JP2755627B2 - 表面燃焼バーナ - Google Patents

表面燃焼バーナ

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JP2755627B2 JP63281792A JP28179288A JP2755627B2 JP 2755627 B2 JP2755627 B2 JP 2755627B2 JP 63281792 A JP63281792 A JP 63281792A JP 28179288 A JP28179288 A JP 28179288A JP 2755627 B2 JP2755627 B2 JP 2755627B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、多孔質セラミツク製のノズル部すなわちバ
ーナプレートの一方表面側からガス燃料と燃焼用空気と
の混合気体を供給して、ノズル部の他方表面で表面燃焼
を行う表面燃焼バーナに関する。
従来の技術 典型的な先行技術は、特開昭62−80417に開示されて
る。この先行技術では、微細な多数の気孔を有するセラ
ミツク製ノズル部の厚み方向に、比較的大きい貫通孔を
複数個形成して、低負荷から高負荷に至る広い燃料負荷
範囲内で安定した燃焼を行わせるように構成されてい
る。
このような先行技術では、ガス燃料と燃焼用空気との
混合ガスの流量が増大したときに、前記貫通孔によつて
火炎が前方に延び、したがつて表面燃焼を形成すること
ができない。それゆえに、たとえば800〜900℃以上の高
温度でかつ40×104kcal/m2h以上の高い面負荷を得るこ
とができない。また貫通孔の内径が大きいので、ガス燃
料と燃焼用空気との混合ガスの流量が小さいときには、
逆火し易く、これによつてノズル部が破壊することがあ
り、したがつて絞り性能(ターンダウン比)が劣つてお
り、実用的でない。
他の先行技術では、ノズル部は、SiC粒子をガラス系
バインダで焼結してノズル部を構成している。
このような先行技術では、バインダの特性によつて、
ノズル部の耐熱性および耐熱衝撃性が劣るという問題が
ある。
発明が解決すべき課題 本発明の目的は、高温度で高い面負荷を得ることがで
き、逆火が生じにくく、絞り性能が優れており、しかも
耐熱性および耐熱衝撃性が優れている表面燃焼バーナを
提供することである。
課題を解決するための手段 本発明は、多数の各気孔が厚み方向に連続して連なつ
ており、SiC系セラミツク製であり、気孔率40〜60%で
あり、平均気孔の断面積が0.02〜0.8mm2であるノズル部
の一方表面側からガス燃料と燃焼用空気との混合気体を
供給し、溝が形成されている他方表面上で燃焼すること
を特徴とする表面燃焼バーナである。
作 用 本発明に従えば、ノズル部の一方表面側からガス燃料
と燃焼用空気との混合気体を供給し、そのノズル部の他
方表面で表面燃焼を行う表面燃焼バーナにおいて、前記
ノズル部は、多数の気孔が厚み方向に連続的に連なつ
た、いわば3次元網目構造を有するSiC系セラミツク製
であり、気孔率が40〜60%であり、平均気孔の断面積が
0.02〜0.8mm2であり、開口率が1〜10%であることによ
つて、高温度で高い面負荷を得ることができ、逆火を生
じにくく、耐熱性および耐熱衝撃性に優れた表面燃焼を
行うことが可能なノズル部が実現される。
気孔率は、本発明に従えば40〜60%に選ばれる。40%
未満では、耐熱衝撃性が劣り、1000℃以上の高温度での
使用が不可能となる。気孔率が60%を超えると、強度が
低下し、また表面燃焼の温度が低下する。
平均気孔の断面積は、本発明では、0.02〜0.8mm2に選
ばれる。この平均気孔の断面積が0.02mm2未満、および
0.8mm2を超えると、表面燃焼の温度が低下し、高温度を
得ることができない。平均気孔の断面積が0.02mm2未満
のノズル部を使用すると、圧縮損失が増大するので、混
合ガスを供給する高圧力ブロアが必要となり、シール機
能を達成するための構成が複雑となり、実用的でなくな
る。
開口率は、本発明によれば1〜10%に選ばれる。開口
率が1%未満では、圧力損失が大きく、実用化ができな
い。開口率が10%を超えると、火炎が前方に延びて表面
燃焼を行うことができなくなる。またSiC系セラミツク
を使用することによつて、近赤外域において放射率ε=
0.9以上の高放射特性を得ることができる。また50×104
〜90×104kcal/m2hの高い面負荷燃焼を行うことができ
る。さらにまた逆火が生じにくい。また絞り性能(ター
ンダウン比)を4以上とすることができ、低NOx化を図
れる。
さらに、ノズル部の他方表面に溝を形成し、他方表面
上で表面燃焼を行うので、保炎効果が得られ、そのため
燃焼状態が安定化され、1000℃以上、たとえば1100℃程
度の高温度での表面燃焼が可能になる 実施例 第1図は、本発明の一実施例の縦断面図である。ケー
ス1の下部の供給管2には、ガス燃料と燃焼用空気との
混合ガスが圧送される。ケース1内でその上部には、バ
ーナプレートと呼ばれることもあるノズル部3が固定さ
れる。ノズル部3の下表面3aの下方に、給気室4が形成
され、この下表面3aから下方に間隔をあけて整流板5が
配置される。ノズル部3の上表面3bでは、表面燃焼が行
われる。
第2図は、ノズル部3の平面図である。このノズル部
3の上表面3bには、碁盤目状の溝7が形成されている。
本発明では、溝7の深さaは、 0.55mm≦a≦5mm ……(1) に選ぶ。また溝7の幅bは、 0.5mm≦b≦5mm ……(2) に選ぶ。さらに溝7のピツチpは、 b+1mm≦p≦b+10mm ……(3) に選ぶ。
第3図は、ノズル部3の一部の拡大断面図である。こ
のノズル部3は、第1図の上下方向、すなわち厚み方向
に連続して連なる多数の気孔6を有する。
ノズル部3は、その平面形状が上述の実施例では円形
に形成されているけれども、本発明の他の実施例として
四角形であつてもよく、その他の形状であつてもよい。
第4図は、本発明の一実施例の燃焼特性を示すグラフ
である。この第1実施例のノズル部3は、気孔率42%、
平均気孔の断面積0.07mm2に構成される。溝7の深さa
は2mm、幅bは2mm、溝7のピツチpは6mmに選ぶ。ノズ
ル部3の表面燃焼が行われる表面3bの径Dは、80mmφで
あり、その厚みtは10〜13mmに選ぶ。
このような第1実施例のノズル部3を用いて表面燃焼
を行つたところ、ノズル部3の表面3bの表面温度は、空
気比および面負荷に応じて、第4図のような等温線が得
られた。これによつて高温度で高い面負荷の表面燃焼が
可能となつたことが判る。また高温度での安定燃焼域が
拡大し、絞り性能は4以上(面負荷20×104kcal/m2h〜9
0×104kcal/m2h)となり、在来の表面燃焼状態よりも優
れた性能が得られる。
第5図は、本発明の第2実施例の実験結果を示すグラ
フである。この第2実施例のノズル部3は、前述の第1
実施例のノズル部3において、溝7の深さaを大きくし
て4mmとし、その他の構成は第1実施例のノズル部と同
一である。この実施例によつてもまた、高温度で高い面
負荷を得ることができることが判る。溝7の深さaをも
つと大きくすると、強度が低下するという問題が生じ
る。
第6図は、本発明の第3実施例のノズル部3を用いた
ときの実験結果を示す。この実施例では、溝7の幅bを
狭くして1mmとし、その他の構成は前述の第1実施例の
ノズル部3と同一である。このような実施例でもまた、
高温度で高い面負荷の表面燃焼が可能であることが判
る。
第7図は前述の第1実施例において溝7を形成しない
ノズル部3を使用したときの燃焼特性を示す。溝7を形
成しない本比較例においては、表面燃焼の赤熱領域8の
温度が低くなり好ましくない。
第8図は、本件発明者の実験結果を示すノズル部3の
表面燃焼が行われる表面3bの表面温度と面負荷との関係
を示すグラフであり、空気比λ=1.1付近に選んだ場合
において、ライン9は前述の第1実施例のノズル部3を
使用したときの実験結果であり、ライン10は平均気孔の
断面積を0.2mm2とし、その他の構成を第1実施例のバー
ナ部と同一としたときの実験結果を示す。
このような第8図の実験結果によれば、比較的高温度
が得られることが判る。特にライン9で示す第1実施例
では、1000℃以上の高温度が得られる。なお平均気孔の
断面積を0.8mm2を超える値とすると、ライン11で示すよ
うに高温度が得られがたくなる。ライン9で示す実施例
では、ガス燃料流量に比例して表面温度が上昇するけれ
ども、ライン10で示す実施例では、ガス燃料流量が或る
値を超えて大きくなると、火炎が保持されずに、炎が延
びて、赤熱効果が薄れ、表面温度は下降気味となる。
参考のために示すライン12は、セラミツクフアイバか
ら成るバーナ部を用いた表面燃焼バーナの特性である。
第9図は、本発明の前述の第1実施例のノズル部3を
用いたときにおける放射特性を示す。この第9図におい
て表面温度は860℃であり、破線は黒体の特性を示し、
実線は前述の第1実施例の実験結果を示す。このように
第1実施例のノズル部3を使用することによつて、黒体
に近い特性が得られることが判る。第9図においてビー
ク13は、燃焼ガス中のCO2,H2Oにより影響を示し、ピー
ク14はその燃焼ガスのCO2により影響を示す。この第9
図から、在来のセラミツクフアイバを用いたノズル部に
比べて本発明では、約1.6倍の放射強度を得ることが確
認された。
第10図は、逆火性のある都市ガス13Aを用いたときに
おける逆火特性の試験結果を示すグラフである。この逆
火等性試験を行うにあたつては、第11図で示されるよう
に耐火材15,16によつて形成された空間内に、本発明に
従う第1図に示される表面燃焼バーナ17を配置し、ノズ
ル部3の上表面3bの温度を、耐火材15に形成した透孔18
を介して放射温度計19によつて温度を測定し、またその
ノズル部3の下表面3aの表面温度を熱電対20によつて測
定する。ノズル部3と耐火材15の下面との間隔d1は、20
mmに設定し、逆火の生じ易い状況となる。ノズル部3
は、前述の第1実施例で述べた構造とする。
このような第11図に示された状況で、表面燃焼バーナ
17の燃焼を行つたとき、ノズル部3の上表面3bの表面温
度は、第10図のライン21で示されるとおりとなり、その
下表面3aの温度はライン22に示されるとおりとなつた。
このようにして長時間にわたり燃焼状態を維持しても、
逆火が生ぜず、安定に燃焼状態を維持することができる
ことが確認された。
第12図は、本件発明者の実験結果を示すグラフであ
る。このノズル部3は、前述の第1実施例の構造を有す
るものを用いる。密閉炉内で放射加熱した場合、ガス燃
料の流量8000kcal/h、炉内温度約1000℃、面負荷51.3×
104kcal/m2hとしたとき、換算NOx値は19ppm(O2=11
%)であり、低NOx化が図れることが確認された。第12
図において、ライン23は空気比λ=1.0であり、ライン2
4は空気比λ=1.2である。
第13図は、本発明の他の実施例のノズル部25,26の断
面図である。第13図(1)に示されるノズル部25の上表
面には、台形の突起が形成され、それらの間に溝27が形
成される。第13図(2)で示されるノズル部26では、上
に凸の丸みを帯びた突起が形成され、それらの間に溝28
が形成される。溝7は、このような実施例に示す形状、
その他の形状もまた、本発明の精神に含まれる。
第14図は、本発明の他の実施例のノズル部29の平面図
である。溝30は平行四辺形を形成するように斜めに形成
されている。
発明の効果 以上のように本発明によれば高温度で高い面負荷を得
ることができ、低負荷時の逆火を抑制して絞り性能を向
上することができる。さらに耐熱性および耐熱衝撃性を
向上した表面燃焼を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の断面図、第2図は第1図に
示されるノズル部3の平面図、第3図はノズル部3の一
部の拡大断面図、第4図は本発明の第1実施例の燃焼特
性を示すグラフ、第5図は本発明の第2実施例の燃焼特
性を示すグラフ、第6図は本発明の第3実施例の燃焼特
性を示すグラフ、第7図はノズル部3の他方表面に溝7
を形成しない比較例における燃焼特性を示すグラフ、第
8図は本件発明の一実施例の表面温度と面負荷との関係
を示すグラフ、第9図は放射特性を示すグラフ、第10図
は逆火特性試験を示すグラフ、第11図は逆火特性試験を
行うときの状況を示す断面図、第12図は換算NOxを示す
実験結果を示すグラフ、第13図は本発明の他の実施例の
ノズル部25,26の断面図、第14図は本発明のさらに他の
実施例のノズル部29の平面図である。 3,25,26,29……ノズル部、5……整流板、6……気孔、
7,30……溝

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多数の各気孔が厚み方向に連続して連なつ
    ており、SiC系セラミツク製であり、気孔率40〜60%で
    あり、平均気孔の断面積が0.02〜0.8mm2であるノズル部
    の一方表面側からガス燃料と燃焼用空気との混合気体を
    供給し、溝が形成されている他方表面上で燃焼すること
    を特徴とする表面燃焼バーナ。
JP63281792A 1988-11-07 1988-11-07 表面燃焼バーナ Expired - Lifetime JP2755627B2 (ja)

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