JPH0777309A

JPH0777309A - 表面燃焼バーナ用多孔質部材及び表面燃焼バーナ

Info

Publication number: JPH0777309A
Application number: JP22346193A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yahagi; 正博矢作
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1993-09-08
Filing date: 1993-09-08
Publication date: 1995-03-20

Abstract

(57)【要約】【目的】大きな燃焼表面でありながらその表面が変形
するのを防止した多孔質部材及びそれを用いた表面燃焼
バーナを得る。【構成】表面燃焼バーナの燃焼面を構成する多孔質部
材Ａを所定の大きさの金属繊維マット１とその裏面に一
体に固設された好ましくは耐熱性多孔質金属板である金
属繊維マット姿勢保持用構造部材２とで構成し、前記金
属繊維マット１の燃焼表面側にはその表面側より筋状に
プレスすることにより断面Ｕ字状の溝４を交差状態に形
成する。【効果】金属繊維マット１の燃焼表面側の熱膨張及び
収縮は溝４により形成される小区画５・・ごとの挙動と
して生じる。従って熱膨張や収縮量が大きく集積される
ことはなく、燃焼表面側のしわの発生などの変形は確実
に阻止される。

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用多孔質
部材及び該多孔質部材を持つ表面燃焼バーナに関し、特
に、多孔質部材の燃焼面を構成する金属繊維マットの熱
による歪みの発生を最小限に抑制した多孔質部材及び該
多孔質部材を燃焼面として持つ表面燃焼バーナに関す
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多孔質部材を有し、その裏
面に燃焼ガスが供給され、該燃焼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。このような表面燃焼バーナにおいて、燃焼面を
構成する多孔質部材は、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、イットリウムなど
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が用いられる。
そのような材料は熱による変形を受けることから単一の
表面燃焼バーナで使用可能な多孔質部材の大きさには従
来ある程度の制限があった。

【０００３】一定面積以上の燃焼面積を必要とする燃焼
機器を作成する場合には、図３に示すように、多孔質部
材８１を持つ単位となるバーナ８０を所要数収容し得る
ケーシング９０を用意し、その中に単位バーナ８０、８
０を必要個数一体に寄せ集めて作成するのが従来普通で
あった。その場合に、図３からも明らかなように、各バ
ーナ単体の周辺部に存在するケーシングの側壁部分及び
フランジ部分９１ａ、ｂのように燃焼に直接には作用し
ない部分がバーナの表面に多く存在することとなり、結
果的に燃焼効率の低下を引き起こしていた。

【０００４】本出願人は上記の不都合を解決すべく鋭意
研究を行い、図４に示すようにケーシング８３の内部に
その底部から複数本の柱状体８８、８８を立設し、多孔
質部材８１のケーシング８３に対する固定をケーシング
８３の周辺部に加え該柱状体８８の先端においても行う
ようにした構造を持つ表面燃焼バーナを以前に提案した
（特開平５−１７２３１３号公報）。それにより、従来
５００ｍｍ×５００ｍｍ程度が限度であった多孔質部材
の大きさを６００ｍｍ×８００ｍｍ程度のものとして作
成しても、熱によるソリなどの大きな変形を十分に阻止
できる表面燃焼バーナを作成することが可能となった。

【０００５】本出願人はさらに大面積の多孔質部材の使
用について研究を継続した。そこにおいて、多孔質部材
の素材として前記したような鉄、クロム、ケイ素、アル
ミニウム、イットリウムなどの合金からなる長繊維の焼
結体からなる金属繊維マットを用いた場合に、該多孔質
部材の表面積が６００ｍｍ×８００ｍｍ程度の大きさと
なると、柱状体８８・・を立設しているにもかかわら
ず、その表面にしわが発生しまた柱状体間で小さなソリ
が生じることを知覚した。そしてしわの部分の燃焼用ガ
スの透過度が他の部分よりも大きくなり局所的高温部す
なわちホットスポットが生じ、その結果金属繊維マット
の損傷が局所的に進みマットの寿命が短くなると共に外
観上も好ましくないものとなった。

【０００６】本発明者らは、上記のような不都合を解消
すべくさらに研究を行い、図５に示すように燃焼面を構
成する多孔質部材１０Ａと、該多孔質部材１０Ａの裏面
側に形成される混合ガス室１４と、該混合ガス室１４を
包囲するケーシング８３とを有する表面燃焼バーナにお
いて、該多孔質部材１０Ａを金属繊維マット１１とその
裏面にボルトナット２０あるいはリベットなどで一体に
固設した金属繊維マット姿勢保持用構造部材（例えば、
耐熱性多孔質金属板１２）とで構成し、それにより金属
繊維マット１１のしわの発生や変形を防止するようにし
た表面燃焼バーナを発案しすでに出願している（特願平
５−２０２９７号参照）。耐熱性多孔質金属板１２は耐
熱性とある程度の機械的強度を持ちかつ所定以上燃焼用
ガスの流れを阻害することのない構造体、好ましくは、
空孔率が約７５％〜９５％の耐熱性Ｎｉ−Ｃｒ合金ある
いはＣｒ合金などが特に有効に用いられる。

【０００７】金属繊維マット姿勢保持用の構造体の他の
態様として、図６に示すように、金属繊維マット１１の
裏面に適宜の間隔で複数本の例えはステンレス鋼などの
金属条片４０を一体に固設する態様であってもよく、金
属繊維マット１１と金属条片４０とは耐熱性ボルトとナ
ットあるいは耐熱性リベットなど適宜の固定手段を用い
て固着される。

【０００８】上記の構成により、ケーシングの構成をい
たずらに複雑にすることなく（すなわち図４に示すよう
な柱状体８８の数を最小のものとするあるいはまったく
立設せずに）、燃焼時の金属繊維マット１１の変形を実
質的に抑止することが可能となり、燃焼面を大面積とし
た場合であっても金属繊維マット１１の熱変形によるし
わや小さいソリの発生を阻止することができ、多孔質部
材１０Ａとして大面積の金属繊維マットを用いた表面燃
焼バーナを得ることが可能となった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の提案による多孔
質部材及びそれを用いた表面燃焼バーナにおいては、ケ
ーシングの構造が簡素化されかつ実際の燃焼面である金
属繊維マットの表面のそりあるいはしわの発生は抑制さ
れることから、大きな燃焼表面積を持つ表面燃焼バーナ
を得ることが可能となった。しかしながら、金属繊維マ
ットとその姿勢保持用構造部材（耐熱性多孔質金属板１
２あるいは金属条片４０など）とを比較的狭い間隔でボ
ルトナットにより固定することが必要であり、また固定
に用いたボルトが直接火炎に曝されることからボルトに
熱による劣化が比較的早期に発生しがちであることを知
覚した。

【００１０】本発明は本出願人の出願にかかる特願平５
−２０２９７号に開示した多孔質部材及び該多孔質部材
を持つ表面燃焼バーナにさらなる改良を加えることを目
的としており、より具体的には、燃焼面を構成する金属
繊維マットの表面にしわが発生するのをさらに有効に回
避することができ、同時に、金属繊維マットを他の部材
に固定するためのボルトやリベットなどの固定手段の寿
命を長期化させ、それにより、長期にわたり安定した燃
焼を継続することができる多孔質部材及びそれを用いた
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、本出願はその第１の発明とし
て、表面燃焼バーナの燃焼面を構成する多孔質部材であ
って、該多孔質部材は少なくとも所定の大きさの金属繊
維マットとその裏面に一体に固設された金属繊維マット
姿勢保持用構造部材とを有し、該金属繊維マットの燃焼
表面側は、その表面側より筋状にプレスすることにより
形成される断面Ｕ字状の溝を交差状態に形成することに
より多数の小区画に区分されていることを特徴とする表
面燃焼バーナ用多孔質部材を開示する。

【００１２】また、第１の発明の変形例として、該金属
繊維マットには固定手段挿通用の貫通孔が所定間隔で複
数個さらに形成されており、該貫通孔の周囲は表面側よ
りプレスすることにより形成された凹陥部となっている
表面燃焼バーナ用多孔質部材をも開示する。いずれの場
合であっても、断面Ｕ字状の溝あるいは貫通孔の周囲形
成される凹陥部は金属繊維マットの少なくとも燃焼表面
となる側に形成することが必須であるが、燃焼表面とな
る側とともにその裏面となる側にも予め形成しておいて
もよく、その場合には金属繊維マツトを反転させて使用
する際にも有効な燃焼表面を得ることが可能となる。

【００１３】用いる金属繊維マット姿勢保持用構造部材
は先の出願（特願平５−２０２９７号）に開示の耐熱性
多孔質金属板であってよくまた複数の金属条片であって
もよい。さらに、該溝の深さは用いる金属繊維マットの
厚さの４０〜５０％であることが好ましく、幅は２ｍｍ
〜５ｍｍであることが好ましい。それにより金属繊維マ
ツトの燃焼表面側に生じる熱膨張と収縮を各区画された
小区画ごとの挙動として収拾することが充分可能とな
る。また、該溝で区画される小区画の大きさも任意であ
るが、溝の本数が多くなればその分だけ有効燃焼面積が
低減するのでその点からは溝の本数を少なくして１つ当
たりの小区画の面積を大きくすることが望まれるが、大
きすぎると表面にしわが生じるのを避けがたくなる。本
発明者らの実験によれば、厚さ３ｍｍ〜４ｍｍ程度の厚
さの金属繊維マットを用いた場合に、１５０ｍｍ×１５
０ｍｍ〜２００ｍｍ×２００ｍｍ大きさとなるように溝
を設定することが有効であった。本出願は第２の発明と
して、前記した多孔質部材を燃焼面に持つ表面燃焼バー
ナをも開示している。

【００１４】

【作用】表面燃焼バーナにおいて、多孔質部材の燃焼
表面側の温度すなわち金属繊維マットの燃焼表面温度は
１０００℃に近いが、裏面では急激に温度低下し、３０
０℃以下となるのが通常である。つまり、金属繊維マッ
トの熱膨張は主にその燃焼表面の１ｍｍ〜２ｍｍ程度の
ところで起こっている。そこで本発明においては上記の
ような構成とすることにより、多孔質部材の金属繊維マ
ットの少なくとも燃焼表面側を前記溝で囲まれる小区画
の集合体として形成している。その結果、燃焼に伴う燃
焼面側での金属繊維マットの膨張と収縮は該小区域内で
の制限的な挙動として生じるようになる。それにより、
金属繊維マット姿勢保持用構造部材との固定手段を比較
的広い間隔で設けたとしても、金属繊維マットの燃焼表
面にしわが発生したりそりが生じたりするのが回避され
る。

【００１５】また、この構成により、固定手段挿通用貫
通孔の周囲における金属繊維マットは圧縮を受けた高密
度の状態、すなわち空孔率の低い状態となり、燃焼ガス
がその部分を通過することが困難となる。その結果、固
定手段としてのボルトやリベットなどが直接火炎に曝さ
れることを回避でき、熱による劣化が防止されて寿命を
伸ばすことが可能となる。

【００１６】

【実施例】以下、添付の図面を参照しつつ本発明を実施
例に基づき詳細に説明する。図１ａは本発明による多孔
質部材Ａの一部を示す斜視図であり、前記先行例におけ
ると同様に、金属繊維マット１と該金属繊維マット姿勢
保持用構造体である耐熱性多孔質金属板２とが所定の間
隔でボルトナツトにより一体に固設されている。図１ｂ
に例示するように固設する箇所には金属繊維マット１と
耐熱性多孔質金属板２とを貫通する孔３を予め開けてお
き、該孔３に頭部が平坦となったボルト２０を挿通し、
ワッシャを嵌めた後ナット２１により締めつけて固定す
る。

【００１７】金属繊維マット１は鉄、クロム、ケイ素、
アルミニウム、イットリウムなどの合金からなる長繊維
の焼結体であって１２００℃以上の耐熱性を持つもので
あり、金属繊維マットの組成自体は先行例のものと同じ
であるが、本発明による金属繊維マットにあっては、そ
の燃焼表面側に表面側よりプレスすることにより形成さ
れた断面Ｕ字状の溝４・・を互いに交差する状態で所定
本数形成されている。この溝４の成形方法は任意まであ
るが、先端を幅２ｍｍ〜５ｍｍ程度に削った長尺状の金
属板を１枚あるいは複数枚プレスに取り付けて、金属繊
維マットの必要な箇所をプレスする方法でもよく、ま
た、先端を幅２ｍｍ〜５ｍｍ程度の幅を持つ金属製の円
板を所要枚数軸支したものを加圧下で金属繊維マット表
面を移動させるいわゆるロールプレスの方法であっても
よい。

【００１８】図示の実施例では溝４・・は互いに直交す
る方向にほぼ１５０ｍｍ〜２００ｍｍの間隔Ｗで設けら
れており、各溝の深さｈは約１ｍｍ〜２ｍｍ（金属繊維
マットの厚みの約４０％〜５０％）、幅ｗは２ｍｍ〜５
ｍｍとなっている。そのような溝４・・を形成すること
により、図示されるように金属繊維マット１の燃焼表面
側には溝４・・により互いに隔離されかつ所定の高さｈ
を持つ小区画５・・が多数形成されるとともに、溝４・
・よりも下方近傍における金属繊維マットの密度は前記
小区画５・・部分での密度よりも高いものとなる。

【００１９】耐熱性多孔質金属板２は前記先行例のもの
と同様であり、燃焼時での金属繊維マット１の下面温度
に対する耐熱性を有しかつ燃焼に支障を生じさせないだ
けの燃焼ガス透過空孔率（好ましくは金属繊維マットの
空孔率と同程度またはそれより高い空孔率であって、約
７５％〜９５％の空孔率）を持つものであればすべて用
いうる。好ましくは、Ｎｉ−Ｃｒを素材とした空孔率９
５％の耐熱性多孔質金属板（商品名「セルメット」住友
電工製）、同じ商品名で市販されているＮｉ合金性の耐
熱性多孔質金属板があげられる。

【００２０】また、表面側繊維マット１と耐熱性多孔質
金属板２とを一体に固設する部位及びその数に特に制限
はないが、金属繊維マットの表面積に応じてなるべく相
互に等しい間隔となるようにして設ける。このように構
成した多孔質部材Ａを、通常の手段により例えば前記図
５に示すようにしてケーシング８３に固定する。図５の
例においては、ケーシング８３のフランジ部８９に複数
本のボルト３１、３１に立設すると共に、多孔質部材の
周辺の対応する位置に開孔を形成し、ボルト３１に多孔
質部材の前記開孔を挿入した後、ナット３２により固定
している。次いで、裏面材８５などをケーシング８３に
固定することにより表面燃焼バーナは構成される。

【００２１】上記の実施例においては、金属繊維マット
１と耐熱性多孔質金属板２とを複数の箇所でボルトナッ
トにより固定したことにより、先行例の場合と同様にケ
ーシング８３に柱状体を立設しなくても、金属マット１
の熱による変形を抑制することが可能となることに加え
て、その燃焼表面側に断面Ｕ字状の溝４・・を所定本数
形成し、その溝４・・により金属繊維マット１の燃焼面
側を互いに隔離しかつ所定の高さを持つ小区画５・・の
集合体として形成したことにより、大きな面積の金属繊
維マットを用いかつ金属繊維マット１と耐熱性多孔質金
属板２との固定箇所を比較的広い間隔のものとした場合
であっても熱膨張によるしわの発生やそりの発生しない
ない燃焼面を得ることが可能となる。

【００２２】なすわち、表面燃焼バーナにおいて、前記
のように多孔質部材の燃焼表面側が最も高温部となり熱
による膨張と収縮を繰り返すが、その膨張と収縮は溝４
の存在により小区画５毎に独立して挙動することが可能
となり、複数の小区画５・・の膨張量あるいは収縮量が
集積することは回避される。換言すれば、小区画５の膨
張は周囲の溝４の幅を狭めるように作用し、収縮は広げ
るように作用する。それにより、複数の小区画５・・の
膨張量あるいは収縮量が集積することは回避され、燃焼
面でのしわの発生は確実に阻止される。

【００２３】図２は本発明による多孔質部材の他の実施
例における前記貫通孔３の近傍のみを示す図であり、こ
の実施例における金属繊維マットは、固定手段挿通用の
貫通孔３の周囲に表面側よりプレスすることにより形成
された凹陥部７が形成されている点でのみ前記の実施例
の金属繊維マットとその形状を異にしている。この多孔
質部材も前記の多孔質部材の場合と同様にしてケーシン
グ８３に組付けられて表面燃焼バーナを構成する。

【００２４】この金属繊維マットにおいては、図２に示
すように、前記凹陥部７の下方域近傍８の密度が、上方
からのプレス作用により溝４の下方域近傍と同様に他の
部分よりも高くなっており、空孔率は低下している。従
って、燃焼時に燃焼ガスが前記貫通孔６の近傍である低
空孔率となった金属繊維マット部分に流入することは実
質的に阻止される。その結果、固定手段としてのボルト
やリベットなどが直接火炎に曝されることを回避でき、
熱による劣化が防止されて寿命を伸ばすことが可能とな
る。

【００２５】以上の説明は本発明による表面燃焼バーナ
用多孔質部材及び表面燃焼バーナのいくつかの実施例の
説明にすぎず他に多くの変形例が存在する。図示の例の
ように溝４を金属繊維マット１の一方の面に形成する態
様に変えて両面に形成するようにしてもよく、その場合
には一方の燃焼正面が経時的に劣化した場合あるいは損
傷したような場合に、金属繊維マット１と金属繊維マッ
ト姿勢保持用構造部材２との固定手段であるボルトナッ
ト２０、２１による固定を解除し、金属繊維マットの表
裏を反転して再度固定することにより、裏面であった面
を燃焼表面として再度有効に利用することができる。ま
た、溝４の交差角度は直交状態でなくともよく、小区画
５・・の形状が菱形あるいは平行４辺形のとなるような
交差状態であってもよい。

【００２６】さらに、金属繊維マット姿勢保持用構造部
材２としては図１、図２に示すように耐熱性多孔質金属
板２に限ることなく、図６において先行例として説明し
たような断面Ｌ字状の金属状片４０あるいはそれを適宜
の間隔をおいて十文字に配置したものを用いることも有
効である。その際に、金属繊維マットに交差状態に形成
した溝に対応する位置に金属状片４０を配置することは
特に有効である。

【００２７】また、金属繊維マット１の物性及び大きさ
あるいは燃焼条件に応じてケーシングに任意の本数の柱
状体を立設して多孔質部材の固定を該柱状体の先端にお
いても行うようにしてもよく、また、多孔質部材を金属
繊維マット、耐熱性多孔質金属板及び金属状片の三層構
造としてもよい。それら同志の固定手段もボルトナット
に限ることなく、本発明においては固定手段の熱による
劣化が積極的に回避できることから、リベットのような
永久固定手段を用いることも有効となる。

【００２８】

【発明の効果】本発明は上記の構成により大きな燃焼表
面を持つものでありながら表面にしわが発生することや
全体としてそりが生じることのない金属繊維マットを燃
焼面とした表面燃焼用多孔質部材を得ることが可能とな
り、また、ケーシングをいたずらに複雑にすることなく
簡単な構成でもって大きな表面積を持つ表面燃焼バーナ
を得ることができる。また好ましい態様にあっては多孔
質部材に用いられる糊塗異手段の熱による劣化を積極的
に回避することができ多孔質部材あるいは表面燃焼バー
ナとしての長寿命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による多孔質部材の一実施例の斜視図。

【図２】本発明による多孔質部材の他の実施例における
固定手段による固定状態を示す断面図。

【図３】表面燃焼バーナの従来例を示す図。

【図４】表面燃焼バーナの従来例を示す図。

【図５】表面燃焼バーナの先行例を示す図。

【図６】表面燃焼バーナの先行例を示す図。

【符号の説明】

１…金属繊維マット、２…金属繊維マツト姿勢保持用構
造部材、４…プレス成形された溝、５…小区画

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面燃焼バーナの燃焼面を構成する多孔
質部材であって、該多孔質部材は少なくとも所定の大き
さの金属繊維マットとその裏面に一体に固設された金属
繊維マット姿勢保持用構造部材とを有し、該金属繊維マ
ットの燃焼表面側は、その表面側より筋状にプレスする
ことにより形成される断面Ｕ字状の溝を交差状態に形成
することにより多数の小区画に区分されていることを特
徴とする表面燃焼バーナ用多孔質部材。
【請求項２】該金属繊維マットは固定手段挿通用の貫
通孔を所定間隔で複数個有しており、該貫通孔の周囲は
表面側よりプレスすることにより形成された凹陥部とな
っていることを特徴とする請求項１記載の表面燃焼バー
ナ用多孔質部材。
【請求項３】該金属繊維マット姿勢保持用構造部材は
耐熱性多孔質金属板である請求項２記載の表面燃焼バー
ナ用多孔質部材。
【請求項４】該金属繊維マット姿勢保持用構造部材は
複数の金属条片である請求項２記載の表面燃焼バーナ用
多孔質部材。
【請求項５】該溝の深さは金属繊維マットの厚みの約
４０％〜５０％であり、幅は２ｍｍ〜５ｍｍである請求
項１ないし４いずれか記載の表面燃焼バーナ用多孔質部
材。
【請求項６】該溝により区画される小区画の１つの面
積が１５０ｍｍ×１５０ｍｍ〜２００ｍｍ×２００ｍｍ
である請求項１ないし５いずれか記載の表面燃焼バーナ
用多孔質部材。
【請求項７】請求項１ないし４いずれか記載の表面燃
焼バーナ用多孔質部材を燃焼面に持つ表面燃焼バーナ。