JPH0682012A

JPH0682012A - 表面燃焼バーナ

Info

Publication number: JPH0682012A
Application number: JP34133491A
Authority: JP
Inventors: Hidenari Ozawa; 秀成小沢; Kazuki Kato; 和貴加藤; Keiichi Ogi; 啓一扇
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1991-12-24
Filing date: 1991-12-24
Publication date: 1994-03-22
Anticipated expiration: 2013-01-21
Also published as: JP2702027B2

Abstract

(57)【要約】【構成】前面に燃焼面を構成する多孔質部材１１と、
該多孔質部材１１の外周近傍から後面方向に延在するケ
ーシング２と、該多孔質部材１１とケーシング２とで形
成される混合ガス室と、該混合ガス室に燃焼ガス混合物
を供給するための開口４とを有する表面燃焼バーナ１に
おいて、混合ガス室を隔壁８により中央部位に位置する
第１の混合ガス室及びその外周に位置する第２の混合ガ
ス室とに区分けし、各混合ガス室に燃焼ガス混合物を供
給するための開口４及び５をそれぞれ設る。【効果】燃焼面である多孔質部材１１の中央部分と周
辺部分とに異なった空気比の燃焼ガス混合体を供給する
ことが可能となり、それぞれの空気比を適宜選択するこ
とにより、従来のものに比べ、Ｎｏ_xの発生が少ない条
件下での高負荷希薄燃焼を長時間行うことが可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面燃焼バーナに関
し、特に、バーナ周辺部からの空気の巻き込みによる火
炎のいわゆるリフト現象の発生を防止することにより、
バーナ平面での高負荷燃焼を可能とした表面燃焼バーナ
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、例えばセラミック製の平
面多孔質部材を有し、その裏面に燃焼ガス混合体が供給
され該燃焼ガス混合体が拡散しつつ平面多孔質部材の前
面に達して、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。この種の表
面燃焼バーナは、平面多孔質部材を加熱して白熱させ、
エネルギの大部分を輻射熱として放出されるものであ
り、かつ通常セラミック等の多孔質部材の熱伝導率は小
さく表面の燃焼温度を相当に高くしても裏面の温度はあ
まり上昇しないことから逆火の発生を防止でき、熱効率
の高いまた安全なバーナとして家庭用燃焼機器に限らず
広い分野で用いられている。

【０００３】表面燃焼バーナの代表的構成を図４を参照
しつつ説明するに、図２に示す表面燃焼バーナ１０にお
いて、方形状あるいは円形状の平面多孔質部材１１は、
耐熱性パッキング１２を介して筒状のケーシング１３の
前方側に装着されている。ケーシング１３の前方端は内
側に向けて断面Ｌ字状に屈曲しフランジ１４を形成して
おり、該フランジ１４は多孔質部材１１の周縁近傍を一
定幅で覆うことにより多孔質部材１１を係止し、その前
方向への位置決めがなされている。

【０００４】多孔質材料１１は、通常、鉄、クロム、ケ
イ素、アルミニウム、イットリウム等の合金からなる長
繊維の焼結体であって１２００℃以上の耐熱性をもつも
のであり、また、耐熱性パッキングもセラミックファイ
バーシートのように同様に高い耐熱性を持つものが用い
られる。ケーシング１３の内部には、燃焼ガス混合体を
拡散させ平面多孔質部材１１の裏面に均一に分配するた
めの燃焼ガス分配手段２０が位置している。該燃焼ガス
分配手段２０はケーシング１３と同じ材料により構成さ
れ、平面多孔質部材１１と平行に位置する邪魔板２１及
び該邪魔板２１の外周部分に適宜の手段により固着され
た環状部材２２とからなっている。該環状部材２２は、
図２に示されるようにコ字状の断面形状を有しており、
そこに循環経路２６を形成すると共に、その内周壁部分
２３には邪魔板２１をはさんで前方及び後方にそれぞれ
複数の開口２４、２５が刻設されている。環状部材２２
の外周部の形状はケーシング１３の内周壁部分の形状と
同形状であり、ケーシング１３内に後方から圧入され
て、該平面多孔質部材１１の裏面をその前面を前記のケ
ーシングのフランジ１４に押圧する状態で支持してい
る。

【０００５】燃焼ガス分配手段２０は、ケーシング１３
の内周壁部分の形状と同形状である裏面板３０により支
持されている。該裏面板３０の外周縁部は屈曲部３１を
構成しており、該屈曲部３１の先端とケーシング１３の
後端部とは、その全周にわたり溶接止め３５されてい
る。また、裏面板３０の中央部分には円筒管３２が適宜
の手段により固着されており、該円筒管３２は図示しな
い適宜の配管手段を介して燃焼ガス供給源に接続してい
る。

【０００６】従って、ケーシング１３と平面多孔質部材
１１と裏面板３０とにより、一つの密閉空間である混合
ガス室４０が形成され、該混合ガス室４０は、燃焼ガス
分配手段２０を構成する環状部材２２とケーシング１３
とで区画される前記した循環経路２６、及び、平面多孔
質部材１１と邪魔板２１とで区画される前方混合ガス室
４１、邪魔板２１と裏面板３０とにより区画される後方
混合ガス室４２とに区画される。

【０００７】この表面燃焼バーナの燃焼は次のようにし
て行われる。適宜のガス源からの燃焼ガス混合体は円筒
部材３２から後方混合ガス室４２内に圧入される。圧入
された燃焼ガス混合体は邪魔板２１に衝突してその流れ
方向を変え、環状部材２２の内周壁部分２３に設けた開
口２５から循環経路２６内に入り、そこで再度向きを変
え、開口２４から前方混合ガス室４１に流入する。その
間に燃焼ガスと空気とは充分に混合されかつ均一化され
る。均質化した燃焼ガス混合体は平面多孔質部材１１の
裏面からその連続する多孔内を通過して前面に達し、前
記したケーシング１３のフランジ１４で覆われた部分を
除いた多孔質部材１１の前面において着火され、燃焼す
る。その燃焼により平面多孔質部材１１の前面は白熱化
し、輻射熱を放出する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のような表面燃焼
バーナは、熱の有効利用及び安全性の観点からきわめて
有効なものである。しかしながら、空気比を高くして高
負荷希薄燃焼を行おうとすると、火炎のリフト現象が生
じ不安定燃焼となることから一定限度を越えた高負荷燃
焼を行うことができず、燃焼負荷範囲に自ずと制限が課
せられていた。また、許される範囲で高負荷運転をした
場合、通常その範囲は比較的Ｎｏ_xの発生し易いとなる
ことから、燃焼負荷の改善とともに環境面からも改善が
求められていた。

【０００９】本発明の目的は、上記のような従来の表面
燃焼バーナの持つ不都合を解決し、安定した状態での高
負荷希薄燃焼を可能とし、それにより広い燃焼負荷範囲
において安定した燃焼を行わせることのできる表面燃焼
バーナを得ることにあり、さらに他の目的は、低Ｎｏ_x
燃焼が可能でありかつコンパクトな表面燃焼バーナを得
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するために、このリフト現象について鋭意研究
を行った。それにより、平面燃焼バーナにおけるリフト
現象は、燃焼面の全域において均一に発生することはな
く、燃焼面の外周縁部において早期にかつ頻繁に発生し
ていること、及びこの周縁部に発生するリフト現象がよ
り内方での燃焼火炎に影響を及ぼし、リフト発生の一因
となっていることを知覚した。このことは、燃焼面の外
周縁においては、火炎による周辺空気の巻き込み現象が
発生し、それによりリフト現象が一層生起されることに
よるものと思われる。

【００１１】本発明は、上記の解析に基づきなされたも
のであり、前面に燃焼面を構成する多孔質部材と、該多
孔質部材の外周近傍裏面から後方向に延在するケーシン
グと、該多孔質部材とケーシングとで形成される混合ガ
ス室と、該混合ガス室に燃焼ガス混合物を供給するため
の開口とを有する表面燃焼バーナにおいて、混合ガス室
を隔壁により中央部位に位置する第１の混合ガス室及び
その外周に位置する第２の混合ガス室とに区分けし、各
混合ガス室に燃焼ガス混合物を供給するための開口をそ
れぞれ設けたことを特徴とする、表面燃焼バーナを開示
する。

【００１２】該多孔質部材を、第１の混合ガス室に面す
る部分の空隙率が第２の混合ガス室に面する部分の空隙
率よりも高い値となるように構成することができ、それ
によりより、リフトの発生を防止した状態でより高負荷
燃焼を行うことが可能となる。また、該多孔質部材の該
第１の混合ガス室に面する部分に、多数の貫通孔を形成
することも有効である。

【００１３】本発明によるバーナを構成するケーシン
グ、多孔質部材等を構成する素材は、従来構造のバーナ
に用いられる素材をそのまま用いることができる。

【００１４】

【作用】本発明の表面燃焼バーナの使用に際しては、第
１の混合ガス室及び第２の混合ガス室に対し、異なった
空気比の燃焼ガス混合体を供給する。例えば、多孔質体
の中央部位に対向している第１の混合ガス室には火炎が
青炎となるような空気過剰混合気（例えば、空気比 1.3
から 2.0 程度）を供給し、同時に第１の混合ガス室の
外周を包囲するように位置している第２の混合ガス室に
は多孔質部材が白熱する又は火炎が希薄青炎となるよう
な混合気（例えば、空気比 1.0 から1.2程度）を供給す
る。

【００１５】それにより、多孔質部材の周辺部において
は、赤熱あるいは青炎燃焼となり安定した燃焼状態が維
持される一方、その内側部分においては高負荷希薄青炎
燃焼が行われる。その際に、高負荷希薄燃焼であるにも
かかわらず、その火炎の周縁部分は安定した火炎による
燃焼が継続していることから、その部分から高負荷希薄
燃焼部分への空気の巻き込みは完全に阻止されることと
なり、結果として、安定した状態ですなわちリフト現象
が発生しない状態で高負荷希薄燃焼の火炎を長期間維持
することが可能となる。換言すれば、広い燃焼負荷範囲
において安定した燃焼を行わせることが可能となる。

【００１６】そのことにより、Ｎｏ_xの発生を大きく低
減できると共に、従来のものに比べ同一燃焼面積でより
大きな燃焼負荷をうることが可能となることから、バー
ナ全体のコンパクト化をなすことも可能となる。図３
は、従来の図４に示す形式の平面燃焼バーナと本発明に
よる平面燃焼バーナとを同一の燃焼ガス混合体を用いて
実際に燃焼実験を行ったときの、双方のバーナのリフト
限界線を示している（なお、空気比は用いたバーナの多
孔質部材の中心部で測定した値である）。図から、本発
明による平面燃焼バーナは、同様な空気比での燃焼状態
においてもより高い燃焼負荷状態まで安定した燃焼状態
を維持できることが分かる。なお、この実験に用いたバ
ーナに装着した多孔質体は、空隙は実質的に均一に分布
した、その空隙率は９６％でありまたその表面積は１３
２cm²のものであり、「多孔質体のみ」の場合はその全
表面積に空気比 1.3〜2.0の燃焼ガス混合体を供給し、
「本発明による」の場合は、中央部の約９５cm² に対し
「多孔質体のみ」の場合と同じ空気比の燃焼ガス混合体
を供給し、周辺部の約３７cm²に対してはより低い空気
比１：１の燃焼ガス混合体を供給して実験した結果であ
る。

【００１７】

【実施例】以下、一実施例の説明に基づき、本発明をよ
り詳細に説明する。図１は、本発明による表面燃焼バー
ナ１の一実施例の断面図を示している。この表面燃焼バ
ーナ１において、ケーシング２は前方を解放した有底状
の円筒体形状をしており、その底部３の適宜箇所には第
１の円筒管４が、また、円筒周壁部の適宜箇所には第２
の円筒管５が、それぞれ適宜の手段により固着されてお
り、該円筒管４、５は後述する管路手段を介して燃焼ガ
ス供給源に接続している。

【００１８】ケーシング２の解放した前方端側は一定の
深さを持つ拡大径部分６となっており、該拡大径部分６
には複数の開孔７、７が設けられている。また、ケーシ
ンクグ２内にはより小径の円筒体状の隔壁８が適宜の手
段によりケーシング２の底部３に固着されている。該隔
壁８はケーシング２の拡大径部分６の下端部と同じ高さ
を有している。

【００１９】ケーシング２の該拡大径部分６には多孔質
部材１１が送入され、周辺部に開孔を有する押さえ部材
５０によりボルト、ナットを介してケーシング２に一体
に装着される。特に図示しないが、多孔質部材１１と押
さえ板５０との間に断熱性パッキングを介在させてもよ
い。このような構成の平面燃焼バーナにあっては、図２
に示すような従来のバーナとは異なり、混合ガス室は、
ケーシング２の底部３と、隔壁８の内壁部と、多孔質部
材１１とで区画される第１の混合ガス室と、その外周部
に位置する、ケーシング２の底部３と、隔壁８の外壁部
と、ケーシング２の円筒周壁部内壁部と、多孔質部材１
１とで区画される第２の混合ガス室とに区分され、隔混
合ガス室は相互に独立している。従って、円筒管４から
流入する燃焼ガス混合体は第１の混合ガス室から多孔質
部材の中央部を通過してその表面で燃焼し、円筒管５か
ら流入する燃焼ガス混合体は第２の混合ガス室から多孔
質部材の周辺部を通過してその表面で燃焼することとな
り、燃焼過程において、それぞれのガス混合体はほぼ混
じり合うことはない。

【００２０】図２は、本発明による表面燃焼バーナを用
いる場合の配管系統の一実施例を示している。図示しな
い適宜の燃焼ガス供給源に接続したガス配管ａは二股に
分岐し、一方は流量調整弁v₁を介して第１の混合ガス室
に連通する第１の円筒管４に接続しており、他方は同様
に流量調整弁v₂を介して第２の混合ガス室に連通する第
２の円筒管５に接続している。また、図示しない適宜の
空気供給源に接続した空気配管ｂも同様に二股に分岐
し、一方は流量調整弁va₁を介して第１の混合ガス室に
連通する第１の円筒管４に接続し、他方は同様に流量調
整弁va₂を介して第２の混合ガス室に連通する第２の円
筒管５に接続している。

【００２１】上記のような構成の配管系統を用いて本発
明の表面燃焼バーナを使用する場合に、バーナの使用環
境に応じて適宜の供給源からガス配管ａ及び空気配管ｂ
に供給される燃焼ガスと空気とは、流量調整弁v₁、v₂、
va₁及びva₂ を適宜調節することにより、異なった空気
比で、第１及び第２の混合ガス室に同時に供給される。
従って、既に説明したように、第１の混合ガス室に供給
する燃焼ガス混合体の空気比を第２の混合ガス室に供給
する燃焼ガス混合体の空気比よりも高い値に設定するこ
とにより、好ましくは前者の空気比を約1.3に、後者の
空気比を1.1のように設定して燃焼を行うことにより、
従来のものに比べ、Ｎｏ_xの発生が少ない条件下での高
負荷希薄燃焼を長時間行うことが可能となる。

【００２２】なお、上記の説明はあくまでも本発明の一
実施例にすぎず、他に多くの変形例が存在する。ケーシ
ングの全体形状も円筒形状に限ることなく、方形や楕円
形などであつてもよく、また、第１と第２の混合ガス室
を区画する隔壁も任意の形状であってよきものである。
また、第１と第２の混合ガス室の容積比、あるいは第１
と第２の混合ガス室が面する多孔質部材の表面積比も、
上記の比率に限ることなく、バーナの使用環境に応じて
最適なものを実験的に定めうるものである。

【００２３】また、特に図示しないが、多孔質部材の第
１の混合ガス室に面する部分の空隙率を第２の混合ガス
室に面する部分の空隙率よりも高い値となるように構成
してもよく、その場合には高負荷燃焼、低圧力損失効果
がある。さらに、多孔質部材の該第１の混合ガス室に面
する部分に、多数の貫通孔を形成してもよく、その場合
にも高負荷燃焼、低圧力損失効果がある。

【００２４】

【発明の効果】本発明の表面燃焼バーナは、上記の構成
を有しているので、燃焼面である多孔質部材の中央部分
と周辺部分とに異なった空気比の燃焼ガス混合体を供給
することが可能となり、それぞれの空気比を適宜選択す
ることにより、従来のものに比べ、Ｎｏ_xの発生が少な
い条件下での高負荷希薄燃焼を長時間行うことが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による表面燃焼バーナの一実施例の断
面図。

【図２】燃焼ガス混合体を供給する配管手段の一実施
例を示す説明図。

【図３】リフト発生時の比較を示すグラフ。

【図４】従来例による表面燃焼バーナのの断面図。

【符号の説明】

１…表面燃焼バーナ、２…ケーシング、３…ケーシング
の底部、４、５…円筒管、８…隔壁、１１…多孔質材
料、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】前面に燃焼面を構成する多孔質部材と、
該多孔質部材の外周近傍裏面から後方向に延在するケー
シングと、該多孔質部材とケーシングとで形成される混
合ガス室と、該混合ガス室に燃焼ガス混合物を供給する
ための開口とを有する表面燃焼バーナにおいて、混合ガ
ス室を隔壁により中央部位に位置する第１の混合ガス室
及びその外周に位置する第２の混合ガス室とに区分け
し、各混合ガス室に燃焼ガス混合物を供給するための開
口をそれぞれ設けたことを特徴とする、表面燃焼バー
ナ。
【請求項２】該多孔質部材は、第１の混合ガス室に面
する部分の空隙率が第２の混合ガス室に面する部分の空
隙率よりも高い値となるように構成されていることを特
徴とする、請求項１記載の表面燃焼バーナ。
【請求項３】該多孔質部材の該第１の混合ガス室に面
する部分には、多数の貫通孔が形成されていることを特
徴とする、請求項２記載の表面燃焼バーナ。