(57)【要約】【課題】コストアップすることなく簡単な構造でＮＯｘの発生量を低減させる燃焼装置を提供する。【解決手段】上部が閉塞され側壁面に複数の炎孔５が形成され、気体状の燃料と空気を混合させた混合気４を炎孔５から噴出させ燃焼させて一次火炎６を形成するバーナ７と、バーナ７を囲む筒状をなし一次火炎６の形状を安定させる保炎リング８とを備え、保炎リング８は、少なくとも内表面１８ａ及び外表面上１８ｂにセラミック層８ｂを備えている。【選択図】        図２
2005030672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部が閉塞され側壁面に複数の炎孔が形成され、気体状の燃料と空気を混合させた混合気を該炎孔から噴出させ燃焼させて一次火炎を形成するバーナと、
前記バーナを囲む筒状をなし前記一次火炎の形状を安定させる保炎リングとを備え、
前記保炎リングは、少なくとも内表面及び外表面上に輻射率向上物質層を有することを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
上部が閉塞され側壁面に複数の炎孔が形成され、気体状の燃料と空気を混合させた混合気を該炎孔から噴出させ燃焼させて一次火炎を形成するバーナと、
前記バーナを囲む筒状をなし前記一次火炎の形状を安定させる保炎リングとを備え、
前記保炎リングは、輻射率向上物質のみで作製されている
ことを特徴とする燃焼装置。
【請求項３】
前記保炎リングの周囲を囲む筒状をなし前記一次火炎が二次空気と反応して形成される二次火炎の形状を安定させる燃焼筒を備え、
前記燃焼筒は、少なくとも外表面上に輻射率向上物質層を有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼装置。
【請求項４】
前記保炎リングの周囲を囲む筒状をなし前記一次火炎が二次空気と反応して形成される二次火炎の形状を安定させる燃焼筒を備え、
前記燃焼筒は、輻射率向上物質のみで作製されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼装置。
【請求項５】
前記保炎リング表面の輻射率を０．７以上とした
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか記載の燃焼装置。
【請求項６】
前記輻射率向上物質がセラミックである
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃焼空気と燃料とを混合した混合気を燃焼させる燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石油ファンヒータ等の家庭用暖房機として用いられる燃焼装置は、中央部に円筒状のバーナが設けられている。このバーナは、気体状の燃料と空気とが混合してなる混合気を炎孔から噴出させ一次火炎として燃焼させる。このような構造による燃焼装置には、バーナに形成される一次火炎に対して、火炎形成の安定化、火炎の熱回収、燃焼筒の保護をする目的でバーナを囲うように保炎リングが設けられることがある。
【０００３】
家庭用暖房機に対する窒素酸化物（ＮＯｘ）排ガス規制がますます厳しくなっている。ＮＯｘの発生量を低減させるには、火炎の温度上昇を防止することで実現することができることが知られている。そして従来、保炎リングの外表面にのみに、黒色セラミック層を形成することにより、火炎の温度上昇を抑制する提案がされている。
【０００４】
保炎リングの外表面に黒色セラミックを設けることにより、保炎リングに吸収された熱は、保炎リングの内側方向（一次火炎側）へ放射される以上に、外側方向へ放射される。これにより、保炎リングの熱を外側方向へ逃がすとともに、保炎リング内側のバーナ近傍に形成されている火炎へ放射される輻射熱を小さくして、火炎温度の上昇を防いでいる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特許２５７６６８０号公報（第３頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の燃焼装置では、理論空気比換算で概ね１０ｐｐｍ程度のＮＯｘの低減しか見込めず。改善が要望されていた。
【０００７】
この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、コストアップすることなく簡単な構造でＮＯｘの発生量を低減させる燃焼装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る燃焼装置は、上部が閉塞され側壁面に複数の炎孔が形成され、気体状の燃料と空気を混合させた混合気を炎孔から噴出させ燃焼させて一次火炎を形成するバーナと、バーナを囲む筒状をなし一次火炎の形状を安定させる保炎リングとを備え、保炎リングは、少なくとも内表面及び外表面上にセラミック層を有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の燃焼装置を示す概略の側断面図である。図１において、燃焼装置１の中央部にバーナケース２が配設されている。バーナケース２の内部に、気化筒１１が設けられている。この気化筒１１は、液体燃料を気化させて燃焼空気３と混合し混合気４を形成する。気化筒１１には、燃料供給装置２６を介して燃料タンク２５が接続されている。この気化筒１１の上部にバーナ７が取り付けられている。バーナ７は、側壁面に穿孔された複数の炎孔５から混合気４を噴出させ一次火炎６として燃焼させる。
【００１０】
バーナ７の周囲には一次火炎６を取り囲むように保炎リング８が設けられている。保炎リング８は上方に向かって角度θで開くテーパ状をなしている。バーナケース２の上部には筒状の燃焼筒９がバーナ７と保炎リング８を囲むように取り付けられている。
【００１１】
内部に送風モータ１２を有する燃焼送風機１３によって外部から燃焼空気３が吸い込まれ気化筒１１に供給される。炎孔５から噴出した混合気４は、放電電極１５によりに着火されて一次火炎６を形成する。火炎検知電極１４は一次火炎６の着火判定や燃焼状態の監視を行う。
【００１２】
燃焼筒９の後方の燃焼装置１の裏面１ｂに、対流用送風機１６が配設されている。一方、燃焼筒９を挟んで対流用送風機１６と反対側の燃焼装置１の前面１ａには温風吹出口１７が形成されている。図１において、各気体の流れを矢印で表す。燃焼空気の流れ：矢印３、混合気の流れ：矢印４、対流空気の流れ：矢印２１、温風の流れ：矢印２２、及び燃焼ガスの流れ：矢印２３（また、各気体は矢印に付した符号で呼ぶ）。
【００１３】
図２は図１のバーナ７の近傍を拡大して示す一部を断面とする側面図である。図３は保炎リング８の斜視図である。バーナ７は、上端部が蓋体７ａによって閉塞された円筒をなしている。円筒の側壁面７ｂには多数の炎孔５が形成されている（図１及び図２では、炎孔５の数を減らして描いている）。バーナ７は、この炎孔５から混合気４を噴出させて燃焼させる。バーナ７の周囲を囲う保炎リング８は、バーナ７の側壁面から所定の間隔離れた位置を全周に渡って囲うように設けられている。すなわち、保炎リング８は、バーナ７に対して同心に配設されている。保炎リング８は、耐熱性金属で作製された保炎リング本体８ａと保炎リング本体８ａの表面に形成された輻射率向上物質層であるセラミック層８ｂとから構成されている。さらに保炎リング本体８ａは、角度θで上方に開くテーパ状のテーパ部１８と、このテーパ部１８の下端に設けられ、取り付け容易性を考慮して設けられた取付用平坦部１９とから構成されている。取付用平坦部１９は、テーパ部１８の下端から全周にわたって内側に向かうフランジ状に形成されている。保炎リング８の取り付けの際には、この取付用平坦部１９が気化筒１１の上部の基台に固定される。
【００１４】
保炎リング８は、火炎形成の安定化、火炎の熱回収、燃焼筒９の保護の目的で設けられている。
火炎形成の安定化とは、炎孔５に形成される一次火炎６の周囲を囲うことにより、外部から流入する空気から一次火炎６を守り火炎の形状を安定させるものである。
火炎の熱回収とは、一次火炎６の熱を回収して気化筒１１に供給し、気化筒１１を適当な温度に維持するものである。液体燃料を使用する石油ファンヒータなどでは燃料の灯油を気化筒１１で気化するために、気化筒１１は所定の温度まで昇温させる必要がある。始動時は図示しない電気ヒータで熱して気化筒１１を所定の温度まで昇温させるが、定常運転時は保炎リング８で一次火炎６の熱を回収して気化筒１１の温度を維持する（電気ヒータによる電力の消費を始動時のみとするため）。
燃焼筒６の保護とは、バーナ７の炎孔５から水平方向に形成される一次火炎６が、保炎リング８の更に外側に設置される燃焼筒９を耐熱温度以上に過熱しないようにするためである。
【００１５】
本実施の形態の保炎リング本体８ａの全表面には、セラミック層８ｂが形成されている。このセラミック層８ｂは、粒子径が約１０μｍの炭化珪素セラミック粒子を、所謂耐熱バインダと呼ばれている耐熱性に富む溶剤に混入し、この混合物を保炎リング８の表面に塗布して形成する。溶剤は、具体的にはオキツモ株式会社の商品名「耐熱塗料耐熱バインダ：ワンタッチスプレーツヤ消」（以後、単に市販の黒色耐熱塗料と言う）が用いられている。そしてこの溶剤に混入する炭化珪素セラミック粒子の重量比が約８０ｗｔ％とされている。本実施の形態においては、作製において容易であることから、セラミック層８ｂは保炎リング本体８ａの全表面、すなわち、テーパ部１８の表面と取付用平坦部１９の表面の両方の表面に形成されているが、機能的にはテーパ部１８の表面のみに形成されればよい。つまり、テーパ部１８の内表面１８ａ及び外表面１８ｂが形成されればよい。
【００１６】
従来、保炎リング本体８ａの外表面のみに、セラミック層を形成することにより、保炎リング８に吸収された熱を、保炎リング８の内側方向へ放射する以上に、外側方向へ放射するようにし、これにより一次火炎６方向へ放射される輻射熱を小さくして、火炎温度の上昇を防ぎＮＯｘを低減していた。
【００１７】
これに対して、本実施の形態においては、テーパ部１８の内表面１８ａにもセラミック層８ｂを形成している。テーパ部１８の内表面１８ａと外表面１８ｂにセラミック層８ｂを形成する場合と、外表面１８ｂのみに形成する場合に関して、発明者らが実験を行ったところ以下のことが解った。テーパ部１８の内表面１８ａにもセラミック層８ｂを形成した場合、もし保炎リング８の温度（輻射平衡温度）が同じであれば、内側へ放射される輻射熱は大きくなる。ところが、テーパ部１８の内表面１８ａにもセラミック層８ｂを形成することにより、内側へ放射される熱量が大きくなり保炎リング８の輻射平衡温度が下がる。すなわち、テーパ部１８の外表面１８ｂのみにセラミック層を形成したものよりも、テーパ部１８の内表面１８ａと外表面１８ｂの両方向へセラミック層を形成したものの方が、保炎リング８の輻射平衡温度が下がる。
一方、一次火炎６は、保炎リング８から放射された熱量のすべてを吸収する訳ではなく、放射熱量が増えてもそれほど温度が上昇しない。その結果、テーパ部１８の外表面１８ｂのみにセラミック層８ｂを形成したものよりも、テーパ部１８の内表面１８ａ、外表面１８ｂにセラミック層８ｂを形成したものの方が、一次火炎６の温度上昇を抑制できることが解った。これにともない、保炎リング８の内外両表面にセラミック層を形成したものの方がＮＯｘの発生量を低減することが解った。
以下、この結論に至った考察、及び実験について結果を述べる。
【００１８】
１．計算によって求めた輻射率とＮＯｘ発生量の関係
本実施の形態の燃焼装置において保炎リング８の表面の輻射率と保炎リング８の表面の温度との関係及び、保炎リング８の温度と火炎温度の関係を以下のように求めた。保炎リング８の表面の輻射率と保炎リング８の温度をそれぞれεｒとＴｒ（Ｋ）とすると、保炎リング８からは式（１）に従う輻射エネルギーＱｒ（Ｗ／ｍ２）が放射される。σはステファンボルツマン定数（５．６８×１０−８（Ｗ／（ｍ２・Ｋ）））である。
【００１９】
Ｑｒ＝εｒ×σ×Ｔｒ４    式（１）
【００２０】
このとき保炎リング８は一次火炎６からの対流熱伝達により熱エネルギーＱｈ（Ｗ／ｍ２）を受けている。定常燃焼時には保炎リング８の温度Ｔｒは一定温度（輻射平衡温度）になる。保炎リング８が輻射平衡温度に達するとＱｈとＱｒは等しくなり、式（２）が成り立つ。
【００２１】
Ｑｈ＝Ｑｒ  式（２）
【００２２】
保炎リング８の表面の輻射率をεｒ’に変えた場合には、保炎リング８から放射される輻射エネルギーＱｒ’  （Ｗ／ｍ２）は式（３）となる
【００２３】
Ｑｒ’＝εｒ’×σ×Ｔｒ’４  式（３）
【００２４】
Ｔｒ’（Ｋ）は保炎リング８の表面の輻射率がεｒ’のときの保炎リング８の輻射平衡温度である。暖房出力（燃焼量）や空気比など燃焼装置の他の条件が同一で保炎リング８の表面の輻射率のみが異なるので、保炎リング８が一次火炎６から受ける熱エネルギーはＱｈに等しい。したがって式（４）が成り立つ。
【００２５】
Ｑｈ＝Ｑｒ’  式（４）
【００２６】
式（２）と式（４）からＱｒ＝Ｑｒ’である。更に式（１）と式（３）から式（５）が導かれる。これは保炎リング８の表面の輻射率をεｒからεｒ’に変えると保炎リング８の輻射平衡温度がＴｒからＴｒ’に変化することを示している。
【００２７】
εｒ×Ｔｒ４  ＝εｒ’×Ｔｒ’４  式（５）
【００２８】
一次火炎６から保炎リング８に伝わる熱エネルギーＱｈは、対流熱伝達の式（６）で表される。
【００２９】
Ｑｈ＝ｈ（Ｔｒ−Ｔｆ）  式（６）
【００３０】
ｈ（Ｗ／（ｍ２・Ｋ））とＴｆ（Ｋ）は、それぞれ熱伝達率と一次火炎６の温度である。保炎リング８の表面の輻射率がεｒ’のときは式（７）となる。
【００３１】
Ｑｈ＝ｈ（Ｔｒ’−Ｔｆ’）  式（７）
【００３２】
Ｔｆ’（Ｋ）は保炎リング８の表面の輻射率がεｒ’のときの一次火炎６の温度である。式（６）と式（７）から式（８）が導かれる。
【００３３】
Ｔｆ’＝Ｔｒ’−Ｔｒ＋Ｔｆ  式（８）
【００３４】
次に火炎温度とＮＯｘの発生量の関係を求める。一般的に一次火炎６の温度が１７００Ｋ程度以上では、燃焼装置から発生するＮＯｘは燃焼空気中の窒素と酸素から生成されるサーマルＮＯｘが支配的である。その生成速度ｋ（ｍｏｌ・ｃｍ・ｃａｌ・Ｋ・ｓ）は火炎温度Ｔｆに対して式（９）で示される（例えば、「日本機会学会著  『燃焼に伴う環境汚染物質の生成機構と抑制法』日本機会学会発行、１９８０年１２月２０日、Ｐ．５０」参照）。Ａは定数、Ｒは気体定数（１．９８（ｃａｌ／ｍｏｌ））である。
【００３５】
ｋ＝Ａ×ｅｘｐ（−７５４００／（Ｒ×Ｔｆ））  式（９）
【００３６】
空気比を０．８とした場合、一次火炎６の断熱火炎温度Ｔｆは、２２００Ｋ程度である（例えば、「日本機会学会著『燃焼工学ハンドブック』丸善株式会社発行、１９９５年７月２５日、Ｐ．１２」参照）。従ってこのときのＮＯｘの生成速度ｋは式（９）から式（１０）と求まる。
【００３７】
ｋ＝Ａ×２．７８×１０−８  式（１０）
【００３８】
本発明者らは本実施の形態の燃焼装置に式（５）、式（８）、式（１０）を適用して、保炎リング８の表面の輻射率を変化させたときに式（１０）のＮＯｘ生成速度がどのように変化するかを計算した。
【００３９】
１−１．暖房出力３〜６ｋＷ、テーパ状の保炎リング
本実施の形態の燃焼装置としては暖房出力が３〜６ｋＷの燃焼装置を用いた。この燃焼装置においては保炎リング８の素材としては、耐熱性の金属（住友金属工業（株）製ＮＡＲ−ＦＨ−１１）を使用した。これらの耐熱性金属の表面の輻射率はεｒ＝０．６程度である。本発明者らの実験による測定から、この輻射率をもつ保炎リング８を使用した場合、暖房出力が６ｋＷ、空気比が０．８のときの保炎リング８の温度はＴｒ＝１１８０Ｋ程度であることが分かった。尚、バーナ７としては直径がφ５５ｍｍ程度、高さが２８ｍｍ程度とした。また保炎リング８としては、上方にテーパ状に開いた直径をφ９０ｍｍ、高さを３８ｍｍ、θ＝２０°のものを用いた。保炎リング８の表面の輻射率をεｒ’＝０．７に変えた場合の保炎リング８の温度は式（５）からＴｒ’＝１１３５Ｋと求まる。一次火炎６の温度は式（８）からＴｆ’＝２１５５Ｋと求まる。従ってこのときＮＯｘの生成速度ｋ’（ｍｏｌ・ｃｍ・ｃａｌ・Ｋ・ｓ）は式（９）から式（１１）と求まる。
【００４０】
ｋ’＝Ａ×１．９４×１０−８  式（１１）
【００４１】
式（１１）のＮＯｘの生成速度ｋ’を保炎リング８の輻射率がεｒ＝０．６のときのＮＯｘの生成速度ｋ（式（１０））と比較すると保炎リング８の表面の輻射率をεｒ＝０．６からεｒ’＝０．７にすることでＮＯｘの生成速度はｋ’／ｋ＝１．９４×１０−８／２．７８×１０−８＝０．７倍になると見積もることができる。
【００４２】
図４の特性図のなかで、実線は保炎リング８の表面の輻射率がεｒ＝０．６〜１．０の範囲について上述のεｒ＝０．７の場合と同じようにＮＯｘの生成速度ｋ’を計算し、その値を保炎リング８の表面の輻射率がεｒ＝０．６の場合のＮＯｘの生成速度ｋに対する割合ｋ’／ｋとして示したものである。すなわち、保炎リング８の表面の輻射率を大きくすることでＮＯｘの生成速度が低下することを示している。
【００４３】
そして、本発明者らは図４の計算の結果を検証するため、保炎リング８の表面の輻射率を変化させ、輻射率とＮＯｘの発生量の関係を実験的に調べた。
【００４４】
２．実験によって求めた輻射率とＮＯｘ発生量の関係
2005030672.tif 000003
暖房出力を６ｋＷ、バーナ７の直径はφ５５ｍｍ程度、高さは２８ｍｍ程度とした。保炎リング８は、バーナ７の上方にテーパ状に開いた直径をφ９０ｍｍ、高さを３８ｍｍ、θ＝２０°のものを用いた。粒子径が約１０μｍの炭化珪素セラミック粒子を耐熱バインダに混入し、それを保炎リング８の表面に塗装コーティングした。保炎リング８に取り付けた熱電対による温度測定値と赤外線式放射温度計による温度測定値を比較することで、この保炎リング８の表面の輻射率を測定した。炭化珪素セラミックの輻射率は０．９程度であり、コーティングにより形成される保炎リング８の表面の輻射率も０．９を示すことが期待されたが、表面の輻射率の実測値はεｒ＝０．８５程度であった。この差異の原因の詳細は不明であるが、炭化珪素セラミック粒子の密度が十分高くなく完全に保炎リング８の表面を覆いつくさなかったことなどが原因と考えられる。
【００４５】
このように製作した保炎リング８を本実施の形態の燃焼装置に取り付け、保炎リング８の表面の温度とＮＯｘの発生量を測定した。その結果、保炎リング８の表面の温度は１０６０Ｋと測定され、式（５）から計算される値１０８０Ｋと良く一致した。ＮＯｘの発生量の実測値は、理論空気比換算で約６６ｐｐｍであった。
【００４６】
コーティングを行っていない保炎リング８の表面の輻射率が通常のεｒ＝０．６の保炎リング８を本実施の形態の燃焼装置に取り付けた場合では、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約９７ｐｐｍであった。したがって保炎リング８の表面の輻射率をεｒ＝０．８５にすることでＮＯｘの発生量を６６／９７＝０．６８倍に大幅に低減させることができた。図４にはこの実験結果も記載している（図４中黒丸印）。図中の実線で示したように計算では保炎リング８の表面の輻射率をεｒ＝０．６からεｒ＝０．８５にすることでＮＯｘの発生量は０．４５倍になることが期待される。しかし実測値から求まる発生量の変化は０．６８倍であり差異がある。この原因の詳細は不明であるが、保炎リング８より後流で生成するＮＯｘなどの影響と考えられる。
【００４７】
2005030672.tif 000004
次に耐熱バインダに混入する炭化珪素セラミック粒子を減少させて保炎リング８に塗装コーティングしたものを試作した。減少させる割合を変化させたものを幾種か試作し、それらの表面の輻射率を前記と同じ方法で測定した。その中で保炎リング８の表面の輻射率がεｒ＝０．８程度を示すものを選んで本実施の形態の燃焼装置に取り付け、保炎リング８の表面の温度とＮＯｘの発生量を測定した。
【００４８】
その結果、保炎リング８の表面の温度は１０７０Ｋと測定され、式（５）から計算される値１１００Ｋと良く一致した。ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約７０ｐｐｍであった。
【００４９】
保炎リング８の表面の輻射率が通常のεｒ＝０．６の保炎リング８の場合では、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約９７ｐｐｍであった。したがって保炎リング８の表面の輻射率をεｒ＝０．８にすることでＮＯｘの発生量を７０／９７＝０．７２倍に大幅に低減させることができた。図４にはこの実験結果も記載している（図４中黒丸印）。図中の実線で示したように計算では輻射率をεｒ＝０．６からεｒ＝０．８にすることでＮＯｘの発生量は０．５倍になることが期待される。しかし実測値から求まる発生量の変化は０．７２倍であり差異がある。この原因の詳細は不明であるが、保炎リング８より後流で生成するＮＯｘなどの影響と考えられる。
【００５０】
2005030672.tif 000005
更に試作した保炎リング８の中から、保炎リング８の表面の輻射率がεｒ＝０．７程度を示すものを選んで本実施の形態の燃焼装置に取り付け、保炎リング８の表面の温度とＮＯｘの発生量を測定した。その結果、保炎リング８の表面の温度は１１２０Ｋと測定され、式（５）から計算される値１１４０Ｋと良く一致した。ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約８７ｐｐｍであった。
【００５１】
保炎リング８の表面の輻射率が通常のεｒ＝０．６の保炎リング８の場合では、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約９７ｐｐｍであった。したがって保炎リング８の表面の輻射率をεｒ＝０．７にすることでＮＯｘの発生量を８７／９７＝０．８９倍に大幅に低減させることができた。図４にはこの実験結果も記載している（図４中黒丸印）。図中の実線で示したように計算では輻射率を０．６から０．７にすることでＮＯｘの発生量は０．７倍になることが期待される。しかし実測値から求まる発生量の変化は０．８９倍であり差異がある。この原因の詳細は不明であるが、保炎リング８より後流で生成するＮＯｘなどの影響と考えられる。
【００５２】
2005030672.tif 000006
次に暖房出力が３ｋＷの場合に、本実施の形態における保炎リング８の表面の輻射率を変化させ、輻射率とＮＯｘの発生量の関係を実験的に調べた。バーナ７の直径はφ５０ｍｍ程度、高さは２８ｍｍ程度とした。保炎リング８は、バーナ７の上方にテーパ状に開いた直径をφ８０ｍ、高さを３０ｍｍ、θ＝２０°のものを用いた。保炎リング８の表面の輻射率は暖房出力が６ｋＷの場合の実験と同様にして変化させた。保炎リング８の表面の輻射率がεｒ＝０．８５の場合に、この保炎リング８を本実施の形態の燃焼装置に取り付け、ＮＯｘの発生量を測定した。その結果、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約６２ｐｐｍであった。
【００５３】
保炎リング８の表面の輻射率が通常のεｒ＝０．６の保炎リング８の場合では、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約９５ｐｐｍであった。したがって保炎リング８の表面の輻射率をεｒ＝０．８５にすることでＮＯｘの発生量を６２／９５＝０．６５倍に大幅に低減させることができた。図４にはこの実験結果も記載している（図４中黒三角印）。
【００５４】
2005030672.tif 000007
次に、保炎リング８の表面の輻射率が０．８の場合に、この保炎リング８を本実施の形態の燃焼装置に取り付け、ＮＯｘの発生量を測定した。その結果、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約６７ｐｐｍであった。
【００５５】
保炎リング８の表面の輻射率が通常のεｒ＝０．６の保炎リング８の場合では、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約９５ｐｐｍであった。したがって保炎リング８の表面の輻射率をεｒ＝０．８にすることでＮＯｘの発生量を６７／９５＝０．７１倍に大幅に低減させることができた。図４にはこの実験結果も記載している（図４中黒三角印）。
【００５６】
2005030672.tif 000008
更に、保炎リング８の表面の輻射率が０．７の場合に、この保炎リング８を本実施の形態の燃焼装置に取り付け、ＮＯｘの発生量を測定した。その結果、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約８６ｐｐｍであった。
【００５７】
保炎リング８の表面の輻射率が通常のεｒ＝０．６の保炎リング８の場合では、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約９５ｐｐｍであった。したがって保炎リング８の表面の輻射率をεｒ＝０．７にすることでＮＯｘの発生量を８６／９５＝０．９１倍に大幅に低減させることができた。図４にはこの実験結果も記載している（図４中黒三角印）。
【００５８】
2005030672.tif 000009
本実施の形態の燃焼装置において、従来技術のＮＯｘの発生量を実験的に調べた。保炎リング８の外側表面の輻射率を変化させ、ＮＯｘの発生量と保炎リング８から一次火炎６へ放射される輻射エネルギーの関係を実験的に調べた。粒子径が約１０μｍの炭化珪素セラミック粒子を耐熱バインダに混入し、それを保炎リング８の外側表面に塗装コーティングした。耐熱バインダとしては市販の黒色耐熱塗料を使用した。保炎リング８の外側表面に取り付けた熱電対による温度測定値と赤外線式放射温度計による温度測定値を比較することで、この保炎リング８の外側表面の輻射率εｒ外側を測定した。炭化珪素セラミックの輻射率は０．９程度であり、コーティングにより形成される保炎リング８の外側表面の輻射率も０．９を示すことが期待されたが、保炎リング８の外側表面の輻射率の実測値はεｒ外側＝０．８５程度であった。この差異の原因の詳細は不明であるが、炭化珪素セラミック粒子の密度が十分高くなく完全に保炎リング８の外側表面を覆いつくさなかったことなどが原因と考えられる。保炎リング８の内側表面は塗装を行っていないので、保炎リング８の内側表面の輻射率εｒ内側はεｒ内側＝０．６である。
【００５９】
このように製作した保炎リング８を本実施の形態の燃焼装置に取り付け、保炎リング８の表面の温度とＮＯｘの発生量を測定した。暖房出力を６ｋＷ、バーナ７の直径はφ５５ｍｍ程度、高さは２８ｍｍ程度とした。保炎リング８は、バーナ７の上方にテーパ状に開いた直径をφ９０ｍｍ、高さを３８ｍｍ、θ＝２０°のものを用いた。その結果、保炎リング８の表面の温度は１１１０Ｋ、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約８６ｐｐｍであった。
【００６０】
保炎リング８の内側と外側の表面の輻射率が通常のεｒ＝０．６の保炎リング８の場合では、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約９７ｐｐｍであった。したがって保炎リング８の外側表面の輻射率をεｒ外側＝０．８５にすることではＮＯｘの発生量が８６／９７＝０．８９倍にしか減少できないことが分かった。図４にはこの実験結果も記載している（図４中白丸印）。
【００６１】
2005030672.tif 000010
次に暖房出力を３ｋＷとした場合にも従来技術のＮＯｘの発生量を実験的に調べた。暖房出力が６ｋＷの場合の実験と同様にして保炎リング８の外側表面の輻射率をεｒ外側＝０．８５とした。このように製作した保炎リング８を本実施の形態の燃焼装置に取り付け、ＮＯｘの発生量を測定した。バーナ７の直径はφ５０ｍｍ程度、高さは２８ｍｍ程度とした。保炎リング８は、バーナ７の上方にテーパ状に開いた直径をφ８０ｍ、高さを３０ｍｍ、θ＝２０°のものを用いた。その結果、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約８４ｐｐｍであった。
【００６２】
保炎リング８の内側と外側の表面の輻射率が通常のεｒ＝０．６の保炎リング８の場合では、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約９５ｐｐｍであった。したがって保炎リング８の外側表面の輻射率をεｒ外側＝０．８５にすることではＮＯｘの発生量が８４／９５＝０．８８倍にしか減少できないことが分かった。図４にはこの実験結果も記載している（図４中白三角印）。
【００６３】
３．実験：保炎リングから放射される輻射エネルギーとＮＯｘの発生量
2005030672.tif 000011
図５は本実施の形態の燃焼装置と従来技術について、ＮＯｘの発生量の変化と、保炎リング８から一次火炎６に放射される輻射エネルギーの関係を暖房出力が６ｋＷの実験結果を基にしてまとめた特性表である。従来技術の保炎リング８の外側の表面に輻射率がεｒ外側＝０．８５のコーティングをした場合の保炎リング８の温度の実測値は１１１０Ｋである。保炎リング８の内側表面の輻射率はεｒ内側＝０．６であるから、保炎リング８の内側表面から一次火炎６へ放射される輻射エネルギーは式（１）からσ×４．５５×１０１１（Ｗ／ｍ２）である。輻射率がεｒ外側＝０．８５のコーティングをした保炎リング８の外側表面への輻射エネルギーは式（１）からσ×６．６０×１０１１（Ｗ／ｍ２）である。従って保炎リング８に吸収された熱が、保炎リング８の内側方向へ放射される以上に、保炎リング８の外側表面から周囲へ放射されている。
【００６４】
2005030672.tif 000012
本実施の形態の燃焼装置のように保炎リング８の内側と外側の表面に輻射率がεｒ＝０．８５のコーティングをした場合には保炎リング８の温度の実測値は１０６０Ｋであり、保炎リング８の内側と外側の各表面から放射される輻射エネルギーは式（１）からσ×５．４９×１０１１（Ｗ／ｍ２）となっている。本実施の形態では保炎リング８から一次火炎６に放射される内側への輻射エネルギーが従来技術に比べて５．４９×１０１１／４．５５×１０１１＝１．２１倍に増加し、従来技術よりも多くの輻射エネルギーが保炎リング８から一次火炎６に放射されて火炎が加熱されている。しかし保炎リング８の表面の輻射率が０．６の場合のＮＯｘの発生量（理論空気比換算で９７ｐｐｍ）からの変化は従来技術は０．８９倍（理論空気比換算で８６ｐｐｍ／９７ｐｐｍ）であるのに対し、本実施の形態では０．６８（理論空気比換算で６６ｐｐｍ／９７ｐｐｍ）となっており、本実施の形態の方がＮＯｘの発生量が大幅に減少している。
【００６５】
このように、従来技術のように保炎リング８の内側から一次火炎６の方向に放射される輻射エネルギーを減らすよりも、本実施の形態のように保炎リング８の内側から一次火炎６の方向に放射される輻射エネルギーを増加させても、保炎リング８の内側と外側の表面の輻射率を共に上げて保炎リング８の輻射平衡温度を下げることの方がＮＯｘの生成速度を大きく低下させ、ＮＯｘの発生量を低減するのに効果的であることが明らかになった。一次火炎６の方向に放射される輻射エネルギーが増加してもＮＯｘの発生量が増加しない原因は、一次火炎６の輻射率が小さいため保炎リング８からの輻射エネルギーが増加してもそれが火炎温度を上昇させる効果は少ないためと推察される。
【００６６】
このように本実施の形態の燃焼装置は、燃料と燃焼空気の混合気４を複数の炎孔５から噴き出して燃焼させ燃焼ガスを生成するバーナ７と、バーナ７に燃焼空気を供給する燃焼送風機１３と、バーナ７に燃料を供給する燃料供給装置２６と、バーナ７の周囲に設けられ炎孔５に形成された一次火炎６を囲む保炎リング８と、バーナ７と保炎リング８の周囲に設けられ二次火炎２７を囲む燃焼筒９とを有する燃焼装置において、保炎リング８の表面の輻射率を０．７以上、好ましくは０．８以上、より好ましくは０．８５以上とすれば、ＮＯｘの生成速度を大きく低下できる。そのためＮＯｘ発生量を従来の燃焼装置の０．９倍以下に大幅に減少することができる。
【００６７】
尚、本実施の形態の保炎リング８は、輻射率向上物質層として内表面及び外表面上にセラミック層８ｂを有している。しかしながら、輻射率を向上させる物質は、炭化珪素セラミックに限られるものではなく、例えば酸化ニッケルでもよい。そのため、本実施の形態の炭化珪素セラミック粒子に替えて酸化ニッケル粒子を用いて輻射率向上物質層を形成しても概略同様な効果を得ることができる。
【００６８】
実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２の燃焼装置を示すバーナ近傍の一部を断面とする側面図である。図７は保炎リングの斜視図である。バーナ７の周囲を囲うように保炎リング２８が設けられている。保炎リング２８は、耐熱性金属で作製された保炎リング本体２８ａと保炎リング本体２８ａの表面に形成されたセラミック層２８ｂとから構成されている。保炎リング本体２８ａは、さらに、円筒状の円筒部２９と、この円筒部２９の下端に設けられた取付用平坦部３０から構成されている。取付用平坦部３０は、円筒部２９の下端から全周にわたって内側に向かうフランジ状に形成されている。
【００６９】
保炎リング２８の全表面には、輻射率を向上させるセラミック層２８ｂが形成されている。このセラミック層２８ｂは、実施の形態１のセラミック層８ｂと同様に粒子径が約１０μｍの炭化珪素セラミック粒子を、耐熱性に富む溶剤に混入しそれが保炎リング本体２８ａの表面に塗布されて形成されている。尚、セラミック層２８ｂは保炎リング本体２８ａの全表面に形成されているが、機能的には円筒部２９の内表面２９ａ及び外表面２９ｂに形成されればよい。
その他の構成は、実施の形態１と同様である。
本実施の形態の保炎リング２８は、円筒部２９が円筒状であるので、作製が容易でコストダウンを図ることができる。
【００７０】
実施の形態３．
図８は本発明の実施の形態３の燃焼装置を示す保炎リングと燃焼筒の側断面図である。本実施の形態の保炎リング２８は、実施の形態２のものと同様に本体部が円筒形をなしている。本実施の形態においては、保炎リング２８と燃焼筒３１の両方がセラミック層２８ｂ、３１ｂを有している。
【００７１】
保炎リング２８は、耐熱性金属で作製された保炎リング本体２８ａと保炎リング本体２８ａの表面に形成されたセラミック層２８ｂとから構成されている。
燃焼筒３１は、耐熱性金属で作製された燃焼筒本体３１ａと燃焼筒本体３１ａの表面に形成されたセラミック層３１ｂとから構成されている。
【００７２】
セラミック層２８ｂ、３１ｂの材料は、実施の形態１や実施の形態２と同様なものである。つまり、粒子径が約１０μｍの炭化珪素セラミック粒子３３を、耐熱性に富む溶剤３２に混入し、これを保炎リング本体２８ａと燃焼筒本体３１ａの表面に塗布している。輻射率は、保炎リング２８と燃焼筒３１の両者とも０．８５とされている。
【００７３】
本実施の形態においては、保炎リング２８のみならず、燃焼筒３１の表面にもセラミック層３１ｂを形成している。一次火炎６は保炎リング２８の下流で、対流用送風機１６から燃焼筒３１内へ流れ込んでくる二次空気と反応して二次火炎２７（図１）を形成して完全燃焼を達成する。本実施の形態では燃焼筒３１の表面の輻射率を０．８５としているので、保炎リング２８から下流で形成される二次火炎２７の温度を低下させることができる。したがって二次火炎２７のＮＯｘの生成速度を大きく低下させ、ＮＯｘの発生量を低減することができる。
【００７４】
燃焼筒３１に形成するセラミック層３１ｂに関しては、保炎リング２８の内表面と外表面の輻射率を向上させた方が一次火炎６の温度を下げることができたことと同様の理由で、燃焼筒３１の内表面と外表面の両方に設けた方が、二次火炎２７の温度を下げることができる。
【００７５】
また、本実施の形態のセラミック層３１ｂは、実施の形態１及び２と同様に、セラミック粒子３３を耐熱バインダ３２に混入させたものを、保炎リング本体２８ａと燃焼筒本体３１ａの表面にコーティングするので、セラミック粒子３３の種類と混入量などを調整することにより保炎リング２８と燃焼筒３１の表面を所望の輻射率に設定できる。また塗装によりコーティングできるので、一般的な塗装設備が使え、コストの増加を最小限に抑えることができる。
尚、本実施の形態においては、保炎リング本体２８ａと燃焼筒本体３１ａの両方の表面にセラミック層２８ｂ、３１ｂが形成されているが、いずれか一方のみにセラミック層が設けられても、所定の効果を得ることができる。
【００７６】
実施の形態４．
図９は本発明の実施の形態４の燃焼装置を示す保炎リングと燃焼筒の側断面図である。本実施の形態の保炎リング２８は、実施の形態２のものと同様に本体部が円筒形をなしている。本実施の形態においては、保炎リング２８と燃焼筒３５の両方がセラミック層２８ｂ、３５ｂを有している。
【００７７】
保炎リング２８は、耐熱性金属で作製された保炎リング本体２８ａと保炎リング本体２８ａの表面に形成されたセラミック層２８ｂとから構成されている。
燃焼筒３５は、耐熱性金属で作製された燃焼筒本体３５ａと燃焼筒本体３５ａの表面に形成されたセラミック層３５ｂとから構成されている。セラミック層２８ｂ、３５ｂは、溶融した状態のセラミックを、保炎リング本体２８ａと燃焼筒本体３５ａの表面に吹き付けて形成する所謂溶射によって形成されている。
【００７８】
本実施の形態においては、セラミック層２８ｂ、３５ｂは、この溶射によって形成されているので、密度の高いコーティングが形成できる。また。セラミック粒子３３の種類などを変えることにより保炎リング２８と燃焼筒３５の表面を所望の輻射率に設定できる。また、塗装したものより長い寿命のコーティングとすることができる。
【００７９】
実施の形態５．
図１０は本発明の実施の形態５の燃焼装置を示す保炎リングと燃焼筒の側断面図である。本実施の形態の保炎リング３７と燃焼筒３８は、輻射率向上物質である炭化珪素セラミック粒子３３を固めながら成型し、これを焼結して作製されている。そして、セラミック粒子３３の種類などを変えることにより保炎リング３７と燃焼筒３８の表面を所望の輻射率に設定できる。さらに下地の金属を使わずにセラミック粒子のみで焼結して作製することにより、下地の金属とセラミック粒子３３の剥離などの発生を防止でき、信頼性が向上する。
【００８０】
尚、本実施の形態の保炎リング３７と燃焼筒３８は、輻射率向上物質であるセラミック粒子３３を焼結して作製している。しかしながら、輻射率を向上させる物質は、炭化珪素セラミックに限られるものではなく、例えば酸化ニッケルでもよい。そのため、保炎リング３７と燃焼筒３８を酸化ニッケルで作製しても概略同様な効果を得ることができる。酸化ニッケルにて作製する場合には、例えば金型で成型して作製する。
【００８１】
実施の形態６．
図１１はこの発明の保炎リングの表面積と表面の輻射率とＮＯｘの発生量の関係を本発明者らが実験で求めた特性図である。燃焼装置の構成は実施の形態１及び実施の形態２に準ずる。
４．保炎リングの表面積と表面の輻射率とＮＯｘの発生量の関係
2005030672.tif 000013
実施の形態１と同様な構成の燃焼装置において、暖房出力を３ｋＷ、バーナ７の直径がφ５０ｍｍ程度、高さは２８ｍｍ程度、保炎リング８のバーナ７の上方にテーパ状に開いた直径をφ８０ｍ、高さを３０ｍｍ、θ＝２０°とした。保炎リング８のバーナ７に対向する表面と裏面を合わせた保炎リング８の表面積Ｓ（ｍｍ２）はＳ＝１４８００ｍｍ２程度である。保炎リング８の表面の輻射率が通常のεｒ＝０．６の場合、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約９５ｐｐｍであった。保炎リング８の表面の輻射率をεｒ＝０．７にした場合、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で８６ｐｐｍであった。従って、ＮＯｘの発生量を保炎リング８の表面の輻射率がεｒ＝０．６の場合の８６／９５＝０．９１倍に低減させることができた。保炎リング８の表面の輻射率をεｒ＝０．８にした場合では、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で６７ｐｐｍであった。従ってＮＯｘの発生量を保炎リング８の表面の輻射率がεｒ＝０．６の場合の６７／９５＝０．７１倍に低減させることができた。保炎リング８の表面の輻射率をεｒ＝０．８５にした場合には、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約６２ｐｐｍであった。従ってＮＯｘの発生量を保炎リング８の表面の輻射率がεｒ＝０．６の場合の６２／９５＝０．６５倍に低減させることができた。
【００８２】
2005030672.tif 000014
次に、実施の形態２と同様な構成の燃焼装置において、保炎リング２８の直径をφ９３ｍ、高さを３０ｍｍ、θ＝０°としてテーパをなくして円筒状とした。保炎リング２８のバーナ７に対向する表面積Ｓは１７６００ｍｍ２程度である。保炎リング２８の表面の輻射率が通常のεｒ＝０．６の場合、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約９１ｐｐｍであった。従って、ＮＯｘの発生量は保炎リング２８の表面積がＳ＝１４８００ｍｍ２の場合の９１／９５＝０．９６倍に低減させることができた。保炎リング２８の表面の輻射率をεｒ＝０．７にした場合、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で８３ｐｐｍであった。従って、ＮＯｘ発生率は保炎リング２８の表面積がＳ＝１４８００ｍｍ２の場合の８３／８６＝０．９６倍に低減させることができた。保炎リング２８の表面の輻射率をεｒ＝０．８５にした場合には、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で５８ｐｐｍであった。従ってＮＯｘの発生量は保炎リング２８の表面積がＳ＝１４８００ｍｍ２の場合の５８／６２＝０．９４倍に低減させることができた。このように本実施の形態の燃焼装置では保炎リング２８の輻射平衡温度を下げているので、保炎リング２８をテーパをなくした円筒状としてもＮＯｘの生成速度を大きく低下させ、ＮＯｘの発生量を大幅に低減することができる。また保炎リング２８の表面積を増加させることにより、更にＮＯｘの発生量を低減することができる。
【００８３】
2005030672.tif 000015
実施の形態１と同様な構成の燃焼装置において、暖房出力が６ｋＷ、バーナ７の直径がφ５５ｍｍ程度、高さは２８ｍｍ程度、保炎リング８のバーナ７の上方にテーパ状に開いた直径をφ９０ｍ、高さを３８ｍｍ、θ＝２０°とした。保炎リング８の表面と裏面を合わせた保炎リング８の表面積はＳ＝２１０００ｍｍ２程度である。保炎リング８の表面の輻射率が通常のεｒ＝０．６の場合、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約９７ｐｐｍであった。保炎リング８の表面の輻射率をεｒ＝０．７にした場合、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約８７ｐｐｍであった。従って、ＮＯｘの発生量を保炎リング８の表面の輻射率がεｒ＝０．６の場合の８７／９７＝０．８９倍に低減させることができた。保炎リング８の表面の輻射率をεｒ＝０．８にした場合では、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約７０ｐｐｍであった。従ってＮＯｘの発生量を保炎リング８の表面の輻射率がεｒ＝０．６の場合の７０／９７＝０．７２倍に低減させることができた。保炎リング８の表面の輻射率をεｒ＝０．８５にした場合には、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約６６ｐｐｍであった。従ってＮＯｘの発生量を保炎リング８の表面の輻射率がεｒ＝０．６の場合の６６／９７＝０．６８倍に低減させることができた。
【００８４】
2005030672.tif 000016
次に、実施の形態２と同様な構成の燃焼装置において、保炎リング２８の直径をφ１００ｍ、高さを４８ｍｍ、θ＝０°としてテーパをなくして円筒状とした。保炎リング２８のバーナ７に対向する表面積Ｓは３００００ｍｍ２程度である。保炎リング２８の表面の輻射率が通常のεｒ＝０．６の場合、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約９３ｐｐｍであった。従って、ＮＯｘの発生量は保炎リング２８の表面積がＳ＝２１０００ｍｍ２の場合の９３／９７＝０．９６倍に低減させることができた。保炎リング２８の表面の輻射率を０．７にした場合には、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で８５ｐｐｍであった。従ってＮＯｘの発生量を保炎リング２８の表面積がＳ＝２１０００ｍｍ２の場合の８５／８７＝０．９８倍に低減させることができた。保炎リング２８の表面の輻射率を０．８５にした場合には、ＮＯｘの発生量の実測値は理論空気比換算で約６３ｐｐｍであった。従ってＮＯｘの発生量を保炎リング２８の表面積がＳ＝２１０００ｍｍ２の場合の６３／６６＝０．９５倍に低減させることができた。このように本実施の形態の燃焼装置では保炎リング２８の輻射平衡温度を下げているので、保炎リング２８をテーパをなくした円筒状としてもＮＯｘの生成速度を大きく低下させ、ＮＯｘの発生量を大幅に低減することができる。また保炎リング２８の表面積を増加させることにより、更にＮＯｘの発生量を低減することができる。
【００８５】
従って暖房出力が３ｋＷでは保炎リング８、２８の表面の輻射率を０．７以上、好ましくは０．８以上、より好ましくは０．８５以上とし、保炎リング８、２８のバーナ７に対向する表面積をＳ＝１４８００ｍｍ２以上、より好ましくは１７６００ｍｍ２以上にすることで、ＮＯｘの発生量を従来の燃焼装置の０．９倍以下に大幅に減少することができる。
【００８６】
暖房出力が６ｋＷでも保炎リング８、２８の表面の輻射率を０．７以上、好ましくは０．８以上、より好ましくは０．８５以上とし、保炎リング８、２８のバーナ７に対向する表面積をＳ＝２１５００ｍｍ２以上、より好ましくは３００００ｍｍ２以上にすることで、ＮＯｘの発生量を従来の燃焼装置の０．９倍以下に大幅に減少することができる。
【００８７】
暖房出力が３〜６ｋＷの間では、保炎リング８、２８の表面の輻射率を０．７以上、好ましくは０．８以上、より好ましくは０．８５以上とし、保炎リング８、２８のバーナ７に対向する表面積をＳ＝１４８０００ｍｍ２以上、より好ましくは３００００ｍｍ２以上にすることで、ＮＯｘの発生量を従来の燃焼装置の０．９倍以下に大幅に減少することができる。
【００８８】
また暖房出力が６ｋＷより大きい場合でも、保炎リング８、２８の表面の輻射率を０．７以上、好ましくは０．８以上、より好ましくは０．８５以上とし、保炎リング８、２８のバーナ７に対向する表面積をＳ＝２１５００ｍｍ２以上、より好ましくは３００００ｍｍ２以上の適正値にすることで、ＮＯｘの発生量を従来の燃焼装置の０．９倍以下に大幅に減少することができるのは明らかである。
【００８９】
また暖房出力が３ｋＷより小さい場合でも、保炎リング８、２８の表面の輻射率を０．７以上、好ましくは０．８以上、より好ましくは０．８５以上とし、保炎リング８、２８のバーナ７に対向する表面積をＳ＝１４８００ｍｍ２程度の適正値にすることで、ＮＯｘの発生量を従来の燃焼装置の０．９倍以下に大幅に減少することができるのは明らかである。
【００９０】
尚、上述の各実施の形態においては、炭化珪素セラミックが用いられている。一方、炭化珪素焼結体、珪素−炭化珪素焼結体、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、及び硼化ジルコニウム（ＺｒＢ２）等の物質も輻射率が０．９程度であり、しかも比較的安価なものである。したがって炭化珪素セラミックに替えて、これらの珪素化合物やジルコニウム化合物のセラミックとすることでコストの上昇を抑えつつＮＯｘの低減をすることができる。
【００９１】
【発明の効果】
上部が閉塞され側壁面に複数の炎孔が形成され、気体状の燃料と空気を混合させた混合気を炎孔から噴出させ燃焼させて一次火炎を形成するバーナと、バーナを囲む筒状をなし一次火炎の形状を安定させる保炎リングとを備え、保炎リングは、少なくとも内表面及び外表面上にセラミック層を有する。そのため、保炎リングの内側と外側の両方向へ放射される熱量が大きくなり、保炎リングの外表面のみにセラミック層を形成したものよりも、保炎リングの輻射平衡温度が下がる。また、一次火炎は、保炎リングから放射された熱量のすべてを吸収する訳ではなく、放射熱量が増えてもそれほど温度が上昇しない。その結果、一次火炎の温度上昇を抑制できる。そして、この一次火炎の温度上昇の抑制は、セラミック層を形成するだけで、実現できるので、コストアップすることなく簡単な構造でＮＯｘの発生量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の燃焼装置を示す概略の側断面図である。
【図２】図１のバーナの近傍を拡大して示す一部を断面とする側面図である。
【図３】図２の保炎リングの斜視図である。
【図４】保炎リングの輻射率とＮＯｘの生成速度の割合の計算値およびＮＯｘ発生量の割合の実験結果を示す特性図である。
【図５】ＮＯｘの発生量の変化と輻射エネルギーの関係をまとめた特性図である。
【図６】本発明の実施の形態２の燃焼装置を示すバーナ近傍の一部を断面とする側面図である。
【図７】図６の保炎リングの斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態３の燃焼装置を示す保炎リングと燃焼筒の側断面図である。
【図９】本発明の実施の形態４の燃焼装置を示す保炎リングと燃焼筒の側断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態５の燃焼装置を示す保炎リングと燃焼筒の側断面図である。
【図１１】この発明の保炎リングの表面積と表面の輻射率とＮＯｘの発生量の関係を本発明者らが実験で求めた特性図である。
【符号の説明】
５  炎孔、６  一次火炎、７  バーナ、８，２８，３７  保炎リング、８ａ，２８ａ  保炎リング本体、８ｂ，２８ｂ，３１ｂ，３５ｂ  セラミック層（輻射率向上物質層）、９，３１，３５，３８  燃焼筒、１８ａ，２９ａ  内表面、１８ｂ，２９ｂ  外表面、３１ａ，３５ａ  燃焼筒本体、１１  気化筒、２７  二次火炎、３２  溶剤、３３  セラミック粒子。
【図１】
2005030672.tif 000017
【図２】
2005030672.tif 000018
【図３】
2005030672.tif 000019
【図４】
2005030672.tif 000020
【図５】
2005030672.tif 000021
【図６】
2005030672.tif 000022
【図７】
2005030672.tif 000023
【図８】
2005030672.tif 000024
【図９】
2005030672.tif 000025
【図１０】
2005030672.tif 000026
【図１１】
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