JP2000514916A - ガスバーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、ケーシングを備えたガスバーナであって、前記ケーシングが、ガス又はガス・空気混合物のための入口と排ガスのための出口とを備えた燃焼室を有しており、燃焼室内に、多孔性の材料から成る少なくとも１つの燃焼体が配置されていて、この燃焼体内でガス・空気混合気が燃焼せしめられ、この際に、燃焼体が、少なくとも２つの部分燃焼体に分けられていて、燃焼体に冷却装置が配属されている形式のものに関する。燃焼体が、冷却装置に向いた側の、少なくとも熱発生領域内で１つの部分燃焼体を形成していて、該部分燃焼体が、冷却装置とは反対側の部分燃焼体よりも小さい流れ抵抗を有していることによって、高い出力が得られ、それと同時に有害物質は低く維持される。

Description

【発明の詳細な説明】 ガスバーナ 本発明は、ケーシングを備えたガスバーナであって、前記ケーシングが、ガス 又はガス・空気混合物のための入口と排ガスのための出口とを備えた燃焼室を有 しており、燃焼室内に、多孔性の材料から成る少なくとも１つの燃焼体が配置さ れていて、この燃焼体内でガス・空気混合気が燃焼せしめられ、この際に、燃焼 体が、少なくとも２つの部分燃焼体に分けられていて、燃焼体に冷却装置が配属 されている形式のものに関する。 このような形式のガスバーナは、国際公開第９５／０１５３２号パンフレット に記載されている。この場合、燃焼体で満たされた樽状のケーシングが設けられ ている。燃焼体は多孔性の材料より形成されている。孔の大きさは、ガス・空気 混合気の流れ方向で入口から排ガスの出口に向かって次第に大きくなっている。 燃焼時に生じる熱を導出するために、２つの冷却体を備えた冷却循環路が設けら れている。一方の冷却体は、熱をケーシングの外部から導出する。第２の冷却体 は、多孔性の材料内に収容されている。このようなガスバーナにおいては、ガス ・空気混合気の流れ方向に対して横方向で、多孔性の材料内で狭い火炎先端が安 定して形成される。この火炎先端で、相応の高い酸化窒素成分を有する高い熱が 発生する。火炎先端が、冷却体によって温度調節された区域に接近する箇所では 、一酸化炭素が生じる。火炎先端における高い温度ピークに従って、ガスバーナ の出力は、燃焼体のために使用された材料に関連して制限されている。 ドイツ連邦共和国特許第１９５２７５８３号明細書には、ケーシングを有する ガスバーナについて記載されている。ケーシングは円筒形の主部分を有しており 、この主部分内に、金網(Drahtgestrick)製の火炎ホルダが設けられている。火 炎ホルダには本来の燃焼体が接続している。この燃焼体は同様に金網より形成さ れている。ガス・空気混合気から成る燃焼ガスは、火炎ホルダを貫流して、燃焼 体内で点火される。燃焼時に生じた廃熱は、熱交換器内に導出される。このため にケーシングの主部分は周壁によって取り囲まれており、この周壁内に導管が埋 め込まれている。この導管内で冷却液体が循環する。このようなガスバーナは、 高い出力を生ぜしめるために使用される。燃焼体内では、３０００ｋＷ／ｍ²ま での高さの面負荷が生じ得る。従って、熱が燃焼体から効果的に導出されるよう に配慮しなければならない。ドイツ連邦共和国特許第１９５２７５８３号明細書 に記載されたガスバーナにおいては、熱はまず主部分内に導出され、次いで熱交 換器内に導出されるので、主部分は絶縁されるように 働き、効果的な熱導出を妨げる。さらにまた、燃焼体が主部分に当接する領域内 に、高い一酸化炭素の集中箇所が形成される。 本発明の課題は、冒頭に述べた形式のガスバーナを改良して、高い出力が得ら れ、しかもそれと同時に有害物質発生が低いものを提供することである。 本発明によればこの課題は、燃焼体が、冷却装置に向いた側の、少なくとも熱 発生領域内で１つの部分燃焼体を形成していて、該部分燃焼体が、冷却装置とは 反対側の部分燃焼体よりも小さい流れ抵抗を有していることによって解決された 。 燃焼体を本発明に従って複数の部分燃焼体に分割したことによって、異なる質 量の空気・ガス混合気が燃焼せしめられる異なる区域が得られた。低い流れ抵抗 が存在する領域で、自然に大きい質量が転換される。ここではまた比較的大きい 熱量も生じるが、この熱量は、隣接する冷却体によって導出される。冷却体とは 反対側の領域には大きい流れ抵抗が形成されるので、ガス・空気混合気の少量の 部分が燃焼する。これによってこの部分燃焼体内での熱発生は小さい。このよう な構成によって、燃焼体内に局所的に温度ピークが生じることは避けられる。む しろ一様な温度分布が得られる。このような温度構造によって、少量のＮＯｘ− 及びＣＯ発生（若しくはエミション）が可能である。 さらにまた、このガスバーナによって高い出力レベ ルの運転が可能である。温度ピークに基づく、材料制限された限定は、従来のガ スバーナにおけるよりも非常に遅く生じる。 本発明の課題は、熱交換器が絶縁されたエアギャップだけを介して、燃焼体に 対して熱的に、少なくとも燃焼区域の領域内で連結解除若しくは遮断されたガス バーナによっても解決される。 熱交換器が燃焼体から間隔を保っていることによって、燃焼体の縁部領域内の 温度が熱交換器の温度レベルに低下することは阻止される。このような影響によ って、排ガス内の一酸化炭素含有量の著しい減少が得られる。 さらにまた、熱交換器を本発明に従って間隔を保って配置したことによって、 輻射過程による燃焼体からの効果的な熱の遮断が得られることが分かった。それ によって燃焼体内で高い出力が得られる。 本発明の有利な変化実施例によれば、熱交換器が、ケーシングの入口に向いた 側の領域で、流れ方向で燃焼体の手前に配置されていて、絶縁されたエアギャッ プを介して、燃焼体に対して熱的に連結解除若しくは遮断されている。 また特に、エアギャップによって規定された、燃焼体と熱交換器との間の間隔 が、１０ｍｍよりも大きく構成されていれば、排ガス内の一酸化炭素含有量の著 しい低下が得られることが分かった。 本発明の変化実施例によれば、燃焼体が多数の部分燃焼体を有しており、これ らの部分燃焼体が、流れ方向に対して横方向で並んで配置されており、部分燃焼 体間に絶縁されたギャップが形成されている。燃焼体をこのようにセグメント状 に分ければ、連続的な燃焼体よりも有害物質発生が少ないということが分かった 。 燃焼体がプレート上に設置されていて、これらのプレートが、平行な多数の積 層板によって形成されており、ケーシングの入口側に向いて配置されていれば、 例えば孔構造を有する平らなバーナプレートを使用するガスバーナにおいて生じ る、妨害となる音響学的な共振は避けられる。 この場合、有利には、プレートが、流れ方向で異なる長さを有する複数の積層 板を有している。 本発明の別の変化実施例によれば、冷却装置が熱交換器によって形成されてい て、該熱交換器が、燃焼体を介して排ガス流内で発生した熱を交換し、熱交換器 に向けられた部分燃焼体が、通路構造を有していて、熱交換器とは反対側の部分 燃焼体が化学量論的な孔の分布(stoechiometrische Porenverteilung)を有して いる。このような通路構造において生じる流れ抵抗は、非常に小さい。部分燃焼 体のために、温度変化に耐える(temperaturbestaendig)部材より成るバラ状充填 物又は例えば温度変化に耐えるフォーム材若しくは発 泡材又は網目状部材が使用されれば、化学量論的な孔の分布が得られる。 また、燃焼体が、ガス又はガス・空気混合気の流れ方向に対して横方向で、冷 却装置の冷却体によって側方で取り囲まれるようにすることも考えられる。この ような簡単な手段によって、燃焼体から効果的に大きな熱量を導出することがで きる。この場合、冷却体が燃焼体を、ガス・空気混合気の流れ方向で越えていれ ば、完全燃焼区域(Ausbrandstrecke)の温度を所望の温度レベルに維持すること ができる。 本発明の別の有利な実施例によれば、燃焼体が、分配器上の載せられていて、 該分配器内で、通路を介して燃焼体にガス・空気混合気が供給される、。分配器 は、燃焼体の手前で燃焼ガス・空気混合気を均一に分配するために使用される。 分配器が冷却されたプレートを有しており、該プレート上に燃焼体が直立してい て、プレートが複数の貫通開口を有し、これらの貫通開口を介してガス・空気混 合気が燃焼体に流入するようになっている。分配器の構成においては、火炎が燃 焼体からガス室内に逆火となって侵入しないように注意しなければならない。特 に分配器は、２ｍｍよりも大きい厚さを有していなければならない。分配器内の 通路の自由横断面は６ｍｍ²を下回ってはならない。同様にプレートの効果的な 冷却によって火炎の逆火は避けられる。 最適なエネルギーを得るために、流れ方向で燃焼体の手前で、熱交換器が流体 の流れ内に配置されていてもよい。 本発明によるガスバーナの可能な変化実施例によれば、冷却装置側に向いた部 分燃焼体が積層板ブロックから形成されており、該積層板ブロック上に、部分燃 焼体が高い流れ抵抗で設置されている。積層板は、例えば水冷式の積層板熱交換 器と同様に構成することができる。積層板は、流れ方向で見てその出口縁部で１ つ若しくは複数の部分燃焼体を支持している。流れをガイドするために、出口縁 部も入口縁部も滑らかに又は構成付けすることができる。 この場合、積層板ブロックがその積層板間で室を有していて、これらの室が少 なくとも部分的に多孔性のバラ状の充てん物若しくはバラストによって満たされ ているにする構成も考えられる。この場合、多孔性のバラ状の充填物は、ガス・ 空気混合物を均一に分配するために使用される。 燃焼体のためには、金属製又はセラミック製のバラ状の充てん物、発泡性の材 料、ワイヤ製の網目状構造物若しくは製織品或いは、セラミック、金属又は金属 とセラミックとの複合体より成るハニカム体が使用される。これらの材料は、要 求された使用目的にのために十分高い温度耐性を有している。 冷却装置が、絶縁されたエアギャップを介して、燃 焼区域の領域内で燃焼体に対して熱的に連結解除若しくは遮断されていれば、燃 焼体に直接的に冷接触することはない。それに応じて、大きい温度低下の領域も 生じない。従って、一酸化炭素内で生じ得る低温領域は確実に避けられる。絶縁 されたギャップは、有利な形式で１ｃｍ〜１０ｃｍの幅を有している。 ガスバーナを運転開始するために、燃焼体の内部に点火装置を設けることがで きる。 以下に図示の実施例を用いて本発明を具体的に説明する。 第１図は、燃焼体と熱交換器とを備えたガスバーナの概略的な断面した側面図 、 第２図は、多数の燃焼体とこれらの燃焼体間に配置された冷却体とを備えたガ スバーナの概略的な断面した側面図、 第３図は、冷却装置及び燃焼体を備えたガスバーナの概略的な側面図、 第４図はセグメント状の燃焼体を備えたガスバーナの概略的な断面した側面図 、 第５図は、積層板−プレート上に載せられた燃焼体を備えたガスバーナの概略 的な断面した側面図、 第６図及び第７図は、第４図に示したガスバーナのためのセグメント状の燃焼 体を示す図である。 第１図にはガスバーナのケーシング２２が示されている。ケーシング２２の内 部で燃焼室内には燃焼体１ ４が収容されている。燃焼体１４は、２つの部分燃焼体１４．１，１４．２より 成っている。部分燃焼体１４．１は、その内部で化学量論的な孔分布を有してい る。この観点において、例えば部分燃焼体１４．１のためにはセラミック発泡材 、或いはセラミック又は金属製の物体より成るバラ状の充填物若しくはバラスト (Schuettung)が使用される。部分燃焼体１４．１上に載せられた上側の部分燃焼 体１４．２は、通路構造体１７によって貫通されている。通路構造体１７が設け られているので、部分燃焼体１４．２内には、部分燃焼体１４．１におけるより も低い流過抵抗が形成される。燃焼体１４全体は、プレート１２の上側１２．１ 上に載せられている。プレート１２は、図面には示されていない冷却部によって 、所定の温度レベルに維持される。燃焼体１４に対するプレート１２の接触領域 には複数の貫通開口１３が設けられている。これらの貫通開口１３内には、プレ ート１２の下側を支持する分配器１０の通路１１が開口している。これらの通路 １１、貫通開口１３、多孔性の材料１４内の多数の孔、及び部分燃焼体１４．２ の通路構造体１７は、互いに立体的に結合されている。これによって、ガス・空 気混合気は分配器１０内に侵入し、部分燃焼体１４．２まで達する。 部分燃焼体１４．２上には、熱交換器２０がケーシング２２内に組み込まれて いる。この熱交換器２０は 、導管システム２１によって貫通されていて、この導管システム２１内に、高い 蓄熱容量を有する水又はその他の液体が充填されている。 ガスバーナの運転時には、ガス・空気混合気が分配器１０及び、プレート１２ の貫通開口１３を通って燃焼体１４内に流入し、ここで点火する。部分燃焼体１ ４．１内には高い流過抵抗が形成されるので、比較的少量の部分ガス・空気混合 気だけが燃焼される。残りのガス・空気混合気は部分燃焼体１４．２に向かって 流れて、この部分燃焼体１４．２内で変換されて大きい熱を発生する。部分燃焼 体１４．２は熱交換器２０に向けられているので、発生された高い熱エネルギー は直接導出される。それによって部分燃焼体１４．２内では局所的に加熱される 領域が生じることはない。従って、部分燃焼体１４．２内でも質量変換が小さい ので、多孔性の材料１５に損傷を与えるような温度ピークが生じることはない。 むしろ、このような構成においては、燃焼体１４内に均一な温度分布が得られる 。 ガスバーナの効率を改善するために、分配器１０の下側にも、導管システム２ １を備えた熱交換器２０が配置されている。この熱交換器２０は、下方に向かっ て放出された熱も吸収する。 第２図に示したガスバーナにおいては、３つの燃焼体１４が使用されており、 これらの燃焼体１４はプレ ート１２上に並んで載せられている。各燃焼体１４の両側で、プレート１２の上 側１２．２上に冷却装置の冷却体２３が固定されている。この場合、冷却体２３ は、燃焼体１４に対して間隔を保って配置されているので、エアギャップ２５＞ １０ｍｍが形成される。冷却体２３は、ガス・空気混合気の流れ方向で燃焼体１ ４を越えて突き出ている。この突き出た部分には冷却導管２４が設けられている 。 燃焼体１４は、ガス・空気混合気の流れ方向に対して横方向で各部分燃焼体１ ４．２，１４．２に分割されている。この際に、流れ抵抗は、燃焼体１４の内部 から、冷却体２３に向けられた側に向かって減少する。３つの部分から成る層が 考えられるが、この場合、外側の２つの部分燃焼体は、小さい流れ抵抗を有して いて、内側の部分燃焼体は大きい流れ抵抗を有している。しかしながら有利な形 式で任意の別の部分燃焼体を形成してもよい。燃焼体１４内の比均一なガス・空 気混合比に従って種々異なる熱発生区域も生じる。最大熱発生は、冷却体２３側 に向いた領域で生じる。ここで、最大発生熱は効果的に導出されるので、燃焼体 １４内に均一な温度分布が生じる。 この際に、熱エネルギーは冷却体２３に対して絶縁されたエアギャップ２５を 介して導出される。この場合、熱交換は輻射若しくは放射だけによって行われる 。燃焼体１４に対する冷却体２３の直接的な接触が阻 止されていることによって、強い温度低下区域は阻止される。これによって、一 酸化炭素放出物が増加する。燃焼体１４内の均一な温度混合に基づいてＮＯｘ放 出は低下する。 第１図に示したガスバーナにおいては、上側にも下側にも熱交換器２０が設け られており、これらの熱交換器は、場合によっては存在する残りの熱を交換する 。 第３図に概略的に示したガスバーナにおいては、冷却体２３として水をガイド する冷却導管が使用されている。この冷却導管に積層板ブロックが被せ嵌められ ている。積層板ブロックは、互いに平行に配置された個別の積層板(Lamellen)２ ７．１より成っていて、これらの積層板ブロックの間に室２７．２が形成されて いる。空気・ガス混合気の流れ方向で見て、積層板２７．１の出口側領域に部分 燃焼体１４．１が載せられている。積層板ブロックは、別の部分燃焼体１４．２ として、部分燃焼体１４．１と一緒に燃焼体１４を形成している。積層板２７． １間に形成された室２７．２は、多孔性の材料で満たされている。この場合、多 孔性の材料は、ガス・混合気を均一に分布させる機能を有している。それと同時 に、冷却体２３の上側で部分燃焼体１４．２として、高いを発生する区域を形成 しなければならない。 第４図にはセグメント状の燃焼体１４を有し、各部 分燃焼体１４．ｎから構成されているガスバーナが示されている。部分燃焼体１ ４．ｎは、燃焼ガスの流れ方向に対して横方向で互いに並んで配置されている。 熱伝達装置を改良するために、部分燃焼体１４．ｎは、ギャップＳを介して互い に分離されている。部分燃焼体１４．ｎは、プレート１２の上側１２．１上に載 せられている。燃焼ガスは、プレート１２の貫通開口１３を通って燃焼体１４に 向けてガイドされる。第６図及び第７図には、部分燃焼体１４．ｎとして使用す ることのできるそれぞれ異なる幾何学形状が示されている。 第６図には、方形の部分燃焼体１４．ｎが示されていて、第７図には６角形の 部分燃焼体１４．ｎが示されている。しかしながらその他の多くの部分燃焼体例 えば正方形又は多角形の部分燃焼体も考えられる。 第５図には、燃焼体１４がプレート１２上に載せられているガスバーナが示さ れている。プレート１２は、火炎の逆火を阻止する。プレート１２は多数の積層 板によって形成されており、これらの積層板は、流れ方向に対して横方向でしか も互いに平行に位置している。積層板の間には貫通開口１３が形成されている。 第５図に示されているように、積層板は異なる長さで構成されているので、積層 板の一部は燃焼体１４を支持していて、その他の積層板は、燃焼体を支持する積 層板に対して間隔を保っている。燃焼体１４と、積層 板プレート１２を備えたマトリクス構造体との組み合わせによって、燃焼過程に おいて生じ得る音響学的な共振(Resonanz)は確実に避けることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴァルター レール ドイツ連邦共和国 Ｄ―70499 シユツツ トガルト ランダウアーシュトラーセ 57 ベー (72)発明者 ヴァルター ザルホルツ ドイツ連邦共和国 Ｄ―70469 シユツツ トガルト ドナースベルクシュトラーセ 40

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. ケーシングを備えたガスバーナであって、前記ケーシングが、ガス又はガス ・空気混合物のための入口と排ガスのための出口とを備えた燃焼室を有しており 、燃焼室内に、多孔性の材料から成る少なくとも１つの燃焼体が配置されていて 、この燃焼体内でガス・空気混合気が燃焼せしめられるようになっており、燃焼 体が、少なくとも２つの部分燃焼体に分けられていて、燃焼体に冷却装置が配属 されている形式のものにおいて、 燃焼体（１４）が、冷却装置に向いた側の、少なくとも熱発生領域内で、１ つの部分燃焼体（１４．２）を形成しており、該部分燃焼体（１４．２）が、冷 却装置とは反対側の部分燃焼体（１４．１）よりも小さい流れ抵抗を有している ことを特徴とする、ガスバーナ。 2. 冷却装置が熱交換器（２１）によって形成されていて、該熱交換器（２１） が、燃焼体（１４）を介して排ガス流内で発生した熱を交換し、 熱交換器（２０）に向けられた部分燃焼体（１４．２）が、通路構造を有し ていて、熱交換器（２０）とは反対側の部分燃焼体（１４．１）が化学量論的な 孔の分布を有している、請求項１記載のガスバーナ。 3. 燃焼体（１４）が、ガス又はガス・空気混合気の流れ方向に対して横方向で 、冷却装置の冷却体（２３）によって側方で取り囲まれている、請求項１又は２ 記載のガスバーナ。 4. 燃焼体（１４）が、分配器（１０）上に載せられていて、該分配器（１０） 内で、通路（１１）を介して燃焼体（１４）にガス・空気混合気が供給される、 請求項１から３までのいずれか１項記載のガスバーナ。 5. 分配器が、冷却されたプレート（１２）を有しており、該プレート（１２） 上に燃焼体（１４）が直立していて、プレート（１２）が複数の貫通開口（１３ ）を有しており、これらの貫通開口（１３）を介してガス・空気混合気が燃焼体 （１４）に流入するようになっている、請求項４記載のガスバーナ。 6. 冷却体（２３）が燃焼体（１４）を、ガス・空気混合気の流れ方向で越えて 突き出ている、請求項３から５までのいずれか１項記載のガスバーナ。 7. 流れ方向で燃焼体（１４）の手前で、熱交換器（２０）が流体の流れ内に配 置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のガスバーナ。 8. 冷却装置側に向いた部分燃焼体（１４．２）が積層板ブロックから形成され ており、該積層板ブロック上に、高い流れ抵抗を有する部分燃焼体（１４．１） が設置されている、請求項１から７までのいず れか１項記載のガスバーナ。 9. 積層板ブロックがその積層板（２７．１）間で複数の室（２７．２）を有し ていて、これらの室が少なくとも部分的に多孔性のバラ状の充填物によって満た されている、請求項８記載のガスバーナ。 10．燃焼体（１４）はその部分燃焼体（１４．１，１４．２）が、金属製又はセ ラミック製のバラ状の充てん物、発泡性の材料、セラミック、金属又は金属とセ ラミックとの複合体より成る製織品又はハニカム体より成っている、請求項１か ら９までのいずれか１項記載のガスバーナ。 11．燃焼体（１４）内に点火装置が配置されている、請求項１から１０までのい ずれか１項記載のガスバーナ。 12．ケーシングを備えたガスバーナであって、前記ケーシングが、ガス又はガス ・空気混合物のための入口と排ガスのための出口とを備えた燃焼室を有しており 、燃焼室内に、多孔性の材料から成る少なくとも１つの燃焼体が配置されていて 、この燃焼体内でガス・空気混合気が燃焼せしめられ、この際に、燃焼体に、熱 交換器を備えた冷却装置が配属されており、該熱交換器が、排ガス出口側に向け られた領域内で流れ方向で、燃焼体から側方に配置されている形式のものにおい て、 熱交換器（２０、冷却体２３）が、絶縁されたエ アギャップ（２５）だけを介して、燃焼体（１４）に対して熱的に、少なくとも 燃焼区域の領域内で連結解除されていることを特徴とする、ガスバーナ。 13．熱交換器（２０）が、ケーシングの入口に向いた側の領域で、流れ方向で燃 焼体（１４）の手前に配置されていて、絶縁されたエアギャップ（２５）を介し て、燃焼体（１４）に対して熱的に連結解除されている、請求項１から１２まで のいずれか１項記載のガスバーナ。 14．エアギャップ（２５）によって規定された、燃焼体（１４）と熱交換器（２ ０、冷却部材２３）との間の間隔が、１０ｍｍよりも大きい、請求項１から１３ までのいずれか１項記載のガスバーナ。 15．燃焼体（１４）が多数の部分燃焼体（１４，ｎ）を有しており、これらの部 分燃焼体が、流れ方向に対して横方向で並んで配置されており、部分燃焼体間に 絶縁されたギャップ（Ｓ）が形成されている、請求項１から１４までのいずれか １項記載のガスバーナ。 16．燃焼体（１４）がプレート（１２）上に設置されていて、これらのプレート （１２）が、平行な多数の積層板によって形成されており、ケーシング（２２） の入口側に向いて配置されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の ガスバーナ。 17．プレート（１２）が、流れ方向で異なる長さを有 する複数の積層板を有している、請求項１から１６までのいずれか１項記載のガ スバーナ。