JPH03225105A - 表面燃焼バーナ - 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］ 本発明は、耐燃焼性材料層と金属ファイバーマット層と
を接合して構成した２層構造の表面燃焼バーナ、特にそ
の両層間の接合方法に関する。

［従来の技術］ 食品の調理、加熱や塗装物の乾燥等、幅広い分野での応
用か期待されている赤外線加熱装置、その熱源に安価で
高カロリーなガス燃料を用いる技術の１つとして表面燃
焼バーナかある。

表面燃焼バーナは、通常の燃焼では対流によって大部分
持ち去られる燃焼ガスの熱エネルギーを輻射熱に効率的
に変換するもので、通気性のある板材（以下バーナ板と
する）の一方の側から空気とガス燃料を予混合したもの
を供給し、他方の側の表層部でこれを燃焼させることに
より、バーナ板の表層部自身を加熱して、これに輻射熱
の放出を行わせるものである。従って、表面燃焼バーナ
においては、火炎がバーナ板の表面に密着、または表層
部に侵入した状態でガス燃焼が維持され、火炎と、赤熱
状態に加熱されたバーナ板表層部とから輻射熱が放射さ
れる。

表面燃焼バーナにおいて、そのバーナ板の素材に金属焼
結板やセラミックス焼結板を用いたものは、調理器具等
、いくつかの分野で既に実用化されており、金属やセラ
ミックスの繊維を層状に焼結したファイバーマットを用
いたものも盛んに研究されている。これらの表面燃焼ハ
ーナテハ、輻射熱を高能率に得られることに加え、風や
温度等の外部環境に左右されない安定した燃焼が可能で
あるという利点を有するが、特に、ステンレスファイバ
ーを焼結させたマットＣ以下ＳＯＳマットと呼ぶ）製の
バーナ板は、表面形状の複雑な整形も可能で、その強度
も良好、空隙率の高い材料を運択すれは、大面積、低圧
損、高燃焼度、高出力密度なものを容易に製作でき、し
かも比較的安価であるために、例えば屋外作業現場にお
ける暖房装置や、自動車塗装の焼付や乾燥等への応用が
期待されている。

第３図は、ＳＯＳマット製のバーナ板を用いた表面燃焼
バーナの一例、屋外作業現場で用いられる赤外線暖房器
の構造を示す模式図で、バーナ板を含む部分が断面で示
される。

第３図においてバーナ板ｍは、直径２０μｍ、長さ５０
ｍｍ程度の５ＵＳ３１６の長繊維を、マット状に成形し
た後に相互に焼結させた厚さ５ｍｍのＳＵＳマットで構
成され、運転中には、その表層部ｍ１かガス燃焼域、お
よび輻射熱の放出部となっている。

ここで、このバーナ板ｍか取付けられたバーナ本体Ｋに
は、ガスノズルＧＮ、電磁弁Ｓｖ、燃料のガスのホンへ
Ｔを含むガス供給系、送風機Ｆを含む空気供給系が接続
される。また、バーナ板ｍの下端に対向させて、着火用
のスパーク電極Ｓが設けられ、制御装置Ｃは、そのスイ
ッチを操作することにより、電磁弁ＳＶと送風機Ｆを作
動させるとともに、スパーク電極Ｓとバーナ板ｍの間に
スパイク状の高電圧を印加してバーナ板ｍ表面のガス−
空気混合体の着火を行う。以上の各構成部材は、車輪を
設けた移動自在な基台Ｂ上で相互に位置関係を固定され
ている。

さて、制御装置Ｃのスイッチを操作してこの暖房装置を
起動すると、電磁弁ＳＶが開かれてノズルＧＮから燃料
のガスが噴射、供給されるとともに送風機Ｆが起動して
空気が供給され、バーナ本体に内では、燃料のガスと空
気とが混合状態となってバーナ板ｍ方向に流れ、これを
通過して表層部ｍ１から外部に浸み出す。一方、高電圧
か印加されたスパーク電極Ｓとバーナ板ｍの間には、ス
パークが発生し、この部分に浸み出した空気−ガス混合
体は着火され、火炎は速やかにバーナ板ｍの表面全体に
伝播して燃焼運転か開始される。

ここで、この表面燃焼バーナに効率の良い燃焼を行わせ
るためには、ガス供給量と空気供給量とかｇｉＩｉ、密
に制御される必要がある。すなわち、ガス供給量と空気
供給量の比（混合比）をほぼ化学反応の量論比相当とし
、バーナ板ｍを通過するガス−空気混合体の流量は、火
炎かバーナ板ｍの表面を離脱しない範囲に定められる。

これにより、バーナ板ｍの表層部ｍ１では、安定した燃
焼が持続されて赤熱状態となり、はぼ表層部ｍ１の温度
に依存した量の輻射熱が放射される。

［発明が解決しようとする課題］ ＳＵＳマット製バーナ板を用いた表面燃焼バーナでは、
赤熱状態となるバーナ板表層部の酸化劣化の進行が著し
く、ＳＯＳマットは急速に痩せ細つて崩壊に至るため、
バーナ板の寿命が短く、例えは、従来例の暖房機のバー
ナ板ｍの寿命は、通常の運転でも１００時間を越えなか
った。

第４図は、従来例の表面燃焼バーナが通常の運転を行っ
た場合の、バーナ板ｍの厚さ方向の温度分布を示す。

第４図において、バーナ板ｍの表層部ｍ１における温度
は、１２００℃に達しており、常用温度として８００℃
以下を採用すべきＳＵＳマットに対しては厳しい環境で
ある。一方、ＳＵＳマット自身は熱伝導度の低い材料で
あり、通過する未燃焼なガス−空気混合体により常に冷
却されているから、表層部ｍ１から離れると温度は急激
に下がり、わずか１　ｍｍ内部では８００℃以下となり
、ＳＵＳマットが十分耐える温度である。

この点に注目して、バーナ板ｍの表層部ｍ１を耐燃焼性
材料、例えばＡ　ｈｏ　３フアイバーを焼結したマット
に置換える、すなわち、ＳＵＳマットと耐熱材料マット
を接合して２層構造のバーナ板とする試みが行われた。

しかし、ＳＵＳファイバ−と耐熱材料ファイバーとては
、焼結温度か相当に異なるため、焼結によるマット間の
接合は困難である。また、耐熱ビスとナツトを用いた２
層間のねし止めや、耐熱線材を用いた両者間の縫い合せ
等による接合も試みられたが、両者を貫通する孔や耐熱
部材により燃焼面における燃焼の均一性が失われ、この
孔や耐熱部材に沿ってＳＵＳマットの劣化が進行するた
め、望むようなバーナ板の寿命延長効果は得られなかっ
た。

本発明は、ＳＵＳマット層と耐熱材料層との接合が強固
で、しかも燃焼面における燃焼均一　性が確保される寿
命の長い表面燃焼バーナを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の請求項（１）の表面燃焼バーナは、耐燃焼性を
有しガス燃焼域を形成する第１層と、第１層にガス供給
を行うとともにこれを支持する第２層とを有する表面燃
焼バーナにおいて、第１層に縫合せ接合され、第２層に
は焼結接合された第３層を、第１層、第２層間に配置し
たものである。

本発明の請求項（２）の表面燃焼バーナは、請求項（１
）に記載の表面燃焼バーナにおいて、第１層としてセラ
ミッククロスを用いたものである。

［作用］ 本発明の請求項（１）の表面燃焼バーナにおいては、第
２層の側から空気とガスを予混合したものが供給され、
この混合体は、第２層を通過して第１層に浸み出して第
１層の表層部で燃焼し、この表層部を加熱して赤熱状態
にする。ここで、第１層には、例えばセラミックファイ
バーマットのような耐燃焼性材料が、また第２層には、
強度や経済性を考慮して一般的にはＳＵＳマットが採用
される。

一方、第１層と第２層とは、第１層に縫合せ接合され、
第２層には焼結接合された第３層を介して強固に接合さ
れている。すなわち、第３層は第２層と焼結容易な材料
、例えば同材料であり、第１層と第３層とを縫合せ接合
した後に、これを第２層に焼結接合、または第３層上に
第２層素材を積重ねて焼結してマット化する。

これにより、第２層、第３層は、ガス燃焼による高温に
直接さらされずに済む。また、バーナ板を貫通する孔や
耐熱部材が無いから、その燃焼面における空気−ガス混
合体流量、および燃焼状態の均一性が保たれる。

ここで、第１層には、種々の耐熱材料、すなわちセラミ
ックファイバーマットや高融点金属ファイバーマット、
または同様な素材を用いた織り布やパイル地クロス等が
採用されるが、第１層、第２層、第３層それぞれの材料
は、その空隙率を揃える、もしくは各接合部において空
隙率の段差や急変が発生しないようにするのが望ましい
。また縫合せに用いる糸は、耐燃焼性のある素材、例え
は耐熱金属のカンタルやセラミックス繊維材の撚り糸や
単線材か用いられるが、燃焼状態を均一にする観点から
は細いものか望ましい。

本発明の請求項（２）の表面燃焼バーナでは、第１層が
、セラミックファイバーマット等よりも取扱い容易で、
しかも縫合せによるつぶれや崩壊が発生しにくいセラミ
ッククロスであるから、例えば通常の工業用ミシン等を
用いて簡単に第１層と第３層の接合を行うことかできる
。

し発明の実施例〕 本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の実施例に係る表面燃焼バーナのバー
ナ板部分の構造を示し、（ａ）はバーナ板Ｍの正面図、
（ｂ）はその一部分を拡大して側面から見た断面図であ
る。本実施例の表面燃焼バーナは、従来例の表面燃焼バ
ーナのＳＵＳマット１層構造のバーナ板ｍを、第１層と
してＡ　Ｉ２０３クロス１、第２層、第３層としてそれ
ぞれＳＵＳマット２．３を採用した３層構造のバーナ板
Ｍとしたものである。

第１図（ａ）、（ｂ）において、第１層のＡｌ２Ｏ３ク
ロス１は、直径８μｍのＡｌ２Ｏ３長繊維からなる不織
布で厚さ１〜２ｍｍ、また、第２層、第３層のＳＵＳマ
ット２．３は、直径２０μｍ、長さ５０ｍ１１１程度の
５ＵＳ３１６の長繊維をマット状に成形して相互に焼結
させたもので、それぞれ厚さが４ｍｍと０．５ｍｍであ
る。また、Ａ　Ｉ２０３クロス１およびＳＵＳマット２
．３の空隙率は、はぼ等しく９０％以上となっている。

このバーナ板、Ｍは、厚さ１〜２ｍｍのＡｌ２Ｏ３クロ
ス１と、厚さ０．５ｍｍのＳＯＳマット３を重ねて、鉄
、クロム等の合金であるカンタルの単線と工業用ミシン
とを用いて約１０ｍｍ角の基盤目状のステッチパターン
に従って縦横に縫合せた後、ＳＵＳマット３上に厚さ４
ｍｍのＳＵＳマット２を重ね合せ、高温状態で加圧して
焼結接合したものである。

第２図は、本実施例の表面燃焼バーナにおけるガス−空
気混合体のガス混合比（実際の空気供給量と量論比相当
量との比）と、バーナ板Ｍの各層の界面温度との関係を
示す線図である。ここで、混合体の流速は１５　ｃｍ／
ｓｅｃ、ガス燃料にはメタンＣＨａが選択されている。

第２図の線図に示されるように、ガス燃焼が進行して高
温赤熱状態となる部分をＡｌ２Ｏ３クロスで置換えたバ
ーナ板Ｍでは、種々のガス混合比に対してＡ　Ｉ２０３
クロスとＳＵＳマット３の界面て８００℃以下、ＳＵＳ
マット２．３の界面で６００℃以下に保った運転となる
。

従って、ＳＵＳマット２．３の酸化進行が遅くなり、従
来１００時間程度であったバーナ板寿命は、最大負荷運
転下でも５０００時間に達し、また、単純にＡ　Ｉ２０
３クロス１とＳＵＳマット２を縫い合せた２層構造のバ
ーナ板に見られた、運転中の燃焼面におけるステッチパ
ターン上の火炎飛出しも発生せず、燃焼の均一性が向上
した。

本実施例ては、ＳＵＳマットとＡ　＋２０　ｓクロスと
をカンタル線で縫い合せたが、これらの素材は耐熱性や
経済性を考慮して種々に選択、組合せることが可能であ
る。例えばＡｌ２Ｏ３クロスをＴｉｏ２クロスに、カン
タル線を白金線に置換える等の応用が可能である。

［発明の効果コ 本発明の請求項（１）の表面燃焼バーナにおいては、そ
のガス燃焼域であるバーナ板表面層が耐燃焼性材料の第
１層で構成されるから、バーナ板の酸化劣化の進行か遅
い。また、第１層は、縫い合された第３層を介して第２
層に焼結接合されているから、バーナ板および表面燃焼
バーナの製作や取扱いか容易であることに加えて、縫い
合せによる燃焼面の燃焼不均一、およびこれに起因する
ハナ板の部分的な酸化劣化現象か発生しにくくなる。従
って、バーナ板の寿命か伸ひ、稼働率の向上、運転費の
削減か可能となる等、表面燃焼バーナの実用性か増す。

また、第１層、第３層間は、縫合せ接合であるから、焼
結させる場合のように焼結温度差や素材間の親和性等の
マツチングを考慮しないで自由な素材選択か可能である
。

本発明の請求項（２）の表面燃焼バーナにおいては、焼
結構造のマット等と比較して格段に取扱いか容易で、安
価なセラミッククロスが用いられるから、縫合せ作業を
楽に高能率に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係る表面燃焼バーナの構成
を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は部分的な断面図であ
る。 第２図は、本発明の実施例に係る表面燃焼ハナの運転条
件と、バーナ板の各層界面温度との関係を示す線図であ
る。 第３図は、従来の表面燃焼バーナを説明するためのもの
で、屋外作業用の暖房装置の構造を示す模式図である。 第４図は、従来の表面燃焼バーナのＳＵＳマット断面に
おける温度分布を示す線図である。 ［主要部分の符号の説明］ １・・・Ａｌ２Ｏ３クロス　　２．３・・・ＳＵＳマッ
ト４・・・カンタル線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）耐燃焼性を有しガス燃焼域を形成する第１層と、
   該第１層にガス供給を行うとともに該第１層を支持する
   第２層とを有する表面燃焼バーナにおいて、 前記第１層に縫合せ接合され、前記第２層には焼結接合
   された第３層を、前記第１層、第２層間に配置したこと
   を特徴とする表面燃焼バーナ。
2. （２）前記第１層としてセラミッククロスを用いたこと
   を特徴とする請求項（１）に記載の表面燃焼バーナ。