JPS60213717A - 輻射面燃焼バーナ - Google Patents

輻射面燃焼バーナ

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JPS60213717A
JPS60213717A JP60040961A JP4096185A JPS60213717A JP S60213717 A JPS60213717 A JP S60213717A JP 60040961 A JP60040961 A JP 60040961A JP 4096185 A JP4096185 A JP 4096185A JP S60213717 A JPS60213717 A JP S60213717A
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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】 本発明は、前面により燃焼面を画成する多孔質部材と、
燃焼鳩ガス混合物を、ガス分配空間から多孔質部材の後
面まで移送すると共に前記部材を通してその燃焼面まで
移送する手段とを備えた輻射面燃焼バーナに関する。
輻射面燃焼バーナにおいて燃焼性ガス混合物を多孔質部
材に強制通過させ、かつこの部材の前面近傍で着火させ
る場合、燃焼マスは前面を加熱して白熱させるので、エ
ネルギの大部分は輻射熱として放出される。
燃焼性ガス混合物は、一般に燃料ガスと空気よび石油ガ
スである。
自由長表面燃焼とは異なり、輻射面燃焼は、反応帯域が
多孔質部材の表面層内に存在しかつ周囲温度環境へ自由
に放射する際に表面層の温度が一般に１０００〜１３０
０°にとなるような燃焼過程である。
自由長表面燃焼の場合、燃焼性混合物は、反応帯域が多
孔質部材の前面の前方（すなわち下流）近くに存在する
ような条件で多孔質部材を通過する。反応帯域における
ガスの温度は一般にこの混合物の断熱値（化学量論的な
天然ガス／空気混合物については２２００°Ｋ）に近く
、かつ多孔質部材の表面層は８００’に未満の温度を有
する。自由長表面燃焼の場合には、輻射面バーナによる
よりもずっと少ない輻射は主として燃焼生成物による放
熱から生じ、多孔質部材の表面層からは殆んど生じない
。
材料特性に対する要求は、自由長表面燃焼に対するより
も輻射面燃焼に対しずっと厳しいことが明らかであろう
。
市販の輻射面燃焼バーナは一般に、粒状化セラミック材
料またはセラミック繊維で形成された多孔質部材を備え
る。これら多孔質部材のための主たる要件は、高温度の
表面燃焼環境において熱衝撃および酸化に耐える能力で
ある。セラミック材料は、良好な酸化耐性を有すること
が知られている。しかしながら、制御条件は、加えられ
る極めて高い熱的および機械的応力に耐えるセラミック
の能力は限定されているということである。セラミック
部材に関する他の問題は、これら部材が脆くかつ室温で
さえ容易に破壊することである。セラミック材料で経験
される上記欠点を克服するため、金属線メツシュを多孔
質部材に使用することが既に提案されている。全体的に
金属性の輻射面燃焼バーナは、極めて丈夫でありかつよ
り良好な熱衝撃耐性を有する点において、セラミック部
材を有するバーナよりも極めて有利である。しかしなが
ら、たとえばステンレス鋼のような入手しうる金属は、
　１２００°によりも高い温度に遭遇するような表面燃
焼条件下において急速に酸化する。酸化による劣化は多
孔質部材の流動抵抗を増大させ、これがその使用寿命を
著しく制限する。公知の金属輻射バーナ部材は、したが
って、かなり緩るい温度条４外下での用途に限定される
。
本ｉ明の目的は、高温度の表面燃焼条件下にて高い酸化
耐性と熱衝撃耐性とを室温における機械強度と組み合せ
て有する金属多孔質部材を備えた改良輻射面燃焼バーナ
を提供することである。
本発明による輻射面燃焼バーナは、クロムとアルミニウ
ムとを含有する不織鋼繊維の焼結壁部からなる多孔質部
材を備える。
本発明による多孔質部材は、たとえば不織構造の平板ま
たは円筒壁部よりなり、多かれ少なかれ鋼繊維のランダ
ム充填構造を扁平シートまたは／９ネルまで圧縮し、次
いでこれを焼結して形態の強度、凝着性および安定性並
びに透過性を得ることにより作成される。焼結したノ々
ネルまたはシートは、変形可能であり、機械加工するこ
とができかつ溶接可能であるという他の利点をも有する
。
これらは、焼結の前または後にその最終形態にすること
ができる。
クロムとアルミニウム牛を含有する鋼は、高温度におい
て高い酸化耐性を有しかつ輻射面燃焼バーナ部材で生ず
るような熱サイクルに対し耐性を有する。本発明による
部材の初期機械強度は長時間にわたり維持され、脆性が
生じない。
典型的には、本発明による多孔質部材の場合、６０〜９
０％の多孔度が使用される。より好ましくは、５０μ未
満の直径を有する極めて細い繊維が使用され、これは典
型的には３００〜３０００に！？／ｍ６の密度をもたら
す。金属線メツシュは、不織繊維よりも所望特性の多孔
質部材に変化させるのがずつと困難である。
驚ろくことに、本発明による輻射バーナは１００〜１０
０１０００ｋＷの熱投入量にて操作することができるの
に対し、セラミック繊維多孔質部材を使用する輻射面燃
焼バーナは１００〜４００　ｋｐｍ−”の熱投入量（ｋ
Ｗｍ−２の熱投入量は多孔質部材輻射面１ｉ尚りの熱投
入量である）でしか操作することができない。
焼結不織鋼繊維を用いれば、セラミック繊維によるより
も薄い多孔質部材を作成することができ、したがってよ
り低い多孔質部材の流動抵抗を得ることができる。
少量のイツトリウムを含有するＣｒＡＪ鋼によって良好
な結果が得られた・本発明による多孔質部材に使用する
のに特に適したＳ類の耐熱性かつ耐酸化性の鋼は、１５
．０〜２２．０重量％のクロムと４．０〜５．２重量−
のアルミニウムと０．０５〜０．５重量％のイツトリウ
ムと０．２〜０．４重量−の珪素と０．０３重量−未満
の炭素とを含有する。
加熱すると、アルミナ含有層がこの種類の鋼から作成さ
れた繊維の表面に形成され、高温度において高い酸化耐
性を与える。アルミナ含有層は、層中に生じた全ての亀
裂が酸素の存在下で自己治癒するという利点を有する・ さらに本発明は、本発明による上記バーナの操作方法に
も関し、この方法においては燃料／空気の混合物を１０
０〜１０００　ｋＶｈ−”の熱投入量にて多孔質部材に
通過させる。これにより、輻射面燃焼が達成される。
多孔質部材を流動方向に通る熱伝導性を最小化させるた
め、繊維は主として流動方向に対し垂直な面に載置する
ことができる。
輻射面燃焼バーナは一般に、多孔質部材を支持するため
の不透過性材料のフレームと、燃焼性ガス混合物を前記
フレームおよび／または多孔質部材により包囲されたガ
ス分配空間中へ導くための導管手段とから、なっている
。多孔質部材の前面層は反応帯域であるため、この多孔
質部材は比較的薄く、たとえば数ミリに作成することが
できる。
耐性の低い多孔質材料の裏打材として、支持体を多孔質
部材の後面に取り付けることもできるであろう。
輻射バーナのフレーム部分は、好適にはたとえばステン
レス鋼のような金属で作成され、多孔質部材を支持しか
つガス混合物の充満空間を形成するのに必要な形状に加
工し、押圧し、または成形することができる。多孔質部
材は、たとえばボルト固定、鋲固定または溶接のような
任意適当な方法でフレーム部分へ固定することができる
。
優秀な酸化耐性および強度を有するという利点の他、さ
らに本発明によるバーナは操作可能において利点を有す
る。操作に際し、本発明によるバーナは、従来の輻射バ
ーナ（特に粒状セラミック材料で形成された多孔質部材
を有するバーナ）と比較して、低いＮＯｘ放出と組み合
せて改良された表面加熱の均一性を有することが判明し
た。この均一な熱放出パターンは、恐らく試験した多孔
質媒体の均一な孔分布から生ずると思われる。
本発明による型式の輻射バーナは、さらに典型的には１
０：１までの絞り比（ｔｕｒｎｄｏｗｎ　ｒａｔｉｏ　
）を有することが判明し、これは入手しうる輻射バーナ
よりも著しく大であう。絞り比とは、輻射面燃焼を与え
るための最大熱投入量と最小熱投入量との比であると理
解される。
以下、添付図面を参照して本発明を説明する。
第１図には、たとえばステンレス鋼のような耐熱性金属
の／々−ナフレーム１が示され、これはクロムとアルミ
ニウムとを含有する鋼の繊維で作成され、かつ焼結され
た多孔質部材２を支持する。
この多孔質部材２は、ボルト止フランジ４によりバーナ
フレームｌにしつかり固定される。パーナナフレーム１
と多孔質部材２とは、分配用邪魔板６を設けたガス分配
空間５を包囲し、前記分配邪魔板は、入ロアを介して導
入された燃焼性ガス混合物を多孔質部材２のほぼ全領域
にわたって均一分配する。バーナを炉の操作に使用し５
るようにするため、バーナフレーム１を耐火材の本体８
に収納する。
第２図は他の／々−すを示し、このバーナはたとえばガ
ス燃焼の代りに石油燃焼を用いるようなボイラーに使用
するのに特に有利である。このバーナは、閉鎖端部を有
するチューブの形態の多孔質部材１０からなっている。
この多孔質部材をボルト固定によりフレーム１１に接続
する。フレーム１１と部材１ｏとの間の気密接続を確保
するため、ガスケット１２をこれらバーナ部品の間に配
置する。
７レーム１１には、燃焼性ガス混合物を多孔質部材１０
により包囲された分配空間１４へ供給するためのガス人
口１３を設ける。空間１４の容積を最小にするため、こ
の分配空間１４にはプラグ１５を中央に設ける。このプ
ラグ１５は、たとえば金属のような任意の不透過性材料
で作成することができる。
さらに、本発明によるバーナは、多孔質部材に１、より
包囲された燃焼空間を有するトンネルとして成形するこ
ともできる。
上記の例は、使用する材料の高展延性により多孔質部材
を全く異なる方法で成形しうろことを示している。
以下、実施例により本発明をその使用および操作につき
説明する。
実施例 パネルの形態の多数のバーナ部材を、登録商標フエクラ
ロイ（Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ　）として入手しりる１５．
８重量％のクロムと４．８重量％のアルミニウムと０．
３重′Ｊｔ％の珪素と０．０３重量％の炭素と０．３重
量−のイツトリウムとを含有する鋼繊維よりなるベキポ
ール（Ｂｅｋｉｐｏｒ　）という名称の特許製品から作
成した。これらの／Ｑネルを、不規則に置いた直径２２
μの繊維から形成し、圧縮しかつ焼結して多孔度的８０
％の剛板を得た。不規則に置かれた繊維により形成され
た迷路構造は、これら／（ネル中に高度の透過性を与え
る流路そ形成する。）９ネルの透過度は、これら／ｑネ
ルに対する空気流動の際に測定した圧力損失から決定し
た。、Ｑネルの粘性（ダルシー）透過性は１０１μｍ２
（ダルシー）であることが判明した・これらパネルは公
称厚さ４ｗｎおよび６馴で１５０閤平方であった。これ
らノ背ネルを、第１図に示すように、ステンレス鋼の箱
体に装着した。これらパネルを、化学量論的天然ガス／
空気混合物を用いる屋外空気において、１００〜２５０
０　ｋＷｍ−２の熱出力範囲にわたり、ガスの全カロリ
ー値およびパネル表面の表面積に基づいて燃焼試験した
。２００　ｋＷｍ−２において、／Ｑネル表面は数秒間
で均一加熱されるようになり、表面温度（消失フィラメ
ント光学パイロメータにより測定）は１０５０°にであ
った。１００１００ｋＷにおいても、ノｑネル表面は均
一加熱されたが、温度はノｑイロメータの下限値よりも
低く、１０２０°にであった。熱投入量の増加は、表面
温度を８００　ｋＷｍ−２にて１１６０°にの最大値ま
で増大させた。２０００ｋＷｍ−２を越えると、火炎は
ノ（ネルの表面層には確立されず、自由長として表面上
方に確立され１．Ｑネル表面は冷温度に保たれ、すなわ
ちパネルはもはや放射燃焼しなかった。　１００１００
（１−２０００ｋＷの範囲に遷移領域が存在し、接合部
に表面燃焼と自由長燃焼との両者が存在した。
均一な表面燃焼条件の下で、充気室におけるガス圧力は
均等な空気流速値から２００　ｋＷｍ−２における３、
２と１００１０００ｋＷにおける１、ａトノ間（１）係
数だゆ増大した。完全な自由炎条件下、すなわち２００
０ｋＷｍ　より大きい場合、燃焼の際のガス圧力は、周
囲を気の均等流速で得られる値と同じであった。
全ての安定操作条件において、ノｑネルの後面温度は３
２０°に以下に留まった。使用した鋼の伝熱性はセラミ
ック材料と比較して高（、すなわち８００°Ｋにおいて
２８Ｗｍ　Ｋ−であるが、パネルに対する流動方向の有
効伝熱性は極めて低い。何故なら、互いの熱接触が貧弱
である繊維が、流動方向に対し垂直な平面に主として載
置されているからである。
輻射面燃焼方式で数時間試験した後、パネルの透過性を
再測定したが、変化は見られなかった。
長時間加熱が透過性に悪影響を及はさないことを証明す
るため、１個の全、Ｑネルを空気中で１４００’Ｋにて
全部で２５時間焼成したが、透過性の変化は観察されな
かった。
素酸化物につき分析した。輻射面燃焼方式において、ピ
ーク濃度は表面の直ぐ下流に見られた。見出されたＮＯ
の濃度は極めて低く、２００および６００ｋＷｍ　にお
いて、それぞれ１２〜２４ｐｐｍｖの範囲であった。こ
れは、輻射面燃焼方式で得られる比較的低い燃焼温度に
基づいている。自由炎方式の操作では、ＮＯ値はそれよ
りずっと高（，１５０〜２５０ｐｐｍｖの範囲であり、
ピーク濃度は表面の約１５０ａｍ下流に生じた。このよ
うな１１１度は、断熱値に近す火炎温度に達するような
慣用のプレミックス型ガスバーナを象徴する。
表面燃焼バーナに対する高温操作の限界は、フラッシュ
バック（充満室へ逆行する燃焼）８もたらすような不安
定な侵入燃焼が生ずる場合に達する。最高安定表面温度
は、輻射損失を漸次減少させるようバーナを炉箱内に封
入しかつ表面温度を不安定性の点において記録すること
により測定した。　４００ｋＷｍ−２の熱投入量におい
て、この最高安定表面温度は１４２０°にであることが
判明し、これは８００　ｋＷｍ−２にて１５２０°Ｋｌ
で増大した。
上記の結果は全て厚さ６■の／にネルについてのもので
あるが、厚さ４ｍ＋のパネルでは充満室における低圧力
が得られた点に訃いてのみその性能が異なっていた。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発ＢＡ＃こよる第１のバーナの断面図、第２
図は本発明による第２のバーナの断面図である。 １・・・フレーム、　２・・・多孔質部材、４・・・フ
ランジ、　５・・・空　間、６・・・邪魔板、　７・・
・入　口、 ８・・・本　体。 第１頁の続き ０発　明　者　レズリー・チャール　イギリス国、・ズ
・シャーヴイル　プール・レイ ［相］発　明　者　ケニス・フレデリツ　イギリス国、
り・コールズ　プール・レイ： 升エシャー、ニア−・チェスター、インス、／（番地な
し） 升エシャー、ニア−・チェスター、インス、／（番地な
し）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）前面により燃焼面を画成する多孔質部材と、燃焼
    性ガス混合物をガス分配空間から前記多孔質部材の後面
    まで移送すると共にこの多孔質部材を通してその燃焼面
    まで移送する手段とを備える輻射面燃焼バーナにおいて
    多孔質部材がクロムおよびアルミニウムを含有する不織
    鋼繊維の焼結壁部を含むことを特徴とする輻射面燃焼／
    々−す・ ｉ　’　（２）　鋼がさらに少量のイツトリウムを含有
    する１・　特許請求の範囲第１項記載の輻射面燃焼バー
    ナ０ （３）鋼が１５．０〜２２．０重量−のクロムと４．０
    〜５．２重量％のアルミニウムと０．０５〜０．４重量
    ％のイツトリウムと０．２〜０．４重量％の珪素と０．
    ０３重量−未満の炭素とを含む特許請求の範囲第２項記
    載の輻射面燃焼バーナ。 （４）燃料／空気の混合物を１００〜１０００　ｋＷｒ
    ｒＬ−２の熱投入量にて多孔質部材に通過させる、特許
    請求の範囲第１項から第３項のいずれかに記載の輻射面
    燃焼バーナの操作方法。
JP60040961A 1984-03-05 1985-03-01 輻射面燃焼バーナ Granted JPS60213717A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB848405681A GB8405681D0 (en) 1984-03-05 1984-03-05 Surface-combustion radiant burner
GB8405681 1984-03-05

Publications (2)

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JPS60213717A true JPS60213717A (ja) 1985-10-26
JPH0467090B2 JPH0467090B2 (ja) 1992-10-27

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Family Applications (1)

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Country Status (6)

Country Link
US (1) US4597734A (ja)
EP (1) EP0157432B1 (ja)
JP (1) JPS60213717A (ja)
CA (1) CA1249214A (ja)
DE (1) DE3566832D1 (ja)
GB (1) GB8405681D0 (ja)

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