JPS60114616A - セラミックハニカム燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、セラミックハニカムの一体構ＩＦｊ物で燃
焼器の一本体が形成され、排ガスと燃焼用の空気および
燃料との間で熱交換を行なわせ、かつ、面燃焼により被
加熱体を均一に加熱させるセラミンクハニカム燃焼器に
関するものである。

（従来技術） 燃焼器により被加熱体を効率よく加熱するためには、排
熱回収を行なう、すなわち、燃焼器からの排ガスと燃焼
器へ供給される空気および燃料との間で熱交換を行なわ
せるとよい。

一方、燃料と空気を多数の通路から燃焼部分の全体にわ
たって均一に供給して、いわゆる面燃焼を行なわせると
、単一の通路から燃料と空気を供給する通常燃焼と比較
して、被加熱体を均一に加熱できるうえに、火炎面積が
大きくなって火炎からの熱放射量が多くなり、火炎最高
温度が低下する利点がある。

そこで、被加熱体を効率よく、かつ均一に加熱するため
には、排熱回収を行ないつつ、面燃焼させるのがよいこ
とがわかる。ところが、そうするためには、従来つぎの
ような問題があった。

つまり、排熱回収を行なうと加熱の効率は向」―するが
、 （１）排熱回収を行なう従来の燃焼器は、バーナ部と熱
交換部とが別体になっているため、燃焼器全体が大型化
するうえに、製造組立が面倒で生産性に劣る。

（２）面燃焼を行なう従来の燃焼器（たとえばシュバン
ク式ガスバーナ）は、燃料と空気を予め混合してから燃
焼部分に供給する予混合燃焼方式であるため、この燃焼
器に排熱回収の機能を付加すると、空気温度が上昇して
逆火を発生し、燃焼が継続できなくなる。つまり、従来
の面燃焼は不可能になり、被加熱体の均一加熱が困難と
なる。

他方、面燃焼を行なうと均一加熱はできるが、（１）上
記したように、燃料と空気を予混合する必要上、逆火の
発生を防止するために空気温度を上げることができず、
その結果、充分な排熱回収ができなくなって、加熱効率
が低下する。

（発明の目的） この発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、
小型軽量であり、生産性に優れていなから、排ガスによ
り空気予熱を行ないつつ面燃焼を行なわせ、被加熱体を
高効率で、かつ均一に加熱できる等のイ０れた特性を有
するセラミックハニカ１、燃焼器を提供することゝを目
的とする。

（発明の構成） −Ｊ二記目的を達成するために、この発明は、燃焼器本
体を、軸方向に延びる直線状の通路を多数寄せ東めた横
断面ハニカム形状のセラミックス一体構造物で形成し、
上記多数の通路を、上記軸方向に延びて上記燃焼器本体
の前後端面に開口する第１の通路列と、通路に閉塞部材
が設けられて、一端部が燃焼器本体の１つの側面に設け
られた貫通孔に連通し、他端部が燃焼器本体の前端面に
開口する第２の通路列と、通路に閉塞部材が設けられて
、一端部が燃焼器本体の他の側面に設けられた貫通孔に
連通し、他端部が燃焼器本体の前端面に開口する第３の
通路列とから構成する一方で、上記燻焼器本体の前端側
に、火炎を保持するための空間を介して上記３つの通路
列の開口を覆う被加熱体を配置し、上記第１ないし第３
の通路列のそれぞれを、上記排ガス、空気もしくは燃料
からなる流体のうちのいずれが１つが流れる通路列とし
、かつ上記３つの通路列を流れる流体を々いに異ならせ
た構成としている。

これにより、バーナ部と熱交換部とを一体化して、小型
軽量化を実現し、さらに、燃焼器本体をセラミックハニ
カムの押出し成形で造ったのち、セラミックスこカムの
焼成前に、この燃焼器本体に簡単な二次加工を程こすだ
けで燃焼器を得ることができるようにして、生産性の向
上をも実現している。また、燃料と空気ｉ多くの通路か
ら別個に燃焼部分に供給して面燃焼を行なわせ、排ガス
による充分な空気予熱と均一加熱を両立させている。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第１図において、１１はセラミックスの一体構造物から
なる燃焼器本体で、軸方向１２に延びる直線状の通−路
１３を多数寄せ集めて、第２図に示すように、横断面ノ
＼ニカム形状を呈してｌ、）る。この燃焼器本体１１は
、粘土状のセラミ・ンクス材料をハニカム形状のダイス
から押出し成形することにより造られる。

ここで、ハニカム形状とは、３角形、４角形、およびそ
れ以上の多角形を多数隣接させた形状を言い、この例で
は、４角形を多数隣接させたものとしている。また、一
体構造物とは、上記押出し成形のように、初めから一体
物として形成されたものを言い、複数の部品を後から積
層するような手段で一体化したものを含まない。

上記多数の通路１３は、第１図に示すように、に記燃焼
器本体１１の前後端面１４，１５に開口する第１の通路
列１６と、燃焼器本体１１のｈ　１１１面１７と上記前
端面１４とに開１コする第２の通路列１９と、燃焼器本
体ｉｌの下側面２０と上記１１１端（２）１４とに開口
する第３の通路列２１とで構成されている。

上記第１の通路列１６は、第３図に明示するように、溶
焼器本体１１に上記軸方向１２＆こ延びて上記燃焼器本
体１１の前後端面１４，１５４こ開口している。

また、上記第２の通路列１９は、第４図番ご１叫示する
ように、通路１３の途中に閉塞部材２２が設けられ、こ
の閉塞された一端部１９ａか、燃焼器本体１１の上側面
１７に設けられた貫通孔２３１こ連通し、他端部１９ｂ
が燃焼器本体１１の前端面１４に開口している。」二記
閉塞部材２２は、通路１３の途中ではなく、後端部１３
ａに設けてもよい。

上記第３の通路列２１は、第５図に明示するように、通
路１３の後端部１３ａに閉塞部材２２が設けられて、一
端部２１ａが燃焼器本体１１の下側面２０に設けられた
貫通孔２４に連通し、他端部２１ｂが燃焼器本体１１の
前端面１４に開口している。

上記第１ないし第３の通路列１６，１９．２１のそれぞ
れは、排ガス、空気もしくは燃料からなる流体のうちの
いずれ、か１つが流れる通路列とされ、かつｒ記３つの
通路列１６，１９．２１を流れる流体が互いに異なるよ
うにされるのであるが、この実施例では、第１図に示す
ように、Ｌ配給１の通路列１６に排ガス２５を、−上記
第２の通路列１９に燃料２６を、上記第３の通路列２１
に空気２７をそれぞれ矢印方向に流している。

また、上記燃焼器本体１１の前端側には、第６図に示す
ように、火炎を保持するだめの空間２９を介してＪ−、
記３つの通路列１６，１９．２１の開口を覆う板状の被
加熱体３０が６！置され、この被加熱体３０は、ブラケ
ット３１を介して燃焼器本体１■に漏れのないように同
定されている。

ところで、上記３つの通路列１６，１９．２１はどのよ
うに組み合わせてもよいのであるが、この実施例では、
燃料２６が流れる第２の通路列１９の両側に空気２７が
流れる第３の通路列２１を配役し、第３の通路列２１に
隣接して排ガス２５か流れる第１の通路列１６を１￥置
しており、これによって、排ガス２５の高熱で燃料２６
が炭化するのな防１１−する一方で、排ガス２５と空気
２７との間で熱交換を行なわせて、空気２７を予熱して
いる。

さらに、この実施例では、燃料２６が流れる第２の通路
列１９と空気２７が流れる第３の通路列２１とを仕切る
通路壁３３の前端縁３３ａが、他の通路列間、すなわち
、空気２７か流れる第３の通路列２１と排ガス２５が流
れる第１の通路列１６とを仕切る通路壁３４の前端縁３
４ａよりも、後方に設定されている。これにより、燃料
２６と空気２７は、空間２９に入る前に十分混合される
ことになり、燃焼効率が向上する。また、Ｌ記通路壁３
３の前端縁３３ａは、押しつぶされて若干膨らんだ膨出
部となっており、この膨出部が、空気２７を乱して保炎
の働きをする。

こうして得られた燃焼器３５を実際に使用する際には、
第７図に示すように、燃料ヘッダ３６および燃料管３７
と、空気ヘッダ３８および空夕（管３９とをそれぞれ接
続するとよい。

つぎに、第１図の燃焼器本体１１の製造方法の一例につ
いて説明する。

まず、粘土状のセラミックス材料を／＼ニカム形状のダ
イスから押出し成形することにより、第８図（Ａ）に示
す燃焼器本体１１を造る。このようなセラミックハニカ
ム構造物は、既に自動車において排気浄化用の三元触媒
装置の触媒担体として広く使用されている。

つぎに、第８図（Ｂ）に示すように、燃焼器本体ｌの上
側面１７からカッタで切り込んで貫通孔２３を設け、こ
の貫通孔２３の後ろ側に、燃焼器本体１１と同一・のセ
ラミックス材料からなる閉塞部材２２を詰め込んで、第
２の通路列１９を形成する。

さらに、第８図（Ｃ）に示すように、燃焼器本体１の一
ト側面２０から力・ンタで切り込んで貫通、７Ｌ２４を
設け、この貫通孔２４の後ろ側に、燃焼１本体１１と同
一のセラミ・ンクス材料からなる閉塞部材２２を詰め込
んで、第３の通路列２１を形成する。

第８図（Ａ）の多数の通路１３のうち、閉塞されない通
路列は第１の通路列１６となる。

最後に、全体を焼成して、第８図（Ｄ）に示す燃焼器本
体１１を完成する。

この発明の燃焼器３５は上記のような構成になっており
、第６図の第２の通路列１９と第３の通路列２１を通っ
て、燃料２′６と空気２７が空間２９に入り、燃焼した
のち、その排ガス２５が第１の通路列１６を通って゛排
出される。

ここで、燃焼器本体１１の前端部にバーナ部が形成され
、燃焼器本体ｌｌ内に熱交換部が形成されているから、
すなわち、バーナ部と熱交換部とが一体形成されている
から、燃焼器３５全体が小型で軽量に−なるとともに、
製造組立が簡単になり、生産性が向−ヒする。

また、多数の通路１３で構成された各通路列１６．１９
．２１に排ガス２５．燃料２６．空気２７を流すから、
排ガスの熱回収が有効に行なわれるとともに、拡散燃焼
による面燃焼が可能になり、熱流束が均一化され、′被
加熱体３０にホ・・２１・スポットが４発生しなくなる
。ここで、上記燃料２６と空気２７は、燃焼部分である
空間２９に入って初めて混合されるから、すなわち、従
来のような予混合式ではないから、逆火は全く生じない
。

さらに、燃焼器本体１１の前面全体を火炎面積とするこ
とができるので、火炎面積が大きくなり、しかも、バー
ナ部である燃焼器本体１１の前端面１４を被加熱体３０
に直交して接近させてインピンジ効果を利用することが
できるので、火炎から被加熱体３０への熱伝達が良好に
なされる。

また、熱伝達が良好な分だけ火炎温度が低下するので、
各構造部材の熱負荷が軽減されるとともに、窒素酸化物
の排出量の・減少、および、放熱損失の低減が実現され
る。

さらに、燃焼器本体１１は、断面ハニカムの一体構造物
からなるので、均質であって通路壁間の継ぎ目かないか
ら、熱伝達が均一になされて熱交換効率が向上し、燃料
消費率が向上するうえに、流体抵抗が小さくなり、加え
て、強度上も有利である。しかも、セラミックスの一体
構造物であるから、高い強度を維持しながら、通路壁３
３，３４を薄く形成できるので、熱伝達が良好になり、
熱交換効率が一層向上する。その結果、排ガス２５や空
気２７の予熱が充分に行なわれるので、必要ならば、火
炎温度を高めて、燃えにくい低カロリー燃料を燃やすこ
ともできる。

また、セラミックハニカムの押出し成形で燃焼器本体１
１を造っておき、この燃焼器本体１１に簡単な二次加工
、すなわち、カッタでの切り込みと、閉塞部材２２の詰
込みとを行なうだけで燃焼器本体１１を製造することが
できるから、生産性が極めて良好である。

第９図はこの発明の第２の実施例を示すもので、燃焼器
本体１１の前端面１４に発泡セラミックからなる通気性
赤熱体４１を取り付けたうえで、被加熱体３０を装着し
ている。こうすると、第１０図に示すように、通気性赤
熱体４１の内部で燃料２６と空気２７の混合が促進され
、燃焼効率が向上する。また、通気性赤熱体４１がふく
射熱を大量に出し、被加熱体３０が有効に加熱されると
ともに、通気性赤熱体４１が排ガス２５からも熱を吸収
してふく射熱を出すので、被加熱体３Ｏへのより均一な
加熱が行なわれる。さらに、通気性赤熱体、４１により
保炎がなされ、燃焼が安定する。

また、第３の実施例として、第９図の通気性赤熱体４１
に酸化触媒を含浸させたものを用いとよい。たとえば、
通気性赤熱体４１の前面４１ａを、白金もしくはパラジ
ウムのような酸化触媒の溶融液に漬けて、上記前面４１
ａに酸化触媒を付着させる。これによれば、着火が容易
になるとともに、燃焼効率が向上し、また、低い温度で
燃焼させることができるので、窒素醇化物が少なくなる
。

さらに、上記した着火が容易になることから、着火装置
として従来のプラグを用いないで、第１１図に示す′よ
うに、ヒータ４３を用いて空気２７を加熱するだけで、
着火が可能になり、したがって、着火装置が簡略化され
る。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明によれば、バーナ部と熱
交換部とが一体形成されるから、燃焼器全体が小型で軽
量になるとともに、製造組立が簡単になり、生産性が向
上する。

また、排熱回収を行なって加熱の効率を高めながら、拡
散燃焼による面燃焼ができ、火炎温度が低下し、熱流束
が均一化され、被加熱体にホットスポットが発生しなく
なる。さらに、被加熱体への熱伝達が良好になされ、火
炎温度が低下することから、各構造部材の熱負荷が軽減
されるとともに、窒素酸化物の排出量の低下、および、
放熱損失の低減が実現される。

また、燃焼器本体が横断面ハニカム形状で、セラミック
スの一体構造物からなるので、均質であって継ぎ目がな
く、通路壁も薄くできるから、熱交換効率が向上して、
燃料消費率が向上するうえに、流体抵抗が小さくなり、
しかも、強度Ｊ−も有利である。さらに、セラミックハ
ニカムの押出し成形で能率良く燃焼器本体を造って、こ
の燃焼器本体に簡単な二次加工を施すだけで燃焼器を得
ることができるから、生産性が極めて良好である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例を示す斜視図、第２図
は同実施例の横断面図、第３図ないし第５図同実施例の
要部を示す切欠した斜視図、第６図は同実施例の平面断
面図、第７図は同実施例を用いた燃焼システムの一例を
示す概略断面図、第８図は同実施例の製造工程を示す工
程図、第９図は第２の実施例を示す斜視図、第１０図は
同実施例の要部を示す横断面図、第１１図は第３の実施
例を用いた場合の着火装置を示す概略構成図である。 １１・・・燃焼器本体、１２・・・軸方向、１３・・・
通路、１４・・・前端面、１５・・・後端面、１６・・
・第１の通路列、１７・・・１つの側面、１９・・・第
２の通路列、１９ａ・・・一端部、１９ｂ・・・他端部
、２０・・・他の側面、２１・・・第３の通路列、２０
ａ・・・一端部、２０ｂ・・・他端部、２２・・・閉塞
部材、２３．２４・・・貫通孔、２５・・・排ガス、２
６燃料、２７空気、３３．３４・・・通路壁、２９・・
・空間、３０・・・被加熱体。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃焼器から排出される排ガスと、燃焼器へ供給さ
   れる空気および燃料との間で熱交換させたうえで上記空
   気と燃料とを混合して燃焼させる燃焼器であって、軸方
   向に延びる直線状の通路を多数寄せ集めた横断面ハニカ
   ム形状で、セラミックスの一体構造物からなる燃焼器本
   体を有し、上記多数の通路は、上記軸方向に延びて上記
   燃焼器本体の前後端面に開口する第１の通路列と、通路
   に閉塞部材が設けられて、一端部が燃焼器本体の１つの
   側面に設けられた貫通孔に連通し、他端部が燃焼器本体
   の前端面に開口する第２の通路列と、通路に閉塞部材が
   設けられて、一端部が燃焼器本体の他の側面に設けられ
   た貫通孔に連通し、他端部が燃焼器本体の前端面に開口
   する第３の通路列とからなり、上記燃焼器本体の前端側
   −に、火炎を保持するための空間を介して上記３つの通
   路列の開口を覆う被加熱体を配置し、上記第１ないし第
   ３の通路列のそれぞれは、上記排カス、空気もしくは燃
   料からなる流体のうちのいずれか１つが流れる通路列と
   され、かつ上記３つの通路列を流れる流体が互いに異な
   ることを特徴とするセラミックハニカム燃焼器。
2. （２）燃料が流れる通路列の両側に空気が疏れる通路列
   が配置され、この空気か流れる通路列に隣接して排ガス
   が流れる通路列が配置された特許請求の範囲第１項記載
   のセラミックハニカム燃焼器。
3. （３）燃料が流れる通路列と空気が流れる通路列とを仕
   切る通路壁の前端縁が、他の通路列間の通路壁の前端縁
   よりも後方に設定されている特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載のセラミックハニカム燃焼器。