JPH11141819A

JPH11141819A - 表面燃焼バーナ

Info

Publication number: JPH11141819A
Application number: JP31183997A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Kataoka; 明博片岡; Toshiharu Shimizu; 敏春清水; Takamichi Kusafuka; 隆道草深; Takayoshi Endo; 孝義遠藤
Original assignee: NARITA TECHNO KK; Toho Gas Co Ltd
Current assignee: NARITA TECHNO KK; Toho Gas Co Ltd
Priority date: 1997-11-13
Filing date: 1997-11-13
Publication date: 1999-05-28

Abstract

(57)【要約】【課題】高い燃焼温度で長時間安定して使用でき、安
価で軽量であり、また、燃焼の均一性に優れた表面燃焼
バーナをセラミックス系の素材で提供すること。【解決手段】１８００℃以上の耐熱性を有するアルミ
ナ繊維質のセラミック材で形成され、φ０．９ｍｍの通
気孔１１が多数設けられた整流板１０を、バーナプレー
ト３７、通気層２１とともに、バーナケース３０と支持
板２０によって挟持する。整流板１０の裏面側から混合
ガスＧを供給すると、その混合ガスＧは整流板１０を経
由してバーナプレート３７に至り燃焼する。整流板１
０、バーナプレート３７の耐熱性、低熱膨張性、低熱伝
導性により、高い表面温度で長時間安定して逆火のおそ
れなく使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、あらかじめ空気と
混合された燃料ガスを、多数の通気孔が設けられた耐熱
セラミック板を通してその外側に配置された多孔質セラ
ミック板に導き燃焼させ、その燃焼熱で多孔質セラミッ
ク板の表面より熱輻射を行なう表面燃焼バーナに関す
る。さらに詳細には、燃焼部分に金属性繊維や触媒を用
いたバーナ並に高い燃焼部の表面温度と耐久性とを得ら
れるようにした表面燃焼バーナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えばセラミック部品等の加
熱のような高温加熱用途では、燃焼部分に金属性繊維や
セラミック繊維を用いたバーナが用いられている。これ
らのバーナでは、金属質またはセラミック質のファイバ
により形成されたバーナプレートの表面であらかじめ空
気と混合された燃料ガスを燃焼させるようにしている。
ここで、金属質のファイバの材質の例としてはＣｒ、Ａ
ｌ、Ｙを含有する鉄合金が挙げられる。これは、鉄合金
が金属系材料としては比較的高融点であることを利用し
て１１００℃程度の高い表面温度を実現するとともに、
表面に燃焼時の高温域でも強固な不導体皮膜を形成させ
る元素を添加して耐久性の向上を図ったものである。

【０００３】また、セラミック質のファイバの材質の例
としてはアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）やシリカ（ＳｉＯ₂）等
が挙げられる（例・特開昭６２−１１２９０７号公報
等）。また、１層のファイバ層のみでなく、外側の粗い
構造のファイバ層と内側の細かい構造のファイバ層とを
積層して構成することにより、より均一に燃焼させる２
層構造のバーナも知られている（例・特公昭５２−３９
５０３号公報等）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来のバーナには、次のような問題点があった。ま
ず、鉄合金を用いたバーナでは、鉄合金の繊維が高価で
あるために実用上普及しにくいという問題点があった。
これは、添加元素（特にＹ）が高価であり、また、その
合金に他に用途がないため供給が限定されるからであ
る。また、ファイバが金属性であるために、熱伝導率が
高く予混合方式のバーナとして用いる場合には逆火しや
すかったり、さらには重くなりがちであるという問題も
あった。金属性繊維の代わりに触媒を用いるものもあっ
たが、同様に触媒が高価で実際の普及は困難であった。

【０００５】また、セラミック質のファイバを用いたバ
ーナにおいては、セラミックスの耐熱性や放射板の耐久
性が難点となって、表面温度を１０００℃以上に上げる
ことは困難であった。従って、高い燃焼温度を必要とし
ない限定された用途にしか使用できなかった。

【０００６】本発明は、従来の技術が有する前記の問題
点を解決するためになされたものである。すなわち、燃
焼温度の点で金属質のファイバを用いたバーナに匹敵し
うるとともに安価で軽量であり、また、燃焼の均一性に
優れた表面燃焼バーナをセラミックス系の素材で提供す
ることを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題の解決を目的と
してなされた本発明は、裏面側から予混合燃料ガスの供
給を受ける整流板と、前記整流板の表面側に設けられた
放射板とを有する表面燃焼バーナにおいて、前記整流板
は、１８００℃以上の耐熱性を有するアルミナ繊維質の
セラミック材で形成されている表面燃焼バーナであるこ
とを特徴として特定される。ここにおいて、前記整流板
は、１５ｍｍ以上３５ｍｍ以内の厚さを有するととも
に、０．９ｍｍ以上１．８ｍｍ以内の直径の厚さ方向の
通気孔が形成されていることが望ましい。

【０００８】この表面燃焼バーナでは、整流板の裏側に
予混合燃料ガスが供給されると、整流板に通気孔が形成
されているために、予混合燃料ガスがこれを透過して表
面側へ向けて厚さ方向に移動し、放射板に至る。そして
予混合燃料ガスが燃焼し、その燃焼熱で放射板が加熱さ
れ高温となる。予混合燃料ガスの燃焼は、主として、整
流板と放射板との境目から放射板の内部にかかる領域で
起こると考えられる。これにより高温となった放射板の
表面から熱放射が起こることにより、対象物が加熱され
る。ここにおいて、整流板が耐熱性アルミナ繊維質のセ
ラミック材で形成されていることにより、次のような効
果が得られる。

【０００９】まず、整流板が１８００℃以上という高い
耐熱性を有しているので、１１００℃以上の高い表面温
度で安定して燃焼を行なうことができる。この温度は、
金属質のファイバを用いたバーナの燃焼時の表面温度に
遜色ないものであり、例えばセラミック部品の加熱等の
用途に良好に用いることができる。１１００℃以上で安
定的に燃焼させるためには、整流板表面の温度は時に１
６００℃以上となることもあるため、整流板の耐熱性が
１６００℃程度しかないと、整流板の表面が溶けたり、
あるいは整流板全体の収縮が起こり、逆火を起す可能性
がある。１８００℃以上の耐熱性を有する整流板を用い
ることによって初めて安定的に１１００℃以上の燃焼温
度を得られる。

【００１０】次に、整流板の厚さが１５ｍｍ〜３５ｍｍ
であるので、小型、軽量な表面燃焼バーナを構成でき
る。１５ｍｍ厚以下では、逆火が起こりやすくなる。ま
た、３５ｍｍ厚以上にすることは性能上何等利点がな
く、表面燃焼バーナ本体が大型になり、かつ重くなるだ
けで無駄である。整流板の厚さは、２０ｍｍ厚程度が最
も良好である。

【００１１】さらに、整流板には、φ０．９ｍｍ〜φ
１．８ｍｍの通気孔が厚さ方向に貫通して形成されてい
るので、整流板の裏側から供給される予混合燃料ガスは
通気孔を通過して放射板に至り、燃焼する。従って、整
流板およびその表面側に設けられた放射板は、安定して
高い燃焼温度を保つことができる。ここで、通気孔がφ
０．９ｍｍ以下であると、予混合燃焼ガスの透過性が悪
くなり、燃焼効率が落ちる。さらに、定量の予混合燃焼
ガスを透過させるためには、通気孔の数を増やす必要が
あり、加工上より煩雑となる。一方、φ１．８ｍｍ以上
の通気孔を設けることは、逆火を起しやすくなり、適当
でない。通気孔の大きさは、φ０．９ｍｍ〜φ１．０ｍ
ｍが最も良好である。

【００１２】さらに本発明の表面燃焼バーナは、前記整
流板の裏面側に設けられた有穴の支持板と、前記整流板
と前記支持板との間に挟持された通気層とを有すること
が望ましい。

【００１３】整流板の裏側に有穴の支持板を有すること
により、整流板をこの支持板に乗せ、安定して固定でき
る。支持板としては、安価で入手しやすいφ６パンチン
グメタルが良好である。さらに、整流板と支持板との間
に通気層を有するので、整流板の通気孔が支持板によっ
て塞がれることがない。さらに、支持板のφ６穴を通過
した予混合燃料ガスが通気層により分散され、均一に整
流板に供給される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施の
形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。本実
施の形態にかかる表面燃焼バーナ１は、図１の断面図に
示すように、整流板１０およびバーナプレート３７を中
心に構成され、バーナケース３０と基板７０とにより外
形をなしている。

【００１５】整流板１０はアルミナ繊維質のセラミック
材で形成されている。その材質は多結晶質アルミナ短繊
維で１８００℃以上の耐熱性を有している。その厚さは
２０ｍｍであり、外形は１辺１４２ｍｍの正方形の平板
状である。さらに、整流板１０には、図２の平面図に示
すように、直径０．９ｍｍの通気孔１１が多数貫通して
形成されている。各通気孔１１はそれぞれ１辺７ｍｍの
正三角形の各頂点に当たる位置に形成されている。ただ
し、整流板１０の周辺部は燃焼に寄与しないため、通気
孔１１を形成する必要はない。多結晶質アルミナ短繊維
材は加工性がよいので、ドリル加工等により容易に通気
孔１１を形成できる。この整流板１０は、あらかじめ空
気と混合された燃料ガス（以下、「混合ガス」という）
Ｇを、整流してバーナプレート３７に導くためのもので
ある。

【００１６】バーナプレート３７はチタン酸アルミニウ
ム（Ａｌ₂ＴｉＯ₅）で形成された三次元網目構造の多孔
質体であり、その外形は整流板１０よりやや大きい正方
形の平板状である。多孔質体とは、固形体の中に固相の
他に気孔が多く含まれており、しかもそれらの気孔が裏
面から表面まで連通していて気体の透過が可能であるも
のをいう。そして、三次元網目構造とは、多孔質体の中
でも、筋状または面状の固相が三次元に絡み合って全体
で気孔を含む固形体をなしている構造をいう。これらの
条件を満たすようなプレートは、冶金の分野において、
溶融金属の濾過用フィルターとして汎用品が安価に安定
して供給されているので、これを用いれば好都合であ
る。このバーナプレート３７は、整流板１０を通して供
給された混合ガスＧが燃焼することにより発生する火炎
を内部に保有して無炎燃焼とするとともに、その燃焼熱
を輻射熱として外部に放出させるためのものである。

【００１７】バーナケース３０は、表面燃焼バーナ１の
外形の主要部をなすものであって、後述するバーナプレ
ート３７が外部に面するように上面に開口部３１が設け
られている。また、底面側は開放面であり、基板７０と
組み合わされて箱体をなすようになっている。そして底
面側の各辺には、基板７０に対し固定するための鍔部３
２が設けられている。このバーナケース３０の材質は、
適度な耐熱性、低熱伝導性、耐食性、および機械的強度
を備えたものであれば何でもよく、ここでは炭化珪素
（ＳｉＣ）の板材を使用している。

【００１８】基板７０は、バーナケース３０等を支持す
る四角形の台である。基板７０の中央には、円筒形のガ
スポート７１が形成されており、混合ガスＧを表面燃焼
バーナ１の内部に導入できるようにされている。

【００１９】この基板７０の上面側には、四角形筒状の
インナーケース３５が固定して設けられている。インナ
ーケース３５の位置およびサイズは、基板７０にバーナ
ケース３０を取付けた状態でバーナケース３０のすぐ内
側に位置するが接触しないように定められている。そし
てインナーケース３５の内側には、支持板２０が固定し
て設けられている。支持板２０としては、汎用品として
供給されているステンレス鋼性のφ６パンチングメタル
を使用する。この支持板２０は、整流板１０とバーナプ
レート３７をバーナケース３０との間に、通気性を確保
しつつ挟持するものである。

【００２０】さらに、支持板２０と整流板１０の間に通
気層２１が設けられている。通気層２１としてはアルミ
ナ長繊維クロスが適当である。この通気層２１は、支持
板２０が整流板１０に直接接触することにより整流板１
０の通気孔１１を塞ぐことを防ぐとともに、混合ガスＧ
の流れを整え、整流板１０の各通気孔１１へ均一に混合
ガスＧを供給するものである。

【００２１】そして、基板７０とインナーケース３５と
支持板２０とにより区画される空間内には邪魔板７３が
設けられている。邪魔板７３は、四隅の支柱７２を介し
て基板７０に固定されている。この邪魔板７３自体は通
気性を有するものではないが、邪魔板７３は基板７０に
対して四隅の支柱７２で支えられているだけなので、そ
のあいだには十分な隙間がある。したがって、ガスポー
ト７１から導入された混合ガスＧは、邪魔板７３を迂回
して支持板２０へ向かうことができる。この邪魔板７３
は、混合ガスＧの流れを屈曲させて乱流を生じさせ、空
気と燃料ガスとの混合をより均一化させる役割を有して
いる。

【００２２】この基板７０等の材質については、必要な
機械的強度を備えていれば何でもよいが、ここでは基板
７０、ガスポート７１、邪魔板７３、支柱７２について
は通常の鋼材を用いている。そして、これらより若干高
温となるインナーケース３５および支持板２０について
はステンレス鋼材を用いている。かかる基板７０に対し
て、止め具３８をネジ止めすることによりバーナケース
３０の鍔部３２が固定され、表面燃焼バーナ１の全体形
をなしている。

【００２３】この表面燃焼バーナ１では、支持板２０と
バーナケース３０との間にバーナプレート３７、整流板
１０、通気層２１が挟持されている。さらに、バーナプ
レート３７とバーナケース３０との間にはウールキャス
ト３９が挟持されている。ウールキャスト３９は、バー
ナプレート３７や整流板１０にバーナケース３０から過
度の圧縮が掛からないようにするための緩衝材であり、
可撓性を有している。このように組み立てた状態での表
面燃焼バーナ１においては、バーナプレート３７および
整流板１０は、バーナケース３０とインナーケース３５
および支持板２０により、確実に固定されている。

【００２４】上記の構成を有する表面燃焼バーナ１にお
いて、ガスポート７１から内部に導入された混合ガスＧ
は、支柱７２の隙間を通って邪魔板７３を迂回しその上
方へ進入する。この迂回により混合ガスＧの流れに乱流
が生じて空気と燃料ガスとの混合状況がより均一とな
る。そして混合ガスＧは、支持板２０の孔および通気層
２１を通って整流板１０の裏面の各部分に均一に供給さ
れる。そして整流板１０の通気孔１１を通過してバーナ
プレート３７に至り燃焼する。さらに、燃焼によって生
じた火炎が、バーナプレート３７を１０００℃以上に加
熱することにより輻射熱がバーナプレート３７の表面側
から放出される。このとき、火炎がバーナプレート３７
の表面側の外部に出ることのない無炎燃焼となってい
る。

【００２５】ここで、燃焼時における表面燃焼バーナ１
の表面温度は、ガスポート７１からのガスインプット
量、燃料ガスの種類、整流板１０の通気孔１１の直径お
よび数などにより変化するが、表面燃焼バーナ１で使用
している整流板１０は１８００℃までの温度にも十分耐
える耐熱性があるので、１１００℃以上の高い温度で安
定して混合ガスＧを燃焼させることができる。このた
め、金属バーナの通常の使用状況での面負荷を凌ぐ５０
０ｋＷ／ｍ²以上２０００ｋＷ／ｍ²程度までの高い面負
荷で使用することができる。また、支持板２０および通
気層２１により混合ガスＧの供給が均一化され、整流板
１０を通ってバーナプレート３７に至り燃焼して発生し
た輻射熱はバーナプレート３７の三次元網目構造体でさ
らに均一化される。そのため、表面燃焼バーナ１の使用
範囲である開口部３１内のどの部分でも均一に輻射熱を
得ることができる。さらに、整流板１０、バーナプレー
ト３７の熱伝導率が低いことから、その裏面側、すなわ
ち表面燃焼バーナ１の内部の温度はさほど高くなく、逆
火が起こることはない。

【００２６】以上詳細に説明したように、本実施の形態
に係る表面燃焼バーナ１では、整流板１０として１８０
０℃以上の耐熱性のあるアルミナ繊維質のセラミック材
を使用しているので、その最高可能温度が高く、かつ熱
膨張率が低く熱衝撃に強い。このため、１１００℃以上
の高い表面温度で長時間安定して使用することができ
る。また、整流板１０およびバーナプレート３７の熱伝
導率が低いことから、そのような高い表面温度で使用し
ても支持板２０等はさほど高温にはならないので、予混
合方式で使用しても逆火のおそれはほとんどない。

【００２７】また、整流板１０には多数の通気孔１１が
形成されているので、混合ガスＧをスムーズに通過さ
せ、燃焼させることができる。さらに、通気孔１１は、
整流板１０の周辺部には形成されていないので、バーナ
ケース３０を高温にすることなく、開口部３１内のみを
高温に使用することができる。また、整流板１０、バー
ナプレート３７は共に、一般に供給されている汎用品を
使用することができ、軽量なセラミック材を使用するの
で、金属バーナや触媒を使用したバーナ等の従来品と比
較して著しく安価かつ軽量に提供できる。

【００２８】さらに、整流板１０は、インナーケース３
５に固定された支持板２０と、その上の通気層２１に保
持されているので、インナーケース３５に安定的に固定
されている。また、バーナプレート３７とバーナケース
３０との間に可撓性のウールキャスト３９を介在させて
いるので、バーナプレート３７および整流板１０に過度
の圧縮を加えて破損することなく、バーナケース３０を
基板７０に確実に固定できる。

【００２９】さらに、表面燃焼バーナ１の内部に邪魔板
７３を備えたので、混合ガスＧの流路が湾曲され、空気
と燃料ガスとがより均一に混合された状態で支持板２０
を通過し、通気層２１でさらに均一に混合されて整流板
１０に供給される。したがって、整流板１０内の燃焼状
態はよく均一化されたものとなる。また、表面燃焼バー
ナ１の内部構造部材のうち、インナーケース３５や支持
板２０についてはステンレス鋼材を用いたので、使用中
にこれらの部材の温度が若干上がっていても、その状態
での強度や耐食性は十分に確保されている。

【００３０】

【実施例】上記の表面燃焼バーナ１の性能を説明する。
ここでは、燃料ガスとして都市ガスを用い、整流板１０
として、アルミナファイバのボードを、通気層２１とし
て、アルミナのクロスを使用した場合を例としてあげ
る。このためまず、混合ガスＧの混合比と表面燃焼バー
ナ１の表面温度との関係を、図３のグラフに示す。この
グラフは、横軸に燃料ガス（都市ガス）の供給量に対す
る空気の供給量の比（空気比：理想混合比の場合を１．
００としている）を示し、縦軸には面負荷１４３４ｋＷ
／ｍ²の条件で使用した場合の表面温度を示している。
最も燃焼状態の良い理想混合比の場合に１２００℃を越
える高い表面温度が得られている。

【００３１】次に、面負荷と表面燃焼バーナ１の表面温
度との関係を、図４のグラフに示す。このグラフは、横
軸に面負荷（ｋＷ／ｍ²）を示し、縦軸には空気比が
１．０であった場合の表面温度を示している。面負荷を
１０００ｋＷ／ｍ²以上とすれば１１００℃を超える表
面温度が得られ、さらに面負荷を１５００ｋＷ／ｍ²程
度とすれば表面温度は１２００℃を超えることが理解で
きる。そして、このような高い表面温度で長時間にわた
る連続運転が可能であった。

【００３２】なお、本発明は前記実施の形態および実施
例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんで
ある。例えば寸法等について示した具体的数値は、単な
る例示にすぎない。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、燃焼温度の点で金属質のファイバを用いたバー
ナに匹敵しうるとともに安価で軽量であり、また、燃焼
の均一性に優れた表面燃焼バーナがセラミックス系の素
材で提供されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係る表面燃焼バーナの構造を説明
する断面図である。

【図２】整流板に形成された通気孔の配置を示す説明図
である。

【図３】表面燃焼バーナにおける空気比と表面温度との
関係を示すグラフである。

【図４】表面燃焼バーナにおける面負荷と表面温度との
関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１表面燃焼バーナ１０整流板１１通気孔２０支持板２１通気層３７バーナプレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者草深隆道愛知県東海市新宝町507−２東邦ガス株式会社総合技術研究所内 (72)発明者遠藤孝義愛知県瀬戸市道泉町70番地株式会社ナリタテクノ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】裏面側から予混合燃料ガスの供給を受け
る整流板と、前記整流板の表面側に設けられた放射板と
を有する表面燃焼バーナにおいて、前記整流板は、１８００℃以上の耐熱性を有するアルミ
ナ繊維質のセラミック材で形成されていることを特徴と
する表面燃焼バーナ。
【請求項２】請求項１に記載する表面燃焼バーナにお
いて、前記整流板は、１５ｍｍ以上３５ｍｍ以内の厚さを有す
るとともに、０．９ｍｍ以上１．８ｍｍ以内の直径の厚
さ方向の通気孔が形成されていることを特徴とする表面
燃焼バーナ。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載する表面
燃焼バーナにおいて、前記整流板の裏面側に設けられた有穴の支持板と、前記整流板と前記支持板との間に挟持された通気層とを
有することを特徴とする表面燃焼バーナ。