JPH0627566B2

JPH0627566B2 - 保炎板を用いた薄膜火炎式燃焼機器

Info

Publication number: JPH0627566B2
Application number: JP2278398A
Authority: JP
Inventors: 秀介近藤; 裕中藤; 善弘石川; 淳一木村; 俊一押田; 千保美猪飼
Original assignee: Rinnai Corp; Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Rinnai Corp; Toho Gas Co Ltd
Priority date: 1990-10-16
Filing date: 1990-10-16
Publication date: 1994-04-13
Anticipated expiration: 2009-04-13
Also published as: JPH04155112A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、燃料ガスとこのガスを燃焼させるために必要
な空気との予混合気を、薄膜状に成層燃焼させる薄膜火
炎式バーナを用いた燃焼機器に関する。

［従来の技術］この特許出願人は特願昭63-38396号において、燃料ガス
と空気との予混合気を噴出するバーナの噴出口から所定
の距離だけ隔てて噴出流を遮断する平らもしくは平らに
近い遮断板を配し、該噴出流のよどみ流域にて該遮断板
に向かうとともに、該遮断板に沿って流れる予混合気を
薄膜火炎に成層燃焼させる薄膜火炎式バーナを用いたガ
ス燃焼機器を提案している。

このガス燃焼機器は、以下の特徴を有していた。

ａ）遮断板を被加熱体とすることにより、容易に調理に
適用でき、遮断板を輻射熱源とすることにより、暖房、
加熱などの用途に利用できる。

ｂ）燃焼炎を大面積で薄くかつ偏平にできるため被加熱
体を均一に加熱できる。

ｃ）空気過剰率が大きい領域でも安定燃焼させることが
できるため、燃焼温度が低く、熱による窒素酸化物（Ｎ
Ｏｘ）の発生が少ない。

ｄ）偏平で薄い全予混合炎を大面積で被加熱物に近接し
て形成できるため、熱効率が高い。

［発明が解決しようとする課題］しかるに、この薄膜火炎を用いたガス燃焼機器は、薄膜
火炎の形成と予混合気の流速とが、微妙なつりあい範囲
で保たれている。それゆえ、薄膜火炎形成域において、
予混合気の噴流が不均一な流速になると、薄膜火炎が揺
らぎ安定しない。この結果、燃焼性の悪化と燃焼効率の
低下とが生じる。

この発明の請求項１の目的は、薄膜火炎の燃焼性および
安定性が増大できる薄膜火炎式燃焼機器の提供にある。

この発明の請求項２及び請求項３の目的は、遮断板が透
明または半透明であるため、高級な外観を呈するととも
に、燃焼中か否かが容易に視認できる薄膜火炎式燃焼機
器の提供にある。

［課題を解決するための手段］上記目的達成のため、この発明は、以下の構成を採用し
た。

(1) 燃料ガスと燃焼用空気との予混合気を噴出するバー
ナの噴出口から所定の距離だけ離れた位置に、噴出流を
遮断する遮断板を配し、噴出流のよどみ流域にて予混合
気を薄膜火炎に成層燃焼させる燃焼機器において、環状
の保炎板部、及び該保炎板部の外周から立ち上がる上向
縁部を有する保炎板を、前記保炎板部が噴出口の周囲に
噴出口面と略面一になる様に配設した。

(2) 上記(1) の構成を有し、前記遮断板は、透明又は半
透明のガラス板、若しくはセラミック板で形成され、前
記保炎板の上向縁部は前記遮断板の外周端より内方に位
置し、前記保炎板部の外周上面に耐熱材製の環状突条を
設けた。

(3) 上記(1) の構成を有し、前記遮断板は、透明又は半
透明のガラス板、若しくはセラミック板で形成され、前
記遮断板の下面に、多孔性セラミック板を固着した。

［作用および発明の効果］（請求項１について）保炎板の採用により、つぎに述べる作用効果を奏する。

（イ）薄膜火炎の外周縁が保炎板部に付着するので薄膜
火炎の安定性および燃焼性が向上できる。

即ち、保炎板部がない場合、薄膜火炎は、その外周縁部
で予混合気が外気に拡散し、可燃空燃比より燃料の稀薄
な状態となり、薄膜火炎の外周縁が動揺したり、微量の
燃料ガスが未燃焼のまま排出される。

保炎板部は、薄膜火炎の外周縁部で予混合気が外気に拡
散することを阻止し、かかる不都合を解消する。尚、上
向縁部は風等の混入を防止して、薄膜火炎の外周縁を外
気の影響から守る。

（ロ）薄膜火炎が遮断板と保炎板部との間に保持される
ため、突風など雰囲気のじょう乱に対して薄膜火炎の安
定性が向上できる。

（ハ）薄膜燃焼により発生した熱を保炎板部が反射し
て、遮断板に多量の輻射熱を供給し、遮断板が効率良く
加熱される。

（請求項２、３について）遮断板を、透明又は半透明のガラス板、若しくはセラミ
ック板で形成し、保炎板の上向縁部は前記遮断板の外
周端より内方に位置し、保炎板部の外周上面に耐熱材製
の環状突条を設けること、若しくは、遮断板の下面
に、多孔性セラミック板を固着した構成により、つぎの
作用効果を奏する。

（ニ）遮断板４が透明また半透明であるとともに、五徳
のごとき突起物がなくフラットであるため、高級な外観
を呈する燃焼機器が得られる。

（ホ）薄膜火炎は、全一次空気式燃焼火炎であるととも
に薄いので、可視光線の発行が少なく、燃焼中か燃焼停
止中かの判別が炎の有無からはできにくい。しかし、耐
熱材製の環状突条、又は多孔性セラミック板が加熱され
て多量の可視光線を発光するため、バーナが燃焼中か否
かの判別が容易になる。

［実施例］つぎに本発明を第１図〜第５図に示す実施例に基づき説
明する。

第１図は、この発明にかかる薄膜火炎式ガス燃焼機器
（この実施例ではガスコンロ）を示し、１００はそのケ
ースであり偏平な箱状を呈する。ケース１００の天板１
０１には、中央に丸穴１０２が設けられ、該丸穴１０２
の内周部には円環状の汁受皿１１０が嵌め込まれてい
る。汁受皿１１０は、底板部１１１、外周筒部１１２、
その上端に展長した鍔状庇部１１３、前記底板部内周か
ら延長した内周筒部１１４からなる。また汁受皿１１０
の下方には、バーナ設置室と他のケース内とを区画する
ための円筒状隔壁１２０が、前記丸穴１０２と同軸的に
立設され、通気穴１０３を有するケース底板１０４に固
定されている。

１は燃焼板を用いた全予混合燃焼（全一次空気）式バー
ナであり、前記丸穴１０２と同軸となるようケース１０
０内に、垂直に設置されている。バーナ１は、有底で上
面が開口した円筒状の金属製バーナボデー１１の上面
を、燃焼板２により覆ってなる。３は予混合気の供給装
置であり、バーナ１へ燃料ガスと燃焼所要空気との予混
合気を供給する。４はバーナ１の上方に、前記燃焼板２
と平行的（バーナの軸心と直交的）に配置された円形の
ガラス製遮断板であり、その下面が遮断面４Ａとなって
いる。これらバーナ１、予混合気の供給装置３および遮
断板４で薄膜火炎式バーナが構成される。

燃焼板２は、コージェライトを主体とする耐熱衝撃性に
優れたセラミック板２１の外周縁部を除く全面に、直径
１．０〜２．５mmの円形の小孔２２を、３．０〜６．０
mm間隔の格子状に形成してなる。

この実施例では、バーナボデー１１の上端は、広げられ
てフランジ状部１２が成型され、さらにその先が軸方向
に延長されて径大筒部１３が設けられている。この径大
筒部１３には、上端が外側に曲げられた耐熱金属リング
１４が外嵌されており、燃焼板２は、このフランジ状部
１２に載置されるとともに、径大筒部１３に嵌め込まれ
ている。

保炎板５は、円環状の保炎板部５１と、保炎板部５１の
外周から立ち上がる上向縁部５２と、押え板部５３とか
らなり、耐熱金属リング１４に溶接される。

保炎板部５１は、燃焼板２の噴出口面である上面２Ａと
ほぼ同一平面で、上面２Ａの外周に広がり、噴射口周囲
に噴出口面と面一になる様に配設される。

押え板部５３は、保炎板部５２の内周に延出され燃焼板
２の外周縁部上面を押さえる。

燃焼板２の外周縁部の上面には、前記保炎板５の上面と
燃焼板２の上面とが段差なく平らに連続するように縁取
りが施されている。この保炎板部５１の上面が保炎面５
Ａとなっており、また保炎板５の外周と前記汁受皿の内
周筒部１１４との間には狭い隙間５Ｂが設けられてい
る。

予混合気の供給装置３は、上流はブロワの送風口に連結
され、下流はバーナボデー１１に連なる混合管３１内に
燃料ガス供給管３２の供給口を導いてなる。バーナボデ
ー１１内は、予混合気室となっている。

遮断板４は、厚さ３〜１２mm、直径１２０〜２００mmの
円形の耐熱性ガラス板４１と、その外周に巻き付けた金
属リング４２と、該金属リング４２の３か所に固着した
脚４３とからなる。ガラス板４１は、無色または有色
で、透明あるいは半透明のものが使用される。この遮断
板４は、脚４３の下端が前記汁受皿の底板部１１１に開
けられた穴に差し込まれて固定され、遮断面４Ａと燃焼
板の上面２Ａとの距離が設定値となるように形成されて
いる。

つぎに、この実施例にかかる薄膜火炎式ガス燃焼機器の
作用を説明する。

ブロワから強制的に供給される空気に、燃料ガスを、理
論空燃比より幾分空気過剰となるよう混入し、混合管３
１で均一に混合し混合気室に供給する。これとともにバ
ーナの近傍に設けた点火装置を作動させると、燃焼板の
小孔から噴出した予混合気に着火する。

［発熱量が大きいとき］各小孔２２からの小噴流は、火炎伝播速度より高速であ
り、また各小噴流は水平方向に拡散して流域の断面積を
広げて互いに接触し、ほぼ平行な大面積の大噴流とな
る。この大噴流の遮断面方向の流速は、漸減して行き、
遮断面４Ａでゼロとなる。大噴流は、遮断板４によって
偏向され、遮断板４に沿って放射状に広がる。この放射
状に広がる噴流は、中心から遠ざかるに従い流路断面積
が増大するため低速となっていく。

この状態で点火すると、予混合気の火炎伝播速度Ｓと、
大噴流の流速（遮断面方向と放射方向との合成流速）Ｖ
とがつりあった面において薄膜状の燃焼火炎が形成され
る。この薄膜火炎Ｆは、ほぼ円形で燃焼板２より一回り
大きい面積を有することが、この発明者により幾多の実
験で確かめられている。また、薄膜火炎Ｆの外周縁は、
保炎面５Ａに沿って流れる予混合気に生じる境界層の作
用で、前記放射状に広がる大噴流の流速が保炎面近傍で
小さくなることから、保炎面側に湾曲し、縁が保炎面に
付着した状態になる。さらに、この燃焼火炎Ｆは、小噴
流の噴出速度が大きくなる（燃焼量が増大する）か、ま
たは予混合気の空燃比がリーン（燃焼用空気の過多）に
なるなどで火炎伝播速度Ｓが低下すると、Ｆ１の如く遮
断板４側に変位するとともに面積が増大し、その逆のと
きはＦ２の如く燃焼板２側に変位するとともに面積が縮
小する。すなわち大噴流の流速Ｖ＞Ｓ（火炎伝播速度）
である限り、燃焼板２の上面２Ａと遮断面４Ａとの間に
は、大噴流の流速Ｖ＝Ｓ（火炎伝播速度）となる面は必
ず存在するので、吹消えによる失火は生じ難い。

このように、この燃焼装置では、燃焼量の変化や、空気
過剰率の変動、あるいは空気中の酸素濃度の変化に対
し、薄膜状の燃焼火炎Ｆの形成位置および大きさが幾分
変化するだけで、燃焼自体は極めて安定している。

これにより薄膜火炎Ｆの安定性および燃焼性が向上でき
る。すなわち、この保炎板５がない場合、薄膜火炎Ｆ
は、その外周縁部で予混合気が外気に拡散し、可燃空燃
比より燃料の稀薄な不燃空燃比となり、薄膜火炎Ｆの外
周縁が動揺したり、微量の燃料ガスが未燃焼のまま排出
される。保炎板５は、上記の如く、薄膜火炎Ｆの外周縁
を保炎板５の表面に付着させ外気の混入を防止するの
で、かかる不都合が解消する。

さらに薄膜火炎Ｆが遮断面４Ａと保炎面５Ａとの間に保
持されるため、突風など雰囲気のじょう乱に対して安定
性が向上できるとともに、燃焼で発生した熱線が保炎面
５Ａで反射することにより、遮断面４Ａに多量に輻射熱
を供給でき、遮断面４Ａが効率よく加熱できる。このた
め遮断板４に被加熱物を載置したり、輻射熱を暖房、乾
燥などに利用する場合、効率が向上する。

なお、この実施例では、通気穴１０３、バーナ設置室
Ａ、および保炎板５の外周と前記汁受皿の内周筒部１１
４との狭い隙間５Ｂを介して、保炎板５を冷却する自然
対流による気流（矢印Ｋ）が生じるようにしている。

［発熱量が少ないとき］第２図に示す如く、各小孔に付着して燃焼する小火炎ｆ
…群となり、通常の多数の小孔を有するセラミックプレ
ート（燃焼板）を用いた、全一次空気式赤外線バーナと
同じ様に燃焼板２の表面が赤熱する。このバーナが安定
して燃焼することは周知である。

このバーナから薄膜火炎式バーナへの移行は、燃焼量、
すなわち予混合気の供給量の変化とともに、可逆的かつ
安定的になされる。これにより、燃焼板２の直径が６５
mmの場合で、発熱量を４００ｋｃａｌ／ｈ〜４０００ｋ
ｃａｌ／ｈまで変化させることができる。この最大発熱
量を最小発熱量の比（一般にダーンタウン比という）
は、このバーナをコンロなど調理用熱源、ストーブなど
暖房用熱源、または給湯器などの加熱源として使用する
のに十分な値である。

また薄膜状の燃焼火炎Ｆは、理論空燃比より十分空気過
剰の状態でも燃焼が安定するため、燃焼空気過多の燃焼
が可能であり且つ輻射による熱の逸散が多量にできるた
め、燃焼温度が低くでき、窒素酸化物の発生が少ない。

さらに、遮断板４に近接して広い面積で輻射による熱の
散逸が多量にできる薄膜状の燃焼火炎Ｆを形成できるの
で、遮断板４を被加熱物としたとき、高い加熱効率が得
られる。

薄膜状の燃焼火炎Ｆは、噴流が層流であるときは、鮮明
な薄膜状を呈するが、層流から乱流への遷移域では形状
がやや不明確になり、乱流域では渦動を伴う厚い層とな
って拡散する。よって本発明の薄膜状の燃焼火炎Ｆを用
いた燃焼機器は噴流の層流域でのみ十分な効果を奏す
る。

第３図は他の実施例を示す。

この実施例では、保炎板５は遮断面４Ａより径小である
とともに外周に耐熱材製の環状突条６を備えるか、また
は、遮断面４Ａに多孔性セラミック板７を固着してい
る。

環状突条６は、ガラス綿またはセラミック綿製のリング
を接着して形成され、多孔性セラミック板７にはハニカ
ム状セラミック焼結体が好適に用いられる。

環状突条６および多孔性セラミック板７は、ともに薄膜
火炎により加熱されて赤色の可視光線を多量に発光し、
燃焼中であることが視認できるように機能する。

この発明は上記実施例以外につぎの形態をも含む。

ア）遮断板４および保炎板５は、多孔質セラミック板の
如く、幾分の通気性を有する多孔性体であっても良い。

イ）遮断板４および保炎板５は、軸心に対し幾分傾斜し
て配置されていても良く、曲率半径の大きい曲面もしく
は鈍錐面であっても良い。

ウ）燃焼板２は、正方形などの正多角形であっても良
く、耐熱金属製であっても良い。

エ）燃焼板の各小孔２２から噴出す予混合気は、空気過
剰率が１以上の全予混合気以外に、一次空気が理論空燃
比より幾分少ない予混合気であっても良い。

オ）バーナは、先端に行くに従い断面積が漸減するノズ
ルであっても良く、このノズルの先端に網状またはハニ
カム状などの多孔整流板を設けた構成、または同軸的に
配された多重構造のノズルを有するバーナであっても良
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例にかかる薄膜火炎式ガス
燃焼機器の要部断面図、第２図はその燃焼部の拡大図、
第３図は他の実施例の薄膜火炎式燃焼機器の要部断面
図、第４図は汁受皿を除いたバーナ部分の組み付けを示
す全体斜視図、第５図は全体斜視図である。図中１……燃焼板を用いた全予混合燃焼（全一次空
気）式バーナ、２……燃焼板、３……予混合気供給装
置、４……遮断板、４Ａ……遮断面、５……保炎板、５
Ａ……保炎面、６……環状突条、７……多孔性セラミッ
ク板、Ｆ、Ｆ１、Ｆ２……薄膜火炎

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石川善弘愛知県名古屋市中川区福住町２番26号リンナイ株式会社内 (72)発明者木村淳一愛知県東海市新宝町507の２東邦瓦斯株式会社総合技術研究所内 (72)発明者押田俊一愛知県東海市新宝町507の２東邦瓦斯株式会社総合技術研究所内 (72)発明者猪飼千保美愛知県東海市新宝町507の２東邦瓦斯株式会社総合技術研究所内 (56)参考文献特開平１−310214（ＪＰ，Ａ) 実開昭53−56139（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料ガスと燃焼用空気との予混合気を噴出
するバーナの噴出口から所定の距離だけ離れた位置に、
噴出流を遮断する遮断板を配し、噴出流のよどみ流域にて予混合気を薄膜火炎に成層燃焼
させる燃焼機器において、環状の保炎板部、及び該保炎板部の外周から立ち上がる
上向縁部を有する保炎板を、前記保炎板部が噴出口の周囲に噴出口面と略面一になる
様に配設した事を特徴とする、保炎板を用いた薄膜火炎
式燃焼機器。
【請求項２】請求項１記載の薄膜火炎式燃焼機器におい
て、前記遮断板は、透明又は半透明のガラス板、若しく
はセラミック板で形成され、前記保炎板の上向縁部は前記遮断板の外周端より内方に
位置し、前記保炎板部の外周上面に耐熱材製の環状突条
を設けた。
【請求項３】請求項１記載の保炎板を用いた薄膜火炎式
燃焼機器において、前記遮断板は、透明又は半透明のガラス板、若しくはセ
ラミック板で形成され、前記遮断板の下面に、多孔性セラミック板を固着した。