(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火材からなる燃焼プレートの表面に多数の菱形、四角形等適宜形状で無炎孔とした山形突起を周囲に凹溝を存して縦横に形成し、その凹溝に全体として開孔率を５％〜２０％とする複数の小炎孔を穿設した燃焼プレートにおいて、
前記山形突起の周囲に設ける凹溝の幅方向の断面形状を両側壁を火炎により赤熱可能な傾斜角度で下流方向へ拡げ、火炎を滞留させる深さの台形状としたことを特徴とする燃焼プレート。
【請求項２】
前記燃焼プレートは、燃焼速度の速いＬＰＧ用プレートであって、かつ前記凹溝の側壁面の傾斜角度が小炎孔の軸線に対して１０度〜２０度となっている請求項１記載の燃焼プレート。
【請求項３】
前記燃焼プレートは、燃焼速度の遅いＬＮＧ用かつ面負荷１７０ｋＷ／ｍ２より低負荷域での燃焼用プレートであって、前記凹溝の側壁面の傾斜角度が小炎孔の軸線に対して２０度〜４５度となっている請求項１記載の燃焼プレート。
【請求項４】
前記凹溝は、深さが１．４ｍｍ以上である請求項１ないし３のいずれかに記載の燃焼プレート。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の燃焼プレートを備えることを特徴とする赤外線バーナ。
【請求項６】
格子状に形成された凹溝と、該凹溝により側面が形成された多面体形状の多数の上方に延びる山形突起と、前記凹溝の底面に形成された多数の小炎孔とを備える耐火材からなる燃焼プレートであって、
前記凹溝は、火炎を滞留させるために幅が底面から上方に向かって広がるように形成されており、かつその深さが１．４ｍｍ以上であることを特徴とする燃焼プレート。
【請求項７】
多面体形状に形成された上方に延びる多数の山形突起と、該山形突起の側面を形成する凹溝と、該凹溝の底面に形成された多数の小炎孔とを備える耐火材からなる燃焼プレートであって、
前記凹溝は、火炎を滞留させるために幅が底面から上方に向かって広がるように形成されており、かつその深さが１．４ｍｍ以上であることを特徴とする燃焼プレート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、赤外線エネルギーを暖房、熱処理、乾燥、調理等に利用するように設計される赤外線バーナに使用する燃焼プレートおよび赤外線バーナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃焼プレートとして、出願人の特許第３０１５９３１号の燃焼プレートで、セラミックプレートに多数の山形凸部をその回りに凹溝を存して形成し、その凹溝に炎孔を設けたものがあるが、この従来の燃焼プレートでは、凹溝の幅方向の断面形状が側壁面が炎孔の軸線に対して垂直で深さが浅く（通常０．５ｍｍ〜０．８ｍｍ）矩形で、しかも山形の頂部の高さも低く傾斜が緩やかな形状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の燃焼プレートでは凹溝３’の側壁面が垂直でその深さが通常０．５ｍｍ〜０．８ｍｍと浅く、凹溝３’の幅方向の断面形状は、深さの浅い矩形状でしかも山形凸部２’の高さも低く、凹溝の上端から凸部上面へ急に折れ曲がった形状となる（図５参照）から、燃焼状態を観察すると、炎で突起の周囲は直接加熱され真っ赤な赤熱状となるが、突起の頂部に近接する部分は直接加熱されないので、突起の中央部は暗い赤色となり、十分赤熱されない。このような知見から燃焼プレートの燃焼量を増加させれば、それなりに温度上昇するが、ほどなく表面温度が飽和する傾向にあり、それ以後、むしろ立炎や逆火となって観察されるので、実際上、燃焼量を増加させられない。また、エネルギーロスにもつながる。
また、従来技術によっても、個々の赤外線バーナにおいて、表面温度が８００度〜１１００度以上に達するものはあった。しかし、この種のバーナにおいては、１個のバーナにとっての可能なターンダウン比が大きくとも１．５／１（通常それ以下）であるところから、実質的にターンダウン比をとれないので、得られる表面温度はほぼ固定的なものであった。例えば、８００度程度の表面温度を得るための面負荷は約１５７ｋＷ／ｍ２ であり、他方１１００度以上の高温を得るためには、面負荷を約５５０ｋＷ／ｍ２ 程度にまで高める必要があった。このような高負荷燃焼のための手段としては、面負荷の増大に応じて炎孔面積を低減する（開孔率の低下）手段が講じられる。従って、１個のバーナによって、８００度〜１１００度までの広範囲な温度調節を実現するような赤外線バーナはなかった。赤外線バーナでは、燃焼量の単純な増大によれば、逆火や立炎（付着火炎状態）が生じ、他方、燃焼量の無闇な低減は燃焼不良の原因となる問題がある。
高温表面を得るために燃焼量を安易に増大させることは、化石エネルギー資源節減の観点からのみならず、ＣＯ２ 放出量の削減の観点からも好ましくない。また、高負荷燃焼時には立炎が生じることから立炎に伴う燃焼プレートを加熱するための燃焼エネルギーにロスが生じるため、赤外線バーナの効率をも左右する結果となり、さらに実用面においては、バーナ表面からの被加熱物までの距離を短縮させたい場合に制約があった。
一方、炎孔面積を削減するためには、微細な炎孔を正確に形成するための精巧さが求められ、或いは炎孔配置に複雑性が生じるため、燃焼プレートを製造する上での困難性が高まり、ひいては製品コストの増大を招くなどの問題があった。
【０００４】
この発明の発明者は上記課題を解決するために、燃焼プレートの縦横の突起を囲う凹溝の断面を下流方向に開いた台形状として燃焼効率を向上し、ターンダウン比を拡大できることを見出した。
そこで、この発明は、耐火材からなる燃焼プレートの表面に多数の無炎孔とした山形の突起を周囲に凹溝を存して縦横に形成し、その凹溝に複数の小炎孔を穿設した燃焼プレートを改良し、特にその凹溝の幅方向の断面形状を火炎により赤熱可能でかつ火炎が滞留する傾斜角度と深さの台形状として燃焼効率を向上させ、ターンダウン比を拡大して、表面温度が約８００度〜１１００度以上までの範囲において調整しうる燃焼プレートを提供することを目的とする。また、該燃焼プレートを備えた赤外線バーナを提供することを目的とする。
また、火炎を滞留させるために凹溝の幅を底面から上方に向かって広げて燃焼効率を向上させ、ターンダウン比を拡大させる燃焼プレートおよびそれを備えた赤外線バーナを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するこの発明の請求項１記載の燃焼プレートは、耐火材からなる燃焼プレート１の表面に多数の菱形、四角形等適宜形状で無炎孔とした山形突起２を周囲に凹溝３を存して縦横に形成し、その凹溝３に全体として開孔率を５％〜２０％とする複数の小炎孔４を穿設した燃焼プレートにおいて、前記山形突起２の周囲に設ける凹溝３の幅方向の断面形状を両側壁３ａを火炎により赤熱可能な傾斜角度θで下流方向へ拡げ、火炎を滞留させる深さＨの台形状としたことを要旨とする。
【０００６】
この発明の請求項２記載の燃焼プレートは、請求項１において、前記燃焼プレートは、燃焼速度の速いＬＰＧ用プレートであって、かつ前記凹溝の側壁面の傾斜角度が小炎孔の軸線に対して１０度〜２０度となっていることを要旨とする。
この請求項３記載の燃焼プレートは、請求項１において、前記燃焼プレートは、燃焼速度の遅いＬＮＧ用かつ面負荷１７０ｋＷ／ｍ２より低負荷域での燃焼用プレートであって、前記凹溝の側壁面の傾斜角度が小炎孔の軸線に対して２０度〜４５度となっていることを要旨とする。
この発明の請求項４記載の燃焼プレートは、請求項１ないし３のいずれかにおいて前記凹溝は、深さＨが１．４ｍｍ以上であることを要旨とする。
【０００７】
上記課題を解決するこの発明の請求項５記載の赤外線バーナは、請求項１ないし４のいずれかに記載の燃焼プレートを備えることを要旨とする。
【０００８】
この発明の請求項６記載の燃焼プレートは、格子状に形成された凹溝３と、該凹溝３により側面が形成された多面体形状の多数の上方に延びる山形突起２と、前記凹溝の底面に形成された多数の小炎孔４とを備える耐火材からなる燃焼プレート１であって、前記凹溝３は、火炎を滞留させるために幅が底面から上方に向かって広がるように形成されており、かつその深さが１．４ｍｍ以上であることを特徴とするものである。
【０００９】
この発明の請求項７記載の燃焼プレートは、多面体形状に形成された上方に延びる多数の山形突起２と、該山形突起の側面を形成する凹溝３と、該凹溝の底面に形成された多数の小炎孔４とを備える耐火材からなる燃焼プレート１であって、前記凹溝３は、火炎を滞留させるために幅が底面から上方に向かって広がるように形成されており、かつその深さが１．４ｍｍ以上であることを特徴とするものである。
【００１４】
上記構成を有するこの発明の請求項１記載の燃焼プレートは、燃焼プレートの前記凹溝の幅方向の断面形状を両側壁を火炎により赤熱可能な傾斜角度で下流方向に拡げ、火炎を滞留させる深さの台形状としたので、燃焼時に凹溝に火炎を十分滞留させ、火炎で下流方向に開いた両側壁面の全面を赤熱することができ、燃焼効率を向上することができる。
【００１５】
上記構成を有するこの発明の請求項２記載の燃焼プレートは、燃焼速度の速いＬＰＧ用プレートであって、かつ前記凹溝の側壁面の傾斜角度を小炎孔の軸線に対して１０度〜２０度の範囲とすることにより、凹溝の側壁面全面を真っ赤な赤熱面として燃焼効率を最も良くすることができる。
上記構成を有するこの発明の請求項３記載の燃焼プレートは、燃焼速度の遅いＬＮＧ用かつ面負荷１７０ｋＷ／ｍ２より低負荷燃焼での燃焼用プレートであって、かつ前記凹溝の側壁面の傾斜角度が小炎孔の軸線に対して２０度〜４５度の範囲となっていることにより、凹溝の側壁を赤熱することができ、燃焼効率を向上することができる。
【００１６】
上記構成を有するこの発明の請求項４記載の燃焼プレートは、前記凹溝の深さが１．４ｍｍ以上であることにより火炎の滞留効果を得ることができるので、燃焼効率を向上できる。
【００１７】
上記構成を有するこの発明の請求項５記載の赤外線バーナは、前記した効果を有する燃焼プレートを備えるので、燃焼効率を良くした赤外線バーナを提供できる。
【００１８】
上記構成を有するこの発明の請求項６記載の燃焼プレートは、格子状に形成された凹溝と、該凹溝により側面が形成された多面体形状の多数の上方に延びる山形突起と、前記凹溝の底面に形成された多数の小炎孔とを備えた燃焼プレートに火炎を滞留させるために幅が底面から上方に向かって広がるように形成した凹溝が形成されるので、燃焼時に凹溝に火炎を十分滞留させ、火炎で底面から上方に向かって広がるように形成した凹溝を赤熱することができ、燃焼効率を向上することができる。前記凹溝の深さを１．４ｍｍ以上とすることにより火炎の滞留効果を得ることができるので、燃焼効率を向上できる。
【００１９】
上記構成を有するこの発明の請求項７記載の燃焼プレートは、多面体形状に形成された上方に延びる多数の山形突起と、該山形突起の側面を形成する凹溝と、該凹溝の底面に形成された多数の小炎孔とを備えた燃焼プレートに火炎を滞留させるために幅が底面から上方に向かって広がるように凹溝が形成されているので、燃焼時に凹溝に火炎を十分滞留させ、火炎で底面から上方に向かって広がるように形成した凹溝を赤熱することができ、燃焼効率を向上することができる。前記凹溝の深さを１．４ｍｍ以上とすることにより火炎の滞留効果を得ることができるので、燃焼効率を向上できる。
【００２１】
上記構成を有するこの発明の燃焼プレートは、凹溝の側壁面の傾斜角度は、前記小炎孔の軸線に対して１０度〜２０度として、燃焼速度の速いＬＰＧに対応させる。また、この発明の燃焼プレートは、凹溝の側壁面の傾斜角度は、小炎孔の軸線に対して２０度〜４５度として、燃焼速度の遅いＬＮＧ、例えば１３Ａにも対応できる。
この発明の燃焼プレートは、１３Ａ規格のガス用であり、１３Ａ規格のガス用かつ面負荷１７０ｋＷ／ｍ２未満において使用するものである。
【００２２】
上記構成を有するこの発明の燃焼プレートは、前記凹溝の深さを１．４ｍｍ以上とすることにより火炎の滞留効果を得ることができるので、燃焼効率を向上できる。この発明の燃焼プレートは前記燃焼プレートの炎孔の炎孔長を予混合気の予熱領域を確保しうる程度の長さとすることにより、凹溝の深さと傾斜角度との相乗効果でより一層燃焼効率を向上できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以上説明したこの発明の構成、作用を一層明らかにするために、以下この発明の燃焼プレートにつき実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１はこの発明の燃焼プレートの一部拡大平面図、図２はこの発明の燃焼プレートの実施例１を示す断面図、図３は同実施例２を示す断面図、図４は同実施例３を示す断面図、図５は従来例１の燃焼プレートを示す断面図である。
【００２６】
図はこの発明の燃焼プレートの実施形態を示すもので、１はコージライト・ムライト質耐火物等の耐火度の高い耐火材からなり、矩形状とした燃焼プレートで、その表面に多数の菱形（ダイヤ形）で無炎孔とした山形の突起２を回りに細幅の凹溝３を存して縦横に形成し、その凹溝３に多数の小炎孔４を一定の間隔をおいて穿設する。この小炎孔４はガス噴出速度を速くして燃焼位置を炎孔の下流端近傍として、ガス噴出速度の上昇と火炎伝播速度とのつり合いを保たせて燃焼させるようにする径とするのが好ましい。
燃焼ガスとしては、ＬＮＧ（液化天然ガス）の例えば１３Ａガス、１２Ａ、ＬＰＧ（液化石油ガス）の例えば、プロパンガス、ブタンガス等を使用する。
この実施形態の菱形状突起２は中央を頂点とする四角錐状として、それを囲う凹溝３に１２個の小炎孔４を穿設してあり、凹溝３に直径０．７ｍｍφ〜０．９５ｍｍφの多数の小炎孔４を表裏に貫通して穿設し、プレートの開孔率（炎孔総面積／プレート面積）を全体として約５％〜２０％とし、ガス噴出速度を速くして燃焼位置を炎孔の下流端近傍に伸ばし、ガス噴出速度の上昇と火炎伝播速度とのつり合いを保たせて燃焼させ、ガス噴出による逆火現象を防ぐことができる。
実施形態では、突起２の底面を菱形（ダイヤ形）としたが、この形状に限定されるものではなく、四角形状等多角形状、円状等にしてもよい。また、前記小炎孔の大きさは上記の寸法に限られるものではなく、従来の１ｍｍ程度の径としてもよい。
上記実施形態は、燃焼プレート１の縦横の凹溝の交差する部位にも炎孔を設けた場合を示したが、これに限られるものではなく、例えば、凹溝が交差する部位の炎孔を塞いで（めくらとして）菱形状突起２の四方に無炎孔部を設けて開孔率を減少させ、より一層の高負荷燃焼を可能としたものでもよい。この燃焼プレートも上記燃焼プレートとほぼ同じ作用で、凹溝の交差部位を塞いだ分、開孔率を小さくでき、従って、その分のガスの噴出速度を高め、ガス噴出速度の上昇と火炎伝播速度とのつり合いを保たせて燃焼させ、ガス噴出による逆火現象を防ぐことができる。
【００２７】
この発明の燃焼プレート１は、上記した燃焼プレートにおいて、前記山形突起２の周囲に設ける凹溝３の幅方向の断面形状を両側壁３ａを小炎孔を流路とするガスの火炎により赤熱可能な傾斜角度θで下流方向へ拡げ、火炎を滞留させる深さＨの台形状に形成することに特徴があるものである。このように燃焼プレートの凹溝を台形状として下流方向への広がりと深さを持たせることによりこの凹溝において小炎孔から噴出されるガス、火炎を減速させて十分に滞留させ、凹溝の傾斜した両側壁面の全面を赤熱させ燃焼効率の向上を図るものである。
【００２８】
図１乃至図４において、この発明の燃焼プレートの突起を囲う凹溝の幅方向の断面形状を変えた場合を示し、図５に従来例１の燃焼プレートの断面形状を示す。
燃焼プレート１の前記凹溝３の幅方向の断面形状は両側壁面３ａを火炎により赤熱可能な傾斜角度θで下流方向へ拡げ、火炎を滞留させる深さＨとした台形状とする。
燃焼プレート１の凹溝３の両側壁面３ａの赤熱可能な傾斜角度θは、両側壁面３ａが小炎孔４の軸線に対してなす角度をいう。傾斜角度θは１０度〜２０度以下が好ましい。傾斜角度θは、燃焼速度の速いＬＰＧの場合には、より好ましくは、１０度〜１５度である。凹溝の側壁面３ａに上記傾斜角度を付けることにより小炎孔からのガスの噴出速度或いは火炎速度が凹溝の下流への広がりで減速されて溝部に滞留しつつ溝側壁部が赤熱され、その赤熱に伴って燃焼反応が促進されるので、高負荷時にも立炎を抑える傍ら、大きなターンダウンを可能にしたと考えられる。燃焼速度の速いＬＰＧを想定した場合は、傾斜角度θを２０度以上開くと火炎の滞留効果が減じられるために好ましくない。
断面台形状とする凹溝３の底の幅は小炎孔４の径と略同じ乃至その径より若干広く形成され、その中心に小炎孔が設けられる。図では凹溝の底の幅と小炎孔の径を同じに表してある。
また、燃焼プレート１の凹溝３の側壁３ａを赤熱するため火炎を滞留させる深さＨとしては、少なくとも凹溝の炎孔上面からの深さを１．５ｍｍ以上とする。深さを１．５ｍｍとする理由は、従来の０．５〜０．８ｍｍ程度では、火炎で赤熱されるも赤熱面が狭すぎ、火炎が立炎状態、剥離火炎状態となるとガスの噴出でその狭い凹溝は冷却されることになり、狭い凹溝の側壁面が十分赤熱されない現象があることから、試験をした結果、１．５ｍｍ以下では赤熱面が狭く、十分な火炎の滞留効果を得られないことを見出した。現状より少なくとも１ｍｍ深くすることにより、表面温度が高くなり、火炎の発生も抑えられた。プレートの凹溝の深さにつき燃焼特性を調べた結果、溝を深くすればするほどプレート表面温度が上昇し、火炎の発生も抑えられることが判明した。小炎孔を実施例のように小径とするとガス、火炎速度が速くなり、その分燃焼位置がより下流側に移動することからも深さを前記の深さとすることにより燃焼を効果的にできる。同時に逆火現象を防ぐことができる。燃焼音は従来の高温型プレートと同等であった。従って、凹溝３の深さＨは少なくとも１．５ｍｍ以上とする必要がある。凹溝３の深さの上限は、火炎で側壁面３ａを赤熱しうる範囲とする。突起の大きさ、形状によって、凹溝の上限が決められる。実施例１、２、３では凹溝の高さ、山形頂部の高さ、炎孔長の高さを変えて試験をした。実施例１〜３の突起の幅は３．０２ｍｍで小炎孔４の径は０．８５ｍｍφである。実施例３の場合、傾斜角を１５度とすると、突起は断面３角形状となる。燃焼プレートの製作において、突起（ダイヤ）の高さはダイヤが立ち上がるまでとする。実際には、実施例３の場合には頂部を実施例２と同様に上端に近いところで、山形にするか、平らにするか、アールを付ける必要がある。
燃焼プレート１は気孔率の高い材料で形成するのが好ましく、この材料を使用することにより、より燃焼効率を向上できる。プレートの材質に気孔率の高い材質を用い、凹溝を深くし、側壁面に傾斜を付けると、逆火が起こりにくい高温表面燃焼が可能となる。
また、燃焼プレート１の炎孔４の炎孔長Ｌは後述のように予混合気の予熱領域を確保しうる程度の長さとする。
この発明の燃焼プレートは、凹溝の小炎孔でガス噴出速度を速くして燃焼させ、かつ前記凹溝の幅方向の断面形状を火炎により両側壁を赤熱可能な傾斜角度とし、火炎を滞留させる深さの台形状としたので、燃焼時に凹溝の下流方向への広がりで火炎を十分滞留させ、下流方向に開いた両側壁面の全面を赤熱することができ、燃焼効率を向上することができる。逆火現象を生ずるのを防ぐことができる。すなわち、この発明によれば、従来の炎孔径の燃焼プレート、或いは開孔率の多少にかかわらず、燃焼効率を向上できる。また、凹溝の炎孔の開孔率或いは炎孔径など炎孔の形成精度に対する制約を軽減することができ、燃焼プレートの製造を容易にすることができる。その結果、安価な製品を提供できる。
【００２９】
図２に示す実施例１の燃焼プレートの凹溝３の幅Ｂは下端を０．８５ｍｍとして側壁面３ａを傾斜角度θを１５度とし、凹溝の深さＨを１．８ｍｍ、山形頂部の高さＨ1は０．５ｍｍ、炎孔長Ｌを１１．５ｍｍとした場合、
図３に示す実施例２の燃焼プレートの凹溝３の幅Ｂは下端を０．８５ｍｍとして側壁面３ａを傾斜角度θを１５度で凹溝の深さＨを４．１ｍｍ、山形頂部の高さＨ1を０．２ｍｍ、炎孔長Ｌを９．５ｍｍとした場合、
図４に示す実施例３の燃焼プレートの凹溝３の幅Ｂは下端を０．８５ｍｍとして側壁面３ａを傾斜角度θを１５度、深さＨを５．３ｍｍ、炎孔長Ｌを８．５ｍｍとした場合を示す。
何れの実施例も炎孔の径は凹溝の下端の幅Ｂと同じ０．８５ｍｍとしてある。
図５に示す従来例１の燃焼プレートは、凹溝の幅Ｂは０．８５ｍｍ、側壁面は垂直で、深さは０．５ｍｍ、山形頂部の高さＨ1は０．８ｍｍ、炎孔長Ｌを１２．５ｍｍとした場合を示す。
【００３０】
この発明の実施例１〜３と従来例１との特性を比較する。この特性を比較するための試験方法は次のとおりである。
【００３１】
0003638908.tif 000002
燃焼プレートの表面温度測定
燃焼開始後５分が経過した時点で左右各プレート表面中央付近の温度をそれぞれ測定し、その平均値を表面温度とした。
表面温度の測定には、携帯用ディジタル放射温度計（大同特殊鋼製スターサーモＤＳ−０６ＣＦ）を用いた。輻射率を０．５０に設定。
【００３２】
上記の条件のもとで、従来例１とこの発明の実施例１乃至３の場合、燃焼量Ｗを１６７４、２５１０、３３４７、４１８４としたときの表面温度を測定したところ、図８、図９、図１０、表１、表２、表３に示す結果が得られた。先ず、図８は従来例１とこの発明の実施例の燃焼プレート形状で得られる表面温度特性について、燃焼量Ｗと表面温度℃との関係がグラフで示され、表１には燃焼量Ｗ（Ｗ）に対応する各実施例の燃焼プレート形状で得られる表面温度特性と面負荷（ｋＷ／ｍ２）が表わされている。尚、１６７４Ｗは本実験バーナにおける標準インプットである。
総燃焼量（標準インプット）；Ｗ
面負荷＝Ｗ／プレート面積  ；Ｗ／ｍｍ２
炎孔負荷＝Ｗ／炎孔総面積  ；Ｗ／ｍｍ２
標準インプットが１６７４Ｗの場合
面負荷＝１５７ｋＷ／ｍ２
炎孔負荷＝８４１ｋＷ／ｍ２
開孔率が２０％を越えるバーナプレート（例えば、山形突起部にも小炎孔が穿設され、小炎孔１．０ｍｍφ、１．２ｍｍφ）では炎孔負荷が８４１ｋＷ／ｍ２よりかなり小さい（１／２以下）ので、面負荷が１５７ｋＷ／ｍ２ を越えると、いちはやく逆火を生ずる。また、開孔率を５％以下とすることは成形上困難である。従って、この発明はこの逆火現象を生じないように小炎孔の開孔率を全体として５％〜２０％とする。実験では前記のように、開孔率＝１８．７％としてある。
【００３３】
【表１】
0003638908.tif 000003
【００３４】
図８、表１の結果において、従来例１とこの発明の実施例１〜３の燃焼プレートとの特性を比較する。
従来例１は、燃焼量を４１８４Ｗまで増加しても燃焼プレートの表面温度は１０１３℃程度までしか上昇しない。すなわち、従来の燃焼プレートでは燃焼量を２〜２．５倍に増大させても表面温度の上昇をそれに追随させて高めることは難しかった。
この発明の実施例１〜３において、燃焼量（面負荷）の増加に伴って、表面温度が上昇した。また、同一燃焼量の時の表面温度は、実施例１から実施例３の順に徐々に増大した。
図８と表１において、従来例１において、３１５ｋＷ／ｍ２ （燃焼量３３４７Ｗ）以上の面負荷では面負荷増大に伴う表面温度上昇が緩和された。また、面負荷３９３ｋＷ／ｍ２（燃焼量４１８４Ｗ）に至って表面温度は１０００℃を越えた。
これに対して、本発明の実施例１〜３においてはその面負荷３９３ｋＷ／ｍ２（燃焼量４１８４Ｗ）において、１１００℃近傍あるいはそれよりはるかに高温に達した。実施例３の実験結果に基づけば、約２５３ｋＷ／ｍ２  程度の比較的低い面負荷（燃焼量約２７００Ｗ）において、すでに１１００℃に達したものと理解できる。実施例３では燃焼量４１８４Ｗで表面温度は１１７３℃にまで達した。燃焼面は非常に明るく、ダイヤ部全体が赤熱していた。また、ダイヤ部の溝の深さを深くして行くことによって燃焼量（インプット）を高くした場合においても、火炎の発生はなく、実施例３のプレートでは標準インプットの約２．５倍の燃焼においても火炎の発生は見られなかった。いずれのダイヤ形状でも燃焼量は通常の高温型プレートの燃焼音と同等であった。
【００３５】
従来例１とこの発明の実施例１との対比において、面負荷１５７ｋＷ／ｍ２（燃焼量が１６７４Ｗ）以下の低負荷時には表面温度には特段の差が生じなかったが、それ以上の高負荷時には差が生じた。
この結果を生ずる理由について、考察するために各々の凹溝部容積および形状に着目する必要がある。
従来例１では溝部の断面形状が矩形で短く、溝部によって矩形に形成される空間容積が小さく、赤熱面積が小さいこと、その溝部で火炎が滞留せず溝部の下流で火炎が形成されることで、プレートの表面温度の上昇は表１、図８に示すように面負荷を増大しても緩やかで低く、１０００度を少し越える程度の表面温度までである。
これに対して、本発明の台形状凹溝３は、火炎の形成および燃焼ガスの滞留、或いは僅かな未燃焼成分が二次空気と混合されることによって燃焼を完結せしめる等のための空間（火袋）として作用する。また、溝部側壁面３ａは燃焼火炎に直接さらされるので、実質的な赤熱部としての役目をする。
実施例１〜３では溝部が深く、台形形状となったため、溝部側壁面積ならびに溝部空間容積が増大したことなどによる相乗効果として、火炎の形成および燃焼ガスの滞留、或いは僅かな未燃焼成分が二次空気と混合されることによって燃焼を完結せしめることができる。
実施例１では本発明の効果は面負荷が或る程度増大した以後において発揮される。すなわち、前記したように面負荷１５７ｋＷ／ｍ２ では従来例１と大差ないものの、面負荷２３６ｋＷ／ｍ２  ですでに表面温度が１０００度を越え、さらに面負荷が増大することにより１１００度近くまで上昇させることができた。実施例２、３では、本発明の効果が低負荷域においてすでに発揮された。すなわち、面負荷１５７ｋＷ／ｍ２  から表面温度が高く、面負荷２３６ｋＷ／ｍ２  で表面温度が１０００度を越え、面負荷の増大で表面温度が実施例２では１１３３度、実施例３では１１７３度まで上昇させることができた。
【００３６】
従来例１および実施例１の燃焼プレートにおいて、面負荷３９３ｋＷ／ｍ２ （燃焼量４１８４Ｗ）の高負荷燃焼時の燃焼火炎の状態を真横から観察した。
従来例１では燃焼プレートの凹溝３’の上方に明るい火炎が形成され、立炎が上方に伸びているのが確認された。すなわち、従来の燃焼プレートの凹溝は浅いので、火袋効果は生じず、赤熱面も少なく、凹溝３’の上方（下流）で炎が形成され、立炎が生じる。
これに対して、本発明の実施例１では凹溝３で火炎が滞留して側壁面が赤熱され、火炎を抑えて高温表面燃焼が実現でき、立炎はほとんど見られなかった。本発明による凹溝が好適な火袋効果を奏することが理解される。すなわち、凹溝内で火袋効果で両側の傾斜した側壁面を赤熱し、全体が赤熱するので、赤外線エネルギーが側壁面だけでなく、突起の頂部を含んで全面に火炎を抑えた低い火炎が形成される。
【００３７】
次に、実施例１、３に保護金網を設けない場合と、保護金網を有する場合とで比較する。
実施例１（金網なし）および実施例３（金網なし）の燃焼プレートを用いた場合と、それに保護金網を配したときに得られる表面温度特性を実施例４（金網有り）および実施例５（金網有り）とする。実施例４、５に用いる保護金網は図１０の実施例のように前記実施例のプレートの上面に間隔をおいて設置する。この金網は、燃焼プレート表面への落下物ないし衝撃力など、著しい外的応力を受けた際にも燃焼プレートの破損を防ぐ作用を有するが、その他に、この金網を設置することで、火炎リテンション材の効果を奏することから立炎抑制されること、並びに、二次空気の混合状態が良好になるなどの結果として燃焼プレート表面温度がさらに上昇することなどが、経験上知られている。
図９にはプレート形状と保護金網の相乗効果についての燃焼量Ｗと表面温度℃との関係がグラフで示され、表２に保護金網で得られる表面温度につき、燃焼量Ｗ（Ｗ）に対応する各実施例の燃焼プレート形状で得られる表面温度特性が表わされている。
【００３８】
【表２】
0003638908.tif 000004
【００３９】
図９、表２の結果において、この発明の実施例１、３、４、５の燃焼プレートとの特性を比較する。
凹溝部の作用によって奏する上記したような燃焼促進効果については、図９（実施例４および実施例５での金網設置の結果）から明らかである。
実施例４および実施例５では、燃焼プレート上方に保護金網を設置したときの表面温度特性を検討した。燃焼プレートは本実験に用いたそれぞれ実施例１および実施例３のものと同じである。
【００４０】
図９と表２において、実施例１（金網無し）と実施例４（金網有り）との表面温度特性の差が、このことを示している。すなわち、金網を載せることにより、金網なしのときより表面温度が高くなり、燃焼量３３４７Ｗで表面温度が１１０５℃であった。金網を載せることによって、火炎の発生も抑えられた。従って、最も優れた燃焼特性を示すダイヤ形状は溝の深さが最大となる実施例３、それに保護金網を配した実施例５の場合である。このダイヤ形状で燃焼プレートを作成するのが最も好ましい。
一方、実施例５（金網有り）においては、実施例３（金網無し）との差が殆ど生じなかった。このことから、実施例４の燃焼プレートでは、上記したような経験上知られている金網の作用に比類する燃焼促進効果のあることが理解される。従って、本発明によれば、金網およびその配設に纏わる部品点数を削減できる。
【００４１】
図１０には炎孔長を７．５ｍｍとしたときの表面温度特性についての燃焼量Ｗと表面温度℃との関係が示され、表３には燃焼量Ｗ（Ｗ）に対応する各実施例の燃焼プレート形状で得られる表面温度特性が表されている。
【００４２】
【表３】
0003638908.tif 000005
【００４３】
燃焼プレートの凹溝形状が実施例１と同一で、また炎孔長Ｌを前記実施例より短い７．５ｍｍとしたときの表面温度特性を検討した結果である。比較例１は実施例１の炎孔長を７．５ｍｍとした場合の表面温度特性である。
この表３で比較例１の場合には、燃焼量の増大に伴う表面温度上昇は、実施例１に及ばなかった。このことは凹溝を実施例１と同じとしても炎孔長を短くすると、表面温度が低くなり、従来例１の表面温度特性とほぼ似たものとなるので、炎孔長を短くしすぎると効果のないことが判明した。従って、大幅なターンダウンを可能にする赤外線バーナを設計する際には、予混合気の予熱領域を確保する程度に炎孔長を決める必要がある。
その理由を考察するために、実施例１の燃焼プレート内に複数の熱電対を埋設し、プレート内部の温度分布を測定した。その結果を図１１、表４に示す。
【００４４】
【表４】
0003638908.tif 000006
【００４５】
図１１、表４において、炎孔部最上流（深さ１２．０ｍｍ）から深さ６ｍｍ付近までほとんど温度が上昇せず、深さ６ｍｍより下流側（プレート表面側）で温度は急激に上昇した後、深さ１．５ｍｍよりやや下流地点（表面近傍）で温度が一定となることから、火炎面がこの付近に存在するものと考えられる。これは赤外線バーナに特徴的なプレート内燃焼であると言える。
対流による熱伝達が無い定常状態であれば、プレート内の予混合気の流れ方向の伝熱は略熱伝導によるもののみとなり、均質な平板内の熱伝導と同じく温度勾配は一定になるはずである。しかし、本実験の結果では、温度勾配は一定でない。これは、予混合気への熱伝達が行われているためであると考えられる。予混合気が予熱されることによって、燃焼性が良好となる。
火炎面より上流（予混合気入口側）におけるプレート内での伝熱は、放射を無視すれば、上流方向へはセラミックスによる熱伝導以外に熱の移動はないと考えてよい。炎孔上流側のプレート内ですでに常温になっている所が存在することから、上流方向に伝わった熱量はすべて予混合気の予熱に使われたものと考えられる。
面負荷をさらに増大させると、炎孔内を流れる予混合気の流速が増大し、同時に火炎面はさらに下流側に移動する。面負荷が増大し続けると、やがて、プレート内燃焼状態から付着火炎状態（立炎状態）へ、さらには、剥離火炎状態（ブルーフレーム状態）と移行する。
従って、大幅なターンダウンを可能にする赤外線バーナを設計する際には、予混合気の予熱領域を確保する程度に炎孔長を決定するとともに、高負荷燃焼に伴い火炎面が最下流域まで移動しても、なお火炎がプレート表面部の赤熱に寄与できるような火袋構造を具備することが必要である。
【００４６】
以上の実験よりこの発明の燃焼プレートによれば、１個のバーナによって、ターンダウン比を３／１程度まで拡大することができ、表面温度が約８００度〜１１００度以上の範囲において調整ができる。
さらに、１１００度以上の高温表面を得るための面負荷が、約３１５〜２５０ｋＷ／ｍｍ２  程度にまで低減されるために、従来比、約４０〜５５％の燃料が節約でき、同時にＣＯ２  発生量を削減できる。
高負荷燃焼時に際しても、立炎が解消されるので、燃焼プレート表面から被加熱物までの距離をこれまで以上に小さくすることができる。これに伴って加熱効率がさらに向上し、結果的に、装置のダウンサイジング（コンパクト化）や、処理時間の短縮化が実現されるなど、燃焼機器の省エネルギー性が増すとともに、燃焼量が可変となるので、設計自由度も拡大する。
【００４７】
図６は前記燃焼プレートを備えたこの発明の赤外線バーナを備えたガスバーナを示す断面図、図７はこの赤外線バーナを複数個備えた焼成装置を示す説明図である。
【００４８】
図６に示すガスバーナでは、バーナ本体１０の上面に前記１又は複数枚の燃焼プレート１をセラミックウール１１を介在して備え、その燃焼プレート１の上面に間隔をおいて、保護金網１２が備えられている。図において、符号１３は混合ガス噴出ノズル、１４はスロート、１５は混合ガス通路、１６は邪魔板、１７は燃焼プレート支持部である。バーナの燃焼プレートには点火棒等で点火するか、点火栓、パイロットバーナ等点火装置を関連して備えで点火する。
この発明の燃焼プレートを備えた赤外線バーナによれば、高負荷燃焼に際して立炎が解消されるので、被加熱物の加熱効率をさらに向上でき、装置のダウンサイジング（コンパクト化）や処理時間の短縮化が実現できる。
なお、前記実施例では、保護金網を備えた場合を示したが、これに限られるものではなく、保護金網は設けなくともよい。
【００４９】
図７において、食品等の焼成装置を示す。この焼成装置はベルトコンベアー２６上に複数のこの発明の赤外線バーナ２１が任意の間隔をおいて平行に設置され、ベルトコンベアー２６上に置かれた食品を移動しながら焼成するものである。図中、符号２２は燃料通路、２３はブロアー、２４はミキサー、２５は熱風ダクト、２６はコンベアー、Ｐ1〜Ｐ5は圧力計、Ｖ1〜Ｖ5はバルブ、Ｇ１〜Ｇ2はガバナである。
従来であれば加熱処理に適した温度勾配となるようにバーナの設置位置（バーナ間隔、高さ）等を検討する必要があったが、本発明によれば、表面温度が広範囲に制御できるので処理に適した昇温曲線が燃焼量の調節によっても容易に設定される。また、高負荷燃焼に際して立炎が解消されるので、バーナ表面から被加熱物までの距離をこれまで以上に小さくすることができ、これに伴いベルトコンベアー上の被加熱物の加熱効率をさらに向上できる。
この発明の燃焼プレートは、ブロアーを使用して強制的に空気を送り込むバーナに使用すると効果がある。
【００５０】
図１２は燃焼プレートの実施例３を示す一部拡大平面図、図１３はこの実施例３の突起部の平面と側面の拡大図、図１４は炎孔部下流域および溝部におけるガス噴出速度と火炎伝播速度とのつり合い状態を示す模式図で、（イ）は実施例６の１３Ａガスの場合、（ロ）は実施例７の１３Ａガスの場合、（ハ）は実施例６のＢＰ３０ガスの場合を示し、図１５は従来例２の突起部の平面と側面の拡大図である。
【００５１】
図１、図１２および図１３において、１は耐火材からなる燃焼プレートで、斜め格子状等格子状に形成された凹溝３と、該凹溝３により側面が形成された多面体形状の多数の上方に延びる山形突起２と、前記凹溝３の底面に形成された多数の小炎孔４が備えられている。燃焼プレート１は、多面体形状に形成された上方に延びる多数の山形突起２と、該山形突起２の側面を形成する凹溝３と、該凹溝３の底面に形成された多数の小炎孔４とが備えられている。
そして、前記凹溝３は、火炎を滞留させるために幅が底面から上方に向かって広がるように形成されている。前記凹溝３は、底面における幅が凹溝全体においてほぼ均一であり、かつ、上端における幅も凹溝全体においてほぼ均一に構成されている。凹溝３は、火炎を滞留させるために幅が底面から上方に向かって広がるように形成され、その側壁面が小炎孔の軸線に対して傾斜角度θに形成される。
実施例の燃焼プレートの多数の山形突起２は四面体形状（菱形）が縦横に配列し、その各山形突起２間に前記形状の凹溝３が形成されている。この凹溝３の底面の幅Ｂは小炎孔４と同じか、或いは僅かに広く形成される。小炎孔４は前記実施例と同じで直径０．７ｍｍφ〜０．９５ｍｍφとして、山形突起部２の交叉部と凹溝３とにほぼ等間隔をおいて複数個形成される。実施例では各山形突起部２の凹溝３の一辺に二個ずつと交叉部に一個ずつが等間隔に設けられている。
前記燃焼プレートに対する凹溝３に穿設する多数の小炎孔４の開孔率は、前記したように５％〜２０％ととして、ガス噴出速度を速くして燃焼位置を炎孔の下流端近傍に伸ばし、ガス噴出速度の上昇と火炎伝播速度とのつり合いを保たせて燃焼させ、ガス噴出による逆火現象を防ぐことができる。
【００５２】
この凹溝３の側壁面は傾斜面として、前記した実施例では、ＬＰＧに対応する場合として、該凹溝の側壁面の傾斜角度θは、前記小炎孔の軸線に対して１０度〜２０度とした。
燃焼速度の速いＬＰＧを想定した場合は、傾斜角度θを２０度以上開くと火炎の滞留効果が減じられるために好ましくないとしたが、その後の試験により次のことが判明した。
すなわち、例えば、ＬＮＧの１３Ａガス、１２Ａガス等燃焼速度の遅い燃料を用いて燃焼量を抑えた状態（低負荷燃焼）で実施例６のプレートを使用した場合、燃焼音が鳴り止まないと言った課題がある。
而して、燃焼速度が遅い１３Ａガス、１２Ａガスの下では、ＬＰＧよりも燃焼火炎が下流側にシフトし易い性格があるため、特に低負荷燃焼の場合においては、溝部の傾斜角度をさらに緩める（２０度以上開く）ことで、混合ガスが細炎孔から噴出する速度（燃焼ガスの流速）がさらに減じられ、火炎面を上流側（炎孔真近）に維持することができるようにする。これを溝部の滞留効果とし、結果的に、このとき、燃焼音が解消されることが判明した。１３Ａガス等を用いる場合は、溝部の傾斜角度は２０度以上４５度以内とするのが好ましい。
従って、ＬＮＧに対応するには、溝部の傾斜角度を２０度以上４５度以内であることが望ましいから、前記凹溝３の側壁面の傾斜角度θは、前記小炎孔４の軸線に対して１０度〜４５度とする。
溝部の傾斜角度は２０度以上４５度以内とする燃焼プレートは、１３Ａ規格のガス用に適する。前記燃焼プレートは、１３Ａ規格のガス用かつ面負荷１７０ｋＷ／ｍ２未満において使用するものである。
【００５３】
凹溝の深さＨは、前記実施例では１．５ｍｍ以上として説明したが、１３ＡとＢＰ３０ガスによる試験で、１．４ｍｍの深さの場合でも、実施例８に示したように使用できる範囲であることが判明した。図１６乃至図１８で、実施例７、８がその燃焼音の低下すること、燃焼量に対する表面温度が使用範囲であることを示す。従って、前記凹溝３は、深さが１．４ｍｍ以上とするのが好ましい。前記小炎孔４は、予混合気の予熱領域を確保しうる長さＬを備えている。この予混合気の予熱領域を確保しうる長さＬについては、前記実施例と同様にする。
【００５４】
以上のことから、ガス種に依ることなく低負荷域から高負荷域までの幅広い領域で燃焼量の制御が可能とするには、傾斜角度θを１０度以上４５度以内の範囲でＬＰＧ、ＬＮＧに対応するに適した傾斜角度θとする。
この発明によれば、ガス種に依ることなく低負荷域から高負荷域までの幅広い領域で燃焼量の制御が可能になる上に、燃焼音が解消される。また、燃料の節約およびＣＯ２  発生量の削減等にも繋がる。
この発明の赤外線バーナ２１は上記した構成の燃焼プレートを備え、燃焼効率を良くすることができる。
【００５５】
次に、この発明の燃焼プレートの実施例６〜８と従来例２の燃焼プレートとの低負荷領域における特性を比較する。この特性を比較するための試験方法は次のとおりである。
低負荷領域（面負荷；１３５〜１７０ｋＷ／ｍ２  に対して１３ＡとＬＰＧを用いた双方の燃焼特性について説明する。特に燃焼音および表面温度特性に関する。
【００５６】
0003638908.tif 000007
表面温度測定
燃焼開始後５分が経過した時点で左右各プレート表面中央付近の温度をそれぞれ測定し、その平均値を表面温度とした。表面温度の測定には、携帯用ディジタル放射温度計（大同特殊鋼製スターサーモＤＳ−０６ＣＦ）を用いた。輻射率を０．５０に設定。
【００５７】
なお、実験に使用した１３Ａガス（ＬＮＧ）と、ＢＰ３０ガス（ＬＰＧ）の性質と組成は次の通りである。
１３Ａガスの性質
総発熱量４６，０５５ｋＪ／ｍ３
１３Ａガスの組成は一例を表５に示す。
【００５８】
【表５】
0003638908.tif 000008
【００５９】
ＢＰ３０ガスの性質
総発熱量（２５℃、１ａｔｍ）：  ４９７３５ｋＪ／ｋｇ
ＢＰガスの組成は一例を表６に示す。
【００６０】
【表６】
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【００６１】
実験に使用した従来例２の燃焼プレートと、この発明の燃焼プレートの概要を説明する。
図１５に従来例２の燃焼プレートの一例の寸法を示す。従来の燃焼プレートは凹溝と突起自体に多数の炎孔が形成されている。
0003638908.tif 000010
図１３に、この発明の燃焼プレートの一例の寸法を示す。
0003638908.tif 000011
実施例６、７、８はその燃焼プレートの傾斜角度θと凹溝の深さＨを変えた場合である。
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なお、この従来例２は前記従来例１と凹溝の深さ、傾斜角度はほぼ同じであるが、炎孔径は大きく異なる。また、実施例６と前記実施例３とでは、凹溝の深さ、傾斜角度、炎孔径、開孔率がいずれも同じ場合である。
【００６２】
表７にガス種と燃焼量の変化に対する着火後燃焼音が継続した時間の変化を示す。
【００６３】
【表７】
0003638908.tif 000013
【００６４】
表７で、従来例２では、凹溝が浅く、凹溝の上部の錘型頂部の傾斜面の角度が６６度と開いているために１３Ａガス、ＢＰ３０ガス共に、燃焼音は発生しなかった。
実施例６では、１３Ａを用いた場合、面負荷１５５ｋＷ／ｍ２  以下の低燃焼では、燃焼音が顕著に発生し、燃焼開始以後１０分以上を経てもそれが鳴り止まなかった。一方、実施例６をＢＰ３０ガスで燃焼した場合には、面負荷１５３ｋＷ／ｍ２  以下のとき、燃焼音が発生し、着火後約４０秒経過したときにその燃焼音は消滅した。
【００６５】
以下に、凹溝の側壁面の傾斜角度θおよびガス種並びに燃焼量の違いによって変化する燃焼音につき考察する。
図１４（イ）、（ロ）、（ハ）は炎孔部下流域および溝部におけるガス噴出速度と火炎伝播速度とのつり合い状態を示す模式図で、図１４（イ）は実施例６で１３Ａガス１６５０Ｗの場合、図１４（ロ）は実施例７で１３Ａガス１６５０Ｗの場合、図１４（ハ）は実施例６でＢＰ３０ガス１６３０Ｗの場合における燃焼状態と噴出速度と燃焼速度とを示す。
図１４（イ）、（ロ）の場合、ａは赤熱、ｂは或る程度赤熱、ｃは殆ど赤熱されないこと、図１４（ハ）の場合、逆にｃが赤熱、ｂは或る程度赤熱、ａは殆ど赤熱されていないことを示す。図１４（イ）、（ロ）、（ハ）で上向きの矢印は噴出速度、下向きの矢印は燃焼速度を示す。
【００６６】
傾斜角度θの変化に対する燃焼音の有無に関する考察
１３Ａガスを用いて実施例６の燃焼プレートで燃焼量１６５０Ｗ（１５５ｋＷ／ｍ２  ）で燃焼を行った場合には、図７（イ）に示すように、無炎孔とした突起部の先端ａのみが赤熱し、根元ｃは赤熱しなかった。
図１４（ロ）に示すように実施例７を同じ条件で燃焼した場合には、突起部先端から根元ｃまで赤熱した。
【００６７】
実施例６では、傾斜角度θが小さいことから、突起部根元ｃにおいてもガスの流速が速く、そのため、燃焼位置（火炎面）が下流側へ移行し、突起部根元ｃが赤熱しなかったと言える。よって、突起部根元では混合ガスが滞留し、それが燃焼音の発生に繋がったと考えられる。一方、実施例７および実施例８では、θが増大したことによって、燃焼速度とガス流速とのつり合いから、火炎面が突起部根元付近（上流側）にずれ、突起部根元ｃまで赤熱したといえる。突起部根元付近で燃焼が開始したことが、燃焼量を増大するに伴って燃焼開始後燃焼音が消滅するまでの時間が短くなることと符合する。
【００６８】
ガス種の変化と燃焼音の有無に関する考察
実施例６に対してＢＰ３０ガスを用いて燃焼量１６３０Ｗ（１５３ｋＷ／ｍ２）で燃焼を行った場合には、突起部先端ａがやや暗く、突起部根元ｃが良好に赤熱した。ＢＰ３０ガスは１３Ａガスより燃焼速度が速いために（空気比λ＝１．０５における燃焼速度は、それぞれ１３Ａガス：約３３ｃｍ／ｓ、ＢＰ３０ガス：約３９ｃｍ／ｓ）、実施例６においても、火炎面が下流側へ移行することなく、突起部根元ｃが赤熱したと言える。また、後述するように、ＢＰ３０ガスを燃料にした場合には、燃焼負荷をさらに低下させた時にも顕著な燃焼音は発生しなかった。
従って、１３Ａガス等の燃焼速度の遅いガスを用いる場合には、傾斜角度θは、１５度より大きくする必要がある。
【００６９】
燃焼負荷と燃焼プレート表面温度の関係
表８に１３ＡガスおよびＢＰ３０ガスにおいて、燃焼量とプレート表面温度の関係を示す。
【００７０】
【表８】
0003638908.tif 000014
【００７１】
図１６に１３Ａガスを用いた場合の低負荷域における燃焼量とプレート表面温度の関係を示す。図１７にＢＰ３０ガスを用いた場合の低負荷域における燃焼量とプレート表面温度の関係を示す。
【００７２】
１３Ａガスを用いた場合、１，８１２Ｗ（面負荷：１７０ｋＷ／ｍ２  ）では、実施例６の傾斜角度θが小さい方（実施例６が傾斜角度が小さくて、実施例７、実施例８の順に傾斜角度は大きくなる）が表面温度がより高温に達したが、１，６５０Ｗ（面負荷：１５５ｋＷ／ｍ２ ）以下の低負荷領域では、実施例６の表面温度は、実施例８程度にまで降下した（図１６）。このとき、むしろ、実施例７の表面温度は実施例６より高温であった。１３Ａガスによって１，６５０Ｗ（面負荷：１５５ｋＷ／ｍ２ ）以下の低負荷燃焼をした場合、実施例６ではダイヤ部先端ａしか赤熱しなかった。これは、１３Ａガスの燃焼速度が小さいために火炎面が下流側に移行したことを示す。
【００７３】
次いで、ＢＰ３０ガスを用いた場合、１３５〜１６７ｋＷ／ｍ２  の全域において、実施例６の傾斜角度θが小さい方（実施例６が傾斜角度が小さくて、実施例７、実施例８の順に傾斜角度は大きくなる）が表面温度がより高温であり、実施例６においても、１３Ａガスを低負荷燃焼した時に生じたような傾斜角θと到達表面温度との関係における逆転現象は生じなかった（図１７）。以上のことから、突起部傾斜角度θはガス燃焼速度（ガス種）と面負荷に応じて、燃焼音や表面温度に影響を及ぼすので、それらを勘案したθの最適化が必要となる。
【００７４】
図１６から、１３Ａガス燃焼では、実施例７を１５２ｋＷ／ｍ２ 程度の低負荷で燃焼させたときの表面温度が、従来例２を１７０ｋＷ／ｍ２ で燃焼させたときと同等程度であり、同様に、ＢＰ３０ガス燃焼でも、図１７から、実施例７を１４６ｋＷ／ｍ２ で燃焼させたときの表面温度が従来例２を１６７ｋＷ／ｍ２ で燃焼させたときと同等程度となることが判る。また、図１６および図１７を１６７ｋＷ／ｍ２ との比較から、燃焼速度が速いＬＰＧ燃焼の時には、プレート表面温度がより高温になり易いと言える。これから、実施例７（θ＝２７度）は、従来例２（θ＝０度）対比、１０％以上の省エネルギー効果を奏するものと言え、とりわけ燃焼速度が速いＬＰＧ燃焼下では、実施例６（θ＝１５度）によれば、さらなる省エネルギー効果を見積もることができる。１３ＡとＬＰＧで、いずれの場合にも実施例８（θ＝４５度）に依るこの効果は十分とは言い難い。
【００７５】
本願プレート等による燃焼量制御性
図１８に種々のプレートを用いて燃焼量を変化させたときのプレート表面温度の変化を示した。
実施例６（θ＝１５度）ないし実施例７（θ＝２７度）によれば、幅広い領域で燃焼量の制御が可能になり、かつ、表面温度が従来のプレート（従来例２）より大幅に高温化する。図１８はＬＰＧを燃料とした時の結果であるが、１３Ａを燃料としたときにも、大略、同様の結果となる。
ただし、実施例６では、１３Ａを燃料とした場合に燃焼量が１，４００〜１６５０Ｗの範囲において燃焼音が顕著になり、表面温度も実施例７より降下する。従って、傾斜角度θが実施例６（１５度）より大きく、実施例８（４５度）より小さいプレートでは、用いる燃料の燃焼速度の違いに依らずとも本発明の効果が得られるので、ユニバーサル製品として使用できる（ガス種を選ばない）利点がある。
【００７６】
この発明によれば、例えば１３Ａ（都市ガス）等、燃焼速度の遅い燃料を用いて燃焼負荷を抑えて使用した場合においても燃焼音の発生を抑え、かつ実施例６に匹敵する範囲で燃焼量の制御ができる上に、従来例２と対比６〜１２％程度の低負荷においてもプレート表面温度が従来例２と同程度まで達する。
つまり、この発明によれば、ガス種に依ることなく低負荷域から高負荷域までの幅広い領域で燃焼量の制御が可能になる上に、燃焼音が解消される。また、燃料の節約およびＣＯ２  発生量の削減等にも繋がる。さらに、既設バーナとの置換によっても省エネルギーが容易に達成できる。
【００７７】
以上この発明の実施の形態の一例について説明したが、この発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。上記した本実験では、最大燃焼量を４１８４Ｗ（そのときの表面温度は、実施例３および５において、約１１８０℃の最高温度に到達）とした。それは、実施例に用いたセラミックプレートの耐熱温度を勘案したものであり、さらに高耐熱性プレートを用いて本発明を実施すれば、より高い燃焼量領域にまで立ち入ることが可能であり、さらに高い表面温度（より大きなターンダウン比）が得られる。
【００７８】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００７９】
この発明の燃焼プレートは、燃焼プレートの前記凹溝の幅方向の断面形状を燃焼時火炎により両側壁を赤熱可能な傾斜角度とし、火炎を滞留させる深さの台形状としたので、燃焼時に凹溝の下流方向への広がりで火炎を十分滞留させ、下流方向に開いた両側壁面の全面を赤熱することができ、燃焼効率を向上することができる。
上記燃焼プレートによれば、１個のバーナによって、ターンダウン比を３／１程度まで拡大することができ、表面温度が約８００度〜１１００度以上の範囲において調整ができる。
さらに、１１００度以上の高温表面を得るための面負荷が、約３１５〜２５０ｋＷ／ｍｍ２  程度にまで低減されるために、従来比、約４０〜５５％の燃料が節約でき、同時にＣＯ２  発生量を削減できる。
また、この燃焼プレートをバーナに使用すれば、高負荷燃焼時に際しても、立炎が解消されるので、燃焼プレート表面から被加熱物までの距離をこれまで以上に小さくすることができる。これに伴って加熱効率がさらに向上し、結果的に、装置のダウンサイジング（コンパクト化）や、処理時間の短縮化が実現されるなど、燃焼機器の省エネルギー性が増すとともに、燃焼量が可変となるので、設計自由度も拡大する。
【００８０】
この発明の燃焼プレートは、燃焼速度の速いＬＰＧ用プレートであって、かつ前記凹溝の側壁面の傾斜角度が小炎孔の軸線に対して１０度〜２０となっていることにより、その側壁全面を赤熱面として燃焼効率を最も良くすることができ、また、燃焼プレートは、燃焼速度の遅いＬＮＧ用かつ面負荷１７０ｋＷ／ｍ２より低負荷燃焼での燃焼用プレートであって、かつ前記凹溝の側壁面の傾斜角度が小炎孔の軸線に対して２０度〜４５となっていることにより、側壁を赤熱して燃焼効率を上げることができ、また、前記凹溝の深さが１．４ｍｍ以上であることで、十分な火炎滞留効果をうることができて、凹溝の側壁面を赤熱させることができ、燃焼効率を上げることができる。
【００８２】
この発明の赤外線バーナは、前記した効果を有する燃焼プレートを備えるので、燃焼効率を良くすることができる。高負荷燃焼時に際しても、立炎が解消されるので、バーナ表面から被加熱物までの距離をこれまで以上に小さくすることができ、これに伴って加熱効率がさらに向上でき、また、燃焼量が可変できるので、使い勝手がよい。また、結果的に、装置のダウンサイジング（コンパクト化）や、処理時間の短縮化を実現できる。
【００８３】
この発明の燃焼プレートは、格子状に形成された凹溝と、該凹溝により側面が形成された多面体形状の多数の上方に延びる山形突起と、前記凹溝の底面に形成された多数の小炎孔とを備えた燃焼プレート、或いは多面体形状に形成された上方に延びる多数の山形突起と、該山形突起の側面を形成する凹溝と、該凹溝の底面に形成された多数の小炎孔とを備えた燃焼プレートに、火炎を滞留させるために幅が底面から上方に向かって広がるように凹溝が形成され、前記凹溝の側壁面の深さを１．４ｍｍ以上とすることで、十分な火炎滞留効果をうることができて、凹溝の側壁面を赤熱させることができ、燃焼効率を上げることができる。
【００８５】
この発明の燃焼プレートは、凹溝の側壁面の傾斜角度は、前記小炎孔の軸線に対して１０度〜２０度として、燃焼速度の速いＬＰＧに対応させ、また、この発明の燃焼プレートは、凹溝の側壁面の傾斜角度は、小炎孔の軸線に対して２０度〜４５度として、全面を赤熱面として燃焼効率を最も良くすることができ、燃焼速度の遅いＬＮＧ、例えば１３Ａに対応できる。また、前記凹溝の側壁面の深さを１．４ｍｍ以上とすることで、十分な火炎滞留効果をうることができて、凹溝の側壁面を赤熱させることができ、燃焼効率を上げることができる。
この発明によれば、ガス種に依ることなく低負荷域から高負荷域までの幅広い領域で燃焼量の制御が可能になる上に、燃焼音が解消される。また、燃料の節約およびＣＯ２  発生量の削減等にも繋がる。さらに、既設バーナとの置換によっても省エネルギーが容易に達成できる。
この発明の赤外線バーナは、前記した効果を有する燃焼プレートを備えるので、燃焼効率を良くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の燃焼プレートの一部拡大平面図である。
【図２】この発明の燃焼プレートの実施例１を示す断面図である。
【図３】同実施例２を示す断面図である。
【図４】同実施例３を示す断面図である。
【図５】従来例１の燃焼プレートを示す断面図である。
【図６】前記燃焼プレートを備えたこの発明の赤外線バーナを備えたガスバーナを示す断面図である。
【図７】この赤外線バーナをコンベアー上に多数配列した食品の焼成装置を示す説明図である。
【図８】燃焼プレート形状で得られる表面温度特性を示すグラフである。
【図９】プレート形状と保護金網の相乗効果を示すグラフである。
【図１０】炎孔長を７．５ｍｍとしたときの表面温度を示すグラフである。
【図１１】燃焼プレート上面からの深さと熱電対温度とを示すグラフである。
【図１２】燃焼プレートの実施例３を示す一部拡大平面図である。
【図１３】この実施例３の突起部の平面と側面の拡大図である。
【図１４】炎孔部下流域および溝部におけるガス噴出速度と火炎伝播速度とのつり合い状態を示す模式図で、（イ）は実施例６の１３Ａガスの場合、（ロ）は実施例７の１３Ａガスの場合、（ハ）は実施例６のＢＰ３０ガスの場合を示す。
【図１５】従来例２の突起部の平面と側面の拡大図である。
【図１６】１３Ａガスを用いた場合の低負荷域における燃焼量とプレート表面温度の関係を示すグラフである。
【図１７】ＢＰ３０ガスを用いた場合の低負荷域における燃焼量とプレート表面温度の関係を示すグラフである。
【図１８】ＬＰＧを用いた場合の燃焼量と表面温度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  燃焼プレート
２  山形突起
３  凹溝
３ａ  側壁面
４  小炎孔
２１  赤外線バーナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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