中央を周縁に対して内側に窪ませている。

具体的に説明すると、燃焼ヘッド３１８の表面２８は、筐体１０の中心軸に垂直な平面に対して筐体１０の内側へ向かう方向の距離が、周縁から中央に向かって漸増するように、谷状に傾斜している。つまり、燃焼ヘッド３１８の表面２８は、逆円錐状に窪んでいる。

表面２８の周縁の燃焼口３４は、筐体１０の開口部２４と同程度の高さに位置する。一方、表面２８の中央の燃焼口３４の位置は、周縁の燃焼口３４の位置よりも低くなっている。換言すると、中央に位置する燃焼口３４における連通孔２６の連通方向の位置は、周縁に位置する燃焼口３４に対して、筐体１０の内側に向かう方向に変位している。例えば、表面２８の中央の燃焼口３４の位置は、周縁の燃焼口３４の位置に対して、燃焼ヘッド３１８の高さ（厚さ）分だけ低くなっている。

燃焼ヘッド３１８では、径方向に波板３０および平板３２が積層されているため、径方向の波板３０および平板３２を１または複数個毎に燃焼ヘッド３１８の中心軸方向に徐々にずらすことで、表面２８の斜面が形成されている。

筐体１０の中心軸に垂直な平面に対する表面２８の俯角は、例えば、約２０度である。表面２８の俯角は、局所的に階段状の表面２８を滑らかな斜面とみなした場合の角度である。この際、表面２８の俯角は、表面２８の斜面方向に亘ってばらついていてもよい。つまり、表面２８の俯角は、斜面方向に亘った平均として約２０度である。なお、俯角は、約２０度に限らず、例えば、斜面方向で平均して０度〜４５度の範囲内に設定されてもよい。

また、表面燃焼バーナ３００では、第１実施形態と同様に、燃焼ヘッド３１８の表面２８のメッシュサイズが９００ｃｐｓｉとなっている。

燃焼ヘッド３１８の表面２８を谷状に傾斜させると、表面２８が筐体１０の中心軸に垂直な平面である場合に比べ、表面２８の表面積を広くすることができる。表面２８の表面積が広くなると、燃焼ヘッド２１８に蓄積された熱が、表面２８から放熱され易くなる。

つまり、表面燃焼バーナ３００では、表面２８での放熱によって冷却される量が多くなっている。このため第４実施形態の表面燃焼バーナ３００では、蓄熱される熱量が多くなったとしても、表面２８における冷却量が多いため、燃焼ヘッド３１８の温度上昇が抑制される。

図１１は、第４実施形態の表面燃焼バーナ３００における燃焼の様子を実測によってプロットした図である。図１１において、空気比が近似線Ａ５１よりも小さい領域は、不燃領域Ｂ５１であり、空気比が近似線Ａ５１と近似線Ａ５２との間となる領域は、赤熱モード領域Ｂ５２であり、空気比が近似線Ａ５２と近似線Ａ５３との間となる領域は、ブルーフレームモード領域Ｂ５３であり、空気比が近似線Ａ５３よりも大きい領域は、吹消領域Ｂ５４である。

図１１に示すように、第４実施形態の表面燃焼バーナ３００では、面負荷が約７００ｋＷ／ｍ^２以上となっても逆火が生じなかった。なお、面負荷が約１２００ｋＷ／ｍ^２以上の場合については、送風機１４の能力が限界となり、赤熱モード領域Ｂ５２とブルーフレームモード領域Ｂ５３との境界（四角印）の測定、および、ブルーフレームモード領域Ｂ５３の上限（菱形印）の測定が十分にできなかった。

以上のように、第４実施形態の表面燃焼バーナ３００では、複数の燃焼口３４のうち、中央の燃焼口３４における連通孔２６の連通方向の位置が、周縁の燃焼口３４に対して、筐体１０の内側に向かう方向に変位している。このため、第４実施形態の表面燃焼バーナ３００では、高負荷において逆火が生じることを抑制できる。

なお、第４実施形態では、表面２８が逆円錐状に窪んでいた。しかし、表面２８の突出形状は、逆円錐状に限らない。例えば、表面２８は、半球状、椀状、釣り鐘状などのように窪んでいてもよい。

また、第４実施形態では、表面２８が連続的に傾斜していた。しかし、表面２８の一部を、周縁に対して不連続に窪ませてもよい。この際、燃焼口３４を単独で窪ませてもよいし、隣接する複数の燃焼口３４でグループ化し、燃焼口３４をグループ単位で窪ませてもよい。ただし、表面２８が連続的に傾斜する態様の方が、互いに隣接する燃焼口３４の位置が連続するため、不連続に窪ませる態様に比べて保炎効果が高く、より好ましい。

（第５実施形態）
図１２は、第５実施形態の表面燃焼バーナ４００の構成を示す概略図である。第５実施形態の表面燃焼バーナ４００は、燃焼ヘッド１８に代えて燃焼ヘッド４１８を有する点において第１実施形態と異なる。したがって、第１実施形態と機能が等しい筐体１０、混合気供給管１２、送風機１４、燃料ガス供給部１６については、その詳細な説明を省略し、機能が異なる燃焼ヘッド４１８について詳述する。

第５実施形態の燃焼ヘッド４１８は、連通孔２６を形成する波板３０および平板３２に、波板３０および平板３２の表裏を貫通する複数の貫通孔４０が形成されている。貫通孔４０の孔径は、微小であり、例えば、１ｍｍ以下となっている。複数の貫通孔４０は、例えば、波板３０および平板３２の全面に亘って分布している。貫通孔４０は、互いに隣接する連通孔２６を連通させる。

燃焼ヘッド４１８では、貫通孔４０が形成されているため、貫通孔４０が形成されていない態様に比べ、各連通孔２６の圧損が小さくなるとともに、貫通孔４０を通過する流れが生じることで、混合気の流れに乱流成分が発生する。

つまり、表面燃焼バーナ４００では、乱流成分を持った混合気の流通によって冷却される量が多くなっている。このため、第５実施形態の表面燃焼バーナ４００では、蓄熱される熱量が多くなったとしても、混合気による冷却量が多いため、燃焼ヘッド４１８の温度上昇が抑制される。

以上のように、第５実施形態の表面燃焼バーナ４００では、連通孔２６を形成する波板３０および平板３２に貫通孔４０が形成されている。このため、第５実施形態の表面燃焼バーナ４００では、高負荷において逆火が生じることを抑制できる。

また、第５実施形態の表面燃焼バーナ４００では、連通孔２６の圧損が小さいため、筐体１０に空気を供給する送風機１４の消費電力を抑えることができる。

なお、第５実施形態では、波板３０および平板３２の双方に貫通孔４０が形成されていた。しかし、貫通孔４０は、波板３０および平板３２の双方に形成される態様に限らず、波板３０および平板３２のいずれか一方に形成されてもよい。つまり、表面燃焼バーナ４００では、連通孔２６を形成する板材に、その板材の表裏を貫通する貫通孔４０が形成されていればよい。この場合も同様に、高負荷において逆火が生じることを抑制できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。例えば、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせて、内側領域Ｃ１のメッシュサイズを外側領域Ｃ２よりも細かくしつつ、表面２８の中央を周縁に対して外側に突出させてもよい。また、第３実施形態と第５実施形態とを組み合わせて、波板３０および平板３２に貫通孔４０を形成するとともに、表面２８の中央を周縁に対して外側に突出させてもよい。これらのように、各実施形態の特徴を組み合わせることで、燃焼ヘッドの温度上昇をより抑制することができ、高負荷において逆火が生じることをより確実に抑制できる。

本発明は、表面燃焼バーナに利用することができる。

１、１００、２００、３００、４００ 表面燃焼バーナ
１０ 筐体
１８、１１８、２１８、３１８、４１８ 燃焼ヘッド
２４ 開口部
２６ 連通孔
３０ 波板
３４ 燃焼口
４０ 貫通孔

Claims (5)

1. 燃料ガスと空気との混合気が供給される筐体と、
   前記筐体の開口部に設けられ、少なくとも波板を含む板材を積層することで前記筐体の内外を連通させる筒状の連通孔が複数形成された燃焼ヘッドと、
   を備え、
   前記連通孔には、前記筐体の外側に開口する燃焼口が形成され、
   １の前記連通孔における前記燃焼口の開口面積が、前記燃焼口の数が単位平方インチ当たり９００個となる面積以下である表面燃焼バーナ。
2. 前記燃焼ヘッドにおける前記燃焼口のうち、中央に位置する前記燃焼口の開口面積は、周縁に位置する前記燃焼口の開口面積よりも小さい請求項１に記載の表面燃焼バーナ。
3. 前記燃焼ヘッドにおける前記燃焼口のうち、中央に位置する前記燃焼口における前記連通孔の連通方向の位置が、周縁に位置する前記燃焼口に対して、前記筐体の外側に向かう方向に変位している請求項１または２に記載の表面燃焼バーナ。
4. 前記燃焼ヘッドにおける前記燃焼口のうち、中央に位置する前記燃焼口における前記連通孔の連通方向の位置が、周縁に位置する前記燃焼口に対して、前記筐体の内側に向かう方向に変位している請求項１または２に記載の表面燃焼バーナ。
5. 前記連通孔を形成する前記板材に、前記板材の表裏を貫通する貫通孔が形成されている請求項１から４のいずれか１項に記載の表面燃焼バーナ。

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