JPH07332620A - 表面燃焼バーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 広範囲にわたり安定した燃焼を可能とした表
面燃焼バーナを得る。 【構成】 表面燃焼バーナ１０ａの燃焼面を構成する多
孔質部材１ａに、多数の小貫通孔３からなる直線状の孔
配列４を所定のピッチＰでもって燃焼面の全域にわたり
形成する。 【効果】 この多孔質部材１ａは製造が容易でありかつ
機械的強度も大きく、さらに火炎リフト発生を抑制して
安定した高負荷希薄燃焼を行うことができ、また、燃焼
共鳴音の発生も抑制される。

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に関し、
特に、高負荷希薄燃焼時における火炎のリフト現象の発
生を防止すると同時に、耐逆火性および燃焼面を構成す
る多孔質部材の機械的強度を向上することにより、広範
囲にわたり安定した燃焼を可能とした表面燃焼バーナに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、予混合ガスが拡散するに充分な表
裏連通した細孔を有する多孔質部材を有し、その裏面に
予混合ガスが供給され、該予混合ガスが拡散しつつ多孔
質部材を通過してその前面に達し、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、多孔質部材を加熱
して赤熱させ、エネルギの一部が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】表面燃焼バーナの基本的な構成の一例を図
４を参照しつつ説明するに、図４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が、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の内
部にはスペーサ１５が配置されており、該スペーサ１５
を介して多孔質部材１１が裏面板１４によりケーシング
１３に一体に固定される。裏面板１４には円筒管１６が
装着されており、円筒管１６は図示しない適宜の配管を
介して予混合ガス供給源に接続している。

【０００４】予混合ガス源からの予混合ガスＧは円筒管
１６から圧送される。圧送された予混合ガスＧは多孔質
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の前面は赤熱化し輻射熱を放出す
る。このような表面燃焼バーナにおいて、多孔質部材１
１は、多孔質セラミックスあるいは鉄、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
維の焼結体であって１２００℃以上の耐熱性をもついわ
ゆる金属繊維マット等が用いられる。

【０００５】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希薄燃焼を行うことが
できず、燃焼負荷範囲に自ずと制限が課せられていた。

【０００６】そのための解決手段として、本出願人は、
図５に示すように多孔質部材１１の周辺域を除く部分１
２の表面に略垂直に多数の径の異なる数種の貫通孔１
３、１４を一定のパターンで透設するようにしたものを
開発しすでに提案している（実開平５−９６７２４号公
報）。これは、高負荷希薄燃焼時に燃焼面上での予混合
ガスの噴出流速を部分的に変化させることが可能とな
り、それにより燃焼負荷が変わった場合であっても燃焼
面のいずれかの部分が安定した燃焼域を形成することが
でき、その安定した燃焼域によって周囲の不安定な燃焼
部分が安定化されることから、高負荷希薄燃焼を広い負
荷範囲で安定して行わせることを可能とした。

【０００７】本出願人は表面燃焼バーナの高負荷希薄燃
焼についてさらに実験を行う過程において、前記の形状
の多孔質部材を持つ表面燃焼バーナは一定の高負荷希薄
燃焼を安定した状態で継続させることが可能となるもの
の、径の異なる多数の貫通孔を形成する作業が困難なこ
と、また高負荷希薄燃焼時にかなり強い燃焼共鳴音が発
生することを知った。そして、さらに実験を行うことに
より、その不都合解消した表面燃焼バーナとして、燃焼
面を構成する多孔質部材１１ａを図６に示すように複数
本の細長い間隙１８を有するものとして構成した表面燃
焼バーナを開発し、すでに出願している（特願平５−２
０２９８号）。

【０００８】上記提案による表面燃焼バーナは、多孔質
部材１１ａの作成が容易であり、かつ多孔質部材１１ａ
に細長い長方形の間隙１８を形成したことにより、該間
隙からの火炎は長くかつ安定したものとなって、燃焼共
鳴音の発生は大幅に抑制される。さらに多孔質部材その
ものの燃焼面は前記間隙からの火炎に対する保炎機能を
果たすことから高負荷希薄燃焼時における火炎リフト現
象の発生も抑制される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記提案による表面燃
焼バーナについてさらに燃焼実験を継続して行う過程に
おいて、多孔質部材に細長い長方形の間隙を多数形成し
ていることから、多孔質部材の機械的強度の低下を避け
られないこと、さらに、燃焼条件によっては逆火を引き
起こす場合があることを知った。

【００１０】本発明の目的は、上記のような表面燃焼バ
ーナをさらに改良することにあり、より具体的には、作
成が容易でありかつ高負荷希薄燃焼時における火炎リフ
ト現象の発生も抑制されるものでありながら、耐逆火性
および機械的強度の面でさらに改良された多孔質部材を
持つ表面燃焼バーナを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決しかつ
目的を達成するために、本発明者らは、先ず機械的強度
を維持することができかつ製造が容易な多孔質部材を得
るべく多くの燃焼実験を行い、直径１ｍｍ程度の同一径
の小貫通孔を左右および上下方向のピッチを５ｍｍ程度
として等しく分布させる場合に、製造も容易でありなが
ら機械的強度も満足でき、かつ耐逆火性も高くかつ高負
荷希薄燃焼時における火炎リフト現象も発生しない多孔
質部材が得られることを知った。

【００１２】しかし、その多孔質部材は高負荷燃焼時に
燃焼条件によってはリフト燃焼を呈したことから、リフ
ト燃焼を防止させるべく、先の特願平５−２０２９８号
において提案した細長い長方形の間隙を持つ多孔質部材
の形状に近づけるべく、小貫通孔の数および孔径をその
ままとして、その配置を変え、多数の小貫通孔からなる
直線状の孔配列が所定のピッチでもって燃焼面の全域に
直線状に配置するようにして燃焼実験を行った。

【００１３】その結果、同じ径の小貫通孔を多数穿設す
るだけであり製造は容易でありながら機械的強度も満足
でき、かつ耐逆火性も高く、燃焼時の共鳴音も小さい多
孔質部材を得ることができた。そのようにして製造した
多孔質部材は、従来の多孔質部材以上の広い範囲の燃焼
範囲において、より高い空気比での希薄燃焼を安定に維
持できるものであった。

【００１４】本発明による表面燃焼バーナは上記の実験
結果に基づくものであり、基本的に、多数の小貫通孔か
らなる直線状の孔配列が所定のピッチでもって燃焼面の
全域にわたり形成された多孔質部材を燃焼面として持つ
表面燃焼バーナであることを特徴とする。なお、本発明
において、多孔質部材の素材としては、多孔質セラミッ
クス材、又は鉄、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。また、多孔質部材の形状を除くその他
のバーナの構造は例えば図４に示したような従来知られ
た表面燃焼バーナにおいて用いられる構造をそのまま用
いることができる。

【００１５】

【作 用】上記の構成を持つ本発明の表面燃焼バーナに
おいては、多孔質部材に小貫通孔を微小な間隔でもって
直線状に配列したことにより、多孔質部材の機械的強度
は細長い矩形状の間隙を形成したものと比較して向上す
る。同時に、火炎は細長い矩形状の間隙を形成した場合
と同様に安定したものとなりかつ共鳴音も低下する。さ
らに、従来の多孔質部材の場合と同様に、多孔質部材そ
のものの燃焼面は前記間隙からの火炎に対する保炎機能
を果たすことから高負荷希薄燃焼時における火炎リフト
現象の発生も抑制される。

【００１６】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明をより詳細に説
明する。なお、上記したように本発明において多孔質部
材の構成を除いてバーナの他の構成は例えば図４に示し
た従来知られたものをそのまま用いることができるの
で、以下の説明においては多孔質部材の構成を中心に説
明し、ケーシング等のバーナの他の構成の詳細は省略す
る。

【００１７】図１は、本発明による表面燃焼バーナの一
実施例を上から見た状態を示している。この表面燃焼バ
ーナ１０ａは円筒形のケーシング１３を有し、該ケーシ
ング１３内に多孔質部材１ａが一体に固定されている。
多孔質部材１ａは耐熱性を持つ金属繊維マットで構成さ
れ、厚さ方向に貫通する多数の小貫通孔３からなる直線
状の孔配列４が一定のピッチＰでもって燃焼面の全域に
わたり形成されている。小貫通孔３の径は0.８〜1.２ｍ
ｍ程度、各小貫通孔３の中心間距離は８〜１２ｍｍ程度
とされる。また、直線状の孔配列４のピッチＰは1.６〜
2.５ｍｍ程度とされる。

【００１８】この多孔質部材１ａを図４に示すようにケ
ーシング１３に対して従来の手法により装着され表面燃
焼バーナが組み立てられている。この多孔質部材１ａ
は、同じ径の小貫通孔３を複数個形成するだけであり、
前記従来例の径の異なる多数の貫通孔を形成するものと
比較して製造は容易となる。また、各小貫通孔３、３の
間には多孔質部材１ａの素材が存在しているので、多孔
質部材に細長い間隙を形成するものと比較して、多孔質
部材１ａの機械的強度は向上する。さらに、燃焼共鳴音
の抑制とともに表面燃焼バーナとして一層安定した高負
荷希薄燃焼を行うことが可能となる。

【００１９】次に、本発明による多孔質部材１ａ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
燃焼試験結果に基づき、本発明による表面燃焼バーナの
優位性を説明する。本発明による表面燃焼バーナとし
て、図１（図４）に示した形質の円形のバーナ１０ａ
（１０）を用い、多孔質部材１ａとして、耐熱性ステン
レス（フェクラロイ）を素材とする金属繊維板（アコテ
ック社製：商品名メタルファィバーバーナ）であって、
厚さ2.０ｍｍのものを用いた。その多孔質部材１ａに、
１ｍｍ径の小貫通孔３を中心間距離2.５ｍｍでもって直
線状に配列した孔配列４を、ピッチＰ＝１０ｍｍでもっ
て燃焼面の全域にわたり形成した。なお、燃焼面の直径
は１０４ｍｍとした。

【００２０】比較例として、図２、図３に示す表面燃焼
バーナを用いた。いずれの表面燃焼バーナもその多孔質
部材１ｂ、１ｃに形成した貫通孔３ｂ、３ｃの配置ある
いは形状を除いて、図１に示す本発明による表面燃焼バ
ーナと同一のものである。すなわち、図２に示す多孔質
部材１ｂには、１ｍｍ径の小貫通孔３ｂを左右および上
下方向の中心間距離５ｍｍでもって燃焼面の全域に等し
く分布させた。また、図３に示す多孔質部材１ｃには、
貫通孔３ｃとして1.２ｍｍ幅の横長の間隙を１２ｍｍの
ピッチで燃焼面の全域にわたり形成した。燃焼試験で
は、それぞれについて、同一の予混合ガスを用い、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。その結果を表１に示す。また、共鳴音についても比
較したところ、どれも良好であった。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１において、Ａは図１に示した本発明に
よる表面燃焼バーナの結果を示し、Ｂは図２に示した等
しい間隔で貫通孔を分布させた表面燃焼バーナの結果を
示し、Ｃは図３に示した横長の間隙を形成した表面燃焼
バーナの結果を示す。表１から分かるように、本発明に
よる多孔質部材を用いた平面燃焼バーナは、同じ空気比
での燃焼状態において、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。

【００２３】すなわち、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、従来のものと同じ大きさ
のバーナであっても、より高負荷希薄燃焼を行うことが
可能となり、燃焼負荷範囲の増大化に加え、結果として
低Ｎｏ_x 燃焼及び燃焼室のコンパクト化という効果もも
たらされる。

【００２４】

【発明の効果】本発明による表面燃焼バーナは上記の構
成を有するので、製造が容易でありかつ機械的強度も大
きく、さらに、火炎リフト発生を抑制して安定した高負
荷希薄燃焼を行うことができ、また、燃焼共鳴音の発生
も抑制される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による多孔質部材を持つ表面燃焼バーナ
を示す平面図。

【図２】実験に用いた他の多孔質部材を持つ表面燃焼バ
ーナを示す平面図。

【図３】実験に用いたさらに他の多孔質部材を持つ表面
燃焼バーナを示す平面図。

【図４】表面燃焼バーナを示す断面図。

【図５】多孔質部材の先行例を示す図。

【図６】多孔質部材の他の先行例を示す図。

【符号の説明】

１ａ…多孔質部材、３…小貫通孔、４…直線状の孔配
列、１０ａ…表面燃焼バーナ、１３…バーナのケーシン
グ、Ｐ…直線状の孔配列のピッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼面を構成する多孔質部材と、該多孔
   質部材の裏面側に形成される混合ガス室と、該混合ガス
   室を包囲するケーシングとを有する表面燃焼バーナにお
   いて、該多孔質部材には多数の小貫通孔からなる直線状
   の孔配列が所定のピッチでもって燃焼面の全域にわたり
   形成されていることを特徴とする表面燃焼バーナ。