JPH11141820A

JPH11141820A - 表面燃焼バーナ

Info

Publication number: JPH11141820A
Application number: JP31184297A
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】高い燃焼温度で使用しても逆火が起こらず、
安全で耐久性の高い表面燃焼バーナを提供すること。【解決手段】整流板１０、バーナプレート３７を、炭
化珪素製のバーナケース３０とステンレス鋼製の支持板
２０によって挟持する。整流板１０の裏面から混合ガス
Ｇが供給され、バーナプレート３７に至って燃焼する。
また、支持板２０はステンレス鋼材製のインナーケース
３５に固定され、インナーケース３５は基板７０にそれ
ぞれ固定される。さらに、インナーケース３５とバーナ
ケース３０との間に断熱材３６を充填する。これらか
ら、整流板１０、バーナプレート３７、バーナケース３
０の低熱伝導性および、断熱材３６の断熱性により、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。また、インナーケース３５の耐久性およ
び機械的強度により、万一バーナケース３０が破損した
場合でも、燃料ガスが外部に漏れることはなく、安全で
ある。

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放射板において燃焼させ、放射板
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、高い表面温度において使用しても安全で、
高い耐久性が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】従来より、燃焼部分にセラミック繊維や
金属性繊維を用いて、その表面を赤熱するように燃料ガ
スを燃焼させ、高温の表面温度を得る表面燃焼バーナが
使用されている。これらの表面燃焼バーナでは、燃焼部
分であるバーナプレートを固定すると共に、バーナプレ
ートの裏面側に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）を供給するための通路を
備えたバーナケースが使用される。従来のバーナケース
は、ステンレス、鋳鉄、アルミダイキャスト等の耐熱性
のある金属の成形品、または、シリカ−アルミナ系等の
耐熱性のあるセラミックス製で、バーナプレートの固定
部分と混合ガスの通路部分とを一体として形成するのが
一般的であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来のバーナケースは、以下のような問題点があっ
た。まず、耐熱金属製のバーナケースの場合では、材質
である耐熱金属の熱伝導率が高く、バーナプレートの温
度の上昇に伴って、バーナケース自体が高温になりやす
い。バーナケースはバーナプレートの裏側に供給する混
合ガスの供給路も形成しているので、バーナプレートに
到達する以前にバーナケースによって混合ガスの温度が
上昇してしまう。従って、これを高い燃焼温度で使用す
ると、逆火が起こりやすく危険であるため、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。

【０００４】また、耐熱セラミック製のバーナケースの
場合は、セラミックの材質の特性として、金属に比べて
強度が劣る。特に、高温と低温との繰り返しに対する耐
久性、衝撃に対する機械的強度に不安がある。万一、使
用中にバーナケースが破損し、あるいはバーナプレート
とバーナケースとの間等に隙間が生じた場合等に、バー
ナケース内に形成されたガス供給路を通っている混合ガ
スが直ちに外部に漏れ出し、非常に危険である。

【０００５】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、高
い燃焼温度で使用しても逆火が起こらず、安全で耐久性
の高い表面燃焼バーナを提供することを課題とする。

【０００６】

【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、燃料ガスの入力を受ける入力ポ
ートが形成された後面板と、前記燃料ガスの燃焼により
加熱されて熱放射を行う放射板とを有する表面燃焼バー
ナにおいて、前記放射板の裏面側に位置し、これを前記
後面板に対して保持するインナーケースと、前記インナ
ーケースの外側を覆うとともに前記放射板の周縁部を前
記インナーケースに固定するセラミックケースとを有す
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、前記セラミックケースは、炭化珪素で形
成されていることが望ましい。さらに、前記インナーケ
ースと前記セラミックケースとの間に断熱材が充填され
ていることが望ましい。

【０００７】この表面燃焼バーナでは、後面板に形成さ
れた入力ポートから入力された燃料ガスは、インナーケ
ースによって保持された放射板の裏面側に到達し、放射
板内を透過しつつ燃焼する。このとき、インナーケース
は放射板を裏面側から保持するものであって、放射板表
面には触れている必要はないので、極度に高温になるこ
とはない。それは、燃焼は放射板内でおき、その燃焼熱
はガスの流れとともに表面側に向かって移動するため、
放射板の裏面側は表面側に比べ低い温度に保たれるから
である。従って、耐熱金属でインナーケースを形成して
も、それほど高温になることはない。すなわち、放射板
に到達する以前に燃料ガスが高温になることはないの
で、逆火がおきるおそれはない。

【０００８】したがって、耐熱金属製のインナーケース
を使用しても逆火がおきるおそれはなく安全である。ま
た、耐熱金属製であるので、耐熱性、耐久性、機械的強
度は十分に大きい。このことは、インナーケースが破損
する可能性はほとんどないということであり、ひいて
は、インナーケースの内部に満たされた燃料ガスの漏洩
がおきないということである。したがって、十分安全に
使用できる。

【０００９】また、インナーケースの外側を覆うととも
に、放射板の周縁部をインナーケースに固定するセラミ
ックケースを有するので、インナーケースが直接外部に
出ない。放射板は、その裏側をインナーケースで保持
し、周縁部をセラミックケースでインナーケースに固定
するので、確実に固定される。放射板は熱放射を行なう
表面部においては、非常に高温になる。セラミックケー
スは放射板の特に高温になる部分を保持するが、材質で
あるセラミックは熱伝導率が低いので、インナーケース
あるいはその内部にある燃料ガスを高温にすることはな
い。したがって、逆火が起こることがなく安全である。

【００１０】一方、セラミックは金属に比べて衝撃等に
対する機械的強度では劣る。しかし、このセラミックケ
ースはインナーケースの外側に配置されるので、直接燃
料ガスに触れることはない。したがって、万一使用中に
セラミックケースが破損した場合でも、燃料ガスの供給
路はインナーケースで覆われているため、燃料ガスが直
ちに外部に漏洩するおそれはない。

【００１１】ここで、セラミックケースが炭化珪素で形
成されていることから、以下の利点がある。まず、炭化
珪素は、セラミックの中でもまげ強度等の機械的強度に
優れている。そのため、金属を用いる場合と比較して低
い熱伝導率を有するとともに、機械的強度が高い優れた
セラミックケースを形成することができる。さらに、汎
用品が安価に出回っているので、非常に利用しやすい。

【００１２】さらに、インナーケースとセラミックケー
スとの間に断熱材が充填されているので、放射板の高熱
がセラミックケースからインナーケースへ伝わることが
さらに防止されている。したがって、さらに逆火の危険
性が小さく安全である。

【００１３】

【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。

【００１４】バーナケース３０は、炭化珪素（ＳｉＣ）
の板材で形成されている。これは、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
を備えたものである必要があり、低熱伝導性に優れたセ
ラミックの中でも、炭化珪素は機械的強度に特に優れて
いるので良好である。

【００１５】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。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は、耐
熱性および耐久性に優れたステンレス鋼材で形成されて
いる。さらに、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。インナーケース３５とバーナケース３
０との間には、断熱材３６が充填されている。

【００１６】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おり、逆火防止性
に寄与している。その厚さは２０ｍｍであり、外形は１
辺１４２ｍｍの正方形平板状である。さらに、整流板１
０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。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
は形成されていない。多結晶質アルミナ短繊維材は加工
性がよいので、通気孔１１の形成はドリル加工等により
容易である。

【００１７】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。この整
流板１０とバーナプレート３７との２層により、請求項
にいう「放射板」を構成している。

【００１８】インナーケース３５の内側には、支持板２
０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。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１０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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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３
７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。

【００２３】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５００ｋＷ／ｍ²以上２０
００ｋＷ／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３
１内のどの部分でも均一に輻射熱を得ることができる。

【００２４】さらに、整流板１０、バーナプレート３
７、バーナケース３０の熱伝導率が低いことから、表面
燃焼バーナ１の内部、すなわち燃焼前のガスを充満した
インナーケース３５内部の温度はさほど高くなく、逆火
が起こることはない。さらに、バーナケース３０とイン
ナーケース３５の間に断熱材３６を挟持しているので、
インナーケース３５が高温になることがより効果的に防
止されており、逆火が起こることはない。

【００２５】また、インナーケース３５はステンレス鋼
材を使用しているので、耐熱性のみでなく、冷熱の繰り
返しに対する耐久性や機械的強度に優れている。また、
インナーケース３５と支持板２０、基板７０とは溶接に
より固定されるため、接続部分の機械的強度も十分であ
る。一方、バーナケース３０はセラミック製であるた
め、衝撃などに対する機械的強度においては金属に比べ
やや劣る。しかし、万一、バーナケース３０にヒビ等の
破損が生じた場合でも、混合ガスＧの流路を形成してい
るインナーケース３５の強度が十分にあるので、内部の
混合ガスＧが外部に漏れる等の事故は起こらない。

【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、バーナケース３０、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、高い表面温度で使用しても支持板２０、インナー
ケース３５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。さらに、
バーナケース３０とインナーケース３５の間に断熱材３
６を充填したので、さらに安全である。

【００２７】また、表面燃焼バーナ１の構造部材のう
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。また、バーナケース３０に炭化珪素
を用いたので、低熱伝導性のみでなく機械的強度も高
く、さらに安全である。また、いずれも汎用品が普及し
ており、安価で使用し易い。

【００２８】また、整流板１０として１８００℃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。さらに、
整流板１０は、インナーケース３５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】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、燃焼させることが出来る。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。

【００３０】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に供給されバーナプレート３７に至る。したがっ
て、混合ガスＧの燃焼状態はよく均一化されたものとな
る。

【００３１】

【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、バーナケー
ス３０を炭化珪素で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℃を超える高い表面
温度が得られている。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】

【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、高い燃焼温度で使用しても逆火が起こらず、安
全で耐久性の高い表面燃焼バーナが提供されている。

【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２０支持板２１通気層３０バーナケース３５インナーケース３６断熱材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】燃料ガスの入力を受ける入力ポートが形
成された後面板と、前記燃料ガスの燃焼により加熱され
て熱放射を行う放射板とを有する表面燃焼バーナにおい
て、前記放射板の裏面側に位置し、これを前記後面板に対し
て保持するインナーケースと、前記インナーケースの外側を覆うとともに前記放射板の
周縁部を前記インナーケースに固定するセラミックケー
スとを有す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、前記セラミックケースは、炭化珪素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、前記インナーケースと前記セラミックケースとの間に断
熱材が充填されていることを特徴とする表面燃焼バー
ナ。