JP2674722B2

JP2674722B2 - 表面燃焼バーナ及びその多孔質部材

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Publication number: JP2674722B2
Application number: JP34133691A
Authority: JP
Inventors: 秀成小沢; 和貴加藤; 啓一扇
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1991-12-24
Filing date: 1991-12-24
Publication date: 1997-11-12
Anticipated expiration: 2012-11-12
Also published as: JPH05172314A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面燃焼バーナ及びそ
こに用いる多孔質部材に関し、特に、バーナ周辺部から
の空気の巻き込みによる火炎のいわゆるリフト現象の発
生を防止することによりバーナ平面での高負荷燃焼を可
能とした表面燃焼バーナ、及びそこに用いる多孔質部材
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃焼ガス混合体が拡散するに充分
な表裏連通した細孔を有する、例えばセラミック製の平
面多孔質部材を有し、その裏面に燃焼ガス混合体が供給
され該燃焼ガス混合体が拡散しつつ平面多孔質部材の前
面に達して、その前面近傍で着火され燃焼するようにな
っている、表面燃焼バーナは知られている。この種の表
面燃焼バーナは、平面多孔質部材を加熱して白熱させ、
エネルギの大部分を輻射熱として放出されるものであ
り、かつ通常セラミック等の多孔質部材の熱伝導率は小
さく表面の燃焼温度を相当に高くしても裏面の温度はあ
まり上昇しないことから逆火の発生を防止でき、熱効率
の高いまた安全なバーナとして家庭用燃焼機器に限らず
広い分野で用いられている。

【０００３】表面燃焼バーナの代表的構成を図３を参照
しつつ説明するに、図３に示す表面燃焼バーナ１０にお
いて、方形状あるいは円形状の平面多孔質部材１１は、
耐熱性パッキング１２を介して筒状のケーシング１３の
前方側に装着されている。ケーシング１３の前方端は内
側に向けて断面Ｌ字状に屈曲しフランジ１４を形成して
おり、該フランジ１４は多孔質部材１１の周縁近傍を一
定幅で覆うことにより多孔質部材１１を係止し、その前
方向への位置決めがなされている。

【０００４】多孔質部材１１は、通常、鉄、クロム、ケ
イ素、アルミニウム、イットリウム等の合金からなる長
繊維の焼結体であって１２００℃以上の耐熱性をもつも
のであり、また、耐熱性パッキングもセラミックファイ
バーシートのように同様に高い耐熱性を持つものが用い
られる。ケーシング１３の内部には、燃焼ガス混合体を
拡散させ平面多孔質部材１１の裏面に均一に分配するた
めの燃焼ガス分配手段２０が位置している。該燃焼ガス
分配手段２０はケーシング１３と同じ材料により構成さ
れ、平面多孔質部材１１と平行に位置する邪魔板２１及
び該邪魔板２１の外周部分に適宜の手段により固着され
た環状部材２２とからなっている。該環状部材２２は、
図３に示されるようにコ字状の断面形状を有しており、
そこに循環経路２６を形成すると共に、その内周壁部分
２３には邪魔板２１をはさんで前方及び後方にそれぞれ
複数の開口２４、２５が刻設されている。環状部材２２
の外周部の形状はケーシング１３の内周壁部分の形状と
同形状であり、ケーシング１３内に後方から圧入され
て、該平面多孔質部材１１の裏面をその前面を前記のケ
ーシングのフランジ１４に押圧する状態で支持してい
る。

【０００５】燃焼ガス分配手段２０は、ケーシング１３
の内周壁部分の形状と同形状である裏面板３０により支
持されている。該裏面板３０の外周縁部は屈曲部３１を
構成しており、該屈曲部３１の先端とケーシング１３の
後端部とは、その全周にわたり溶接止め３５されてい
る。また、裏面板３０の中央部分には円筒管３２が適宜
の手段により固着されており、該円筒管３２は図示しな
い適宜の配管手段を介して燃焼ガス供給源に接続してい
る。

【０００６】従って、ケーシング１３と平面多孔質部材
１１と裏面板３０とにより、一つの密閉空間である混合
ガス室４０が形成され、該混合ガス室４０は、燃焼ガス
分配手段２０を構成する環状部材２２とケーシング１３
とで区画される前記した循環経路２６、及び、平面多孔
質部材１１と邪魔板２１とで区画される前方混合ガス室
４１、邪魔板２１と裏面板３０とにより区画される後方
混合ガス室４２とに区画される。

【０００７】この表面燃焼バーナの燃焼は次のようにし
て行われる。適宜のガス源からの燃焼ガス混合体は円筒
部材３２から後方混合ガス室４２内に圧入される。圧入
された燃焼ガス混合体は邪魔板２１に衝突してその流れ
方向を変え、環状部材２２の内周壁部分２３に設けた開
口２５から循環経路２６内に入り、そこで再度向きを変
え、開口２４から前方混合ガス室４１に流入する。その
間に燃焼ガスと空気とは充分に混合されかつ均一化され
る。均質化した燃焼ガス混合体は平面多孔質部材１１の
裏面からその連続する多孔内を通過して前面に達し、前
記したケーシング１３のフランジ１４で覆われた部分を
除いた多孔質部材１１の前面において着火され、燃焼す
る。その燃焼により平面多孔質部材１１の前面は白熱化
し、輻射熱を放出する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のような表面燃焼
バーナは、熱の有効利用及び安全性の観点からきわめて
有効なものである。しかしながら、空気比を高くして高
負荷希薄燃焼を行おうとすると、火炎のリフト現象が生
じ不安定燃焼となることから一定限度を越えた高負荷燃
焼を行うことができず、燃焼負荷範囲に自ずと制限が課
せられていた。また、許される範囲で高負荷運転をした
場合、通常その範囲は比較的Ｎｏ_xの発生し易いとなる
ことから、燃焼負荷の改善とともに環境面からも改善が
求められていた。

【０００９】そのための解決手段として、実開昭６２−
６３５２６号公報に開示されるように多孔質部材a₁の表
面及び裏面に多数の凹孔b₁を凹設しそれにより高負荷燃
焼時においても混合ガスの流速を平均して低くおさえそ
れによりリフトの発生を低減させるようにしたもの（図
４参照）、あるいは実開昭６２−６３５２４号公報に開
示されるように多孔質部材a₂にその表面に対して垂直に
多数の細孔b₂を設け細孔部分以外の燃焼面での混合ガス
の流速を小さくしてリフト現象の発現を防止するように
したもの（図５参照）等が知られている。

【００１０】しかしながら、それらはいずれも多孔質部
材の燃焼面の全表面積での平均流速を押さえることによ
りリフトの発生を制限しているものであり、高負荷燃焼
にも自ずと制限があった。本発明の目的は、上記のよう
な従来の表面燃焼バーナの持つ不都合を解決し、安定し
た状態でのより高い高負荷希薄燃焼を可能とし、それに
より従来例のものに比べ広い燃焼負荷範囲において安定
した燃焼を行わせることのできる表面燃焼バーナを得る
ことにあり、さらに他の目的は、低Ｎｏ_x燃焼が可能で
ありかつコンパクトな表面燃焼バーナを得ることにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するために、このリフト現象について鋭意研究
を行った。それにより、平面燃焼バーナにおけるリフト
現象は、燃焼面の全域において均一に発生することはな
く、燃焼面の外周縁部において早期にかつ頻繁に発生し
ていること、及びこの周縁部に発生するリフト現象がよ
り内方での燃焼火炎に影響を及ぼし、リフト発生の一因
となっていることを知覚した。このことは、燃焼面の外
周縁においては、火炎による周辺空気の巻き込み現象が
発生し、それによりリフト現象が一層生起されることに
よるものと思われる。

【００１２】本発明は、上記の解析に基づきなされたも
のであり、前面に燃焼面を構成する多孔質部材と、該多
孔質部材の外周近傍裏面から後方向に延在するケーシン
グと、該多孔質部材とケーシングとで形成される混合ガ
ス室と、該混合ガス室に燃焼ガス混合物を供給するため
の開口とを有する表面燃焼バーナにおいて、該多孔質部
材の燃焼ガス混合体の流速に対する抵抗値を、その周縁
近傍区域の値を他の区域の値よりも高いものとしたこと
を特徴とする表面燃焼バーナを開示する。

【００１３】また、本発明は、表面燃焼バーナに用いる
多孔質部材であって、燃焼ガス混合体の流速に対する抵
抗値が、その周縁近傍区域の値を他の区域の値よりも高
いものとしたことを特徴とする多孔質部材をも開示す
る。多孔質部材の素材としては、鉄、クロム、ケイ素、
アルミニウム、イットリウム等の合金からなる長繊維の
焼結体であることが好適であるが、それに限ることなく
従来知られたものを適宜使用しうる。

【００１４】燃焼ガス混合体の流速に対する抵抗値をそ
の周縁近傍区域と他の区域とで異ならせる手段は任意の
ものを適用しうるが、図１ａに示すような多孔質部材の
周縁近傍区域を除いた区域に多数の貫通孔を形成する態
様、図２ｂに示すような多孔質部材を構成する素材の持
つ空隙率を周縁近傍区域は密とし他の部分を粗とするよ
うな態様、あるいは、図１ｃに示すような多孔質部材の
周縁近傍区域の肉厚を他の区域の肉厚に比べより厚いも
のとする態様、等の手段は好ましい態様である。

【００１５】また、多孔質部材の「周縁近傍区域」は臨
界的意味を持つものではなく、バーナ及び多孔質部材の
大きさ、用いる燃焼ガス混合体の種類、バーナの使用環
境等を考慮して実験的にその最適な面積値を定める性質
のものである。さらに、多孔質部材の形状及び「周縁近
傍区域」の形状も任意である。さらに、設ける貫通孔の
大きさ及び数、空隙率の差、厚さの差等も、同様に実験
的に定めうる性質のものである。

【００１６】

【作用】本発明の表面燃焼バーナの使用は図３に基づい
て説明した従来のバーナと同様にして行う。しかしなが
ら、本発明による多孔質部材を用いた表面燃焼バーナに
おいては、燃焼面である多孔質部材の周縁近傍区域とそ
の他の区域（内方の主燃焼部分）とで燃焼ガス混合体の
流速に対する抵抗値が異なっている。すなわち、本発明
のバーナにおいては、同一条件でかつ均一に燃焼ガス混
合体を混合ガス室に供給した場合でも、燃焼面の周縁区
域において混合ガス流は中央部に比べより大きな抵抗を
受けることとにり、ガス供給量が周縁部と中央部とで相
違が生じる。従って、低燃焼負荷での使用の場合には抵
抗値の低い中央部区域で安定した火炎のもとに主たる燃
焼が行われる。そして、燃焼ガス混合体の供給量を増大
した場合に、中央部には多くの燃焼ガスが供給され薄青
炎燃焼となり高負荷燃焼が行われるが、周縁近傍区域へ
の燃焼ガスの供給量は低減され、周縁部では赤熱あるい
は青炎燃焼となり火炎リフトのない安定した燃焼状態が
維持される。それにより、高負荷燃焼を行っている中央
部分での火炎がこの安定火炎により保炎されることとな
り、リフトの発生は防止される。

【００１７】それにより、従来のものと同じ大きさのバ
ーナであっても、より高い平面高負荷燃焼を行うことが
可能となり、燃焼負荷範囲の増大化に加え、低Ｎｏ_x燃
焼及び燃焼室のコンパクト化という効果がもたらされ
る。

【００１８】

【実施例】以下、実施例の説明に基づき、本発明をより
詳細に説明する。本発明による表面燃焼バーナは、多孔
質部材の形状を除き、例えば図３に基づいて説明した従
来知られたものをそのまま使用できるので、説明は省略
する。以下、本発明による多孔質部材を用いた場合と従
来例による多孔質部材を用いた場合の実際の燃焼試験結
果を示すことにより、本発明をより具体的に説明する。

【００１９】図４に示した形式の表面燃焼バーナであ
り、燃焼面が円形のバーナを用いて、(a) 多孔質部材を
そのままの形態で燃焼面として用いた場合、(b) 多孔質
部材の全てに均一な割合で貫通孔を形成した場合、及び
(c) 多孔質部材の周縁近傍区域を除いた部分に均一な割
合で貫通孔を形成した場合（本発明による多孔質部材に
相当する）、の３者について、同一の燃焼ガス混合体を
用い、異なった空気比でのリフトが発生する限界燃焼負
荷を測定した。その結果を図２に示す。なお、用いた多
孔質部材は、鉄、クロム、ケイ素、アルミニウム、イッ
トリウム等により作製し、有効表面積は１６９cm²、空
隙は実質的に均一に分布し空隙率が８０％、のものであ
り、上記のように(a) の場合はそのままで、(b) の場合
はその全域に空隙率が９６％となるように直径１．０mm
の貫通孔を多数形成したものを、また、(c)の場合は周
縁近傍区域対中央区域の面積比を、１．１５：１、とな
るように同心円に区分し、かつ中央区域には空隙率が９
６％となるように直径１．１mmの貫通孔を複数個形成し
たものを用いた。なお、空気比は用いたバーナの多孔質
部材の中心部で測定した値である。図から、本発明によ
る多孔質部材を用いた平面燃焼バーナは、同様な空気比
での燃焼状態において、従来例のものと比べ高い燃焼負
荷状態まで安定した燃焼状態を維持できることが分か
る。

【００２０】

【発明の効果】本発明の表面燃焼バーナ及び多孔質部材
は、上記の構成を有しているので、ケーシング自体は従
来のものと同じものを用い、単に多孔質部材の形状のみ
を変更するだけで、燃焼面である多孔質部材の周縁近傍
区域には安定した火炎を維持した状態で中央区域の主燃
焼面では高負荷燃焼を行うことが可能となり、広い燃焼
負荷での運転が可能となり、同時に、従来のものに比
べ、Ｎｏ_xの発生が少ない条件下での高負荷希薄燃焼を
長時間行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による多孔質部材の幾つかの例の断面
図。

【図２】リフト発生時の比較を示すグラフ。

【図３】従来例による表面燃焼バーナの断面図。

【図４】従来例による表面燃焼バーナの斜視図。

【図５】他の従来例による表面燃焼バーナの斜視図。

【符号の説明】

１…表面燃焼バーナ、２…ケーシング、３…ケーシング
の底部、４、５…円筒管、８…隔壁、１１…多孔質材
料、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献実開昭51−105133（ＪＰ，Ｕ) 実開昭51−105134（ＪＰ，Ｕ) 実開昭63−134221（ＪＰ，Ｕ) 実開昭58−83624（ＪＰ，Ｕ) 実開昭63−97024（ＪＰ，Ｕ) 実開昭59−13817（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】前面に燃焼面を構成する多孔質部材と、
該多孔質部材の外周近傍裏面から後方向に延在するケー
シングと、該多孔質部材とケーシングとで形成される混
合ガス室と、該混合ガス室に燃焼ガス混合物を供給する
ための開口とを有する表面燃焼バーナにおいて、該多孔
質部材の燃焼ガス混合体の流速に対する抵抗値を、その
周縁近傍区域の値を他の区域の値よりも高いものとした
ことを特徴とする表面燃焼バーナ。
【請求項２】表面燃焼バーナに用いる多孔質部材であ
って、燃焼ガス混合体の流速に対する抵抗値が、その周
縁近傍区域の値を他の区域の値よりも高いものとしたこ
とを特徴とする多孔質部材。
【請求項３】周縁近傍区域を除いて多数の貫通孔が形
成されていることを特徴とする、請求項２記載の多孔質
部材。
【請求項４】素材の持つ空隙率を、周縁近傍区域の空
隙率に比べ他の部分を粗としたことを特徴とする、請求
項２または３記載の多孔質部材。
【請求項５】周縁近傍区域の肉厚を他の区域の肉厚に
比べより厚いものとしたことを特徴とする、請求項２な
いし４いずれか記載の多孔質部材。